DE1950548A1 - Hilfskraft-Lenkung fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

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- 7. OKt.1989

München, den

Mein Zeichen: FK-2541

Ford- Werke Akt&nges ellschaft

5 K ö 1 η - D e'u t ζ 1 Ottoplatz 2

"Hilfskraft-Lenkung für Kraftfahrzeuge"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Se.No. 782 948 vom 11. Dezember 1968 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Kurzbeschreibung

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraft-Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die in ihrer bevorzugten Ausgestaltung ein Hilfskraft-Lenkgetriebe, ein Lenkrad sowie eine Lenkwelle besitzt ₃ die das Lenkrad mit dem Lenkgetriebe verbindet. Eine spiralförmige Blattfeder ist mit der Lenkwelle verbunden und übt eine Kraft aus, die das Lenkrad und die Lenkwelle in der mittleren Stellung zu halten sucht.

H a u ρ t b e s c h r e i b u η g

Bei Personenkraftfahrzeugen wurden zwei Hauptarten an Servo-Lenkungsreaktionen oder Einrichtungen zur Erzeugung des Lenkgefühles benutzt, Historisch gesehen wurde zunächst eine hydraulische Reaktion angewendet. Bei diesem System ist ein hydraulischer Reaktionsbereich an einem hydraulischen Servo-Steuerventil vorgesehen. Der hydraulische Druck, der auf den

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Hilfskraft-Zylinder gegeben wird, wirkt auch auf den hydraulischen Reaktionsbereich und ergibt eine Reaktionskraft, die im Verhältnis zur Größe der Kraftverstärkung steht.

Diese Konstruktion sah eine lineare Beziehung zwischen der Reaktionskraft (Lenkkraft) und dem Ausgangsdrehmoment vor. Bei den früheren Hilfskraft-Lenkungen überwog diese lineare Beziehung. Die Eigenschaften der hydraulischen Reaktion sind folgende:

1. leichte Lenkkraft bei Korrekturlenkungen.

2. günstige Ruckstell-rWirkung.

3. relativ hohe Parkkraft, da das Ausgangsdrehmoment beim Parken etwa dreimal größer ist als beim Wenden, wobei die Lenkkraft entsprechend größer ist. -^:

A. eine mäßige Rückwirkung aus Unregelmäßigkeiten der Straße auf die Vorderräder. ■

Da die Forderung nach niedrigerer Lenkkraft stieg, wurde die Verwendung hydraulischer Reaktion dadurch erweitert, daß ein'Druck-Reduzierventil hinzugefügt wurde, um den hydraulischen Druck zu steuern, der auf den Reaktionsbereich einwirkte. Dieses Ventil ergab eine lineare Reaktion bei der Korrektur-Lenkung und beim Wenden, indessen beschränkte, es den Reaktionsdruck dann, wenn das Äusgangsdrehmoment über dasjenige stieg, welches beim"Wenden auftrat. Dies überläßt dem Konstrukteur zusätzlich Freiheit in der Schaffung der Beziehung zwischen der Lenkkraft und dem Ausgangsdrehmoment.

Eine andere Entwicklung zur Erzeugung und Steuerung der'-Lenkkraft, in einem Hilfskraft-Lenksystem besteht in der Reaktion einer Torsionsfeder, wie sie in der US-Patentschrift 3 292 Ά$9 beschrieben ist. Die Bemessung des Steuerventiles ist so ausgelegt, daß ein Druckausgang über den Hilfskraft-Zylinder hervorgerufen wird,, der

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proportionaldem Quadrat der Bewegung des Ventlies ist. Die Biegung der Torsionsfeder ist proportional der Lenkkraft. Dieses führt dazu, daß das Ausgangsdrehmoment proportional dem Quadrat der Lenkkraft ist. Eigenschaften der Reaktion durch Torsionsfederung sind folgende:

1. eine leichte Lenkkraft für Korrekturlenkungen.

2. gute Rückstellung,

3. mäßige Parkkraft,

¹I. niedrige Rückwirkung aus Einwirkungen der Straße.

Bei diesen beiden Möglichkeiten ist der Konstrukteur durch die Beziehung zwischen der Korrektur-Lenkkraft, der Rückstellung, der Rückwirkung und der Parkkraft beschränkt, so daß er diese Faktoren nicht unabhängig behandeln kann.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Konstruktion zu schaffen, die eine niedrige Lenkkraft bietet, eine vorzügliche Rückstellung und den Wegfall von Rückwirkungen. Es wird dieses erreicht, indem auf die Lenkwelle ein durch eine Feder hervorgerufenes zentrierendes Drehmoment gegeben wird und indem alle anderen Reaktionsdrehmomente in Wegfall gebracht oder so klein wie möglich gehalten werden.

Die bevorzugte Ausfuhrungsform bedient sich einer spiralförmigen Blattfeder, die an dem Gehäuse der Lenksäule angebracht ist und mit der Lenkwelle verbunden. Das System enthält ein Hilfskraft-Lenkgetriebe, welches so konstruiert ist, daß es ein minimales Reaktionsdrehmoment besitzt, d.h. es erfordert eine minimale Eingangskraft, um die gewünschte Ausgangskraft zur Bewirkung des Lenkmanövers zu erreichen. Die spiralförmige Blattfeder ist so konstruiert, daß sie eine Lenkkraft ergibt, die der Fahrer merkt,

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sowie das Drehmoment zur Rückstellung der Lenkwelle in ihre mittlere oder neutrale Stellung.

Die Drehung der Lenkwelle aus der Geradeaus-Stellung heraus ruft eine rasche Steigerung der Lenkkraft hervor, wodurch zwangsläufig ein Gefühl für die Mitte erzeugt wird. Eine weitere Drehung der Lenkwelle, wie beim Wenden, erfordert eine sehr geringe zusätzliche Lenkkraft, weil der Torsionsanteil bei steigender Abbiegung im Winkel,reduziert ist. Es ergibt sich dies aus der besonderen Charakteristik der Biegung gegenüber der Federkonstante einer spiralförmigen Blattfeder. Der Torsionsanteil fällt nahezu auf Null bei einer Drehung der Lenkwelle aus der Stellung geradeaus, so daß meistens keine Steigerung der Lenkkraft vorhanden ist, wenn die Vorderräder in ihre Grenzstellungen verschwenkt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, auf der zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teiles einer Hilfskraft-Lenkung nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Seitenansicht der Zentriervorrichtung für die Lenkwelle nach der Erfindung.

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Endansicht der Vorrichtung nach

Fig. 2. ■■■■- "■

Fig. 4 eine Positionskurve der Lenkkraft gegenüber der Lenkradstellung bei einer Musterlenkung nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform für die Erfindung, insbesondere einen Teil einer Hilfskitft-Lenkung für ein Kraftfahrzeug. Diese besteht aus einer Lenksäule10 mit einem Gehäuse lH, welches die Lenkwelle 12 drehbar trägt. Ein Armaturenbrett 1β des Fahrzeuges trägt das Gehäuse lA.-. Ein Lenkrad 18 ist mit dem oberen

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Ende der Lenkwelle 12 verbunden und wird von dem Fahrer des Fahrzeuges in Drehung versetzt.

Ein Hilfskraft-Lenkgetriebe 20 ist mit dem unteren Ende der Lenkwelle 12 verbunden. Das Lenkgetriebe 20 kann so ausgebildet sein, wie es z.B. in der US-Patentschrift 3 292 499 dargestellt ist. Es ist so konstruiert, daß es mit dem Lenkgestänge für die vorderen lenkbaren Räder des Fahrzeuges'verbunden ist. Eine Pumpe 21 für die Hilfskraftlenkung wird durch die Maschine des Fahrzeuges angetrieben. Ein biegsamer Schlauch leitet ein hydraulisches Fließmittel unter Druck aus der Pumpe 21 in das Hilfskraft-Lenkgetriebe 20.

Die Lenksäule trägt eine Zentriervorrichtung 22, die so konstruiert ist, daß sie die Lenkwelle 12, das Lenkrad 18 und die lenkbaren Fahrzeugräder in einer mittleren bzw. neutralen Stellung hält. Die Vorrichtung 22 besteht aus einem Gehäuse 2¹I, welches mit dem rohrförmigen Gehäuse 14 der Lenksäule durch zwei Schrauben 26 und 28 (Fig. 3) verbunden 1st. Das Gehäuse 24 ist mit einer Bohrung versehen, die ein Lager 30 aufnimmt und das Lager seinerseits trägt drehbar eine Welle 32.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, ist an der linken Seite der Welle 32 eine Rolle 34 befestigt. Eine spiralförmige Blattfeder 36 Ist an dem rechts vorstehenden Ende der Welle 32 befestigt. Das innere Ende 38 der Blattfeder 36 ist in einem Schlitz 40 in der Welle 32 befestigt. Die Feder 36 wird von einem gestanzten Gehäuse 42 umschlossen, welches seinerseits an dem Gehäuse 24 der Vorrichtung 22 mittels Schrauben 43 befestigt ist. Das äußere Ende der Feder 36 ist bei 44 mit dem Gehäuse 42 vernietet.

Eine Rolle mit halb-zylindrischen Teilen 46 und 48 ist außerdem an der Lenkwelle 12 mittels Kopfschrauben 50 befestigt. An der auf der Welle 32 sitzenden Rolle 34 Ist der mittlere Teil eines biegsamen Zugseiles 52 befestigt. Die freien Enden 54 und 56 des Zug-

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seiles 52 sind rait den Rollenteilen 46 und 48 durch Haltestifte 58 und 60 verbunden. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß das Zugseil 52 an de'r Rolle 34 befestigt ist und um diese in der Weise gewickelt, daß die beiden freien Enden 54 und 56 an der gleichen Seite der Rolle abrollen.

Wie aus Pig. 3 erkennbar, bilden die beiden freien Enden 54 und 56 des Zugseiles 52 einen Winkel zueinander. Stehen die vorderen Fahrzeugräder in der Geradeaus-Stellung, so stehen dfe Haltestifte 58 und 60 relativ zur Welle 12 so, daß die Mittellinie des Winkels der freien Enden 54 und 56 durch die Mitte der Welle 12 verläuft. Die Welle 12 ist alsdann in der Mittellage zentriert.

Bei einer Hilfskraft^Lenkvorrichtung mit der Zentrierung nach den Fig. 2 und 3 istdas Hilfskraft-Lenkgetriebe 20 sokonstruiert, daß es ein minimales Reaktionsdrehmoment besitzt. Ein entscheiden-: des Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Lenkkraft lediglich eine Funktion des Lenkwinkels ist und nicht eine Funktion des Ausgangsdrehmomentes des Hilfskraft-Lenkgetriebes■20. Daher ist die Lenkkraft, die der Fahrer am Lenkrad empfindet, nicht abhängig von dem Zustand der Straßenoberfläche. Mit Eis bedeckte Straßen ergeben das gleiche zwangläufige Hilfskraft-Gefühl, wie ein trockenes Straßenpflaster.

Diese Konstruktion ermöglicht es, gewisse Ersparnisse in der Konstruktion des Steuerventiles innerhalb des Hilfskraft-Lenkgetriebes zu erreichen, ohne die Leistungsqualität der Hilfskraft-Lenkung zu beeinträchtigen, da die Eigenschaften der Ventil-Zumessung nicht mehr gesteuert werden müssen, um die gewünschte Lenkkraft zu erreichen. '

Die Rückstellung nach Ausführung eines Lenkmanövers ist unabhängig von dem selbsteinstellenden Drehmoment der Luftreifen. Es wird stets eine Hilfskraft-Rückstellung eintreten, selbst wenn das Fahrzeug ruhig steht. Die Rückstellung ist eine Hilfskraft-Rückstellung

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da die Feder 36 das Hilfskraft-Lenkgetriebe 20 über die Welle 12 antreibt. Die Rückstellung ist stets gleichmäßig und wird nicht durch die Geschwindigkeit oder die Stellung des Fahrzeuges beeinträchtigt.

Bei einer Hilfskraft-Lenkung gemäß der Erfindung unter Benutzung eines Hilfskraft-Lenkgetriebes nach der US-Patentschrift 3 292 499 kann die Torsionsstange des Lenkgetriebes auf einen Durchmesser von nur 2,5 mm reduziert werden. Hierdurch wird der Torsionsanteil der Torsionsstange innerhalb des Lenkgetriebes auf 1/6 der normalen Größe verringert. Da.der Anteil der Torsionsstange dadurch weitgehend reduziert ist, wirkt die Stange in der Hauptsache als Stiel oder Einstellteil, um die Eingangswelle in sachgemäßer Axiallage zu halten. Eine Vorspannung der Spiralfeder 36 ermöglicht eine Einstellung der Größe der Ausgangs-Lenkkraft. Wird das Lenkrad aus der Geradeaus-Stellung herausgedreht, so wird die Rückzugsfeder ausgedehnt. Da diese Feder zumeist unter konstanter Kraft wirkt, ergibt sich eine Beziehung der Lenkkraft gegenüber der Stellung des Lenkrades nach Fig. H. Diese Figur zeigt eine Kurve für eine Mustereinrichtung nach der Erfindung.

Daher schafft die Erfindung eine Konstruktion mit einer Hilfskraftlenkung, die durch eine niedrige Lenkkraft, eine gute Rückstellung und. den Wegfall einer Rückwirkung gekennzeichnet ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein durch eine Feder erzeugtes Zentriermoment auf die Lenkwelle einwirkt und sämtliche anderen Reaktionsmomente in Wegfall bringt oder so gering wie möglich macht. Die Kraft, die durch die Feder 36 auf die Welle 12 ausgeübt wird, übersteigt jede andere Drehmomentreaktion, die in der Einrichtung vorhanden sein könnte. ·

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Claims (4)

1. Ansprüche

   1J Hilfskraft-Lenkung für Kraftfahrzeuge, bei der das Lenkrad , ~mit dem Hilfskraft-Lenkgetriebe über eine Lenkwelle verbunden ist, die in der die Lenkwelle umgebenden Lenksäule gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lenksäufe (10) eine Federvorrichtung (22) befestigt ist, die mit der Lenkwelle (12) verbunden ist und auf diese eine Federkraft ausübt, welche die Lenkwelle (12) in der Geradeausrichtung für das Fahrzeug zu halten sucht, wobei die Federvorrichtung (22) aus einer spiralförmig gewickelten Blattfeder (36) besteht, deren eines Ende (HH) an einem festen Teil (*J2) der Lenksäule (10) und deren anderes Ende an der Lenkwelle (12) befestigt ist, wodurch bei Drehung der Lenkwelle (12) von der spiralförmigen Blattfeder (36) auf die Lenkwelle (12) eine Federkraft übertragen wird.
2. 2. Hilfskraft-Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Federvorrichtung (22) auf die Lenkwelle (12) eine zentrierende Kraft ausübt, die alle Reaktionskräfte in dem Lenkgetriebe

   (20) übersteigt.
3. 3. ■'.Hilfskraft -Lenkung nach Anspruch l.und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkgetriebe (20) mit einer hydraulischen Druckquelle

   (21) verbunden ist, durch die es verstellt wird.
4. 4. Hilfskraft-Lenkung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (36) der Federvorrichtung (22) mit einem Ende (38) an einer Welle (32) befestigt ist, auf der eine Rolle (34) sitzt, die mitder Lenkwelle (12) durch einen Seilzug (52) verbunden ist, wobei bei Drehung der Lenkwelle (12) eine Federkraft über den Seilzug (52) von der Blattfeder (36) auf die Lenkwelle (12) übertragen wird, die die Lenkwelle (12) in die Mittelstellung für Geradeausfahrt zu drücken sucht.

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