DE19745897A1 - Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge zum fahr­ geschwindigkeitsabhängigen Zuführen von Hydraulikmitteln an einen Servozy­ linder, mit einem Lenkventil, durch das linke und rechte Kammern des Servo­ zylinders bei einer Lenkbewegung über eine Pumpe mit Hydraulikmittel beauf­ schlagbar sind, und einem dem Servozylinder parallel geschalteten Bypass­ ventil, mittels dem ein am Servozylinder vorbeigeleiteter Teil des den Servozy­ linder beaufschlagenden Hydraulikmittels steuerbar ist.

Gattungsgemäße Servolenkvorrichtungen sind an sich bekannt. Das Lenkventil besteht dabei aus einer mit einer Lenkstange in Verbindung stehenden Ein­ gangswelle, die über einen Torsionsstab mit einer mit einem Ritzen versehe­ nen Ausgangswelle verbunden ist. Das Ritzel wirkt auf die Zahnstange einer Lenkung. Die Ausgangswelle ist drehfest mit einer Ventilhülse verbunden, welche die Eingangswelle umgibt. Bei einer relativen Verdrehung der Ein­ gangswelle zur Ventilhülse wird das über die Pumpe bereitgestellte Hydrau­ likmittel einem der beiden Kammern des Servozylinders zugeführt, der die Be­ wegung der Lenkzahnstange in die betreffende Richtung unterstützt.

Da bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit eine geringere Servounterstützung erwünscht ist als beim Parken oder langsamen Fahren, wird bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ein Teil des den Servozylinder beaufschlagenden Hy­ draulikmittels in einem Bypass vorbeigeleitet, so daß der die Servounterstüt­ zung hervorrufende Volumenstrom im Servozylinder reduziert wird. Das By­ passventil steuert den durch den Bypass strömenden Volumenstrom derart, daß bei geringen Fahrgeschwindigkeiten ein minimaler und bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ein maximaler Hydraulikmittelfluß durchgelassen wird und demnach der Servozylinder eine maximale bzw. minimale Beaufschlagung mit Hydraulikmittel erfährt.

Im Stand der Technik ist es bekannt, das Bypassventil als axiales Schieber­ ventil auszubilden, das über einen elektrischen Schrittmotor angetrieben wird, welcher auf einen Fahrgeschwindigkeitssensor anspricht. Als Nachteil hat sich jedoch erwiesen, daß die konstruktiv bedingte Baugröße von Schrittmotor und axialem Schieberventil eine Ausgestaltung als separate Baugruppe erfordert. Zudem muß das Gehäuse des axialen Schieberventils aus Stahl gefertigt sein, um ein Verklemmen des Schiebers und ein Auftreten von Leckage zu vermeiden. Diese großvolumige und schwere Gestaltung bedingt eine kostenintensive Herstellung. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Schrittmotor nur mit einer begrenzten Ansprechgeschwindigkeit arbeitet, so daß sehr schnelle Änderungen der Magnetbestromung unzureichend umgesetzt werden. Nachteilig ist schließlich auch die Verwendung eines separaten Rücklaufanschlusses zu einem Hydraulikmittelreservoir, was zusätzliche Herstellungskosten darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubil­ den, daß unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine kostengünstigere und einfachere Herstellung bei gleichzeitig reduzierter Baugröße erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeich­ net, daß das Bypassventil als Proportionalventil ausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine einfache und kostengün­ stige Herstellung der Servolenkvorrichtung ermöglicht. Darüber hinaus ist eine sehr kurze Ansprechzeit bei Änderungen der geschwindigkeitsabhängigen Magnetbestromung gegeben, so daß sich die Änderungen der Fahrgeschwin­ digkeit in ausreichendem Maße berücksichtigen lassen. Ursächlich hierfür ist vor allem, daß ein Proportionalventil eine analoge Wandlung eines elektrischen Signals in eine hydraulische Größe hervorruft, während magnetbetätigte Wegeventile oder Schrittmotoren nur diskrete Schaltstellungen einnehmen. Zu diesem Zweck wird die von der Größe des Speisestromes bestimmte Magnet­ kraft gegen die Wirkung des hydraulischen Druckes abgewogen, um dadurch eine Proportionalität zwischen elektrischer Eingangsgröße und hydraulischem Ausgangsdruck zu erzeugen. Da eine Rückführung der veränderten hydrauli­ schen Größen nicht zu erfolgen hat, kann auch ein separater Rücklaufanschluß zu dem Hydraulikmittelreservoir entfallen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Proportionalventil in das Ge­ häuse des Lenkventiles integriert, so daß sich eine kompakte und kostengün­ stige konstruktive Ausgestaltung erreichen läßt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Bypassventil einen Schieber aufweist, der mit einem Federelement in axialer Richtung belastet ist, um eine vorgegebene Stellung des Schiebers zu ermöglichen.

Vorteilhafterweise umfaßt das Bypassventil eine zylindrische Kammer, die mit wenigstens einer axialen und wenigstens einer radialen Öffnung versehen ist, und in der der Schieber geführt ist, so daß der durch das Bypassventil strömende Hydraulikmittelfluß je nach Lenkrichtung durch wenigstens eine radiale Öffnung in das Bypassventil ein- bzw. austritt und durch wenigstens eine axiale Öffnung aus- bzw. einströmt. Dies bietet den Vorteil, daß sich bei möglichst kleinen Verfahrbewegungen des Schiebers des Bypassventils eine schnelle und effiziente Drosselung des das Bypassventil durchströmenden Volumenstroms erreichen läßt.

Zweckmäßigerweise ist der Schieber in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verschiebbar, um eine fahrgeschwindigkeitsabhängige Drosselung zu erzielen.

Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, den Hydraulikmittelstrom für eine eingangs beschriebene Servolenkvorrichtung nicht nur in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit zu steuern, sondern vielmehr auch die vorhandene Lenkgeschwindigkeit zu berücksichtigen. Dies ist vor allem damit zu be­ gründen, daß die bei hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht vorhandene bzw. geringe Servounterstützung bei besonderen Lenkmanövern unzureichend ist. So können bei hohen Fahrgeschwindigkeiten Lenksituationen auftreten, die ein schnelles und hohes Lenkeingabedrehmoment erfordern, wie es beispielsweise bei einem Ausweichmanöver bei schnellem Fahren der Fall ist. Um in solch gefährlichen Situationen eine Servounterstützung zur Verfügung zu haben, sind gattungsgemäße Servolenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge zum fahr- und lenkgeschwindigkeitsabhängigem Versorgen eines Servozylinders mit einem Hydraulikmittel bekannt.

Die EP 0 430 417 B1 offenbart ein Fahrzeug-Servolenksystem, das einen fluiddruckbetätigten Kolben mit einander gegenüberliegenden Kammern, ein Lenkventil sowie einen eine Fluidflußverbindung zwischen den einander ge­ genüberliegenden Kammern herstellenden Bypass umfaßt. In dem Bypass ist ein Bypassventil angeordnet, das bei sich erhöhender Fahrgeschwindigkeit den Fluidfluß durch den Bypass erhöht und bei sich reduzierender Fahrgeschwindigkeit den Fluidfluß durch das Bypassventil vermindert. Zudem wird bei einem vorgegebenen Fluiddruckunterschied zwischen den einander gegenüberliegenden Kammern unabhängig von der gerade herrschenden Fahrgeschwindigkeit der durch den Bypass strömende Volumenstrom gedros­ selt, um eine hohe Servounterstützung zu erzielen.

Zu diesem Zweck besteht das Bypassventil aus einer ersten Ventileinrichtung, die in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit reagiert, und aus einer zweiten Ventileinrichtung, die der ersten Ventileinrichtung parallel geschaltet ist und den zwischen den beiden gegenüberliegenden Kammern herrschenden Druckunterschied zum Steuern der ersten Ventileinrichtung ausnutzt. Die erste Ventileinrichtung besteht aus einem über einen elektrischen Schrittmotor an­ getriebenen Axialschieberventil, das in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit den Volumenstrom durch das Bypassventil drosselt. Die zweite Ventil­ einrichtung umfaßt zwei koaxial zueinander ausgerichtete, zylindrische Druck­ kammern, die jeweils mit einer der beiden einander gegenüberliegenden Kam­ mern des Servozylinders hydraulisch verbunden sind, so daß die im Servozy­ linder herrschende Druckdifferenz über ein zwischen den beiden zylindrischen Kammern angeordnetes, koaxial zwischen diesen axial verschiebbares Kol­ benelement widergespiegelt wird. Bei Erreichen einer vorgegebenen Druckdif­ ferenz, die durch an dem Kolbenelement angreifende Federelemente eingestellt wird, verschiebt sich das Kolbenelement derart, daß aus der mit dem höheren Druck beaufschlagten zylindrischen Kammer ein Volumenstrom zu der ersten Ventileinrichtung fließen kann, um diese in eine Drosselstellung zu bewegen.

Auf diese Weise ist es möglich, bei Erreichen einer vorgegebenen Druckdiffe­ renz dem Servozylinder auch bei hohen Geschwindigkeiten eine Servounterstützung durch Drosselung des Bypassventils so zukommen zu lassen, daß eine hohe Servounterstützung bereitgestellt wird. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß eine hohe Druckdifferenz im Servozylinder mit einem starken Lenkeingabemoment einhergeht. Als Nachteil dieses bekannten Fahrzeug-Servolenksystems ergibt sich der relativ komplizierte Aufbau, der eine kostenintensive Herstellung zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil besteht in der hohen Verschleißanfälligkeit des Servolenksystems aufgrund der Vielzahl von Bauteilen und Dichtflächen, die ein Klemmen der axialbewegten Teile hervorrufen und zu Leckage führen können.

Der Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, eine Servolenk­ vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß sich eine lenkgeschwindigkeitsabhängige Steuerung des durch den Bypass hindurchströmenden Volumenstromes bei einfacher und kostengünstiger Bau­ weise ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in Reihe mit dem Bypassventil eine Drosselungseinrichtung geschaltet ist, wel­ che je nach Lenkrichtung von dem Hydraulikmittelzu- oder -rücklaufstrom des Servozylinders durchströmt ist, und welche ab einer vorgegebenen Größe die­ ses Volumenstroms selbsttätig den über das Bypassventil geleiteten Hydrau­ likmittelfluß drosselt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der durch das Lenkventil be­ reitgestellte Lenkvolumenstrom in einem proportionalen Verhältnis zu der Lenkgeschwindigkeit steht. Aufgrund der selbsttätigen Drosselung des über das Bypassventil geleiteten Hydraulikmittelflusses durch die Drosseleinrichtung ab einem gewissen Hydraulikmittelzu- bzw. -rücklaufstrom des Servozylinders wird demnach auch bei hohen Lenkgeschwindigkeiten, das heißt bei geöffne­ tem Bypassventil, aufgrund der Reihenschaltung von Bypassventil und Dros­ seleinrichtung der durch das Bypassventil strömende Hydraulikmittelfluß redu­ ziert, so daß eine hohe Servounterstützung am Servozylinder anliegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Drosseleinrichtung ein beid­ seitig durch Zylinderköpfe abgeschlossenes Zylinderrohr, dessen Arbeitsraum durch einen axialverschiebbaren Kolben geteilt ist, wobei der eine Teil durch vorzugsweise in dem entsprechenden Zylinderkopf angeordnete Öffnungen hydraulisch mit dem Servozylinder und der andere Teil durch vorzugsweise Öffnungen in der Zylinderwandung mit dem Lenkventil verbunden ist, und wobei der Kolben in axialer Richtung wenigstens eine blendenartige Durch­ laßöffnung aufweist. Von Vorteil ist hierbei, daß sich in dem Arbeitsraum des Zylinderrohres aufgrund der Durchströmung der blendenartigen Durchlaßöff­ nung ein volumenstromabhängiger Differenzdruck zwischen den beiden Teilen einstellt, der eine Verschiebung des Kolbens in Abhängigkeit der Durchströ­ mungsrichtung hervorruft. Der Druckabfall an der blendenartigen Öffnung ver­ größert sich dabei mit steigendem Volumenstrom.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn einer der beiden Teile des Arbeitsraumes des Zylinderrohres über wenigstens eine Steuerblende hydraulisch mit dem Bypassventil verbunden ist, um die Reihenschaltung von Bypassventil und Drosseleinrichtung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist vorteilhafter Weise der dem Lenkventil zugeordnete Teil des Arbeitsraumes des Zylinderrohres hydraulisch mit dem Bypassventil verbunden.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist durch Verschiebung des Kolbens der Strömungsquerschnitt der Steuerblende veränderbar, so daß der durch das Bypassventil strömende Hydraulikmittelfluß in Abhängigkeit der Kolbenbewe­ gung und damit in Abhängigkeit des sich in dem Arbeitsraum des Zylinderroh­ res ausbildenden Differenzdruckes drosselbar ist. Gemäß einem weiteren be­ sonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Kolben in einer Position bei geöffneter Steuerblende vorbelastet, um eine axiale Verschiebung des Kol­ bens erst ab einer vorbestimmten Druckdifferenz zu ermöglichen. Von Vorteil ist es hierbei, wenn der Kolben durch beidseitig angreifende Federelemente, die sich gegen die Zylinderköpfe abstützen, in der vorbestimmten Position ge­ halten ist, da dies eine besonders einfache und kostengünstige konstruktive Umsetzung darstellt.

Vorzugsweise ist der Kolben auf einer Stange geführt, deren Enden in den Zy­ linderköpfen gelagert sind, so daß sich eine leichtgängige und verklemmungs­ freie Verschiebung des Kolbens erreichen läßt. Zweckmäßig ist es ferner, wenn die Stange mit wenigstens einer Bohrung versehen ist, durch welche die Steuerblende und das Bypassventil hydraulisch miteinander verbunden sind, so daß sich eine konstruktiv günstige Funktionsintegration ergibt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das By­ passventil als Proportionalventil ausgebildet, um eine einfache und kosten­ günstige Integration in das Gehäuse des Lenkventiles und eine kurze An­ sprechzeit auf erfaßte Geschwindigkeitsänderungen zu erreichen.

Zweckmäßigerweise weist das Bypassventil eine zylindrische Kammer auf, die mit wenigstens einer axialen und wenigstens einer radialen Öffnung versehen ist, und in der ein Schieber geführt ist. Um eine fahrgeschwindigkeitsabhängige Drosselung des Volumenstroms durch die Bypassverbindung zu erreichen, ist in vorteilhafter Weise der Schieber in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verschiebbar.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schieber mit einem Federelement in axialer Richtung belastet, um im stromlosen Zustand eine Offenstellung des Bypassventils sicherzustellen.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß das Zylinderrohr der Drosseleinrichtung und die Kammer des Bypassventils durch ein und dieselbe Bohrung in einem Gehäuse ausgebildet sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der zwei bevorzugte Ausfüh­ rungsformen dargestellt sind, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung zum fahrgeschwindigkeitsabhängigen Zuführen von Hydraulikmitteln an einen Servozylinder;

Fig. 1a die Servolenkvorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem in das Ge­ häuse eines Lenkventiles integrierten Proportionalventil;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung zum fahr- und lenkgeschwindigkeitsabhängigen Versorgen eines Servozylinders mit einem Hydraulikmittel;

Fig. 3 die Ventilstellung der Servolenkvorrichtung gemäß Fig. 2 bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit und niedrigen Lenkgeschwin­ digkeit in einer schematischen Darstellung und

Fig. 3a die Ventilstellung der Servolenkvorrichtung gemäß Fig. 2 bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit und hohen Lenkgeschwindig­ keit in einer schematischen Darstellung.

Die in den Fig. 1 und 1a gezeigte Servolenkvorrichtung umfaßt ein Lenkventil 1, das über eine Pumpe 2 einen Servozylinder 3 mit Hydraulikmittel aus einem Reservoir 4 beaufschlagt. Das Lenkventil 1 besteht dabei aus einer Eingangs­ welle 5, die über einen Torsionsstab 6 mit einer Ausgangswelle 7 verbunden ist. Über den Torsionsstab 6 lassen sich damit Eingangswelle 5 und Aus­ gangswelle 7 in einem gewissen Drehwinkel relativ zueinander verdrehen. Die Ausgangswelle 7 ist drehstarr mit einer Ventilhülse 8 verbunden, die somit ebenfalls relativ zur Eingangswelle 5 verdrehbar ist. Angeordnet sind diese Elemente in einem Gehäuse 9, das bei der in Fig. 1a gezeigten Ausführungs­ form zusätzlich eine Erweiterung zur Aufnahme eines Bypassventiles 10 auf­ weist.

Über eine Zuführleitung 11 läßt sich ein Hydraulikdruck an das Lenkventil 1 anlegen, der durch in der Ventilhülse 8 und der Eingangswelle 5 ausgebildete Steuernuten bzw. -bohrungen je nach Lenkrichtung über die Steuerleitungen 12 und 13 dem Servozylinder 3 zugeführt wird, um über die Kolbenstangen 14, 15 in den Kammern 16, 17 des Servozylinders 3 eine Servounterstützung für die Lenkbewegung bereitzustellen. Je nachdem, welche Kammer 16, 17 des Servozylinders 3 mit dem Hydraulikdruck beaufschlagt wird, bewegt sich ein Kolben 18 in Richtung der nicht beaufschlagten Kammer 16, 17, wodurch die Kolbenstangen 14, 15 mitgeführt werden. Das in der nicht beaufschlagten Kammer 16, 17 verdrängte Hydraulikmittel wird über die entsprechende Steu­ erleitung 12, 13 und eine Rückführleitung 19 zurück zu dem Reservoir 4 ge­ fördert.

Die in den Fig. 1 und 1a mit dem Bezugszeichen 20 versehene Funktionsdarstellung zeigt in schematischer Weise die Funktion des Lenkventils 1. Bei einem beispielsweise angenommenen Lenkeinschlag nach links findet eine relative Verdrehung zwischen der Eingangswelle 5 und der Ventilhülse 8 statt, so daß die Steuernuten so geöffnet werden, daß in die in der Zeichnung rechts dargestellte Kammer 16 des Servozylinders 3 über die Zuführleitung 11 und die Steuerleitung 13 das Druckmittel geleitet wird und eine Bewegung des Kolbens 18 in Richtung der Kammer 17 erfolgt. Die Pumpe 2 zur Förderung des Hydraulikmittels wird dabei von einem Elektromotor angetrieben, der von einer Fahrzeugbatterie mit der notwendigen Spannung versorgt wird. Die Pumpe 2 kann in an sich bekannter Weise über eine elektronische Steuereinheit in einem Stand-by-Betrieb gehalten werden, wenn die volle Pumpenleistung, beispielsweise im Stand, nicht benötigt wird. Das in den Fig. 1 und 1a gezeigte Lenkventil 1 ist als Lenkventil mit offener Mitte ausgebildet, das heißt auch in der Neutralstellung des Lenkventils 1 wird ein ständiger Hydraulikmittelfluß aufrecht erhalten. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch für Lenkventile mit geschlossen ausgebildeter Mitte, bei denen in der Neutralstellung der Hydraulikmittelfluß unterbrochen ist, angewendet werden.

Über das Bypassventil 10, das in Fig. 1a als Proportionalventil ausgeführt ist, wird in Abhängigkeit der vorhandenen Fahrgeschwindigkeit der von der Pumpe 2 über die Zuführleitung 11 bereitgestellte Hydraulikmittelfluß am Ser­ vozylinder 3 vorbei in das Reservoir 4 zurückgeleitet. Über eine elektronische Steuereinheit 21 wird die sensorisch erfaßte Geschwindigkeit G in entspre­ chende Signale für das Bypassventil bzw. Proportionalventil 10 umgewandelt. Das auf diese Weise über einen Magnetstrom gesteuerte Proportionalventil 10 weist einen axial mit einem Federelement 22 belasteten Schieber 23 auf, durch dessen Verfahrbewegung eine radiale Öffnung 24 im Zylindermantel des Proportionalventils 10 drosselbar ist. Die Öffnung 24 sowie eine weitere Öff­ nung 25 in axialer Richtung der Bewegung des Schiebers 23 sind mit den Steuerbohrungen in der Ventilhülse 8 verbunden, so daß je nach Lenkrichtung die Öffnung 24 als Eingangsöffnung und die Öffnung 25 als Ausgangsöffnung bzw. die Öffnung 25 als Eingangsöffnung und die Öffnung 24 als Ausgangs­ öffnung für den das Proportionalventil 10 durchfließenden Volumenstrom dient. Indem ein Teil des am Lenkventil 1 anliegenden Hydraulikmittels bei ho­ hen Fahrgeschwindigkeiten über das geöffnete Proportionalventil 10 umgelei­ tet wird, findet keine oder nur eine geringe Beaufschlagung des Servozylinders 3 mit Hydraulikmittel über die Steuerleitung 12, 13 statt, so daß die Servounterstützung bei der Lenkbewegung reduziert ist. Wird die Fahrgeschwindigkeit G reduziert, so schließt im proportionalen Verhältnis dazu das Proportionalventil 10 die Öffnung 24 und der durch das Proportionalventil 10 strömende Volumenstrom wird gedrosselt. Bei vollständig geschlossener Öffnung 24 fließt kein Volumenstrom durch das Proportionalventil 10, so daß dann der Servozylinder 3 die maximal mögliche Beaufschlagung mit Hydraulikmittel erfährt. Damit ist gewährleistet, daß beim Parken oder bei niedrigen Geschwindigkeiten G eine große Servounterstützung bereitgestellt wird, während bei hohen Geschwindigkeiten die Servounterstützung so weit reduziert ist, daß unkontrollierbare Lenkbewegungen auszuschließen sind.

Da jedoch auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten Situationen eintreten kön­ nen, die einen schnellen und starken Lenkeinschlag benötigen, was beispiels­ weise bei plötzlichen Ausweichmanövern der Fall ist, ist es sinnvoll, bei derar­ tigen Ausnahmesituationen eine große Servounterstützung zur Verfügung zu stellen. Um dem Rechnung zu tragen, ist in einer alternativen Ausführungs­ form der Erfindung eine fahr- und lenkgeschwindigkeitsabhängige Versorgung des Servozylinders 3 mit Hydraulikmittel realisiert, so daß auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Möglichkeit besteht, eine hohe Servounterstützung, das heißt eine hohe Lenkgeschwindigkeit zu erzielen. Zu diesem Zweck ist in Reihe mit dem Bypassventil 10 eine Drosseleinrichtung 26 geschaltet, die in Abhängigkeit des durch die Steuerleitung 12 fließenden Volumenstroms Q den durch das Bypassventil 10 strömenden Hydraulikmittelfluß drosselt. Dies be­ deutet, daß bei hohen Fahrgeschwindigkeiten G und damit geöffnetem By­ passventil 10 der durch das Bypassventil 10 fließende Volumenstrom durch die Drosseleinrichtung 26 gedrosselt wird und damit dem Servozylinder 3 der volle von der Pumpe 2 an das Lenkventil 1 angelegte Hydraulikdruck für die Servounterstützung zukommt. Die Drosseleinrichtung 26 wird dabei so ge­ steuert, daß erst ab Vorliegen eines vorgegebenen Lenkmomentes L, was gleichbedeutend ist mit einer gewissen Größe des durch die Steuerleitungen 12, 13 fließenden Volumenstroms, die Drosseleinrichtung 26 selbsttätig die Bypassverbindung drosselt.

In den Fig. 3 und 3a sind die Ventilstellungen der Drosseleinrichtung 26 bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit und einer niedrigen bzw. hohen Lenkge­ schwindigkeit dargestellt. Wie zu erkennen ist, umfaßt die Drosseleinrichtung 26 ein Zylinderrohr 27, das beidseitig durch Zylinderköpfe 28, 29 abgeschlos­ sen ist. Der Arbeitsraum des Zylinderrohres 27 ist durch einen axial ver­ schiebbaren Kolben 30 in zwei Kammern 31 und 32 geteilt. Die Kammer 31 steht dabei über Öffnungen 33 und einem Teil der Steuerleitung 12 mit dem Servozylinder 3 in hydraulischer Verbindung. Demgegenüber ist die Kammer 32 über Öffnungen 34 und einem anderen Teil der Steuerleitung 12 mit dem Lenkventil 1 hydraulisch verbunden. Der Kolben 30 ist in axialer Richtung mit Blendöffnungen 35 versehen, die ein Durchströmen des in der Steuerleitung 12 befindlichen Hydraulikmittels durch das Zylinderrohr 27 ermöglichen. Das Zylinderrohr 27 wird bei Beaufschlagung der Kammer 16 des Servozylinders 3 mit Hydraulikmittel von der Kammer 31 in Richtung der Kammer 31 des Zylin­ derrohres 27 durchströmt und bei Beaufschlagung der Kammer 17 des Servo­ zylinders 3 in umgekehrter Richtung von dem in der Steuerleitung 12 dann herrschenden Rücklaufstrom zu dem Reservoir 4. Aufgrund der Strömung durch die Blendöffnungen 35 bildet sich in Abhängigkeit der Größe des Volu­ menstroms ein Differenzdruck in den Kammern 31 und 32, der ab einer ge­ wissen Größe eine axiale Verschiebung des Kolbens 30 bewirkt. Über Feder­ elemente 36 und 37, die beidseitig an dem Kolben 30 angreifen und sich ge­ gen die Zylinderköpfe 28 bzw. 29 abstützen, erfolgt dabei die Vorspannung des Kolbens 30, so daß dieser erst bei einer Druckdifferenz zwischen den Kammern 31 und 32, die größer ist als die durch die Federelemente 36, 37 angreifende Federkraft, in axialer Richtung verschoben wird.

Die sich in den Kammern 31 und 32 ausbildende Druckdifferenz ist proportio­ nal zu der Größe des Volumenstroms durch das Zylinderrohr 27, was wieder­ um ein Indikator für das durch die Lenkbewegung erzeugte Lenkmoment ist. Die Federelemente 36, 37 positionieren den Kolben 30 in seiner Neutralstel­ lung so, daß über eine radiale Steuerblende 38, eine Bohrung 39 in einer den Kolben 30 führenden Stange 40 sowie über eine Kammer 41 und radiale Bohrungen 42 eine hydraulische Verbindung zu der Steuerleitung 13 bzw. dem Lenkventil 1 gebildet wird. Diese hydraulische Verbindung stellt den Bypass dar, über den ein Teil des Hydraulikmittelflusses am Servozylinder 3 vorbeigeleitet werden kann. Durch einen Schieber 43 kann der Strömungsquerschnitt der Bohrungen 42 in der Kammer 41 verändert werden. Der Schieber 43 wird in der zuvor beschriebenen Weise von einer elektronischen Steuereinheit 21 in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit gesteuert. Dadurch erfolgt ein geschwindigkeitsabhängiger Durchfluß durch die Kammer 41 über die Bohrung 39 in das Zylinderrohr 27 bzw. umgekehrt, wodurch die Bypassverbindung gebildet ist. Die Durchströmungsrichtung hängt dabei von der jeweiligen Beaufschlagung der Kammern 16, 17 des Servozylinders 3 ab. Durch ein Federelement 44, das den Schieber 43 in axialer Richtung belastet, werden die Bohrungen 42 bei nicht betätigtem Schieber 43 offen gehalten.

Wird bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, das heißt bei offenen Bohrungen 42 und einem Durchfluß eines Teils des Hydraulikmittels durch die Bypassverbin­ dung, ein hohes Lenkmoment L angelegt, so fließt durch die Steuerleitungen 12, 13 ein hoher Volumenstrom, der eine hohe Druckdifferenz zwischen den Kammern 31 und 32 hervorruft. Die dadurch bedingte Verschiebung des Kol­ bens 30 führt zu einer Drosselung bzw. Verschließung der Steuerblende 38, so daß der durch die Bypassverbindung fließende Hydraulikmittelfluß aufgrund der Reihenschaltung von Bypassventil 10 und Drosseleinrichtung 26 unterbro­ chen wird, was in Fig. 3a dargestellt ist. Der Servozylinder 3 erfährt dadurch die volle Beaufschlagung mit dem Hydraulikmittel, so daß sich auch bei hoher
Fahrgeschwindigkeit nunmehr eine hohe Lenkgeschwindigkeit erreichen läßt.

Durch die erfindungsgemäße Servolenkvorrichtung ist eine fahr- und lenkge­ schwindigkeitsabhängige Versorgung des Servozylinders 3 bei einfacher kon­ struktiver Gestaltung ermöglicht, so daß neben einer kostengünstigen Herstel­ lung auch einer einfachen und schnellen Montage Rechnung getragen wird. Darüber hinaus ist durch die volumenstromabhängige Druckdifferenz zwischen den Kammern 31 und 32 der Drosseleinrichtung 26 ein selbsttätiges Drosseln des Bypassvolumenstromes ohne großen sensorischen Aufwand realisiert, so daß sich auch eine besonders hohe Verschleißresistenz ergibt.

Bezugszeichenliste

1

Lenkventil

2

Pumpe

3

Servozylinder

4

Reservoir

5

Eingangswelle

6

Torsionsstab

7

Ausgangswelle

8

Ventilhülse

9

Gehäuse

10

Bypassventil

11

Zuführleitung

12

Steuerleitung

13

Steuerleitung

14

Kolbenstange

15

Kolbenstange

16

Kammer

17

Kammer

18

Kolben

19

Rückführleitung

20

Funktionsdarstellung

21

elektronische Steuereinheit

22

Federelement

23

Schieber

24

Öffnung

25

Öffnung

26

Drosseleinrichtung

27

Zylinderrohr

28

Zylinderkopf

29

Zylinderkopf

30

Kolben

31

Kammer

32

Kammer

33

Öffnung

34

Öffnung

35

Blendöffnung

36

Federelement

37

Federelement

38

Steuerblende

39

Bohrung

40

Stange

41

Kammer

42

Bohrung

43

Schieber

44

Federelement
G Geschwindigkeit
Q Volumenstrom
L Lenkmoment

Claims (19)

1. Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge zum fahrgeschwindigkeitsab­ hängigen Zuführen von Hydraulikmitteln an einen Servozylinder (3), mit einem Lenkventil (1), durch das linke und rechte Kammern (16, 17) des Servozylinders (3) bei einer Lenkbewegung über eine Pumpe (2) mit Hy­ draulikmittel beaufschlagbar sind, und einem dem Servozylinder (3) parallel geschalteten Bypassventil (10), mittels dem ein am Servozylinder (3) vorbeigeleiteter Teil des den Servozylinder (3) beaufschlagenden Hy­ draulikmittels steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (10) als Proportionalventil ausgebildet ist.

2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (10) in das Gehäuse des Lenkventils (1) integriert ist.

3. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bypassventil (10) einen Schieber (43) aufweist, der in axialer Richtung durch ein Federelement (44) belastet ist.

4. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bypassventil (10) eine zylindrische Kammer (41) umfaßt, die mit wenigstens einer axialen (39) und wenigstens einer radia­ len Öffnung (42) versehen ist, und in der der Schieber (43) geführt ist.

5. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schieber (43) in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verschiebbar ist.

6. Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge zum fahr- und lenkgeschwindig­ keitsabhängigen Versorgen eines Servozylinders (3) mit einem Hydrau­ likmittel, bestehend aus einem Lenkventil (1), durch das linke und rechte Kammern (16, 17) des Servozylinders (3) bei einer Lenkbewegung über eine Pumpe (2) mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind, und einem den Servozylinder (3) parallel geschalteten Bypassventil (10), mittels dem ein am Servozylinder (3) vorbeigeleiteter Teil des den Servozylinder (3) be­ aufschlagenden Hydraulikmittels steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Bypassventil (10) eine Drosselungseinrichtung (26) geschaltet ist, welche je nach Lenkrichtung von dem Hydraulikmittelzu- oder -rücklaufstrom des Servozylinders (3) durchströmt ist, und welche ab einer vorgegebenen Größe dieses Volumenstroms selbsttätig den über das Bypassventil (10) geleiteten Hydraulikmittelfluß drosselt.

7. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (26) ein beidseitig durch Zylinderköpfe (28, 29) abge­ schlossenes Zylinderrohr (27) umfaßt, dessen Arbeitsraum durch einen axial verschiebbaren Kolben (30) geteilt ist, wobei der eine Teil (31) durch vorzugsweise in dem entsprechenden Zylinderkopf (28) angeordne­ te Öffnungen (33) hydraulisch mit dem Servozylinder (3) und der andere Teil (32) durch vorzugsweise Öffnungen (34) in der Wandung des Zylin­ derrohres (27) mit dem Lenkventil (1) verbunden ist, und wobei der Kol­ ben (30) in axialer Richtung wenigstens eine blendenartige Durchlaßöff­ nung (35) aufweist.

8. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ner der beiden Teile des Arbeitsraumes (31, 32) des Zylinderrohres (27) über wenigstens eine Steuerblende (38) hydraulisch mit dem Bypass­ ventil (10) verbunden ist.

9. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Lenkventil (1) zugeordnete Teil (32) des Arbeitsraumes des Zylinder­ rohres (27) hydraulisch mit dem Bypassventil (10) verbunden ist.

10. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch Verschiebung des Kolbens (30) der Strömungs­ querschnitt der Steuerblende (38) veränderbar ist.

11. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (30) in einer Position bei geöffneter Steuerblende (38) vorbe­ lastet ist.

12. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (30) durch beidseitig angreifende Federelemente (36, 37), die sich gegen die Zylinderköpfe (28, 29) abstützen, in der vorbestimmten Position gehalten ist.

13. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (30) auf einer Stange (40) geführt ist, de­ ren Enden in den Zylinderköpfen (28, 29) gelagert sind.

14. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (40) mit wenigstens einer Bohrung (39) versehen ist, durch welche die Steuerblende (38) und das Bypassventil (10) hydraulisch mit­ einander verbunden sind.

15. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bypassventil (10) als Proportionalventil ausgebil­ det ist.

16. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (10) eine zylindrische Kammer umfaßt, die mit wenig­ stens einer axialen (39) und wenigstens einer radialen Öffnung (42) ver­ sehen ist, und in der ein Schieber (43) geführt ist.

17. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (43) in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verschiebbar ist.

18. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber in axialer Richtung mit einem Feder­ element (44) belastet ist.

19. Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (27) der Drosseleinrichtung (26) und die Kammer (41) des Bypassventils (10) durch ein und dieselbe Bohrung in einem Gehäuse (9) ausgebildet sind.