DE2412337A1

DE2412337A1 - Steuersystem einer servolenkung

Info

Publication number: DE2412337A1
Application number: DE2412337A
Authority: DE
Inventors: Naohiko Inoue
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-03-15
Filing date: 1974-03-14
Publication date: 1974-10-03
Also published as: US3908779A; JPS49118126A; JPS5414368B2; GB1414606A

Description

Steuersystem einer Servolenkung

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem einer Servolenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer Quelle für ein unter Druck stehendes, fluides Medium.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Steuerventil für den Druck eines fluiden Mediums, wie es bei einem Steuersystem für die Servolenkung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Kraftfahrzeug mit einem Steuersystem für die Servolenkung auszurüsten, durch das 'sich Steuerhilfen ergeben, um die für die Lenkung des Kraftfahrzeugs erforderlichen Anstrergmgen des Fahrers zu verringern. Bei den herkömmlichen Steuersystemen für die Servolenkung haben sich jedoch dadurch Schwierigkeiten ergeben, daß aufgrund ihres Konstruktionsprinzips bei hohen Geschwindigkeiten oder bei Bergabfahrton häufig Übersteu-

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erung auftoitt. Zur Überwindung dieser Probleme sind, zahlreiche und unterschiedliche Versuche unternommen worden. Keine dieser versuchsweise vorgeschlagenen Lösungen hat jedoch in der Praxis wegen des komplizierten Aufhaus und der hohen Kosten zu befriedigenden Ergebnissen geführt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem für eine Servolenkung der angegebenen Gattung zu schaffen, das die Nachteile der bisher vorgeschlagenen Steu- -ersystenie nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelost durch ein Lenkgetriebe, in dem eine Kammer ausgebildet ist, durch wenigstens ein in der Kammer angeordnetes, durch das fluide Medium betriebenes B_etätigungsglied für die Lenkhilfe, durch ein Ventil, das selektiv die Kammer mit der Quelle für unter Druck stehendes, fluides Medium verbindet, durch ein Steuerventil für den Druck des fluiden Mediums, das mit der Quelle für das unter Druck stehende,fluide Medium in Verbindung steht und den Druck des der Kammer zugeführten fluiden Mediums reguliert, und durch ein elektrisches Betätigungsglied, das auf die Ealirzeuggeschwindigke.it oder den Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug gefahren wird, oder auf diese beiden Parameter anspricht und den Betrieb des Steuerventils für den Druck des fluiden Mediums in Abhängigkeit davon steuert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß das Steuerventil für den Druck des hydraulischen, fluiden Mediums die leichte Handhabung und die große Zuverlässigkeit der Servolenkung unter allen auftretenden Fahrbedingungen auf einfache V/eise sicherstellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungßbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

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Es zeigen:

Pig. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Steuersystems für eine Servolenkung, bei dem ein Steuerventil für den Druck des fluiden Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;

Fig. 2 (A) eine Vorderansicht eines Elementes des Systems nach Fig. 1;

Fig. 2(B) einen Querschnitt längs Linie a - a¹ von Fig. 2 (A);

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Niveau eines Steuersignals, das durch eine elektrische Rechneranordnung erzeugt wird, die einen Teil des in Fig. 1 gezeigten Steuersystems für die Servolenkung bildet; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Steuerreaktion und der Anstrengung beim . Lenken, wie sie bei dem in Fig. 1 gezeigten Steu-.ersystem für die Servolenkung erreicht wird.

In Fig. 1 ist schematisch eine bevorzugte Ausführung^ orm eines erfindungsgemäßen Steuersystems einer Servolenkung für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Steuersystem für die Servolenkung weist ein Lenkgetriebe 10 mit einem Gehäuse 12 auf. In dem Gehäuse 12 ist eine Kammer 14 ausgebildet, in der ein Arbeitskolben 16 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Arbeitskolben 16 teilt die Kammer 14 in eine erste und zweite Arbeitskammer 18 bzw. 20. Die erste Arbeitskammer 18 steht mit einem Drehventil 11 über einen Durchgang 22 in Verbindung, während die zweite Arbeitskammer 20 mit dem Drehventil 11

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über einen Durchgang 24 in Verbindung steht. Die Durchgänge 22 und 24- können mittels des Drehventils 11 selektiv über ein fluides Medium in Verbindung mit einem Einlaß 26 bzw. einem Auslaß 28 gebracht werden. Der Einlaß 26 ist an eine Quelle für ein unter Druck stehendes, hydraulisches fluides Medium wie z. B. eine motorgetriebene Pumpe 30 angeschlossen, während der Auslaß 28 mit einem Vorratsbehälter 32 verbunden ist, der ein nicht unter Druck stehendes, fluides Medium enthält.

Wie sich der Darstellung entnehmen läßt, besteht der Arbeitskolben 16 aus einer mit einer Zahnstange 16a ausgebildeten Kugelmutter, wobei ein Sektorzahnrad 34 mit der Zahnstange 16a ineinandergreift und in Eingriff kommt. Eine Schnecke 36 treibt den Kolben 16 über Kugeln (keine Bezugszeichen) an. Die Schneckenwelle 36 ist mechanisch mit einem Drehstab 33 verbunden, der wiederum mechanisch durch eine Lenksäule 40 mit einem Lenkrad 42 des Fahrzeugs verbunden ist. Der Drehstab 38 betätigt das Ventil 11 auf herkömmliche Weise, wobei der Arbeitskolben 16 als durch das fluide Medium betriebenes Betätigungs- oder Stellglied für die L_enkhilfe wirkt.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird die Pumpe 30 durch einen Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben und liefert ein hydraulisches, fluides Medium unter Druck mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit zu dem Lenkgetriebe 10. Wird das Lenkrad 42 gedreht, so wird das Ventil 11 betätigt, um hydraulisches, fluides Medium unter einem Druck P , der von dem Drehwinkel des Drehstabs 38 abhängt, einer der ersten oder zweiten Arbeitskammern 18 und 20 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Lenkrades 42 zuzuführen. Das hydraulisch wirkende, fluide Medium, das unter dem Druck P der ersten oder zweiten Arbeitskammer 18 oder 20 zugeführt wird, wirkt auf den Arbeitskolben 16, um den Widerstand der Kraftfahrzeugräder gegen den Lenkvorgang zu überwinden.

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Die vorliegende Erfindung steuert den Druck des hydraulischen, fluiden, dem Lenkgetriebe 10 zugeführten Mediums in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs, so daß bei allen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs die geeignete Servo-Lenkhilfe sichergestellt ist. Dazu sieht die vorliegende Erfindung ein Drucksteuerungsventil für das hydraulische, fluide Mediuni bei dem Steuerungssystem für die Servolenkung vor.

Das Steuerventil 50 für den Druck des hydraulischen, fluiden Mediums enthält einen Ventilkörper 52 mit,einem Einlaß 54, der mit der Pumpe 30 über eine Abzweigung oder einen Anschluß 31 in Verbindung steht. Der Einlaß 54 steht wiederum durch eine Öffnung 62 mit einer Kammer oder Bohrung 64 für das fluide Medium in Verbindung, die in dem Ventilkörper 52 ausgebildet ist. Die Bohrung 64 ist symmetrisch in Bezug auf ihre longitudinale Achse und stufenförmig ausgebildet, so daß sich axial benachbarte Bohrungsabschritte mit unterschiedlichen Querschnittsflächen ergeben, wobei zwischen den Bohrungsabschnitten jeweils Schultern ausgebildet sind. Diese Bohrungsabschnitte und Schultern enthalten die Bohrungsabschnitte 64a, 64c, 64e, 64g und 64i, sowie die ringförmigen, radialen Schultern 64b, 64d, 64f und 64h. Die Bohrung 64 stellt eine Verbindung für das fluide Medium zwischen der Öffnung 62 und einem Abfluß 66 her, der in dem Ventilkörper 52 ausgebildet und mit dem Vorratsbehälter 32 für das fluide Medium verbunden ist. Das Ausmaß der Fluid-Verbindung zwischen der Öffnung 62 und dem Abfluß 66 v/ird durch ein bewegliches Steuerglied für die Strömung in der Form eines Steuerschiebers 70 moduliert und geregelt.

Der Steuerschieber 70 ist axial verschiebbar in der Bohrung. 64 angeordnet. Wie sich ara besten in den Figuren 2(A) und (B) erkennen läßt, ist der Steuerschieber 70 mit ersten und zweiten Hohlräumen 70a. und 70b ausgebildet, zwischen denen sich

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eine axial verlaufende Bohrung 70c als Dämpfungsglied für den Steuerschieber -70 erstreckt. Weiterhin läßt sich erkennen, daß der Steuerschieber 70 wenigstens einen, sich axial erstreckenden Schlitz 7Od hat. Bei einer Axialbewegung des Steuerschiebers 70 hängt die Strömung des fluiden Mediums durch das Ventil 50 von den effektiven Querschnittsflächen der Q?_eile des Schlitzes 7Od ab, die sich (gemäß der Darstellung) links von der ringförmigen, radialen Schulter 64-f -erstrecken; damit hängt also die Strömungsgeschwindigkeit des hydraulischen, fluiden Mediums, das unter Druck durch den .Abfluß 66 nach außen abgelassen wird, von der axialen Lage des Steuerschiebers 70 in Bezug auf die ringförmige, radiale Schulter 64f ab.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird der Steuerschieber 70 in einer ausgeglichenen oder Ruhelage durch ein Paar von Druckfedern 72 und74- gehalten, die in dem ersten bzw. zweiten Hohlraum 70a und 70b angeordnet sind. Die Ruhelage des Steuerschiebers 70 wird durch eine Einstellschraube 76 festgelegt, die in dem Bohrungsabschnitt 64i aufgenommen ist. Die Einstellschraube 76 wird in Bezug auf den Ventilkörper 52 durch eine Gegen- oder Sicherungsmutter 78 arretiert.

Bei 81 ist ein elektrisches Betätigungsglied angedeutet, das ein Solenoid 80 mit einem mechanischen Betätigungsteil oder Kolben 80a aufweist, der mit einem Ende des Steuerschiebers 70 und einer Magnetspule 80b zusammenwirkt. Die Magnetspule 80b ist elektrisch mit einer elektrischen Rechneranordnung 82 verbunden, die wiederum elektrisch mit einem Fühler 84-für die Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Fühler 86 für den Gradienten oder die Neigung der Straße verbunden ist. Der Fühler 84 für die Fahrzeuggeschwindigkeit stellt die Fahrzeuggeschwindigkeit fest und erzeugt in Abhängigkeit davon ein erstes elektrisches Signal, während der Fühler 86 für die Straßenneigung das Gefälle der Straßenoberfläche feststellt, auf der sich das Kraftfahrzeug befindet, und in Ab-

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hängigkeit davon ein zweites elektrisches Signal erzeugt. Diese elektrischen Signale werden auf die Anordnung 82 gegeben, die die Signale modifiziert und verstärkt'und ein entsprechendes Steuersignal erzeugt, das auf die Magnetspule 80b gegeben wird. Es sollte festgehalten v/erden, daß das.' Solenoid 80 so angeordnet ist, daß es. den Steuerschieber 70 entsprechend dem Tegel des Steuersignals von der Anordnung 82 bewegt, um die effektive Querschnittsfläche der Schlitze 7Od zu variieren, so daß der dem Lenkgetriebe 10 zugeführte Druck in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Straßengefälle moduliert und geregelt wird.

In Fig. 3 ist ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Niveau des Steuersignals dargestellt. Befindet sich das Kraftfahrzeug auf einer ebenen oder horizontalen Straße, so ändert sich das Steuersignalniveau so, wie es durch., die durchgezogene Linie A dargestellt" ist, während sich das Steuersignalniveau ändert, wie es durch die durchgezogene Linie B in Fig. 3 dargestellt ist, wenn sich das Kraftfahrzeug bergab oder auf einem negativen Gradienten bewegt. Es läßt sich erkennen, daß das Niveau des Steuersignals mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt; weiterhin nimmt das Steuersignal in dem Fall ab, daß sich das Fahrzeug bergab bewegt.

Fig. 4 stellt die Beziehung zwischen der Anstrengung beim Lenken und der Lenkreaktion dar. Dabei repräsentiert in Fig. 4" die durchgezogene Linie, 0 die Beziehung, die durch ein herkömmliches Handlenksystem erreicht wird. Die Kurven D und E stellen die Beziehung dar, die durch ein System nach der Erfindung bei hohen bzw. niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten auf einer ebenen Straße erreicht wird; die Kurven D¹ und E¹ beziehen sich auf das Fahren mit hoher bzw. niedriger Geschwindigkeit, wenn sich das Fahrzeug bergab bewegt. Eine gestrichtelte Linie F gibt die Beziehung an, die durch ein herkömmliches, hydraulisches Steuersystem für die Servolen-

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ktmg erreicht wird.

Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit Null, so wird ein Steuersignal mit einem maximalen Niveau auf die Spule 80 b des Solenoids 80 gegeben, so daß der Kolben 80a die Stellung einnimmt, in der er maximal nach vorne ragt. In diesen Zustand wird der Steuerschieber 70 in eine Stellung bewegt, in der die Schlitze 7Od vollständig bedeckt sind. Dadurch wird verhindert, daß hydraulisches, fluides Medium, das &ich unter Druck in der öffnung 62 befindet, zu dem Abfluß 66 strömt. Damit ist der Druck des hydraulischen, fluiden Mediums, das dem Lenkgetriebe 10 zugeführt wird, praktisch gleich dem des fluiden Mediums in der Quelle 30.

Erhöht sich die Fahrzeuggeschwindigkeit, so sinkt das Niveau des Steuersignals, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wobei sich der Kolben 80a des Solenoids 80 (gemäß der Darstellung in Fig. 1) nach links bewegt; dadurch wird die effektive Querschnittsfläche der Schlitze 7Od freigegeben und erhöht. In dieser Situation strömt hydraulisches, fluides Medium von der Öffnung 62 durch die Schlitze 7Od und den Abfluß 66, von dem das hydraulisch wirkende, fluide Medium zu dem Vorratsbehälter 32 abgegeben wird. Dadurch wird das hydraulische, fluide Medium, das dem Lenkgetriebe 10 zugeführt wird, unter den Pegel des fluiden Mediums in der Quelle 30 abgesenkt, und die für die Servohilfe aufgebrachte Kraft wird reduziert, so daß eine größere Anstrengung des Fahrers für die Lenkung erforderlich ist und eine Übersteuerung vermieden wird.

Bei einer weiteren Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert sich die Lenkreaktion auf die V/eise, wie sie durch die Kurve D in Fig. 4 gezeigt ist. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, veranlaßt die Anordnung 82, dass der Druck des fluid Jii Mediums in der Kammer 14 unter den in der Quelle 30 sinkt, wenn das Niveau wenigstens eines der ersten und aweiten

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elektrischen Signale unter einem ersten bzw. zweiten, vorherbestimmten Wert liegt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

I.) Steuersystem einer Servolenkung für ein Kraftfahrzeug ixt einer Quelle für ein unter Druck stehendes, fluides Medium, gekennzeichnet durch ein Lenkgetriebe (10), in dem eine Kammer (14) ausgebildet ist, "durch wenigstens ein in der Kammer (14) angeordnetes, durch das fluide Medium betriebenes Betätigungsglied für die Lenkhilfe, durch ein Ventil (11), das selektiv die Kammer (14) mit der Quelle (30) für unter Druck stehendes, fluides Medium verbindet, durch ein Steuerventil (50) für den Druck des fluiden Mediums, das mit der Quelle (30) für das unter Druck stehende, fluide Medium in Verbindung steht und den Druck des der Kammer (14) zugeführten fluiden Mediums reguliert, und durch ein elektrisches Betätigungsglied (SO, 82, 34, 86), das auf die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug gefahren wird, oder auf diese beiden Parameter anspricht und den B_etrieb des Steuerventils (5o) für den Druck des fluiden Mediums in Abhängigkeit davon steuert.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (32) für das fluide H_edium, wobei das Steuerventil (50) für den Druck des fluiden Mediums zwischen der Kammer (14) und dem Vorratsbehälter (32) für das fluide.Medium angeordnet ist.
3. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2 ,dadurch gekennz eichnet, daß das Steuerventil (50) für den Druck des fluiden M_ediums ein bewegliches Glied zur Steuerung der Strömung enthält, und daß das elektrische Betätigungsglied (80, 82, 84, 86) einen mechanischen Betätigungsteil enthält, der mit dem beweglichen Glied für die Steuerung der Strömung verbunden ist.

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4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Betätigungsglied (80, 82, 84, 86) einen Fühler (84) für die Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Fühler (86) für die Straßenneigung aufweist, die jeweils die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Straßenneigung feststellen und diesen analoge erste-bzw. zweite elektrische Signale erzeugen und daß das elektrische Betätigungsglied weiterhin eine elektrische Rechneranordnung (82) aufweist, die auf die ersten und zweiten elektrischen Signale anspricht und in Abhängigkeit davon das mechanische Betätigungsteil steuert.
5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Rechneranordnung (82) das mechanische Betätigungsteil steuert, um den Druck des fluiden Mediums in der Kammer (14) auf einen Pegel zu reduzieren, der unter dem des fluiden Mediums in der Quelle (30) ist, wenn das Niveau wenigstens eines der ersten und zweiten elektrischen Signale unterhalb eines ersten bzw. zweiten, vorherbestimmten Wertes liegt.
6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (50) für den Druck des fluiden Mediums weiterhin ein Dämpfungselement (7Oc) für das bewegliche Glied zur Steuerung der Strömung enthält.

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