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" Hilfskraf tlenkung"
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfskraftlenkung entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei einer bekannten Lenkung der vorgenannten Art ist das Steuerventil
als Druckminderventil ausgebildet, dessen hydraulische Rückwirkung sich proportional
zur Fahrgeschwindigkeit ändert. Hierdurch wird das Lenkverhalten bei hoher Geschwindigkeit
verbessert (Deutsche Zeitschrift: "fluid" April 1982).
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfskraftlenkung
zu schaffen, bei der auch bei geringer Geschwindigkeit des Fahrzeuges die vom Fahrer
aufzubringende Lenkkraft verhältnismäßig klein ist. Diese Aufgabe wird durch die
Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst. Durch Erfassen
des Drehwinkels zwischen den beiden Lenksäulenteilen und/oder der Drehgeschwindigkeit
des Lenkrades läßt sich die Zufuhr von Druckmittel zum Arbeitszylinder nicht nur
abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges sondern auch von dem Drehwinkel
zwischen den beiden kraftschlüssig miteinander verbundenen Lenkradteilen und/oder
der Drehgeschwindigkeit des Lenkrades steuern.
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Der Anspruch 2 ist auf ein Nebenschlußventil gerichtet, in dessen
geöffnetem Zustand die Lenkung rein mechanisch betätigt werden kann Die Merkmale
des Anspruches 3 betreffen einen bevorzugten Drehmesser zum Messen
der
Drehwinkeldifferenz zwischen den beiden Lenksäulenteilen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung
und der Zeichnung. In dieser sind drei Hilfskraftlenkungen für je ein Fahrzeug als
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es
zeigen -Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles, Fig. 2 einen Schnitt
nach Linie 1141 in Fig. 1 in größerem Maßstab.
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Fig. 3 und 4 Änderungen des Schaltbildes nach Fig. 1 gemäß dem zweiten
und dem dritten Ausführungsbeispiel.
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Ein Lenksäulenteil 1 ist mit einem Lenksäulenteil 2 über eine Torsionsfeder
3 verbunden. Hierzu sind die Lenksäulenteile 1 und 2 auf ihren einander gegenüber
liegenden Seiten hülsenförmig ausgebildet. Die Torsionsfeder 3 ist gegenüber den
Lenksäulenteilen 1 und 2 mittels eines jeweils die hülsenförmigen Teile durchsetzenden
Querbolzens 4 bzw. 5 drehfest verbunden. Die beiden Lenksäulenteile 1 und 2 weisen
an ihren einander zugewandten Seiten mit Spiel ineinander greifende Klauen einer
Klauenkupplung 4 auf, welche nach Überschreiten eines gewissen Drehwinkels zwischen
den Lenksäulenteilen 1 und- 2 zur Wirkung kommt. Die Lenksäulenteile 1 und 2 sind
in einem mit- einem nicht dargestellten Fahrzeug fest verbundenen Gehäuse 6 drehbar
gelagert.
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Auf der vom Lenksäulenteil 2 abgewandten Seite des Lenksäulenteiles
1 ist ein Lenkrad 7 befestigt. Der Lenksäulenteil 2 ist mit einer Welle 8 drehfest
verbunden, die in einem Getriebegehäuse- 9 drehbar gelagert ist und in ihrem in
diesem Gehäuse befindlichen Teil ein Ritzel 10 trägt, das mit einem Zahnstangenteil
11 einer Kolbenstange 12 kämmt.
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An dem im Getriebegehäuse 9 befindlichen Ende der Kolbenstange 12
ist ein Kolben 13 befestigt, der in einem im Getriebegehäuse 9 untergebrachten Zylinderteil
14 axial verschiebbar ist. In dem den Zylinderteil 14 mit Spiel umgebenden Getriebegehäuse
9 befindet sich eine Anschlußstelle 15 und in dem den Zahnstangenteil 11 aufnehmenden
Teil des Getriebegehäuses 9 befindet sich eine Anschlußstelle 16. Der aus dem Getriebegehäuse
9 herausragende Teil der Kolbenstange 12 ist mit einem Lenkhebel einer Vorderradlenkung
verbindbar. Die Teile 12 bis 14 bilden einen Arbeitszylinder 12 bis 14.
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Jede der Anschlußstellen 15, 16 ist über eine Leitung 17 bzw 18 mit
einer von zwei Anschlußstellen eines elektromagnetisch betätigbaren Nebenschlußventiles
19 verbunden, das als 3/2-9Segeventil ausgebildet ist und das die beiden Leitungen
17 und 18 miteinander und mit einem Vorratsbehälter 22 verbinden oder voneinander
und vom Vorratsbehälter 22 trennen kann.
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Die Leitung 17 ist mit zwei Proportional ventilen 20 und 21 über
deren- Anschlußstellen A bzw. B' verbunden und die Leitung 18 mit diesen Proportionalventilen
über die Anschlußstellen B bzw. A'. Die Anschlußstellen T und T' der Proportionalventile
20 und 21 sind mit. dem Vorratsbehälter 22 verbunden und die Anschlußstellen P und
P' der Proportionalventile mit der Druckseite einer Pumpe 23. An dieser Druckseite
liegt ein Druckbegrenzungsventil 24.
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Die elektrisch steuerbaren Ventile 19 bis 21 sind jeweils für sich
mit einem elektronischen Steuergerät 25 verbunden, an das auf der Eingangseite ein
die Geschwindigkeit v des Fahrzeuges angebender Tachogenerator 26 und ein die Drehwinkeldifferenz
f anzeigender Drehwinkelmesser angeschlossen sind. Die maximale Drehwinkeldifferenz
entspricht dem Spiel in der Klauenkupplung 4. Der Drehwinkelmesser hat einen Hallsensor
27 und einen Permanentmagneten 28, die jeweils an einem der einander benachbarten
Enden von die Lenksäulenteile 1 bzw. 2 im Bereich von deren hülsenförmigen Abschnitten
umgebende und mit diesen mittels der Querbolzen 4 bzw. 5 drehfest verbundene Traghülsen
29 bzw. 30 angeordnet sind. Als Drehwinkeldifferenzmesser kann auch ein induktiver
oder kapazierter Drehwinkeldifferenzgeber verwendet werden. Von dem Hallsensor 27
führt eine Leitung.31 zu dem Steuergerät 25.
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Das Steuergerät 25 hat einen programmierbaren hriikroprozesor, der
die vom Tachogenerator 26 und vom Drehwinkelmesser 27, 28 erzeugenden Signale v,
gemäß einem eingegebenen Programm in Signale für die Ventile 19 und 21 umsetzt,
wobei die Stärke des Signales die Drosselöffnung des Steuerschiebers des angesteuerten
Proportionalventiles 20 oder 21 bestimmt. Das Steuergerät ist so programmiert, daß
je nach der Drehrichtung des Lenkrades das eine oder das andere Proportionalventil
20 und 21 angesteuert wird. Bei Stillstand des die Hilfskraftlenkung aufweisenden
Fahrzeuges kann schon bei kleinster Lenkkraft am Lenkrad 7 das je nach der Drehrichtung
des Lenkrades 7 angesteuerte Proportionalventil 20 oder 21 voll ausgesteuert sein,
so daß im Arbeitszylinder 12 bis 14 ein maximaler Druck zum Bewegen der Kolbenstange
12 in der gewünschten Richtung auftritt. Beim Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit
des Fahrzeuges kann durch Öffnen des N2benschlußventiles 19 die Unter-Stützung der
Lenkung durch rIn Arbeitszvlindpr h;¢ n ld
Nebenschlußventil 15
ist bei Stromausfall oder bei elektrischem Fehlverhalten des Steuergerätes 25 geöffnet,
so daß bei Verbindung der beiden Anschlußstellen 15 und 16 durch das Nebenschlußventil
19 die Lenkung rein mechanisch betätigt werden kann. In das Steuergerät können auch
andere beliebige Fahrzustandsgrößen eingegeben und von diesem dem Programm entsprechend
verwertet werden.
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Elektrische Fehlsignale sollten nicht verarbeitet werden.
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Zu dem Nebenschlußventil 19 kann ein zweites Nebenschlußventil parallel
geschaltet sein, das bei Druckausfall der Pumpe und/oder bei stillstehendem Antriebsmotor
des Fahrzeugs und betriebsbereitem Steuergerät 25 die Leitungen 17 und 18 miteinander
verbindet, so daß die Lenkung rein mechanisch betätigt werden kann. Ein solches
Ventil kann dem nachstehend beschriebenen Ventil 32 entsprechen.
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Beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und
-4 sind die dem ersten Ausführungsbeispiel eratsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen, wobei Änderungen mit einem Kleinbuchstaben bezeichnet sind.
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Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat anstelle der beiden
Proportionalventile 20, 21 ein einziges 4/3-\':ege-Proportionalventil 20a, dessen
beiden in einander entgegengesetzten Richtungen wirkenden Steuereinrichtungen vom
Steuergerät 2-5 steuerbar sind. In der Mittellage des Steuerschiebers des Proportionalventils
20a sind die beiden Leitungen 17 und 18 jeweils über eine Drosselstelle im Proportionalventil
mit dem Vorratsbehälter 22 verbunden, wogegen die Pumpendruckleitung gesperrt ist.
In der einen Verschiebeendlage des Steuerschiebers des Proportionalventils 20a sind
die Pumpe 23 mit der Leitung 18 und der Vorratsbehälter 22 mit der leitung 17 verbunden
und in der anderen Steuerendlage von dessen Steuerschieber bestehen umgekehrte V
erbindungen.
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Das Nebenschlußventil 19- verbindet in der dargestellten Steuerlage
seines Steuerschiebers die beiden Leitungen 17 und 18 miteinander und mit dem Vorratsbehälter
22, wogegen in der anderen Steuerlage von dessen Steuerschieber die Leitungen 17
und 18 voneinander und vom Vorratsbehälter 22 getrennt sind. Die Leitungen 17 und
18 sind miteinander und mit dem Vorratsbehälter verbunden, wenn das Steuergerät
25 ausfällt, bei dessen Fehlverhalten und beim Versagen des Proportionalventiles
2Cæ Dem Nebenschlußventil 19 ist ein zweites Nebenschlußventil 32 parallel geschaltet,
das
vom Druck der Pumpe 23 derart steuerbar ist, daß während des Betriebsdruckes das
Nebenschlußventil geschlossen ist, wogegen beim Sinken des Pumpendruckes unter einen
bestimmten Grenzwert die beiden Leitungen 17 und 18 miteinander und mit dem Vorratsbehälter
22 verbunden werden.
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Mit Hilfe des zweiten Ausführungsbeispieles lassen sich leicht Lenkbewegungen
rein mechanisch ausführen, ohne daß das Proportionalventil 20a angesteuert wird.
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Wegen der Verbindung der beiden Leitungen 17 und 18 mit dem VorrstchphRltpr
22 über die Drosselstelle im Proportionalventil 20a in Mittellage von dessen Steuerschieber
bietet das zweite Ausführungsbeispiel eine größere Sicherheit bei Ausfall des Steuergerätes
25 als das erste Ausführungsbeispiel.
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Das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat anstelle der beiden
Proportionalventile 20 und 21 des ersten Ausführungsbeispieles ein 3/2-Wege-Proportionalventil
20b, welches die Leitung 17, in der jeweiligen Endlage seines Steuerschiebers gesehen,
entweder mit der Pumpe 23 oder mit dem Vorratsbehälter 22 verbindet. Eine der Steuereinrichtungen
des Proportionalventils 20b ist als elektrische Steuereinrichtung mit dem Steuergerät
25 und die andere, als hydraulische Steuereinrichtung ausgebildete Steuereinrichtung
ist mit der Leitung 17 verbunden.
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Der Kolben 13 des Arbeitszylinders hat auf der Seite seiner Kolbenstange
12 eine kleinere Arbeitsfläche als auf der anderen Seite, wobei ein Flächenverhältnis
von 1:2 bevorzugt wird.
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Das Nebenschlußventil 19b verbindet in der einen Steuerlage seines
Steuerschiebers die beiden Leitungen 17 und 18 miteinander und mit dem Vorratsbehälter
22 und in seiner anderen Steuerlage die Pumpe 23 mit der Leitung 18, wodurch die
kleinere Arbeitsfläche des Kolbens 13 vom Druck der Pumpe 23 beaufschlagt wird.
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Unter der Annahme, daß das Flächenverhältnis der beiden Seiten des
Kolbens 13 sich wie 1:2 verhält, wird die elektrische Steuerseite des Proportionalventils
20b mit der Hälfte des Nennstromes des Steuergerätes 25 gespeist, sofern keine Lenkkraft
am Lenkrad 7 aufgebracht wird. Der Steuerschieber des Proportionalventils 20b wird
dadurch in der Zeichnung gesehen nach links verschoben und dadurch in der Mitte
gehalten, daß der halbe Pumpendruck, der in dem von der größeren Arbeitsfläche des
Kolbens 13 begrenzten Arbeitsraum des Arbeitszylinders herrscht, in der hydraulischen
Steuereinrichtung entgegen der Richtung der elektrischen SteuereinriChtung wirkt.
Ausschläge des Lenkrades nach rechts
oder links führen zu kleineren
oder größeren Strömen am Ausgang des Steuergerätes 25 und wirken auf die elektrische
Steuereinrichtung des Proportionalventils 20b, wodurch dessen Steuerschieber nach
rechts oder links verschoben wird. Der Kolben 13 des Arbeitszylinders 12 bis 14
folgt der Bewegung des Steuerschiebers des Proportionalventils 20b. Wird der Lenkausschlag
am Lenkrad beendet, so nimmt der Steuerschieber im Proportionalventil 20b wieder
seine Mittellage ein und der Kolben 13 verbleibt in der von ihm gerade eingenommenen
Lage.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel wird nur ein 3/2-U'ege-Proportionalventil
mit einem einzigen Magneten gebraucht, das wesentlich preiswerter als ein 4/3-Wegeventil
mit zwei Elektromagneten ist. Die Lenkung ist immer hydraulisch unterstützt.
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Zur Änderung des mechanischen Anteiles an der Lenkung kann das Druckbegrenzungsventil
zum Ändern des jeweiligen Grenzdruckes elektrisch steuerbar sein, wobei der Grenzdruck
über die Steuereinheit 25 eingestellt werden kann.