DE2409207A1

DE2409207A1 - Lenkeinrichtung mit hydraulischer hilfskraftunterstuetzung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2409207A1
Application number: DE2409207A
Authority: DE
Inventors: Armin Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1974-02-26
Filing date: 1974-02-26
Publication date: 1975-09-04
Also published as: BG29717A3; PL92983B1; DK137319B; JPS5744503B2; DK137319C; ES435068A1; JPS50152440A; DE2409207B2; YU45975A; DK70775A; BR7501142A; DE2409207C3; YU36652B

Description

Lenkeinrichtung mit hydraulischer Iiilfskraftunterstützung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung mit hydraulischer lwilfskraftunterstützung nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Lenkeinrichtungen mit zwei Druckmittelkreisen, von denen einer in Abhängigkeit vom anderen gesteuert wird, sind sehr anfällig für Schwingungen. Bei einer bekannten Lenkeinrichtung dieser Art (z. B. DT-OS 2 233 624) wird vorgeschlagen, durch Rückführung des Arbeitsdruckes des Servokreises auf das Steuerventil, das Steuerventil und damit die Lenkung zu stabilisieren. Eine derartige Stabilisierung ist bei durchschnittlichen Anforderungen, beispielsweise bei achsschenkelgelenkten Fahrzeugen, ausreichend.
Bei der oben genannten, bekannten Lenkeinrichtung ist eine Regelung des Serokreises gegenüber dem Steuerkreis nur in der Weise vorgesehen, daß die Seite des Servomotors mit dem höheren Druck berücksichtigt wird, während im Servokreis die Seite des Servomotors mit dem niedrigeren Druck ungeregelt mit dem Tank verbunden bleibt. Für Fahrzeuge mit hohen dynamischen Lenkmomenten, beispielsweise knickgelenkte Fahrzeuge, sind derartige bekannte Lenkeinrichtungen nicht geeignet, da hierbei durch auftretende hohe Massenkräfte die Regelschwingungen der Lenkanlage verstärkt werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lenkeinrichtung mit zwei Druckmittelkreisen derart zu verbessern, daß ihr Einsatz auch in Kraftfahrzeugen mit höheren auftretenden Massenkräften, beispielsweise den genannten Knick-Fahrzeugen, möglich wird, ohne daß für den Fahrer unzumutbare Schwingungen im Lenksystem auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche angeführten Merkmale gelöst.
Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 eine Lenkeinrichtung der erfindungsgemäßen Art in schematischer Darstellung, Fig. 2 bis Fig. 5 Ausführungsbeispiele der Lenkeinrichtung der Fig. 1.
Die Lenkeinrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, einem Steuerteil 1 und einem Servoteil 2. Der Steuerteil 1, der auch als Steuerkreis bezeichnet werden kann, enthält eine über ein nicht dargestelltes Lenkhandrad betätigbare Steuereinrichtung 3 bekannter Art mit einer Steuerpumpe 4 und einem Steuerventil 5 und einen steuerbaren Servomotor 6. Eine Kraftquelle in Form einer Servopumpe 7 dient zur evtl. gewünschten Verstärkung des Steuerstromes des Steuerteils 1. Zwei Druckräume 8 und 9 des steuerbaren Servomotors 6, in Fig. 1 als kolbenstangenseitige Druckräume zweier Hydraulikzylinder 10 bzw. 11 dargestellt, sind durch zwei Druckmittelleitungen 12 bzw. 13 mit dem Steuerventil 5 verbunden.
Zwei weitere Druckräume 14 und 15 der beiden Hydraulikzylinder 10 bzw. 11, die zusammen einen zuschaltbaren Servomotor 16 des Servoteils 2 bilden, sind durch zwei Druckmittelleitungen 18 bzw. 19 mit zwei Servoschaltventilen 20 bzw. 21 verbunden. Die Servoschaltventile 20 und 21 sind mit Kraftquellen in Form vonServopumpen 22 bzw. 23, die auch mit der Servopumpe 7 identisch sein können und mit Druckmittelbehältern 24 bzw. 25 verbunden.
Zwei erste Steuerflächen 26 und 27 der Servoschaltventile 20 bzw. 21 sind über zwei Steuerleitungen 112 bzw. 113 mit den Druckmittelleitungen 12 bzw. 13 verbunden. Durch eine Druckbeaufschlagung der Steuerfläche 26 bzw. 27 wird das Servoschaltventil 20 bzw. 21 derart betätigt, daß die Druckmittelleitung 18 bzw. 19 mit der Servopumpe 22 bzw.
23 verbunden wird. Die beiden anderen Steuerflächen 28 und 29 der Servoschaltventile 20 bzw. 21 sind über zwei Steuerleitungen 118 bzw. 119 mit den Druckmittelleitungen 18 bzw.
19 verbunden.
Die Funktionsweise der Lenkeinrichtung ist folgende: Das Servoschaltventil 20 wirkt als Druckwaage zwischen dem Druck in dem einen Druckraum 8 des steuerbaren Servomotors 6 und dem Druck in dem einen Druckraum 14 des zuschaltbaren Servomotors 16. Entsprechend wirkt das Servoschaltventil 21 als Druckwaage zwischen dem Druck im Druckraum 9 und dem Druck im Druckraum 15.
Steigt beispielsweise der Druck in dem Druckraum 8 infolge einer Lenkbewegung an, so wird dieser Druck über die Druckmittelleitung 12 und die Steuerleitung 112 auf die Steuerfläche 26 des Servoschaltventils 20 übertragen. Liegt der Druck in dem Druckraum 14 dabei unter dem des Druckraumes 8, so wird durch diese Druckdifferenz, die auch auf die Steuerflächen 26 und 28 wirkt, das Servoschaltventil 20 dahingehend verstellt, daß eine Angleichung des Druckes im Druckraum 14 an den Druck im Druckraum 8 erreicht wird. Dies geschieht dadurch, daß die Druckmittelleitung 18 über das Servoschaltventil 20 mit der Servopumpe 22 verbunden wird.
Entsprechendes gilt auch für die beiden anderen Druckräume 9 und 15 und für das Servoschaltventil 21. Bei der oben erwähnten Lenkbewegung wird der Druckraum 9 des steuerbaren Servomotors 6 mit dem Rücklauf zum Druckmittelbehälter verbunden. Da diese Verbindung jedoch nicht unmittelbar, sondern in belrannter Weise über eine steuerbare Drosselstelle in dem Steuerventil 5 hergestellt wird, ergibt sich die Notwendigkeit der Regelung des Rücklaufdruckes in dem Druckraum 15 des zuschaltbaren Servomotors 16. Die Regelung des Rücklaufes wird bei dieser Lenkbewegung durch das Servoschaltventil 21 erreicht.
Es ist also möglich, die Drücke in den Druckräumen 14 und 15 des zuschaltbaren Servomotors 16 unabhängig voneinander zu regeln.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei sind die beiden Servoschaltventile 220 und 221 in einem gemeinsamen Gehause 30 angeordnet. Für beide Servoschaltventile 220 und 221 ist ein gemeinsamer Zulaufkanal 31 mit einem Zulaufanschluß 32 für eine nicht dargestellte Kraftquelle und ein -gemeinsamer Rücklaufkanal 33 mit einem Rücklaufanschluß 34 für einen nicht dargestellten Druckmittelbehälter vorgesehen.
Die Steuerflächen 226 und 227, die durch die in Fig. 2 obenliegenden Stirnflächen der Ventilkqlben 35 bzw. 36 gebildet werden, sind mit dem Steuerteil 201 des Lenkgetriebes verbunden. Die beiden entgegengesetzten Steuerflächen 228 und 229 sind mit dem zuschaltbaren Servomotor 216, hier als ein vom steuerbaren Servomotor 206 getrennter Hydraulikzylinder dargestellt, verbunden.
Da beide Ventilkolben 35 und 36 einander im Aufbau und in der Funktion gleich sind, wird im folgenden nur der eine Ventilkolben 35, der in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist, betrachtet.
Durch die konstruktive Ausführung des Ventilkolbens 35 mit einer einseitigen Axialbohrung 37, die über die Druckmittelleitung 218 mit dem einen Druckraum 214 des zuschaltbaren Servomotors 216 und über Radialbohrungen 38 mit einer zentralen, im Gehäuse 30 angeordneten Steuernut 39 verbunden ist, entfällt eine gesonderte Steuerleitung für die Steuerfläche 228. Die weitere Wirkungsweise des Servoschaltventils 220 geht aus der Beschreibung zur Fig. 1 hervor.
Um sicherzustellen, daß die Lenkeinrichtung auch bei einem Ausfall der am Zulaufanschluß 32 angeschlossenen Kraftquelle betriebsfähig bleibt, ist in dem Ventilkolben 35 ein Rückschlagventil 40 angeordnet. Durch dieses Rückschlagventil 40 kann eine Verbindung hergestellt werden zwischen dem Steuerteil 201 und dem Zulaufkanal 31, so daß der Servoteil 202 mit dem zuschaltbaren Servomotor 216 über die Steuernut 39, die Radialbohrungen 38 und die Axialbohrung 37 durch die Steuerpumpe 204 mit Druckmittel versorgt werden kann. Ein im Zulaufanschluß 32 angeordnetes Rückschlagventil 41 verhindert ein Entweichen des von der Steuerpumpe 204 geförderten Druckmittels in Richtung auf die am Zulaufanschluß 32 angeschlossene Kraftquelle.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung zwischen dem Zulaufkanal 31 und dem Servoteil 202 -in Neutralstellung des Ventilkolbens durch die Steuernut 39 getrennt. Es ist jedoch auch eine Steuernut möglich, durch die eine in Neutralstellung offene Verbindung besteht. Die Art der Ausbildung der Steuernut ist von der Art der Kraftquelle (z. B. Servopumpe mit veränderlichem Strom, Zentralhydrauliksystem etc.) abhängig und wird als nicht erfindungswesentlich nicht weiter beschrieben.
Durch besondere Ausbildung der Servoschaltventile 20 und 21 (Fig. 1) ist es möglich, für verschiedene Anwendungsfälle und Anforderungen Lenkgetriebe mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten. Eine Rolle spielt dabei vor allem die Größe der Steuerflächen der Servoschaltventile.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, bei dem die Steuerflächen 226 und 228 die gleiche Größe aufweisen, wird der Druck im zuschaltbaren Servomotor 216 auf die Höhe des Druckes im steuerbaren Servomotor 206 geregelt.
Werden dagegen die Steuerflächen 26 und 28 mit unterschiedlichem wirksamen Querschnitt ausgeführt, so läßt sich der Druck im zuschaltbaren Servomotor 16 nach einem dem Flächenverhältnis entsprechenden Verhältnis zu dem Druck im steuerbaren Servomotor 6 regeln.
In Fig. 3 ist die Steuerfläche 326 bzw. 327 des Servoschaltventils 320 bzw. 321 größer als die Steuerfläche 328 bzw. 329. Dadurch wird der Druck in dem Druckraum 314 des zuschaltbaren Servomotors 316 auf einem gegenüber dem Druck in dem Druckraum 308 des steuerbaren Servomotors 306 im Verhältnis der Steuerflächen 326 und 323 erhöhten Wert eingeregelt. Dadurch wird es möglich, durch einen für kleinere Drücke ausgelegten Steuerteil 1 des Lenkgetriebes einen für höhere Drücke ausgelegten Servoteil 2 zu regeln.
Wird durch Wahl des umgekehrten Flächenverhältnisses der Steuerflächen der Druck im Servoteil 2 in diesem Verhältnis der Steuerflächen niedriger geregelt als der Druck im Steuerteil 1, so wird dadurch beispielsweise die Verwendung eines bestimmten vorhandenen Steuer teils zusammen mit einem kleineren Servoteil zur Erzielung einer bestimmten Größe der Hilfskraftunterstützung ermöglicht.
Um den Druck entweder im Servoteil 1 oder im Servoteil 2 auf einen bestimmten Wert vorzuspannen, werden die beiden Servoschaltventile jeweils durch eine Druckfeder belastet. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird der Ventilkolben 435 durch die Druckfeder 42 derart belastet, daß der Druck im Steuerteil 401 vorgespannt wird. Dadurch wird das Servoschaltventil 420 erst ab einer bestimmten Ansprechschwelle betätigt, d. h., die Druckanregelung für den Druckraum 414 des zuschaltbaren Servomotors 416 setzt erst ein, nachdem sich in dem Druckraum 408 des steuerbaren Servomotors 406 ein Druck aufgebaut hat, der dem Druck auf die Steuerfläche 428 und der Kraft der Druckfeder 42 die Waage hält.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung liegt darin, daß sowohl eine Regelung des Zulaufdruckes des zuschaltbaren Servomotors als auch eine Regelung des Rücklaufdruckes des zuschaltbaren Servomotors in Abhängigkeit von den entsprechenden Drücken des steuerbaren Servomotors ermöglicht wird. Dadurch werden Schwingungen, die infolge größerer Massenträgheiten bei bisher bekannten Lenkeinrichtungen auftraten, verhindert.

Claims

Patentansprüche

1) Lenkeinrichtung mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem eine Steuereinrichtung und einen steuerbaren Servomotor enthaltenen Steuerteil und einem mindestens eine Kraftquelle und einen zuschaltbaren Servomotor enthaltenden Servoteil, dadurch gekennzeichnet, daß für die Druckregelung in den beiden Druckräumen (14 und 15, 214, 314, 414) des zuschaltbaren Servomotors (16, 216, 316, 416) zwei als Druckwaagen wirkendesServoschaltventile (20 und 21, 220 und 221, 420, vorhanden sind, die einen Zulaufanschluß (32) und einen Rücklaufanschluß (34) sowie je eine mit einem Druckraum (14 bzw. 15, 214, 314, 414) des zuschaltbaren Servomotors (16, 216, 316, 416) verbundene, zentrale Steuernut (39) aufweisen und bei denen je eine Steuerfläche (26 bzw. 27, 226 bzw. 227, 326) des Ventilkolbens (35 bzw. 36, 435) mit einer zu dem einen bzw. dem anderen Druckraum (8 bzw. 9) des steuerbaren Servomotors (6, 206, 306, 406) führenden Druckmittelleitung (12 bzw. 13) und die andere Steuerfläche (28 bzw. 29, 228 bzw. 229, 328, 428) des Ventilkolbens (35 bzw. 36, 435) mit einer zu dem einen bzw. anderen Druckraum (14 bzw. 15, 214, 314, 414) des zuschaltbaren Servomotors (16, 216, 316, 416) führenden Druckmittelleitung (18 bzw. 19) verbunden ist.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerflächen (26 und 28, 226 -und 228 bzw. 27 und 29, 227 und 229) jedes Servoschaltventils (20 bzw. 21, 220 bzw. 221) gleiche Größen aufweisen.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerflächen (326 und 328 bzw.

327 und 329) jedes Servoschaltventils (320 bzw. 321) unterschiedliche Größen aufweisen.

4. Lenkeinrichtung nach- einem der Ansprüch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkolben (435) der Servoschaltventile (420, 520) jeweils durch eine Druckfeder (42) in einer Richtung belastet sind.

5. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Servoschaltventilen (20 und 21, 220 und 221, 420) jeweils ein Rückschlagventil (40) angeordnet ist, durch das der Steuerteil (1, 201, 401) des Lenkgetriebes mit dem Zulaufanschluß (32) verbindbar ist.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (40) in dem Ventilkolben (35 bzw. 36, 435) des jeweiligen Servoschaltventils (20 bzw. 21, 220 bzw. 221, 420) angeordnet ist.

7. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zulaufanschluß (32) ein Rückschlagventil (41) angeordnet ist. Leerseite