DE2931139A1 - METHOD AND DEVICE FOR HYDRAULICALLY ASSISTING A STEERING MOVEMENT OF A STEERING HANDWHEEL - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR HYDRAULICALLY ASSISTING A STEERING MOVEMENT OF A STEERING HANDWHEELInfo
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Description
23311392331139
30. April 1979 Akte: ZF 584 3V79 April 30 , 1979 File: ZF 584 3V79
Anmelder:Applicant:
Zahnradfabrik FriedrichshafenGear factory in Friedrichshafen
AktiengesellschaftCorporation
7990 Friedrichshafen7990 Friedrichshafen
Verfahren und Vorrichtung zur hydraulischen Unterstützung einer Lenkbewegung eines Lenkhandrades.Method and device for hydraulically assisting a steering movement of a steering handwheel.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydraulischen Unterstützung einer Lenkbewegung eines Lenkhandrades, wobei ein Steuerventil einen unausgeglichenen Arbeitszylinder mit Hydraulikflüssigkeit versorgt.The invention relates to a method and a device for hydraulically assisting a steering movement Steering handwheel, with a control valve an unbalanced Working cylinder supplied with hydraulic fluid.
Bei hydraulischen Hilfskraftlenkungen ist es mitunter aus baulichen und / oder Kostengründen wünschenswert,In the case of hydraulic power steering, it is sometimes desirable for structural and / or cost reasons
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-/-if- / - if
nur einen einzigen hydraulischen Arbeitszylinder zu verwenden, der nur eine einzige Kolbenstange aufweist, die sich lediglich von einer Seite des Kolbens aus erstreckt. Dadurch ergeben sich unterschiedliche wirksame Kolbenflächen.to use only a single hydraulic working cylinder, which has only a single piston rod, which only extends from one side of the piston. This results in different effective piston areas.
Eine Hilfskraftlenkung mit einem derart unausgeglichenen Arbeitszylinder ist z. B. aus der DE-OS 19 59 020 bekannt. Hilfskraftlenkungen dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund der unterschiedlichen Kolbenfläche unsymetrische Lenkkräfte erzeugen. Durch Toleranzfehler, durch die z. B. ungleiche Drücke in den beiden Arbeitsräumen auftreten, können diese Lenkkraftfehler sogar noch verstärkt werden. Für den Fahrer bedeutet dies, daß bei gleichgroßen Lenkkräften die Betätigungskräfte am Lenkrad nach links und rechts unterschiedlich groß sind.A power steering with such an unbalanced one Working cylinder is z. B. from DE-OS 19 59 020 known. Power steering of this type have, however the disadvantage that they generate asymmetrical steering forces due to the different piston area. By Tolerance errors through which z. B. unequal pressures occur in the two work spaces, these steering force errors can can even be reinforced. For the driver, this means that with the same steering forces the operating forces on the steering wheel to the left and right are different.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgäbe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Hilfskraftlenkung der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, durch das trotz unausgeglichenem Arbeitszylinder ein unsymetrisches Lenkverhalten während der Fahrt vermieden wird.It is therefore the object of the present invention based on a method and a device for a power steering of the type mentioned to develop, through which an asymmetrical steering behavior despite the unbalanced working cylinder is avoided while driving.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Steuerventil bei gleicher Betätigungskraft am Lenkhandrad unterschiedliche Arbeitsdrücke für die beiden Kolbenseiten des Arbeitszylinders erzeugt werdenAccording to the invention this object is achieved in that in the control valve with the same actuating force Different working pressures for the two piston sides of the working cylinder can be generated on the steering wheel
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und zwar derart, daß die hydraulische Unterstützung bei gleicher Betätigungskraft für beide Lenkrichtungen gleich groß ist.in such a way that the hydraulic assistance with the same actuation force for both steering directions is the same size.
Während bisher in einem Steuerventil stets in beide Lenkrichtungen gleiche Drücke erzeugt wurden, wird nun mit unterschiedlichen Arbeitsdrücken gearbeitet. Erfindungsgemäß wird eine asymetrische Ventilkennlinie erzeugt.While previously the same pressures were always generated in both steering directions in a control valve, is now worked with different working pressures. According to the invention, there is an asymmetrical valve characteristic generated.
Pur den Arbeitsraum mit der größeren wirksamen Kolbenfläche wird praktisch entsprechend "weniger Arbeitsdruck" eingesetzt, so daß die erzeugte Kolbenkraft gleich groß ist wie die Kolbenkraft aus dem anderen Arbeitsraum. Pur the working area with the larger effective piston area is practically used in accordance with "less working pressure", so that the piston force generated is the same is as large as the piston force from the other working area.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit einem Steuerventil, das einen oder mehrere in einem Ventilgehäuse verschiebbar und / oder verdrehbar angeordnete Steuerkolben aufweist und wobei zwischen Steuerkolben und Ventilgehäuse Steuerkanten gebildet sind, besteht erfinaungsgemäß darin, daß die Zulaufsteuerkanten und die Rücklaufs teuerkanten für die Arbeitsräurne des Arbeitszylinders unterschiedlich ausgebildet sind und zwar derart, daß die Steuerkanten, die den Servodruck für den Arbeitsraum mit der größeren Kolbenfläche regeln, über dem Ventilweg einen geringeren Drosselwiderstand bringen.A device according to the invention for performing the Method with a control valve which is one or more displaceable and / or in a valve housing having rotatably arranged control piston and wherein between the control piston and valve housing control edges are formed, according to the invention is that the inlet control edges and the return control edges different for the working cylinder of the working cylinder are designed in such a way that the control edges that the servo pressure for the working space regulate with the larger piston area, bring a lower throttle resistance over the valve travel.
Durch diese Maßnahme werden auf einfache Weise die er-With this measure, the
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-A-ζ-A-ζ
forderlichen unterschiedlichen Drücke für die beiden Arbeitsräume erzeugt.Required different pressures generated for the two work spaces.
Diese erfindungsgemäße Lösung läßt sich bei den verschiedenen Steuerventilbauarten verwenden, z. B. bei Drehkolbenventilen, Axialschieberventilen oder Drehschieberventilen.This solution according to the invention can be used in the various types of control valve, e.g. B. for rotary piston valves, axial slide valves or rotary slide valves.
Eine einfache erfindungsgemäße Ausgestaltung von unterschiedlichen Steuerkanten besteht darin, daß der oder die Steuerkolben an den Steuerkanten für den Arbeitsraum mit der größeren Kolbenfläche größere Sindrehungen aufweisen als die Steuerkanten für den anderen Arbeitsraum. " .-.-_■-.-.A simple embodiment according to the invention of different Control edges consists in the fact that the control piston or pistons on the control edges for the working space with the larger piston area, have greater mis-rotations than the control edges for the other working space. ".-.-_ ■ -.-.
Eine andere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß bei einem Drehkolbenventil mit hydraulischer Rückwirkung die jeweils an einem Ende der beiden Steuerkolben angeordneten Kolbeneinsätze unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen und zwar derart, daß der Kolbeneinsatz der dem Arbeitsraum mit der größeren Kolbenfläche zugeordnet ist, einen kleineren wirksamen Durcnmesser aufweist.Another solution according to the invention is that in the case of a rotary piston valve with hydraulic feedback, each at one end of the two control pistons arranged piston inserts have different effective diameters in such a way that the piston insert that is assigned to the working space with the larger piston area has a smaller effective one Has diameter.
Durch diese Maßnahmewer dan ebenfalls unterschiedliche Drücke für die beiden Arbeitsräume erzeugt.These measures are also different Pressures generated for the two work spaces.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der .Erfindung näher erläutert.Various exemplary embodiments are shown below with reference to the drawing the .Erfindung explained in more detail.
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j.j.
Es Zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Steuerventil in Drehkolbenbauart;1 shows a cross section through a control valve of the rotary piston type;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Steuerventil in Axialschieberbauart;2 shows a longitudinal section through a control valve of the axial slide type;
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Steuerventil in Drehschieberbauart.3 shows a cross section through a control valve of the rotary slide type.
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Steuerventil in Drehkolbenbauart mit hydraulischer Rückwirkung.4 shows a cross section through a control valve of the rotary piston type with hydraulic feedback.
Fig. 5 Druck/Drehmomentendiagramm.Fig. 5 Pressure / torque diagram.
Gemäß Fig. 1 weist ein Steuerventil einen Ventilkörper 2 und zwei im Ölzulaufraum 3 angeordnete Steuerventilkolben 4a und 4b,auf die jeweils eine Bohrung 5 und 6 aufweisen, in die ein nicht dargestellter Zapfen eingreift, der in bekannter Weise zum Betätigen der Steuerventilkolben 4a und 4b dient.According to FIG. 1, a control valve has a valve body 2 and two control valve pistons arranged in the oil inlet chamber 3 4a and 4b, each having a bore 5 and 6 into which a engages pin, not shown, which is used in a known manner to actuate the control valve pistons 4a and 4b.
Der Ventilkörper 2 weist eineBohrung 7 auf, durch die ein Torsionsstab eine Drehbewegung von einer nicht gezeichneten Lenkspindel über ein Ritzel auf eine Zahnstange weitergibt, über diese mechanische Verbindung von einem Lenkhandrad zu den gelenkten Rädern kann das Fahrzeug bei Ausfall derThe valve body 2 has a bore 7, through which a torsion bar a rotary movement of one not shown Steering spindle passes on to a rack via a pinion, via this mechanical connection from a steering handwheel the steered wheels can cause the vehicle to fail
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Hydraulik auch durch Handkraft alleine gelenkt werden. Über eine Leitung 8 wird das Arbeitsmedium dem Steuerventil 1 zugeführt. Das Arbeitsmedium fließt über eine Zulaufsteuerkante 9 am Steuerventilkolben 4 a und eine Zulaufsteuerkante 91 am Steuerventilkolben 4b und über nachgeordnete Leitungen 10 und 101 zu den Arbeitsräumen 11 und 11' eines unausgeglichenen Arbeitszylinders 12. Wie ersichtlich weist der Arbeitsraum 11' eine größere wirksame Kolbenfläche 110 auf. Über Abzweigstellen 13 bzw. 13· und einer Rücklaufsteuerkante 14 am Steuerkolben 4b und über eine Rücklaufsteuerkante 14' am Steuerventilkolben 4a strömt das Arbeitsmedium durch Bohrungen 15a im Ventilkörper 2 in die Rücklaufleitung 15 zurück.Hydraulics can also be steered by hand alone. The working medium is fed to the control valve 1 via a line 8. The working medium flows via an inlet control edge 9 on the control valve piston 4a and an inlet control edge 9 1 on the control valve piston 4b and via downstream lines 10 and 10 1 to the working spaces 11 and 11 'of an unbalanced working cylinder 12. As can be seen, the working space 11' has a larger effective piston area 110 on. The working medium flows back into the return line 15 through bores 15a in the valve body 2 via branch points 13 or 13 and a return control edge 14 on the control piston 4b and via a return control edge 14 'on the control valve piston 4a.
Die Steuerkanten 9 und 14', die den Druck für den Arbeitsraum 11' regeln, bewirken nun durch entsprechende Eindrehungen (aus zeichnerischen Gründen übertrieben dargestellt) einen geringeren Drosselwiderstand als die Steuerkanten 91 und 14 für den Arbeitsraum 11, und ergeben damit einen geringeren Druck in der Leitung 101. Durch eine entsprechende Wahl der Einstellung läßt sich somit in beide Betätigungsrichtungen trotz unterschiedlicher Kolbenflächen eine gleich hohe hydraulische Unterstützung erreichen.The control edges 9 and 14 ', which regulate the pressure for the working chamber 11', now cause a lower throttle resistance than the control edges 9 1 and 14 for the working chamber 11 through corresponding indentations (exaggerated for graphic reasons) and thus result in a lower pressure on line 10 1 . By selecting the appropriate setting, an equally high level of hydraulic support can be achieved in both directions of actuation despite different piston areas.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschlages, bei dem ein Steuerventil in der als Axialschieber bekannten Bauweise ausgeführt ist.Fig. 2 shows a further embodiment of the invention Proposal in which a control valve is designed in the design known as an axial slide.
Bei diesem Steuerventil sind diejenigen Teile, die den Teilen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.In this control valve, those parts that correspond to the parts of the embodiment of FIG. 1 are with the the same reference numerals.
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Eine Drehung des Lenkhandrades wird auf den Steuerventilkolben 4 übertragen, der sich axial bewegen kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugen die Steuerkanten 9 und 14 durch entsprechend größere Eindrehungen im Vergleich zu den Steuerkanten 91 und 14 einen geringeren Drosselwiderstand und ergeben damit den gewünschten niedrigen Druck in der .Leitung 101.A rotation of the steering handwheel is transmitted to the control valve piston 4, which can move axially. In this embodiment too, the control edges 9 and 14 produce a lower throttle resistance due to correspondingly larger indentations compared to the control edges 9 1 and 14 and thus result in the desired low pressure in the line 10 1 .
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschlages, bei dem ein Steuerventil in der als Drehschieber bekannten Bauweise ausgeführt ist.Fig. 3 shows a further embodiment of the invention Proposal in which a control valve is designed in the design known as a rotary slide valve.
Der Zulauf des Arbeitsmediums erfolgt über Leitungen 8,8af 8b, 8c, und den nachgeordneten drei Zulaufsteuerkanten 9 zum flächenkleineren Arbeitsraum 11, bzw. über die drei Zulaufsteuerkanten 9' zum flächengrößeren Arbeitsraum II1.The inflow of the working medium takes place via lines 8,8a f 8b, 8c, and the three downstream inlet control edge 9 to the surface of the smaller working chamber 11, or through the three inlet control edge 9 'to the area larger working space II. 1
Der Rückfluß des Arbeitsmediums erfolgt über die jeweils drei Rücklaufsteuerkanten 14 und 14·, drei radialen Bohrungen 15a, 15b und 15c im Steuerventilkolben 4 zur RücklaufleitungThe backflow of the working medium takes place via the three return control edges 14 and 14 ·, three radial bores 15a, 15b and 15c in the control valve piston 4 to the return line
Ebenso wie bei den beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 2 weisen die Steuerkanten 9f und 14 entsprechend für den flächengrößeren Arbeitsraum 11' größere Eindrehungen auf.As in the two exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 2, the control edges 9 f and 14 have larger indentations correspondingly for the larger-area working space 11 '.
In der Fig. 4 ist ein Steuerventil in der bekannten Drehkolbenbauart mit hydraulischer Rückwirkung dargestellt, wobei ebenfalls für die gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.4 shows a control valve of the known rotary piston type shown with hydraulic feedback, the same reference numerals also for the same components have been used.
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Die Bohrungen in den die beiden Steuerventilkolben 4a und 4b axial verschieblich gelagert sind, sind auf einer Seite durch Kolbeneinsätze 20 und 21 abgeschlossen. Zwischen den beiden Steuerkolben 4a und 4b und den Kolbeneinsätzen 20 und 21 ist je ein Ringraum 22 und 23 gebildet. Die Ringräume sind durch je eine enge Bohrung 24 und 25 mit einer Ringnut 26 und 27 verbunden. Am entgegengesetzten Ende sind die beiden Steuerkolben je mit einer Ringnut 28 und 29 versehen. Diese Ringnuten sind bei Steuerkolben, die von den Kolbeneinsätzen wegbewegt werden mit dem Druckraum 30 verbunden. Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung sind die Ringnuten gegen diesen Druckraum abgeschlossen. The bores in which the two control valve pistons 4a and 4b are axially displaceable are located on one side completed by piston inserts 20 and 21. Between the two control pistons 4a and 4b and the piston inserts An annular space 22 and 23 is formed in each case 20 and 21. The annular spaces are each through a narrow bore 24 and 25 with a Annular groove 26 and 27 connected. At the opposite end, the two control pistons are each provided with an annular groove 28 and 29 provided. These ring grooves are in the case of control pistons that are moved away from the piston inserts with the Pressure chamber 30 connected. In the opposite direction of movement, the annular grooves are closed off from this pressure space.
Das Steuerventil funktioniert auf übliche Weise, weshalb es nachfolgend nicht näher beschrieben ist. Die Ringräume 22 und 23 stehen in bekannter Weise jeweils mit den gegenüberliegenden Zulaufringnuten 29 und 28 in Verbindung (nicht dargestellt). Wie ersichtlich haben die beiden Kolbeneinsätze 20 und 21 unterschiedliche Durchmesser. Auff diesem Grunde ergibt der kleinere Kolbeneinsatz 21 einen größeren Widerstand gegenüber der Handkraft. Da er auf den Arbeitsraum 11' mit der größeren Kolbenfläche 110 wirkt, wird damit die Handkraft in "weniger Arbeitsdruck" für die größere Kolbenfläche 110 umgesetzt.The control valve works in the usual way, which is why it is not described in more detail below. The annular spaces 22 and 23 are each connected in a known manner to the opposite annular inlet grooves 29 and 28 (not shown). As can be seen, the two piston inserts 20 and 21 have different diameters. For this reason, the smaller piston insert results in 21 greater resistance to hand strength. Because he acts on the working space 11 'with the larger piston surface 110, so that the manual force is in "less working pressure" implemented for the larger piston area 110.
In der Fig. 5 ist zur Verdeutlichung der Erfindung ein Druck/ Drehmomentendiagramm dargestellt. Auf der y-Achse ist der Druck im Zylinder und auf der x-Achse das Drehmoment am Lenk-In Fig. 5, to illustrate the invention, a print / Torque diagram shown. On the y-axis is the Pressure in the cylinder and on the x-axis the torque on the steering
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handrad (nach links und rechts) aufgetragen. 30 stellt dabei die Kennlinie für den großen Zylinderraum und 31 die Kennlinie für den kleinen Zylinderraum dar. Wie deutlich ersichtlich, sind die Kennlinien im maßgeblichen unteren Bereich unterschiedlich. Bei gleich hohem Drehmoment am Lenkhandrad ergeben sich für die linke und für die rechte Drehrichtung unterschiedlich hohe Drücke im jeweiligen Zylinderraum. Der Druck für den kleinen Zylinderraum ist dabei höher, wobei - gemäß Erfindung - der Druckunterschied bzw. die Kennlinienausgestaltung so gewählt ist, daß die hydraulische Unterstützung für beide Lenkrichtungen gleich groß wird.handwheel applied (to the left and right). 30 represents the characteristic curve for the large cylinder space and 31 the characteristic curve for the small cylinder space. As can be clearly seen, the characteristic curves are in the relevant lower area different. With the same high torque on the steering handwheel, this results for the left and right directions of rotation different high pressures in the respective cylinder space. The pressure for the small cylinder space is higher, wherein - according to the invention - the pressure difference or the characteristic curve design is chosen so that the hydraulic Support for both steering directions is the same.
Bei Planschieberventilen kann die asymetrische Kennlinie ebenfalls erreicht werden. Zur Verwirklichung der Erfindung ist es hierbei lediglich notwendig, z. B. die in dem Planschieberventil nach der DE-OS 28 25 005 beschriebenen Rückwirkflächen entsprechend ungleich auszubilden.With face slide valves, the asymmetrical characteristic can also be achieved. To implement the invention, it is only necessary here, for. B. those in the facing slide valve according to DE-OS 28 25 005 described reaction surfaces to train accordingly unequal.
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