DE19603568C2 - Lenkung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für Kraftfahrzeuge mit einer vom Fahrer betätigten Lenkhandhabe, insbesondere Lenk­ handrad, welche mit gelenkten Fahrzeugrädern hydraulisch zwangsgekoppelt ist, indem ein mit der Lenkhandhabe mecha­ nisch antriebsverbundenes hydrostatisches Geberaggregat und ein mit den Fahrzeuglenkrädern mechanisch antriebsverbundenes hydrostatisches Nehmeraggregat miteinander über Hydrauliklei­ tungen antriebsverbunden sind, und mit einem von der hydrau­ lischen Zwangskopplung separaten Servosystem, welches in Ab­ hängigkeit von den zwischen der Lenkhandhabe und dem Geberag­ gregat übertragenen Kräften bzw. Momenten steuerbar ist.

Eine derartige Lenkung ist Gegenstand der DE 41 33 726 A1.

Bei derzeit in Kraftfahrzeugen üblichen Lenkungen ist das Lenkhandrad mit den gelenkten Fahrzeugrädern über eine soge­ nannte Lenksäule mechanisch zwangsgekoppelt. Für die Lenksäu­ le wird erheblicher Bauraum benötigt. Darüber hinaus sind vergleichsweise aufwendige Konstruktionen erforderlich, um bei Unfällen des Kraftfahrzeuges sicher zu vermeiden, daß die Lenksäule das Lenkhandrad gegen den Fahrer in den Fahrzeugin­ nenraum hineinzuschieben vermag. Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, daß vergleichsweise umfangreiche konstruktive Änderungen erforderlich sind, wenn ein Kraftfahrzeug sowohl mit linksseitiger als auch mit rechtsseitiger Lenkung herge­ stellt werden soll.

Durch die hydraulische Antriebsverbindung zwischen Lenkhand­ rad und gelenkten Fahrzeugrädern gemäß der DE 41 33 726 A1 entfällt die Notwendigkeit einer Unterbringung der Lenksäule. Die statt dessen vorgesehenen Hydraulikleitungen lassen sich praktisch beliebig unterbringen.

Trotz dieser offensichtlichen Vorteile können bislang Lenkun­ gen der in der DE 41 33 726 A1 dargestellten Art in Kraft­ fahrzeugen mangels gesetzlicher Zulassung nicht eingesetzt werden. Dafür dürften in erster Linie Sicherheitsbedenken ausschlaggebend sein.

Eine weitere Lenkung der eingangs angegebenen Art ist Gegen­ stand der DE-OS 22 61 144, jedoch ist dort das Servosystem in die hydraulische Zwangskopplung integriert.

Die GB 977 193 zeigt lediglich ein Lenksystem mit hydrauli­ scher Antriebsverbindung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern ohne Servoaggregat.

Die DE 37 14 833 A1 bezieht sich auf eine Servolenkung mit mechanischer Antriebsverbindung zwischen Lenkhandrad und ge­ lenkten Fahrzeugrädern und zwei parallel zueinander angeord­ neten Servosystemen. Falls ein normalerweise wirksames hy­ draulisches Servoventil funktionsunfähig wird, kann ein elek­ trischer Servomotor wirksam werden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einer Lenkung der ein­ gangs angegebenen Art eine besonders hohe Sicherheit zu ge­ währleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Geberaggregat durch Federn in eine Mittellage gespannt wird.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die ein­ gangs angegebene Lenkung derart auszugestalten, daß bei einer Verstellung des Geberaggregat es mittels der Lenkhandhabe im­ mer eine mehr oder weniger große Handkraft überwunden werden muß, die durch praktisch unzerstörbare und ausfallsichere Fe­ dern vorgegeben wird. Durch Steuerung des von der hydrauli­ schen Antriebsverbindung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern unabhängigen Servosystems in Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandhabe und Geberaggregat wirksamen Kräften kann dann auch bei totalem Ausfall der hydraulischen An­ triebsverbindung durch Leckage noch eine zur Betätigung der gelenkten Fahrzeugräder geeignete Servokraft erzeugt und ge­ steuert werden.

Bei funktionsfähiger hydraulischer Antriebsübertragung dient also das Servosystem zur Komforterhöhung, während es bei un­ terbrochener hydraulischer Antriebsübertragung zur Aufrecht­ erhaltung der Lenkbarkeit des Fahrzeuges herangezogen wird.

Die hydraulischen Verbindungsleitungen können mit Drosselwir­ kung bemessen bzw. mit Drosselventilen bestückt sein, um ohne weitere Maßnahmen die Wirkung eines Lenkungsdämpfers zu er­ reichen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorge­ sehen, das Hydrauliksystem ständig unter einer hydraulischen Vorspannung zu halten. Damit kann einerseits völlige Spiel­ freiheit gewährleistet werden. Andererseits kann das System auf eventuellen Druckabfall überwacht werden, wobei die Mög­ lichkeit besteht, ein Warnsignal zu erzeugen, sobald der hy­ draulische Überdruck unter einen Schwellwert abfällt, bei dem noch für längere Zeit ein sicherer Betrieb der Lenkung si­ chergestellt ist.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Merk­ male beschrieben werden.

Dabei zeigt Fig. 1 eine schaltplanartig schematisierte Dar­ stellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung ohne bzw. mit hydraulischer Servounterstüt­ zung und Fig. 2 eine entsprechende Darstellung einer abgewan­ delten Ausführungsform mit elektrischer Servounterstützung.

Ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug besitzt gemäß Fig. 1 Fahrzeuglenkräder 1, die in grundsätzlich herkömmli­ cher Weise über Spurstangen 2 od. dgl. mit der Kolbenstange 3 eines doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Aggregates 4 verbunden sind, so daß die Fahrzeuglenkräder 1 bei Verschiebung der Kolbenstange 3 aus der dargestellten Geradeausstellung nach rechts oder links gelenkt werden bzw. Lenkbewegungen der Fahrzeuglenkräder 1 zu einer Verschiebung der Kolbenstange 3 führen.

Ein Lenkhandrad 5 ist über eine Welle 6 antriebsmäßig mit ei­ nem Ritzel 7 verbunden, welches mit einer Zahnstange 8 kämmt. Die Zahnstange 8 ist mit der Kolbenstange 9 eines weiteren Kolben-Zylinder-Aggregates 10 - vorzugsweise einstückig - verbunden, so daß sich bei Drehung des Lenkhandrades 5 die Kolbenstange 9 zwangsläufig in der einen oder anderen Rich­ tung verschieben muß bzw. Verschiebungen der Kolbenstange 9 zu einer entsprechenden Drehung des Lenkhandrades 5 führen.

Mittels Schraubendruckfedern 11 werden die Zahnstange 8 sowie die Kolbenstange 9 in die dargestellte Mittellage gespannt.

Jede Seite des Kolben-Zylinder-Aggregates 10 ist über jeweils eine Leitung 12 bzw. 13 mit einer Seite des Kolben-Zy­ linder-Aggregates 4 hydraulisch verbunden, derart, daß die Fahrzeug­ lenkräder 1 bei Rechtsdrehung des Lenkhandrades 5 nach rechts und bei Linksdrehung des Lenkhandrades 5 in entgegengesetzter Richtung gelenkt werden.

Die Leitung 12 ist über ein Rückschlagventil 14, welches nur eine Strömung in Richtung der Leitung 12 zuläßt, mit einem Druckspeicher 15 verbunden, welcher über ein weiteres Rück­ schlagventil 16, das nur eine Strömung in Richtung des Druck­ speichers 15 zuläßt und erst bei einem eingangsseitigen Über­ druck von ca. 5 bar öffnet, sowie ein in Strömungsrichtung vor dem Rückschlagventil 16 angeordnetes Druckbegrenzungsven­ til 17, welches bei einem Druck von ca. 10 bar auf seiner Ausgangsseite schließt, mit der Druckseite einer Hydraulik­ pumpe 18 (oder einer sonstigen Druckquelle) verbunden, die saugseitig an ein Hydraulikreservoir 19 angeschlossen ist.

Dem Druckspeicher 15 ist ein Druckschalter 20 zugeordnet, welcher ein Warnsignal erzeugt, sobald der Druck unter einen vorgegebenen Schwellwert, beispielsweise den Öffnungsdruck des Rückschlagventiles 16, abfällt.

Das vorangehend beschriebene System funktioniert wie folgt:
Bei Betätigung des Lenkhandrades 5 wird die Kolbenstange 9 des Kolben-Zylinder-Aggregates 10 verstellt, mit der Folge, daß auch die Kolbenstange 3 des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 in entsprechender Weise verstellt wird und die Fahrzeuglenk­ räder 1 je nach Drehrichtung des Lenkhandrades 5 in der einen oder anderen Richtung ausgelenkt werden. Die Antriebsübertra­ gung zwischen Lenkhandrad 5 und Fahrzeuglenkrädern 1 ist praktisch spielfrei, weil die hydraulische Antriebsverbindung zwischen den Kolben-Zylinder-Aggregaten 4 und 10 unter Über­ druck steht. Sollte auf einer Seite der Kolben-Zylinder- Aggregate 4 und 10 eine Leckage auftreten, führt der Druck­ speicher 15 eine entsprechende Menge des Hydraulikmediums nach, wobei der Druckspeicher 15 früher oder später nachgela­ den wird bzw. der Druckschalter 20 anspricht und ein Warnsi­ gnal erzeugt.

Die Hydraulikpumpe 18 kann gegebenenfalls auch zur Versorgung eines hydraulischen Servosystems dienen, welches eine grund­ sätzlich herkömmliche Konstruktion aufweisen kann.

Über ein in Abhängigkeit von den am Lenkhandrad 5 fühlbaren Handkräften gesteuertes Servoventil 21 wird ein mit der Kol­ benstange 3 antriebsverbundener Servomotor 22 mit einer mehr oder weniger großen Druckdifferenz beaufschlagt. Der Servomo­ tor 22 kann, wie dargestellt, als Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildet sein, dessen Kolbenstange durch die Kolbenstange 3 des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 gebildet wird. Zur Steue­ rung des Servoventiles 21 ist die Welle 6 in zwei Wellenteile unterteilt, die relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind und miteinander durch eine Federung, beispielsweise einen Drehstab, antriebsverbunden sind, der die beiden Wellenteile relativ zueinander in einer Mittellage zu halten sucht. Dem­ entsprechend führen die Teile der Welle 6 relativ zueinander bei Lenkmanövern eine mehr oder weniger große Drehung aus, die von den zwischen Lenkhandrad 5 und Ritzel 7 übertragenen Kräften abhängt. Diese Relativdrehung steuert das Servoventil 21, mit der Folge, daß der Servomotor 22 eine mehr oder weni­ ger große Servokraft zur Unterstützung des jeweiligen Lenkma­ növers erzeugt. Im Endergebnis wird damit die am Lenkhandrad 5 aufzubringende Handkraft mehr oder weniger deutlich vermin­ dert.

Das dargestellte Servosystem kann als Notlenksystem arbeiten, wenn die hydraulische Antriebsverbindung zwischen den Kolben- Zylinder-Aggregaten 4 und 10 aufgrund einer Leckage vollstän­ dig ausfallen sollte.

Auch wenn die beiden Kolben-Zylinder-Aggregate 4 und 10 auf­ grund einer Leckage vollständig voneinander entkoppelt sein sollten, kann - das Lenkhandrad 5 nur mit einer durch die Schraubendruckfedern 11 vorgegebenen Handkraft verdreht wer­ den, d. h. aufgrund der Federn 11 wird bei Verdrehung des Lenkhandrades 5 zwischen dem Lenkhandrad 5 und dem Ritzel 7 immer ein mehr oder weniger großes Drehmoment wirksam, wel­ ches zu einer Relativdrehung zwischen den Teilen der Welle 6 und damit zu einer entsprechenden Verstellung des Servoventi­ les 21 führt. Dies hat dann wiederum zur Folge, daß der Ser­ vomotor 22 mit einer entsprechenden hydraulischen Druckdiffe­ renz beaufschlagt wird und eine entsprechende Stellkraft auf die Fahrzeuglenkräder 1 ausübt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 vor allem darin, daß ein elektrisches Servosystem vorgesehen ist.

Zwischen der Welle 6 und dem Ritzel 7 ist ein Dreh­ moment-Sensor 23 angeordnet, dessen Signale die Größe und Richtung des jeweils zwischen Welle 6 und Ritzel 7 wirkenden Drehmo­ mentes wiedergeben und einer Steuereinheit 24 zugeführt wer­ den. In Abhängigkeit von diesen Signalen steuert die Steuer­ einheit 24 einen selbsthemmungsfreien Elektromotor 25, der über ein von ihm angetriebenes Ritzel 26 mit einer an der Kolbenstange 3 angeordneten bzw. ausgebildeten Zahnstange 27 antriebsverbunden ist. In Abhängigkeit von dem mittels des Drehmoment-Sensors 23 registrierten Drehmomentes, welches zwischen Lenkhandrad und Ritzel 7 übertragen wird, wird der Elektromotor 25 durch die Steuereinheit 24 so angesteuert, daß er eine mehr oder weniger große Servokraft zur Unterstüt­ zung des jeweiligen Lenkmanövers erzeugt.

Dieses elektrische Servosystem kann ebenfalls als Notlenksy­ stem arbeiten, wenn die hydraulische Antriebsverbindung zwi­ schen den Kolben-Zylinder-Aggregaten 4 und 10 aufgrund einer Leckage vollständig ausfallen sollte. Wenn bei einer solchen Leckage die beiden Kolben-Zylinder-Aggregate 4 und 10 voll­ ständig voneinander entkoppelt sein sollten, kann das Lenk­ handrad 5 wiederum nur mit einer durch die Schraubendruckfe­ dern 11 vorgegebenen Handkraft verdreht werden, d. h. aufgrund der Federn 11 meldet der Drehmoment-Sensor 23 ein mit zuneh­ mender Auslenkung der Zahnstange 8 aus der dargestellten Mit­ tellage zunehmendes Drehmoment in der einen oder anderen Richtung, so daß die Steuerheit 24 den Elektromotor 25 zur Erzeugung einer entsprechenden Kraft in der einen oder ande­ ren Richtung ansteuert. Im Ergebnis beaufschlagt dann der Elektromotor 25 die Lenkräder 1 mit einer entsprechenden Stellkraft, d. h. die Lenkräder 1 folgen der Lenkvorgabe des Lenkhandrades 5.

Im Falle der Fig. 2 ist keine Möglichkeit der automatischen Nachladung des Druckspeichers 15 dargestellt. Derartiges ist jedoch grundsätzlich ebenso wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 möglich.

Für Inspektionszwecke bzw. bei der Montage kann über Ablaß­ ventile 28 sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 1 als auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 Hydraulikmedium eingefüllt bzw. abgelassen werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besitzt das Servoventil eine sogenannte geschlossene Mitte, d. h. in der dargestellten Mittellage des Ventiles 21 ist die Druckseite der Pumpe 18 gegenüber dem Reservoir 19 abgesperrt.

Grundsätzlich ist es auch möglich, ein Servoventil 21 mit so­ genannter offener Mitte einzusetzen, d. h. in Mittellage des Ventiles 21 sind dessen sämtliche Anschlüsse miteinander in offener Verbindung.

Claims (10)

1. Lenkung für Kraftfahrzeuge mit einer vom Fahrer betätigten Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, welche mit gelenkten Fahrzeugrädern hydraulisch zwangsgekoppelt ist, indem ein mit der Lenkhandhabe mechanisch antriebsverbundenes hydrostati­ sches Geberaggregat und ein mit den Fahrzeuglenkrädern mecha­ nisch antriebsverbundenes hydrostatisches Nehmeraggregat mit­ einander über Hydraulikleitungen verbunden sind, und mit ei­ nem von der hydraulischen Zwangskopplung separaten Servosy­ stem, welches in Abhängigkeit von den zwischen der Lenkhand­ habe und dem Geberaggregat übertragenen Kräften bzw. Momenten steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberaggregat (10) durch Federn (11) in eine Mittel­ lage gespannt wird.

2. Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatischen Geber- bzw. Nehmeraggregate als dop­ peltwirkende Verdrängeraggregate (4, 10) ausgebildet sind.

3. Lenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Aggregate (4, 10) angeord­ net sind.

4. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Antriebsverbindung unter hydraulischer Vorspannung steht.

5. Lenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Leitung (12) zwischen dem Geber- und dem Nehmeraggregat (4, 10) über ein in Richtung der vorgenannten Leitung öffnendes Rückschlagventil (14) mit einem hydrauli­ schen Druckspeicher (15) verbunden ist.

6. Lenkung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckschalter (20) zur Erzeugung eines Warnsignales bei einem Druckabfall unter einen vorgegebenen Schwellwert vorgesehen ist.

7. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Leitungen (12, 13) zwischen dem Geber- und dem Neh­ meraggregat (4, 10) Drossel- bzw. Dämpferventile angeordnet sind, um eine Lenkungsdämpfung zu bewirken.

8. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulisches Servosystem (21, 22) angeordnet ist, dessen Servoventil (21) in Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandhabe (5) und Geberaggregat (10) übertragenen Kräften bzw. Momenten steuerbar ist.

9. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Servosystem (23, 24, 25) angeordnet ist, dessen elektrischer Servomotor (25) in Abhängigkeit von Signalen eines Drehmoment- bzw. Kraft-Sensors (23) steuerbar ist, der die zwischen Lenkhandhabe (5) und Geberaggregat (10) übertragenen Kräfte bzw. Momente registriert.

10. Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das als Lenkhandhabe angeordnete Lenkhandrad (5) über ein mit ihm antriebsverbundenes Ritzel (7) und eine damit kämmen­ de Zahnstange (8) das Geberaggregat (10) betätigt.