WO2007090577A1 - Hydraulische servolenkvorrichtung - Google Patents

Hydraulische servolenkvorrichtung Download PDF

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WO2007090577A1
WO2007090577A1 PCT/EP2007/000916 EP2007000916W WO2007090577A1 WO 2007090577 A1 WO2007090577 A1 WO 2007090577A1 EP 2007000916 W EP2007000916 W EP 2007000916W WO 2007090577 A1 WO2007090577 A1 WO 2007090577A1
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Sven Pirsig
Andreas Philippi
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Trw Automotive Gmbh
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/062—Details, component parts
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    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/08—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of steering valve used
    • B62D5/083—Rotary valves
    • B62D5/0835—Rotary valves characterised by means for actively influencing the deflection angle of the valve, e.g. depending on driving parameters

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic power steering apparatus for providing a steering assistance, comprising a servo valve having a rotatable input shaft and a control sleeve rotatable relative thereto, and a reaction space which can be pressurized via a supply line with a hydraulic fluid, wherein the input shaft and the control sleeve , are more or less rigidly coupled, depending on the pressure in the reaction space, and wherein the supply line has a control assembly with a solenoid valve that controls the flow in the supply line.
  • Power steering devices are well known and have been used for years in conjunction with mechanical steering systems to reduce the steering torque to be applied manually on a steering wheel.
  • An elementary component of a conventional power steering apparatus is a servo valve, which consists of a chassis-fixed steering housing with an input shaft arranged therein and a control sleeve surrounding the input shaft.
  • the input shaft relative to the control sleeve can be rotated in both directions by an angle of approximately 4 ° to 7 °. This rotational movement counteracts the torsional moment of a torsion bar, which is coupled to both the input shaft and the control sleeve.
  • the control sleeve is in turn fixedly connected to a drive pinion which is connected via e.g. a rack moves a tie rod of a vehicle.
  • the object of the present invention is thus to reduce the valve cam deadband without restricting the setting variations of the valve cam of the servo valve.
  • control assembly has a further valve which opens or closes the supply line independently of the solenoid valve.
  • the solenoid valve defines a variable first flow area in the supply line, and the reaction space is connected via the supply line and a diaphragm with a non-pressurized reservoir, wherein the diaphragm defines a second flow cross-section.
  • the further valve is a pressure relief valve. This offers the advantage that at relatively low flow pressure, for example at a
  • Supply pressure is in this case the adjustable by the rotary valve pressure in the
  • the solenoid valve is designed as a proportional valve, since thus a continuous pressure regulation in the reaction chamber is possible.
  • the further valve may be integrated in the solenoid valve, so that no additional assembly costs incurred during assembly of the power steering device.
  • the further valve the solenoid valve upstream or downstream is flexible depending on the space available.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the hydraulic according to the invention
  • FIG. 2 is a partially cutaway, perspective view of a solenoid valve with integrated pressure relief valve
  • FIG. 3 is a section through the solenoid valve with integrated pressure relief valve of Figure 2;
  • FIG. 4 shows two valve curve diagrams with a dead band according to the prior art and a reduced dead band.
  • the solenoid valve 8 is in this case a magnetically controlled, proportional 2/2-way valve.
  • a directional control valve and a seat valve can be used as a solenoid valve 8.
  • the solenoid valve 8 is preceded by a pressure limiting valve 14, the pressure limiting valve 14 being integrated into the solenoid valve 8 in the illustrated embodiment.
  • a separate embodiment of the pressure limiting valve 14 is just as possible as a downstream of the solenoid valve 8 embodiment of the pressure relief valve 14th
  • Figure 2 shows a partially cutaway, perspective view of the solenoid and pressure relief valve
  • Figure 3 is a longitudinal section through the valves to see, with corresponding parts are provided with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a hydraulic power steering device for providing a steering assistance, with a servo valve 16, which is housed in a housing 18.
  • An input shaft 20 is provided, which is connected via a torsion bar 22 to a drive pinion 24.
  • the input shaft 20 and the torsion bar 22 are at least partially surrounded by a control sleeve 26 which can rotate relative to the input shaft 20.
  • the servo valve 16 is a hydraulic reaction valve. This means that the required, manually applied steering torque depends on the driving speed.
  • a reaction piston 28 is provided in an annular space between the housing 18 and the input shaft 20, which is mounted axially movable, but rotatably connected to the input shaft.
  • a resilient rotational drive is arranged, which can engage 26 at one axial end of the control sleeve.
  • a reaction chamber 30 connects, which can be pressurized via a supply line 32 with a hydraulic fluid.
  • the hydraulic power steering device has a pump 34 which provides a predetermined pressure, a solenoid valve 8 with integrated pressure limiting valve 14 according to FIGS. 2 and 3, a cut-off valve 36 with an orifice 38, a non-pressurized reservoir 40, and a power cylinder 42 coupled to a track rod of a vehicle (not shown).
  • the supply line 32 of the reaction space 30 is branched off from a main line 44, which is under flow pressure.
  • the solenoid valve 8 regulates via a first flow cross-section 46, the flow of the supply line 32 of the reaction chamber 30, preferably in proportion to the vehicle speed.
  • the reaction space 30 is connected via a second flow cross-section 48 of the orifice 38 and the cut-off valve 36 to the return to the reservoir 40.
  • the cut-off valve 36 By the cut-off valve 36, a pressure upper limit in the reaction chamber 30 and thus a maximum steering torque is set.
  • the orifice 38 ensures a pressure build-up or a pressure reduction in the feed line 32 and thus in the reaction space 30.
  • Solenoid valve 8 is connected downstream, the pressure relief valve 14 must be adjustable to lower pressures, since already the upstream solenoid valve 8 reduces the flow pressure. At a correspondingly lower pressure, the pressure relief valve 14 blocks the supply line 32; at a pressure increase indicative, for example, a steering wheel, the pressure relief valve 14, the supply line 32 free.
  • the dead band 50 in the valve curve of the servo valve 16 is reduced by this measure in a simple manner, sometimes even eliminated (see Fig. 4, bottom diagram).

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Abstract

Eine hydraulische Servolenkvorrichtung zum Bereitstellen einer Lenkunterstützung, mit einem Servoventil (16) , das eine rotierbare Eingangswelle (20) und eine relativ dazu verdrehbare Steuerhülse (26) aufweist, und einem Reaktionsraum (30) , der über eine Zuleitung (32) mit einem Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann, wobei die Eingangswelle (20) und die Steuerhülse (26) , abhängig vom Druck im Reaktionsraum (30) , mehr oder weniger starr gekoppelt sind, und wobei die Zuleitung (32) eine Steuerungsbaugruppe mit einem Magnetventil (8) aufweist, das den Volumenstrom in der Zuleitung (32) steuert, wobei die Steuerungsbaugruppe ein weiteres Ventil (14) aufweist, das unabhängig vom Magnetventil (8) die Zuleitung (32) öffnen oder sperren kann.

Description

Hydraulische Servolenkvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkvorrichtung zum Bereitstellen einer Lenkunterstützung, mit einem Servoventil, das eine rotierbare Eingangswelle und eine relativ dazu verdrehbare Steuerhülse aufweist, und einem Reaktionsraum, der über eine Zuleitung mit einem Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann, wobei die Eingangswelle und die Steuerhülse, abhängig vom Druck im Reaktionsraum, mehr oder weniger starr gekoppelt sind, und wobei die Zuleitung eine Steuerungsbaugruppe mit einem Magnetventil aufweist, das den Volumenstrom in der Zuleitung steuert.
Servolenkvorrichtungen sind bestens bekannt und werden bereits seit Jahren in Verbindung mit mechanischen Lenkungen genutzt, um das an einem Lenkrad manuell aufzubringende Lenkmoment zu reduzieren. Elementarer Bestandteil einer herkömmlichen Servolenkvorrichtung ist dabei ein Servoventil, das aus einem fahrgestellfesten Lenkgehäuse mit einer darin angeordneten Eingangswelle und einer die Eingangswelle umgebenden Steuerhülse besteht. Beim Aufbringen eines Drehmoments über eine Lenksäule kann die Eingangswelle gegenüber der Steuerhülse in beiden Richtungen um einen Winkel von circa 4° bis 7° verdreht werden. Dieser Drehbewegung wirkt das Torsionsmoment eines Drehstabs entgegen, der sowohl mit der Eingangswelle als auch mit der Steuerhülse gekoppelt ist. Die Steuerhülse ist wiederum fest mit einem Antriebsritzel verbunden, welches über z.B. eine Zahnstange eine Spurstange eines Fahrzeugs bewegt.
In jüngerer Zeit wurden die Servolenkvorrichtungen dahingehend weiter- entwickelt, daß nun eine Abhängigkeit des aufzubringenden Lenkmoments von der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellbar ist. Damit wird erreicht, daß der Fahrer beispielsweise beim Parkieren ein geringes Lenkmoment und beim Erhöhen der
Geschwindigkeit ein zunehmendes Lenkmoment aufbringen muß. Das
Lenkgefühl wird dadurch bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit wesentlich verbessert. Um die gewünschte Abhängigkeit des Lenkmoments von der Geschwindigkeit zu erreichen, ist zwischen der Eingangswelle und der Steuerhülse eine axial bewegliche und gleichzeitig elastische Drehmitnahme angeordnet, mit welcher der Drehstab, welcher sonst allein das Lenkmoment bestimmen würde, überlagert werden kann. Die Wirkung der Drehmitnahme ist an den Druck in einem Reaktionsraum gekoppelt, der parameterabhängig gesteuert werden muß. Eine solche hydraulische Servolenkvorrichtung mit geschwindigkeitsabhängiger Steuerung wird auch als Servolenkvorrichtung mit hydraulischer Reaktion bezeichnet und ist beispielsweise in der DE 42 01 311 C1 offenbart. Die Steuerung des Volumenstroms im Reaktionsraum ist in dieser bekannten Vorrichtung relativ komplex und hinsichtlich der Montage, der Einstellung und der Wartung aufwendig.
Eine einfachere und wirtschaftlichere Steuerung des Reaktionsdrucks ist in der gattungsgemäßen EP 0 626 306 B2 offenbart, bei der zu diesem Zweck eine Steuerungsbaugruppe mit einem Magnetventil eingesetzt wird. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß entweder ein Ventilkurventotband des Servoventils auftritt, oder zur Vermeidung dieses Totbands eine erhebliche Einschränkung der Einstellvariationen der Servoventilkurve in Kauf genommen werden muß.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Reduzierung des Ventilkurventotbands, ohne daß die Einstellvariationen der Ventilkurve des Servoventils eingeschränkt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerungsbaugruppe ein weiteres Ventil aufweist, das unabhängig vom Magnetventil die Zuleitung öffnet oder sperrt. Damit kann eine einfache, in der Regel geschwindigkeitsabhängige Ansteuerung des Magnetventils beibehalten und gleichzeitig die Steuerung des Volumenstroms im Reaktionsraum parameterabhängig verfeinert werden.
In einer Ausführungsform legt das Magnetventil einen variablen ersten Strömungsquerschnitt in der Zuleitung fest, und der Reaktionsraum ist über die Zuleitung und eine Blende mit einem drucklosen Reservoir verbunden, wobei die Blende einen zweiten Strömungsquerschnitt festlegt. Damit ist eine gute, in der Regel geschwindigkeitsabhängige Steuerung der hydraulischen Servolenkvorrichtung möglich, da der Druck in der Zuleitung (und damit auch im Reaktionsraum) im wesentlichen nur vom Servoventil und vom Verhältnis der beiden Strömungsquerschnitte bestimmt wird. Außerdem läßt sich gerade in dieser Ausführungsform die Steuerung der hydraulischen Servolenkvorrichtung durch den Einsatz des weiteren Ventils mit besonders geringem Aufwand weiter verbessern.
Vorzugsweise ist das weitere Ventil ein Druckbegrenzungsventil. Dies bietet den Vorteil, daß bei relativ niedrigem Vorlaufdruck, zum Beispiel bei einer
Geradeausfahrt, ein Druckaufbau in der Reaktionskammer verhindert wird. Als
Vorlaufdruck wird hierbei der durch das Drehschieberventil einstellbare Druck im
Zufluß der Steuereinheit bezeichnet.
Besonders bevorzugt ist das Magnetventil als Proportionalventil ausgebildet, da somit eine stufenlose Druckregulierung im Reaktionsraum möglich ist.
Das weitere Ventil kann in das Magnetventil integriert sein, so daß beim Zusammenbau der Servolenkvorrichtung kein zusätzlicher Montageaufwand anfällt.
Darüber hinaus ist es möglich, das weitere Ventil dem Magnetventil vor- oder nachzuschalten. Damit ist das Ventil abhängig von den jeweiligen Platzverhältnissen flexibel einsetzbar.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen hydraulischen
Servolenkvorrichtung;
- Figur 2 eine teilweise freigeschnittene, perspektivische Ansicht eines Magnetventils mit integriertem Druckbegrenzungsventil;
- Figur 3 einen Schnitt durch das Magnetventil mit integriertem Druck- begrenzungsventil aus Figur 2; und
- Figur 4 zwei Ventilkurvendiagramme mit einem Totband gemäß dem Stand der Technik und einem reduzierten Totband.
Die Figur 2 zeigt ein Magnetventil 8 für den Einbau in eine hydraulische
Servolenkvorrichtung nach Figur 1 , mit einem elektrischen Anschluß 10 und einem Befestigungsflansch 12. Das Magnetventil 8 ist in diesem Fall ein magnetisch angesteuertes, proportionales 2/2-Wegeventil. In weiteren Ausführungsformen kann statt einem Wegeventil auch ein Sitzventil als Magnetventil 8 eingesetzt werden.
Dem Magnetventil 8 ist gemäß Figur 2 ein Druckbegrenzungsventil 14 vor- geschaltet, wobei das Druckbegrenzungsventil 14 in der dargestellten Ausführungsform in das Magnetventil 8 integriert ist. Eine separate Ausführung des Druckbegrenzungsventils 14 ist allerdings genauso möglich, wie eine dem Magnetventil 8 nachgeschaltete Ausführung des Druckbegrenzungsventils 14.
Während die Figur 2 eine teilweise freigeschnittene, perspektivische Ansicht des Magnet- und Druckbegrenzungsventils zeigt, ist in Figur 3 ein Längsschnitt durch die Ventile zu sehen, wobei sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Die Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer hydraulischen Servolenkvorrichtung zum Bereitstellen einer Lenkunterstützung, mit einem Servoventil 16, das in einem Gehäuse 18 untergebracht ist. Es ist eine Eingangswelle 20 vorgesehen, die über einen Drehstab 22 mit einem Antriebsritzel 24 verbunden ist. Die Eingangswelle 20 sowie der Drehstab 22 sind wenigstens abschnittsweise von einer Steuerhülse 26 umgeben, die sich relativ zur Eingangswelle 20 verdrehen kann.
Das Servoventil 16 ist ein Ventil mit hydraulischer Reaktion. Dies bedeutet, daß das erforderliche, manuell aufzubringende Lenkmoment von der Fahrgeschwindigkeit abhängt. Für die hydraulische Reaktion ist in einem Ringraum zwischen dem Gehäuse 18 und der Eingangswelle 20 ein Reaktionskolben 28 vorgesehen, der axial beweglich gelagert, aber drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist. Auf einer Vorderseite des Reaktionskolbens 28 ist eine elastische Drehmitnahme angeordnet, die an einem axialen Ende der Steuerhülse 26 angreifen kann. Auf einer Rückseite des Reaktionskolbens 28 schließt sich ein Reaktionsraum 30 an, der über eine Zuleitung 32 mit einem Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann.
Ferner weist die hydraulische Servolenkvorrichtung eine Pumpe 34 auf, die einen vorgegebenen Druck bereitstellt, ein Magnetventil 8 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 14 gemäß den Figuren 2 und 3, ein Abschneideventil 36 mit einer Blende 38, ein druckloses Reservoir 40 und einen Servozylinder 42, der mit einer Spurstange eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) gekoppelt ist.
Die allgemeine Funktion eines Servoventils mit hydraulischer Reaktion ist beispielsweise aus der EP 0 626 306 B2 bekannt, weshalb im folgenden nur auf die Besonderheiten der erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung eingegangen wird.
Analog zum Stand der Technik wird die Zuleitung 32 des Reaktionsraums 30 von einer Hauptleitung 44 abgezweigt, die unter Vorlaufdruck steht. Das Magnetventil 8 reguliert über einen ersten Strömungsquerschnitt 46 den Durchfluß der Zuleitung 32 des Reaktionsraums 30 vorzugsweise proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Reaktionsraum 30 ist über einen zweiten Strömungsquerschnitt 48 der Blende 38 sowie das Abschneideventil 36 mit dem Rücklauf zum Reservoir 40 verbunden. Durch das Abschneideventil 36 wird eine Druckobergrenze im Reaktionsraum 30 und damit ein maximales Lenkmoment festgelegt. Je nach Größe des ersten Strömungsquerschnitts 46 sorgt die Blende 38 für einen Druckaufbau oder einen Druckabbau in der Zuleitung 32 und damit im Reaktionsraum 30.
Da das Magnetventil 8 mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit einen größer werdenden ersten Strömungsquerschnitt 46 freigibt, staut sich Hydraulikfluid vor der Blende 38 und erzeugt einen Druck P im Reaktionsraum 30. Bei einer Geradeausfahrt ist dieser Druck nicht gewollt, da der Fahrer bei beginnendem Lenkradeinschlag zunächst ein erhebliches Lenkmoment M aufbringen muß, bevor die hydraulische Unterstützung der Servolenkung einsetzt (vgl. Figur 4, oberes Diagramm). Dieser Lenkmomentbereich, bei dem eine hydraulische Unterstützung ausbleibt, wird auch als Totband 46 des Servoventils 16 bezeichnet.
Diesem Problem könnte dadurch begegnet werden, daß die Blende 38 auf das eingesetzte Magnetventil 8 abgestimmt ist. Dies würde bedeuten, daß die Blende 38 einen relativ großen Durchfluß zuläßt und die Einstellvariation der Ventilkurve damit erheblich eingeschränkt ist. Eine zweite Möglichkeit zur Lösung des Problems wäre eine Änderung der Magnetventilansteuerung, die bisher im wesentlichen nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Die Ansteuerung des Magnetventils 8 würde dadurch allerdings unerwünscht komplex werden. Die dritte und vorteilhafteste Möglichkeit, das Problem zu beheben, ist die Anordnung eines Druckbegrenzungsventils 14 vor oder hinter dem Magnetventil 8. Bei vorgeschaltetem Druckbegrenzungsventil 14 (vgl. Figuren 2 und 3) ist das Druckbegrenzungsventil 14 so eingestellt, daß es die Zuleitung 32 zum Reaktionsraum 30 bei niedrigen Vorlaufdrücken, wie sie bei Geradeausfahrt herrschen, sperrt. Erst bei einsetzender Lenkbewegung erhöht sich der Vorlaufdruck massiv, wodurch das Druckbegrenzungsventil 14 die Zuleitung 32 freigibt und das Magnetventil 8 den Volumenstrom in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit steuert.
In Ausführungsformen, bei denen das Druckbegrenzungsventil 14 dem
Magnetventil 8 nachgeschaltet ist, muß das Druckbegrenzungsventil 14 auf geringere Drücke einstellbar sein, da bereits das vorgeschaltete Magnetventil 8 den Vorlaufdruck abmindert. Bei dementsprechend niedrigerem Druck sperrt das Druckbegrenzungsventil 14 die Zuleitung 32; bei einem Druckanstieg, der beispielsweise auf einen Lenkradeinschlag hinweist, gibt das Druckbegrenzungsventil 14 die Zuleitung 32 frei.
Das Totband 50 in der Ventilkurve des Servoventils 16 wird durch diese Maßnahme auf einfache Weise reduziert, teilweise sogar eliminiert (vgl. Fig. 4, unteres Diagramm).

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulische Servolenkvorrichtung zum Bereitstellen einer Lenkunterstützung, mit einem Servoventil (16), das eine rotierbare Eingangswelle (20) und eine relativ dazu verdrehbare Steuerhülse (26) aufweist, und einem Reaktionsraum (30), der über eine Zuleitung (32) mit einem Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann, wobei die Eingangswelle (20) und die Steuerhülse (26), abhängig vom Druck im Reaktionsraum (30), mehr oder weniger starr gekoppelt sind, und wobei die Zuleitung (32) eine Steuerungsbaugruppe mit einem Magnetventil (8) aufweist, das den Volumenstrom in der Zuleitung (32) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsbaugruppe ein weiteres Ventil aufweist, das unabhängig vom Magnetventil (8) die Zuleitung (32) öffnen oder sperren kann.
2. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (8) einen variablen ersten Strömungsquerschnitt (46) in der Zuleitung (32) festlegt und der Reaktionsraum (30) über die Zuleitung (32) und eine Blende (38) mit einem drucklosen Reservoir (40) verbunden ist, wobei die Blende (38) einen zweiten Strömungsquerschnitt (48) festlegt.
3. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventil ein Druckbegrenzungsventil (14) ist.
4. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (8) ein Wegeventil ist.
5. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (8) ein Sitzventil ist.
6. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (8) ein Proportionalventil ist.
7. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventil in das Magnetventil (8) integriert ist.
8. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventil dem Magnetventil
(8) vorgeschaltet ist.
9. Hydraulische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventil dem Magnetventil (8) nachgeschaltet ist.
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