DE3410033A1

DE3410033A1 - Vorrichtung zur hydraulischen unterstuetzung der lenkkraft

Info

Publication number: DE3410033A1
Application number: DE19843410033
Authority: DE
Inventors: Peter 6000 Frankfurt Becker; Klaus-Dieter 6233 Kelkheim Blum; Hubertus von Dr. 6242 Kronberg Grünberg; Dieter 6000 Frankfurt Kircher
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1985-09-26
Also published as: GB8504650D0; JPS60213570A; US4616727A; IT1184166B; IT8519964A0; FR2561192A1; SE8501276L; SE8501276D0; GB2157631A

Description

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Vorrichtung zur hydraulischen Unterstützung der

Lenkkraft

Die Erfindung bezieht sich auf eine für Straßenfahrzeuge vorgesehene, zur hydraulischen Unterstützung der Lenkkraft bzw. Lenkungsbetätigungskraft dienende Vorrichtung, die einen Hydraulikzylinder besitzt, dessen Arbeitskolben mit dem Lenkgestänge gekoppelt ist und in dessen Arbeitsräumen über Mehrwegeventile Druckmittel aus einer hydraulischen Hilfsenergiequelle einsteuerbar ist.

Bei einer bekannten Lenkvorrichtung dieser Art (DE-Al-30 06 297) werden beim Verdrehen des Lenkrades über Momenten- oder Drehwinkelschalter die Mehrwegeventile elektrisch gesteuert, wodurch je nach gewünschtem Lenkeinschlag in die rechte oder linke Arbeitskammer des Hydraulikkolbens hydraulischer Druck eingeleitet wird, der die Lenkbetätigungskraft unterstützt. Zur Einsparung von Hilfsenergie wird bei dieser Vorrichtung die zugehörige Pumpe über den elektrischen Antriebsmotor erst beim Betätigen des

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Lenkrades eingeschaltet. Eine Einsparung an Bauteilen oder on Herstellungsaufwand läßt sich auf diese Weise nicht erreichen.

Bei einer weiteren bekannten, in der DE-Al-32 22 631 beschriebenen Servolenkvorrichtung ist der elektrische Antriebsmotor des Hilfsenergieversorgungssysteins mit der Ölpumpe über eine elektromagnetische Kupplung verbunden, wodurch sich die Antriebsleistung der ölpumpe unabhängig von dor Motordrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit den Erfordernissen anpassen läßt. Der Aufwand für das Hilfsenergieversorgungssystem ist hierbei vergleichsweise hoch.

Ferner ist es ganz allgemein bekannt (DE-Al-32 22 631), den Leistungsbedarf einer Lenkunterstützung den Verhältnissen bei sehr geringer Geschwindigkeit und bei stillstehendem Fahrzeug anzupassen und die Lenkunterstützung mit steigender Geschwindigkeit zu verringern, um die Fahrstabilität zu erhöhen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine wirksame und zuverlässige Lenkunterstützung zu schaffen, die sich im Vergleich zu herkömmlichen Servolenkungen vor allem durch einen geringen Herstellungsaufwand auszeichnet.

Eis hat sich herausgestellt, daß sich diese Aufgabe in überraschend einfacher, technisch fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn eine Vorrichtung der eingangs genannten Art als Zusatzeinrichtung zu einer mit einem hydraulischen Hilfsenergieversorgungssystem

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ausgerüsteten Bremsanlage ausgebildet wird und wenn die Vorrichtung ausschließlich bei Fahrzeugstil!stand und bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten eingeschaltet bzw. in Funktion ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an das Hilfsenergieversorgungssystem der Bremsanlage angeschlossen. Sie kann auch einen eigenen Druckspeicher besitzen, der über das Versorgungssystem der Bremsanlage aufladbar ist. Dabei ist es in manchen Fällen günstig, den Druckspeicher einem zu der Bremsanlage gehörenden Druckspeicher parallel zu schalten, und zwar über ein Vorrangventil, das die Aufrechterhaltung einer für die Bremsanlage ausreichenden Restenergie sicherstellt oder zumindest ein Warnsignal auslöst, wenn der Druck 2u weit absinkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vor allem zur Lenkunterstützung beim Ein- und Ausparken vorgesehen, Nach einem Ausführungsbeispiel wird daher, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellwert von beispielsweise 2 bis km/h überschreitet, die Lenkunterstützung selbsttätig abgeschaltet.

Andererseits ist es auch möglich, z.B. über Schalter im Getriebe, die Lenkunterstützung mit dem Einlegen des Rückwärtsganges und dem "kleinen" Gang, d.h. dem ersten oder dem ersten und zweiten Vorwärtsgang bei einem Vier- oder Fünfganggetriebe, zu kombinieren. In manchen Fällen wird es bei einer solchen Ausführungsart

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zweckmäßig sein, durch einen zusätzlichen Schalter die Lenkunterstützung auszuschalten, wenn ein bestimmter Geschwindigkeits-Schwellwert überschritten wird.

Die beiden Arbeitskammern im Hydraulikzylinder sind gemäß einer weiteren Ausführungsart der Erfindung nach dem Ausschalten der Lenkur.terstüt2ung über die Mehrwegeventile mit dem Druckausgleichsbehälter des Hilfsenergieversorgungssystems verbunden. Das Umpumpen bzw. Verdrängen des Hydraulikvolumens von der einen zur anderen Kammer des Hydraulikzylinders infolge der auf den Kolben übertragenen Lenkbewegungen führt zu einer Dämpfung der Lenkung, die nur in manchen Fällen willkommen ist. Die für dieses Umpumpen erforderliche Arbeit wird geringer, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsart der Erfindung beide Arbeitekammern des Hydraulikzylinders durch einen Druckmittelkanal verbunden sind, an dessen Einlaß in die Kammer jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist, das durch Federkraft bei ausgeglichenem Druck in geöffneter Stellung gehalten wird und das schließt, sobald zur Lenkunterstützung ein bestimmter Überdruck in die Arbeitskammer eingesteuert ist. Dieser Druckmittelkanal mit den beiden Rückschlagventilen kann sich auch im Arbeitskolben des Hydraulikzylinders befinden.

Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit besteht nach der Erfindung darin, den Hydraulikzylinder bzw. die Kolbenstange des Zylinderkolbens mit dem Lenkgestänge form- oder reibschlüssig zu koppeln und zum Abschalten der Lenkunterstützung mechanisch, elektrisch oder elektrohydraulisch von dem Lenkgestänge abzukoppeln.

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Erfindungsgemäß wird also eine besonders einfache, kostengünstige und dennoch wirksame, technisch fortschrittliche Lenkunterstützung durch geschickte Ausnutzung und Kombination von ohnehin in bestimmten Kraftfahrzeugen vorhandenen Baustufen und mit der Beschränkung auf einen bestimmten Betriebszustand, nämlich auf Fahrzeugstillstand oder langsame Fahrt, erreicht. Durch den günstigen Preis wird es einem erweiterten Personenkreis ermöglicht, Fahrzeuge mit hydraulischer Lenkunterstützung, die sicherer und komfortabler sind, zu erwerben.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsraöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügen Abbildungen hervor.

Es zeigen

Fig. 1 in schematischer, vereinfachter Darstellungsweise das Prinzip einer Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art,

Fig. 2 eine Ausführungsart einer Steuer- und Verknüpfungsschaltung für die Lenkvorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ausführungsart eines Hydraulikzylinders für die Vorrichtung nach Fig. 1.

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Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einem Hydraulikzylinder 1 mit einem Arbeitskolben 2, dessen einseitig oder, wie hier, beidseitig aus dem Zylinder herausgeführte Kolbenstange 3 mit dem nicht dargestellten Lenkgestänge gekoppelt ist.

In dem Hydraulikzylinder 1 befinden sich zwei Arbeitekammern 4 und 5, in die hydraulisch Druck eingesteuerf: werden kann, um dem Kolben 2 in die eine oder andere Richtung, je nach Lenkungseinschlag, zu verschieben und dadurch eine die Lenkbewegung unterstützende und verstärkende Kraft auf das Lenkgestänge zu übertragen.

Die Höhe der auf den Kolben 2 ausgeübten Kraft ist abhängig von dem aus dem Hilfsenergieversorgungssystem über die Mehrwegeventile 7,8 eingesteuerten hydraulischen Druck.

In der Ruhestellung, d.h. solange der Lenkeinschlag der Räder rait der Stellung des Lenkrads übereinstimmt, sind die beiden Arbeitskammern 4,5 des Hydraulikzylinders 1 über die Mehrwegeventile 7,8, das sind hier 3/2-Wegeventile, mit einem Druckausgleichsbehälter 9 verbunden. Wird nun, vergleiche hierzu auch Fig. 2, das Lenkrad 10 verdreht, wird mit Hilfe eines Drehwinkelschalters oder eines Momentenschalters zeitweise das Ventil 7 oder 8 - je nach Drehrichtung erregt und dadurch hydraulisch aus dem Energieversorgungssystem 6 Druck in die Arbeitskaimnern

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4,5 des Hydraulikzylinders 1 eingespeist, und zwar solange, bis der Lenkbefehl ausgeführt ist. Die auf das Lenkrad 10 ausgeübte Kraft wird somit hydraulisch verstärkt.

Die geschilderte Vorrichtung zur Lenkunterstützung besitzt erfindungsgemäß keine eigene Hilfsenergiequelle, sondern sie ist als Zusatzeinrichtung zu einer Bremsanlage mit hydraulischer Energieversorgung ausgebildet und an das Versorgungssystem der Bremsanlage anschaltbar. Die strichpunktierten Linien in Fig. symboliseren diese Trennung.

In der hier beschriebenen Ausführungsart ist das Hilfsenergieversorgungssystem in seiner Gesamtheit mit beziffert. Zu der nicht gezeigten Hilfsdruckquelle der Bremsanlage gehört ein Druckspeicher 20, an den die erfindungsgemäße Lenkunterstützung angeschaltet ist«. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist, um trotz der Druckentnahme durch Betätigung der Lenkung die Aufrechterhaltung eines für die Bremsanlage ausreichenden Druckes zu gewährleisten, dem Druckspeicher 20 ein zweiter Druckspeicher 21, der ebenfalls über das (nicht gezeigte) Versorgungssystem der Bremsanlage aufladbar ist, parallel geschaltet. Ein Vorrangschalter 22 trägt Sorge, daß beim Lenken vorrangig dem Druckspeicher 21 vor dem Speicher 20 hydraulische Energie entnommen wird.

Ein Druckwarnschalter 23 signalisiert eine zu tiefe Entladung des Speichers 20, die zeitweise die Funktion der Bremsanlage beeinträchtigen könnte. Handelt es sich um eine Bremsanlage mit elektronischer Regelung, kann·

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durch da« Signal des Schalters 23 beispielsv/eise ein ■ Druckobbau an allen oder an bestimmten Rädern Vorsorglich verhindert werden, bis der ausreichende Betriebsdruck im Speicher 20 wieder aufgebaut ist.

Es ißt durchaus auch möglich» durch entsprechende Auslegung der elektronischen Steuerung und Überwachung den zur Bremsanlage gehörenden Speicher 20 zum Betrieb der Lenkunterstützung bis zu einem vorgegebenen, relativ geringen Restdruck zu entladen, v/eil die erfindungsgemäße Lenkunterstützung nur während des Ein- und Ausparkens bzw. während geringer Fahrzeuggeschwindigkeiten in Funktion ist und weil in dieser Betriebsphase des Fahrzeugs ein vergleichsweise geringer Hilfsdruck zur Versorgung der Bremsanlage genügt. Die volle Kapazität des Druckspeichers 20 einer Bremsanlage wird nämlich höchstens bei Panikbremsungen aus hoher Geschwindigkeit und beim geregelten Bremsen auf sehr glatter Straße benötigt, also in Situationen, wo die Lonkunterstützung ausgeschaltet ist oder nur geringe Hilfsenergie verlangt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird bei Drehung des Lenkrades 10 entweder dar rechte oder der linke elektrische Kontakt 11 bzw. 12 - je nach Drehrichtung ~ geschlossen (die gestrichelten Linien führen von den Bezugsz:iffern 11,12 zu der symbolischen Darstellung der Schalter) und über die UND-Gatter 13 oder 14 ein Umschaltbefehl on die Erregerwicklung 7' oder 8¹ des Mehrwegeventils 7 oder 8, vgl. Fig. 1, angelegt, allerdings nur unter der Voraussetzung, daß auch die zweite UND-Bedingung für das Gatter 13 oder 14 erfüllt ist»

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In einer Vergleichsstufe 15 wird in dem hier beschriebenen, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Fahrzeuggeschwindigkeit Vp mit einem vorgebenen Geechwindigkeits-Schwellwert V„ verglichen und nur dann ein Ausgangssignal erzeugt, solange V„ kleiner oder gleich V_g gilt.

Die Schalter 16 und 17 sind geschlossen, wenn entweder der Rückwärtsgang RW oder der erste Vorwärtsgang eingelegt ist. Zur Verknüpfung ist ein ODER-Gatter 18 vorhanden, dessen Ausgangssignal über ein UND-Gatter verknüpft wird. Ist der Rückwärtsgang oder der erste Gang eingelegt UND die durch die Stufe 15 überwachte Bedingung gegeben, ist die UND-Bedingung für das Gatter 19 und, sobald ein Lenkbefehl durch Verdrehen des Lenkrades 10 ausgegeben wird, für das UND-Gatter 13 oder 14 erfüllt. Dadurch wird, wie bereits erläutert, Hilfsenergie in eine der beiden Kammern 4 oder 5 (vgl. Fig. 1) des Hydraulikzylinders 1 eingespeist und dadurch die Lenkkraft unterstützt.

Fig. 3 veranschaulicht einen Hydraulikzylinder l^r, in dessen Kolben 2¹ ein Druckmittelkanal 24 eingefügt ist. An den Einmündungen dieses Kanals 24 in die Arbeitskarasern 4¹ bzw. 5' ist jeweils ein Rückschlagventil 25,26 angeordnet, das, solange der Druck ausgeglichen ist oder nur ein geringer Differenzdruck zwischen den Arbeitskaiaruern 4',5' besteht, mit Hilfe von Federn 27,28 in geöffneter Stellung gehalten «ind. Bei Hin·· und Herbewegungen des Kolbens 2¹ infolge von Lenkbewegungen, die

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über dos (nicht dargestellte) Lenkgestänge und die Kolbenstange 3¹ auf den Kolben 2¹ übertragen werden, wird durch den geöffneten Kanal 24 hindurch das Druckmittel von der Kammer 4' bzw. 5^r in die andere Kammer (5¹ bzw. 4¹) verdrängt, so daß die Lenkbewegung in dieser Phase von dem mitgeführten Arbeitskolben 2¹ nur in vernachlässigbar geringem Maße gedämpft werden.

Wird nun hydraulische Energie in die Kammer 4' oder 5' eingesteuert, entsteht zwischen den Kammern 4',S¹ eine Druckdifferenz durch den das Rückschlagventil 25 oder sehr schnell schließt.

Anstelle eines solchen Druckmittelkanals 24 isit den zugehörigen Rückschlagventilen 25,26 oder zusätzlich zu solchen Kaßnahmen kann eine form- oder reibschlüssige Kupplung zwischen der Kolbenstange 3,3^f und dein Lenkgestänge eingefügt werden. Wird die Lenkunterstützung, z.B. durch Überschreitung der Geschvindigkeitssctwelle V₀ oder durch einen Defekt, abgeschaltet bzw. außer Funktion gesetzt, kann nun der Hydraulikzylinder 1,1' bzw. die Kolbenstange 3,3' mechanisch, elektrisch oder elektro-hydraulisch von dem Lenkgestänge abgekoppelt werden. Jede unerwünschte Erhöhung der Lenkkraft durch ein Mitführen von Teilen, insbesondere des Kolbens, der in dieser Phase außer Funktion gesetzten Lenkunterstützung wird dadurch vermieden. Die Mittel und Einrichtungen zur Realisierung einer solchen Kopplung und Abkopplung sind bekannt, weshalb hier auf eine Darstellung und detaillierte Erläuterung verzichtet werden kann.

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Claims

Patentansprüche

fly Vorrichtung für Straßenfahrzeuge zur hydraulischen Unterstützung der Lenkkraft, mit einem Hydraulikzylinder, dessen Arbeitskolben mit dem Lenkgestänge gekoppelt ist und in dessen Arbeitsräume über Mehrwegeventile Druckmittel aus einer hydraulischen Hilfsenergiequelle einsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß diese als Zusatzeinrichtung zu einer mit einem hydraulischen Hilfsenergieversorgungssystem (6) ausgerüsteten Bremsanlage ausgebildet ist und ausschließlich bei Fahrzeugstillstand und bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten eingeschaltet b2w. in Funktion ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß diese an das Hilfsenergieversorgungssystem (6) der Bremsanlage angeschlossen ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß diese einen eigenen Druckspeicher (21) besitzt, der über das HilfsenergieA'ersorgungssystem (6) der Bremsanlage aufladbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckspeicher (21) über ein Vorrangventil (22), das die Aufrechterhaltung und/oder Signalisierung einer ausreichenden hydraulischen Restenergie für die Bremsanlage sicherstellt, einem Druckspeicher (20) der Bremsanlage parallel geschaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß die Lenkunterstiitzung bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen

Geschwindigkeits-Schwellwertes (V_g.) selbsttätig abschaltbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Geschwindigkeits-Schwellwert (V„) bei etwa 2 bis km/h liegt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Lenkunterstützung im Rückwärtsgang und im "kleinen Gang", d.h. im ersten oder ersten und zweiten Vorwärtsgang, eingeschaltet ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lenkunterstützung im kleinen Gang nur unterhalb eines Geschwindigkeits-Schwellwertes (V_c) eingeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Arbeitskammern (4,4',5,5') in dem Hydraulikzylinder (1,I¹) nach Ausschalten der Lenkunterstützung über die Mehrwegeventile (7,8) mit einem Druckausgleichsbehälter (9) verbunden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich ein beide Arbeitskammern (4'_S5') des Hydraulikzylinders (I¹) verbindender Druckmittelkanal (24) vorhanden ist, an dessen Einlaßöffnungen in die Arbeitskanmiern (4',5') jeweils ein Rückschlagventil (25,26) angeordnet ist, das bei Druckausgleich durch Federkraft (Federn 27,28) in geöffneter Stellung gehalten ist und das schließt, sobald ein bestimmter Überdruck in der Arbeitskammer (4' bzw. 5') gegenüber der zweiten Arbeitskammer (5' bzw. 4¹) eingesteuert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckmittelkanal (24) mit den beiden federbelasteten Rückschlagventilen (25,26) im Arbeitskolben (2¹) des Hydraulikzylinders (I¹) angeordnet ist.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet , daß der Hydraulikzylinder (1,I¹) bzw. die Kolbenstange (3,3') des Zylinderkolbens (2,2') mit dem Lenkgestänge form- oder reibschlüssig gekoppelt und zur Abschaltung der Lenkunterstützung mechanisch, elektrisch oder elektro-hydraulisch von dem Lenkgestänge abkoppelbar ist.