DE4138885A1 - Servolenkung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige "geschwindigkeitsabhängige" Lenkung, d. h. eine Lenkung, bei der die Höhe der hydraulischen Rückwirkungskraft in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder von anderen Parametern veränderbar ist, ist in verschiedenen Ausführungen bekannt. Eine Möglichkeit, die Rückwirkungskraft zu verändern, besteht darin, daß die von der Servopumpe geförderte Ölmenge bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten verkleinert wird. Bei einer anderen bekannten Servolenkung wird von dem an einem Arbeitszylinder anliegenden Druck ein einstellbarer Anteil als Rückwirkungsdruck auf Rückwirkungsflächen in einem Steuerventil geleitet und erzeugt dort ein Drehmoment, das dem von einem Lenkhandrad auf das Steuerventil wirkenden Lenkmoment entgegenwirkt. Durch Änderung des Anteils des Rückwirkungsdruckes ändert sich das Verhältnis zwischen Lenkmoment und Druck am Arbeitszylinder und somit die Unterstützung bzw. die hydraulische Rückwirkungskraft.

Bei der erstgenannten Servolenkung ist es von Nachteil, daß sich die maximale Geschwindigkeit des Arbeitszylinders und damit die Sicherheit der Servolenkung durch die bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten verkleinerte Ölmenge verringert.

Bei der als zweites genannten Servolenkung muß ein vergleichsweise drehweicher Drehstab verwendet werden, um niedrige Lenkmomente beim Parkieren zu erreichen. Dadurch ergibt sich eine Verschlechterung des Rückstell- und Mittenverhaltens der Lenkung. Der Rückwirkungsdruck ist bei kleinen Lenkmomenten sehr gering und erreicht deshalb kaum eine Wirkung. Somit ist bei kleinen Lenkmomenten das Verhältnis zwischen Lenkmoment und Druck am Arbeitszylinder immer etwa gleich, unabhängig von der Höhe des Rückwirkungsdruckes. Dies ergibt bei kleinen Lenkmomenten den Nachteil einer zu leichtgängigen Lenkung beim Schnellfahren. Ein Teil des von der Servopumpe geförderten Ölstroms geht für die Erzeugung des Rückwirkungsdruckes verloren, was einen nicht unerheblichen Energieverlust bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkung zu schaffen, bei der die Nachteile der bekannten Servolenkungen vermieden werden. Insbesondere soll die Servolenkung folgende Eigenschaften besitzen:

• - eine hohe Sicherheit,
• - das Steuerventil soll immer mit der vollen Ölmenge versorgt werden können,
• - die Lenkung soll ein gutes Rückstell- und Mittenverhalten aufweisen,
• - die Verstellung der Unterstützung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder weiteren Parametern (wie z. B. Querbeschleunigung oder Witterungsverhältnisse) soll mit einem geringen Energieverbrauch möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Servolenkung gelöst. Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Servolenkung läßt sich ein optimaler Verlauf der Ventilkennlinien erreichen, d. h., daß sich schon bei kleinen Lenkmomenten ein deutlicher Unterschied zwischen den verschiedenen Ventilkennlinien zeigt. Bei entsprechender Auslegung des Ventils und des Übersetzungsbereiches der Übersetzungseinrichtung kann ein vergleichsweise dicker Drehstab verwendet werden, wodurch ein gutes Rückstell- und Mittenverhalten der Lenkung erzielt wird. Durch entsprechende Auslegung der Übersetzung der Übersetzungseinrichtung in die Richtung, daß sich im gesamten Übersetzungsbereich eine Vergrößerung des Ventilwegs ergibt, können größere Toleranzen bei der Ventilfertigung zugelassen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Servolenkung,

Fig. 2 den Querschnitt durch die Servolenkung nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein Kennlinienfeld der erfindungsgemäßen Servolenkung,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Servolenkung,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Servolenkung nach der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Servolenkung,

Fig. 7 und 8 Beispiele der Anordnung der Übersetzungseinrichtung an einer Servolenkung mit einem Drehschieberventil.

In Fig. 1 und 2 besteht eine zweiteilige Lenkspindel aus einem ersten Lenkspindelteil 1, das drehfest mit einem nicht dargestellten Lenkhandrad verbunden ist und einem zweiten Lenkspindelteil 2, das mit einer Steuerbüchse 4 und einem Antriebsritzel 6 verbunden ist. Das Antriebsritzel 6 greift in eine nicht dargestellte Zahnstange ein. Das Lenkspindelteil 1 ist mit dem Lenkspindelteil 2 über einen Drehstab 3 gegeneinander elastisch verdrehbar gekuppelt. Die Verdrehung wird begrenzt durch einen mit dem Lenkspindelteil 1 verbundenen axial gerichteten Fortsatz 8, der in eine Ausnehmung 9 in der Steuerbüchse 4 eingreift. Die Steuerbüchse 4 und ein Drehschieber 5 wirken in bekannter Weise innerhalb eines Ventilgehäuses 7 als Drehschieberventil zusammen.

Hierzu ist an der Außenumfangsfläche des Drehschiebers 5 und an der Innenfläche der Steuerbüchse 4 ein axiales Steuernutensystem 10 vorhanden, über das Drucköl auf die Druckräume eines Arbeitszylinders 11 verteilt und Rücklauföl in einen Behälter 12 zurückgeleitet wird. Das von einer Servopumpe 13 geförderte Drucköl wird über eine Zulaufringnut 14 dem Steuernutensystem 10 zugeleitet und gelangt von dort je nach Lenkrichtung über eine Zylinderringnut 15 bzw. 16 zu dem Arbeitszylinder 11. Das Rücklauföl kann über einen Ringraum 17 zu dem Behälter 12 zurückströmen.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Lenkspindelteil 1 und dem Drehschieber 5 ein Hebel 18 angeordnet. Der Hebel 18 ist auf einem mit der Steuerbüchse 4 verbundenen Stift 19 drehbar gelagert. In eine Nut 20 des Hebels 18 greifen ein mit dem Drehschieber 5 verbundener Stift 21 und ein Stift 22 ein. Der Stift 22 ist in einer Nut 23 des Lenkspindelteiles 1 in radialer Richtung verschiebbar gelagert und mit einem Kolben 24 verbunden. Der Kolben 24 ist mit einer Bohrung 25 des Lenkspindelteiles 1 ebenfalls radial verschiebbar angebracht. Die radiale Position des Kolbens 24 und damit des Stiftes 22 wird bestimmt von der Höhe des hydraulischen Steuerdruckes, der auf die radial äußere Stirnfläche des Kolben 24 wirkt und den Kolben 24 gegen die Kraft einer Druckfeder 26 verschiebt. Der Steuerdruck wird über eine Steuerringnut 27 von einem elektrischen Druckregelventil 28 zugeführt. Das elektrische Druckregelventil 28 wird von der Servopumpe 13 mit Drucköl versorgt und von einer elektronischen Steuerung 29, abhängig von Eingangsdaten, wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Witterungsverhältnisse usw. gesteuert.

Ein Lenkmoment bewirkt eine Verdrehung des Lenkspindelteiles 1 relativ zu dem Lenkspindelteil 2. Diese Verdrehung wird über den Stift 22, den Hebel 18 und den Stift 21 auf den Drehschieber 5 übertragen. Anhängig von der radialen Position des Stiftes 22 ändert sich die Übersetzungswirkung des Hebels 18 und damit das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Verdrehung des Lenkspindelteiles 1 und einer Verdrehung des Drehschiebers 5 jeweils relativ zu dem Lenkspindelteil 2.

Für den Übersetzungsbereich der hier dargestellten Ausführung zeigt Fig. 3 die Auswirkung der Übersetzung i auf das Verhältnis zwischen Lenkmoment M und Druck p an dem Lenkzylinder 11.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Zahnstangen-Hydrolenkung mit einem Drehschieberventil, die in ihrer Funktion weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht.

Hier ist ein Hebel 30 in axialer Richtung eingebaut, der eine Verdrehung des Lenkspindelteiles 1 relativ zu dem Lenkspindelteil 2 über einen mit dem Lenkspindelteil 1 verbundenen Stift 31 auf einen mit dem Drehschieber 5 verbundenen Stift 32 überträgt. Den verstellbaren Drehpunkt des Hebels 30 bildet ein Stift 33, der axial verschiebbar in ein Langloch 34 des Hebels 30 eingreift und mit einer Hülse 35 verbunden ist. Die Hülse 35 ist axial verschiebbar auf einer Verlängerung 36 der Steuerbüchse 4 gelagert und mit dieser über einen in ein Langloch 37 eingreifenden Stift 38 drehfest verbunden. Eine in dem Ventilgehäuse 7 gelagerte Welle 39 ist mit einem Verstellhebel 40 und einem exzentrisch angebrachten Zapfen 41 verbunden, der in eine Ringnut 42 der Hülse 35 eingreift. Die Verstellung der Übersetzung erfolgt hierbei durch Betätigung des Verstellhebels 40, wobei die Welle 39 gedreht wird und der Zapfen 41 die Hülse 35 und damit den Stift 33 in axialer Richtung verschiebt.

Fig. 6 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen verstellbaren Übersetzungseinrichtung am Beispiel einer Kugelmutter-Hydrolenkung mit einem Drehkolbenventil.

Der Aufbau und die Funktion eines Drehkolbenventils sind allgemein bekannt und werden deshalb nicht näher beschrieben. Das Lenkspindelteil 2 trägt abtriebsseitig eine Gewindespindel 43, die in bekannter Weise mit weiteren nicht dargestellten Teilen der Kugelmutter-Hydrolenkung zusammenwirkt.

An dem Lenkspindelteil 1 sind in Nuten 44 zwei Hebel 45 angeordnet, die über Stifte 46 schwenkbar gelagert sind. Die Hebel 45 greifen mit Zapfen 47 in eine Ringnut 48 in einem axial verschiebbaren Ringkolben 49 ein. Ein hydraulischer Steuerdruck, der über eine Zylinderringnut 50 von einem elektrischen Druckregelventil 28 in einen ringförmigen Zylinderraum 51 geleitet wird, verschiebt den Kolben 49 gegen die Kraft einer Feder 52. Dadurch ändert sich der Schwenkwinkel der Hebel 45.

Die Hebel 45 greifen mit balligen verdickten Enden 53 in Nuten 54 in die Ventilkolben 55 ein und erzeugen bei einer Verdrehung des Lenkspindelteiles 1 relativ zu dem Lenkspindelteil 2 einen Ventilweg der Ventilkolben 55. Abhängig von dem Schwenkwinkel der Hebel 45 ändert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Verdrehung des Lenkspindelteiles 1 relativ zu dem Lenkspindelteil 2 und zum Ventilweg der Ventilkolben 55.

Weitere konstruktive Ausführungsmöglichkeiten für die verschiedenen Lenkungstypen sind vorstellbar, wobei andere feste und verstellbare Anlenkpunkte an dem Hebel gewählt werden können.

Die Fig. 7 und 8 zeigen am Beispiel eines Drehschieberventils die Einleitungsmöglichkeiten der übersetzten Verdrehung des Lenkspindelteiles 1 relativ zu dem Lenkspindelteil 2 auf das Ventil:

• - Nach Fig. 7 überträgt die Übersetzungseinrichtung 56 die übersetzte Verdrehung auf den Teil des Ventils, der in herkömmlichen Ausführungen mit dem Lenkspindelteil 1 verbunden ist, nämlich den Drehschieber 5.
• - Nach Fig. 8 überträgt die Übersetzungseinrichtung 56 die übersetzte Verdrehung auf den Teil des Ventils, der in herkömmlichen Ausführungen mit dem Lenkspindelteil 2 verbunden ist, nämlich die Steuerbüchse 4.

Für die Betätigung der verstellbaren Übersetzungseinrichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten:

• - Für Ausführungen mit hydraulischer Verstellung (wie in Fig. 1 und Fig. 6 dargestellt) kann statt des elektrischen Druckregelventils 28 ein Wandler verwendet werden, der abhängig von einem elektrischen Signal von der elektronischen Steuerung 29 aktiv einen hydraulischen Steuerdruck erzeugt. Aus Sicherheitsgründen kann für die dargestellten Ausführungen ein Druckregelventil bzw. ein Wandler verwendet werden, der bei Ausfall der elektronischen Steuerung 29 den maximalen Steuerdruck erzeugt. Dadurch wird die Servolenkung bei einem Ausfall der elektronischen Steuerung 29 schwergängig, so daß ein gutes Lenkgefühl erhalten bleibt.
• - Für Ausführungen mit mechanischer Verstellung (wie in Fig. 4 dargestellt) ist es möglich, daß der Verstellhebel 40 direkt mechanisch, z. B. über einen Seilzug, durch eine Fliehkraftverstelleinrichtung verstellt wird, die sich z. B. am Getriebe oder an einer Antriebswelle befindet und eine der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende Drehzahl erfaßt. Außerdem ist es möglich, daß der Verstellhebel 40 durch ein elektrisches Stellglied in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal von einer elektronischen Steuerung verstellt wird.

Claims (8)

1. Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Servomotor (11), einer Servopumpe (13), einem Behälter (12) und einem Steuerventil mit wenigstens zwei relativ zueinander verstellbaren Ventilelementen,

• - wobei ein erstes Ventilelement mit einem ersten Lenkspindelteil (1) und ein zweites Ventilelement mit einem zweiten Lenkspindelteil (2) in trieblicher Verbindung stehen und
• - wobei die beiden Lenkspindelteile (1, 2) über einen Drehstab (3) miteinander verbunden sind und mit einer Einrichtung zur Änderung des Verhältnisses zwischen dem Lenkmoment an dem ersten Lenkspindelteil (1) und dem Druck an dem Servomotor (11) in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine verstellbare Übersetzungseinrichtung ist zur Änderung des Verhältnisses zwischen dem Lenkmoment an einem Lenkhandrad einerseits und dem Ventilweg und dem Druck in dem Servomotor (11) andererseits.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Übersetzungseinrichtung wenigstens einen Hebel (18; 30) aufweist mit drei Anlenkpunkten in der Form von Stiften (19, 21, 22; 31, 32, 33; 46), von denen jeweils ein Anlenkpunkt mit dem ersten oder dem zweiten Lenkspindelteil (1, 2), mit dem ersten Ventilelement und mit dem zweiten Ventilelement verbunden ist, und daß wenigstens einer der drei Anlenkpunkte verstellbar ist.

3. Servolenkung nach Anspruch 2, wobei das Steuerventil ein Drehschieberventil ist und die Ventilelemente durch einen Drehschieber (5) und eine Steuerbüchse (4) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Hebel (18) schwenkbar um einen an der Steuerbüchse (4) angebrachten Stift (19) als erstem Anlenkpunkt angeordnet ist,
• - daß der zweite Anlenkpunkt des Hebels (18) durch einen an dem Drehschieber (5) angebrachten Stift (21) gebildet ist, und
• - daß der dritte Anlenkpunkt des Hebels (18) durch einen Stift (22) gebildet ist, der in dem ersten Lenkspindelteil (1) parallel zu seiner Achse in radialer Richtung des Steuerventils verschiebbar ist.

4. Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den dritten Anlenkpunkt bildende Stift (22) durch einen in radialer Richtung gegen die Kraft einer Druckfeder (26) verschiebbaren Kolben (24) verstellbar ist.

5. Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) durch einen in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern veränderbaren Steuerdruck verschiebbar ist.

6. Servolenkung nach Anspruch 2, wobei das Steuerventil ein Drehschieberventil ist und die Ventilelemente durch einen Drehschieber (5) und eine Steuerbüchse (4) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Hebel (30) drehbar ist um einen Stift (33), der als erster Anlenkpunkt axial verschiebbar in ein Langloch (34) des Hebels (30) eingreift, und der mit einer auf einer Verlängerung (36) der Steuerbüchse (4) axial verschiebbaren Hülse (35) verbunden ist,
• - daß der zweite Anlenkpunkt durch einen an dem ersten Lenkspindelteil (1) angebrachten Stift (31) gebildet ist, und
• - daß der dritte Anlenkpunkt durch einen an dem Drehschieber (5) angebrachten Stift (32) gebildet ist.

7. Servolenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Hülse (35) durch einen exzentrisch an einer Welle (39) angebrachten Zapfen (41) erfolgt, wobei die Welle (39) durch einen nach außen aus dem Steuerventil herausragenden Verstellhebel (40) in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern verstellbar ist.

8. Servolenkung nach Anspruch 1, wobei das Steuerventil ein Drehkolbenventil ist, bei dem die Ventilelemente durch zwei in einem Ventilgehäuse axial verschiebbaren Ventilkolben (55) und das Ventilgehäuse gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an dem ersten Lenkspindelteil (1) in Nuten (44) zwei Hebel (45) angeordnet sind, die über Stifte (46) schwenkbar oder verschiebbar gelagert sind,
• - daß die Hebel (45) mit Zapfen (47) in eine Ringnut (48) eines in dem ersten Lenkspindelteil (1) axial verschiebbaren Ventilkolbens (49) eingreifen,
• - daß die Hebel (45) mit ihren balligen, verdickten Enden (53) in Nuten (54) der Ventilkolben (55) eingreifen, und
• - daß der Ringkolben (49) durch einen in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern veränderbaren Steuerdruck verschiebbar ist.