DE2133884A1

DE2133884A1 - Hydraulische Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2133884A1
Application number: DE19712133884
Authority: DE
Inventors: Frederick John Campton Bedfordshire Adams (Grossbritannien)
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1971-07-07
Publication date: 1972-02-03
Also published as: GB1355955A; FR2100334A5

Description

PATENTANWÄLTE

DR. L MAAS

D R. W. P F E I F F E R DR. F. VOITHENLEITNER

8 MÜNCHEN 23 UNGERERSTR. 25 - TEL. 39 02 36

10135/4239

CAM GEARS LIMITED, Hitchln_r England Hydraulische Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft allgemein druckmittelbetätigte Steuervorrichtungen und insbesondere Verbesserungen für hydraulische Hilfskraftlenkungen für Fahrzeuge» bei denen keine mechanische Verbindung zwischen dem von Hand bedienbaren Lenkrad und den Lenkgliedern des Lenkgetriebes besteht, eine Einrichtung, für die auch die Bezeichnung "hydrostatische Lenkung" bekannt geworden ist.

Obwohl die Erfindung nachfolgend in Anwendung auf Landfahrzeuge beschrieben wird, sind unter der Bezeichnung "Fahrzeug" alle Formen von Transport- und Fördereinrichtungen zu verstehen, in welche eine hydrostatische Lenkung eingebaut werden kann, beispielsweise in Boote oder in Tragflügelboote.

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Es wurden hydraulische Hilfskraftlenkungen für Räderfahr zeuge vorgeschlagen, die mit einem Steuerventil mit "geöffnet, offener Mitte" versehen sind, welche den Vorteil einer Lenkung mit einer Nachlauf- oder selbstzentrierenden Wirkung ergeben, wodurch dem Fahrer ständig ein gewisses "Gefühl" der Lenkung vermittelt wird. Bei solchen Systemen ist eine ständige Korrektur der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs erforderlich, welche Wirkung auf unebenem Gelände besonders ausgesprochen ist, was zur Ermüdung des Fahrers führt.

Obwohl solche Systeme mit "offener Mitte" für normale Straßen- bzw. Geländebedingungen im allgemeinen zufriedenstellend sind, wird angenommen, daß es im Falle von Zugmaschinen und ähnlichen Fahrzeugen, die über unebenem Gelände betrieben werden, vorteilhaft ist, eine Lenkung mit "geschlossener Mitte" vorzusehen, bei welcher die Lenkglieder in einer gewählten Stellung hydraulisch gesperrt sind, bis ein Lenkbefehl vom Fahrer gegeben wird, wodurch die Möglichkeit erhalten wird, eine eingestellte Fahrtrichtung ohne ständige Korrektur und praktisch ohne Stöße auf das Lenkrad ("kick-back") einzuhalten. Fahrzeuge, die über unebenes Gelände betrieben werden, werden dementsprechend verbessert, und für den Fahrer besteht der Nutzen einer geringeren Ermüdung.

Es wird ferner angenommen, daß es vorteilhaft ist, eine Einrichtung zu schaffen, durch welche ein System mit "geschlossener Mitte" fortschreitend und regelbar in ein System mit "offener Mitte" umgeschaltet werden kann, eine Eigenschaft, die es ermöglicht, die für das jeweilige Gelände am besten geeignete Anordnung zu wählen.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten hydraulischen Hilfskraftlenkung, bei der Lenkradstöße ("kick-back") infolge von plötzlichen Kräften auf die Lenkglieder ausgeschaltet oder auf einen unbedeutenden Grad verringert werden und bei welcher die ständige Korrektur der Fahrtrichtung des Fahrzeugs infolge von auf dieses wirkenden äußeren Einflüssen auf ein vernachlässigbares herabgesetzt wird.

Weiter soll durch die Erfindung eine Einrichtung geschaffen werden, dur'ch welche die Betriebseigenschaften einer verbesserten hydraulischen Hilfskraftlenkung wahlweise von einem Betrieb mit "geschlossener Mitte" in einen Betrieb mit "offener Mitte" umgeschaltet werden kann, um die vorteilhafteste Lenkwirkung für das Gelände zu erhalten, über welches sich das Fahrzeug bewegt.

Eine erfindungsgemäße hydraulische Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug besitzt ein Lenkorgan, welches mit einer Handantriebspumpe zusammenwirkt, ein Fühlorgan, das die Größe und den Richtungssinn der Lenkkräfte mißt, die auf das Lenkorgan wirksam werden, und das mit einem Steuerventil verbunden ist, einen Druckölbehälter, eine Druckölquelle, eine Einrichtung zur Umgehung der Druckölquelle, einen Servomotor, der mit einer Lenkeinrichtung verbunden ist, durch welche das Fahrzeug gelenkt wird, wobei die Handantriebspumpe, die Druckölquelle und der Servomotor in Strömungsverbindung mit dem Steuerventil stehen, das dazu dient, Drucköl von der Druckölquelle zum Servomotor Über die Handantriebspumpe anteilmäßig zu den Lenkkräften zu leiten und die Druckölquelle, die Handantriebepumpe und den Servomotor je isoliert zu halten, wenn keine Lenkkräfte wirksam sind.

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Wenn das System ohne Öldruck aus der Druckölquelle ' arbeiten soll und ein Lenkbefehl gegeben wird_r saugt die Handantriebspumpe Drucköl aus dem Behälter unmittelbar oder über den Bypass zur Druckölquelle und fördert das Drucköl zum Servomotor über das Steuerventil anteilmäßig zur Größe und Geschwindigkeit der Lenkkräfte und in dem richtigen Sinn.

Ferner ist erfindungsgemäß eine unabhängige Ventilanordnung vorgesehen, welche es ermöglicht, die Hand- . antriebspumpe und den Servomotor selektiv und zunehmend miteinander in Strömungsverbindung zu setzen, wenn keine Lenkkräfte wirksam sind, und eine weitere Ventilanordnung, die mit dem Fühlorgan in Verbindung steht, welches die Lenkkräfte mißt, die auf das Lenkorgan wirksam werden, und die weitere Ventilanordnung veranlaßt, die Strömungsverbindungen der Handantriebspumpe und des Servomotors untereinander zunehmend zu drosseln, wenn die erwähnten Lenkkräfte zunehmen, so daß sich ein Servodruck aufbauen kann. Die erwähnte weitere Ventilanordnung kann zweckmäßig eine Verlängerung des Steuerventils bilden.

Erfindungsgemäß kann ferner ein Bypass-Ventil vorgesehen werden, das in ähnlicher Weise dem Fülorgan zugeordnet ist und das zweckmäßig eine Verlängerung des Steuerventils bilden kann. Wenn keine Lenkkräfte wirksam sind, bewirkt das Bypass-Ventil eine Umgehung der kraftgetriebenen Pumpe, und wenn Lenkkräfte auftreten, schließt das Bypass-Ventil, so daß sich ein Servodruck aufbauen kann.

Ebenfalls erfindungsgemäß kann eine zusätzliche unabhängige Ventilanordnung vorgesehen werden, um den Bypass der kraftgetriebenen Pumpe zu isolieren und unwirksam zu machen, wenn Öldruck unabhängig für einen zusätzlichen hydraulischen Kreislauf erforderlich ist.

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Nachfolgend werden beispielsweise zwei Ausfuhrungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden schematischen Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigen:

Figur 1 die beiden Ausführungsformen gemeinsame Grundform der hydraulischen Hilfskrafteinrichtung;

Figur 2 die erste Ausführungsform der Erfindung, die von der in Figur 1 dargestellten insofern abweicht, als dem Kreislauf der kraftgetriebenen Pumpe die Eigenschaft der "offenen Mitte" durch die Verwendung eines zusätzlichen | drehmomentabhängigen Ventils verliehen ist;

Figur 3 die zweite Ausführungsform, bei welcher die Servomotor- und Handantriebspumpenkreise normalerweise vom Typ der "geschlossenen Mitte" sind, jedoch durch die Betätigung zusätzlicher Ventile die Eigenschaft der "offenen Mitte" erhalten können. Der Kreislauf der kraftgetriebenen Pumpe ist infolge eines modifizierten Steuerventils vom Typ der "offenen Mitte".

Jede der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen hat die gemeinsame Grundanordnung nach Figur 1, bei ά

welcher ein Lenkrad SW vorgesehen ist, das an dem einen Ende einer Lenkspindel 1 befestigt ist, welche Antriebsverbindung mit einer hydraulischen Handantriebspumpe durch MP an ihrem anderen Ende hat, so daß durch eine Drehung des Lenkrades SW die Handantriebspumpe MP betätigt wird. Ein Fühlorgan SM, das vorzugsweise zur Spindel 1 gleichachsig ist, mißt die Größe und den Richtungssinn eines Drehmoments auf der Spindel 1 und wandelt dieses Drehmoment in eine Bewegung eines Steuerventilelements 13 eines Steuerventils Vl um, die zum Drehmoment hinsichtlich der Größe und des Richtungssinns proportional ist. Obwohl das Steuerventil Vl mit

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einer axialen Bauform dargestellt ist, kann es entweder ein Ventil mit einer drehenden Bewegung oder mit einer axialen Bewegung oder mit einer Kombination beider Bewegungen sein. Das Fühlorgan SM kann in die Steuerventilanordnung eingebaut werden, so daß das Steuerventil Vl als drehmomentabhängiges Steuerventil bezeichnet werden kann.

Ferner ist ein hydraulischer Servomotor M vorgesehen, der ein doppeIt-wirkender Hydrozylinder sein kann, wie gezeigt, oder irgendeine andere Form eines doppelt-wirkenden hydraulischen Betätigungsorgans haben kann, das eine geeignete lineare Bewegung oder Drehbewegung seines Abtriebsgliedes erzeugt, wenn eine hydraulische Druckdifferenz auftritt. Das Abtriebsglied 2 ist mit einer Lenkeinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, durch welche das Abtriebsglied 2 die lenkbaren Räder (nicht gezeigt) des Fahrzeugs lenken kann.

Eine kraftgetriebene Pumpe PP, die mit einem Druckölbehälter R in Verbindung steht, bildet eine ausreichende Druckölquelle, die allen Druckölanforderungen des Servomotors M gerecht werden kann. Ein Bypass-Rückschlagventil V2 ist P zur kraftgetriebenen Pumpe PP parallel geschaltet und so angeschlossen, daß der durch die kraftgetriebene Pumpe PP erzeugte Druck das Bypass-Ventil V2 schließt. Die Pumpe PP saugt öl aus dem Behälter R über eine Leitung 6 an und fördert das öl unter Druck durch eine Leitung 7 zum Steuerventil Vl zur Verteilung entsprechend den Lenkanforderungen. Das aus dem Steuerventil austretende öl und überschüssiges Drucköl aus der Druckpumpe PP fließt vom Steuerventil Vl zum Behälter R über eine Leitung 12 zurück. Die Handantriebspumpe MP hat Strömungsverbindung mit dem Steuerventil Vl über Leitungen 8 und 9, von denen jede als Einlaß oder Auslaß zur oder von der Handantriebspumpe MP je nach dem Richtungssinn der Lenkbefehle dienen kann. Der Servomotor M hat Strömungsverbindung

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mit dem Steuerventil Vl über Leitungen 10 und 11, die ebenfalls je nach, dem Richtungssinn der Lenkbefehle als Einlaß- bzw. Auslaßleitungen dienen können.

Beim Fehlen eines Lenkbefehls, d. h. im Nullzustand, ist das System nach Figur 1 vom Typ mit "geschlossener Mitte" wegen des Hilfselemente 4 des Steuerventils Vl, welches Hilfselement die Handantriebspumpe MP, den Servomotor und die kraftgetriebene Pumpe PP hinsichtlich der Strömungsverbindungen voneinander isoliert und unabhängig macht. Die lenkbaren Räder des Fahrzeugs können daher |

nicht verschwenkt werden, und alle "Kick-Back"-Kräfte werden durch die Lenkeinrichtung (nicht gezeigt) und den Servomotor M absorbiert, welche Bauelemente von ausreichender und robuster Bauform sind. In diesem Nullzustand können keine Kräfte vom Servomotor M auf die Handantriebspurape MP und damit auf das Lenkrad SW übertragen werden.

Wenn ein Lenkbefehl dadurch gegeben wird, daß das Lenkrad SW in der einen oder anderen Richtung gedreht wird, wird das Steuerventil Vl betätigt, indem es aus seiner mittigen nullstellung in der Richtung und um den Betrag ^ verlagert wird, der dem von Hand ausgeübten Eingangs- f

drehmoment proportional ist. Durch diese Betätigung werden die Kreislauf-Zwischenverbindungen (wie durch die Hilfselemente 3 und 5 schematisch angedeutet) fortschreitend verändert, so daß Hochdrucköl von der kraftgetriebenen Pumpe PP zur einen Seite der Handantriebspumpe MP und von der anderen Seite der Handantriebspumpe zu der einen Seite des Servomtors M gefördert wird. Die andere Seite des Servomotors ist mit dem ölbehälter R verbunden. Die Handantriebspumpe bemißt die dem Servomotor zugeführte ölmenge, und die Druckdifferenz über die Handantriebspumpe ist eine Funktion des von Hand, ausgeübten Drehmoments.

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Wenn die kraftgetriebene Pumpe PP nicht angetrieben wird, was der Fall sein kann, wenn das Fahrzeug geschleppt wird, finden die gleichen Ventilbetätigungen statt. Die Handantriebspumpe MP saugt nun Drucköl unmittelbar über die Niederdruckleitung 12 aus dem Behälter R oder über das Bypass-Ventil V2 je nach der Drehrichtung an. Die Handantriebspumpe fördert das öl zum Servomotor M, und die Druckdifferenz über die Handantriebspumpe ist eine Funktion des von Hand ausgeübten Drehmoments und ein Maßstab für die Gesamtlenkkraft.

Die erste Ausfuhrungsform der Erfindung ist in Figur 2 dargestellt, bei welcher dem Kreislauf der kraftgetriebenen Pumpe, der den Behälter R, die Leitungen 6 und 7 und die kraftgetriebene Pumpe PP umfaßt, die Eigenschaft der "offenen Mitte" durch ein drehmomentabhängiges Ventil V3 mitgeteilt wird, welches im Nullzustand eine Umgehung der kraftgetriebenen Pumpe PP über Leitungen 14 und 18 und das mittlere Element 16 des drehmomentabhängigen Ventils V3 ermöglicht. Bei dieser Arbeitsweise steht kein Öldruck zur Verfügung, bis ein Lenkbefehl gegeben wird, worauf der Druck proportional dem Drehmoment an der Spindel 1 wegen des drehmomentabhängigen ™ Ventils V3 ist, das fortschreitend die Bypass-Strömung drosselt, wenn das Drehmoment zunimmt. Die Ventilhilfselemente 15 und 17 bewirken bei ihrer Bewegung zu einer Mittelstellung"innerhalb des drehmomentabhängigen Ventils V3 die erforderliche Drosselung für die Bypass-Strömung.

Die in Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsform ist mit einem von Hand betätigbaren Ventil V5 versehen, das gegebenenfalls auch von Hand schaltbar, jedoch entweder elektrisch oder hydraulisch betätigbar ist, durch welches die Handantriebspumpe MP und der Servomotor M Strömungsverbindung miteinander erhalten können, wodurch dem System

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die Eigenschaft der "offenen Mitte" verliehen wird. Um das Aufbauen eines hydraulischen Druckes bei einer solchen Anordnung zu ermöglichen, ist ein drehmomentabhängiges Ventil V4 vorgesehen, das proportional und fortschreitend die Strömungsverbindung drosselt, wenn das Drehmoment an der Spindel 1 zunimmt. Das Steuerventil Vl wirkt wie bei dem erstbeschriebenen und letzbeschriebenen System mit der Ausnahme, daß das mittlere Element 4 so modifiziert ist, daß der Kreislauf der kraftgetriebenen Pumpe vom Typ mit "offener Mitte" ist und sich in der gleichen Weise wie bei dem in Figur 2 gezeigten zweiten System verhält.

Bei seiner Betätigung verbindet das Ventil V5 die Leitung mit der Leitung 11 (und 22) und die Leitung 9 (und 23) mit der Leitung IO über das Element 20 des drehmomentabhängigen Ventils V4, wenn sich dieses in der "Null"-Stellung befindet. Das Ventil V5 kann ein Ventil mit zwei Schaltstellungen sein oder in seiner Wirkung so veränderlich sein, daß die Eigenschaften des Systems in Anpassung an sich verändernde Geländebedingungen entsprechend verändert werden können. Das Ventil V5 kann ferner federbelastet und durch die hydraulische Druckdifferenz in den Leitungen 10 und 11 betätigbar sein, wodurch entweder das drehmomentabhängige Ventil V4 ersetzt oder die Umschaltung vom Zustand mit "offener Mitte" zum Zustand mit "geschlossener Mitte" in unmittelbarer Abhängigkeit von ^!l Kick-Back "-Kräften bewirkt wird. Das Ventil V5 kann, wenn es so verwendet wird, mit einer von Hand betätigbaren Übersteuerung versehen sein, so daß die Möglichkeiten der Wahl der Eigenschaften durch den Fahrzeugführer beibehalten werden.

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Claims

Pa t e nt a η s pr üche

Γ 1J Hydraulische Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge, ^-gekennzeichnet durch eine Lenkeinrichtung, welche mit einer Handantriebspumpe (MP) zusammenwirkt, ein Fühlorgan (SM), das die Größe und den Richtungssinn der Lenkkräfte mißt, welche durch die Lenkeinrichtung mitgeteilt werden, und das mit einem Steuerventil (Vl) verbunden ist, einen Druckölbehälter (R), eine Druckölfe quelle (PP), ein Bypass-Organ (V2) zur Umgehung der Druckölquelle, einen Servomotor (M), der mit einer Lenkeinrichtung verbunden ist, wodurch das Fahrzeug gerenkt wird, wobei die Handantriebspumpe (MP), die Druckölquelle (PP) und der Servomotor (M) in Strömungsverbindung mit dem Steuerventil (Vl) stehen, das dazu dient, Drucköl von der Drückölquelle (PP) zum Servomotor (M) über die Handantriebspumpe (MP) proportional den Lenkkräften zu leiten, und die Druckölquelle, die Handantriebspumpe und den Servomotor je strömungsisoliert zu halten, wenn keine Lenkkräfte wirksam sind.
2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypass-Organ durch ein Ventil gebildet wird, das mit einem weiteren Lenkkraft-Fühlorgan verbunden ist und das offen ist, um die Druckölquelle zu umgehen, wenn keine Lenkkräfte wirksam sind, und sich zunehmend schließt, wenn die Lenkkräfte zunehmen.
3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, durch welche der Druck der Druckölquelle im Verhältnis zu den Lenkkräften verändert wird.

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4. Hilfskraftlenkung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckölquelle eine hydraulische Pumpe ist.
5. Hilfskraftlenkung nach den Vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor ein Hydrozylinder ist.
6. Hilfskraftlenkung nach den vorhergehenden ( Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehmomentabhängiges Ventil das erwähnte Fühlorgan und das Steuerventil in Kombination umfaßt.
7. Hilfskraftlenkung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehmomentabhängiges Ventil das erwähnte Ventil und ein zugeordnetes Lenkkraft-^Fühlorgan in Kombination aufweist.
8. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Ventil mit dem Steuerventil kombiniert und dem Fühlorgan zugeordnet ist.
9. Hilfskraftlenkung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch ein unabhängig betätigbares Ventil, durch welches die Handantriebspumpe und der Servomotor, die normalerweise isoliert sind, wenn keine Lenkkräfte wirksam sind, wahlweise und zunehmend Druckölverbindung erhalten können.

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10- Hilfskraftlenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das unabhängig betätigbare Ventil durch ein von Hand bedienbares Ventil gebildet wird.
11. Hilfskraftlenkung nach den Ansprüchen 9 und 10> gekennzeichnet durch ein weiteres Ventil/ das mit einem Lenkkraftfühlorgan verbunden ist/ wodurch jede Zwischenverbindung durch das unabhängig betätigbare Ventil zunehmend gedrosselt werden kann, wenn die Lenkkräfte zunehmen.

12, HiIfskraftlenkung nach den Ansprüchen 1 bis 11* gekennzeichnet durch ein weiteres unabhängiges Ventil zur Isolierung und zum Unwirksammachen der Druckölquellen-Umgehung, um dadurch den hydraulischen Druck zur Betätigung eines weiteren hydraulischen Kreislaufs zu erhalten.

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