DE3240629C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfskraftlenkung entsprechend dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Eine bekannte Hilfskraftlenkung der vorgenannten Art hat zwei Steuerventile, von denen das eine Ventil bei einer Lenkbewegung der Lenkwelle in die eine Rich­ tung und das andere Ventil bei einer Lenkbewegung der Lenkwelle in die andere Richtung vom Steuergerät betätigt wird (DE-OS 28 46 413).

Eine andere bekannte Hilfskraftlenkung hat ein Nebenschlußventil, mit welchem die beiden Druckflächen des Kolbens des Arbeitszylinders miteinander verbindbar sind (DE-OS 28 36 926).

Ausgehend von dem an erster Stelle aufgeführten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Hilfskraftlenkung in der Weise zu gestalten, daß sie wirtschaftlicher herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst. Anstelle von zwei vom Steuergerät jeweils für sich betätigbaren Steuerventilen ist nur ein sowohl vom Steuergerät als auch vom Druck auf die große Druckfläche des Kolbens steuerbares Proportionalventil vorgesehen, das die Druckmittelzufuhr und -abfuhr zur größeren Druckfläche des Kolbens steuert. Das für den Betrieb einer Hilfskraftlenkung unerläßliche, vom Steuergerät steuerbare Nebenschlußven­ til wird für die Versorgung der kleineren Druckfläche des Kolbens herangezogen.

Der Anspruch 2 ist auf ein zusätzliches, vom Druck der Druckmittelquelle steuer­ bares Nebenschlußventil gerichtet, das beim Sinken des Druckes der Druckmittel­ quelle unter einen bestimmten Wert geschlossen wird.

Der Grenzdruck des Druckbegrenzungsventils ist entsprechend Anspruch 3 in vor­ teilhafter Weise steuerbar.

In der Zeichnung ist eine Hilfskraftlenkung als Ausführungsbeispiel des Gegen­ standes der Erfindung schematisch dargestellt.

Ein Lenkwellenteil 1 ist mit einem Lenkwellenteil 2 über eine Torsionsfeder 3 verbunden. Hierzu sind die Lenkwellenteile 1 und 2 auf ihren einander gegenüber liegenden Seiten hülsenförmig ausgebildet. Die Torsionsfeder 3 ist gegenüber den Lenkwellenteilen 1 und 2 mittels eines jeweils die hülsenförmigen Teile durch­ setzenden Querbolzens 4 bzw. 4a drehfest verbunden. Die beiden Lenkwellenteile 1 und 2 weisen an ihren einander zugewandten Seiten mit Spiel ineinander greifende Klauen einer Klauenkupplung 5 auf, welche nach Überschreiten eines gewissen Drehwinkels zwischen den Lenkwellenteilen 1 und 2 zur Wirkung kommt. Die Lenk­ wellenteile 1 und 2 sind in einem mit einem nicht dargestellten Fahrzeug fest verbundenen Gehäuse 6 drehbar gelagert.

Auf der vom Lenkwellenteil 2 abgewandten Seite des Lenkwellenteiles 1 ist ein Lenkrad 7 befestigt. Der Lenkwellenteil 2 ist mit einer Welle 8 drehfest verbunden, die in einem Getriebegehäuse 9 drehbar gelagert ist und in ihrem in diesem Ge­ häuse befindlichen Teil ein Ritzel 10 trägt, das mit einem Zahnstangenteil 11 einer Kolbenstange 12 kämmt.

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 Getriebe­ gehäuse 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.

Jede der Anschlußstellen 15, 16 ist über eine Leitung 17 bzw. 18 mit einer von zwei Anschlußstellen eines elektromagnetisch betätigbaren Nebenschlußventils 19b verbunden, das als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist und das die beiden Lei­ tungen 17 und 18 miteinander und mit einem Vorratsbehälter 22 oder eine Pumpe 23 mit der Leitung 18 verbinden kann, wodurch die kleinere Druckfläche des Kol­ bens 13 vom Druck der Pumpe 23 beaufschlagt wird.

Die Leitung 17 ist mit einem 3/2-Wege-Proportionalventil 20b verbunden, welches die Leitung 17, in der jeweiligen Endlage seines Steuerschiebers gesehen, entwe­ der mit der Pumpe 23 oder mit dem Vorratsbehälter 22 verbinden kann. Eine der Steuereinrichtungen des Proportionalventils 20b ist als elektrische Steuerein­ richtung und die andere als hydraulische Steuereinrichtung ausgebildet. Letztere Steuereinrichtung ist mit der Leitung 17 verbunden. Die Anschlußstelle T des Proportionalventils 20b ist mit dem Vorratsbehälter 22 verbunden und die An­ schlußstelle P dieses Ventils mit der Druckseite der Pumpe 23. An dieser Druck­ seite liegt ein Druckbegrenzungsventil 24.

Dem Nebenschlußventil 19b ist ein zweites Nebenschlußventil 32 parallel geschal­ tet, das vom Druck der Pumpe 23 derart steuerbar ist, daß während des Betriebs­ druckes das Nebenschlußventil 32 geschlossen ist, wogegen beim Sinken des Pumpen­ druckes unter einen bestimmten Grenzwert die beiden Leitungen 17 und 18 mitein­ ander und mit dem Vorratsbehälter 22 verbunden werden.

Die elektrisch steuerbaren Ventile 19b und 20b sind jeweils für sich mit einem elektronischen Steuergerät 25 verbunden, an das auf der Eingangsseite ein die Ge­ schwindigkeit v des Fahrzeuges angebender Tachogenerator 26 und ein die Dreh­ winkeldifferenz Δϕ anzeigender Drehwinkelmesser angeschlossen sind. Die maximale Drehwinkeldifferenz entspricht dem Spiel in der Klauenkupplung 5. Der Drehwinkel­ messer hat einen Hallsensor 27 und einen Permanentmagneten 28, die jeweils an einem der einander benachbarten Enden von den Lenksäulenteilen 1 bzw. 2 im Bereich von deren hülsenförmigen Abschnitten umgebende und mit diesen mittels der Quer­ bolzen 4 bzw. 4a drehfest verbundene Traghülsen 29 bzw. 30 angeordnet sind. Als Drehwinkeldifferenzmesser kann auch ein induktiver oder kapazitiver Drehwinkel­ differenzgeber verwendet werden. Von dem Hallsensor 27 führt eine Leitung 31 zu dem Steuergerät 25.

Das Steuergerät 25 hat einen programmierbaren Mikroprozessor, der die vom Tachogenerator 26 und vom Drehwinkelmesser 27, 28 erzeugenden Signale v, Δϕ gemäß einem eingegebenen Programm in Signale für die Ventile 19b und 20b umsetzt, wobei die Stärke des Signales die Drosselöffnung des Steuerschiebers des angesteuerten Proportionalventiles 20 bestimmt. Das Steuergerät 25 ist so programmiert, daß je nach der Drehrichtung des Lenkrades 7 der Steuerschieber des Proportionalventils 20b in die eine oder andere Richtung bewegt wird. Bei Stillstand des die Hilfskraftlenkung aufweisenden Fahrzeuges kann schon bei kleinster Lenkkraft am Lenkrad 7 das Proportionalventil 20b 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 Geschwindig­ keit des Fahrzeuges kann durch Öffnen des Nebenschlußventiles 19b die Unter­ stützung der Lenkung durch den Arbeitszylinder 12 bis 14 ganz entfallen. Das Nebenschlußventil 19b ist bei Stromausfall oder bei elektrischen Fehlverhalten des Steuergerätes 25 geöffnet, so daß bei Verbindung der beiden Anschlußstellen 15 und 16 durch das Nebenschlußventil 19b die Lenkung rein mechanisch betätigt werden kann. In das Steuergerät können auch andere beliebige Fahrzustandsgrößen eingegeben und von diesem dem Programm entsprechend verwertet werden. Elektrische Fehlsignale sollten nicht verarbeitet werden.

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 Proportional­ ventils 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 Arbeits­ zylinders 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 Steuer­ gerätes 25 und wirken auf die elektrische Steuereinrichtung des Proportional­ ventils 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.

Beim Ausführungsbeispiel wird nur ein 3/2-Wege-Proportionalventil mit einem einzigen Magneten gebraucht, das wesentlich preiswerter als ein 4/3-Wegeventil mit zwei Elektromagneten ist. Die Lenkung ist immer hydraulisch unterstützt.

Zur Änderung des mechanischen Anteiles an der Lenkung kann das Druckbe­ grenzungsventil 24 zum Ändern des jeweiligen Grenzdruckes elektrisch steuerbar sein, wobei der Grenzdruck über die Steuereinheit 25 eingestellt werden kann.

Claims (3)

1. Hilfskraftlenkung mit einer in ihrer Länge geteilten Lenkwelle (1, 2), wovon ein Teil (1) ein Lenkrad (7) trägt und wovon der andere Teil (2) mit einer Zahnstange (11) verbunden ist, mit einem zwischen den beiden Teilen (1, 2) der Lenkwelle angeordneten, als Drehsensor (27, 28) ausge­ bildeten Signalgeber (27, 28), mit einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder (12 bis 14), dessen Kolben (13) unterschiedliche Druckflächen hat, mit einem mit einer Druckmittelquelle (23) verbundenen und als Proportional­ ventil ausgebildeten Steuerventil (20b), das von einem Steuergerät (25) abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder von einer anderen Fahrzustandsgröße steuerbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels des als 3/2-Wege-Proportionalventil ausgebildeten Steuerventils (20b) der von der größeren Druckfläche begrenzte Arbeitsraum des Kolbens (13) entweder mit der Druckmittelquelle (23) oder mit dem Vorratsbehälter (22) verbindbar ist, wobei dieser Arbeitsraum mit einer Steuereinrichtung des Steuerventils (20b) verbunden ist, und daß ein vom Steuergerät (25) steuerbares Nebenschlußventil (19b) vorgesehen ist, das in der einen Steuerlage seines Steuerschiebers die beiden Druckflächen des Kolbens (13) mit dem Vorratsbehälter (22) und in der anderen Steuer­ lage seines Steuerschiebers die kleinere Druckfläche des Kolbens (13) mit der Druckmittelquelle (23) verbindet.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seiten des Arbeitszylinders (12 bis 14) über ein zusätz­ liches, vom Druck der Druckmittelquelle (23) steuerbares Nebenschlußventil (32) miteinander verbindbar sind.

3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckseite der Druckmittelquelle (23) ein Druckbegrenzungs­ ventil (24) angeschlossen ist, dessen Grenzdruck mit Hilfe des Steuer­ gerätes (25) veränderbar ist.