DE3625003A1 - Servolenkung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige "geschwindigkeitsabhängige" Lenkung, d. h. eine Lenkung, bei der die Höhe der hydraulischen Rückwirkungskraft in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderbar ist, ist bekannt aus der DE-OS 32 20 922. Darin wird die hydraulische Rückwirkungskraft mit Hilfe einer in einem Steuerorgan angeordneten veränderbaren Drosselstelle variiert. Durch die hydraulische Rückwirkung ergibt sich ein proportionaler Verlauf des angeregelten Servodruckes zu der am Lenkhandrad aufgebrachten Betätigungskraft.

Servolenkungen werden in der Regel so ausgebildet, daß die Kennlinien ihrer Steuerventile nicht spitzig auf den Nullpunkt zulaufen, sondern in eine Horizontale eintangieren. Dies bedeutet, daß eine gewisse "Grenzkraft" überwunden werden muß, ehe die hydraulische Unterstützung einsetzt. Dies ist zu einer guten Geradeausfahrtstabilität erforderlich.

Servolenkungen mit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderbarer hydraulischer Rückwirkungskraft werden im allgemeinen so ausgelegt, daß mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die Kennlinie immer steiler wird. Zusammen mit der "Grenzkraft" bedeutet dies, daß im Bereich kleiner Drücke die Betätigungsmomente bei den steileren Kennlinien unverhältnismäßig niedrig sind. Die Lenkung erscheint dann zu leichtgängig und unsicher.

Wird bei derartigen Servolenkungen das Betätigungsmoment unabhängig von der gewählten Kennlinie in seiner Höhe durch eine "Abschneideeinrichtung" auf einen maximalen Wert begrenzt, so erscheint andererseits im Bereich mittlerer und hoher Fahrzeuggeschwindigkeiten die Lenkung bei enggefahrenen Kurven zu schwergängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Servolenkung derart zu verbessern, daß im Bereich kleiner Drücke, also bei Geradeausfahrt, verhältnismäßig hohe Betätigungskräfte wirken und damit eine gute Geradeausfahrtstabilität erreicht wird, während im Bereich höherer Drücke, also beim engen Kurvenfahren, ein geringerer Betätigungskraftzuwachs auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Servolenkung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die mit steigendem Arbeitsdruck zunehmende Verkleinerung des veränderbaren Drosselquerschnittes ergeben sich Kennlinien, die im Bereich höherer Drücke progressiv verlaufen. Der progressive Verlauf der Kennlinien bedeutet, daß der Anstieg der Betätigungskraft mit zunehmenden Drücken verlangsamt wird. Dadurch ergibt sich in allen Fahrbereichen ein verbessertes Fahrgefühl.

Durch die in den Unteransprüchen angegebene Ausbildung der unterschiedlich großen Flächen des Schließkörpers wird auf einfache Weise eine mit steigendem Arbeitsdruck der Servolenkung anwachsende, in Schließrichtung wirkende Stellkomponente erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Kennlinienverlauf einer Servolenkung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Servolenkung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Steuerorgan der Servolenkung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit einem anderen Steuerventil,

Fig. 5 den Kennlinienverlauf der erfindungsgemäßen Servolenkung.

In dem Diagramm der Fig. 1 ist auf der Abszisse das Betätigungsmoment M für einen Lenkeinschlag nach links und nach rechts aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Arbeitsdruck p aufgetragen. Für eine Servolenkung nach dem Stand der Technik ergibt sich das dargestellte Kennlinienfeld. Darin entspricht die Kennlinie mit dem steilsten Verlauf einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit. Die flacheren Kennlinien stellen den Zusammenhang zwischen Arbeitsdruck und Betätigungsmoment bei steigenden Geschwindigkeiten dar. Die Kennlinien für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten knicken an ihren Enden senkrecht nach oben ab, wodurch das Ansprechen der "Abschneideeinrichtung" zu einer Begrenzung des Betätigungsmomentes zum Ausdruck kommt.

Die erfindungsgemäße Servolenkung enthält gemäß Fig. 1 ein in einem nicht dargestellten Lenkgetriebe angeordnetes Steuerventil 1, über das einem Servomotor 2 Druckmittel von einer Servopumpe 3 zugeführt und von dort in einen Behälter 4 zurückgeführt wird. Das Steuerventil 1 enthält in einem Ventilgehäuse 5 einen Ventilkolben 6, der über ein Lenkhandrad zwangsläufig verschiebbar ist.

Das Druckmittel wird dem Steuerventil 1 von der Servopumpe 3 in zwei Gehäuseringnuten 7 und 8 zugeführt. Zwei Kolbennuten 9 und 10 des Ventilkolbens 6 stehen über zwei Leitungen 11 und 12 in Verbindung mit den beiden Arbeitsräumen des Servomotors 5. Eine zentrale Gehäuseringnut 13 steht über eine Rücklaufleitung 14 in Verbindung mit dem Behälter 4. An den Enden des Ventilkolbens 6 sind Rückwirkungsräume 15 und 16 angeordnet. Von den Rückwirkungsräumen 15 und 16 gehen Rückwirkungsleitungen 17 und 18 aus, die sich zu einer gemeinsamen Leitung 19 vereinigen.

In den Rückwirkungsleitungen 17 und 18 sind zwischen den Rückwirkungsräumen 15 und 16 einerseits und der Leitung 19 andererseits feste Drosselstellen 20 und 21 angeordnet. Die Leitung 19 führt über ein Steuerorgan 22 in den Behälter 4. Das Steuerorgan 22 ist zweckmäßigerweise ein Proportional-Magnetventil.

Zwischen den Rückwirkungsräumen 15 und 16 und den dazugehörigen Arbeitsräumen des Servomotors 2 sind Rückschlagventile 23 und 24 angeordnet, die nur in Richtung auf die Rückwirkungsräume 15 und 16 hin durchflossen werden können. Die Rückschlagventile 23 und 24 können entweder - wie in Fig. 2 dargestellt - in dem Ventilkolben 6 zwischen den Kolbennuten 9 bzw. 10 einerseits und den Rückwirkungsräumen 15 bzw. 16 andererseits angeordnet sein oder außerhalb des Ventilkolbens zwischen den Leitungen 11 bzw. 12 und den stromauf der festen Drosselstellen 20 und 21 liegenden Teilen der Rückwirkungsleitungen 17 bzw. 18.

Das Steuerorgan 22 ist zweckmäßigerweise als elektrohydraulischer Wandler bzw. als Proportional-Magnetventil ausgebildet. Ein solches elektrisch betätigbares Ventil ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 31 26 246. Wesentlich für die erfindungsgemäße Funktion ist dabei jedoch, daß ein Schließkörper 23 des Steuerorgans 22 zwei unterschiedlich große wirksame Flächen 24 und 25 aufweist, die beide vom Arbeitsdruck der Servolenkung beaufschlagbar sind. Die kleinere wirksame Fläche 24 ist als Kegelstumpffläche ausgebildet, die mit einem Ventilsitz 26 zusammenwirkt. Die wirksame Fläche 24 wird durch den Arbeitsdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt, während die größere wirksame Fläche 25, die im Beispiel der Fig. 2 an einem Kolbenbund 27 des Schließkörpers 23 angeordnet ist, in Schließrichtung beaufschlagt wird. Auf den Schließkörper 23 wirken außer der Kraft des Arbeitsdruckes noch die Kräfte eines Elektromagneten 28 und einer Rückführfeder 29. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wirkt der Elektromagnet in Schließrichtung gegen die Rückführfeder 29 auf den Schließkörper 23. Zwischen dem Ventilsitz 26 und der kleineren wirksamen Fläche 24 ist eine Drosselstelle 30 gebildet, die einen veränderbaren Drosselquerschnitt besitzt. Der Drosselquerschnitt ist in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellbar.

In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch ein elektrisch betätigbares Ventil gezeigt, das in der erfindungsgemäßen Servolenkung als Steuerventil eingebaut werden kann. Das Ventil enthält in einem aus mehreren Teilen bestehenden Gehäuse 31 eine Magnetspule 32. Eine durch das Magnetfeld der Magnetspule 32 betätigbare kegelige Rückschlußplatte 33 liegt auf der einen Seite der Magnetspule 32 und ist mit einem Betätigungsstift 34 verbunden. Der Betätigungsstift 34 besteht aus nicht magnetisierbarem Material und erstreckt sich durch eine Öffnung des Gehäuses 31 auf die andere Seite der Magnetspule 32 und trägt an seinem freien Ende einen Schließkörper 35 in der Form eines Ventilkegels 36. Der Ventilkegel 36 ist an seiner Spitze abgeflacht, so daß zwischen seiner Kegelfläche und der durch die Abflachung entstehenden Stirnfläche 37 eine Steuerkante 38 gebildet ist. Der Ventilkegel 36 bildet zusammen mit einem an einem Gehäuseteil angeordneten Ventilsitz 39 eine Drosselstelle 40 mit veränderbarem Drosselquerschnitt. Der Ventilsitz 39 ist am Ende eines Einlaufkanales 41 angeordnet, der mit der Leitung 19 in Verbindung steht. Stromabwärts von der Drosselstelle 40 ist ein Rücklaufkanal 42 angeordnet, der zu dem Behälter 4 führt. Damit ist die Drosselstelle 40 zwischen dem Einlaufkanal 41 und dem Rücklaufkanal 42 angeordnet.

Auf der Seite der Rückschlußplatte 33 ist in dem Gehäuse 31 eine Scheibenfeder 43 eingespannt (anstelle der Scheibenfeder kann auch ein anderes Federelement, beispielsweise eine Schraubenfeder, verwendet werden). Die Scheibenfeder 43 ist an ihrer radial inneren Einspannstelle mit der Rückschlußplatte 33 und dem Betätigungsstift 34 verbunden.

Der Betätigungsstift 34 weist einen axiale Bohrung 44 auf, die von der Stirnfläche 37 des Schließkörpers 35 ausgeht und die eine Verbindung herstellt zwischen dem Einlaufkanal 41 und einem in dem eingespannten Ende des Betätigungsstiftes 34 angeordneten Ausgleichsraum 45. Der Ausgleichsraum 45 ist als zum Ende des Betätigungsstiftes 34 hin offener Zylinder ausgebildet, der einen Ausgleichskolben 46 enthält. Der Ausgleichskolben 46 stützt sich an dem Abschlußdeckel des Gehäuses 31 ab. Der Querschnitt des Ausgleichskolbens 46 ist größer als der Querschnitt des Ventilsitzes 39. Die größere wirksame Fläche wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 durch die Querschnittsfläche des Ausgleichsraumes 45 gebildet, während die kleinere wirksame Fläche durch den Querschnitt des Ventilsitzes 39 gebildet ist.

Bis hierher wurde die Erfindung unter Verwendung eines Steuerventils 1 mit zwei Rückwirkungsräumen 15 und 16 beschrieben. Mit gleicher Wirkung kann die Erfindung auch bei einem Steuerventil mit nur einem Rückwirkungsraum angewendet werden. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.

Anstelle der beiden Rückwirkungsräume 15 und 16 ist nur ein Rückwirkungsraum 50 an einem Ende des Ventilkolbens 51angeordnet. Der Rückwirkungsraum 50 ist in bekannter Weise in axialer Richtung durch zwei Scheiben 52 und 53 begrenzt. Die Scheiben 52 und 53 werden durch eine Druckfeder 54 in Anlage gehalten an je einem Bund 55 bzw. 56 des Ventilkolbens 51 und je einem Anschlag des Ventilgehäuses 57.

Der Rückwirkungsraum 50 ist einerseits über das Steuerorgan 22 mit der Servopumpe 3 und andererseits über eine feste Drosselstelle 58 mit dem Behälter 4 verbunden.

Im folgenden wird die Funkton der erfindungsgemäßen Servolenkung beschrieben:

In der in Fig. 2 dargestellten Neutralstellung sind die mit dem Servomotor 2 verbundenen Kolbennuten 9 und 10 drucklos. Die beiden Rückschlagventile 23 und 24 sind daher geschlossen und der Druck in den beiden Rückwirkungsräumen 15 und 16 kann sich über die beiden Drosselstellen 20 und 21 ausgleichen.

Wird durch Betätigen des Lenkhandrades der Ventilkolben 6 beispielsweise nach rechts (in Fig. 2) verschoben, so baut sich in der Kolbennut 10 ein Druck auf, der sich über das Rückschlagventil 24 in den Rückwirkungsraum 16 fortpflanzt. Ist die veränderbare Drosselstelle 30 des Steuerorgans 22 geschlossen, so pflanzt sich dieser Druck weiter über die Drosselstelle 21 und die Drosselstelle 20 in den Rückwirkungsraum 15 fort, wobei das dann geschlossene Rückschlagventil 23 ein Abströmen in die mit der Rücklaufleitung 14 verbundene Kolbennut 9 verhindert. Bei geschlossener Drosselstelle 30 des Steuerorgans 22 ist also über dem Ventilkolben 6 kein Differenzdruck wirksam. Ein solches Betriebsverhalten ist bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten erwünscht, so daß, beispielsweise beim Parkieren, keine hydraulische Rückwirkungskraft und damit nur ein niedriges Betätigungsmoment auftritt.

Ist die veränderbare Drossel 30 des Steuerorgans 22 dagegen geöffnet, so kann bei nach rechts ausgelenktem Ventilkolben 6 über das Rückschlagventil 24 und die Drosselstelle 21 ein Steuerstrom über das geöffnete Steuerorgan 22 zum Behälter 4 strömen. Zwischen der Drosselstelle 21 und dem Steuerorgan 22 herrscht demnach der Behälterdruck, der sich über die Drosselstelle 20 auf den Rückwirkungsraum 15 fortpflanzt. In diesem Falle ist über dem Ventilkolben 6 der volle Druck des Servomotors als Rückwirkungsdruck wirksam, was bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten erwünscht ist.

Der Druck in dem Rückwirkungsraum 15 wird um so höher und damit der Differenzdruck über dem Ventilkolben 6 um so kleiner, je mehr die veränderbare Drosselstelle 30 des Steuerorgans 22 geschlossen ist. Umgekehrt wird die hydraulische Rückwirkung um so größer, je weiter die Drosselstelle 30 geöffnet ist.

Das Schließen der Drosselstelle 30 bzw. 40 erfolgt über den Elektromagneten 28 gegen die Kraft der Rückführfeder 29 bzw. 43. Da der Querschnitt der wirksamen Fläche 25 bzw. des Ausgleichsraumes 45 größer ist als der Querschnitt der wirksamen Fläche 24 bzw. des Ventilsitzes 39, ergibt sich, abhängig vom Druck in der Leitung 19, eine zusätzliche, in Schließrichtung auf den Schließkörper 23 bzw. 35 wirkende Stellkomponente mit einer entsprechenden Verengung der Drosselstelle 40 und damit einer Erniedrigung der hydraulischen Rückwirkung.

Die Funkton der Anordnung nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen der oben beschriebenen.

In Fig. 5 ist der Kennlinienverlauf der erfindunggemäßen Servolenkung dargestellt. Dabei ist, wie in Fig. 1 auf der Abszisse das Betätigungsmoment M und auf der Ordinate der Arbeitsdruck p aufgetragen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten hat die Kennlinie einen steilen Verlauf, während bei steigenden Geschwindigkeiten die Kennlinien flacher werden. Im Gegensatz zu den Kennlinien einer bekannten Servolenkung weisen die Kennlinien der erfindungsgemäßen Servolenkung im Bereich höherer Drücke einen progressiven Verlauf auf. In der Praxis bedeutet dies bei Geradeausfahrt verhältnismäßig hohe Betätigungskräfte und eine gute Geradeausfahrtstabilität, und im Bereich höherer Drücke, also beim Durchfahren enger Kurven, einen geringeren Betätigungskraftzuwachs.

Bezugszeichen

 1 Steuerventil
 2 Servomotor
 3 Servopumpe
 4 Behälter
 5 Ventilgehäuse
 6 Ventilkolben
 7 Gehäuseringnut
 8 Gehäuseringnut
 9 Kolbennut
10 Kolbennut
11 Leitung
12 Leitung
13 Zentrale Gehäuseringnut
14 Rücklaufleitung
15 Rückwirkungsraum
16 Rückwirkungsraum
17 Rückwirkungsleitung
18 Rückwirkungsleitung
19 Leitung
20 Drosselstelle
21 Drosselstelle
22 Steuerorgan
23 Schließkörper
24 Wirksame Fläche
25 Wirksame Fläche
26 Ventilsitz
27 Kolbenbund
28 Elektromagnet
29 Rückführfeder
30 Drosselstelle
31 Gehäuse
32 Magnetspule
33 Rückschlußplatte
34 Betätigungsstift
35 Schließkörper
36 Ventilkegel
37 Stirnfläche
38 Steuerkante
39 Ventilsitz
40 Drosselstelle
41 Einlaufkanal
42 Rücklaufkanal
43 Scheibenfeder
44 Axiale Bohrung
45 Ausgleichsraum
46 Ausgleichskolben
50 Rückwirkungsraum
51 Ventilkolben
52 Scheibe
53 Scheibe
54 Druckfeder
55 Bund
56 Bund
57 Ventilgehäuse
58 Drosselstelle

Claims (5)

1. Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Servomotor (2), einer Servopumpe (3), einem Behälter (4) und einem Steuerventil (1) mit hydraulischer Rückwirkung und mindestens einem durch wenigstens eine feste (20, 21; 58) und eine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderbare Drosselstelle (30; 40) beeinflußbaren Rückwirkungsraum (15, 16; 50), dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Drosselstelle (30; 40) außer durch die Fahrzeuggeschwindigkeit auch durch den Arbeitsdruck der Servolenkung verstellbar ist, derart, daß der Querschnitt der veränderbaren Drosselstelle (30; 40) mit steigendem Arbeitsdruck zunehmend verkleinert wird.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Drosselstelle (30; 40) in einem Steuerorgan (22) angeordnet ist, das einen Schließkörper (23; 35) mit zwei unterschiedlich großen, vom Arbeitsdruck der Servolenkung beaufschlagbaren, wirksamen Flächen (24, 25) aufweist.

3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Fläche (24) des Schließkörpers (23) in Öffnungsrichtung und die größere Fläche (25) in Schließrichtung des Steuerorgans (22) beaufschlagbar sind.

4. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Fläche (24) durch einen Ventilsitz (26; 39) begrenzt ist und die größere Fläche (25) an einem Kolbenbund (27) bzw. einem Querschnitt eines Ausgleichsraumes (45) des Schließkörpers (23; 35) gebildet ist.

5. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (22) ein Proportional-Magnetventil ist.