DE2404580A1

DE2404580A1 - Servofahrzeuglenkgetriebe

Info

Publication number: DE2404580A1
Application number: DE2404580A
Authority: DE
Inventors: Frederick John Adams
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1973-02-01
Filing date: 1974-01-31
Publication date: 1974-08-15
Also published as: JPS6141787B2; JPS5455929A; JPS549368B2; JPS49110037A; GB1465901A; DE2404580C2; CA1012442A; AU6503574A; FR2216162B1; IT1004829B; US4034825A; FR2216162A1; GB1449031A

Description

Hitchin, Hertfordshire
Großbritannien

eooo München s 31» Jan. 197h-

Tal 13

Unser. Akte, 1 502-1-8572 Ihr Zeichen:

Patentanmeldung

Servofahrzeuglenkgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Servofahrzeuglenkgetriebe und insbesondere ein Lenkgetriebe der bekannten Art, bei dem das Lenkdrehmoment, das über einen elastischen Torsionsstab übertragen wird, das Lenkrad mit dem Straßenlenkgetriebe verbindet.

Die Torsionsauslenkung des Stabes ruft ein Ansprechen eines Drehventils hervor, dessen Betrieb so die Größe und Richtung des Lenkdrehmoments wiedergibt, damit mehr oder weniger Druckströmungsmittel zu dem Servomotor strömt. Es wurden viele Vorschläge gemacht, um das effektive Torsionsansprechen einer solchen Vorrichtung entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit zu modulieren, damit tatsächlich die Servokraft umso geringer ist, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

Bei den früheren Vorschlägen wurde eine Einrichtung vorgesehen, bei der die elastisch wirksame Länge eines Torsionsstabes in einem auf Torsion ansprechenden hydraulischen· Drehventil bekannter Art durch die Anordnung

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eines Keils oder einer ähnlichen Eingriffskupplung, die durch einen Kolben axial verschiebbar ist, fortschreitendgeändert wurde. Der Kolben wird (entgegen einer Feder, die die gesamte Betriebsgeschwindigkeit bestimmt) von einem Strömungsmitteldruck betätigt, der eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Bei diesem bekannten Vorschlag bewegt sich die Kupplung in Abhängigkeit von zwei Reibungswiderständen (und als eine Differentialkraft von Druck und Elastizität), einem zwischen ihr selbst und Keilen oder dergleichen auf der Drehmomentstänge und einem zwischen ihr selbst und Keilen oder dergleichen in dem Vetilelement. Obwohl hierdurch eine geeignete fortschreitende Wirkung (d.h., theoretisch wird die effektive Elastizität der Drehmomentstange eingestellt, um sie mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern) erreicht werden kann, kann sie erheblichen.Reibungswirkungen unterliegen, insbesondere, wenn sich die Geschwindigkeit ändert, während das Lenkdrehmoment einwirkt, das sich plötzlich ändern kann, was unzweckmäßig oder sogar gefährlich sein kann. Außerdem erfolgt bei diesem Vorschlag keine wirksame Trennung einer Druckströmungsmittelquelle für die Servokraft von.der auf Geschwindigkeit ansprechenden Quelle. Auch wird die Verwendung eines Geschwindigkeitsreglers mit einer einzigen Pumpe nicht vorgeschlagen, noch, das System derart auszubilden, daß der Fahrzeuglastfaktor leicht berücksichtigt werden kann.

Obwohl die Erfindung zur Lösung ihrer Aufgabe einfache Einrichtungen aufweist, kann sie in verschiedenen Arten anwendbar sein. Es ist z.B. sehr leicht, ein Ansprechen nicht nur auf die Fahrzeuggeschwindigkeit, sondern auch auf die Fahrzeuglast zu erreichen. Man kann nur eine Druckströmungsmittelquelle, z.B. eine von der Maschine angetriebene Pumpe verwenden, wobei der erforderliche Fahrzeuggeschwindigkeitsfaktor von einem auf Geschwindigkein ansprechenden Regler erzeugt wird, der nur eine von

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einem Regler geregelte Nebenleitungsdrosselstelle oder eine Drosselklappe ist. Die Erfindung erfordert nur eine sehr einfache Herstellung, keine Federn und keine genau passenden Kolbenanordnungen, noch treten hohe Reibungslasten auf.

Es ist insbesondere von Fahrzeugservolenkgetrieben bekannt, daß die von der Bedienungsperson aufgebrachte Kraft (im Falle von Fahrzeugen diejenige des Lenkers) bzw. das Lenkraddrehmoment von einer hydraulischen Energie einer Quelle wie einer maschinenangetriebenen Pumpe proportional erhöht und mittels eines Ventils gesteuert werden kann, das beim Steuervorgang insgesamt drehbar ist und das nach Richtung und Ausmaß von der Elastizität eines Torsionselements betätigt wird, das als Torsionsstab bezeichnet wird. In einfachen Fällen ist die Erhöhung bzw. die Servokraft dem Lenkdrehmoment entweder direkt oder entsprechend einer Ventilgesetzmäßigkeit proportional, die durch Wahl der Öffnungsquerschnitte, Zunahme der Öffnungsüberlappung pro Winkelgrad und dazu in Beziehung stehender Parameter bestimmt wird.

Insbesondere im Falle eines Fahrzeuglenkgetriebes wurde auch erkannt, daß bei niedrigen Geschwindigkeiten oder sogar bei der Geschwindigkeit Null (z.B. beim Manövrieren in dichtem Verkehr, beim Parken usw.) eine höhere Servdcrafb als bei hohen Geschwindigkeiten erwünscht sein kann.Tatsächlich.kannedne Servokraft bei hohen Geschwindigkeiten gefährlich sein, da der Lenker bei hohen Geschwindigkeiten eine erhebliche Kraft auszuüben haben sollte, um eine bestimmte Auslenkung im Vergleich zu seiner Kraft bei niedriger Geschwindigkeit zu erzeugen. Dieses Problem ist eines derjenigen, mit dem sich die GB-PS 1 293 192 befaßt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Lösung dieses Problems zu schaffen.

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Bei der Erfindung hat eine hydraulische Servosteuereinrichtung wie ein Servofahrzeuglenkgetriebe der Art mit einem auf ein Drehmoment ansprechenden Ventil zur Steuerung der Haupthydraulikquelle eine hydraulische Hilfsenergiequelle, deren Druck von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem entsprechenden Faktor derart bestimmt wird, daß das Ansprechen des Ventils, wenn es einem bestimmten Drehmoment unterliegt, verringert wird, wenn der Druck erhöht wird. Die Hilfsenergiequelle kann von der gleichen Pumpe abgeleitet werden oder ebenso wie die Hauptenergiequelle der Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung unterworfen sein, wobei Mittel vorhanden sind, um den Druck der Hilfsquelle durch die Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern. Die Hilfsenergiequelle ist jedoch vorzugsweise eine von der Fahrzeugtransmission angetriebene Pumpe, so daß ihr Druck proportional der Geschwindigkeit ist. In diesem Fall kann jedoch die Rückleitung des Hilfssystems mit dem Hauptsystem verbunden sein, wobei ein gemeinsamer Behälter verwendet wird. Wenn das System "offene Mitte"-Eigenschaften haben soll, d.h., daß stets eine gewisse Strömung vorhanden ist, kann dies dadurch erreicht werden, daß eine Kurzschlußleitung von der Ausgangs- zur Eingangsseite der Hilfsquelle vorgesehen wird, die eine Drosselstelle hat. Die Wirkung dieser Drosselstelle kann nach Art einer Drosselklappe veränderbar sein, so daß die Wirksamkeit des Hilfsdrucks z.B. von dem Fahrzeuglenker steuerbar ist oder eventuell von der Fahrzeuglast abhängt.

Die Abhängigkeit des oben erwähnten, auf Drehmoment ansprechenden Ventils gemäß der Erfindung wird durch einen oder mehrere mechanische Anschläge gesteuert, die den Torsionsstab des Ventils mit der Ventilhülse an einer Stelle (oder an Stellen) zwischen den normalerweise wirksamen Enden des Stabs (oder an einem Ende hiervon, wenn das Ventil unwirksam gehalten werden soll) miteinander verriegeln. Wenn so z.B. solch ein Anschlag in der Mitte

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der Länge des Stabs vorhanden ist_r halbiert, wenn er betätigt ist, tatsächlich (d.h. in Abhängigkeit von seiner Elastizität bei einem bestimmten Drehmoment) die Stablänge und damit die Elastizität bei einem bestimmten Drehmoment, und damit wiederum die relative Bewegung der beiden Ventilelemente. Vorzugsweise ist jeder solche Anschlag paarweise in Form einer Kugel oder einer Kugelstange mit einem kugelförmigen Ende vorhanden, die ähnlich einem Kolben in einer radialen Bohrung eines Ventilelements verschiebbar ist, um in eine konkave Ausnehmung einzugreifen, deren Form so sein kann, daß sie eine fortschreitende mitnehmerartige Wirkung hat, so daß entweder das innere Ventilelement mit dem Stab oder die beiden Ventilelemente miteinander verriegelt werden. Der hydraulische Hilfsdruck wirkt auf diese Kugel bzw. Stange, um sie mit der Ausnehmung (iie in dem Stab selbst oder in anderen Ventilelementen sein kann) mit einer Kraft zu drücken, die von dem Hilfsdruck und damit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird.

Bei einer wie oben aufgebauten Vorrichtung können zwei tatsächlich voneinander unabhängige hydraulische Drucksysteme vorgesehen werden. Das Hauptsystem ist das bekannte Servosystem, das von dem Drehventil gesteuert wird und den Lenkservomotor betätigt, und zusätzlich ist ein Hilfssystem mit einer von der Transmission angetriebenen (d.h. geschwindigkeitsabhängigen) Pumpe oder Quelle vorgesehen, die vorzugsweise von dem gleichen Behälter wie beim Hauptsystem versorgt wird und deren Ausgang zu einer Kammer in dem Ventil bzw. Ventilkörper führt, indem ihr Druck auf die Anschlagkugeln oder -kolben zu dem oben angegebenen Zweck wirkt. Ein Leckstrom vorbei an den Kugeln, wenn diese verwendet werden, strömt durch geeignete Kanäle zurück, um sich mit dem Rückstrom des Hauptsystems zu vereinigen. Die Druckquelle (z.B. die Pumpe) des Hilfssystems kann durch eine Leitung, in der eine Drosselstelle vorhanden ist, kurzgeschlossen werden

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(d.h., ihre Druckseite ist mit ihrer Eingangsseite verbunden) . Dies hat eine Wirkung gleich der eines Ventils mit offener Mitte, da stets eine gewisse Strömung durch die Hilfspumpe vorhanden ist. Die Drosselstelle kann von dem Lenker geändert werden, so daß die Wirkung des hydraulischen Hilfssystems bei der Steuerung des Ventils selbst einer Steuerung unterliegt. Sie kann auch durch irgendeine Einrichtung geändert werden, die die Fahrzeuglast kontrolliert.

So kann bei einer Abwandlung der Druck des Hilfssystems von einem anderen Faktor als der Geschwindigkeit, z.B. der Achslast gesteuert werden. Die Druckquelle kann für das Haupt- und das Hilfssystem gemeinsam sein, d.h., sie kann eine von der Maschine angetriebene Pumpe sein, und ' der Druck des Hilfssystems wird hierbei von einer auf die Geschwindigkeit (oder Last) ansprechenden Vorrichtung, wie z.B. einem Zentrifugalregler geregelt, der von der Transmission angetrieben wird, oder einer auf die Achslast ansprechenden Ventileinrichtung, oder in Abhängigkeit von einer kombinierten Größe hiervon.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform, bei der das Drehmomentansprechvermögen des Ventils etwa halbiert wird, wenn ein bestimmter, geschwindigkeitsabhängiger Hilfsdruck erreicht wird,

Figur IA einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 1,

Figur 2 und 2A ähnliche Darstellungen einer Ausführungsform, bei der das Drehmomentansprechvermögen des Ventils beseitigt wird, wenn ein besti-nrnter Hilfsdruck erreicht wird.

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In den Zeichnungen sind einige der Elemente dem Fachmann für Servofahrzeuglenksysteme geläufig und brauchen daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

In den beiden Figuren ist die Vorrichtung auf eine Zahnstangenfahrzeuglenkung mit einer Zahnstange A, die von einem Ritzel B in einem Lenkungsgehäuse C angetrieben wird, angewandt. Das Lenkrad ist durch eine Lenksäule (nicht gezeigt) mit einer Eingangswelle D verbunden. Die üblichen Lagerbüchsen und dergleichen Einzelheiten sind selbstverständlich ebenfalls vorhanden. Bei jedem Beispiel ist das hydraulische Hauptsystem weggelassen, es kann jedoch eine von der Maschine angetriebene Pumpe vorausgesetzt werden, die von einem Behälter 1 versorgt wird, zu dem die Ausgangsströmung schließlich zurückkehrt.

Eine Hilfspumpe 2, die von der Fahrzeuglüfterradwelle oder in anderer Weise entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit angetrieben wird, wird ebenfalls von dem Behälter 1 versorgt. Die Pumpe 2 wird von einer Leitung 3 kurzgeschlossen, in der eine vom Lenker einstellbare Drosselstelle vorhanden ist. Dieser Kurzschluß gibt dem Hilfssystem nicht nur die-Eigenschaft eines Systems mit offenem Wirkungsablauf, sondern ermöglicht es dem Lenker auch, die Geschwindigkeit zu wählen, bei der die Servokraft verringert wird. Das Hilfssystem hat eine Hauptdruckleitung 5, die .von einem Anschluß 6 in den Ventilkörper 7 führt, der mit dem Lenkungsgehäuse C vorzugsweise einstückig ausgebildet ist. Innerhalb des Körpers 7 tritt das Hilfsströmungsmittel in eine Ringkammer 8, die die innere Drehventilhülse 9 umgibt, die durch die Welle D drehbar ist. Die Hülse 9 wiederum umgibt den Torsionsstab 10, der die Eingangswelle D und das Ritzel B verbindet.

Zu einem Ende hin ist die Hülse 9 von der äußeren. Ventilhülse 11 umgeben, die auf der Hülse 9 drehbar gelagert ist.

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übliche Ventilkanäle und -Stege sind vorgesehen, so daß die relative Drehung der Hülsen 9 und 11 die Servodruckströmung in dem Hauptsystem steuert.

In der Kammer 8 befinden sich zwei diametral gegenüberliegende Anschlagkugeln 13, die fest, jedoch gleitend in Bohrungen 13A durch. c3ie Wandung der Hülse 9 sitzen. Zwischen diesen Bohrungen 13A hat der Stab 10, der in diesem Bereich im Durchmesser etwas vergrößert ist, konkave Vertiefungen oder Ausnehmungen 14, in die die Kugeln 13 eindringen können. Ihre Eindringtiefe hängt von dem Druck in der Kammer 8 ab. Ein Leckstrom vorbei an den Kugeln 13 in den Bohrungen 13A tritt längs der Ventilanordnung in einen Ringkanal 15 aus, wo er zur Vereinigung mit dem Rückstrom des Grundsystems und damit zum Behälter 1 austritt.

Wenn das Fahrzeug steht, ist die Pumpe 2 selbstverständlich außer Betrieb und die Kugeln 3 sind frei. Wenn der Druck der Pumpe 2 aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, werden die Anschlagkugeln 3 radial nach innen gedrückt, um in die Ausnehmungen 14 einzugreifen. Im Extremfall können die Kugeln die Hülse 9 tatsächlich mit dem Stab 10 verriegelnund,wieersichtlich ist, so effektiv die Länge des Stabs halbieren. Die Ausnehmungen 14 können so profiliert sein, daß eine gewählte Beziehung zwischen diesem Effekt und dem Hilfsdruck geschaffen wird und die Elastizitätscharakteristik allmählich abfällt. Daher kann die Abnahme derServokraft bei der Zunahme der Geschwindigkeit allmählich erfolgen.

Wenn es erforderlich sein sollte, kann mehr als ein Satz Anschlagkugeln vorgesehen werden, und es kann dann eine Federelastizität angewandt werden, um sie zu veranlassen, sequentiell zu wirken. Z.B. kann die Servokarft bei etwa 60 km/Std halbiert und bei etwa 130 km/Std beseitigt werden.

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In den Fig. 2, 2A sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Bei diesem Beispiel wird der Elastizitätseffekt des Servoventils bei einer gewählten Geschwindigkeit beseitigt, statt nur wie im Falle der Fig. 1 verringert zu werden. Dies bedeutet, daß keine Servokraft vorhanden ist, sobald eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten wird. Mit " beseitigt" ist erheblich geändert gemeint. Wie anhand der Fig. 1 festgestellt wurde, können" die Kugeln tatsächlich das Ventilelement 9 mit dem Torsionsstab 10 verriegeln oder einen fortschreitenden Verriegelungseffekt in Abhängigkeit von den wählbaren Faktoren wie der tatsächlichen Form der Ausnehmung 23 haben.

In den Fig. 2, 2A sind zwei Anschlagkugeln 20 in Bohrungen 21 in dem dickendigen Teil der äußeren Ventilhülse 11 angeordnet. Für ihre Druckströmungsmittelversorgung ist eine Ringkammer 22 vorhanden. Die innere Ventilhülse 9 ist mit Ausnehmungen 23 versehen, in die die Kugeln eingreifen.können. Bei diesem zweiten Beispiel können die Ausnehmungen 23 wiederum so profiliert sein, daß sie einen fortschreitenden Anschlageffekt haben, und es ist zu beachten, daß die Ausnehmungen 23 in dem Ventilelement 9 sein,das mit dem linken bzw. Eingangsende des Torsionsstabs 10 starr verbunden ist. Anstelle der Hilfspumpe 2 bei beiden Beispielen kann die Leitung 5 von der Hauptservopumpe versorgt werden, wobei der Strömungsmitteldruck z.B. von einem auf Geschwindigkeit ansprechenden Regler geregelt wird. Ein Regler, der für diesen Zweck geeignet sein kann, kann derjenige in der GB-PS 1 293 192 sein, es gibt jedoch viele bekannte Arten. Das Hilfssystem der Erfindung kann wiederum von der- Hauptpumpe versorgt werden, die über einen Kolben wirkt, dessen Betrieb eine auf Geschwindigkeit ansprechende Pumpe oder ein geschwindigkeitsgesteuertes Ventil entgegenwirkt. Insbesondere bei im Handel üblichen Fahrzeugen und eventuell bei denen mit mehreren Lenkspindeln kann die Servokraft

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in der Art der Erfindung von der Geschwindigkeit und der Last oder von der Last allein (z.B. dadurch, daß die Einstellung der Drosselstelle 4 lastabhängig gemacht wird) gesteuert werden, wobei 'die Kombination eines Haupt- und eines Hilfssystems sehr flexibel sein kann. So kann bei einem Fahrzeug, wenn es schnell und unbeladen fährt, seine Lenkservokraft bei hoher Geschwindigkeit verringert oder beseitigt werden, während das gleiche Fahrzeug schwer beladen seine gesamte oder teilweise Hilfskraft beibehält.

Es ist ersichtlich, daß, wenn infolge hoher Geschwindigkeit die Lenkung mehr oder weniger direkt wurde und eine plötzliche übermäßige Lenkkraft auftritt (z.B. infolge eines geplatzten Reifens) der Lenker ein solch hohes Drehmoment ausüben könnte, daß die Anschlagvorrichtung, die aus Kugeln 13 bzw. 20 besteht, "ausbrechen" könnte und die Servokraft wieder einsetzen würde.

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Claims

Ansprüche

1. Servofahrzeuglenkgetriebe mit einem durch Torsion betätigten Drehventil, das die Druckströmungsmittelzufuhr zu dem Lenkungsservomotor reguliert, wobei das Drehmoment von einem elastischen Torsionsstab erfaßt wird, der das Lenkungsdrehmoment übertragen kann, gekennzeichnet durch eine Anschlageinrichtung (13, 20), die von einem Element des Ventils beweglich getragen wird und unter Strömungsmitteldruck radial nach innen gegen den Torsionsstab (10) gedrückt werden kann, durch Ausnehmungen (14, 23) begrenzende Ausbildungen, die mit der Anschlageinrichtung zusammenwirken, und eine Einrichtung, um von einer geschwindigkeitsabhängigen Quelle Druckströmungsmittel zur Einwirkung auf die Anschlagein— richtung zuzuführen, um das Ventilelement mit dem Torsionsstab (10) zu verriegeln.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung (13) und die mit dieser zusammenwirkenden Einrichtungen (14) zwischen den Enden des Torsionsstabs (10) liegen.

3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung (20) und die mit dieser zusammenwirkenden Ausnehmungen (23) an einem Ende des Torsionsstabs (10) liegen, so daß sie, wenn sie ihre Verriegelung durchführen, die Torsionselastizität des Torsionsstabs (10) beseitigen.

4. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildungen Ausnehmungen (14, 23) mit geneigten Oberflächen begrenzen, um die Anschlageinrichtung (13, 20) nach außen entgegen dem Strömungsmitteldruck drücken, dem sie unterworfen sind.

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5. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausbildungen (14) an dem Torsionsstab (10) befinden.

6. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausbildungen (23) an einem (9) der Ventilelemente befinden.

7. Lenkgetriebe nach Anspruch 1,- dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung Kugeln (13, 20) aufweist, die in einem radial in dem Ventilelement (9) ausgebildeten Zylinder angeordnet sind.

8. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leckstrom vorbei an der Anschlageinrichtung des auf diese wirkenden Strömungsmittels zu der Strömungsmittelquelle zurückgeleitet wird.

9. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Pumpen vorgesehen sind, von denen eine (2) so angeschlossen ist, daß sie dem Drehventil die erforderliche Servokraft zuführt, und die andere so geschaltet ist, daß sie auf die Anschlageinrichtung (13, 20) wirkt, und so ausgebildet ist, daß ihr Abgabedruck eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.

10. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine angetriebene Pumpe vorgesehen ist, die die erforderliche Servökraft unabhängig von der Straßengeschwindigkeit liefert und außerdem die Anschlageinrichtung versorgt, die einer Steuereinrichtung unterworfen ist, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig ist.

11. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckquelle zur Betätigung der Anschlageinrichtung, die eine Nebenleitung aufweist, deren Strömung entsprechend der Straßengeschwindigkeit gesteuert wird.

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12. Lenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenleitungsströmung von einer Bedienungsperson zusätzlich steuerbar ist.

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