DE2931139A1

DE2931139A1 - Verfahren und vorrichtung zur hydraulischen unterstuetzung einer lenkbewegung eines lenkhandrades

Info

Publication number: DE2931139A1
Application number: DE19792931139
Authority: DE
Inventors: Ronald Dipl Ing Schuetze; Wolfgang Dipl Ing Walter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1979-08-01
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1981-02-05
Also published as: JPH0134825B2; IT8046870A1; GB2055718B; ES493655A0; FR2463039B1; ES8106674A1; IT8046870A0; GB2055718A; FR2463039A1; JPS56128270A; SE8005464L; SE443960B; DE2931139C2; IT1154070B; AR222235A1; BR8004815A

Description

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30. April 1979 Akte: ZF 584 3V79

Anmelder:

Zahnradfabrik Friedrichshafen

Aktiengesellschaft

7990 Friedrichshafen

Verfahren und Vorrichtung zur hydraulischen Unterstützung einer Lenkbewegung eines Lenkhandrades.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydraulischen Unterstützung einer Lenkbewegung eines Lenkhandrades, wobei ein Steuerventil einen unausgeglichenen Arbeitszylinder mit Hydraulikflüssigkeit versorgt.

Bei hydraulischen Hilfskraftlenkungen ist es mitunter aus baulichen und / oder Kostengründen wünschenswert,

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nur einen einzigen hydraulischen Arbeitszylinder zu verwenden, der nur eine einzige Kolbenstange aufweist, die sich lediglich von einer Seite des Kolbens aus erstreckt. Dadurch ergeben sich unterschiedliche wirksame Kolbenflächen.

Eine Hilfskraftlenkung mit einem derart unausgeglichenen Arbeitszylinder ist z. B. aus der DE-OS 19 59 020 bekannt. Hilfskraftlenkungen dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund der unterschiedlichen Kolbenfläche unsymetrische Lenkkräfte erzeugen. Durch Toleranzfehler, durch die z. B. ungleiche Drücke in den beiden Arbeitsräumen auftreten, können diese Lenkkraftfehler sogar noch verstärkt werden. Für den Fahrer bedeutet dies, daß bei gleichgroßen Lenkkräften die Betätigungskräfte am Lenkrad nach links und rechts unterschiedlich groß sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgäbe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Hilfskraftlenkung der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, durch das trotz unausgeglichenem Arbeitszylinder ein unsymetrisches Lenkverhalten während der Fahrt vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Steuerventil bei gleicher Betätigungskraft am Lenkhandrad unterschiedliche Arbeitsdrücke für die beiden Kolbenseiten des Arbeitszylinders erzeugt werden

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und zwar derart, daß die hydraulische Unterstützung bei gleicher Betätigungskraft für beide Lenkrichtungen gleich groß ist.

Während bisher in einem Steuerventil stets in beide Lenkrichtungen gleiche Drücke erzeugt wurden, wird nun mit unterschiedlichen Arbeitsdrücken gearbeitet. Erfindungsgemäß wird eine asymetrische Ventilkennlinie erzeugt.

Pur den Arbeitsraum mit der größeren wirksamen Kolbenfläche wird praktisch entsprechend "weniger Arbeitsdruck" eingesetzt, so daß die erzeugte Kolbenkraft gleich groß ist wie die Kolbenkraft aus dem anderen Arbeitsraum.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit einem Steuerventil, das einen oder mehrere in einem Ventilgehäuse verschiebbar und / oder verdrehbar angeordnete Steuerkolben aufweist und wobei zwischen Steuerkolben und Ventilgehäuse Steuerkanten gebildet sind, besteht erfinaungsgemäß darin, daß die Zulaufsteuerkanten und die Rücklaufs teuerkanten für die Arbeitsräurne des Arbeitszylinders unterschiedlich ausgebildet sind und zwar derart, daß die Steuerkanten, die den Servodruck für den Arbeitsraum mit der größeren Kolbenfläche regeln, über dem Ventilweg einen geringeren Drosselwiderstand bringen.

Durch diese Maßnahme werden auf einfache Weise die er-

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forderlichen unterschiedlichen Drücke für die beiden Arbeitsräume erzeugt.

Diese erfindungsgemäße Lösung läßt sich bei den verschiedenen Steuerventilbauarten verwenden, z. B. bei Drehkolbenventilen, Axialschieberventilen oder Drehschieberventilen.

Eine einfache erfindungsgemäße Ausgestaltung von unterschiedlichen Steuerkanten besteht darin, daß der oder die Steuerkolben an den Steuerkanten für den Arbeitsraum mit der größeren Kolbenfläche größere Sindrehungen aufweisen als die Steuerkanten für den anderen Arbeitsraum. " .-.-_■-.-.

Eine andere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß bei einem Drehkolbenventil mit hydraulischer Rückwirkung die jeweils an einem Ende der beiden Steuerkolben angeordneten Kolbeneinsätze unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen und zwar derart, daß der Kolbeneinsatz der dem Arbeitsraum mit der größeren Kolbenfläche zugeordnet ist, einen kleineren wirksamen Durcnmesser aufweist.

Durch diese Maßnahmewer dan ebenfalls unterschiedliche Drücke für die beiden Arbeitsräume erzeugt.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der .Erfindung näher erläutert.

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j.

Es Zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Steuerventil in Drehkolbenbauart;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Steuerventil in Axialschieberbauart;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Steuerventil in Drehschieberbauart.

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Steuerventil in Drehkolbenbauart mit hydraulischer Rückwirkung.

Fig. 5 Druck/Drehmomentendiagramm.

Gemäß Fig. 1 weist ein Steuerventil einen Ventilkörper 2 und zwei im Ölzulaufraum 3 angeordnete Steuerventilkolben 4a und 4b,auf die jeweils eine Bohrung 5 und 6 aufweisen, in die ein nicht dargestellter Zapfen eingreift, der in bekannter Weise zum Betätigen der Steuerventilkolben 4a und 4b dient.

Der Ventilkörper 2 weist eineBohrung 7 auf, durch die ein Torsionsstab eine Drehbewegung von einer nicht gezeichneten Lenkspindel über ein Ritzel auf eine Zahnstange weitergibt, über diese mechanische Verbindung von einem Lenkhandrad zu den gelenkten Rädern kann das Fahrzeug bei Ausfall der

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Hydraulik auch durch Handkraft alleine gelenkt werden. Über eine Leitung 8 wird das Arbeitsmedium dem Steuerventil 1 zugeführt. Das Arbeitsmedium fließt über eine Zulaufsteuerkante 9 am Steuerventilkolben 4 a und eine Zulaufsteuerkante 9¹ am Steuerventilkolben 4b und über nachgeordnete Leitungen 10 und 10¹ zu den Arbeitsräumen 11 und 11' eines unausgeglichenen Arbeitszylinders 12. Wie ersichtlich weist der Arbeitsraum 11' eine größere wirksame Kolbenfläche 110 auf. Über Abzweigstellen 13 bzw. 13· und einer Rücklaufsteuerkante 14 am Steuerkolben 4b und über eine Rücklaufsteuerkante 14' am Steuerventilkolben 4a strömt das Arbeitsmedium durch Bohrungen 15a im Ventilkörper 2 in die Rücklaufleitung 15 zurück.

Die Steuerkanten 9 und 14', die den Druck für den Arbeitsraum 11' regeln, bewirken nun durch entsprechende Eindrehungen (aus zeichnerischen Gründen übertrieben dargestellt) einen geringeren Drosselwiderstand als die Steuerkanten 9¹ und 14 für den Arbeitsraum 11, und ergeben damit einen geringeren Druck in der Leitung 10¹. Durch eine entsprechende Wahl der Einstellung läßt sich somit in beide Betätigungsrichtungen trotz unterschiedlicher Kolbenflächen eine gleich hohe hydraulische Unterstützung erreichen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschlages, bei dem ein Steuerventil in der als Axialschieber bekannten Bauweise ausgeführt ist.

Bei diesem Steuerventil sind diejenigen Teile, die den Teilen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

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Eine Drehung des Lenkhandrades wird auf den Steuerventilkolben 4 übertragen, der sich axial bewegen kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugen die Steuerkanten 9 und 14 durch entsprechend größere Eindrehungen im Vergleich zu den Steuerkanten 9¹ und 14 einen geringeren Drosselwiderstand und ergeben damit den gewünschten niedrigen Druck in der .Leitung 10¹.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschlages, bei dem ein Steuerventil in der als Drehschieber bekannten Bauweise ausgeführt ist.

Der Zulauf des Arbeitsmediums erfolgt über Leitungen 8,8a_f 8b, 8c, und den nachgeordneten drei Zulaufsteuerkanten 9 zum flächenkleineren Arbeitsraum 11, bzw. über die drei Zulaufsteuerkanten 9' zum flächengrößeren Arbeitsraum II¹.

Der Rückfluß des Arbeitsmediums erfolgt über die jeweils drei Rücklaufsteuerkanten 14 und 14·, drei radialen Bohrungen 15a, 15b und 15c im Steuerventilkolben 4 zur Rücklaufleitung

Ebenso wie bei den beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 2 weisen die Steuerkanten 9^f und 14 entsprechend für den flächengrößeren Arbeitsraum 11' größere Eindrehungen auf.

In der Fig. 4 ist ein Steuerventil in der bekannten Drehkolbenbauart mit hydraulischer Rückwirkung dargestellt, wobei ebenfalls für die gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.

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Die Bohrungen in den die beiden Steuerventilkolben 4a und 4b axial verschieblich gelagert sind, sind auf einer Seite durch Kolbeneinsätze 20 und 21 abgeschlossen. Zwischen den beiden Steuerkolben 4a und 4b und den Kolbeneinsätzen 20 und 21 ist je ein Ringraum 22 und 23 gebildet. Die Ringräume sind durch je eine enge Bohrung 24 und 25 mit einer Ringnut 26 und 27 verbunden. Am entgegengesetzten Ende sind die beiden Steuerkolben je mit einer Ringnut 28 und 29 versehen. Diese Ringnuten sind bei Steuerkolben, die von den Kolbeneinsätzen wegbewegt werden mit dem Druckraum 30 verbunden. Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung sind die Ringnuten gegen diesen Druckraum abgeschlossen.

Das Steuerventil funktioniert auf übliche Weise, weshalb es nachfolgend nicht näher beschrieben ist. Die Ringräume 22 und 23 stehen in bekannter Weise jeweils mit den gegenüberliegenden Zulaufringnuten 29 und 28 in Verbindung (nicht dargestellt). Wie ersichtlich haben die beiden Kolbeneinsätze 20 und 21 unterschiedliche Durchmesser. Auff diesem Grunde ergibt der kleinere Kolbeneinsatz 21 einen größeren Widerstand gegenüber der Handkraft. Da er auf den Arbeitsraum 11' mit der größeren Kolbenfläche 110 wirkt, wird damit die Handkraft in "weniger Arbeitsdruck" für die größere Kolbenfläche 110 umgesetzt.

In der Fig. 5 ist zur Verdeutlichung der Erfindung ein Druck/ Drehmomentendiagramm dargestellt. Auf der y-Achse ist der Druck im Zylinder und auf der x-Achse das Drehmoment am Lenk-

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handrad (nach links und rechts) aufgetragen. 30 stellt dabei die Kennlinie für den großen Zylinderraum und 31 die Kennlinie für den kleinen Zylinderraum dar. Wie deutlich ersichtlich, sind die Kennlinien im maßgeblichen unteren Bereich unterschiedlich. Bei gleich hohem Drehmoment am Lenkhandrad ergeben sich für die linke und für die rechte Drehrichtung unterschiedlich hohe Drücke im jeweiligen Zylinderraum. Der Druck für den kleinen Zylinderraum ist dabei höher, wobei - gemäß Erfindung - der Druckunterschied bzw. die Kennlinienausgestaltung so gewählt ist, daß die hydraulische Unterstützung für beide Lenkrichtungen gleich groß wird.

Bei Planschieberventilen kann die asymetrische Kennlinie ebenfalls erreicht werden. Zur Verwirklichung der Erfindung ist es hierbei lediglich notwendig, z. B. die in dem Planschieberventil nach der DE-OS 28 25 005 beschriebenen Rückwirkflächen entsprechend ungleich auszubilden.

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Le ers e i t e

Claims

02.07.1979 Akte: ZP 584 34/79 Anmelder: Zahnradfabrik Friedrichshafen Aktiengesellschaft Friedrichshafen Pa tentansprüche

1. Verfahren zur hydraulischen Unterstützung einer Lenk- ^-—^bewegung eines Lenkhandrades, wobei ein Steuerventil einen unausgeglichenen Arbeitszylinder mit Hydraulikflüssigkeit versorgt,

dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerventil bei gleicher Betatigungskraft am Lenkhandrad unterschiedliche Arbeitsdrücke für die beiden Kolbenseiten des Arbeitszylinders erzeugt werden und zwar derart, daß die hydraulische Unterstützung bei gleicher Betatigungskraft für beide Lenkrichtungen gleich groß ist.

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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Steuerventil, das einen oder mehrere in einem Ventilgehäuse verschiebbar und/ oder verdrehbar angeordnete Steuerkolben aufweist und wobei zwischen Steuerkolben und Ventilgehäuse Steuerkanten gebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufsteuerkanten und die Rücklaufsteuerkanten für die Arbeitsräume (11,1T) des Arbeitszylinders (12) unterschiedlich ausgebildet sind und zwar derart, daß die Steuerkanten (9,14'), die den Servodruck für den Arbeitsraum mit der größeren Kolbenfläche (110) regeln, über dem Ventilweg einen geringeren Drosselwiderstand bringen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2

dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß der oder die Steuerkolben (4a, 4b) an den Steuerkanten (9,14V) für den Arbeitsraum (IT) mit der größeren Kolbenfläche (110) größere Eindrehungen aufweisen als die Steuerkanten (9,14) für den anderen Arbeitsraum (11).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2

dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Drehkolbenventil mit hydraulischer Rückwirkung die jeweils an einem Ende der beiden · Steuerkolben ( 4a, 4b) angeordneten Kolbeneinsätze (20,21) unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen und zwar derart, daß der Kolbeneinsatz (21) der dem Arbeitsraum (1T) mit der größeren Kolbenfläche (110) zugeordnet ist, einen kleineren wirksamen Durchmesser aufweist.

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