WO2006029819A1 - Servolenkung mit hydraulisch gesteuerter rückwirkungsanordnung - Google Patents

Abstract

Eine hydraulische Servolenkung mit einer hydraulischen Ser­voventilanordnung und mit einer Rückwirkungsanordnung (14), insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der die Rückwirkungs­anordnung (14) Mittel zur hydraulischen Erzeugung eines Rück­stellmomentes in eine Mittelstellung aufweist, die das Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwi­schen einer Druckseite (30) und einer Niederdruckseite (31) erzeugt, wobei weiter wenigstens ein steuerbares Ventilmittel (29) zur Steuerung oder Regelung der Druckdifferenz vorgesehen ist, weist als Ventilmittel (27) ein gesteuertes Druckminderventil auf.

Description

Servolenkung mit hydraulisch gesteuerter Rückwirkungsanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Servolenkungen mit hydraulisch angesteuerten Rückwirkungsan¬ ordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispiels¬ weise aus der DE 196 16 439 Cl. In dieser Druckschrift wird eine Servolenkung beschrieben, bei der eine Drehschieberanord- nung mit einer Steuerbuchse versehen ist, die Radialbohrungen für kugelförmige Rückwirkungskörper aufweist. Die Rückwir¬ kungskörper werden in radial nach außen offene, im Querschnitt V-förmige Nuten gedrängt. Bei Anlage an beiden Nutenflanken befindet sich das Drehschieberventil in der Mittelstellung. Bei Auslenkung des Drehschiebers gegenüber der Steuerbuchse wirkt der jeweilige Rückwirkungskörper nur auf eine der beiden Nutenflanken und erzeugt durch die von dem anliegenden Hydrau¬ likdruck aufgebrachte Kraft ein Drehmoment, das bestrebt ist, den Drehschieber in die Mittelstellung gegenüber der Steuer¬ buchse zurückzustellen.

Der Hydraulikdruck, mit dem die Rückwirkungskörper beauf¬ schlagt werden, wird in der Praxis mit Servodrosselventilen gesteuert, die den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit durch die Rückwirkungsanordnung durch Querschnittsveränderung im Servodrosselventil verändern. Ein größerer Öffnungsquerschnitt des Servodrosselventils bewirkt dabei einen größeren Durch¬ fluss der Hydraulikflüssigkeit und damit einen größeren Druck- abfall an der Anordnung von Rückwirkungskörpern, die ihrer¬ seits selbst einen geringen freien Querschnitt aufweisen, die aber auch mit einer parallel angeordneten Bypassbohrung verse¬ hen sind.

Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Servolenkung ist mit einer Rückwirkungsanordnung versehen, bei der die

Rückwirkungskörper in Axialrichtung gegen ebenfalls in Axial¬ richtung offene V-förmige Nuten gedrängt werden.

Bei beiden Ausführungsformen ist die Größe des Rückstellmo¬ ments sowohl von dem angesteuerten Öffnungsquerschnitt des Servodrosselventils als auch von dem nicht veränderbaren Quer¬ schnitt der Rückwirkungskörper und der parallelen Drosselboh¬ rung abhängig. Für eine Einhaltung bestimmter Kennlinien mit enger Toleranz ist deshalb der Anspruch an eine besonders hohe Fertigungsgenauigkeit der Rückwirkungskörper, der Bohrungen für die Rückwirkungskörper sowie der Drosselbohrung sehr hoch. Dies führt zu hohen Fertigungskosten. Außerdem wird das Rück¬ stellmoment von der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit beein- flusst, die temperaturabhängig ist.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servo- lenkung mit einer hydraulischen Rückwirkungsanordnung derart zu verbessern, dass der Spielraum bei den Fertigungstoleranzen größer wird und dass auch die Abhängigkeit von der Viskosität des Hydraulikfluids verringert wird. Diese Aufgabe wird von einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weil das wenigstens eine Ventilmittel ein gesteuertes Druck¬ minderventil ist, wird der an der Außenseite der Rückwirkungs- körper anliegende Druck im wesentlichen unabhängig von dem freien hydraulischen Querschnitt der Rückwirkungsanordnung.

Vorzugsweise wird ein Drehschieberventil mit offener Mitte eingesetzt. Auch ein Drehschieberventil mit geschlossener Mit¬ te kann vorgesehen sein.

Es kann weiter vorgesehen sein, dass das Ventilmittel ein hy¬ draulisch oder vorzugsweise elektrisch vorgesteuertes Druckre¬ gelventil ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er¬ findung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: einen Querschnitt durch eine Servoventi- lanordnung in Längsrichtung;

Figur 2: das Servoventil aus Figur 1 in einem Quer¬ schnitt entlang der Linie II-II; sowie

Figur 3: einen hydraulischen Schaltplan für eine er- findungsgemäße Servolenkung.

In der Figur 1 ist eine Servoventilanordnung für eine erfin¬ dungsgemäße Servolenkung in einem Querschnitt entlang der Längsachse dargestellt. Ein Drehschieber 1 wird koaxial von einer Steuerbuchse 2 umfasst, die innerhalb eines angedeuteten Ventilgehäuses 3 drehbar gelagert ist. Der Drehschieber 1 und die Steuerbuchse 2 lassen sich entgegen der Federkraft eines Drehstabes 4 begrenzt relativ zueinander verdrehen, wobei mit¬ einander zusammenwirkende, am Drehschieber 1 bzw. der Steuer¬ buchse 2 angeordnete axiale Steuerkanten 5 relativ zueinander verstellt werden. Dies bewirkt, dass in an sich bekannter Wei¬ se zwischen zwei Anschlüssen eines Hydraulikstellantriebs eine Druckdifferenz entsteht, die die unterstützende Hilfslenkkraft einer Servolenkung darstellt. Der Hydraulikstrom wird dabei von einer Pumpe 6 aus einem Reservoir 8 entnommen und über ei¬ ne Druckleitung 7 der Lenkung zugeleitet. Druckloses Hydrau- likfluid gelangt über eine Rückleitung 9 zurück in das Reser¬ voir 8.

Der Drehschieber 1 weist in der Figur 1 einen mit im Quer¬ schnitt v-förmigen Nuten 10 versehenen Wellenabschnitt 11 auf, der von einem zweiten Buchsenabschnitt 12 umgeben ist. Der Buchsenabschnitt 12 weist insgesamt sechs rotationssymmetrisch um den Drehschieber 1 angeordnete Durchgangsbohrungen 13 auf, in denen jeweils ein kugelförmiger Rückwirkungskörper 14 ange¬ ordnet ist.

Figur 2 zeigt das Servoventil aus Figur 1 in einem Querschnitt entlang der Linie II-II. Das Servoventil befindet sich in sei¬ ner Mittelstellung, in der die Rückwirkungskörper 14 mittig in den V-förmigen Nuten 10 liegen. Ein radial von auf die Rück¬ wirkungskörper 14 wirkender Druck drängt diese gegen die Nu¬ tenwandungen und bewirkt in an sich bekannter Weise ein druck- abhängiges Rückstellmoment, wenn das Drehschieberventil aus der dargestellten Mittellage ausgelenkt wird.

In der Figur 3 ist ein hydraulischer Schaltplan für die erfin¬ dungsgemäße Servolenkung dargestellt. Die Hydraulikpumpe 6 fördert Hydraulikfluid aus im Reservoir 8 in die Druckleitung 7 und leitet es dem Drehschieberventil 1 mit offener Mitte zu. Ein Lenkrad 21 ist mit dem Drehschieberventil 1 verbunden. Zwei Druckleitungen 22 und 23 führen einem hydraulischen Ser¬ voantrieb 24 das Hydraulikfluid zur Erzeugung der Servounter- stützung zu. Eine Rückleitung 25 führt im wesentlichen druck- loses Hydraulikfluid zurück in das Reservoir 8. Insoweit ist das Drehschieberventil von der üblichen Bauart. Eine weitere Leitung 26 führt das unter Druck stehende Hydraulikfluid einem elektrisch vorgesteuerten Druckminderventil 27 zu. Das Druck¬ minderventil 27 wird von einer elektronischen Steuerung 28 über eine Steuerleitung 29 angesteuert. Auf der Niederdruck¬ seite des Hydraulikventils 27 ist eine Verbindung 30 zu den in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Rückwirkungskörpern 14 vorgesehen. Diese Leitung 30 ist in den Fluren 1 und 2 mit den Durchgangsbohrungen 13 verbunden und kommuniziert mit der radialen Außenseite der Rückwirkungsanordnung. Die den V- förmigen Nuten 10 zugewandte radiale Innenseite der Rückwir¬ kungskörper 14 ist wiederum über eine Rückleitung 31 mit dem Reservoir verbunden, in das druckloses Fluid geleitet wird.

Schließlich ist von dem Druckminderventil 27 noch eine im Be¬ trieb drucklose Leitung 32 vorgesehen, die das hier anfallende drucklose Fluid ebenfalls in das Reservoir 8 leitet.

Im Betrieb wird zunächst über die Hydraulikpumpe 6 und die Druckleitung 7 ein Hydraulikstrom zur Verfügung gestellt, der über die offene Mitte des Drehschieberventils 1 und die Rück¬ leitung 25 zurück in das Reservoir 8 läuft. In der Drucklei¬ tung 26 herrscht nur ein geringer Druck, der über den Strö¬ mungswiderstand des offenen Drehschiebers 1 entsteht. Wird die Lenkung anhand des Lenkrades 21 aus der Mittelstellung ver- dreht, so entsteht eine Druckdifferenz zwischen den Leitungen 23 und 22, die den Servomotor 24 einseitig mit Druck beauf¬ schlagt und zu einer Servounterstützung der Lenkung führt. In dem Drehschieber 21 wird der Strömungswiderstand entsprechend erhöht, so dass auch in der Druckleitung 26 vor dem Druckmin- derventil 27 der Druck steigt.

Je nach Fahrsituation wird eine mehr oder weniger große Rück¬ stellkraft in der Lenkung gewünscht. Diese Rückstellkraft wird von der elektronischen Steuerung 28 in Abhängigkeit verschie¬ dener Parameter (Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkwinkelge- schwindigkeit) berechnet und in geeigneter Form über die elek¬ trische Steuerleitung 29 dem Druckminderventil 27 zugeleitet. Dieses Druckminderventil regelt dann den Druck in der Leitung 30 so ein, dass der gewünschte Druck an der radialen Außensei¬ te der Rückwirkungskörper 14 ansteht. Über die Querschnitts- fläche ist damit die Anpresskraft der Rückwirkungskörper 14 an die V-förmigen Nuten 10 festgelegt. Diese Kraft bewirkt wie¬ derum über die Steigung der Nutenflanken und den Durchmesser des Drehschiebers 1 das Rückstellmoment. Das an den Rückwir- kungskörpern 14 vorbeiströmende Fluid wird über die Rücklei¬ tung 31 in das Reservoir 8 geleitet.

Bei dieser hydraulischen Beschaltung ist von besonderem Vor¬ teil, dass der elektronischen Steuerung 28 lediglich die für bestimmte Betriebszustände des Fahrzeugs und insbesondere der Lenkung nur die am Druckminderventil 27 anzulegende Steuergrö¬ ße zu speichern ist. Diese Steuergröße bewirkt dann in der Leitung 30 immer den entsprechenden Druck, der wie oben erläu¬ tert über einfacher geometrischer Zusammenhänge zu einem ge¬ wünschten Rückstellmoment führt. Dabei ist der Druck und damit auch das Rückstellmoment unabhängig von der Größe des an den Rückwirkungskörpern 14 vorbeistreichenden Leckstroms. Die Fer¬ tigung der Rückwirkungskörper und der zugehörigen Durchgangs¬ bohrungen 13 sowie der in den Figuren nicht dargestellten By- passbohrung, die parallel zu dem Leckstrom eingesetzt werden kann, ist deshalb mit einer geringeren Präzision möglich, ohne dass das Rückstellmoment von den gewünschten Werten abweicht. Das von der elektronischen Steuerung 28 abgegebene Steuersi¬ gnal führt immer zu dem gleichen Rückstellmoment in der Len¬ kung. Dies gilt auch bei sich ändernder Viskosität des Hydrau- likfluides. Eine genaue Paarung der Bohrungen 13 und der Rück¬ wirkungskörper 14 kann unterbleiben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Hydraulische Servolenkung mit einer hydraulischen Servo- ventilanordnung und mit einer Rückwirkungsanordnung (14) , insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei die Rück- Wirkungsanordnung (14) Mittel zur hydraulischen Erzeu¬ gung eines Rückstellmomentes in eine Mittelstellung auf¬ weist, die das Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen einer Druckseite (30) und einer Niederdruckseite (31) erzeugt, wobei weiter wenigstens ein steuerbares Ventilmittel (27) zur Steuerung oder Re¬ gelung der Druckdifferenz vorgesehen ist, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das wenigstens eine Ventilmittel (27) ein gesteuertes Druck¬ minderventil ist.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass das Drehschieberventil (1) ein Ventil mit offener Mitte ist.

3. Servolenkung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass das Drehschieberventil (1) ein Ventil mit geschlossener Mitte ist.

4. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ventilmittel (27) ein hydraulisch vorgesteuertes Druckregelventil ist. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ventilmittel (27) ein elektrisch vorgesteuertes Druckregelventil ist.