DE19541752C2 - Servolenkung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkhandrad, sowie einem als Drehschieberanordnung ausgebil­ deten Servoventil, dessen zueinander drehbewegliche Steuer­ teile miteinander durch eine - vorzugsweise als Drehstab aus­ gebildete - Federung in eine Normallage relativ zueinander gedrängt werden, und mit einer Lenkgetriebeanordnung, die mit gelenkten Fahrzeugrädern sowie einem vom Servoventil gesteu­ erten hydraulischen Servomotor antriebsverbunden ist.

Servolenkungen sind allgemein bekannt und werden serienmäßig in Kraftfahrzeugen eingebaut. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die DE 39 18 987 A1, die DE 43 40 338 C1 so­ wie die US 5 070 956 verwiesen. Dabei ist die Lenkgetriebean­ ordnung mechanisch mit dem Lenkhandrad zwangsgekoppelt, wobei das drehschieberartige Servoventil einen Teil der Antriebs­ verbindung zwischen Lenkhandrad und Lenkgetriebeanordnung bildet. Entsprechend dem zwischen der Lenkhandhabe und der Lenkgetriebeanordnung übertragenen Kraft wird dann das Servo­ ventil in der einen oder anderen Richtung, je nach Richtung der Kraft, verstellt, wodurch der hydraulische Servomotor so angesteuert wird, daß er eine das jeweilige Lenkmanöver un­ terstützende Servokraft erzeugt, durch die die am Lenkhandrad aufzubringende Handkraft vermindert wird.

Derartige Servolenkungen können gegebenenfalls parameterab­ hängig gesteuert werden. Nach der DE 39 18 987 A1 ist am Lenkgetriebe ein zusätzlicher Elektromotor angeordnet, wel­ cher eine parametergesteuerte Rückwirkungskraft zu erzeugen vermag, so daß die am Lenkhandrad spürbare Handkraft entspre­ chend parameterabhängig verändert wird. Gegebenenfalls kann dieser Elektromotor auch als zusätzlicher Servomotor wirken bzw. den hydraulischen Servomotor bei einem Notbetrieb erset­ zen.

Gemäß der DE 43 30 338 C1 kann zwischen den Steuerteilen des Servoventiles ein extern steuerbares hydraulisches Kraft­ stellorgan vorgesehen sein, so daß bei entsprechender Ver­ stellung des Servoventiles eine dazu analoge Stellkraft des Servomotors erzeugt und für ein extern steuerbares Lenkmanö­ ver eingesetzt werden kann. Dabei sind die mit dem Kraft­ stellorgan auf die Steuerglieder des Servoventiles ausübbaren Kräfte hinreichend begrenzt, so daß es für den Fahrer möglich bleibt, der Lenkung "seinen Willen aufzuzwingen".

Nach der US 5 070 956 kann wiederum die zur Verstellung der Steuerteile des Servoventiles relativ zueinander notwendige Kraft durch eine elektromotorische Anordnung parameterabhän­ gig verändert werden, so daß sich die notwendige Handkraft entsprechend parameterabhängig verändern läßt.

Grundsätzlich ist es auch bekannt, mit einer Handhabe ledig­ lich einen Sollwertgeber zu betätigen, der dann seinerseits über eine Regelstrecke mit einem Stellantrieb zusammenwirkt, dessen Stellhub durch Soll-Istwert-Vergleich geregelt und im wesentlichen analog zum Stellhub der Handhabe ist. Derartige Steuerkonzepte, bei denen elektronische Regelstrecken einge­ setzt werden, werden beispielsweise in Flugzeugen zur Betäti­ gung von Flügelklappen und Höhen- sowie Seitenleitwerken ein­ gesetzt. Diese auch als "Fly-by-Wire" bezeichneten Steueran­ lagen sind inzwischen derart sicher, daß sie nicht nur in mi­ litärischen Fluggeräten sondern auch in zivilen Passagier­ flugzeugen eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges ein derartiges Konzept zu verwirklichen und dabei möglichst viele und erprobte Teile herkömmlicher Servo­ lenkungen einzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der ohne Zwangskopplung mit den gelenkten Fahrzeugrädern an­ geordneten Lenkhandhabe ein Sollwertgeber und von den gelenk­ ten Fahrzeugrädern bzw. vom Lenkgetriebe ein Istwertgeber be­ tätigt werden und eine mit dem Soll- sowie dem Istwertgeber zusammenwirkende Regelstrecke in Abhängigkeit von einem Soll- Istwert-Vergleich einen Stellmotor steuert, welcher mit den Steuerteilen zu deren Drehverstellung relativ zueinander an­ triebsgekoppelt ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die bisher übliche Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe bzw. Lenkhandrad und Fahrzeuglenkrädern aufzutrennen und mittels der Lenkhand­ habe bzw. des Lenkhandrades lediglich einen Sollwertgeber zu betätigen, der dann seinerseits in eine Regelstrecke einge­ bunden ist, die unter Vergleich des jeweiligen Sollwertes mit dem Istwert des Lenkwinkels das Servoventil steuert und damit den Servomotor sowie die damit antriebsverbundene Fahr­ zeuglenkung betätigt. Auf diese Weise können weitestgehend herkömmliche und bewährte Elemente von Servolenkungen einge­ setzt werden. Gleichzeitig wird durch den Wegfall der bisher vorhandenen Lenksäule wesentlich weniger Einbauraum benötigt, wobei auch eine Vielzahl reibungsbehafteter Drehlager ent­ fällt.

Der Stellmotor zu Betätigung des Servoventiles kann in grund­ sätzlich beliebiger Weise ausgebildet sein.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist ein elek­ trischer Stellmotor vorgesehen, welcher zweckmäßigerweise mit dem einen Steuerteil des Servoventiles antriebsgekoppelt ist, bspw. indem der Rotor des Elektromotors drehfest auf dem Drehschieberteil des Servoventiles angeordnet ist. Das je­ weils andere Steuerteil des Servoventiles kann stationär an­ geordnet sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann auch ein hydraulischer Stellmotor vorgesehen sein, welcher vor­ zugsweise unmittelbar zwischen den Steuerteilen wirksam ist.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild einer ersten Ausführungsform, bei der ein elektrischer Stellmotor vorgesehen ist, und

Fig. 2 ein entsprechendes Schnittbild einer abgewandelten. Ausführungsform, bei der die Steuerteile des Servo­ ventiles durch ein hydraulisches Stellaggregat rela­ tiv zueinander verstellbar sind.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein nach Art einer Dreh­ schieberanordnung ausgebildetes, weitestgehend herkömmliches Servoventil 2 angeordnet, welches im wesentlichen aus einem Drehschieberteil 2′ sowie einer dazu gleichachsigen Dreh­ schieberbuchse 2′′ besteht, die gehäusefest angeordnet ist. Dieses Servoventil 2 besitzt einen Druckanschluß 3, der mit der Druckseite einer saugseitig mit einem Hydraulikreservoir 4 verbundenen Servopumpe 5 verbunden ist. Desweiteren besitzt das Servoventil 2 einen mit dem Reservoir 4 kommunizierenden Niederdruckanschluß 6 sowie zwei Motoranschlüsse 7 und 8, die mit jeweils einer Seite eines als Servomotor 9 vorgesehenen doppelt wirkendem Kolben-Zylinder-Aggregates verbunden sind.

Das Servoventil 2 besitzt eine sog. offene Mitte, d. h. alle Anschlüsse 3 und 6 bis 8 kommunizieren miteinander, wenn das Drehschieberteil 2′ und die Drehschieberbuchse 2′′ relativ zueinander eine Mittellage einnehmen. Werden das Drehschie­ berteil 2′ und die Drehschieberbuchse 2′′ relativ zueinander in der einen oder anderen Richtung gegenüber der Mittelstel­ lung verdreht, wird bei arbeitender Servopumpe 5 zwischen den Motoranschlüssen 6 und 8 eine mehr oder weniger große, steu­ erbare Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung er­ zeugt, mit der Folge, daß der Servomotor 9 seinerseits eine entsprechend große Stellkraft in der einen oder anderen Rich­ tung erzeugt.

Drehschieberteil 2′ und Drehschieberbuchse 2′′ sind miteinan­ der durch einen in einer Axialbohrung dieser Teile angeordne­ ten Drehstab 10 verbunden, welcher die beiden Teile 2′ und 2′′ in ihrer Mittelstellung relativ zueinander zu halten sucht.

Auf dem in Fig. 1 linken Ende des Drehschieberteiles 2′ ist der Rotor eines im Gehäuse 1 angeordneten Elektromotors 11 angeordnet, welcher bei Bestromung das Drehschieberteil 2′ gegen die Kraft des Drehstabes 10 in der einen oder anderen Richtung relativ zur Drehschieberbuchse 2′′ zu drehen vermag.

Die Anordnung der Fig. 1 arbeitet wie folgt:
Mittels eines vom Fahrer des jeweiligen Fahrzeuges betätigten Lenkhandrades 14 wird ein Sollwertgeber 15 betätigt, dessen Signale jeweils einen Sollwert für den einzustellenden Lenk­ winkel der vom Servomotor 9 betätigten Fahrzeuglenkräder 30 vorgeben und einem Eingang einer Regelschaltung 16 zugeführt werden. Die Regelschaltung 16 vergleicht den Sollwert mit dem jeweiligen Istwert, welcher mittels eines Istwertgebers 17 erfaßt wird, der mit einem mit den Fahrzeuglenkrädern zwangs­ gekoppelten Lenkgetriebeteil oder - wie dargestellt - mit der Kolbenstange des Servomotors 9 zusammenwirkt. Entsprechend dem Ergebnis des Soll-Istwert-Vergleiches steuert die Regel­ schaltung 16 den Elektromotor 11 an, so daß sich dieser in der einen oder anderen Richtung dreht und das Servoventil 2 in der einen oder anderen Richtung mehr oder weniger weit verstellt. Damit wird zwischen den Motoranschlüssen 7 und 8 eine entsprechend große Druckdifferenz in der einen oder an­ deren Richtung erzeugt, und der Servomotor 9 wird mit mehr oder weniger großer Kraft in der einen oder anderen Richtung angetrieben, so daß sich die Lenkräder 30 verstellen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform vor allem dadurch, daß der Elektromotor 11 fehlt und innerhalb des Gehäuses 1 ein Ringraum 18 angeordnet ist, dessen Innenumfangswand durch ei­ nen zylindrischen Axialabschnitt des Drehschieberteiles 2′ und dessen Außenumfangswand durch die Innenwand des Gehäuses 1 gebildet wird. Dieser Ringraum 18 ist mittels eines axial verschiebbaren Ringkolbens 19 in zwei Ringkammern unterteilt. Der Ringkolben 19 besitzt einen zylindrischen Fortsatz 20, welcher sowohl außen- als auch innenseitig mit schräg zuein­ ander ausgerichteten Nuten bzw. Stegen versehen ist. Diese Nuten bzw. Stege greifen in gegengleiche Nuten und Stege ein, die einerseits an einem Axialabschnitt des Außenumfanges des Drehschieberteiles 2′ und andererseits an einem Innenumfangs­ abschnitt der Drehschieberbuchse 2′′ oder des zur Drehschie­ berbuchse 2′′ stationären Gehäuses 1 angeordnet sind. Da die Stege bzw. Nuten auf der Außenseite des Fortsatzes 20 schräg zu den Nuten bzw. Stegen auf der Innenseite des Fortsatzes 20 verlaufen, führen der Fortsatz 20 sowie der Ringkolben 19 zwangsläufig einen Axialhub aus, sobald das Drehschieberteil 2′ und die Drehschieberhülse 2′′ relativ zueinander verdreht werden. In entsprechender Weise werden die Teile 2′ und 2′′ zwangsläufig relativ zueinander in der einen oder anderen Richtung verdreht, wenn der Ringkolben 19 in der einen oder anderen Richtung axial verschoben wird.

Die vom Ringkolben 19 Im Ringraum 18 voneinander abgeteilten Ringkammern sind über Leitungen 21 und 22 sowie ein Steuer­ ventil 24 mit einer Pumpe 25 sowie dem Hydraulikreservoir 4 verbindbar, so daß bei entsprechend betätigtem Steuerventil 24 zwischen den beiden Ringkammern im Ringraum 18 eine mehr oder weniger große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung herstellbar ist. Damit läßt sich dann der Ringkolben 19 in der einen oder anderen Axialrichtung verschieben, mit der Folge, daß das Servoventil 2 verstellt und zwischen den Motoranschlüssen 7 und 8 des Servomotors 9 eine Druckdiffe­ renz hergestellt wird. Auf diese Weise kann dann der Servomo­ tor 9 einen Stellhub ausführen, durch den die Fahrzeuglenkung verstellt wird.

Die Anordnung der Fig. 2 arbeitet wie folgt:
Durch den mittels des Lenkhandrades 14 betätigten Sollwertge­ ber 15 wird wiederum ein Sollwert für den einzustellenden Lenkwinkel der Fahrzeuglenkräder 30 vorgegeben. Die Regel­ schaltung 16 vergleicht wiederum diesen Sollwert mit dem vom Istwertgeber 17 gemeldeten Istwert und betätigt beim Auftre­ ten einer Soll-Istwert-Abweichung das Ventil 24. Je nach Richtungssinn der Soll-Istwert-Abweichung wird dann das Steu­ erventil 24 in der einen oder anderen Richtung verschoben, mit der Folge, daß sich der Ringkolben 19 in der einen oder anderen Richtung verschiebt, wodurch dann an den Motoran­ schlüssen 7 und 8 des Servomotors 9 eine mehr oder wenige große Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung ein­ gestellt wird und der Servomotor 9 einen Stellhub zum Aus­ gleich der Soll-Istwert-Abweichung ausführt, d. h. die Fahr­ zeuglenkräder 30 werden entsprechend dem jeweiligen Sollwert eingestellt.

Es ist auch möglich und vorteilhaft, den Elektromotor 11 so­ wie den Hydraulikmotor 18,19 in Kombination anzuordnen, um das Servoventil 2 mit zwei voneinander unabhängigen Aggrega­ ten steuern zu können. Dabei kann ggf. der Elektromotor 11 analog zu den Sollwerten des Sollwertgebers 15 verstellt wer­ den, während der Hydraulikmotor 18,19 von einer autonomen Steuerung betätigt wird, die andere Parameter, z. B. Seiten­ windeinflüsse, mit gesonderten Sensoren erfaßt und durch Len­ keingriffe ausregelt.

Der Elektromotor 11 kann auch als sog. Drehmagnet ausgebildet sein.

Claims (7)

1. Hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkhandrad, sowie einem als Drehschieberanordnung ausgebildeten Servoventil, dessen zu­ einander drehbewegliche Steuerteile miteinander durch eine - vorzugsweise als Drehstab ausgebildete - Federung in eine Normallage relativ zueinander gedrängt werden, und mit einer Lenkgetriebeanordnung, die mit gelenkten Fahrzeugrädern sowie einem vom Servoventil gesteuerten hydraulischen Servomotor antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß von der ohne Zwangskopplung mit den gelenkten Fahrzeugrä­ dern (30) angeordneten Lenkhandhabe (14) ein Sollwertgeber (15) und von den gelenkten Fahrzeugrädern (30) bzw. vom Lenk­ getriebe ein Istwertgeber (17) betätigt werden und eine mit dem Soll- sowie dem Istwertgeber (15, 17) zusammenwirkende Re­ gelstrecke (16) in Abhängigkeit von einem Soll-Istwert- Vergleich einen Stellmotor (11; 18, 19) steuert, welcher mit den Steuerteilen (2′, 2′′) zu deren Drehverstellung relativ zu­ einander antriebsgekoppelt ist.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Steuerteil (2′′) stationär angeordnet ist.

3. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerteil (2′) mit dem Stellmotor (11) gekoppelt ist.

4. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor (11) als Stellmotor angeordnet ist.

5. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (18, 19) zwischen den Steuerteilen (2′, 2′′) angeordnet ist.

6. Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor ein hydraulisches Verdrängeraggregat (18, 19) ist, welches derart mit den Steuerteilen (2′, 2′′) zwangsgekoppelt ist, daß die Steuerteile relativ zueinander bei Verdrängerhüben verdreht werden.

7. Servolenkung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromotor (11) ein Drehmagnet angeordnet ist.