DE2535318A1

DE2535318A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE2535318A1
Application number: DE19752535318
Authority: DE
Inventors: Takashi Aoki; Masao Nishikawa; Yoshihiko Toshimitsu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1974-08-07
Filing date: 1975-08-07
Publication date: 1976-02-26
Also published as: US4000785A; DE2535318C2; JPS5120329A; CA1039203A; JPS5426767B2; FR2281260A1; AU8376375A

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für ein Fahrzeug, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug.

Es ist bereits eine Lenkhilfseinrichtung bekannt, bei der ein Umschaltventil, das in der einen oder in der anderen Richtung durch Drehen einer Lenkwelle betätigt werden kann, so daß eine ölzufuhrleitung, die mit einer Betriebsdruckölquelle verbunden ist, beispielsweise mit einer Druckölpumpe od, dgl,, wahlweise mit einer rechten Kammer oder einer linken Kammer eines ArbeitsZylinders in Verbindung gebracht werden kann, an seiner Aussenseite mit mindestens einer Öldruck-Reaktionskammer versehen ist, die in ihrem

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Volumen durch die Betätigung des Umschaltventils in der einen oder anderen Richtung vermindert werden kann, und die Öldruck-Reaktionskammer in ihrem Inneren mit der vorgenannten ölzufuhrleitung in Verbindung steht, um in dieser eine Öldruck-Reaktionskraft zu erzeugen, die einem Fahrbahnoberflächenwiderstand entspricht. Dies führt dazu, daß eine Lenkkraft, die an einem Lenkrad durch einen Fahrer ausgeübt wird, einer Reaktionskraft ausgesetzt wird, die dem Fahrbahnoberflächenwiderstand entspricht und damit einem Lenkwinkel mit einer Innenwechselbeziehung hierzu, und sie dient in vorteilhafter Weise zur Sicherheit: bei der Lenkung eines fahrenden Fahrzeugs,

Bei dieser Anordnung ist jedoch ein Proportionskoeffizient zwischen der Lenkkraft und dem Falirbahnoberflächenwiderstand unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit immer konstant. Daher muß, wenn eine Obersteuerung bei schneller Fahrt sicher verhindert werden soll, der Proportionskoeffizient hoch eingestellt werden» der Nachteil mit in Kauf genommen werden» daß der Fahrer einen übermässigen Lenkaufwand im Stillstand und bei langsamer Fahrt treiben muß, Wenn andererseits, um die Lenkung bei langsamer Fahrt zu erleichtern, der Proportions— Koeffizient klein eingestellt wird, laßt sich eine Übersteuerung bei schneller Fahrt nicht vermeiden» Die Einstellung des Proport ionskoeffizienten ist daher ein sehr schwieriges Problem*

Der Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, eine von diesen. Hachteilen freie LenJchilfseinrichtung zu entwickeln. Eine erfindimgsgemäße Lenkhilfseinrichtung mit einem Umschaltventil zur Betätigung in der einen oder anderen Richtung durch Drehen einer Lenkwelle, so daß eine ölzufuhrleitung, die mit einer Betriebsdrucks !quelle verbunden ist, beispielsweise mit einer Druckölpuape od. dgl», ®it einer rechten Kammer oder einer linken KasKser eines Arbeitszylinder in ^bindung gebracht werden kann, und welches Umschaltventil an seiner Aussenseite mit mindestens

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einer Öldruck-Reaktionskammer versehen ist, deren Volumen durch die Betätigung des Umschaltventils in der einen
oder anderen Richtung vermindert werden kann, unterscheidet sich dadurch, daß die Öldruck-Reaktionskammer über
eine erste Drosselstelle mit der vorgenannten ölzufuhrleitung in Verbindung steht und über eine zweite Drosselstelle mit einem äusseren Ölbehälter, und mindestens eine der beiden Drosselstellen so ausgebildet ist, daß sie
im Verhältnis zur Fahrzeuggeschwxndigkext so veränderlich ist, daß das Öffnungsquerschnittverhältnis der ersten zur zweiten Drosselstelle entsprechend der Zunahme der Fahrzeuggeschwxndigkext erhöht werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Servolenkung;

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie H-II in
Fig. 1;

Fig, 3 eine schematische Darstellung des Druckölkreislaufs derselben und

Fig. 4· eine graphische Darstellung, welche die Lenkeigenschaften derselben zeigt.

In den Zeichnungen ist mit 1 eine Lenkwelle in einem
Fahrzeug bezeichnet, und mit 2 ein Lenkrad an deren hinterem Ende» Die Lenkwelle 1 ist nach vorne durch eine Ritzelwelle 5 verlängert, die mit der Lenkwelle drehbar ist und ein

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Schrägzahnrad 4 trägt, das mit einer Schrägzahnstange 3 an deren einen Seite, in Eingriff steht. Ein Umschaltventil 7 ist innerhalb eines Ventilgehäuses 6 durch die Wirkung einer längsgerichteten Reaktionskraft vorwärts und rückwärts gleitbar, die auf die Ritzelwelle 5 beim Drehen des Schrägzahnrades 4 wirkt.

Das Umschaltventil 7 ist ein Ventil mit offener Mitte und arbeitet derart, daß gewöhnlich Drucköl, das durch eine ö!zuführleitung 9 von einer Druckölquelle 8 zugeführt wird, welche durch eine von einem äusseren Motor angetriebene Druckölpumpe gebildet wird, wie es ist zur Rückführung aus einer Austrittsöffnung 10 zu einem ölbehälter 11 hindurchtreten kann, so daß in diesem Falle ein Zustand erhalten wird, bei dem kein Druck in der ölzufuhrleitung 9 erzeugt wird. Bei einer Vorwärts- oder Rückwärtsgleitbewegung des Umschaltventils 7 arbeitet dieses jedoch in der Weise, daß Drucköl einer d©r entgegengesetzten Kammern IH, 14 eines Arbeitszylinders durch eine von zwei Austrittsöffnungen 12, 12 zugeführt wird, um eine bestimmte Hilfskraft für einen manuellen Lenkvorgang zu erhalten, so daß in diesem Falle der Zustand erhalten wird, daß ein Druck, der einem Fahrbahnflächenwiderstand entspricht, in der Kammer 14 und damit in der ölzufuhr leitung 9 erzeugt wird»

Mit Sa ist ein Drucksinder« bzw» Oberdruckventil bezeichnet, welches verhindert, daß der Druck übermässig ansteigt, vährend mit Bh ein Rückschlagventil bezeichnet ist₅ welches verhindert, daß ein Unterdruck entsteht. Mit 8c ist ein Durchflußregelventil bezeichnet, das dazu dient, die Fördermenge des Brueköls, die der ölzufuhrleitung 9 von der Betriebsdruckölquelle 8 zugeführt wird, konstant zu halten.

Mit 15 ist eine Öldruck-Reaktionskammer bezeichnet, die auf der einen Seite des Umschaltventils 7 vorgesehen ist»

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so daß ihr Volumen durch eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsbewegung des Ventils verringert wird, und ein vorderer sowie ein hinterer Tauchkolben 17, 17, die durch eine Feder 16 in entgegengesetzten Richtungen belastet sind, sind innerhalb der Öldruckreaktionskammer 15 vorgesehen und diese Tauchkolben 17, 17 werden zwischen einem vorderen und einem hinteren Flansch 18, 18 gehalten, die vom Umschaltventil 7 abstehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier solche öldruckreaktionskammern vorgesehen, die miteinander durch einen ölkanal 19 in Verbindung stehen.

Das vordere Ende 19a des ölkanals 19 steht mit der Ölzufuhrleitung 9 über eine erste Drosselstelle 21 in einem Regelventil 20 in Verbindung, das nachfolgend näher beschrieben wird, und steht in VerbindungAiit dem ölbehälter 11 über eine zweite Drosselstelle 22, die ebenfalls im Regelventil 20 vorgesehen ist. Das Regelventil 20 ist in einer Ventilkammer 2 3 gleitbar, die auf ihrer einen Seite einen Auslaß aufweist, der mit dem vorderen Ende 19a des ölkanals 19 verbunden ist, und auf ihrer anderen Seite einen Einlaß, der mit der ö!zuführleitung 9 verbunden ist, und zusätzlich ist sie durch die Wirkung einer Feder 24 innerhalb einer Öldruckkammer 23b nach rechts belastet, die mit dem ölbehälter 11 über einen ölkanal 23a verbunden ist, und an ihrem anderen Ende über einen ölkanal 26 mit einer äusseren Druckölquelle 25 verbunden ist, die einen Öldruck erzeugt, welcher der Fahrzeuggeschwindigkext entspricht und beispielsweise durch eine ölpumpe gebildet wird, die von einem Zwischenvorgelege od. dgl. des Fahrzeugs angetrieben und so betrieben wird, daß das Ventil entgegen der Wirkung der Feder 24 in dem Maße, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkext zunimmt, nach links bewegt werden kann. Zusätzlich ist das Ventil an seiner Mitte und an seinem Aussenumfang mit einer Ringnut 20a versehen, die immer mit dem Einlaß in Verbindung steht, und

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an dem einen Kantenteil dieser Nut 20a ist ein Ausschnitt vorgesehen, der schräg zu dem vorgenannten Auslaß verläuft, so daß er als die erwähnte erste Drosselstelle 21 dienen kann, wobei eine kleine öffnung vorgesehen ist, die das Innere der ölkammer 2 3b und den Auslaß miteinander verbindet, so daß sie als die vorgenannte zweite Drosselstelle 22 dienen kann.

Daher wird, wenn das Regelventil 20 bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit nach links bewegt wird, wie erwähnt, der Öffnungsquerschnitt der ersten Drosselstelle 21 am vorderen Ende 19a entsprechend vergrössert, während der Öffnungsquerschnitt der zweiten Drosselstelle 22 sich nicht verändert, was bedeutet, daß das öffnungsquerSchnittsverhältnis der ersten Drosselstelle zur zweiten Drosselstelle mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Ferner ist die erste Drosselstelle 21 so ausgebildet, daß, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist, wie dargestellt, die Nut 20a und daher die mit ihr verbundene ölzufuhrleitung 9 mit dem erwähnten vorderen Ende 19a nicht in Verbindung stehen.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Lenkhilfseinrichtung ist wie folgt: Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist, d.h. V , wird an der Regelöldruckquelle 25 kein Öldruck erzeugt, so daß das Regelventil 20 durch die Schubkraft der Feder 24 in der dargestellten Stellung gehalten wird und der ölkanal 19 und damit die mit diesem verbundene Öldruck-Reaktionskammer 15 von seiner Verbindung mit der ölzufuhrleitung 9 abgeschaltet ist. Wenn unter diesen Bedingungen die Lenkwelle 1 in der einen Richtung gedreht wird, dreht sich die Ritzelwelle 5 mit dieser und eine längsgerichtete Reaktionskraft, die auf die Ritzelwelle

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wirkt, dient dazu, das Umschaltventil 7 in der einen Richtung entgegen der Wirkung der Feder 16 zu bewegen, die in der Öldruck-Reaktionskammer vorgesehen ist, wodurch die eine Seitenkammer 14 des Arbeitszylinders 13 mit der Betriebsöldruckquelle 8 in Verbindung gebracht wird, so daß dem manuellen Lenkvorgang eine Hilfskraftunterstützung zuteil wird. Während dieser Zeit wird ein Öldruck, der dem Fahrbahnoberflächenwiderstand entspricht, in der Kammer IH und in der ö!zuführleitung 9 erzeugt, wie erwähnt, jedoch wirkt dieser Öldruck, da die Öldruck-Reaktionskammer 15 nicht mit der ö!zuführleitung 9 in Verbindung steht, wie erwähnt, nicht auf die Öldruckreaktionskammer 15. Die Lenkkraft steigt daher nicht über einen Wert an, der durch die Stärke der Feder innerhalb der Öldruckreaktionskammer 15 bestimmt wird. Die Änderung der Lenkkraft läßt sich daher durch die Kennlinie 0 - A - V₀ in Fig. H darstellen. Der Knick A der Kennlinie wird durch die Stärke der Feder 16 innerhalb der Kammer 15 bestimmt.

Wenn dann eine Lenkung bei einer Fahrzeuggeschwxndigkext V* vorgenommen wird, wird ein Öldruck, der der Fahrzeuggeschwxndigkext V^ entspricht, an der Regelöldruckquelle 25 erzeugt, so daß das Regelventil 20 nach links bewegt wird und die erste Drosselstelle 21 eine Verbindung zwischen dem ölkanal 19 und der Nut 20a herstellt und damit mit der angeschlossenen ö!zuführleitung 9. Daher wird die Öldruck-Reaktionskammer 15 mit Drucköl über die erste Drosselstelle 21 von der ö!zuführleitung 9 beliefert und der Öldruck in dieser wird erhöht, jedoch wird entsprechend diesem Anstieg des Öldruckes die durch die zweite Drosselstelle 21 zum ölbehälter 11 austretende ölmenge ebenfalls erhöht, so daß der Öldruck innerhalb der Öldruckreaktionskammer 15 automatisch so eingestellt wird, daß die über die erste Drosselstelle 21 zugeführte ölmenge gleich der durch die zweite Drossel-

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stelle 2 2 austretenden ölmenge ist.

Dies kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden

ρ -

= S

+ S

P =

+ ι

Diese Formel bezeichnet mit S₁ den Öffnungsquerschnitt der erstenDrosselstelle 21, S₂ den Öffnungsquerschnitt der zweiten Drosselstelle 22, mit P ist der Öldruck in der ö!zuführleitung 9 bezeichnet und mit P¹ der Öldruck in der Öldruck-Reaktionskammer 15. Die Formel (1) zeigt, daß der Öldruck P¹ innerhalb der Öldruckreaktionskammer 15 im Verhältnis zu dem Anstieg des Öldrucks P innerhalb der ölzufuhrleitung entsprechend dem Fahrbahnoberflächenwidastand erhöht wird, wobei eine proportionale Beziehung aufrechterhalten wird, die bestimmt wird durch

+ 1

Der Öldruck P¹ innerhalb der Öldruckreaktionskammer 15 wirkt als Last auf die Lenkkraft, so daß die Lenkungskennlinie 0 - A - V₁ wird.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit auf V^ zunimmt, wird das

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Regelventil 20 weiter nach links bewegt und wird der öffnung squer schnitt S. der ersten Drosselstelle 21 proportional vergrössert. Hierbei bleibt der Öffnungsquerschnitt Sj der zweiten Drosselstelle 22 unverändert, so daß das öffnungsquerschnittyerhältnxs S^ZS₂ der ersten Drosselstelle 21 zur zweiten·Drosselstelle 22 größer wird als dasjenige im Falle der Fahrzeuggeschwindigkeit V^, so daß der Proport ionakoeffizient

+ 1

in der Formel (1) zunimmt und die Lenkungskennlinie in diesem Falle 0 - A - V₂ wird.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter erhöht wird, so daß sie V₃ wird, nimmt der Öffnungsquerschnitt S^ der ersten Drosselstelle 21 weiter zu und der Proportionskoeffizient zwischen der Lenkkraft und dem Fahrbahnoberflächenwiderstand erfährt eine weitere Erhöhung. Bei einer solchen Zunahme des Öffnungsquerschnitts S. der ersten Drosselstelle 21 verliert diese allmählich ihre Drosselwirkung und der Durchtritt des Drucköls innerhalb der ölzufuhrleitung 9 durch die erste Drosselstelle 21 wird leichter, so daß der Austritt zum ölbehälter 11 durch die zweite Drosselstelle 22 leichter wird. Wenn unter diesen Bedingungen der Öldruck innerhalb der ölzufuhrleitung 9 einen bestimmten hohen Druckwert bei zunehmendem Fahrbahnoberflächenwiderstand erreicht, erreicht die Menge des durch die beiden Drosselstellen 21, 22 austretenden Öls einen bestimmten großen Wert, der gleich dem Wert der Fördermenge wird, die von der Betriebsöldruckquelle 8 geliefert wird. Auf diese Weise wird ein solcher Zustand erreicht, daß der Öldruck innerhalb der ölzufuhrleitung 9 nicht erhöht werden kann. Unter diesen Bedingungen

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muß, wenn der Fahrbahnoberflächenwiderstand eine diesem Öldruck entsprechende Hilfskraft überschreitet, eine manuelle Lenkung vorgenommen werden. Die Lenkungskennlinie wird dann 0 - A - B- - V₃. Hier wird der Punkt B₃ durch den oberen Grenzwert des innerhalb der ölzufuhrleitung 9 ansteigenden Öldruckes bestimmt. Innerhalb des Bereiches oberhalb des Punktes V₃ erhält der Proportionskoeffizient der Lenkkraft zum Fahrbahnoberflächenwiderstand einen Wert, der durch das Obersetzungsverhältnis bei dem manuellen Lenkvorgang bestimmt wird, was bedeutet, daß die Lenkkraft innerhalb des Bereiches mit hohem Fahrbahnoberflächenwiderstand plötzlich groß wird, was zu einem großen Lenkwinkel führt, bei welchem die Gefahr einer Übersteuerung besteht, und eine Übersteuerung bei schneller Fahrt wirksam verhindert wird.

Wenn eine Lenkung bei einer hohen Geschwindigkeit V₁^ durchgeführt wird, wird der Proportionskoeffizient zwischen der Lenkkraft und dem Fahrbahnoberflächenwiderstand weiter erhöht und gleichzeitig wird durch die Zunahme des Öffnungsquerschnitts S. der ersten Drosselstelle 21 der Austritt des Öldrucks innerhalb der ölzufuhrleitung 9 weiter erleichtert als im Falle der Fahrzeuggeschwindigkeit V₃ und wird der obere Grenzwert herabgesetzt, so daß die Lenkungs-Kennlinie 0 - A - B₁^ - V₄ wird. Hier wird die Lenkkraft rasch an einem Punkt groß, an welchem der Fahrbahnoberflächenwiderstand kleiner ist und daher der Lenkwinkel kleiner als derjenige im Falle der Fahrzeuggeschwindigkeit V₃ ist, was vorteilhaft sein kann, da eine Übersteuerung sogar bei einem kleinen Lenkwinkel verursacht werden kann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird.

Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die erste Drosselstelle 21 durch das Regelventil 20 be-

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stimmt, das im Verhältnis zur Fahrzeuggeschwindigkeit beweglich ist, so daß die Öffnungsquerschnitte der ersten Drosselstelle 21 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit dadurch erhöht werden können, daß das Regelventil 20 bewegt wird. Die Einrichtung zur Veränderung des Öffnungsquerschnitts S₁ der ersten Drosselstelle 21 ist jedoch nicht hierauf beschränkt und es kann beispielsweise ein Gewicht vorgesehen werden, das mit einer Geschwindigkeit, die der Fahrzeuggeschwxndxgkeit entspricht, durch eine Vorgelege-Zwischenwelle od. dgl. blockiert wird und dessen Fliehkraft zum Vor- oder Zurückbewegen eines Nadelventils zum Verändern des Öffnungsquerschnitts ausgenutzt wird.

Wenn statt den Öffnungsquerschnitt S₁ der ersten Drossel-

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stelle 21 zu verändern, der Öffnungsquerschnitt S₂ der zweiten Drosselstelle 22 entsprechend der Fahrzeuggeschwxndxgkeit vermindert werden kann, kann das öffnungsquerschnittverhältnB zwischen der ersten Drosselstelle 21 und der zweiten Drosselstelle 22 entsprechend der Fahrzeuggeschwxndxgkeit erhöht werden, so daß nahezu das gleiche Ziel wie vor erreicht werden kann. Ferner lassen sich ähnliche Lenkeigenschaften auch dadurch erhalten, daß der Öffnungsquerschnitt S^ der ersten Drosselstelle 21 entsprechend der Fahrzeuggeschwxndxgkeit vergrössert wird und gleichzeitig der Öffnungsquerschnitt S₂ der zweiten Dros· selstelle 2 2 entsprechend der Fahrzeuggeschwxndxgkeit vermindert wird.

Ferner hat das vorangehend beschriebene Beispiel einen Fall gezeigt, bei welchem ein Umschaltventil verwendet wird, das durch die Drehbewegung einer Lenkwelle vorwärts- und rückwärts bewegt wird, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt und kann ein Umschaltventil verwendet werden, das durch eine Drehbewegung der Lenkwelle gedreht

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Daher wird erfindungsgemäß der Proportionskoeffizient zwischen der Lenkkraft und dem Fahrbahnoberflächenwiderstand entsprechend der Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, so daß bei schneller Fahrt eine sehr große Lenkkraft zu der Zeit erforderlich ist, während welcher der Fahrbahnoberflächenwiderstand und daher der Lenkwinkel, der eine starke Wechselbeziehung zu diesem hat, erhöht wird, wodurch eine Obersteuerung sicher verhindert werden kann, und zusätzlich wird bei langsamer Fahrt der Proportionskoeffizient klein und kann das Lenken mit einer geringen Lenkkraft geschehen, so daß durch die Erfindung eine sichere, zuverlässige und wirksame Lenkhilfseinrichtung erhalten wird.

Anspruch;

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Claims

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Anspruch

Servolenkung für ein Fahrzeug, mit einem Umschaltventil, das in der einen oder anderen Richtung durch eine Drehbewegung einer Lenkwelle betätigt werden kann, so daß eine ölzufuhrleitung, die mit einer Betriebsdruckölquelle verbunden ist, beispielsweise mit einer Ölpumpe od. dgl. entweder mit einer rechten Kammer oder mit einer linken Kammer eines ArbeitsZylinders verbunden werden kann, der an seiner Aussenseite mit mindestens einer Öldruck-Reaktionskammer versehen ist, deren Volumen durch die Betätigung des Umschaltventils in der. einen oder anderen Richtung vermindert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Öldruck-Reaktionskammer (15) über eine erste Drosselstelle (21) mit der ölzufuhrleitung (9) und über eine zweite Drosselstelle (22) mit einem äusseren ölbehälter (11) in Verbindung steht, und mindestens eine der beiden Drosselstellen (21, 22) so ausgebildet ist, daß sie im Verhältnis zur Fahrzeuggeschwindxgkext verändert werden kann, so daß das Öffnungsquerschnittsverhältnis der ersten Drosselstelle zur zweiten Drosselstelle entsprechend der Zunahme der Fahrzeuggeschwindxgkext erhöht werden kann.

Der Patentanwalt

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