DE4109571A1 - Steuervorrichtung fuer den reaktionsdruck in einer servo-lenkvorrichtung - Google Patents

Description

Die Vorrichtung betrifft eine Servo-Lenkvorrichtung und sie betrifft im einzelnen eine Steuervorrichtung für den Reaktionsdruck, welche den Öldruck steuert, der auf eine hydraulische Reaktionsvorrichtung wirkt.

Bei einer Servo-Lenkvorrichtung, deren Wirkung von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, und die beispielsweise in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung Nr. 1 03 765/1988 offenbart ist, wird ein Steuerventil in Abhängigkeit von der Kraft gesteuert, die auf ein Lenkrad aufgebracht wird, um auf diese Weise ein Drucköl in eine der Kammern eines Kraftzylinders einzuführen, um auf diese Weise eine die Lenkbewegung unterstützende Servokraft auf die lenkbaren Straßenräder aufzubringen. Um es dem Fahrer des Fahrzeuges zu ermöglichen, den Widerstand bei der Lenkbetätigung zu spüren, ist eine hydraulische Reaktionsvorrichtung vorgesehen, in der eine Lenk-Reaktionskraft dadurch erzeugt wird, daß ein Drucköl auf eine hydraulische Reaktionskammer wirkt und durch ein Steuerventil für den Reaktionsdruck, das den Druck steuert, der in die hydraulische Reaktionskammer eingebracht wird.

Im Stand der Technik ist ein Steuerventil für den Reaktionsdruck bekannt, das den Reaktionsdruck mit Hilfe eines elektromagnetisch betätigten Ventils steuert. Informationen, wie zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Lenkwinkeleinschlag oder die Motorumlaufzahl, werden in eine Steuervorrichtung eingegeben, um eine Verschiebung des elektromagnetisch betätigten Ventils zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform müssen mehrere Sensoren vorgesehen sein, um solche Informationen abzuleiten, wodurch ein Ansteigen der Herstellungskosten verursacht wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird das elektromagnetisch betätigte Ventil abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit allein betätigt, wodurch der Aufbau vereinfacht wird.

Bei einer Anordnung, wie sie oben beschrieben worden ist, bei der das elektromagnetische Ventil allein in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird, wird eine Reaktion erreicht, die bei starker Belastung oder bei großen Lenkradausschlägen ein scharfes Lenkgefühl erzeugt, das sich so auswirkt, daß bei mittleren bis höheren Geschwindigkeiten das notwendige Drehmoment am Lenkrad hoch ist, da dann die Abhängigkeit des Eingangs-Drehmoments vom Zylinderdruck der Servo-Lenkvorrichtung relativ linear ist (siehe Fig. 5a).

Wenn andererseits ein rascher Lenkvorgang benötigt wird, besteht manchmal die Möglichkeit, daß der Lenkvorgang deshalb verzögert wird, weil eine erhöhte Belastung auf dem Lenkrad liegt. Es ist daher ein Nachteil, daß eine solche Anordnung nicht dazu geeignet ist, in Automobile höherer Klassen eingebaut zu werden. Dies rührt daher, daß die Öffnung des elektromagnetisch betätigten Ventiles, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, sich für eine gleiche Fahrzeuggeschwindigkeit nicht ändert, und zwar unabhängig von der Belastung der Servo-Lenkvorrichtung, so daß der Reaktionsdruck zusammen mit dem Druck im Zylinder der Servolenkvorrichtung anwächst (siehe Fig. 5b).

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkvorrichtung mit einer Steuervorrichtung für den Reaktionsdruck anzugeben, die den Reaktionsdruck unter hoher Belastung im Bereich mittlerer bis hoher Geschwindigkeiten vermindert, wobei ein fühlbar leichtes Lenkgefühl erreicht werden soll.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Paar von veränderbaren Verengungen in einem Magnetventil, das mit der Stange eines elektromagnetisch betätigten Ventils verbunden ist und sich vorwärts und rückwärts bewegt, wobei ein Öldruck, der zwischen den beiden veränderbaren Verengungen vorhanden ist, in eine hydraulische Reaktionskammer eingeführt wird. Eine der veränderbaren Verengungen liegt zwischen der Reaktionskammer und einer Ölpumpe, während die andere veränderbare Verengung zwischen der Reaktionskammer und einem Tank liegt. In Abhängigkeit von der Bewegung des Magnetventils, die seinerseits durch die bewegliche Stange erzeugt wird, wird der Öffnungsquerschnitt der veränderbaren Verengung, die näher an der Ölpumpe liegt, vergrößert, während der Öffnungsquerschnitt der anderen veränderbaren Verengung vermindert wird. Wenn sich die Stange umgekehrt zurückzieht, ändern sich die Öffnungsquerschnitte in umgekehrter Richtung. In gegensätzlicher Beziehung zur Stange des Elektromagneten, der mit dem Magnetventil verbunden ist, ist ein Druckkolben angeordnet und hinter dem Druckkolben oder näher zum Elektromagneten befindet sich eine Feder, um den Druckkolben von der Stange wegzudrücken. Entweder der Öldruck, der in der Reaktionskammer herrscht, oder der Eingangsdruck der Servo-Lenkvorrichtung oder beide werden in eine Flüssigkeitskammer eingeführt, die sich hinter dem Druckkolben befindet. Wenn der Öldruck in der Flüssigkeitskammer gleich oder größer einem gegebenen Wert wird, dann wird der Druckkolben so betätigt, daß er das Magnetventil zurückdrückt, so daß auf diese Weise die veränderbare Verengung verkleinert wird, die zwischen der Ölpumpe und der Reaktionskammer liegt.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ist ein Längsschitt der Steuervorrichtung für den Reaktionsdruck einer Servo-Lenkvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2a und 2b sind Schaubilder, welche die Wirkungen der Vorrichtung zeigen;

Fig. 3 und 4 sind Längsschnitte von anderen Ausführungsformen; und

Fig. 5a und 5b sind Darstellungen, die die Wirkungen einer üblichen Vorrichtung darstellen.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, hauptsächlich im Schnitt, eines wesentlichen Teiles der Steuervorrichtung für den Reaktionsdruck einer Servo-Lenkvorrichtung (P.S.) nach einer Ausführungsform der Erfindung. Mit Hilfe einer Ölpumpe 2 wird einer Servo-Lenkvorrichtung 4 ein Öldruck zugeführt, wobei mit dem Pumpenauslaßrohr 6 ein Zufuhrrohr 8 verbunden ist. Drucköl aus dem Zufuhrrohr 8 gelangt durch ein Paar von veränderbaren Verengungen 14, 16 und durch ein Auslaßrohr 12 dann zurück in einen Tank 11, wenn die Verengungen 14, 16 nicht geschlossen sind. Dies ist, wie später beschrieben werden wird, dann der Fall, wenn ein Magnetventil 20 sich in seine linke, in Fig. 1 dargestellte Lage bewegt hat.

Ein Öldruck, der zwischen dem Paar von veränderbaren Verengungen 14, 16 entstanden ist, wird in eine hydraulische Reaktionskammer 10 eingeführt und der Reaktionsdruck, der in der Reaktionskammer 10 vorherrscht, wird mithin durch eine Veränderung des Querschnitts der Öffnungen der veränderbaren Verengungen 14 und 16 gesteuert.

Das Paar von veränderbaren Verengungen 14, 16 ist zwischen einem Magnetventil 20, das verschiebbar innerhalb einer Hülse 18 angeordnet ist, die ihrerseits in einem Gehäuse 17 eingepaßt ist und einer Ringnut 18b ausgebildet, die an der Innenoberfläche der Hülse 18 eingeformt ist.

An der Außenoberfläche des Magnetventils 20 ist ein Paar von Ringnuten 20a und 20b angeformt. Eine dieser Ringnuten, 20a, welche in Fig. 1 an der rechten Seite liegt, wird über eine in der Hülse 18 ausgebildete Durchgangsöffnung 18a in Verbindung mit der Ölpumpe gehalten, während die andere Ringnut 20b, die in Fig. 1 weiter links liegt, über eine im Magnetventil 20 eingeformte Nut 20c und über einen radialen, in einem Stopfen 21 (der später beschrieben werden wird) eingeformten Ölweg 21b in Verbindung mit dem Tank 11 gehalten. Zwischen dem Paar von Ringnuten 20a und 20b ist ein Steg 20d ausgebildet, der an beiden Seiten mit abgeschrägten Verjüngungen versehen ist. Die veränderbaren Verengungen 14 und 16 werden durch ein Zusammenwirken der abgeschrägten Verjüngungen und der jeweils gegenüberliegenden rechteckigen Kante der Ringnute 18b gebildet, die ihrerseits an der Innenumfangsfläche der Hülse 18 liegt. Die in der Hülse 18 eingeformte Ringnut 18b steht über die Durchlaßöffnung 18c, eine im äußeren Umfang der Hülse 18 eingeformte Ringnut 18d und eine Einführungsöffnung 35 mit der hydraulischen Reaktionskammer 10 in Verbindung.

Das Magnetventil 20 ist über eine Stange 24 mit einem fest im Gehäuse 17 angeordneten Elektromagneten verbunden; das Magnetventil ist an der Stange 24 mit Hilfe einer Mutter 23 befestigt. Das Ventil 20 bewegt sich entsprechend der Bewegung der Stange 24 vorwärts und rückwärts. Der Strom, der den Elektromagenten 20 erregt, wird mit Hilfe einer Steuervorrichtung gesteuert, in die ein Erfassungssignal von einer nicht dargestellten Erfassungsvorrichtung für die Fahrzeuggeschwindigkeit eingegeben wird, so daß auf diese Weise die Lageveränderung des Magnetventils 20 nach vorwärts oder rückwärts gesteuert wird. Der Aufbau des Elektromagneten 22 ist in Fachkreisen wohl bekannt und braucht daher im einzelnen nicht beschrieben werden; es sollte jedoch hervorgehoben werden, daß eine Rückholfeder die Stange 24 in ihre Ruhelage dann zurückbefördert, wenn der Elektromagnet nicht erregt ist.

An der gegenüberliegenden Seite des Elektromagenten 22 ist in das Gehäuse 17 ein Stopfen 21 eingepaßt, der eine zylinderförmige Innenbohrung 21a aufweist. Innerhalb der zylinderförmigen Bohrung 21a im Stopfen 21 ist ein Druckkolben 26 verschiebbar angeordnet, dessen freies Ende der mit dem Elektromagneten 22 verbundenen Stange 24 entgegenwirkt. Der Druckkolben 26 unterteilt das Innere des Stopfens 21 in zwei Flüssigkeitskammern 28 und 30 und in der Flüssigkeitskammer 30, die näher am Elektromagneten 22 liegt, ist ein nachgiebiges Glied oder eine Feder 32 angeordnet, welche den Druckkolben 26 von der Stange 24 wegdrückt. Innerhalb der anderen Flüssigkeitskammer 28 befindet sich eine Feder 34, mit deren Hilfe der Druckkolben 26 in seiner Lage gehalten wird. In die Flüssigkeitskammer 28 wird über ein Verbindungsrohr 36, das von der Einlaßöffnung 35 abzweigt, ein Öldruck eingeführt, der dieselbe Größe hat wie der Öldruck, der in der Reaktionskammer 10 herrscht.

Es wird nun die Wirkungsweise der obigen Anordnung im einzelnen beschrieben. Die Stromstärke, die dazu verwendet wird, den Elektromagneten 22 zu erregen, ist so ausgelegt, daß sie dann hoch ist, wenn das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt und daß sie dann abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Wenn das Lenkrad gedreht wird, während das Fahrzeug im Stillstand ist, dann bewegt sich das Magnetventil 20 in seine in Fig. 1 am weitesten rechts dargestellte Lage und die veränderbare Verengung 14, die mit dem Zufuhrrohr 8 verbunden ist, ist vollständig geschlossen, während die veränderbare Verengung 16, die mit dem Auslaßrohr 12 verbunden ist, ihren größten Durchlaßquerschnitt hat. Infolgedessen wird kein Öldruck in die Reaktionskammer 10 eingeführt und der Öldruck in der Reaktionskammer 10 hat im wesentlichen den Wert Null, so daß kein Reaktions-Drehmoment dann erzeugt wird, wenn der Druck der Servolenk-Vorrichtung 4 ansteigt.

Wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, dann vermindert sich der Strom, mit dessen Hilfe der Elektromagnet 20 erregt wird und das Magnetventil 20 beginnt sich in Fig. 1 von seiner Lage aus nach links zu verschieben, die es dann einnimmt, wenn das Fahrzeug im Stillstand ist. Auf diese Weise vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt der veränderbaren Verengung 14, die mit dem Zufuhrrohr 8 verbunden ist und der Öffnungsquerschnitt der veränderbaren Verengung 16, die mit dem Auslaßrohr 12 verbunden ist, verringert sich. Das Druckverhältnis (des Reaktionsdruckes zum Druck in der Servolenk-Vorrichtung) des Drucköls, das in die Reaktionskammer 10 eingeführt wird, steigt demzufolge an und der Öldruck, der in der Reaktionskammer 10 herrscht, steigt entsprechend dem Druckverhältnis an, um ein Reaktions-Drehmoment dann zu erzeugen, wenn das Lenkrad betätigt wird, um den Druck in der Servolenk-Vorrichtung zu erhöhen.

Wenn der Reaktionsdruck bis zu einem vorgegebenen Wert ansteigt, dann veranlaßt der Öldruck, der in die Flüssigkeitskammer 28 eingebracht wird, den Druckkolben 26 dazu, sich nach rechts entgegen der Federkraft der Feder 32 zu bewegen, wodurch die mit dem Elektromagenten 22 verbundene Stange 24 zurückgedrückt wird; auf diese Weise wird die mit dem Zufuhrrohr 8 in Verbindung stehende veränderbare Verengung 14 verkleinert und die mit dem Auslaßrohr 12 in Verbindung stehende veränderbare Verengung 16 wird vergrößert. Das Verhältnis des Reaktionsdruckes zum Druck in der Servo-Lenkvorrichtung 4 sinkt demzufolge ab und unterdrückt ein Ansteigen des Lenk-Drehmoments. Da die mit dem Elektromagneten 22 verbundene Stange 24 dann in einer Lage liegt, die einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht und die rechts von der Lage liegt, die einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, wenn das freie Ende des Druckkolbens 26 gegen die Stange 24 drückt, erfährt die in der Flüssigkeitskammer 28 liegende Feder 32 eine verstärkte Biegung, wodurch wiederum ein höherer Reaktionsdruck bei niedriger als bei höherer Fahrzeugtemperatur benötigt wird, um den Druckkolben 26 in die Lage zu versetzen, die Stange 24 unter dem Einfluß des Reaktionsdruckes zurückzudrücken, der in der Flüssigkeitskammer 28 herrscht. Dies führt zu den Ansprechverhalten, wie sie in den Fig. 2a und 2b dargestellt sind. Im einzelnen ist es möglich, ein Anwachsen der Größe des Reaktionsdruckes bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zu unterdrücken und zwar beginnend bei einem relativ niedrigen Stand des Reaktionsdruckes.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der die Feder 34, die bei der ersten Ausführungsform innerhalb der Flüssigkeitskammer 28 auf der Rückseite des Druckkolbens 26 liegt, entfernt ist. In sonstiger Hinsicht ist die Anordnung ähnlich wie die oben erwähnte und um entsprechende Teile zu bezeichnen, werden ähnliche Bezugsziffern verwendet, um auf diese Weise eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden. Wie bei der ersten Ausführungsform, kann ein Ansteigen des Reaktionsdruckes über einen gegebenen Wert unterdrückt werden.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der der Einlaßdruck der Servolenk-Vorrichtung 4, eher als der in der Reaktionskammer 10 herrschende Öldruck, in die Flüssigkeitskammer 28 eingeführt wird, die sich auf der Rückseite des Kraftkolbens 26 befindet. Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, das Ansteigen des Reaktionsdruckes zu unterdrücken.

Während bei der ersten Ausführungsform die Hülse 18 im Gehäuse 17 eingepaßt ist, kann das Magnetventil direkt im Gehäuse eingepaßt werden, wie es bei anderen Ausführungsformen dargestellt ist. Es sollte festgehalten werden, daß die Kurven A, die das Eingangsdrehmoment darstellen, sowie die Anstiegswinkel R und α des Reaktionsdruckes als Funktion des Druckes in der Servolenk-Vorrichtung 4 bei mittleren bis höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten V₁ bis V₄ nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt sind, sondern daß sie nach Wunsch verändert werden können.

Während die Erfindung in Verbindung mit mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, sollte klar sein, daß eine Anzahl von Abänderungen und Modifikationen für den Fachmann möglich sind, nachdem er die obige Offenbarung zur Kenntnis genommen hat, wobei er jedoch nicht vom Geist und Umfang der Erfindung abweichen sollte, wie sie in den angefügten Ansprüchen niedergelegt ist.

Claims (6)

1. Steuervorrichtung für den Reaktionsdruck in einer Servolenk-Vorrichtung, bei der ein Öldruck von einer Ölpumpe über ein Steuerventil in einen Kraftzylinder geleitet wird und bei der das von der Ölpumpe geförderte Öl zusätzlich zur Einführung in eine hydraulische Reaktionskammer abgezweigt wird, um eine Lenk-Reaktion hervorzurufen, gekennzeichnet durch ein Magnetventil (20), das mit der Stange (24) eines Elektromagneten (22) fest verbunden ist und zusammen mit diesen Teilen in einem Gehäuse (17) verschiebbar ist;
ein Paar von veränderbaren Verengungen (14, 16), die in dem Magnetventil (20) so ausgebildet sind, daß der Öffnungsquerschnitt einer der Verengungen größer wird, während der Öffnungsquerschnitt der anderen Verengung kleiner wird, wobei das Paar von veränderbaren Verengungen (14, 16) so angeordnet ist, daß dann, wenn die Stange (24) sich vorwärts bewegt, eine der veränderbaren Verengungen (14), die zwischen dem von der Pumpe (2) ausgehenden Zufuhrrohr (8) und der Einlaßöffnung (35) der hydraulischen Reaktionskammer (10) liegt, seine Öffnung vergrößert, während die andere veränderbare Verengung (16), die zwischen einer Einlaßöffnung (18c) zur Reaktionskammer (10) und dem Auslaßrohr (12) liegt, ihren Öffnungsquerschnitt vermindert;
und durch die Kombination einer Flüssigkeitskammer (28), eines Druckkolbens (26) und eines nachgiebigen Gliedes (34), die in axialer Ausrichtung mit der Stange (24) liegen und dem freien Ende der Stange (24) entgegenwirken, wobei ein Einlaßdruck der Servolenk-Vorrichtung (24) und/oder der Druck, der in der hydraulischen Reaktionskammer (10) herrscht, in die Flüssigkeitskammer (28) eingeleitet wird, um die Wirkung des Elektromagneten (22) beim Verschieben der Stange (24) zu unterstützen.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (26) gegenüber dem freien Ende der Stange (24) und in axialer Ausrichtung mit dieser Stange (24) liegt und daß auf der Seite des Kraftkolbens, die näher an dem Elektromagneten (22) liegt, eine Feder (32) angeordnet ist, während die Flüssigkeitskammer (28) auf der anderen Seite des Kraftkolbens angeordnet ist und wobei ein Öldruck, der in der hydraulischen Reaktionskammer (10) und/oder als Einlaßdruck in der Servolenk-Vorrichtung (4) vorherrscht, in die Flüssigkeitskammer (28) eingeleitet wird.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von veränderbaren Verengungen (14, 16) eine Ringnut (18b) umfaßt, die in der Innenumfangsfläche einer Hülse (18) eingeformt ist, wobei das Magnetventil (20) innerhalb der Hülse (18) gleitend verschiebbar ist und wobei das Magnetventil (20) einen auf ihm ausgeformten Steg (20d) hat, der auf seinen einander gegenüberliegenden Enden ein Paar von abgeschrägten Verjüngungen aufweist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (20) auf der Stange (24) aufgeschoben und an ihr befestigt ist, wobei die Stange (24) ihrerseits mit dem Elektromagneten (22) in Verbindung steht.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (22) die Lageveränderung des Magnetventils (20) in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit steuert.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeitskammer (28), in die Öldruck zum Instellungbringen des Druckkolbens (26) eingeführt wird, eine getrennte Feder (34) angeordnet ist.