WO2009109281A1 - Hydraulische servolenkung - Google Patents

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WO2009109281A1
WO2009109281A1 PCT/EP2009/000967 EP2009000967W WO2009109281A1 WO 2009109281 A1 WO2009109281 A1 WO 2009109281A1 EP 2009000967 W EP2009000967 W EP 2009000967W WO 2009109281 A1 WO2009109281 A1 WO 2009109281A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydraulic
steering
power steering
center position
valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/000967
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joerg Dantlgraber
Guenther Manger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2009109281A1 publication Critical patent/WO2009109281A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • 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
    • B62D5/08—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
    • B62D5/087—Sliding spool valves

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic power steering.
  • This has a hydraulic tank and a hydraulic pump and optionally a hydraulic accumulator.
  • the hydraulic accumulator and the hydraulic pump supply via a steering valve for the deflection of adjusting elements, preferably for vehicle wheels, two connections of a steering cylinder.
  • the steering valve has to a linearly movable spool with closed center position.
  • a hydraulic power steering system is known, for example, from DE 101 30 812 A1 as a rack-and-pinion steering system.
  • This power steering has a steering handle for specifying a steering request.
  • a pressure medium source in the form of a hydraulic pump and a control valve device in the form of a rotary slide valve serve to control a pressure medium flow to and from a servomotor, which is designed as a steering cylinder for the deflection of vehicle wheels.
  • the steering valve has a center position, in which the pressure port is shut off and the load ports, with which the steering cylinder is fluidly connected, are relieved to the tank.
  • a hydraulic accumulator as accumulator for generating and / or to support a pressure medium flow to and from the steering cylinder.
  • Such a known hydraulic power steering system has the disadvantage that at the beginning of a steering operation, an idle stroke occurs until the spool of the steering valve is rotated so far that the consumer connections are shut off towards the tank connection.
  • Figure 4 shows a schematic diagram of another hydraulic power steering 2 also according to the prior art. This has a steering valve with a so-called open mid-position, in which with large negative coverage of the
  • Pressure port and the load ports are connected to the tank, and a spool 12.
  • This has a first control collar 15 and a second control collar 16. Due to a negative overlap between the Steuerkan- th 22 and 23 and 24 and 25 on the control collar 15 and 16 and corresponding control edges on the valve housing the open center position of the steering valve 7 is ensured.
  • the connections 9 and 10 of the steering cylinder 11 are connected to the hydraulic tank 4 via a tank line 30. Again, occurs at the beginning of a steering operation on an idle stroke.
  • Such a known hydraulic power steering 2 with open center position according to Figure 4 has the disadvantage that a pressure storage and thus the use of a hydraulic accumulator is not possible, so that the steering cylinder 11 only supports the deflection forces when the hydraulic pump 6 is in operation.
  • due to the large negative coverage high flow losses occur because when steering and thus a pressure build-up in the system much pressure fluid from the hydraulic pump 6 flows back directly to the tank.
  • the driver of such a vehicle essentially only has to overcome the mechanical forces acting on the steering handle 28, since the two connections 9 and 10 of the steering cylinder are connected to the hydraulic tank 4 via the steering valve 7.
  • FIG. 5 shows a hydraulic power steering system 3 according to DE 30 43 319 C 2, in which the control slide 12 with its control edges 22, 23 and 24, 25 is dimensioned on its two control cylinders 15 and 16 such that a closed center position 13 is realized, in which all four connections of the steering valve are shut off against each other.
  • the fluid to be displaced from the steering cylinder 11 must be displaced over small flow cross sections at the control edges 22, 23 or 24, 25, which means a very high steering resistance for the steering handle 28 and the driver of the vehicle.
  • a hydraulic accumulator 5 can be provided, which can deliver up to the starting and also after switching off the hydraulic pump 6 alone and during conveying hydraulic pump in addition to this pressure medium.
  • the object of the invention is to provide a hydraulic power steering with a steering valve, which in the presence of hydraulic supply with a closed center position of the
  • Steering valve works and allows the use of a hydraulic accumulator, and is avoided in the case of failure of the hydraulic supply, the high flow resistance of the steering valve with closed center position.
  • a hydraulic power steering which has a hydraulic tank, a hydraulic pump and optionally a hydraulic accumulator.
  • a steering valve is used for the deflection of control elements, preferably se for vehicle wheels, two connections of a steering cylinder supplied with pressure medium.
  • the steering valve has to a linearly movable two-piece spool with closed center position.
  • the two control slide parts are arranged axially displaceable on a steering valve actuating rod.
  • the two axially displaceable on the steering valve actuating rod spool parts are moved to open positions, after which the closed center position is canceled and the two pressure chambers of the steering cylinder are connected via the now open on both sides steering valve to the hydraulic tank.
  • the closed middle position a zero overlap of the control edges of spool parts and spool bore can readily be realized, so that no idle stroke of the spool parts up to the power steering assistance occurs at the beginning of a steering process
  • Such a hydraulic power steering has the advantage that at a given pressure fluid supply, for example from the hydraulic accumulator and / or by operation of the hydraulic pump, a steering gain is possible, which operates with a steering valve having a closed center position. This achieves that an idle stroke at the beginning of a steering operation is very small or, if there is a zero overlap between control edges of the control spool and the corresponding control edges of the bore, in which the spool is located, is completely avoided and that no high flow losses in the system occur.
  • the inventive hydraulic power steering has the advantage that in case of failure of the pressure medium supply from the driver no additional flow resistance must be overcome if a steering rash despite failure of the hydraulic system is required. Because in case of failure of the pressure medium supply, the closed center position is canceled by the displacement of the two spool parts. It is of particular advantage in this case that the control slide parts can remain at rest despite a movement of the steering valve actuating rod and nothing changes at the flow cross sections.
  • the steering valve actuating rod has a center stop to which the one control spool part from one side and the other spool part from the other side are pressed by pressurization. If the pressure medium supply fails and the hydraulic pressure drops, the spool parts are displaced axially away from this center stop into the above-described open positions.
  • the steering valve between the two control slide parts preferably has a spring element pretensioned at applied hydraulic pressure, which shifts the two control slide parts axially apart from the closed center position on the steering valve rod to the open positions when the hydraulic pressure drops.
  • the closed center position of the steering valve is automatically transferred to an open center position of the steering valve in an advantageous manner in the absence of hydraulic pressure, so that only the mechanical Auslenk concept be applied by the operator via the steering handle for deflection of control elements of a steering system despite failed hydraulic supply.
  • control edges of the axially movable spool parts on a contour with Feinêtnuten on the Um- catch the control edges are arranged distributed. This jerky repercussions of the power assistance to the steering wheel are avoided.
  • the hydraulic pump as a switchable charge pump, for a medium power supply for the steering cylinder and to charge the hydraulic accumulator accordingly via a charging line.
  • the hydraulic pump is only operated when the boost pressure in the hydraulic accumulator falls below a setpoint.
  • the formation of the hydraulic pump as a switchable charge pump energy is thus saved in an advantageous manner, since it is not coupled as in the prior art constantly to the engine.
  • the hydraulic accumulator charged by the hydraulic pump is preferably designed such that a hydraulic power supply of the steering cylinder for parking operations is ensured when the hydraulic pump is not started or if the hydraulic supply fails, before the closed center position of the two control slide parts is released. This has the advantage that parking operations can be performed even if the hydraulic pump is not working because, for example, the engine is not started.
  • the hydraulic accumulator charged by the hydraulic pump is designed such that, in the event of failure of the hydraulic pump, sufficient power supply to the steering cylinder is ensured for several successive full deflections of the steering before the closed center position of the two control slide parts is released and Control slide parts are pressed into the open positions by the spring element. That has that Advantage that, for example, in case of failure of a drive motor to which the hydraulic pump is coupled, the driver can steer a vehicle with the assistance of power steering still safe in a secured parking position.
  • the steering valve actuating rod can be actuated by a steering spindle connection connected to the steering handle of the vehicle.
  • This forced coupling can be dispensed with if the steering valve actuating rod can be actuated by a servomotor which is force-free with the steering handle of the vehicle.
  • a servomotor then serves exclusively to actuate the steering valve actuating rod and is practically not connected to a steering spindle connection of the steering handle. Only setpoints are transmitted from the steering spindle handle to the servomotor, which then executes a corresponding actuation of the steering valve actuating rod.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a hydraulic power steering according to an embodiment of the invention DPg;
  • FIG. 2 shows a schematic sketch of the hydraulic
  • Figure 4 shows a schematic diagram of a hydraulic power steering according to the prior art with open center position of a steering valve having a linearly movable, one-piece control slide;
  • Figure 5 shows a schematic diagram of a hydraulic power steering according to the prior art with a steering valve having a closed center position and having a linearly movable, one-piece spool.
  • the servomotor of the power steering according to FIGS. 1 to 3 is formed by a steering cylinder 11 which has a hydraulic piston 32 arranged centrally when traveling straight ahead and whose left pressure chamber 33 has a first connection 9 via which hydraulic fluid can be supplied to the left pressure chamber 33, so as to move a piston rod-like on both sides connected to the hydraulic piston steering linkage 35 in the direction of arrow A.
  • the right-hand pressure chamber 34 can be supplied with hydraulic fluid in order to deflect the steering linkage 35 in the opposite direction to the arrow A direction.
  • the two pressure chamber 33 and 34 of the steering cylinder 11 are connected via a linearly displaceable spool 12, the two Steuerschiebermaschine 13 and 14, supplied with hydraulic fluid or connected to a tank 4, depending on the direction in which the spool 12 is displaced relative to a steering valve housing 40.
  • the steering wheel, not shown, of a motor vehicle equipped with the power steering system according to the invention is connected to a pinion 28, which may turn at a steering angle to the right in the direction of arrow B.
  • the pinion 28 meshes with a rack 31 which is fixedly connected to a steering valve - actuating rod 17 and is linearly movable together with this.
  • the steering valve actuating rod 17 extends through a control bore 42 of the valve housing 40 therethrough.
  • the steering valve actuating rod 17 has a center stop 20, against which • the two control slide parts 13 and 14 abut when they are pressurized on their side facing away from the stop with pressure.
  • a helical compression spring 21 is clamped, which seeks to move the control slide parts away from one another and from the center stop 20 to the valve housing 40.
  • the normally present through lines 36 and 37 system pressure can hold the spool parts against the force of the coil spring 21 on the center stop 20 of the steering valve actuating rod 17. In normal operation, so you can see the two Steuerschiebermaschine 13 and 14 and the steering valve actuating rod 17 as a single component.
  • the steering valve actuator rod may in principle end with the center stop 20.
  • center stop only means that this is between the two control slide parts 13 and 14. If the steering valve actuating rod 17 ends at the center stop, the control slide part 14 has no axial bore.
  • a bending spring 43 is fastened at one end, which extends approximately perpendicularly away from the toothed rod 31 and fixed at its other end
  • Steering linkage 35 and thus connected to the hydraulic piston 32.
  • the steering valve housing 40 is also firmly connected to the steering linkage 35.
  • FIG 2 shows a schematic diagram of the hydraulic power steering system 1 according to Figure 1 with cut in a longitudinal plane control slide parts 13 and 14 on the steering valve actuating rod 17 when the line system with the lines 27, 36 and 37 is pressurized.
  • the control slide parts are pressed by overcoming the bias of the helical compression spring 21 against the center stop 20 of the steering valve actuating rod 17.
  • the pinion 28 is rotated, this leads to a displacement of the rack 31 and with this also a displacement of the steering valve actuating rod 17 and the spool 12 with its two Control slide parts 13 and 14. Of the rack 31 and the one end of the bending spring 43 is taken.
  • a force is exerted on the steering linkage 35, the hydraulic piston 32 and the valve housing 40 via the other end of the spiral spring.
  • the resistance that opposes the steering linkage movement and resistance to the displacement of pressure medium from the pressure chamber of the steering cylinder have the consequence that under bending of the bending spring 43, a relative movement between the spool 12 and the valve housing 40 occurs and thereby in the steering valve
  • Flow cross-section between the hydraulic pump 6 and the hydraulic accumulator 5 and the one pressure chamber, for example, the pressure chamber 33, and a flow area between the other pressure chamber 34 and the tank 4 is opened.
  • the hydraulic pump 6 now conveys pressure medium into the pressure chamber 33, so that an additional force acts on the hydraulic piston 32 and supports the steering force introduced via the bending spring 43.
  • the hydraulic accumulator is preferably designed so that when not working hydraulic pump or failure of the hydraulic pump 6 more full deflections of the steering linkage 35 are possible until the energy supply of the hydraulic accumulator 5 is consumed. This has advantages both during parking operations of the vehicle and during engine failure during driving.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the hydraulic power steering 1 in case of failure of the hydraulic supply.
  • the supply lines 36 and 37 via which the control slide parts 13 and 14 are subjected to system pressure during normal operation and are thereby fixed to the center stop 20, are now depressurized, so that the bias of the helical spring 21 can take effect.
  • This now pushes apart the two control slide parts 13 and 14 on the steering valve rod 17 and presses them against walls of the valve housing 40.
  • large flow cross sections between the pressure chambers 33 and 34 "of the steering cylinder 11 are opened to the tank 4.
  • the closed center position is canceled and the steering valve 7 is transferred into an open center position 14. It is particularly advantageous here for a subsequent movement of the
  • the steering handle 28 can now be operated without, in addition to the resistance, which opposes the steering linkage movement, also a hydraulic resistance to the displacement of pressure medium from a pressure chamber must be overcome. This improves the ease of use for the steering system, if a hydraulic supply is neither by the hydraulic pump 6 nor by the hydraulic accumulator 5 available.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung (1). Dazu weist die hydraulische Servolenkung einen Hydraulik tank (4), eine Hydraulikpumpe (6), und vorzugsweise einen Hydraulikspeicher (5) auf. Der Hydraulikspeicher (4) und die Hydraulikpumpe (5) versorgen über ein Lenkventil (7) jeweils eine von zwei Druckkammern (33, 34) eines Lenkzylinders (11). Das Lenkventil (7) weist dazu einen linear bewegbaren zweiteiligen Steuerschieber (12) mit geschlossener Mittenstellung auf. Die zwei Steuerschieberteile (13, 14) sind axial verschieblich auf einer Lenkventilbetätigungsstange (17) angeordnet. Bei Ausfall des Hydraulikdrucks werden die zwei Steuerschieberteile (13, 14) in Positionen verschoben, bei denen die geschlossene Mittenstellung freigegeben ist und die beiden Druckkammern (33, 34) des Lenkzylinders (11) über das nun beidseitig offene Lenkventil (7) mit dem Hydrauliktank (4) verbunden sind.

Description

Hydraulische Servolenkung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung. Diese weist einen Hydrauliktank und eine Hydraulikpumpe und gegebenenfalls einen Hydraulikspeicher auf. Der Hydraulikspeicher und die Hydraulikpumpe versorgen über ein Lenkventil für die Auslenkung von Stellelementen, vorzugsweise für Fahrzeugräder, zwei Anschlüsse eines Lenkzylinders. Das Lenkventil weist dazu einen linear bewegbaren Steuerschieber mit geschlossener Mittenstellung auf.
Eine hydraulische Servolenkung ist zum Beispiel aus der DE 101 30 812 Al als Zahnstangen-Hydrolenkung bekannt. Diese Servolenkung weist eine Lenkhandhabe zur Vorgabe eines Lenkwunsches auf. Eine Druckmittelquelle in Form einer Hydraulikpumpe und eine Steuerventileinrichtung in Form eines Dreh- schieberlenkventils dienen der Steuerung eines Druckmittel- Stroms zu und von einem Servomotor, der als Lenkzylinder zur Auslenkung von Fahrzeugrädern ausgebildet ist.
Dazu weist das Lenkventil eine Mittenstellung auf, in der der Druckanschluss abgesperrt und die Verbraucheranschlüsse, mit denen der Lenkzylinder fluidisch verbunden ist, zum Tank entlastet sind. Somit ist es möglich, einen Hydraulikspeicher als Druckmittelspeicher zur Erzeugung und/oder zur Unterstützung eines Druckmittelstroms zu und von dem Lenkzylinder einzusetzen. Eine derartige bekannte hydraulische Servolenkung hat den Nachteil, dass zu Beginn eines Lenkvorgangs ein Leerhub auftritt, bis der Steuerschieber des Lenkventils soweit verdreht ist, dass die Verbraucheranschlüsse zum Tankan- schluss hin abgesperrt sind. Figur 4 zeigt eine schematische Skizze einer anderen hydraulischen Servolenkung 2 ebenfalls gemäß dem Stand der Technik. Diese weist ein Lenkventil mit einer sogenannten offenen Mit- telstellung, in der mit großer negativer Überdeckung der
Druckanschluss und die Verbraucheranschlüsse mit Tank verbunden sind, und einen Steuerschieber 12 auf. Dieser besitzt einen ersten Steuerbund 15 und einen zweiten Steuerbund 16. Aufgrund einer negativen Überdeckung zwischen den Steuerkan- ten 22 und 23 bzw. 24 und 25 an den Steuerbunden 15 und 16 und entsprechenden Steuerkanten am Ventilgehäuse ist die offene Mittenstellung des Lenkventils 7 gewährleistet. Somit sind auch bei Ausfall der Druckmittelversorgung die Anschlüsse 9 und 10 des Lenkzylinders 11 über eine Tankleitung 30 mit dem Hydrauliktank 4 verbunden sind. Auch hier tritt zu Beginn eines Lenkvorgangs ein Leerhub auf .
Eine derartige bekannte hydraulische Servolenkung 2 mit offener Mittenstellung gemäß Figur 4 hat den Nachteil, dass eine Druckspeicherung und damit die Verwendung eines Hydraulikdruckspeichers nicht möglich ist, sodass der Lenkzylinder 11 nur die Auslenkkräfte unterstützt, wenn die Hydraulikpumpe 6 in Betrieb ist. Außerdem treten wegen der großen negativen Überdeckung hohe Strömungsverluste auf, weil beim Lenken und damit einem Druckaufbau im System noch viel Druckmittel von der Hydraulikpumpe 6 direkt zum Tank zurückströmt. Bei Ausfall der Hydraulikpumpe 6 muss der Fahrer eines derartigen Fahrzeugs jedoch im wesentlichen nur die mechanischen Kräfte überwinden, die auf die Lenkhandhabe 28 wirken, da die beiden Anschlüsse 9 und 10 des Lenkzylinders über das Lenkventil 7 mit dem Hydrauliktank 4 verbunden sind. Figur 5 zeigt eine hydraulische Servolenkung 3 gemäß der DE 30 43 319 C 2, bei der der Steuerschieber 12 mit seinen Steuerkanten 22, 23 bzw. 24, 25 an seinen beiden Steuerbunden 15 und 16 derart dimensioniert ist, dass eine geschlossene Mit- tenstellung 13 realisiert ist, in der alle vier Anschlüsse des Lenkventils gegeneinander abgesperrt sind. Nun muss bei Ausfall der Hydraulikversorgung das aus dem Lenkzylinder 11 zu verdrängende Fluid über kleine Durchflussquerschnitte an den Steuerkanten 22, 23 bzw. 24, 25 verdrängt werden, was ei- nen sehr hohen Lenkwiderstand für die Lenkhandhabe 28 und den Fahrer des Fahrzeugs bedeutet. Allerdings kann bei hydraulischen Servolenkungen mit geschlossener Mittenstellung ein Hydraulikspeicher 5 vorgesehen werden, der bis zum Anlaufen und auch noch nach dem Abschalten der Hydraulikpumpe 6 allein und während fördernder Hydraulikpumpe zusätzlich zu dieser Druckmittel liefern kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Servolenkung mit einem Lenkventil zu schaffen, welche bei vorhandener Hyd- raulikversorgung mit einer geschlossenen Mittenstellung des
Lenkventils arbeitet und den Einsatz eines Hydraulikspeichers ermöglicht, und bei der bei Ausfall der Hydraulikversorgung den hohen Strömungswiderstand des Lenkventils mit geschlossener Mittenstellung vermieden ist.
Gelöst wird die Aufgabe mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine hydraulische Servolenkung geschaffen, die einen Hydrauliktank, eine Hydraulikpumpe und gegebenenfalls einen Hydraulikspeicher aufweist. Über ein Lenkventil werden für die Auslenkung von Stellelementen, vorzugswei- se für Fahrzeugräder, zwei Anschlüsse eines Lenkzylinders mit Druckmittel versorgt. Das Lenkventil weist dazu einen linear bewegbaren zweiteiligen Steuerschieber mit geschlossener Mittenstellung auf. Die zwei Steuerschieberteile sind axial ver- schiebbar auf einer Lenkventilbetätigungsstange angeordnet. Bei Ausfall der Druckmittelversorgung werden die zwei axial auf der Lenkventilbetätigungsstange verschiebbaren Steuerschieberteile in Offenpositionen verschoben, wonach die geschlossene Mittenstellung aufgehoben ist und die beiden Druckkammern des Lenkzylinders über das nun beidseitig offene Lenkventil mit dem Hydrauliktank verbunden sind. In der geschlossenen Mittelstellung kann ohne weiteres eine Nullüberdeckung der Steuerkanten von Steuerschieberteilen und Schieberbohrung realisiert sein, so dass bei Beginn eines Lenkvor- gangs kein Leerhub der Steuerschieberteile bis zur Lenkkraftunterstützung auftritt
Eine derartige hydraulische Servolenkung hat den Vorteil, dass bei gegebener Druckmittelversorgung beispielsweise aus dem Hydraulikspeicher und/oder durch Betrieb der Hydraulikpumpe eine Lenkverstärkung möglich ist, die mit einem Lenkventil arbeitet, das eine geschlossene Mittenstellung aufweist. Damit wird erreicht, das ein Leerhub zu Beginn eines Lenkvorgangs sehr klein oder, wenn eine Nullüberdeckung zwi- sehen Steuerkanten des Steuerschiebers und den korrespondierenden Steuerkanten der Bohrung vorliegt, in der sich der Steuerschieber befindet, ganz vermieden ist und dass keine hohen Strömungsverluste in dem System auftreten.
Weiterhin hat die erfindungsgemäße hydraulische Servolenkung den Vorteil, dass bei Ausfall der Druckmittelversorgung vom Fahrer keine zusätzlichen Strömungswiderstände zu überwinden sind, wenn ein Lenkungsausschlag trotz Ausfall der Hydraulik erforderlich wird. Denn bei Ausfall der Druckmittelversorgung wird durch die Verschiebung der zwei Steuerschieberteile die geschlossene Mittelstellung aufgehoben. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Steuerschieberteile trotz einer Be- wegung der Lenkventilbetätigungsstange in Ruhe bleiben können und sich an den Durchflussquerschnitten nichts ändert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Lenkventilbetätigungsstange einen Mittenanschlag auf, an den das eine Steuerschieberteil von der einen Seite und das andere Steuerschieberteil von der anderen Seite durch Druckbeaufschlagung angepresst sind. Bei Ausfall der Druckmittelversorgung und Abfall des Hydraulikdrucks werden die Steuerschieberteile von diesem Mittenanschlag weg axial in die oben be- schriebenen Offenpositionen verschoben.
Bevorzugt weist für diese Verschiebung das Lenkventil zwischen den zwei Steuerschieberteilen ein bei anliegendem Hydraulikdruck vorgespanntes Federelement auf, das bei abfallen- dem Hydraulikdruck die zwei Steuerschieberteile aus der geschlossenen Mittenstellung auf der Lenkventilstange axial auseinander in die Offenpositionen verschiebt. Somit wird in vorteilhafter Weise bei nicht vorhandenem Hydraulikdruck die geschlossene Mittenstellung des Lenkventils automatisch in eine offene Mittenstellung des Lenkventils überführt, sodass zur Auslenkung von Stellelementen eines Lenksystems trotz ausgefallener Hydraulikversorgung lediglich die mechanischen Auslenkkräfte vom Bedienpersonal über die Lenkhandhabe aufzubringen sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen profilierte Steuerkanten der axial beweglichen Steuerschieberteile eine Kontur mit Feinsteuernuten auf, die am Um- fang der Steuerkanten verteilt angeordnet sind. Damit werden ruckartige Rückwirkungen der Servounterstützung auf das Lenkrad vermieden.
Weiterhin ist es vorgesehen, die Hydraulikpumpe als schaltbare Ladepumpe, für eine mittlere Energieversorgung für den Lenkzylinder auszubilden und den Hydraulikspeicher entsprechend über eine Ladeleitung aufzuladen. Damit wird die Hydraulikpumpe nur dann betrieben, wenn der Ladedruck im Hydrau- likspeicher einen Sollwert unterschreitet. Durch die Ausbildung der Hydraulikpumpe als schaltbare Ladepumpe wird somit in vorteilhafter Weise Energie eingespart, da sie nicht wie im Stand der Technik ständig an den Motor gekoppelt ist.
Der von der Hydraulikpumpe aufgeladene Hydraulikspeicher ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei noch nicht angelaufener Hydraulikpumpe bzw. bei einem Ausfall der Hydraulikversorgung eine ausreichende Energieversorgung des Lenkzylinders für Parkiervorgänge gewährleistet ist, bevor die geschlossene Mittenstellung der zwei Steuerschieberteile freigegeben wird. Das hat den Vorteil, dass Parkiervorgänge auch dann durchgeführt werden können, wenn die Hydraulikpumpe noch nicht arbeitet, weil beispielsweise der Motor noch nicht angelassen ist.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der von der Hydraulikpumpe aufgeladene Hydraulikspeicher derart ausgebildet ist, dass bei einem Ausfall der Hydraulikpumpe eine ausreichende Energieversorgung des Lenkzylinders für mehrere aufeinander fol- gende Vollausschläge der Lenkung gewährleistet ist, bevor die geschlossene Mittenstellung der zwei Steuerschieberteile freigegeben wird und die Steuerschieberteile in die Offenpositionen durch das Federelement gedrückt werden. Das hat den Vorteil, dass beispielweise bei Ausfall eines Antriebsmotors, an den die Hydraulikpumpe gekoppelt ist, der Fahrer ein Fahrzeug mit Unterstützung der Servolenkung noch sicher in eine gesicherte Parkposition lenken kann.
Um den Sicherheitsanforderungen genüge zu tun, ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Lenkventilbetäti- gungsstange durch einen mit der Lenkhandhabe des Fahrzeugs verbundenen Lenkspindelanschluss betätigbar. Auf diese Zwangskopplung kann verzichtet werden, wenn die Lenkventilbe- tätigungsstange durch einen mit der Lenkhandhabe des Fahrzeugs zwangskopplungsfreien Stellmotor betätigbar ist. Ein derartiger Stellmotor dient dann ausschließlich der Betätigung der Lenkventilbetätigungsstange und ist praktisch nicht mit einem Lenkspindelanschluss der Lenkhandhabe verbunden. Es werden lediglich Sollwerte von der Lenkspindelhandhabe an den Stellmotor übertragen, der dann eine entsprechende Betätigung der Lenkventilbetätigungsstange ausführt.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert .
Figur 1 zeigt eine schematische Skizze einer hydraulischen Servolenkung gemäß einer Ausführungsform der Erfin- düng;
Figur 2 zeigt eine schematische Skizze der hydraulischen
Servolenkung gemäß Figur 1 mit längs geschnittenen Steuerschieberteilen auf einer Lenkventilbetäti- gungsstange, bei Anliegen eines Hydraulikdruckes; Figur 3 zeigt eine schematische Skizze der hydraulischen
Servolenkung gemäß Figur 2 bei Ausfall der Hydraulikversorgung ;
Figur 4 zeigt eine schematische Skizze einer hydraulischen Servolenkung gemäß dem Stand der Technik mit offener Mittenstellung eines Lenkventils, das einen linear bewegbaren, einteiligen Steuerschieber aufweist;
Figur 5 zeigt eine schematische Skizze einer hydraulischen Servolenkung gemäß dem Stand der Technik mit einem Lenkventil, das eine geschlossene Mittenstellung aufweist und das einen linear bewegbaren, einteili- gen Steuerschieber besitzt.
Der Servomotor der Servolenkung nach den Figuren 1 bis 3 wird von einem Lenkzylinder 11 gebildet, der einen bei Geradeaus - fahrt mittig angeordneten Hydraulikkolben 32 aufweist und dessen linke Druckkammer 33 einen ersten Anschluss 9 aufweist, über den Hydraulikflüssigkeit der linken Druckkammer 33 zugeführt werden kann, um damit ein kolbenstangenartig beidseits mit dem Hydraulikkolben verbundenes Lenkgestänge 35 in Pfeilrichtung A zu verschieben. Über einen zweiten An- Schluss 10 kann die rechte Druckkammer 34 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, um das Lenkgestänge 35 in die zur Pfeilrichtung A entgegengesetzte Richtung auszulenken. Bei Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit in die eine Druckkammer wird jeweils aus der anderen Druckkammer Hydraulikflüssigkeit ver- drängt .
Die beiden Druckkammer 33 bzw. 34 des Lenkzylinders 11 werden über einen linear verschieblichen Steuerschieber 12, der zwei Steuerschieberteile 13 und 14 aufweist, mit Hydraulikflüssigkeit versorgt bzw. mit einem Tank 4 verbunden, je nachdem in welche Richtung der Steuerschieber 12 relativ zu einem Lenkventilgehäuse 40 verschoben wird. Bei einer Bewegung des Steuerschiebers 12 relativ zum Ventilgehäuse 40 werden zunächst Feinsteuernuten 26, die auf dem Umfang der Steuerkanten 22 und 23 des ersten Steuerschieberteils 13 und Feinsteuernuten 25, die auf den Steuerkanten- 24 und 25 des zweiten Steuerschieberteils 14 verteilt angeordnet sind, wirksam. Durch die Feinsteuernuten ist eine Nu11überdeckung oder eine kleine positive Überdeckung zwischen dem Steuerschieber 12 und dem Ventilgehäuse 40 realisiert.
Das nicht gezeigte Lenkrad eines mit der erfindungsgemäßen Servolenkung ausgestatteten Kraftfahrzeugs ist mit einem Ritzel 28 verbunden, das sich bei einem Lenkeinschlag nach rechts in Richtung des Pfeils B drehen möge. Das Ritzel 28 kämmt mit einer Zahnstange 31, die fest mit einer Lenkventil - betätigungsstange 17 verbunden und zusammen mit dieser linear bewegbar ist. Die Lenkventilbetätigungsstange 17 erstreckt sich durch eine Steuerbohrung 42 des Ventilgehäuses 40 hindurch. Auf ihr sind die beiden Steuerschieberteile 13 und 14 verschiebbar angeordnet. In der Steuerbohrung weist die Lenkventilbetätigungsstange 17 einen Mittenanschlag 20, an dem • die beiden Steuerschieberteile 13 und 14 anliegen, wenn sie an ihrer dem Anschlag abgewandten Seite mit Druck beaufschlagt sind. Zwischen den beiden Steuerschieberteilen ist eine Schraubendruckfeder 21 eingespannt, die die Steuerschieberteile voneinander und vom Mittenanschlag 20 weg an das Ventilgehäuse 40 zu bewegen sucht. Der normalerweise über Leitungen 36 und 37 anstehende Systemdruck kann die Steuerschieberteile gegen die Kraft der Schraubendrückfeder 21 am Mittenanschlag 20 der Lenkventilbetätigungsstange 17 halten. Im Normalbetrieb kann man also die beiden Steuerschieberteile 13 und 14 sowie die Lenkventilbetätigungsstange 17 wie ein einziges Bauteil ansehen.
Die Lenkventilbetätigungsstange kann im Prinzip mit dem Mittenanschlag 20 enden. Insofern bedeutet der Ausdruck Mittenanschlag nur, dass sich dieser zwischen den beiden Steuerschieberteilen 13 und 14 befindet. Endet die Lenkventilbetätigungsstange 17 am Mittenanschlag, so hat das Steuerschie- berteil 14 keine Axialbohrung.
An der Kopplungsstelle zwischen der Zahnstange 31 und der Lenkventilbetätigungsstange 17 ist mit einem Ende eine Biege- feder 43 befestigt, die sich etwa senkrecht von der Zahnstan- ge 31 wegerstreckt und mit ihrem anderen Ende fest mit dem
Lenkgestänge 35 und damit mit dem Hydraulikkolben 32 verbunden ist. Mit dem Lenkgestänge 35 ist fest auch das Lenkven- tilgehäuse 40 verbunden.
Die Hydraulikversorgung des Lenkventils 7 und damit des Lenkzylinders 11 erfolgt über eine Hydraulikpumpe 6, von der über eine Ladeleitung 27 auch einem Hydraulikspeicher 5 Druckmittel zugeführt wird.
Figur 2 zeigt eine schematische Skizze der hydraulischen Servolenkung 1 gemäß Figur 1 mit in einer Längsebene geschnittenen Steuerschieberteilen 13 und 14 auf der Lenkventilbetätigungsstange 17, wenn das Leitungssystem mit den Leitungen 27, 36 und 37 druckbeaufschlagt ist. Die Steuerschieberteile sind unter Überwindung der Vorspannung des Schraubendruckfeder 21 gegen den Mittenanschlag 20 der Lenkventilbetätigungsstange 17 gepresst. Wird nun ausgehend von dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Zustand durch Verdrehen des Lenkrads eines Fahrzeugs das Ritzel 28 gedreht, so führt dies zu einer Verschiebung der Zahnstange 31 und mit dieser auch zu einer Verschiebung der Lenkventilbetätigungsstange 17 und des Steuerschiebers 12 mit seinen beiden Steuerschieberteilen 13 und 14. Von der Zahnstange 31 wird auch das eine Ende der Biegefeder 43 mitgenommen. Über das andere Ende der Biegefeder wird eine Kraft auf das Lenkgestänge 35, den Hydraulikkolben 32 und das Ven- tilgehäuse 40 ausgeübt. Der Widerstand, den das Lenkgestänge einer Bewegung entgegensetzt sowie der Widerstand gegen die Verdrängung von Druckmittel aus der einen Druckkammer des Lenkzylinders haben zur Folge, dass unter Verbiegung der Biegefeder 43 eine relative Bewegung zwischen dem Steuerschieber 12 und dem Ventilgehäuse 40 auftritt und dadurch im Lenkventil ein Durchflussquerschnitt zwischen der Hydropumpe 6 und Hydrospeicher 5 und der einen Druckkammer, zum Beispiel der Druckkammer 33, und ein Durchflussquerschnitt zwischen der anderen Druckkammer 34 und dem Tank 4 geöffnet wird. Die Hyd- ropumpe 6 fördert nun Druckmittel in die Druckkammer 33, so dass eine zusätzliche Kraft auf den Hydraulikkolben 32 wirkt und die über die Biegefeder 43 eingeleitete Lenkkraft unterstützt. Kommt der Lenkeinschlag zum Stillstand, bewegen sich der Hydraulikkolben 32 und das Ventilgehäuse 40 noch gering- fügig weiter, bis der Ventilschieber 12 und das Ventilgehäuse 40 wieder die in den Figuren 1 und 2 gezeigte relative Position zueinander einnehmen. Der Hydraulikkolben allerdings ist nun aus der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Mittenstellung verschoben. Beim Zurückstellen der Lenkung in die Geradeaus- fahrtstellung oder bei einem Lenkeinschlag aus der Geradeausfahrtstellung in die Gegenrichtung finden entsprechende Bewegungen mit entsprechenden Druckmittelströmen statt. Der Hydraulikspeicher 5 liefert zusätzliches Druckmittel über die von der Hydropumpe 6 geförderte Druckmittelmenge hinaus, so dass auch bei einer schnellen Lenkbewegung ausreichend Druckmittelmenge zur Verfügung steht. Außerdem ist der Hydro- Speicher vorzugsweise so ausgelegt, dass bei noch nicht arbeitender Hydraulikpumpe oder bei Ausfall der Hydraulikpumpe 6 noch mehrere Vollausschläge des Lenkgestänges 35 möglich sind, bis der Energievorrat des Hydraulikspeichers 5 verbraucht ist. Dies hat Vorteile sowohl bei Parkiervorgängen des Fahrzeugs als auch bei Motorausfall im Fahrbetrieb.
Figur 3 zeigt eine schematische Skizze der hydraulischen Servolenkung 1 bei Ausfall der Hydraulikversorgung. In diesem Fall sind die Zuleitungen 36 und 37, über die die Steuer- schieberteile 13 und 14 im Normalbetrieb mit Systemdruck beaufschlagt und dadurch am Mittenanschlag 20 fixiert sind, nun drucklos, sodass sich die Vorspannung der Schraubenfeder 21 auswirken kann. Diese drückt nun die beiden Steuerschieberteile 13 und 14 auf der Lenkventilstange 17 auseinander und presst sie an Wände des Ventilgehäuses 40. Dadurch sind große Durchflussquerschnitte zwischen den Druckkammern 33 und 34" des Lenkzylinders 11 zum Tank 4 geöffnet. Es ist also die geschlossene Mittenstellung aufgehoben ist und das Lenkventil 7 in eine offene Mittenstellung 14 überführt. Besonders vor- teilhaft ist hier, dass eine anschließende Bewegung der
Zahnstange 31 die Positionen der Steuerschieberteile 13 und 14 nicht beeinflusst und die großen Durchflussquerschnitte voll erhalten bleiben.
Die Lenkhandhabe 28 kann nun betätigt werden, ohne dass zusätzlich zu dem Widerstand, den das Lenkgestänge einer Bewegung entgegensetzt, auch noch ein hydraulischer Widerstand gegen die Verdrängung von Druckmittel aus einer Druckkammer überwunden werden muss. Dies verbessert den Bedienkomfort für das Lenksystem, falls eine Hydraulikversorgung weder durch die Hydraulikpumpe 6 noch durch den Hydraulikspeicher 5 zur Verfügung steht .

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulische Servolenkung mit einem Hydrauliktank (4), vorzugsweise einem Hydrau- likspeicher (5) und einer Hydraulikpumpe (6) , wobei die Hydraulikpumpe (6) und gegebenenfalls der Hydraulikspeicher (5) über ein Lenkventil (7) jeweils eine von zwei Druckkammern (33, 34) eines Lenkzylinders (11) mit Druckmittel versorgen und wobei das Lenkventil (7) einen linear bewegbaren Steuerschieber (12) mit geschlossener Mittenstellung (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass der Steuerschieber (12) zwei Steuerschieberteile (13, 14) besitzt, die axial verschieblich auf einer Lenkven- tilbetätigungsstange (17) angeordnet sind und bei Ausfall des Hydraulikdrucks in Positionen verschoben werden, in denen die geschlossene Mittenstellung (13) aufgehoben ist und die beiden Druckkammern (33, 34) des Lenkzylinders (11) über das nun beidseitig offene Lenkventil (7) mit dem Hydrauliktank (4) verbunden sind.
2. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die LenkventübetatigungsStange (17) einen Mittenanschlag (20) aufweist, an den die zwei Steuerschieberteile (13, 14) bei Anliegen von Hydraulikdruck angepresst sind.
3. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen den zwei Steuerschieberteilen (13, 14) ein bei anliegendem Hydraulikdruck vorgespanntes Federelement (21) angeordnet ist, das bei nachlassendem Hydraulikdruck die zwei Steuerschieberteile (13, 14) aus der geschlossener Mittenstellung (13) auf der Lenkventilbetä- tigungsstange (17) axial auseinander in Offenpositionen (18, 19) verschiebt.
4. Hydraulische Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das an den Steuerkanten (22, 23, 24, 25) der axial beweglichen Steuerschieberteile (13, 14) Feinsteuernuten (26) am Umfang verteilt angeordnet sind, die eine Nullüberdeckung realisieren.
5. Hydraulische Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Hydraulikpumpe (6) als schaltbare Ladepumpe für eine mittlere Energieversorgung für den Lenkzylinder (11) ausgebildet ist und den Hydraulikspeicher (5) entsprechend über eine Ladeleitung (27) auflädt.
6. Hydraulische Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass der von der Hydraulikpumpe (6) aufgeladene Hydraulikspeicher (5) derart ausgebildet ist, dass bei einem Ausfall der Hydraulikpumpe ('6) eine ausreichend hohe Energieversorgung des Lenkzylinders (11) für Parkiervorgänge gewährleistet ist, bevor die geschlossene Mittenstellung (13) der zwei Steuerschieberteile (13, 14) aufgehoben wird.
7. Hydraulische Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass der von der Hydraulikpumpe (6) aufgeladene Hydraulik- Speicher (5) derart ausgebildet ist, dass bei einem Ausfall der Hydraulikpumpe (6) eine ausreichend hohe Energieversorgung des Lenkzylinders (11) für mehrere aufeinander folgende Vollausschläge der Lenkung gewährleistet ist, bevor die geschlossene Mittenstellung (13) der zwei Steuerschieberteile (13, 14) aufgehoben wird.
8. Hydraulische Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die LenkventübetatigungsStange (17) durch einen mit der Lenkhandhabe (28) des Fahrzeugs verbundenen Lenk- spindelanschluss betätigbar ist.
9. Hydraulische Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Lenkventilbetätigungsstange (17) durch einen mit der Lenkhandhabe (28) des Fahrzeugs zwangskopplungsfreien Stellmotor betätigbar ist.
10. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass der Stellmotor ausschließlich für die Betätigung der Lenkventilstange (17) ausgelegt ist.
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