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Die Erfindung betrifft eine hydraulische
Servolenkung für
Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Hydraulische Servolenkungen sind
allgemein bekannt und werden in den meisten Kraftfahrzeugen serienmäßig eingebaut.
Es ist auch bekannt, die am Lenkhandrad für den Fahrzeugführer spürbare bzw.
bei Lenkmanövern
aufzubringende Kraft parameterabhängig zu verändern, um beispielsweise die
Lenkung bei hoher Geschwindigkeit etwas schwergängiger und bei sehr geringer
Geschwindigkeit, insbesondere in einem für Rangiermanöver typischen
Geschwindigkeitsbereich, besonders leichtgängig zu machen. Dazu werden
sogenannte Rückwirkungsanordnungen
eingesetzt, durch die sich die für
eine Verstellung der Servoventilanordnung notwendige Kraft verändern lässt.
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Eine derartige Rückwirkungsanordnung an einer
Servoventilanordnung ist aus der
DE 196 16 439 C1 bekannt.
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Solche Lenkungen mit geschwindigkeitsabhängigen Rückwirkungsanordnungen
weisen einen Drehstab auf, der vergleichsweise drehweich ausgelegt
ist, um im niedrigen Geschwindigkeitsbereich eine leichte Lenkung
zu realisieren. Dies führt
jedoch dazu, dass im Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeiten, in
dem die Servounterstützung
aus Sicherheitsgründen
gering sein soll, insbesondere bei kleinen Lenkbewegungen die Lenkrückstellung
nur unzureichend ausgebildet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
eine hydraulische Lenkung anzugeben, die auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten
eine genaue Rückstellung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Grundlegender Gedanke der Erfindung
ist es, eine Vorrichtung vorzusehen, mittels derer eine über die
Lenkhandhabe bewirkte Relativverdrehung zwischen den Steuerteilen
des Servoventils parameterabhängig
verstärkt
werden kann. Über
diese Vorrichtung wird somit die Verdrehung der Steuerteile gegeneinander
aktiv unterstützt.
Als Parameter können
dabei beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel
und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
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Die Vorrichtung weist dabei als grundlegenden
Bestandteil ein Element auf, das die relative Verdrehung der Steuerteile
zueinander vornimmt. Dies können
Spreizelemente wie beispielsweise ein Spreizkeil sein oder auch
eine Kugel, die auf eine entsprechend geformte Fläche wirkt.
Denkbar ist aber auch eine mit beiden Steuerteilen in Verbindung stehende
einfach oder doppeltwirkende, hydraulisch beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit
oder ein beispielsweise elektrisch angetriebener Schneckenantrieb,
der über
Hebel die Verdrehung der Steuerteile bewirkt.
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Die Vorrichtung bietet die Möglichkeit,
im Servoventil einen Drehstab einzusetzen, der gegenüber in herkömmlichen
Servolenkungen verwendeten Drehstäben drehsteifer ausgebildet
ist. Ein drehsteiferer Drehstab bewirkt eine bessere Rückstellung von
Auslenkungen auch bei kleinen Lenkbewegungen im hohen Fahrgeschwindigkeitsbereich.
Zugleich ist weiterhin eine parameterabhängige, z.B. geschwindigkeitsabhängige Servounterstützung gegeben,
indem die Vorrichtung derart angesteuert wird, dass die Unterstützung mit
zunehmender Fahrgeschwindigkeit abnimmt.
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Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein
Ausführungsbeispiel
der hydraulischen Servolenkung detailliert beschrieben: Es zeigen:
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1:
einen Längsschnitt
durch ein als Drehschieberanordnung ausgebildetes Servoventil einer
erfindungsgemäßen hydraulischen
Servolenkung,
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2:
einen schematischen Leitungsplan mit Darstellung eines Querschnitts
durch das Servoventil.
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In 1 ist
ein Längsschnitt
durch ein als Drehschieberanordnung ausgebildetes Servoventil 1 dargestellt.
Im Gehäuse 2 des
Servoventils 1 ist eine Steuerbuchse 3 über ein
Kugellager 4 drehbar gelagert. Die Steuerbuchse 3 umschließt dabei
einen Drehschieber 5, der rohrförmig koaxial zur Steuerbuchse 3 in
dieser schwenkbar gelagert ist.
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Innerhalb des Drehschiebers 5 ist
ein Drehstab 6 angeordnet, der an seinem in 1 dargestellten oberen Ende über einen
Splint 7 mit dem Drehschieber 5 und einer nicht
weiter dargestellten Verbindung zum Fahrzeuglenkrad kraft- und formschlüssig verbunden
ist.
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An seinem entgegengesetzten, unteren Ende
ist der Drehstab 6 über
einen weiteren Splint 8 einerseits mit einem Ritzel 9 verbunden,
dessen Zähne 10 mit
einer Zahnstange 11 kämmen.
Die Zahnstange 11 wirkt über ein nicht dargestelltes
Lenkgestänge
auf lenkbare Räder
des Fahrzeugs. Über
den Splint 8 ist der Drehstab 6 andererseits mit
dem Drehschieber 5 form- und kraftschlüssig verbunden.
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Der Drehstab 6 ist konstruktiv
derart ausgestaltet, dass er bei einer über das Lenkrad eingeleiteten
Drehbewegung ein Verschwenken des Drehschiebers 5 relativ
zur Steuerbuchse 3 zulässt.
Mit zunehmender Relativverschwenkung verändern als Drosseln wirkende
Steuerkanten 12 Strömungsquerschnitte,
durch die eine Hydraulikpumpe 13 (2) Hydraulikflüssigkeit aus einem relativ
drucklosen Hydraulikreservoir 14 über Leitungen 15a, 15b in
einen Zylinder 16 eines Servomotors 17 fördert. Der
Zylinder 16 wird in seiner Längsrichtung von einer Kolbenstange 18 durchquert,
auf der ein Kolben 19 gehaltert ist, der den Zylinder 16 in
zwei Kammern 16a, 16b unterteilt.
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Oberhalb des Bereichs der in 1 dargestellten Steuerkanten 12 ist
ein Teil einer Vorrichtung 20 entlang des Drehschiebers 5 angeordnet.
Dabei weist dieser Vorrichtungsteil 20 mehrere kugelförmige Übertragungselemente 21 auf,
die ringförmig
um den Drehschieber 5 angeordnet sind. Diese Kugeln 21 werden
in Bohrungen 22 der Steuerbuchse 3 geführt, wobei
der Innendurchmesser der Bohrungen 22 nur unwesentlich
größer ist,
als der Außendurchmesser
der Kugeln 21, so dass kein Verklemmen der Kugeln 21 in
den Bohrungen 22 auftreten kann. Zwischen den Kugeln 21 und
den Bohrungswänden 22 vorbeiströmende Hydraulikflüssigkeit
gelangt über eine
Entlastungsbohrung 29 in einen Innenhohlraum 30 des
Drehschiebers 5 und kann von dort über eine Rückführleitung 31 in das
Hydraulikreservoir 14 abfließen.
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Das Außenprofil des Drehschiebers 5 ist durch
u- oder v-förmige
Ausnehmungen gebildet, die am Umfang des Drehschiebers 5 unmittelbar
aneinandergrenzend angeordnet sind. Dadurch besitzt der Drehschieber 5 in
diesem Abschnitt einen nahezu sternförmigen Querschnitt. In Normallage
sind der Drehschieber 5 und die Steuerbuchse 3 so
zueinander angeordnet, dass eine von der Drehachse beider Steuerteile 3; 5 radial
durch eine Spitze im Außenprofil 28 des
Drehschiebers 5 nach außen verlaufende Linie, koaxial
zu der Achse der Bohrung 22 und somit mittig durch eine
Kugel 21 verläuft.
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Von den Kugeln 21, den Wänden der
Bohrungen 22, dem Außenumfang
des Drehschiebers 5 und dem Innenumfang des Gehäuses 2 sowie
durch Dichtungen 25 wird ein Ringraum 23 begrenzt.
Der Ringraum 23 steht über
eine Rohrleitung 24 mit der Leitung 15c in Verbindung,
die die Steuerkanten 12a–12d mit
der Pumpe 13 verbindet.
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In der Rohrleitung 24 ist
ein Proportionalventil 26 angeordnet, über welches der Strömungsquerschnitt
im Ventil 26 variiert werden kann. Dieses Proportionalventil 26 kann
beispielsweise von einem nicht dargestellten Steuergerät elektromagnetisch angesteuert
werden.
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In der Rohrleitung 24 ist
zwischen der Pumpe 13 und dem Proportionalventil 26 ein
Druckbegrenzungsventil 32 angeordnet. Dieses Ventil 32 wird durch
die an einer Drossel 33 anliegende Druckdifferenz gesteuert.
Dabei wirkt dem vor dem Druckbegrenzungsventil 32 herrschenden
Druck in der Leitung 24 eine Feder 34 entgegen.
Bei einer großen Druckdifferenz
an der Drossel 33 verengt das Druckregelventil 32 den
Strömungsquerschnitt,
bei einer kleinen Druckdifferenz vergrößert es den Strömungsquerschnitt.
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Die Lenkunterstützung der hydraulischen Servolenkung
wirkt dabei wie folgt:
Aufgrund einer vom Fahrer vorgenommenen
Lenkbewegung entsteht eine kleine Relativverdrehung zwischen Steuerbuchse 3 und
Drehschieber 5, wodurch der Drehstab 6 leicht
tordiert wird. Dies führt dazu,
dass der Mittelpunkt der Kugeln 21 nicht mehr auf einer
Geraden mit der Drehachse und der jeweiligen Außenprofilspitze des Drehschiebers 5 liegt.
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Nachdem z.B. durch Auswertung von
Signalen eines Lenkradwinkelsensors die vom Fahrer hervorgerufene
Lenkbewegung detektiert wurde, wird das Proportionalventil 26 in
Abhängigkeit
der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit angesteuert. Dadurch wird
der Strömungsquerschnitt
im Proportionalventil 26 vergrößert. Somit kann Hydraulikflüssigkeit
von der Pumpe 13 durch die Rohrleitung 15c; 24 gepumpt
werden, so dass der im Ringraum 23 herrschende Druck ansteigen
kann. Der Druck belastet sodann die dem Ringraum 23 zugewandte
Seite der Kugeln 21 mit einer dem Druck entsprechenden Kraft.
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Mit dieser Kraft wirken die Kugeln 21 auf
die Flanken der u- oder
v-förmigen
Ausnehmungen des Außenprofils 28 des
Drehschiebers 5 ein und bewirken aufgrund der Schrägstellung
der Flanken ein Moment, welches zwischen dem Drehschieber 5 und
der Steuerbüchse 3 anliegt.
Dieses Moment bewirkt wiederum, dass die von den Steuerkanten 12a–12d begrenzten
Strömungsquerschnitte
verändert
werden. So werden beispielsweise die einen Strömungsquerschnitte in den Hydraulikleitungen
durch die Steuerkanten 12a und 12c vergrößert und
die anderen Strömungsquerschnitte
gleichzeitig durch die Steuerkanten 12b und 12d verkleinert.
Die Pumpe 13 fördert nun
Hydraulikflüssigkeit
in die Kammer 16a, weil die Steuerkante 12a vergrößert worden
ist. Da ebenfalls der Strömungsquerschnitt
durch die Steuerkante 12c vergrößert wurde, kann Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 15b in
das Hydraulikreservoir 14 abfließen. Dadurch wird eine Verschiebung
des Kolbens 19 und der damit verbundenen Kolbenstange 18 erreicht, wodurch
letztlich die Stellung der gelenkten Fahrzeugräder verändert wird.
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Nach Schließen des Proportionalventils 26 wird
der zwischen dem Proportionalventil 26 und dem Ringraum 23 herrschende
Druck in der Leitung 24 dadurch abgebaut, dass Hydraulikflüssigkeit
zwischen den Kugeln 21 und den Bohrungen 22 entlang über die
Entlastungsbohrung 29 in den Innenraum 30 des
Drehschiebers 5 und von dort über die Rückführleitung 31 in das
Hydraulikreservoir abfließt.
Dadurch können
die Kugeln 21 in den Bohrungen 22 nach radial
außen
wandern und die beiden Steuerteile 3; 5 wieder
ihre Normallage relativ zueinander einnehmen.
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Durch Ansteuerung des Proportionalventils 26 in
Abhängigkeit
der Fahrzeuggeschwindigkeit, wird eine geschwindigkeitsabhängige Lenkunterstützung erreicht.
So wird bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten das Proportionalventil
weiter geöffnet
als bei hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten, um die Servokraft hauptsächlich im
unteren Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich wirken zu lassen.
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Parallel zum ersten Vorrichtungsteil 20 kann auch
ein zweiter Vorrichtungsteil 20 vorgesehen werden, der
gleich ausgestattet ist wie der erste. Beide Vorrichtungsteile unterscheiden
sich dabei lediglich im Außenprofil
des Drehschiebers 5. Dieses weist ein sägezahnähnliches Profil auf, wobei
die Schrägen des
Profils in den beiden Vorrichtungen 20 in entgegengesetzte
Richtungen geneigt wären.
Beide Vorrichtungen sind entlang der Drehachse des Servoventils
nebeneinander angeordnet. Vorteil dieser doppelten Auslegung ist
eine einfachere Regelung der auf den Drehschieber 5 wirkenden
Hilfskraft, dadurch dass mit dem zweiten Vorrichtungsteil ein einem
durch das erste Vorrichtungsteil erzeugten entgegenwirkendes Moment
erzeugt werden kann.