DE4038451A1

DE4038451A1 - Hydraulic cylinder for power-assisted steering - has by=pass duct formed by groove in cylinder wall

Info

Publication number: DE4038451A1
Application number: DE19904038451
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl Ing Winter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1990-12-03
Publication date: 1991-06-20

Abstract

The motor vehicle with power assisted steering, has the toothed rack of the steering linkage connected to the piston rod (14) of a double acting piston (4) which operates in a hydrualic cylinder (3). One end of the cylinder (3) is connected by a pipe (7) to a pump whilst the other end is connected by a pipe (8) to a hydraulic accumulator. The piston (4) divides the cylinder (3) into two chambers which are connected by a by-pass duct (11) formed by a groove in the cylinder wall. The cross-sectional area of this groove (11) is a max. at the mid-point of the cylinder length and reduces to zero at each end of the cylinder. The by-pass flow is thus at a max. when no force is transmitted through the steering system and a min. when the steering force is a maximum. USE - Power assisted steering for vehicles.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Servolenkeinrichtung für Kraft fahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie bei spielsweise aus der DE-OS 28 36 926 bekannt ist.The invention relates to a hydraulic power steering device for power vehicles of the type mentioned in the preamble of claim 1, as in is known for example from DE-OS 28 36 926.

Derartige hydraulische Servolenkeinrichtungen mit in ihrem Durchflußquerschnitt veränderbaren Bypaßverbindungen zwischen den beiden Arbeitskammern des hydrau lischen Zweirichtungs-Stellzylinders sind entwickelt worden, um die Servounter stützung in Abhängigkeit z. B. von der Fahrgeschwindigkeit variieren zu können, um so den unterschiedlichen Bedürfnissen des Fahrzeuglenkers in den verschiede nen Fahrbetriebssituationen besser Rechnung tragen zu können.Such hydraulic power steering devices with their flow cross-section changeable bypass connections between the two working chambers of the hydrau Two-way actuating cylinders have been developed to support the servo support depending on z. B. to be able to vary from the driving speed, so the different needs of the driver in the different to better take into account driving situations.

Bekanntlich wird bei Parkiermanövern, wo wechselweise und häufig mehrfach hin tereinander große Radeinschläge durchgeführt werden, eine möglichst hohe Servo unterstützung gewünscht, wohingegen bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, wo im allgemeinen nur vergleichsweise geringe Radeinschläge auftreten bzw. durchge führt werden müssen, eine Servounterstützung im allgemeinen nicht erforderlich, mitunter sogar unerwünscht ist, da die benötigten Lenkkräfte hier von vornherein sehr gering sind. Wenn diese geringen Kräfte durch eine Servounterstützung weiter verringert würden, ginge dem Fahrzeuglenker das Gefühl für den Kontakt mit der Fahrbahn weitgehend verloren, d. h. das Fahrgefühl würde sich verschlechtern.As is well known, parking maneuvers are carried out alternately and often several times large wheel turns are carried out one behind the other, the highest possible servo support is desired, whereas at higher speeds, where in generally only comparatively small wheel turns occur or through servo support is generally not required, is sometimes even undesirable, since the steering forces required here from the outset are very low. If these low forces continue through servo assistance would be reduced, the driver would feel for the contact with the Road largely lost, d. H. the driving experience would deteriorate.

Bei diesen bekannten hydraulischen Servolenkeinrichtungen ist hinter dem mit der Lenkspindel oder dem Lenkgestänge mechanisch in Verbindung stehenden herkömm lichen hydraulischen Steuerventil eine Umgehungsleitung mit einem in seinem wirk samen Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit z. B. von der Fahrgeschwindigkeit oder der Fahrzeugbeladung veränderbaren Durchflußquerschnitt angeordnet, so daß die vom Zweirichtungs-Stellzylinder abgegebene Servokraft durch Veränderung dieses Durchflußquerschnitts gesteuert werden kann.In these known hydraulic power steering devices is behind that with the Steering spindle or the steering linkage mechanically related conventional union hydraulic control valve a bypass line with one in its effect seed flow cross-section depending on z. B. from the driving speed or arranged variable flow cross-section, so that the servo force delivered by the bidirectional adjusting cylinder by changing this Flow cross section can be controlled.

Im Zusammenhang mit der Steuerung des Durchflußquerschnitts des Steuergliedes werden verschiedene Sensoren oder Meßwertaufnehmer, elektronische Regelein richtungen und entsprechende Stellglieder benötigt.In connection with the control of the flow cross section of the control element various sensors or sensors, electronic control directions and corresponding actuators required.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Servo lenkeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaf fen, die in ihrer Funktionsweise solchen bekannten geschwindigkeitsabhängig steu erbaren Servolenkeinrichtungen im wesentlichen nicht nachsteht, andererseits aber einen wesentlich geringeren konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand er fordert.The invention is therefore based on the object of a hydraulic servo Steering device of the type mentioned in the preamble of claim 1 fen, which function in such a way known speed-dependent control are not inferior to power steering devices, on the other hand a significantly lower design and manufacturing effort demands.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of patent claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are in the sub claims specified.

Erfindungsgemäß wird also im Stellzylinder selbst ein Bypaß angeordnet, dessen wirksamer Bypaßquerschnitt sich mit zunehmendem Hub des Stellzylinders selbst tätig von einem Größtwert bei nicht eingeschlagenen Rädern auf jeweils einen Kleinstwert bei voll eingeschlagenen Rädern verringert.According to the invention, a bypass is therefore arranged in the actuating cylinder itself effective bypass cross section itself with increasing stroke of the actuating cylinder active from a maximum value with wheels not turned to one at a time Lower value reduced when the wheels are fully turned.

Irgendwelche besonderen Sensor-, Regel- oder Stelleinrichtungen werden hierfür nicht benötigt.Any special sensor, control or actuating devices are used for this not required.

Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Er findung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigtUsing two embodiments shown in the drawing, the He finding explained in more detail below. In the drawing shows

Fig. 1 die prinzipienhafte Funktionsdarstellung einer hydraulischen Servolenkeinrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 1 shows the principles exemplary functional diagram of a hydraulic power steering device according to the invention,

Fig. 2 den Längsschnitt eines in dieser Servolenkeinrichtung eingesetz ten hydraulischen Zweirichtungs-Stellzylinders gemäß einem er sten Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 2 shows the longitudinal section of a hydraulic bidirectional actuating cylinder used in this power steering device according to a first embodiment of the invention and

Fig. 3 den Längsschnitt eines in dieser Servolenkeinrichtung eingesetz ten Zweirichtungs-Stellzylinders gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel. Fig. 3 shows the longitudinal section of a two-directional actuating cylinder used in this power steering device according to a second embodiment.

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist das Lenkrad des Kraftfahrzeugs mit 15 und die zum Lenkgetriebe und zum Lenkgestänge 1 mit den beiden Spur stangenteilen 18 führende geteilte Lenkspindel mit 16 bezeichnet. Als Lenkgetrie be ist eine Zahnstangenanordnung mit einer Zahnstange 2 und einem mit dieser kämmenden Zahnritzel 19 vorgesehen. Im Zuge der Längsspindel ist ein herkömm liches hydraulisches Steuerventil 17 angeordnet, dessen Aussteuerung in bekann ter Weise von der Auslenkung des Lenkrades 15 bzw. vom wirksamen Lenkmoment abhängt. Für die Erzeugung der Servounterstützung ist ein hydraulischer Zwei richtungs-Stellzylinder 3 mit zwei durch einen Stellkolben 4 voneinander getrenn ten hydraulischen Arbeitskammern 5 und 6 vorgesehen, dessen Kolbenstange 14 mit der Zahnstange 2 verbunden ist; im allgemeinen wird die Kolbenstange inte graler Bestandteil der Zahnstange 2 sein. Die beiden hydraulischen Arbeitskam mern 5, 6 des Stellzylinders 3 sind über Hydraulikleitungen 7, 8 sowie unter Zwi schenschaltung des hydraulischen Steuerventils 17 mit einer mit zumindest annä hernd konstanten Förderstrom arbeitenden Hydraulikpumpe 9, vorzugsweise eine Flügelzellenpumpe, bzw. mit einem Hydraulikreservoir 10 verbindbar, wobei das hydraulische Steuerventil 17 je nach Drehrichtung des Lenkrades 15 jeweils die eine der beiden Arbeitskammern 5, 6 mit der Hydraulikpumpe und die andere mit dem Hydraulikreservoir 10 verbindet.In the schematic representation of Fig. 1, the steering wheel of the motor vehicle with 15 and the steering gear and steering linkage 1 with the two track rod parts 18 leading divided steering spindle 16 is designated. As steering gear be a rack and pinion arrangement 2 and a meshing with this pinion 19 is provided. In the course of the longitudinal spindle, a conven Lich hydraulic control valve 17 is arranged, the modulation depends in known manner from the deflection of the steering wheel 15 or the effective steering torque. For the generation of the servo support, a hydraulic two-directional actuating cylinder 3 with two hydraulic working chambers 5 and 6 separated by an actuating piston 4 is provided, the piston rod 14 of which is connected to the rack 2 ; in general, the piston rod will be an integral part of the rack 2 . The two hydraulic Arbeitskam chambers 5, 6 of the control cylinder 3 are connected via hydraulic lines 7, 8 and under Zvi's circuit of the hydraulic control valve 17 with a Annae with at least hernd constant flow working hydraulic pump 9, preferably a vane pump, or can be connected to a hydraulic reservoir 10, wherein the hydraulic control valve 17, depending on the direction of rotation of the steering wheel 15 , connects one of the two working chambers 5, 6 to the hydraulic pump and the other to the hydraulic reservoir 10 .

Im Stellzylinder 3 selbst ist ein Bypaß angeordnet, dessen wirksamer Bypaßquer schnitt sich mit zunehmendem Hub des Stellkolbens 4, d. h. mit zunehmender Aus lenkung des Stellkolbens aus einer bei Geradeausstellung eingenommenen etwa mit tigen Ruhelage, von einem Größtwert bei nicht eingeschlagenen Rädern auf je weils einen Kleinstwert bei voll eingeschlagenen Rädern selbsttätig verringert.In the actuating cylinder 3 itself there is a bypass, the effective bypass cross of which intersects with increasing stroke of the actuating piston 4 , ie with increasing steering of the actuating piston from a position taken in a straight-ahead position, approximately with a resting position, from a maximum value when the wheels are not turned to a minimum value automatically reduced when the wheels are fully turned.

Einzelheiten dieser Bypaßanordnung sind in den beiden Fig. 2 und 3 dargestellt; in Fig. 1 sind sie nicht erkennbar. Details of this bypass arrangement are shown in the two Figs. 2 and 3; they cannot be seen in FIG. 1.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Bypaß durch eine im Zylinderinnenumfang des Stellzylinders 3 angeordnete Längsnut 11 mit sich über die Nutlänge veränderndem Nutquerschnitt gebildet. Der größte Nutquerschnitt liegt in dem Wandbereich des Stellzylinders vor, in dem sich der Stellkolben 4 bei nicht eingeschlagenen Rädern in Ruhelage befindet; dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Zu den beiden Nutenden hin verringert sich der Nutquerschnitt konti nuierlich.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the bypass is formed by a longitudinal groove 11 arranged in the cylinder inner circumference of the actuating cylinder 3 and having a groove cross section that changes over the groove length. The largest groove cross section is in the wall area of the actuating cylinder, in which the actuating piston 4 is in the rest position when the wheels are not turned; this state is shown in Fig. 2. The groove cross-section continuously decreases towards the two groove ends.

Da der Förderstrom der Hydraulikpumpe 9 nahezu konstant ist, baut sich daher der Arbeitsdruck in der über ihre zugehörige Hydraulikleitung mit der Hydraulik pumpe jeweils gerade verbundenen Arbeitskammer 5 bzw. 6 abhängig vom jeweils gerade als Bypaß wirksamen Nutquerschnitt auf. Da in der dargestellten Ruhelage des Steuerkolbens 4, d. h. bei geradeausgestellten Rädern ein wesentlich größerer Nutquerschnitt der Längsnut 11 als Bypaß wirksam ist als bei axial verschobenem Stellkolben, d. h. bei eingeschlagenen Rädern, baut sich demzufolge bei geradeaus gestellten Fahrzeugrädern im Stellzylinder ein entsprechend niedrigerer Arbeits druck auf als bei eingeschlagenen Rädern, was bedeutet, daß bei nicht eingeschla genen oder nur geringfügig eingeschlagenen Rädern eine wesentlich kleinere Ser vounterstützung vorliegt als bei stärker eingeschlagenen Rädern. Im dargestellten Ausführungsbeispiel reicht die Längsnut 11 nicht über den ganzen Hub des Stell kolbens 4, so daß in den jeweiligen Endbereichen des Stellhubs kein Bypaß mehr wirksam ist. In diesem Bereich kann sich daher in der betreffenden Arbeitskam mer des Stellzylinders der durch die Bemessung des übrigen Hydraulikkreises, ins besondere der Hydraulikpumpe etc. bestimmte maximale Arbeitsdruck aufbauen, so daß hier eine vergleichsweise hohe Servounterstützung vorliegt.Since the flow rate of the hydraulic pump 9 is almost constant, therefore, the working pressure builds up in the working chamber 5 or 6, which is just connected via its associated hydraulic line with the hydraulic pump, depending on the groove cross section currently acting as bypass. Since in the illustrated rest position of the control piston 4 , that is, a much larger groove cross-section of the longitudinal groove 11 is effective as a bypass than with axially shifted wheels than with axially displaced actuating piston, ie with the wheels turned, consequently, a correspondingly lower working pressure builds up when the vehicle wheels are set straight ahead than when the wheels are turned, which means that when the wheels are not turned or only slightly turned, there is a much smaller support than when the wheels are turned more strongly. In the illustrated embodiment, the longitudinal groove 11 does not extend over the entire stroke of the actuating piston 4 , so that no bypass is effective in the respective end regions of the actuating stroke. In this area, therefore, the maximum working pressure determined by the dimensioning of the rest of the hydraulic circuit, in particular the hydraulic pump, etc., can build up in the relevant working chamber of the actuating cylinder, so that there is a comparatively high level of power assistance.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur eine Längsnut 11 vorgesehen, es ver steht sich, daß gegebenenfalls auch mehrere solcher Längsnuten vorgesehen werden können. Grundsätzlich ist es abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel na türlich auch möglich, die Längsnut nicht symmetrisch, sondern asymmetrisch anzu ordnen bzw. hinsichtlich des Nutquerschnitts asymmetrisch auszubilden, wenn - aus welchen Gründen auch immer - je nach Richtung des Lenkradeinschlages bezüglich ihrer Größe oder bezüglich ihres Verlaufs unterschiedliche Servokräfte erzeugt werden sollen.In the illustrated embodiment, only one longitudinal groove 11 is provided, it is understood that, if necessary, several such longitudinal grooves can also be provided. In principle, in deviation from the illustrated embodiment, it is of course also possible to arrange the longitudinal groove not symmetrically, but rather asymmetrically, or to design it asymmetrically with respect to the groove cross section, if - for whatever reason - depending on the direction of the steering wheel angle with respect to its size or its course Servo forces are to be generated.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Bypaß des Stellzy linders 3 durch einen im Stellkolben 4 angeordneten Axialdurchlaß 12 gebildet, dessen wirksamer Durchflußquerschnitt selbsttätig mittels eines ihn axial durch dringenden Steuerstiftes 13 gesteuert wird, der sich über die Zylinderlänge er streckt und einen sich entlang der Stiftlänge verändernden Querschnitt besitzt. Im Bereich der bei nicht eingeschlagenen Rädern eingenommenen dargestellten Ruhelage des Stellkolbens 4 besitzt der Steuerstift 13 einen im Vergleich zum Querschnitt des Axialdurchlasses 12 geringen Querschnitt, so daß der zwischen Steuerstift und Axialdurchlaß als Bypaß wirksame Ringspalt vergleichsweise groß ist. Zu den beiden Enden des Steuerstifts hin vergrößert sich der Querschnitt des Steuerstiftes kontinuierlich und zwar derart, daß er jeweils in den beiden Endbe reichen zumindest annähernd dem Querschnitt des Axialdurchlasses 12 entspricht. In diesen beiden Endbereichen ist somit zumindest annähernd keine Bypaßverbin dung mehr wirksam, ähnlich wie im zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel der Fig. 2.In the embodiment shown in Fig. 3, the bypass of the Stellzy cylinder 3 is formed by an arranged in the control piston 4 axial passage 12 , the effective flow cross-section is controlled automatically by means of an axially urgent control pin 13 which he stretches over the cylinder length and one cross-section changing along the length of the pin. In the area of the rest position of the actuating piston 4 shown when the wheels are not turned in, the control pin 13 has a small cross section in comparison to the cross section of the axial passage 12 , so that the annular gap which acts as a bypass between the control pin and the axial passage is comparatively large. Towards the two ends of the control pin, the cross section of the control pin increases continuously in such a way that it corresponds in each of the two end areas at least approximately to the cross section of the axial passage 12 . In these two end regions, bypass connection is therefore at least approximately no longer effective, similarly to the previously explained exemplary embodiment in FIG. 2.

Es versteht sich, daß auch in der Fig. 3 dargestelle Stellzylinder abweichend von der Darstellung mehr als nur einen Axialdurchlaß im Stellkolben 4 aufweisen kann und daß auch bei diesem Stellzylinder aus den gleichen Gründen wie zuvor erwähnt asymmetrische Verhältnisse vorgesehen werden können.It goes without saying that, also in FIG. 3, the actuating cylinder shown can deviate from the illustration more than just an axial passage in the actuating piston 4 and that asymmetrical conditions can also be provided for this actuating cylinder for the same reasons as mentioned above.

Claims

1. Hydraulic power steering device for motor vehicles, with a steering linkage ( 1 ), preferably via a rack ( 2 ) containing steering linkage ( 1 ) acting on the steerable wheels hydraulic bidirectional actuating cylinder ( 3 ), which is actuated by an actuating piston ( 4th ) Separate from each other in the working chambers via hydraulic lines ( 7, 8 ) - depending on the direction of the steering wheel lock - either with a hydraulic pump ( 9 ) working with at least approximately constant För derstrom or with a hydraulic reservoir ( 10 ) and can also be connected via a bypass connection continuously variable flow cross-section are connected to each other, characterized by a bypass (longitudinal groove 11 , axial passage 12 ) arranged in the actuating cylinder ( 3 ), the effective bypass cross-section of which increases with increasing stroke of the actuating piston ( 4 ) from a maximum value when the wheels are not turned to a minimum value at fully knocked down wheels.

2. Hydraulic power steering device according to claim 1, characterized in that the bypass cross-section is fully wrapped in the area ner wheels is at least approximately zero.

3. Hydraulic power steering device according to claim 1 or 2, characterized in that the bypass is formed by at least one in the cylinder inner circumference of the actuating cylinder ( 3 ) arranged longitudinal groove ( 11 ), the groove cross-section is continuously reduced over the piston stroke to its two ends.

4. Hydraulic power steering device according to claim 1 or 2, characterized in that the bypass is formed by at least one axial passage ( 12 ) in the actuating piston ( 4 ) which is penetrated by a control pin ( 13 ) extending over the cylinder length, which in the region of when the control piston ( 4 ) is in the rest position when the wheels are not turned in, the cross-section is small compared to the cross-section of the axial passage ( 12 ) and in the area of the end positions of the adjusting piston ( 4 ) when the wheels are fully engaged, each has an at least approximately the cross-section of the axial passage ( 12 ) has the corresponding cross section.