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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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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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Eine
gattungsgemäße Rückwirkungsanordnung
an einer Servoventilanordnung ist beispielsweise aus der
DE 41 38 885 A1 bekannt.
Dabei ist eine verstellbare Übersetzungseinrichtung
vorgesehen, durch die sich die Rückwirkungskraft
in Abhängigkeit von
wenigstens einem Parameter, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, ein stellen
lässt.
Hierfür
verfügt
die Übersetzungseinrichtung über eine
Hebelanordnung, deren Hebelübersetzung
zwischen den beiden über den
Drehstab der Servolenkung verbundenen Lenkspindelteilen wirksam
ist. Durch einen über
einen Kolben verschiebbaren Stift ist die Hebelübersetzung einstellbar. Der
auf den Kolben einwirkende hydraulische Druck wird mit Hilfe eines
Proportionalventils gesteuert.
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Es
kann als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine hydraulische
Lenkung anzugeben, die auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine
genaue Rückstellung
aufweist und dabei einfach aufgebaut ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Servolenkung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 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.
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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:
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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 von Bohrungen 22 gebildeten radialen Ausnehmungen 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
der Bohrungen 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.