DE69520851T2

DE69520851T2 - Servolenkungssystem

Info

Publication number: DE69520851T2
Application number: DE69520851T
Authority: DE
Inventors: Neil Jones; Mark D. Morris
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: EP0672574B1; DE69520851D1; US5667034A; EP0672574A1; ES2157269T3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugservolenksystem und insbesondere auf ein hydraulisches Fahrzeugservorlenksystem, bei dem sich der Widerstand gegenüber einer Betätigung eines Servorlenkungssteuerventils mit Änderungen der seitlichen Fahrzeugbeschleunigung verändert.
Bei einem bekannten Lenkhilfe- oder Servolenksteuerventil ist ein inneres Ventilglied vorgesehen, welches bezüglich eines äußeren Ventilglieds oder einer Hülse koaxial und drehbar angeordnet ist. Um die Betätigung eines Servolenk- oder Lenkhilfe-Motors zu bewirken, um lenkbare Fahrzeugräder zu wenden, wird das innere Ventilglied bezüglich des äußeren Ventilglieds entgegen dem Einfluß einer Torsionsstange verdreht. Da der Betätigung des Steuerventils nur durch die Torsionsstange Widerstand entgegengesetzt wird, ändert sich der Widerstand gegenüber Betätigung des Ventils nicht. Es ist ferner bekannt, daß der Fahrer eines Fahrzeugs den Widerstandsanstieg bei Betätigung eines Lenkhilfesystems fühlt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt.
Es sei ferner auf DE 42 01 311 C1, die der Präambel des Anspruchs 1 entspricht, hingewiesen. Dieses Dokument offenbart eine Lenkhilfevorrichtung, die hydraulisches Öl an linke und rechte Kammern eines Servozylinders liefert, und zwar mittels einer Pumpe über ein Gleitdrehventil, wobei ein Reaktionskolben, der durch eine Druckfeder vorgespannt ist, zwischen einer Eingangswelle und einer Steuerhülse des Drehgleitventils angeordnet ist. Zur Schaffung eines einfach aufgebauten hydraulischen Reaktionssystems für diese Denkhilfevorrichtung wird vorgeschlagen, daß ein Verhältnisdrucksteuerventil (VDRV) vorgesehen wird, um den Systemdruck auf einen geringeren Reaktionsdruck zu vermindern, und ein variabler Anschlag dient zur Steuerung der hydraulischen retroaktiven Bewegung als Funktion der Drehzahl oder Geschwindigkeit, und zwar angeordnet in einer Leitung zwischen der Pumpe und der Rückseite des Reaktionskolbens, der durch die Druckfeder beansprucht ist. Dabei wird fernerhin vorgeschlagen, daß ein variabler Anschlag den Gegendruck steuert, und zwar als Funktion der Drehzahl und angeordnet in einer Leitung zwischen der Vorderseite des Reaktionskolbens und einem Tank.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für ein Lenkhilfesystem nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht eine neue und verbesserte Vorrichtung vor, und zwar zur Verwendung in einem Fahrzeug zur Steuerung des Betriebs des Lenkhilfemotors. Die Vorrichtung weist erste und zweite Ventilglieder auf, die relativ beweglich vorgesehen sind, um Strömungsmittel zu einem Fahrzeuglenkhilfemotor zu leiten. Mittel fühlen mindestens eine Fahrzeugcharakteristik ab und liefern ein Ausgangssignal, welches für diese mindestens eine Fahrzeugcharakteristik eine Anzeige bildet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Fahrzeugbetriebscharakteristik die seitliche Fahrzeugbeschleunigung. Kraftübertragungsmittel setzten der Relativbewegung zwischen den ersten und zweiten Ventilgliedern Widerstand entgegen, und zwar mit einer Kraft, die sich als eine Funktion des Ausgangssignals verändert. Die Kraft verändert sich proportional zur seitlichen Fahrzeugbeschleunigung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die genannten sowie weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich für einen Fachmann beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeuglenkhilfesystems, welches gemäß der Erfindung aufgebaut und betrieben wird.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Lenkhilfesteuerventils, verwendet beim Lenkhilfesteuersystem der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Teils der Fig. 1 und zeigt den Aufbau einer auf Druck ansprechenden Steuereinheit, die der Relativdrehung zwischen inneren und äußeren Ventilgliedern Widerstand entgegensetzt, und zwar mit einer Kraft, die ansteigt, wenn die seitliche Fahrzeugbeschleunigung ansteigt;
Fig. 4 ist ein Schnitt im allgemeinen längs Linie 4-4 in Fig. 3 und zeigt die Beziehung zwischen einer Vielzahl von Nockenelementen oder Kugeln und einer Vielzahl von Nockenoberflächen, und zwar gebildet auf einem Ende eines äußeren Ventilglieds;
Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht im allgemeinen längs Linie 5-5 der Fig. 3, wobei Teile weggelassen sind und die Beziehung zwischen den Nockenelementen und den Nockenoberflächen dargestellt ist, und zwar gebildet an einem Kraftübertragungsglied;
Fig. 6 ist eine Teilschnittansicht im allgemeinen ähnlich der Fig. 3, wobei die Beziehung zwischen dem Kraftübertragungsglied den Nockenelementen und einem äußerem Ventilglied dargestellt ist wenn das innere Ventilglied relativ zum äußeren Ventilglied verdreht wurde;
Fig. 7 ist ein Teilschnitt, der die Beziehung darstellt zwischen dem Kraftübertragungsglied, einem Ventilschaft und einer Vielzahl von Halteelementen, die die Drehung zwischen dem Ventilschaft und dem Kraftübertragungsglied verhindern;
Fig. 8 ist ein Teilschnitt, im allgemeinen längs Linie 8-8 der Fig. 7, wobei die Beziehung zwischen den Halteelementen, dem Kraftübertragungsglied und dem Ventilschaft weiter veranschaulicht wird; und
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung eines Beschleunigungsmoduls.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung Lenkhilfe oder Servolenksystem

Allgemeine Beschreibung

Ein Fahrzeuglenkhilfe- bzw. Servolenksystem 12 (Fig. 1) ist betätigbar, um die lenkbaren Fahrzeugräder 14 und 16 zu wenden, und zwar bei Verdrehung eines Lenkrads 18 durch einen Fahrzeugführer. Die Drehung des Lenkrads 18 betätigt ein Lenkhilfe- oder Servolenksteuerventil 22, um Strömungsmittel von einer motorbetriebenen Pumpe 24 und Versorgungsleitung 26 zu einer Leitung eines Paares von Motorleitungen 28 und 30 zu liefern. Das Hochdruckströmungsmittel verbunden von Versorgungsleitung 26 durch eine der Motorleitungen 28 oder 30 bewirkt die Betätigung eines Servolenkmotors 31, um die lenkbaren Fahrzeugräder 14 und 16 zu verschwenken. Strömungsmittel wird vom Motor 31 zum Reservoir 32 geleitet, und zwar durch andere der Motorleitungen 28 oder 30, das Servolenksteuerventil 22, eine Rückleitung 34 und eine auf seitliche Beschleunigung ansprechende Steuereinheit 36.
Das Servorlenkventil 22 (Fig. 2) weist ein inneres Ventilglied (Innenventilglied) 40 und ein äußeres Ventilglied (Außßenventilglied) oder eine Hülse 42 auf. Das äußere Ventilglied 42 ist zylindrisch und umschließt das innere Ventilglied 40. Das innere Ventilglied 40 und das äußere Ventilglied 42 sind bezüglich einander und bezüglich eines Gehäuses 44 um eine gemeinsame Mittelachse 46 verdrehbar. Das innere Ventilglied 40 und das äußere Ventilglied 42 besitzen bezüglich einander eine anfängliche Neutralposition.
Strömungsmitteldruck von der Pumpe 24 wird zu einer mittigen Ringnut 80 geleitet, die in dem äußeren Ventilglied 42 ausgebildet ist. Strömungsmittel fließt zur Außenseite des zylindrischen Außenventilglieds 42 über ein Paar von diametral entgegengesetzt liegenden Durchlässen 82 und 84. Das Innenventilglied 40 besitzt einen im Ganzen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken, die mit sich axial erstreckenden Nuten zusammenarbeiten, gebildet innerhalb des äußeren Ventilglieds 42. Die Enden eines Paares von diametral entgegengesetzt liegenden Nuten auf der Innenseite des äußeren Ventilglieds 42 sind in Strömungsmittelverbindung mit einer ringförmigen Außennut 88 verbunden, die wiederum mit der Motorleitung 28 in Verbindung steht. Ein zweites Paar von diametral entgegengesetzt liegenden und sich axial erstreckenden Nuten auf der Innenseite des äußeren Ventilglieds 42 steht in Strömungsmittelverbindung mit einer ringförmigen Außennut 90, und zwar gebildet in dem Außenventilglied und verbunden mit der Motorleitung 30.
Ein Paar von diametral entgegengesetzt liegenden Öffnungen 94 erstreckt sich radial nach innen zu einem sich axial erstreckenden Mitteldurchlaß 96 (Fig. 1) in dem Innenventilglied 40. Der Mitteldurchlaß 96 steht in Strömungsmittelverbindung mit einer Kammer 98 (Fig. 2) am unteren Ende des äußeren Ventilglieds 42. Die Kammer 98 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Reservoir 32, und zwar über eine Rückleitung 34.
Das innere Ventilglied 40 ist als ein Teil geformt, und zwar mit einem zylindrischen Eingangsglied oder Ventilschaft 50, der mit dem Lenkrad 18 (Fig. 1) verbunden ist. Das einstückige Außenventilglied 42 (Fig. 2) ist mit einem Nachfolgeglied 54 durch ein Stift verbunden. Das Nachfolgeglied 54 ist drehbar im Gehäuse 44 durch Lager 58 und 60 gelagert.
Die inneren und äußeren Ventilglieder 40 und 42 sind durch eine Torsionsstange 102 (Fig. 4, 5 und 7) verbunden, die in dem sich axial erstreckend ein Rückfllußströmungsmitteldurchlaß 96 angeordnet ist. Ein Ende der Torsionsstange 102 ist mit dem Ventilschaft 50 verbunden und das entgegengesetzte Ende der Torsionsstange ist mit dem Nachfolgeglied 54 verbunden. Die Torsionsstange 102 verdreht bzw. verspannt sich, um eine relative Drehung zwischen den inneren und äußeren Ventilgliedern 40 und 42 vorzusehen, und wenn sie frei ist, drückt sie die inneren und äußeren Ventilglieder 40 und 42 in die relativen neutralen Positionen.
Das Folgeglied 54 besitzt ein Ritzelzahnrad 64, das in Eingriff mit einer Zahnstange 66 steht. Die Zahnstange 66 ist mit dem Servolenkmotor 31 verbunden und dieser mit den lenkbaren Fahrzeugrädern 14 und 15 (Fig. 1). Die Bewegung des Kolbens 76 (Fig. 2) des Servolenkmotors 31 treibt die Zahnstange 66 zu einer Bewegung entlang ihrer Längsachse. Die Bewegungen der Zahnstange 66 dreht die lenkbaren Fahrzeugräder 14 und 16 (Fig. 1).
Das Servolenksteuerventil 22 (Fig. 2) ist von der Bauart mit offener Mitte (open center). Wenn daher das Servolenksteuerventil 22 sich in einem anfänglichen oder nicht betätigten Zustand befindet, so wird der Strömungsmitteldruck von der Pumpe 24 in gleicher Weise an die Motorleitungen 28 und 30 geleitet und auch in gleicher Weise an die Motorzylinderkammern 72 und 74 auf entgegengesetzt liegenden Seiten eines Kolbens 76 in dem Servolenkmotor 31. Auch wird der Strömungsmittelfluß von der Pumpe 24 zu dem Servolenksteuerventü 22 und zur Rückleitung 34 und zum Reservoir 32 geleitet. Bei Drehung des Lenkrades 18 und der Drehung des Ventilschaftes 50 wird das Innenventilglied 40 um die Achse 46 bezüglich des Gehäuses 44 und bezüglich des Außenventilglieds 42 verdreht, und zwar aus der Neutralposition heraus. Dies leitet Hochdruckströmungsmittel von der Pumpe 24 zu einer der Motorleitungen 28 oder 30 und leitet Strömungsmittel von der anderen Motorleitung zum Reservoir 32.
Beispielsweise wird die Drehung des Innenventilglieds 40 in eine Richtung relativ zum Außenventilglied 42 das Verbindungsausmaß der Motorleitung 28 mit dem Reservoir reduzieren und das Verbindungsausmaß der Motorleitung 28 mit der Pumpe 24 vergrößern. Dies hat zur Folge, daß Hochdruckströmungsmittel von der Pumpe 24 zu der Motorzylinderkammer 72 geleitet wird. Dieses Hochdruckströmungsmittel bewegt den Kolben 26 nach rechts (vergleiche Fig. 2). Wenn sich der Kolben 76 nach rechts (Fig. 2) bewegt, so wird von der Kammer 74 abgegebenes Strömungsmittel durch die Motorleitung 30, durch das Servolenksteuerventil 22, durch die Rückleitung 34 zum Reservoir 32 geleitet.
Wenn der Servolenkmotor 31 im Betrieb ist, so verdreht die Zahnstange 66 das Ritzel 64 und das Folgeglied 54. Dies verdreht das Außenventilglied 42 bezüglich des Innenventilglieds 40. Wenn der Servolenkmotor 31 betrieben wird, um die lenkbaren Fahrzeugräder 14 und 16 in einem Ausmaß zu verdrehen, das dem Ausmaß der Drehung des Innenventilglieds 40 entspricht, so verdreht die Zahnstange 66 das Ritzel 64 über einen Abstand, der ausreicht, um das Außenventilglied 42 aus der Neutralposition relativ zum Innenventilglied 40 zu bewegen. Wenn dies auftritt, so gleichen sich die Strömungsmitteldrücke in den Motorzylinderkammern 72 und 74 aus und der Motor 31 stoppt seinen Betrieb.

Servolenkung

Widerstandssteuersystem

Ein Servolenkwiderstandssteuersystem 110 weist drei Hauptkomponenten auf, d. h.: Die auf zeitliche Beschleunigung ansprechende Steuereinheit 36, eine auf Druck ansprechende Steuereinheit 112 angeordnet in dem Gehäuse 44 (Fig. 2 und 3) des Servolenksteuerventils und ein Beschleunigungsmodul 114 (Fig. 1 und 2).
Die auf Druck ansprechende Steuereinheit 112 (Fig. 2 und 3) weist ein ringförmiges Kraftübertragungsglied oder ein Gleitstück 116 auf, welches in dem Servosteuerventilgehäuse 44 angeordnet ist. Das Kraftübertragungsglied 116 ist koaxial mit dem Ventilschaft 50 angeordnet und umschreibt diesen. Das Kraftübertragungsglied 116 verdreht sich um die Mittelachse 46 mit dem Innenventilglied 40 und dem Ventilschaft 50. Obwohl das Kraftübertragungsglied 116 sich mit dem Innenventilglied 40 und Ventilschaft 50 verdreht, ist das Kraftübertragungsglied 116 axial entlang des Ventilschafts 50 beweglich.
Das Kraftübertragungsglied 116 ist mit dem Außenventilglied 42 durch eine Nockenanordnung 120 (Fig. 3) verbunden. Die Nockenanordnung 120 weist folgendes auf: Eine Vielzahl von nach unten (Fig. 3) weisenden Nockenoberflächen 122 am Kraftübertragungsglied 116; eine Vielzahl von nach oben (Fig. 3) weisenden Nockenoberflächen 124 am Außenventilglied 42; und eine Vielzahl von Kugeln oder sphärischen Nockenelementen 126. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind vier Nockenelemente oder Kugeln 126 (Fig. 4 und 5) zwischen vier Paaren von Nockenoberflächen 122 und 124 gebildet an dem Kraftübertragungsglied 116 (Fig. 5) und Außenventilglied 22 (Fig. 4) angeordnet. Es könnte jedoch eine größere oder kleinere Anzahl von Nockenelementen 126 und Nockenoberflächen 122 und 124 verwendet werden, wenn dies gewünscht ist.
Das Kraftübertragungsglied 116 (Fig. 3) wird axial zu dem äußeren Ventilglied 42 hin durch eine Schraubenfeder 130 vorgespannt, die in einer koaxialen Beziehung mit dem Ventilschaft angeordnet ist und diesen umschreibt. Die nach unten gegen das Kraftübertragungsglied 116 durch die Schraubenfeder 130 angelegte Kraft preßt die Nockenoberflächen 122 und 124 entgegen entgegengesetzt liegende Seiten der Kugeln 126. Die an die Kugeln 126 durch das Kraftübertragungsglied 116 angelegte Kraft zentriert die Kugeln 126 auf den Nockenoberflächen 122 und 124.
Eine ringförmige Oberseite 142 des Kraftübertragungsgliedes 116, eine zylindrische Innenseitenoberfläche 134 des Gehäuses 44, und eine zylindrische Außenseitenoberfläche 141 des Ventilschaftes 50 arbeiten zusammen, um teilweise eine Ringkammer 136 zu definieren, welche die Feder 130 aufnimmt. Auf diese Weise ist die Ringkammer 136 als die Federkammer 136 definiert. In ähnlicher Weise definieren eine ringförmige Unterseite 144 des Kraftübertragungsglieds 16, die Innenseitenoberfläche 134 des Gehäuses 44 und die Außenseitenoberfläche 141 des Ventilschafts 50 in zusammenarbeitender Weise teilweise eine Ringkammer 138. Die Ringkammer 138 nimmt einen Strömungsmitteldruck auf und ist als die Druckkammer 138 definiert. Die Ringkammern 136 und 138 sind auf axial entgegengesetzten Seiten des Kraftübertragungsglieds 116 angeordnet.
Der Strömungsmitteldruck in der Druckkammer 138 drückt das Kraftübertragungsglied 116 weg von den Nockenelementen oder Kugeln 126, und zwar entgegen der Feder 130. Es ist klar, daß die durch die Feder 130 angelegte Kraft, und zwar an die Ringseite 142 des Kraftübertragungsglieds 116, stets größer ist als die Strömungsmitteldruckkraft angelegt an der Ringseite 144 des Kraftübertragungsgliedes. Daher werden die Nockenoberflächen 122 am Kraftübertragungsglied 116 stets in Anschlageingriff mit den Kugeln oder Nockenelementen 126 bleiben.
Es gibt eine strömungsmittelabdichtende keinen Festsitz bildende Passung zwischen einer zylindrischen Außenseitenoberfläche 152 des Kraftübertragungsgliedes 116 und der Innenseitenoberfläche 134 des Gehäuses 44.
Es gibt also eine strömungsmittelabdichtende keinen Festsitz bildende Passung zwischen einer zylindrischen Innenseitenoberfläche 153 (Fig. 5) des Kraftübertragungsgliedes 116 und der Außenseitenoberfläche 141 des Ventilschaftes 50. Es wird ins Auge gefaßt, daß einiges Strömungsmittel durch Leck aus der Druckkammer 138 (Fig. 3) in die Federkammer 136 entweicht. Daher ist die Federkammer 136 mit dem Reservoir 32 über eine Abflußleitung 154 (Fig. 2) verbunden. Das obere Ende des Ventilgehäuses 44 wird durch einen ringförmigen Dichtring 156 (Fig. 3) abgedichtet, der mit der Innenseitenoberfläche 134 des Gehäuses und der Außenseitenoberfläche 141 des Ventilschafts 50 in Eingriff steht. Ein zweiter ringförmiger Abdichtring 158 ist vorgesehen, um eine strömungsmitteldichte Abdichtung weiter sicherzustellen.
Die Drehung des Ventilschaftes 50 und des Innenventilgliedes 40 bezüglich des Außenventilglieds 42 erfolgt gegen den Widerstand der druckempfindlichen Steuereinheit 112, und zwar mit einer Kraft, die eine Funktion der Differenz ist zwischen der an die Seite 144 des Kraftübertragungsgliedes 116 angelegten Kraft und der Federkraft, die an die Seite 142 des Kraftübertragungsgliedes 116 angelegt ist. Wenn der Ventilschaft 50 aus seiner in Fig. 3 gezeigten Anfangsposition in eine vollständig betätigte in Fig. 6 gezeigte Position verdreht wird, so rollen die Außenseitenoberflächen der Nockenelemente oder Kugeln 126 auf den Nockenoberflächen 122 und 124, wenn das Kraftübertragungsglied 116 um die Achse 46 relativ zum Außenventilglied 42 verdreht wird.
Wenn dies auftritt, so wird das Kraftübertragungsglied aus der Position gemäß Fig. 3 in die in Fig. 6 gezeigte Position bewegt. Diese Bewegung umfaßt eine Axialbewegung (nach oben in Fig. 6) relativ zum Ventilschaft 50 und dem Außenventilglied 42 entgegen dem Einfluß der Vorspannfeder 130. Wenn die Seite 144 des Kraftübertragungsglieds 116 sich von einem ringförmigen Oberende 146 des Außenventilglieds 42 wegbewegt, so wird die Größe der Druckkammer 138 vergrößert und die Größe der Federkammer 136 wird verkleinert.
Die zum Rollen der sphärischen Kraftübertragungselemente 126 an den Nockenoberflächen 122, 124 und zur Bewegung des Kraftübertragungsglieds 116 weg vom Ende 146 des Außenventilglieds 42 erforderliche Kraft ändert sich als eine Funktion der Nettokraft, die das Kraftübertragungsglied zu dem Außenventilgiied 42 drückt. Je größer die Nettokraft ist, die das Kraftübertragungsglied 116 gegen die Kugeln 126 drückt, um so größer ist die Kraft, die erforderlich ist, um den Ventilschaft aus der Anfangsposition gemäß Fig. 3 zu verdrehen. Die das Kraftübertragungsglied 116 gegen die Nockenelemente 126 drückende Nettokraft ist gleich der Differenz zwischen der durch die Feder 130 gegen die Seite 142 des Kraftübertragungsgliedes 16 angelegten Kraft und der durch das Strömungsmittel in der Kammer 138 gegen die Seite 144 des Kraftübertragungsgliedes 116 angelegten Strömungsmitteldruckkraft. Je größer die an die Seite 144 des Kraftübertragungsgliedes 116 angelegte Strömungsmitteldruckkraft ist, um so kleiner ist die Kraft, die überwunden werden muß, um Ventilschaft 50 und Kraftübertragungsglied 116 relativ zum Außenventilglied 42 zu drehen.
Ein Paar von sphärischen Halteelementen oder Kugeln 162 und 164 (Fig. 7 und 8) verbinden das Kraftübertragungsglied 116 und den Ventilschaft 50, um das Kraftübertragungsglied 116 entgegen der Verdrehung relativ zum Ventilschaft 50 zu halten, während gestattet wird, daß das Kraftübertragungsglied 116 sich axial relativ zum Ventilschaft 50 bewegt. Auch die Halteelemente 162 und 164 schränken das Kraftübertragungsglied 116 bezüglich einer Drehung mit dem Ventilschaft 50 ein. Die sphärischen oder kugelförmigen Halteelemente 162 und 164 stehen in Eingriff mit einem Paar von diametral angeordneten Nuten 166 und 168, und zwar ausgebildet in dem Ventilschaft 50, und einem Paar von axial verlaufenden Nuten 170 und 172 ausgebildet in dem Kraftübertragungsglied 116.
Es gibt eine relativ enge oder dichte keinen Festsitz bildende Passung zwischen den Halteelementen 162 und 164 und den Nuten 166, 168, 170 und 172, ausgebildet im Ventilschaft 50 und im Kraftübertragungsglied 116, um das Leck von Strömungsmittel aus der Druckkammer 138 zu der Ventilfederkammer 136 entlang des Ventilschafts 50 zu verzögern. Jedwedes derartiges Strömungsmittel, das in die Ventilfederkammer 136 durch Leck austritt, wird zu dem Reservoir zurückgeleitet, und zwar durch die Leitung 154 (Fig. 2). Obwohl es bevorzugt wird, sphärische Kugeln 162 und 164 als Halteelemente zu benutzen, können auch andere Arten von Verbindungen verwendet werden.
Wenn das Servolenksteuerventil 22 in der in Fig. 7 gezeigten Anfangsposition ist, so ist das Kraftübertragungsglied 116 dicht zum Ende des Außenventilglieds 42. Zu dieser Zeit sind die Halteelemente 162 und 164 benachbart zu den Enden der Nuten 166 und 168 im Ventilschaft 50 (Fig. 7) angeordnet.
Bei Drehung des Ventilschaftes 50 zur Betätigung des Servorlenksteuerventils 22 übertragen die Halteelemente 162, 164 Drehmomente von dem Ventilschaft 50 zu dem Kraftübertragungsglied 116, um das Kraftübertragungsglied 116 relativ zum Gehäuse 44 und zum äußeren Ventilglied 42 zu verdrehen. Wenn dies auftritt, so rollen die sphärischen Halteelemente 142, 144 in den Nuten 166, 168, ausgebildet im Ventilschaft 50 nach oben.
Wie bereits oben bemerkt, weist das Servolenkwiderstandssteuersystem 110 die auf seitliche Beschleunigung ansprechende Steuereinheit 36 (Fig. 1) auf. Die seitliche Fahrzeugbeschleunigung (links und rechts relativ zum Fahrzeug) ist eine Fahrzeugbetriebscharakteristik. Die auf die seitliche Beschleunigung ansprechende Steuereinheit 36 ist betätigbar, um den Strömungsmitteldruck in der Druckkammer 138 (Fig. 2) der auf Druck ansprechenden Steuereinheit 112 zu verändern, und zwar mit Änderungen der seitlichen Fahrzeugbeschleunigung. Die auf die seitliche Fahrzeugbeschleunigung ansprechende Steuereinheit 36 ist in Strömungsmittelverbindung mit der Kammer 138 der auf Druck ansprechenden Steuereinheit 112 durch die Rücklaufleitung 34 (Fig. 1 und 2), den sich axial erstreckenden Durchlaß 36 (Fig. 7) im Ventilschaft 50 und den sich radial erstreckenden Durchlaß 176 in dem Ventilschaft (Fig. 3-5).
Die auf seitliche Beschleunigung ansprechende Steuereinheit 36 weist ein Gehäuse 180 (Fig. 1), welches in Serie mit der Rückleitung 34 steht. Ein Gegendrucksteuerventil 182 im Gehäuse 180 ist betätigbar, um den Strömungsmitteldruck in dem Teil der Rückleitung 34 zwischen dem Gehäuse der auf Geschwindigkeit ansprechenden Steuereinheit und dem Lenksteuerventil 22 zu verändern. Das Gegendrucksteuerventil 182 weist eine sphärische Kugel oder ein Ventilelement 186 von sphärischer Gestalt auf, wobei eine Feder 190 die Kugel bzw. das Ventilelement 186 gegen einen kreisförmigen Ventilsitz 122 drückt. Ein Kolben 192 ist in dem Gehäuse 180 bewegbar, um die Kraft zu verändern, die an die Kugel oder das Ventilelement 186 durch die Feder 190 angelegt ist. Der Kolben 192 wird durch eine Ausgangswelle 194 eines Linearbetätigers 186 bewegt. Der Linearbetätiger 196 ist im Handel von der Firma Airpax, Cheshire Division, Cheshire, Connecticut, U. S. A. erhältlich und ist ein Modell K92121-P2. Natürlich können auch andere bekannte Linearbetätiger wenn gewünscht verwendet werden.
Die Bewegung der Ausgangswelle 194 des Linearbetätigers 196 und des Kolbens 192 relativ zum Gehäuse 180 verändert die Kraft, mit der eine Feder 190 die Kugel 186 gegen den Ventilsitz 188 drückt. Wenn der Kolben 192 sich in der in Fig. 1 gezeigten zurückgezogenen Position befindet, so ist die Ventilfeder 190 entlastet und legt eine relativ kleine Vorspannkraft an das Ventilelement 186 an. Daher wirkt ein relativ kleiner Strömungsmitteldruck in der Rücklaufleitung 34 stromaufwärts gegenüber der auf Geschwindigkeit ansprechenden Steuereinheit 36, um die Kugel 186 von ihrem Sitz wegzubewegen und um zu gestatten, daß Strömungsmittel zum Reservoir 32 fließt. Zu dieser Zeit wird ein relativ kleiner Strömungsmitteldruck zu der Strömungsmitteldruckkammer 138 (Fig. 2) von der Rücklaufleitung 34 geleitet, und zwar durch die Ventilschaftdurchlässe 96 und 176 (Fig. 3 und 4).
Wenn die Ausgangswelle 134 (Fig. 1) des Linearbetätigers 196 ausgefahren wird, so wird der Kolben 192 nach links (Fig. 1) bewegt. Diese Bewegung des Kolbens 192 drückt die Ventilfeder 190, um die gegen das Ventilelement 186 angelegte Vorspannkraft zu erhöhen. Daher wird der Strömungsmitteldruck in der Rücklaufleitung 134 stromaufwärts gegenüber der auf Geschwindigkeit ansprechenden Steuereinheit 36 vergrößert. Dieser vergrößerte Strömungsmitteldruck wird zur Druckkammer 138 (Fig. 2) in der auf Druck ansprechenden Steuereinheit 112 übertragen.
Die Ausgangswelle 194 des Linearbetätigers 196 positioniert den Kolben 192 als eine Funktion der seitlichen Beschleunigung des Fahrzeugs. Eine seitliche Beschleunigungskraft tritt dann auf, wenn die Fahrrichtung des Fahrzeugs geändert wird, beispielsweise durch ein Lenkmanöver während der Bewegung des Fahrzeugs. Wenn beispielsweise das Fahrzeug sich nach vorne bewegt und der Fahrzeugbenutzer das Lenkrad 18 verdreht, um das Fahrzeug relativ nach links zu steuern, wie beispielsweise in einer Linkskurve, so wird eine auf das Fahrzeug einwirkende Beschleunigungskraft erzeugt. Die Beschleunigungskraft hat eine laterale oder seitliche Komponente, und zwar bezüglich des Fahrzeugs, die auf das Fahrzeug in eine Richtung nach rechts einwirkt. Wenn das Fahrzeug sich nach vorne bewegt und der Fahrzeugführer das Lenkrad 18 verdreht, um das Fahrzeug nach rechts zu lenken, wie dies beispielsweise bei einer Rechtskurve auftritt, so wird eine Beschleunigungskraft, die auf das Fahrzeug einwirkt, erzeugt. Diese Beschleunigungskraft hat eine seitliche Komponente relativ zum Fahrzeug, die auf das Fahrzeug in eine Richtung nach links einwirkt.
Nach den Regeln der Kinematik gilt, daß ein Punkt, der mit einer Geschwindigkeit (velocity) V läuft und um ein Mittelpunkt an einem Abstand R sich dreht, eine radiale Beschleunigungsgröße von A besitzt, wobei A gleich ist:
V²/R
Wenn somit das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit V fährt und in einer Fahrzeugkurve mit dem Radius R sich befindet, so ist die Größe der seitlichen Beschleunigung A annähernd die folgende:
A = V²/R
Die seitliche oder laterale Beschleunigung steigt somit an, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit sich erhöht und/oder der Fahrzeugwenderadius abnimmt.
Das Beschleunigungsmodul 114 (Fig. 9) umfaßt einen Beschleunigungsmesser 202, einen Filter 204, einen Signalkonditionierer 206 und eine Ausgangssteuervorrichtung 208. Der Beschleunigungsmesser 202 ist in dem Fahrzeug angeordnet, um die seitliche oder laterale (entweder rechts oder links relativ zum Fahrzeug) Beschleunigungskraft des Fahrzeugs abzufühlen. Der Beschleunigungsmesser 202 kann ein Kraftwandler sein oder eine andere Beschleunigungsabfühlvorrichtung. Der Beschleunigungsmesser 202 kann auch zwei Abfühlvorrichtungen aufweisen. Eine Vorrichtung fühlt die seitliche Beschleunigung nach rechts hin relativ zum Fahrzeug ab und die andere Vorrichtung fühlt die seitliche Beschleunigung nach links hin relativ zum Fahrzeug ab.
Das Filter 204 ist mit dem Beschleunigungsmesser 202 verbunden, um ein Signal zu empfangen, welches sich aus einer Funktion der seitlichen Beschleunigung verändert. Das Filter 204 entfernt unerwünschte Frequenzkomponenten aus dem Signal. Die Entfernung unerwünschter Frequenzkomponenten verhindert die unerwünschte Erregung des Servolenkwiderstandssteuersystems 110.
Die Signalkonditioniervorrichtung 206 ist mit dem Filter 204 verbunden, um das gefilterte Signal aufzunehmen. Der Signalkonditionierer 206 verarbeitet das Signal, einschließlich Verstärkung und Formung, je nach Notwendigkeit, um ein Signal zu liefern, welches zur Steuerung der seitlichen beschleunigungsempfindlichen Einheit 36 verwendbar ist.
Die Ausgangssteuervorrichtung 208 ist mit dem Signalkonditionierer 206 und dem Linearbetätiger 136 (Fig. 1) verbunden. Die Ausgangssteuervorrichtung 208 steuert die Bewegung des Linearbetätigers 196 ansprechend auf das Signal vom Signalkonditionierer 206. Bei einer relativ niedrigen seitlichen Fahrzeugbeschleunigung ist die Linearbetätigerausgangswelle 194 vollständig ausgefahren, so daß der Kolben 192 die Ventilfeder 190 mit einem maximalen Ausmaß zusammendrückt. Daher gibt es bei der relativ niedrigen seitlichen Fahrzeugbeschleunigung ein relativ hohen Strömungsmitteldruck in dem Teil der Rückleitung 34 stromaufwärts gegenüber der auf Geschwindigkeit ansprechenden Steuereinheit 36 und in der Druckkammer 138 (Fig. 2). Dieser relativ hohe Strömungsmitteldruck wird von den unteren Enden (Fig. 2) zu den Ventilgliedern 40 und 42 durch den Ventilschaftdurchlaß 36 (Fig. 7) und den sich radial erstreckenden Durchlaß 176 (Fig. 3-6) zu der Druckkammer 138 übertragen. Auf diese Weise wird beim Drehen des Ventilschafts 50 und des Innenventilglieds 40 (Fig. 2) relativ zum Außenventilglied 42 ein verminderter Widerstand erfahren.
Bei einer relativ hohen seitlichen Fahrzeugbeschleunigung wird die Ausgangswelle 194 (Fig. 1) des Linearbetätigers 196 zurückgezogen. Der Kolben 192 wird zurückgezogen und die Feder 190 wird entlastet. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Feder 190 eine relativ kleine Vorspannkraft an das Ventilelement 186 an. Dies hat ein relativ geringen Strömungsmitteldruck in dem Teil der Rückflußleitung 34 stromaufwärts gegenüber dem auf Geschwindigkeit ansprechenden Steuerventil 36 und in der Druckkammer 138 (Fig. 2) zur Folge. Da der Druck in der Kammer 138 relativ niedrig ist während der relativ hohen seitlichen Fahrzeugbeschleunigung, gibt es eine relativ kleine Strömungsmitteldruckkraft entgegen der Kraft der Feder 130. Daher trifft man beim Verdrehen des Ventilschaftes 50 und des Innenventilglieds 40 (Fig. 2) relativ zum Außenventilglied 42 auf einen beträchtlichen Widerstand. Bei Drehungen des Lenkrads 18 und des Ventilschafts 50 üben die Nockenelemente 126 eine Kraft auf das Kraftübertragungsglied 116 aus. Diese Kraft wird der Strömungsmitteldruckkraft in der Kammer 138 hinzugefügt, um das Kraftübertragungsglied 116 aus der Anfangsposition der Fig. 1 herauszubewegen. Wenn dies auftritt, so wird die Feder 130 entgegen dem Kragen 102 (Fig. 7) zusammengedrückt, der gegenüber Axialbewegung relativ zum Ventilschaft 50 durch einen Haltering 204 gehalten ist.
Das betätigte Servolenksteuerventil 22 liefert Strömungsmittel von der Pumpe 24 an den Servolenkmotor 31, um die Zahnstange 66 und die lenkbaren Fahrzeugräder 14 und 16 (Fig. 1) zu bewegen. Wenn die Fahrzeugräder 14 und 16 gedreht werden, so verdreht die Zahnstange 66 (Fig. 2) das Ritzel 64. Dieses wiederum verdreht das Außenventilglied 42. Wenn die Fahrzeugräder 14 und 16 in einem Ausmaß verdreht wurden, welches dem Ausmaß der Drehung des Lenkrads 18 und des Ventilschafts 50 entspricht, so wird dann das Außenventilglied 42 in seine anfängliche neutrale Position relativ zum Innenventilglied 40 zurückverdreht, um den Betrieb des Servolenkmotors 41 zu beenden. Zu diesem Zeitpunkt wird das Außenventilglied 42 auch in seiner Anfangsposition (Fig. 3) relativ zum Kraftübertragungsglied 116 sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die seitliche Fahrzeugbeschleunigung aus der Geschwindigkeit (velocity) des Fahrzeugs und dem Fahrzeugwenderadius R berechnet werden, die beide Betriebscharakteristika des Fahrzeugs sind. Die Geschwindigkeit V kann durch einen Sensor am Getriebe des Fahrzeugs bestimmt werden, der ein die Fahrzeuggeschwindigkeit V angebendes Signal erzeugt. Der Fahrzeugwenderadius R kann durch einen Sensor an der Fahrzeuglenksteuerung bestimmt werden, wobei dieser dann ein Signal erzeugt, welches eine Anzeige für den Lenkwinkel X der lenkbaren Fahrzeugräder liefert. Der Lenkwinkel X der lenkbaren Fahrzeugräder des Fahrzeugs steht in Funktionsbeziehung mit dem Fahrzeugwenderadius R gemäß folgendem:
X = L/R + KA
wobei L die Fahrzeugbasislänge ist, K eine Skalierkonstante ist und A die seitliche Fahrzeugbeschleunigung ist.
Die seitliche Fahrzeugbeschleunigung A ist:
A = V²/R
Der Lenkwinkel X ist:
X = L/V² A + KA
Somit ist die seitliche Fahrzeugbeschleunigung A:
A = X/(L/V² + K)
Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel können die Signale, die eine Anzeige für den Lenkwinkel X und Fahrzeuggeschwindigkeit V bilden, gefiltert und konditioniert werden. Berechnungsmittel berechnen die seitliche Fahrzeugbeschleunigung unter Verwendung der Signale, die eine Anzeige bilden für den Lenkwinkel X und die Fahrzeuggeschwindigkeit V, und es wird ein Signal geliefert, welches eine Anzeige bildet für die seitliche Fahrzeugbeschleunigung. Ausgabemittel liefern das die seitliche Fahrzeugbeschleunigung angebende Signal an die seitliche Beschleunigungssteuereinheit 36. Die seitliche Beschleunigungssteuereinheit 36 arbeitet in der Art und Weise, wie dies für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Aus Obigem ergibt sich, daß das Servolenkwiderstandssteuersystem 110 derart konstruiert ist, daß es zusammen mit bekannten Servorsteuerventilstrukturen verwendet werden kann, und zwar mit einem Minimum an Modifikationen und ohne die Betätigung eines Servolenksystems zu beeinträchtigen. Zudem stört das Servolenkwiderstandssteuersystem 110 nicht die Lieferung von Strömungsmittel von der Pumpe 24 an den Servolenkmotor 32. Dies ermöglicht es, daß die Servolenksteuersysteme 12 schnell betätigt werden können und das Fahrzeug schnell manövrieren.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung kann der Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen entnehmen, wobei die Erfindung nur durch die Ansprüche als beschränkt angesehen werden soll.

Claims

1. Eine Vorrichtung, die folgendes aufweist:

einen Fahrzeugservolenkmotor (31),

erste und zweite Ventilglieder (40, 42), die relativ zu einander beweglich sind, um ein Strömungsmittel bzw. ein Fluid zu dem Fahrzeugservolenkmotor zu schleusen,

Mittel (114) zum Abfühlen einer Fahrzeugbetriebscharakteristik und zum Vorsehen eines Ausgabesignals für die Fahrzeugbetriebscharakteristik,

Kraftübertragungsmittel (116, 120, 130) zum Widerstehen einer relativen Bewegung zwischen den ersten und zweiten Ventilgliedern (40, 42), und zwar mit einer Kraft, die als eine Funktion des Ausgabesignals, das anzeigend ist für die Fahrzeugbetriebscharakteristik, variiert, wobei die Kraftübertragungsmittel folgendes aufweisen:

ein Kraftübertragungsglied (116), das mit dem ersten Ventilglied verbunden ist und das auf das zweite Ventilglied (42) zu und davon weg beweglich ist;

Mittel zum Erhöhen des Widerstandes gegenüber einer relativen Bewegung zwischen den ersten und zweiten Ventilgliedern (40, 42), wenn sich das Kraftübertragungsglied (116) auf das zweite Ventilglied (42) zu bewegt;

Mittel (120) zum Anlegen einer Kraft auf das Kraftübertragungsglied, welche das Kraftübertragungsglied (116) weg von dem zweiten Ventilglied (42) drängt, um den Widerstand zu einer relativen Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Ventilglied (40, 42) reduzieren,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Mittel zum Abfühlen einer Fahrzeugbetriebscharakteristik die laterale Fahrzeugbeschleunigung abfühlen und ein Ausgabesignal für die laterale Fahrzeugbeschleunigung vorsehen,

die Kraftübertragungsmittel Mittel zum Senken der Kraft umfassen, wenn die laterale Fahrzeugbeschleunigung sich erhöht, um den Widerstand gegen eine relative Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Ventilglied (40, 42) zu erhöhen; und

die Kraftübertragungsmittel (116, 120, 130) einer relativen Bewegung zwischen den ersten und zweiten Ventilgliedern (40, 42) mit einer Kraft widerstehen, die als eine Funktion des Ausgabesignal, das anzeigend ist für die laterale Fahrzeugbeschleunigung, variiert.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die laterale Fahrzeugbeschleunigung während eines Lenkmanövers erzeugt wird und einen Betrag von ungefähr A hat, der gleich

V²/R

ist, wobei V = Fahrzeuggeschwindigkeit und R = Radius der Fahrzeugdrehung ist.

3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin erste Leitungsmittel (26) aufweist zum Leiten von Fluid von einer Fluidquelle zu den ersten und zweiten Ventilgliedern, wobei die Leitungsmittel (28, 30) Fluid zwischen den ersten und zweiten Ventilgliedern und dem Fahrzeugservolenkmotor leiten, und weiter dritte Leitungsmittel (154, 34) zum Leiten von Fluid von den ersten und zweiten Ventilgliedern zu einem Reservoir bzw. Speicher, wobei die Mittel zum Senken der Kraft bei einer Erhöhung in der lateralen Fahrzeugbeschleunigung Mittel (110) umfassen zum Senken des Fluiddrucks in zumindest einem Teil der dritten Leitungsmittel, wenn sich die Fahrzeugbeschleunigung erhöht.

4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Ventilglieder relativ zueinander um eine gemeinsame zentrale Achse (46) drehbar sind, wobei das Kraft übertragende Glied (116) entlang der zentralen Achse (46) der ersten und zweiten Ventilglieder beweglich ist, um den Widerstand zu einer relativen Bewegung zwischen den ersten und zweiten Ventilgliedern zu variieren.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Kraftübertragungsglied (116) Oberflächenmittel zum definieren einer Öffnung beinhaltet, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Welle aufweist, die sich durch die Öffnung in dem Kraftübertragungsglied erstreckt, wobei die Welle (50) mit dem ersten Ventilglied (40) verbunden ist, wobei das Kraftübertragungsglied (116) entlang der Welle in Richtungen auf das zweite Ventilglied (42) zu und weg davon beweglich ist.