DE2536894A1 - Servolenkvorrichtung fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

Servolenkvorriohtung far Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung für Fahrzeuge, z.B. Kraftfahrzeuge oder dergleichen.

Bei Servolenkvorrichtungen ist es im allgemeinen erwünscht, dafür zu sorgen, daß sich das betreffende Fahrzeug mit Hilfe einer kleinen Lenkkraft lenken läßt, wenn die Fahrgeschwindigkeit niedrig ist, daß sich bei einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit die aufzubringende Lenkkraft vergrößert, um beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit ein Übersteuern zu verhindern, und daß eine die Betätigung der Lenkvorrichtung unterstützende Hilfskraft auch dann ständig zur Verfügung steht, wenn bei einer Druckölquelle, die dazu dient, Drucköl einem Betätigungszylinder zuzuführen, eine Störung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkvorrichtung zu schaffen, bei der diese Forderungen erfüllt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Servolenkvorrichtung derjenigen Bauart geschaffen worden, bei der ein Umschaltventil vorhanden ist, das so eingerichtet ist, daß es jeweils in der einen oder anderen Richtung betätigt wird,

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wenn eine Lenkwelle gedreht wird, damit ein Druckölzuführüngskanal, der an eine Betätigungsdruckölquelle, z.B. eine ölpumpe oder dergleichen angeschlossen ist, nach Bedarf mit einer rechten Kammer bzw. einer linken Kammer eines Kraftbetätigungszylinders verbunden werden kann, der auf seiner Außenseite mindestens eine Öldruckreaktionskammer aufweist, deren Rauminhalt verkleinert wird, sobald das Umschaltventil in der einen oder anderen Richtung betätigt wird, und die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Öldruckreaktionskammer über einen ersten ölkanal mit einer Steuerdruckölquelle verbunden ist, die dazu dient, Drucköl jeweils in einer der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechenden Menge abzugeben, und bei der der erste ölkanal über einen zweiten ölkanal mit dem genannten ölZuführungskanal verbunden ist, während in den zweiten ölkanal eine Steuerventilanordnung eingeschaltet ist, die in Richtung auf ihre Öffnungsstellung betätigt wird, wenn der Öldruck in dem ersten ölkanal um einen vorbestimmten Betrag höher wird als der Öldruck in dem DruckölZuführungskanal.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in dem zweiten Ölkanal mit der Steuerventilanordnung eine Drossel in Reihe geschaltet.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform einer Servolenkvorrichtungj

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. j5 eine schematische Darstellung des Druckölkreislaufs der Servolenkvorrichtung nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Druckölkreislaufs

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einer abgeänderten Ausführungsform einer Servolenkvorrichtung;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, aus der die vor die erste Ausführungsform geltenden Lenkkraftkurven ersichtlich sind; und

Fig. 6 eine Fig. 5 ähnelnde, jedoch für die zweite Ausführungsform geltende graphische Darstellung.

Zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Servolenkvorrichtung gehören eine Lenkwelle 1 eines Fahrzeugs, mit deren oberem Ende ein Lenkrad 2 verbunden ist, und die an ihrem entgegengesetzten 3nde in der genannten Reihenfolge eine Ritzelwelle 5 mit einem spiral- bzw. schrägverzahnten Ritzel 4, das auf einer Seite mit einer entsprechend verzahnten Zahnstange J5 zusammenarbeitet, und ein Umschaltventil aufweist, dessen Ventilschieber 7 in einem Ventilgehäuse 6 in der Längsrichtung nach Bedarf nach vorn und hinten durch eine in der Längsrichtung wirkende Reaktionskraft bewegt werden kann, Vielehe beim Drehen des Ritzels 4 auf die Ritzelwelle 5 wirkt.

Das Umschaltventil 7 ist so ausgebildet, daß es sich öffnet, wenn es in seine Mittellage gebracht wird, und es arbeitet derart, daß unter normalen Betriebsbedingungen Drucköl, das über einen Kanal 9 von einer in Fig. 5 dargestellten Druckölquelle aus zugeführt wird, zu der eine durch einen äußeren Motor antreibbare Druckpumpe gehört, den Kanal 9 durchströmt, um dann aus dem Ventil 7 über einen Auslaßkanal 10 zu entweichen und zu einem ölbehälter 11 zu gelangen, so daß der ÖlZuführungskanal 9 nicht mit einem Druck beaufschlagt wird. Wird jedoch das Umschaltventil bzw. der Ventilschieber 7 nach vorn oder hinten verschoben, wird das Drucköl jeweils einer von zwei in Fig. 5 dargestellten, einander gegenüberliegenden Kammern 14 eines Kraftbetätigungszylinders 13 über eine von zwei Austrittsöffnungen 12 zugeführt, um die mit der Hand bewirkte Betätigung

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des Lenkrades 2 durch Aufbringen einer Servokraft zu unterstützen, so daß in der betreffenden Kammer 14 und daher auch in dem ölZuführungskanal 9 ein Druck aufgebaut wird, der dem Widerstand entspricht, den die Fahrbahn der Lenkbewegung der zu lenkenden Räder entgegensetzt.

Gemäß Fig. J ist ein Überdruckventil 8a vorhanden, das einen übermäßigen Druckanstieg in dem Zuführungskanal 9 verhindert, und ein Rückschlagventil 8b verhindert, daß der Kanal 9 mit einem Unterdruck beaufschlagt wird.

Gemäß Pig. 1 und 2 ist eine Öldruckreaktionskammer 15 vorhanden, die auf der Außenseite des Umschaltventils 7 angeordnet und so eingerichtet ist, daß jede Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Ventilschiebers 7 zu einer Verkleinerung des Rauminhalts der Öldruckreaktionskammer führt. Gemäß Pig. 1 sind ein vorderer Kolben 17 und ein hinterer Kolben 17 vorhanden, zwischen denen eine Vorspannfeder 16 in der Öldruckreaktionskammer 15 angeordnet ist, und die beiden Kolben 17 werden zwischen einem vorderen Plansch 18 und einem hinteren Plansch 18 in ihrer Lage gehalten, die gegenüber dem Umschaltventil 7 nach außen vorspringen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 1 und 2 sind tatsächlich vier solche Reaktionskammern 15 vorhanden, die über einen ersten ölkanal 19 in Verbindung mit einer äußeren Steuerdruckölquelle 20 in Verbindung stehen, die dazu dient, Drucköl jeweils in einer Menge abzugeben, die der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, und zu der z.B. eine Druckpumpe gehört, die in dem Fahrzeug durch eine Vorgelegewelle angetrieben wird. Der erste ölkanal 19 ist außerdem mit dem schon genannten ölZuführungskanal 9 durch einen zweiten ölkanal 21 verbunden, in den zu einem noch zu erläuternden Zweck ein Regelventil 22 eingeschaltet ist.

Das Steuer- bzw. Regelventil 22 ist so ausgebildet, daß sein

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Schließorgan in Richtung auf seine Schließstellung sowohl durch eine Feder 22a als auch durch den Öldruck in dem Zuführungskanal 9 vorgespannt wird, und daß der in dem ersten Ölkanal 19 herrschende Öldruck bestrebt ist, das Ventil 22 zu öffnen. Wird der Öldruck in dem ersten Ölkanal 19 dadurch erhöht, daß diesem Kanal von der Steueröldruckquelle 20 aus Drucköl zugeführt wird, vergrößert sich somit die Kraft, die bestrebt ist, das Ventil 22 zu öffnen, bis dieses Ventil schließlich entgegen der Kraft geöffnet wird, die auf das Schließorgan in der Schließrichtung durch den Öldruck in dem Zuführungskanal 9 und öle Feder 22a aufgebracht wird, so daß das in dem ersten ölkanal 19 vorhandene Drucköl von der Quelle 20 aus zu dem Zuführungskanal 9 strömt, was zur Folge hat, daß sich der Öldruck in dem ersten Ölkanal 19 verringert, damit insgesamt betrachtet der Druck des Öls in dem ersten Ölkanal 19 automatisch so eingestellt werden kann, daß er stets um einen der Kraft der Vorspannschieber 22a entsprechenden Betrag höher ist, als der Öldruck in dem Zuführungskanal 9» d.h. als der Öldruck, der zu dem Widerstand proportional ist, den die Fahrbahn den Lenkbewegungen der zu lenkenden Räder entgegensetzt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der zusätzlich eine Drossel 2J vorhanden ist, die in den zweiten ölkanal 21 eingebaut und mit dem Steuer- bzw. Regelventil 22 in Reihe geschaltet wird. Ferner ist gemäß Fig. 4 ein Umgehungskanal 24 vorhanden, der zwischen dem Ölzufuhrungskanal 9 und dem ersten Ölkanal 19 mit dem zweiten Ölkanal 21 parallel geschaltet ist, und in den ein Überdruckventil 25 eingeschaltet ist, um ein übermäßiges Ansteigen des Öldrucks in dem ersten Ölkanal 19 zu verhindern; das Überdruckventil 25 ist so eingestellt, daß es sich bei einem Druck öffnet, der höher ist als der Öffnungsdruck des Steuer- bzw. Regelventils 22.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung näher erläutert.

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Befindet sich das Fahrzeug im Stillstand, d.h. hat die Fahrgeschwindigkeit den Wert Vo, wird in dem ersten Ölkanal 19 kein Öldruck erzeugt, und daher wird der Öldruckreaktionskammer 15 auch kein Öldruck zugeführt. Wird jetzt die Lenkwelle 1 gedreht, wird das Umschaltventil 7 entgegen der Kraft der bzw. jeder Vorspannfeder 16 in der Reaktionskammer 15 dadurch verstellt, daß in der Längsrichtung eine Reaktionskraft auf die Ritzelwelle 5 wirkt, so daß eine der seitlichen Kammern 14 des Kraftbetätigungszylinders 13 in Verbindung mit der Druckölquelle 8 gebracht wird, damit die mit der Hand herbeigeführte Drehung des Lenkrades 2 durch eine Servokraft unterstützt werden kann. Wie erwähnt, wird unter diesen Umständen ein Öldruck, der dem Widerstand entspricht, den die Fahrbahn einer Lenkbewegung der zu lenkenden Räder entgegensetzt, in der Kammer 14 und daher auch in dem damit verbundenen ölzufUhrungskanal 9 zur Wirkung gebracht, doch wird hierbei kein Drucköl dem ersten ölkanal 19 zugeführt, so daß die Lenkkraft nicht über den Wert hinaus ansteigt, der durch die Kraft der bzw. jeder Feder 1β in der Reaktionskammer 15 bestimmt wird. Somit entspricht die Änderung der Lenkkraft in diesem Fall gemäß Fig. 5 dem Linienzug bzw. der Kennlinie O-Ao-Vo. Hierbei wird die Lage des Knickpunktes Ao durch die Kraft der Feder 16 in der Öldruckreaktionskammer 15 bestimmt.

Wird jetzt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemäß Fig. 5 auf den Viert V1 erhöht, wird dem ersten ölkanal 19 Drucköl von der Steueröldruckquelle 20 aus zugeführt, so daß sich der Öldruck in dem ersten ölkanal 19 und daher auch in der Reaktionskammer 15 erhöht, doch wird diese Erhöhung durch das Regelventil 22 automatisch begrenzt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Öldruck im Vergleich zu dem Druck in dem Zuführungskanal 9 um einen Betrag erhöht wird, der der Kraft der auf das Regelventil 22 wirkenden Feder 22a entspricht. In diesem Stadium wird in dem Zuführungskanal 9 kein Öldruck erzeugt, bevor das Umschaltventil 7 betätigt wird, so daß der Öldruck in der Reaktionskammer 15 automatisch so eingeregelt wird, daß er einen Wert

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annimmt, der durch die Kraft der Ventilfeder 22a bestimmt wird. Nachdem das Ventil 7 betätigt worden ist, dient der in der ölzuführungsleitung 9 herrschende Öldruck dazu, die bzw. jede Feder 16 zu unterstützen, was bedeutet, daß gemäß Pig. 5 der Punkt Ao bis zu dem Punkt P nach oben verlagert wird. Wird das Umschaltventil 7 betätigt, so daß in dem ÖlzufUhrungskanal 9 ein Öldruck zur Wirkung kommt, der dem Widerstand entspricht, den die Fahrbahn Lenkbewegungen der zu lenkenden Räder entgegensetzt, wird auch der Öldruck in der Reaktionskammer 15 entsprechend erhöht. Da jedoch längs der Kolben 17 oder bei der Steueröldruckquelle 20 oder dergleichen Leckverluste auftreten, überschreitet der Öldruck in der Reaktionskammer 15 nicht einen vorbestimmten Wert. Daher gilt für die Lenkvorrichtung jetzt gemäß Fig. 5 die Kennlinie 0-P-B1-V1. Hierbei stellt der Punkt B1 einen Punkt dar, an dem sich die Leckverluste und die Fördermenge der Steueröldruckquelle 20 ausgleichen. Nimmt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemäß Fig. 5 auf den höheren Wert V2 zu, wird die Fördermenge der Steueröldruckquelle 20 vergrößert, und der Punkt B1, an dem sich die Leckverluste und die Fördermenge der Steueröldruckquelle 20 ausgleichen, verlagert sich gemäß Fig. 5 zu dem Punkt B2, so daß jetzt die Kennlinie 0-P-B2-V2 gilt.

Tritt jetzt bezüglich des Betriebs der Druckölquelle 8 eine Störung auf, so daß sich der Öldruck in dem Zuführungskanal 9 verringert oder auf Null zurückgeht, kann bei den bis jetzt bekannten Servolenkvorrichtungen gewöhnlich keine Servokraft mehr erzeugt werden. Gemäß der Erfindung wird jedoch bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in einem solchen Fall das Regelventil 22 durch den in dem ersten ölkanal 19 herrschenden Öldruck geöffnet, so daß Drucköl von der Steueröldruckquelle 20 aus dem Kanal 9 über den zweiten Ölkanal 21 zugeführt werden kann, damit weiterhin eine Servokraft zur Verfügung steht.

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Bei der Ausführungsform nach Pig. k unterscheidet sich die Lenkkraftkennlinie für den Fall, daß sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, d.h. daß die Fahrgeschwindigkeit den Wert Vo hat, nicht von der anhand von Fig. 5 beschriebenen Kennlinie. Wird die Fahrgeschwindigkeit auf den Wert V1 gesteigert, wird der Druck des von der Steueröldruckquelle 20 abgegebenen Drucköls gemäß Fig. ^- durch die Drossel 23 herabgesetzt, während das öl,nach dem öffnen des Regelventils 22 zu dem ölzuführungskanal 9 strömt. Infolgedessen wird der Öldruck in dem ersten ölkanal 19 höher als in dem Zuführungskanal 9, und zwar um einen Betrag, der der Kraft der Ventilfeder 22a und dem beschriebenen Druckabfall entspricht. Somit wird der erste Knickpunkt, der dem Punkt P in Fig. 5 entspricht, gemäß Fig. β um einen Betrag nach oben verlagert, der dem Druckabfall entspricht, so daß jetzt gemäß Fig. β der Punkt A1 gilt. In dem Zeitpunkt, in dem sich die Fördermenge der Steueröldruckquelle 20 und die Leckverluste ausgleichen, ist der Öldruck der gleiche wie in dem weiter oben beschriebenen Fall.

Somit ergibt sich unter diesen Umständen gemäß Fig. 6 die Kennlinie 0-A1-B1-V1.

Wird die Fahrgeschwindigkeit weiter gesteigert, wird die Fördermenge der Steueröldruckquelle 20 vergrößert, so daß sich auch der durch die Drossel 23 herbeigeführte Druckabfall vergrößert, so daß sich gemäß Fig. β der Punkt A1 nach oben zu dem Punkt A2 verlagert, woraufhin die Kennlinie 0-A2-B2-V2 gilt.

Tritt beim Betrieb der Druckölquelle 8 eine Störung auf, ermöglicht es die Steueröldruckquelle 20, weiterhin nahezu in der gleichen beschriebenen Weise eine Servokraft aufrechtzuerhalten.

Der durch die Drossel 23 herbeigeführte Druckabfall nimmt entsprechend der Steigerung der Fahrgeschwindigkeit zu, so daß

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die Gefahr besteht, daß der Öldruck in dem ersten ölkanal 19 bis auf einen zu hohen Wert ansteigt, doch wird in einem solchen Fall das Überdruckventil 25 geöffnet, um ein solches übermäßiges Ansteigen des Öldrucks zu verhindern.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird das von dem Überdruckventil 25 durchgelassen Drucköl nicht zu dem Ölbehälter 11 zurückgeleitet, sondern zu dem ölzuführungskanal 9; hierdurch läßt sich der nachstehend beschriebene Vorteil erzielen.

Der Druck, bei dem sich das Überdruckventil 25 öffnet, entspricht dem Unterschied zwischen dem Öldruck in dem Zuführungskanal 9 und dem Öldruck in dem ersten Ölkanal 19, so daß dann, wenn der höchstzulässige Öldruck in dem ersten Ölkanal 19 auf 80 bar eingestellt ist, Gewähr dafür besteht, daß sich das Überdruckventil 25 bei einem Druck von 20 bar öffnet, während sich das Überdruckventil 8a bei oO bar öffnet. Infolgedessen wird in dem Ölzuführungskanal 9 selbst dann kein Öldruck aufgebaut, wenn der Öldruck in dem ersten Ölkanal 19 infolge des Druckabfalls an der Drossel 23 während der Fahrt des Fahrzeugs erhöht wird, so daß der Öldruck in dem ersten Ölkanal 19 unter dem Einfluß des Überdruckventils 25 nur einen Höchstwert von 20 bar erreicht, und daß hierdurch die Steueröldruckquelle 20 entlastet wird, was zur Verlängerung ihrer Lebensdauer führt. Nimmt man jetzt an, daß das von dem Überdruckventil 25 abgegebene Drucköl zu dem Ölbehälter 11 zurückgeleitet würde, wäre es erforderlich, den Öffnungsdruck des Überdruckventils 25 auf 80 bar einzustellen, und dies ist unerwünscht, da die Steueröldruckquelle 20 selbst bei der Geradeausfahrt des Fahrzeugs einen Druck von 80 bar aufzubringen hat.

Zwar wurden vorstehend zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen jeweils ein Umschaltventil vorhandoi ist, dessen Schieber beim Drehen der Lenkwelle nach vorn oder hinten bewegt wird, doch beschränkt sich die Erfindung nicht auf diesen

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Pall, d.h. man könnte auch ein Umschaltventil vorsehen, dessen Steuerorgan beim Drehen der Lenkwelle gedreht wird.

Gemäß der Erfindung ist es somit bei niedriger Fahrgeschwindigkeit möglich, das Fahrzeug ohne Rücksicht auf den Widerstand, den die Fahrbahn Lenkbewegungen der lenkbaren Räder entgegensetzt, Lenkbewegungen mittels einer konstanten kleinen Kraft herbeizuführen, und die Lenkkraft vergrößert sich entsprechend der Zunahme der Fahrgeschwindigkeit, so daß es möglich ist, bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ein Übersteuern zu verhindern; außerdem ist eine Benutzung der Servolenkvorrichtung auch dann noch möglich, wenn bei der Druckölquelle eine Störung auftritt, denn in diesem Fall liefert die Steueröldruckquelle das benötigte Drucköl, so daß ein gefahrloser Betrieb der Servolenkvorrichtung möglich ist.

Gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung ist es möglich, die für eine Servolenkung benötigte Lenkkraft entsprechend der Zunahme der Fahrgeschwindigkeit zu vergrößern, und bei hoher Fahrgeschwindigkeit wird die Lenkkraft größer als zuvor, so daß sich ein Übersteuern zuverlässig verhindern läßt.

Ansprüche

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Claims (2)

1. ANSPRÜCHE

   j/. Servolenkvorrichtung für Fahrzeuge mit einem Umschaltventil, das so ausgebildet ist, daß es sich durch Drehen einer Lenkwelle in der einen oder anderen Richtung bewegen bzw. verstellen läßt, um einen an eine Betriebsdruckölquelle z.B. eine Druckölpumpe oder dergleichen, angeschlossenen Druckölzuführungskanal nach Bedarf mit einer rechten bzw. einer linken Kammer eines Kraftbetätigungszylinders zu verbinden, wobei das Umschaltventil auf seiner Außenseite mindestens eine Öldruckreaktionskammer aufweist, deren Rauminhalt sich verkleinert, wenn das Umschaltventil in der einen oder anderen Richtung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Öldruckreaktionskammer (15) durch einen ersten ölkanal (19) mit einer Steueröldruckquelle (20) verbunden ist, die so ausgebildet ist, daß sie eine der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechende Druckölmenge fördert, daß der erste ölkanal über einen zweiten ölkanal (21) mit dem Druckölzuführungskanal (9) verbunden ist, und daß in den zweiten ölkanal ein Regelventil (22) eingeschaltet ist, das sich öffnet, sobald der Öldruck in dem ersten ölkanal um einen vorbestimmten Betrag höher wird als der Öldruck in dem Druckölzuführungskanal.
2. 2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dem zweiten Ölkanal (21) mit dem in ihn eingeschalteten Regelventil (22) eine Drossel (23) in Reihe geschaltet ist.

   Der Patentanwalt:

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