DE2447722A1

DE2447722A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE2447722A1
Application number: DE19742447722
Authority: DE
Inventors: Gilbert Kervagoret
Original assignee: DBA SA
Current assignee: Bendix France SA
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-10-07
Publication date: 1975-04-10
Also published as: US3948050A; ES430832A1; SE401487B; GB1443676A; SE7412630L; DE2447722C2; JPS5063630A; IT1022678B; JPS561278B2; FR2247085A5

Description

Servolenkung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug. Als die ersten Servolenkungen für Kraftfahrzeuge aufkamen, erkannten die Konstruxteure die Notwendigkeit einer Reaktionseinrichtung für das Steuerglied, also für das Lenkrad, um vom Fahrer nicht beabsichtigte Bewegungen zu verhindern.

Eine nach diesem Gesichtspunkt ausgerichtete bekannte Servolenkung weist einen doppelt—wirkenden Servozylinder mit zwei durch einen Servokolben getrennten Druckkammern auf, wobei der Servozylinder sowohl mit dem Fahrzeuggestell als auch mit einem Gestänge für die Anlenkung der Räder verbunden ist, sowie ein an einer Druckquelle, einem unter niedrigem Druck stehenden Vorratsbehälter und an den Servozylinder angeschlossenes Steuerventil, das in mindestens einer der beiden Druckkammern den Druck in Abhängigkeit von der durch den Fahrer in irgendeiner der beiden Richtungen aus

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einer mittleren Ruhestellung des Steuerglieds ausgeführten Lenkbewegung steuert und eine Reaktionseinrichtung mit einer elastischen Einrichtung zur Erzeugung einer das Steuerglied in seine Ruhestellung drückenden Gegenkraft.

Lenkungen dieser Art arbeiten jedoch nicht zufriedenstellend, da die Lenkkraft im wesentlichen sowohl von der Haftung zwischen Reifen und Boden als auch von der Fahrzeuggescnwindigkeit abhängt. Insbesondere wird die Lenkkraft stark vermindert, sowie sich das Fahrzeug plötzlich bewegt. Aus der FR-PS 1 598 825 ist es bereits bekannt, daß sich die Kalibrierung der elastischen Einrichtung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. In diesem Fall wird die Kalibrierung der elastischen Einrichtung durch die Bewegung eines Teils geändert, das auf den durch eine Pumpe erzeugten Steuerdruck anspricht, wobei die Pumpe ihrerseits über eine Welle durch den tfotor angetrieben wird .

Diese Anordnung weist zwei Nachteile auf . Erstens ist sie von der Haftung zwischen den Reifen und dem Boden bzw. der Straße unabhängig,und zweitens ist bei ihr die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit, oder besser gesagt der Drehzahl der Antriebswelle, und der Kalibrierung der elastischen Einrichtung der Reaktionseinrichtung für die Servolenkung völlig willkürlich. Diese Beziehung wird im voraus festgelegt und paßt sich nicht genau und kontinuierlich den sich in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändernden Lenkkräften an, ist also unabhängig von der Haftung zwischen Reifen und Boden. Daher wird aufgrund der

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erheblichen Reibungszunähme beim Einschlagen der Räder das Einparken erschwert. Ferner können die bekannten Reaktionseinrichtungen für Servolenkungen niemals auf eine plötzliche Änderung in der Haftung zwischen den Reifen und dem Boden ansprechen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,, eine Servolenkung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Reaktionseinrichtung der Servolenkung abhängig von den erforderlichen Lenkkräften arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reaktionseinrichtung einen in einer geschlossenen Steuerkammer beweglichen Reaktionskolben aufweist, sowie eine Einrichtung zur Erzeugung eines in der Steuerkammer herrschenden Steuerdrucks, der eine Funktion der auf den Servokolben im Ungleichgewichtszustand wirkenden und durch die Drücke in den zwei Druckkammern hervorgerufenen Druckkraft ist, wobei der auf den Steuerdruck ansprechende Reaktionskolben auf die elastische Einrichtung derart einwirkt, daß die Gegenkraft mit zunehmender Druckkraft auf dem Servokolben abnimmt.

Aufgrund der Tatsache, daß diese im Ungleichgewichtszustand auf den Servokolben wirkende Druckkraft proportional zur erforderlichen Lenkkraft für den Radeinschlag ist, paßt sich die Gegenkraft sehr genau der erforderlichen Lenkkraft an, wie immer auch die Geschwindigkeit und die Haftung der Reifen sein mag. Falls aus irgendeinem Grund die erforderliche Lenkkraft sehr groß ist,

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z.B. beim Einparken, wird die Gegenkraft stark vermindert. Umgekehrt wird bei einer plötzlichen Verringerung der Haftung die Lenkung erschwert. Daher ist das dem Fahrer durch die Reaktionseinrichtung vermittelte Gefühl abhängig von den Fahrbedingungen.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen und anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Servolenkung mit einem Vierwegsteuerventil und einem symmetrischen Servozylinder;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Reaktionseinrichtung für die Servolenkung in Figur 1;

Fig . 3 schematisch einen Teilausschnitt aus einer Servolenkung mit einem Vierweg-Steuerventil und einem .'.asymmetrischen Servozylinder;

Fig. 4 schematisch einen Ausschnitt aus einer Reaktionseinrichtung für die in Figur 3 gezeigte Servolenkung;

Fig. 5 schematisch einen Ausschnitt aus einer Servolenkung mit einem Dreiweg-Steuerventil und einem asymmetrischen Servozylinder;

Fig. 6 schematisch einen Ausschnitt aus einer Reaktionseinrichtung für die Servolenkung in Figur 5;

Fig. 7 den in der geschlossenen Steuerkammer der Reaktionseinrichtung in Figur 6 herrschenden Steuerdruck in Abhängigkeit vom Drehwinkel R der Steuersäule .

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Die in Figur 1 dargestellte Servolenkung weist eine Steuersäule Io auf, die eine ein Lenkgetriebe (Zahnstangenantrieb) und ein Steuerventil enthaltende Einrichtung antreibt. Die Zahnstange 14 ist sowohl mit einem Gestänge 16 für den Einschlag der Fahrzeugräder 18 als auch mit dem Servokolben 2o eines doppelt-wirkenden Servozylinders 22 verbunden. Der Servozylinder 2 2 ist symmetrisch aufgebaut, d.h., daß die entgegengesetzten Enden des Kolbens 2o im wesentlicnen denselben wirksamen Querschnitt aufweisen.

Das Gehäuse des Servozylinders ist an der Fahrzeugchassis'26 befestigt und weist zwei gegenüberliegende Druckkammern 28,3o auf. Die Einrichtung 12 enthält ein· Steuerventil 33 bekannter Bauart, vorzugsweise ein Vierweg-Drehschieberventil, das in der Mittelstellung geschlossen ist (closed central four-way rotary type) . Ein durch eine Pumpe 3 2 aufgeladener Sammler 31 liefert Druck-, mittel an die Einlaßöffnung 34 des Steuerventils 33.

Das Steuerventil 3 3 weist ferner zwei Arbeitsöffnungen 4o, 4 2 auf, die jeweils mit den Druckkammern 28, 3o verbunden sind,-sowie eine Auslaßöffnung 36, die mit einem Vorratsbehälter 38 verbunden ist (in Figur 2 schematisch in zwei Teilen dargestellt). Wenn das Steuerventil 33 seine Ruhestellung einnimmt, die der Mittelstellung bzw. der Geradeausstellung des Lenkrades entspricht, liegen in den beiden entgegengesetzt wirjcenden Druckkammern 28 und 3ο die gleichen Drücke vor. Wenn jedoch die Steuersäule bz^T7. das Lenkrad aus seiner Geradeausstellung herausgedreht wird, dann kann das Steuerventil für einen Druckunterschied zwischen den

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zwei Druckkammern mit Hilfe des vom Sammler stammenden Druckmittels sorgen, so daß sich eine von 0 verschiedene Gesamtkraft auf den Servokolben 2o zur Unterstützung der Zahnstangenbewegung ergibt. Servolenkmechanismen, wie die Einrichtung 12, sind allgemein bekannt und brauchen im einzelnen nicht beschrieben zu werden.

Erfindungsgemäß sind der Sammler 31 und die beiden Druckkammern 28, 3o außerdem mit einer Reaktionseinrichtung 44 verbunden, die im einzelnen im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wird . Die Reaktionseinrichtung 44 weist ein Gehäuse 46 mit drei Bohrungen 48,5o und 52 auf. Diese Bohrungen stehen über Öffnungen 54, 56, 58 mit dem Sammler 31 und mit den Druckkammern 28,3o des doppelt wirkenden Servozylinders in Verbindung. Ein Reaktionskolben 6o und zwei Schwimmkolben 62, 64 sind in den zugehörigen Bohrungen 48,5o und 52 angeordnet. Die Enden dieser drei Bohrungen stehen über einen Kanal 66 in Verbindung, so daß sie zusammen mit den Schwimmkolben und dem ReaKtionskolben eine geschlossene Steuerkammer bilden, die mit einem inkompressiblen Strömungsmittel gefüllt wird. Zu diesem Zweck ist eine Ablaßschraube 7o und ein durch eine Füllschraube 74 verschließbarer Füllkanal 7 2 vorgesehen. Ein zum Reaktionskolben 6o koaxialer Stößel 76 ragt in die Bohrung 48 ninein, wobei der wirksame Querschnitt des Stößel viel kleiner als der des Reaktidiiskolbens 6o ist. Am freien Ende des Stößels 76 befindet sich eine Walze oder eine Kugel 77, die mit dem Umfang eines Steuerkörpers 8o zusammenwirkt. Der Steuerkörper weist einen innenverzahnten Ring 82 auf, der mit einem Zwischenzahnrad 84 in Eingriff steht, das seinerseits mit einer

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am Gehäuse drehbar gelagerten und durch die Steuersäule Io angetriebenen Welle 8 6 in Eingriff steht. In Figur 2 sind die verschiedenen Bauteile der Reaktionseinrichtung in ihrer Ruhestellung gezeigt, die einer stabilen Mittelstellung der Steuersäule entspricht. Um die Mittelstellung bzw. die Ruhestellung der Steuersäule zu stabilisieren, ist am Umfang des Steuerkörpers 8o eine Vertiefung 88 vorgesehen. In dieser Stellung fluchten die drei Mittelpunkte 0., O₀ und 0~ des Steuerkörpers 8o, der Welle 86 und des Zahnrads 84 entlang der Achse XX¹ der Bohrung 48, die gleichzeitig die Symmetrieachse des Steuerkörpers 8o ist.

In diesem Ausführungsbeispiel liegt die elastische Einrichtung für die Reaktionseinrichtung in Form des Reaktionskolbens 6o vor, der dem Druck im Sammler 31 ausgesetzt ist. Für diesen Zweck wird die geschlossene Steuerkammer 68, wie folgt_Jgefüllt. Nachdem die Schrauben 74 und 7o gelöst worden sind, wird inkompressibles Druckmittel über den Füllkanal 7 2 eingeführt, so daß die zwei Schwimmkolben 62, 64 in die gezeigten Stellungen gedrückt werden, in denen sie an in das Gehäuse 46 eingesetzten Abschlußschrauben 9o, 9 2 anschlagen. Die Füllschraube 74 wird dann eingeschraubt.Aufgrund des hohen Drucks in der Bohrung 48 wird dann der Reaktionskolben 6o gegen den Stößel 76 gedrückt, wie in der Figur gezeigt ist, worauf die Ablaßschraube 7o wieder eingeschraubt wird» Daher kann mit Hilfe der Schwimmkolbenanordnung in der geschlossenen Steuerkammer ein Steuerdruck aufgebaut werden, der sich in Abhängigkeit der Druckwerte an den Öffnungen 5 6 und 5 8 ändert, wie in der Beschreibung der Betriebsweise der Servolenkung noch näher erläutert wird.

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£s können auch zusätzlich Rückstellfedern vorgesehen werden, um den Reaktionskolben in Figur 2 nach unten zu drücken. In diesem Fall ersetzen diese Federn vollständig die durch den Sammler gebildete elastische Kammer. Jedoch hat die Ausführungsform mit dem Sammler den Vorteil, daß die Reaktionseinrichtung kompakter ausfällt. Ferner sind manchmal schwache auf die Schwimmkolben 62,64 einwirkende Rückstellfedern vorteilhaft.

Die oben beschriebene Reaktionseinrichtung arbeitet,wie folgt: Zunächst sei angenommen, daß die zwei Schwimmkolben 6 2,64 nicht den Drücken in den Druckkammern 28,3o unterworfen sind, d.h., daß kein Druck in der Steuerkammer 6 8 herrscht, und daß der Fahrer des Fahrzeugs das Lenkrad derart dreht, daß sich das Zahnrad 84, wie durch einen Pfeil V gezeigt, dreht. Der Mittelpunkt O₁ des Steuerkörpers 8o schwenkt dann um 0„ in eine Stellung 0' . Zur selben Zeit bewegt sich der Mittelpunkt der Kugel 7 7 von einem Punkt G zu einem Punkt G¹. Aufgrund der Elastizität der durch die Bohrung 48 und den Sammler 31 dargestellten Druckkammer bewegt sich der Kolben 6o in Figur 2 nach oben. Um diese Bewegungsabläufe zu zeigen, sind die neuen Stellungen des Steuerkörpers 8o und der Kugel 7 7 gestrichelt eingetragen. Der Berührungspunkt zwischen der Kugel und dem Steuerkörper 8o liegt jetzt auf einer geraden Linie G¹ 0' , die mit der Achse XX¹ einen Winkel A bildet. Wenn man annimmt, daß eine Gegenkraft F durch den Stößel 76 übertragen wird, dann ist ihre Komponente entlang der geraden Linie G¹ 0* gleich F cos A. Ist die kürzeste Entfernung zwischen dem Punkt 0„ und der geraden Linie G¹ O¹. gleich d, so ist das Reaktions-

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drehmoment auf die Welle 8 6 gleich C=Fx cos A χ d χ K, wobei K der mechaniscne ÜbertragungsfaKtor zwischen dem direkt auf den Steuerkörper 80 wirkenden Drenmoment ist. Das letztere Drehmoment nimmt in der Tat der Fahrer des Fahrzeugs wahr. Falls S der wirksame Querschnitt des Reaktionskolbens 6o ist, dann ist die Kraft F gleich dem Produkt aus diesem wirksamen Querschnitt und dem Druck P in der Kammer des Sammlers 31. Das Reaktionsdrehmoment C wirkt in der durch einen Pfeil C gezeigten Richtung, also entgegengesetzt zum Pfeil V. Da die Auslenkung des Steuerkörpers 8o und sein Profil derart gewählt sind, daß das Produkt d χ cos A eine steigende Funktion des Winkels A bleibt, nimmt das Reaktionsdrehmoment zu, je weiter das Lenkrad aus seiner Mittelstellung herausgedreht wird.

Nun sei vorausgesetzt, daß gemäß der Erfindung die zwei Schwimmkolben 62, 64 den in den Kammern 2 8,3o des doppelt wirkenden Arbeitszylinders herrschenden Drücken ausgesetzt sind. Sowie der Stößel 76 durch eine Drehbewegung des Steuerkörpers und damit der Reaktionskolben 6o in Figur 2 nach oben gedrückt werden, kann sich aufgrund der Aufwärtsbewegung des Reaktionskolbens einer der Schwimmkolben 62, 64 aus seiner Anschlagsstellung herausbewegen. Es sei nun beispielsweise angenommen, daß der Schwimmkolben 62 dem größeren der in den Kammer 28, 3o herrschenden Drücke ausgesetzt ist. Der in der geschlossenen Steuerkammer herrschende Steuerdruck P ist daher im wesentlichen gleich dem in c^er Betätigungskammer des Servozylinders herrschenden Druck. Dieser Druck wird als Arbeitsdruck P. bezeichnet. Ist s der wirksame

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Querschnitt des Stößels 76, dann ist die Gegenkraft F=PxS-P χ (S - s). Da P = P aufgrund des Gleichgewichts des Kolbens 62 in der Bohrung 5o, ist es klar, daß die durch den Schwimmkolben 62 übertragene Gegenkraft F eine inverse lineare Funktion des Arbeitsdrucks P, ist, wenn der Druck P im Sammler im wesentlichen konstant bleibt.

Es sei ausdrücklich festgestellt, daß bei einigen bekannten hydraulischen Servolenkungen für Kraftfahrzeuge sich der Wert des Arbeitsdrucks P, auf einen Wert stabilisiert, der im wesentlichen proportional der durch die Zannstange IH zu übertragenden Lenkkraft ist. Wie es allgemein bekannt ist, ist beim Parken die Lenkkraft besonders groß, so daß ein Arbeitsdruck benötigt wird, der viel größer als der bei hohen Geschwindigkeiten benötigte Arbeitsdruck ist. Die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern des Servozylinders ist im wesentlichen proportional zur an der Zahnstange Denötigten Lenkkraft. Wenn das Steuerventil derart aufgebaut, daß es in der Mittelstellung geschlossen ist (closed-centre type), dann ist die Druckdifferenz im wesentlichen gleich dem Arbeitsdruck, wenn man von der Annahme ausgeht, daß die nichtunterstützende Kammer mit dem unter niedrigem Druck stehenden Vorratsbehälter verbunden ist. Bei anderen bekannten Ventilen dieser Art kann jedoch in der Ruhestellung ein Restdruck P in den beiden Kammern aufrechterhalten werden. Bei diesen Ventilen ist der Arbeitsdruck gleich dem Restdruck plus der halben auf den Servokolben 2o wirkenden Druckdifferenz. In beiden Fällen ist da-

erzeugte Steuerdruck her der in der Steuerkammer 6 8 variabel, wobei die im üngleichge-

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wichtszustand auf den Servokolben wirkende Druckkraft und damit die Gegenkraft F eine lineare und inverse Funktion der an der Zahnstange benötigten Lenkkraft ist. Folglich ändert sich der Arbeitsdruck P. in der Betätigungskammer des Servozylinders entsprechend der Lenkkraft, und damit auch das Reaktionsdrehmoment am Lenkrad. Wie bereits eingangs erwähnt, ist dieses Merkmal sehr wichtig, weil sich dadurch das Reaktionsdrehmoment am Lenkrad allen Haft- und Geschwindigkeitsbedingungen anpaßt. Insbesondere ist beim Parken die Lenkkraft an der Zahnstange besonders groß, was einen Anstieg des Arbeitsdrucks P. und eine beträchtliche Verminderung des Reaktionsdrehmoments C zur Folge hat. Umgekehrt ergibt bei gleicher Reifenhaftung ein Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit eine wesentliche Verminderung der Lenkkraft an der Zahnstange, worauf der Arbeitsdruck fällt und dadurch das Lenken erschwert wird. Falls sich z.B. die Haftung eines Rades plötzlich verringern sollte, so würde sich folglich ein größerer Lenkwiderstand ergeben .

Es sei darauf hingewiesen, daß die Einstellung des Arbeitsdruck gleichgewichts einige Zeit dauert. Aus diesem Grund ist die Gegenkraft F während dieser Übergangszeit zur Einstellung des Arbeitsdrucks P. größer als nach Erreichen des endgültigen Arbeitsdruckwertes. Wenn das Lenkrad nun plötzlich gedreht wird, ist daher das auf das Lenkrad wirkende Reaktionsdrehmoment im Vergleich zu einer langsamen Drehung des Lenkrades momentan größer . Dieses Merkmal ist im Hinblick auf die Sicherheit von Vorteil.

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An der oben beschriebenen Einrichtung können innerhalb des Erfindungsgedankens mehrere Abänderungen vorgenommen werden:

Zunächst kann das in der Mittelstellung schließende Drehschieberventil durch ein in der Mittelstellung schließendes oder öffnendes Schiebeventil (sliding open or closed-centre valve) oder durch ein in der Mittelstellung öffnendes Drehschieberventil (rotary open-centre valve) bekannter Bauart ersetzt werden (z.B. durch das in Mittelstellung öffnende Vierweg-Drehschieberventil gemäß üer FR-PS 1 598 825). Im Falle eines in Mittelstellung öffnenden Steuerventils bleibt der Arbeitsdruck, wie er oben definiert ist, im wesentlichen gleich der Druckdifferenz im Servozylinder. Was die elastische Einrichtung angeht, so kann diese entweder durch die elastische Kammer eines für die Servobremsanlage verwendeten Sammlers oder durch Rückstellfedern gebildet werden. Da bei einer Servolenkung mit einem in Mittelstellung öffnenden Steuerventil

2 der maximale Druck in den Kammern 5o kg/cm im Vergleich zu den 15o kg/cm bei einer Servolenkung mit einem in Mittelstellung schließenden Steuerventil nicht überschreitet, ist der Platzbedarf der Rückstellfedern für den Reaktionskolben 6o gering.

Ferner kann ein doppelt wirkender Servozylinder asymmetrischer Bauart verwendet werden, wobei die Zahnstange dann durch einen abgestuften Differentialkolben angetrieben wird. Um ein in beiden Drehrichtungen des Lenkrads gleich großes Reaktionsdrehmoment auf die Steuersäule zu vermitteln, kann eine der folgenden Anpassungen fortgenommen werden:

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a) Verwendung eines modifizierten bzw. asymmetrischen Steuerkörperprofils und b) Verwendung der Schwimmkolben in asymmetrischer Weise; z.B. kann einer der beiden Schwimmkolben abgestuft sein, um eine Änderung im Druckverhältnis zu erzielen.

Figuren 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die zuletzt genannte Abänderung verwirklicht ist. Die Bauteile, die den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Bauteilen entsprechen, sind ois auf die Addition von loo mit den gleichen ßezugszahlen versehen. Der Servozylinder 122 weist eine Druckkammer 13o auf, die an der Stirnfläche des Servokolbens 12o mit dem größeren wirksamen Querschnitt S. angrenzt, sowie eine Druckkammer 128, die an der Stirnfläche des Koloens mit dem kleineren wirksamen Querschnitt S„ angrenzt. Der Servozylinder wird durch ein Vierweg-Ventil gesteuert, das in der Hittelstellung entweder öffnet oder schließt. Der Schwimmkolben 16 2 ist abgestuft, wobei sein äußerer Abschnitt 16 3 mit kleinerem wirksamem Querschnitt S₁^ durch eine im Gehäuse 146 durch einen Klemmring 171 gehaltene Manschette bis zur Öffnung 156 vorsteht. Die innenliegende Stirnfläche des Schwimmkolbens 162 weist die größere wirksame Querschnittsflache S„ auf, wobei das Verhältnis ύ - S,/Sogleich dem Vernältnis S-./S„ gewählt ist. Damit sicn der Schwinunkolben 162 oewegen kann, ist schließlich noch ein Loch 169 im Gehäuse vorgesehen. Für eine gegebene Lenkkraft an der Zannstange im liegt je nach Richtung der Lenkkraft entweder ein Druck P in der Kammer 13o od-=r ein Druck B χ P in der Kammer 128 vor, vorausgesetzt, daß die nicht unterstützende Kammer im wesentlichen den Druck des tforratsbehäl-

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ters aufweist. Da die Kammer 128 mit der Öffnung 15 6 derart verounden ist, daß die entsprechenden Stirnflächen des Servokolbens und des abgestuften Schwimmkolbens 16 2 unabhängig von der Drehricntung der Steuersäule zusammenwirken, ist der Steuerdruck in der geschlossenen Steuerkammer gleich P , wodurch sich ein symmetrisches Reaktionsdrehmoment ergibt, sobald sich der Druck in den Kammern des Servozylinders einmal eingestellt hat.

Schließlich gibt es noch andere Servolenkungen mit asymmetrischen Servozylindern, die durch ein in Mittelstellung schließendes Dreiwegventil gesteuert werden. In den Figuren 5 und 6 ist eine diese Art von Servolenkungen betreffende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Auen hier sind die Bauteile, die den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Bauteilen entsprechen, bis auf die Addition von 2oo mit den gleichen Bezugszahlen versehen.

Wie in Figur 5 gezeigt ist, ist der Servozylinder 222 asymmetrisch. Die Druckkammer 2 28, axe an die Stirnfläche des Servokolbens mit dem kleineren wirksamen Querschnitt angrenzt, ist direkt mit dem Sammler 231 verbunden. Die andere Druckkammer 23o, die an die Stirnfläche des Servokolbens mit dem größeren wirksamen Querschnitt angrenzt, ist mit dem zwischen dem Sammler 231 und dem Vorratsbehälter 23 8 angeordneten Dreiwegsteuerventil 23 3 verbunden. Der

der

in der Kammer 2 3o erhältliche^aaximale Druck P ist daher im Sammler herrschende konstante Druck P, wohingegen der minimale Druck P . gleich dem im Vorratsbehälter herrschenden Druck ist. Andererseits befindet sich in der Ruhestellung der Servolenkung

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der Servokolben 2 2o im Gleichgewicht, womit also ein Restdruck P in der Kammer 23o vorliegt. Im allgemeinen werden die wirksamen Querschnitte, des Servokolbens 22o so gewählt, daß der Restdruck P im wesentlichen gleich der Hälfte des maximalen Drucks ist, also P/2 ( wobei das Verhältnis der wirksamen Querschnitte des Servokolbens gleich 2 ist). Folglich ändert sich in Abhängigkeit von der Drehrichtung R der Steuersäule der urucK in der Kammer gemäß einer in Figur 7 gezeigten Kurve M. Ist ρ die absolute Druckänderung in der Kammer 23o., dann ist diese Änderung proportional zu der auf die Zahnstange 214 übertragenen Lenkkraft, die gleich dem Produkt aus P und dem wirksamen Querschnitt der an der Kammer 23o angrenzenden Stirnfläche des Servokolbens 22o ist. Abhängig von der Drehrichtung R ist dann der Arbeitsdruck in der Kammer 2 3OiM₁ = P/2 + P_y oder M₂ = P/2 - P .

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird in der geschlossenen Steuerkammer der Reaktionseinrichtung ein Steuerdruck erzeugt, der unabhängig von der Drehrichtung der Steuersäule immer gleich P/2 + P ist. Wenn N die den Steuerdruck darstellende Kurve ist, dann fällt N mit M zusammen, wenn die Richtung der Drehung der Steuersäule aus der Ruhestellung einem Anstieg des Arbeitsdruck entspricht, und N und die Kurve M sind im entgegengesetzten Fall bezüglich zu einer geraden zur Achse der Abszisses parallelen und den Wert P = P/2 darstellenden Linie symmetrisch.Dadurch kann ein Reaktionsdrehmoment auf die Steuersäule erhalten werden, das auf beiden Seiten der Ruhestellung gleich groß ist (symmetrisch).

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Zu diesem Zweck wird die in Figur 2 gezeigte Reaktionseinrichtung, insbesondere im Hinblick auf die Erzeugung des Steuerdrucks,auf die teilweise in Figur 6 dargestellte Form abgeändert. Die Bohrung 2bo, in der sich der Schwimmkolben 262 bewegt, ist zur Aufnahme eines Rings 312, durch den sich eine Stange 316 mit einem wirksamen Querschnitt S_g verschiebt, und zur Aufnahme einer Manschette 318, in der ein Hilfskolben 32o mit demselben wirksamen Querschnitt Sr wie der Schwimmkolben 26 2 verschiebbar angeordnet ist, abgestuft. Der Ring 312 bildet eine Strömungsmitteldichte Abtrennung zwischen einem Hohlraum 332, der an dem Schwimmkolben 262 angrenzt und mit der Atmosphäre über ein Loch 3 2Ί verDunden ist, und einem anderen Hohlraum 326, der über eine Öffnung 3o4 mit der Servozylinder-Kammer 2 3o variablen Drucks verbunden ist. Ferner trennt der Hilfskolben 3 2o den Hohlraum 3 26 von einem dritten Hohlraum 328, der über eine Öffnung 3o6 mit der Servozylinder-Kammer 2 28 konstanten Drucks verDunden ist. Eine Abschlußschraube 33o bildet für den Hilfskolben 32o und damit für die Stange 316 und den Schwimmkolben 262 einen Anschlag und hält den Ring 312 und die Manschette in der Bohrung 25o fest. Die Manschette 318 ist derart geschlitzt, daß das Strömungsmittel ungehindert von den Öffnungen 3o4, 3o6 zu den Hohlräumen 326, 328 gelangen kann. Zwei Federn 3o8, 31o drücken die Schwimmkolben in ihre Ruhestellungen, wie in Figur 6 gezeigt ist. Schließlich weist eine Abschlußschräube 29 2 eine Öffnung 3o2 auf, die mit. der Servozylinder-Kammer variablen Drucks verbunden ist.

Diese Reaktionseinrichtung aroeitet wie folgt:

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Unter der Voraussetzung, daß sich die Servolenkung in Ruhestellung befindet, ist der an den Öffnungen 3o2, 3o4 herrschende Druck gleich P/2, wohingegen der Druck an den Öffnungen 25¹I, 3o6 gleich P ist. Daher wird, wenn die geschlossene Steuerkammer 268 gefüllt

herausgeschraubt,

wird und die Schraube 274· - die durch den Schwimmkolben 262, die Stange 316 und den Hilfskolben 32o gebildete bewegliche Anordnung durch eine Kraft = P/2x (Sr -S,.) + T iⁿ Figur 6 nach rechts gedrückt, wobei T die Rückstellkraft der Feder 31o ist. (Bemerke, daß das Füllen der Steuerkammer 26 8 bei einer Freigabe durch die Schraube 2 74- einem Steuerdruck von P equivalent

schraubt

ist.) Wenn die Füllschraube 274 wieder einge und die Steuerkammer 268 entlüftet ist .,nimmt der Reaktionskolben 26o seine Ruhestellung ein, wie in der Figur gezeigt ist, und der Druck in der Steuerkammer wird im wesentlichen gleich dem Restdruck P = P/2, der in der Kammer 23o herrscht, wenn man von der Feder 3o8 absieht, die im Vergleich mit dem auf die Schwimmkolben 262, 264 wirkenden Drücke schwach ist. Insbesondere ist die die bewegliche Anordnung in Figur 6 nach rechts in ihre Ruhestellung drückende Kraft durch den Ausdruck T - P/2 χ S_g gegeben. Die Feder 31o ist gerade stark genug, um den auf die Stange 316 wirkenden Druck auszugleichen.

Es sei nun angenommen, daß die Steuersäule derart bewegt wird, daß ein Arbeitsdruck P. = P/2 +P in der Kammer 23o erzeugt wird. Der Scnwimmkolben 2 64 löst sich dann von der Abschlußschraube 29 2 und erzeugt einen Steuerdruck von P/2 + P in der geschlossenen Steuerkammer 268, während die bewegliche Anordnung in Ruhe bleibt,

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Da die Kraft, die die bewegliche Anordnung in der Figur nach rechts drückt, gleich

2 P_t χ S₅ - P χ S₅ - P_t χ S₆ + T ist

T - P/2 χ S₆ + P_v (2 S₅ -

und diese Kraft dleibt positiv und nimmt mit dem Wert P zu.

Es sei nun vorausgesetzt, daß die Steuersäule derart bewegt wird, daß ein Arbeitsdruck von P/2 - P erzeugt wird. Dann bewegt sich die bewegliche Anordnung in Figur 6 nach links, wobei der Schwimmkolben 264 in Ruhe bleibt. Für den Gleichgewichtszustand der be-weglichen Anordnung gilt dann:

T + P x S₁- + (P/2 -P)S, = (P/2 - P ) S_K + S,

CO VO VDO

P_c = P/2 + P_v - P_v x S₆ZS₅ - (T - P/2 χ S₆)

Der Ausdruck T - P/2 χ S_ß wird durcn die eigene Kalibrierung der Feder 3Io so klein wie möglich gemacht. Der Ausdruck P χ S-,/Sr wird ebenso so klein wie möglich gemacht, indem eine Stange von minimalem Querschnitt verwendet wird; insbesondere wird das Vernältnis S₁-/S_fi in der Größenordnung von Io gewählt. Demnach ist der Steuerdruck im Gleichgewichtszustand kleiner als der Wert P/2 +P , kommt aber diesem sehr nane. Dadurch ist sichergestellt,

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daß der Schwimmkolben 26H in seiner Ruhestellung bleibt. Aus obigem ist klar, daß der Druckänderung P in der Kammer 23o im wesentlichen ein gleicher Steuerdruckanstieg in der geschlossenen Steuerkammer 26 8 entspricht.

Aufgrund dieses modifizierten Aufbaus ist die Steuerdruckänderung proportional zur Änderung der an den Rädern benötigten Lenkkraft, und die derart modifizierte Reaktionseinrichtung arbeitet in ähnlicher Weise,wie die im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebene^ und weist auch die gleichen Vorteile auf.

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Claims

Societe Anonyme D.ß.A. , Bd . Victor Hugo 9211o Clichy 2. Oktober 1974 Frankreicn Anwaltsakte M-32 6 8 Patentansprüche

1. ServolenKung für ein Kraftfahrzeug mit einem doppelt-wirkenden . Servozylinder, der zwei durch einen Servokolben getrennte Druckkammern aufweist und sowohl mit dem Fahrzeuggestell als auch mit einem den gelenkten Rädern zugeordneten Gestänge verbunden ist, einem an einer Druckquelle, einem unter niedrigem Druck stehendem Vorratsbehälter und an den Servozylinder anschließbaren Steuerventil, das in mindestens einer der beiden Druckkammern den Druck in Abhängigkeit von der durch einen Fanrer in irgendeiner der Deiden Richtungen aus einer mittleren Kuhestellung eines Steuergliedes ausgeführten Lenkbewegung steuert, und mit einer Reaktionseinrichtung mit einer elastischen Einrichtung zur Erzeugung einer das Steuerglied in seine Ruhestellung drückenden Gegenkraft, dadurcn gekennzeichnet, daß die Reaktionseinrichtung (44 ;144; 244) einen in einer geschlossenen Steuerkammer (68;168,268) beweglichen Reaktionskolben (6o;16o;262) aufweist, sowie eine Einrichtung (62-64jl62-lb4;262-264-32o) zur Erzeugung eines

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in der Steuerkammer herrschenden Steuerdrucks, der eine Funktion der auf den Servokolben C2o; 12o; 22o) im Ungleichgewichtszustand wirkenden und durch die Drücke in den zwei Druckkammern hervorgerufenen Druckkraft ist, wobei der auf den Steuerdruck ansprechende Reaktionskolben auf die elastische Einrichtung (31-48 ;131-1Λ8;231-248) derart einwirkt, daß die Gegenkraft mit zunehmender Druckkraft abnimmt.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionseinrichtung einen durch das Steuerglied (lo) über eine sich drehende Welle (86) angetriebenen Steuerkörper (8o) aufweist, der der durch einen Stößel übertragenen Kraft unterliegt, wobei der entlang im wesentlichen zur Drehacnse der Welle senkrechten Translationsachse (XX¹) bewegliche Stößel (76) koaxial zum Reaktionskolben (6o) angeordnet ist, in die geschlossene Steuerkammer (68) hineinragt und am Reaktionskolben (6o) anschlägt und wobei der wirksame Querschnitt (S) des Reaktionskolbens (6o) größer als der wirksame Querschnitt(s)des Stößels ist. ι

3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang des Steuerkörpers (8o) zu beiden Seiten der Translationsachse (XX') des Stößels (76) eine Vertiefung (88) vorgesehen ist, so daß beidseitig zur Ruhestellung ein Stabilitätsbereich für die Lenkung geschaffen wird.

H. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, daß die rückstellende elastische Einrichtung durch die elastische Kammer eines Druckmittelsammlers C31-48; 131-148 ;231-248) gebildet wird.

5. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerventil ein symmetrisches Vierwegventil ist, das mit der Druckquelle, dem Vorratsbehälter und den beiden Kammern im Servozylinder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Gehäuse (46;146) aufweist, in dem die mit einem inkompressiblen Strömungsmittel gefüllte, geschlossene Steuerkammer (68, 16 8) untergebracht ist und daß die Einrichtung zur Erzeugung des Steuerdrucks zwei Schwimmkolben (62-64; 162-164) aufweist, deren innenliegende Stirnflächen an der Steuerkanuner angrenzen und deren außenliegende Stirnflächen dem in den Kammern (28-3o;128-13o) des Servozylinders (22,122) herrschenden Drücken ausgesetzt sind, sowie Anschläge (9o-93; 19Ο-192), um die Bewegung der Schwimmkolben aus der geschlossenen Steuerkammer heraus zu begrenzen.

ein

6. Servolenkung nach Anspruch 5, wobei asymmetrischer Servozylinder mit einem abgestuften Servokolben vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schwimmkolben (162) derart abgestuft ist, daß die Verhältnisse der wirksamen Querschnitte des Servokolbens (S>/S„) und der wirksamen Querschnitte des abgestuften Schwimmkolbens (S₃ZS₄) gleich sind, und daß die Druckkammern des Servozylinders mit der Reaktionseinrichtung derart verbunden sind, daß jeweils die Kolbenstirnflächen mit

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dem kleineren wirksamen Querschnitt und die Kolbenstirnflächen mit dem größeren wirksamen Querschnitt zusammenwirken.

7. Servolenkung nach Anspruch 2 und Anspruch 5 bzw. 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (8o) ein kreisförmiges Profil aufweist und exzentrisch zur Welle (86) angeordnet ist.

8. Servomotor nach Anspruch 5 mit einem asymmetrischen Servozylinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper mit einem asymmetrischen Profil versehen ist, um eine symmetrische Gegenkraft auf die Steuersäule zu erhalten.

9. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein doppelt wirkender Servozylinder asymmetrischer Bauart vorgesehen ist, der eine an der Stirnfläche des Servokolbens mit kleinerem wirksamen Querschnitt angrenzende erste Druckkammer (228) und ein an der Stirnfläche des Servokolbens mit größerem wirksamen Querschnitt angrenzende zweite Druckkammer aufweist, ferner ein in Mittelstellung schließendes Dreiwegsteuerventil, das mit dem Druckmittelsammler, dem Vorratsbehälter und der zweiten Druckkammer verbunden ist, wohingegen die erste Druckkammer direkt mit dem Sammler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Gehäuse (246) aufweist, in dem die mit einem inkompressiblen Strömungsmittel gefüllte Steuerkammer untergebracht ist, daß die Einricntung zur Erzeugung des Steuerdrucks zwei Schwimmkolben (26 2,264) aufweist, deren innenliegende Stirnflächen an der Steuerkammer angrenzen,

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wobei die außenliegende Stirnfläche eines Schwimmkolbens (264) mit der zweiten Druckkammer (23o) verbunden ist und die außenliegende Stirnfläche des anderen Schwimmkolbens (262) an einen ersten unter niedrigem Druck stehendem Hohlraum (322) angrenzt, der durch eine feste Gehäusewand (312) von einem zweiten mit der zweiten Druckkammer verbundenen Hohlraum (326) getrennt ist, der seinerseits durch einen Hilfskolben (3 2o) von einem mit der ersten Druckkammer verbundenen dritten Hohlraum (328) getrennt ist, und daß eine sich quer durch die feste Gehäusewand erstreckende Stange(316) zwischen dem anderen Schwimmkolben und dem Hilfskolben eingespannt ist, wobei der wirksame Querschnitt (S_ß) der Stange im Vergleicn zum wirksamen Querschnitt (S^) des Hilfsxolbens klein ist und Anschläge (292,316) vorgesehen sind, um die Bewegung der Schwimmkolben \κ>η der geschlossenen Steuerkammer weg zu begrenzen.

10. Servolenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Querschnitte (S₅) des anderen Schwimmkolbens (262) und des Hilfskolbens (32o) gleich sind.

11. Servolenkung nach einem der Ansprüche 6 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmkolben (262,264) durch Federn (3o8,31o) gegen ihre Anschläge gedrückt werden.

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