DE2162385C3 - Hydraulische Servolenkeinrichtung - Google Patents
Hydraulische ServolenkeinrichtungInfo
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- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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- B62D5/08—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of steering valve used
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Description
1
PIP,
PIP,
30
euf einen Druck (Pt) mindert, wobei P\ der Druck im
ersten Arbeitsraum (5) bei geschlossenem Steuerventil (3,103), PIPx ein frei wählbares Verhältnis
> 1, F1 die wirksame Fläche des ersten und F2 die
wirksame Fläche des zweiten Arbeitsraumes (17) ist
und ' unter der Bedingung
r 2
r 2
F2 < F1
< 2F2
"0
frei wählbar ist, und der bei einem den Druck P7
übersteigenden Druck im zv/eiten Arbeitsraum (17) diesen mit dem Vorratsbehälter verbindet.
2. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach An-Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler
ein Druckverhältnisventil (12, 112) ist, welches bei Unterschreiten eines vorbestimmten
Druckverhältnisses P/P2 die Verbindung vom zweiten Arbeitsraum (17) zur Ablauf leitung (26, 126)
herstellt und bei Oberschreiten des Druckverhältnisses P/Pi die Druckmittelquelle (1) mit dem Arbeitsraum
(17) verbindet.
3. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler
ein Druckregelventil mit Überströmöffnung ist.
4. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverhältnisventil
(12, 112) einen Stufenkolben (18, 118) aufweist, dessen vom Druck (P) der Druckmittelquelle
(1) beaufschlagte eine Fläche (Ti) sich zur vom verminderten Druck (Pz) beaufschlagten anderen
Fläche (Fi) umgekehrt verhält wie die auf den Flächen lastenden Drücke (P2, P), so daß gilt: M
5. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen
Flächen (f\, f2) des Stufenkolbens (18', 118) seine
seine Stirnflächen sind.
6. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen
Flächen (f\ und fi) von Steuerkanten (29, 119
bzw. 22, 122) begrenzt sind, welche die Verbindung zwischen zweiten Arbeitsraum (17) und Druckmittelquelle
bzw. Ablaufleitung (26,126) steuern.
7. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Druckwandler (Druckverhältnisventil 12', 112) ein in Richtung zum zweiten
Arbeitsraum (17) schließendes Rückschlagventil (45) parallel geschaltet ist
8. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jedem der Arbeitsräume des Servomotors ein hydraulisch beaufschlagtes Reaktionsglied
zugeordnet ist, wie es bei Einrichtungen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt
ist, wobei sich die aus wirksamen Flächen (φι, ψ2) der
Reaktionsglieder und zugehörigen Hebelarmen (au
&2) gebildeten Produkte umgekehrt verhalten wie die
zugehörigen Drücke (P], Pz) der Arbeitsräume (5,
17).
9. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuerventil (103) und der Druckwandler (Druckverhältnisventil 112) in einem
gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei jenes dem nicht gesteuerten Arbeitsraum (17)
zugeordnete Reaktionsglied (Reaktionskolben 135) und der Druckwandler koaxial zueinander angeordnet
und die vom gewandelten Druck beaufschlagten Flächen (h, Ψ2) einander zugekehrt und gleich groß
sind.
/1
/2
P2
~P
F1
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Servolenkeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
Bei bekannten Servolenkeinrichtungen dieser Art (DE-PS 9 56 201) weist der Servomotor im wesentlichen
gleich große wirksame Flächen auf. Das Steuerventil für den ersten Arbeitsraum enthält einen Steuerkolben mit
zwei Steuerkanten. Die Ventilanordnung für den zweiten Arbeitsraum besteht aus einem zum ersten
identischen Steuerkolben. Da beide Steuerkolben durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung ausgelenkt
werden, ergibt sich insgesamt die Charakteristik einer Vier-Kanten-Steuerung. Jeweils ein Arbeitsraum wird
mit dem Vorratsbehälter verbunden, wenn der andere Arbeitsraum mit der Druckquelle in Verbindung steht.
In der Neutralstellung der Steuerkolben sind die Arbeitsräume drucklos. Nachteilig bei diesen Anordnungen
ist die mangelnde hydraulische Einspannung des Servokolbens sowie die Neigung zu Rucken und
Geräuschen, wenn unter Hochdruck stehendes Druckmittel in drucklose Arbeitsräume einströmt.
Servolenkeinrichtungen mit Vier-Kanten-Steuerung stehen solche mit Zwei-Kanten-Steuerung gegenüber.
Hierbei werden meist Servomotoren mit einem Flächenverhältnis von 2 :1 verwendet. Der Arbeitsraum
mit der größeren wirksamen Fläche wird über ein
Steuerventil mit zwei Steuerkanten entweder mit der Druckmittelquelle oder dem Vorratsbehälter verbunden.
Der Arbeitsraum mit der kleineren wirksamen Fläche ist permanent mit der Druckmittelquelle
verbunden. Bereits in der Neutralstellung des Steuer-Ventils herrscht in den Arbeitsräumen ein positiver
Überdruck in der Größe des Pumendrucks bzw. der Hälfte des Pumpendrucks. Der Servokolben ist damit
hydraulisch eingespannt Rucke und Stöße scwie Geräuschb'Jdung sind vermindert ι ο
Auf der anderen Seite funktionieren diese Servolenkeinrichtungen jedoch nur dann optimal, wenn deren
Arbeitskolben ein Fäächenverhältnis von 2:1 haben.
Nur in einem solchen Fall werden in beiden Bewegungsrichtungen gleich große maximale Lenkkräfte erzielt
Die Verringerung der wirksamen Kolbenfläche um einen solchen Betrag gegenüber der anderen erfordert
jedoch unerwünschten zusätzlichen Aufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkeinrichtung der eingangs erwähnten Art so
auszubilden, daß unabhängig vom Verhältnis der wirksamen Flächen und insbesondere auch bei einem
Flächenverhältnis von 1 :1 eine symmetrische Lenkkraftausbildung in beiden Bewegungsrichtungen mit
Hilfe einer Zwei-Kanten-Steuerung erzielt wird. Die Vorteile einer solchen Steuerung sollen voll erhalten
< bleiben. Der zusätzliche Aufwand soll gering sein. Schließlich soll es auch möglich sein, bei Ausfall der
Servowirkung manuell die Lenkung zu betätigen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des
Anspruchs 1. Die Ansprüche 2 und 3 beziehen sich auf geeignete grundsätzliche Ausbildungen von Druckwandlern.
Die Ansprüche 4 bis 7 beziehen sich auf geeignete konstruktive Ausbildungen von Druckwandlern.
Anspruch 10 schließlich bezieht sich auf die gemeinsame Anordnung von Druckwandler und Steuerventil
in einem gemeinsamen Gehäuse.
Vereinfachte Formeln ergeben sich für einige Sonderfälle. Für den schon erwähnten Fall
vorhanden sind, welche an Hebelarmen a\ und a2
angreifen, derart, daß
Px-P=
ergibt sich
40
45
Pi =
Bei Verwendung eines Druckverhältnisventils als Druckwandler erhält man den Druck p>, wenn als
Regelkolben ein Stufenkolben verwendet wird, dessen wirksame Flächen /und /2 sich umgekehrt verhalten wie
die zugehörigen Drücke
55
./2 : / = P ' Pi
r r P F2
2-J ~
' ~ ■
= 0,5 ρ und F1 = F2 ergibt sich
/2:/=2:I.
Für den Fall
65
ergibt | A -7i | •«j = | ■ Ρ1Ί2 | ■ Q2 | |
ist, | sich daraus | ||||
'H-E1 | . El | F2 | El | ||
7i ft | Cl2 | ~ F1 | a2 | ||
Bei gleichen Hebelarmen a\ = ai und gleichen
Flächen Fi = F2 ergibt sich für die Reaktionsglieder
'Ii
Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Reaktionsglied mit dem Druck des gesteuerten Arbeitsraumes zu
beaufschlagen, während das andere vom Druck der Druckquelle beaufschlagt wird. Gleichgewicht ergibt
sich bei
Für
Pi " 7i ' "i = P " 7 ' a
7 Pi ^'1
7i P a
= α und P1 = 0,5 · ρ erhält man
7i - -1 ■
Sofern Reaktionsglieder mit wirksamen, den jeweiligen Arbeitsräumen zugeordneten Flächen φι und ψ2
Es muß betont werden, daß alle Formeln nur theoretische Werte ergeben. In der Praxis sind geringe
Abweichungen durchaus möglich. Von den verschiedenen Einflußgrößen sind beispielsweise Reibungseinflüsse,
Strömungswiderstände, dadurch bedingte Druckverluste, Fertigungsungenauigkeiten oder unsymmetrische
Lenkkinematik zu nennen. Es steht dem Konstrukteur aber frei, gegebenenfalls Korrekturfaktoren einzusetzen.
Die Erfindung wird anhand von zum Teil symbolisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es
zeigt
F i g. 1 einen Schaltplan für eine Servolenkeinrichtung,
F i g. 2 eine Ausführungsform eines 3/3-Wege-Steuerventils
mit hydraulisch beaufschlagten Reaktionsflächen und
F i g. 3 im Schnitt ein 3/3-Wege-Steuerventil und ein
Druckverhältnisventil in einer Anordnung innerhalb eines Gehäuses.
Von einer nicht näher dargestellten Druckmittelquelle 1 geht eine Druckleitung 2 aus, die sich zu
Druckleitungen 2' und 2" verzweigt Die Druckleitung 2' führt zu einem Anschluß D\ eines 3/3-Wege-Steuerventils
3, welches zwei weitere Anschlüsse A\ und Ti besitzt Vom Anschluß A\ führt eine Arbeitsleitung 4 zu einem
Arbeitsraum 5 eines Servomotors 6, in dem ein Kolben 7 mit zweiseitiger Kolbenstange 8, 8', aufgenommen ist.
Die Kolbenstange 8, 8' ist mit einem Teil 9 eines Lenkgetriebes verbunden. Eine Lenkspindel 10 ist durch
ein Lenkrad 11 betätigbar. Durch Relativbewegungen zwischen den Teilen 9 und 10 erfolgt die Betätigung des
Steuerventils 3. Teil 9 ist in nicht dargestellter Weise mit den gelenkten Rädern des Fahrzeugs verbunden. Die
Druckleitung 2" führt zu einem Anschluß D2 eines
Druckverhältnisventils 12. Vom Anschluß D2 geht innerhalb eines Gehäuses 13 eine Bohrung 14 aus, die
sich zu einer Bohrung 15 größeren Durchmessers
erweitert, an welche ein Anschluß Dr angeschlossen ist. Vom Anschluß Dr geht eine Arbeitsleitung 16 zu einem
zweiten Arbeitsraum 17 des Servomotors 6. In den Bohrungen 14 und 15 gleitet ein Stufenkolben 18, der
mit einer zu seiner Stirnfläche /gehörenden Steuerkante 19 eine Querbohrung 20 steuert, welche zu einem
Anschluß /42 führt. Vom Anschluß A2 geht eine mit der
Arbeitsleitung 16 kommunizierende Arbeitsleitung 21 aus. Die andere Stirnfläche /2 des Stufenkolbens besitzt
eine Steuerkante 22, welche eine Querbohrung 23 steuert, die mit einem Anschluß T2 verbunden ist. Ein
Anschluß T-i steht mit einem von der Bohrung 15 und
dem Stufenkolben 18 gebildeten Ringraum 24 über eine Querbohrung 25 in Verbindung. Die Anschlüsse T2 und
Ti sind mit einer Ablaufleitung 26 verbunden. Die
wirksamen Flächen des Kolbens 7 sind mit Fi und F2
bezeichnet und gleich groß. Die wirksamen Stirnflächen /2 und /des Stufenkolbens 18 verhalten sich wie 2:1.
Das 3/3-Wege-Steuerventil besitzt ein nicht näher dargestelltes Gehäuse in Form eines Drehverteilers, in
welchem ein Ventilkörper 27 gelagert ist, welcher mit Teil 9 der Kraftübertragungsvorrichtung verbunden ist.
In dem Ventilkörper 27 befindet sich eine Bohrung 28, in welche die Lenkspindel 10 hineinragt. Von der Bohrung
28 geht ein Schlitz 29 aus, in dem mit Spiel ein Hebel 30 aufgenommen ist, welcher fest mit der Lenkspindel 10
verbunden ist. In den Schlitz münden zwei sich diametral gegenüberliegende Bohrungen 31 und 32. In
der Bohrung 31 gleitet ein Steuerkolben 33, der über einen Stößel 34 vom Hebel 30 betätigt wird.
In der Bohrung 32 gleitet ein Reaktionskolben 35, der vom Hebel 30 über einen Stößel 36 betätigt wird. Der
Steuerkolben 33 besitzt etwa in seiner Mitte beidseitig einer Schulter 37 zwei Steuerkanten 38 und 39. In der
Mittelstellung versperrt die Schulter 37 eine Ringnut 40, welche mit dem Anschluß Ai in Verbindung steht. Die
Steuerkante 38 steuert eine öffnung zu der Ringnut 40 von einer Ringnut 41 im Steuerkolben 33, welche
sowohl mit dem Anschluß D1 als auch mit einem stirnseitigen Reaktionsraum 42 für den Steuerkolben 33
in Verbindung steht. Die Steuerkanie 39 hingegen steuert eine Durchflußöffnung von der Ringnut 40 zu
einer Ringnut 43 im Steuerkolben 33, welche mit dem Anschluß Ti verbunden ist Ein Reaktionsraum 44 hinter
dem Reaktionskolben 35 ist dauernd mit dem Anschluß A\ verbunden. Zum leichteren Verständnis sind die zu
den Anschlüssen Pu Ai und T1 führenden Kanäle noch
einmal mit diesen Bezugszeichen belegt Die wirksamen Reaktionsflächen sind mit φι, für den Reaktionskolben
35 und φ für den Steuerkolben 33 bezeichnet
Unter der Annahme, daß Fi = Fi ist und demnach
T2 = 2 f, wird ein Druck ρ in den Druckleitungen 2, 2'
und 2" auf einen Druck P2 = P/2 in dem System 16,17,
20, 21 reduziert Die Reduzierung erfolgt über die Steuerkante 19. Die Steuerkante 22 schließt dabei die
Querbohrung 23 ab, so daß eine positive oder Nullüberdeckung vorhanden ist Solange am Lenkrad 11
keine Betätigung erfolgt, herrscht auch im Arbeitsraum 5 der gleiche Druck p\, und der Kolben 7 befindet sich in
einem hydraulischen Gleichgewicht Bei Betätigung des Lenkrades 11 beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn
wird der Steuerkolben 33 über Teil 10, den Hebel 30 und den Stößel 34 in eine Stellung verschoben, in welcher
über die Steuerkante 39 die Verbindung Λι —Ti
hergestellt wird. Die Folge ist ein Druckabfall im System 5,4, Ai, 40, 44. Dadurch bewegt sich der Kolben 7 nach
rechts. Gleichzeitig erhält der Fahrzeuglenker ein Fahrgefühl, da die mittels des Hebels 30 und der
Reaktionsflächen φ und φι erzeugte Drehmomentwaage
verstimmt ist. Die Kraft ρ ■ φ ist nunmehr größer als die Kraft pi · φι, wobei vorausgesetzt ist, daß
φι : φ = 2 :1 ist. Bei einer Betätigung des Lenkrades im
Uhrzeigersinn wird der Hebel 30 so verschwenkt, daß der Steuerkolben 33, welcher dem Hebel 30 durch die
Kraft φ · ρ nachgeführt wird, über die Steuerkante 38 die Verbindung D\ — Ai herstellt Die Folge ist ein
Druckanstieg im System 5, 4, Ai, 40, 44. Der Kolben fährt nach links. Gleichzeitig wird die Kraft pi · φι
größer als die Kraft ρ ■ φ, wodurch ein Reaktionsmoment erzeugt wird, und der Fahrer wiederum ein
Fahrgefühl erhält Das durch den Kolben 7 bei seiner Bewegung nach links verdrängte Druckmittel strömt
über die Arbeitsleitung 16, der Anschluß Dr und die Bohrung 15 sowie einen von der Steuerkante 22
gesteuerten Durchflußquerschnitt und die Querbohrung 23 zum Anschluß T7 und von dort in die Ablaufleitung 26.
Bei diesem Vorgang behält der Druck p2 im wesentlichen
seinen Wert, da das Druckverhältnisventil 12 keine Feder enthält sondern allein druckabhängig gesteuert
wird. Durch die Anpassung der wirksamen Flächen / und /2 an das Verhältnis der Flächen Fi und F2 ist es
möglich, die mittlere Druckdifferenz zwischen den Anschlüssen D\ und Ai auf der einen Seite und Ai und 7i
auf der anderen Seite gleich zu machen.
In F i g. 3 ist eine kompakte eingehäusige Anordnung eines 3/3-Wege-Steuerventils und eines Druckgefälleventils
dargestellt. Teile, die in ihren Funktionen Teilen der Fig. 1 und 2 entsprechen, haben eine um 100
erhöhte Bezugszahl erhalten. Anschlüsse, Wirkflächen und andere Teile gleicher Funktion sind mit den
gleichen Bezugszahlen bzw. Bezugszeichen belegt Ein wesentlicher Unterschied gegenüber der Anordnung
nach F i g. 2 besteht zunächst einmal darin, daß Steuerkolben 133 und Reaktionskolben 135 gleich große
wirksame Flächen φι = φ2 besitzen.
Dementsprechend ist die wirksame Fläche φι
nunmehr Bestandteil des Steuerkolbens 133 und wird vom Druck des gesteuerten Arbeitsraumes 5 beaufschlagt
während die Fläche φ2 Bestandteil des Reaktionskolbens 135 ist und vom Druck des Arbeitsraumes 17 beaufschlagt wird. Koaxial zum Reaktionskolben 135 ist der Stufenkolben 118 angebracht wobei
die wirksamen Flächen /2 und g>2 einander zugewandt
und gleich groß sind. Sie begrenzen den Reaktionsraum 144. Die Funktion ist die gleiche wie die weiter oben für
die F i g. 1 und 2 beschriebene, so daß nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht Erwähnenswert ist
noch ein Rückschlagventil 45, welches dem Druckverhältnisventil parallel geschaltet ist d.h., welches die
Leitungen 2" und 121 verbindet und in Richtung Arbeitsraum 17 schließt
Anstelle des dargestellten kann jedes andere bekannte druckreduzierende Ventil verwendet werden. Ebenso
ist es ohne weiteres möglich, andere bekannte Bauformen für das Steuerventil zu verwenden. Das
Steuerventil kann beispielsweise ohne Reaktionsflächen ausgeführt sein, wenn die Reaktion über ein doppelt
wirkendes Reaktionsglied bzw. zwei einfach wirkende Reaktionsglieder erzielt wird. Es ist weiterhin möglich,
einen Steuerkolben mit zwei Reaktionsflächen vorzusehen und den Druckwandler koaxial dazu anzuordnen.
Die Betätigungsart des Steuerventils spielt nur eine untergeordnete Rolle und ist in den verschiedenen
bekannten Ausführungsformen verwendbar. Es sind auch ohne weiteres sogenannte Blocklenkungen zu
verwirklichen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnuneen
Claims (1)
1. Hydraulische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge,
mit einer Druckmittelquelle, einem Vorratsbehälter, einer mehrteiligen mechanischen
Kraftübertragungseinrichtung zwischen einem Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern, einem
die manuell eingeleitete Lenkradbewegung unterstützenden, an einem vom Lenkhandrad abgewandten
Teil der Kraftübertragungseinrichtung angreifenden doppeltwirkenden Servomotor mit einem
ersten und einem zweiten, eine erste bzw. eine zweite wirksame Fläche aufweisenden Arbeitsraum,
wobei das Größenverhältnis zwischen der der ersten und der zweiten wirksamen Fläche
> 1 aber <2 ist und ein auf geringe Relativbewegungen zwischen zwei Teilen der Kraftübertragungseinrichtung ansprechendes
Steuerventil eine zum ersten Arbeitsraum führende Arbeitsleitung absperrt oder mit der
Druckmittelquelle bzw. dem Vorratsbehälter verbindet und eine Ventilanordnung den zweiten Arbeitsraum
ebenfalls mit der Druckmittelquelle oder dem Vorratsbehälter verbindet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilanordnung ein Druckwandler (12,112) ist, der den Druck (P) des von der
Druckmittelquelle (1) dem zweiten Arbeitsraum (17) zugeführten Druckmittels nach der Gleichung
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2162385A DE2162385C3 (de) | 1971-12-16 | 1971-12-16 | Hydraulische Servolenkeinrichtung |
IT32245/72A IT971340B (it) | 1971-12-16 | 1972-11-29 | Servosterzo idraulico |
GB5744772A GB1412447A (en) | 1971-12-16 | 1972-12-13 | Hydraulic servo-assisted steering system |
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE2162385B2 DE2162385B2 (de) | 1979-12-20 |
DE2162385C3 true DE2162385C3 (de) | 1980-08-28 |
Family
ID=5828143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2162385A Expired DE2162385C3 (de) | 1971-12-16 | 1971-12-16 | Hydraulische Servolenkeinrichtung |
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GB (1) | GB1412447A (de) |
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Family Cites Families (5)
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-
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- 1972-12-13 GB GB5744772A patent/GB1412447A/en not_active Expired
- 1972-12-15 JP JP47126018A patent/JPS4865626A/ja active Pending
- 1972-12-15 FR FR7244878A patent/FR2167067A5/fr not_active Expired
- 1972-12-18 US US316398A patent/US3884319A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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DE2162385A1 (de) | 1973-06-20 |
US3884319A (en) | 1975-05-20 |
GB1412447A (en) | 1975-11-05 |
IT971340B (it) | 1974-04-30 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OGA | New person/name/address of the applicant | ||
BF | Willingness to grant licences | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |