DE19612872A1

DE19612872A1 - Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19612872A1
Application number: DE1996112872
Authority: DE
Inventors: Helmut Knoedler; Armin Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-03-30
Filing date: 1996-03-30
Publication date: 1997-10-02
Also published as: WO1997036776A1; EP0889821A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung, insbe sondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des An spruches 1. Bei dieser Hilfskraftlenkung weist ein Lenkven til in einem Ventilkörper zwei Ventilkolben auf für die Steuerung eines Druckmittels von einer Druckmittelquelle zu zwei Arbeitsräumen eines Servomotors und von diesen zu ei nem Behälter. Die Ventilkolben sind durch eine Drehbewegung einer Lenkspindel über eine Wippe verstellbar, wobei die Wippe mit der Lenkspindel verbunden ist. Jedem Ventilkolben ist ein Rückwirkungsraum benachbart. Die Ventilkolben sind durch eine Mittenzentriereinrichtung in ihre Mittenstellung beaufschlagbar. Dabei ist das Lenkventil zwischen der Lenk spindel und einem Eingangsglied der Lenkung angeordnet.

Eine derartige Hilfskraftlenkung ist aus der DE 31 22 368 C2 bekannt. Diese Hilfskraftlenkung arbeitet mit einem Servomotor, dessen Kolbenflächen ein Flächenver hältnis von nahe 1 : 2 aufweisen. Bei dieser Ausführung sind für die eigentliche Steuerung des Druckmittels nur zwei Steuerkantenpaare vorgesehen. Die Mittenzentrierung und Ventilrückstellung erfolgt über Zentrierfedern und die hy draulische Rückwirkung. Dazu werden die Rückwirkungsräume über je ein Hilfssteuerkantenpaar gesteuert.

Bei dieser Hilfskraftlenkung ist die Einstellung der hydraulischen Mitte mit den Zentrierfedern schwierig. Zur Einhaltung eines definierten Neutraldurchlaufes ist eine hohe Fertigungsqualität erforderlich. Außerdem kann das Lenkventil nicht als funktionsfähige Einheit vorgefertigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachtei le der bekannten Hilfskraftlenkung zu vermeiden. Die Anwen dung der Hilfskraftlenkung soll auch mit Servomotoren mög lich sein, deren Kolbenflächen kein Flächenverhältnis von nahe 1 : 2 aufweisen. Außerdem soll das Mittenverhalten im Bereich hoher hydraulischer Rückwirkung verbessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An spruch 1 gekennzeichnete Hilfskraftlenkung gelöst. Dabei ist die Mittenzentriereinrichtung durch einen Drehstab ge bildet, der zwischen der Lenkspindel und dem Eingangsglied der Lenkung angeordnet ist und der die Lenkspindel und das Eingangsglied der Lenkung axial zusammenhält. Außerdem ist der Ventilkörper unverdrehbar mit dem Eingangsglied der Lenkung verbunden. Die Wippe ist vollständig in diesem Ven tilkörper gelagert. Durch diese Integration der Wippe in den Ventilkörper kann das Lenkventil zusammen mit der Lenk spindel und dem Eingangsglied der Lenkung bereits außerhalb des Lenkgehäuses vormontiert und fertig eingestellt werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wippe einerseits in dem Ven tilkörper und andererseits auf dem mit dem Ventilkörper fest verbundenen Drehstab gelagert ist. Dabei liegt auch die auf dem Drehstab angeordnete Lagerstelle innerhalb des Ventilkörpers. Die Ventilkolben sind durch Federn in Wirk verbindung mit den Betätigungsflächen der Wippe gehalten. Diese Federn können relativ schwach ausgelegt sein, da sie für die Mittenzentrierung des Lenkventils nicht benötigt werden. Wenn die Rückwirkung in Abhängigkeit von einem be liebigen Parameter, insbesondere der Fahrzeuggeschwindig keit, geregelt werden soll, dann werden die Rückwirkungs räume über je eine feste Drosselstelle und über ein gemein sames Steuerorgan mit in Abhängigkeit von dem Parameter veränderbaren Drosselquerschnitt mit dem Rücklauf zu dem Behälter verbunden. Für eine "Abschneidung" der Rückwir kungskraft ist es zweckmäßig, daß zwischen den beiden Dros selstellen einerseits und dem Steuerorgan andererseits ein Abschneideventil angeordnet ist, durch das die Druckdiffe renz in den Rückwirkungsräumen auf einen Maximalwert be grenzbar ist.

Werden die beiden Betätigungsflächen der Wippe zu der Achse der Lenkspindel geneigt ausgebildet, so kann das Lenkventil sehr genau dadurch eingestellt werden, daß die Lenkspindel gegenüber dem Drehstab nicht nur bezüglich ih rer Drehlage, sondern zusätzlich auch bezüglich ihrer Längsachse so lange verschoben wird, bis der Durchlaufdruck seinen Minimalwert erreicht hat. Durch die Längsverschie bung der Lenkspindel gegenüber dem Drehstab und damit ge genüber dem Ventilkörper werden die Ventilkolben in ihrer Achsrichtung gegenüber dem Ventilkörper eingestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsge mäße Hilfskraftlenkung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Hilfskraftlen kung der Fig. 1 nach der Linie II-II, in vergrößertem Maßstab.

Die Erfindung wird anhand einer Zahnstangen-Hilfs kraftlenkung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch für andere Hilfskraftlenkungen, beispielsweise Kugelmutter-Hilfs kraftlenkungen, anwendbar.

Die Hilfskraftlenkung besteht im wesentlichen aus ei nem Lenkgetriebe 1 mit einem Servomotor 2, der über ein Lenkventil 3 von einer Servopumpe 4 mit Druckmittel aus ei nem Behälter 5 versorgt wird.

Das Lenkgetriebe 1 enthält in einem Lenkgehäuse 6 ein von einem nicht dargestellten Lenkhandrad antreibbares Rit zel 7, das über seine Verzahnung in Eingriff mit einer Zahnstange 8 steht, die in dem Lenkgehäuse 1 axial ver schiebbar geführt ist. Das Ritzel 7 stellt das Eingangs glied der Lenkung dar und ist durch zwei Lager 10 und 11 in dem Lenkgehäuse 6 drehbar gelagert. Eine Lenkspindel 12 trägt einen Lenkspindelanschluß 13. Bei Anwendung der Er findung auf eine Kugelmutter-Hilfskraftlenkung ist das Ein gangsglied eine Gewindespindel.

Mit dem Ritzel 7 ist ein Ventilkörper 14 unverdrehbar verbunden. Zweckmäßigerweise ist das Ritzel 7 mit dem Ven tilkörper 14 einteilig ausgebildet. In dem Ventilkörper 14 sind zwei Ventilkolben 15 und 16 verschiebbar geführt. Die Führung und Lagerung der Ventilkolben 15 und 16 erfolgt entweder direkt in dem Ventilkörper 14 oder - wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 - in zwei Steuerbüchsen 17 bzw. 18. An den Steuerbüchsen 17 und 18 und an den Ventil kolben 15 und 16 ist je ein Zulauf-Steuerkantenpaar 19 bzw. 20 und ein Ablauf-Steuerkantenpaar 21 bzw. 22 angeord net. Zwischen jedem Zulauf-Steuerkantenpaar 19 bzw. 20 und dem zugehörigen Ablauf-Steuerkantenpaar 21 bzw. 22 ist an jedem Ventilkolben 15 bzw. 16 eine Servomotor-Steuernut 23 bzw. 24 angeordnet. Benachbart zu jedem Ventilkolben 15 und 16 ist ein Rückwirkungsraum 25 bzw. 26, der jeweils über ein Rückwirkungs-Steuerkantenpaar 27 bzw. 28 gesteuert wird.

Die beiden Ventilkolben 15 und 16 werden durch eine Wippe 30 betätigt, die zwei Betätigungsarme 31 und 32 mit je einer Betätigungsfläche 33 und 34 aufweist. Die Wippe 30 ist fest mit der Lenkspindel 12 verbunden. Die Betätigungs flächen 33 und 34 sind zu der Längsachse der Lenkspindel 12 geneigt angeordnet, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist. Die bei den Ventilkolben 15 und 16 werden durch Federn 35 und 36, die in den Rückwirkungsräumen 25 und 26 angeordnet sind, in Wirkverbindung mit den beiden Betätigungsflächen 33 und 34 der Wippe 30 gehalten.

Zur Mittenzentrierung der beiden Ventilkolben 15 und 16 ist die Lenkspindel 12 mit dem durch das Ritzel 7 gebildeten Eingangsglied der Lenkung durch einen Dreh stab 37 verbunden. Der Drehstab 37 ist mit dem Ritzel 7 beispielsweise durch einen Stift 38 und mit der Lenkspin del 12 durch einen Stift 40 fest verbunden, so daß der Drehstab 37 die Lenkspindel 12 und das Eingangsglied der Lenkung axial zusammenhält.

Die Wippe 30 und damit die Lenkspindel 12 ist voll ständig innerhalb des Ventilkörpers 14 gelagert, und zwar durch ein inneres Lager 41 und ein äußeres Lager 42. Durch das innere Lager 41 ist die Lenkspindel 12 zusammen mit der Wippe 30 auf dem mit dem Ritzel 7 fest verbundenen Dreh stab 37 gelagert. Durch das äußere Lager 42 ist die Wippe 30 mit einem Bund 43 direkt in dem Ventilkörper 14 gelagert.

Um die Höhe der hydraulischen Rückwirkung in Abhängig keit von einem beliebigen Parameter, insbesondere der Fahr zeuggeschwindigkeit, verändern zu können, sind zwischen den Rückwirkungsräumen 25 und 26 und dem Rücklauf zu dem Behäl ter 5 je eine feste Drosselstelle 44 bzw. 45 und ein ge meinsames Steuerorgan 46 mit in Abhängigkeit von dem Para meter veränderbaren Drosselquerschnitt eingesetzt. Zur Be grenzung der hydraulischen Rückwirkung ist in bekannter Weise ein Abschneideventil 47 vorgesehen, das als Druckmin derventil wirkt und einerseits von dem Druck der Servopumpe 4 und andererseits von dem zwischen den beiden festen Dros selstellen 44 und 45 und dem Steuerorgan 46 herrschenden Druck und von einer Feder beaufschlagt wird.

Im folgenden werden der Ventilabgleich und die Funk tion der Hilfskraftlenkung näher beschrieben. In der in Fig. 2 dargestellten Neutralstellung des Lenkventils 3 wird das Druckmittel von der Servopumpe 4 über die offenen Zu lauf-Steuerkantenpaare 19 und 20 und die offenen Ablauf-Steu erkantenpaaare 21 und 22 zu dem Behälter 5 gefördert. Dabei stellt sich zunächst ein bestimmter Differenzdruck zwischen den beiden Arbeitsräumen des Servomotors 2 ein. Um die hydraulische Mitte des Lenkventils 3 einzustellen, wird zunächst dieser Differenzdruck dadurch beseitigt, daß die Verdrehlage zwischen der Lenkspindel 12 und dem Drehstab 37 so eingestellt wird, daß er verschwindet. Um zusätzlich noch den Durchlaufdruck durch das Ventilsystem, der im we sentlichen von den Druckverlusten an den Steuerkantenpaaren abhängt, zu minimieren und die Fertigungstoleranzen auszu gleichen, wird die Lenkspindel 12 gegenüber dem Drehstab 37 zusätzlich bezüglich ihrer Längsachse so lange verschoben, bis der Durchlaufdruck seinen Minimalwert erreicht hat.

Wird an der Lenkspindel 12 beispielsweise ein rechts drehendes Moment eingeleitet, so verstellt sich der in Fig. 2 linke Ventilkolben 15 nach oben und der rechte Ven tilkolben 16 nach unten. Das linke Ablauf-Steuerkanten paar 21 und das rechte Zulauf-Steuerkantenpaar 20 werden geschlossen, der Druck in der linken Servomotor-Steuer nut 23 steigt und beaufschlagt den linken Arbeitsraum des Servomotors 2. Gleichzeitig öffnet das linke Rückwirkungs- Steuerkantenpaar 27, während das rechte Rückwirkungs-Steu erkantenpaar 28 schließt. Wenn die veränderbare Drossel des Steuerorgans 46 geöffnet ist, kann das Druckmittel über die linke feste Drossel 44, das Abschneideventil 47 und das Steuerorgan 46 zum Behälter 5 zurückfließen. Im linken Rückwirkungsraum 25 baut sich ein Druck auf, während der Druck im rechten Rückwirkungsraum 26 um den Strömungsver lust an der linken Drosselstelle 44 vermindert ist. Es ent steht ein hydraulisches Moment entsprechend dem Differenz druck an der linken Drossel 44, dem Querschnitt der Ventil kolben 15 und 16 und den wirksamen Hebelarmen an den Betä tigungsarmen 31 und 32, das sich zu dem Verdrehmoment des Drehstabes 37 hinzuaddiert. Die hydraulische Verstärkung nimmt ab und die Fahrstabilität des Fahrzeuges wird verbes sert. Dies ist die Schnellfahreinstellung.

Ist dagegen die veränderbare Drossel des Steueror gans 46 geschlossen, so verschwindet die Strömung durch die linke Drossel 44 und ihr Differenzdruck und damit auch das hydraulische Moment. Das Lenkmoment ist entsprechend klei ner und hängt nur noch vom Verdrehwinkel des Lenkventils 3 und der Verdrehsteife des Drehstabes 37 ab. Dies ist die Parkiereinstellung.

Das Abschneideventil 47 arbeitet in bekannter Weise als Druckminderventil und begrenzt den Differenzdruck an den festen Drosselstellen 44 und 45 auf einen vorgegebenen Wert.

Lenkungen mit geschwindigkeitsabhängiger Rückwirkung, die nach dem Prinzip der veränderbaren hydraulischen Rück wirkung arbeiten, haben üblicherweise das Problem, daß die se erst mit dem Einsetzen der hydraulischen Unterstützung wirksam werden kann. Das bedeutet, daß sich aus der Mitte heraus im untersten Bereich die Schnellfahrkennlinie von der Parkierkennlinie kaum unterscheidet. Beim Schnellfahren wäre es aber wünschenswert, wenn die hydraulische Unter stützung zur Verbesserung der Fahrstabilität bei Geradeaus fahrt später einsetzen würde als beim Parkieren. Die hydraulische Rückwirkung sollte deshalb einsetzen, bevor ein Differenzdruck im Servomotor entsteht.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es durch die schrä gen Betätigungsflächen 33 und 34 an der Wippe 30 möglich, die Lage der beiden Ventilkolben 15 und 16 absichtlich aus der idealen Mittenstellung heraus so nach unten zu verstel len, daß an den Zulauf-Steuerkantenpaaren 19 und 20 in Neu tralstellung ein gewisser Stau entsteht, der über die rota tive Einstellung des Drehstabes 37 zunächst in den Rückwir kungsräumen 25 und 26 gleich hohe Rückwirkungsdrücke er zeugt. Ist die veränderbare Drossel des Steuerorgans 46 geöffnet, so ergibt sich bei geringstem Drehmoment an der Lenkspindel 12 ein Druckungleichgewicht in den Rückwir kungsräumen 25 und 26, weil, je nach der Größe der Steuer spalte an den Rückwirkungs-Steuerkantenpaaren 27 und 28, entweder über die linke Drosselstelle 44 oder über die rechte Drosselstelle 45 ein größerer oder kleinerer Druck mittelstrom fließt, der unterschiedliche Differenzdrücke an den Drosselstellen erzeugt. Da bei diesem Vorgang aber das entsprechende Ablauf-Steuerkantenpaar 21 bzw. 22 noch nicht genügend geschlossen ist, kann sich im Servomotor noch kein Druck aufbauen und es ergibt sich die gewünschte höhere effektive Fahrstabilität bei höheren Geschwindigkeiten im Geradeausfahrbereich.

Bezugszeichenliste

1 Lenkgetriebe
2 Servomotor
3 Lenkventil
4 Servopumpe
5 Behälter
6 Lenkgehäuse
7 Ritzel
8 Zahnstange
9 -
10 Lager
11 Lager
12 Lenkspindel
13 Lenkspindelanschluß
14 Ventilkörper
15 Ventilkolben
16 Ventilkolben
17 Steuerbüchse
18 Steuerbüchse
19 Zulauf-Steuerkantenpaar
20 Zulauf-Steuerkantenpaar
21 Ablauf-Steuerkantenpaar
22 Ablauf-Steuerkantenpaar
23 Servomotor-Steuernut
24 Servomotor-Steuernut
25 Rückwirkungsraum
26 Rückwirkungsraum
27 Rückwirkungs-Steuerkantenpaar
28 Rückwirkungs-Steuerkantenpaar
29 -
30 Wippe
31 Betätigungsarm
32 Betätigungsarm
33 Betätigungsfläche
34 Betätigungsfläche
35 Feder
36 Feder
37 Drehstab
38 Stift
39 -
40 Stift
41 Lager
42 Lager
43 Bund
44 Drosselstelle
45 Drosselstelle
46 Steuerorgan
47 Abschneideventil

Claims

1. Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit folgenden Merkmalen:

- ein Lenkventil (3) weist in einem Ventilkörper (14) zwei Ventilkolben (15, 16) auf für die Steuerung eines Druckmittels von einer Druckmittelquelle (Servo pumpe 4) zu zwei Arbeitsräumen eines Servomotors (2) und von diesen zu einem Behälter (5),
- die Ventilkolben (15, 16) sind durch eine Drehbewegung einer Lenkspindel (12) über eine Wippe (30) verstell bar, wobei die Wippe (30) fest mit der Lenkspin del (12) verbunden ist,
- jedem Ventilkolben (15, 16) ist ein Rückwirkungs raum (25, 26) benachbart,
- die Ventilkolben (15, 16) sind durch eine Mittenzen triereinrichtung in ihre Mittenstellung beaufschlag bar,
- das Lenkventil (3) ist zwischen der Lenkspindel (12) und einem Eingangsglied der Lenkung angeordnet,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Mittenzentriereinrichtung durch einen Dreh stab (37) gebildet ist, der zwischen der Lenkspin del (12) und dem Eingangsglied der Lenkung angeordnet ist und der die Lenkspindel (12) und das Eingangsglied der Lenkung axial zusammenhält und
- daß der Ventilkörper (14) unverdrehbar mit dem Ein gangsglied der Lenkung verbunden ist und daß die Wippe (30) vollständig in dem Ventilkörper (14) gela gert ist.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wippe (30) einerseits in dem Ventilkörper (14) und andererseits auf dem mit dem Ventilkörper (14) fest verbundenen Drehstab (37) gelagert ist.

3. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkolben (15, 16) durch Federn (35, 36) in Wirkverbin dung mit zwei Betätigungsflächen (33, 34) der Wippe (30) gehalten sind.

4. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwir kungsräume (25, 26) über je eine feste Drosselstelle (44, 45) und über ein gemeinsames Steuerorgan (46) mit in Abhän gigkeit von einem beliebigen Parameter, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit, veränderbarem Drosselquerschnitt mit einem Rücklauf zu dem Behälter (5) verbunden sind.

5. Hilfkraftlenkung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen den beiden festen Drosselstellen (44, 45) einerseits und dem Steuerorgan (46) andererseits ein Abschneideventil (47) in der Form eines Druckminderventils angeordnet ist, durch das die Druckdif ferenz in den Rückwirkungsräumen (25, 26) auf einen Maxi malwert begrenzbar ist.

6. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsflächen (33, 34) der Wippe (30) zu der Achse der Lenkspindel (12) geneigt sind.