DE3249477C2 - Hydraulische Hilfskraftlenkeinrichtung f}r Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hilfskraft­ lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge der durch den Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

Bei einer aus der US-PS 38 77 540 bekannten Hilfskraftlenk­ einrichtung dieser Art ist die Reaktionsdruckkammer des Dreh­ schieberventils mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung an der einen Stirnseite von zwei zusammenwirkenden Ventilelementen ausgebildet. An die Reaktionsdruckkammer ist die Druckleitung eines Reglers angeschlossen, der bei einer für ein selbst­ tätig schaltbares Wechselgetriebe vorgesehenen hydraulischen Steuervorrichtung einen fahrgeschwindigkeitsabhängigen Steuer­ druck liefert. Mit diesem Steuerdruck wird somit die relative Beweglichkeit der beiden Ventilelemente, von denen das eine mit dem Torsionsstab verbunden ist, mit einer somit direkten Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit beeinflußt, so daß unter weiterer Vermittlung des Lenkmotors eine beispielsweise für ein Einparken des Fahrzeuges erwünschte kleinere Lenkan­ strengung erhalten wird, während andererseits für das Fahren mit großer Fahrgeschwindigkeit eine dann hauptsächlich aus Sicherheitsgründen gewünschte größere Lenkanstrengung bereit­ gestellt wird. Bei der bekannten Hilfskraftlenkeinrichtung ist dabei für die beiden Ventilelemente des Drehschieberven­ tils noch eine Mittenzentrierung vorgesehen, in welcher jede Beeinflussung der Lenkanstrengung unterbleibt, was somit zur Folge hat, daß hier der Lenkmotor nur bei Unterschreitung einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit betätigt wird.

Aus der DE-OS 23 52 018 ist daneben eine gattungsähnliche Hilfskraftlenkeinrichtung bekannt, bei welcher eine motorbe­ triebene Servopumpe über ein mit einer Reaktionsdruckkammer versehenes Steuerventil an den Lenkmotor angeschlossen ist. Die Förderleitung der Servopumpe ist nur bei hohen Fahrge­ schwindigkeiten unter Vermittlung eines besonderen Schaltven­ tils auch an die Reaktionsdruckkammer des Steuerventils ange­ schlossen, während dieser Anschluß bei niedrigen Fahrgeschwin­ digkeiten mit einer dann geschalteten Neutralstellung des Schaltventils gesperrt wird. Die beiden unterschiedlichen Schaltstellungen des Schaltventils werden dabei entweder hydraulisch oder elektrisch gesteuert.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, eine hydraulische Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge der angegebenen Gattung so auszubilden, daß die fahrgeschwindigkeitsabhängige Beeinflussung der Lenkan­ strengung direkt durch die motorbetriebene Servopumpe ge­ steuert wird.

Die mit der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenk­ einrichtung erzielbaren Vorteile liegen im wesentlichen da­ rin, daß mit der jetzt vom Förderdruck der motorbetriebenen Servopumpe direkt abhängigen Beeinflussung der Reaktionsdruck­ kammer jetzt eine Lenkanstrengung vermittelt wird, die bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten ausschließlich mit dem Torsions­ stab übersetzt wird. Bei den höheren Fahrgeschwindigkeiten wird andererseits die Lenkanstrengung entsprechend dem sich dabei synchron erhöhenden Förderdruck der Servopumpe pro­ gressiv gesteigert, wobei wegen der direkten Übersetzung des Förderdruckes der Servopumpe an die Reaktionsdruckkammer des Drehschieberventils für den von der Lenkanstrengung abhängi­ gen Lenkdruck Kennlinien erhalten werden, die sich für die beiden insoweit extremen Geschwindigkeitsbereiche sehr deut­ lich voneinander unterscheiden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schemadarstellung der Hilfs­ kraftlenkeinrichtung mit einem Teil-Längsschnitt durch das Dreh­ schieberventil,

Fig. 2 einen Querschnitt des Drehschie­ berventils nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaubild zur Darstellung der Kennlinien für den von der Lenkanstrengung abhängigen Lenk­ druck bei der Hilfskraftlenkein­ richtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Schemadarstellung einer Hilfskraftlenkeinrichtung der in Fig. 1 gezeigten Ausbildung gemäß einer abweichenden Ausfüh­ rungsform seiner Ventileinrichtung,

Fig. 5 eine Schemadarstellung einer abge­ wandelten Ausführungsform des in Fig. 4 gezeigten Strömungssteuerven­ tils und

Fig. 6 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des von der Lenkanstrengung abhängigen Lenk­ druckes bei Verwendung eines Strömungssteuerventils der in Fig. 5 gezeigten Ausbildung.

Bei der hydraulischen Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge in der Ausbildung gemäß Fig. 1 und 2 ist ein Gehäuse 10 mit einer Ventilkammer 12 versehen, in welcher ein aus zwei Ventilelementen 14 und 16 gebildetes Drehschieberventil angeordnet ist. Das Ventilelement 16 dieses Drehschieberventils ist mit einer ggf. einstückig ausgebildeten Lenkspindel 18 verbunden und weist äußere Steuerbünde 20 auf, die mit inneren Steuerbünden 22 des hülsenförmig aus­ gebildeten Ventilelements 14 zusammenwirken. Durch diese Steuerbünde 20 und 22 wird bei einer Relativ­ drehung der beiden Ventilelemente 14 und 16 ein über eine Einlaßöffnung 24 zugeleiteter Lenkdruck für eine Weiterleitung an zwei Verteilerkanäle 26 und 28 ge­ steuert, an die ein hydraulischer Lenkmotor für ein Lenkgetriebe angeschlossen ist. Der Lenkmotor um­ faßt einen mit dem Lenkgestänge des Lenkgetriebes verbundenen Kolben, der zu beiden Seiten mit dem durch das Drehschieberventil gesteuerten und über die Verteilerkanäle 26 und 28 zugeleiteten Lenk­ druck beaufschlagt wird. Der Lenkdruck wird von einer motorbetriebenen Servopumpe 32 bereit ge­ stellt, die mit ihrer Förderleitung 30 an die Öff­ nung 24 angeschlossen ist. Solange der Motor läuft, wird folglich von der Servopumpe 32 ein von der Motordrehzahl abhängiger Druck über die Förderleitung 30 geliefert, und dieser Druck wird bei einem auf die Lenkspindel 18 vermittelten Lenkeinschlag für eine Kurvenfahrt des Fahrzeuges in der einen oder in der anderen Richtung über die Verteilerkanäle 26 und 28 für eine entsprechend unterschiedliche Druckbeaufschlagung des Kolbens des Lenkmotors weitergeleitet, so daß das damit verbundene Lenk­ gestänge des Lenkgetriebes bei einem darüber an die lenkbaren Räder vermittelten Lenkeinschlag eine entsprechende Kraftunterstützung zur Verrin­ gerung der Lenkanstrengung erfährt.

Das Lenkgetriebe kann ein Antriebsritzel 34 umfassen, das für einen Zahneingriff mit einer Zahnstange in einer Bohrung des Gehäuses 10 mittels einer Buchse 36 drehbar gelagert ist. Eine Ausbildung des Lenkgetriebes mit einem Zahnsegment, das dabei mit einer an einem Arbeitskolben ausgebildeten Zahnstange im Zahneingriff steht, wobei der Arbeitskolben über einen Kugelumlauf auf der Lenkspindel gelagert ist, kann für die Verbindung mit dem Lenkge­ stänge alternativ ebenfalls vorgesehen sein. Das An­ triebsritzel 34 ist bei 40 mit dem einen Ende eines Tor­ sionsstabes 38 verstiftet, der in einer axialen Durch­ laßöffnung des Ventilelements 16 des Drehschieberventils angeordnet und an seinem anderen Ende bei 42 mit der Lenkspindel 18 verstiftet ist. Das Antriebsritzel 34 ist weiterhin über eine Verriegelungseinrichtung 46 mit einer in das Drehschieberventil integrierten Reak­ tionsdruckkammer 44 verbunden, wobei die Verriegelungs­ einrichtung 46 eine für eine Totgangverbindung so aus­ gelegte Schlitzführung an dem Ventilelement 16 aufweist, daß bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments bei einem Lenkeinschlag das Antriebsritzel 34 direkt durch das Ventilelement 16 gedreht werden kann.

Das Ventilelement 16 ist durch ein Kugellager 48 ge­ lagert. Seine durch den Torsionsstab 38 abgedichtete axiale Durchlaßöffnung 52 steht mit einem radialen Druck­ kanal 50 in Verbindung, der zwischen diesem Kugellager 48 und dem Ventilelement 14 ausgebildet ist, sowie mit einem radialen Auslaßkanal 54 des Drehschieberventils, in wel­ chem die Förderleitung 30 der Servopumpe 32 fortgesetzt ist. Die Durchlaßöffnung 52 des Ventilelements 16 weist auf der zu dem Druckkanal 50 abgewandten Seite des Ven­ tilelements 14 eine Auslaßöffnung 56 auf, an welche die Ansaugleitung 58 der Servopumpe 32 angeschlossen ist. Das aus den Ventilelementen 14 und 16 gebildete Dreh­ schieberventil ist somit in einem Steuerkreis zwischen der Servopumpe 32 und dem Lenkmotor für das Lenkgetriebe angeordnet.

Die Ansaugleitung 58 der Servopumpe 32 ist zu einer fahrgeschwindigkeitsabhängigen Servopumpe 60 verzweigt, die in ihrer Förderleitung 62 einen von der Fahrgeschwin­ digkeit des Fahrzeuges abhängigen Druck liefert. Dieser Druck kann alternativ auch von dem Regler einer hydrau­ lischen Steuervorrichtung für ein selbsttätig schaltba­ res Wechselgetriebe fahrgeschwindigkeitsabhängig bereit gestellt werden. Der Druckaufbau in der Förderleitung 62 der Servopumpe 60 wird durch ein Druckentlastungsventil 64 geregelt, das einen durch eine Feder 66 entgegen dem Förderdruck der Servopumpe 60 vorgespannten Steuerkolben zur Steuerung einer Verbindungsöffnung mit einem zu der Servopumpe 60 parallel angelegten Bypasskanal 68 auf­ weist. Der an die Ansaugleitung 58 der Servopumpe 32 angeschlossene Bypasskanal 68 ist über eine Strömungs­ drossel 70 mit der Förderleitung 62 der Servopumpe 60 verbunden.

Zu dem Druckentlastungsventil 64 ist ein Schaltventil 70 parallel angeordnet, das einen Steuerkolben mit zwei axial beabstandeten Steuerbünden 72 und 74 gleichen Durchmessers aufweist. Dieser Steuerkolben ist an dem Steuerbund 74 dem in der Ansaugleitung 58 vorherr­ schenden Ansaugdruck der Servopumpe 32 ausgesetzt und durch eine zusätzlich vorgesehene Regelfeder 76 entge­ gen dem in der Förderleitung 62 vorherrschenden und auf den Steuerbund 72 einwirkenden Förderdruck der Ser­ vopumpe 60 vorgespannt. Wenn der Steuerkolben des Schalt­ ventils 70 die in Fig. 1 dargestellte Schaltstellung einnimmt, dann ist eine weiterhin vorgesehene Verzwei­ gung 78 der Ansaugleitung 58 der Servopumpe 32 an eine Anschlußleitung 80 der Reaktionsdruckkammer 44 des Dreh­ schieberventils angeschlossen, womit die Reaktionsdruck­ kammer 44 mit einem von der Drehzahl der Servopumpe 32 abhängigen Reaktionsdruck beliefert wird.

Die Reaktionsdruckkammer 44 des Drehschieberventils ist aus einer mehrfachen Kolben-Zylinder-Anordnung gebildet und umfaßt ein im Querschnitt im wesentlichen rechteck­ förmiges Reaktionsglied 82, das an dem Ventilelement 16 des Drehschieberventils einstückig ausgebildet ist und eine direkte Verbindung 84 mit dessen anderem Ventilele­ ment 14 aufweist. Das Reaktionsglied 82 ist von einer Hülse 86 umgeben, in welcher vier Reaktionszylinder 88, 90, 92 und 94 ausgebildet sind, die jeweils einen Reak­ tionskolben 96, 98, 100 und 102 aufnehmen. An diesen Reak­ tionskolben sind für eine außermittige Berührung mit dem Reaktionsglied 82 vorgesehene Berührungsnasen ausgebil­ det. Wenn die Reaktionskolben durch den über die An­ schlußleitung 80 an die Reaktionsdruckkammer 44 ange­ lieferten Reaktionsdruck in die in Fig. 2 dargestellte Anschlagstellung an Anschlagschultern ihrer Zylinder an­ gedrückt werden, ist dadurch das Ventilelement 16 des Drehschieberventils über das Reaktionsglied 82 für eine Relativdrehung zu dem Ventilelement 14 gesperrt. Die Reak­ tionskolben sind andererseits bei weniger großem Reak­ tionsdruck aus dieser dargestellten Anschlagstellung an den Anschlagschultern ihrer Zylinder gelöst, wodurch dann in Abhängigkeit von der Größe des Reaktionsdruckes die relative Drehbarkeit der beiden Ventilelemente 14 und 16 bei jedem Lenkeinschlag in einer der beiden Rich­ tungen einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges paarweise ent­ weder durch die Reaktionskolben 96 und 100 oder durch die Reaktionskolben 98 und 102 gebremst wird.

Wenn bei einer Geradeausfahrt mit hoher Fahrgeschwindig­ keit ein Lenkeinschlag bewirkt wird, wird der Steuerkol­ ben des Schaltventils 70 aus der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung entgegen dem Ansaugdruck der Servopumpe 32 und entgegen der Kraft der Regelfeder 76 in eine zweite Schaltstellung gebracht, in welcher dann die Förderleitung 30 der Servopumpe 32 mit der Anschlußleitung 80 der Reak­ tionsdruckkammer 44 verbunden ist. Der in der Reaktionsdruck­ kammer 44 vorherrschende Reaktionsdruck ergibt folglich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten einen entsprechend hohen Lenkdruck, und dieser hohe Lenkdruck wird andererseits zu den kleineren Fahrgeschwindigkeiten hin wegen der sich dann auch erniedrigenden Drehzahl der Servopumpe 32 in dem Ausmaß erniedrigt, wie durch den Steuerbund 74 des Steuerkolbens des Schaltventils 70 der Anschluß der För­ derleitung 30 der Servopumpe 32 an die Anschlußleitung 80 der Reaktionsdruckkammer 44 zugesteuert und andererseits der Anschluß des Zweiges 78 der Ansaugleitung 58 der Ser­ vopumpe 32 an diese Anschlußleitung 80 durch dessen Steu­ erbund 72 aufgesteuert wird. Mit dem Schaltventil 70 kön­ nen damit beispielsweise die beiden Kennlinien 106 und 108 erhalten werden, die in dem Schaubild der Fig. 3 für den von der Lenkanstrengung abhängigen Lenkdruck dar­ gestellt sind, wobei die Kennlinie 106 die vergleichs­ weise kleine Lenkanstrengung verdeutlicht, die beispiels­ weise für ein Einparken des Fahrzeuges benötigt wird, während die Kennlinie 108 die vergleichsweise große Lenkanstrengung angibt, die bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeuges für einen Lenkeinschlag aufgebracht wer­ den muß. Die beiden Kennlinien 106 und 108 zeigen dabei eine sehr deutliche Spreizung, deren Erreichbarkeit bei dieser Ausbildung der Hilfskraftlenkeinrichtung noch durch die fahrgeschwindigkeitsabhängige Servopumpe 60 zusätzlich zu der Regelfeder 76 unterstützt wird, wobei aber dieser Einfluß alternativ auch mit einem als Stufen­ kolben ausgebildeten Steuerkolben des Schaltventils 70 berücksichtigt werden kann.

Anstelle des Schaltventils 70 kann die damit für die Reak­ tionsdruckkammer 44 bereit gestellte Ventileinrichtung auch durch ein Strömungssteuerventil 114 der in Fig. 4 dargestellten Ausbildung gebildet sein, um damit eben­ falls diese beiden Kennlinien 106 und 108 für den die Lenkanstrengung beeinflussenden Lenkdruck zu erhalten. Dieses Strömungssteuerventil 114 kann gemäß einer aus der US-PS 41 99 304 bekannten Ausbildung mit einem Ein­ laßkanal 124 an die Förderleitung der motorbetriebenen Servopumpe 32 der Hilfskraftlenkeinrichtung gemäß Fig. 1 angeschlossen werden, deren Ansaugleitung andererseits an einen Auslaßkanal 132 dieses Strömungssteuerventils 114 angeschlossen wird. Das Strömungssteuerventil 114 weist einen Steuerkolben 116 mit zwei axial beabstandeten Steu­ erbünden 118 und 120 gleichen Durchmessers auf, der durch eine Regelfeder 122 entgegen dem über den Einlaßkanal 124 drehzahlabhängig gelieferten Förderdruck der Servopumpe 32 vorgespannt ist. Der Einlaßkanal 124 ist über eine Strö­ mungsdrossel 128 an einen Einlaßkanal 130 des mit der Hilfskraftlenkeinrichtung gemäß Fig. 1 gleich ausgebil­ deten Drehschieberventils angeschlossen, dessen Auslaß­ kanal 134 andererseits gemeinsam mit dem Auslaßkanal 132 des Strömungssteuerventils 114 an die Ansaugleitung der Servopumpe 32 angeschlossen ist. Die Strömungsdrossel 128 ist über einen Kanal 136 auch an die Federkammer des Strö­ mungssteuerventils 114 angeschlossen, womit in der in Fig. 4 dargestellten Relativlage des Steuerkolbens 116 die Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 124 und dem Aus­ laßkanal 132 des Strömungssteuerventils 114 durch den in die Ventilkammer 126 angelieferten Förderdruck der Servo­ pumpe 32 und den entgegenwirkenden Druck der Regelfeder 122 sowie den durch die Strömungsdrossel 128 gelieferten Drosseldruck erhalten wird. Wenn diese Gegendrücke kleiner sind als der drehzahlabhängig gelieferte Förderdruck der Servopumpe 32, dann wird der Einlaßkanal 124 durch den Steuerbund 118 des Steuerkolbens 116 gegen den Auslaßka­ nal 132 aufgesteuert. Diese Aufsteuerung hat dann zur Fol­ ge, daß eine für das Strömungssteuerventil 114 noch vor­ gesehene Anschlußleitung 110 an die Reaktionsdruckkammer 44 des Drehschieberventils der Hilfskraftlenkeinrichtung für einen entsprechenden Anschluß an die Förderleitung der Servopumpe 32 aufgesteuert wird, während gleichzeitig ähn­ lich wie mit dem Steuerkolben des Schaltventils 70 eine bis dahin bestandene Verbindung mit der Ansaugleitung dieser Servopumpe unterbrochen wird. Die Anschlußleitung 110 an die Reaktionsdruckkammer des Drehschieberventils ist in diesem Fall zweckmäßig mit einem flexiblen Schlauch­ abschnitt 112 versehen, um damit eine Druckbegrenzung für den an die Reaktionsdruckkammer angelieferten Druck zu er­ halten.

Bei Verwendung eines solchen Strömungssteuerventils 114 anstelle des Schaltventils 70 können die beiden lenkdruck­ abhängigen Kennlinien 106 und 108 für die Lenkanstrengung die mit der grafischen Darstellung gemäß Fig. 6 verdeut­ lichte Unterteilung durch zwei weitere Kennlinien 146 und 148 zwischen den beiden dabei entsprechend berücksichtig­ ten Grenzlinien 144 und 142 erfahren. Es muß dafür ledig­ lich unter Hinweis auf die in Fig. 5 dargestellte alter­ native Ausführungsform dieses Strömungssteuerventils die entsprechende Anschlußleitung 110′ an die Reaktionsdruck­ kammer des Drehschieberventils der Hilfskraftlenkeinrich­ tung einlaßseitig mit zwei Strömungsdrosseln 138 und 140 versehen werden, die dabei dann durch den Steuerkolben 116′ dieses Strömungssteuerventils bei einer Drehzahler­ höhung der Servopumpe aufeinanderfolgend aufgesteuert werden. Wenn diese zwei Strömungsdrosseln 138 und 140 einen gleichen Querschnitt aufweisen, dann wird in der in Fig. 5 dargestellten Schaltstellung des Steuerkol­ bens 116′ an die Reaktionsdruckkammer des Drehschieber­ ventils ein Druck geliefert, der gleich dem halben För­ derdruck der Servopumpe 32 ist, während gleichzeitig der Auslaßkanal 132′ drucklos ist. Für eine weitere Unter­ teilung der in Fig. 6 dargestellten Kennlinien können selbstverständlich auch mehr als zwei Strömungsdrosseln am Einlaß der Anschlußleitung 110′ für eine entsprechend aufeinanderfolgende Aufsteuerung durch den Steuerkolben 116′ vorgesehen werden, wobei dann für diese mehreren Strömungsdrosseln auch voneinander abweichende Quer­ schnitte vorgesehen werden können.

Claims (3)

1. Hydraulische Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einem Drehschieberventil, das in einem Steuerkreis zwi­ schen einer motorbetriebenen Servopumpe und einem hydrau­ lischen Lenkmotor für ein über einen Torsionsstab mit einer Lenkspindel verbundenes Lenkgetriebe angeordnet und über eine integrierte Reaktionsdruckkammer für eine Beeinflussung der Lenkanstrengung fahrgeschwindigkeitsabhängig beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fluidkreis der Servopumpe (32) eine Ventileinrichtung (70; 114) ange­ ordnet ist, die einen Steuerkolben (74; 118; 118′) aufweist, welcher durch den Druck der Servopumpe verschoben wird und die Reaktionsdruckkammer (44) bei hohem Förderdruck der Servopumpe mit der Förderleitung (30; 124) und bei niedrigem Förderdruck mit deren Ansaugleitung (78; 132; 132′) verbindet.

2. Hydraulische Hilfskraftlenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilein­ richtung durch ein Schaltventil (70) gebildet ist, bei dem der Steuerkolben (74) durch eine Regelfeder (76) entgegen dem Ansaugdruck der Servopumpe (32) vorgespannt ist.

3. Hydraulische Hilfskraftlenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilein­ richtung durch ein Strömungsventil (114) gebildet ist, bei dem der Steuerkolben (118; 118′) durch eine Regelfeder (122) entgegen dem Förderdruck der Servopumpe (32) und entgegen einem an wenigstens einer Strömungsdrossel (128; 138; 140) anliegenden Drosseldruck vorgespannt ist.