DE2434604A1 - STEERING DEVICE - Google Patents

STEERING DEVICE

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DE2434604A1
DE2434604A1 DE19742434604 DE2434604A DE2434604A1 DE 2434604 A1 DE2434604 A1 DE 2434604A1 DE 19742434604 DE19742434604 DE 19742434604 DE 2434604 A DE2434604 A DE 2434604A DE 2434604 A1 DE2434604 A1 DE 2434604A1
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valve
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cam
pressure
torsion bar
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DE19742434604
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Frederick John Adams
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TRW Steering Systems Ltd
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TRW Steering Systems Ltd
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • 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
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Description

München 15.o7.1974Munich 15.o7.1974

UT 2408 PUT 2408 P

CAM GEARS LIMITEDCAM GEARS LIMITED

45 Wilbury Way, Hitchin,.45 Wilbury Way, Hitchin ,.

Hertfordshire, England,Hertfordshire, England,

GroßbritannienGreat Britain

LenkhilfseinrichtungPower steering device

Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtes Steuersystem, insbesondere eine Lenkhilfseinrichtung für Fahrzeuge.The invention relates to a pressure medium-operated control system, in particular a steering aid device for vehicles.

Es ist insbesondere bei Lenkhilfseinrichtungen an Fahrzeugen bekannt, daß die von der Bedienungsperson aufgewendete Kraft, bei Fahrzeugen des Fahrers oder des Lenkrades Drehkraft in proportionaler Weise durch Ableiten hydraulischer Energie von einer Druckquelle, wie einer motorbetriebenen Pumpe, und Steuern mittels Elemente eines Ventils vergrößert werden kann, welche beide, bei der Steuerungsoperation als Gesamtheit drehbar, durch das Elastizitätsvermögen eines Drehkörpers, eines Torsionsstabes, nach Richtung und Ausmaß in Bewegung gesetzt werden. In einfach gelagerten Fällen ist die Verstärkung oder Kraftunterstützung proportional zu des Fahrers Drehkraft entweder direkt oder gemäß einer Ventilregelung, die durch Auswahl von Öffnungsbereichen, Steigern der Überlappung von Öffnungen durch Winkelabweichung und in Beziehung stehende Parameter bestimmt ist. Weiter ist ins-It is particularly known for power steering devices on vehicles, that the force exerted by the operator, in the case of vehicles of the driver or the steering wheel, torque is proportional Manner by diverting hydraulic energy from a pressure source such as a motor-driven pump and controlling it by means of Elements of a valve can be enlarged, both of which are rotatable as a whole in the control operation, by the elasticity a rotating body, a torsion bar, can be set in motion according to direction and extent. In simply stored Cases the gain or power assistance is proportional to the driver's torque either directly or according to a valve control, which by selection of opening areas, increasing the overlap of openings by angular deviation and related parameters is determined. Next is ins-

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besondere bei der Fahrzeuglenkung bei geringer Geschwindigkeit, beispielsweise bei Manöverieren in dichtem Verkehr, beim Binparken usw., eine stärkere Lenkhilfe erwünscht als bei hoher Geschwindigkeit. Tatsächlich kann das Aufgeben von Lenkhilfe bei hoher Geschwindigkeit gefährlich sein, weil der Fahrer - bei hoher Geschwindigkeit - eine größere Kraftleistung zum Erzeugen einer erforderlichen Ablenkung erbringen sollte verglichen zu dem Kraftaufwand bei geringer Geschwindigkeit. Mit dem einschlägigen Problem befaßt sich auch die britische Patentschrift 1.243.192. Die vorliegende Erfindung rückt jedoch dem Problem auf andere Weise näher.especially when steering the vehicle at low speed, For example, when maneuvering in dense traffic, when parking, etc., a stronger steering aid is desirable than when it is higher Speed. In fact, giving up power steering at high speed can be dangerous because the driver - at high speed Speed - should use more force to create a required deflection compared to the force required at slow speed. With the relevant problem British Patent 1,243,192 is also concerned. The present invention, however, addresses the problem in a different way closer.

Es sind einige Einrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen diese Verminderung der Hilfe bei Steigerung der Geschwindigkeit in Betracht gezogen worden sind, oder bei denen ein Ventil einem Rückkopplungseffekt ausgesetzt war. Mindestens einer dieser Vorschläge vermittelte den Gedanken, die wirksame Länge des Torsionsstabes soll mit zunehmender Geschwindigkeit verringert werden und zwar in der Weise, daß eine der mechanischen Kupplungsstellen zu dem Torsionsstab an diesem durch den Druckmitteldruck entlanggleitet, um seine wirksame Länge bei ansteigender Geschwindigkeit entsprechend zu vermindern.Some devices have been proposed in which these Reduction of help in increasing speed into consideration have been pulled or where a valve has been subject to feedback. At least one of these suggestions conveyed the idea that the effective length of the torsion bar should be reduced with increasing speed in such a way that one of the mechanical coupling points to the torsion bar slides along this due to the pressure medium pressure, in order to reduce its effective length accordingly with increasing speed.

Die vorrangige Aufgabe der Erfindung ist es ein Ventil an sich bekannter Art und der Kategorie von Ventilen zu verwenden, wie sie in ein drehendes Element, wie die Lenksäule t in der Weise eingefügt sind, daß die Drehkraft in dem Element gemeßen oder beobachtet und durch Öffnen und Schließen des Ventils in beiden möglichen Drehkraftrichtungen.wiedergegeben wird, beispielsweise durch Aufgeben von mehr oder wenigen Druckmittel von der Druckmittelquelle zu einem doppelbeaufschlagten Servomotor.The primary object of the invention is to use a valve of the type and category of valves known per se as inserted into a rotating element such as the steering column t in such a way that the rotating force in the element is measured or observed and opened and closing the valve in both possible directions of torque, for example by releasing more or less pressure medium from the pressure medium source to a double-acted servomotor.

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Auf Ventile allgemein solchen Charakters bezieht sich die Erfindung. Die grundsätzliche Aufgabe ist es, ein derartiges Ventil nicht als geschwindigkeitsabhängiges Ventil in oben erläuterter Weise zu verwenden, sondern als Drehventil in Bezug und Reaktion zu dem aufgegebenen Druck, enger die Aufgabe, das Lenkgefühl in Einklang mit dem Anwachsen der Lenkhilfskraft zu halten.The invention relates to valves of generally such character. The basic task is to create such a valve not as a speed-dependent valve in the above Way to use, rather than a rotary valve in relation to and response to the applied pressure, the task tighter the steering feel in Keeping in tune with the growth of the power steering.

Nach der Erfindung ist .ein hydraulisch kraftunterstütztes Lenksystem, eine Lenkhilfseinrichtung vorgesehen, bei der der unterstützende Druck mittels eines drehbaren Ventils steuerbar ist, das zwei, durch einen Torsionsstab begrenzt, zueinander relativ drehbare Ventilelemente enthält, und die eine Druckmittelquelle enthält, deren Druckseite verzweigt ist in einen Zweig zur Versorgung des Hilfsmotors durch und mittels der Steuerung desVentils und einen Zweig zum Verbinden der Quelle mit zwischen den Ventilelementen arbeitenden Nockenele'menten, wobei diese einer relativen Drehung der zwei Ventilelemente durch ineinandergreifende Flächen unter dem Druck des Druckmittels entgegenwirken, so daß der Widerstand gegen ein relatives Drehen eine Funktion des Quellendrucks und der Formgebung der ineinandergreifenden Flächen ist.According to the invention. A hydraulically power-assisted steering system, a power steering device is provided, in which the supporting Pressure is controllable by means of a rotatable valve, the two, limited by a torsion bar, relative to each other contains rotatable valve elements, and which contains a pressure medium source, the pressure side of which is branched into a branch for supply of the auxiliary motor through and by means of the control of the valve and a branch for connecting the source to between the valve elements working Nockenele'menten, these a relative rotation of the two valve elements by interlocking surfaces counteract under the pressure of the pressure medium so that the resistance to relative rotation is a function of the source pressure and the shape of the interlocking surfaces.

Weiter wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das Ventil ein in Mittelstellung - nahezu - geschlonsenes Ventil (open-centre ^ind) ist, bei dem der von der Druckquelle ausgehende Druck in Mittelstellung gering ist und ansteigt, wenn die Ventilelemente relativ zueinander gedreht sind, so daß die ansteigende durch den Torsionsstab gefühlte Drehkraft des Fahrers in einem Ansteigen des Quel- ■ lendrucks und damit einem Ansteigen des Widerstandes der Nockenelemente gegen ein zueinanderverdrehen der Ventilelemente resultiert. It is further proposed according to the invention that the valve be a valve (open-center ^ ind) - almost - closed in the middle position. is at which the pressure emanating from the pressure source is low in the middle position and increases when the valve elements are relatively are rotated to each other so that the increasing torque felt by the torsion bar of the driver in an increase in the source ■ oil pressure and thus an increase in the resistance of the cam elements to mutually twisting of the valve elements results.

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-A--A-

BLe Erfindung beinhaltet ferner eine Ausbildung, nach d die Nockenelemente, wie Nockensenke und Nockenstößel, aus e.iem oder mehreren Kugeln und einer oder mehreren V- oder andersförmigen Aussparungen bestehen, wobei die Kugeln in die Aussparungen derart eingreifen, daß die Ventilelemente miteinander verriegelt sind, wenn der Quellendruck ein vorbestimmtes Maß erreicht, mit dem iäffekt, daß der Torsionsstab bei diesem Zustand ein Ansteigen der Drehkraft des Fahrers nicht mehr erfühlen kann. The invention also includes a design according to which the cam elements, such as cam cavity and cam follower, consist of e.iem or more balls and one or more V-shaped or other shaped recesses, the balls engaging in the recesses in such a way that the valve elements are locked together when the source pressure reaches a predetermined level, with the effect that the torsion bar can no longer sense an increase in the torque of the driver in this state.

Weitere Schutzbegehren ergeben sich aus der - nachfolgenden - Beschreibung, der Zeichnung und/oder der Voranmeldung in Verbindung mit den Patentansprüchen.Further protection requests result from the - following - description, the drawing and / or the pre-registration in connection with the claims.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.The invention is shown schematically and by way of example in the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Lenkhilfseinrichtung mit einem Ventil, dieses geschnitten in einer in dessen Achse gelegenen Ebene, undFig. 1 shows a power steering device with a valve, this cut in a plane located in its axis, and

Fig. 2 das Ventil, im Schnitt X-X nach Fig. 1.FIG. 2 shows the valve, in section X-X according to FIG. 1.

Nach der Zeichnung besteht ein Ventil, ein drehkraftempfindliches Drehventil, zunächst aus einem ortsfesten Ventilkörper 5o, in dem drehbar ein äußeres Ventilelement 51 und darin drehbar, sich von der Öffnung des Ventilkörpers 5o her erstreckend, ein inneres Ventilelement 52 angeordnet sind. In axialer Richtung befindet sich in dem inneren Ventilelement 52 ein herkömmlicher Torsionsstab 53. Das Ventilelement 52 ist mittels der Steuersäule eines Fahrzeuges mit dieser beispielsweise durch biegsame Streifen 52A verbunden, drehbar, wie links in der Zeichnung angedeutet. RechtsAccording to the drawing, there is a valve, a torque-sensitive one Rotary valve, initially from a stationary valve body 5o, in which an outer valve element 51 is rotatable and rotatable in it, extends from extending from the opening of the valve body 5o, an inner valve element 52 is arranged. Located in the axial direction A conventional torsion bar 53 is located in the inner valve element 52. The valve element 52 is one by means of the control column Vehicle connected to this, for example, by flexible strips 52A, rotatable, as indicated on the left in the drawing. To the right

■ - 5 -■ - 5 -

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in der Zeichnung greift ein Antriebsritzel 54 in die Schubstange 54A ein, wobei dieses mittels eines Splintes 55 mit dem äußeren Ventileleraent 51 verbunden und äs dessen echte Verlängerung mit diesem drehbar ist.in the drawing 54 engages a drive pinion in the push rod 54A, the latter being connected by means of a cotter pin 55 to the outer Ventileleraent 51 and AES whose real extension with this rotatable.

Die Ventilelemente 51 und 52 weisen die übliche Druckkammer und Kanäle 51A und umlaufende Nuten auf dem Körper zwischen umlaufenden Schlitzen auf, zum Zuführen zu den beiden Seiten eines doppelbeaufschlagten Servomotors bzw. Ableiten des Druckmittels zu dessen Vorratsbehältern.The valve elements 51 and 52 have the usual pressure chamber and channels 51A and circumferential grooves on the body between circumferential slots for feeding to either side of one double-acted servomotor or diverting the pressure medium to its storage containers.

Die alleinige motorbetriebene Pumpe 56 weist eine Verzweigung ihres Auslaßes in Rohrleitungen 57A und 57B auf, von denen die erste kontinuierlich mit Druckmittel von der Pumpe 56 versorgt zu der ringförmigen Druckkammer 51A, die Rohrleitung 57B zu einer ringförmigen Kanuisr 57C führen, die zwischen dem äußeren Ventilelement 51 und dem Ventiikörper 5o angeordnet ist und die die Verbindung zu radial gerichteten zylindrischen Bohrungen 58 herstellt, in denen gleitend Stahlkugeln 59 angeordnet sind, die wiederum bei Drehen in V-förmige Aussparungen 6o, Nockensenken, des inneren Ventilelements 52 eingreifen. Die Aussparungen sind in axialer Richtung etwas verlängert, um einer geringen unvermeidlichen Längsbewegung zwischen den Ventilelementen 5t und 52 folgen zu können. In zu der Achse senkrechten Ebene, wie beispielsweise in i?ig. 2 gezeigt, sind die Aussparungen 6o so geformt, daß die Wirkung ihres Eingriffs einer geforderten Beziehung oder Regel folgt, wenn die Kugeln 59 durch Druck in der Leitung 57B beaufschlagt werden bzw. sind. Demzufolge ist es die Wirkung der Kugeln 59, entsprechend der Höhe des Drucks in der LeitungThe sole motor-driven pump 56 has a branch of its outlet in pipes 57A and 57B, of which the first continuously supplied with pressure medium from the pump 56 to the annular pressure chamber 51A, the pipeline 57B to one annular canoesr 57C lead between the outer valve element 51 and the valve body 5o is arranged and the Establishes connection to radially directed cylindrical bores 58, in which sliding steel balls 59 are arranged, which in turn when turned into V-shaped recesses 6o, cam depressions, of the inner valve element 52 engage. The recesses are somewhat elongated in the axial direction, so that a small amount is unavoidable To be able to follow longitudinal movement between the valve elements 5t and 52. In a plane perpendicular to the axis, such as in i? ig. As shown in Fig. 2, the recesses 6o are shaped so that the effect of their engagement of a required relationship or rule follows when the balls 59 are acted upon by pressure in the line 57B. So it is the effect of the balls 59, corresponding to the level of pressure in the line

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57B, mehr oder weniger die relative Drehung zwischen den Ventilelementen 51 und 52 zu beschränken. Die Formgebung der Aussparungen 6o und ihr Zusammenwirken mit den Kugeln sind zweckmäßig so abgestimmt, daß Nockenstößel und Nockensenken bzw. die Profile der Aussparungen und der Kugeln den Widerstand gegen eine relative Drehung der Ventilelemente 51 und 52 zueinander bestimmen. Bei V-förmig ausgebildeten Aussparungen 6o ist es verständlich, daß, wenn der Druckmitteldruck ansteigt, die Ventilelemente 51 und in steigendem Maße miteinander verriegelt werden und daß die Kugeln und die Aussparungen so ausgelegt werden können, daß die Ventilelemente bei einem vorbestimmten Druck so fest miteinander verriegelt sind, daß der Torsionsstab 53 unwirksam gestellt und nicht · .mehr drehkraftempfindlich ist. In diesem Pail hat der Fahrer die lenkkraft allein aufzubringen, die sonst durch die Kraftunterstützung beigestellt ist. Kurz, er wird das Erfordernis fühlen, eine außergewöhnliche Drehkraft aufbringen zu müssen.57B to more or less restrict the relative rotation between the valve elements 51 and 52. The shape of the recesses 6o and their interaction with the balls are suitably matched so that the cam follower and cam depressions or the profiles of the recesses and the balls determine the resistance to relative rotation of the valve elements 51 and 52 to one another. With V-shaped recesses 6o it is understandable that when the pressure medium pressure increases, the valve elements 51 and 51 are increasingly locked together and that the balls and the recesses can be designed so that the valve elements so tightly together at a predetermined pressure are locked so that the torsion bar 53 is rendered ineffective and is no longer sensitive to torque. In this pail, the driver alone has to apply the steering force that is otherwise provided by the power assistance. In short, he will feel the need to have exceptional torque.

3s ist anzumerken, daß die Aussparungen 6o nicht notwendigerweise geradlinig verlaufende Flanken, wie bei der V-förmigen Ausbildung des Beispiels, besitzen müssen. Ihre Flanken können auch Kurven aufweisen, wenn sich dies zum Erreichen einer gewünschten Kennlinie entsprechend dem Verhältnis der Widerstandskraft, des Druckmittel- bzw. Pumpendrucks und der anzuwendenden Drehkraft ergibt. Anstelle der Kugeln und der Aussparungen können andere als Nockenstößel und Nockensenke bzw. Rastelemente brauchbare Elemente verwendet sein.3s it should be noted that the recesses 6o do not necessarily have straight flanks, as in the V-shaped design of the example. Their edges can also have curves if this is necessary to achieve a desired characteristic according to the ratio of the drag force, the pressure medium or pump pressure and the torque to be applied. Instead of the balls and the recesses, elements other than cam followers and cam depressions or locking elements can be used be.

Wie nicht weiter dargestellt, können an sich bekannte Anlaufantriebe zwischen dem Ventilelement 52 und dem Antriebsritzel 54-vorgesehen sein, um die Drehkraft zu übertragen, wenn der Torsionsstab 53 über ein bestimmtes Maß hinaus verdreht ist.As not shown further, start drives known per se can be used between the valve element 52 and the drive pinion 54-provided be to transmit the rotational force when the torsion bar 53 is twisted beyond a certain amount.

Patentansprüche: — 7 —Claims: - 7 -

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Claims (5)

Patentansprüche;Claims; 1. JLenkhilfseinrichtung, bei der ein Hilfsmotor über ein dreh-V_y kraftempfindliches Ventil mit Druckmittel von einer Druckquelle betätigt wird und bei der das drehkraftempfindliche Ventil zwei koaxiale und relativ zueinander drehbare Ventilelemente enthält, an denen ein koaxial angeordneter Torsionsstab angreift, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ventilelementen'(51, 52) durch Druck von der Druckquelle (56) betätigte Nockenelemente derart vorgesehen sind, daß infolge des Effekts der Nockerielemente als Nockensenke und Nockenstößel ein Ansteigen des Drucks in dem Druckmittel einen ansteigenden Widerstand gegen eine relative Drehung der Ventilelemente &51, 52) zueinander ergibt.1. JLenkhilfseinrichtung, in which an auxiliary motor via a rotary V_y force-sensitive valve is actuated with pressure medium from a pressure source and in which the torque-sensitive Valve contains two coaxial and relatively rotatable valve elements on which a coaxially arranged torsion bar attacks, characterized in that between the valve elements' (51, 52) by pressure from the Pressure source (56) actuated cam elements are provided in such a way that as a result of the effect of the cam elements as a cam depression and cam follower an increase in pressure in the pressure medium an increasing resistance to a relative Rotation of valve elements & 51, 52) to each other results. 2. Lenkhilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als solches in Mittelstellung - nahezu - geschloßener Art ist (open-centre kind).2. Power steering device according to claim 1, characterized in that the valve as such in the middle position - almost - closed Kind is (open-center kind). 3. Lenkhilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese so eingerichtet ist, daß der- abgegebene Druck bei Mittelstellung des Ventils gering ist'und proportional zu der Relativbewegung zwischen den Ventilelementen (51, 52) wächst, wobei durch dieses Anwachsen die Nockenelemente (59, 6o) mit dem Effekt betätigt werden, daß der Fahrer ein Anwachsen der erforderlichen Drehkraft spüren kann.3. Power steering device according to claim 1, characterized in that it is set up so that the pressure delivered at The middle position of the valve is low and proportional to the The relative movement between the valve elements (51, 52) increases, with the cam elements (59, 6o) being accompanied by this growth the effect that the driver can feel an increase in the torque required. 4. Lenkhilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese so ausgelegt ist, daß die Nockenelemente (59, 6o) die Ventilelemente (51, 52) miteinander verriegeln, wenn der Versorgungsdruck ein vorbestimmtes Maß erreicht, mit dem Effekt,4. steering aid device according to claim 1, characterized in that it is designed so that the cam elements (59, 6o) lock the valve elements (51, 52) together when the supply pressure reaches a predetermined level, with the effect 409886/1017409886/1017 daß der Torsionsstab (53) als solcher außer Funktion gesetzt ist.that the torsion bar (53) is disabled as such. 5. lenkhilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenelemente zumindest aus einer druckbeaufschlagten Kugel (59) - als Nockenstößel - und einer damit zusammenwirkenden Aussparung (6o) - als Nockensenke - bestehen, wobei letzte Planken mit geneigtem Profil, etwa in V-Form aufweist.5. steering aid device according to claim 1, characterized in that that the cam elements consist of at least one pressurized ball (59) - as a cam follower - and one that interacts therewith Recess (6o) - as a cam depression - exist, the last plank having an inclined profile, approximately in a V-shape. 409886/1017409886/1017
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