DE959439C

DE959439C - Pressure fluid power steering for motor vehicles

Info

Publication number: DE959439C
Application number: DET8182A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Fritz Ostwald
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1953-08-01
Filing date: 1953-08-01
Publication date: 1957-03-07

Description

Druckmittel-Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge Im Gegensatz zu mechanischen oder hydraulischen Lenkgetrieben für Kraftfahrzeuge, bei welchen, abgesehen vom Wirkungsgrad, das Kraft-oder Drehmomentverhältnis immer einem bestimmten Weg-Winkel-Verhältnis zugeordnet ist (die Kräfte verhalten sich umgekehrt wie die Wege), haben Servosteuerungen die Eigenschaft, verschiedene Kraftverhältnisse unabhängig vom Wegverhältnis zu ermöglichen. Ist z. B. zum Verdrehen der Lenkung eines Lastkraftwagens ein Drehmoment am Achsschenkel von Ioo mkg erforderlich, so ist bei Verwendung eines Lenkgetriebes mit Übersetzung 1 :25 ein Drehmoment von 4 mkg am Lenkrad nötig. Soll dieses Drehmoment auf I mkg verringert werden, so ist entweder eine Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses des Lenkgetriebes auf I : Ioo erforderlich, wobei sich der für einen bestimmten Lenkwinkel erforderliche Lenkradausschlag vervierfachen würde, oder aber eine Servosteuerung, bei welcher das vorherige Übersetzungsverhältnis bleiben oder sogar noch verringert werden kann, um kleine Lenkradausschläge zu erhalten. In beiden Fällen kann das Winkel- bzw. Wegverhältnis zwischen Achsschenkel und Lenkrad erhalten bleiben und unabhängig von den auftretenden Kräften konstant sein. Grundsätzlich anders verhält es sich mit dem Kraft- oder Drehmomentverhältnis. Ein entlasteter Steuerschieberin verschiedenen hydraulischen oder pneumatischen Betriebsformen bekannt, ergibt z. B. ein unendlich großes Kraftverstärkungsverhältnis, wenn man von den geringfügigen Reibungskräften absieht, die seiner Verschiebung entgegenwirken. Verwendet man einen solchen Steuerschieber ohne weitere Hilfsmittel als Steuerorgan für eine Hilfskraftlenkung, so bleibt das Winkelverhältnis erhalten, das Kraftübersetzungsverhältnis wird aber unendlich groß. Es genügen also winzige, nur durch Reibung bedingte Kräfte am Steuerrad, um beliebig große, nur durch den Höchstdruck der Servoanlage begrenzte Hilfskräfte frei zu machen.Pressure fluid power steering for motor vehicles In contrast to mechanical or hydraulic steering gears for motor vehicles, in which, apart from Efficiency, the force or torque ratio always has a certain distance-angle ratio is assigned (the forces behave in reverse as the paths), have servo controls the property of different force ratios regardless of the distance enable. Is z. B. to twist the steering of a truck a torque on the steering knuckle of Ioo mkg required, so is when using a steering gear with a ratio of 1:25, a torque of 4 mkg is required on the steering wheel. Should this torque are reduced to I mkg, either an increase in the transmission ratio of the steering gear on I: Ioo required, whereby the for a certain Steering angle would quadruple the required steering wheel deflection, or a servo control, at which the previous gear ratio remains or is even reduced can be used to obtain small steering wheel deflections. In both cases it can Angular or distance ratio between steering knuckle and steering wheel are retained and be constant regardless of the forces involved. Basically the situation is different with the force or torque ratio. A relieved Control slide known in various hydraulic or pneumatic operating modes, z. B. an infinitely large power amplification ratio, if one of the apart from slight frictional forces that counteract its displacement. Used you can use such a control slide without any further tools as a control element for a Power steering, the angle ratio is retained, the power transmission ratio but becomes infinitely large. Tiny forces caused only by friction are sufficient at the steering wheel to any size, limited only by the maximum pressure of the servo system To make auxiliary workers free.

Es hat sich gezeigt, daß solche Anordnungen für den Fahrbetrieb schneller Fahrzeuge ungeeignet sind. Bei einer Hilfskraftlenkung muß, wie bei jeder normalen direkten Lenkung, sowohl ein bestimmtes Weg-Winkel-als auch Kraft-Drehmoment-Verhältnis zwischen Lenkrad und Achsschenkel bestehen, wenn das Gefühl des Fahrers für den Bodenschluß der Räder und damit die Fahrsicherheit erhalten bleiben sollen.It has been shown that such arrangements for driving faster Vehicles are unsuitable. With a power steering system, as with any normal one direct steering, both a certain distance-angle and force-torque ratio exist between the steering wheel and the steering knuckle if the driver feels for the Ground contact of the wheels and thus driving safety should be maintained.

Ein bekanntes, diesem Zweck dienendes Mittel besteht darin, den Steuerschieber in der neutralen Mittelstellung durch Nullstellungsfedern zu halten. Sind diese Federn vorgespannt, so spricht die Kraftverstärkung erst oberhalb einer bestimmten Mindestkraft, nämlich der Vorspannung an. Bis zu diesem Punkt ist das Verstärkungsverhältnis gleich Null. Mit steigender Handkraft oder Verschiebungskraft auf den Steuerschieber steigt die Verstärkung progressiv an, so daß leicht ein »Übersteuern« eintritt.A known means for this purpose is the control slide to be held in the neutral center position by means of zero position springs. Are these When springs are pre-tensioned, the force amplification only speaks above a certain value Minimum force, namely the preload. Up to this point is the booster ratio equals zero. With increasing manual force or shifting force on the control spool the gain increases progressively, so that "oversteering" easily occurs.

Werden nicht vorgespannte Nullstellungsfedern verwendet, so lassen sich je nach ihrer Dimensionierung verschiedene Variationen der Verstärkung erzielen, jedoch kein konstantes Verhältnis zwischen Lenkraddrehmoment und Achsschenkeldrehmoment, wie es sich bei mechanischen Lenkgetrieben automatisch ergibt. Selbst wenn die Nullstellungsfedercharakteristik des Steuerschiebers so abgestimmt wird, daß in bestimmten Drehmomentbereichen Proportionalität besteht, ist die Konstanz dieses Verhältnisses fragwürdig, solange eine Konstanz der Druckmitteltemperatur nichtgewährleistet ist, die wegen ihres Einflusses auf die Viskosität auch die Durchfluß- bzw. Druckcharakteristik des Steuerschiebers beeinflußt.If non-preloaded zero setting springs are used, leave them alone different amplification variations can be achieved depending on their dimensions, but no constant ratio between steering wheel torque and steering knuckle torque, as it happens automatically with mechanical steering gears. Even if the zero spring characteristic of the control slide is adjusted so that proportionality in certain torque ranges exists, the constancy of this relationship is questionable as long as there is constancy the pressure medium temperature is not guaranteed because of its influence on the viscosity also the flow and pressure characteristics of the control slide influenced.

Um dieses Verhältnis zu erreichen, ist es weiter bekannt, das Steuerorgan (Steuerschieber) stirnseitig mit demselben Druck zu beaufschlagen, der durch die Verstellung des Steuerorgans im Servozylinder entsteht. Das Kraftverstärkungsverhältnis entspricht dann dem Flächenverhältnis zwischen Servokolben und Stirnfläche des Steuerorgans, ist also konstant.In order to achieve this ratio, it is further known, the control organ (Control spool) to apply the same pressure on the front side as that caused by the Adjustment of the control element in the servo cylinder occurs. The power amplification ratio then corresponds to the area ratio between the servo piston and the face of the control element, is therefore constant.

Bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden Druckmittel-Hilfskraftlenkung wird dieselbe Wirkung mittels einer besonderen Hebelanordnung erzielt, die außer ihrer einfachen Bauweise den Vorteil hat, daß nicht gewünschte und je nach Stellung und Belastung der Lenkung veränderliche Rückwirkungen der Servokräfte auf die Verstellung des Steuerorgans in axialer oder radialer Richtung, z. B. durch Kraftkomponenten der Lenkschubstange, vermieden werden.In the hydraulic power steering system forming the subject of the invention the same effect is achieved by means of a special lever arrangement that except its simple design has the advantage that it is not desired and depending on the position and load on the steering, variable reactions of the servo forces on the adjustment of the control member in the axial or radial direction, for. B. by force components the steering push rod, can be avoided.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung bei einer Druckmittel-Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit zwei miteinander verbundenen Hebeln, von denen der eine zweiarmig und um eine feststehende Drehachse, welche die abtreibende Welle des Lenkgetriebes sein kann, schwenkbar ist und zur Übertragung der Lenkbewegung auf den Steuerschieber des Arbeitszylinders dient, während der zweite Hebel mit der Lenkschubstange und dem Kolben des Arbeitszylinders in Verbindung steht, die Anordnung so getroffen, daß dieser zweite Hebel an einem Arm des ersten Hebels fliegend gelagert ist, und zwar derart, daß sich die Drehachse des zweiarmigen Hebels zwischen dem Gelenk und den Anlenkstellen von der Lenkschubstange, dem Kolben des Arbeitszylinders und dem Steuerschieber befindet.For this purpose, according to the invention, in a hydraulic power steering system for motor vehicles with two interconnected levers, one of which has two arms and around a fixed axis of rotation, which is the output shaft of the steering gear can be, is pivotable and for transmitting the steering movement to the control slide of the working cylinder is used, while the second lever with the steering push rod and the piston of the working cylinder is in connection, the arrangement made so, that this second lever is overhung on an arm of the first lever, and in such a way that the axis of rotation of the two-armed lever between the joint and the articulation points of the steering push rod, the piston of the working cylinder and the Control spool is located.

Es ist also wesentlich, daß der am zweiarmigen Hebel angelenkte Hebel eine solche Lage zur Drehachse hat, daß an ihm entgegengesetzt zur Lenkwirkung ein rückdrehendes Drehmoment entsteht. Auf diese Weise wird ein durch die den jeweiligen Verhältnissen anpaßbaren Hebellängen bestimmbarer Teilbetrag der auf die Lenkschubstange wirkenden Gesamtlenkkraft als Drehwiderstand in das Lenkrad zurückgegeben, so daß der Fahrer jederzeit im Gefühl hat, wie groß seine auf die Lenkschenkel der Vorderachse ausgeübte Lenkkraft ist.It is therefore essential that the lever articulated on the two-armed lever has such a position to the axis of rotation that on him opposite to the steering effect Reverse torque arises. In this way one becomes through the the respective Ratios adjustable lever lengths determinable portion of the on the steering push rod acting total steering force returned as rotational resistance in the steering wheel, so that the driver always has a feeling of how big his is on the steering arm of the front axle steering force exerted.

Aufbau und Wirkungsweise dieser Hebelanordnung ergeben sich aus der Zeichnung, in der in den Abb. I und 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.The structure and mode of operation of this lever arrangement result from Drawing in which in Figs. I and 2, an embodiment of the invention is shown is.

Am Fahrzeugrahmen I ist das Lenkgetriebe 2 befestigt, auf dessen Welle 3 ein doppelarmiger Hebel 4 sitzt. Am oberen Arm des Hebels 4 ist bei 21 ein Hebel s fliegend angelenkt, der über einen Bolzen 6 mit dem Steuerschiebergehäuse 7 der Hilfskraftlenkung und über das Kugelgelenk 8 mit der Schubstange 9 der direkten Lenkung verbunden ist. Die Hilfskraftlenkung besteht außer dein Gehäuse 7 aus der Kolbenstange io mit Kolben ii im Zylinder 12, der mit dem Gelenk 13 am Fahrzeugrahmen i drehbar gelagert ist. Der untere Arm des doppelarmigen Hebels q. umfaßt den Bolzen 6 mit einem gewissen, zur Aussteuerung der Servoanlage notwendigen aus Abb. 2 ersichtlichen radialen Spiel und ist selbst durch einen Bolzen 14 gelenkig mit dem Steuerschieber 15 verbunden. Durch axiale Verschiebung des Steuerschiebers 15 wird das durch den Rohranschluß 16 zu- und den Anschluß 17 abfließende Druckmittel über die im Inneren der Kolbenstange io verlaufenden Verbindungsleitungen i8 und i9 auf die eine oder andere Kolbenseite geleitet. Eine Verschiebung des Steuerschiebers nach links bewirkt einen Druckaufbau rechts des Kolbens i i, eine Verschiebung nach rechts einen Druckaufbau links vom Kolben, so daß Kolben ii, Kolbenstange io, Steuerschiebergehäuse 7, der über den Bolzen 6 mit dem Gehäuse 7 verbundene Hebel 5 und damit auch die Schubstange 9 unter der Wirkung des Druckes dem Steuerschieber in Richtung seiner jeweiligen Bewegung folgen. Wird die Welle 3 etwa mittels eines Lenkrades im Uhrzeigersinn gedreht, so nimmt das untere Ende des Hebels 4 innerhalb des vorher erwähnten Spieles über den Teil 14 den Steuerschieber 15 nach links mit, wodurch sich ein Druck im Arbeitszylinder rechts vom Kolben II aufbaut und das Gehäuse 7 ebenfalls nach links verschiebt. Wegen des Widerstandes der auf der Fahrbahn laufenden gelenkten Fahrzeugräder 2o entsteht in der Schubstange 9 eine Zugkraft. Der Hebel 5 hat dann das Bestreben, sich um die Gelenke 8 und 6 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn zu verdrehen. Da er aber am oberen Arm des Hebels 4 gelenkig verbunden ist, erzeugt er an diesem Hebel ein ebenfalls entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment. Es entsteht also ein entgegengesetzt zur ursprünglichen Drehrichtung wirkendes Moment auf den Hebel 4 und damit auf die Welle 3. Durch geeignete Längenbemessung der Hebelarme läßt sich erreichen, daß jedes gewünschte Verstärkungsverhältnis entsteht. Da die Länge der Hebelarme in jedem Falle konstant ist, bleibt auch das Verstärkungsverhältnis konstant.The steering gear 2 is attached to the vehicle frame I, and a double-armed lever 4 is seated on its shaft 3. On the upper arm of the lever 4, a lever s is cantilevered at 21, which is connected via a bolt 6 to the valve spool housing 7 of the power steering system and via the ball joint 8 to the push rod 9 of the direct steering system. In addition to the housing 7, the power steering system consists of the piston rod io with piston ii in the cylinder 12, which is rotatably supported by the joint 13 on the vehicle frame i. The lower arm of the double-armed lever q. comprises the bolt 6 with a certain radial play necessary for controlling the servo system, which can be seen in FIG. By axially displacing the control slide 15, the pressure medium flowing through the pipe connection 16 and the connection 17 is directed to one or the other side of the piston via the connecting lines i8 and i9 running inside the piston rod. A shift of the control slide to the left causes a pressure build-up to the right of the piston ii, a shift to the right causes a pressure build-up to the left of the piston, so that piston ii, piston rod io, control slide housing 7, the lever 5 connected to the housing 7 via the bolt 6 and thus also the push rod 9 follow the control slide in the direction of its respective movement under the action of the pressure. If the shaft 3 is rotated clockwise, for example by means of a steering wheel, the lower end of the lever 4 takes the control slide 15 with it to the left within the aforementioned play via the part 14, whereby a pressure builds up in the working cylinder to the right of the piston II and the housing 7 also shifted to the left. Because of the resistance of the steered vehicle wheels 2o running on the roadway, a tensile force arises in the push rod 9. The lever 5 then tends to rotate around the joints 8 and 6 counterclockwise. But since it is articulated on the upper arm of the lever 4, it generates a torque on this lever that also acts counterclockwise. There is thus a moment acting opposite to the original direction of rotation on the lever 4 and thus on the shaft 3. By suitably dimensioning the length of the lever arms, it is possible to achieve any desired amplification ratio. Since the length of the lever arms is constant in each case, the amplification ratio also remains constant.

Die Schubstange 9 kann im Zuge der Lenkeinschläge und Federbewegungen der Vorderachse des Fahrzeuges verschiedene Stellungen einnehmen, ohne daß Kraftkomponenten im Sinne einer nicht gewünschten zusätzlichen Beeinflussung auf den Steuerschieber einzuwirken vermögen. Ein zusätzlicher Lagerbock am Rahmen mit Zwischenhebel, über den, wie in vielen anderen Fällen, die Kräfte der Hilfskraftlenkung auf die Schubstange übertragen werden, ist nicht erforderlich.The push rod 9 can in the course of the steering locks and spring movements the front axle of the vehicle assume different positions without any force components in the sense of an undesired additional influence on the control slide able to act. An additional bearing block on the frame with intermediate lever, about the, as in many other cases, the forces of the power steering on the push rod is not required.

Claims

PATENT CLAIM: Pressure fluid power steering for motor vehicles, with two interconnected levers, one of which is two-armed and pivotable about a fixed axis of rotation, which can be the output shaft of the steering gear, and serves to transmit the steering movement to the control slide of the working cylinder, while the second lever is connected to the steering push rod and the piston of the working cylinder, characterized in that the second lever (5) is cantilevered on an arm of the first lever (4) by means of a joint (2I) such that the axis of rotation is (3) of the two-armed lever (4) is located between the joint (2I) and the articulation points of the steering push rod, the piston of the working cylinder and the control slide. Considered publications: German Patent Nos. 822485, 811 545, 655 07o, 647 13o, 642 924; French Patent No. 75843; U.S. Patent No. 2,409,842; Brochure from Knorr-Bremse AG, Berlin, 1936, about a compressed air steering system.