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Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge,nach
dem Oberbegrifi des Patentanspruches 1.
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Eine Hilfskraftlenkung wi.rd aufgrund ihrer Lenkungsübersetzung,
ihrer Servo-Charakteristik, ihrer Größe, ihrer gewünschten Anlenkkraft und ihrer
möglichen Lenkmomente für ein bestimmtes Kraftfahrzeug einer bestimmten Gewichtsklasse
vorgesehen. Aufgrund verschiecener Fahrzeuggewichte ergeben sich unterschiedliche
LenkachE.lasten, so daß die Verwendung eines bestimmten Lenkgetrieber für verschiedene
Fahrzeuge nicht möglich ist.
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Auch bei ein und demselben Kraftfahrzeug bestehen hinsichtlich der
Auswahl und Abstimmung der Lenkung Probleme.
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Insbesondere bei Nutzfahrzeugen und Bussen bestehen zwischen leerem
und beladenem Fahrzeug hohe Lenkachslastdifferenzen. In umfangreichen Abstimmungsverstchen
muß nach einer akzeptablen Lenkventilcharaktoristik für eine solche Hilfskraftlenkung
gesucht werden, die unterschiedlich hohen Beladungs- und Belastungszuständen ausgesetzt.
ist. Bisher bekannte Hilfskraftlenkungen stellten in dieser t:insicht immer nur
eine Kompromißlösung dar.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Lenkverhalten
einer Hilfskraftlenkung für jeden Beladungszustand eines Kraftfahrzeuges zu optimieren.
Gleichzeitig soll der Einsatz einer Lenkungsausführung auf breiter Fahrzeugpalette
ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wint durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches
1 ang(gebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Durch eine Verändebrung der Steuerventil-Charakteristik in Abhängigkeit
von verschiedenen Beladungszuständen wird eine Optimierung des Fahrgehles erreicht.
Die Beeinflussung der Steuerventil-Charakteristik ist möglich durch Veränderung
des dem Steuerventil zugeftthrten Ölstromes bei Verwendung eines Steuerventiles
mit öls1:romabhängiger Ventilcharakteristik.
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Eine andere Möglichkeit zur Veränderung der Steuerventil-Charakteristik
ist möglich durch Beeinflussung der auf den Steuerventilkolben einwirkenden Rückwirkungskraft
und damit durch Beeinflussung der Anlenkkraft am Lenkhandrad. Die Anderung der Steuerventil-Charakter,stik
kann dabei automatisch oder von Hand erfolgen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in einer Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 eine Hilfskraftlenkung in schematischer Darstellung
mit achslastabhängigem Ölstrom, Fig. 2 ein Diagramm mit der Abhängigkeit der Steuerventil-Charakteristik
von dem achslastabhängigen blstrom, Fig. 3 bis Fig. 6 Ausführungsformen des Stromregelventiles
mit verschiedenen Möglichkeiten der Beeinflussung der Kraft an der Federseite der
Druckwaage, Fig. 7 eine andere Ausführung der Hilfskraftlenkung mit achslastabängigem
Ölstrom, Fig. 8 eine Ausführuncsform des Stromregelventiles mit achslastabhängiger
Verstellbarkeit der Drosselstelle, Fig. 9 eine weitere Ar.sführungsform der Hilfskraftlenkung
mit aci slastabhängigem Ölstrom, Fig. 10 ein AusführungE.beispiel der Hilfskraftlenkung
mit Anderung der Ventilcharakteristik durch Beeinflussung C!er Anlenkkraft im Steuerventil,
Fig.
11 eine Ausführungsform eines Steuerventiles für eine Hilfskraftlenkung nach Fig.
10.
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Fig. 12 das System einer Belastungsanzeige.
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Die Hilfskraftlenkung besteht im wesentlichen aus einer Servopumpe
1, einem Steuerventil 2, einem Servomotor 3 und einem Ölbehälter 4. Über das von
einem Lenkhandrad 5 betätigbare Steuerventil 2 wird der von der Servopumpe 1 geförderte
Ölstrom dem Servomotor 3 zugesteuert. Der Servomotor überträgt die Lenkbewegung
über ein Lenkgestänge 6 auf zu lenkende Fahrzeugräder 7 und 8.
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In eine Druckleitung 9 ist ein als 3-Wege-Stromregler ausgebildetes
Stromregelventil 10 angeordnet. Das Stromregelventil 10 enthält eine Druckwaage
11, die von einer Druckfeder 12 belastet ist, und eine Drosselstelle 13.
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An einer Fahrzeugachse, vorzugsweise an der Achse mit der größten
Laständerung zwischen leerem und beladenem Zustand des Fahrzeuges, ist ein Meßfühler
14 angeordnet. Der Meßfühler 14 reagiert auf Anderungen des Beladungszustandes des
Fahrzeuges.
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Dem Meßfühler 14 ist ein Signalgeber 15 zugeordnet, der über eine
Signalleitung 16 einem der Elemente der Hilfskraftlenkung Signale zuführt. Diese
Signale beeinflussen die Ventilcharakteristik des Steuerventiles 2.
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In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und der darauffolgenden Figuren
wird die Ventilcharakteristik durch den dem Steuerventil 2 zugeführten zustrom verändert,
der seinerseits durch die von dem Signalgeber ausgehenden Signale in Abhängigkeit
von der jeweiligen Achslast verändert wird.
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In Fig. 2 ist in einem Dilaramm der Servodruck p in Abahängigkeit
von der Kraft F am benkhandrad dargestellt. Der Servodruck ist dem Lenkwiderstand
proportional. Die Handkraft F ist eine dem Verstellweg des Steuerventilkolbens proportionale
Größe. Das Ende des Steuerwege s des Steuerventilkolbens ist an den Stellen zu sehen,
an denen die Kurven nahezu senkrecht nach oben abknicken. Die VerAnlerung der Steuerventil-Charakteristik
ist möglich durch Ver.inderung des dem Steuerventil zugeführten Servostromes. Die
c>bere Kurve zeigt den Verlauf bei einem großen Förderstrom, während die untere
Kurve den Verlauf bei einem kleinen F8rd(!rstrom darstellt. Der dem Steuerventil
zugeführte Förder:;trom wird achslastabhängig derart verändert, daß im allgerleinen
für hohe Achslasten die obere Kurve und für kleine Ach.lasten die untere Kurve entsteht.
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Möglichkeiten zur Verwirklichung dieser Kurven werden im folgenden
beschrieben.
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Eine erste Möglichkeit zur Veränderung des Öl stromes besteht darin,
daß die Kräfte auf die Druckwaage des Stromregelventiles geändert werden. D:.es
ist am einfachsten möglich durch Veränderung der Kraft auf eine der Stirnflächen
der Druckwaage 11, beispielsweise (ie Stirnfläche 17, auf die die
Druckfeder
1 wirkt. Dabei ist es möglich, entweder die Federvorspannung Bu verändern oder eine
zusätzliche Steuerkraft direkt auf die Stirnflache wirken zu lassen. In dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 ist an dem Gehäuse des Stromregelventils 10 ein Kolben 1.8 gegenüber
der Feder vorzugsweise koaxial verschiebbar ar.geordnet. Der Kolben 18 ist in Abhängigkeit
von einem von dem Signalgeber 15 übertragenen Signal mechanisch über einen T[ebel
19 und einen Bowdenzug 20 mechanisch verstellbar. Anstelle der mechanischen Verschiebeeinrichtung
ist es leicht vorstellbar, den Kolben 18 durch hydraulische, pneumatische oder eleki.ro-magnetische
Mittel und damit durch entsprechende hydraulische, pneumatische oder elektrische
Signale zu verstellen.
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Eine andere Möglichkeit zur Veränderung der Kraft auf die Stirnfläche
17 der Druckwaage 11 besteht in der direkten Beeinflussung durch einen von einem
Elektromagnet 21 in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal des Signal gebers
15 verstellbaren Stößel 22 (Fig. i.), d. h., der Stößel 22 drückt direkt auf die
Stirnfläche 17.
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Eine weitere Möglchkeit zur Veränderung der Kraft auf die Stirnfläche
17 der Druckwaage 11 besteht in der direkten Beaufschlagung eines Teiles der Stirnfläche
17 durch einen hydraulischen oder pneumatischen Steuerdruck. Dazu weist der Kolben
der Druckwaage 11 an seiner von der Feder 12 beaufschlagten
Stirnfläche
eine axiale Zylinderbohrung 23 auf, in der ein feststehender Kolbeneinsatz 24 mit
einer Anschlußbohrung 25 für die Signalleitung 16 dichtend geführt ist (Fig. 5).
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Eine Möglichkeit zum Ausgleich unterschiedlicher Radlastverteilungen,
z. B. bei Kurvenfahrt, ist in Fig. 6 dargestellt.
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Dabei werden pro Fahrzeugachse zweiMeßfühler 26A und 26B und zwei
Signalgeber 27A und 27B vorgesehen. Von den Signalgebern werden dabei entsprechend
der Fahrzeugneigung gegenläufige Steuerdrücke p1 und p2 erzeugt. Ein dem Kolben
18 der Fig. 3 ähnlicher, axial verschiebbar!r Kolben 28 liegt mit seiner einen Stirnfläche
29 an der F(der 12 an. An seiner anderen Stirnfläche 30 weist der Kolben 28 eine
Axialbohrung 31 auf, in der ein feststehender Kolben 32 dichtend geführt ist. Dabei
ist in der Axialbohrung 31 ein erster Druckraum 33 und an der restlichen Ringfläche
des Koll)ens 28 ein zweiter Druckraum 34 gebildet. Die beiden Druckräume 33 und
34, deren wirksame Flächen bei gleich großen Federelementen pro Achse gleich groß
sind, werden von Drücken beauFschlagt, die den hydraulischen oder pneumatischen
Signalen der beiden Signalgeber 27A und 27B elltsprecllen .
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Eine andere Möglichkeit der Beeinflussung des Öl stromes zur Änderung
der Steuerventil-Charakteristik besteht darin, daß die durchströmte Querschrittsfläche
der Drosselstelle 13 des Stromregelventils 10 in bhängigkeit von einem Signal des
Signalgebers 15 verändert wird. Diese Möglichkeit ist schematisch in Fig. 7 dargestellt.
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Ein praktisches Asführungsbeispiel der Anordnung nach Fig. 7 ist
in Fig. 8 gEzeigt. Ein Stromregelventil 40 enthält eine Druckwaage 41, die von einer
Druckfeder 42 belastet ist.
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Dieses Stromregelventi; enthält im Gegensatz zu dem Stromregelventil
10 anstelle einer Drosselstelle mit konstantem Querschnitt eine
Drosselstelle 43 mit veränderbarem Querschnitt. Verstelldrosseln sind allgemein
bekannt (siehe beispielsweise die Fachzetschrift "ölhydraulik und Pneumatik" 8 (1964),
Nr. 1, Seite 2()). Stellvertretend für andere Möglichkeiten ist hier eine verstellbare
Nadeldüse gezeigt. Eine Nadel 44 mit leicht konischem Ende 45 ist in einer Drosselblende
46 durch eine Gewindestellspindel 47 verschiebbar angeordnet.
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Auf die Gewindestellspindel 47 wirkt beispielsweise ein mechanisches
Gestänge. Ebenso ist eine Betätigung der Gewindestellspindel oder auch direkt eine
Verstellung der Nadel durch einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen
Stellmotor möglich. Diese Betätigungsorgane werden über von dem Signalgeber 15 ausgehende
Signale gesteuert. Da derartige Betätigungsorgane allgemein bekannt sind, werden
sie nicht näher beschrieben.
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Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung des Ölstromes zur Anderung
der Ventilcharakteristik des Steuerventiles ergibt sich durch die Verwendung einer
bekannten Verstellpumpe 48 anstelle einer Konstantstrompumpe. Der Förderstrom der
Verstellpumpe 48 ist in Abhängigkeit von einem Signal des Signalgebers 15 versteLlbar.
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Die Möglichkeit zur Änderung der Steuerventil-Charakteristik durch
Beeinflussung der Anlenkkraft wird im folgenden anhand der Fig. 10 und 11 beschrieben.
Voraussetzung für eine derartige Beeinflussung ist das Vorhandensein einer Rückwirkungseinrichtung
im Steuerventil. (Bei den bisher beschriebenen Ausführungen ist das Vorhandensein
einer Rückwirkungseinrichtung vorteilhaft, es ist edoch nicht zwingend notwendig.)
Während bei bisher bekannten Rückwirkungseinrichtungen der im Servomotor herrschende
ArbeitE.druck als Rückwirkungsdruck und damit zur Erzielung eines zufriedenstellenden
"Lenkgefühlesw verwendet wurde, wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ein
von der Achslast abhängiger Druck verwendet. In dem beispielsweise dargestellten
Steerventil 49 sind zwei Steuerventilkolben 50 und 51 durch zwei Zapfen 52 und 53
über das Lenkhandrad 5 verstellbar. Durch die Verstellung der Steuerventilkolben
50 und 51 wird jeweils einem Zylinderraum des Servomotores 3 von der Servopumpe
1 gefördertes Druckmittel zugeführt, während der jeweils andere Zylinderraum des
Servomotores 3 mit dem Rücklauf zur ölbehälter 4 verbunden ist.
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Zwei an je einer Stirnseite der Steuerventilkolben 50 und 51 angrenzende
Rückwirkungskolber 54 und 55 begrenzen in dem Gehause des Steuerventils 49 Je einen
Rückwirkungsraum 56 und 57. Diese beiden RückwirkLngsräume sind über Steuerleitungen
58 und 59 direkt oder über einen Druckübersetzer 60 mit dem Signalgeber 15 verbunden.
Dadurch herrscht in beiden Rückwirkungsräumen 58 und 59 ein achslastabhängiger Druck.
Die Kolben 54 und 55 stützen sich im Gehäuse des Steuerventiles 49
einseitig
ab und berührer die Steuerventilkolben 50 und 51 in deren Neutralstellung krftefrei.
Durch Auslenken der Steuerventilkolben 50 und 51 wird jeweils nur einer der beiden
Kolben 54 bzw. 55 bewegt. Er gibt damit die vom Achsdruck .!rzeugte Kraft über das
Steuerventil als zusätzliche Anlenkkraft an das Lenkhandrad ab. Diese Ausführung
eignet sich besonders für Fahrzeuge, bei denen beim Beladen eine Achse entlastet
wird, z. B. Stadtverkehrsbusse mit Heckeinstieg.
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Eine zunehmende Hinteraciisbelastung führt hierbei zu einer Entlastung
der gelenkten Vorderachse, wobei zur Erhaltung des "LenkgefWhles" die Anlenkkraft
mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erhöht wird.
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Die Anwendung dieser Prinzips ist nicht auf Steuerventile mit zwei
Ventilkolben beschränkt, sie ist vielmehr auch bei anderen Ventilbauarten möglich.
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Im vorstehenden sind Möglichkeiten einer vollautomatischen Beeinflußung
der Steuerventil-Charakteristik beschrieben. Daneben ist es möglich, nach einer
automatischen Anzeige des Beladungszustandes des Fahrzeuges oder entsprechend dem
persönlichen Bedürfnis des Fahrers durch Handbetätigung den dem Steuerventil zugeführten
ölstrom zu verändern. In Fig. 12 ist das System der Belastungsanzeige schematisch
dargestellt. An Fahrzeugachsen 61 und 62 angebrachte, Meßfühler und Signalgeber
enthaltende Sensoren 63 und 64 messen die Spannung in den belasteten Fahrzeugteilen
des Chassis. Über Signalleitungen
65 und 66 werden in einem Anzeigegerät
67 die gemessenen Belastungen beispielsweise digital angezeigt. (Ein derartiges
Anzeigegerät ist beispielsweise bekannt aus dem gemeinsamen Firmenprospekt "Aton
Load Indikator" der Firmen The Axel Johnson Institute for Industrial Rsearch, Nynäshamn,
Schweden und Nordisk Elektronik AB, Stonkholm, Schweden mit dem Datum 76.06.) Die
Einstellung des dem Steuerventil 2 zugeführten Förderstromes ist durch Verstellung
des Stronregelventiles auf zweierlei Weise oder durch Verstellen der Verstellpumpe
4a möglich, wie dies in den Figuren 1, 7 und 9 dargestellt ist. die praktische Ausführung
der Einflußnahme auf den Förderstrom durch manuelle Betätigung läßt sich auf unterschiedliche
Weise durchführen, beispielsweise über die in Fig. 3 dargestellte Betätigungseinrichtung
oder die in Fig. 8 dargestellte Verstelleinrichtung der Drossel des Stromregelventiles.
Von Hand steuerbare Verstellpumpen sind ebenfalls allgemein bekannt und werden deshalb
nicht näher beschrieben.