DE2009574C3 - Hydraulische Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei aus der deutschen Auslegeschrift 12 91226 bekannten Hilfskraftlenkungen dieser ArI sind die Reaktionsfedern zwischen die beiden Reaktionskolben eines Paares eingeschaltet. Durch diese Anordnung ergibt sich die Wirkungsweise, daß nach Überwindung der Federvorspannkraft der Reaklionsfedern des betreffenden Paares der eine Reaktionskolben am Steuerschieber starr abgestützt und damit seine Reaktionsdruckkraft abgeschaltet ist und infolgedessen die der Handkraft entgegenwirkende Kraft von da an vermindert — jedoch stets proportional nach Maßgabe des anderen Reaktionskolbens zum Lastdruck ansteigt Dies ergibt bei großen Lenkausschlägen unerwünscht hohe Reaktionskräfte.

Der Erfindung liegen demgemäß zwei nur schwer gemeinsam zu lösende Aufgabenstellungen zugrunde. Einerseits soll die maximal aufzuwendende Handkraft am Lenkhandrad einen bestimmten Betrag nicht übersteigen und andererseits soll die Handkraft auch

ίο noch bei größeren für Kurvenfahrten aufzubringenden Lenkwellenmomenten dem Lastdruck proportional sein.

Die aufgezeigten Probleme sind gemäß der Erfindung in einfacher Weise durch die in Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuerventileinrichtung kann der Knick in der Handkraftkurve für verminderten Anstieg der Handkraft in den Bereich kleinerer Handkräfte und kleinerer Lenkwellenmomente gelegt werden, so daß der Anstieg der Handkraft in den Bereichen in Nähe der Mittelstellung relativ steil ist Erfindungsgemäß ergibt sich in der Handkraftkurve ein zweiter Knick für die sogenannte Handkraftbegrenzung infolge der federnden Abstützung des zweiten Reaktionskolbens. Dieser zweite Knick kann in einen Bereich mit relativ hohen Lenkwellenmomenten gelegt werden, so daß auch bei höheren Momenten noch eine proportionale Abhängigkeit der Handkraft vom Lastdruck erreicht ist. Dabei kann ein relativ flacher Verlauf der Handkraftkurve zwischen den beiden Kurvenknickpunkten vorgesehen werden, um eine relativ kleine maximale Handkraft zu erreichen.

Zur Erzielung einer kurzen Baulänge ist es bei der Hilfskraftlenkung nach der Erfindung vorteilhaft, daß die federnden Mittel für die beiden Reaktionskolben »ineinander« geschachtelt sind. Diese Anordnung ist dadurch verwirklicht, daß die Reaktionsfedern eines Paares parallel geschaltet sind. Um zu vermeiden-, daß die beiden Reaktionskolben bei Druckentlastung durch die Reaktionsfedern auseinandergeschoben werden, kann in Weiterbildung der Hilfskraftlenkung nach der Erfindung der Boden des Ring-Reaktionskolbens einen Anschlag zum Abfangen der Federvorspannung der Reaktionsfeder des Zentral-Reaktionskolbens bilden.

Wie eine Hilfskraftlenkung nach der Erfindung beispielsweise ausgeführt sein kann, ist im folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform im einzelnen erläutert. Ir der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema für die Wirkungsweise eines Axialkolbensteuerventiles einer Hilfskraftlenkung mittels je eines Axial- und Radialschnittes durch das Lenkgetriebegehäuse,

Fig. 2 den Ausschnitt H der Fig. 1 um 90° gedreht und in vergrößertem Maßstab und

F i g. 3 ein Schaubild für den Verlauf der Handkraftkurve über dem Lenkwellenmoment, in dem die erfindungsgemäße Hilfskraftlenkung zwei zum Stand der Technik gehörenden Hilfskraftlenkungen gegenübergestellt ist.

Zunächst wird anhand der F i g. 1 die Wirkungsweise eines Axialkolben-Steuerventiles 10 beschrieben. In einem Gehäuse 11 eines Lenkgetriebes 12 ist ein Arbeitskolben 13 verschiebbar geführt, der eine zentrische Ausnehmung 14 aufweist, in der eine Lenkmutter 15 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert ist. Die Lenkmutter 15 ist mit einer Lenkschnecke 16 schraubbeweglich verbunden, die ein

das Gehäuse 11 stirnseitig durchsetzendes Lenkspindelteil 17 aufweist Ein gehäuseäußerer Spindelzapfen 18 des Lenkspindelteiles 17 dient zur drehfesten Verbindung der Lenkschnecke 16 mit einem Lenkhandrad. Vom Arbeitskolben 13 begrenzte Arbeitsräume für das Druckmittel sind mit 19 und 20 bezeichnet Am Umfang des Arbeitskolbens 13 ist ein Zahiistangenprofil 21 vorgesehen, in das ein Zahnsegment 22 einer in einer Gehäuseausbuchtung 23 des Lenkgetriebes 12 drehbar gelagerten Lenkwelle 24 eingreift

Die Lenkmutter 15 ist mit einem starren radialen Steuerliiieal 25 versehen, das eine öffnung 26 des Gehäuses 11 radial und in Umfangsrichtung beweglich durchsetzt und spielfrei in eine Umfangsnut 27 eines Axialkolbens 28 des Steuerventils eingreift

Das nach dem Prinzip der Durchflußsteuerung arbeitende Steuerventil 10 ist zwischen eine Druckmittelpumpe 29 und die Arbeitsräume 19 und 20 geschaltet, wobei ein Ventilabschnitt IOD eine Verbindung zwischen einer Pumpendruckleitung 30 und den Arbeitsräumen 19, 20 und ein Ventilabschnitt 10/? eine Verbindung zwischen einer Pumpenrücklaufleitung 31 und den Arbeitsräumen 19, 20 steuert. Die Druckmittel-Verbindungen zwischen den Arbeitsräumen 19, 20 und der Pumpendruckleitung 30 einerseits sind mit 19Dund 20D und zwischen den Arbeitsräumen 19, 20 und der Pumpenrücklaufleitung 31 andererseits sind mit 19/? und 20/? bezeichnet.

Der Axialkolben 28 weist zwei Reaktionsdruckräume 32 und 33 auf, in denen je ein Paar Reaktionskolben 34 bzw. 35 druckdicht und verschiebbar geführt ist. Der Reaktionsdruckraum 32 ist über einen Schieberkanal 36 und über die Druckmittelverbindung 19D an den Arbeitsraum 19 angeschlossen. Der andere Reaktionsdruckraum 33 steht über einen zweiten Schieberkanal

37 sowie über die Druckmittelverbindung 2OD mit dem Arbeitsraum 20 in Verbindung.

In der der Stellung für Geradeausfahrt des Lenkhandrades entrprechenden und gezeichneten Mittelstellung des Axialkolbens 28 wird mittels der kommunizierenden Druckmittelverbindungen 19D und 19/? sowie 2OD und 20/? ein ständiger Durchfluß durch das Steuerventil 10 von der Pumpendruckleitung 30 zur Pumpenrücklaufleitung 31 aufrechterhalten. Je nach Lenkradeinschlag wird der Axialkolben 28 mittels des **> Steuerlineales 25 in der einen oder anderen Richtung aus seiner Mittelstellung ausgelenkt, so daß der eine Arbeitsraum rnit der Pumpendruckleitung 30 und der andere mit der Pumpenrücklaufleitung 31 verbunden ist. Dabei wird in dem jeweiligen über seinen Arbeitsraum mit der Pumpendruckleitung 30 verbundenen Reaktionsdruckraum ein Reaktionsdruck aufgebaut, der der Auslenkkraft am Axialkolben entgegenwirkt und als Reaktionskraft am Lenkhandrad fühlbar wird. Der Axialkolben 28 wird durch eine sich an beiden Enden sowohl am Ventilgehäuse wie auch am Schieber abstützende Zentrierfeder 51 in seiner Mittelstellung gehalten.

Das Reaktionskolben-Paar 34 bzw. 35 besteht aus einem zur benachbarten Ventilgehäusewand

38 offenen topfförmigei Reaktionskolben 39, dessen Boden 40 eine den Kolbeninnenraum 41 mit dem Reaktionsdruckraum 33 verbindende Zentral-Bohrung 42 aufweist. In der Bohrung 42 ist ein weiterer Reaktionskolben 43 druckdicht und verschiebbar geführt. Die vom Reaktionsdruck beaufschlagbare ringförmige Druckfläche des Reaktionskolbens 39 ist durch Durchmesser D39 und cfa radial begrenzt, während die kreisförmige Druckfläche des anderen Reaktionskolbens 43 durch dessen Durchmesser ab bestimmt ist Der Reaktionskolben 39 ist an einem in den Axialkolben 28 eingesetzten Sicherungsring 44 starr und mittels einer Reaktionsfeder 45 an der Ventilgehäusewand 38 federnd abstützbar. Die Reaktionsfeder 45 liegt an einem Ende am Boden 40 des Reaktionskolbens 39 und am anderen Ende an einem im Innenraum 41 verschiebbar gelagerten Federteller 46 an, der über Stützzapfen 47 an der Ventilgehäusewand 38 zur Anlage gebracht wird Um die Vorspannung der Reaktionsfeder 45 aufzufangen, liegt der Federtelier 46 an seiner der Feder abgewendeten Seite an einem in den Reaktionskolben 39 eingesetzten Sicherungsring 48 an. Um die Reaktionsdruckkraft des anderen Reaktionskolbens 43 abschalten zu können, ist dieser mit einer Anschlagkante 49 versehen, mittels der er am Boden 40 des Kolbenhemdes 39 starr abstützbar ist Für die ebenfalls vorgesehene federnde Abstützung dieses Reaktionskolbens 43, durch die zusammen mit der Abschaltung der Druckkraft ein zweiter Knick in der Handkraftkurve erzeugt und eine gewisse Begrenzung der Handkraft erreicht wird, ist eine zweite, zur Reaktionsfeder 45 konzentrische innere Reaktionsfeder 50 vorgesehen, die an einem Ende an der dem Reaktionsdruckraum 33 abgewendeten Stirnfläche 51 des Reaktionskolbens 43 und am anderen Ende am Federteller 46 anliegt. Um die Vorspannung der Reaktionsfeder 50 aufzufangen, greift diese gleichzeitig am Boden 40 des Reaktionskolbens 39 an. Auf diese Weise arbeiten die Reaktionsfedern 45,40 in Parallelanordnung.

Die Wirkungsweise der Reaktionskolben-Paare 34 bzw. 35 entspricht der Handkraftkurve 52 mit den beiden Abschaltpunkten 53 und 54 in F i g. 3 und ergibt sich wie folgt:

Bis zur Überwindung der Vorspannung der Zentrierfeder 51 wird die Handkraft am Lenkhandrad rein mechanisch auf die Lenkwelle 24 übertragen. Der entsprechende Kurvenverlauf in F i g. 4 ist 0—55. 55 ist der Einschaltpunkt für die Druckmittelkraft. Im Bereich 55—53 der Handkraftkurve wirkt auf den Axialkolben 28 eine Reaktionskraft, die gleich dem Produkt aus Reaktionsdruck im Raum 33 mal Kreisfläche mit D39 als Durchmesser ist. Das heißt, die beiden Reaktionskolben 39 und 43 bilden durch die Wirkung der Reaktionsfeder 50 ein in sich starres Teil. Dadurch ist der Kurvenverlauf 55—53 relativ steil, so daß die Lenkung in Nähe der Mittelstellung des Lenkhandrades bereits einen spürbaren Kontakt zur Straße vermittelt

Im Punkt 53 der Handkraftkurve wird die Vorspannung der Reaktionsfedern 45 und 50 durch den auf die Druckflächen des Reaktionskolbens 39 und 43 wirkenden Reaktionsdruck überwunden, so daß zunächst der Reaktionskolben 39 starr am Sicherungsring 44 bzw. am Axialkolben 28 abgestützt ist. Infolgedessen ist die wirksame Druckfläche um die Ringfläche des Reaktionskolbens 39 vermindert und der weitere Verlauf 53—54 der Handkraftkurve 52 ist flachen In Punkt 54 der Handkraftkurve 52 stützt sich der andere Reaktionskolben 43 am Reaktionskolben 39 und damit ebenfalls am Axialkolben 28 starr ab, so daß auch die Reaktionsdruckkraft dieses Reaktionskolbens auf den Axialkolben 28 abgeschaltet ist und die Handkraftkurve 52 Tfindungsgemäß einen zweiten Knick (Punkt 54) im Bereich der Servounterstützung erhält. Einer weiteren Auslenkung des Axialkolbens 28 wirken nur noch die Reaktionsfedern 45 und 50 entgegen, deren resultierende Federsteife den Anstieg der Handkraftkurve im

Bereich 56 der sogenannten Handkraftbegrenzung bestimmt.

Die Kurve 57 gibt den Verlauf der Handkraft über dem Lenkwellenmoment bei den bekannten Servolenkungen nach DE-AS 12 91 226 wieder. Der Knickpunkt 58 dieser Kurve stellt den Abschaltpunkt des einen der beiden relativ zueinander verschiebbaren Reaktionskolben dar, wobei die Druckfläche des anderen, unmittelbar starr am Ventilgehäuse abgestützten Reaktionskolben im anschließenden Kurvenabschnitt 59 ständig wirksam bleibt und eine nicht lösbare proportionale Abhängigkeit zwischen Lastdruck und Handkraft aufrechterhält.

Die Kurve 60 in Fig.3 gibt den Verlauf der Handkraft über dem Lenkwellenmoment bei einer anderen bekannten Hilfskraftlenkung (DE-AS 10 34 991) wieder. Bei dieser Lenkung ist jeweils ein einziger Reaktionskolben vorgesehen, der im Kurvenpunkt 61 starr am Axialkolben abgestützt ist, so daß in diesem Punkt der Reaktionsdruck abgeschaltet ist. Der an den Punkt 61 anschließende Kurvenbereich 62 stellt die sogenannte Handkraftbegrenzung dar, dessen flacher Verlauf durch zwischen Reaktionskolben und Ventilgehäuse eingeschaltete Reaktionsfedern bestimmtwird.

Wie ein Vergleich der Kurven 52 und 60 ergibt, ist durch die Erfindung der Beginn der Handkraftbegrenzung (Punkt 54 gegenüber Punkt 61) in den Bereich höherer Lenkwellenmomente verlegt, so daß beim Fahrer bei Kurvenfahrten das Gefühl'des »in die Kurve Fallens« vermieden ist, wobei gleichzeitig zur Erleichterung des Parkierens usw. die maximale Handkrafl verkleinert werden kann.

Bei der Hiifskraitienkung nach der DE-AS 12 91 226 (Kurve 57) sind keine Mittel zur Begrenzung der Handkraft vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge, mit einer Axialkolben-Steuerventileinrichtung für einen Lenkmotor, bei der ein dem Linkseinschlag und ein dem Rechtseinschlag der gelenkten Fahrzeugräder zugeordnetes, in stirnseitigen Axialbohrungen des Ventilkolbens gebildeten Reaktionsdruckkammern verschiebbares und jeweils an einer zugeordneten Stirnfläche der Gehäusebohrung für den Ventilkolben abstützbares Paar von Reaktionskolben eine vom Servodruck abhängige Reaktionsdruckkraft am Lenkhandrad fühlbar macht, wobei jeweils einer der an wenigstens einer Reaktionsfeder abgestützten Reaktionskolben eines jeden Paares durch einen die Vorspannung seiner Reaktionsfeder überwindenden relativ niedrigen Arbeitsdruck an einem gegenüber seiner Reaktionsdruckkammer unbeweglichen Anschlag zur Anlage gebracht wird und der andere Reaktionskolben eines jeden Paares auch bei höheren Arbeitsdrücken arbeitet und jedes Paar aus einem topfförmigen, die Reaktionsfeder aufnehmenden Ring-Reaktionskolben und aus einem in einer Zentralbohrung des Ring-Reaktionskolbens druckmitteldicht und verschiebbar geführten Zentral-Reaktionskolben gebildet wird sowie die Zentralbohrung zwischen die Reaktionsdruckkammer und eine druckentlastete Kammer geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der auch bei höheren Arbeitsdrücken arbeitende Reaktionskolben (43 in Fig. 2) an wenigstens einer zusätzlichen, ebenfalls im topfförmigen Ring-Reaktionskolben aufgenommenen Reaktionsfeder (50 in Fig.2) abgestützt ist und durch einen die Vorspannung der zusätzlichen Reaktionsfeder (50 in Fig.2) überwindenden mittleren Arbeitsdruck (Kurvenpunkt 54 in Fig.4) an einem am Boden des Ring-Reaktionskolbens gebildeten Anschlag (40, 44 in Fig.2) zur Anlage gebracht wird, und daß die Reaktionsfedern (45, 40) des Paares (39, 43) an einem gemeinsamen Federteller (46) abgestützt sind, der an einem zum Ring-Reaktionskolben (39) bewegungsfesten Anschlag (Sicherungsring 48) zur Anlage bringbar ist und sich andererseits an der zugeordneten Stirnfläche der Gehäusebohrung für den Ventilkolben abstützt.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (40) des Ring-Reaktionskolbens (39) einen Anschlag (Boden 40) zum Abfangen der Federvorspannung der Reaktionsfeder (50) des Zentral-Reaktionskolbens (43) bildet.