DE2162385C3

DE2162385C3 - Hydraulische Servolenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2162385C3
Application number: DE2162385A
Authority: DE
Inventors: Guenter 4044 Kaarst Strauff
Original assignee: Integral Hydraulik & Co 4000 Duesseldorf
Current assignee: Integral Hydraulik & Co 4000 Duesseldorf
Priority date: 1971-12-16
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1980-08-28
Also published as: IT971340B; FR2167067A5; DE2162385B2; US3884319A; DE2162385A1; GB1412447A; JPS4865626A

Description

1
PIP,

30

euf einen Druck (Pt) mindert, wobei P\ der Druck im ersten Arbeitsraum (5) bei geschlossenem Steuerventil (3,103), PIPx ein frei wählbares Verhältnis > 1, F₁ die wirksame Fläche des ersten und F2 die wirksame Fläche des zweiten Arbeitsraumes (17) ist

und ' unter der Bedingung
r 2

F₂ < F₁ < 2F₂

"0

frei wählbar ist, und der bei einem den Druck P7 übersteigenden Druck im zv/eiten Arbeitsraum (17) diesen mit dem Vorratsbehälter verbindet.

2. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach An-Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler ein Druckverhältnisventil (12, 112) ist, welches bei Unterschreiten eines vorbestimmten Druckverhältnisses P/P2 die Verbindung vom zweiten Arbeitsraum (17) zur Ablauf leitung (26, 126) herstellt und bei Oberschreiten des Druckverhältnisses P/Pi die Druckmittelquelle (1) mit dem Arbeitsraum (17) verbindet.

3. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler ein Druckregelventil mit Überströmöffnung ist.

4. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverhältnisventil (12, 112) einen Stufenkolben (18, 118) aufweist, dessen vom Druck (P) der Druckmittelquelle (1) beaufschlagte eine Fläche (Ti) sich zur vom verminderten Druck (Pz) beaufschlagten anderen Fläche (Fi) umgekehrt verhält wie die auf den Flächen lastenden Drücke (P2, P), so daß gilt: M

5. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Flächen (f\, f₂) des Stufenkolbens (18', 118) seine seine Stirnflächen sind.

6. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Flächen (f\ und fi) von Steuerkanten (29, 119 bzw. 22, 122) begrenzt sind, welche die Verbindung zwischen zweiten Arbeitsraum (17) und Druckmittelquelle bzw. Ablaufleitung (26,126) steuern.

7. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckwandler (Druckverhältnisventil 12', 112) ein in Richtung zum zweiten Arbeitsraum (17) schließendes Rückschlagventil (45) parallel geschaltet ist

8. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Arbeitsräume des Servomotors ein hydraulisch beaufschlagtes Reaktionsglied zugeordnet ist, wie es bei Einrichtungen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt ist, wobei sich die aus wirksamen Flächen (φι, ψ2) der Reaktionsglieder und zugehörigen Hebelarmen (au &2) gebildeten Produkte umgekehrt verhalten wie die zugehörigen Drücke (P], Pz) der Arbeitsräume (5, 17).

9. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (103) und der Druckwandler (Druckverhältnisventil 112) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei jenes dem nicht gesteuerten Arbeitsraum (17) zugeordnete Reaktionsglied (Reaktionskolben 135) und der Druckwandler koaxial zueinander angeordnet und die vom gewandelten Druck beaufschlagten Flächen (h, Ψ2) einander zugekehrt und gleich groß sind.

/1

/2

P₂ ~P

F₁

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Servolenkeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei bekannten Servolenkeinrichtungen dieser Art (DE-PS 9 56 201) weist der Servomotor im wesentlichen gleich große wirksame Flächen auf. Das Steuerventil für den ersten Arbeitsraum enthält einen Steuerkolben mit zwei Steuerkanten. Die Ventilanordnung für den zweiten Arbeitsraum besteht aus einem zum ersten identischen Steuerkolben. Da beide Steuerkolben durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung ausgelenkt werden, ergibt sich insgesamt die Charakteristik einer Vier-Kanten-Steuerung. Jeweils ein Arbeitsraum wird mit dem Vorratsbehälter verbunden, wenn der andere Arbeitsraum mit der Druckquelle in Verbindung steht. In der Neutralstellung der Steuerkolben sind die Arbeitsräume drucklos. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist die mangelnde hydraulische Einspannung des Servokolbens sowie die Neigung zu Rucken und Geräuschen, wenn unter Hochdruck stehendes Druckmittel in drucklose Arbeitsräume einströmt.

Servolenkeinrichtungen mit Vier-Kanten-Steuerung stehen solche mit Zwei-Kanten-Steuerung gegenüber. Hierbei werden meist Servomotoren mit einem Flächenverhältnis von 2 :1 verwendet. Der Arbeitsraum mit der größeren wirksamen Fläche wird über ein

Steuerventil mit zwei Steuerkanten entweder mit der Druckmittelquelle oder dem Vorratsbehälter verbunden. Der Arbeitsraum mit der kleineren wirksamen Fläche ist permanent mit der Druckmittelquelle verbunden. Bereits in der Neutralstellung des Steuer-Ventils herrscht in den Arbeitsräumen ein positiver Überdruck in der Größe des Pumendrucks bzw. der Hälfte des Pumpendrucks. Der Servokolben ist damit hydraulisch eingespannt Rucke und Stöße scwie Geräuschb'Jdung sind vermindert ι ο

Auf der anderen Seite funktionieren diese Servolenkeinrichtungen jedoch nur dann optimal, wenn deren Arbeitskolben ein Fäächenverhältnis von 2:1 haben. Nur in einem solchen Fall werden in beiden Bewegungsrichtungen gleich große maximale Lenkkräfte erzielt Die Verringerung der wirksamen Kolbenfläche um einen solchen Betrag gegenüber der anderen erfordert jedoch unerwünschten zusätzlichen Aufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkeinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß unabhängig vom Verhältnis der wirksamen Flächen und insbesondere auch bei einem Flächenverhältnis von 1 :1 eine symmetrische Lenkkraftausbildung in beiden Bewegungsrichtungen mit Hilfe einer Zwei-Kanten-Steuerung erzielt wird. Die Vorteile einer solchen Steuerung sollen voll erhalten < bleiben. Der zusätzliche Aufwand soll gering sein. Schließlich soll es auch möglich sein, bei Ausfall der Servowirkung manuell die Lenkung zu betätigen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Ansprüche 2 und 3 beziehen sich auf geeignete grundsätzliche Ausbildungen von Druckwandlern. Die Ansprüche 4 bis 7 beziehen sich auf geeignete konstruktive Ausbildungen von Druckwandlern. Anspruch 10 schließlich bezieht sich auf die gemeinsame Anordnung von Druckwandler und Steuerventil in einem gemeinsamen Gehäuse.

Vereinfachte Formeln ergeben sich für einige Sonderfälle. Für den schon erwähnten Fall

vorhanden sind, welche an Hebelarmen a\ und a₂ angreifen, derart, daß

Px-P=

ergibt sich

40

45

Pi =

Bei Verwendung eines Druckverhältnisventils als Druckwandler erhält man den Druck p>, wenn als Regelkolben ein Stufenkolben verwendet wird, dessen wirksame Flächen /und /2 sich umgekehrt verhalten wie die zugehörigen Drücke

55

./2 : / = P ' Pi

r r P F₂

2-J ~ ' ~ ■

= 0,5 ρ und F₁ = F₂ ergibt sich /₂:/=2:I.

Für den Fall

65

	ergibt	A ^-7i	•«j =	*■ Ρ1Ί2*	■ Q₂
ist,		sich daraus
		*'H-E¹*	. El	F₂	El
	7i ft	*Cl₂*	~ F₁	a₂

Bei gleichen Hebelarmen a\ = ai und gleichen Flächen Fi = F₂ ergibt sich für die Reaktionsglieder

'Ii

Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Reaktionsglied mit dem Druck des gesteuerten Arbeitsraumes zu beaufschlagen, während das andere vom Druck der Druckquelle beaufschlagt wird. Gleichgewicht ergibt sich bei

Für

Pi " 7i ' "i = P " 7 ' a

7 Pi ^'1 7i P ^a

= α und P₁ = 0,5 · ρ erhält man

7i - -1 ■

Sofern Reaktionsglieder mit wirksamen, den jeweiligen Arbeitsräumen zugeordneten Flächen φι und ψ2 Es muß betont werden, daß alle Formeln nur theoretische Werte ergeben. In der Praxis sind geringe Abweichungen durchaus möglich. Von den verschiedenen Einflußgrößen sind beispielsweise Reibungseinflüsse, Strömungswiderstände, dadurch bedingte Druckverluste, Fertigungsungenauigkeiten oder unsymmetrische Lenkkinematik zu nennen. Es steht dem Konstrukteur aber frei, gegebenenfalls Korrekturfaktoren einzusetzen.

Die Erfindung wird anhand von zum Teil symbolisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Schaltplan für eine Servolenkeinrichtung,

F i g. 2 eine Ausführungsform eines 3/3-Wege-Steuerventils mit hydraulisch beaufschlagten Reaktionsflächen und

F i g. 3 im Schnitt ein 3/3-Wege-Steuerventil und ein Druckverhältnisventil in einer Anordnung innerhalb eines Gehäuses.

Von einer nicht näher dargestellten Druckmittelquelle 1 geht eine Druckleitung 2 aus, die sich zu Druckleitungen 2' und 2" verzweigt Die Druckleitung 2' führt zu einem Anschluß D\ eines 3/3-Wege-Steuerventils 3, welches zwei weitere Anschlüsse A\ und Ti besitzt Vom Anschluß A\ führt eine Arbeitsleitung 4 zu einem Arbeitsraum 5 eines Servomotors 6, in dem ein Kolben 7 mit zweiseitiger Kolbenstange 8, 8', aufgenommen ist. Die Kolbenstange 8, 8' ist mit einem Teil 9 eines Lenkgetriebes verbunden. Eine Lenkspindel 10 ist durch ein Lenkrad 11 betätigbar. Durch Relativbewegungen zwischen den Teilen 9 und 10 erfolgt die Betätigung des Steuerventils 3. Teil 9 ist in nicht dargestellter Weise mit den gelenkten Rädern des Fahrzeugs verbunden. Die Druckleitung 2" führt zu einem Anschluß D₂ eines Druckverhältnisventils 12. Vom Anschluß D₂ geht innerhalb eines Gehäuses 13 eine Bohrung 14 aus, die sich zu einer Bohrung 15 größeren Durchmessers

erweitert, an welche ein Anschluß Dr angeschlossen ist. Vom Anschluß Dr geht eine Arbeitsleitung 16 zu einem zweiten Arbeitsraum 17 des Servomotors 6. In den Bohrungen 14 und 15 gleitet ein Stufenkolben 18, der mit einer zu seiner Stirnfläche /gehörenden Steuerkante 19 eine Querbohrung 20 steuert, welche zu einem Anschluß /42 führt. Vom Anschluß A2 geht eine mit der Arbeitsleitung 16 kommunizierende Arbeitsleitung 21 aus. Die andere Stirnfläche /2 des Stufenkolbens besitzt eine Steuerkante 22, welche eine Querbohrung 23 steuert, die mit einem Anschluß T₂ verbunden ist. Ein Anschluß T-i steht mit einem von der Bohrung 15 und dem Stufenkolben 18 gebildeten Ringraum 24 über eine Querbohrung 25 in Verbindung. Die Anschlüsse T₂ und Ti sind mit einer Ablaufleitung 26 verbunden. Die wirksamen Flächen des Kolbens 7 sind mit Fi und F₂ bezeichnet und gleich groß. Die wirksamen Stirnflächen /2 und /des Stufenkolbens 18 verhalten sich wie 2:1.

Das 3/3-Wege-Steuerventil besitzt ein nicht näher dargestelltes Gehäuse in Form eines Drehverteilers, in welchem ein Ventilkörper 27 gelagert ist, welcher mit Teil 9 der Kraftübertragungsvorrichtung verbunden ist. In dem Ventilkörper 27 befindet sich eine Bohrung 28, in welche die Lenkspindel 10 hineinragt. Von der Bohrung 28 geht ein Schlitz 29 aus, in dem mit Spiel ein Hebel 30 aufgenommen ist, welcher fest mit der Lenkspindel 10 verbunden ist. In den Schlitz münden zwei sich diametral gegenüberliegende Bohrungen 31 und 32. In der Bohrung 31 gleitet ein Steuerkolben 33, der über einen Stößel 34 vom Hebel 30 betätigt wird.

In der Bohrung 32 gleitet ein Reaktionskolben 35, der vom Hebel 30 über einen Stößel 36 betätigt wird. Der Steuerkolben 33 besitzt etwa in seiner Mitte beidseitig einer Schulter 37 zwei Steuerkanten 38 und 39. In der Mittelstellung versperrt die Schulter 37 eine Ringnut 40, welche mit dem Anschluß Ai in Verbindung steht. Die Steuerkante 38 steuert eine öffnung zu der Ringnut 40 von einer Ringnut 41 im Steuerkolben 33, welche sowohl mit dem Anschluß D₁ als auch mit einem stirnseitigen Reaktionsraum 42 für den Steuerkolben 33 in Verbindung steht. Die Steuerkanie 39 hingegen steuert eine Durchflußöffnung von der Ringnut 40 zu einer Ringnut 43 im Steuerkolben 33, welche mit dem Anschluß Ti verbunden ist Ein Reaktionsraum 44 hinter dem Reaktionskolben 35 ist dauernd mit dem Anschluß A\ verbunden. Zum leichteren Verständnis sind die zu den Anschlüssen P_u Ai und T₁ führenden Kanäle noch einmal mit diesen Bezugszeichen belegt Die wirksamen Reaktionsflächen sind mit φι, für den Reaktionskolben 35 und φ für den Steuerkolben 33 bezeichnet

Unter der Annahme, daß Fi = Fi ist und demnach T₂ = 2 f, wird ein Druck ρ in den Druckleitungen 2, 2' und 2" auf einen Druck P₂ = P/2 in dem System 16,17, 20, 21 reduziert Die Reduzierung erfolgt über die Steuerkante 19. Die Steuerkante 22 schließt dabei die Querbohrung 23 ab, so daß eine positive oder Nullüberdeckung vorhanden ist Solange am Lenkrad 11 keine Betätigung erfolgt, herrscht auch im Arbeitsraum 5 der gleiche Druck p\, und der Kolben 7 befindet sich in einem hydraulischen Gleichgewicht Bei Betätigung des Lenkrades 11 beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn wird der Steuerkolben 33 über Teil 10, den Hebel 30 und den Stößel 34 in eine Stellung verschoben, in welcher über die Steuerkante 39 die Verbindung Λι —Ti hergestellt wird. Die Folge ist ein Druckabfall im System 5,4, Ai, 40, 44. Dadurch bewegt sich der Kolben 7 nach rechts. Gleichzeitig erhält der Fahrzeuglenker ein Fahrgefühl, da die mittels des Hebels 30 und der Reaktionsflächen φ und φι erzeugte Drehmomentwaage verstimmt ist. Die Kraft ρ ■ φ ist nunmehr größer als die Kraft pi · φι, wobei vorausgesetzt ist, daß φι : φ = 2 :1 ist. Bei einer Betätigung des Lenkrades im Uhrzeigersinn wird der Hebel 30 so verschwenkt, daß der Steuerkolben 33, welcher dem Hebel 30 durch die Kraft φ · ρ nachgeführt wird, über die Steuerkante 38 die Verbindung D\ — Ai herstellt Die Folge ist ein Druckanstieg im System 5, 4, Ai, 40, 44. Der Kolben fährt nach links. Gleichzeitig wird die Kraft pi · φι größer als die Kraft ρ ■ φ, wodurch ein Reaktionsmoment erzeugt wird, und der Fahrer wiederum ein Fahrgefühl erhält Das durch den Kolben 7 bei seiner Bewegung nach links verdrängte Druckmittel strömt über die Arbeitsleitung 16, der Anschluß Dr und die Bohrung 15 sowie einen von der Steuerkante 22 gesteuerten Durchflußquerschnitt und die Querbohrung 23 zum Anschluß T7 und von dort in die Ablaufleitung 26. Bei diesem Vorgang behält der Druck p2 im wesentlichen seinen Wert, da das Druckverhältnisventil 12 keine Feder enthält sondern allein druckabhängig gesteuert wird. Durch die Anpassung der wirksamen Flächen / und /2 an das Verhältnis der Flächen Fi und F₂ ist es möglich, die mittlere Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen D\ und Ai auf der einen Seite und Ai und 7i auf der anderen Seite gleich zu machen.

In F i g. 3 ist eine kompakte eingehäusige Anordnung eines 3/3-Wege-Steuerventils und eines Druckgefälleventils dargestellt. Teile, die in ihren Funktionen Teilen der Fig. 1 und 2 entsprechen, haben eine um 100 erhöhte Bezugszahl erhalten. Anschlüsse, Wirkflächen und andere Teile gleicher Funktion sind mit den gleichen Bezugszahlen bzw. Bezugszeichen belegt Ein wesentlicher Unterschied gegenüber der Anordnung nach F i g. 2 besteht zunächst einmal darin, daß Steuerkolben 133 und Reaktionskolben 135 gleich große wirksame Flächen φι = φ2 besitzen.

Dementsprechend ist die wirksame Fläche φι nunmehr Bestandteil des Steuerkolbens 133 und wird vom Druck des gesteuerten Arbeitsraumes 5 beaufschlagt während die Fläche φ₂ Bestandteil des Reaktionskolbens 135 ist und vom Druck des Arbeitsraumes 17 beaufschlagt wird. Koaxial zum Reaktionskolben 135 ist der Stufenkolben 118 angebracht wobei die wirksamen Flächen /₂ und g>2 einander zugewandt und gleich groß sind. Sie begrenzen den Reaktionsraum 144. Die Funktion ist die gleiche wie die weiter oben für die F i g. 1 und 2 beschriebene, so daß nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht Erwähnenswert ist noch ein Rückschlagventil 45, welches dem Druckverhältnisventil parallel geschaltet ist d.h., welches die Leitungen 2" und 121 verbindet und in Richtung Arbeitsraum 17 schließt

Anstelle des dargestellten kann jedes andere bekannte druckreduzierende Ventil verwendet werden. Ebenso ist es ohne weiteres möglich, andere bekannte Bauformen für das Steuerventil zu verwenden. Das Steuerventil kann beispielsweise ohne Reaktionsflächen ausgeführt sein, wenn die Reaktion über ein doppelt wirkendes Reaktionsglied bzw. zwei einfach wirkende Reaktionsglieder erzielt wird. Es ist weiterhin möglich, einen Steuerkolben mit zwei Reaktionsflächen vorzusehen und den Druckwandler koaxial dazu anzuordnen. Die Betätigungsart des Steuerventils spielt nur eine untergeordnete Rolle und ist in den verschiedenen bekannten Ausführungsformen verwendbar. Es sind auch ohne weiteres sogenannte Blocklenkungen zu verwirklichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Druckmittelquelle, einem Vorratsbehälter, einer mehrteiligen mechanischen Kraftübertragungseinrichtung zwischen einem Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern, einem die manuell eingeleitete Lenkradbewegung unterstützenden, an einem vom Lenkhandrad abgewandten Teil der Kraftübertragungseinrichtung angreifenden doppeltwirkenden Servomotor mit einem ersten und einem zweiten, eine erste bzw. eine zweite wirksame Fläche aufweisenden Arbeitsraum, wobei das Größenverhältnis zwischen der der ersten und der zweiten wirksamen Fläche > 1 aber <2 ist und ein auf geringe Relativbewegungen zwischen zwei Teilen der Kraftübertragungseinrichtung ansprechendes Steuerventil eine zum ersten Arbeitsraum führende Arbeitsleitung absperrt oder mit der Druckmittelquelle bzw. dem Vorratsbehälter verbindet und eine Ventilanordnung den zweiten Arbeitsraum ebenfalls mit der Druckmittelquelle oder dem Vorratsbehälter verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung ein Druckwandler (12,112) ist, der den Druck (P) des von der Druckmittelquelle (1) dem zweiten Arbeitsraum (17) zugeführten Druckmittels nach der Gleichung