DE4438259A1 - Hydraulische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie bei­ spielhaft u. a. aus der DE 28 36 926-A1 oder der DE 36 10 441-A1 bekannt ist.

Servolenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere auch hy­ draulische Servolenkeinrichtungen sind entwickelt worden, um die vom Fahrzeuglenker beim Betätigen des Lenkrades aufzubringenden Kräfte zu reduzieren.

Da das Bedürfnis nach einer solchen Servounterstützung in den unterschiedlichen Betriebssituationen des Fahrzeuges sehr unter­ schiedlich sein kann, ist man inzwischen zunehmend bestrebt, keine konstant bleibende starre Servokraft am Lenkmechanismus des Fahrzeugs zur Wirkung zu bringen, sondern eine an die jewei­ lige Betriebssituation angepaßte Servokraft.

So ist es beispielsweise bekannt (z. B. DE 28 36 926-A1), die wirksame Servounterstützung in Abhängigkeit von der Fahrge­ schwindigkeit und/oder auch in Abhängigkeit von der Fahrzeugbe­ ladung zu variieren. Zu diesem Zweck ist in einer hinter dem Lenkventil angeordneten und die zu den beiden Arbeitskammern des hydraulischen Stellzylinders führenden Hydraulikleitungen mit­ einander verbindenden Bypassleitung ein Steuerglied mit einem in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder in Abhän­ gigkeit von der Fahrzeugbeladung kontinuierlich veränderbaren Durchflußquerschnitt angeordnet.

Bei einer anderen bekannten hydraulischen Servolenkeinrichtung (z. B. DE 36 10 441-A1) ist ebenfalls eine die beiden Arbeits­ kammern des hydraulischen Stellzylinders miteinander verbindende Bypassleitung vorgesehen, in der jedoch nur ein reines Sperrven­ til angeordnet ist, welches in Abhängigkeit vom eingelegten Gang des Wechselgetriebes selbsttätig elektromagnetisch ein- oder ausgeschaltet wird. Sobald der erste Gang oder der Rückwärtsgang eingelegt ist, wird dieses Sperrventil in seinen die Bypasslei­ tung unterbrechenden Betriebszustand und bei Einlegen eines an­ deren Ganges in seinen die Bypassleitung durchlässigschaltenden Betriebszustand geschaltet. Dadurch wird in einfacher Weise er­ reicht, daß der hydraulische Stellzylinder seine Servounterstüt­ zung voll entfaltet, wenn sie wirklich benötigt wird, nämlich z. B. beim Parkieren, was üblicherweise im ersten sowie im Rück­ wärtsgang geschieht. In allen anderen Fällen sind die beiden Ar­ beitskammern des Stellzylinders je nach Bemessung der Bypasslei­ tung etc. mehr oder weniger miteinander kurzgeschlossen, so daß vom Stellzylinder nur eine entsprechend verminderte oder aber sogar gar keine Servokraft abgegeben wird.

Bekannt sind auch bereits hydraulische Servolenkeinrichtungen (z. B. DE-PS 10 41 818 bzw. DE 28 34 283-C2), bei denen eine Vorrichtung vorgesehen ist, die direkt oder indirekt auf die Fahrzeugquerbeschleunigung anspricht und dem Wirksamwerden der hydraulischen Servounterstützung entgegenwirkt.

Bei einer bekannten hydraulischen Servolenkeinrichtung dieser Art (DE-PS 10 41 818) ist u. a. ein linearer Querbeschleuni­ gungsmesser vorgesehen, dessen der Richtung und Größe der Fahr­ zeugquerbeschleunigung entsprechendes elektrisches Ausgangssi­ gnal - dem elektrischen Ausgangssignal eines mit der Lenkwelle verbundenen Lenkkraftfühlers entgegenwirkend - einem elektri­ schen Servoverstärker zugeführt wird, der dann ein zwischen den beiden Arbeitskammern des hydraulischen Stellzylinders und der hydraulischen Druckquelle der Servolenkeinrichtung angeordnetes Steuerventil entsprechend aussteuert.

Bei einer anderen bekannten Servolenkeinrichtung (DE 28 34 283-C2), bei der zur Servounterstützung ein über eine Kupplung und ein Reduziergetriebe mit der vom Lenkrad betätigten Lenkwel­ le gekoppelter Elektromotor vorgesehen ist, ist im Speisestrom­ kreis des Elektromotors u. a. ein Unterbrecherschalter angeord­ net, welcher durch eine auf die Fahrzeugquerbeschleunigung an­ sprechende Vorrichtung gesteuert wird. Bei Überschreiten einer bestimmten vorgegebenen Fahrzeugquerbeschleunigung wird der Un­ terbrecherschalter durch diese z. B. als pendelförmig aufgehäng­ te Schwungmasse ausgebildete Vorrichtung selbsttätig unterbro­ chen und dadurch der Elektromotor ausgeschaltet.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zu­ grunde, eine hydraulische Servolenkeinrichtung der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 genannten Art mit geringem konstruk­ tiven Aufwand derart weiterzubilden und zu verbessern, daß ei­ nerseits in für den Fahrzeuglenker vertrauter Weise jeweils in den Betriebssituationen, wo dies wirklich erforderlich ist, die gewohnte Servounterstützung vorliegt, die Lenkeinrichtung dem Fahrzeugführer andererseits aber beim Kurvenfahren im Grenzbe­ reich ein spürbar besseres Gefühl für das Fahrzeugverhalten ver­ mittelt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist in einfacher Weise eine auf die Fahrzeug­ querbeschleunigung ansprechende und dem Wirksamwerden der hy­ draulischen Servounterstützung entgegenwirkender Vorrichtung in Form eines mechanischen Bypassventils vorgesehen, welches in ei­ ner entweder ausgangs oder eingangs des üblichen Lenkventils an­ geordneten Bypassleitung angeordnet ist und dessen als träge Masse wirkender Ventilkörper unter der Einwirkung von auf ihn einwirkenden Querkräften gegen die Wirkung vorgespannter Feder­ vorrichtungen selbsttätig aus seiner die Bypassleitung sperren­ den Ruheposition verlagerbar ist.

Bei Überschreiten einer vorbestimmten Fahrzeugquerbeschleuni­ gung, deren Größe in einfacher Weise durch entsprechende Bemes­ sung der Ventilkörpermasse sowie der Federvorrichtungen festge­ legt werden kann, gibt das Bypassventil die zuvor gesperrte By­ passleitung frei, mit der Folge, daß im hydraulischen Stellzy­ linder der Servolenkeinrichtungen ein Druckausgleich zwischen den beiden Arbeitskammern stattfindet und die Servounterstützung fortfällt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der schematischen Darstellung ist mit 1 das Lenkrad des Kraftfahrzeugs und mit 2 die zum nicht weiter dargestellten Lenkgetriebe, z. B. dem Lenkritzel einer Zahnstangenlenkung, des nur angedeuteten Lenkmechanismus′ führende Lenkwelle bzw. -spin­ del bezeichnet. Im Zuge der Lenkwelle 2 ist ein übliches hydrau­ lisches Steuer- bzw. Lenkventil 6 angeordnet, dessen Aussteu­ erung in bekannter Weise von dem in Folge einer Lenkradbetäti­ gung wirksamen Lenkmoment abhängt. Je nach Richtung des wirksa­ men Lenkmoments wird so vom Lenkventil 6 von einer Hydraulik­ quelle geliefertes Hydraulikfluid einem mit dem Lenkmechanismus 3 des Fahrzeugs gekoppelten üblichen hydraulischen Stellzylinder 4 zugeführt, der dann in den Lenkmechanismus 3 eine die Lenkrad­ kraft unterstützende Servokraft einleitet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Hydraulikquelle eine i. a. von einem nicht weiter dargestellten Elektromotor an­ getriebene Hydraulikpumpe 5, die aus einem Hydraulik- oder Rück­ laufgefäß 9 Hydraulikfluid ansaugt und über eine Förderleitung 7.3 dem Lenkventil 6 zuführt. Über Hydraulikleitungen 7.1 bzw. 7.2 wird das von der Hydraulikpumpe 5 geförderte Hydraulikfluid dann je nach Wirkrichtung des wirksamen Lenkmoments entweder ei­ ner ersten Arbeitskammer 4.3 oder einer zweiten Arbeitskammer 4.4 des hydraulischen Stellzylinders 4 zugeführt, so daß der die beiden Arbeitskammern trennende Arbeitskolben 4.2 unter der Wir­ kung des sich in dieser Arbeitskammer aufbauenden Drucks entwe­ der in die eine oder in die andere Richtung ausgelenkt wird, wo­ bei die Kolbenkraft durch die Kolbenstange 4.1 auf den Lenkme­ chanismus 3 übertragen wird. In Fig. 1 ist angenommen, daß das Hydraulikfluid über die Hydraulikleitung 7.1 der ersten Arbeits­ kammer 4.3 zugeführt wird, so daß der Arbeitskolben 4.2 mit der Kolbenstange 4.1 - in der Zeichnung - nach rechts verschoben wird′. Das in der zweiten Arbeitskammer 4.4 befindliche Hydrau­ likfluid wird entsprechend verdrängt und fließt über die Hydrau­ likleitung 7.2, das Lenkventil 6 und die Rücklaufleitung 7.4 in das drucklose Rücklauf- bzw. Hydraulikgefäß 9 zurück.

Insoweit entspricht die dargestellte hydraulische Lenkeinrich­ tung bekannten Lenkeinrichtungen.

Erfindungsgemäß ist nun eine auf die Fahrzeugquerbeschleunigung ansprechende und dem Wirksamwerden der hydraulischen Servoun­ terstützung entgegenwirkende Vorrichtung vorgesehen, und zwar in Form eines mechanischen Bypassventils 8 mit einem als träge Mas­ se wirkenden Ventilkörper.

Dieses Bypassventil ist in einer vorzugsweise ausgangs, gegebe­ nenfalls aber auch eingangs des Lenkventils 6 angeordneten By­ passleitung 10 angeordnet, wobei das mechanische Bypassventil derart ausgebildet und räumlich ausgerichtet ist, daß sein als träge Masse wirkender Ventilkörper jeweils unter der Einwirkung von auf ihn einwirkenden Querkräften (d. h. in Fahrzeugquerrich­ tung wirkende Kräfte) gegen die Wirkung z. B. von vorgespannten Federvorrichtungen selbsttätig aus seiner die Bypassleitung sperrenden Ruheposition verlagerbar ist, wodurch die zuvor ge­ sperrte, d. h. für Hydraulikfluid unterbrochene Bypassleitung geöffnet wird.

In Fig. 1 ist eine solche Bypassleitung 10 auf der Ausgangsseite des Lenkventils 6 angeordnet, die also die zu den beiden Ar­ beitskammern 4.3 und 4.4 des Stellzylinders 4 führenden beiden Hydraulikleitungen 7.1 und 7.2 miteinander verbindet. Solange der Ventilkörper des Bypassventils 8 seine Ruheposition einnimmt und die Bypassleitung 10 gesperrt ist, ist diese Bypassleitung funktionell ohne Bedeutung, d. h. das über das Lenkventil 6 ge­ führte Hydraulikfluid wird über die Hydraulikleitungen 7.1 bzw. 7.2 je nach Bedarf entweder der ersten oder zweiten Arbeitskam­ mer 4.3 bzw. 4.4 zugeführt. Wenn der Ventilkörper jedoch unter der Einwirkung der Fahrzeugquerbeschleunigung y aus seiner Ruhe­ position entfernt und die Bypassleitung 10 geöffnet, d. h. frei­ gegeben wird, wird das von der Hydraulikpumpe geförderte Hydrau­ likfluid nicht mehr druckaufbauend in die jeweilige Arbeitskam­ mer des Stellzylinders 4 strömen, sondern im Kurzschluß unmit­ telbar über die geöffnete Bypassleitung 10 wieder zurück ins Hy­ draulik- oder Rücklaufgefäß 9.

Ob die Servounterstützung hierdurch völlig in Fortfall kommt oder aber nur zum Teil, hängt von der Bemessung der Bypasslei­ tung 10 ab, d. h. vom Durchflußquerschnitt dieser Leitung.

In Fig. 1 ist gestrichelt angedeutet, daß es auch möglich ist, ein mechanisches Bypassventil 8′ in einer eingangs des Lenkven­ tils 6 angeordneten Bypassleitung 10′ anzuordnen, d. h. in einer Bypassleitung, welche die von der Hydraulikpumpe 5 zum Lenkven­ til 6 führende Förderleitung 7.3 und die vom Lenkventil 6 ins Hydraulikgefäß 9 führende Rücklaufleitung 7.4 miteinander ver­ bindet. Bei einer solchen Anordnung würde dann die Hydraulikpum­ pe 5 selbst querbeschleunigungsabhängig kurzgeschlossen werden.

In Fig. 2 ist prinzipienhaft ein denkbares Ausführungsbeispiel eines einzusetzenden mechanischen Bypassventils 8 dargestellt. Dieses Bypassventil enthält einen im wesentlichen zylindrischen massebehafteten Ventilkörper 8.1, welcher räumlich derart ange­ ordnet ist, daß er in seiner dargestellten Ruheposition die By­ passleitung 10 sperrt, d. h. einen hydraulischen Durchfluß ver­ hindert. Der Ventilkörper 8.1 wird in seiner dargestellten Ruhe­ position durch an seinen freien Enden angreifende vorgespannte Federvorrichtungen 8.2 und 8.3 fixiert. Räumlich ist das Bypass­ ventil 8 mit seinem Ventilkörper 8.1 derart ausgerichtet, daß der Ventilkörper 8.1 sich unter der Einwirkung von auf ihn ein­ wirkenden Querkräften gegen die Wirkung der vorgespannten Feder­ vorrichtungen 8.2 bzw. 8.3 aus seiner dargestellten Ruheposition löst und - je nach Wirkrichtung der Querkräfte - axial in die eine oder in die andere Richtung verlagert, wodurch die Bypass­ leitung 10 freigegeben wird. Als Bypassventil kann grundsätzlich jedes Ventil eingesetzt werden, dessen Ventilkörper derart aus­ gebildet und angeordnet ist, daß er sich unter der Einwirkung von auf ihn einwirkenden Querkräften aus seiner die Bypasslei­ tung zuvor sperrenden Ruheposition verlagert.

In Fig. 1 sind die Bypassleitungen 10, 10′ mit dem Bypassventil 8, 8′ jeweils als räumlich separate Gebilde dargestellt. Es ver­ steht sich, daß diese gegebenenfalls auch räumlich im Lenkventil 6 bzw. im hydraulischen Stellzylinder 4 integriert werden könn­ ten.

Die vorgeschlagene Lösung stellt eine preiswerte Anordnung zur Erhöhung der aktiven Sicherheit des Fahrzeugs dar und kann im Prinzip in jedes Kraftfahrzeug mit hydraulischer Servolenkung eingebaut werden, insbesondere auch nachgerüstet werden. Irgend­ welche elektronischen Steuereinrichtungen etc. werden nicht be­ nötigt. Auch gibt es bei Ausfall dieser Vorrichtung, d. h. wenn das Bypassventil einmal nicht bestimmungsgemäß öffnen sollte, keinerlei Einschränkungen der Fahrzeugsicherheit, da dann die übliche Servolenkeinrichtung mit ihrer normalerweise degressiven Kennung des Lenkmomentenverlaufs erhalten bleibt.

Von Vorteil ist in jedem Falle, daß die erfindungsgemäße Servo­ lenkeinrichtung dem Fahrer durch das fühlbare Ansteigen des Lenkmoments in Abhängigkeit von der Fahrzeugquerbeschleunigung beim Fahren im (Kurven)Grenzbereich ein wesentlich besseres Ge­ fühl für das Verhalten des Fahrzeugs vermittelt. Außerdem wird ihm mit der Lenkmomentenvergrößerung ab einer bestimmten Fahr­ zeugquerbeschleunigung frühzeitig und im wahrsten Sinne spürbar signalisiert, daß er sich einem instabliler werdenden Fahrzu­ stand bzw. den Grenzen des Kraftschlusses nähert.

Bezugszeichenliste

1 Lenkrad
2 Lenkwelle
3 Teil des Lenkmechanismus′
4 hydraulischer Stellzylinder
4.1 Kolbenstangen
4.2 Arbeitskolben
4.3 erste Arbeitskammer
4.4 zweite Arbeitskammer
5 Hydraulikpumpe
6 Lenkventil
7.1 Hydraulikleitung
7.2 Hydraulikleitung
7.3 Förderleitung
7.4 Rücklaufleitung
8 Bypassventil
8′ Bypassventil
8.1 Ventilkörper
8.2 erste vorgespannte Feder
8.3 zweite vorgespannte Feder
9 Hydraulik- oder Rücklaufgefäß
10 Bypassleitung
10′ Bypassleitung.

Claims (5)

1. Hydraulische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, insbe­ sondere für Personenkraftwagen, mit einem mit dem Lenkmechanismus (3) der lenkbaren Räder zu­ sammenwirkenden hydraulischen Stellzylinder (4) mit zwei ent­ gegengesetzt wirkenden Arbeitskammern (4.3; 4.4) sowie mit einem mit einer vom Lenkrad (1) betätigbaren Lenk­ welle (2) zusammenwirkenden Lenkventil (6), über das aus ei­ ner Hydraulikquelle (Hydraulikgefäß 9; Hydraulikpumpe 5) be­ darfsgerecht je nach Richtung des wirksamen Lenkmoments ent­ weder der einen oder der anderen Arbeitskammer (4.3; 4.4) Hydraulikfluid zugeführt wird, gekennzeichnet durch eine auf die Fahrzeugquerbeschleunigung (y) an­ sprechende und dem Wirksamwerden der hydraulischen Servo­ unterstützung entgegenwirkende Vorrichtung in Form eines me­ chanischen Bypassventils (8, 8′) mit als träge Masse wirken­ dem Ventilkörper (8.1), welches in einer ausgangs oder ein­ gangs des Lenkventils (6) angeordneten Bypassleitung (10, 10′) angeordnet ist und dessen Ventilkörper (8.1) unter der Einwirkung von auf ihn einwirkenden Querkräften gegen die Wirkung vorgespannter Federvorrichtungen (8.2; 8.3) selbst­ tätig aus seiner die Bypassleitung (10; 10′) sperrenden Ruhe­ position verlagerbar ist.

2. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die zu den beiden Arbeitskammern (4.3; 4.4) füh­ renden Hydraulikleitungen (7.1; 7.2) miteinander verbindende Bypassleitung (10).

3. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die zum Lenkventil (6) führende Förderleitung (7.3) und die vom Lenkventil (6) kommende Rücklaufleitung (7.4) miteinander verbindende Bypassleitung (10′).

4. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Bypassleitung (10, 10′) und Bypassventil (8, 8′) räumlich im Lenkventil (6) integriert sind.

5. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Bypassleitung (10) und Bypassventil (8) räumlich im hy­ draulischen Stellzylinder (4) integriert sind.