DE2123933A1

DE2123933A1 - Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2123933A1
Application number: DE19712123933
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 7070 Schwäbisch Gmünd. F16d55-OO Liebert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1971-05-14
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1972-11-23
Also published as: IT957840B; JPS5121860B1; GB1322309A; DE2123933B2; SE398854B; DE2123933C3; FR2139461A5

Description

ZAHNRADFABRIK FRIEBRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Friedrichshafen

Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung

Sie Erfindung betrifft eine hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit hydrostatischer Übertragung der Lenkkraft auf die zu lenkenden Fahrzeugräder, mit einer Servopumpe, mit über das Lenkhandrad betätigbaren Steuerventil und Steuerpumpe, mit einem bzw. mehreren Stellmotoren und einem Ausgleichsbehälter.

Bei solchen hydrostatischen Lenkeinrichtungen ist eine Vorrichtung zur Synchronisierung von Lenkhandrad und lenkbaren Fahrzeugrädern erforderlich, die entweder eine Steuerpumpe zur Dosie- , rung des Druckmittels oder eine elektrische Einrichtung zum Fachführen zweier Potentiometer sein kann. Sie Einrichtungen mit Steuerpumpen sind nur für langsame Fahrzeuge verwendbar, da die zwange- t läufig gegebenen Spaltverluste innerhalb der Steuerpumpe, des Steuerventile und des Stellmotors die relative Stellung zwischen Lenkhandrad und Fahrzeugrädern ständig ändern, so daß mangels genauer Zuordnung einer bestimmten Stellung des Lenkhandrades zu einem bestimmten Einschlag der Fahrzeugräder diese Lenkungeart für schnelle Fahrzeuge aus Sicherheitsgründen ausscheidet.

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Bel diesen hydrostatischen Lenkeinrichtungen sind zwar besondere Ventile zum Ausgleich der relativen Stellungsänderung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern bekannt geworden, die jedoch erst bei Erreichen der Endstellungen des Kolbens einer Steuerpumpe in Tätigkeit treten. Dies setzt einerseits den Verzicht auf die sehr gut als Dosiereinrichtung geeigneten Zahnradpumpen voraus, bei denen das Außenrad einen Zahn mehr als das Innenrad aufweist, andererseits treten bis zur Wiederherstellung der Synchronisierung relativ große Änderungen zwischen den Stellungen von Lenkhandrad und Stellmotor auf, ohne daß diese kontrolliert werden können. Dies bedeutet eine erhebliche Beeinträchtigung der Lenksicherheit während der Synchronisierungsphase, so daß auch derartige Lenkeinrichtungen für schnelle Fahrzeuge nicht geeignet sind.

Ferner ist eine hydrostatische Lenkeinrichtung bekannt geworden, die an Stelle einer Steuerpumpe eine elektrisch gesteuerte Synchronisiereinrichtung aufweist. Diese besteht darin, daß zwei elektrische Stellwertgeber, von denen der eine vom Drehwinkel des Lenkhandrades, der andere vom Einschlag der gelenkten Fahrzeugräder abhängig ist, eine Meßbrücke bilden, deren Signalspannung einem Verstärker zugeführt wird und einen Elektromotor derart steuert, daß der erste Stellwertgeber dem zweiten Stellwertgeber nachgeführt wird. Dieser Lenkeinrichtung haftet jedoch der Nachteil an, daß bei Ausfall der elektrischen Synchronisierung dem

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Stellmotor vom Drehwinkel des Lenkhandrades unabhängige Lenkimpulse zugeführt werden, so daß das große hierin liegende Risiko eine Anwendung dieser Einrichtung für schnelle Fahrzeuge ausschließt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lenkeinrichtung mit hydraulischer Hilfskraft und hydrostatischer Übertragung der Lenkkraft auf die gelenkten Räder zu schaffen, die eine exakte Übereinstimmung zwischen dem Drehwinkel des Lenkhandrades und dem Einschlag der gelenkten Räder herstellt und die sowohl bei Ausfall der Servopumpe als auch bei Ausfall der elektrischen Synchronisiereinrichtung eine für die Beherrschung eines schnellen Fahrzeuges ausreichende Lenksicherheit gewährleistet.

Die Erfindung besteht darin, daß auf einer das Sekundärglied des Steuerventils mit der Steuerpumpe verbindenden Zwischenwelle ein erster elektrischer Stellwertgeber drehfest angeordnet ist, der mit einem zweiten, mit der Lenkbewegung der lenkbaren Fahrzeugräder gekuppelten, elektrischen Stellwertgeber eine Meßbrücke bildet, deren Signalspannung über einen Verstärker einem umsteuerbaren Elektromotor zugeführt wird, der über eine Antriebswelle derart an ein der Steuerpumpe parallel geschaltetes Kurzschlußventil angeschlossen ist, daß eine verdrehweich mit dem Kurzschlußventil verbundene Nachführwelle den ersten Stellwertgeber über die Steuerpumpe und die Zwischen.welle der Stellung des zweiten Stellwertgebers nachführt.

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Ferner gehört es zur Erfindung, daß die Ventilglieder des Kurzschlußventils gegen die Kraft einer Rückstellfeder verstellbar sind, wobei das sum Verstellen erforderliche Drehmoment zwischen der Antriebswelle und der Nachführwelle größer ist als das Leerlauf moment des Elektromotors.

Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß ein Druckregelventil durch seinen Öffnungsdruck einen Mindestförderdruck der Servopumpe bestimmt, der einen Druckschalter für einen die elektrische Synchronisiereinrichtung speisenden ersten Stromkreis in "Einⁿ-Schaltstellung hält, und daß der Druckschalter in ⁿAusⁿ-Schaltstellung einen zweiten Stromkreis mit einem Signalgeber schließt und den ersten Stromkreis öffnet.

Außerdem gehört es zur Erfindung, daß der Antrieb zwischen dem Elektromotor und der Steuerpumpe ein Übersetzungsgetriebe einschließt, wobei einer vollen Umdrehung der Welle des Elektromotors eine Teilumdrehung der Welle der Steuerpumpe entspricht, daß der Verstärker vorzugsweise ein proportional-integral wirkender Regler mit Vorhalt ist, und daß das Steuerventil;, äer erst® Stellwertgeber, die Steilerpumpe, das Kurzschlußventil und der Elektromotor mit Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Die durch die Erfindung erzielfoaren Torteile bestehen darin, daß bei einer hydraulischen Hilfskraft-Lenkeinrichtung mit hydrostatischer Übertragung der Lenkkraft auf die zu lenkenden Pahr-

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zeugräder sowohl bei Ausfall der Servopumpe als auch, bei Ausfall der elektrischen Synchronisiereinrichtung eine für die Beherrschung schneller Fahrzeuge ausreichende Lenksicherheit gewährleistet ist.

Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung in Aufbau und Wirkungsweise näher erläutert. In der Zeichnung ist eine hydraulische Hilfskraftlenkeinrichtung mit hydrostatischer Übertragung der Lenkkraft auf die gelenkten Räder schematisch dargestellt.

Über ein Lenkhandrad 1 wird ein Steuerventil 2 mit drei Schaltstellungen 1, η und r betätigt, wodurch das Druckmittel von einer Servopumpe 3 bzw. einem Behälter 4 über eine Leitung 5 zum Steuerventil 2 und je nach Lenkvorgang über weitere Leitungen 6 und 7 zu den Druckräumen eines Stellmotors 8 gelangt. In der Leitung 5 sind zwischen der Servopumpe 3 und dem Steuerventil 2 ein Druckregelventil 9» das den Förderetrom der Servopumpe 3 unter einem Mindestdruck hält, ein Druckbegrenzungsventil 10 und ein Nachsaugventil 11 angeordnet. Zwischen der Servopumpe 3 und dem Druckregelventil 9 ist ein Druckschalter 12 mit einem Signalgeber 13 angeschlossen, der in "Ein"-Schaltstellung einen ersten Stromkreis 14 schließt und einen zweiten Stromkreis 15 öffnet und in "Aus"-Schaltstellung den zweiten Stromkreis 15 schließt und den ersten Stromkreis 14 öffnet. Das Steuerventil 2, das Druckbegrenzungsventil 10 und das Nachsaugventil 11 sind an eine Leitung 16 angeschlossen, die zum Behälter 4 führt.

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Der Stellmotor 8 überträgt die Lenkkraft über eine Spurstange 17 auf zwei lenkbare Fahrzeugräder 18. Während das Lenkhandrad 1 drehfest mit dem ersten Ventilglied des Steuerventils 2 verbunden ist, überträgt das zweite, verdrehweich zum ersten angeordnete Ventilglied die Drehbewegung über eine Zwischenwelle 19 auf eine Steuerpumpe 20, die über zwei Leitungen 21 und 22 an das Steuerventil 2 angeschlossen ist. Hit der Steuerpumpe 20 ist über eine Nachführwelle 23 das eine Ventilglied P eines Kurzschlußventils 24 drehfest gekuppelt, während das andere, verdrehweich zum einen angeordnete Ventilglied des Kurzschlußventils 24 drehfest mit einer Abtriebswelle 25 eines umsteuerbaren Elektromotors 26 verbunden ist. Das Kurzschlußventil 24 ist über die Leitungen 21 und 22 hydraulisch an die Steuerpumpe 20 angeschlossen. Ferner ist ein erster, elektrischer Stellwertgeber 27 auf der Zwischenwelle 19, ein zweiter, elektrischer Stellwertgeber 28 auf der Spurstange 17 angeordnet, die zusammen eine Meßbrücke bilden, deren Signalspannung über

^ einen Verstärker 29 dem Elektromotor 26 zugeführt wird. Die

beiden Stellwertgeber 27 und 28, sowie der Verstärker 29 sind an den ersten Stromkreis 14 angeschlossen. Die Ventilglieder des Kurzschlußventils 24 sind über eine Rückstellfeder 30 miteinander gekuppelt, deren Kraft ein größeres Drehmoment zum Verstellen der Nachführwelle 23 gegenüber der Abtriebswelle 25 erforderlich macht, als das Leerlaufmoment des Elektromotors 26 darstellt. Das Steuerventil 2, der erste Stellwertgeber 27, die

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Steuerpumpe 20, das Kurzschlußventil 24 und der Elektromotor 26 einschließlich eines Übersetzungsgetriebes 32 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 31 angeordnet.

Beim Lenken, wenn beispielsweise das Lenkhandrad 1 im Uhrzeigersinn gedreht wird, schaltet das Steuerventil 2 auf Schaltstellung r. Gleichzeitig treibt die Zwischenwelle 19 die Steuerpumpe 20 an, wodurch das von der Servopumpe 3 geförderte Druckmittel über die Leitung 5, das Steuerventil 2, die Leitung 21, die Steuerpumpe 20, die Leitung 22, das Steuerventil 2 und die Leitung 7 unter einem dem Lenkwiderstand entsprechenden Druckaufbau dem einen Druckraum des Stellmotors θ zugeführt und aus dem anderen, nicht belasteten Druckraum verdrängt wird, von wo das Druckmittel Über die Leitung 6, das Steuerventil 2 und die Leitung 16 zum Behälter 4 zurückfließt. Die vom Lenkhandrad 1 über die drehweiche Kupplung des Steuerventils 2 angetriebene Zwischenwelle 19 verstellt den ersten Stellwertgeber 27 in dem Maße seiner eigenen Winkelstellung. Gleichzeitig wird durch die vom Stellmotor 8 bewirkte Auslenkung der lenkbaren Fahrzeugräder 18 bzw. der Spurstange 17 der zweite Stellwertgeber 28 verstellt. Wenn hierbei zwischen dem Lenkhandrad 1 und den Fahrzeugrädern 18 eine über das Steuerspiel hinausgehende Differenz ihrer jeweiligen Winkelstellungen besteht, dann wird durch die aus den beiden Stellwertgebers 27 und 28 gebildeten Meßbrücke dem Verstärker 29 eine Signalspannung zugeführt, die

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den Elektromotor 26 in der erforderlichen Drehrichtung einschaltet und damit über das Getriebe 32 die Abtriebswelle 25 in der gleichen Drehrichtung der Zwischenwelle 19 solange nachführt, bis die Stellung der beiden Stellwertgeber 27 und 28 tibereinstimmt. Da die Abtriebswelle 25 über das Kurzechiußventil 24 drehweich mit der Nachführwelle 23 gekuppelt ist, bleibt die Steuerpumpe 20 während des Nachführvorganges kurzgeschlossen, so daß die Synchronisierung zwischen Lenkhandrad 1 und Fahrzeugrädern 18 unabhängig von eventuellen Spaltverlusten am Steuerventil 2, an der Steuerpumpe 20 und am Stellmotor 8 allein durch die Stellwertgeber 27 und 28 bewirkt wird. Für das Lenken in die andere Fahrrichtung gilt das Entsprechende.

Bei einem von. der Fahrbahn her auf die Fahrzeugräder einwirkenden Stoß, verursacht dieser in dem der Stoßrichtung ausgesetzten Druckraum des Stellmotors 8 einen plötzlichen Druckaufbau, der als Druckstoß beispielsweise über die Leitung 7» das Steuerventil 2 und die Leitung 22 zur Steuerpumpe 20 geleitet wird und diese antreibt, wodurch die Zwischenwelle 19 mit dem ersten Stellwertgeber 27 gedreht wird, so daß bei festgehaltenem Lenkhandrad 1 das Steuerventil 2 in die Schaltstellung r ausgelenkt wird. Dadurch wird einmal der Förderdruck der Servopumpe hochgeregelt, zum anderen wird dieser Steuerdruck wie in der vorbeschriebenen Weise über die Leitung 21, die Steuerpumpe 20, die Leitung 22, das Steuerventil 2 und die Leitung 7 dem Stellmotor 8 zugeleitet und wirkt auf diese Art und Weise dem von der

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Fahrbahn her eingeleiteten Stoß entgegen. Erfolgt bei diesem hydraulischen Regelvorgang eine relative Stellungsänderung der beiden Stellwertgeber 27 und 28 zueinander, dann wird über den Elektromotor 26 und die Zwischenwelle 19 der erste Stellwertgeber 27 dem zweiten Stellwertgeber 28 solange nachgeführt, bis die Obereinstimmung der relativen Stellungen der Stellwertgeber

27 und 28 den elektrischen Regelvorgang beendet.

Für schnelle Straßenfahrzeuge, wie sie bei der Erfindung vorzugsweise zur Verwendung kommen, wird ein selbsttätiger Rücklauf der ausgelenkten Fahrzeugräder in die Geradeausfahrtstellung verlangt. Dies bedeutet, daß die ausgelenkten Fahrzeugräder

18 einen Flüssigkeitsdruck in dem entsprechenden Druckraum des Stellmotors 8 erzeugen, der beispielsweise über die Leitung 7, das Steuerventil 2 und die Leitung 21 zur Steuerpumpe 20 übertragen wird und diese als Hydraulikmotor in Drehung versetzt. Solange bei diesem selbsttätigen Lenkungsrticklauf die Rtickstellbewegung der Fahrzeugräder 18 und die Drehung der Zwischenwelle

19 synchron erfolgt, liefert die aus den Stellwertgebern 27 und

28 bestehende Meßbrücke keine Signalspannung an den Verstärker 29, so daß der Elektromotor 26 von der Steuerpumpe 20 im Leerlauf durchgedreht wird, ohne daß die beiden unter der Kraft der Rückstellfeder 30 stehenden Ventilglieder des Kurzschlußventils 24 gegeneinander verstellt werden. Bei einer relativen Stellungsänderung der Fahrzeugräder 18 zu der Zwischenwelle 19 liefern

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dagegen die Stellwertgeber 27 und 28 eine Signalspannung an den Verstärker 29, der die Nachführung des mit der Zwischenwelle 19 gekuppelten ersten Stellwertgebers 27 durch den Elektromotor 26 zu den mit den Fahrzeugrädern 18 gekuppelten zweiten Stellwertgeber 28 solange aufrecht hält, bis deren, relative Stellungen zueinander wieder tibereinstimmen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist für eine vorzugsweise Ausführungsform der Lenkeinrichtung ein proportionalintegral wirkender Regler mit Vorhalt als Verstärker 29 vorgesehen und ein Getriebe 32 zwischen dem Elektromotor 26 und der Steuerpumpe 20 zwischengeschaltet, das einer vollen Umdrehung der Welle des Elektromotors 26 eine ieilumdrehung der Welle der Steuerpumpe 20 zuordnet.

Bei Ausfall des Forderstromes der als Kraftquelle dienenden Servopumpe 3 wirkt die Steuerpumpe 20 in an sich bekannter Weise als eine über das Lenkhandrad 1 antreibbare Kraftquelle. Wird beispielsweise so gelenkt, daß das Lenkhandrad 1 im Uhrzeigersinn gedreht wird, dann tritt das Steuerventil 2 in die Schaltstellung r und die Steuerpumpe 20 wirkt, von der Zwischenwelle 19 angetrieben, als Druckerzeuger für die Lenkung, wobei das Druckmittel über das Nachsaugventil 11, die Leitung 5, das Steuerventil 2 und die Leitung 21 angesaugt und nach Druckerhöhung üb es? die Leitung 22„ das Steuerventil 2 und die Leitung 7 dem Stellmotor 8 zugeführt wird. Durch die hierbei auftretenden inneren

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Spaltverluste in der Steuerpumpe 20, im Steuerventil 2, sowie im Stellmotor 8, erfolgt eine relative Stellungsänderung der Zwischenwelle 19 gegenüber dem Stellmotor 8, wobei die Zwischenwelle 19 gegenüber dem Stellmotor 8 eine Voreilung erhält. Aus diesem Grunde muß bei Ausfall des Förderstromes der Servopumpe die elektrische Synchronisiereinrichtung abgeschaltet werden, damit nicht durch den über die Meßbrücke der Stellwertgeber 27 und 28 eingeschaltete Elektromotor 26 das Kurzschlußventil 24 betätigt wird und die Steuerpumpe 20 als Druckerzeuger dadurch ausfällt. Die Abschaltung der elektrischen Synchronisiereinrichtung erfolgt durch den Druckschalter 12, sobald bei Ausfall der Servopumpe 3 der sonst vom Druckregelventil 9 aufrechterhaltene Mindestdruck in dem entsprechenden Teil der Leitung 5 verloren geht. Auf diese Weise wird bei Druckabfall der erste Stromkreis 14- abgeschaltet und der zweite Stromkreis 15 mit dem Signalgeber 13 eingeschaltet, so daß der Fahrer auf den Ausfall der Servopumpe 3 besonders aufmerksam gemacht wird.

Bei Ausfall der elektrischen Synchronisiereinrichtung entspricht die Wirkungsweise den bekannten hydrostatischen leikanlagen, indem die als Dosiereinrichtung arbeitende Steuerpumpe 20 dem Stellmotor 8 eine der Stellung des lenkhandrades 1 entsprechende Druckmittelmenge zuführt.

Sowohl bei Ausfall der Servopumpe 3 als auch bei Ausfall der elektrischen Synchronisiereinrichtung wird der Elektromotor

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durch die vom lenkhandrad 1 angetriebene Steuerpumpe 20 über die Nachführwelle 23 wad die Antriebswelle 25 in Drehung versetzt, ohne daß hierbei die Tentilglieder des Kurzschlußventils 24 verstellt werden,, weil wegen der Kraft der Rückstellfeder ein größeres Drehmoment zum Verstellen der Tentilglieder erforderlich ist als zum Überwinden des Leerlaufmomentes des Elektromotors 26.

™ Durch die vorstehend beschriebene Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung ist in jedem Falle die aus Sicherheitsgründen geforderte Notlenkbarkeit gewährleistet.

12.5.1971

Mti/Bl Akte 5006

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Claims

Patentansprüche :

1 J Hydraulische Hilfskraft-Ienkeinrichtung mit hydrostatischer Übertragung der lenkkraft auf die zu lenkenden Fahrzeugräder, mit einer Servopumpe, mit über das Lenkhandrad betätigbaren Steuerventil und Steuerpumpe, mit einem bzw. mehreren Stellmotoren und einem Ausgleichsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer das Sekundärglied des Steuerventils (2) mit der Steuerpumpe (20) verbindenden Zwischenwelle (19) ein erster elektrischer Stellwertgeber (27) drehfest angeordnet ist, der mit einem zweiten, mit der Lenkbewegung der lenkbaren Fahrzeugräder (18) gekuppelten, elektrischen Stellwertgeber (28) eine Meßbrücke bildet, deren Signalspannung über einen Verstärker (29) einem umsteuerbaren Elektromotor (26) zugeführt wird, der über eine Abtriebswelle (25) derart an ein der Steuerpumpe (20) parallel geschaltetes Kurzschlußventil (24) angeschlossen ist, daß eine verdrehweich mit dem Kurzschlußventil (24) verbundene Nachführwelle (23) den ersten Stellwertgeber (27) über die Steuerpumpe (20) und die Zwischenwelle (19) der Stellung des zweiten Stellwertgebers nachführt.

2. Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilglieder des Kurzschlußventils (24) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (30) verstellbar sind, wobei das zum Verstellen erforderliche Drehmoment zwischen der Abtriebswelle (25) und der Nachführwelle (23) größer ist als das Leerlauf moment des Elektromotors (26).

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AH

3. Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregelventil (9) durch seinen Öffnungsdruck einen Hindestförderdruck der Servopumpe (3) bestimmt, der einen Druckschalter (12) für einen die elektrische Synchronisiereinrichtung speisenden ersten Stromkreis (14) in "Ein»-Schaltstellung hält.

4. Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung nach Anspruch

1 bis 3) dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter (12) in Wk "Aus"-Schaltstellung einen zweiten Stromkreis (15) mit einem Signalgeber (13) schließt und den ersten Stromkreis (14) öffnet.

5. Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4) dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb zwischen dem Elektromotor (26) und der Steuerpumpe (20) ein Getriebe (32) einschließt, wobei einer vollen Umdrehung der Welle des Elektromotors (26) eine Teilumdrehung der Welle der Steuerpumpe (20) entspricht.

6. Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung nach Anspruch

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (29) vorzugs-™ weise ein proportional-intergral wirkender Regler mit Vorhalt ist.

7. Hydraulische Hilfskraft-Lenkeinrichtung nach Anspruch

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (2), der erste Stellwertgeber (27), die Steuerpumpe (20), das Kurzschlußventil (23) und der Elektromotor (26) in einem gemeinsamen Gehäuse (31) angeordnet sind.

12.5.1971

Mtt/Bl Akte 5006

2Q9848/Q464