DE3414843A1 - Hydraulisches servolenkgetriebe fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

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Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 378/4

Stuttgart EPT jw-gro

17. April 1984

Hydraulisches Servolenkgetriebe für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Servolenkgetriebe

für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es

beispielsweise aus der DE-OS 32 18 844 als bekannt hervorgeht.

Um die Lenkungskräfte am Lenkrad klein zu halten, sind die Lenkgetriebe insbesondere von schweren Fahrzeugen mit einer hydraulischen Servounterstützung ausgestattet. Das Rückstellen der eingeschlagenen Räder in die Geradeausstellung erfolgt zumindest bei ausreichenden Fahrgeschwindigkeiten aufgrund entsprechender Achsgeometrie selbsttätig oder durch gegengerichtetes Drehen des Lenkrads. In jeder Fah'rsituation und auch bei stehendem Fahrzeug kann das Rückstellen der Räder in die Geradeausstellung durch eine entsprechend dem augenblicklichen Lenkeinschlag den Servozylinder steuernden Rückstelleinrichtung selbsttätig hydraulisch erfolgen,ohne daß eine entsprechende Achsgeometrie oder Handlenken nötig wären. Eine entsprechende Rückstelleinrichtung ist in der DE-OS 32 18 844 beschrieben. Die Gewindespindel der Lenkung ist über eine Kreuzschlitzkupplung drehfest, jedoch um kleine Steuerwege relativ zur Lenksäule axial beweglich im Lenkgetriebegehäuse gehaltert. Dadurch kann die Gewindespindel.

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einerseits Lenkmomente zum Lenkstackhebel übertragen und andererseits als axialbeweglicher Steuerschieber eines Steuerventils zur. Steuerung des Druckmittelflusses zum Servozylinder dienen. Beim Lenken verschiebt sich gegen die Kraft von Zentrierfedern die Gewindespindel axial um einen Steuerweg und mit ihr eine darauf befestigte Ventilbüchse, die in einem Steuergehäuse läuft. Die Zentrierfedern sind an einem Bund abgestützt, der in einem Gewinde auf der Gewindespindel axial schraubbeweglich geführt ist, jedoch unverdrehbar gegen das Lenkgetriebegehäuse abgestützt ist. Nach Beendigung der Lenkbewegung und nachdem das Lenkrad losgelassen wurde, stellen die vorgespannten Zentrierfedern die Gewindespindel mit der Ventilbüchse über die Neutrallage hinaus in eine der Lenkrichtungsumkehr entsprechende Steuerstellung, so daß der vorher entlastete Druckraum des Servozylinders nunmehr Druck erhält. Die rückführende Bewegung ist beendet, wenn die axiale, vom Grad des Lenkeinschlags abhängige Verschiebung des Bundes wieder aufgehoben ist, und die Ventilbüchse ihre Neutrallage endgültig einnimmt. Die mechanischen Federn der verwendeten Art sind bekanntlich lineare Arbeitsspeicher, so daß die auf den Steuerschieber wirkende Kraft sich ebenfalls nur linear ändern kann. Diese Kraft ist vermindert oder verstärkt auch als sich linear mit dem Lenkeinschlag ändernde Rückstellkraft am Lenkrad fühlbar. Linear mit dem Lenkeinschlag ansteigende Lenkradkräfte vermitteln jedoch kein gutes Lenkgefühl. Linear mit dem Lenkeinschlag ändert sich auch die Rückstellkraft an den Rädern, denn der Verschiebeweg, der gleichzeitig als Steuerschieber dienenden Gewindespindel ist bestimmend für die Druckbeaufschlagung des Servozylinderkolbens. Für eine gute

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Zentrierung der Räder in der Geradeausstellung ist es jedoch wünschenswert, daß gerade bei kleinen Abweichungen der Räder von der Geradeausstellung ein hohes Rückstellmoment wirkt, das mit größer werdendem Lenkeinschlag jedoch nicht linear ansteigt. Nachteilig ist ferner, daß mit dem Einbau der Federn der Kraftverlauf über dem Lenkwinkel festgelegt ist und nur zu verändern ist, indem die Lenkeinrichtung zum großen Teil demontiert wird. Nachteilig iat auch, daß bei der mechanischen Wirkungsweise der Rückstelleinrichtung Hystereseeffekte auftreten können, die das Einstellen einer eindeutigen Lenkungstellung für Geradeauslauf nicht exakt ermöglichen.Ferner erlaubt es die spezielle Wirkungsweise der Lenkeinrichtung, denn es sind axiale Gewindespindelbewegungen notwendig, nicht,die Arbeitsräume des Servo-Zylinders in platzsparender Weise um die Gewindespindel herum anzuordnen.

Auch die aus der DE-OS 23 24 347 hervorgehende Rückstelleinrichtung für eine Zahnstangenlenkung stimmt in der Wirkungsweise mit der vorstehend geschilderten Rückstelleinrichtung im Prinzip überein. Es dient ebenfalls eine entsprechend der Lenkeinrichtung und dem Lenkeinschlag vorgespannte Zentrierfeder dazu, den Steuerschieber eines Steuerventiles der Lenkeinrichtung, nachdem das Lenkrad

30. freigegeben wurde, in eine einer Rückstellbewegung in die Geradeausstellung der Räder entsprechende Steuerstellung zu verschieben, um dadurch die Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume des Servozylinders umzukehren. Die dazu erförderliche Vorspannung der Zentrierfeder wird durch einen über die Lenksäule angetriebenen Gewindezapfen erreicht, auf dem eine Mutter läuft, die über Federn axial

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an einem Gehäuse abgestützt ist, das parallel zum Steuerschieber liegt und starr mit ihm verbunden ist. Es gelten dieselben Nachteile wie sie für die zuvor geschilderte Rückstelleinrichtung schon aufgezählt wurden.

Eine weitere aus der DE-OS 23 31 566 bekannte Rückstelleinrichtung findet ebenfalls Anwendung auf eine Zahnstangenlenkung. Zwischen einem Steuerschieber, der abhängig von der Lenkrichtung aus seiner Neutrallage auslenkbar ist, und seinem Gehäuse befindet sich noch ein axial beweglicher Gehäuseschieber, dessen axiale Lage abhängig von der Position der Zahnstange gesteuert wird. Wird durch Lenkradbetätigung gelenkt, so verstellt sich der Steuerschieber gegen die Kraft einer Zentrierfeder in die entsprechende Richtung um einen Steuerweg, und es werden entsprechende Durchlässe zur Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume des Servozylinders freigegeben. Mit der Verschiebung der Zahnstange wird auch der Gehäuseschieber in eine entsprechende Position mitgenommen, was jedoch den eingeleiteten Druckmittelfluß nicht stört. Nach Beendigung der Lenkraddrehung kehrt der Steuerschieber in seine neutrale Mittelstellung zurück, während der Gehäuseschieber in seiner Stellung beispielsweise durch Reibschluß festgehalten bleibt. In dieser Stellung von Gehäuseschieber und Steuerschieber sind nunmehr Durchlässe freigegeben, über die das Umsteuern des Servozylinders möglich ist. Erst in Geradeausstellung der Räder nimmt auch der Gehäuseschieber wieder seine Neutralstellung ein. Die Verstellung des Gehäuseschiebers erfolgt jeweils durch eine mechanische Stelleinrichtung, die auch hydraulisch gesteuert sein kann. Nach-

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teilig ist, daß teuere und paßgenaue Präzisionsteile erforderlich sind, damit die beweglichen Teile paßgenau aneinander gleiten können und in den korrekten Axiallagen positionierbar sind. Eine derart aufwendige und komplizierte und von der Funktion her verschleißanfällige Mechanik ist naturgemäß schadenanfällig. Der Ausfall der Stellmechanik der Schieber kann zu gefährlichen Fahrsituationen führen, da für ungünstige Schieber-Positionen die Räder eventuell in eine nicht vorhersehbare Position verstellt werden.

Aus der DE-OS 32 20 922 geht es als bekannt hervor, daß ein Steuerschieber einer servounterstützten Lenkeinrichtung mit seinen Stirnseiten in je einer Reaktionskammer des Ventilgehäuses arbeitet und die Reaktionskammern einerseits über je eine Konstantdrossel an eine Kurzschlußleitung angeschlossen sind. Andererseits sind die Reaktionskammern über je ein in Richtung der Reaktionsdruckkammer öffnendesRückschlagventil an je eine Arbeitskammer des Servozylinders angeschlossen. Von der Kurzschlußleitung weg führt über eine verstellbare Drossel eine Druckleitung zu einem Vorratsbehälter.

Durch fahrgeschwindigkeitsabhängige Änderung des Drosselquerschnitts der Verstelldrossel wird bei Lenkbewegungen ein unterschiedlichen Drücken in den Arbeitskammern entsprechender Differenzdruck am Steuerschieber aufgebaut, der als Handkraft am Lenkrad fühlbar ist. Bei dieser hydraulischen Schaltung ist jedoch nicht daran gedacht und ist es auch nicht möglich, ein selbsttätiges Rückstellen der Räder aus eingeschlagener Position in die Geradeausstellung herbeizuführen,

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da nach Rückkehr des Steuerschiebers in seine Neutralstellung, die für jeden konstanten Fahrzustand, auch bei eingeschlagenen Rädern eingenommen wird, die Drücke in den Arbeitskammern des Servozylinders und der Reaktionsdruckkammern ausgeglichen sind. Für eine selbsttätige Rückstellung der Räder ist jedoch eine selbsttätige Verschiebung des Steuerschiebers aus der Neutralstellung heraus in eine einer radrückstellenden Lenkrichtung entsprechenden Steuerstellung nötig. Zum Erzeugen von Handkräften am Lenkrad sind im übrigen eine Vielzahl möglicher Einrichtungen aus dem Schrifttum bekannt, nach denen eine Axialkraft am Steuerschieber aufgebracht werden kann. Das selbsttätige Rückstellen der Räder erfordert jedoch grundsätzlich andere Lösungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, robuste und kleinbauende Einrichtung zum hydraulisch selbsttätigen Rückstellen der Räder in die Geradeausstellung aufzuzeigen, mit der es auch möglich ist, Lenkhandkräfte und Radrückstellkräfte nach einem beliebigen vom Lenkwinkel abhängigen Verlauf zu erzeugen,indem der Steuerschieber mit entsprechenden Kräften beaufschlagt wird und die Kraftverläufe durch einfache Maßnahmen auch zu verändern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Um zu veranlassen, daß die Arbeitskammem des Servozylinders für eine Lenkbewegung mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden, muß der Steuerschieber des Steuerventils aus seiner Neutralposition ausgelenkt werden. Dies geschieht, indem der Steuerschieber mit einer Kraft beaufschlagt wird. In dem Falle, daß die eingeschlagenen

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Räder selbsttätig, d.h. ohne Lenkunterstützung vom Lenkrad her, sogar bei stehendem Fahrzeug in die Geradeausstellung zurückkehren sollen, muß der Steuerschieber selbsttätig in eine Steuerstellung aus der Neutrallage heraus verschoben werden, die gerade der Steuerstellung entgegengerichtet ist, welche not-' wendig war, um den Lenkeinschlag herbeizuführen. Zu diesem Zweck wird der Steuerschieber, solange die Räder eingeschlagen sind, ständig an seinen Stirnseiten druckbeaufschlagt, wodurch eine Axialkraft erzeugt wird. Wird einer dieser Axialkraft entsprechenden Kraft am Lenkrad nicht entgegengewirkt, so werden die Arbeitskammern des Servozylinders zu einer Rückstellung der Räder entsprechend mit Druck beaufschlagt und die Räder hydraulisch in die Geradeausstellung zurückgestellt. Eine Änderung der am Steuerschieber wirkenden Druckdifferenz bewirkt auch eine Änderung der fühlbaren Lenkhandkräfte und auch des Rückstellmoments an den Rädern. Denn die Arbeitskammern des Servozylinders sind abhängig von der Steuerstellung des Steuerschiebers mit Druck beaufschlagt. Die aus der Druckdifferenz am Steuerschieber herrührende Axialkraft wirkt gegen vorgespannte, den Steuerschieber in einer Mittellstellung zentrierende Federn. Lenkhandkräfte und Radrückstellmomente lassen sich also einfach ändern, indem beispielsweise durch Drosseln Einfluß auf die Druckhöhe des Druckmittels genommen wird. Lenkwinkelabhängig wird die Druckdifferenz am Steuerschieber gesteuert, indem ein Weg/Druck- oder ein Winkel/Druck-Wandler als Steuerelement genommen wird, der den Verstellweg oder Verstellwinkel an Steuergestänge..oder Lenksäule abgreift. Der Wandler kann beispielsweise mit einem Vorsteuerventil zusammenarbeiten, das als Verstelldrossel arbeitend Zu- bzw. Abfluß von Druckmittel zu den Druckwirkungsräumen an den Stirnseiten des Steuerschiebers des Steuerventils regelt. Vorteilhaft

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ist eine hohe Funktionssicherheit der Rückstelleinrichtung durch Verwendung einfacher Bauelemente. Ferner ist eine kostengünstige Herstellung von Lenkeinrichtungen mit Rückstelleinrichtung möglich, die sich in ihren Außenabmessungen ferner praktisch von bisherigen Lenkeinrichtungen ohne Rückstelleinrichtung nicht unterscheiden. Vorteilhaft ist auch insbesondere, daß die Kraft am Steuerschieber, und auch die daraus resultierenden Kräfte am Lenkrad und an den Rädern nach einer beliebigen Kurve abhängig vom Lenkwinkel einstellbar sind. Dadurch ist es beispielsweise möglich, schon bei kleinen Lenkwinkelabweichungen von der Geradeausstellung relativ hohe Rückstellkräfte vorzusehen und mit zunehmend größeren Lenkwinkeln einen abflachenden Kurvenverlauf zu erhalten. Dadurch ist eine besonders exakte Führung der Räder in der Geradeausstellung möglich. In vorteilhafter Weise kann eine solche Rückstelleinrichtung auch in Lenkeinrichtungen spurführbarer Fahrzeuge eingesetzt werden, um insbesondere in engen Kurven die Räder in Richtung auf einen kurvenäußeren Spurführungssteg hin vorzuspannen, an dem entlang das Fahrzeug einseitig durch die Kurve hindurchgeführt werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung dargestellt, und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt die einzige Figur einen hydraulischen Schaltplan einer Servolenkeinrichtung, zusammen mit einem Axialschnitt durch das Lenkgetriebe sowie Axialschnitten eines Steuerventils und eines Vorsteuerventil zum Steuern der selbsttätigen Rückstellung der Räder in die Geradeausstellung.

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Die Servolenkung 1 besitzt ein Lenkgetriebegehäuse 2, das zugleich als Servozylinder 3 für einen Arbeitskolben 4 ausgebildet ist. Der Arbeitskolben 4 teilt zwei Arbeitskammern 5, 6 gegeneinander ab, die über Anschlüsse 7 , 8 und Druckmittelleitungen 9, 10 mit einem Steuerventil 11 verbunden sind. Der Steuerschieber 13 des Steuerventils 11, das in das Lenkgetriebegehäuse 2 integriert ist, und dessen Achse sich quer zur Ausdehnungsrichtung der Lenkspindel 14 erstreckt, besitzt eine Ringnut 12, in welche das zur Lenkmutter 15 einteilige Lenklineal 16 eingreift.

Die Lenkmutter 15 ist auf der Lenkschnecke 17 mittels eines Kugelumlaufs 18 schraubbeweglich gelagert. Die Lenkspindel 14 ist im Lenkgetriebegehäuse 2 zwar drehbar jedoch axial unverschiebbar gehaltert. Die Lenkmutter 15 ist relativ zur Lenkschnecke 17 in axialer Bewegungsrichtung nur zusammen mit dem Arbeitskolben 4, sowie einem ebenfalls auf der Lenkspindel 14 geführten Zahnstangenabschnitt 19 bewegbar. Der Zahnstangenabschnitt 19 trägt an seinem Umfang ein Zahnstangenprofil 20, das mit einem Zahnsegment 21 zusammen arbeitet, welches drehfest mit dem Lenkstockhebel 22 verbunden ist. Der Anschluß 50 des Steuerventils 11 ist ständig mit einer Druckmittelpumpe 23 verbunden, die vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs betrieben wird. Die Anschlüsse 51 und 52 des Steuerventils 11 dienen als Rücklaufbohrungen für das von der Druckmittelpumpe 23 bzw. von den Arbeitskammern 5, 6 des Servozylinders 3 herkommende Druckmittel. Die Anschlüsse 51 und 52 sind mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung 70 verbunden, die zum Rücklaufbehälter 31 führt. Über die Anschlüsse 53 und 54 des Steuer-

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ventils 11 kann über die Leitungen 9, 10 Druckmittel zu den Anschlüssen 7, 8 des Servozylinders 3 und zu den Arbeitskammern 5, 6 gelangen. Die Anschlüsse 57 und 58 führen zu den Endkammern 24, 25 im Ventilgehäuse, in die die Stirnseiten 26, 27 des Steuerschiebers 13 hineinragen. Die Anschlüsse 57 und 58 sind über Leitungen 71 und 72 sowie 73 unter Zwischenschaltung zweier Konstantdrosseln und 29 untereinander verbunden. Die Leitung 73 besitzt ferner im Bereich zwischen den Konstantdrosseln 28, 29 eine Verbindung zur Rücklaufleitung 70. In Stromrichtung gesehen liegt hinter der Verzweigung ein Druckregulierventil 30, das zur Vorspannung des Druckmittelrücklaufstromes im davorliegenden Leitungsabschnitt dient. Es hält unabhängig vom Volumenstrom den hydraulischen Druck im entsprechenden Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung 70 konstant, sofern nicht das 2/2-Wege-Ventil 32 in einer Umgehungsleitung 74 parallel zum Druckregulierventil 30 geöffnet ist. Die Endkammern 24, 25 sind jeweils auch über Leitungen 75, ohne Zwischenschaltung der Konstantdrosseln 28, 29 direkt mit den Anschlüssen 59 und 60 eines Vorsteuerventils 34 verbunden. Die Leitungen 74 und 76 sind durch ein 4/2-Wege-Ventil 33 unterbrechbar. Über einen Anschluß 61 und die Rücklauf leitung en 77 und 70 ist das Vorsteuerventil 34 direkt mit dem Rücklaufbehälter 31 verbunden.

Steuerventil 11 und Vorsteuerventil 34 sind beide gleich aufgebaut und arbeiten beide nach dem Prinzip der offenen Mitte mit jeweils vier St'euerkanten. Eine axiale Verschiebung der Steuerschieber 13 oder 35 führt jeweils zu einer

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Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Durchgangsquerschnitte zwischen gegenüberliegenden Anschlüssen, woraus sich eine Drosselung bzw. Erhöhung des Volumenstroms und Verminderung bzw. Erhöhung der Arbeitsdrücke hinter den Drosselquerschnitten ergeben. Die Steuerschieber 13, 15 sind in einer mittleren Neutralposition gezeichnet, aus der sie jeweils nur gegen die Kraft von vorgespannten Zentrierfedern 36,37 auslenkbar sind.Die Axiallage des Steuerschiebers 35 ist von der Stellung der Steuerschablone 39 bestimmt, gegen die der Steuerschieber 35 durch die Zentrierfeder 36 angedrückt wird.

Durch Drehen des nicht dargestellten Lenkrads nach links oder rechts wird die Lenkspindel 14 über die Lenksäule mit einem Drehmoment beaufschlagt. Bei kleinen Drehbewegungen und insbesondere bei schneller Fahrt ist der Lenkwiderstand am Lenkstockhebel 22 und damit der Kraftaufwand zum Verschieben des Zahnstangenabschnitts 19 so klein, daß der Steuerschieber 13 in Neutrallage verbleibt, also keine Servounterstützung durch den Servozylinder 3 erfolgt. Erst wenn die Kraft, mit der sich das Lenklineal 16 an der Zentrierfeder 37 abstützt, so groß wird, daß ihre Vorspannung überwunden wird, wird der Steuerschieber 13 aus seiner mittleren Neutrallage ausgelenkt. Wird der Steuerschieber 13 beispielsweise nach links ausgelenkt, kann über Anschluß 50 der in Neutrallage des Steuerschiebers sofort über Anschlüsse 51 und 52 zur Rückläufleitung zurückfließende Druckmittelstrom von der Druckmittelpumpe 23 zum Arischluß 54 und von dort in die Arbeitskammer 5 fließen.

Dagegen ist der Durchgangsquerschnitt vom Anschluß 50 zum Anschluß 53 verkleinert, ebenso wie der Durchgang über den Anschluß 52 zum Rückflußbehälter 31. Weiter geöffnet werden dagegen die Drosselquerschnitte im Durchgang vom Anschluß 53 zum Anschluß 51, so daß aus der Arbeitskammer 6 des Servozylinders 3 Druckmittel ungehindert

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zum Rücklaufbehälter 31 abfließen kann. Durch die Druckdifferenz wird der Arbeitskolben 4 nach rechts verschoben, was einem Lenkeinschlag nach rechts entsprechen würde. Nachdem der gewünschte Lenkeinschlag erzielt wurde, ist ein weiterer Nachfluß von Druckmittel und die Aufrechterhaltung der Druckdifferenz am Arbeitskolben 4 nicht mehr erforderlich und der Steuerschieber 13 kehrt wiederum in seine neutrale Mittellage zurück, da über das Lenklineal 15 und die Ringnut 12 keine Längskraft mehr auf den Steuerschieber 13 aufgebracht wird. Erst wenn in die umgekehrte Richtung gelenkt wird, wird der Steuerschieber 13, sofern Servounterstutzung erforderlich ist, in die entgegengesetzte Steuerlage ausgelenkt. Nach der Erfindung ist es nunmehr jedoch auch möglieh, die Räder des Fahrzeugs ohne Lenkunterstützung durch den Fahrer aus der eingeschlagenen Lage in die Geradeausstellung selbsttätig zurückzustellen. Der Steuerschieber 13 wird dazu ständig, wenn sich die Räder in einer aus der Geradeausstellung ausgelenkten Lage befinden, mit einer Axialkraft belastet, indem die Endkammern 24, 25 des Steuerventils 11 mit Drücken unterschiedlicher Druckhöhe beaufschlagt sind. Die sich aus dieser Druckdifferenz ergebende Axialkraft am Steuerschieber 13 ist im übrigen verstärkt oder vermindert auch als eine das Lenkrad rückstellende Handkraft für den Fahrer fühlbar. Dieser Kraft muß entgegengewirkt werden, wenn die Räder nicht selbsttätig in die Geradeausstellung rücklaufen sollen. Wird das Lenkrad jedoch losgelassen, so verschiebt die auf den Steuerschieber 13 einwirkende Axialkraft den Steuerschieber in

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eine Steuerstellung, die derjenigen Steuerstellung gerade entgegegengerichtet ist, die notwendig war um den augenblicklichen Lenkeinschlag hervorzurufen. Die Steuerung von Richtung und Größe der Druckdifferenz am Steuerschieber 13 erfolgt über den als Vorsteuerventil 34 ausgebildeten Weg/Druck-Wandler. Dazu¹, ist es nötig, daß das 2/2-Wege-Ventil 32 geschlossen und das 4/2-Wege-Ventil 33 geöffnet ist. Sofern ein vorgesehenes Druckniveau in der Rücklaufleitung 70 zwischen den Anschlüssen 51 und 52 des Steuerventils 11 und dem Druckregulierventil 30 nicht überschritten wird, fließt das gesamte rückfließende Druckmittel über das Vorsteuerventil 34 zum Rücklaufbehälter 31. Das Vorsteuerventil 34 wirkt in den Leitungen 75 und 76 wie zwei gegensinnig zueinander verstellbare Drosseln. Abhängig vom Verschiebeweg des Vorsteuerventils 34 aus seiner Mittelstellung werden die Durchlaßquerschnitte zwischen den Anschlüssen 59 und 61 bzw. 60 und 61 vergrößert bzw. verkleinert oder umgekehrt. Befindet sich beispielsweise der Lenkstockhebel in einer in der Zeichenebene der Figur nach links verschwenkten Stellung, was eingeschlagenen Rädern und einem nach rechts verschobenen Arbeitskolben 4 des Servozylinders 3 entspricht, so befindet sich der Steuerschieber 35 des Vorsteuerventils 34 in nach links durch die Kraft der Zentrierfeder 36 ausgelenkter Position. Die Größe des Verschiebewegs ist vom Lenkeinschlag und der Ausbildung der Außenkontur der mit dem Lenkstockhebel 22 drehfest gekoppelten Steuerschablone 39 abhängig, die vom Stiftfortsatz 38 des Steuer-Schiebers 35 des Vorsteuerventils 34 abgegriffen wird. In dieser Stellung des Steuerschiebers 35 wird der Durchfluß von Druckmittel über die Leitung 75 urid 77 zum Rücklaufbe-

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hälter 31 über das Vorsteuerventil 34 gedrosselt, während der Durchfluß von der Leitung 76 zur Leitung 77 weniger stark gedrosselt wird. Je nachdem wie die gegensinnig verstellten Drosselquerschnitte geöffnet sind, bauen sich sich durch Aufstauen des zum Rückflußbehälter zurück-

fließenden Druckmittels in den Leitungen 75,71

und 76, 58 unterschiedlich große Drücke auf. Als Druckmittelquelle dient dabei das im Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung 70 vorgespannte Druckmittel, das über die Konstantdrosseln 28 und 29 zu den Leitungen 71 und in Verbindung steht. Als Druckmittelquelle könnte statt dem im Leitungsabschnitt vorgespannten Druckmittel auch eine separate Druckmittelpumpe dienen. In der beschriebenen nach links verschobenen Position des Steuerschiebers 35 des Vorsteuerventils 34 herrscht deshalb in der Leitung 75 ein größerer Druck als in der Leitung 76. Da die Leitung 75 über Leitung 71 und Anschluß 57 mit der Endkammer 24 verbunden ist, kann sich der Druck in die Endkammer 24 hineinfortpflanzen,ebenso wie sich der Druck in die Leitung 76 über Leitung 72 und Anschluß 58 in die Endkammer 25 hineinfortpflanzt. Die aus der Druckdifferenz entstehende Axialkraft trachtet den Steuerschieber 13 nach rechts zu verschieben. Soll die augenblickliche Lenkkonfiguration mit in neutraler Mittelstellung befindlichen Steuerschieber durch Entgegenwirken am Lenkrad nicht beibehalten werden, so wird das Lenkrad losgelassen. Dann kann sich der Steuerschieber, der zum Erreichen des vorausgehenden Lenkeinschlags durch Einwirkung der Lenkmutter nach links verschoben war, aus der augenblicklichen Mittelstellung nach rechts verschieben.

Dadurch verringert sich im Durchgang des Steuerventils

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vom Anschluß 50 zum Anschluß 53 der Drosselwiderstand, d.h. der Druck der Druckmittelpumpe kann weniger stark gedrosselt sich in die Arbeitskammer 6 hinein fortpflanzen. Zugleich wird der Durchgang zwischen den Anschlüssen 52 und 54 geöffnet, so daß aus Arbeitskammer 5 Druckmittel ungehindert das Steuerventil 11 durchfließen kann. Auf diese Weise entsteht am Arbeitskolben 4 eine Druckdifferenz, die den Arbeitskolben 4 in eine der Geradeausstellung der Räder herbeiführende Lage verstellt. In der Geradeausstellung der Räder befindet sich der Lenkstockhebel 22 dann in der gezeichneten Lage, in der die Drosselquerschnitte in den beiden Durchgängen durch das Vorsteuerventil 34 gleich weit geöffnet sind, so daß auch der Druck in den Endkammern 24 und 25 gleich groß ist. Auch das Steuerventil 11 befindet sich dann wieder in seiner gezeichneten neutralen Mittellage.

Die selbsttätige Rückstellung der Räder kann auch abgeschaltet werden, indem die Wege-Ventile 32 und 33 in die gezeichneten Schaltstellungen geschaltet werden. Der Rückfluß des Druckmittels vom Steuerventil 11 nimmt dann nicht den Weg über das Vorsteuerventil 34, sondern über die Leitung 70 und Umgehungsleitung 74 zum Rückflußbehälter 31. Damit sich die Endkammern 24, 25 bei Lenkbewegungen entsprechenden Verschiebungen des Steuerschiebers 13 füllen bzw. leeren können, müssen sie mit der Rücklaufleitung 70 verbunden sein. Die zwischengeschalteten KonstantdrDsseln 28 und 29 haben dann dämpfende Wirkung auf die Bewegung des Steuerschiebers 13.

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Wie schon erwähnt, läßt sich das Rückdrehmoment an den Rädern über die Größe der Druckdifferenz am Steuerschieber 13 und des daraus resultierenden Verschiebewegs und den wiederum daraus resultierenden Öffnungsquerschnitten der Drosselstellen einfach beeinflussen. Ehenso ist auch der Verlauf der Lenkhandkraft über dem Lenkwinkel durch die Druckdifferenz am Steuerschieber 13 bestimmt. Durch mit entsprechenden Drücken beaufschlagte Endkammern lassen sich also beliebige Kräfteverläufe herstellen. Besonders vorteilhaft ist,auch, daß der Kraftverlauf nicht linear über dem Lenkwinkel angelegt sein muß. Beispielsweise steigt das Rückstellmoment für kleine Abweichungen von der Geradeausstellung sehr steil an und für größere Lenkwinkel weniger stark. Dadurch ergibt sich eine starke Vorspannung der Räder auf die Geradeausstellung und guter Geradeauslauf.

Vorteilhaft läßt sich die Rückstelleinrichtung auch auf die Lenkeinrichtung von spurführbaren Fahrzeugen anwenden.

Üblicherweise wird ein Fahrzeug in der Spurtrasse nur durch die den lenkbaren Vorderrädern zugeordnete Querführungseinrichtungen beidseitig an aufgebürdeten Querführungsstegen entlanggeführt. In Kurven ergibt sich ein Versatz der Hinterachse gegenüber der Vorderachse, und in engen Kurven wird das Fahrzeugheck durch Drängelrollen vom Querführungssteg abgedrängt, so daß der Seitenversatz geringer ausfällt. Unterhalb gewisser Kurvenradien können die Drängelrollen jedoch die aus dem Seitenversatz resultierenden Kräfte nicht mehr aufnehmen, weshalb der Führungstrog aufgeweitet werden muß. In solchen aufgeweiteten Kurvenbereichen

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ist das Fahrzeug jedoch jeweils nur am kurvenäußeren Leitbord mit der Querführungseinrichtung einseitig entlangführbar. Damit das Fahrzeug sicher an diesem Leitbord entlanggeführt wird und sich insbesondere auch nicht von ihm lösen kann, wenn beim Übergang zu flacheren Kurven sich die Lenkung nicht schnell genug nachstellen kann, und es deshalb zu Pendelbewegungen kommt, muß die Lenkung auf den kurvenäußeren Leitbord hin vorgespannt sein. Dies wird einfach erreicht, indem die hydraulische Rückstelleinrichtung nach der Erfindung für die Spurfahrt zugeschaltet wird, In eingeschlagener Position ist dann der Arbeitskolben 4 des Servozylinders 3 ständig mit einer Druckdifferenz beaufschlagt, die ein Drehmoment der Räder auf den kurvenäußeren Leitbord hin bewirkt. Das an den Rädern wirkende Drehmoment wird über die Querführungseinrichtungen aufgenommen. Wie schon arwähnt, kann durch entsprechende Schaltung der Wege-Ventile 32 und 33 die Rückstelleinrichtung bei Verlassen der Spurtrasse abgestellt werden. Jedoch .ist die resultierende Lenkhandkraft auch jederzeit übersteuerbar. Ferner ist die Funktion der Servolenkung bei Ausfall der Rückstelleinrichtung jederzeit sichergestellt.

Die Abstellbarkeit der lenkeinschlagabhängigen Rückstellvorrichtung kann auch dann vorteilhaft sein, wenn abgesehen von besonderen Fahrsituationen, beispielsweise im Stand die hydraulische Rückstellung erfolgen soll, ab bestimmten Fahrgeschwindigkeiten die Lenkhandkräfte jedoch beispielsr weise fahrgeschwindigkeitsabhängig geregelt werden sollen. In diesem Falle wäre eine automatische Umschaltung der Ventile 32 und 33 erforderlich.

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Anstelle des mechanischen Abgriffs von Lenkrichtung und Lenkeinschlag am Lenkstockhebel 22 könnte auch durch elektrische oder magnetische Impulse ein entsprechend dafür ausgerüstetes Vorsteuerventil 34 gesteuert werden. Beispielsweise könnte dafür ein Potentiometer mit der Lenksäule gekoppelt sein, dessen elektrische Meßgröße einen magnetisch verstellbaren Steuerschieber 35 steuert. Das Vorsteuerventil könnte auch als Düse-Prallplatte-System ausgebildet sein. Der elektrische Impuls des Wege-Druck- bzw. Winkel/Druckwandlers verstellt den Abstand einer Platte zwischen zwei einander gegenüberliegenden und mit ihren Ausflußöffnungen auf die Prallplatte hinweisenden Düsen in drosselquerschnittsverändernder Weise.

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Claims (10)

3 A 1 Λ 8 4 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 378/4 Stuttgart EPT jw-gro 17. April 1984 Patentansprüche

1. Hydraulisches Servolenkgetriebe für Fahrzeuge mit einem beidseitig beaufschlagbaren, über ein Abtriebsglied wenigstens mittelbar auf die lenkbaren Fahrzeugräder einwirkenden Arbeitskolben und mit einem wenigstens mittelbar durch eine Lenkradbetätigung unabhängig von der Stellung des Abtriebsgliedes aus einer Neutralstellung heraus nach der einen oder anderen Richtungi.auslenkbaren Steuerschieber eines Steuerventils, der je nach Richtung der Lenkradbetätigung die entsprechende Seite des Arbeitskolbens mit der Druckversorgung und die gegenüberliegende Seite mit dem Rücklauf verbindet, ferner mit einer, den Steuerschieber in Abhängigkeit von Größe und Richtung der Auslenkung des Abtriebsgliedes aus der der Geradeausstellung der Fahrzeugräder entsprechenden Mittenposition mit einer entsprechenden Axialkraft beaufschlagenden Rückstelleinrichtung, derart, daß aufgrund der durch die Axialkraft bewirkten Auslenkung des Steuerschiebers das Abtriebsglied des Servogetriebes selbständig zu einem Rücklauf in Richtung auf die Mittenposition veranlaßt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung durch eine beidseitige hydraulische Beaufschlagbarkeit der Stirnseiten des Steurschiebers und durch einen Weg/Druck- oder einen Winkel/Druck-

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Wandler gebildet ist, der den Verstellweg oder Verstellwinkel des Abtriebsgliedes aus seiner Mittenposition heraus in einen entsprechenden Druck umwandelt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gek e ,n nzeichnet , daß der Weg/Druck- bzw. Winkel/Druck-Wandler als Vorsteuerventil ausgebildet ist, dessen Betätigungsteil lenkwinkelabhärigig den Druckmittelfluß von und zu den die Stirnseiten des Steuerschiebers enthaltenden Endkammern des Steuerventils steuert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungsteil einen mechanischen Abgriff für die Stel· lung einer Steuerschablone (39) besitzt, die mit dem Lenkungsgestänge starr gekoppelt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3,.
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuerschablone (39) mit dem Lenkstockhebel (22) gekoppelt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Betätigungsteil durch elektrische oder magnetische Steuerimpulse betätigbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuerimpulse mittels eines mit der Lenksäule gekoppelten Potentiometers erzeugbar sind.

- 3 - Daim 15 378/4

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkammern (24, 25) des Steuerventils (11) einerseits jeweils an eine gemeinsame Druckmittelförderquelle angeschlossen sind, die zwischen Konstantdrosseln liegt, und andererseits über Drosseleinrichtungen mit jeweils gegensinnig verstellbaren Drosselquerschnitten mit einem Rücklaufbehälter verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung (70) mittels eines Drucksteuerventils (30) der Druckmittelrücklauf des Steuerventils (11) aufgestaut ist, und dieser Leitungsabschnitt als gemeinsame Druckmittelförderquelle dient.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die zu den verstellbaren Drosseleinrichtungen führenden Leitungen mittels eines Schaltventils unterbrechbar sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückstelleinrichtung in Lenkeinrichtungen spurführbarer Fahrzeuge einbaubar ist..