FR2601638A1

FR2601638A1 - Hydraulic power steering especially for motor vehicles

Info

Publication number: FR2601638A1
Application number: FR8710001A
Authority: FR
Inventors: Dieter Elser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1987-07-08
Publication date: 1988-01-22
Also published as: IT1223282B; DE3720279C2; DE3720279A1; IT8721289A0

Abstract

The invention relates to hydraulic power steering in which the steering shaft is made in two parts 1, 4 between which there are mounted a rotary-slide valve 6, 7, a reaction piston 3 acting on the first part of the shaft, and an elastic element designed to be inexpensive and easy to fit. The second part of the steering shaft comprises the sleeve 7 of the rotary slide valve 6 and a hollow threaded shaft 4 provided with a fixed internal ring 43 which axially guides the reaction piston 3. The latter acts on the slide 6 of the slide valve by means of a centering device 2. The elastic element is a corrugated tube 44 fixed to the piston 3 and to the ring 43 and exerting an axial force producing, via the device 2, a return movement which is added to the hydraulic reaction. Use in motor vehicles.

Description

SERVODIRECTION HYDRAULIQUE, NOTAMMENT POUR VEHICULES AHYDRAULIC POWER SUPPLY, ESPECIALLY FOR VEHICLES WITH

MOTEURENGINE

La présente invention concerne une servodirection hydraulique, notamment pour véhicules à moteur, comportant: - une soupape ayant un tiroir rotatif dans un manchon de commande et servant d'organe de commande du fluide hydraulique, - un arbre de direction constitué de deux parties, dont la première est raccordée à un volant et porte le tiroir rotatif, et dont la seconde est formée par un arbre fileté et porte le manchon de commande, cet arbre fileté étant en prise avec un piston de travail coulissant dans un boîtier de direction, 1u - un piston de réaction logé dans un alésage de l'arbre fileté et agissant sur la première partie de l'arbre de direction et son tiroir rotatif, et - un élément élastique en torsion interposé entre la première partie de The present invention relates to a hydraulic power steering, in particular for motor vehicles, comprising: - a valve having a rotary slide in a control sleeve and serving as a control member for the hydraulic fluid, - a steering shaft made up of two parts, of which the first is connected to a handwheel and carries the rotary drawer, and the second of which is formed by a threaded shaft and carries the control sleeve, this threaded shaft being engaged with a working piston sliding in a steering box, 1u - a reaction piston housed in a bore of the threaded shaft and acting on the first part of the steering shaft and its rotary slide, and - an elastic torsional element interposed between the first part of

l'arbre de direction et l'arbre fileté. the steering shaft and the threaded shaft.

Une servodirection hydraulique de ce genre est déjà connue par le brevet allemand N 29 13 484. Cette servodirection connue comporte une barre de torsion située dans le piston de réaction et reliant élastiquement l'un à l'autre, dans des limites prédéterminées, un arbre de direction solidaire du volant et l'arbre fileté. Comme la soupape formée par le tiroir rotatif et le 20 manchon de commande est intégrée à l'arbre de direction et à l'arbre fileté, une rotation de l'arbre de direction modifie la position relative de rainures et d'arêtes de commande à l'intérieur de cette soupape. Ces rainures et ces arêtes de la soupape délivrent l'huile sous pression sur la surface frontale voulue du piston de travail, ce qui renforce le mouvement de braquage. La 25 pression de travail dans le cylindre de direction agit en même temps sur le piston de réaction, lequel s'appuie contre l'arbre de direction par l'intermédiaire d'un dispositif de centrage et exerce sur cet arbre un moment de rappel qui est opposé au sens de la rotation. De cette manière, le conducteur reçoit une force defréaction qui est perceptible dans le volant 30 et qui correspond à la force hydraulique effective dans le cylindre de direction. Afin de minimiser la force de friction en direction axiale, le piston de réaction prend appui sur l'extrémité élargie de la barre de torsion au moyen de billes logées dans des rainures. En plus de la poussée hydraulique, le piston de réaction est encore soumis à la force d'un ressort A hydraulic power steering of this kind is already known from the German patent N 29 13 484. This known power steering has a torsion bar located in the reaction piston and connecting elastically to each other, within predetermined limits, a shaft steering integral with the steering wheel and the threaded shaft. As the valve formed by the rotary slide and the control sleeve is integrated into the steering shaft and the threaded shaft, a rotation of the steering shaft changes the relative position of grooves and control edges to inside this valve. These grooves and edges of the valve deliver the oil under pressure to the desired front surface of the working piston, which reinforces the turning movement. The working pressure in the steering cylinder acts at the same time on the reaction piston, which bears against the steering shaft by means of a centering device and exerts on this shaft a moment of return which is opposite to the direction of rotation. In this way, the driver receives a reaction force which is perceptible in the steering wheel 30 and which corresponds to the effective hydraulic force in the steering cylinder. In order to minimize the friction force in the axial direction, the reaction piston is supported on the widened end of the torsion bar by means of balls housed in grooves. In addition to the hydraulic thrust, the reaction piston is still subjected to the force of a spring

- 2 - 2601638- 2 - 2601638

de centrage agissant dans la même direction. Ce ressort place la soupape à centering acting in the same direction. This spring places the valve at

tiroir rotatif exactement en position médiane. rotary drawer exactly in the middle position.

Cette servodirection connue a pour inconvénient un coût de construction 5 élevé. Outre la barre de torsion relativement coûteuse qui rappelle la soupape à tiroir rotatif, il est prévu en plus le ressort de centrage. A cela s'ajoute le guidage axial à billes du piston de réaction, qui est un dispositif This known power steering has the disadvantage of a high construction cost. In addition to the relatively expensive torsion bar which recalls the rotary slide valve, there is also provided the centering spring. To this is added the axial ball guide of the reaction piston, which is a device

coûteux et malcommode à monter.expensive and awkward to assemble.

La présente invention a donc pour but de perfectionner la servodirection précitée de l'art antérieur de manière à simplifier la construction et le coût The present invention therefore aims to improve the aforementioned power steering of the prior art so as to simplify construction and cost

des organes nécessaires pour l'effret de réaction. organs necessary for the reaction effect.

Ce but est rempli par la servodirection hydraulique selon l'invention, 15 caractérisée en ce que le piston de réaction fait partie d'une liaison entre la première et la seconde partie de l'arbre de direction, et en ce que ladite liaison comprend un tube ondulé élastique axialement et monté entre le This object is fulfilled by the hydraulic power steering according to the invention, characterized in that the reaction piston forms part of a connection between the first and the second part of the steering shaft, and in that said connection comprises a axially elastic corrugated tube mounted between the

piston de réaction et l'arbre fileté pour les relier l'un à l'autre. reaction piston and the threaded shaft to connect them to each other.

Au moyen du tube ondulé, on peut effectuer le centrage d'une façon plus variable. On peut notamment monter le tube ondulé avec ou sans précontrainte axiale. S'il est monté sans précontrainte axiale, le tube ondulé agit purement comme une barre de torsion, c'est-à-dire que sa caractéristique élastique part de zéro. Un réglage de ce genre est utilisable 25 par exemple dans les directions dont les organes de commande travaillent By means of the corrugated tube, centering can be carried out in a more variable manner. One can in particular mount the corrugated tube with or without axial prestress. If it is mounted without axial prestressing, the corrugated tube acts purely as a torsion bar, i.e. its elastic characteristic starts from zero. An adjustment of this kind can be used for example in the directions in which the control members work.

avec peu de frottement. Le montage d'un tube ondulé avec précontrainte axiale rend possible un centrage exact en position médiane de la soupape à. with little friction. The mounting of a corrugated tube with axial prestressing makes it possible to center it exactly in the middle position of the valve.

tiroir rotatif. Ceci est particulièrement avantageux s'il faut vaincre des moments de frottement plus élevés dans les organes de commande. D'autre 30 part, en jouant sur la précontrainte du tube ondulé, on peut adapter plus facilement la dureté du centrage au type de direction ou au véhicule. Le tube ondulé remplit ainsi une double fonction: il remplace à la fois une rotary drawer. This is particularly advantageous if it is necessary to overcome higher friction moments in the control members. On the other hand, by acting on the preload of the corrugated tube, it is easier to adapt the hardness of the centering to the type of steering or to the vehicle. The corrugated tube thus fulfills a double function: it replaces both a

barre de torsion et un ressort de compression. torsion bar and a compression spring.

Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, une extrémité du tube ondulé est fixée directement au piston de réaction, son autre extrémité est rattachée à une bague fixée à l'arbre fileté, et le piston de réaction est coulissant axialement dans cette bague qui guide sa surface In an advantageous embodiment of the invention, one end of the corrugated tube is fixed directly to the reaction piston, its other end is attached to a ring fixed to the threaded shaft, and the reaction piston is axially sliding in this ring which guides its surface

- 3 - 2601638- 3 - 2601638

périphérique. Cette fixation du tube est facile à réaliser, par exemple par soudage par faisceaux d'électrons, et elle assure une totale liberté de mouvement. La 5 bague épaule le piston de réaction uniquement sur sa périphérie, de sorte que celui-ci est guidé avec très peu de frottement et qu'il répond de peripheral. This fixing of the tube is easy to achieve, for example by welding with electron beams, and it ensures total freedom of movement. The ring supports the reaction piston only on its periphery, so that the latter is guided with very little friction and that it responds to

manière sensible aux variations de pression. sensitive to pressure variations.

Le dessin représente en coupe longitudinale un exemple de réalisation de 10 l'invention. The drawing shows in longitudinal section an exemplary embodiment of the invention.

Dans un mécanisme de direction du type appelé "bloc", un volant à main, non représenté, est porté par une première partie d'arbre qui sera appelé ci-dessous l'arbre de direction I. Par l'intermédiaire d'un dispositif de 15 centrage 2 en position médiane et d'un piston de réaction 3 qui sera décrit plus loin, l'arbre de direction 1 est relié à une seconde partie d'arbre qui sera désignée ci-dessous comme l'arbre fileté 4. L'arbre I comporte des rainures axiales telles que 5, 5A qui font partie d'un tiroir rotatif 6. Le tiroir rotatif 6 coopère avec un manchon de commande 7 qui comporte des 20 rainures axiales telles que 8, SA et qui est réalisé d'une pièce avec l'arbre In a steering mechanism of the type called "block", a hand wheel, not shown, is carried by a first part of the shaft which will be referred to below as the steering shaft I. By means of a device of centering 2 in the middle position and of a reaction piston 3 which will be described later, the steering shaft 1 is connected to a second part of the shaft which will be designated below as the threaded shaft 4. L shaft I has axial grooves such as 5, 5A which are part of a rotary drawer 6. The rotary drawer 6 cooperates with a control sleeve 7 which has axial grooves such as 8, SA and which is made of a room with the tree

fileté 4. Le tiroir rotatif 6 et le manchon de commande 7 constituent une soupape à tiroir rotatif qui est usuelle dans ce genre de direction assistée. threaded 4. The rotary slide 6 and the control sleeve 7 constitute a rotary slide valve which is usual in this kind of power steering.

Une goupille transversale Il engagée avec du jeu dans un alésage 10 limite le mouvement de commande entre l'arbre de direction I et l'arbre fileté 4. 25 Dans les limites de ce mouvement, la soupape à tiroir rotatif 6, 7 délivre en fonction du sens de rotation la pression hydraulique dans l'une des chambres 12 et 13 agissant sur un piston de travail 14. Le piston 14 est engagé par un circuit de billes sans fin 15 sur l'arbre fileté 4, et par une denture 16 sur un secteur denté 18 monté sur un arbre de direction 17. Des paliers axiaux 20 30 et 21 servent à encaisser les forces axiales agissant sur l'arbre fileté 4. Une A transverse pin Il engaged with play in a bore 10 limits the control movement between the steering shaft I and the threaded shaft 4. 25 Within the limits of this movement, the rotary slide valve 6, 7 delivers in function of the direction of rotation the hydraulic pressure in one of the chambers 12 and 13 acting on a working piston 14. The piston 14 is engaged by an endless ball circuit 15 on the threaded shaft 4, and by a toothing 16 on a toothed sector 18 mounted on a steering shaft 17. Axial bearings 20 30 and 21 serve to collect the axial forces acting on the threaded shaft 4. A

pompe 22, entraînée par un moteur du véhicule, peut être mise en communication avec les rainures 8 ou 8A du manchon de commande 7 par une rainure d'entrée 23 du manchon 7 et les rainures 5 du tiroir rotatif 6. pump 22, driven by a vehicle engine, can be placed in communication with the grooves 8 or 8A of the control sleeve 7 by an inlet groove 23 of the sleeve 7 and the grooves 5 of the rotary drawer 6.

Des alésages radiaux 24, ménagés dans le manchon 7, forment une 35 communication entre les rainures 8 et la chambre 12. D'autres alésages 25, disposés obliquement dans le manchon 7, créent une communication entre les rainures 8A et un canal annulaire 26. Ce canal 26 est raccordé à la chambre 13 par une fente annulaire 27 et le filetage de l'arbre 4. Un Radial bores 24, formed in the sleeve 7, form a communication between the grooves 8 and the chamber 12. Other bores 25, arranged obliquely in the sleeve 7, create a communication between the grooves 8A and an annular channel 26. This channel 26 is connected to the chamber 13 by an annular slot 27 and the thread of the shaft 4. A

- 4 - 260 1 638- 4 - 260 1,638

alésage central de retour 28 dans le tiroir rotatif 6 communique avec les rainures 5A par des alésages radiaux 30. Par d'autres alésages radiaux 31, l'alésage central 28 est raccordé à une rainure annulaire de retour 32 qui central return bore 28 in the rotary slide 6 communicates with the grooves 5A by radial bores 30. By other radial bores 31, the central bore 28 is connected to an annular return groove 32 which

est reliée à un réservoir 33.is connected to a tank 33.

En direction axiale, l'arbre de direction s'appuie sans jeu sur la goupille transversale 1 qui est retenue dans l'arbre fileté 4. Il est prévu pour cela une pièce d'extrémité 34 fixée dans l'alésage central 28 et un goujon axial 36 fixé au moyen d'une goupille transversale 35. Le dispositif de centrage 2 10 en position médiane comporte une pièce de centrage 37 à l'extrémité de l'arbre de direction 1 et une autre pièce de centrage 38 montée sur le goujon axial 36. Le piston de réaction 3 attaque la pièce de centrage 38, par exemple par des griffes non représentées, de telle manière qu'une compensation d'alignement soit possible et qu'il ne puisse pas y avoir de 15 forces transversales ou de coincement. Les deux pièces de centrage 37 et 38 In the axial direction, the steering shaft rests without play on the transverse pin 1 which is retained in the threaded shaft 4. There is provided for this an end piece 34 fixed in the central bore 28 and a stud axial 36 fixed by means of a transverse pin 35. The centering device 2 10 in the middle position comprises a centering piece 37 at the end of the steering shaft 1 and another centering piece 38 mounted on the axial stud 36. The reaction piston 3 attacks the centering piece 38, for example by claws not shown, in such a way that alignment compensation is possible and that there can be no transverse or jamming forces. . The two centering pieces 37 and 38

comportent l'une en face de l'autre des cavités 40 et 41 en forme de V ayant des surfaces obliques. On prévoit de préférence deux paires de cavités. Entre les cavités 40 et 41 sont logés des rouleaux 42 qui s'appuient contre le goujon axial 36 à leur extrémité intérieure et dans l'arbre fileté 4 20 à leur extrémité extérieure. have one in front of the other of the V-shaped cavities 40 and 41 having oblique surfaces. Preferably two pairs of cavities are provided. Between the cavities 40 and 41 are housed rollers 42 which bear against the axial stud 36 at their inner end and in the threaded shaft 4 at their outer end.

L'extrémité du piston de réaction 3, opposée au dispositif de centrage 2, coulisse axialement dans une bague 43 fixée à l'arbre fileté 4. Un tube ondulé 44 élastique en direction axiale est fixé, par exemple par soudure 25 par faisceaux d'électrons, d'un côté au piston de réaction 3 et de l'autre côté à la bague 43 fixée dans l'arbre fileté 4. Le piston de réaction 3 comporte une pièce de fermeture 45 qui forme avec le couvercle 46 du boîtier une chambre de réaction 47. Un orifice de raccordement 48 relié à la chambre 47 est raccordé à une conduite, non représentée, qui délivre la 30 pression de travail effective. Au lieu de la pression de travail, on peut aussi The end of the reaction piston 3, opposite the centering device 2, slides axially in a ring 43 fixed to the threaded shaft 4. A corrugated tube 44 resilient in axial direction is fixed, for example by welding 25 by bundles of electrons, on one side to the reaction piston 3 and on the other side to the ring 43 fixed in the threaded shaft 4. The reaction piston 3 has a closing part 45 which forms with the cover 46 of the housing a chamber Reaction 47. A connection orifice 48 connected to the chamber 47 is connected to a pipe, not shown, which delivers the effective working pressure. Instead of working pressure, we can also

délivrer dans la chambre 47 une pression qui dépend de la vitese de marche. deliver in chamber 47 a pressure which depends on the speed of operation.

On peut obtenir cette pression dépendant de la vitesse, par exemple par une pompe entraînée par l'arbre de sortie - de la transmission. La force de réaction perceptible dans le volant augmente alors avec la vitesse. 35 La force axiale produite par le tube ondulé 44 et exercée sur le piston de réaction 3 met la soupape à tiroir rotatif 6, 7 en position hydraulique This pressure can be obtained depending on the speed, for example by a pump driven by the output shaft - of the transmission. The perceptible reaction force in the steering wheel then increases with speed. 35 The axial force produced by the corrugated tube 44 and exerted on the reaction piston 3 puts the rotary slide valve 6, 7 in the hydraulic position

médiane par le dispositif de centrage 2 tant qu'on ne braque pas. center by the centering device 2 as long as one does not steer.

- 5 - 2601638- 5 - 2601638

Si le conducteur tourne l'arbre de direction 1, le tiroir rotatif 6 tourne d'un certain angle par rapport au manchon de commande 7, car l'arbre fileté 4 est tout d'abord retenu par la résistance du mécanisme de commande (piston de travail 14, secteur denté 18, arbre 17, roues directrices). Les rouleaux 42 5 se placent alors sur les surfaces obliques opposées des cavités en V 40, 41. If the conductor turns the steering shaft 1, the rotary slide 6 rotates at an angle relative to the control sleeve 7, because the threaded shaft 4 is first of all retained by the resistance of the control mechanism (piston 14, toothed sector 18, shaft 17, steering wheels). The rollers 42 5 are then placed on the opposite oblique surfaces of the V-shaped cavities 40, 41.

La force axiale qui en résulte sur le piston de réaction 3 détermine une compression du tube ondulé 44. Cette rotation relative du tiroir 6 par rapport au manchon 7 détermine un changement de position mutuelle des rainures de la soupape, dans les limites du jeu permis par l'alésage 10. Selon 10 le sens de rotation du volant, l'huile délivrée sous pression par la pompe 22 The axial force which results therefrom on the reaction piston 3 determines a compression of the corrugated tube 44. This relative rotation of the slide 6 relative to the sleeve 7 determines a change of mutual position of the grooves of the valve, within the limits of the play allowed by the bore 10. According to 10 the direction of rotation of the flywheel, the oil delivered under pressure by the pump 22

va dans les chambres 12 ou 13 et pousse le piston de travail 14 dans le sens correspondant. Le mouvement de braquage est ainsi assisté hydrauliquement. goes into the chambers 12 or 13 and pushes the working piston 14 in the corresponding direction. The steering movement is thus hydraulically assisted.

Comme la pression de travail agissant dans la chambre 12 ou 13 s'exerce 15 aussi dans la chambre de réaction 14, une poussée hydraulique supplémentaire dirigée dans le même sens que la force axiale du tube ondulé 44 s'exerce sur le piston de réaction. A travers le dispositif de centrage 2, cette poussée tend à rappeler en position neutre le tiroir rotatif 6 et l'arbre de direction 1. La force de réaction ainsi obtenue fait sentir au conducteur 20 l'intensité de la réaction de la direction. As the working pressure acting in the chamber 12 or 13 is also exerted in the reaction chamber 14, an additional hydraulic thrust directed in the same direction as the axial force of the corrugated tube 44 is exerted on the reaction piston. Through the centering device 2, this push tends to return the rotary slide 6 and the steering shaft 1 to the neutral position. The reaction force thus obtained makes the driver 20 feel the intensity of the steering reaction.

- 6 - 2601638- 6 - 2601638

Claims

1. Hydraulic power steering, especially for motor vehicles, comprising - a valve having a rotary slide in a control sleeve and serving as a control member for the hydraulic fluid, - a steering shaft consisting of two parts, the first of which is connected to a handwheel and carries the rotary drawer, and the second of which is formed by a threaded shaft and carries the control sleeve, this threaded shaft being engaged with a working piston sliding in a steering box, a reaction piston housed in a bore of the threaded shaft and acting on the first part of the steering shaft and its rotary slide, and a torsional elastic element interposed between the first part of the steering shaft and the threaded shaft, characterized in that that: - the reaction piston (3) is part of a connection between the first part (I and 6) and the second part (4 and 7) of the steering shaft, and

- Said connection comprises a corrugated tube (44) axially elastic which is mounted between the reaction piston (3) and the threaded shaft (4) to connect them one to the other.

2. Power steering according to claim 1, characterized in that - one end of the corrugated tube (44) is fixed directly to the reaction piston (3), - the other end of the corrugated tube (44) is attached to a ring (43 ) fixed to the threaded shaft (4), and - the reaction piston is axially sliding in this ring (43) which

guides its peripheral surface.