DE3744314C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine variable Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, bei der sich das Maß der Lenkunterstützung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit oder mit einer anderen Variablen bezogen auf den Fahrbetriebszustand des Fahrzeuges ändert.

Für ein Servolenksystem können für drei Antriebsbedingungen des Fahrzeuges folgende grundsätzliche Betriebsbedingungen unterschieden werden. Erstens, während eines Geradeaus-Vorwärtsantriebszustandes des Fahrzeuges bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten, bei dem die Kraftanforderungen an das Lenksystem äußerst niedrig sind, sollte der Grad der Lenkunterstützung, der durch das Lenkgetriebe gewährt wird, entsprechend minimal sein, um die Rückkopplung eines Gefühles für das Straßen- und Fahrverhalten des Fahrzeuges von den Reifen zum Fahrer zu ermöglichen und nicht zu beeinträchtigen. Zweitens, während eines Kurvenfahrt-Antriebszustandes bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten, bei dem eine progressive Zunahme des Maßes der Lenkunterstützung mit dem durch den Fahrer aufzubringenden Lenkdrehmoment wünschenswert ist, sollten mittlere Lenkdrehmomente für den Fahrer beibehalten werden, um ein Fahrgefühl des Fahrers zu ermöglichen, das dem dynamischen Zustand des Fahrzeuges entspricht. Drittens, während Langsamfahrbewegungen oder Parkmanövern, bei denen die Kraftanforderungen an das Lenksystem groß sein können und die Wiedergabetreue bezüglich des übertragenen Straßen- und Fahrgefühls in bezug auf das Lenksystem von geringerer Bedeutung ist, sollte im allgemeinen ein hohes Maß an Kraft- bzw. Lenkunterstützung gewährt werden, um hierdurch den Kraftaufwand (Lenkeingangsdrehmoment), der durch den Fahrer geleistet werden muß, minimal zu halten.

Die Anforderungen an optimale Ventileigenschaften und -charakteristiken während der vorerwähnten drei Fahrbedingungen stehen zueinander im Widerspruch. In der Vergangenheit sind Versuche gemacht worden, die einander widersprechenden Anforderungen des ersten und dritten Fahrzustandes zu vermeiden, nämlich die Notwendigkeit, ein niedriges Niveau der Unterstützung für hohe bis mittlere Geschwindigkeiten bei Geradeausfahrt zu erreichen, während ein hohes Maß an Unterstützung für Langsamfahrten und Parkmanöver erforderlich ist, und zwar durch Ausnutzen der Tatsache, daß bei den meisten Ventilen der Grad der Unterstützung sich mit der Ölströmung ändert. Zum Beispiel wird in einem der weithin verbreiteten Systeme die Servopumpe veranlaßt, die Ölströmung zu vermindern, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Dies beeinflußt jedoch nachteilig die Ventilleistung während des zweiten, vorerwähnten Antriebszustandes, nämlich während des Durchfahrens von Kurven bei mittleren bis höheren Geschwindigkeiten, wobei ein progressives Ventilansprechverhalten infolge der niedrigen Ölströmung verschlechtert wird. Auch in den Fällen, in denen ein solches Lenkmanöver ein rapides Drehen des Lenkrades erfordert, kann eine niedrigere Pumpenströmung unangemessen sein und die Servolenkung bzw. Lenkunterstützung zeitweilig unwirksam machen.

In einem weiteren bekannten System, das in der JP 56-38 430 B2 gezeigt ist, ist ein Bypassweg mit einem veränderlichen Strömungsventil zwischen beiden Enden des Kraftzylinders angeschlossen und das variable Strömungsventil wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert, um eine zunehmende Bypass-Strömung zu veranlassen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Dies beeinflußt jedoch die Ventilleistung während des zweiten Antriebszustandes, wie er oben erwähnt ist, nachteilig, nämlich im Bereich von mittleren bis hohen Geschwindigkeiten bei der Durchfahrt von Kurven, in dem ein progressives Ventilansprechverhalten infolge des geringen Zuwachses beeinträchtigt ist.

Das zufriedenstellendste Verfahren hinreichender Ventilleistung während allen drei der vorerwähnten Fahrbedingungen besteht darin, die Ventilcharakteristik auf die Fahrzeuggeschwindigkeit abzustimmen bzw. anzupassen. Ein System, das eine bessere Anpassung der Servoleistung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleistet, ist in der US-PS 45 61 521 gezeigt und verwendet ein Drehventil mit einem ersten und einem zweiten Ventilabschnitt. Ein geschwindigkeitssensitives Ventil wird verwendet, um den Ölstrom von der Pumpe zum zweiten Ventilabschnitt zu steuern, so daß bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ein paralleler Strömungsweg zwischen dem Drehventil und der Pumpe geschaffen und Öl sowohl zu dem ersten als auch zu dem zweiten Ventilabschnitt verteilt wird. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten begrenzt das geschwindigkeitssensitive Ventil die Ölströmung von der Pumpe zu dem zweiten Ventilabschnitt. Während Parkmanövern ist der erste Ventilabschnitt allein in üblicher Weise wirksam und der zweite Ventilabschnitt ist entlastet und nicht von der Pumpe mit Öl versorgt. Ein Übergang von einem hohen Niveau der Lenkkraftunterstützung zu einem niedrigen Niveau der Lenkkraftunterstützung und umgekehrt wird durch einen kraftveränderlichen Schaltmagneten ausgeführt, der verwendet wird, um einen parallelen Strömungsweg von der Pumpe zu dem zweiten Ventilabschnitt durch eine variable Strömungsblende hindurch herzustellen. Ein Geschwindigkeitserfassungsmodul steuert die Zylinderspule bzw. den Schaltmagneten, um ein variables Drosselventil zu öffnen oder zu schließen und somit allmähliche Änderungen im Niveau der Lenkkraftunterstützung mit der Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu schaffen.

Das Drehventil, das in diesem Servolenksystem verwendet wird, enthält ein Ventilgehäuse mit einer kreisförmigen Öffnung, die eine Ventilhülse aufnimmt. Innerhalb der Ventilhülse ist ein inneres Ventil angeordnet. Das innere Ventil ist mit einem ersten Satz von Längsnuten versehen, die einen ersten Ventilabschnitt bilden und weist auch einen zweiten Satz von Längsnuten auf, die einen zweiten Ventilabschnitt bilden. Der erste und zweite Satz Längsnuten ist übereinstimmend ausgerichtet mit einem ersten und einem zweiten Satz Innennuten, die jeweils in der Innenwandung der Ventilhülse ausgebildet sind. Dieser erste und zweite Satz von Innennuten ist jeweils schwierig herzustellen und herauszuarbeiten und erfordert fachmännisches Können, da sie in der Innenwandung der Ventilhülse mit hoher Präzision ausgenommen werden müssen. Dies verursacht umfangreichere Herstellungsschritte und erhöht die Herstellungskosten.

Eine variable Servolenkeinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der EP 00 72 731 A2 bekannt. Die durch eine derartige Servolenkeinrichtung in Verbindung mit einem entsprechenden Servoventil gemäß Fig. 3 oder 10 der EP 00 72 731 A2 erreichbare Lenkunterstützung läßt eine lineare Ventilcharakteristik des Servodruckes in Abhängigkeit vom Lenkdrehmoment im wesentlichen in zwei Bereichen des Fahrverhaltens zu, wie die Fig. 2 sowie 17 bis 21 verdeutlichen. Hierzu ist vorgesehen, daß sich die stromabseitigen Drosselstellen des Servoventiles bei einer Relativverlagerung der Ventilelemente in die eine Richtung, die Drosselstellen eines Bypassweges jeweils gegensinnig zueinander arbeiten, d. h. bei Drehung des Lenkrades in eine Richtung schließt die eine Drosselstelle, während gleichzeitig die andere Drosselstelle öffnet und umgekehrt. Dies erfordert ebenfalls eine verhältnismäßig komplizierte Nutanordnung zwischen den Ventilteilen, die zu dem Erfordernis einer aufwendigen maschinellen Bearbeitung des Ventiles führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine variable Servolenkeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß neben einer optimalen Servolenkunterstützung in allen Betriebszuständen des Fahrzeuges eine unkomplizierte Nutanordnung und Fertigung für ein Servolenkventil der Servolenkeinrichtung erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweiten und dritten veränderlichen Strömungsdrosselstellen eines der beiden Fluidströmungswege Drosselquerschnitte aufweisen, die sich vermindern, wenn sich die Ventilelemente relativ zueinander in einer Richtung verlagern, und die zweiten und dritten veränderlichen Strömungsdrosselstellen des anderen Fluidströmungsweges Drosselquerschnitte aufweisen, die sich vermindern, wenn die Ventilelemente sich relativ zueinander in der entgegengesetzten Richtung verlagern.

Erfindungsgemäß werden daher an Stelle einer Veränderung der durch die zwei Strömungswege, die die Fluidquelle und das Fluidreservoir miteinander verbinden, fließenden Fluidströmungsmenge die wirksamen Strömungsquerschnitte der zwei Strömungswege an Stellen stromauf von Anschlüssen zur Verbindung mit einem Kraftzylinder und/oder stromab dieser Anschlüsse verändert, um die Lenkkraftunterstützung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer anderen Variablen, bezogen auf den Betriebszustand des Fahrzeuges, zu verändern.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere veränderliche Strömungsdrosselstellen in Reihe in jedem der zwei Strömungswege in einem Abschnitt stromab der Anschlüsse vorgesehen, die mit dem Kraftzylinder verbunden sind und jede der veränderlichen Strömungs­ drosselstellen wird in einem Bypass überbrückt durch ein von außen gesteuertes, veränderliches Strömungsdrosselventil. Die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrossel­ ventile werden wahlweise geöffnet, um einen Bypass für die zugehörigen veränderlichen Strömungsdrosselstellen zu bilden, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Variable, die dem Betriebszustand des Fahrzeuges entspricht, sich ändert. Im einzelnen sind zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen in dem stromabseitigen Abschnitt jeder der zwei Strömungswege vorgesehen und sind zwei von außen gesteuerte, veränderliche Strömungsdrosselventile diesen zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen parallel geschaltet. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten sind beide veränderliche Strömungsdrosselventile im wesentlichen geschlossen, bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist das eine Strömungsdrosselventil geöffnet und das andere Strömungsdrosselventil ist geschlossen gehalten und während mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeiten ist das eine Strömungsdrosselventil geschlossen und das andere Strömungsdrosselventil offen.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen in Reihe in jedem der stromabseitigen Abschnitte der zwei Strömungswege vorgesehen und zwei von außen gesteuerte veränderliche Strömungsdrosselventile sind vorgesehen, wobei das eine, von außen gesteuerte, variable Strömungsdrosselventil parallel zu einem der zwei variablen Strömungsdrosselstellen geschaltet ist und das andere, von außen gesteuerte, veränderliche Strömungsdrosselventil mit einem Ende zwischen den zwei variablen Strömungsdrosselstellen eines der zwei Strömungswege angeschlossen und mit seinem gegenüberliegenden Ende zwischen den zwei variablen Strömungsdrosselstellen des anderen Strömungsweges angeschlossen ist.

In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind drei veränderliche Strömungsdrosselstellen vorgesehen, die in jedem der stromabseitigen oder stromaufseitigen Abschnitte der beiden Strömungswege in Reihe angeordnet sind und es sind drei von außen gesteuerte, veränderliche Strömungsdrosselventile vorgesehen. Die erste der drei veränderlichen Strömungsdrosselstellen eines Strömungsweges kann in Parallelschaltung durch das erste der drei von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrossel­ ventile überbrückt werden, die zweite der drei veränderlichen Strömungsdrosselstellen kann in Parallel­ schaltung durch das zweite der drei von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile überbrückt werden und die dritte der variablen Strömungsdrosselstellen eines Strömungsweges kann in Parallelschaltung durch das dritte der drei von außen gesteuerten variablen Strömungsdrossel­ ventile überbrückt werden. Die drei von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile werden in vorgegebener Weise geöffnet oder geschlossen, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Variable, die zu dem Fahrzeugbetriebszustand Bezug hat, verändern.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei­ spieles der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) Diagramme, die zeigen, wie sich die Strömungs­ querschnitte der veränderlichen Strömungs­ drosselstellen in Abhängigkeit von einem Lenkeingangsdrehmoment T verändern,

Fig. 2(d) und 2(e) Diagramme, die zeigen, wie sich die Strömungs­ querschnittsflächen der von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V ändern,

Fig. 2(f) ein Diagramm, das eine Kombination der Diagramme nach den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) darstellt,

Fig. 3 schematisch ein Strömungsschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels mit einem als Drehventil aus­ gebildeten Steuerventil zur Bildung eines Fluidströmungs- Verteilerkreises,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Servo- bzw. Lenkkraft­ unterstützung über dem Lenkdrehmoment in Kurven mit der Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter für niedrige, hohe und mittlere Fahrzeuggeschwindigkeiten zeigt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für ein zweites Aus­ führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild für ein drittes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 und 8 zwei Diagramme als Ausführungsbeispiele für die Steuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtungen für die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungs­ steuerventile über der Fahrzeuggeschwin­ digkeit, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild für ein viertes Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fluidkreises, der eine Ölpumpe 10 als Hydraulikfluidquelle, einen Behälter 11 als Fluidreservoir und ein Steuerventil 13 enthält, das einen Fluidströmungs-Verteilerkreis 14 mit offener Mitte verkörpert. Außerdem sind schematisch ein Lenkrad 15, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und eine Steuereinheit U dargestellt. In herkömmlicher Weise umfaßt der Fluidströmungs-Verteilerkreis 14 zwei parallele Strömungswege L₂-L₃ und L₁-L_4, die sich zwischen einem Pumpfluid-Zuführungsanschluß C_A1 und einem Fluidrückführungsanschluß C_A2 erstrecken. Der Strömungspfad L₂-L₃ hat einen Zylinderverbindungsanschluß C_B2, verbunden mit einer Zylinderkammer 12L eines Kraft­ zylinders 12, während der andere Strömungspfad L₁-L₄ einen Zylinderverbindungsanschluß C_B1 aufweist, der mit einer Zylinderkammer 12R des Kraftzylinders 12 verbunden ist. In dem stromaufseitigen Abschnitt L₂ ist eine veränderliche Strömungsdrosselstelle 1R und in dem stromabseitigen Strömungswegabschnitt L₃ sind in Reihe zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen 2L und 3L vorgesehen. In gleicher Weise ist der stromaufseitige Strömungswegabschnitt L₁ mit einer variablen Strömungsdrosselstelle 1L und der stromab­ seitige Strömungswegabschnitt L₄ in Reihe mit zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2R und 3R versehen. Diese veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1R, 2L, 3L, 1L, 2R und 3R sind betrieblich mit dem Lenkrad 15 derart verbunden, daß sie dann, wenn sich das Lenkrad 15 in seiner mittleren Ruhelage befindet, geöffnet sind, um eine unbeschränkte und im Gleichgewicht befindliche ausgeglichene parallele Fluidströmung zwischen dem Fluidzuführungsanschluß C_A1 und dem Fluidrückführungsanschluß C_A2 herzustellen. Ein Drehen des Lenkrades 15 im Uhrzeigersinn aus der mittleren Ruhelage heraus veranlaßt die variablen Strömungsdrosselstellen 1R, 2R und 3R ihre Öffnungsquerschnitte zu vermindern, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt, wobei die anderen drei variablen Strömungsdrosselstellen 1L, 2L und 3L proportional und gleichzeitig öffnen. Eine Drehung des Lenkrades 15 im Gegen­ uhrzeigersinn aus einer mittleren Ruhelage heraus veranlaßt die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1L, 2L und 3L ihren Strömungsquerschnitt zu vermindern, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt, wobei die anderen drei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1R, 2R und 3R proportional und gleichzeitig öffnen.

Um die Ventilcharakteristik, die durch die vorerwähnten veränderlichen Drosselstellen bestimmt ist modulierend anzupassen, sind vier Bypasspfade L₅ und L_7, L₆ und L₈ jeweils parallel zu den veränderlichen Strömungsdrossel­ stellen 2L, 3L, 2R und 3R vorgesehen. Unter diesen sind die Bypasspfade L₅ und L₆ mit von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 5B und 5A versehen, deren Strömungsquerschnitt bzw. Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Variablen oder einem Parameter, der Bezug zu den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges hat, variabel, wobei diese Bestimmungsgröße nicht das Lenkdrehmoment ist. Die anderen zwei Bypasspfade L₇ und L₈ sind mit von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 6B und 6A versehen, deren Durch­ flußquerschnitt in Abhängigkeit von der vorerwähnten Variablen veränderlich ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die vorerwähnte Variable bzw. Bestimmungsgröße durch die Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet. Bezugnehmend auf die Fig. 2(a) bis 2(e) zeigt Fig. 2(a), wie sich der Öffnungsquerschnitt A₁ der veränderlichen Strömungsdrossel­ stelle 1R oder 1L verringert, wenn das Lenkdrehmoment T zunimmt. Fig. 2(b) zeigt, wie der Strömungsquerschnitt A₂ der veränderlichen Strömungsdrosselstelle 2R oder 2L abnimmt, wenn das Lenkdrehmoment T zunimmt.

Fig. 2(c) zeigt, wie der Strömungsquerschnitt A₃ der veränderlichen Strömungsdrosselstelle 3R oder 3L abnimmt, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt. Schließlich zeigt Fig. 2(d), wie der Strömungsquerschnitt der von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 5A und 5B sowie der Strömungsquerschnitt der von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 6A und 6B sich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V verändern. Wie aus dieser Figur deutlich wird, sind alle Strömungsdrosselventile 5A, 5B, 6A und 6B bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten vollständig geschlossen. Die Strömungsdrosselventile 5A und 5B sind vollständig geöffnet, während die anderen Strömungsdrosselventile 6A und 6B vollständig geschlossen bleiben bei mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten und die Strömungsdrosselventile 5A und 5B sind vollständig geschlossen, während die anderen Strömungsdrosselventile 6A und 6B vollständig geöffnet sind, wenn sich das Fahrzeug mit hoher Fahrzeuggeschwindig­ keit bewegt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die veränderlichen Strömungsdrosselventile durch elektromagnetische Betätigungseinrichtungen jeweils betätigt, elektrisch durch die Steuereinheit U angesteuert werden. Die Steuereinheit U nimmt ein Ausgangssignal V_D auf, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert und durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 bereitgestellt wird und liefert einen elektrischen Strom I_{v 1} an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für die Strömungsdrosselventile 5B und 5A in Abhängigkeit von einer mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit oder gibt einen elektrischen Strom I_v2 an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für die Strömungsdrosselventile 6B und 6A bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Im Falle von Fig. 2(d) sind die Strömungsquerschnitte der Ventile 5A, 5B und 6A einer schrittweisen Veränderung unterworfen. Wahlweise können sie, wenn dies gewünscht wird, auch in einer allmählichen Verstellung, wie in Fig. 2(e) gezeigt, verändert werden.

Bezugnehmend auf Fig. 2(f) sind die Kennlinien, die in den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt sind, zur Erleichterung des Vergleiches gemeinsam dargestellt.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird nachfolgend erläutert, wie der Fluidströmungs-Verteilerkreis 14 zwischen den zwei relativ zueinanderverlagerbaren Ventilelementen, nämlich einer Ventilhülse 22 und einem Innenventil 23 eines Drehsteuer­ ventiles 20 herkömmlicher Art mit einem Torsionsstab 24 gebildet wird.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind in der zylindrischen Innenwandung der Ventilhülse 22 acht sich in Längsrichtung erstreckende Blindnuten C_1, C_2, C_3, C_4, C_5, C_6, C₇ und C₈ ausgebildet, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und durch Stege D₁ bis D₈ getrennt sind. Unter ihnen ist ein Paar diametral gegenüberliegender Nuten C₁ und C_5, die mit einer Zylinderkammer 12R eines Kraftzylinders 12 verbunden sind, während ein weiteres Paar diametral gegenüberliegender Nuten C₈ und C₄ mit einer Zylinderkammer 12L des Kraftzylinders 12 verbunden sind.

In der äußeren Umfangswandung des Innenventiles 23 sind 8 sich in Längsrichtung erstreckende Blindnuten E₁ bis E₈ ausgenommen. Unter ihnen sind zwei Nuten E₃ und E₇ über Radialkanäle und eine Axialbohrung mit einem Fluidreservoir 11 verbunden, während zwei weitere Hauptnuten E₁ und E₅ Anschlußöffnungen gegenüberliegen, die sich in den gegenüberliegenden Stegen der Ventilhülse 22 öffnen und die mit einer Pumpe 10 verbunden sind. In einer mittleren Ruhelage, die in Fig. 3 gezeigt ist, überbrückt die Nut E₁ die benachbarten zwei Innennuten C₈ und C_1, die Nut E₂ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C₁ und C_2, die Nut E₃ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C₂ und C_3, die Nut E₄ überbrückt die benachbarten Innennuten C₃ und C_4, die Nut E₅ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C₄ und C_5, die Nut E₆ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C₅ und C_6, die Nut E₇ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C₆ und C₇ und die Nut E₈ überbrückt die zwei benachbarten Innennuten C₇ und C₈.

Somit wird, wenn sich das Drehsteuerventil 20 in seiner mittleren Ruhelage, wie in Fig. 3 gezeigt, befindet, eine uneingeschränkte, ausgeglichene und in Gleichgewicht befindliche Fluidströmung zwischen den Fluidzuführungs­ nuten E_1, E₅ und den Entlastungs- oder Abführungsnuten E_3, E₇ etabliert.

Es wird nunmehr erläutert, wie die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1R, 1L, 2R, 2L, 3R und 3L während einer relativen Verlagerung zwischen Innenventil 23 und der Ventilhülse 22 gebildet werden. In diesem Fall werden zwei Sätze solcher variabler Strömungsdrosselstellen gebildet. Zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen 1R werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E₁ und C₈ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E₅ und C₄ gebildet.

Die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1L werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nut E₁ und der Innennut C₂ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nut E₅ und der Innennut C₅ gebildet. Die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2R werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nut E₂ und der Innennut C₁ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E₆ und C₅ gebildet. Die zwei veränderlichen Strömungs­ drosselstellen 2L werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E₈ und C₈ und den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E₄ und C₄ gebildet. Die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 3R werden zwischen den zusammen­ wirkenden Kanten der Nuten E₃ und C₂ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E₇ und C₆ gebildet. Schließlich werden die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen L zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E₃ und C₃ und zwischen den zusammen­ wirkenden Kanten der Nuten E₇ und C₇ gebildet.

In Fig. 3 ist das Drehsteuerventil 20 in seiner mittleren Ruhelage gezeigt. Unter der Annahme, daß die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4A und 4B vollständig geschlossen sind, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 oder im wesentlichen 0 ist, wird in diesem Zustand das unter Druck stehende Fluid von der Pumpe 10 gleichmäßig durch die veränderlichen Strömungs­ drosselstellen 1R, 21 und 3L in der einen Richtung und durch die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1L, 2R und 3R in der entgegengesetzten Richtung verteilt. Der Druckabfall an den Strömungsdrosselstellen ist in diesem Zustand im wesentlichen 0. Somit hat das Drehsteuerventil keine Wirkung auf den Kraftzylinder 12 und ist somit im Rahmen des Servosystems in diesem Zustand nicht wirksam.

Es wird nun angenommen, daß die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4A und 4B in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit vollständig im mittleren Ruhestand des Ventiles geöffnet sind. Da in diesem Fall die veränderlichen Strömungsdrosselventile 5A und 5B vollständig geschlossen und die veränderlichen Strömungsdrosselventile 6A und 6B vollständig geöffnet sind, wird die Fluidströmung stromab der Drosselstellen 1R und 2L in zwei Fluidströme geteilt, von denen der eine durch die Drosselstelle 3L und der andere durch den Bypasspfad L₇ verläuft, während die Fluidströmung stromab der Drosselstellen 1L und 2R in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine durch die Drosselstelle 3R und der andere durch den Bypasspfad L₈ verläuft. Da bei mittleren Fahrzeug­ geschwindigkeiten die veränderlichen Strömungsdrosselventile 5A, 5B vollständig geöffnet sind, während die anderen veränderlichen Strömungsdrosselventile 6A und 6B vollständig geschlossen sind, finden Bypassströmungen durch die Bypasspfade L₅ und L₆ statt. Obwohl die Bypasspfade wahlweise geöffnet werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit sich ändert, werden die Fluidströme durch diese Bypasspfade so ausgeglichen, daß der Kraftzylinder 12 nicht beeinflußt wird.

Wenn das Lenkrad 15 bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von 0 oder nahe 0 gedreht wird, findet entsprechend eine Relativbewegung des Innenventiles 23 in bezug auf die Ventilhülse 22 statt. Im Falle einer Verlagerung des Innenventiles 23 im Uhrzeigersinn in Fig. 3 verringern sich die Öffnungsquerschnitte der veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1R, 2R und 3R und bewirken eine Drosselung des Fluidweges, begleitet von einem Druckabfall, der seinerseits zu einem Druckanstieg in der rechten Zylinderkammer 12R des Kraftzylinders 12 führt. Die Kurve L in Fig. 4 zeigt die Servo- bzw. Lenkkraftunterstützung über dem Lenkdrehmoment, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 ist.

Es wird nun angenommen, daß das Drehsteuerventil 20 bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten arbeitet. In diesem Fall sind die veränderlichen Strömungsdrosselventile 6A und 6B vollständig geöffnet, während die anderen veränderlichen Strömungsdrosselventile 5A und 5B vollständig geschlossen sind. Wenn das Lenkrad 15 während des Betriebes des Fahrzeuges mit solch einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit im Uhrzeigersinn gedreht wird und entsprechend eine Verlagerung des Innenventiles 23 im Uhrzeigersinn in Fig. 3 stattfindet, vermindern die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1R, 2R und 3R ihre Öffnungsquerschnitte, wie dies in den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt ist. In diesem Fall werden Fluidströmungswege gebildet, die in einem Bypass die Paßstelle 3R über den Bypasspfad L₈ (siehe Fig. 1) überbrücken, so daß die zu der rechten Zylinderkammer 12R gerichtete Fluidströmung abnimmt, mit der Folge eines nur geringen Druckanstieges in der Zylinderkammer 12R des Kraftzylinders 12. Die Zylinderkammer 12L ist in direkter Verbindung mit dem Fluidreservoir 11. Es ist deutlich, daß in diesem Zustand die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1R und 2R zusammenwirken und auf den Druckanstieg in der Zylinderkammer 12R einwirken, während die veränderliche Strömungsdrosselstelle 3R keine Wirkung hierauf ausübt. Die Zunahme des Druckes P (d. h. der Servo- bzw. Lenk­ kraftunterstützung) über dem Lenkdrehmoment C ist für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten durch eine Kennlinie H in Fig. 4 verdeutlicht. Wie leicht aus Fig. 2(f) ersichtlich ist, nimmt dann, wenn das Lenkdrehmoment T zunimmt, die Querschnittsfläche A₂ der veränderlichen Strömungsdrossel­ stelle 2R mit einer geringeren Geschwindigkeit ab als der Strömungsquerschnitt A₂ und, nachdem das Lenkdrehmoment T über einen bestimmten vorgegebenen Wert T₁′ angestiegen ist, nimmt der Querschnitt der Öffnungsfläche A₂ mit noch einer geringeren Geschwindigkeit ab. Die Form der Kennlinie H wird hauptsächlich durch die veränderliche Strömungsdrosselstelle 2R bestimmt. Somit kann jede gewünschte Servo- bzw. Lenkkraftunterstützung für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten erhalten werden, indem die Variationskennlinie des Öffnungsquerschnittes der variablen Strömungsdrosselstelle 2R in gewünschter Weise gestaltet wird.

Wenn das Lenkrad 15 während des Betriebes des Fahrzeuges bei mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit gedreht wird, werden die veränderlichen Strömungsdrosselventile 5A und 5B vollständig geöffnet und die anderen veränderlichen Strömungsdrossel­ ventile 6A und 6B werden vollständig geschlossen. Die Art der Veränderung des Druckanstieges in der Zylinderkammer 12R des Druckzylinders 12 wird durch die veränderliche Strömungsdrosselstelle 1R und die veränderliche Strömungsdrosselstelle 3R bestimmt, da die andere veränderliche Strömungsdrosselstelle 2R durch den Bypass­ pfad L₆ überbrückt wird und somit keinen Einfluß auf den Druckanstieg in der Zylinderkammer 12R des Kraftzylinders 12 hat. Dies wird durch eine Kennlinie M in Fig. 4 dargestellt.

Bezugnehmend auf Fig. 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuerventiles 13A mit einem Fluidverteilerkreis 14A erläutert. Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Tatsache, daß die zwei Bypasspfade L₇ und L₈ durch einen einzigen Bypasspfad L₉ ersetzt wurden, der mit einem einzelnen, veränderlichen Strömungsdrosselventil 6 versehen ist. Das veränderliche Strömungsdrosselventil 6 hat die gleichen Charakteristika wie die Strömungsdrosselventile 6A oder 6B. Der Bypasspfad L₉ ist mit einem Ende mit dem Fluidströmungsweg L₃ an einem Punkt zwischen den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2L und 3L verbunden und ist mit seinem gegenüberliegenden Ende mit dem Fluidströmungsweg L₄ an einem Punkt zwischen den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2R und 3R verbunden.

In den früheren Ausführungsbeispielen sind zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen in Reihe in einem Fluidströmungswegabschnitt des Fluidverteilerkreises angeordnet und sie werden wahlweise durch Bypasspfade überbrückt, um drei verschiedene Ventilcharakteristika für drei unterschiedliche Stufen in bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen. In den folgenden zwei Ausführungsbeispielen sind drei veränderliche Strömungsdrosselstellen in Reihe in jedem der zwei parallelen Fluidströmungswegabschnitte angeordnet und sie werden wahlweise durch Bypasspfade überbrückt, um hierdurch vier unterschiedliche Ventilcharakteristika für vier unterschiedliche Stufen in bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen.

Bezugnehmend auf Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Steuerventiles 13B zur Verwirklichung eines Fluidverteilerkreises 14B gezeigt, das drei in Reihe geschaltete, veränderliche Strömungsdrosselstellen 2L, 3L und 4L aufweist, die in einem stromabseitigen Fluidströmungswegabschnitt L₃ angeordnet sind und das weitere drei in Reihe geschaltete, veränderliche Strömungsdrosselstellen 2R, 3R und 4R in dem parallelen stromabseitigen Fluidströmungswegabschnitt L₄ aufweist. Parallel zu den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2L und 2R sind Bypasspfade L₅ und L₄ vorgesehen, die mit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 5B und 5A versehen sind. Parallel zu den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 3L und 3R sind Bypasspfade L₇ und L₈ vorgesehen, die mit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 6B und 6A versehen sind.

Die verbleibenden zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 4R und 4L können durch einen gemeinsamen Bypasspfad 40 überbrückt werden, der mit einem in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventil 7 versehen ist.

Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Beispiele für die Veränderung der elektrischen Ströme I_{v 5}, I_{v 6}, I_{v 7} in Abhängigkeit von der sich ändernden Fahrzeuggeschwindigkeit V. Zum Beispiel sind, bezugnehmend auf Fig. 7, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die geringer ist als ein Wert V₁ alle Bypasspfade L₅ bis L₈ und 40 geschlossen, so daß die drei in Reihe geschalteten, veränderlichen Strömungsdrossel­ stellen 2L, 3L und 4L oder 2R, 3R und 4R die Ventil­ charakteristik bestimmen. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen V₁ und V₂ sind die Bypasspfade L₅ und L_6, L₇ und L₈ vollständig geöffnet, so daß die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 4L und 4R die Ventilcharakteristik bestimmen. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten zwischen V₂ und V₃ ist nur der Bypasspfad 40 geöffnet, so daß die in Reihe geschalteten, veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2L und 3L sowie 2R und 3R die Ventilcharakteristika bestimmen. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als V₃ sind die Bypasspfade 40 sowie L₇ und L₈ geöffnet, so daß die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2L und 2R die Ventilcharakteristik bestimmen.

Fig. 9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Steuerventil 13C mit einem Fluidverteilerkreis 14C. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Anordnung der drei in Reihe geschalteten veränderlichen Strömungsdrosselstellen und ihrer zugehörigen Bypasspfade, die nunmehr in den stromaufseitigen Strömungswegabschnitten L₁ bzw. L₂ stromauf der Anschlüsse des Kraftzylinders 12 vorgesehen sind.

In den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt und als Variable für die Steuereinheit U verwendet, so daß die Steuereinheit U in Abhängigkeit von dieser Variablen den elektrischen Strom steuert, der durch das elektromagnetisch betätigte Betätigungsglied für die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4A und 5B fließt. Insbesondere öffnen die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4A und 4B gleichzeitig proportional, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Wenn gewünscht, kann das von außen gesteuerte Strömungs­ drosselventil 4 auch in Abhängigkeit von anderen Variablen gesteuert werden, entsprechend der vom Fahrer gewünschten Lenkunterstützung oder bezogen auf eine Betriebsweise des Fahrzeuges. Zu diesem Zweck wird eine manuell betätigbare Wahleinrichtung nahe des Fahrersitzes angeordnet und eine Steuereinheit wird mit dem Ausgangssignal der Handwahleinrichtung versorgt, derart, daß der Fahrer den elektrischen Strom variieren kann, der durch die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für ein von außen gesteuertes, variables Strömungsdrosselventil 4 fließt, bis das Niveau der Servolenkunterstützung dem Wunsch des Fahrers entspricht.

Es können auch andere Variable, bezogen auf den Straßen­ reibkoeffizienten zur Steuerung des Drossel- bzw. Öffnungs­ querschnittes des von außen gesteuerten, variablen Strömungsdrosselventiles 4 verwendet werden. Ein Beispiel für einen Sensor zur Erfassung solch einer Variablen ist ein Schalter, der mit einem Scheibenwischerschalter des Fahrzeuges gekoppelt ist. In diesem Fall nimmt der Betätigungsstrom für den Elektromagneten zu, wenn die Wischergeschwindigkeit zunimmt, um somit das Niveau der Servo- bzw. Lenkkraftunterstützung in Abhängigkeit von der zunehmenden Wischergeschwindigkeit zu vermindern. Dies ist vorteilhaft, da es das übliche Verhalten eines Fahrzeug­ führers ist, die Wischergeschwindigkeit zu erhöhen, wenn die Stärke des Regens zunimmt. Es kann auch ein Regentropfensensor als Straßenreibkoeffizient-Erfassungs­ sensor verwendet werden. Es ist möglich, den Straßenreib­ koeffizienten durch Berechnung einer Differenz in der Rotation zwischen einem angetriebenen und einem nicht angetriebenen Fahrzeugrad zu erfassen oder direkt den Straßenreibkoeffizienten durch Erfassung des Schlupfes eines angetriebenen Rades zu erfassen. Bei Verwendung einer Variablen, die auf den Straßenreibkoeffizienten bezogen ist, ist es auch möglich, den auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmten Elektromagnetstrom in Abhängigkeit von dem Reibkoeffizienten zu modifizieren.

Der Elektromagnetstrom kann verändert werden, um den Kennlinienöffnungsquerschnitt über Fahrzeuggeschwindig­ keit, wie in Fig. 2(d) gezeigt, in Abhängigkeit zur Häufigkeit der Beschleunigung und Abbremsung, denen das Fahrzeug unterworfen ist, zu modifzieren. Der Betätigungsstrom durch den Elektromagneten kann auch in Übereinstimmung mit einer Entscheidung verändert werden, die auf der Grundlage des Lenkradwinkels und einer Geschwindigkeit, mit der das Lenkrad gedreht wird, gefällt wird. Schließlich kann der Elektromagnetstrom auch in Abhängigkeit von einer Belastung verändert werden, die auf den gelenkten Fahrzeugrädern ruht.

Claims (3)

1. Variable Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge mit einer Hydraulikfluidquelle, einem Fluidreservoir und einem in Abhängigkeit von einem Hydraulikdruck betätigten Arbeitszylinder, der zur Verbindung mit einem Lenkgestänge vorgesehen ist, mit:
einem Steuerventil, das Ventilelemente enthält, die relativ zueinander in Abhängigkeit von einer ersten, vorgegebenen Variablen, insbesondere einem Lenkdrehmoment, verlagerbar sind, um zwischen sich einen ersten und einen zweiten, parallelen Fluidströmungsweg, angeschlossen zwischen der Hydraulikfluidquelle und dem Fluidreservoir, zu bilden, wobei der erste und zweite parallele Fluidströmungsweg jeweils einen Verbindungsabschnitt aufweist, der mit dem Arbeitszylinder verbunden ist, wobei der erste und zweite parallele Fluidströmungsweg jeweils durch den Verbindungsabschnitt in bezug auf den Arbeitszylinder in einen stromaufseitigen Abschnitt und einen stromabseitigen Abschnitt unterteilt ist, der erste und zweite parallele Fluidströmungsweg jeweils eine erste veränderliche Strömungsdrosselstelle, angeordnet in dem stromaufseitigen Abschnitt, eine zweite veränderliche Strömungsdrosselstelle, angeordnet in dem jeweils anderen Abschnitt, und eine dritte veränderliche Strömungsdrosselstelle, angeordnet in dem anderen Abschnitt in Reihe mit der zweiten veränderlichen Strömungsdrosselstelle aufweist,
jede der zweiten veränderlichen Strömungsdrosselstellen parallel zu einem ersten, von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventil angeordnet ist, und jede der dritten veränderlichen Strömungsdrosselstellen parallel zu einem zweiten, von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventil angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zweiten und dritten veränderlichen Strömungsdrosselstellen (2R, 3R) eines der beiden Fluidströmungswege (L₁-L₄; L₂-L₃) Drosselquerschnitte (A2, A3) aufweisen, die sich vermindern, wenn sich die Ventilelemente (21, 22) relativ zueinander in einer Richtung verlagern, und die zweiten und dritten veränderlichen Strömungsdrosselstellen (2L, 3L) des anderen Fluidströmungsweges (L₂-L₃; L₁-L₄) Drosselquerschnitte (A2, A3) aufweisen, die sich vermindern, wenn die Ventilelemente (21, 22) sich relativ zueinander in der entgegengesetzten Richtung verlagern.

2. Variable Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite, von außen gesteuerte, veränderliche Strömungsdrosselventil (5A, 5B, 6A, 6B, 6) jeweils Drosselquerschnitte aufweisen, die nach einer ersten oder einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Kennlinie in Abhängigkeit von einer zweiten vorgegebenen Veränderlichen, insbesondere einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V), veränderlich ist, wobei diese zweite Veränderliche von der ersten, vorgegebenen Veränderlichen (T) verschieden ist.

3. Variable Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite parallele Fluidströmungsweg (L₁-L₄, L₂-L₃) jeweils eine vierte veränderliche Strömungsdrosselstelle (4R oder 4L, 1L oder 1R) aufweisen, wobei die vierte, veränderliche Strömungsdrosselstelle (4R, 1R) des einen parallelen Fluidströmungsweges (L₁-L₄, L₂-L₃) jeweils einen Drosselquerschnitt aufweist, der sich vermindert, wenn die Ventilelemente (21, 22) sich relativ zueinander in der einen Richtung verlagern, während die vierte veränderliche Strömungsdrosselstelle (4L, 1L) des anderen, parallelen Fluidströmungsweges (L₂-L₃; L₁-L₄) einen Drosselquerschnitt aufweist, der sich vermindert, wenn sich die Ventilelemente (21, 22) relativ zueinander in der anderen, entgegengesetzten Richtung verlagern,
wobei jede der vierten veränderlichen Strömungsdrosselstellen (4R, 4L; 1R, 1L) parallel zu einem dritten, von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventil (7) angeordnet ist, dessen Drosselquerschnitt nach einer dritten, vorgegebenen Kennlinie in Abhängigkeit von der zweiten, vorgegebenen Veränderlichen (V) veränderlich ist.