DE2113285A1

DE2113285A1 - Hydraulischer Servoantrieb,insbesondere fuer Lenkungen

Info

Publication number: DE2113285A1
Application number: DE19712113285
Authority: DE
Inventors: Kasselmann John T
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-03-20
Filing date: 1971-03-19
Publication date: 1971-10-07
Also published as: US3640184A; FR2083460B1; ES389398A1; FR2083460A1; CA923789A; JPS5329795B1; GB1332979A

Description

Paten isnwgfte {

Dr. Ing. H. Negssndank I

Dipl. !ng. H. Haudc i

Dipt. Phys. W. Sdimite j

8Minchen15_rMoz«rfetr.23 !

T«i. 538W86 j

The Bendix Corporation

Executive Offices,

Bendix Center, 17«März 1971

Anwaltsakte M-1520

Hydraulischer Servoantrieb, insbesondere für Lenkungen

Die Erfindung betrifft hydraulische Hilfs- bzw. Servoantriebe und insbesondere einen Servoantrieb für ein nachträglich einbaufähiges Lenksystem, welches herkömmlichen Kraftsteuerungsmechanismen mit einem Minimum von zusätzlichen Bauteilen zugeordnet werden kann.

Nachträglich einbaufähige bzw. anpassungsfähige Lenksysteme, bei welchen die Auswirkung seitlicher Beeinträchtigungen oder Störungen am Fahrzeug automatisch durch eine Gegenbewegung des Lenkgetrfebes unter Einwirkung eines Servoantriebsmechanismus kompensiert werden, sind als bekannt anzusehen. Die Kosten und der komplexe AuIf bau dieser Anlagen müssen jedoch reduziert werden, um die genanntep.

Anlagen in weitem Umfang nutzbar machen zu können. j

Ein Bauteil, bei welchem diese Vereinfachung wünschenswert erscheinen, ist der Hilfs- bzw. Servoantrieb, durch welchen die zur Korrektur dienende Gegenbewegung des Lenkgetriebes herbeigeführt wird. Ss ist infolgedessen zweckmäßig, aus diesem Grunde -2-I-

auf eine getrennte Druckmittelquelle .zu verzichten und den kompli-j zierten Rückführungsmechanismus von Anlagen bekannter Art als auch das komplizierte Gestänge zu vereinfachen, welches zur Verwendung \ gebracht wird, um die kompensierende Gegenbewegung auf das Lenk- j

system mit Hilfe des Servoantriebes auszuüben. !

Davon ausgehend soll mit der vorliegenden Erfindung ein Servo- bzwi. Hilfsantrieb geschaffen werden, welcher bereits bestehenden Kraft-isteuerungsanlagen zugeordnet werden kann, ohne daß eine zusätzlichje

Druckmittelquelle erforderlich wäre und ohne daß der normale Betrieb der Kraftsteuerungseinheit beeinflußt wird.

ί Darüber hinaus soll eine vereinfachte Verbindung geschaffen werden, um den Servoantrieb in ein Lenkgestänge so einzuordnen, daß auf , ein besonderes, getrenntes Halterungssystem verzichtet werden kann=.

Zu diesem Zweck wurde ein Servoantrieb geschaffen, bei welchem einj

I Motor einen zyklisch nach Maßgabe von Druckveränderungen in einer \

ί Kammer des Motors bewegbaren Antriebskörper aufweist und die· Druckjveränderungen durch die Bewegungen des Körpers eines nahe des j Motorgehäuses befindlichen Ventils unter Steuerung durch Servo- j signale ausgelöst werden, wobei der Antrieb erfindungsgemäß da- ^:

durch gekennzeichnet ist, daß der Ventilkörper, verschiebbar inner- ' halb einer Ventilbohrung gelagert ein Paar von Vorsprüngen aufweist, wobei der zwischen den Vorsprüngen bestehende Zwischen- j raum über" einen Kanal, durch das Motorgehäuse sich erstreckend, ! mit der Motorkammer in Verbindung steht, daß eine Einlaßöffnung an eine Druckmittelquelle anschießbar ist, während die Rückführung öffnung an einen Bereich anschließbar ist, welcher einen geringe-

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ren Druck als den Druck der Druckmittelquelle aufweist, daß die Einlaß- und Rüekführungsöffnung bei Bewegung des Ventilkörpers in einer Richtung durch die Vorsprünge zunehmend blockiert bzw. gecTfnet werden können, und daß auf eine getrennte Druckmittelquelle zu verzichten und den komplizierten Rückführungsmechanismus von An lagen bekannter Art als auch das komplizierte Gestänge zu vereinfachen, welches zur Verwendung gebracht wird, um die kompensierend Gegenbewegung auf das Lenksystem mit Hilfe des Servoantriebes auszuüben* Ein vereinfachtes, mechanisches Rückführungselement kann zwischen dem motorisch bewegbaren Körper und dem Ventilkörper ange ordnet sein. Ein Paar bewegbarer Elemente, so Gestänge eines Steuerungsmechanismus bilden die Lagerung und Abstützung für den Servoantrieb.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 der Zeichnungen ist eine schematische Ansicht des hydraulischen Servoantriebes; und

Fig. 2 ist eine Schnittansieht des hydraulischen Antriebes von Linie 2-2 in Fig. 1 unter Darstellung des zugeordneten Servoventils und der Gestängeverbindung.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine herkömmliche Kraftsteuerungsanlage 10 dargestellt, bei welcher Drehbewegungen des Lenkrades 12 auf die Lenksäule 14 übertragen werden und durch diese eine Ausgangsbewegung der Kraftsteuerungseinheit 16 hervorrufen, um den Lenkarm 18 um die Achse 20 "zu drehen. Diese Drehbewegung wird

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über das Lenkgestänge, bestehend aus Führungs stange 22, Mitnehmer-' stange 24, Zugstange 26, auf die Radial- bzw. Lenkhebel 28 übertragen, welche durch Befestigung an den lenkbaren Rädern JO des J Fahrzeuges deren Lenkung herbeiführen. ^: ' .^:

Die 'Servo- bzw. Kraftsteuerungseinheit 16 wird über eine motorge-¹ triebene Pumpe 32 mit Druckmittel gespeist. j

■ ■ ■ ■ ■ ■ i

Das angepaßte Lenksystem 34 ist mit einer Vorrichtung versehen,
um mittels Druckmittel Korrektursteuerungssignale 36 zu erstellen.! Bei bekannten Anlagen werden mittels einer Vorrichtung Signale er-

zeugt, welche der Gier- bzw. Seltenbewegung des Fahrzeuges in bei-j

den Richtungen, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bewegung des
Lenkrades in beiden Riehtungen entsprechen und in geägneter Weise kombiniert und verstärkt werden, um ein Paar von Druckmittel-Ausgangssignalen zu erzeugen. Unterschiede dieser Signale rufen eine [ korrigierende Lenkbewegung in der einen oder anderen Richtung hervor, wie im weiteren Verlauf dargelegt wird. Da die zu diesem
Zweck verwendete Vorrichtung zur Erzeugung der Signale nicht mit
Hilfe des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung arbeiten, ist
es nicht nötig, die genannte Vorrichtung im einzelnen zu erläutern

Die Signale werden über Hydraulikleitungen 38 und 40 dem Servoantrieb 42 eingespeist. Der Hilfs- bzw. Servoantrieb 42 arbeitet mit einem Servoventil 44 und mit einem zyklisch betätigbaren Servomo- )

tor 46 erfindungsgemäßer Bauform.

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Gemäß Pig. 2 der Zeichnungen ist das Servoventil 44 als Dreiwegventil mit offener Mitte ausgebildet, d.h., unter Druck stehendes Medium wird über die öffnung 48 in den Zwischenraum 49 zwischen den Vorsprüngen 50 und 52 eingeführt und über die Rückleitungsöffnung 54 zurückgeführt. Der Servomotor 46 wird über einen Auslaßkanal 56 eingespeist, welcher mit dem Zwischenraum 49 in Verbindung st.eht.

Durch diese konstruktive Anordnung kann das Servoventil 44 über die Leitungen 58, 60 und 62 in Serie mit der Druckmittelzuführung

i
für die Kraftsteuerung geschaltet werden, da die Strömung normalerlweise nicht durch Anforderungen des Servomotors 46 unterbrochen ist. Um im Falle sehr starker Druckerfordernisse einen kontinuierlichen Druckmittelstrom für die Kraftsteuerung zu gewährleisten, d.h. dann, wenn der Vorsprung 50 vollständig oder nahezu vollständig die öffnung 48 blockiert, wodurch eine unzureichende Druck mittelzufuhr für die Erfordernisse der Kraftsteuerungseinheit hervorgerufen wird, ist ein Druckentlastungs-Nebenleitungsventil 64 über die Leitungen 66 und 65 vorgesehen und befindet sich in paralleler Lage zum Servoventil 44. Falls die Druckerfordern!sse des Servoantriebes 42 bewirken, daß die Strömungsverbindung so wei unterbrochen oder eingeschnürt ist, daß das darüber bestehende Druckgefälle den Öffnungsdruckwert des Entlastungsventils 64 übersteigt, öffnet sich dieses Ventil, um über eine Nebenleitung den Druckmltteletrom an der KraftSteuerungseinheit 16 einzuspeisen. Somit steht zur Betätigung der Kraftsteuerungseinheit l6 jederzeit ausreichend Druckmittelströmung zur Verfügung.

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Das Servoventil 44 ist mit einer Ventilspindel 68 ausgestattet, \ welche sich in der Bohrung 69 befindet und Vorsprünge 70 und 72 !.

als auch die zuvor erwähnten Vorsprünge 50 und 52 aufweist. Die j Ventilspindel 68 wird durch die Kraft beaufschlagt, welche durch ] den an den Vorsprüngen 70, 72 über die Leitungen 38, 4-0 und die !

zur Steuerung dienenden öffnungen 74 und 76 ausgeübten Differential Steuerungsdruck erzeugt wird, um kontinuierlich durch Bewegung der Ventilspindel in der Bohrung 69 die Zuführungs- und Rückführungsöffnungen 48 und 54 zu öffnen oder zu blockieren.

Eine bei hohem Druck hervorgerufene Leckage entlang der Vorsprüngd 50 und 52 wird über die Leitungen 78, 80 und die öffnungen 82, 84 zur Pumpe 32 zurückgeführt, um jede Veränderung oder Auswirkung auf die Drucksteuerungswerte zu vermeiden, welche an den Ventilspindelenden wirksam sind.

Der Servomotor 46 ist durch einen Kolben 86 gebildet, welcher ver-i schiebbar innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 88 gelagert ist. Der Kolben weist einen größeren Durchmesser 90 und einen kleineren! Durchmesser 92 auf. Druckmittel wird kontinuierlich an der Ringfläche des Kolbens angelegt, welche als Differenzfläche des Teilejs von großem Durchmesser weniger des Teiles von kleinem Durchmesser existiert. Das Druckmittel wird über die ringförmige Nut 94 angelegt, welche mit der Kammer 96 in Verbindung steht. Auf diese Weise! wird der Kolben 86 nach links, gesehen in Fig. 2 der Zeichnungen, verlagert. Durch Veränderung der Druckgröße im Zwischenraum 49 kann infolgedessen der Kolben in beiden Richtungen verlagert oder stationär gehalten werden.

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Wie bereits angeführt, wird .der im Zwischenraum 49 zwischen den Vorsprüngen 50 und 52 bestehende Druck an der Fläche des Kolbens 86 angelegt, welche durch den im Durchmesser großen Teil gebildet ist. Die Druckmittelverbindung besteht über den Kanal 56, welcher mit der Kammer 98 in Verbindung steht. Dieser Druck ist eine Funktion der Ventilspindelposition, bedingt durch die offenmittige Ausgestaltung, als auch als Funktion strömungsabwärts bestehender Begrenzungen und Einschnürungen.

Um die Kolbenposition derjenigen der Ventilspindel zuzuordnen, ist ein Rückführungsmechanismus vorgesehen. Dieser besteht aus einem Blattfederelement 100, welches am Kolben 86 an der durch 102 bezeichneten Stelle anliegt. Das Blattfederelement liegt auch an der durch Bezugsnummer 104 bezeichneten Stelle an der Ventilspindel 68 an und ist an der durch Bezugsnummer I06 bezeichneten Stelle schwenkbar gelagert. Die Bewegung des Kolbens 86 nach links bewirkt, daß eine Kraft an der Ventilspindel 68 angelegt wird, um diese in die Nullposition zurückzuführen, d.h. in die Position, in welcher die Druckkraft in der Kammer 98 ausreicht, um die in der Kammer 86 bestehende Druckkraft auszugleichen. Die Bewegung des Kolbens 86 nach rechts führt zu einer Reduzierung der Federkraft und zu einer Aufhebung des Kraftgleichgewichtes an der Ventilspindel 68, wobei der Steuerungsdruckunterschied die Ventilspindel 68 in die Nullstellung führt.

Das Blattfederelement 100 wirkt innerhalb des bestehenden Kanals 56, so daß eine dynamische Abdichtung der Rückführungselemente nicht erforderlich ist.

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Eine zentrierende Feder 108 ist zusammen mit einer Verstellmutter i 110 vorgesehen, so daß der Kolben 86 zentriert werden kann.

Einstückig mit dem Gehäuse 88 ist ein gegabelter Teil 112 vorge- ]

sehen, in welchem sich eine Kolbenstange 114 erstreckt. Die Kolbenstange 114 ist einstückig mit dem Kolben 86 gefertigt und ist an der durch 115 bezeichneten Stelle mit dem Ende 116 der Pührungsstange verbunden. Das Ende erstreckt sich in den Gabelteil und 3st mit der Führungsstange 22 verschweißt. Durch einen Schlitz 118 am Ende 116 der Führungsstange ist ein Keilzapfen 120 eingesetzt, welcher durch den Gabelteil 112 getragen ist. Auf den Keilzapfen ist ein Ende des Lenkarms 18 mit Hilfe einer Mutter 122 und der Hülse 124 aufgezogen. Mutter und Hülse bilden infolgedessen eine j

i Verbindung zwischen diesen beiden Teilen. Durch die beschriebene j

Anordnung ist eine entsprechende Bewegung zwischen dem Lenkarm 18 j

und der Führungsstange 22 durch Drehung um die Achse des Keilzapfens 120 ermöglicht, während eine Bewegung um die Achse des

diese Kolbens 86 und des Gehäuses 88 verhindert ist, da sich/gegen die

Bewegung abstützen.

Bei Inbetriebnahme, d.h. bei Betätigung des Lenkrades, werden die Bewegungen des Lenkarms 18 über den Keilzapfen 120, dem Teil 112 und das Gehäuse 88 auf die Führungsstange 22 übertragen. Das Gehäuse wirkt über die hydrostatische Verbindung bzw. Verriegelung auf den Kolben 86, um die Übertragungsbewegung mit Hilfe der Kolben stange 114 auf das Ende 116 der Pührungsstange zu leiten.

Falls die Lage des Fahrzeuges eine Korrektursteuerung erfordert, erzeugt das Steuerungssystem ^4 einen Druckunterschied in den

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Leitungen 38 und 40, welcher ein Druck-Ungleichgewicht über der Ventilspindel 68hervorruft. Diese wird entweder nach rechts oder nach links verlagert, was von der Art der erforderlichen Korrektur abhängt. Es besteht also entweder ein größerer oder ein kleinerer Druck in der Kammer 98, was eine Verlagerung das Kolbens 86 entweder nach rechts oder links zur Folge hat, bis die Ventilspindel 68 unter Wirkung der Feder 100 in die Nullage bewegt ist.

Die Bewegung des Kolbens 86 verursacht eine Verschiebung in der Relativlage das Gehäuses 88 und des Kolbens 86, welcher durch Reaktion am Lenkarm l8 eine entsprechende Axialbewegung der Führungsstange 22 über die Kolbenstange 144 herbeiführt, so daß die erforderliche Korrektursteuerung vorgenommen wird. Diese Relativbewegung wird durch den Schlitz II8 am Ende II6 der Führungsstange 22 ermöglicht bzw. aufgenommen.

Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß die Führungsstange 22 und das angeschlossene Gestänge über Verbindung mit dem Lenkarm 18 eine Seiten-, Axial- und Torsionslagerung besteht, während die zur! Korrektur erforderliche Relativ-Axialbewegung entlang der Wirkungs linie von Kolben und Zylinder ermöglicht ist.

Es sollte außerdem erwähnt werden, daß dieses Äntrlefoselement dme Erfordernis einer getrennten Druckmittelleitung eingefügt ist und <3en normalen Arbeifcsablauf des ICraftsteuerungsMechaiitisiBUs nicht beeinträchtigt. Maximaler Druckmittalbedarf des angepaßten Steuerungesystems als auch der Kraftsteuerungsainheit liegt nomalertreicr* zu verschiedenen Zeitpunktenfvor« Während des Parkens und

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während langsamer, scharfer Kehren liegt der Bedarf der Kraftsteuerungseinheit auf einem Maximum, während der Bedarf der adaptiven bzw. angepaßten Steuerung während dieser Betätigungen normalerweise nicht beachtlich ist. Wenn andererseits das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt,ist der Bedarf des angepaßten Steuerungssystems bzw. Steuerungsantriebes auf einem Maximum und der Bedarf der Kraftsteuerungseinheit ist in diesem Fall normalerweise auf einem ..Minimum. Es können also bestehende Pumpen konstanter Strömung für die Kraftsteuerung ohne wesentliche Veränderung eingesetzt werden.

Es wurde ein sehr einfaches Servoventil- und Antriebssystem geschaffen, welches billig ist, und welches unter Anwendung auf die Kraftfahrzeugfertigung in großen Stückzahlen hergestellt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

.J Hydraulischer Servoantrieb, bei welchem ein Motor einen zyklisch nach Maßgabe von Druckveränderungen in einer Kammer des Motors bewegbaren Antriebskörpe'r aufweist und die Druckveränderungen durch die Bewegungen des Körpers eines nahe des Motorgehäuses befindlichen Ventils unter Steuerung durch Servosignale ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (68) verschiebbar innerhalb einer Ventilbohrung (69) gelagert eh Paar von Vorsprüngen (50,52) aufweist, wobei der zwischen den Vorsprüngen bestehende Zwischenraum (49) über einen Kanal, durch das Motorgehäuse (88) sich erstreckend, mit der Motorkammer in Verbindung steht, daß eine Einlaßöffnung (48) an eine Druokmittelquelle (52) anschließbar ist, während die RückfUhrungsöffnung (54) an einen Bereich anschließbar ist, welcher einen geringeren Druck als den Druck der Druckmittelquelle aufweist, daß die Einlaß- und Rückführungsöffnung bei Bewegung des Ventilkörpers (68) in einer Richtung durch die Vorsprünge (50, 52) zunehmend blockiert bzw. geöffnet werden können, und daß

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die Öffnungen bei Bewegung des Ventilkörpers in der entgegengesetzten Richtung zunehmend geöffnet und blockiert werden können, wobei die Bewegungen des Ventilkörpers (68) durch die Servo- _t signale steuerbar sind.
2. Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (44) Steuerungsöffnungen (74,76) aufweist, durch welch« ein Differentialdruck des Mediums an den Enden des Ventilkörpers (68) anlegbar ist, und daß der Differentialdruck unter Steuerung der Servosignale erzeugbar ist.
3· Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich»- net, daß das mechanische Rückführungselement (100) zwischen dem motorisch bewegbaren Körper und dem Ventilkörper angeordnet : ist, um der Wirkung der Servosignale entgegenzuwirken.
4. Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 3> dadurch gekenn- ' zeichnet, daß das Rückführungselement (100) aus einem elastischen Körper besteht. :
5· Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich·»-

net, daß der elastische Körper (100) eine Blattfeder ist> weicht sich durch den Kanal (56) des Motorgehäuses erstreckt und sowohj. am motorisch bewegbaren Körper (86) als auch am Ventilkörper -_:! (44) anliegt.
6. Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß sie fernerhin eine Zentriervorrichtung (108) aufweist, um eine verstellbare Spannkraft am Ventilkörper anzulegen.

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j 7· Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzaichp j net, daß das Ventil zwischen Einlaß- und Rückführungsöffnungen j

! (48,54) in Serie mit der Druokmittelquelle (32) und mit einem j 1

Kraftsteuerungsantrieb (l6) verbunden ist.

.8. Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 1* dadurch gekennzeich net, daß er fernerhin ein. Druckentlastungs-Nebenleitungsorgan (66) zwischen Einlaß- und Rüokführungsöffnungen (48,54) aufweis);, um einen ausreichenden Zufluß am Kraftsteuerungsantrieb (ΐβ) zu ;-ewährleister, falls das Ventil (44) der Strömung einen zu starken Widerstand entgegen setzt.

j 9. Hydraulischer Servoantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß seine Halterung durch ein Paar relativ zueinander bev/eßbarer Elemente (18,22) gebildet ist und daß or so mit diesen in Verbindung steht, daß der motorisch bewegbare Körper (86) ein Element (18) bezüglich des Motorgehäuses (88) und bezüglich des anderen Elementes (2k) ausrichtet.

10,Hydrauliseher Servoantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeieh net, da3 das Motorgehäuse (88) aus einem Zylinder gebildet ist, während der motorisch bewegbare Körper (86) ein Kolben ist,

LX, Hydraulischer Servoantrieb naeh Anspruch 10, dadurch gekennzelersieh
net, daß/beide Elemente in eine gegabelte Verlängerung (112) des Zylindern (88) erstrecken, wobei ein Element (Iu) verschwe bar an einem x;ich durch die Gabel (112) erstreckenden Zapfen e,e lagert ist,während das andere Element (22) mit dem Kolben (86)

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In Verbindung steht, und daß zwischen Zapfen (120) und dem anderen Element (22) ein Zwisohenraum besteht, um eine Relativbewegung des anderen Elements (22) in der Gabel (112) zu ermöglichen.

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