DE2128491C3 - Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge - Google Patents
Servolenkeinrichtung für FahrzeugeInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
- B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
- B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
- B62D7/142—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering specially adapted for particular vehicles, e.g. tractors, carts, earth-moving vehicles, trucks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
- F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
Description
4. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentfühler
(ΓΕ1, TEl) drehmomentbetätigte Ventile
sind, daß die Energiequelle (P) eine Druckmittelpumpe ist und daß die Antriebseinrichtungen
(HMl, HM2) druckmittelbetätigte Motoren sind.
5. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangswelle
(Sl) mit dem Lenkrad (SW) verbunden ist und daß eine weitere Eingangswelle (S2) mit dieser
Eingangswelle (Sl) in Reihe geschaltet ist.
6. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswellen
(Sl, S2) parallel angeordnet sind und daß jede Welle direkt mit dem Lenkrad (SW) verbunden
ist.
Die Erfindung betrifft eine Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Bekanntlich werden bei jeder Lenkeinrichtung beim Lenkvorgang auf die Räder Reaktionskräfte
ausgeübt, die zur Lenkung des Fahrzeugs überwunden werden müssen. Dies geschieht bei einer Servolenkeinrichtung
z. B. dadurch, daß ein Hydraulikdruck auf einen Kolben ausgeübt wird, um die zu lenkende Radachse
in der gewünschten Richtung zu verstellen.
Die Reaktionskriifte, die auf ein Rad ausgeübt werden,
ändern sich jedoch infolge der unterschiedlichen Bodenverhältnisse und können für jedes lenkbare Rad
des gleichen Fahrzeugs sehr verschieden sein. Bei den bekannten hydraulischen Servolenkeinrichtun|en
wird stets die gleiche Kraft auf die Lenkachse ausgeübt. Diese Kraft ist der Summe der Reaktionskräfte
an allen Fahrzeugrädern zu einem bestimmten Zeitpunkt proportional. Diese Art der Servolenkung kann
jedoch zu einer Übersteuerung eines Rades führen, das nur einer sehr geringen Reaktionskraft ausgesetzt
ist. Diese Situation kann z. B. auftreten, wenn ein Rad oder mehrere Räder über eine glatte Fläche wie Eisen
laufen. Dies bedeutet, daß in unnötiger Weise auf die zu lenkenden Räder hohe, sich ändernde mechanische
Kräfte ausgeübt werden, die zu einer Abnutzung der entsprechenden Teile führen.
Aas der US-PS 3400778 ist eine Lenkeinrichtung
bekannt, die es ermöglicht, zwei Räderpaare in entgegengesetzten Richtungen zu lenken, so daß das Fahrzeug
in üblicher Weise eine Kurvenbahn beschreibt. Mit dieser Lenkeinrichtung ist es außerdem möglich,
beide Räderpaare in der gleichen Richtung zu verstellen, so daß sich das Fahrzeug schräg bewegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Fahrzeugservolenkeinrichtung der eingangs genannten Gattung derart auszubilden, daß die auf die Lenkachsen
ausgeübten Servokräfte den an den Fahrzeugrädern auftretenden Reaktionskräften direkt proportional
sind.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung ι durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß, wenn ■> sich z. B. ein Radpaar auf glattem ebenem Untergrund
befindet und ein Radpaar in weichen Untergrund eingesunken ist, die Achse der sich auf glattem Untergrund
befindenden Räder bei der Drehung des Lenkrades durch den Fahrer nur mit einer geringen
ο oder keinen Servokraft beaufschlagt werden, während die Servokraft an der anderen Achse erhöht wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigen
Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen von -, Fahrzeugservolenkeinrichtungen, und
Fig. 4A eine Seitenansicht, aus der der mechanische
Aufbau der Ausführungsform der Fig. 4 hervorgeht.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Fahr-D
zeugservolenkeinrichtung mit zwei gleichen Lenkmechanismen AAl und AAl, die jeweils über gelenkig
mit beiden Enden der Übertragungsgestänge 1,2 verbundenen Verbindungsgliedern auf die als Drehpunkt
dienenden Achsschenkel eines Paares von steuernden D Rädern einwirken.
Die Übertragungsgestänge 1,2 erstrecken sich verschiebbar
über ihre jeweiligen Lenkmechanismen AAl und AAl und ragen aus diesen durch flexible
Dichtungsbälge Bl und Bl heraus, die eine Querbe-,i)
wegung des Übertragungsgestänges 1 und 2 ermöglichen. Innerhalb jedes Lenkmechanismus AAl, AAl
stehen die Achsen 1, 2 mit einer als Hydraulikmotor ausgebildeten Antriebseinrichtung HMl bzw. HAf
in Verbindung, der vorzugsweise einen doppelt wir- ·,-, kenden hydraulischen Druckkolben aufweist, dessen
Kolbenstange mit dem zugehörigen Übertragungsgestänge einstückig ausgebildet ist.
Eine Querbewegung der Übertragungsgestänge
und 2 wird durch eine Drehung eines Lenkrades SW
eingeleitet, mit dem die Übertragungsgestänge 1 und 2 auf die folgende Weise verbunden sind: Das
Lenkrad SW ist an einem Drehmomentfühler TEl befestigt, der auf einem Ende einer im wesentlichen
senkrechten Lenkwelle SS befestigt ist (Fig. 4A), die mit einer ersten Eingangswelle Sl über ein Getriebegehäuse
GB verbunden ist. Das andere Ende der Eingangswelle Sl ist über eine Kupplung 20 mit dem nicht
gezeigten Ritzel eines Lenkgetriebes RPl verbunden. Das Ritzel des Lenkgetriebes RPl ist mit dem Übertragungsgestänge
1 starr verbunden, so daß das Übertragungsgestänge 1 quer bewegt wird, wenn das Lenkrad SW gedreht wird.
Eine zweite Esngangswelle 52, die eine Verlängerung der Eingangswelle Sl ist, ist am einen Ende mit
dem Ritzel des Lenkgetriebes RPl verbunden und dreht sich mit diesem. Mit dem anderen Ende der Eingangswelle
52 ist ein weiterer Drehmomentfühler TEl verbunden, der mit einem nicht gezeigten Ritzel
eines weiteren Lenkgetriebes RPl des Lenkmechanismus A4 2 verbunden ist, so daß auch das Übertragungsgestänge
2 bei einer Drehung des Lenkrades SW quer bewegt wird.
Der Drehmomentfühler TEl steht mit dem Steuerkolben
18 eines Leistungssteuerventils Vl derart in Eingriff, daß auf den Fühler ausgeübte Drehkräfte in
eine Linearbewegung des Steuerkolbens 18 umgesetzt werden, die nach Größe und Richtung den Drehkräften
entsprechen. In gleicher Weise wirkt der Drehmomentfühler TEl auf den Steuerkolben 18 eines Verteilungsventils
Vl.
Eine konstant angetriebene Druckmittelpumpe P saugt eine Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter
R über eine Leitung 9 an und liefert die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit über Leitungen
10 an das Ventil Vl. Eine Rückführungsleitung 17 führt die Hydraulikflüssigkeit mit niedrigem Druck
von dem Ventil Vl zum Vorratsbehälter R zurück. Das Ventil Vl hat drei Elemente 3, 4 und 5, so daß
die Leitungen 10 und 17 mit zu dem Ventil Vl führenden Leitungen 11,16 entsprechend dem auf den
Drehmomentfühler TEl ausgeübten Drehmoment verbunden werden können. Wenn kein Drehmoment
vorhanden ist, befindet sich der Steuerkolben 18 in der Mitte und die Leitungen 10,17,11 und 16 sind
alle durch das Element 4 des Ventils Fl verbunden, wodurch die von der Pumpe P gelieferte Hydraulikflüssigkeit
über die Leitung 17 zum Vorratsbehälter R zurückgeführt wird und sich die Hydraulikmotoren
HMl und HM2 frei bewegen können. Dadurch steht die Hydraulikflüssigkeit auf jeder Seite der Kolben
der Hydraulikmotoren HMl, HM2 über die Leitungen 12,13,14 und 15 und das Element 7 des ebenfalls
drei Elemente 6, 7 und 8 aufweisenden Ventils F2 und das Element 4 des Ventils Fl in Verbindung.
Wenn kein Drehmoment vorhanden ist, ist der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Leitungen 11 und 16
gleich und vernachlässigbar. Wenn ein steigendes Drehmoment auf den Drehmomentfühler TEl ζ. Β.
im Uhrzeigersinn ausgeübt wird, d. h., daß das Lenkrad SW im Uhrzeigersinn gedreht wird, steigt
der Druck in der Leitung 11 stufenweise an, weil sich das Ventilelement 5 in Richtung auf die Mittelstellung
bewegt und die Leitung 16 kommt zunehmend mit der Rückführungsleitung 17 und dem Vorratsbehälter
R in Verbindung, bis im Zustand maximalen Drehmoments die Leitung 10 vollständig mit der Leitung
11 verbunden ist, während die Leitung 16 vollständig mit der Leitung 17 verbunden ist. Entsprechend
wird die Leitung 17 bei einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn die Hydraulikflüssigkeit führende
Leitung und die Leitung 11 wird die Rückführungsleitung, und zwar aufgrund des überkreuzten
Elemente 3 von Vl.
Das Ventil Vl wird in gleicher Weise wie Vl in Abhängigkeit von dem auf den Drehmomentfühler
TEl ausgeübten Drehmoment betätigt. Im drehmomentfreien
Zustand ist das Ventilelement 7 in der Mittelstellung und verbindet die Leitung 11 mit dem
linken Ende der Zylinder der Antriebseinrichtungen HMl, HMl über die Leitungen 12 bzw. 14, während
es in gleicher Weise die Leitung 16 mit den Leitungen
13 und 15 verbindet, die mit den rechten Enden der gleichen Zylinder verbunden sind.
Wenn auf den Drehmomentfühler TEl ein Drehmoment ausgeübt wird, bewegt sich das Ventflelement
6 oder 8 in die Mittelstellung und überträgt einen steigenden Flüssigkeitsdruck von HMl und ZiAf 2
oder umgekehrt, wobei immer auf die Aufhebung des Drehmoments an der Eingangswelle 52 hingewirkt
wird, bis in dem extremen Drehmomentzustand entweder HMl oder HMl die gesamte zugeführte, unter
Druck stehende Hydraulikflüssigkeit aufnimmt. Die Ausstoßenden der Zylinder von HMl oder HMl stehen
über die Ventile Vl oder Vl und die Leitungen 11 oder 16 und 17 in Abhängigkeit vom Zustand des
Ventils Vl mit dem Vorratsbehälter R in Verbindung. In beiden Extremstellungen der Ventile Vl
oder Vl wird eine hydraulische Blockierung in den Zylindern HMl und HMl dadurch verhindert, daß
eine Undichtigkeit innerhalb der Elemente 6 und 8 vorgesehen ist, wodurch die Leitungen 12 und 13 oder
14 und 15 nicht vollständig getrennt werden können. Im Betrieb ermittelt der Drehmomentfühler TEl
die Summe der auf die beiden Lenkmechanismen AAl und AAl ausgeübten Lenkkräfte und bewirkt,
daß Hydraulikflüssigkeit über das Ventil Vl zum Ventil Vl proportional zu der Kräftesumme und in
der entsprechenden Richtung übertragen wird. Das Ventil Vl verteilt die Flüssigkeit auf die Lenkmechanismen
AAl und AAl derart proportional, daß das Drehmoment an der Eingangswelle 52 minimal oder
null wird. Die direkte Wirkung dieser Anordnung besteht in einer Servounterstützung der Lenkmechanismen
AAl und AAl proportional zu den ausgeübten Lenkkräften. Es wird auf diese Weise erreicht, daß
die Hydraulikmotoren HMl und HM2 Kräfte auf die Übertragungsgestänge 1 und 2 ausüben, die zu den
Reaktionslenkkräften in den Achsen direkt entgegengesetzt sind.
Der Aufbau der Servolenkeinrichtupg in Fig. 2 hat gegenüber dem der Fig. 1 folgende Abweichungen:
a) Das eine Ende des Drehmomentfühlers TEl ist direkt zwischen dem nicht gezeigten Ritzel des
Getriebes RPl und der Eingangswelle Sl angeordnet. Dadurch erfaßt der Drehmomentfühler
TEl das auf die Eingangswelle Sl ausgeübte Drehmoment.
b) Das Ventil V3, das dem Ventil Vl gleich ist, ersetzt das Ventil Vl und wird in gleicher Weise
durch den auf den Steuerkolben 29 wirkenden Drehmomentfühler TEl betätigt.
c) Die Verbindung der Leitungen ist entsprechend den Abweichungen geändert.
Das Ventil Vl führt dem Hydraulikmotor HMl
unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit von den Lenkkräften in dem Lenkmechanismus
AAl zu. In gleicher Weise führt das Ventil V3 dem Hydraulikmotor HMl in Abhängigkeit von den
Lenkkräften in dem Lenkmechanismus AA 2 Hydraulikflüssigkeit
zu. Im drehmomentfreien Zustand können sich beide Hvdraulikmotoren HMl und HMl frei
bewegen, wobei beide Enden ihrer Zylinder aufgrund der Ventilelemente 4 verbunden sind, an das sie über
Leitungen 23, 24 bzw. 25, 26 angeschlossen sind.
Die Pumpe P liefert Druckmittel über die Leitung 28 an das Ventil V3, wobei das Element 4 die Hydraulikflüssigkeit
über die Leitung 22 zum Ventil Vl zurückleitet, dessen Element 4 die Flüssigkeit über die
Leitung 27 zur Pumpe P und über eine weitere Leitung 21 zum Vorratsbehälter R leitet.
Wenn auf den Drehmomentfühler TEl ein maximales Drehmoment ausgeübt wird, wirkt der Druck
in der Leitung 28 direkt entweder auf die Leitung 25 oder die Leitung 26 in Abhängigkeit von der Richtung
des Drehmoments, so daß das eine Ende des Zylinders von HMl mit Druck beaufschlagt wird. Die vom anderen
Ende des Zylinders ausströmende Flüssigkeit wird zur Leitung 22 übertragen und strömt in dieser
zum Ventil Vl, wo das Druckmittel entweder Druck für den Hydraulikmotor HMl, wenn ein Drehmoment
an TEl auftritt, oder über die Leitung 27 zum Vorratsbehälter R oder zur Pumpe P über das Element
4 des Ventils 1, wenn sich TEl im drehmomentfreien Zustand befindet, liefert.
Auf diese Weise arbeiten die Hydraulikmotoren HMl und HMl und die Ventile Vl und Vl in Reihe.
Bei der Ausführungsform der Fi g. 3 ist der mechanische
Aufbau gleich dem der Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die Ventile Vl und V3 durch Ventile
VA und VS ersetzt sind, die Verteilungselemente 43 und 45 und Nebenschluß-Unterbrechungselemente
44 aufweisen. Die Nebenschluß-Durchlässe 44/1 der Elemente 44 bewirken eine Charakteristik mit offener
Mittelstellung, die an jedem Ventil beseitigt werden kann, wenn es aus der drehmomentfreien Stellung
verschoben wird. Der Rückfluß kann so beschränkt werden, daß sich eine Anordnung ergibt, die den Bedarf
eines oder beider Ventile VA und VS deckt. Wie die zweite Ausführungsform ergibt die der Fig. 3 eine
unabhängige Servounterstützung jedes Lenkmechanismus, unterscheidet sich jedoch dadurch, daß die
Ventile VA und VS parallelgeschaltet sind. Die Pumpe P liefert Hydraulikflüssigkeit über die Leitungen
30, 31 und 32 an die Ventile VA und VS und im drehmomentfreien Zustand wird die Hydraulikflüssigkeit
über die Nebenschluß-Durchlässe AAA umgewäizt, die die Nebenschiußieitungen 30,34 und
36 in Reihe schalten. Wenn dieser drehmomentfreie Zustand in einem Ventil vorherrscht, kann sich der
zugehörige Hydraulikmotor HMl oder HMl aufgrund der Nebenschluß-Durchlässe AAA der Ventilelemente
44 frei bewegen, die die Leitungen 38 und 39 von HMl und 40 und 41 von HMl miteinander
verbinden.
Wenn sich das Ventil VA in der Stellung des maxi-
malen Drehmoments befindet, wird der Hydraulikkreis, der normalerweise durch die Leitungen 30, 34
und 36 gebildet wird, unterbrochen, so daß entweder HMl über die Leitung 38 oder 39 in Abhängigkeit
von der Drehmomentrichtung mit Druck beaufschlagt wird, wobei die ausströmende Hydraulikflüssigkeit
durch die andere der Leitungen 38 oder 39 zur Leitung 33 und dann durch die Leitung 36 zur Pumpe P oder
über die Leitungen 36 und 37 zum Vorratsbehälter zurückkehrt. Eine Umkehrung des Drehmoments ergibt
eine Vertauschung der Wirkungen der Leitungen 38 und 39.
Das Ventil VS arbeitet in ähnlicher Weise, wobei die ausströmende Hydraulikflüssigkeit oder der
Rückfluß durch die Leitungen 35 und 36 zur Pumpe P und dann über die Leitungen 37 zum Vorratsbehälter
R verläuft.
Der Vorteil dieser Ausführugnsform besteht darin, daß die Servounterstützung jedes Lenkmechanismus
vollständig unabhängig ohne mögliche Zwischenwirkung ist.
Um einen wirtschaftlichen Aufbau zu erreichen, sind bei der Ausführungsform der Fig. 4 die Ventile
VA, VS und die zugehörigen Drehmomentfühler TEl und TEl zu einem einzigen Ventilblock VB kombiniert.
Der Ventilblock VB ist an dem Lenkgetriebe GB starr befestigt, in dem sich die Lenkwelle 55
dreht, wenn das Lenkrad SW gedreht wird, und ist mit den zwei mechanischen parallel angeordneten
Eingangswellen 51 und 52 mit Hilfe von nicht gezeigten Getrieben verbunden. Die Eingangswellen 51 und
52 erstrecken sich durch den Ventilblock VB, in dem sie mit koaxial hierzu angeordneten Drehmomentfühlern
TEl und TEl verbunden sind. Wie vorher sind die Eingangswellen Sl und 52 über Verbindungselemente
20 mit Zahnstangengetrieben RPl und RPl verbunden, wenn dies erwünscht ist.
Bei dieser Anordnung ist die Anzahl der sich zu dem hinteren Lenkmechanismus AA 2 erstreckenden
Leitungen von vier auf zwei verringert.
Hydraulisch gesehen besteht der einzige Unterschied zwischen den Strömungsmittelkreisen der dritten
und vierten Ausführungsform darin, daß die Pumpe nunmehr Hydraulikflüssigkeit über die Leitung
50 an die beiden Ventil VA und VS liefert, deren Eingänge und Ausgänge nunmehr alle durch die Leitungen
53 bzw. 54 parallelgeschaltet sind. Der Nebenschlußkreis umfaßt die Leitungen 52, 55 und 56 und
die Nebenschluß-Durchlässe AAA der Nebenschluß-Ventilelemente 44 und ist funktionell dem der dritter
Ausfuhrungsform gleich. Die Pumpe P saugt Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 37 von dem Vorratsbehälter
R an und die Hydraulikflüssigkeit wird von den Ventilen VA und VS über die Leitung 51
zum Vorratsbehälter R zurückgeführt. Sowohl die dritte als auch die vierte Ausführungsform kann insofern
abgewandelt werden, als jedes Ventil einer getrennten Pumpe zugeordnet werden kann, wobei die
Ventile VA und VS entsprechend den Ventilen V\
und V3 der zweiten Ausführungsform ausgebilde sein können.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge mit mehreren Lenkachsen, wobei jeder Lenkachse
eine Antriebseinrichtung zur Beaufschlagung des Übertragungsgestänges der jeweiligen Lenkachse
zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Übertragungsgestänge ein Drehmomentfühler
(TEl, TEl) zur Ermittlung der Größe und Richtung der an dem Lenkgetriebe (API, RPl)
des Übertragungsgestänges auftretenden Reaktionskräfte zugeordnet ist und daß jede Antriebseinrichtung
(HMl, HM2) das zugeordnete Übertragungsgestänge mit einer Gegenkraft direkt proportional zu der ermittelten Reaktionskraft
beaufschlagt.
2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter
Weise das Lenkgetriebe (RPl, RP2) jedes Übertragungsgestänges (1,2) zur Steuerung von einer
Eingangswelle (Sl, S2) angetrieben ist, die mit dem Lenkrad (SW) gekoppelt ist.
3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentfühler
(TEl, TEl) eine Energieverteilung von einer Energiequelle (P) an die Antriebseinrichtungen
(HAfI, HM2) entsprechend dem von den Drehmomentfühlern
(TEl, TEl) gemessenen Drehmoment und proportional hierzu bewirken, wodurch
jede Antriebseinrichtung (HMl, HMl) derart auf ihr zugeordnetes Übertragungsgestänge
(1, 2) einwirkt, daß dem von der Eingangswelle (Sl, S2) übertragenen Drehmoment entgegengewirkt
und dieses dadurch verringert wird.
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1971
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