DE2128491B2

DE2128491B2 - Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2128491B2
Application number: DE19712128491
Authority: DE
Inventors: Frederick John Shefford Adams; Colin Hamilton Silsoe Bedfordshire Burgess; John Robert Hitchin Hertfordshire Foster; Terence Alan Biggleswade Watson
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1970-06-09
Filing date: 1971-06-08
Publication date: 1980-07-10
Also published as: JPS5516866B1; DE2128491C3; DE2128491A1; GB1291152A

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekanntlich werden bei jeder Lenkeinrichtung heim Lenkvorgang auf die Räder Reaklionskriifte ausgeübt, die zur Lenkung des Fahrzeugs überwunden werden müssen. Dies geschieht bei einer Scrvolcnkcinrichtungz. B. dadurch,daß ein Hydraulikdruck auf einen Kolben ausgeübt wird, um die zu lenkende Radachse in der gewünschten Richtung zu verstellen.

Die Rcaktinnskriiftcdic auf ein Rad ausgeübt werden, ändern sich jedoch infolge der unterschiedlichen Bodenverhältnisse und können für jedes lenkbare Rad des gleichen Fahrzeugs sehr verschieden sein. Bei den bekannten hydraulischen Seryolenkeinrichtungen wird stets die gleiche Kraft auf die Lenkachse ausgeübt. Diese Kraft ist der Summe der Reaktionskräfte an allen Fahrzeugrädern zu einem bestimmten Zeitpunktproportional, Diese Art der Servolenkung kann jedoch zu siner Übersteuerung eines Rades führen, das nur einer sehr geringen Reaktionskraft au^esetzt ist. Diese Situation kann z. B. auftreten, wenn ein Rad oder mehrere Räder über eine glatte Räche wie Eisen laufen. Dies bedeutet, daß in unnötiger Weise auf die zu lenkenden Räder hohe, sich ändernde mechanische Kräfte ausgeübt werden, die zu einer Abnutzung der entsprechenden Teile führen.

Aus der US-PS 3400778 ist eine Lenkeinrichtung bekannt, die es ermöglicht, zwei Räderpaare in entgegengesetzten Richtungen zu lenken, so daß das Fahrzeug in üblicher Weise eine Kurvenbahn beschreibt. Mit dieser Lenkeinrichtung ist es außerdem möglich, beide Räderpaare in der gleichen Richtung zu verstellen, so daß sich das Fahrzeug schräg bewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fahrzeugservolenkeinrichtung der eingangs genannten Gattung derart auszubilden, daß die auf die Lenkachsen ausgeübten Servokräfte den an den Fahrzeugrädern auftretenden Reaktionskräften direkt proportional sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Meikmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß, wenn sich z. B. ein Radpaar auf glattem ebenem Untergrund befindet und ein Radpaar in weichen Untergrund eingesunken ist, die Achse der sich auf glattem Untergrund befindenden Räder bei der Drehung des Lenkrades durch den Fahrer nur mit einer geringen oder keinen Servokraft beaufschlagt werden, während die Servokraft an der anderen Achse erhöht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen von Fahrzeugservolenkeinrichtungen, und

Fig. 4A eine Seitenansicht, aus der der mechanische Aufbau der Ausführungsform der Fig. 4 hervorgeht.

Fig. 1 zeigt eine srstc Ausführungsform der Fahrzeugservolenkeinrichtung mit zwei gleichen Lenkmechanismen AAl und AAl, die jeweils über gelenkig mit beiden Enden der Übertragungsgestänge 1,2 verbundenen Verbindungsgliedern auf die als Drehpunkt dienenden Achsschenkel eines Paares von steuernden Rädern einwirken.

Die Übertragungsgestänge 1,2 erstrecken sich verschiebbar über ihre jeweiligen Lenkmechanismen AAl und AAl und ragen aus diesen durch flexible Dichtungsbälge Hl und Bl heraus, die eine Qucrbcwegungdes Übertragungsgestänges 1 und 2 ermöglichen. Innerhalb jedes Lenkmechanismus AAi, AAl stehen die Achsen 1, 2 mit einer als Hydraulikmotor ausgebildeten Antriebseinrichtung HMX bzw. HMl in Verbindung, der vorzugsweise einen doppelt wirkenden hydraulischen Druckknlhcn aufweist, dessen Kolbenstange mit clem zugehörigen Übertragungsgestänge einstückig ausgebildet ist.

Fiine Querbewcgung der Übertragungsgestänge 1

und 2 wird durch eine Drehung eines Lenkrades SW eingeleitet, mit dem die Übertragungsgestänge 1 und 2 auf die folgende Weise verbunden sind: Das Lenkrad SW ist an einem Drehmomentfühler TEl befestigt, der auf einem Ende einer im wesentlichen senkrechten Lenkwelle SS befestigt ist (Fig. 4A), die mit einer ersten Eingangswelle Sl über ein Getriebegehäuse GB verbunden ist. Das andere Ende der Eingangswelle Sl ist über eine Kupplung 20 mit dem nicht gezeigten Ritzel eines Lenkgetriebes RPl verbunden. Das Ritzel des Lenkgetriebes RPl ist mit dem Übertragungsgestänge 1 starr verbunden, so daß das Übertragungsgestänge 1 quer bewegt wird, wenn das Lenkrad SW gedreht vrid.

Eine zweite Eingangswelle S2, die eine Verlängerung der Eingangswelle Sl ist, ist am einen Ende mit dem Ritzel des Lenkgetriebes RPl verbunden und dreht sieb mit diesem. Mit dem anderen Ende der Eingangswelle S2 ist ein weiterer Drehmomentfühler TEl verbunden, der mit einem nicht gezeigten Ritzel eines weiteren Lenkgetriebes RPl des Lenkmechanismus A4 2 verbunden ist, so daß auch aas Übertragungsgestänge 2 bei einer Drehung des Lenkrades SW quer bewegt wird.

Der Drehmomentfühler TEl steht mit dem Steuerkolben 18 eines Leistungssteuerventils Vl derart in Eingriff, daß auf den Fühler ausgeübte Drehkräfte in eine Linearbewegung des Steuerkolbens 18 umgesetzt werden, die nach Größe und Richtung den Drehkräften entsprechen. In gleicher Weise wirkt der Drehmomentfühler TEl auf den Steuerkolben 18 eines Verteilungsventils Vl.

Eine konstant angetriebene Druckmittelpumpe P saugt eine Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter R über eine Leitung 9 an und liefert die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit über Leitungen 10 an das Ventil Vl. Eine Rückführungsleitung 17 führt die Hydraulikflüssigkeit mit niedrigem Druck von dem Ventil Vl zum Vorratsbehälter R zurück. Das Ventil Vl hat drei Elemente 3, 4 und 5, so daß die Leitungen 10 und 17 mit zu dem Ventil Vl führenden Leitungen 11,16 entsprechend dem auf den Drehmomentfühler TEl ausgeübten Drehmoment verbunden werden können. Wenn kein Drehmoment vorhanden ist, befindet sich der Steuerkolben 18 in der Mitte und die Leitungen 10, 17, 11 und 16 sind alle durch das Element 4 des Ventils Vl verbunden, wodurch die von der Pumpe P gelieferte Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 17 zum Vorratsbehälter R zurückgeführt wird und sich die Hydraulikmotoren HMl und HMl frei bewegen können. Dadurch steht die Hydraulikflüssigkeit auf jeder Seite der Kolben der Hydraulikmotoren HMi, HMl über die Leitungen 12,13,14 und 15 und das Element 7 des ebenfalls drei Elemente 6, 7 und 8 aufweisenden Ventils Vl und das Element 4 des Ventils Vl in Verbindung. Wenn kein Drehmoment vorhanden ist, ist der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Leitungen 11 und 16 gleich und vernachlässigbar. Wenn ein steigendes Drehmoment auf den Drehmomentfühler TEl z. B. im Uhrzeigersinn ausgeübt wird, d. h., daß das Lenkrad SW im Uhrzeigersinn gedreht wird, steigt der Druck in der Leitung U stufenweise an, weil sich cl.is Vcntileletnent 5 in Richttingaiif dl·· Mittelstellung bewegt und die Leitung 16 kommt zunehmend mit der Rückführungslci'iing 17 und dem Vorratsbehälter W in Verbindung, his im Zustand maximalen Drehmoments die Leitung: 10 vollständig mit der l.ei-

rung 11 verbunden ist, während die Leitung 16 vollständig mit der Leitung 17 verbunden ist. Entsprechend wird die Leitung 17 bei einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn die Hydraulikflüssigkeit führende Leitung und die Leitung 11 wird die Rückführungsleitung, und zwar aufgrund des überkreuzten Elements 3 von Vl,

Das Ventil Vl wird in gleicher Weise wie Vl in Abhängigkeit von dem auf den Drehmomentfühler TEl ausgeübten Drehmoment betätigt. Im drehmomentfreien Zustand ist das Ventilelement 7 in der Mittelstellung und verbindet die Leitung 11 mit dem linken Ende der Zylinder der Antriebseinrichtungen HMl, HMl über die Leitungen 12 bzw. 14, während es in gleicher Weise die Leitung 16 mit den Leitungen

13 und 15 verbindet, die mit den rechten Enden der gleichen Zylinder verbunden sind.

Wenn auf den Drehmomentfühler TEl ein Drehmoment ausgeübt wird, bewegt sich das Ventilelement 6 oder 8 in die Mittelstellung und überträgt einen steigenden Flüssigkeitsdruck ve* HMl und HMl oder umgekehrt, wobei immer auf die Aufhebung des Drehmoments an der Eingangswelle S2 hingewirkt wird, bis in dem extremen Drehmomentzustand entweder HMl oder HMl die gesamte zugeführte, unter Druck siehende Hydraulikflüssigkeit aufnimmt. Die Ausstoßendender Zylinder von WAfI oder HMl stehen über die Ventile Vl oder Vl und die Leitungen 11 oder 16 und 17 in Abhängigkeit vom Zustand des Ventils Vl mit dem Vorratsbehälter R in Verbindung. In beiden Extremstellungen der Ventile Vl oder Vl wird eine hydraulische Blockierung in den Zylindern WAfI und HMl dadurch verhindert, daß eine Undichtigkeit innerhalb der Elemente 6 und 8 vorgesehen ist, wodurch die Leitungen 12 und 13 oder

14 und 15 nicht vollständig getrennt werden können. Im Betrieb ermittelt der Drehmomentfühler TEl

die Summe der auf die beiden Lenkmechanismen AA1 und AA1 ausgeübten Lenkkräfte und bewirkt, daß Hydraulikflüssigkeit über das Ventil Vl zum Ventil Vl proportional zu der Kräftesumme und in der entsprechenden Richtung übertragen wird. Das Ventil Vl verteilt die Flüssigkeit auf die Lenkmechanismen AAl und AAl derart proportional, daß das Drehmoment an der Eingangswelle Sl minimal oder null wird. Die direkte Wirkung dieser Anordnung besteht in einer Servounterstützung der Lenkmechanismen AAl und AAl proportional zu den ausgeübten Lenkkräften. Es wird auf diese Weise erreicht, daß die Hydraulikmotoren HM1 und HMl Kräfte auf die Übertragungsgestänge 1 und 2 ausüben, die zu den Reaktionslenkkräften in den Achsen direkt entgegengesetzt sind.

Dei Aufbau derServolenkeinrichtung in Fig. 2 hat gegenüber dem der Fig. 1 folgende Abweichungen:

a) Das eine Ende des Drehmomentfühlejs TEl ist direkt zwischen dem nicht gezeigten Ritzel des Getriebes RPl und der Eingangswelle Sl angeordnet. Dadurch erfaßt der Drehmomentfühler TEl das auf die Eingangswellc Sl ausgeübte Drehmoment.

b) Das Ventil Vi, das dem Ventil VX gleich ist, ersetzt das Ventil Vl und wird in gleicher V/eise durch den auf den Stcuerkollxn 29 wirkenden Drehmomentfühler TEl betätigt.

c) Die Verbindung der Leitungen ist entsprechend den Abweichungen geändert.

Das Ventil Vl führt dem Hydraulikmotor HM\

unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit von den Lenkkräften in dem Lenkmechanismus AA 1 zu. In gleicher Weise führt das Ventil V"i dem Hydraulikmotor HMl in Abhängigkeit von den Lenkkräften in dem Lenkmechanismus AA 2 Hydraulikflüssigkeit zu. Im drehmomentfreien Zustand können sich beide Hydraulikmotoren HMl und HMl frei bewegen, wobei beide Enden ihrer Zylinder aufgrund der Ventilelemente 4 verbunden sind, an das sie über Leitungen 23, 24 bzw. 25, 26 angeschlossen sind.

Die Pumpe P liefert Druckmittel über die Leitung 28 an das Ventil Vi, wobei das Element 4 die Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 22 zum Ventil Vl zurückleitet, dessen Element 4 die Flüssigkeit über die Leitung 27 zur Pumpe P und über eine weitere Leitung 21 zum Vorratsbehälter R leitet.

Wenn auf den Drehmomentfühler TEl ein maximales Drehmoment ausgeübt wird, wirkt der Druck in der Leitung 28 direkt entweder auf die Leitung 25 oder die Leitung 26 in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmoments, so daß das eine Ende des Zylinders von HMl mit Druck beaufschlagt wird. Die vom anderen Ende des Zylinders ausströmende Flüssigkeit wird zur Leitung 22 übertragen und strömt in dieser zum Ventil Vl, wo das Druckmittel entweder Druck für den Hydraulikmotor HMl, wenn ein Drehmoment an TEl auftritt, oder über die Leitung 27 zum Vorratsbehälter R oder zur Pumpe P über das Element 4 des Ventils 1, wenn sich TEl im drehmomentfreien Zustand befindet, liefert.

Auf diese Weise arbeiten die Hydraulikmotoren HMl und HMl und die Ventile Vl und Vl in Reihe.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist der mechanische Aufbau gleich dem der Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die Ventile Vl und K3 durch Ventile VA und VS ersetzt sind, die Verteilungselemente 43 und 45 und Nebenschluß-Unterbrechungselemente 44 aufweisen. Die Nebenschluß-Durchlässe 44/1 der Elemente 44 bewirken eine Charakteristik mit offener Mittelstellung, die an jedem Ventil beseitigt werden kann, wenn es aus der drehmomentfreien Stellung verschoben wird. Der Rückfluß kann so beschränkt werden, daß sich eine Anordnung ergibt, die den Bedarf eines oder beider Ventile VA und VS deckt. Wie die zweite Ausführungsform ergibt die der Fig. 3 eine unabhängige Servounterstützung jedes Lenkmechanismus, unterscheidet sich jedoch dadurch, daß die Ventile V4 und VS parallelgeschalte: sind. Die Pumpe P liefert Hydraulikflüssigkeit über die Leitungen 30, 31 und 32 an die Ventile VA und VS und im drehmomt-ntfreien Zustand wird die Hydraulikflüssigkeit über die Nebenschluß-Durchlässe 44/1 umgewälzt, die die Nebenschlußleitungen 30,34 und 36 in Reihe schalten. Werm dieser drehmomentfreie Zustand in einem Ventil vorherrscht, kann sich der zugehörige Hydraulikmotor HMl oder HMl aufgrund der Nebenschluß-Durchlässe 44/4 der Ventilelemente 44 frei bewegen, die die Leitungen 38 und 39 von HMl und 40 und 41 von HMl miteinander verbinden.

Wenn sich das Ventil VA in der Stellung des maximalen Drehmoments befindet, wird der Hydraulikkreis, der normalerweise durch die Leitungen 30, 34 und 36 gebildet wird, unterbrochen, so daß entweder HMl über die Leitung 38 oder 39 in Abhängigkeit von der Drehmomentrichtung mit Druck beaufschlagt wird, wobei die ausströmende Hydraulikflüssigkeit durch die andere der Leitungen 38 oder 39 zur Leitung 33 und dann durch die Leitung 36 zur Pumpe P oder über die Leitungen 36 und 37 zum Vorratsbehälter zurückkehrt. Eine Umkehrung des Drehmoments ergibt eine Vertauschung der Wirkungen der Leitungen 38 und 39.

Das Ventil VS arbeitet in ähnlicher Weise, wobei die ausströmende Hydraulikflüssigkeit oder der Rückfluß durch die Leitungen 35 und 36 zur Pumpe P und dann über die Leitungen 37 zum Vorratsbehälter R verläuft.

Der Vorteil dieser Ausführugnsform besteht darin, daß die Servounterstützung jedes Lenkmechanismus vollständig unabhängig ohne mögliche Zwischenwirkung ist.

Um einen wirtschaftlichen Aufbau zu erreichen, sind bei der Ausführungsform der Fig. 4 die Ventile VA, VS und die zugehörigen Drehmomentfühler TEl und TEl zu einem einzigen Ventilblock VB kombiniert. Der Ventilblock VB ist an dem Lenkgetriebe GB starr befestigt, in dem sich die Lenkwelle SS dreht, wenn das Lenkrad SW gedreht wird, und ist mit den zwei mechanischen parallel angeordneten Eingangswellen 51 und Sl mit Hilfe von nicht gezeigten Getrieben verbunden. Die Eingangswellen 51 und 52 erstrecken sich durch den Ventilblock VB, in dem sie mit koaxial hierzu angeordneten Drehmomentfühlern TEl und TEl verbunden sind. Wie vorher sind die Eingangswellen 51 und 52 über Verbindungselemente 20 mit Zahnstangengetrieben RPl und RPl verbunden, wenn dies erwünscht ist.

Bei dieser Anordnung ist die Anzahl der sich zu dem hinteren Lenkmechanismus AAl erstreckenden Leitungen von vier auf zwei verringert.

Hydraulisch gesehen besteht der einzige Unterschied zwischen den Strömungsmittelkreisen der dritten und vierten Ausführungsform darin, daß die Pumpe nunmehr Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 50 an die beiden Ventil K4und VS liefert, deren Eingänge und Ausgänge nunmehr alle durch die Leitungen 53 bzw. 54 parallelgeschaltet sind. Der Nebenschlußkreis umfaßt die Leitungen 52, 55 und 56 und die Nebenschluß-Durchlässe 44/1 der Nebenschluß-Ventilelemente 44 und ist funktionell dem de^r dritten Ausführungsform gleich. Die Pumpe P saugt Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 37 von dem Vorratsbehälter R an und die Hydraulikflüssigkeit wird von den Ventilen VA und VS über die Leitung 51 > zum Vorratsbehälter R zurückgeführt. Sowohl die dritte als auch die vierte Ausführungsform kann insofern abgewandelt werden, als jedes Ventil einer getrennten Pumpe zugeordnet werden kann, wobei die Ventile VA und KS entsprechend den Ventilen Vl ι und V3 der zweiten Ausführungsform ausgebildet sein können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Servolenkeinricbtung für Fahrzeuge mit mehreren Lenkachsen, wobei jeder Lenkachse eine Antriebseinrichtung zur Beaufschlagung des Übertragungsgestänges der jeweiligen Lenkachse zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Übertragungsgestänge ein Drehmomentfühler (Tal, TEl) zur Ermittlung der Größe und Richtung der an dem Lenkgetriebe (APl₁ RPl) des Übertragungsgestänges auftretenden Reaktionskräfte zugeordnet ist und daß jede Antriebseinrichtung (HMl, HMl) das zugeordnete Übertragungsgestänge mit einer Gegenkraft direkt proportional zu der ermittelten Reaktionskraft beaufschlagt.

2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Lenkgetriebe (APl₁ RPl) jedes Übertragungsgestänges (1,2) zur Steuerung von einer Eingangswelle (51, 52) angetrieben ist, die mit dem Lenkrad (SW) gekoppelt ist.

3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentfühler (TEl, TEl) eine Energieverteilung von einer Energiequelle (P) an die Antriebseinrichtungen (HMl, HMl) entsprechend dem von den Drehmomentfühlern (TEl, TEl) gemessenen Drehmoment und proportional hierzu bewirken, wodurch jede Antriebseinrichtung (HMl, HMl) derart auf ihr zugeordnetes Übertragungsgestänge (I₁ 2) einwirkt, daß di;m von der Eingangswelle (51,52) übertragenen Drehmoment entgegengewirkt und dieses dadurch verringert wird.

4. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentfühler (TEl, TEl) drehmomentbetätigte Ventile sind, daß die Energiequelle (P) eine Druckmittelpumpe ist und daß die Antriebseinrichtungen (//Ml, HM2) druckmittelbetätigte Motoren sind.

5. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangswelle (51) mit dem Lenkrad (SW) verbunden ist und daß eine weitere Eingangswelle (52) mit dieser Eingangswelle (51) in Reihe geschaltet ist.

6. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswellen (51, 52) parallel angeordnet sind und daß jede Welle direkt mit dem Lenkrad (SW) verbunden ist.