DE3539607A1 - Lenkvorrichtung mit hilfskraftunterstuetzung fuer fahrzeuge, bei der ein zentrales lenkbegrenzungsventil mit der pumpendruckleitung einer lenkhelfpumpe verbunden ist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einer bekannten Lenkvorrichtung dieser Art (DE-OS 23 23 522) arbeitet der Arbeitskolben des Servomotors auf eine Lenk­ hebelwelle, die je einen Nocken zum Aufstoßen von zwei nach Art von Rückschlagventilen ausgebildeten Steuerven­ tilen aufweist, welche noch vor Erreichen des Maximal­ wertes des Radeinschlagwinkels die jeweils druckentlaste­ te Arbeitskammer des Servomotores mit dem zentralen Lenk­ begrenzungsventil verbinden, wodurch letzteres die Pum­ pendruckleitung mehr oder weniger schlagartig mit einer druckentlasteten Rücklaufleitung verbindet. Der Arbeits­ kolben kann dann manuell unter Vermittlung des ebenfalls auf die Lenkhebelwelle arbeitenden Lenkgetriebes über die durch die Nocken festgelegten Abschaltpunkte hinaus bis in seine Endlagen bewegt werden, um die lenkbaren Räder maximal einschlagen zu können. Auf diese Weise soll unter anderem vermieden werden, daß die von den Nocken aufstoßbaren Steuerventile den gesamten von dem zwischen Servomotor und Lenkhelfpumpe üblicherweise eingeschalteten Lenksteuerventil zur beaufschlagten Arbeitsdruckkammer des Servomotores fließenden Arbeits­ strom verarbeiten müssen, um den für eine Lenkbegren­ zung erforderlichen Druckabbau zu erzielen.

Bei einer bekannten gattungsfremden hydrostatischen Allradlenkung (DE-OS 31 45 618) ist zum Zwecke der Rückkopplung ein am Lenkgestänge einer Lenkachse an­ geordneter Sensor für den Radeinschlagswinkel mit dem Eingang eines auf das Steuerventil des dieser Lenkachse zugehörigen Servomotores arbeitenden Endverstärkers ver­ bunden, der an den Ausgang einer unter anderem den manuell eingestellten Sollwert des Lenkwinkels und die momentane Fahrgeschwindigkeit bzw. entsprechende analoge Signale verarbeitenden elektronischen Steuereinheit ange­ schlossen ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, den kleinstmöglichen Wendekreis des Fahrzeuges unter Aufrechterhaltung der Hilfskraftunter­ stützung nutzen zu können, ohne jedoch Fahrzeugrahmen und Lenkgestänge den hohen Beanspruchungen infolge hoher Servo­ kraft in den Anschlagstellungen der eingelenkten Fahrzeug­ räder aussetzen zu müssen.

Die erläuterte Aufgabe ist in vorteilhafter Weise mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Bei der Lenkvorrichtung nach der Erfindung wird der An­ schlag der Vorderräder benutzt, um von dort den Öldruck abzubauen. Wegen der Entfernung zwischen den Rädern und dem Lenkgetriebe oder der Lenkungspumpe ist es vorteil­ haft, eine solche Anordnung über elektrische Signale zu realisieren, wobei natürlich jede andere Fernsteuerung pneumatisch oder mechanisch oder hydraulisch denkbar ist. Ein bloßes Abschalten des Lenkungsöldruckes bei Erreichen des Anschlages der Räder ist durch die Erfindung vermie­ den, weil sonst das ganze von den Kräften her aufgezogene System plötzlich entspannt wäre. Dagegen ist durch die Er­ findung ein allmählicher Druckabbau bei Annäherung an den Anschlag erreicht. Unter Verwendung von induktiven Weg­ sensoren oder auch Kraftmeßdosen oder kapazitiven Sensoren, die am Lenkanschlag so eingebaut sind, daß die letzten zehntel Millimeter Weg zu einem allmählichen Aufbau einer elektrischen Spannung führen, werden diese Signale einem Analogventil zugeführt, das nun proportional zum Aufbau der Spannung den Öldruck der Hauptdruckleitung der Servo­ lenkung absenkt. Vorteilhaft ist die Verwendung eines sehr kleinen Analogventiles mit fast linearer Kennlinie. Die Zusammenhänge zwischen Kraft und Spannung oder Weg und Spannung bei der Annäherung an den Anschlag der Räder und den Druckabbau der Servolenkung können im Versuch aus­ probiert und so abgestimmt werden, daß der Fahrzeug­ führer das Gefühl bekommt, daß er nun am Anschlag ist, diese Position aber auch halten kann.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere, daß die volle Ausnutzung des Drehwinkels der Lenkräder und da­ mit eine Verkleinerung des Wendekreises auf das kleinst­ mögliche Maß erreicht ist, und daß jede spezielle Ein­ stellarbeit an den Steuerventilen zur Festlegung der Ab­ schaltpunkte in Wegfall kommt, und daß weiterhin eine Reduzierung des Lenkdruckes auf die zum Halten notwen­ dige Größe, eine Reduzierung der Antriebsleistung der Ölpumpe, eine Entlastung der Ölpumpe, eine Entlastung des Lenkgetriebes, der Gelenke und der Gestänge von zu hohen Kräften erreicht sind wie auch die Eliminierung des Pumpengeräusches, das immer noch wieder in Garagen zu hören ist.

Die Lenkvorrichtung nach der Erfindung ist nachstehend anhand von zwei in der Zeichnung schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Lenkvor­ richtung nach der Erfindung in zwei Aus­ führungsformen, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Ansteuerung des als Lenkbegrenzungsventil arbeitenden Analog­ ventiles der Lenkvorrichtung von Fig. 1.

Die lenkbaren Vorderräder 3 und 4 eines Kraftfahrzeuges sind über ihre Lenkspurhebel 24 und 25 mit einem Lenker­ gestänge 26 verbunden, welches durch einen Lenkstockhebel 27 betätigt wird, welcher durch eine Lenkhebelwelle einer Servolenkung verschwenkt wird, bei der in einem Lenkge­ triebegehäuse sowohl ein durch die Lenkwelle 28 eines Handlenkrades 6 antreibbares und auf die Lenkhebelwelle arbeitendes mechanisches Lenkgetriebe 5 als auch ein zur Erzielung einer Hilfskraftunterstützung ebenfalls auf die Lenkhebelwelle arbeitender Druckmittel-Axialkolben-Servo­ motor 7 baulich integriert sind. Das Lenkgetriebe 5 ent­ hält ein auf Drehwinkelausschläge der Lenkwelle 28 an­ sprechendes Steuerventil zur Einstellung des Arbeitsdruckes des Servomotores 7, der über das Steuerventil sowohl an eine Lenkhelfpumpe 12 durch eine Pumpendruckleitung 11 als auch über eine Rücklaufleitung 29 an einen Druck­ mittelvorratsbehälter 30 angeschlossen ist, aus dem die Lenkhelfpumpe 12 ansaugt.

Eine derartige Servolenkung ist beispielsweise aus der DE-OS 27 10 849 bekannt.

Gegenüber dieser bekannten Servolenkung unterscheidet sich die Servolenkung der Fig. 1 zunächst durch ein zusätz­ liches elektro-hydraulisches Analogventil 10, das über eine elektronische Steuereinheit 31 angesteuert wird und quasi eine Kurzschlußverbindung zwischen den Leitungen 11 und 29 steuert, und zwar liegt diese Kurzschlußverbindung stromauf zu dem besagten Steuerventil für den Arbeits­ druck.

Ein elektro-hydraulisches Analogventil ist beispiels­ weise aus der DE-PS 22 06 751 zum Regeln des Arbeits­ druckes eines automatisch geschalteten Getriebes für Kraftfahrzeuge bekannt.

Der Maximalwert des jeweiligen kurveninneren Radein­ schlagwinkels der Vorderräder ist durch am Fahrzeug­ rahmen befestigte Endanschläge 8 und 9 festgelegt, an denen ein jeweiliger Gegenanschlag des Lenkergestänges 26 in Anlage gelangt.

Bei der einen Ausführungsform sind an den Endanschlägen 8 und 9 jeweils ein Abstandaufnehmer 13 bzw. 14 in Form von Sensoren angeordnet, die jeweils ein mit zunehmendem Radeinschlagswinkel β ansteigendes Spannungssignal 15 bzw. 16 abgeben, das über entsprechende Leitungen 32 bzw. 33 an zugehörige Eingänge der Steuereinheit 31 anlegbar ist.

Schließlich sind am Fahrzeugrahmen die Lenkkraft am je­ weils kurvenäußeren Fahrzeugrad 3 bzw. 4 messende Kraft­ aufnehmer 17 und 18 in Form von Sensoren angeordnet, die ein mit zunehmender Lenkkraft stärker werdendes Spannungs­ signal 22 bzw. 23 abgeben, das an entsprechende Eingänge der Steuereinheit 31 anlegbar ist. Dies erfolgt über ent­ sprechende Leitungen 34 und 35.

Die Verwendung der wegabhängigen Sensoren 13 und 14 einer­ seits oder der kraftabhängigen Sensoren 17 und 18 anderer­ seits erfolgt jeweils wahlweise.

Der Ausgang der Steuereinheit 31 ist über eine Leitung 36 an den elektromagnetischen Steuerteil 37 des Analog­ ventiles 19 angeschlossen.

Nach Fig. 2 weist die Steuereinheit 31 einen Vorver­ stärker 45, einen nachgeschalteten Summierverstärker 46 und eine stromsteuernde Endstufe 47 mit einem Ausgang 44 für den Anschluß der Leitung 36 zum Steuerteil 37 auf. Der Vorverstärker 45 ist mit Eingängen 40 und 41 für die wegabhängigen Spannungssignale 15 und 16 oder mit Ein­ gängen 42 und 43 für die lenkkraftabhängigen Signale 22 und 23 versehen.

In dem zur Erläuterung der Funktion des Summierverstärkers 46 wiedergegebenen Schaubild ist der Arbeitsdruck p _A des Servo­ motores 7 der Servolenkung über dem Lenkwinkel β (bei Verwendung der wegabhängigen Sensoren 13 und 14) bzw. über der Lenkkraft P _L (bei Verwendung der kraftabhängi­ gen Sensoren 17 und 18) aufgetragen. Ein in die Lenkhelf­ pumpe 12 integriertes Druckbegrenzungsventil läßt den Arbeitsdruck p _A nicht über einen Maximalwert 38 anstei­ gen, so daß beim weiteren Einschlagen des Lenkhandrades 6 im Bereich zwischen den Lenkwinkeln 39 und 48 die Lenkkraft nur durch Erhöhung der Lenkhandkraft weiter ansteigen kann, wobei beim Erreichen des in Nähe des Endanschlages 8 bzw. 9 liegenden Lenkwinkels 48 der Arbeitsdruck p _A durch das Analogventil 10 so abgesenkt wird, daß sich ein durch den Winkel α bestimmter allmählicher bzw. fallender Verlauf für den Arbeitsdruck ergibt. Der Lenkwinkel 48 als Einsatz­ punkt der Druckabsenkung ist im Summierverstärker 46 durch ein Vergleichsspannungssignal 49 festgelegt und mittels eines Spannungsteilers 50 einstellbar. Der Winkel α als Maß der Druckabsenkung gegenüber der Annäherung des ein­ geschlagenen Fahrzeugrades 3 bzw. 4 an den zugehörigen Endanschlag 8 bzw. 9 ist durch einen den Ausgang des Summierverstärkers 46 bildenden einstellbaren Widerstand 51 wahlweise festlegbar, so daß der Arbeitsdruck p _A bei­ spielsweise bei einem der Lenkwinkel 19 bis 21 auf Null abgesenkt sein kann.

Die Anordnung kann so getroffen sein, daß bei einem Rechtseinschlag des Handlenkrades 6 das Fahrzeugrad 3 an der Kurveninnenseite liegt und mithin der Weg­ sensor 13 bei Annäherung an den Endanschlag 8 ein Spannungssignal 15 auf den Eingang 40 oder der kraft­ aufnehmende Sensor 18 des kurvenäußeren Rades 4 ein Spannungssignal 23 auf den Eingang 43 der Steuereinheit 31 gibt.

Übersteigt das durch den Vorverstärker 45 verstärkte entsprechende Spannungssignal 52 das Vergleichsspannungs­ signal 49, steuert der Summierverstärker 46 die End­ stufe 47 an, so daß das Analogventil 10 den Arbeits­ druck p _A gemäß den vorgenommenen Einstellungen (Lenk­ winkel 48, Absenkungswinkel α) absenkt.

Bei einem Linkseinschlag des Lenkhandrades 6 löst dann in entsprechender Weise der Wegsensor 14 bzw. der Kraft­ sensor 17 bei Annäherung des nunmehr kurveninneren Fahr­ zeugrades 4 an den Endanschlag 9 eine allmähliche Ab­ senkung des Arbeitsdruckes p _A aus.

Claims (2)

1. Lenkvorrichtung mit Hilfskraftunterstützung für Fahr­ zeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei der lenkbare Fahrzeugräder sowohl durch ein Lenkgetriebe mit einem Handlenkrad als auch mit einem Druckmittel-Servomotor trieblich verbunden sind und ein beim Erreichen eines durch mechanische Endanschläge am Fahrzeug festgeleg­ ten Maximalwertes des Einschlagwinkels eines Fahrzeug­ rades den Arbeitsdruck des Servomotores absenkendes zen­ trales Lenkbegrenzungsventil sowohl unmittelbar mit der Pumpendruckleitung einer an den Servomotor angeschlossenen Lenkhelfpumpe verbunden als auch durch vom Einschlagwin­ kel beeinflußte Fühlorgane steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die fühlorgane (13, 14 bzw. 17, 18) an den Endanschlä­ gen (8, 9) angeordnet sind und ein sich mit dem Einschlag­ winkel (β) änderndes Steuersignal (15, 16 bzw. 22, 23) ver­ mitteln sowie ein als Lenkbegrenzungsventil verwendetes Analogventil (10) von dem Steuersignal (15, 16 bzw. 22, 23) derart beeinflußt ist, daß der Arbeitsdruck (p _A ) in vor­ zugsweise proportionaler Abhängigkeit zum Ansteigen des Einschlagwinkels (β) abgesenkt wird.

2. Lenkvorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkkraft (P _L ) am Fahrzeugrad (3 bzw. 4) messende Kraftaufnehmer (17, 18) als Fühlorgane verwendet sind.