-
Die Erfindung betrifft eine hydraulische
Servolenkung für
Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
-
Aus der
DE 196 16 439 C1 ist eine
Servolenkung bekannt, bei der durch Einsatz einer Rückwirkungseinrichtung
die für
die Verstellung einer Servoventilanordnung notwendige Kraft parameterabhängig veränderbar
ist. Damit ist die Lenkung bei hoher Geschwindigkeit etwas schwergängiger und
bei sehr geringer Geschwindigkeit, insbesondere in einem für Rangiermanöver typischen
Geschwindigkeitsbereich, besonders leichtgängig zu machen. Es ist ein Drehstab
vorgesehen, über
den eine Verdrehung einer Steuerbuchse zu einem Drehschieber in
Abhängigkeit
eines Lenkmomentes ermöglicht
ist. Der Verdrehwinkel gibt die Höhe der Lenkkraftverstärkung vor.
Die Rückwirkungsvorrichtung
ermöglicht
den Verdrehwinkel zwischen der Steuerbuchse und dem Drehschieber
kleiner als den durch das Lenkmoment bestimmten Torsionswinkel des
Drehstabes zu wählen.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 41 38 885 A1 ist
eine Servolenkung bekannt, bei der eine am Lenkhandrad aufzubringende
Kraft gleichfalls parameterabhängig
veränderbar
ist. Es ist eine Hebelvorrichtung vorgesehen, über die die Verdrehung der Steuerbuchse
zu dem Drehschieber beeinflussbar ist. Die Übersetzung der Hebelvorrichtung
ist über
ein elektrisch angesteuertes Druckregelventil verändbar. Damit
ergibt sich die Möglichkeit,
den Verdrehwinkel zwischen der Steuerbuchse und dem Drehschieber größer als
den durch ein Lenkmoment bestimmten Torsionswinkel des Drehstabes
zu wählen.
-
Die
DE 195 46 943 C1 bezieht sich auf eine kennfeldgesteuerte
Fahrzeuglenkung. Dabei ist vorgesehen die Lenkhandhabe und die Fahrzeugräder unter
Verzicht auf eine Zwangskopplung lediglich über eine Regelstrecke miteinander
zu verbinden.
-
Die
DE 100 11 710 A1 bezieht sich ebenfalls auf
eine Lenkung, die eine zwangsentkoppelte Verbindung zwischen der
Lenkhandhabe und den Fahrzeugrädern
aufweist. Ein Sollwertgeber ist von der Lenkhandhabe betätigt, während die
Fahrzeugräder von
Stellmotoren betätigt
sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine
unabhängig
vom Fahrer ansteuerbare hydraulische Servolenkung zu schaffen, die
mit relativ geringen Veränderungen
gegenüber
bestehenden hydraulischen Servolenkungen mit Rückwirkungsanordnung verwirklicht
werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
-
Grundlegender Gedanke der Erfindung
ist es, eine Vorrichtung vorzusehen, die von der Lenkhandhabe unabhängig auf
eine Rückwirkungsanordnung
derart einwirkt, dass eine relative Verdrehung der Steuerteile gegeneinander
einstellbar ist. Dazu weist die Rückwirkungsanordnung zwei Einheiten auf,
in denen jeweils Relativverdrehungen zwischen den Steuerteilen aktiv
erzeugt werden können.
Die in den beiden Einheiten erzeugten Relativverdrehungen weisen
dabei entgegengesetzte Drehrichtungen auf. Gegenüber herkömmlichen hydraulischen Servolenkungen
mit Rückwirkungsanordnungen,
beispielsweise bei einer geschwindigkeitsabhängigen Parameterlenkung sind
bei der erfindungsgemäßen Lenkung
lediglich eine weitere Rückwirkungseinheit, zusätzliche
Hydraulikleitungen, Anschlüsse
und Steuerventile vorzusehen sowie eine abschnittsweise im Profil
geänderte
Drehschieberwelle des Servoventils. Die Funktion einer Parameterlenkung
kann auch mit einer erfindungsgemäßen Lenkung verwirklicht werden,
indem abhängig
von der Lenkrichtung eine der beiden Einheiten der Rückwirkungsanordnungen
während
eines vom Fahrer über
das Lenkrad eingeleiteten Lenkvorgangs parameterabhängig angesteuert
wird. Als Parameter können
dabei beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel
und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
-
Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein
Ausführungsbeispiel
der hydraulischen Servolenkung detailliert beschrieben:
-
Es zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt
durch ein als Drehschieberanordnung ausgebildetes Servoventil einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Servolenkung,
-
2 einen
schematischen Leitungsplan mit Darstellung zweier Querschnitte durch
das Servoventil.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 Relatiwerschwenkung 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.
-
Oberhalb des Bereichs der in 1 dargestellten Steuerkanten 12 sind
zwei Bereiche 20a, 20b einer Rückwirkungsanordnung 20 entlang
des Drehschiebers 5 angeordnet. Dabei weist jeder Bereich 20a, 20b mehrere
kugelförmige
Rückwirkungselemente 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 gerade kein Verklemmen der Kugeln 21 in den
Bohrungen 22 auftreten kann. Eventuell zwischen Kugeln 21 und
Bohrungswand vorbeiströmende
Hydraulikflüssigkeit
kann über
eine Entlastungsbohrung 29 in einen Innenhohlraum 30 des
Drehschiebers 5 gelangen und von dort über eine Rückführleitung 31 in das
Hydraulikreservoir 14 abfließen.
-
Von den Kugeln 21, den Wänden der
Bohrungen 22, dem Außenumfang
des Drehschiebers 5 und dem Innenumfang des Gehäuses 2 sowie
durch Dichtungen 25 werden Ringräume 23, 24 begrenzt. Die
Ringräume
stehen über
Rohrleitungen 25a, 25b mit den Leitungen 15a bzw. 15b in
Verbindung, die die Steuerkanten 12a–12d mit dem Zylinder 16 des Servomotors 17 verbinden.
-
In den Rohrleitungen 25a, 25b ist
jeweils ein Proportionalventil 26a, 26b angeordnet, über welches
der Strömungsquerschnitt
der jeweiligen Rohrleitung 25a, 25b variiert werden
kann. Diese Proportionalventile 26a, 26b können beispielsweise
von einem nicht dargestellten Steuergerät elektromagnetisch angesteuert
werden.
-
Am Beispiel der mit dem Proportionalventil 26a beeinflussbaren
Einheit 20a der Rückwirkungsanordnung 20 wird
nun die Funktionsweise der erfinderischen Lenkung beschrieben.
-
Bei zumindest teilweise geöffnetem
Proportionalventil 26a wird Hydraulikflüssigkeit durch die Rohrleitung 25a gepumpt,
so dass der im Ringraum 23 herrschende Druck ansteigt.
Der Druck belastet die dem Ringraum 23 zugewandte Seite
der Kugeln 21 mit einer dem Druck entsprechenden Kraft.
Diese Kraft wird von den Kugeln 21 auf die Kanten am sägezahnähnlichen
Umfang 28 des Drehschiebers 5 übertragen und bewirkt aufgrund
deren Schräge
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.
-
Analog kann durch Ansteuerung des
zweite Proportionalventils 26b eine Bewegung der Kolbenstange 18 nach
links erreicht werden. Somit können die
Fahrzeugräder
auch in die andere Richtung bewegt werden.
-
Nach Schließen des Proportionalventils 26a wird
der zwischen dem Proportionalventil 26a und dem Ringraum 24 herrschende
Druck in der Leitung 25b 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.
-
Durch Ansteuern eines der Proportionalventile 26a, 26b während eines
vom Fahrer über
das Lenkrad vorgenommenen Lenkvorgangs, lässt sich außerdem eine geschwindigkeitsabhängige Parameterlenkung
verwirklichen. Je nach Lenkrichtung und Fahrzeuggeschwindigkeit
wird eines der Proportionalventile 26a, 26b angesteuert,
so dass im Ringraum 23, 24 des entsprechenden
Bereichs 20a, 20b der Rückwirkungsanordnung 20 ein
Druck aufgebaut wird, der über
die dortigen Kugeln 21 ein entsprechendes, der Lenkrichtung
entgegenwirkendes Gegenmoment zwischen Drehschieber 5 und
Steuerbuchse 3 erzeugt. Dieses Gegenmoment ist geschwindigkeitsabhängig für den Fahrer
am Lenkrad spürbar.
-
Möglich
ist auch, beide Proportionalventile 26a; 26b gleichzeitig
anzusteuern, dies jedoch in unterschiedlichem Maße, so dass ein der Lenkrichtung entgegenwirkendes
Moment zwischen dem Drehschieber 5 und der Steuerbuchse 3 besteht.
-
Über
die Druckbegrenzungsventile 27 wird der auf die Kugeln 21 wirkende
Druck begrenzt und dadurch gewährleistet,
dass das am Lenkrad für
den Fahrer spürbare
Gegenmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit nicht unbegrenzt
ansteigt.
-
Dadurch, dass der Drehschieber 5 in
den beiden Bereichen 20a und 20b am Umfang die
gleiche, lediglich im Querschnitt spiegelverkehrte Außenkontur 28 aufweist,
wird bei gleicher Druckbeaufschlagung der Kugeln 21 in
den Ringräumen 23 und 24 eine
Mittenzentrierung des Drehschiebers gegenüber der Steuerbüchse 3 erreicht.
-
Mit der beschriebenen Vorrichtung
kann somit über
die Ansteuerung der Proportionalventile 26a, 26b ein
vom Lenkeinfluss des Fahrzeugführers über das
Lenkrad unabhängiger
Lenkvorgang verwirklichen werden.
-
Eine mögliche Sicherungsfunktion sieht
vor, das vom Fahrer auf das Lenkrad übertragene Lenkradmoment durch
einen Drehmomentsensor zu erfassen. Ein automatischer Lenkvorgang
kann dann abgebrochen werden, wenn das Lenkradmoment einen vorgegebenen
Grenzwert überschreitet.
Dadurch wird gewährleistet,
dass der Fahrzeugführer durch
Festhalten des Lenkrades oder durch ein Gegenlenken jederzeit Einfluss
auf den Lenkvorgang nehmen kann.
-
Ebenso würde ein automatischer Lenkvorgang
abgebrochen, wenn eine Abweichung zwischen einem von einer auf die
Vorrichtung einwirkenden Steuerung errechneten Lenkwinkel und einem
z.B. an der Lenkstange gemessenen Lenkwinkel auftritt, die einen
vorgegebenen Grenzwert überschreitet.