DE1816997A1

DE1816997A1 - Servo-Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE1816997A1
Application number: DE19681816997
Authority: DE
Inventors: Hruska Howard Ellsworth
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1967-12-29
Filing date: 1968-12-24
Publication date: 1969-08-07
Also published as: FR1598825A; ES361963A1; US3465842A; GB1201976A

Description

Servo-Lenkvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Servo-Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei der ein mit den gelenkten Rädern verbundener Servomotor von einem Servoventil gesteuert wird, das zwei gegeneinander verschiebbare, mit der Lenksäule und dem Lenkgetriebe verbundene Ventilglieder aufweist, und bei der eine Hilfseinrichtung vorgesehen ist, die einer Verschiebung der Ventilglieder aus ihrer Nullage entgegenwirkt und eine dem Ausschlag der Lenksäule entgegengerichtete Kraft erzeugt.

Bei einem Kraftfahrzeug ist im allgemeinen bei schneller Fahrt auf Landstraßen eine gute Stabilität der Lenkung und beim Fahren in der Stadfc-::eine leichtgängige Lenkung erwünscht. Die Empfindlichkeit oder das Ansprechen einer Servolenkung sollte daher beim schnellen Fahren vermindert und beim Lenken bei geringen Fahrtgeschwindigkeiten erhöht werden. Das Verhältnis zwischen der bei einem Radeinschlag auf die zu lenkenden Räder wirkende Kraft und der auf das Lenkrad ausgeübten Kraft soll daher bei großen Ge-

schwindigkeiten geringer sein als bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Es sind bereits Servo-Lenkvorrichtungen bekannt, bei denen das Lenkverhältnis in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit verändert wird, wobei ein geringes Lenkverhältnis für das Fahren in der Stadt und beim Einparkeh und ein hohes Lenkverhältnis für die Fahrt auf Landstraßen angestrebt wird. Bei den bekannten Lenkvorrichtungen wurde dieser Zweck durch eine zusätzliche Antriebseinrichtung .durch Veränderungen in der Anordnung des Lenkgestänges oder durch andere relativ umständliche und teure Einrichtungen erreicht. Wegen dieser Schwierigkeiten wiesen viele Servo-Lenkeinrichtungen ein konstantes festgelegtes Lenkverhältnis auf, was einen Kompromiß zwischen dem kleinen Lenkverhältnis für Stadtfahrt und dem großen Lenkverhältnis für überlandfahrten darstellt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine einfache und preiswerte Servolenkung zu schaffen, deren Empfindlichkeit bei überlandfahrt mit hohen Geschwindigkeiten vermindert und beim Lenken bei geringen Geschwindigkeiten erhöht wird. In Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit wird die zur Betätigung der Lenkung notwendige Lenkraft und nicht das Lenkverhältnis geändert .

Eine Servo-Lenkvorrichtung ist daher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Fahrtgeschwindigkeit ansprechende Vorrichtung mit einer Hilfseinrichtung verbunden ist und deren Gegenkraft ändert, so daß diese der Drehung der Lenksäule ent-

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gegenwirkende Kraft von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Servo-Lenkvorrichtung der oben beschriebenen Art die freien Enden eines Torsionsstabes mit den beiden Ventilgliedern so verbunden, daß er einer Verdrehung der Ventilglieder gegeneinander bei einer Betätigung der Lenksäule entgegenwirkt, wobei ein bewegbares Steuerelement eine längsverschiebbare, jedoch drehfeste Verbindung zwischen dem Torsionsstab und einem der Ventilglieder herstellt, um die wirksame Länge des Torsionsstabes zu vermindern, wenn die Fahrtgeschwindigkeit zunimmt.

Ein Ausführüngsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Servo-Lenkvorrichtung, wobei die mit der Lenkvorrichtung verbundenen Fahrzeugteile schematisch dargestellt sind;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Ventil der Lenkvorrichtung, wobei die Kanäle in dem Ventil in eine Ebene gelegt sind, um die Strömungswege in dem Ventil anschaulicher darzustellen

In Fig. 1 sind die Vorderräder Io des Fahrzeuges gezeigt, die durc

der
Drehung/mit der Eingangswelle 12 verbundenen Lenksäule (nicht gezeigt) gelenkt werden. Mit der Eingangswelle 12 ist eine Globoidschnecke 14 verbunden, die eine Gewindebahn 16 in Form einer Nut aufweist. Die Globoidschnecke ist an ihren beiden Enden in radialen Drucklagern 18 und 19 gelagert, so daß sie keine Axial-

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bewegung ausführen kann. Eine Segmentrolle 2o ist so angeordnet, daß sie an der Gewindebahn 16 der Globoidschnecke angreift. Die Segmentrolle ist an einem Ende einer Segmentwelle 22 befestigt, die in dem Getriebegehäuse 24 gelagert ist. Ein Hebel 26 1st mit dem anderen Ende der Segmentwelle 22 und mit den Spurhebeln 28 der Räder Io über das Lenkgestänge verbunden, dae die Spurstangen 3o, 32 und einen Führungshebel 34 aufweist, der mit einem Ende schwenkbar an dem Fahrzeugrahmen 36 befestigt ist.

Die hydraulische Einrichtung der Lenkvorrichtung weist einen Strömungsmittelmotor 38 auf, der zwischen der Spurstange 32 und dem Fahrzeugrahmen 36 (Fig. 1) angeordnet sein kann. Der Strömungs mittelmotor kann jedoch auch an einer anderen Stelle, beispielsweise an dem Gehäuse des Lenkgetriebes, befestigt sein. Ein Kolben 4o unterteilt den Zylinder 42 in zwei entgegengesetzt wirkende Kammern, die dauernd mit den Zylinderanschlüssen 44 und 46 eines Drehschieberventils 48 über die Leitung 5o und 52 in Verbindung stehen.

Die Hauptteile des Drehschieberventils 48 sind das Ventilgehäuse 54, der Drehschieber 56, der auf der Eingangswelle 12 angeordnet ist, und eine Hülse 58, die zwischen dem Drehschieber und dem Ventilgehäuse liegt und so angeschlossen ist, daß sie von der Globoidschnecke 14 angetrieben wird. In dem Gehäuse 54 ist ein Einlaß So, ein Auslaß 62 und die beiden oben erwähnten Zylinder- anachlüee· 44 und 46 vorgttehen. Der Drehschieber 56 hat eeche axial verlaufende, unter gleicht» Abstand angeordnete Nuten an seine« Auienumfang, wobei die drei Nuten 68 Strömungsmittel unter Druck führen und die anderen RflokfluAnuten ?o sind.

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Die Rückflußnuten 7o sind nicht länger als die Drucknuten 68, so daß die Rückflußnuten mit einer Rückflußkammer 72 an einem Ende der Hülse.58 in Verbindung treten können.

Am Innenumfang der Ventilhülse 58 sind sechs axiale, unter gleichen Abstand angeordnete Nuten vorgesehen, von denen drei die Bezugszahl 76 und drei die Bezugszahl 78 führen. Auf dem Außenumfang der Ventilhülse 58 sind drei ringförmige Ansätze 80, 82 un 84 und zwei Ringnuten 88 und 90. Da die Hülse 58 in den mit einer Bohrung versehenen Abschnitt 92 der Globoidschnecke hineinragt, kann die Kammer 93 des Lenkgetriebes mit der Nut 76 der Hülse über radiale Kanäle 94 verbunden werden, ohne daß eine Ringnut auf der Ventilhülse notwendig ist, da die radialen Kräfte 94 direkt in die Kammer, des Lenkgetriebes münden. Andererseits verbinden radiale Kanäle 96 die Nut 78 der Hülse mit der Ringnut Radiale Kanäle 98 verbinden die Nut 68 des Rotors mit der Ringnut 9o. Wenn das Drehschieberventil 48, das ein in seiner Mittelstellung offenes Ventil ist, sich bei Geradeausfahrt in seiner Mittelstellung befindet, wird der Durchfluß vom Einlaß 60 zum Auslaß 62 über die Ringnut 9ö, die radialen Kanäle 98 in der Hülse, die axiale Nut 68 in dem Rotor, die axialen Nuten 76, in der Hülse, die axialen Nuten 7 ο in dem Rotor und die Rückflußkammer 72 freigegeben. Der Zylinderanschluß 74 steht mit dem Schlitz 78 in der Hülse über die radialen Kanäle 96 und die Ringnut 88 in Verbindung, während der Zylinderanschluß 46 mit dem Schlitz 76 in der Hülse über die radialen Kanäle 94 und die Kammer 93 des Lenfcgetriebes verbunden ist.

In den ringförmigen Ansätzen 80, 82 und 84 sind Dichtungen angeord net, um ein Auslecken zu verhindern. Diese Dichtungen bestehen aus glasfaserverstärkten Pölytetrafluoräthylen-Dichtringen mit rechteckigem Querschnitt. Abschlußringe ίοο dichten die axialen Nuten 76 und 78 in der Hülse ab und dienen gleichzeitig als Lager. -

um Um die Gegenkraft beim Lenken zu erzeugen und/damit die Kraft festzulegen, die der Fahrer zum Lenken des Fahrzeuges aufwenden muß, ist ein Torsionsstab Io2, der in den Bohrungen Io4 und Ιοβ der Eingangswelle 12 und der Globoidschnecke 14 angeordnet ist, an einem Ende mit dem Drehschieber 56 über die Eingangswelle 12 durch einen Stift I08 und an seinem anderen Ende mit der Ventilhülse 58 über einen Abtriebsteil,, d.h. die Globoidschnecke 14, durch eine Verbindungseinrichtung Ho verbunden, die gleitbar in der Bohrung I06 der Globoidschnecke angeordnet ist. Die Verbindungseinrichtung Ho weist einen Kolben auf, der einstückig mit einer Hülse ausgeführt ist, die auf ihrer Innenseite eine Längsverzahnung 112 hat, die in die Längsverzahnung 114 des Torsionsstabes eingreift, und die auf ihrer Außenseite eine Längsverzahnung 116 zum Eingriff in die Verzahnung II8 in der Bohrung der Globoidschnecke besitzt. Anstelle einer Verbindung durch eine Längsverzahnung können andere Verbindungen vorgesehen sein, die eine axiale Bewegung der miteinander verbundenen Teile gestatten.

Aufgrund der drei unter gleichen Abständen angeordneten oben beschriebenen Strömungsmittelwege sind die in dem Ventil aufgrund des Strömungsmittelflusses wirkenden Kräfte ausgeglichen, so daß

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eine bestimmte Lage aufgrund von hydraulischen Unausgeglichenheiten vermieden wird. Bei einer Drehung des Lenkrades wird der Drehschieber 56 gegenüber der Ventilhülse 58 gedreht, da der Torsionsstab Io2 ausgelenkt wird, der den Drehschieber und die Ventilhülse über die Globoidschnecke verbindet. Diese Bewegung ist proportional der Drehkraft am Eingang . Eine Verdrehung zwischen dem Drehschieber 56 und der Hülse 58 (Fig. 2)bewirkt, daß einer der Zylinderanschlüsse M, 46 mit dem Einlaß 60 und der andere Zylinderanschluß mit dem Auslaß 62 in Verbindung tritt. Dadurch wird eine Druckdifferenz an dem Kolben 4o erzeugt* so daß eine durch die Servokfaft unterstützte Lenkbewegung erfolgt.

Eine mechanische Verbindung durch die Verzahnung 122, wobei zwischen den Zähnen genügend Spiel vorhanden ist, um eine Betätigung des Ventils zu gestatten, ist zwischen der Eingangswelle und dem Drehschieber 56 einerseits und der Globoidschnecke Ik andererseits vorgesehen, die als direkter mechanischer Antrieb zwischen der Eingangswelle und der Globoidschnecke wirkt, wenn der Strömungsmitteldruck ausfällt. Andernfalls gestattet diese Verbindung eine begrenzte Drehbewegung zwischen der Eingangswelle und der Globoidschnecke. Der Torsionsstab Io2, der den Drehschieber und die Globoidschnecke verbindet, erzeugt eine Gegenkraft bei der Lenkung und damit einen spürbaren Widerstand, ver hindert aber nicht die »um Betrieb des Ventile notwendige Drehbewegung swischen der Hülse und dem Drehschieber. Die wirksame Länge des Torsionsatabes wird durch die Stellung des hulsenförmigen Kolbens Ho in der Bohrung I06 bestirnt. Die grölt· wirksame Lunge des Toreionsstabes wird dtnn erreicht, wenn der

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Kolben Ho in seine äußerste Stellung nach rechts verschoben ist (Fig. 1).. Die kürzeste wirksame Länge des Torsionsstabes ergibt sich, wenn der Kolben Ho aus der gezeigten Lage in seine äußerste linke Stellung in der Bohrung Ιοβ verschoben wird. Eine Feder wirkt der Bewegung des Kolbens Ho entgegen, wenn er sich so verschiebt, daß die wirksame Länge des Torsionsstabes verkürzt wird.

Gemäß Fig. 1 ist ein automatisches Getriebe 13o mit dem Motor des Fahrzeuges verbunden. Das automatische Getriebe ist über eine Antriebswelle, ein Differential und die Hinterachse mit den hinteren Antriebsrädern verbunden. Das Getriebe 13o weist eine Pumpe auf, die einen Druck erzeugt, der direkt von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängt. Der Druck dieser Pumpe, der mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit anwächst, wird über die Leitung 13^ an die Kammer an der Stirnseite des gleitbaren Kolbens Ho der Verbindungseinrichtung zwischen dem Torsionsstab und der Schnecke abgegeben. Wenn der Druck in dem Getriebe steigt bewegt sich der Kolben nach links und drückt die Feder 12o zusammen, bis die Federkraft den Getriebedruck ausgleicht. So wird die wirksame Länge des Torsionsstabes vermindert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, so daß die Torsionskraft steigt, die zur Betätigung des Drehschieberventils notwendig ist. Eine Verkürzung der wirksamen Länge des Torsionsstabes erhöht also die von dem Fahrer aufzuwendende Kraft, die zum Steuern des Fahrzeuges notwendig ist. Daher ergibt sich bei erhöhten Geschwindigkeiten ein größerer künstlicher Steuerdruck, so daß eine Stabilisierung der Lenkung bei hohen Geschwindigkeiten unabhängig von dem Lenk-

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verhältnis erreicht.wird.

Obwohl ein automatisches Getriebe bei dem Ausführungsbeispiel als Druckquelle zur Bewegung des Kolbens llo in der Verbindungseinrichtung an dem Tors ions st ab vorgesehen ist;, kann auch eine andere von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Druckquelle oder eine direkte von dem Gashebel übertragene Kraft verwendet werden.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann gegebenenfalls abgewandelt werden. So kann beispielsweise die Verbindungseinrichtung mit dem Kolben llo in der Bohrung Io4 der Eingangswelle 12 ange* ordnet sein, um dieses Eingangsglied mit dem anderen Ende des Torsionsstabes zu verbinden. Ferner kann die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenkraft mit bekannten Servo-Lenkvorrichtungen abgestimmt werden, die mit Reaktionsmittel ausgestattet sind, die einer Auslenkung der Eingangssteuerwelle einen Widerstand entgegensetzen.

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Claims

The Bendix Corporation

Fisher Building

Detroit, Michigan/USA 23. Dezember 1968

Anwaltsakte M-556

Patentansprüche

1. Servo-Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei der ein mit den gelenkten Laufrädern verbundener Servomotor von einem Servoventil gesteuert wird, das zwei gegeneinander verschiebbare, mit der Lenksäule und mit dem Lenkgetriebe verbundene Ventilglieder aufweist, und bei der eine Hilfseinrichtung vorgesehen ist, die einer Verschiebung der Ventilglieder aus ihrer Nullage entgegenwirkt, um eine dem Ausschlag der Lenksäule entgegengerichtete Kraft zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Fahrtgeschwindigkeit ansprechende Vorrichtung mit der Hilfseinrichtung (Io2) verbunden ist und deren Gegenkraft verändert, so daß diese von der Fahrtgeschwindigkeit abhängig ist.

2. Servo-Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtung (Io2) nachgiebige Mittel aufweist, . die zwischen den beiden Ventilgliedern (56, 58) angeordnet sind,

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und daß die auf die Fahrtgeschwindigkeit ansprechende Vorrichtung ein bewegbares Steuerelement (Ho) aufweist, das in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit betätigbar ist und die Federkraft der nachgiebigen Mittel bei steigender Fahrgeschwindigkeit verkleinert.

3· Servo-Lenkvorr-ichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Mittel aus einem Torsionsstab (Io2) bestehen, dessen freie Enden (I08, 11*0 mit den beiden Ventilgliedern (56j 58) verbunden sind, und der einer Verdrehung zwischen den Ventilgliedern bei der Betätigung der Lenksäule entgegenwirkt, und daß das bewegbare Steuerelement (Ho) eine längsverschiebbare, jedoch drehfeste Verbindung zwischen dem Torsionsstab (Io2) und einem der Ventilglieder (56, 58) herstellt, so daß dadurch die wirksame Länge des Torsions*- stabes (Io2) bei wachsender Fahrtgeschwindigkeit verkleinert wird.

l\. Servo-Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, .-daß; .-das Steuerelement eine gleitbare Hülse aufweist, die durch eine Verzahnung (112, 116) mit dem Torsionsstab (Io2) und mit einem der Ventilglieder (58, 14) verbunden ist.

5. Servo-Lenkvorrichtung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Element durch einen bewegbaren Kolben betätigbar ist, der auf einen Strömungsmitteldruck anspricht, der von der Fahrtgeschwindigkeit abhängig ist.

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