DE1947205A1

DE1947205A1 - Hydrostatische Lenkanlage,insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1947205A1
Application number: DE19691947205
Authority: DE
Inventors: Armin Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1969-09-18
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1971-04-08
Also published as: JPS4840209B1; GB1282522A; US3651885A; FR2062260A5; SE350226B

Description

ZAHNRADFABRIK PRIEDRICHSHAPEN Aktiengesellschaft Friedrichshafen

Hydrostatische Lenkanlage insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lenkanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Servopumpe, einem über das Lenkhandrad betätigbaren Steuerventil und mit einem bzw. mehreren den zu. lenkenden Rädern zugeordneten Arbeitszylindern.

Eine solche hydrostatische Lenkanlage wird vor allem bei langsam fahrenden, schweren Arbeitsfahrzeugen verwendet, bei denen eine mechanische Lenkkraftübertragung aus räumlichen und physikalischen Gründen nicht möglich ist. Hierbei ist aber zur Synchronisierung von Lenkhandrad und gelenkten Rädern eine Dosiereinrichtung für das Druckmitte erforderlich, die aus einer über das Lenkhandrad betätigbaren Steuerpumpe mit einem besonderen Steuerstromkreis besteht.

Bekannte hydrostatische Lenkanlagen wie nach DT-PS 1 271 553 weisen derartige Dosiereinrichtungen auf, wobei die Steuerpumpe dem großen Druckmittelvolumen der vorerwähnten Arbeitsfahrzeuge entsprechend groß ist. Ferner ist eine besondere Einrichtung vorhanden, um bei den meist gebräuchlichen Arbeitszylindern mit ungleichgroßen Kolbenflächen gleichgroße Lenkhandradumdrehungen nach rechts wie nach links zu bekommen. Außerdem ist die Lenkungsübersetzung jeweils von der Größe des Arbeitszylinders abhängig. Schließlich verhindern Leckverluste

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eine bleibende Übereinstimmung der Stellungen von Lenkhandrad und gelenkten Rädern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei hydrostatischen Lenkanlagen die Synchronisierung von Lenkhandrad und gelenkten Rädern derart zu. vereinfachen, dass vor allem im Bereich der oberen Lenkspindel Raum für andere Steuereinrichtungen gewonnen wird, und dass gleiche Auslenkwerte für beide Richtungen auch bei ungleich großen Kolbenflachen der Arbeitszylinder vorhanden sind, wobei eine exakte Übereinstimmung der Stellungen von Lenkhandrad und gelenkten Rädern gewährleistet ist.

Die Erfindung besteht darin, dass für die Synchronisierung von Lenkhandrad und gelenkten Rädern eine elektrisch gesteuerte Rückführungseinrichtung vorgesehen ist, die aus einem von dem Drehwinkel der gelenkten Räder abhängigen ersten Meßwertgeber und einem mit einer der Lenkspindel zugeordneten Zwischenwelle schlupffrei verbundenen zweiten Meßwertgeber besteht, die zusammen eine Meßbrücke bilden, deren Signalspannung einem Verstärker zuführbar ist, der einen in der Drehrichtung umkehrbaren mit der Zwischenwelle trieblich verbundenen Elektromotor derart steuert, dass der zweite Meßwertgeber dem ersten Meßwertgeber, nachgeführt wird.

Die Erfindung besteht ferner darin, dass als Meßwertgeber induktive Stellwertgeber und/oder Potentiometer vorgesehen sind, wobei der erste Meßwertgeber unmittelbar am Achsschenkelbolzen angeordnet ist und den Verdrehwinkel abnimmt, während in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung der erste Meßwertgeber an einem auf die zu lenkenden Räder einwirkenden Arbeitszylinder angeordnet ist und den Weg der Kolbenstange abnimmt. Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass zum Verstärken der von der Meßbrücke gelieferten Signal-

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spannung ein Verstärker mit PID-Verhalten vorgesehen ist, und dass der Antrieb der Zwischenwelle rom Elektromotor aus über ein ins langsame übersetzendes Zwischengetriebe erfolgt, das selbsthemmend ausgebildet ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch Wegfall der Dosiereinrichtung bzw. der Steuerpumpe im Bereich der oberen Lenkspindel Raum für Schalt- und Steuereinrichtungen für weitere hydraulische und elektrische Arbeitseinrichtungen frei wird. Ferner ist die Lenkungsübersetzung von der Größe des Arbeitszylinders unabhängig und die einem bestimmten Weg am Arbeitszylinder zugeordnete Anzahl der Umdrehungen am Lenkhandrad ist auch bei Verwendung eines Arbeitszylinders mit ungleichgroßen wirksamen Kolbenflächen in beiden Lenkrichtungen gleich. Schließlich bleibt durch die erfindungsgemäße Ausführung die exakte Übereinstimmung der Stellungen von Lenkhandrad und gelenkten Bädern, ungeachtet der unvermeidlichen Leckverluste, wie bei einer mechanischen Lenkung erhalten. Ebenso ist der Rücklauf wie bei einer gewöhnlichen Hydrolenkung ohne Gefahr einer Fehlst euerung des Steuerventils, wie auch die Rückwirkung zur Simulierung des Fahrgefühls möglich. Dazu kommt noch die Notlenkeigenschaft bei Ausfall der elektrischen Einrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung beschrieben. Die in der Zeichnung schematisch dargestellte hydrostatische Lenkanlage mit elektrischer Synchronisiereinrichtung besteht aus einem bekannten, in der Lenksäule des Fahrzeuges angeordneten Vierweg-Steuerventil 10 mit drei Schaltstellungen A, B und C, bei dem die Umschaltfunktion für eine Steuerpumpe, wie sie für rein hydraulisch arbeitende Lenkungen erforderlich ist, entfällt. Das Steuerventil 10 ist einerseits über ein Steuerglied mit einer Lenkspindel 11, die ein Lenkhandrad 12 trägt verbunden,

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andererseits über ein zweites Steuerglied mit eina? der Leitspindel 11 zugeordneten Zwischenwelle 13. Die "beiden Steuerglieder sind verdrehweich miteinander gekoppelt, "beispielsweise mittels eines Torsionsstabes, während die jeweilige Verbindung zwischen dem einen Steuerglied und der Lenkspindel 11 bzw. dem anderen Steuerglied und der Zwischenwelle 13 drehfest ist. Eine Servopumpe H liefert das Druckmittel über eine Zulaufleitung 15 zum Steuerventil 10, von wo eine Rücklaufleitung 16 zu einem mit der Saugseite der Servopumpe 14- in Yerbindung stehenden Behälter 17 führt. Zwei Leitungen 18 und 19 führen von dem Steuerventil 10 zu zwei Druckräumen 20 und 21 eines Arbeitszylinders 22, der über ein Gestänge 23 das Auslenken der Fahrzeugräder bewirkt, von denen in der Zeichnung eines unter dem Bezugszeichen 24- dargestellt ist. Zur Aufnahme des Drehwinkels am Achsschenkelbolzen ist ein erster Meßwertgeber 25 angeordnet. Bei einer anderen nicht gezeichneten Ausführungsform der Erfindung ist statt eines solchen Drehwinkelgebers ein Weggeber am Arbeitszylinder angebracht, der den Weg der Kolbenstange aufnimmt. Diesem ersten Meßwertgeber 25, der die Radstellung widergibt, ist ein zweiter Meßwertgeber 26 zugeordnet, der mit der Zwischenwelle 13 schlupffrei verbunden ist. Als Meßwertgeber 25 und 26 sind induktive Stellwertgeber und/oder Potentiometer vorgesehen. Beide Meßwertgeber 25 und 26 bilden zusammen eine Meßbrücke 27. Die beim Verstellen der Meßbrücke 27 entstehende. Signalspannung ist einem Verstärker 28 zuführbar, der einen in der Drehrichtung umkehrbaren Elektromotor 29 in Bewegung setzt, wodurch über ein Zwischengetriebe 30 die Zwischenwelle 13 der Lenkspindeldrehung solange nachgeführt wird, bis beide Meßwertgeber 25 und 26 gleiches Potential haben. Als Verstärker 28 wird vorzugsweise ein Nachführverstärker mit PID-Verhalten verwendet; wie auch das Zwischengetriebe 30 gewöhnlich als selbsthemmendes Getriebe ausgebildet ist, so dass die Zwischenwelle 13 nur vom Elektromotor 29 über das Zwischengetriebe 30 antreibbar ist, d.h. ein Antrieb der Zwischenwelle 13 über das Steuerventil

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ist nicht möglich.. Das Zwischengetriebe 30, das die Drehzahl des Elektromotors 29 ins langsame übersetzt, hat selbst keinen Einfluß auf die Lenkungsübersetzung. Die in der Zeichnung der Übersichtlichkeit wegen getrennt dargestellten Teile: Steuerventil 10, Zwischengetriebe 30 sind in einem Gfehäuseblock 31 zusammengefaßt.

Bei Neutralstellung (Schaltstellung B) des Steuerventils 10 fließt ein von der Servopumpe 14 geförderter Druckmittelstrom ohne besonderen Druckaufbau von der Zulauf leitung 15 über das Steuerventil 10, die Rücklaufleitung 16 und den Behälter 17 zur Saugseite der Servopumpe 14 zurück.

Beim Einleiten einer Drehbewegung am Lenkhandrad 12 wird das Steuerventil 10, je nach Drehrichtung, in eine der beiden Schaltstellungen A bzw. C verstellt. Hierbei werden wegen der Sperrwirkung des Zwischengetriebes 30 bzw. eimrom Elektromotor 29 aufgebrachtes Gegenmoment auf die Zwischenwelle 13 die beiden Steuerglieder des Steuerventils 10 gegeneinander verdreht, so dass der freie Durchfluß des Druckmittels gesperrt wird, und beispielsweise in Schaltstellung A die Zulaufleitung 15 aa die Leitung 18 mit dem Druckraum 20 und die Rücklaufleitung 16 an die Leitung 19 mit dem Druckraum 21 angeschlossen wird. Je nach dem von den Fahrzeugrädern ausgehenden Lenkwiderstand baut sich zwischen der Servopumpe 14 und dem Druckraum 20 des Servomotors 22 ein Druck auf, der das Auelenken der Fahrzeugrad er, wie beispielsweise das Fahrzeugrad 24 eines zeigt, bewirkt. Dabei wird das Druckmittel aus dem nicht beaufschlagten Druckraum 21 verdrängt und in üblicher Weise zum Behälter 17 zurückgefördert. Gleichzeitig mit dem Auslenken des Fahrzeugrades 24 wird auch der erste Meßwertgeber 25 verstellt, so dass die Meßbrücke 27 eine Signalspannung an den Verstärker 28 liefert, die als verstärktes Ausgangssignal dem Elektromotor

29 zugeführt wird, der seinerseits über das Zwischengetriebe

30 die Zwischenwelle 13 mit entsprechender Drehzahl und

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Drehsinn antreibt und damit den Stellwertgeber 26 gleichsinnig nachregelt, bis beide Stellwertgeber bzw. Potentiometer gleiches Potential haben. Sa die Zwischenwelle 13 über das Steuerventil 10 mit der Lenkspindel 11 verbunden ist, lässt sich diese mit dem Lenkhandrad 12 über das Steuerspiel hinaus drehen, solange die Meßbrücke 27 verstimmt ist. Damit ist die Synchronisierung von Lenkhandrad 12 und Fahrzeugrad 24 sichergestellt. Bei festhalten des Lenkhandrades 12 in ausgelenkter Stellung des Fahrzeugrades 24 wird der freie Durchfluß durch das Steuerventil 10 gedrosselt, so dass im Zulauf system ein höherer Druck als im Rücklauf system herrscht, der die selbständige Rückstellung des ausgelenkten Fahrzeugrades 24 verhindert. Erreicht der Servomotor seinen Endausschlag, so ist selbst bei einer Druckerhöhung eine weitere Verstellung der Meßbrücke 27 nicht mehr möglich. Diese bleibt im Gleichgewicht und der Elektromotor 29 steht still. Durch das selbsthemmende Zwischengetriebe 30 bzw. durch ein vom Elektromotor 29 ausgeübtes Gegenmoment ist auch eine weitere Verdrehung des Lenkhandrades unmöglich. Ein sonst bei hydrostatischer Lenkanlagen üblicher Schlupf ist ausgeschlossen.

Da der Arbeitszylinder 22 in Neutralstellung (Schaltstellung) B) des Steuerventils 10 nicht blockiert ist, wird bei einem seitlichen Fahrbahnstoß das Fahrzeugrad 24 entsprechend verstellt und gleichzeitig damit auch der erste Heßwertgeber 25. Dadurch erhält der Verstärker 28 eine Signal spannung, die verstärkt dem Elektromotor 29 zugeführt wird, und so den zweiten Heßwertgeber 26 gleichsinnig nachregelt, wobei das Lenkhandrad 12 über die Zwischenwelle 13 synchron der Bewegung des Fahrzeugrades 24 nachgeführt wird. Wenn jedoch bei einem Fahrbahnstoß das Lenkhandrad 12 festgehalten wird, dann übt der Elektromotor 29 über die Zwischenwelle 13 auf das Steuerventil 10 ein Moment aus, das dieses derart auslenkt, dass der Arbeitszylinder 22 mit eines dem Fahrbahnstoß entgegengerich-

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teten Druck beaufschlagt wird.

Bei Ausfall der elektrischen Nachführeinrichtung kann das Fahrzeug immer noch gelenkt werden, wenn auch ohne Synchronisation zwischen Lenkhandrad und gelenkten Rädern. Dadurch, dass die Zwischenwelle 13 durch das eelbstsperrende Zwischengetriebe JO bzw. durch ein rom Elektromotor 29 aufgebrachtes Gegenmoment blockiert ist, wird bei einem Drehen am Lenkhandrad 12 das Steuerventil 10 verstellt und das Druckmittel unter Druckaufbau dem Arbeitszylinder 22 zugeführt. Hierbei lässt sich das Lenkhandrad 12 in beiden Drehrichtungen jedoch nur um das Steuerspiel der beiden Steuerglieder drehen. Auf diese Weise besteht bei noch intakter Hydraulik die Möglichkeit das Fahrzeug zur Not ohne Synchronisation zu lenken.

15.9.1969

Mü/Hg Aktes 4907

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Claims

Patentansprüche:

I iL Hydrostatische Ienkanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einer Servopumpe, einem Steuerventil und einem "bzw. mehreren Arbeitszylindern, dadurch gekennzeichnet, daß für die Synchronisierung von Lenkhandrad (12) und zu lenkenden Räder (24·) eine elektrisch gesteuerte Rückführungseinrichtung vorgesehen ist, die aus einem von dem Drehwinkel der gelenkten Räder abhängigen ersten Meßwertgeber (25) und einem mit einer der Lenkspindel (12) zugeordneten Zwischenwelle (13) schlupffrei verbundenen zweiten Meßwertgeber (26) besteht, die zusammen eine Meßbrücke (27) bilden, deren Signalspannung einem Verstärker (28) zuführbar ist, der einen in der Drehriehtung umkehrbaren mit der Zwischenwelle (13) trieblich verbundenen Elektromotor (29) derart steuert, dass der zweite Meßwertgeber (26) dem ersten Meßwertgeber (25) nachgeführt wird.

2. Hydrostatische Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Meßwertgeber (25) unmittelbar am Achsschenkelbolzen angeordnet ist.

3. Hydrostatische Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Meßwertgeber (25) als Weggeber ausgebildet und an einem auf die zu lenkenden Räder einwirkenden Arbeitszylinder (22) angeordnet ist.

4. Hydrostatische Lenkanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Meßwertgeber (25 und 26) induktive Stellwertgeber und/oder Potentiometer vorgesehen sind.

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5. Hydro statisciie Lenkanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstärken, der von der Meßbrücke (27) gelieferten Signalspannung ein Verstärker (28) mit PID-Verhalten vorgesehen ist.

6. Hydrostatische Lenkanlage nach einem der Ansprüche

1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Elektromotors (29) auf die Zwischenwelle (13) über ein vorzugsweise ins Langsame übersetzendes Zwischengetriebe (30) erfolgt.

7. Hydrostatische Lenkanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengetriebe (30) selbsthemmend ausgebildet ist,.

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