DE2356835A1

DE2356835A1 - Steuereinrichtung fuer eine servolenkung

Info

Publication number: DE2356835A1
Application number: DE2356835A
Authority: DE
Inventors: Naohiko Inoue
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1972-11-15
Filing date: 1973-11-14
Publication date: 1974-07-04
Also published as: GB1393046A; FR2207481A5; DE2356835C3; JPS4971633A; DE2356835B2; US3901343A

Description

Patontpnwäite

' ^- Hövember 1973

Nissan Motor·. Co.., Ltd.

ITo. 2, Takara-machi, Kanagawa-kü, Yokohama City

Japan .

SteuereinriclitTang für . eine ServolenJcunq

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Steuerventil für den Fluiddruck, das in einer solchen Steuereinrichtung eingesetzt.wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung für eine Servolenkung auszurüsten, durch die eine Lenkunterstützung geliefert wird, um die vom Fahrer zur Lenkung des Kraftfahrzeugs aufzubringende Kraft zu vermindern. Bei herkömmlichen Steuereinrichtungen für Servolenkungen hat es sich als "nachteilig erwiesen, dass bei hohen Fahrzeuggeschwindigkexten oder, bei B er gab— fahrt aufgrund der konstruktionsbedingten Eigenschaften der Steuereinrichtung häufig ein Übersteuern auftritt. Es

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'} m κ ο -\ q

sind bereits verschiedene Anstrengungen unternommen worden, um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Keiner dieser Versuche hat sich jedoch im praktischen Betrieb als befriedigend herausgestellt, da die entsprechenden Steuereinrichtungen kompliziert und teuer waren.

Erfindunggemäß werden bei einer Steuereinrichtung für eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer Quelle für unter Druck stehendes Fluid diese Nachteile beseitigt durch ein Lenkgetriebe mit einer darin ausgebildeten Kammer, ein Ventil zur wahlweisen Verbindung der Kammer mit der Quelle für unter Druck stehendes Fluid, wenigstens eine in der Kammer angeordnete, fluidbetätigte Steuerhilfsstellvorrichtung, ein Steuerventil für den Fluiddruck, das mit der Kammer in Verbindung steht und den Fluiddruck in der Kammer modulieren kann, und ein elektrisches Stellglied, das zumindest auf die Fahrzeugge— schwindigkeit oder den Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Kraftfahrzeug gefahren wird, anspricht und in Abhängigkeit davon das Steuerventil steuern kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine

bevorzugte Ausführungsform einer Steuereinrichtung für eine Servolenkung mit einem Steuerventil für den Fluiddruck;

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Figuren 2(A) und 2(B). Schnitte in-vergrössertera

Maßstab durch ein Teil der Einrichtung nach Fig. It

Fig. 3

ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Steuersignal wiedergibt, das von einer elektrischen Recheneinheit erzeugt wird, die Teil der Steuereinrxchtung nach Fig. ist; und .

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Lenkreaktionskraft und der Lenkkraft zeigt, die bei der Steuereinrichtung nach Fiel. 1 besteht.

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In Fig. 1 ist schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Steuereinrichtung für eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung für die Servolenkung ein Lenkgetriebe 10 mit einem Gehäuse 12 auf. Im Inneren des Gehäuses 12 ist eine Kammer 14 ausgebildet, in der ein Kolben 16 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 16 unterteilt die Kammer 14 in eine erste Druckkammer 18 sowie eine zweite Druckkammer 20. Die erste Druckkammer 18 steht mit einer Leitung 22 in Verbindung, während die zweite Druckkammer 20 mit einer Leitung in Verbindung steht. Die Leitungen 22 und 24 können wahlweise in Strömungsverbindung mit einem Einlass 26 bzw. einem Auslass 28 durch ein Drehventil 11 gebracht werden. Der Einlass 26 ist mit einer Quelle für ein unter Druck stehendes hydraulisches Fluid, wie beispielsweise einer von einem Motor angetriebenen Pumpe 30, verbunden, wogegen der Auslass 28 mit einem Reservoir 32 für druckloses Fluid verbunden ist.

Bei dem Kolben 16 handelt es sich um eine Kugelmutter mit einer Zahnstange 16a, die mit einem Zahnsegment 34 in Eingriff ist. Über nicht bezifferte Kugeln treibt eine Schneckenwelle 36 den Kolben 16 an. Die Schneckenwelle ist mechanisch mit einem Drehstab 38 verbunden, der seinerseits über eine Lenksäule 40 mit einem Lenkrad 42 des Fahrzeugs mechanisch verbunden:'ist. Der Drehstab 38 betätigt das Drehventil 11 in herkömmlicher Weise. Der Kolben 16 arbeitet als fluidbetätigter Servomotor der Servolenkung.

Bei der beschriebenen Anordnung wird die Pumpe 30 vom Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben. Die Pumpe 30 liefert ein hydraulisches, unter Druck stehendes Fluid mit kon-

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st ant em Durchsatz zum Lenkgetriebe 10, Wenn das Lenkrad 42 gedreht wird, wird das Drehventil 11 in der Weise betätigt, dass es hydraulisches,, unter dem Druck P stehendes Fluid entweder zur ersten Druckkammer 18 oder zur zweiten Druckkammer 20 je nach der Drehrichtung des Lenkrades 42 liefert, wobei der Druck P vom Drehwinkel des Drehstabes 38 abhängt. Das der ersten Druckkammer 18 oder der zweiten Druckkammer 20 zugeführte hydraulische Fluid unter dem Druck P wirkt auf den Kolben 16, damit dieser den Widerstand der Räder des Kraftfahrzeugs gegen die Lenkbewegung überwinden kann. . ·

Aufgrund der erfindungsgemässen Ausbildung der Steuereinrichtung wird die Druckhöhe des unter Druck stehenden hydraulischen Flu'ids, das der ersten Druckkammer 18 oder der zweiten Druckkammer 20 zugeführt wird, in Abhängigkeit von ' verschiedenen Betriebszuständen. des Kraftfahzeugs ge- steuert, um bei allen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs für eine richtige Servolenkkraft zu sorgen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist erfindungsgemäss ein -_ . Steuerventil für den Druck des hydraulischen Fluids bei der Steuereinrichtung für eine Servolenkung vorgesehen.

Das Steuerventil 50 für den Druck des hydraulischen Fluids umfasst einen Ventilkorper 52 mit einem-ersten Einlass 54 sowie einem zweiten Einlass 56, die in Verbindung mit der ersten Druckkammer 18 bzw, <3^ν zweiten Druckkammer 20 sowie einem ersten Rückschlagventil 58 bzw, einem zweiten Rückschlagventil 60 stehen. Die Rückschlagventile 58 und 60 sind im Ventilkörper 52 angeordnet - Das erste Rückschlagventil 58 sowie das zweite Rückschlagventil 60 stehen über einen Haupteinlass 62 mit einer Bohrung bzw," Ventilkammer 64 für das Fluid in Verbindung, die im Ventilkörper

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52 ausgebildet ist. Die Ventilkammer 64 ist symmetrisch zu ihrer Längsachse und gestuft ausgebildet, so dass sie in Axialrichtung aneinander grenzende Kamne rabschnitte mit verschiedenen Querschnittsflachen sowie Schultern zwischen den Kammerabschnitten auf v/eist. Zu diesen Kammerabschnitten und Schultern gehören die Kammerabschnitte 64a, 64b, 64a, 64g und 64i sowie ringförmige, si;h inRadialrichtung erstreckende Schultern 64b, 64d, 64f und 64h. Über die Ventilkammer 64 !kann eine Strömungsverbindung zwischen dem Haupteinlass 62 und einer Ablassöffnung 66 hergestellt werden, die im Ventilkörper 52 ausgebildet ist und mit dem Reservoir 32 für das Fluid verbunden ist. Das Ausmass der Strömungsverbindung zwischen dem Haupteinlass 62 und der Ablassöffnung 66 wird durch ein bewegbares Durchsatzsteuerteil in Form eines Ventilschiebers 70 verändert, d.h. moduliert.

Der Ventilschieber 70 ist axial verschiebbar in der Ventilkammer 64 angeordnet. Wie am deutlichsten aus den Figuren 2(A) und 2(B) ersichtlich ist, sind am Ventilschieber 70 ein erster Hohlraum 70a und ein zweiter Hohlraum 70b ausgebildet, die durch eine Bohrung 70q in Axialrichtung verbunden sind, die als Dämpfer für den Ventilschieber 70 wirkt. Wie gezeigt, ist der Ventilschieber 70 mit mindestens einem sich in Axialrichtung erstreckenden Schlitz 70d versehen. Bei einer axiaien VersGhiebu.ng des Ventil" Schiebers 70 hängt die Fluiösfcrömung durch das Steuerventil 50 von dem effektiven Querschnitt des Abschnitts des Schlitzes 70d ab, der nach links (Fig. I)- über die ringförmige, sich in Pvadialrichtung erstreckende Schulter 64f hinausragt. Somit hängt der Durchsatz des unter Druck stehenden hydraulischen Fluids, das durch die Ablassöffnung abfliesst, von der Axialstellung des VentilSchiebers 70

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relativ zur Schulter 64f ab.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird der- Ventil schieber durch ein Paar Druckfedern 7 2 und 74, die in dem ersten Hohlraum 70a bzw.' dem zweiten Hohlraum 70b angeordnet sind, in seiner Neutral- oder Ruhestellung gehalten. Die Ruhestellung des Ventilschiebers 70 wird durch eine Einstellschraube 76 eingestellt,'die sich im Kammerabschnitt 64i befindet. Die Einstellschraube 75 wird relativ zum Ventilkörper 52 durch eine Kontermutter 78 gesichert.

Ein elektrisches Stellglied 81 umfasst ein Solenoid,80 mit einem mechanischem Stellteil bzw. Plunger 80a, der mit einem Ende des Ventilschiebers 70 zusammenwirkt, sowie einer Solenoidspule 80b. Die Solenoidspule 80b ist elektrisch mit einer elektrischen Recheneinheit 82 verbunden, die ihrerseits elektrisch mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 84 sowie einem Strassengradientenfühler 86 verbunden ist. Der Fahrzeuggeschwindigkeits-f ühler 84 stellt die Fahrzeuggeschwindigkeit fest und erzeugt ein erstes elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, während der Strässengradientenfühler 86 den Gradienten der Strassenoberflache feststellt, auf der sich das Fahrzeug befindet, und ein zweites elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Strassengradienten erzeugt. Diese elektrischen Signale werden der· Recheneinheit 82 eingespeist, die die Signale modifiziert und verstärkt und ein geeignetes Steuersignal erzeugt, das:auf die Solenoidspule 80b gegeben wird. Das Solenoid 80 ist so ausgebildet, dass es den Ventilschieber 70 entsprechend der Höhe des Steuersignals von der Recheneinheit 82 verschiebt, so dass der wirksame Querschnitt des Schlitzes·bzw. der Schlitze 70d in der Weise verändert wird, dass der Druck des hydrauli-

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schen Fluids in der ersten Druckkammer 18 bzw. der zweiten Druckkammer 20 des Lenkgetriebes 10 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Strassengradienten moduliert ist.

In Fig. 3 ist ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Höhe des Steuersignals dargestellt. Wenn sich das Kaftfahrzeug auf ebener Strasse befindet, ändert sich die Höhe des Steuersignals nach der .Kurve A, wogegen sich die Höhe des Steuersignals nach der Kurve Bin Fig. 3 ändert; .wenn das Kraftfahrzeug bergab bzw.. mit negativem Gradienten fährt. Es ist zu erkennen, dass die Höhe des Steuersignals bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt und dass die Höhe des Steuersignals weiter abnimmt, wenn das Kraftfahrzeug bergab fährt.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Lenkkraft und der Lenkreaktionskraft. In Fig. 4 gilt die Kurve C für eine herkömmliche Lenkeinrichtung ohne ServounterStützung. Die Kurven D und E geben die Beziehungen wieder, die für die erf indungsgemässe Steuereinrichtung bei hoher bzw. niedriger Fahrzeuggeschwidigkeit auf ebener Strasse gelten, während die Kurven D' und E¹ für hohe bzw. niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit bei Bergabfahrt des Kraftfahrzeugs gelten. Die gestrichelte Kurve F zeigt die Beziehung, die für eine herkömmliche Steuereinrichtung für eine Servolenkung gilt. . -

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist, wird der Solenoidspule 80b des Solenoids 80 ein Steuersignal von grösstmöglicher Höhe zugeführt, so dass der Plunger 80a auf seinen grössten Hub ausfährt. Dadurch wird der Ventilschieber 70 in eine Stellung verschoben, in der die Schlitze 70d voll-

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ständig bedeckt sind. Demzufolge kann das unter Druck stehende hydraulische Fluid im Haupteinlass 62 nicht zur Ablassöffnung 66 abfliessen. Daher steht das hydraulische Fluid in der ersten Druckkammer 18 bzw* der zweiten Druckkammer 20 im wesentlichen unter dem Druck des Fluids in der Pumpe 30 .

Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zunimmt, nimmt die Höhe des Steuersignals ab, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch wird der Plunger 80a des Solenoids 80 nach links in Fig. 1 verschoben, wodurch ein Teil der Schlitze 70d freigegeben und der.wirksame Querschnitt dieser . Schlitze vergrössert wird. In dieser Stellung strömt hydraulisches Fluid vom Haupteinlass 62 durch die -\. . Schlitze 7Od und die Ablassöff-nung 66, von der das hydraulische Fluid zum Reservoir'32 abfliesst; Auf diese Weise wird der Druck des hydraulischen Fluids in der ersten bzw. in der zweiten Druckkammer unter die Höhe des Drucks des Fluids in der Pumpe 30 abgesenkt undftie Servokraft vermindert, so dass der Fahrer zum Lenken ■ eine grössere Kraft aufwenden muss., und ein Übersteuern verhindert ist.

Bei weiterem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert sich die Lenkreaktionskraft in der durch die Kurve D in Fig. 4 wiedergegebenen Weise. Wie sich deutlich aus Fig. 3 ergibt, bewirkt die Recheneinheit 82, dass der Druck des Fluids in der Kammer 14 unter den Wert des Drucks in der Pumpe 30 abfällt, wenn wenigstens entweder das erste elektrische Signal oder das zweite elektrische Signal unter einen ersten bzw. einen zweiten vorbestimmten Wert abfällt. " · ,

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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass das erfxndungsgemasse Steuerventil für den Druck des hydraulischen Fluids auf einfache Weise für eine leichte und zuverlässige Servolenkung bei allen Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs sorgt.

Patertansprüche:

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Claims

P a t e η t a η s ρ r ü c h e

1... Steuer einrichtung für eine Servolenkung für ein Kraft- ^—fahrzeug, mit einer Quelle für unter Druck stehendes Fluid, gekennzeichnet durch ein Lenkgetriebe (10) mit einer darin ausgebildeten Kammer (14-), wenigstens eine in der Kammer angeordnete, fluidbetätigte Steuerhilfsstellvorrichtung (16), ein Ventil (H) zur wahlweisen Verbindung der Kammer mit der Quelle (30) für unter Drück stehendes Fluid, ein Steuerventil (50) für den Fluiddruck, das mit der Kammer (14·) in Verbindung steht und den Fluiddruck in der Kammer modulieren kann, und ein elektrisches Stellglied (81), das zumindest auf die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Kraftfahrzeug gefahren wird, anspricht und in Abhängigkeit davon das Steuerventil (50) steuern kann.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Reservoir (32) für das Fluid, wobei das Steuerventil (50) funktional zwischen der Kammer (14) und dem Reservoir angeordnet ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-■' zeichnet, dass das Steuerventil (SO) ein bewegbares Durchsatzsteuerteil (70) umfasst und dass das elektrische Stellglied (81) ein mechanisches Betätigungsteil (80a) umfasst, das mit dem bewegbaren Durchsatzsteuerteil zusammenwirkt.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Stellglied (81) ferner einen Fahrzeuggeschwindigkeit sfühler (84) und .einen Strassengradienten-

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fühler (86) zum Feststellen der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. des Strassengradxenten, wobei diese Fühler ein erstes und ein zweites elektrisches Signal erzeugen, das jeweils analog der festgestellten Grosse ist, sowie eine elektrische Recheneinheit (82) umfasst, die auf das erste und zweite elektrische Signal anspricht und das mechanische Betätigungsteil (80a) in Abhängigkeit von diesen Signalen steuern kann.

5. Steuereinrichtung anch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Recheneinheit (82) das mechanische Betätigungsteil (80a) in der Weise steuert, dass der Fluiddruck in der Kammer (14) auf einen Wert unterhalb

■ des Fluiddrucks in der Quelle (30) vermindert wird, v/enn wenigstens die Hohe des ersten oder des zweiten elektrischen Signals unterhalb eines ersten bzw. eines zweiten vorbestimmten Wertes liegt.

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (50) ein Rückschlagventil (58, 60) umfasst, das eine F-luidströmung durch das Steuerventil nur in Richtung von der Kammer (14) zum Reservoir (32) zulässt.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (50) einen Dämpfer ■ (70c) für das bewegbare Durchsatzsteuerteil (70) umfasst.

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