DE3508775C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Servolenkvorrichtung ist aus der GB-PS 13 92 079 bekannt. Diese Servolenkvorrichtung weist eine Ölpumpe zur Zufuhr einer Druckflüssigkeitsmenge von einem Ölbehälter zu einem Arbeitszylinder auf. In einer Leitung, die von der Leitung abzweigt, die von der Ölpumpe zum Arbeitszylinder führt, ist ein Magnet-Durchflußregelventil angeordnet, das mit einer Reaktionskraftkammer in Strömungsverbindung steht.

Da bei dieser bekannten Servolenkvorrichtung jedoch der Arbeitszylinder und die Reaktionskraftkammer von ein und derselben Öldruckwelle mit Druckflüssigkeit versorgt werden, liegt der Öldruck im Arbeitszylinder immer höher als in der Reaktionskraftkammer. Daher weist die bekannte Servolenkeinrichtung den Nachteil auf, daß es mit dieser Anordnung unmöglich ist, bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ausreichend große Lenkkräfte zu erzeugen, die bei hoher Geschwindigkeit zu dem gewünschten Effekt eines erhöhten Widerstandes am Lenkrad führen können.

Aus der DE-PS 8 31 039 ist eine Kolbenpumpe für Brennstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen bekannt, deren Ausgangsleitungen Fluid unterschiedlichen Drucks fördern. Eine Verwendung dieser Pumpe bei der Servolenkvorrichtung der GB-PS 13 92 079 ist jedoch nicht möglich, da für deren Funktion wichtig ist, daß der hydraulische Druck, der von der Pumpe zum Arbeitszylinder gefördert wird, auch an das Drucksteuerventil angelegt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servolenkvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die bei einfacher Konstruktion die Erzeugung eines Lenkwiderstandes angemessener Größe in Übereinstimmung mit der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

Dadurch wird erreicht, daß bei Fahrzeugstillstand oder geringer und mittlerer Geschwindigkeit ein geringerer Lenkradwiderstand vorhanden ist, während bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit höhere Lenkkräfte vorhanden sind, so daß die Fahrsicherheit insbesondere beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit erhöht wird.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Servolenkvorrichtung den Vorteil einer einfachen Konstruktion auf, die leicht herzustellen und mit hoher Genauigkeit zusammenzubauen und dabei kostengünstig ist.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung einer die Erfindung verkörpernden Servolenkvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Pumpenzylinders mit hinter den Flügeln der Pumpe abgegrenzten, ein wesentliches Merkmal der Erfindung bildenden Kam­ mern;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführung einer veränderbaren Drosselöffnung in ei­ nem Magnet-Durchflußregelventil;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Strömungsmengen- Regelcharakteristika, die mit einer Vorrichtung ge­ mäß der Erfindung zu erhalten sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Servolenkvorrichtung weist eine Drehflügel-Ölpumpe 10 auf, die eine Druckflüssigkeit einem Arbeitszylinder PS zuführt. Die Pumpe hat ein durch ein Frontteil 11 sowie ein Rückteil 12 gebildetes Pumpengehäu­ se, in dem ein Pumpenzylinder 18 mit einem Rotor 15 mit Schlitzen 14 (Fig. 2), in denen Flügel 13 radial bewegbar aufgenommen sind, sowie ein Nockenring 16 enthalten sind. Der Nockenring 16 nimmt den Rotor 15 auf und hat eine im wesentlichen ovale innere Kurvenfläche 16 a, die zwei Pum­ penkammern 17 A und 17 B bestimmt. Die Pumpe umfaßt ferner ein Durchflußregelventil 19, das die Menge der aus jeder der Pumpenkammern 17 A und 17 B im Pumpenzylinder 18 geför­ derten Druckflüssigkeit regelt und diese einer (nicht ge­ zeigten) Austrittsöffnung zuführt.

Eine die Drehung des Rotors 15 bewirkende Welle 20 ragt mit ihrem einen Ende aus dem Pumpengehäuse heraus und wird beispielsweise durch einen (nicht gezeigten) Motor gedreht.

Das Front- und Rückteil 11 bzw. 12 grenzen in ihrem Inneren einen Saugkanal 22, durch den Druckflüssigkeit von einer mit einem Ölbehälter T verbundenen Ansaugöffnung 21 den Pumpenkammern 17 A und 17 B zugeführt wird, eine Druckkammer 23, in die die Druckflüssigkeit von den Pumpenkammern 17 A, 17 B eingeleitet wird, und einen mit der Druckkammer 23 ver­ bundenen Förderkanal 24 zur Zufuhr der Druckflüssigkeit zur (nicht gezeigten) Austrittsöffnung über das Druckflußregel­ ventil 19 ab. Eine Seitenleiste 25 liegt an der einen Seite des Pumpenzylinders 18 an. Die Pumpe ist in anderen Ge­ sichtspunkten einer herkömmlichen Drehflügel-Ölpumpe im wesentlichen gleichartig, so daß eine weitere Erläuterung unterbleiben kann.

Ein Durchfluß-Schaltventil 30 drehender Bauart schaltet die Strömungskanäle von der Ölpumpe 10 zum Arbeitszylinder PS, wenn das (nicht gezeigte) Lenkrad vom Fahrer gedreht wird. Das Schaltventil 30 hat ein Ventilgehäuse 31, in dem ein Rotor und eine Hülse, die nicht gezeigt sind, drehbar gela­ gert sind, so daß ihre durch Drehen bewirkte Verlagerung in bezug zueinander das Umschalten der Kanäle von der Öl­ pumpe 10 und dem Ölbehälter T auf die rechte sowie linke Kammer des Arbeitszylinders PS herbeiführt, wie es in der einschlägigen Technik bekannt ist. Der Rotor und die Hülse sind jeweils an einer Antriebswelle 32 bzw. einer Abtriebs­ welle 34 - einstückig damit oder davon getrennt - vorgesehen. Das eine Ende der Antriebswelle 32 ist mit dem Lenkrad ver­ bunden. Das eine Ende der Abtriebswelle 34 ist koaxial mit der Antriebswelle 32 durch einen Drehstab 33 verbunden, während das andere Wellenende beispielsweise mit einem Rit­ zel versehen ist, das mit einer Zahnstange oder einem ande­ ren Abtrieb des Arbeitszylinders PS in Eingriff ist.

Das Ventilgehäuse 31 weist einen an sich bekannten Hydrau­ likkreis auf. Die Außenumfangsfläche des Rotors und die dieser zugewandte Innenumfangsfläche der Hülse sind mitein­ ander in Gleitanlage. Diese Oberflächen sind jeweils mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstan­ deten (nicht gezeigten) Kehlen oder Nuten versehen. Das ausgewählte Fluchten der Kehlen am Rotor mit denen an der Hülse oder die Verlagerung aus dieser Fluchtlage bewirken das Umschalten des Hydraulikkreises. Die Konstruktion und die Arbeitsweise des Durchfluß-Dreh-Schaltventils 30 sind bekannt, weshalb von einer weiteren Beschreibung abgesehen wird.

Die Abtriebswelle 34 ist hohl und hat an ihrer Innenober­ fläche zwei Nuten 36 a und 36 b, in die je eine zugeordnete Nase 35 a und 35 b, die von der Antriebswelle 32 radial vor­ stehen, eingreifen, wobei zwischen Nase und Nut ein kleiner Spielraum in Umfangsrichtung vorhanden ist. Die Abtriebs­ welle 34 ist auch mit zwei hydraulischen Reaktionskraft­ kammern 37 a und 37 b, die beidseits der Nut 36 a angeordnet sind und einander gegenüberliegen, sowie mit zwei Reak­ tionskraftkammern 37 c und 37 d, die beidseits der Nut 36 b an­ geordnet sind und einander gegenüberliegen, versehen. Die Reaktionskraftkammern 37 a - 37 d sind dazu vorgesehen, eine geeignete, angemessene Reaktionskraft an der Antriebswelle 32 hervorzurufen, wenn sie gedreht wird. Zwei Kolben 38 a und 38 b sind in den Reaktionskraftkammern 37 a bzw. 37 b be­ weglich angeordnet und halten die Nase 35 a an deren beiden Seiten fest. Zwei weitere Kolben 38 c und 38 d sind in den Reaktionskraftkammern 37 c bzw. 37 d untergebracht und hal­ ten die Nase 35 b an ihren beiden Seiten.

Gemäß einem bedeutsamen Merkmal der Erfindung wird der durch die Hin- und Herbewegung der Flügel 13 in den hinter diesen befindlichen, von den Böden der Schlitze 14 im Ro­ tor 15 der Ölpumpe 10 begrenzten Kammern 40 erzeugte Druck­ flüssigkeitsstrom den Reaktionskraftkammern 37 zugeführt. Diese Anordnung beseitigt das Problem einer komplizierten Konstruktion, das bei einer herkömmlichen Vorrichtung, die eine besondere Pumpe zur Zufuhr von Druckflüssigkeit zu den Reaktionskraftkammern verwendet, vorhanden ist. Die Ausnutzung oder Anwendung der in den Kammern 40 hinter den Flügeln erzeugten Pumpwirkung führt nicht nur zu einer ver­ einfachten Konstruktion, sondern hat auch eine Verminderung im für die Vorrichtung benötigten Energiebedarf und damit eine Herabsetzung in den Kosten zum Ergebnis.

Wenn die Ölpumpe 10 arbeitet, so dienen die Flügel 13, die sich radial längs der Schlitze 14 im Rotor 15 bewegen, als eine Plungerpumpe, und die hinter den Flügeln befindlichen Kammern 40, in denen Änderungen im Druck der Druckflüssig­ keit auftreten, werden als eine Quelle eines hydraulischen Drucks für die Reaktionskraftkammern 37 verwendet. Da der Ausstoß an Druckflüssigkeit aus den Kammern 40 sehr klein ist, können sie als Druckquelle für die Reaktionskraftkam­ mern 37 benutzt werden, weil diese Kammern nur eine kleine Druckflüssigkeitsmenge benötigen. Das Rückteil 12 hat an seinem rückwärtigen Ende eine Förderöffnung 41, durch die die Druckflüssigkeit den Reaktionskraftkammern 37 zuge­ führt wird. Ferner weist das Rückteil 12 ein Entlastungs­ ventil 42, durch das ein Teil der Druckflüssigkeit zum Auslaß der Pumpe zurückgeleitet wird, und zwei Strömungs­ kanäle 43 a sowie 43 b, die von den Kammern 40 hinter den Flügeln zur Förderöffnung 41 verlaufen, auf.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist in ei­ ner von den Kammern 40 zu den Reaktionskraftkammern 37 ver­ laufenden Druckflüssigkeits-Speiseleitung 44 ein Magnet- Durchflußregelventil 50 vorgesehen. Dieses Ventil 50 regelt die Strömungsmenge der den Reaktionskraftkammern 37 in Übereinstimmung mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Einschlagwinkel zufließenden Druckflüssigkeit, so daß der Fahrer ein gutes Lenkgefühl hat, das die Betriebs­ bedingungen oder -zustände des Fahrzeugs korrekt wider­ spiegelt.

Das Durchflußregelventil 50 umfaßt ein Ventilgehäuse 51 mit einem am einen Ende offenen Strömungskanal 52, an dessen entgegengesetzten Enden eine Einlaßöffnung 53 sowie eine Auslaßöffnung 54 vorgesehen sind, mit denen, wie Fig. 1 zeigt, die Speiseleitung 44 verbunden ist. Ein verschieb­ bar im Kanal 52 angeordneter Steuerschieber 55 stellt ein Druckreduzierventil dar, durch das der Druck der den Reak­ tionskraftkammern 37 zugeführten Flüssigkeit auf oder unter einem vorbestimmten Pegel gehalten wird. Der Steuerschieber 55 wird von einer Feder 56 zur Auslaßöffnung 54 hin ge­ drückt. Zwischen dem inneren Ende der Einlaßöffnung 53 und dem Kanal 52 befindet sich eine feste Drosselöffnung 57. Der Steuerschieber 55 wird entweder durch den Druck der seine axiale Bohrung 55 a zu einer rechtsseitigen Kammer hin durchfließenden Flüssigkeit oder durch den Flüssig­ keitsdruck in einem von einer links eines großkalibrigen Abschnitts des Steuerschiebers 55 begrenzten Raum ausgehen­ den und zum Ölbehälter führenden Rücklaufkanal 58 bewegt. Der Steuerschieber 55 ist mit einem Anschlagstift 55 b ver­ sehen, der die nach rechts gerichtete Bewegung des Schie­ bers 55 nur auf einer bestimmten Strecke zuläßt.

Ein einen massiven zylindrischen Ventilkolben 60 aufnehmen­ der Zylinder 61 ragt mit seinem einen Ende in das offene Ende des Strömungskanals 52 hinein und weist an diesem En­ de ein Loch auf, das mit einem Ende einer mit dem Ventil­ kolben 60 einstückigen Ventilstange 62 eine veränderbare Drosselöffnung 63 bestimmt. Diese Drosselöffnung 63 ist im Grad ihrer Öffnungsweite veränderlich, was es möglich macht, Druckflüssigkeit von der Speiseleitung 44 zum Ölbe­ hälter T über den Rücklaufkanal 58 zurückzuführen. Wenn die Drosselöffnung 63 gänzlich offen ist, so ist ihr Quer­ schnitt größer als derjenige der festen Drosselöffnung 57. Eine Magnetspule 64 arbeitet mit einer Feder 65 zusammen, um den Steuerschieber 60 vor- oder zurückzubewegen. Die Ma­ gnetspule 60 wird von einem durch ein Steuergerät 72, das Signale von einem Einschlagwinkelgeber 70 und einem Fahrge­ schwindigkeitsgeber 71 empfängt, zugeführten Steuerstrom erregt. Der Steuerschieber 60 wird durch einen geeigneten Mechanismus, wie er beispielsweise in der US-PS 42 67 897 offenbart ist, gelagert, so daß er in dem Zylinder 61 in einem Ausmaß bewegt werden kann, das im Verhältnis zu dem der Magnetspule 64 zugeführten Strom steht.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird die Drossel­ öffnung 63 bei einem Zurückziehen der Ventilstange 62 in den Zylinder geöffnet. Alternativ kann eine veränderbare Drosselöffnung 63 so ausgebildet werden, wie die Fig. 3 zeigt, wobei ein Öffnen erfolgt, wenn die Ventilstange 62 aus dem Zylinder 61 nach außen bewegt wird.

Erfindungsgemäß wird eine in den Kammern 40 hinter den Flü­ geln 13 des Rotors 15 der Ölpumpe 10 auftretende Druckände­ rung wirksam und leistungsfähig als eine Quelle eines hy­ draulischen Drucks für die Reaktionskraftkammern 37, in de­ nen eine Gegenkraft hervorgerufen wird, genutzt, was zu ei­ ner einfachen und kostengünstigeren Konstruktion führt.

Da die veränderbare Drosselöffnung 63 durch die Magnetspule 64 geregelt wird, die ihrerseits wieder vom Steuergerät 72 im Ansprechen auf Signale vom Einschlagwinkelgeber 70 so­ wie vom Fahrgeschwindigkeitsgeber 71 gesteuert wird, hat die Druckflüssigkeit, die den Reaktionskraftkammern 37 zu­ geführt wird, Druckkennwerte, die sich in Übereinstimmung mit dem der Magnetspule zugeführten Strom ändern, wie Fig. 4 zeigt. Wenn das Fahrzeug mit niedriger oder mittlerer Geschwindigkeit fährt oder stillsteht, so wird folglich keine Reaktionskraft hervorgerufen, womit das Lenkrad leicht und einfach zu bedienen ist; fährt das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit, so ist die Lenkradbetätigung schwe­ rer, so daß der Fahrer ein besseres Lenkgefühl hat.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform soll keines­ falls den Rahmen der Erfindung beschränken, vielmehr kön­ nen Abänderungen oder Abwandlungen vorgenommen werden, ohne diesen Rahmen zu verlassen. So ist es beispielsweise mög­ lich, andere Bauarten von Drehflügel-Ölpumpen als die hier erläuterte Bauart zu verwenden, wie es beispielsweise auch möglich ist, eine Vielfalt von in geeigneter Weise abge­ wandelten hydraulischen Reaktionskraftkammern 37 im Durch­ fluß-Dreh-Schaltventil 30 vorzusehen.

Bei der Servolenkvorrichtung gemäß der Erfindung wird durch die Hin- und Herbewegung der Flügel in den hinter diesen am bodenseitigen Ende der Schlitze im Rotor einer Drehflügel-Ölpumpe abgegrenzten Kammern eine Druckflüssig­ keitsströmung erzeugt, die in einer durch ein Magnet- Durchflußregelventil gesteuerten Menge den Kolben enthal­ tenden hydraulischen Reaktionskraftkammern zugeführt wird, so daß dem Lenkrad, das das Durchfluß-Schaltventil betä­ tigt, eine Reaktionskraft vermittelt wird. Die Vorrichtung weist eine einfache Konstruktion auf und ist billig. Sie benötigt keine besondere Pumpe, um den Reaktionskraftkam­ mern Druckflüssigkeit zuzuführen, sie läßt jedoch eine Verminderung im Energieverbrauch erreichen. Die durch die Reaktionskraftkammern hervorgerufene Reaktionskraft ent­ wickelt einen angemessenen Widerstand in der Betätigung des Lenkrades, der mit der Fahrgeschwindigkeit sowie dem Einschlagwinkel in Einklang ist. Die Vorrichtung ist von besonderem Wert, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindig­ keit fährt, da bei diesen Gelegenheiten das Lenkgefühl schwer sein soll, während es leicht sein soll, wenn das Fahrzeug stillsteht oder bei niedriger bzw. mittlerer Geschwindigkeit betrieben wird. Die Vorrichtung ist von einfacher Konstruktion, sie ist leicht herzustellen und mit einem hohen Grad an Genauigkeit zusammenzubauen.

Claims (5)

1. Servolenkvorrichtung mit einer Ölpumpe zur Zufuhr einer ersten Druckflüssigkeitsmenge von einem Ölbehälter (T) über einen ersten Ausgang zu einem Arbeitszylinder, und mit einem Magnet-Durchflußregelventil (50), das in einer zu Reaktionskraftkammern (37) führenden Leitung (44) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölpumpe als Drehflügelpumpe (10) ausgebildet ist, die radial in Schlitzen (14) eines Rotors (15) bewegbare Flügel (13) aufweist, daß am bodenseitigen Ende der Schlitze (14) hinter den Flügeln (13) Kammern (40) abgegrenzt sind, die bei Hin- und Herbewegung der Flügel (13) eine zweite unabhängige Öldruckquelle bilden, die eine zweite Druckflüssigkeitsmenge aus einem zweiten vom ersten Ausgang getrennten Ausgang (41) über das Durchflußregelventil (50) zu den Reaktionskraftkammern (37) pumpt, die dem ein Durchfluß-Schaltventil (30) betätigenden Lenkrad eine Reaktionskraft erteilen.

2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchfluß-Schaltventil (30) einen Servolenkungs-Steuerzylinder mit einer Antriebswelle (32), mit einer Abtriebswelle (34), mit einem die An- sowie Abtriebswelle (32, 34) verbindenden Drehstab (33) und mit wenigstens einem Kolben (38) aufweist, der verschiebbar in einer zugeordneten Reaktionskraftkammer (37) zum Aufbringen einer Kraft zwischen der An- sowie Abtriebswelle mit einer von einem Öldruck in der hydraulischen Reaktionskraftkammer (37) abhängigen Größe angeordnet ist.

3. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (72) zur Steuerung einer Arbeitsstellung des Durchflußregelventils (50) gemäß entweder der Fahrgeschwindigkeit oder dem Einschlagwinkel.

4. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußregelventil (50) ein Ventilgehäuse (51) mit einem darin ausgebildeten länglichen Kanal (52), ei­ nen in dem Kanal (52) verschiebbar zwischen einer mit dem Kanal verbundenen Einlaßöffnung (53) sowie einer ersten, mit dem Kanal verbundenen Auslaßöffnung (54) angeordneten Steuerschieber (55) und ein Magnet-Nadelventil (60, 61, 62), das den Kanal (52) mit einer zweiten, an den Ölbe­ hälter (T) angeschlossenen Auslaßöffnung (58) verbindet, umfaßt.

5. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ei­ nen Einschlagwinkelgeber (71) sowie einen Fahrgeschwin­ digkeitsgeber (72), deren Ausgänge einer Spule (64) des Magnet-Nadelventils (60, 61, 62) zugeführt werden.