DE2409207C3

DE2409207C3 - Lenkeinrichtung mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung für schwere Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2409207C3
Application number: DE19742409207
Authority: DE
Inventors: Armin 7070 Schwaebisch Gmuend Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1974-02-26
Filing date: 1974-02-26
Publication date: 1981-05-07
Also published as: JPS50152440A; BG29717A3; DE2409207B2; DK70775A; DK137319C; DK137319B; ES435068A1; YU45975A; YU36652B; JPS5744503B2; BR7501142A; DE2409207A1; PL92983B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung für schwere Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Lenkeinrichtungen mit zwei Druckmittelkreisen, von denen einer in Abhängigkeit vom anderen gesteuert wird, sind sehr anfällig für Schwingungen. Bei einer Lenkeinrichtung dieser Art (z.B. DE-OS 22 33 624) wurde vorgeschlagen, durch Rückführung des Arbeitsdruckes des Servokreises auf das Steuerventil, die Lenkung zu stabilisieren. Dies ist bei durchschnittlichen Anforderungen, beispielsweise bei achsschenkel-gelenkten Fahrzeugen, ausreichend. Bei dieser Lenkeinrichtung ist eine Regelung des Servokreises gegenüber dem Steuerkreis nur in der Weise vorgesehen, daß die Seite des Servomotors mif dem höheren Druck berücksichtigt wird, während im Servokreis die Seite des Servomotors mit dem niedrigeren Druck praktisch ungeregelt mit dem Tank verbunden bleibt Für Fahrzeuge mit hohen dynamischen Lenkmomenten, beispielsweise knickgelenkte Fahrzeuge, sind derartige Lenkeinrichtungen nicht geeignet, da hierbei durch auftretende hohe Massenkräfte die Regelschwingungen der Lenkanlage verstärkt werden.

Eine bekannte hydraulische Lenkung (DE-OS 20 05 404) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist vorgesehen für den Einbau in schweren Fahrzeugen, z. B. mit Knicklenkung.

Mit dem Ziel einer kleinen Bauweise wird der Servomotor des Servokreises in Abhängigkeit vom Druckunterschied im Steuerkreis über ein Zuschaltventil zugeschaltet, indem dessen eine Steuerfläche mit dem Zulaufdruck des Steuerkreises beaufschlagt wird. Die jeweilige Zulaufseite des zuschaltbaren Servomotors ist dann über das Zuschaltventil direkt mit der Servopumpe verbunden; die jeweilige RUcklaufseite ist dagegen über ein Rückschlagventil mit der Rücklaufleitung verbunden und an die andere Steuerfläche des Zuschaltventils zurückgeführt Auf die gelenkten Fahrzeugräder auftreffende Stöße bewirken dadurch eine solche Verstellung des Zuschaltventils, daß dem zuschaltbaren Servomotor entgegen der Stoßrichtung der Räder zur Dämpfung Druckmittel direkt von der Servopumpe zugeführt wird. Bei großen Stößen öffnen zwei zusätzliche Überdruckventile zum Rücklauf hin, so daß Druckmittel direkt abfließen kann und die Anlage durch die Stöße nicht beschädigt wird.

Schwingungen entstehen dadurch, daß die Arbeitskolben der Servomotoren nach der Beendigung des beabsichtigten Lenkvorganges infolge der Trägheit der mit ihnen verbundenen großen Massen sich weiter in den beim Lenken mit dem Rücklauf verbundenen Zylinderraum hineinbewegen. Die Massenbewegung geht über das eigentliche Lenkziel hinaus, das Steuerventil schaltet um. Die Servomotoren werden in entgegengesetzter Richtung mit Druckmittel beaufschlagt und ihre Arbeitskolben in entgegengesetzter Richtung bewegt. Auch hier geht infolge der nachschiebenden Massen die Bewegung über das Lenkziel hinaus. Das Steuerventil schaltet von neuem um. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Schwingungen allmählich abgeklungen sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, unzumutbare Schwingungen im Lenksystem zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäßen Servoschaltventile wirken als Druckwaagen zwischen den jeweiligen Drücken in den Druckräumen des steuerbaren Servomotors und den jeweiligen Drücken in den Druckräumen des

zuschaltbaren Servomotors. Dadurch wird eine zusätzliche Regelung des RückJaufdruckes des zuschaltbaren Servomotors in Abhängigkeit von dem entsprechenden Druck des steuerbaren Servomotors erreicht. Es wird ermöglicht, daß die Drücke in den Druckräumen des zuschaltbaren Servomotors unabhängig voneinander geregelt werden. Schwingungen, die !--.folge größerer Massenträgheiten bei bisher bekannten Lenkeinrichtungen auftraten, werden verhindert

Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer in ι ο einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Lenkeinrichtung der erfindungsgemäßen Art in schematischer Darstellung,

F i g. 2 bis F i g. 4 Ausführungsbeispiele der Lenkeinrichtung der F i g. 1.

Die Lenkeinrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, einem Steuerteil 1 und einem Servoteil 2. Der Steuerteil 1, der auch als Steuerkreis bezeichnet werden kann, enthält eine über ein nicht aargestelltes Lenkhandrad betätigbare Steuereinrichtung 3 bekannter Art mit einer Steuerpumpe 4 und einem Steuerventil 5 und einen steuerbaren Servomotor 6. Eine Kraftquelle in Form einer Servopumpe 7 dient zur evtl. gewünschten Verstärkung des Steuerstromes des Steuerteils 1. 2s Zwei Druckräume 8 und 9 des steuerbaren Servomotors 6, in F i g. 1 als kolbenstangenseitige Druckräume zweier Hydraulikzylinder 10 bzw. 11 dargestellt, sind durch zwei Druckmittelleitungen 12 bzw. 13 mit dem Steuerventil 5 verbunden.

Zwei weitere Druckräume 14 und 15 der beiden Hydraulikzylinder 10 bzw. 11, die zusammen einen zuschaltbaren Servomotor 16 des Servoteils 2 bilden, sind durch zwei Druckmittelleitungen 18 bzw. 19 mit zwei Servoschaltventilen 20 bzw. 21 verbunden. Die Servoschaltventile 20 und 21 sind mit Kraftquellen in Form von Servopumpen 22 bzw. 23, die auch mit der Servopumpe 7 identisch sein können, und mit Druckmittelbehältern 24 bzw. 25 verbunden.

Zwei erste Steuerflächen 26 und 27 der Servoschalt- ίο ventile 20 bzw. 21 sind über zwei Steuerleitungen 112 bzw. 113 mit den Druckmittelleitungen 12 bzw. 13 verbunden. Durch eine Druckbeaufschlagung der Steuerfläche 26 bzw. 27 wird das Servoschaltventil 20 bzw. 21 derart betätigt, daß die Druckmittelleitung 18 bzw. 19 mit der Servopumpe 22 bzw. 23 verbunden wird. Die beiden anderen Steuerflächen 28 und 29 der Servoschaltventile 20 bzw. 21 sind über zwei Steuerleitungen 118 bzw. 119 mit den Druckmittelleitungen 18 bzw. 19 verbunden. so

Die Funktionsweise der Lenkeinrichtung ist folgende: Das Servoschaltventil 20 wirkt als Druckwaage zwischen dem Druck in dem einen Druckraum 8 des steuerbaren Servomotors 6 und dem Druck in dem einen Druckraum 14 des zuschaltbaren Servomotors 16. Entsprechend wirkt das Servoschaltventil 21 als Druckwaage zwischen dem Druck im Druckraum 9 und dem Druck im Druckraum 15.

Steigt beispielsweise der Druck in dem Druckraum 8 infolge einer Lenkbewegung an, so wird dieser Druck über die Druckmittelleitung 12 und die Steuerleitung 112 auf die Steuerfläche 26 des Servoschaltventils 20 übertragen. Liegt der Druck in dem Druckraum 14 dabei unter dem des Druckraumes 8, so wird durch diese Druckdifferenz, die auch auf die Steuerflächen 26 und 28 wirkt das Servoschaltventil 20 dahingehend verstellt, daß eine Angleichung des Druckes im Druckraum 14 an den Druck im Druckraum 8 erreicht wird. Dies geschieht dadurch, daß die Druckmittelleitung 18 über das Servoschaltventil 20 mit der Servopumpe 22 verbunden wird. Entsprechend gilt es auch für die beiden Druckräume 9 und 15 und für das Servoschaltventil 21.

Bei der oben erwähnten Lenkbewegung wird der Druckraum 9 des steuerbaren Servomotors 6 mil dem Rücklauf zum Druckmittelbehälter verbunden. Bei bekannten Steuerventilen von Hilfskraftienkungen, bei denen sowohl der Zulaufstrom als auch der Rücklaufstrom über das Ventil geleitet wird, wird diese Verbindung jedoch nicht unmittelbar, sondern über eine steuerbare Drosselstelle in dem Steuerventil 5 hergestellt Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit der Regelung des Rücklaufdruckes auch für den Druckraum 15 des zuschaltbaren Servomotors 16. Die Regelung des Rücklaufes wird bei dieser Lenkbewegung durch das Servoschaltventil 21 erreicht.

Es ist also möglich, die Drücke in den Druckräumen 14 und 15 des zuschaltbaren Servomotors 16 unabhängig voneinander zu regeln.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung ist in F i g. 2 dargestellt Dabei sind die beiden Servoschaltventile 220 und 221 in einem gemeinsamen Gehäuse 30 angeordnet Für beide Servoschaltventile 220 und 221 ist ein gemeinsamer Zulaufkanal 31 mit einem Zulaufanschluß 32 für eine nicht dargestellte Kraftquelle und ein gemeinsamer Rücklaufkanal 33 mit einem Rücklaufanschluß 34 für einen nicht dargestellten Druckmittelbehälter vorgesehen. Die Steuerflächen 226 und 227, die durch die in F i g. 2 oben liegenden Stirnflächen der Ventilkolben 35 bzw. 36 gebildet werden, sind mit dem Steuerventil 201 des Lenkgetriebes verbunden. Die beiden entgegengesetzten Steuerflächen 228 und 229 sind mit dem zuschaltbaren Servomotor 216, hier als ein vom steuerbaren Servomotor 206 getrennter Hydraulikzylinder dargestellt, verbunden.

Da beide Ventilkolben 35 und 36 einander im Aufbau und in der Funktion gleich sind, wird im folgenden nur der eine Ventilkolben 35, der in F i g. 2 im Schnitt dargestellt ist, betrachtet.

Durch die konstruktive Ausführung des Ventilkolbens 35 mit einer einseitigen Axialbohrung 37, die über die Druckmittelleitung 218 mit dem einen Druckraum 214 des zuschaltbaren Servomotors 216 und über Radialbohrungen 38 mit einer zentralen, im Gehäuse 30 angeordneten Steuernut 39 verbunden ist, entfällt eine gesonderte Steuerleitung für die Steuerfläche 228. Die weitere Wirkungsweise des Servoschaltventils 220 geht aus der Beschreibung zur F i g. 1 hervor.

Um sicherzustellen, daß die Lenkeinrichtung auch bei einem Ausfall der am Zulaufanschluß 32 angeschlossenen Kraftquelle betriebsfähig bleibt ist in dem Ventilkolben 35 ein Rückschlagventil 40 angeordnet. Durch dieses Rückschlagventil 40 kann eine Verbindung hergestellt werden zwischen dem Steuerventil 201 und dem Zulaufkanal 31, so daß der Servoteil 20? mit dem zuschaltbaren Servomotor 216 über die Steuernut 39, die Radialbohrungen 38 und die Axialbohrung 37 durch die Steuerpumpe 204 mit Druckmittel versorgt werden kann. Ein im Zulaufanschluß 32 angeordnetes Rückschlagventil 41 verhindert ein Entweichen des von der Steuerpumpe 204 geförderten Druckmittels in Richtung auf die am Zulaufanschluß 32 angeschlossene Kraftquelle.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung zwischen dem Zulaufkanal 31 und dem

Servoteil 202 in Neutralstellung des Ventilkolbens durch die Steuernut 39 getrennt. Es ist jedoch auch eine Steuernut möglich, durch die eine in Neutralstellung offene Verbindung besteht. Die Art der Ausbildung der Steuernut ist von der Art der Kraftquelle (z. B. Servopumpe mit veränderlichem Strom, Zentralhydrauliksystem etc.) ibhängig und wird als nicht erfindungswesentlich nicht weiter beschrieben.

Durch besondere Ausbildung der Servoschaltventile 20 und 21 (Fig. 1) ist es möglich, für verschiedene Anwendungsfälle und Anforderungen Lenkgetriebe mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten. Eine Rolle spielt dabei vor allem die Größe der Steuerflächen der Servoschaltventile.

Nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2, bei dem die Steuerflächen 226 und 228 die gleiche Größe aufweisen, wird der Druck im zuschaltbaren Servomotor 216 auf die Höhe des Druckes im steuerbaren Servomotor 206 geregelt.

Werden dagegen die Steuerflächen 26 und 28 mit unterschiedlichem wirksamen Querschnitt ausgeführt, so läßt sich der Druck im zuschaltbaren Servomotor 16 nach einem dem Flächenverhältnis entsprechenden Verhältnis zu dem Druck im steuerbaren Servomotor 6 regeln.

In Fig.3 ist die Steuerfläche 326 bzw. 327 des Servoschaltventils 320 bzw. 321 größer als die Steuerfläche 328 bzw. 329. Dadurch wird der Druck in dem Druckraum 314 des zuschaltbaren Servomotors 316 auf einen gegenüber dem Druck in dem Druckraum 308 des steuerbaren Servomotors 306 im Verhältnis der Steuerflächen 326 und 328 erhöhten Wert eingeregelt. Dadurch wird es möglich, durch einen für kleinere Drücke ausgelegten Steuerteil 1 des Lenkgetriebes einen für höhere Drücke ausgelegten Servoteil 2 zu regeln.

Wird durch Wahl des umgekehrten Flächenverhältnisses der Steuerflächen der Druck im Servoteil 2 in

ίο diesem Verhältnis der Steuerflächen niedriger geregelt als der Druck im Steuerteil 1, so wird dadurch beispielsweise die Verwendung eines bestimmten vorhandenen Steuerteils zusammen mit einem kleineren Servoteil zur Erzielung einer bestimmten Größe der Hilfskraftunterstützung ermöglicht.

Um den Druck entweder im Steuerteil 1 oder im Servoteil 2 auf einen bestimmten Wert vorzuspannen, werden die beiden Servoschaltventile jeweils durch eine Druckfeder belastet. In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 4 wird der Ventilkolben 435 durch die Druckfeder 42 derart belastet, daß der Druck im Steuerteil 401 vorgespannt wird. Dadurch wird das Servoschaltventil 420 erst ab einer bestimmten Ansprechschwelle betätigt, d. h., die Druckanregelung für den Raum 414 des zuschaltbaren Servomotors 416 setzt erst ein. nachdem sich in den Druckraum 408 des steuerbaren Servomotors 406 ein Druck aufgebaut hat, der dem Druck auf die Steuerfläche 428 und der Kraft der Druckfeder 42 die Waage hält

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lenkeinrichtung mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung für schwere Kraftfahrzeuge, insbesondere mit Knicklenkung, bestehend aus einem eine Steuereinrichtung und einen steuerbaren Servomotor enthaltenden Steuerteil und einem mindestens eine Kraftquelle und einen über eine Servoschalteinrichtung zuschaltbaren Servomotor enthaltenden Servoteil, wobei jeweils eine der beiden Steuerflächen des Ventilkolbens der Servoschalteinrichtung mit einer zu einem Druckraum des steuerbaren Servomotors führenden Druckmittelleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoschalteinrichtung für die Druckregelung in den beiden Druckräumen (14 und 15, 214, 314, 414) des zuschaltbaren Servomotors (16, 216, 316, 416) aus zwei als Druckwaagen wirkenden Servoschaltventilen (20 und 21, 220 und 221, 420) besteht, die außer einem Zulaufanschluß (32) noch einen Rücklaufanschluß (34) sowie je eine mit einem Druckraum (14 bzw. 15, 214, 314, 414) des zuschaltbaren Servomotors (16, 216, 316, 416) verbundene, zentrale Steuernut (39) aufweisen und bei denen jeweils die andere Steuerfläche (28 bzw. 29, 228 bzw. 229, 328, 428) des Ventilkolbens (35 bzw. 36,435) mit einer zu dem einen bzw. anderen Druckraum (14 bzw. 15,214, 314, 414) des zuschaltbaren Servomotors (16, 216, 316,416) führenden Druckmittelleitung (18 bzw. 19) verbunden ist.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerflächen (26 und 28, 226 und 228 bzw. 27 und 29, 227 und 229) jedes Servoschaltventils (20 bzw. 21, 220 bzw. 221) gleiche Größen aufweisen.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerflächen (326 und 328 bzw. 327 und 329) jedes Servoschaltventils (320 bzw. 321) unterschiedliche Größen aufweisen.

4. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 ^o bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkolben (435) der Servoschaltventile (420) jeweils durch eine Druckfeder (42) in einer Richtung belastet sind.

5. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Servo- «5 schaltventilen (20 und 21, 220 und 221, 420) jeweils ein Rückschlagventil (40) angeordnet ist, durch das der Steuerteil (1, 201, 401) des Lenkgetriebes mit dem Zulaufanschluß (32) verbindbar ist.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (40) in dem Ventilkolben (35 bzw. 36, 435) des jeweiligen Servoschaltventils (20 bzw. 21, 220 bzw. 221, 420) angeordnet ist.

7. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zulaufanschluß (32) ein Rückschlagventil (41) angeordnet ist.