DE19745897A1 - Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Servolenkvorrichtung für KraftfahrzeugeInfo
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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.
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.
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
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.
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