DE2104037B2 - Servolenksystem - Google Patents
ServolenksystemInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
- F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
- F16H1/04—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members
- F16H1/12—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes
- F16H1/16—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes comprising worm and worm-wheel
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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- B62D3/02—Steering gears mechanical
- B62D3/04—Steering gears mechanical of worm type
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- B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
- B62D5/20—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application
- B62D5/24—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application for worm type
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- F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
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- F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
- F16H19/043—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack for converting reciprocating movement in a continuous rotary movement or vice versa, e.g. by opposite racks engaging intermittently for a part of the stroke
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- F16H55/02—Toothed members; Worms
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Description
Die Erfindung betrifft ein Servolenksystem laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
Zur besseren Anpassung des Lenksystems von Kraftfahrzeugen an die täglichen Gebrauchsbedingungen
ist es bekannt, das Untersetzungsverhältnis eines zwischen Lenkradachse und Lenkzapfen vorgesehene
mechanischen Getriebes so auszubilden, daß es von der Mittelstellung zu den äußeren Lenkstellungen abnimmt
(US-PS 28 65 215; 28 65 216 und 29 53 932). Hierdurch wird in der Geradeausstellung, der häufigsten
Fahrstellung, eine relativ indirekte Lenkung und mit zunehmendem Radeinschlag, beispielsweise beim Einparken,
eine immer direktere Lenkung erzielt. Ein solches Lenksystem ist damit in den äußeren Schwenkstellungen
relativ schwer zu betätigen, weil das erforderliche Lenkmoment in Richtung größerer Lenkeinschläge
stark zunimmt, wie dies in dem Einschlag-Drehmoment-Diagramm nach F i g. 5 mit der Kurve 30 angedeutet ist.
Es ist bekannt (US-PS 28 65 216), einem solchen Lenksystem einen Servomotor zuzuordnen, der während
größerer Lenkradeinschläge, beispielsweise beim Einparken oder bei Kurvenfahrt mit geringer Geschwindigkeit,
wirksam wird und somit auch das herabgesetzte Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes
in den äußeren Schwenkstellungen ausgleichen kann, etwa gemäß Kurve 31 in Fig.5. Es ist ferner
bekannt (US-PS 28 65 215) hierfür einen hydraulischen Kolben-Servomotor vorzusehen, dessen Arbeitsdruck
mit zunehmendem Lenkmoment allmählich erhöht wird, der also bei zunehmendem Radeinschlag ein größer
werdendes Hilfsmoment aufbringt, vergleichbar der Kurve 30 in Fi g. 5. Dabei wirkt der Servomotor über
einen Hebel mit nahezu konstantem Übersetzungsverhältnis direkt auf den Lenkzapfen, so daß das
mechanische Getriebe das übertragende Moment nicht ändert. Zwar ist es auch bekannt (US-PS 29 53 932),
einen Servomotor mit veränderlichem mechanischem Untersetzungsverhältnis als Hilfskraftgeber einzusetzen,
jedoch ist dieser mit der Schnecke der Lenkradachse unmittelbar verbunden, arbeitet also über das gleiche
Getriebe auf den Lenkzapfen, so daß er mit dem gleichen von der Mittelstellung nach außen hin
abnehmenden Untersetzungsverhältnis wie das Lenkrad, d. h. mit einem von der Mittelstellung nach außen
hin abnehmenden Drehmoment, auf den Lenkzapfen einwirkt, wie dies in Kurve 32 nach F i g. 5 dargestellt ist
s Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lenksystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem auf
mechanische Weise in der Geradeausstellung ein relativ geringes Lenkdrehmoment und mit zunehmendem
Radeinschlag ein zunehmend größeres Drehmoment
ίο auf den Lenkzapfen wirkt
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Servolenksystem laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch
seine kennzeichnenden Merkmale gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
is Bei dem erfindungsgemäßen Servolenksystem läßt sich mit dem zwischen Servomotor und Lenkzapfen
zwischengeschalteten zweiten mechanischen Getriebe von veränderlichem Untersetzungsverhältnis das vom
Servomotor gelieferte D: ehmoment an das sich aus dem
2ü veränderlichen Untersetzungsverhältnis des mechanischen
Lenkgetriebes zwischen Lenkradachse und Lenkzapfen ergebende Drehmoment genauer und
lediglich abhängig vom Einschlagwinkel anpassen. Die damit unabhängig von dem jeweils erforderlichen
tatsächlichen Lenkmoment in der Geradeausstellung geringere Servokraft vermittelt dem Fahrer auch ein
besseres Lenkgefühl, denn er muß in dieser häufigsten Fahrstellung für Lenkmanöver, von Hand mehr Kraft
aufbringen als in den weniger häufigen Fahrstellungen mit relativ großen Radeinschlag. In der Geradeausstellung
kann der Servomotor das geringere Moment auch mit einem kleineren Kolbenweg erzeugen und somit
auch schneller auf den Lenkzapfen einwirken, so daß auch die Ansprechempfindlichkeit des Servosystems in
dieser Fahrstellung größer ist. Es ergibt sich auch ein einfacherer Gesamtaufbau des Servosystems, da die
komplizierte hydraulische Steuerung wegfällt
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
F i g. 1 bis 3 zeigen teilweise im Schnitt längs der Linie Il-II und HI-III ein erfindungsgemäßes Servolenksystem.
Fig.4 zeigt den Einbau eines solchen Systems bei
Fig.4 zeigt den Einbau eines solchen Systems bei
♦s einem üblichen Fahrzeuglenksystem.
F i g. 5 zeigt anhand eines Diagramms den Drehmomentverlauf in Abhängigkeit vom Einschlagwinkel für
verschiedene Servolenksysteme.
F i g. 4 zeigt die Anwendung des Servolenksystems
F i g. 4 zeigt die Anwendung des Servolenksystems
so bei einer üblichen Fahrzeuglenkung. Das Lenksystem
umfaßt ein Lenkgetriebe 10, das über das Lenkrad 12 und die Lenksäule 11 verdrehbar ist. Im Lenkgetriebe 10
ist der Lenkzapfen 13 gelagert, der über einen Arm 14 mit dem Lenkgestänge 15 verbunden ist, das über die
Lenkstangen 16 und 17 auf die Räder 18 und 19 wirkt. Das Lenkgestänge ist über einen Zwischenhebel 20 am
Fahrzeugrahmen 21 angelenkt
Nach den F i g. 1 bis 3 treibt die Lenkradwelle 11 eine
Schnecke 25 an, und zwar über eine mit Spiel behaftete Verbindung bestehend aus einer Torsionsstange 26 und
einer Keilverzahnung 24. Die Schnecke 25 steht über eine Kupplung 27 mit der Hülle 23 eines in der Mitte
offenen drehbaren Lenkventils in Verbindung. Beim Verdrehen der Welle 11 wird der Lenkzapfen 13 durch
die in die Schnecke 25 eingreifende Übertragungsrolle 29, die schwenkbar auf einem quer zur Achse des
Lenkzapfens 13 angeordneten Stift 28 gelagert ist, hin und her geschwenkt. Die Schnecke 25 besitzt ein sich
änderndes Übersetzungsverhältnis, d. h. die schraubenförmige Nut dieser Schnecke weist eine veränderliche
Steigung auf und es wird somit ein relativ hohes Lenkuntersetzungsverhältnis in der Mittelstellung bzw.
in der Geradeausstellung gewährleistet, das ziemlich schnell abnimmt, sobald die Räder aus der Mittelstellung
herausgeschwenkt werden. Mit zunehmendem Einschlag der Räder wird dann dieses Untersetzungsverhältnis
allmählich herabgesetzt
Die Servokraft wird über eine hin und her bewegbar? Zahnstange 42 aufgebracht, die mit einer Verzahnung 43
zusammenarbeitet, die am Lenkzapfen 13 ausgebildet ist und die in Eingriff mit dieser Zahnstange durch einen
Lagerblock 44 gehalten ist, der seinerseits einstellbar von einer Schraube 45 mit Feststellmutter 46 unterstützt
ist. Die Zähne 43a und 42a sind nach F i g. 3 mit einem veränderlichen Übersetzungsverhältnis ausgestattet
Der Teilkreis 47 des Zahnrades 43 besitzt den kleinsten Radius um die Drehachse 13a des Lenkzapfens 13 am
Mittel- oder Geradeaus-Punkt 48 und dieser Radius nimmt von diesem Mittelpunkt aus nach außen hin zu.
Die Teilkreislinien der Zähne 42a der Zahnstange 42 passen zusammen mit dem Teilkreis der Zähne 43a und
das Verhältnis der Kraftübertragung von der Zahnstange zum Lenkzapfen 13 nimmt also zu, wenn die
Zahnstange 42 aus der dargestellten Mittelstellung herausbewegt wird. Diese Zunahme ist so bemessen,
daß mit üblichen voll geöffneten Lenkventilen und bei höchstem Pumpendruck im wesentlichen das Drehmoment
erzeugt wird, wie dies mit der Kurve 30 in F i g. 5 für ein bestimmtes Fahrzeug bei dessen Stillstand und
bei angezogener Bremse angegeben ist. Damit wird nicht nur ein genügendes Drehmoment in den äußeren
Schwenkstellungen der Räder des Kraftfahrzeuges erreicht, sondern in der Geradeaus-Stellung wird auch
ein geringeres Drehmoment erzeugt.
Die verschiedenartigsten Kraftfahrzeugtypen haben auch die verschiedenartigsten Lenkeigenschaften und
Lenkbelastungen sowie Empfindlichkeitsforderungen. Um eine einwandfreie Drehmomentübertragung zu
erzielen, sollte deshalb diese im wesentlichen unabhängig von dem Schmierzustand des Lenkgetriebes sein. Es
ist deshalb wichtig, die Reibungsverluste so klein wie möglich zu halten. Die meisten bisher bekannten
Systeme dieser Art weisen große Reibungsverluste im Kraftübertragungsweg auf. Im Hinblick auf die sehr
unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Kraftfahrzeugfabrikate ist es außerdem wünschenswert,
daß die Verbindung zwischen dem Kolben 41 und dem Lenkzapfen 13 mit dem sich ändernden Übersetzungsverhältnis
sehr anpassungsfähig ist. Beide Forderungen werden durch die erfindungsgemäße Anordnung erfüllt,
denn der Servomotor ist mit dem Lenkzapfen durch eine Zahnradverbindung mit variablem Übersetzungsverhältnis
verbunden, bei welcher die Übertragung der Kräfte über einen Gleit- und Abrollkontakt erfolgt.
Dieser Kontakt wird durch die Verzahnung 42 und 43 hergestellt. Die Verzahnungen 42 und 43 gewährleisten
eine Kraftübertragung, die durch geeignete Wahl der verschiedenen Teilkreisbeziehungen geändert werden
kann, ohne daß hierzu irgendwelche anderen Teile als der Lenkzapfen mit seinem damit verbundenen
Zahnsegment und die Zahnstange geändert werden müssen. Nachdem die Drehmomenterfordernisse bei
jedem Fahrzeug am Lenkzapfen analysiert werden können, kann an diesem Punkt auch das zur Verfügung
stehende Drehmoment bestimmt werden, und es können auch sehr einfach die erforderlichen Teilkreise
47 und 48a sowie Formen für die Zähne dieses Getriebes ermittelt werden.
Aus den Figuren geht hervor, daß die Zähne der Zahnstange 42 und des Lenkzapfens 13 sehr einfach
herstellbare Flächen aufweisen. Durch Beschränkung der Zahnform ausschließlich auf gerade oder gekrümmte
Flächen mit konstantem Radius ist die Herstellung solcher Zähne sehr einfach und es ist hierzu keine
komplizierte Zahnradherstellungsmaschine nötig. Die Zähne können auf den beiden Teilen einfach durch
Ausräumen ausgebildet werden, einer sowohl von dem Zeitaufwand als auch von den Werkzeugen her gesehen
sehr einfachen Herstellungstechnik.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Servolenksystem mit einem ersten mechanischen Lenkgetriebe, dessen Untersetzungsverhältnis
zwischen Lenkradachse und Lenkzapfen von der Mittelstellung zu den äußeren Schwenkstellungen
abnimmt, und mit einem Servomotor, der über ein zweites Getriebe mit von der Mittelstellung zu den
äußeren Schwenkstellungen zunehmendem Moment auf den Lenkzapfen wirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Getriebe als mechanisches Getriebe (42,43) ausgebildet ist und mit einem
von der Mittelstellung zu den äußeren Schwenkstellungen hin zunehmenden Übersetzungsverhältnis
auf den Lenkzapfen (13) wirkt.
2. Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daer Kolben (41) des Servomotors
über eine Zahnstange (42) mit einem auf dem Lenkzapfen (13) angebrachten Zahnrad (43) zusammenwirkt
und dieses Zahnrad (43) einen von der mittleren Eingriffstellung (48) nach beiden Seiten hin
zunehmenden Teilkreisradius (47,4Sa)besitzt
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