DE2356835A1 - Steuereinrichtung fuer eine servolenkung - Google Patents
Steuereinrichtung fuer eine servolenkungInfo
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Description
Patontpnwäite
' ^- Hövember 1973
Nissan Motor·. Co.., Ltd.
ITo. 2, Takara-machi, Kanagawa-kü, Yokohama City
Japan .
SteuereinriclitTang für .
eine ServolenJcunq
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine
Servolenkung für ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Steuerventil für den Fluiddruck, das in einer solchen
Steuereinrichtung eingesetzt.wird.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Kraftfahrzeug mit
einer Steuereinrichtung für eine Servolenkung auszurüsten, durch die eine Lenkunterstützung geliefert wird, um die
vom Fahrer zur Lenkung des Kraftfahrzeugs aufzubringende
Kraft zu vermindern. Bei herkömmlichen Steuereinrichtungen für Servolenkungen hat es sich als "nachteilig erwiesen,
dass bei hohen Fahrzeuggeschwindigkexten oder, bei B er gab—
fahrt aufgrund der konstruktionsbedingten Eigenschaften
der Steuereinrichtung häufig ein Übersteuern auftritt. Es
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'} m κ ο -\ q
sind bereits verschiedene Anstrengungen unternommen worden, um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Keiner dieser
Versuche hat sich jedoch im praktischen Betrieb als befriedigend herausgestellt, da die entsprechenden Steuereinrichtungen
kompliziert und teuer waren.
Erfindunggemäß werden bei einer Steuereinrichtung für eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer Quelle
für unter Druck stehendes Fluid diese Nachteile beseitigt durch ein Lenkgetriebe mit einer darin ausgebildeten Kammer,
ein Ventil zur wahlweisen Verbindung der Kammer mit der Quelle für unter Druck stehendes Fluid, wenigstens eine
in der Kammer angeordnete, fluidbetätigte Steuerhilfsstellvorrichtung, ein Steuerventil für den Fluiddruck,
das mit der Kammer in Verbindung steht und den Fluiddruck in der Kammer modulieren kann, und ein elektrisches
Stellglied, das zumindest auf die Fahrzeugge— schwindigkeit oder den Gradienten der Straßenoberfläche,
auf der das Kraftfahrzeug gefahren wird, anspricht und in Abhängigkeit davon das Steuerventil steuern kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine
bevorzugte Ausführungsform einer Steuereinrichtung für eine Servolenkung mit
einem Steuerventil für den Fluiddruck;
£09-8 27/0591 . ORIGINAL INSPECTED
Figuren 2(A) und 2(B). Schnitte in-vergrössertera
Maßstab durch ein Teil der Einrichtung nach Fig. It
Fig. 3
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem
Steuersignal wiedergibt, das von einer elektrischen Recheneinheit erzeugt wird,
die Teil der Steuereinrxchtung nach Fig. ist; und .
Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Lenkreaktionskraft und der Lenkkraft
zeigt, die bei der Steuereinrichtung nach Fiel. 1 besteht.
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In Fig. 1 ist schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemässen Steuereinrichtung für eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung für die Servolenkung ein Lenkgetriebe 10 mit einem Gehäuse 12
auf. Im Inneren des Gehäuses 12 ist eine Kammer 14 ausgebildet, in der ein Kolben 16 axial verschiebbar angeordnet
ist. Der Kolben 16 unterteilt die Kammer 14 in eine erste Druckkammer 18 sowie eine zweite Druckkammer 20. Die erste
Druckkammer 18 steht mit einer Leitung 22 in Verbindung, während die zweite Druckkammer 20 mit einer Leitung
in Verbindung steht. Die Leitungen 22 und 24 können wahlweise in Strömungsverbindung mit einem Einlass 26
bzw. einem Auslass 28 durch ein Drehventil 11 gebracht werden. Der Einlass 26 ist mit einer Quelle für ein
unter Druck stehendes hydraulisches Fluid, wie beispielsweise einer von einem Motor angetriebenen Pumpe 30, verbunden,
wogegen der Auslass 28 mit einem Reservoir 32 für druckloses Fluid verbunden ist.
Bei dem Kolben 16 handelt es sich um eine Kugelmutter mit
einer Zahnstange 16a, die mit einem Zahnsegment 34 in Eingriff ist. Über nicht bezifferte Kugeln treibt eine
Schneckenwelle 36 den Kolben 16 an. Die Schneckenwelle ist mechanisch mit einem Drehstab 38 verbunden, der seinerseits
über eine Lenksäule 40 mit einem Lenkrad 42 des Fahrzeugs mechanisch verbunden:'ist. Der Drehstab 38 betätigt
das Drehventil 11 in herkömmlicher Weise. Der Kolben 16 arbeitet als fluidbetätigter Servomotor der
Servolenkung.
Bei der beschriebenen Anordnung wird die Pumpe 30 vom Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben. Die Pumpe 30 liefert
ein hydraulisches, unter Druck stehendes Fluid mit kon-
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st ant em Durchsatz zum Lenkgetriebe 10, Wenn das Lenkrad 42
gedreht wird, wird das Drehventil 11 in der Weise betätigt, dass es hydraulisches,, unter dem Druck P stehendes Fluid
entweder zur ersten Druckkammer 18 oder zur zweiten Druckkammer 20 je nach der Drehrichtung des Lenkrades 42 liefert,
wobei der Druck P vom Drehwinkel des Drehstabes 38 abhängt.
Das der ersten Druckkammer 18 oder der zweiten Druckkammer
20 zugeführte hydraulische Fluid unter dem Druck P wirkt
auf den Kolben 16, damit dieser den Widerstand der Räder des Kraftfahrzeugs gegen die Lenkbewegung überwinden
kann. . ·
Aufgrund der erfindungsgemässen Ausbildung der Steuereinrichtung
wird die Druckhöhe des unter Druck stehenden hydraulischen Flu'ids, das der ersten Druckkammer 18 oder der
zweiten Druckkammer 20 zugeführt wird, in Abhängigkeit von '
verschiedenen Betriebszuständen. des Kraftfahzeugs ge- steuert,
um bei allen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs für eine richtige Servolenkkraft zu sorgen. Um
dieses Ziel zu erreichen, ist erfindungsgemäss ein -_ .
Steuerventil für den Druck des hydraulischen Fluids bei
der Steuereinrichtung für eine Servolenkung vorgesehen.
Das Steuerventil 50 für den Druck des hydraulischen Fluids
umfasst einen Ventilkorper 52 mit einem-ersten Einlass 54
sowie einem zweiten Einlass 56, die in Verbindung mit
der ersten Druckkammer 18 bzw, <3^ν zweiten Druckkammer 20
sowie einem ersten Rückschlagventil 58 bzw, einem zweiten
Rückschlagventil 60 stehen. Die Rückschlagventile 58
und 60 sind im Ventilkörper 52 angeordnet - Das erste Rückschlagventil
58 sowie das zweite Rückschlagventil 60 stehen über einen Haupteinlass 62 mit einer Bohrung bzw," Ventilkammer
64 für das Fluid in Verbindung, die im Ventilkörper
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23^6335
52 ausgebildet ist. Die Ventilkammer 64 ist symmetrisch zu
ihrer Längsachse und gestuft ausgebildet, so dass sie in Axialrichtung aneinander grenzende Kamne rabschnitte mit
verschiedenen Querschnittsflachen sowie Schultern zwischen
den Kammerabschnitten auf v/eist. Zu diesen Kammerabschnitten und Schultern gehören die Kammerabschnitte 64a, 64b, 64a,
64g und 64i sowie ringförmige, si;h inRadialrichtung erstreckende
Schultern 64b, 64d, 64f und 64h. Über die Ventilkammer 64 !kann eine Strömungsverbindung zwischen
dem Haupteinlass 62 und einer Ablassöffnung 66 hergestellt werden, die im Ventilkörper 52 ausgebildet ist und mit dem
Reservoir 32 für das Fluid verbunden ist. Das Ausmass der
Strömungsverbindung zwischen dem Haupteinlass 62 und der Ablassöffnung 66 wird durch ein bewegbares Durchsatzsteuerteil
in Form eines Ventilschiebers 70 verändert, d.h. moduliert.
Der Ventilschieber 70 ist axial verschiebbar in der Ventilkammer 64 angeordnet. Wie am deutlichsten aus den Figuren
2(A) und 2(B) ersichtlich ist, sind am Ventilschieber 70
ein erster Hohlraum 70a und ein zweiter Hohlraum 70b
ausgebildet, die durch eine Bohrung 70q in Axialrichtung verbunden sind, die als Dämpfer für den Ventilschieber 70
wirkt. Wie gezeigt, ist der Ventilschieber 70 mit mindestens einem sich in Axialrichtung erstreckenden Schlitz
70d versehen. Bei einer axiaien VersGhiebu.ng des Ventil"
Schiebers 70 hängt die Fluiösfcrömung durch das Steuerventil
50 von dem effektiven Querschnitt des Abschnitts des Schlitzes 70d ab, der nach links (Fig. I)- über die ringförmige, sich in Pvadialrichtung erstreckende Schulter 64f
hinausragt. Somit hängt der Durchsatz des unter Druck stehenden hydraulischen Fluids, das durch die Ablassöffnung
abfliesst, von der Axialstellung des VentilSchiebers 70
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ORiGSNAL INSPECTED
relativ zur Schulter 64f ab.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird der- Ventil schieber
durch ein Paar Druckfedern 7 2 und 74, die in dem ersten Hohlraum 70a bzw.' dem zweiten Hohlraum 70b angeordnet sind,
in seiner Neutral- oder Ruhestellung gehalten. Die Ruhestellung des Ventilschiebers 70 wird durch eine Einstellschraube
76 eingestellt,'die sich im Kammerabschnitt 64i
befindet. Die Einstellschraube 75 wird relativ zum Ventilkörper 52 durch eine Kontermutter 78 gesichert.
Ein elektrisches Stellglied 81 umfasst ein Solenoid,80 mit
einem mechanischem Stellteil bzw. Plunger 80a, der mit einem Ende des Ventilschiebers 70 zusammenwirkt, sowie
einer Solenoidspule 80b. Die Solenoidspule 80b ist elektrisch
mit einer elektrischen Recheneinheit 82 verbunden, die ihrerseits elektrisch mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler
84 sowie einem Strassengradientenfühler 86 verbunden
ist. Der Fahrzeuggeschwindigkeits-f ühler 84 stellt die Fahrzeuggeschwindigkeit fest und erzeugt ein erstes elektrisches
Signal in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, während der Strässengradientenfühler 86 den Gradienten
der Strassenoberflache feststellt, auf der sich das Fahrzeug befindet, und ein zweites elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Strassengradienten erzeugt. Diese elektrischen
Signale werden der· Recheneinheit 82 eingespeist, die die Signale modifiziert und verstärkt und ein geeignetes
Steuersignal erzeugt, das:auf die Solenoidspule 80b
gegeben wird. Das Solenoid 80 ist so ausgebildet, dass es
den Ventilschieber 70 entsprechend der Höhe des Steuersignals von der Recheneinheit 82 verschiebt, so dass der
wirksame Querschnitt des Schlitzes·bzw. der Schlitze 70d
in der Weise verändert wird, dass der Druck des hydrauli-
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schen Fluids in der ersten Druckkammer 18 bzw. der zweiten
Druckkammer 20 des Lenkgetriebes 10 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Strassengradienten
moduliert ist.
In Fig. 3 ist ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Höhe des Steuersignals
dargestellt. Wenn sich das Kaftfahrzeug auf ebener Strasse befindet, ändert sich die Höhe des Steuersignals nach der
.Kurve A, wogegen sich die Höhe des Steuersignals nach der Kurve Bin Fig. 3 ändert; .wenn das Kraftfahrzeug
bergab bzw.. mit negativem Gradienten fährt. Es ist zu
erkennen, dass die Höhe des Steuersignals bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt und dass die Höhe des
Steuersignals weiter abnimmt, wenn das Kraftfahrzeug bergab fährt.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Lenkkraft und der
Lenkreaktionskraft. In Fig. 4 gilt die Kurve C für eine herkömmliche Lenkeinrichtung ohne ServounterStützung.
Die Kurven D und E geben die Beziehungen wieder, die für die erf indungsgemässe Steuereinrichtung bei hoher bzw.
niedriger Fahrzeuggeschwidigkeit auf ebener Strasse gelten,
während die Kurven D' und E1 für hohe bzw. niedrige
Fahrzeuggeschwindigkeit bei Bergabfahrt des Kraftfahrzeugs
gelten. Die gestrichelte Kurve F zeigt die Beziehung, die für eine herkömmliche Steuereinrichtung für eine Servolenkung
gilt. . -
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist, wird der Solenoidspule
80b des Solenoids 80 ein Steuersignal von grösstmöglicher
Höhe zugeführt, so dass der Plunger 80a auf seinen grössten Hub ausfährt. Dadurch wird der Ventilschieber
70 in eine Stellung verschoben, in der die Schlitze 70d voll-
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ständig bedeckt sind. Demzufolge kann das unter Druck
stehende hydraulische Fluid im Haupteinlass 62 nicht zur Ablassöffnung 66 abfliessen. Daher steht das hydraulische
Fluid in der ersten Druckkammer 18 bzw* der zweiten Druckkammer 20 im wesentlichen unter dem Druck des
Fluids in der Pumpe 30 .
Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zunimmt, nimmt die
Höhe des Steuersignals ab, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch wird der Plunger 80a des Solenoids 80 nach
links in Fig. 1 verschoben, wodurch ein Teil der Schlitze 70d freigegeben und der.wirksame Querschnitt dieser .
Schlitze vergrössert wird. In dieser Stellung strömt hydraulisches Fluid vom Haupteinlass 62 durch die -\. .
Schlitze 7Od und die Ablassöff-nung 66, von der das hydraulische Fluid zum Reservoir'32 abfliesst; Auf diese
Weise wird der Druck des hydraulischen Fluids in der
ersten bzw. in der zweiten Druckkammer unter die Höhe des Drucks des Fluids in der Pumpe 30 abgesenkt undftie Servokraft
vermindert, so dass der Fahrer zum Lenken ■ eine
grössere Kraft aufwenden muss., und ein Übersteuern verhindert
ist.
Bei weiterem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert
sich die Lenkreaktionskraft in der durch die Kurve D
in Fig. 4 wiedergegebenen Weise. Wie sich deutlich aus Fig. 3 ergibt, bewirkt die Recheneinheit 82, dass der
Druck des Fluids in der Kammer 14 unter den Wert des
Drucks in der Pumpe 30 abfällt, wenn wenigstens entweder
das erste elektrische Signal oder das zweite elektrische
Signal unter einen ersten bzw. einen zweiten vorbestimmten
Wert abfällt. " · ,
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass das erfxndungsgemasse Steuerventil für den Druck des hydraulischen
Fluids auf einfache Weise für eine leichte und
zuverlässige Servolenkung bei allen Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs sorgt.
Patertansprüche:
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Claims (7)
1... Steuer einrichtung für eine Servolenkung für ein Kraft-
^—fahrzeug, mit einer Quelle für unter Druck stehendes
Fluid, gekennzeichnet durch ein Lenkgetriebe (10) mit einer darin ausgebildeten Kammer (14-), wenigstens eine
in der Kammer angeordnete, fluidbetätigte Steuerhilfsstellvorrichtung (16), ein Ventil (H) zur wahlweisen
Verbindung der Kammer mit der Quelle (30) für unter
Drück stehendes Fluid, ein Steuerventil (50) für den Fluiddruck, das mit der Kammer (14·) in Verbindung steht
und den Fluiddruck in der Kammer modulieren kann, und ein elektrisches Stellglied (81), das zumindest auf
die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Kraftfahrzeug gefahren
wird, anspricht und in Abhängigkeit davon das Steuerventil (50) steuern kann.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
ein Reservoir (32) für das Fluid, wobei das Steuerventil
(50) funktional zwischen der Kammer (14) und dem Reservoir angeordnet ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-■'
zeichnet, dass das Steuerventil (SO) ein bewegbares Durchsatzsteuerteil (70) umfasst und dass das elektrische
Stellglied (81) ein mechanisches Betätigungsteil (80a) umfasst, das mit dem bewegbaren Durchsatzsteuerteil zusammenwirkt.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet,
dass das elektrische Stellglied (81) ferner einen Fahrzeuggeschwindigkeit
sfühler (84) und .einen Strassengradienten-
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fühler (86) zum Feststellen der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. des Strassengradxenten, wobei diese Fühler ein
erstes und ein zweites elektrisches Signal erzeugen, das jeweils analog der festgestellten Grosse ist, sowie
eine elektrische Recheneinheit (82) umfasst, die auf das erste und zweite elektrische Signal anspricht und
das mechanische Betätigungsteil (80a) in Abhängigkeit
von diesen Signalen steuern kann.
5. Steuereinrichtung anch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Recheneinheit (82) das mechanische Betätigungsteil (80a) in der Weise steuert, dass der
Fluiddruck in der Kammer (14) auf einen Wert unterhalb
■ des Fluiddrucks in der Quelle (30) vermindert wird, v/enn
wenigstens die Hohe des ersten oder des zweiten elektrischen Signals unterhalb eines ersten bzw. eines zweiten
vorbestimmten Wertes liegt.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (50) ein
Rückschlagventil (58, 60) umfasst, das eine F-luidströmung
durch das Steuerventil nur in Richtung von der Kammer (14) zum Reservoir (32) zulässt.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerventil (50) einen Dämpfer ■ (70c) für das bewegbare Durchsatzsteuerteil (70) umfasst.
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