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Strömungsmittelbetätigte Servolenkung für Rahrzeuge Die Erfindung
betrifft eine strömungsmittelbetätigte Servolenkung für Fahrzeuge mit einer Quelle
eines unter Druck stehenden Strömungsmittels und einem von dieser Quelle über eine
drehmomentsabhängige Ventileinriohtung betätigten, doppelt wirkenden Servomotor,
wobei die Ventileinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie sowohl auf die Richtung
als auch auf die Größe des vom Fahrzeuglenker ausgeübten Drehmements anspricht.
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Bei strömungemittelbetätigten Servolenkungen für Fahrzeuge gibt es
verschiedene Vorschläge zur beeinflussung der untersttttzenden Kraft des Servomotors.
Am allgemeinsten ist hierbei vielleicht der Weg, bei dem ein auf Drehmomentsänderungen
ansprechendes Ventil tatsächlich in die Lenksäule eingefügt ist, um die Richtung
und Größe des vom Fahrzeuglenker ausgeüten Drehmomentes zu erfühlen, d.h.
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die von ihm auf die Lenksäule ausgeübte Drehkraft, wobei die Größe
dieses Drehmomentes den Zutritt von unter Druok
stehendem Strömungsmittel
von einer Strömungsmittelquelle, wie z.B0 einer metorgetriebenen Pumpe zum doppeltwirkenden
Servomtor steuert, Dieser Lösungsweg wirkt unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
so daß die Feinfühligkeit der Lenkung, die entweder als das Verhältnis der wirksamen
Lenkradbewegung zur Bewegung der lenkbaren Fahrzeugräder oder als die vom Lenker
wahrnehmbare Rückstellkraft gemessen wird, nicht von der Fahrzeuggeschwindigkeit
abhängt. Bei einem andersartigen Vorschlag besteht keine Veränderung der Servokraft
sondern nur eine Steuerung ihrer Ausübung in einem zu- und abschaltenden Sinne,
was durch den Fahrzeugzustand bestimmt wurde - vorzugsweise in Abhängigkeit von
der Jeweils gewählten Getriebeübersetzung - um nur in den niedrigsten Geschwindigkeitateraichen
wirksam zu werden0 Es wurden verschiedene andere Vorschläge gemacht, bei denen bei
zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit auch eine der Servokraft entgegenwirkende Gegenkraft
oder eine der Längswirkung entgegenstehende Dämpfungskraft zunahm. Bei anderen Vorschlägen
wurde die Jeweilige mechanische Unterstützung, das Getriebeverhältnis oder das Hebelverhältnis
zwischen dem Lenkrad undXoder dem Servomotor und den lenkbaren Rädern verändert,
und zwar bei sunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit in abnehmendem Sinne.
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Keiner der bekannten Vorschläge ist so einfach wie die vorliegende
Erfindung und keine der bekannten Konstruktionen kann so leicht als Verbesserung
einem vorhandenen Lenksystem angefügt werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auf zwei verschiedenen Wegen ausgeführt
werden, nämlich als Nebenschlußsystem ode als Drosselsystem. Überdies 1at die Art
des Geschwindigkeitsfühlers bei keiner dieser beiden Bauarten
von
wesentlicher Bedeutung, er kann mechanisch sein, z.B. ein Mechanismus nach Art eines
Zentrifugalreglers, der mechanisch ein Ventil betätigt, oder eine geachwin digkeitsabhängige
oder auf Geschwindigkeitsänderungen ansprechende hydraulische Druckquelle, die ein
Ventil auf hydraulischem Wege betätigt.
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Erfindungagemäß wird eine strömungsmittelbetätigte Servelenkung fflr
Fahrzeuge mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels und einem
von dieser Quelle über eine drehmomentabhängige Ventileinrichtung beaufschlagten
doppelt wirkenden Servomotor vorgeschlagen, wobei die Ventileinrichtung derart auagebildet
ist, daß sie sowohl auf die Richtung als auch auf die Größe des vom Fahrzeuglenker
ausgeübten Drehmoments anspricht, wobei diese Servolenkung erfindungsgemäß derart
ausgebildet ist, daß eine zweite Ventileinrichtung zwischen diese Quelle und die
drehmomentabhängige Ventil einrichtung eingefügt ist, die durch in Abhängigkeit
von der Fahrzeug geschwindigkeit wirksame Mittel derart betätigbar ist, daß sie
in einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Weise fortschreitend der drehmomentabhängigen
Ventil einrichtung die Versorgung mit unter Druck stehendem Strömungsmittel entzieht.
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Die zweite Ventileinrichtung wirkt bei einer Ausführungsform der erfindung
als Nebenschlußventil und bei einer anderen Ausführungsform als Drosselventil. Das
Ventil kann durch auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechende Mittel mechanisch
oder hydraulisch durch eine Strömungsmittelquelle betätigt werden, die von dieser
Geschwindigkeit abhängig ist. Die zweite Ventileinriohtung kann so ausgebildet oder
angeordnet werden, daß sie nach einer
Gesetzmäßigkeit wirksam wird,
die nicht jener entspricht, die sich direkt aus der durch seine Betätigung verursachten
Ventilbewegung ergeben würde.
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Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher. erläutert. Es zeigen: Fig.
1 einen Längsschnitt durch einen Zentrifugalregler und ein dadurch getätigtes Nebenschlußventil,
Fig. 2 eine Teilansicht eines in Nittelstellung geschlossenen Drosselventils, Fig,
2a eine schematische Darstellung einer Sohaltungsanordnung unter Verwendung dieser
Ventilbauart, Fig. 3 ein hydraulisch betätigtes und nach einem ausgewählten Gesetz
wirksames Ventil und Fig. 3a dessen Anwendung in einem schematischen Schaltbild.
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In Fig. 1 umfaßt der Fühler für die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Antriebawelle
1, die als ein einem Geschwindigkeitemesserantrieb analoges Element angesehen werden
kann, und die den Antrieb des Geschwindigkeitsmessers bilden oder von diesem über
ein Getriebe angetrieben sein kann.
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In eine Bohrung 2 dieser Welle ist ein pilsförmiges Zentrifugalreglerelement
drehfest eingefügt, das eine
Spindel 3 und eine ringförmige Kappe
4 umfaßt. Am Ende der Welle 1 befindet sich ein ringförmiger Flansch 5.
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Zwischen dem Flansch 5 und der Kappe 4 wird von Kugeln 6 ein Ring
gebildet, wobei diese Kugeln in einem Käfig angeordnet sein können, um ihre ßewegliebkeit
in Umfangsrichtung zu beschränken0 Wenn die Welle 1 und die Kappe 4 sich innerhalb
ihres festen Gehäuses 7 in Drehbewegung versetzen, versuchen die Kugeln 6 sich nach
außen zu bewegen und dadurch die Kappe 4 in axialer Richtung zu verschieben. Tm
gleichen Gehäuse 7 ist koaxial zur Welle 1 eine Ventilbohrung 8 ausgebildet, und
am Ende des Gehäuses befindet sich eine weitere axiale Bohrung 9, die eine Druckfeder
10 aufnimmt. In der Bohrung 8 ist fliegend ein Ventilkolben 11 angeordnet, der durch
die Feder 10 gegen die Kappe 4 gedrückt wird und der eine Endkappe lla besitst,
die mit dem Scheitel der Kappe 4 in Beruhrung steht und aufgrund eines Kugellagers
lib frei drehbar ist.
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Der Ventilkolben 11 besitzt einen ringförmigen Kanal 12, der in Ruhestellung
eine Druckleitung 13 überdeckt, die von einer Servopumpe zur Bohrung 8 führt. Das
Gehäuse 7 (duroh das die Leitung 1S führt) besitzt außerdem eine Ablaufleitung 14,
die von der Bohrung 8 su einem Strömungsmittelbehälter führt. Wenn der Ventilkolben
11 durch die Kappe 4 in der Zeichnung nach rechts und über eine bestimmte Grenzlage
hinaus bewegt wird, stellt der Kanal 12 eine Strömungsmittelverbindung von der Leitung
13 zur Leitung 14 her. Diese Verbindung öffnet sich umso mehr, Je mehr die Pahrzeuggeschwindigkeit
über eine vorgegebene Grenze ansteigt, die durch die Feder 10 definiert wird0 Dies
bedeutet, daß das unter Druok stehende Strömungsmittel in einem sur Fahrzeuggesohwindigkeit
proportionalen Verhältnis über diesen Nebenschluß zum Strömungsmittelbehälter
abgeleitet
wird, so daß der für die Servounterstützung verfügbare Druck in einem von der Pahrzeuggeschwindigkeit
abhängigen Verhältnis abnimmt.
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Bei herkömmlichen Servolenksystemen ist der für die Servowirkung wirksame
Druck gewöhnlich eine Funktion des vom Fahrzeuglenker ausgeübten Lenkdrehmoments;
es folgt daraus, daß dann, wenn die vorstehend beschriebene Vorrichtung einem solchen
Syetem hinzugefügt wird (wie dies bei einer Hilfsvorrichtung der Fall sein kann),
das Gefühl des Fahrzeuglenkers für die Lenkung sogar noch verbessert und noch feinfühliger
werden kann als gewöhnlich.
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Der Fühler kann eine Geschwindigkeitsanzeige betätigen; so kann beispielsweise
die Nadel eines Geschwindigkeitsmessers direkt durch das rechte Ende des Ventilkolbens
11 betätigt werden falls des erwünscht ist, Der Fühler kann durch dieses geeignete
Mittel, z.B. einen Riemen, angetrieben werden, das ein ausreichend genaues Verhältnis
zur Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht.
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In den Fig, 2 und 2a ist ein Behälter 20 gezeigt, aus dem ein hydraulisches
Strömungsmittel durch eine Pumpe 21 gefordert wird. Der Ausgang der Pumpe beschickt
einen Druckakkumulator 2, Die durch die Pumpe 21 und den Druckakkumulator 22 dargestellte
Strömungsmittelquelle ist über eine Leitung 23 mit dem Gehäuse eines Kolbenschieberventils
24 verbunden. Dieses Ventil wird durch einen Zentrifugalregulator 25 betätigt, der
entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit angetrieben wird. Vom Ventilgehause 24
führt eine Leitung 26 zu einem nicht dargestellten Servomotor zur U*nterstützung
der Lenkung und zwar über
ein beliebiges auf den Riohtungssinn und
üblicherweise auch auf das Drehmoment ansprechendes Ventil0 Vom Gehäuse 24 geht
eine dritte Leitung 27 aus, deren Zweck besser aus Fig. 2 verständlich wird0 In
Fig. 2 ist das Ventilgehäuse 24 dargestellt, wobei die Leitungsanschlüsse 23, 26
und 27 deutlich hervortreten.
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Ein verschieblicher Ventilkolben 11 arbeitet in einer Bohrung 8. Der
Ventilkolben 11 besitzt bei 12 eine Einschnürung und der so gebildete ringförmige
Kanal verbindet die Leitungsanschlüsse 23 und 26. Wenn sich der Ventilkolben 11
jedoch nach reahts (in Fig. 2) bewegt, trennt er zunehmend die Zufuhr des unter
Druck stehenden Strömungsmittels über die Leitung 23 ab, so daß der dem Servomotor
über die Leitung 26 zugeführte Strömungsmittelfluß abnimmt. Es folgt daraus, daß
der Servomotor mit fortschreitender Pahrzeuggesohwindigkeit der Lenkung immer weniger
Servounterstützung zuführt.
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Der Ventilkolben t1 bewegt sich gegen eine Peder 10.
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Es kann jedes bekannte Mittel benutzt werden, um die Federwirkung
einæustellen. Die Leitung 27 ist in erster Linie vorgesehen, um einen Zustand einer
hydraulischen Blockierung zu vermeiden, falls man sich vorstellt, daß der Ventilkolben
11 in seine Extremlage bewegt worden ist, so daß der über die Leitung 23 aufgebaute
Druck vollständig vom Lenkgetriebe abgeschlossen ist, das dann von Hand betätigt
werden muß. Es muß Jedoch von irgendwo Strönungsmittel herbeigeführt werden, falls
eine hydraulische Blookierang vermieden werden soll und die Leitung 27 dient diesem
Zweck. Die Anordnung kann eo getroffen werden, daß die Mündung der Leitung 27 im
Ventilgehäuse geöffnet wird, wenn die Mündung der Leitung 23
sich
schließt0 In der Praxis kann dieses öffnen und Schließen eine leichte Überlappung
aufweisen0 Es ist außerdem erwünscht, eine hydraulische Rlockierung unter Sicherheitsgesichtspunkten
n;u vermeiden, in dem 3inne, daß es denkbar wäre, daß sich der Ventilkolben in seiner
Extremstellung festlegt, was sehr gefährlich wäre.
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In den Fig. 3 und 3a ist eifl Ventilgehäuse 30 gezeigt, in dem ein
Ventilkolben 31 verschiebbar angeordnet ist.
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Einer Bewegung des Ventilkolbens 31 in Fig. 3 nach linke wirkt eine
Durokfeder 32 entgegen. Durch den Ventilkolben 31 führt eine Leitung 33, die sich
in eine Kammer 3Sa am Ende des Ventilkolbens öffnet und normalerweise mit einer
Leitung 34 in der Wandung de Ventilgehäuses 30 in Verbindung steht, welche Leitung
34 mit dem Druokakkumulator verbunden ist, der in Pig. 3a mit 40 bezeichnet ist.
Von diesem Akkumulator wird angenommen, daß er durch eine Pumpe 41 aus einem Behalter
42 mit unter Druck stehendem Strömungsmittel versorgt wird.
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Das Gehäuse 30 besitzt eine Leitungsverbindung 35 sur Ruckleitung
des Strömungsmittels in den Behalter 42; eine Ausgangsleitung 36 zu dem üblichen,
auf Drehmomentänderungen ansprechenden Servolenkventil, das allgemein mit 43 (Fig.
3A) bezeichnet ist und funktionell zwischen der Lenksäule 44 und dem Servomotor
45 eingefügt ist.
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Das Gehäuse 30 besitzt außerdem eine Leitungsverbindung 37, die sioh
innerhalb des Gehäuses in einen Ringraum 38 öffnet, der durch eine Einschnürung
des Ventilkolbens 31 gebildet wird. Die Leitung 37 wird aus einer Quelle eines ventilbetätigenden
Signaldrucks gespeist, d.h.
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einer Druokquelle, deren Druck der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional
ist oder zur Fahrzeuggeschwindigkeit in einem anderen Verhältnis steht ein Beispiel
einer
solchen Druckquelle ist eine Zentrifugalpumpe. Dieser Signaldruck,
der im Ringraum 38 in axialer Richtung wirksam wird, drückt den Ventilkolben 31
gegen die Feder 32. Der Ventilkolben 31 besitzt eine weitere durch eine Einschnürung
gebildete ringförmige Vertiefung 39, die in der Ruhestellung des Ventilkolbens gegen
einen ringförmigen Kanal 39a geöffnet ist, der im Gehäuse 30 ausgebildet ist und
ist dadurch mit der Druckleitung 34 verbunden. Es ist außerdem ersichtlich, daß
die ringförmige Vertiefung 99 über eine Bohrung 39b in ständiger Verbindung mit
einem Druckraum 39o am rechten Ende des Ventilkolbens 31 steht und daß eine ihrer
Blanken kegelig oder konisoh ausgebildet ist.
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Daraus ergibt sich, daß bei Ruhestellung des Ventilkolbens die Drücke
in den Räumen 33a und 39o gleioh groß sind und dem über die Leitung 34 angeschlossenen
Druck der Strdmungemittelquelle entsprechen. Wejin der im Ringraum 38 wirksame,
der Leitung 37 entnommene Signaldruck den Ventilkolben 31 gegen die Feder 32 bewegt,
wird die Verbindung der Vertiefung 39, die zu diesem Zeitpunkt gegen die Leitung
36 geöffnet ist, mit der Vertiefung 39a fortschreitend redusiert und schließlich
unterbrochen, wenn sich die Vertiefung 39 in Richtung auf die Rückführleitung 35
öffnet.
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Der Ventilkolben wirkt damit als Drossel, die fortschreitend die Versorgung
des Servoventils 43 mit unter Druck stehendem Strömungsmittel verringert, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Die Gesetzmäßigkeit der Ventilbewegung kann natürlich
dadurch verändert werden, daß man die von der Peder 32 ausgeübte Kraft verändert
und, falls erforderlich, die Form der Vertiefungen und der dazwischen verbleibenden
erhabenen Teile, beispielsweise durch konische Pormgebung,
die
rein schematisch an der Planke der Vertiefung 39 dargestellt ist. Durch eine entsprechende
Gestaltung des Ventilkolbens kann beispielsweise ein im wesentlichen lineares Ansprechen
auf die Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht werden, obwohl der 3etätigungsdruok in
der Leitung 37 dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional ist, wie dies annähernd
der Fall sein kann, falls die betätigende Druckquelle eine Zentrifugalpumpe ist.
Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die Veränderbarkeit der Servowirkung
entsprechend der Geschwindigkeit auf einen Geschwindigkeitsbereich begrenzt wird,
beispielsweise zwischen dem stationären Zustand und einer normalen Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs, wobei an dieser Stelle der Signald:ruck in der Leitung 37 den Ventilkolben
S1 in seiner äußersten linken Stellung halten würde, wobei wahrscheinlich die Windungen
der Feder 32 aneinanderliegen würden, 80 daß bei Jeder größeren Fahrzeuggeschwindigkeit
die Lenkung von Hand zu betätigen sein würde, weil kein Druck zur Betätigung des
Servomotors zur Verfügung stehen würde. Es ist Jedoch zu beachten, daß das auf Drehmomentänderungen
ansprechende Ventil bei 43 in diesem Falle (d.h1 bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit)
sowohl hinsichtlich der Richtung als auch hinsichtlich des Druckes unwirksam sein
würde und die üblichen positiven Lenkverhältnisse herrschen werden, so als würde
der Servodruok fehlen.
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Ansprüche: