DE2753098A1

DE2753098A1 - Lenkanlage mit hydraulischer hilfskraftunterstuetzung und fahrgeschwindigkeitsabhaengig gesteuerter lenkhelfpumpe

Info

Publication number: DE2753098A1
Application number: DE19772753098
Authority: DE
Inventors: Johann Merz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1977-11-29
Filing date: 1977-11-29
Publication date: 1979-05-31
Also published as: DE2753098C2; GB2008509A; FR2409900A1; JPS6214429B2; BR7807810A; GB2008509B; JPS5486134A; FR2409900B1

Description

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Anwendungsgebiet, Stand der Technik

Die Erfindung ist anwendbar auf Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, deren Lenkanlage mit Hilfskraftunterstützung arbeitet und hat besondere Bedeutung für Personenkraftwagen. Bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ist eine starke Lenkunterstützung erwünscht, da dann besonders hohe Lenkkräfte aufgebracht werden müssen. Dagegen ist bei hohen Fahrgeschwindigkeiten zur Erzielung eines besseren Straßenkontaktes eine nur geringe Lenkunterstützung wünschenswert.

Diese Eigenschaften werden erreicht, v/enn ein dem Lenkventil zugeführter Druckflüssigkeitsstrom in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit derart gesteuert wird, daß er mit steigender Fahrgeschwindigkeit abnimmt.

Eine Lenkanlage der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art'ist aus der DT-PS 948 386 bekannt. Als Lenkhelfpumpe, die dort vom Fahrzeugmotor angetrieben wird, wird eine Pumpe mit verstellbarer Exzentizität oder eine Axialkolbenpumpe mit verstellbarem Schwenkwinkel verwendet. Die Exzentizität oder der Schwenkwinkel können in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verändert wer-

den. Derartige Pumpen sind Jedoch teuer.

Die bekannte Lenkanlage hat einen hydraulischen Kreis, der von der Lenkhelfpumpe gespeist wird und den Stellmotor enthält. Ein weiterer hydraulischer Kreis wird von der Schmierölpumpe des Fahrzeugmotors gespeist. Er enthält das vom Lenkhandrad betätigte Lenkventil und einen schwenkbar angeordneten Arbeitszylinder. Durch Verstellung seines

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Kolbens unter dem Einfluß einer Lenkbewegung wird mechanisch die Lenlchelf pumpe aus ihrer Mittelstellung herausbewegt und fördert dann in den Stellmotor. Zusätzliche Maßnahmen sind erforderlich um die gewünschte Abhängigkeit der Fördermenge von der Fahrgeschwindigkeit zu erzielen. Entweder muß ein weiterer hydraulischer Stromkreis, der ebenfalls von der Schmierölpumpe des Motors betrieben wird, vorgesehen werden oder ein Fliehkraftregler. In beiden Fällen wird mechanisch über einem Kurvengestänge erreicht, daß die Beeinflussung der Lenkhelfpurnpe durch den oben erwähnten, schwenkbar angeordneten Zylinder je nach Fahrgeschwindigkeit mehr oder weniger groß ist, daß also eine bestimmte Verschiebung des Kolbens des schwenkbaren Zylinders bei hoher Fahrgeschwindigkeit eine kleine Veränderung der Exzentrizität oder des Schwenkwinkels der Lenkhelfpumpe erzeugt als bei niedriger Fahrgeschwindigkeit. Diese Anordnung ist aufwendig und hat den Nachteil, daß das Lenkventil nicht unmittelbar, sondern über erhebliche Umwege auf den Stellmotor einwirkt, wodurch der Lenkvorgang verzögert wird. Durch das unvermeidbare Spiel aller Teile der Anlage, die zwischen das Lenkventil und den Stellmotor eingeschaltet sind, ergibt sich ein unerwünscht großes Spiel der gesamten Lenkung.

Aus der DT-OS 22 40 6^9 ist eine Lenkanlage mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung bekannt geworden, bei der außer der eigentlichen Lenkhelfpumpe eine zweite Pumpe vorgesehen ist, die vom Getriebe her fahrgeschwindigkeitsabhängig angetrieben wird. Die zweite Pumpe betreibt einen gesonderten hydraulischen Kreis, dessen Wirkung darin besteht, einer Verdrehung der Lenkspindel mit steigender Fahrgeschwindigkeit zunehmend stark entgegen zu wirken. Die am Getriebe angeordnete besondere Pumpe wirkt also letztlich der Lenkhelfpumpe entgegen.

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Diese Anordnung 1st aufwendig, nicht nur v/eil eine Zweitpumpe vorgesehen sein muß, sondern weil diese auch annähernd die gleiche Leistung haben muß wie die Lenkhelfpumpe .

Aufgabe, Lösung, Vorteile

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Lenkanlage der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art so ausgestaltet werden, daß einerseits eine Lenkhelfpumpe einfacher Bauart verwendet werden kann, die auch unmittelbar vom Fahrzeugmotor her angetrieben werden kann, daß aber andererseits kostspielige weitere Bauteile eingespart werden können, insbesondere eine zweite leistungsstarke Pumpe.

Weiterhin soll das Lenkventil unmittelbar auf den Stellmotor einwirken können, so daß das Lenkspiel auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann. Schließlich soll die erwünschte Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit ohne Verwendung von mechanischen Kurvenführungen und ähnlichen spielbehafteten Bauteilen erzielbar sein.

All dies zugleich wird durch die Erfindung nach Anspruch 1 erreicht.

Die Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit wird dadurch erzielt, daß der Durchlaufwiderstand einer Drossel in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit vergrößert wird und daß diese Drossel in den Förderstromkreis einer Lenkhelfpumpe einfacher Bauart entweder auf der Saug- oder auf der Druckseite eingeschaltet wird.

Von der Lenkhelfpumpe wird, wenn die Drossel saugseitig angeordnet ist_fnur die FlUssigkeitsmenge gefördert, die

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bei der gegebenen Fahrgeschwindigkeit für die Betätigung des Stellmotors erforderlich ist. Es treten somit keine Verluste durch ständige Förderung eine? zu großen Flüssigkeitsmenge ein.

Weiterbildungen der Erfindung

Die Verstellung der Drossel entsprechend der Fahrgeschwindigkeit läßt sich auf verschiedene Weise realisieren.

Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruch 2 geschieht dies durch eine Meßfühlerpumpe, die in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, z. B. von der Tachometerwelle angetrieben wird und deren Ausgangsdruck dazu dient, die Drossel zu verstellen. Hier kann eine Pumpe sehr kleiner Leistung verwendet werden. Insbesondere kann die Pumpe gemäß Anspruch 3 als Kreiselpumpe ausgestaltet sein.

Anspruch 7 betrifft eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der eine weitere Pumpe entfällt. Hier wird als Drossel eine rotierende Drossel verwendet, deren Durchlaufwiderstand bekanntermaßen mit steigender Drehzahl ansteigt. Die Drossel wird proportional der Fahrgeschwindigkeit, z. B. von der Tachometerwelle her angetrieben.

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Erläuterung der Erfindung

AusfUhrungsbeispIele der Erfindung werden im folgenden
an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Hydraulikschaltplan einer ersten Ausfiihrungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine zu den Ausführungsformen der Figuren 1 und 3 gehörige Kennlinie.

Fig. J5 und 4 sind Hydraulikschaltpläne einer zweiten und einer dritten AusfUhrungsform der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine rotierende Drossel
nach Fig. 4.

Fig. 6 ist eine Kennlinie zur dritten Ausführungsform
nach Fig. 4 und 5·

Erstes Ausführungsbeispiel

Bei der AusfUhrungsform nach Fig. 1 sind vorgesehen:
Ein Ausgleichsbehälter 2, die Lenkhelfpumpe 4 in Gestalt einer Drehschieberpumpe, eine Verstelldrossel 6, ein vom Lenkhandrad her zu betätigendes Lenkventil Ö mit offener Mitte und der von dem Lenkventil angesteuerte Stellmotor 10, der auf die gelenkten Fahrzeugteile einwirkt. Die Lenkhelfpumpe 4 ist in bekannter Weise mit einem By-pass-Ventil i2 stromgeregelt und mit einem Druckbegrenzungsventil 14 ausgc-svet. Sie wird vom Fahrzeugmotor angetrieben und fördert aus < :;er mit dem Ausgleichbehälter 2 verbundenen Saugleitung 15 in ei; ο Hochdruckleitung 18, die die Verstelldrossel 6 enthält und ?.< Lenkventil 8 führt. In Zentralstellung des Lenkventils ü fließt die Druckflüssigkeit durch dieses und eine RUcklauileitung 20 zum Ausgleichbehälter 2 ab. Bei Lenkeinschlägen

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erhält die eine oder andere Kammer des Stellmotors 10 Druckflüssigkeit. Das Lenkventil ist in bekannter Weise durch ein Nachsaugeventil 22 überbrückt, das bei Ausfall der Lenkhelfpumpe ein Nachsaugen von Arbeitsflüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter 2 ermöglicht.

Der Verstelldrossel 6 kann eine Konstantdrossel 24 parallelgeschaltet sein, wodurch gewährleistet wird, daß auch bei vollständigem Schließen der Verstelldrossel noch ein minimaler Strömungsquerschnitt verbleibt. Statt dessen kann die Verstelldroccel so ausgebildet sein, daß sie nur bis auf diesen minimalen Strömungsquerschnitt zu schließen ist.

Eine kleine Kreiselpumpe 30 wird mit einer zur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Drehzahl angetrieben. Dies kann von einer Achse des Fahrzeuges her geschehen, vorzugsweise aber von der Tachometerwelle 31. Zweckmäßigerweise wird die Kreiselpumpe am Tachometerabtrieb des Getriebes selbst angebracht, was Sicherheit gegen Bruch der Tachometerwelle gewährleistet.

Die Verstelldrossel 6 ist mit einer Menbraneinheit 32 ausgestattet. Die Membran 34 dieser Einheit ist durch eine Schubstange 36 mit dem Kolben 38 der Verstelldrossel verbunden und wird durch eine Schraubenfeder 40 in Fig. 1 nach links gedrückt, nämlich in eine Stellung, in der die Verstelldrossel ihren größten Durchlaßquerschnitt hat. Die Kreiselpumpe 30 fördert aus dem Ausgleichsbehälter 2 in eine Druckleitung 42, die in einen Raum 44 der Membraneinheit führt. Dieser Raum ist auf der der Schraubenfeder 40 gegenüberliegenden Ceite angeordnet. Die Räume der Verstelldrossel beiderseits ihres Kolbens 38 sind miteinander und über eine Entlastungsleitung 43 mit dem Ausgleichsbehälter verbunden.

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Je höher die Fahrgeschwindigkeit, desto größer wird der Druck im Raum 44 und um so mehr schließt die Verstelldrossel 6. Damit wird bei höheren Fahrgeschwindigkeiten der Förderstrom in den Leitungen lB und 20 herabgesetzt.

Infolge der relativ großen Fläche der Membran 34 kann die erforderliche Kraft zur Verstellung des Drosselkolbens 38 von einem sehr kleinen Druck aufgebracht werden. Infolgedessen reicht eine Kreiselpumpe 30 sehr geringer Leistung aus.

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Fördermenge Q von der Fahrgeschwindigkeit v. Im Bereich bis etwa 30 km/h bleibt der volle Förderstrom erhalten. Anschließend, bis etwa 55 km/h fällt der Förderstrom stark ab, in diesem Falle linear, bis zu einem restlichen Förderstrom, der im Bereich höherer Geschwindigkeiten konstant bleibt.

Kreiselpumpen haben progessiv ansteigende Druck-Drehzahl-Kennlinien. Mit zunehmender Drehzahl steigt der Druck also stärker als linear an. Durch entsprechende reziproke Formgebung des drosselnden Teils des Kolbens 38 läßt sich eine gewünschte, z. B. lineare Fördermengen-Geschwindigkeits-Kennlinie erzielen, wie in dem linearen, abfallenden Bereich der Kennlinie in Fig. 2.

Zweites Ausführungsbeispiel

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Verstelldrossel ebenso ausgebildet wie nach Fig. 1. Sie wird in der gleichen Weise von der Kreiselpumpe 30 her verstellt, die hier nur als Kästchen angedeutet ist.

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Die Verstelldrossel 6 ist /jedoch in der Ansaugleitung 15 der Lenkhelfpumpe 4 angeordnet. Als Lenkhelfpumpe dient hier eine sauggeregelte Kolbenpumpe, die an ihrer Auslaßseite Rückschlagventile hat und anstelle von Einlaßventilen Ansaugöffnungen, insbesondere Steuerschlitz.

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist die Energieeinsparung, da nur die tatsächlich benötigte Menge gefördert wird.

Drittes Ausführungsbeispiel

Bei dein dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 ist eine rotierende Drossel 6a vorgesehen, die fahrgeschwindigkeitsabhängig angetrieben wird, insbesondere, wie oben beschrieben, von der Tachometerwelle 31 des Getriebes her. Ihr Drehkörper 50 hat, wie Fig. 5 im Schnitt zeigt, zwei Querbohrungen 52, die sich unter 90° kreuzen. im Gehäuse 5^ der rotierenden Drossel sind Oberströmkanäle 56 vorgesehen, die immer mindestens eine der Querbohrungen 52 mit der zugehörigen Einlaß- oder Auslaßleitung verbinden. Je höher die Drehzahl des Drehkörpers 50, desto höher wird der Durchlaßwiderstand der rotierenden Verstelldrossel.

Wie Fig. 4 zeigt, ist diese Verstelldrossel in die Ansaugleitung 15 der Lenkhelfpumpe 4 eingeschaltet und von einer Konstantdrossel 24 überbrückt.

Statt dessen kann die Verstelldrossel auch in die Druckleitung Ib der Lenkhelfpumpe eingeschaltet werden.

Fig. 6 zeigt die Fördermengen-Fahrgeschwindigkeits-Kennlinie, die sich unter Verwendung einer rotierenden Verstelldrossel nach Fig. 4 und 5 ergibt.

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Claims

ZAHNRADi¹ABRIK FHIEDRICH3HAFEH Aktiengesellschaft Friedrichshafen

LENKANLAGE MIT HYDRAULISCHER HILFSKRAFTUNTERSTÜTZUNG UND FAHRGESCHWINDIGKEITSABHÄNGIG GESTEUERTER LENKHELFPUMPE

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23- 11. !977 S/Na

Patentansprüche

1J Lenkanlage mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung ^^ für Fahrzeuge, insbesondere Personen-Kraftfahrzeuge, mit einem auf die gelenkten Fahrzeugteile einwirkenden Stellmotor, einer, insbesondere vom Fahrzeugmotor angetriebenen Lenkhelfpumpe, deren Fördermenge in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit derart steuerbar ist, daß sie mit steigender Fahrgeschwindigkeit sinkt und einem von einer Betätigungseinrichtung (Lenkhandrad) verstellbaren Lenkventil, das den Stellmotor ansteuert, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Lenkventil (ti) mit offener Mitte vorgesehen ist,

- daß in den Förderstromkreis (15, 13) der Lenkhelfpumpe (4) saug- oder druckseitig eine Drossel (6, 6a ^ mit veränderbarem Durchlaufwiderstand eingeschaltet ist und

- daß ihr Durchlaufwiderstand In Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges derart steuerbar ist, daß er mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit an-

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steigt.
2. Lenkanlage nach Anspruch 1,dadurch gekennzeich net, daß die Drossel eine Verstelldrossel (6) ist und daß zu ihrer Verstellung eine proportional der Fahrgeschwindigkeit angetriebene Pumpe (Meßfühlerpumpe 30) dient, deren mit der Fahrgeschwindigkeit ansteigender Ausgangsdruck zur Verstellung der Drossel (6) dient.
3. I.enkanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlerpumpe eine Kreiselpumpe ist.
4. Lenkanlage nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlerpumpe am Schaltgetriebe des Fahrzeuges angebracht ist und mit dessen Tachometerwelle in Antriebsverbindung steht.
5. Lenkanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelldrossel (6) eine entgegen der Kraft einer Feder (40) wirksame Betätigungsfläche (34) hat, die vom Ausgangsdruck der Meßfühlerpumpe (30) beaufschlagt ist.
6. Lenkanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Betätigungsfläche (34) und die Feder (40) Bestandteile einer Membraneinheit (32) sind, deren Membran (34) mit dem Kolben (38) oder Schieber der Verstelldrossel (6) in mechanischer Antriebsverbindung steht.
7. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel mit veränderbarem Durchlaufwiderstand eine rotierende Drossel (6a) ist, deren Durchlaufwiderstand mit steigender Drehzahl des Drehkörpers (50) der Drossel ansteigt.

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