DE3590510C2 - \ldruck-Reaktionssteuervorrichtung f}r eine Servolenkeinrichtung eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Öldruck- Reaktionssteuervorrichtung für eine Servolenkeinrichtung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Reaktionssteuervorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 29 31 095 bekannt. Sie weist mehrere Reaktionszylinder auf, die, wenn sie entsprechend angesteuert werden. der Verstellbewegung des Hauptventils entgegenwirken. Die Reaktionszylinder werden über ein Steuerventil mit Drucköl gespeist und über Drosselstellen und eine geschwindigkeitsabhängige Pumpe wieder entleert. Zur Ansteuerung des Steuerventils selbst dient der Öldruck im Ablaufzweig der Reaktionsvorrichtung vor der geschwin­ digkeitsabhängigen Pumpe, wobei dieses Steuerventil einen Hauptschieber aufweist, der kolbenartig einerseits von jenem abgegriffenen Öldruck, andererseits durch eine Feder und durch einen durchgeschalteten Ölstrom beaufschlagt ist. Zum Durchschalten des Ölstroms dient ein zweiter, innerhalb des Hauptschiebers angeordneter kleinerer Hilfsschieber, durch dessen Verstellung der Ölstrom zur federbelasteten Hauptschieberseite durchschaltbar ist, wodurch sich dann eine Gleichgewichtsstellung einstellt. Die bekannte Reaktionssteuervorrichtung hat naturgemäß nur einen beschränkten Steuerungsspielraum da der an die Reaktionszylinder anlegbare Druck durch das System begrenzt ist, während in der Hilfskrafteinheit stets volle Kräfte wirksam sind.

Es ist auch eine Reaktionssteuervorrichtung bekannt (US-PS 37 44 515), bei der von der Pumpe ausgehendes Drucköl zuerst durch eine veränderliche Drossel, die entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt ist, und dann durch eine feste Drossel geleitet wird. Die veränderliche Drossel umfaßt einen Hauptzylinderschieber, der gleitfähig in einem Ventilgehäuse angeordnet ist und dessen gegenüberliegende Enden durch Federn gehalten werden, sowie einen Hilfsschieber, der gleitfähig innerhalb des Hauptschiebers angeordnet ist und dessen gegenüberliegende Enden in gleicher Weise von Federn gehalten sind, so daß eine relative Verschiebung zwischen dem Hauptschieber und dem Hilfsschieber die Fläche einer Öffnung verändert. Auf den Hauptschieber wirkt der Ausgangsöldruck der Pumpe und der Druck in der Reaktionskammer des Hauptsteuerventils, während an den Hilfsschieber ein Steuersignal angelegt ist, das sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Das beschriebene Steuerventil hat den Nachteil, daß die Starrheit eines Lenkrads zur Zeit, da das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit geradeaus fährt, nicht verbessert werden kann, da der Reaktionsdruck in einem Bereich angrenzend an die neutrale Stellung, in dem die veränder­ liche Drossel den größten Öffnungsquerschnitt hat, nicht erhöht werden kann. Ein weiterer Nachteil betrifft eine leichte Erhöhung des Reaktionsdrucks auf eine Erhöhung des Lenköldrucks hin während der Zeit, in der das Fahrzeug steht, wodurch dann eine leichte Betätigung des Lenkrads verhindert ist. Hinsichtlich der Konstruktion müssen sowohl der Hauptschieber als auch der Hilfsschieber durch Balancieren von zwei Federn gehalten werden, es ist jedoch schwierig, eine konstante Balance zwischen zwei Federn aufrechtzuerhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und billige Öldruck-Reaktionssteuervorrichtung für eine Servolenkeinrichtung zu schaffen, die dadurch eine sichere Fahrt bewirkt, daß der Drehwiderstand des Lenkrads dann, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit geradeaus fährt, deutlich erhöht wird, während er gleichzeitig eine leichte Betätigung des Lenkrads ermöglicht, wenn das Fahrzeug stillsteht.

Dies wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung erreicht, gemäß der nicht nur die Ansteuerung der Reaktionseinrichtung, sondern auch die Ansteuerung des Hauptventils und damit der Hilfskrafteinheit geschwindigkeitsabhängig beeinflußt wird, so daß die Reaktionssteuervorrichtung auf einen breiten, optimierten Steuerspielraum einstellbar ist. Die Schieber im Ventilgehäuse bilden nämlich eine variable Drossel, die geschwindigkeitsabhängig so verstellt wird, daß dann, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand oder auf sehr niedriger Geschwindigkeit befindet, die veränderliche Drossel nur zum Hauptventil zu geöffnet und zur Reaktionskammer zu geschlossen ist, während bei höherer Geschwindigkeit der Hilfsschieber in einer Richtung bewegt wird, daß er die veränderliche Drossel zum Hauptventil zu schließt und zur Reaktionskammer zu öffnet, wodurch der Reaktionsdruck erhöht wird, und dann, wenn der Reaktionsdruck in Antwort auf den Lenkdruck einen gegebenen Wert erreicht, das Drucköl eine Verschiebung des Hauptschiebers zum Abschneiden der Reaktionskammer bewirkt, wodurch eine stabilisierte Öldruckantwort über eine verlängerte Zeitspanne sichergestellt wird und die Steifheit der Lenkung erhöht ist, wenn das Fahrzeug schnell geradeaus fährt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Gesamtdarstellung einer Ser­ volenkeinrichtung;

Fig. 2 graphisch die Beziehung zwischen einem Lenkmoment und einem Lenkdruck im Steuerventil gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 bis 6 Querschnitte zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in verschiedenen Betriebszuständen, nämlich Fig. 3 im Ruhezustand, Fig. 4 bei schneller Geradeausfahrt, Fig. 5 bei schneller Kurvenfahrt und Fig. 6 während einer Geschwin­ digkeitserniedrigung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Servolenkvorrichtung einen Kanal, der Steuerdrucköl von einer Pumpe (32) über ein Hauptsteuerventil (24) zu einem Arbeitszylinder (3) liefert, sowie einen Kanal, der Lenkdrucköl von der Pumpe (32) über ein Hilfssteuerventil (4) zu einer Reaktionskammer (33) des Hauptsteuerventils (24) liefert. Das Hilfssteuerventil (4) wird von einem von der Pumpe (32) erzeugten Lenköldruck Ps aufgrund der Steuerung durch eine Steuereinheit (7) auf der Grundlage eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (5) betätigt und gibt einen Ausgangsöldruck Pf an die Reaktionskammer (33) des Hauptsteuerventils (24) ab. Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung des Hilfssteuerventils (4).

Die Fig. 3 bis 6 zeigen Schnitte durch das erfindungsgemäße Steuerventil in verschiedenen Betriebszuständen. Bezugszeichen (20) bezeichnet ein Ventilgehäuse, das einen mit der Ölpumpe (32) verbundenen Strömungseinlaß (21), einen Rückfluß-Auslaß (22), einen Reaktions-Strömungsauslaß (23) mit Verbindung zur Reaktionskammer (33) und einen Haupt-Strömungsauslaß (26) mit Verbindung zum Hauptventil (24) aufweist. Ein hülsenartiger Hauptschieber (27) ist axial gleitfähig im Ventilgehäuse (20) angeordnet und wird durch eine vor ihm im Ventilgehäuse (20) angeordnete Feder (28) nach hinten gedrängt, und ein hülsenartiger Hilfsschieber (29) ist auf einen Tauchkolben (31) eines Elektromagnets (30) aufgesteckt, der hinten am Ventilgehäuse (20) konzentrisch zu diesem montiert ist. Der Hilfsschieber kann innerhalb des Hauptschiebers (27) gleiten. Der Hauptschieber (27) weist eine Ölöffnung (27a) oder -bohrung auf, die mit dem Strömungseinlaß (21) kommuniziert, ferner eine Ölöffnung (27b) oder -bohrung, die mit dem Haupt-Strömungsäuslaß (23) kommuniziert, und eine Ölöffnung (27c) oder -bohrung, die mit dem Haupt-Strömungsauslaß (26) kommuniziert. Am äußeren Umfang des Hilfsschiebers (29) ist eine äußere Ventilfläche in Form zweier ringförmiger Ölkanäle (29a), (29b) gebildet, zwischen denen eine ringförmige Rippe (29c) verläuft. An der Innenfläche des Hauptschiebers (27) ist eine innere Ventilfläche in Form von zwei auf den gegenüberliegenden Seiten der Ölöffnung (27a) verlaufenden Steuerkanten (27d), (27e) gebildet, die eine veränderliche Drossel ergeben, während im Bereich des ringförmigen Ölkanals (29a) im Hilfsschieber (29) eine feste Drossel (29d) gebildet ist.

Der den Hilfsschieber (29) tragende Tauchkolben (31) erstreckt sich vom Elektromagneten (30) axial um ein ziemlich langes Stück vor, und der Hilfsschieber ist auf ihm über eine wesentliche Länge zwischen einem Flansch (45) (Fig. 6), der am Basisende des Tauchkolbens (31) gebildet ist, und einer Mutter (42), die auf seinem freien Ende aufgebracht ist, starr befestigt. Zwischen der Außenfläche des Tauchkolbens (31) und der Innenfläche des Hilfsschiebers (29) verbleibt ein schmaler Spalt. Der Tauchkolben (31) besteht aus einem rohrförmigen Bauteil mit einer axialen Bohrung (41), die an seinem Ende offen in den vorderen Teil des Ventilgehäuses (20) mündet. Über diese Mündung kommuniziert er also mi dem Rückfluß-Auslaß. Weiterhin weist der Tauchkolben (31) eine Bohrung (31a) auf, die den schmalen Spalt mit der axialen Bohrung (41) verbindet. Der Flansch (45) des Tauchkolbens (31) weist eine weitere Öffnung (31b) (Fig. 5 bis 6) auf, die zwischen der axialen Bohrung (41) und dem hinteren Teil des Innenraums des Ventilgehäuses (20), der vom vorderen Teil dieses Innenraums durch den Hauptschieber (27) getrennt ist, eine Verbindung herstellt. Um eines der Enden des Hauptschiebers (27) ist ein Belag (51) angebracht, der mit Reibung an einer im Ventilgehäuse (20) gebildeten Dichtung (52) angreift, um einen Abfluß von Öl zwischen diesen Teilen zu verhindern.

Beim Zusammenbau wird der Hilfsschieber (29) auf dem Tauchkolben (31) des Elektromagneten (30) befestigt und dann der Hauptschieber um den Hilfsschieber (29) gelegt. Der Elektromagnet (30), der die so verbundenen Schieber, nämlich den Hauptschieber (27) und den Hilfsschieber (29) trägt, und das Ventilgehäuse (20) werden durch Gewinde (43) miteinander gekoppelt, und mit dem anderen Ende des Ventilgehäuses (20) ist ein zylindrischer Teil (44) einer Kappe (38) verschraubt.

Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Im Stillstand des Fahrzeugs bewirkt der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, daß der Elektromagnet (30) den Tauchkolben (31) in der in Fig. 3 dargestellten Stellung hält, in der der Hauptschieber (27) durch die Feder (28) in Anlage gegen eine Endfläche (30a) des Elektromagnets (30) gedrückt wird. Hierbei greift die ringförmige Rippe (29c) an der ringförmigen Rippe oder Steuerkante (27d) an, und da die veränderliche Drossel den ringförmigen Ölkanal (29b) öffnet, tritt das Drucköl von der Ölpumpe (32) durch die Ölöffnung (27c) zum Strömungsauslaß (26) durch und wird so zum Hauptventil (24) geleitet. Bei einem Lenkvorgang erhöht sich dann der Lenkdruck Ps, jedoch ist die veränderliche Drossel gegen die Reaktionskammer (33) geschlossen. Irgendwelches Lecköl, das durch Zwischenräume oder Spalte zwischen dem Hauptschieber, dem Hilfsschieber und dem Ventilgehäuse tritt, fließt durch die feste Drossel (29d) und die axiale Bohrung (41) komm zum Rückfluß-Auslaß (22), so daß sich im Reaktionsdruck Pf in der Reaktionskammer (33) keine Erhöhung ergibt. Die Lenkmoment-Öldruckkennlinie mit dem in Fig. 2 in durchgehender Linie eingezeichneten Verlauf zeigt ein vermindertes Lenkmoment. Findet nun gemäß einer bekannten Servokonstruktion im zugeordneten Hauptventil eine relative Verschiebung zwischen einer Eingangwelle und einer Ausgangswelle statt, so wird auf einen in der Reaktionskammer (33) befindlichen Reaktionskolben durch einen vorstehenden Stift der Eingangwelle gedrückt. Da jedoch die Reaktionskammer (33) mit dem Rückflußauslaß (22) über die feste Drossel (29d) und die axiale Bohrung (41) kommuniziert, wird überschüssiges Öl zum Rückfluß-Auslaß (22) zu abgegeben, wodurch verhindert wird, daß das Lenkmoment ansteigt.

Bei schneller Geradeausfaht des Fahrzeugs steuert der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor den Elektromagneten (30) so, daß der Antrieb, wie in Fig. 4 gezeigt, den Tauchkolben (31) nach vorne bewegt, wodurch die veränderliche Drossel relativ zum Hauptventil drosselt, während sie in Richtung relativ zur Reaktionskammer (33) öffnet, wodurch der Lenkdruck Ps um einen Betrag a gemäß Fig. 2 ansteigt, mit entsprechendem Anstieg des Reaktionsdrucks Pf. Der Reaktionskolben drückt gegen den vorstehenden Stift der Eingangswelle, wodurch die Gegenkraft zur Drehung des Lenkrads um seine Neutralstellung erhöht wird. Der erhöhte Reaktionsdruck Pf wird dann an den ringförmigen Ölkanal (29a) angelegt und ein Anteil des Reaktionsdrucks Pf wird zum Rückfluß-Auslaß (22) über die feste Strömungsdrossel (29d), den Spalt zwischen dem Hilfsschieber (29) und dem Tauchkolben (31), die Öffnung (31) und die axiale Bohrung (41) abgeleitet. Der Bohrungsdurchmesser der festen Drossel (29d) ist so gewählt, daß sie einem Anstieg a des Lenkdrucks Ps und des Reaktionsdrucks Pf nicht entgegensteht.

Findet während der schnellen Fahrt ein Lenkvorgang statt, so erhöht sich auch der Reaktionsdruck Pf aufgrund der Tätigkeit des Reaktionskolbens in der Reaktionskammer (33). Ist Pf jedoch bis auf einen Wert b in Fig. 2 angestiegen, so bewirkt der an den veränderlichen Raum in der veränderlichen Drossel angelegte Öldruck, daß der Hauptschieber (27) relativ zum Hilffschieber (29) entgegen der Kraft der Feder (28) verschoben wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, so daß die variable Drossel zur Reaktionskammer teilweise geschlossen wird und der Hauptschieber (27) unter der Bedingung zu einem Anhalten kommt, in der der Reaktionsdruck Pf und die Kraft der Feder (28) einander aufwiegen. Der erhöhte Reaktionsdruck Pf herrscht hierbei im ringförmigen Ölkanal (29a) und ein Teil des Öls dringt über die fest Drossel (29d), den Spalt zwischen dem Hilfsschieber (29) und dem Tauchkolben (31), die Öffnung (31a) und die axiale Bohrung (41) zum Rückfluß- Auslaß (22) durch. Jedoch wird nun der Reaktionsdruck abgeschnitten und kann der Lenkvorgang mit einer gegebenen Kraft durchgeführt werden.

Der Druck b, bei dem der Reaktionsdruck abgeschnitten wird, ist mit der Bewegungsweite des Hilfsschiebers veränderlich und erhöht sich graduell mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Wird das Fahrzeug in diesem Zustand verlangsamt, so zieht aufgrund der Steuerung durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor der Elektromagnet (30) den Tauchkolben (31) zurück, wie in Fig. 6 gezeigt ist, und der relative Versatz zwischen dem Ventilgehäuse (20), dem Hauptschieber (27) und dem Hilfsschieber (29) erhöht die Länge, über die der Hilfsschieber im Hauptschieber angeordnet ist, zur Reaktionskammer zu, wodurch die Leckölmenge aus dem Hauptkreis zur Reaktionskammer vermindert wird und der Reaktionsdruck Pf sehr schnell absinkt. Auch der Hauptschieber (27) bewegt sich rückwärts, wodurch die Lenkkraft vermindert wird. Der Bohrungsdurchmesser der festen Drossel (29d) ist so bestimmt, daß eine plötzliche Reduktion des Reaktionsdrucks Pf, die zu dieser Zeit stattfinden würde, vermieden wird.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein hülsenartiger Hauptschieber, der von einer Seite durch eine Feder beaufschlagt ist, gleitfähig in einem Ventilgehäuse angeordnet, das mit einem Strömungseinlaß von einer Ölpumpe und einem Rückflußauslaß sowie einem Strömungsauslaß zu einer Reaktionskammer und einem Strömungsauslaß zu einem Hauptventil ausgestattet ist, und im Hauptschieber ist ein Hilfsschieber eingepaßt, der axial in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gleitet, so daß eine relative Verschiebung zwischen dem Hauptschieber und dem Hilfsschieber eine veränderliche Strömungsdrossel ergibt, die einen veränderlichen Öffnungsquerschnitt aufweist. Bei Stillstand oder bei sehr langsamer Fahrt des Fahrzeugs ist die veränderliche Drossel nur zum Hauptventil zu geöffnet, während sie zur Reaktionskammer geschlossen ist. Bei höherer Geschwindigkeit wird der Hilfsschieber in einer Richtung so bewegt, daß er die veränderliche Drossel zum Hauptventil schließt und zur Reaktionskammer öffnet, wodurch der Reaktionsdruck erhöht wird. Erreicht der Reaktionsdruck einen gegebenen Wert in Antwort auf den Lenkdruck, so bewirkt das Drucköl eine Verschiebung des Hauptschiebers so, daß der Reaktionsdruck abgeschnitten wird. Als Ergebnis erhöht sich der Lenkwiderstand gegen eine Drehung bei schneller Geradeausfahrt, wodurch eine Verzögerung in der Lenkantwort vermieden wird, wenn eine schnelle Lenkbetätigung durchgeführt wird, und wodurch es möglich wird, die geforderte Lenkkraft zu vermindern. Auf diese Weise kann eine stabilisierte Öldruckantwort über eine lange Zeitspanne erhalten werden, während gleichzeitig die Konstruktion innerhalb des Ventilgehäuses vereinfacht ist, so daß eine genaue Bearbeitung möglich ist und hierdurch eine kompakte und billige Konstruktion geschaffen werden kann.

Claims (3)

1. Öldruck-Reaktionssteuervorrichtung für eine Servolenkeinrichtung eines Fahrzeugs, die ein eine Hilfskrafteinheit (3) steuerndes Hauptventil (24) mit einer der Servosteuerung entgegenwirkenden Reaktionseinrichtung, zu deren Ansteuerung wenigstens eine Reaktionskammer mit Druck beaufschlagt wird, aufweist; mit: einem Ventilgehäuse (20), das einen an eine Ölpumpe (32) anzuschließenden Strömungseinlaß (21), einen mit einem Öltank zu verbindenden Rücklauf- Strömungsauslaß (22) und einen mit der Reaktionskammer zu verbindendem Reaktions-Strömungsauslaß (23) aufweist, von denen der Strömungseinlaß und der Reaktions- Strömungsauslaß in einem ersten Öldruckpfad angeordnet sind; im Ventilgehäuse (20) einem darin axial verschiebbaren hülsenförmigen Hauptschieber (27), der eine innere Ventilfläche aufweist und den eine Feder (28) in eine erste Stellung im Ventilgehäuse (20) zu drücken versucht, der ein vom Druck am Reaktions- Strömungsauslaß (23) abhängender Druck entgegenwirkt; im hülsenförmigen Hauptschieber (27) einem darin axial verschiebbaren Hilfsschieber (29), der eine äußere Ventilfläche aufweist, die mit der inneren Ventilfläche des Hauptschiebers (27) kooperiert; einer durch die Schieber gegebenen variablen Drossel im ersten Öldruckpfad und einer festen Drossel (29a) zwischen dem Reaktions-Strömungsauslaß (23) und dem Rücklauf- Strömungsauslaß (22); und mit einer Schieberverstellung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit so, daß bei stillstehendem oder langsam fahrendem Fahrzeug die Strömung vom Strömungseinlaß (21) zum Reaktions- Strömungsauslaß (23) vermindert ist und bei schnell fahrendem Fahrzeug erhöht ist; dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (20) auch einen an das Hauptventil (24) anzuschließenden Haut-Strömungsauslaß (26) aufweist und der Strömungseinlaß (21) und der Haupt- Strömungsauslaß (26) in einem zweiten, die Hilfskrafteinheit (3) speisenden Öldruckpfad angeordnet sind; daß die variable Drossel durch das Zusammenwirken der inneren Ventilfläche des Hauptschiebers (27) mit der äußeren Ventilfläche des Hilfsschiebers (29) mit veränderlichem Durchflußquerschnitt im ersten und im zweiten Öldruckpfad gebildet ist; und daß am Hilfsschieber (29) für seine Verstellung relativ zum Hauptschieber (27) ein geschwindigkeitsabhängiger Antrieb (30, 31) angreift, der bei Stillstand oder langsamer Fahrt des Fahrzeugs die variable Drossel, außer auf verminderte Strömung vom Strömungseinlaß (21) zum Reaktions-Strömungsauslaß (23), auch auf erhöhte Strömung vom Strömungseinlaß (21) zum Haupt- Strömungsauslaß (26) stellt und bei schneller Fahrt des Fahrzeugs die variable Drossel, außer auf erhöhte Strömung vom Strömungseinlaß (21) zum Reaktions- Strömungsauslaß (23), auch auf verminderte Strömung vom Strömungseinlaß (21) zum Haupt-Strömungsauslaß (26) stellt.

2. Öldruck-Reaktionssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschwindigkeitsabhängige Antrieb (30, 31) einen Elektromagneten (30) mit einem Tauchkolben (31), der in den Hilfsschieber (29) eingeschoben ist und in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit axial verstellbar ist, umfaßt.

3. Öldruck-Reaktionssteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Drossel zum Steuern des Drucks am Reaktions-Strömungsauslaß (23) im Hilfsschieber (29) gebildet ist und eine erste Öffnung (29d) im Hilfsschieber (29), die von dessen äußerer zu seiner inneren Fläche durchgeht, eine im rohrförmigen Tauchkolben (31) zwischen seiner Außenseite und seiner Innenseite hindurchgehende Öffnung (31a) und eine im rohrförmigen Tauchkolben (31) längsverlaufende und sich an dessen vorderem Ende in das Innere des Ventilgehäuses (20) öffnende Bohrung (41) umfaßt.