DE2750635A1

DE2750635A1 - Fahrgeschwindigkeitsabhaengiges servo-lenkgetriebe

Info

Publication number: DE2750635A1
Application number: DE19772750635
Authority: DE
Inventors: Frederick John Adams
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-11-11
Publication date: 1978-05-18
Also published as: FR2370617A1; GB1591309A; IT1091297B

Description

Fahrgeschwindigkeitsabhängiges Servo-Lenkgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung für ein Servo-Lenkgetriebe für Fahrzeuge mit einem treibenden und einem getriebenen Teil, die in einem Gehäuse um eine gemeinsame Längsachse drehbar gelagert und über einen eine elastische Verdrehung beider Teile ermöglichenden elastischen Torsionsstab untereinander verbunden sind, und mit einer den Druckmittelzufluß zu einem Servo-Motor für das Lenkgetriebe steuernden Ventilanordnung, deren Einstellung durch das Ausmaß der relativen Verdrehung zwischen den Teilen gesteuert wird.

Bei einem derartigen, z.B. aus der GB-PS 1 4-65 901 bekannten Servo-Lenkgetriebe wirken die Antriebs- und Abtriebselemente selbst als Ventil zur Steuerung der hydraulischen Lenkhilfe oder -verstärkung in Abhängigkeit von den Bewegungen des Lenkrades. Solche Getriebeanordnungen sind weder einstell- noch abstellbar, insbesondere bei höherer Fahrgeschwindigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Lenkhilfe in einfacher Weise so zu verbessern, daß eine stufenlose Einstellung der hydraulischen Kraftverstärkung möglich ist, und daß die Kraftunterstützung mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs außer Kraft gesetzt wird.

Ausgehend von einer Getriebeanordnung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die drehelastische Verbindung zwischen dem treibenden Teil und dem getriebenen Teil und damit auch die Kraftverstärkung für die Servolenkung durch eine im Ausmaß der steigenden Fahrgeschwindigkeit

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des zu lenkenden Fahrzeugs wirksam werdende Kupplungsvorrichtung aufhebbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsfonn der Erfindung ist die Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung ein den Torsionsstab umschließendes Rohrstück ist, das an seinem freien Ende Ausnehmungen zur Aufnahme von verschieblichen Sperrelementen aufweist, während das andere Ende mit dem getriebenen Teil starr verbunden ist, und daß die Kupplungselemente von einem mit steigender Fahrgeschwindigkeit des zu lenkenden Fahrzeugs sich vergrößerenden Flüssigkeitsdruck beaufschlagt sind, durch den beim Erreichen eines Höchstwertes die Kupplungselemente vollständig in die Kupplungsstellung überführbar sind, in der die relative Verdrehung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil gesperrt ist, eo daß die hydraulische Verstärkung der Servolenkung mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind ein ventilgesteuerter hydraulischer Servomotor für die Kraftverstärkung sowie eine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit wirksam werdende Druckquelle und Mittel zur Übertragung des Druckmediums aus der Druckquelle zu Kupplungselementen vorgesehen, so daß die Kupplungselemente bei ansteigendem Druck in ihre eingekuppelte Lage überführbar sind, in der die relative Drehung zwischen den Antriebs- und Abtriebselementen gesperrt ist und die Kraftunterstützung mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße GetriebeanOrdnung weist viele Vorteile auf. So bildet das rohrförmige Teil eine im wesentlichen starre Verlängerung von jeweils einem der beiden Antriebs- bzw. Abtriebselemente - es kann auch einstückig mit jeweils einem der

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Elemente ausgebildet sein -, so daß der Widerstand gegen Verdrehung in dem rohrförmigen Teil im Vergleich zu dem des Dreh- oder Torsionsstabs vernachlässigbar ist. Folglich können sich die Antriebe- und Abtriebselemente, so lange die Sperr- oder Kupplungselemente nicht mit der Ausnehmung im rohrförmigen Teil kraftschlüssig verbunden sind, relativ zueinander drehen und den Drehstab verwinden bzw. das NaB seiner Verwindung verändern. Wird jedoch das Sperr*- element durch Flüssigkeitsdruck fest gegen seinen Sitz in der Ausnehmung zwecke Kupplung des rohrförmigen Teiles mit dem Antriebs-oder Abtriebselement gedrückt, so wird die Wirkung des Drehstabs außer Kraft gesetzt, derart, daß während des normalen Betriebes des Lenkgetriebes, die relative Drehung zwischen dem Antriebs- und Abtriebselement gemindert und folglich auch die Kraftverstärkung für die Lenkung abgeschaltet ist. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Sperrelement und der Ausnehmung kann mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ebenfalls zunehmen, so daß auch der Widerstand gegen eine relative Verdrehung zwischen Antriebs- und Abtriebselement fortschreitend zunimmt - mit einem sich daraus ergebenden fortschreitenden Abfall in der Kraftunterst ützung der Lenkung - bis das Sperrelement fest in der Ausnehmung liegt. Da die Ausnehmungen und die mit ihr zusammenwirkenden Sperrelemente (gemäß GB-PS 1 465 901 können mehr als eine Ausnehmung und damit zusammenwirkende Sperrelemente vorgesehen sein) kurvenscheibenförmig ausgebildet sind, erfolgt die Kupplung der Kurvensteigung entsprechend fortschreitend, sobald das Kupplungselement unter stetig ansteigendem Flüssigkeitsdruck gegen die Ausnehmung gedruckt wird.

Über das aufgebrachte Drehmoment gesteuerte Servo-Lenkgetriebe und Getriebe allgemeiner Art, bei denen die erfindungsgemäßge Anordnung verwendbar ist, .sind dem Fachmann bekannt, so daß die besondere Ausbildung der Steuerventile für die Getriebeanordnung und der Servomotor für das Lenkgetriebe bekannt sind und sich deren Beschreibung erübrigt. Beispielsweise kann das Ventil, das über die Relativdrehung zwischen

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Antriebs- und Abtriebselement gesteuert wird, entsprechend dem Brit. Patent 1 233 551 ausgebildet sein, wonach zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes in den Stellmotor*durch die relative Verdrehung axial verschoben wird. Auch eine Ausbildung nach dem Brit. Patent 1 4-65 901 kommt in Frage, wonach die Antriebs- und Abtriebselemente oder mit diesen verbundene Verlängerungen als Ventilteile anzusehen sind, durch deren Verdrehung relativ zueinander der Flüssigkeitsdurchlauf in den Stellmotor in Abhängigkeit von der Drehbewegung gesteuert wird. Der Stellmotor ist vorzugsweise als Hydraulikzylinder mit doppeltwirkendem Kolben ausgebildet, der Teil des Lenkgetriebes ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt dirch die erfindungsgemäße Anordnung, Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 1.

Die in Figur 1 dargestellte Anordnung findet bei kraftverstärkten Fahrzeug-Lenkgetrieben Anwendung; solche kraftverstärkte Fahrzeug-Lenkgetriebe sind hinreichend bekannt, so daß sich eine ausführliche Beschreibung ihrer Einzelteile erübrigt. Als Anwendungsbeispiel ist ein Zahnstangen-Lenkgetriebe gezeigt, das aus einer in einem Gehäuse 3 angeordneten und über ein Ritzel 2 angetriebenen Zahnstange 1 besteht. Das Lenkrad ist über eine nicht dargestellte Lenksäule mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 4- gekoppelt.

Das für die Kraftverstärkung benötigte hydraulische System ist ebenfalls im einzelnen nicht gezeigt, doch wird davon ausgegangen, daß es eine motorgetriebene, mit einem Hydraulikbehälter 5 verbundene, nicht dargestellte Pumpe enthält, und bei dem der Rückfluß der Druckflüssigkeit wieder in den Hydraulikbehälter erfolgt. Die von der Pumpe geförderte Druckflüssigkeit gelangt zu einer Einlaßöffnung 6 im Gehäuse 3· Der Durchsatz an Druckflüssigkeit wird über ein Ventil 7 gesteuert; sie gelangt über nicht dargestellte Auslaßöffnungen zu einem ebenfalls ♦ein Ventilteil

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nicht dargestellten Servomotor, durch den die Kraftverstärkung erzeugt wird. Die von dem Servomotor verdrängte Druckflüssigkeit kann über eine Öffnung 8 im Gehäuse in den Hydraulikbehälter 5 zurückfließen.

Die Antriebswelle 4- ist in dem Gehäuse 3 koaxial zur Achse des Ritzels 2 drehbar gelagert und weist einen elastischen Drehstab 9 auf. Das eine Ende dieses Drehstabs ist über einen Stift 10 mit einer Welle 11 des Ritzels 2 starr verbunden, während sein anderes Ende mit der Antriebswelle 4-über einen Stift 12 starr verbunden ist.

Die Wirkungsweise eines solchen Drehstabes in Lenkgetrieben für kraftverstärkte Fahrzeug-Lenksysteme ist bekannt. Bei Drehung der Antriebswelle 4- kann sich diese in bezug auf das Ritzel 2 in geringem Ausmaß verdrehen, wobei sich der Drehstab allmählich verwindet und das dabei entstehende progressiv ansteigende Drehmoment dieser relativen Bewegung entgegenwirkt. Die relative Drehung zwischen Antriebswelle 4 und Ritzel 2 bewirkt eine Einstellung der Ventilanordnung 7 derart, daß der Flüssigkeitsstrom durch das Ventil entsprechend der gewünschten Kraftverstärkung gesteuert wird.

Die Ausbildung eines solchen in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung zwischen der Antriebswelle 4 und dem Ritzel 2 gesteuerten Ventils 7 ist an sich bekannt. Bei der beschriebenen Ausführungsform entspricht sie der in dem Brit. Patent 1 223 beschriebenen. Demgemäß weist die Antriebswelle 4- eine Hülse 15 auf, die auf der Antriebswelle axial verschieblich, gegenüber dieser jedoch nicht verdrehbar ist. Die Hülse I5 ist mit Stiften 16 versehen, die in wendeiförmige, auf der Ritzelwelle 11 vorgesehene Nuten 17 eingreifen, so caß bei einer relativen Verdrehung zwischen der Antriebswelle 4· und der Ritzelwelle 11 sich die Stifte in den Nutzen 17 entlangbewegen und eine axiale Verschiebung der Hülse 15 innerhalb des Gehäuses 3 bewirken. Die Hülse 15 ist mit einem hülsenförmigen Schließkörper 18 verbunden, der mit der Hülse I5 synchron axial beweglich ist und dazu dient, den Druckflüssigkeitsstrom durchcas Ventil 7 zu steuern. - 10 -

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Der Drehstab 9 ragt durch ein Rohr 13, das mit radialem Spiel auf der Antriebswelle 4 angeordnet ist. Das andere Ende des Rohres 13 ist über eine Muffe 14 mit der Ritzelwelle 11 starr verbunden. Das Rohr 13 ist im wesentlichen koaxial zur Drehachse des Ritzels 2 angeordnet und bildet somit einen starren Wellenstummel der Ritzelwelle 11 , so daß keine oder nur vernachlassigbar geriige Drehmomente an dem Rohr 13-im Vergleich zum Drehstab 9 - auftreten. Im Bereich des freien Endes des Rohres 13 sind in seinem Mantel zwei einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen in Form von Löchern 19 vorgesehen, die im Querschnitt des Rohres gesehen kreisbogenförmig gekrümmt sind, vgl. Figur 2. Diesen Löchern 19 zugeordnet sind im Mantel der Hohlwelle 4 im wesentlichen radial fluchtend ebenfalls zwei runde Bohrungen 20 vorgesehen, von denen jede als Aufnahme oder Gehäuse für d.n Sperrelement dient. In jeder Aufnahme 20 ist eine Kugel 21 mit Gleitsitz gelagert. Die Kuge]n21 können mit ihren außen liegenden Radialflächen in ringförmige Kammern 22 des Gehäuses 3 eintreten, die jeweils mit einer Sekundär-Einlaßöffnung 23 verbunden sind, mit denen der Ausgang einer vom Fahrzeugantrieb getriebenen Pumpe 24 verbunden ist, die ebenfalls Druckflüssigkeit aus dem Behälter 5 fördert. Der Druck am Ausgang der Pumpe 24 steigt und sinkt in Abhängigkeit von der steigenden und sinkenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Als Folge eines erhöhten Drucks der geförderten Druckflüssigkeit werden die Kugeln 21 radial nach innen gegen die Löcher 19 gedrückt. Dadurch wird im Extremfall die Antriebswelle 4 durch die Kugeln 21 mit dem Rohr 13 und damit mit der Ritzelwelle 11 starr verriegelt. Eine suf diese Weise erfolgende Verriegelung bewirkt in ihrer Funktion einen Nebenschluß des Drehstabs 9, so daß bei Normalbetrieb des Lenkgetriebes keine relative Verdrehung zwischen der Antriebswelle 4 und der Ritzelwelle 11 stattfindet, und folglich auch keine Kraftverstärkung für die Lenkung einsetzt. Dadurch, daß die Ausnehmungen 19 ein sphärisch gekrümmtes Profil aufweisen, kann ein vorgegebenes Verhältnis zwischen Ineingriffbringen

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der Kugeln 21 mit den Löchern 19 und dem Flüssigkeitsdruck der Pumpe 24 erreicht werden bis die vorerwähnte extreme Verriegelung erreicht ist»Ber durch den Drehstab 9 erzeugte Torsionswiderstand nimmt infolgedessen allmählich ab, so daß das Nachlassen der Kraftverstärkung bei Zunahme der Geschwindigkeit abgestuft werden kann.

Obwohl im genannten Extremfall die Antriebswelle 4 mit der Ritzelwelle 11 durch die Kugeln 21 (über das Rohr 13) verriegelt ist, also zwischen den Antriebs- und Abtriebselementen des Lenkgetriebes im wesentlichen eine Direktlenkung besteht, ist dafür gesorgt, daß,beispielsweise im Kotfall, wo eine überaus große Lenkkraft auf die Antriebswelle 4 aufgebracht wird, bei dem dann auftretenden extrem hohen Drehmoment an der Antriebswelle die Kugeln 21 von ihrem Sitz in den Ausnehmungen 19 abgehoben werden und die eingangs erv/ähnte Kraftverstärkung von neuem eintritt.

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Claims

Patentansprüche

^U Getriebeanordnung für ein Servo-Lenkgetriebe für Fahrzeuge mit einem treibenden und einem getriebenen Teil, die in einem Gehäuse um eine gemeinsame Längsachse drehbar gelagert und über einen eine elastische Verdrehung beider Teile ermöglichenden elastischen Torsionsstab untereinander verbunden sind, und mit einer den Druckmittelzufluß zu einem Servo-Motor für das Lenkgetriebe steuernden Ventilanordnung, deren Einstellung durch das Ausmaß der relativen Verdrehung zwischen den Teilen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet , daß die drehelastische Verbindung (9) zwischen dem treibenden Teil (A) und dem getriebenen Teil (2) und damit auch die Kraftverstärkung für die Servolenkung durch eine im Ausmaß der steigenden Fahrgeschwindigkeit des zu lenkenden Fahrzeugs wirksam werdende Kupplungsvorrichtung (13» 19, 21) aufhebbar ist.
2.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung ein den Torsionsstab (9) umschließendes Rohrstück (13) ist, das an seinem freien Ende Ausnehmungen (19)aufweist, während das andere Ende mit dem getriebenen Teil (2) starr verbunden ist, und daß die Kupplungselemente (21) von einem mit steigender Fahrgeschwindigkeit des zu

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lenkenden Fahrzeugs sich vergrößernden Flüssigkeitsdruck beaufschlagt sind, durch den beim Erreichen eines Höchstwertes die Kupplungselemente vollständig in die Kupplungsstellung überführbar sind, in der die relative Verdrehung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil gesperrt ist, so daß die hydrauliche Verstärkung der Servolenkung mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt.
3· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (13) mit dem mit ihm verbundenen Getriebeelement (Teil 1 i) ein Bauteil bildet.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichn e t , daß das Rohrstück (13) und das Getriebeelement (Teil 11) starr miteinander verbundene getrennte Bauteile sind.
5» Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Getriebeelement (Teil 4) ebenfalls ein Rohrstück aufweist, das das Rohrstück (13) umschließt, und daß beide Rohrstücke über die Kupp^ungs elemente (21) in Abhängigkeit des auf sie wirkenden Flüssigkeitsdrucks kuppelbar sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,aß das zweite Rohrstück mit dem ihm zugeordneten Getriebeelement (Teil 4) ein Bauteil bildet.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Rohrstück in seinem Mantel in radialer Richtung verlaufende Bohrungen (20) aufweist, die im wesentlichen radial mit der Ausnehmung (19) im Rohrstück (I3) fluchten und welche die in bezug auf die Bohrungen*beweglichen Kupplungselemente (21) aufnehmen, und daß

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die Kupplungselemente in Abhängigkeit von dem auf sie wirkenden Flüssigkeitsdruck in die Kupplungsstellung bewegbar sind.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausnehmung (19) eine sich in der Wandung des Rohrstücks (13) radial erstreckende Bohrung ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das getriebene Element aus dem Ritzel (2) eines Zahnstangenlenkgetriebes besteht, und daß dis Rohrstück (13) eine starre Verlängerung der Ritzelantriebswelle (11) bildet, zu der es im wesentlichen koaxial verläuft.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die mit den Sperrelementen (21) zusammenwirkende Ausnehmung (19) derart kurvenscheibenförmig ausgebildet ist, daß die Kupplung der Steigung der kurvenscheibenförmigen Ausnehmung entsprechend fortschreitend erfolgt, sobald die Kupplungselemente unter stetig ansteigendem Flüssigkeitsdruck gegen die Ausnehmung (19) gedruckt werden.
11.Kraftverstärktes Fahrzeug-Lenkgetriebe mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein ventilgesteuerter hydraulischer Servomotor für die Kraftverstärkung vorgesehen ist sowie eine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit wirksam werdende Druckquelle (24) und Mittel zur Übertragung des Druckmediums aus der Druckquelle zu Kupplungselementen (19, 20, 21), so daß die Kupplungselemente bei ansteigendem Druck in ihre wirksame Lage überführbar sind, in der die relative Drehung zwischen dem treibenden und getriebenen Teil (4, 2) gesperrt ist und die Kraftverstärkung mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. ^

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12.Kraftverstärktes Lenkgetriebe für ein Fahrzeuglenkgetriebe mit in einem Gehäuse angeordneten und um eine gemeinsame Längsachse verdrehbaren antreibenden und abtreibenden Getriebeelementen, die über einen elastischen Drehstab miteinander derart verbunden sind, daß sich der Drehstab bei relativer Verdrehung der Antriebs- und Abtriebselemente zueinander verwindet, daß ein Ventil zur Steuerung des hydraulischen Drucke in einem Servomotor vorgesehen ist, welches über die relative Drehung zwischen den Antriebs- und Abtriebselementen der Lenksäule steuerbar ist, daß ein Hohrstück mit nur jeweils einem der beiden Getriebeelemente an seinem einen Ende starr verbunden ist und den Drehstab umschließt, und daß eine hydraulisch betätigte Kupplungsvorrichtung vorgesehen ist, die jeweils das mit dem Rohrstück nicht starr verbundene Getriebeelement mit dem Rohrstück bei Druckbeaufschlagung kuppelt, wobei die Anordnung so gewählt ist, daß der die Kupplungsvorrichtung beaufschlagende Druck sich mit der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert und bei einem Höchstwert deren Kuppelstellung bewirkt, in der die relative Verdrehung zwischen dem Antriebsund Abtriebselement gesperrt ist, so daß die hydraulische Kraftverstärkung für CRS Lenkgetriebe mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit bis auf den Wert Null abnimmt.

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