DE2755545A1

DE2755545A1 - Lenkkraftverstaerkervorrichtung fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE2755545A1
Application number: DE19772755545
Authority: DE
Inventors: Takashi Aoki; Saitama Asaka; Masao Nishikawa; Yoshihiko Toshimitsu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1978-06-22
Also published as: JPS5757308B2; FR2374198B1; AU512398B2; AU3105077A; JPS5375640A; CA1078744A; DE2755545C2; FR2374198A1; US4154317A

Description

. Lenkkraftverstärkervorrichtung für Fahrzeuge.

Die Erfindung betrifft eine Lenkkraftverstärkervorrichtung für Fahrzeuge mit einem Umschaltventil mit offenem zentralen Durchgang, das durch eine Drehung der Lenksäule von seiner zentralen Gerade-AusfahrfcStellung in eine Rechts- bzw. Liiiks-Einschlag-Stellung umgeschaltet wird, sodaß eine Ölversorgungsleitung, die mit einer Druckölqeelle und einer an einen Tank angeschlossenen Ölablaufleitung verbunden ist, entweder mit einer rechten oder mit einer linken Kammer eines KraftZylinderaggregats verbunden wird und zusätzlich an einer Seite des Umsc^r-haltventils mindestens eine auf Öldruck ansprechende Kammer vorgesehen ist, die durch eine Druckölleitung mit der Ölversorgungsleitung verbunden ist und durch die das Umschaltventil aus seiner Einschlagstellung in die zentrale Gerade-Ausfahrt-Stellung zurückgeführt wird.

Durch diese bekannte Einrichtung wird erreicht, daß die eine oder die andere Druckkammer des Kraftzylinderaggregats mit Drucköl versorgt wird und das Aggregat die von Hand vorgenommene Lenkung des Fahrzeugs durch eine vorbestimmte Kraft unterstützt. Die an einer Seite des Umschaltventils

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vorgesehene, auf Öldruck ansprechende Kammer, durch die das Umschaltventil aus jeder Einschlagstellung in seine neutrale Gerade-Ausfahrt-Stellung zurückgeführt wird, ist durch eine Leitung mit der Ölversorgungsleitung verbunden. Der Öldruck in der Kammer entspricht dem vom Strassenzustand der Lenkung entgegengesetzten Widerstand (eine vom Strassenzustand über einen Reifen auf die Lenkung wirkende Heaktionskraft), sodaß die Lenkkraft sich mit dem Straßenzustandswiderstand ändert.

Außerdem wurde bei der bekannten Anordnung in der Ölversorgungsleitung stromabwärts von einem Abzweigungspunkt der Druckölleitung für das Umschaltventil von der Ölversorgungsleitung ein Drosselventil vorgesehen, um ein Übersteuern des Fahrzeugs bei hohen Fahrgeschwindigkeiten zu verhindern. Das Drosselventil drosselt den Öldurchfluß bei hohen Geschwindigkeiten, sodaß der Öldruck in der auf Öldruck ansprechenden Kammer um einen Anteil des vom Drosselventil erzeugten Differenzialdrucks erhöht und damit die Lenkkraft bei hohen Geschwindigkeiten vergrößert wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß ein die Fahrzeuggeschwindigkeit erfühlendes Glied vorgesehen werden muß, das in enger Beziehung zum Drosselventil in der Ölversorgungsleitung angeordnet sein muß. Die Einrichtung wird durch diese Forderungen kompliziert; die Montage, Unterhaltungsarbeiten, Überprüfung und andere Arbeiten sind aufwendig und zeitraubend.

Der Erfindung liegt daher die AVfgabe zugrunde, eine Lenkkraftverstärkervorrichtung ZU schaffen, bei der diese Nachteile vermieden werden und die unter Verwendung einfachster baulischer Mittel sicher die Lenkkraft in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit verstärkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Liefermenge der Oldruckquelle mit der zunehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt und in der Ölversorgungsleitung stromabwärts vom Abzweigungspunkt der Druckölleitung eine Drossel vorgesehen ist.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt entlang der Lenksäulenachse durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Fig. 2 den Olkreis der Einrichtung.

Fig. 3 ein Diagramm der Olliefermenge in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Fig. ^li ein Diagramm der Lenkkraft in Abhängigkeit vom Straßenoberflächenwiderstand.

Das Bezugszeichen 1 bezeichnet die Lenksäule und 2 das Lenkrad, das auf das Ende der Lenksäule 1 aufgesetzt ist. Die Lenksäule erstreckt sich nach vorne im Fahrzeug und weist eine Ritzelwelle 5 auf, die mit der Lenksäule 1 j verdreht wird und ein Ritzel mit Schrägverzahnung k aufweist, !

das in eine Zahnstange 3 mit Schrägverzahnung eingreift, j das seitlich neben und quer zur Lenksäule 1 angeordnet ist. i

Am vorderen Ende der Steuersäule 1 ist ein Umschaltventil 7 vorgesehen, das vorwärts bzw. rückwärts, d.h. in seinem i Gehäuse 6 von einer neutralen Geradeausfahrt-Stellung in | eine rechte bzw. linke Einschlagstellung am vorderen bzw. rückwärtigen Ende verschoben werden kann, wobei die Verschiebung durch eine axiale Reaktionskraft der Lenksäule 1 verursacht wird, die bei Drehung des Ritzels k der Ritzelwelle 5 entsteht.

Das Umschaltventil 7 weist einen offenen zentralen Durchgang auf. In seiner neutralen Geradeausfahrt-Stellung verbindet es eine Ölversorgungsleitung 9 mit einer Ölablaufleitung 11, die an einen Tank Io angeschlossen ist. Die Ölversorgungsleitung 9 ist ihrerseits an eine Druckölquelle 8 angeschlossen. Wenn das Umschaltventil 7 in eine Einschlageteilung verschoben wird, so verbindet es die Ölversorgungsleitung mit einer der beiden Kammern 14, lH eines Kraftzylinderaggregats 13.· In diesem Aggregat ist ein Kolben 12 vorgesehen, der mit der schrägverzahnten Zahnstange 3 verbunden ist. Dann ist die

Dann ist die andere Kammer l'i mit der Ölablauf leitung verbunden. Auf diese Weise wird eine Kammer l4 mit Drucköl van der Druckölquelle 8 beaufschlagt und das Öl aus der anderen Kammer I^ wird durch den Kolben 12 zum Tank Io hinausgeschoben. Auf diese Weise wird die von Hand ausgeübte Lenkkraft durch eine vorbestimmte Kraft des Lenkkraftverstärkers unterstützt.

Ein auf Öldruck ansprechende Kammer 15 ist an der Seite des Umschaltventils 7 vorgesehen. Diese Kammer 15 ist durch eine Druckölleitung 16 mit der Ölversorgungsleitung verbunden. Die vorderen und rückwärtigen Außenseiten der Kammer 15 sind mit einem Paar Plungerkolben 15b, 15b ausgerüstet, die durch Federn 15a auseinander gedrückt werden. Im Normalzustand werden die Plungerkolben 15b,15b zwischen einem Paar vorderen bzw. rückwärtigen Flanschen l8,l8 gehalten, die von dem Umschaltventil 7 abstehen und zwar unter der Bedingung, daß die Kolben 15b,15b an den Verschlußgliedern 17,17 des Ventilgehäuses 6 zur Anlage kommen. Wenn das Umschaltventil 7 in eine der Einschlagstellungen verschoben wird, wird der Plungerkolben 15b durch den Flansch 18 auf der entsprechenden Seite gegen den Dr,uck der Fe.der 15a und des Öldrucks in der Kammer nach innen verschoben, sodaß das Umschaltventil 7 in Reaktion hierauf durch eine Reaktionskraft in Richtung auf seine neutrale Geradeausfahrtstellung zurückgeschoben wird.

Bei der gezeigten Ausführung sind vier solche Reaktionskammern 15 vorgesehen, die miteinander durch die Ölverbindungsleitung 15c verbunden sind.

Die vorstehend geschilderte Einrichtung unterscheidet sich nicht wesentlich von der beschriebenen bekannten Einrichtung. Nach der Erfindung ist die Druckölquelle 8 so ausgelegt, daß ihre Fördermenge mit' der Zunahme der Fahrgeschwindigkeit ansteigt. Außerdem ist eine Drossel 19 in der Ölversorgungsleitung stromabwärts von einem Abzweigungspunkt der Druckölleitung l6 von der Ölversorgungsleitung vorgesehen.

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Im Einzelnen besteht die Druckölquelle 8 aus einer Druckölpumpe 2o, die durch eine außen an ihr angeordnete Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird und einem Mengenregelventil 21, das in der Förderleitung angeordnet ist. Das Mengenregelventil 21 ist in eine Rücklaufleitung 23 zu einem Tank eingefügt, die von der Förderleitung 22 der Druckölpumpe 2o abzweigt. Das Mengenregelventil 21 v/ird durch einen an einer Drosselstelle 21a in der Förderleitung 22 entstehenden Differenzialdruck in vorbestimmtem Maß gegen den Druck einer Feder 21b geöffnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß unabhängig vom Öldruck in der Ölversorgungsleitung 9 der Differenzialdruck und dementsprechend die zur Ölversorgungsleitung 9 geförderte Ölmenge auf einer vorbestimmten Höhe gehalten werden und zwar entsprechend der Druckkraft der Feder 21b. Es ist an sich bekannt, daß sich die Fördermenge in einem solchen Fall, wenn die Federkonstante einen vorbestimmten Wert hat, so mit der Drehzahl der Druckölpumpe verändert, wie dies in der stark ausgezogenen Kurve in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Pumpendrehzahl steht in engem Zusammenhang mit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Durch Ausnutzung dieses Zusammenhanges wird erreicht, daß die Fördermenge entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit steigt.

Wenn daher die Fördermenge entsprechend steigt, steigt auch der Differentialdruck^ P, der an der Drossel 19 in der Ölversorgungsleitung erzeugt wird, entsprechend der Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit. In Übereinstimmung hiermit steigt auch der Öldruck, der auf die auf Öldruck ansprechende Kammer 15 einwirkt, die mit der Stromaufwärtsseite der Drossel 19 verbunden ist, entsprechend an. !

In der Druckölleitung 16 ist ein Regelventil 2k vorgesehen. Das Regelventil 2k ist an einem Ende mit einer Öldruckkammer 24a ausgerüstet, die mit der auf Öldruck ansprechenden! Kammer 15 in Verbindung steht. Am anderen Ende des Regel- j ventile 2k ist eine Federkammer 24c mit einer Feder 24b j angeordnet und im mittleren Tgil des Ventilkolbens ist '

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eine tiingnut vorgesehen. Im Normalzustand ist das Regelventil 24 geöffnet, wobei eine Einlaßöffnung 24e auf einer Seite mit einer Auslaßöffnung 24f auf der anderen Seite über die Ilingnut 24d miteinander in Verbindung stehen. Das Ventil wird jedoch gegen den Druck der Feder 24b durch einen vorbestimmten hohen Öldruck in der auf den Öldruck ansprechenden Kammer 15 und dem entsprechenden Öldruck in der Öldrucl-:kamrner 24a in Verschlußrichtung bewegt.

Bei dem gezeigten Ausfiihrungsbeispiel ist eine Drossel 25 in der ölablaufleitung 11 angeordnet, die mit dem Umschaltventil 7 verbunden ist und die Stromaufseite der Drossel ist durch eine Ölleitung 26 mit der Feuerkammer 24c verbunden. Infolgedessen wirkt der Differentialdruck ^J P2 an der Drossel 25 auf das Regelventil 24 ein, um es in Öffungsrichtung zu verschieben. Infolgedessen muß der Öldruck in der Kammer 15, der zur Schliessung des Ventils 14 benötigt wird, um einen entsprechenden Betrag erhöht werden. Ein Ablaufkanal 27 verbindet die vordere und rückwärtige Kammer 28,28 des Ventilgehäuses 6 mit der Ölablaufleitung In der D_ruckölquelle 8 ist ein Druckbegrenzungsventil 29 vorgesehen, um ein Ansteigen des Öldrucks auf zu hohe Werte zu verhindern. Außerdem ist ein Rückschlagventil 3o vorgesehen, durch das verhindert wird, daß ein Unterdruck in der D_ruckölquelle entsteht.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Erfindung erläutert:

Wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, d.h. wenn das Umschaltventil 7 in seiner Geradeausfahrt-Stellung steht, dann ist die Ölversorgungsleitung 9 mit der Ölablaufleitung 11 verbunden. Das Drucköl von der Druckölquelle 8 wird über die Drossel 19 in der Ölversorgungsleitung 9 und die Drossel 25 in der Ölablaufleitung 11 in den Tank Io gefördert. Dann wirkt ein Öldruck zuzüglich der Differentialdrücke A Pl und<j P2 auf die Kammer 15 über die Druckölleitung 16 ein.

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Wenn dann die Lenksäule 1 für eine Änderung der Fahrtrichtung eingeschlagen v/ird, wird die Ritzelwelle 5 verdreht, wodurch die Zahnstange 3 und der mit ihr verbundene Kolben 12 aus ihrer Zentralstellung verschoben werden. Wenn dann die in Axialrichtung der Lenksäule 1 auf die Ritzelwelle wirkende Reaktionskraft groß genug wird, wird das Umschaltventil 7 gegen den Öldruck und den der Feder 15^i in der auf Öldruck ansprechenden Kammer 15 in eine Steuerstellung verschoben. Wie oben beschrieben, wird dann eine Kammer Ik des Kraftzylinderaggregats 13 mit Drucköl von Druckölquelle 8 beaufschlagt und der Kolben 12 wird nach einer Seite verschoben, sodaß die von Hand ausgeübte Steuerkraft verstärkt wird.

Dabei wird in einer Kammer Ik ein Öldruck erzeugt, der dem vom Zustand der Straßenoberfläche ausgehende Widerstand entspricht. Dieser Öldruck wird_;erhöht um den Differentialdruck ^Pl, der durch die Drossel 19 in der Ölversorgungsleitung 9 erzeugt wird, der auf Öldruck ansprechenden Kammer 15 zugeleitet und wirkt auf das Umschaltventil 7 als Rückstellkraft, um dies Ventil wieder in die Geradeausfahrt-Stellung zurückzuführen. Dies bedeutet, daß eine Kraft, die das Umschaltventil 7 in der genannten Steuerstellung hält, und somit die Lenkkraft sich entsprechend dem Widerstand der Straßenoberfläche verändert.

Wenn der Öldruck in der auf Öldruck ansprechenden Kammer soweit ansteigt, daß er einen vorbestimmten Wert entsprechend einem ansteigendem Widerstand der Straßenoberfläche erreicht, so wird das Regelventil 2k gegen den Öi_ druck und den Druck der Feder 2*tb in der Federkammer 24c geschlossen, sodaß ein weiterer Anstieg des Öldrucks verhindert wird.

Auf diese W_eise verändert sich die Lenkkraft entsprechend der Kurve θ-A-B-C in Fig. k. ι

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Der Punkt A ist hierin durch den Öldruck und den Druck der Feder lpa bestimmt, die sich in der auf den Öldruck ansprechenden Kammer 15 auswirken, wenn sich das Umschaltventil in der Geradeausfahrt-Stellung befindet. Wenn sich mit steigender fahrgeschwindigkeit die Fördermenge der Druclcölquelle 8 erhöht, steigen auch die Differentialdrücke /3p1 und /IP2 der Drosseln 19 und 25 entsprechend an und damit der in der auf den Öldruck ansprechenden Kammer wirkende Öldruck. Dementsprechend verschiebt sich, wenn angenommen wird, daß der Punkt A für eine geringe Fahrgeschwindigkeit ermittelt wurde, der Punkt A zum Punkt A¹ bei hoher Fahrgeschwindigkeit, d.h. die Lenkkraft wird vergrößert.

! Der Punkt 3 wird durch denOldruck in der Kammer 15 bestimmt, der in dem Moment herrscht, wenn das kegelventil 24 schließt oder durch den Öldruck zuzüglich der Druckkraft der Feder 24b in der Federkammer 24c, die das Regelventil 24 beaufschlagen, um es in "offen"-Stellung zu halten.

Der Öldruck in der Federkam.tier 24c ist hier gleich dem Differentialdruckzi P2, der sich, wie oben erwähnt, an der Drossel 25 ergibt, die im Ölablauf 11 angeordnet ist. Der Differentialdruck AP2 steigt mit dem Ansteigen der Abflußmenge im Ablauf 11 an, die sich entsprechend dem Anstieg der Liefermenge der Druckölquelle 8 erhöht. \

Dementsprechend verschiebt sich der Punkt 3 bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Punkt 3',und die Steuerkurve bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten nimmt den durch O-A'-S'-C gezeigten Verlauf in Fig. 4.

Falls in diesem Fall das kegelventil 24 nicht vorgesehen wäre, würde die Lenkkraft unbegrenzt, entsprechend der Zunahme des Widerstandes der Straßenoberfläche, anwachsen. Dies würde jedoch die Lenkung bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten bei Verhältnissen mit hohen Widerständen der Straßenoberfläcae sehr erschweren.

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Die Anordnung des Regelventils 2^ιί erleichtert die Lenkung unter solchen Verhältnissen. Unter Berücksichtigung der Gefahr des Ubersteuerns bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist es jedoch immer wünschenswert, daß die Lenkkraft stets mit dem von der Straßenoberfläche ausgehenden Widerstand anwächst. Dementsprechend wird durch die oben erwähnte Anhebung des Punktes B zum Punkt B¹ der Bereich B¹-C der Steuercharakteristik über eine Lenkkraft nach oben verschoben, die einem Straßenwiderstand entspricht, der normalerweise bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten auftritt.

wenn die Einrichtung so ausgelegt wird, daß das Regelventil 2k allein durch die Kraft der Feder 24b in die Öffnungs- ■

Stellung gedrückt wird, dann wird das Ventil 2k durch die j gleiche dem Punkt B entsprechende Lenkkraft geschlossen. ; Die Steuercharakteristik entspricht dann der Kurve O-A'-B^ll-C. Bei dieser Auslegung besteht im Falle einer Verringerung des Straßenwiderstandes bei entsprechender Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit die Möglichkeit, daß die Steuercharakteristik in den Bereich B"-C abfällt. In einem solchen Fall wird es daher notwendig, den Punkt B bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten durch Verstärkung der Feder 24b zum Punkt B"¹ anzuheben.

In dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Druckölquelle 8 so ausgelegt, daß ihre Liefermenge sich mit der Drehzahl der Antriebsmaschine des Fahrzeugs ändert, die in fester Beziehung zur Fahrzeuggeschwindigkeit steht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsart beschränkt. Sie kann auch dahingehend abgeändert werden, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen wird, und die j Liefermenge entsprechend dem gemessenen Wert verändert wird. '

Weiterhin ist das Umschaltventil 7 nicht auf die Ausführung mit einem Gleitschieber nach dem Ausführungsbeispiel beschränkt. Es könnte auch ein Drehschieber verwendet werden.

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Die Erfindung sieht demnach eine Druckölquelle, deren Liefermenge mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt und einen der i^ahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Differentialdruck vor, der an einer Drossel in der Ölversorgungsleitung erzeugt wird und die Lenkkraft hierdurch mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit verstärkt wird. Die vorstehend erwähnte Drossel benötigt daher kein Steuerglied wie im Drosselventil, das in der bekannten konventionellen Einrichtung vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung wird hierdurch wesentlich vereinfacht. Zusätzlich kann die Öldruckquelle in verhälnismäßig einfacher Weise mit der Fahrzeuggeschwindigkeit gekoppelt werden und auf diese Weise können die Nachteile der konventionellen Einrichtung zuverlässig überwunden werden.

Der Patentanwalt

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Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-BOOT MÜNCHEN 22

Dipi.-Uq. K. GUNSCHMANN StemsdorfstroßelO

Dr.rer.no.. W. KÖRBER * «>"> ' ²⁹ " " Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

Patentanwälte 13. Dezember 1977

HOiIDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA 27555 A

27-8, 6-chome, Jingumae, Shibuya-ku Tokio / Japan

Patentansprüche» ■ .

Lenkkraftverstärkungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem Umschaltventil mit offenem zentralen Durchgang, das durch Drehung der Lenksäule von seiner neutralen Geradeausfahrt-Stellung in eine Rechts- bzw. Linlcs-Einschlag-Stellung umgeschaltet wird, sodaß eine Ölversorgungsleitung, die mit einer Druckölquelle und einer an einen Tank angeschlossenen Ölablaufleitung verbunden ist, entweder mit einer rechten oder mit einer linken Kammer eines KraftZylinderaggregats verbunden wird und zusätzlich an einer Seite des Umschaltventils mindestens eine auf Öldruck ansprechende Kammer vorgesehen ist, die durch eine Druckölleitung mit der Ölversorgungsleitung verbunden ist und durch die das Umschaltventil aus seiner Einschlag-Stellung in die zentrale Geradeausfahrt-Stellung zurückgeführt wird, dadurch' gekennzeichnet, daß die Liefermenge der Druckölquelle (8) mit der zunehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt und in der Ölversorgungsleitung (9) stromabwärts vom Abzweigungspunkt der Druckölleitung (16) eine Drosselstelle (19) vorgesehen ist.

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Lenkkraftverstärker nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß in der Ölversorgungslcitung (9) ein Regelventil (24) angeordnet ist, das durch den Öldruck in der auf den Öldruck ansprechenden Kammer (I5) in Schließrichtung beaufschlagt wird.

Lenkkraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ölablaufleitung (11) eine Drossel (25) angeordnet ist und das Regelventil (2k) durch den Öldruck stromaufwärts von der Drossel (25) in Schließrichtung beaufschlagt wird.

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