DE4207668A1 - Hydraulische servo-lenkung mit lenkmomentsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung mit Drehschieberventil und Lenkmomentsensor zur bedarfsge­ rechten Steuerung der Hydraulikpumpe.

Eine Servolenkung mit bedarfsgerechter Steuerung der hydraulischen Pumpe ist aus der DE-OS 39 20 862 A1 bekannt, wobei die Hydraulikpumpe von einem Elektromotor angetrieben wird, dessen Leistung geschwindigkeitsabhängig gesteuert wird. Dabei ist auch vorgesehen, die hydraulische Unter­ stützung erst nach Überschreiten einer bestimmten Lenk­ momentschwelle zu aktivieren, um Energie zu sparen und den Verschleiß der Pumpe zu minimieren, wofür ein in die Lenk­ säule eingebauter Lenkmomentsensor vorgesehen ist. Ein in das Steuerventil zur Druckmittelbeaufschlagung des Servo­ zylinders integrierter Schalter, der auf die Relativbe­ wegung der drehbaren Teile des Steuerventils anspricht, ist aus der DE-OS 38 08 900 bekannt. Die DE-OS 40 12 480 be­ schreibt einen Sensor, der Verschiebungen einer lenkmoment­ abhängig axial verschiebbaren Hülse registriert, die aus­ schließlich als Sensorsignalgeber verwendet wird.

Eine bekannte Vorrichtung, bei der ein Lenkmomentsensor in das Drehschieberventil integriert ist, hat den Nachteil, daß dieser Sensor jede Drehung des Lenkstrangs relativ zum Lenkgehäuse mitmacht, was eine komplizierte Vorrichtung zur Übertragung des Sensorssignals notwendig macht. Auf eine aufwendige Konstruktion zur Übertragung des Sensorsignals kann verzichtet werden, wenn man, wie bei den bekannten Lösungen zur Lenkmomentmessung, eine weitere Elastizität in den Lenkstrang einbaut.

Die Erfindung geht von einer Servolenkung der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße hydrau­ lische Servolenkung mit Drehschieberventil vorzuschlagen, bei der durch geringe konstruktive Änderungen eine Aus­ nutzung der vorhandenen Lenkelastizität des Torsionsstabes zur Messung des Lenkmoments ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird mit der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahme gelöst. Die Umwandlung des Lenkmoments in eine axiale Verschiebung macht eine un­ komplizierte Wegmessung möglich. Vorteilhafte Ausführungs­ arten sind in den Unteransprüchen dargelegt.

So kann gemäß den Ansprüchen 2 und 3 die Umwandlung des Lenkmoments in eine axiale Verschiebung der Steuerhülse über ein Getriebe erfolgen, das vorzugsweise als Schräg­ kulissenverbindung ausgeführt ist. In der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 sind dabei Schräg- und Längskulissen in der Steuerhülse vorgesehen, in denen Stifte geführt werden, die fest in der Ritzelwelle bzw. der Steuerwelle oder mit diesen drehfesten Bauteilen verbunden sind. Ausführungsformen, die ausschließlich mit Schräg­ kulissen arbeiten, oder die feste Stifte in der Steuerhülse und Kulissen in Ritzelwelle oder Lenkwelle bzw. ent­ sprechenden Bauteilen aufweisen, stellen ebenfalls vorteil­ hafte Lösungen dar. In der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 ist die Schrägkulissenverbindung am ritzel­ seitigen Ende der Steuerhülse angebracht. Zweckmäßig sind aber auch andere Anordnungen, beispielsweise am lenkwellen­ seitigen Ende der Steuerhülse bzw. eine getrennte An­ bringung der Kulissen am oberen und am unteren Ende.

Die bevorzugte Ausführungsform weist nach den Ansprüchen 4 und 5 auf dem der Schrägkulissenverbindung entgegenge­ setzten Ende der Steuerhülse einen koaxial umlaufenden Vor­ sprung auf, dessen axialsymmetrische Form eine von der Drehung des Lenkgetriebes unabhängige Messung seiner axialen Verschiebung ermöglicht. Dies geschieht über den Sensor, der nach Anspruch 9 in Höhe des umlaufenden Vor­ sprungs im Lenkgehäuse angebracht ist, entweder fest einge­ baut oder in eine dafür vorgesehenen Öffnung von außen montierbar, was Produktion und Wartung vereinfacht. Erfin­ dungsgemäß ist nach Anspruch 9 und 10 der Einsatz von Halb­ leiterbauelementen als Sensoren vorgesehen, vorzugsweise von solchen, die die Änderung des magnetischen Kraft­ flusses, hervorgerufen durch die Verschiebung des umlaufen­ den Vorsprungs, registrieren. Zur optimalen Einstellung des Sensors parallel zur Achse der Steuerhülse sind Einrich­ tungen vorgesehen, die eine Justierung von außen ermög­ lichen. Es sind aber auch andere Sensortypen oder nach Anspruch 11 ein mechanischer Schalter denkbar.

Das Sensorsignal wird nach Anspruch 12 und 13 dazu benutzt, über eine Steuereinheit, die idealerweise auch andere im Fahrbetrieb relevante Signale wie z. B. die Fahrzeug­ geschwindigkeit verarbeiten kann, die Leistungsversorgung der Hydraulikpumpe bedarfsgerecht zu steuern. Besonders geeignet dafür sind elektromotorisch betriebene Pumpen. Liegt kein Lenkmoment an, so kann der Elektromotor abge­ schaltet sein, oder im Stand-by-Modus betrieben werden, während er bei Anliegen eines Lenkmoments aktiviert wird. Zu diesem Zweck wird keine große Auflösung des Meßwertes des anliegenden Lenkmomentes benötigt, sondern lediglich die Information seines Vorliegens, so daß die Kulissen auch so ausgelegt sein können, daß nur eine geringe axiale Ver­ schiebung der Steuerhülse 2 erfolgt. Sinnvolle Ausgestal­ tungsmöglichkeiten der Erfindung sind, das Lenkmomentsignal an andere im Fahrzeug vorhandene Steuer- oder Regelungsein­ richtungen z. B. Fahrwerksregelung oder ABS-Regelung weiter­ zuleiten, oder den Sensor so auszulegen, daß auch eine Messung anderer Größen wie z. B. des Lenkwinkels oder der Lenkgeschwindigkeit möglich ist. Dies kann beispielsweise durch eine zahnradförmige Ausbildung des umlaufenden Vor­ sprungs 7 erfolgen. Sollte das Anlaufen des Elektromotors eine zu große Verzögerungszeit hervorrufen, ist es möglich, den Elektromotor von der Pumpe abgekoppelt ohne Last laufen zu lassen, und ihn nur im Bedarfsfall anzukoppeln.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildungen hervor. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Lenkstrang mit erfindungsgemäßem Steuerventil und Sensor,

Fig. 2 einen zur Fig. 1 senkrechten Schnitt entlang der Linie A-A.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Hilfskraftlenkanlage mit drehbarer Steuerhülse 2 dargestellt. Im Lenkgehäuse 8 befinden sich Lenkwelle 3 und Ritzelwelle 11 die über einen Torsionsstab 9 drehelastisch miteinander verbunden sind, sowie die koaxial dazu angeordnete dreh- und axialverschiebbare Steuerhülse 2, die mit der Ritzelwelle 11 verbunden ist.

Fig. 2 zeigt diese Verbindung zwischen Ritzelwelle 11 und Steuerhülse 2, die Teil des Getriebes 10 ist. Sie erfolgt über Stifte 16, die formschlüssig in Bohrungen in den nach oben ragenden Armen der Ritzelwelle 11 angebracht sind und in parallel zur Achse des Torsionsstabs 9 verlaufenden Längskulissen 18 der Steuerhülse 2 verschiebbar gelagert sind. Zusätzlich ist eine ähnliche Verbindung zwischen dem Fortsatz der Lenkwelle 3, im folgenden Rotor 10 genannt, und der Steuerhülse 2 über Stifte 17 vorgesehen, die im Rotor 10 formschlüssig und in Schrägkulissen 19 der Steuerhülse 2 beweglich angebracht sind. Steuerhülse 2 und Rotor 10 bilden das Steuerventil 1. Wird vom Fahrer kein Lenkmoment ausgeübt, d. h. eine Lenkunterstützung ist nicht erforderlich, sind Lenkwelle 3 und Ritzelwelle 11 nicht gegeneinander verdreht, die Stifte 16 und die Stifte 17 stehen senkrecht zueinander, beide in den Mitten der jeweiligen Kulissen 18 bzw. 19. Somit steht die Steuerhülse 2 in einer Mittenposition, sowohl in Richtung der axialen Verschiebung als auch bezüglich der Drehbewegung. Übt der Fahrer ein Lenkmoment aus, so verdrillt sich der Torsions­ stab 9, wodurch Rotor 10 und Steuerhülse 2 gegeneinander verdreht werden. Dies bewirkt, daß sich die Steuerhülse 2 sowohl axial verschiebt als auch relativ zum Rotor 10 ver­ dreht. Letzteres hat zur Folge, daß entsprechend der Lenk­ richtung nur eine der beiden Kammern des Servozylinders über den Kammeranschluß 14 bzw. 15 mit dem Pumpenanschluß 13 verbunden ist, während bei Mittenstellung der Steuer­ hülse 2 beide Kammeranschlüsse 14 und 15 mit dem Pumpenan­ schluß 13 der Hydraulikpumpe verbunden sind. Dabei sind die druckmittelleitenden Aussparungen von Rotor 10 und Steuer­ hülse 2 so ausgelegt, daß sie der axialen Verschiebung dieser beiden Bauteile gegeneinander Rechnung tragen. Am oberen Ende der Steuerhülse 2 ist ein koaxial umlaufender Vorsprung 7 angebracht, dessen axiale Verschiebung von einem im Lenkgehäuse 8 angebrachten Sensor 4 registriert wird, der in Mittenstellung der Steuerhülse 2 mit dem Vor­ sprung 7 auf gleicher Höhe liegt. Das heißt, die vom Lenk­ moment abhängige Verschiebung wird von einem Wegsensor registriert. Im Ausführungsbeispiel ist hier ein Sensor vorgesehen, der auf eine Änderung des magnetischen Kraft­ flusses, hervorgerufen durch Verschiebung des umlaufenden Vorsprungs 7, anspricht. Der Sensor 4 ist in eine Öffnung des Lenkgehäuses 8 einsteckbar und von außen justierbar angebracht. Damit ist eine problemlose Montage oder im Fall eines Defekts ein problemloser Austausch des Sensors 4 möglich. Falls die Hilfskraftunterstützung ausfällt, ist ein störungsfreier Betrieb der Lenkanlage dadurch gesichert, daß eine direkte Übertragung der Drehbewegung von der Lenkwelle 3 auf die Ritzelwelle 11 gewährleistet ist, sobald sich die Stifte 16 bzw. 17 in den Anschlägen der Kulissen 18 bzw. 19 befinden.

 1 Steuerventil
 2 Steuerhülse
 3 Lenkwelle
 4 Sensor
 5 Getriebe
 6 -
 7 umlaufender Vorsprung
 8 Lenkgehäuse
 9 Torsionsstab
10 Rotor
11 Ritzelwelle
12 Zahnstange
13 Pumpenanschluß
14 Kammeranschluß
15 Kammeranschluß
16 Stift
17 Stift
18 Längskulisse
19 Schrägkulisse

Claims (13)

1. Hydraulische Servolenkung mit Steuerventil (1) zur lenkmomentabhängigen Beaufschlagung der Kammern eines Servozylinders mit Druckmittel, bestehend aus Lenkge­ häuse (8), einen die Lenkwelle (3) und die Ritzelwelle (11) drehelastisch verbindenden Torsionsstab (9), einen koaxial um diesen angeordneten Rotor (10) der ein hohlzylinderischer Fortsatz der Lenkwelle (3) ist und eine dazu koaxial mit der Ritzelwelle (11) drehen­ de Steuerhülse (2), dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuerhülse (2) auch eine axiale Ver­ schiebung abhängig vom angelegten Lenkmoment ausführt, und daß ein Wegsensor (4) diese Verschiebung erfaßt.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Getriebe (5) vor­ handen ist, das die Steuerhülse (2) in Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment sowohl relativ zur Lenk­ welle (3) verdreht, als auch in axiale Richtung ver­ schiebt.

3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Getriebe (5) aus einer Schrägkulissenverbindung (19) zwischen Steuerhülse (2) und dem relativ zu dieser drehbaren Rotor (10), sowie einer Längskulissenverbindung (18) zwischen Steuer­ hülse (2) und Ritzelwelle (11) besteht.

4. Servolenkung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuerhülse (2) ein koaxial umlaufender Vorsprung (7) angebracht ist, dessen axiale Verschiebung vom Sensor (4) erfaßt wird.

5. Servolenkung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (7) und die Schrägkulissenverbindung (19) an den einander ent­ gegengesetzten Enden der Steuerhülse (2) angebracht sind.

6. Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Ritzel­ welle (11) zugewandten Ende der Steuerhülse (2) mehrere Kulissen (18, 19) gleichmäßig um den Umfang der Steuerhülse (2) angebracht sind, von denen eine oder mehrere als Längskulissen (18), die anderen als Schrägkulissen (19) ausgebildet sind, wobei in den Längskulissen (18) Stifte (16) geführt werden, die mit der Ritzelwelle (11) fest verbunden sind, und in den Schrägkulissen (19) Stifte (17), die mit dem Rotor (10) fest verbunden sind, und der umlaufende Vorsprung (7) an dem der Ritzelwelle (11) abgewandten Ende der Steuerhülse (2) sitzt.

7. Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Vorsprung (7) und Schrägkulissenverbindung (19) am gleichen Ende der Steuerhülse (2) angebracht sind.

8. Servolenkung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor von außen montierbar am oberen bzw. unteren Ende des Lenkge­ häuses (8), vorzugsweise in Höhe des Vorsprungs (7) angebracht ist.

9. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) mit Halbleiter-Sensorelementen versehen ist.

10. Servolenkung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Halbleiter-Sensorelemente Feldplatten oder Hallgeneratoren vorgesehen sind.

11. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein mechanischer Schalter vorgesehen ist.

12. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensor­ signal von einer elektrischen oder elektronischen Steuereinheit verarbeitet wird.

13. Servolenkung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinheit die Leistungs­ versorgung der zur Servolenkung gehörenden Hydraulik­ pumpe in Abhängigkeit vom Sensorsignal steuert.