DE2009891C3

DE2009891C3 - Steuerschieber für ein Lenkventil für hydraulische Hilfskraftlenkungen von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE2009891C3
Application number: DE2009891A
Authority: DE
Inventors: Arthur Ernest Barrington Ill. Bishop
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-02-26
Filing date: 1970-02-26
Publication date: 1981-07-16
Also published as: JPS524807B1; US3591136A; CA919551A; ES404452A1; ES376904A1; DE2009891A1; FR2033080A5; DE2065191A1; GB1308992A; DE2065191C2; ES404451A1; GB1308993A; DE2009891B2; SE394632B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerschieber für ein Lenkventil für hydraulische Hilfskraftlenkungen von Fahrzeugen, bei dem jeder der beiden zusammenarbeitenden Schieberteile wenigstens eine in ihrer Längserstreckung senkrecht zur Ventilaussteuerrichtung verlaufende Nut aufweist, die mit der Nut des anderen Schieberteils in Ventilneutralstellung überläppt, und bei denen eine der Nuten Steuerkanten aufweist, die auf einem langen Teil einer von der Senkrechten zur Aussteuerrichtung abweichenden Linie folgen, wobei deren sie bildende Seitenwände an allen Stellen angenähert rechtwinkelig zu der Berührungsfläehe zwischen den beiden Schieberteilen verlaufen und nach sprunghafter Verbreiterung der Nut einen im wesentlichen parallel zur Aussteuerrichtung verlaufenden Wandabschnitt enthalten.
Solche Steuerschieber sind aus der US-PS 28 65 215 bekannt Diese bekannten Steuerschieber sollen bewirken, daß beim Geradeausfahren die Lenkung verhältnismäßig indirekt wirkt während sie bei zunehmendem Lenkradeinschlag eine direktere Wirkung erhält Dabei ist zwischen einem kritischen Bereich und einem unkritischen Bereich zu unterscheiden. Der kritische Bereich betrifft das Geradeausfahren mit hohen oder mittleren Geschwindigkeiten, bei denen das Lenkgetriebe nur eine verhältnismäßig geringe Kraft abzugeben hat; der unkritische Bereich betrifft das Kurvenfahren und das Einparken. Die bekannten Steuerschieber sind so ausgelegt, daß die Kurve, die die mit dem Lenkrad erzeugte Kraft in Abhängigkeit von der insgesamt mit Unterstützung des Servosystems abgegebenen Kraft angibt eine sanfte Krümmung aufweist und mit abnehmender Steigung in den unkritischen Bereich übergeht Bei den bekannten Steuerschiebern wird dies dadurch erreicht daß die in dem Schiebergehäuse gebildeten Nuten zwei quer zur Bewegungsrichtung abfallende bzw. ansteigende Nutenkanten aufweisen oder daß ein zwischen zwei Nuten des Schieberkolbens vorhandener Steg quer zur Bewegungsrichtung zu seiner Mitte hin treppenförmig in kleinen Sprüngen zurückweichend ausgebildet ist. Es hat *ich gezeigt, daß der mit dem bekannten Steuerschieber erzielbare Verlauf der oben erwähnten Kurve nicht zu einer zufriedenstellenden Lösung des Problems der verschiedenen erforderlichen Unterstützungskräfte bei verschiedenen Fahrbedingungen führt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerschieber der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß sich eine Steuerkurve ergibt, die einen stetig verlaufenden und gekrümmten Anfangsteil aufweist, danach jedoch bis zu einem verhältnismäßig großen Steuerwinkel als mäßig steil ansteigende Gerade verläuft und dann mit einem verhältnismäßig scharfen Knick in einen weniger gekrümmten und nur noch schwach ansteigenden Kurvenabschnitt übergeht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei Einrichtungen der eingangs genannten Art mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Steuerschieber wird mit einfachen konstruktiven Mitteln eine günstige Steuerkurve erzielt. Gemäß dieser Kurve folgt auf eine

*" Übergangszone mil einem schnellen Druckansiieg ein relativ linearer Arbeitsdruckanstieg über einen kritischen Kurvenfahrbereich, woran sich ein starker Druckanstieg auf Grund eines schnellen Absperrens des Schiebers anschließt, damit ein für das Einparken

^h* erforderlicher maximaler Druck erzeugt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung

beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Schnittansicht eines Teils des Schieberkerns und der Schieberhülse,

Fig.2 ein Diagramm der hydraulischen Steuerkurve eines bekannten Steuerschiebers,

F i g. 3 eine optimale Steuerkurve,

F i g. 4 ein Diagramm, das den optimalen Verlauf des öffnungsquerschnitts in Abhängigkeit vom Verstellwinkel des Steuerschiebers zeigt, der die Steuerkurve von F ig. 3 ergibt, und Ό

F i g, 5 eine Draufsicht auf eine Nut im Schieberkern und die diese Nut begrenzenden Steuerkanten.

Der in Fig. 1 dargestellte Steuerschieber enthält einen Schieberkern 10 mit mehreren Aus- und Einlaßnuten 11 bzw. 12. Die Nuten 11 und 12 sind mit parallelen Seitenabschnitten 11a, XXb bzw. 12a, 126 und einer gebogenen Bodenfläche Hc bzw. 12c ausgeführt. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist der Schieberkern 10 von einer Schieberhülse 14 umgeben. Die Nut 11 wirkt mit einer öffnung 13 in der Schieberhülse 14 mit im wesentlichen geraden Kanten zusammen. In den F i g. 1 und 2 sind die Nut 11 und die öffnung 13 in ihren Mittelstellungen gezeigt In der in Fig.2 dargestellten Mittelstellung fließt die Hydraulikflüssigkeit durch die Lücke zwischen dem Schieberkern 10 und der Hülse 14 in der Richtung der gezeigten Pfeile. In der Mittelstellung liegt eine nicht überlappte Stellung vor, bei der die Hydraulikflüssigkeit durch die Nut über ihre ganze Länge gemäß F i g. 2 von χ nach y strömt Dies erzeugt ein großes Volumen des Hydraulikstromes in der Mittelstellung mit einer schnellen und im wesentlichen konstanten Absperrgeschwindigkeit bis ungefähr 0,8° der Schieberverstellung, wie bei ζ in F i g. 2 ersichtlich, ist Bedingt durch einen langen nach einer logarithmischen Kurve verlaufenden Steuerkantenabschnitt XXd mit einer Tiefe, die größer ist als die Breite zwischen der Öffnung 13 und dem Steuerkantenabschnitt XXd verringert sich der Strömungsquerschnitt schnell und dann weniger 'chnell. Wenn sich beim Schließen der Schieber an einem Punkt 11/dem Oberlappen nähen, -»ο bildet ein Fensterbereich 1 Xg den einzigen Strömungsweg und dieses Fenster hat Wandabschnitte 11/ die annähernd zueinander parallel verlaufen. In der bevorzugten Form hat eine Bodenfläche XOg eine Fläche, die annähernd parallel zu ere er Fläche 13a verläuft, so daß, wenn sich der Schieber anfänglich schließt der Strom durch den Fensterbereich XXg ungefähr konstant ist und durch den Abstand zwischen 10# und 13a bestimmt ist. Dieser Abstand ist kleiner als der Abstand zwischen lic und 13a. Der Übergang zwischen den; plötzlichen Absperren, das durch den Abschnitt iid und die parallelen Wandabschnitte XXj erfolgt, ist mit einem Durchfluß der Strömung durch die Lücke V gekuppelt. Die Lücke V, freigelassen zwischen den Flächen 10^und 13a, bestimmt den Absperrbereich, ^ durch den der Teil b—d der Kurve nach Fig.5 bestimmt wird. Durch den Fensterbereich 1 Xg wird der Knick bei e, d, ein der Kurve nach F i g. 5 erzielt.

Fig.3 zeigt den Verlauf des Arbeitsdrucks der Hilfskrafilcnkung in Abhängigkeit vom Verstellwinkel *>" des Schieberkerns. Bei der Betrachtung der F i g. 3 erkennt man verschiedene besonders wichtige Punkte für eine Kraftfahrzeuglenkung.

Aus der Kurvenkrümmung in dem Kurvenfahrbereich ist zu erkennen, daß es nier keinen bestimmten Bereich ^h5 einer linearen Arbeitskur/c gibt. Es wurde jedoch festgestellt, daß es beim Kurvenfahren sehr wünschenswert ist. daß die Arbeitskurve aus einer im wesentlichen

⁴⁵

⁵⁰ geraden Linie besteht Diese Linearität in der Arbeitskurve in dem Bereich des Kurvenfahrens erzeugt ein Gefühl der Sicherheit beim Kurvenfahren.

Eine optimale Arbeitskurve für ein gutes »Lenkgefühl« vermittelnde Lenkung ist in Fig.4 gezeigt. Hieraus kann man erkennen, daß die Arbeitskurve im Bereich der Geradeausfahrstellung stark ansteigt so daß die Tangente an die Kurve angrenzend an die Geradeausfahrstellung eine Steigung von ungefähr 0,48 bar pro Grad Verstellung des Lenkkanalrades hat In der Praxis führt dies dazu, daß ein größerer Teil der Lenkkraft vom Fahrer erbracht wird, während eine minimale hydraulische Unterstützung vorliegt Im Kurvenfahrbereich wird die hydraulische Hilfskraft in einem im wesentlichen linearen Verhältnis zum Steuerwinkel aufgebracht So geht die in Fig.4 gezeigte Kurve bei einer Verstellung des Steuerschiebers von ungefähr 0,7° zu einem im wesentlichen linearen Abschnitt mit einem Verhältnis von ungefähr 17 bar pro Grad Verstellung über. Diese Linearität setzt sich über den Kurvenfahrbereich bis zum Einparkbereich fort In diesem ist ein zu starkes »Lenkgefühl« unerwünscht In dem Einparkbereich wird der wesentliche Anteil der Lenkkraft durch das Hydrauliksystem aufgebracht, und nur eine kleine Kraft wird durch die Handbetätigung erzeugt

Bei einem Vergleich der Fi g. 3 und 4 ist zu erkennen, daß in dem erfindungsgemäßen System der Kurvenfahrbereich mit dem im wesentlichen linearen Verlauf des Arbeitsdruckes von weniger als 1° Verstellung der Lenkung bis 2" Verstellung reicht. Ferner ist zu erkennen, daß in dem gesamten Bereich bei den bekannten Einrichtungen gemäß F i g. 3 keine Linearität vorhanden ist

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn gemäß der Kurve von Fig.4 der Geradeausfahrbereich mit niedrigem Arbeitsdruck, jedoch relativ hoher Ansprechempfindlichkeit, etwa zwischen +0,4° und —0,4° zu beiden Seiten der Mitte liegt. Auf diesen Bereich folgt eine Übergangszone von ungefähr 0,4° bis etwa 0,8° mit einem schnellen Druckanstieg. Hierauf folgt ein relativ konstanter, linearer Abschnitt über einen kritischen Kurvenfahrbereich des Lenkdrehmoments, der von ungefähr 5,5 bar bis 24 bar reicht. Zum Schluß folg* ein schnelles Schieberabsperren oberhalb von 24 bar, um so für das Parken einen maximalen Druck von ungefähr 69 bar bei einer sehr geringen zusätzlichen Schieberbewegung zu erreichen.

Zur Erzielung der gewünschten Steuerkurve muß sich der Öffnungsquerschmlt im Steuerschieber nach der in F i g. 5 dargestellten Kurve ändern.

Der öffnungsquerschnitt muß dabei in einem großen Mitulbtreich ungefähr 32 mm² betragen, und er muß sich bei 0,8° schnell auf 7,7 mm² verringern. Wenn sich die Schieberöffnung weiter schließt, erstreckt uich ein logarithmischer Kurvenabschnitt von der 0,8° Stellung bei b zu der Stellung bei ungefähr 2° und einem Querschnitt von 3,2 mm. Danach folgt zum Schluß, bei ungefähr 2,8° Schieberverstellung und einem Öffnungsquerschnitt von Ungefähr 1,6 mm³, die einen Drück in der Größenordnung von 69 bar erzeugt, ein relativ schnelles Absperren der Rücklauföffnung durch den Steuerschieber.

In dem Kurvenfahrb .Teich ist es nicht wesentlich, daß die Kraftkurve genau linear ist. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn wenigstens ungefähr ein konstanter Gradient vorliegt. Ein Grund ist, daß alle Schieber eine gewisse Hysterese haben und daher dazu neigen, den Druckab-

fall in dem Lenkgetriebe für den Fahrer am Beginn eines Rutschens des Reifens zu verdecken. Somit sind beispielsweise bei einem Schieber, mit dem ein Steuerverhalten gemäß Fig.4 verwirklicht wird, bei 17 bar 93% hydraulischer Unterstützung in dem Bereich, in dem solch ein Rutschen auftreten kann, die 7% des Drehmomentes, das zu dem Fahrer zurückgeleitet wird, gerade ausreichend, um das notwendige Lenkgefühl zu erzeugen. Im Einparkbereich ist ein weiterer Anstieg der von Hand auszuübenden Kraft über den Übergangspunkt d in der Kurve der F i g. 4 ohne Nutzen für das Lenkgefühl. Höhere Drücke sind nur erforderlich, um die Reifen zu drehen, wenn das Fahrzeug stillsteht und dann ist ein schnelles Schließen des Schiebers sehr wünschenswert, um im Einparkbereich einen maximalen Hilfsdruck zu erzeugen. Dieses plötzliche Schließen ist deutlich in F i g. 5 gezeigt, wo die gestrichelte Verlängerung der Linie c. rfein kontinuierliches und kein plötzliches Schließen zeigt. Die letztere Bedingung ist in der Linie d, e, f gezeigt. Eine Fortsetzung der Neigung c, d würde eine Schieberverstellung von ungefähr 4° oder 5° vor dem tatsächlichen ι Schließen ergeben, was zu einer beträchtlichen von Hand auszuübenden Kraft im Einparkbereich führen würde.

Bei dem beschriebenen Steuerschieber kann die Querschnittsform der Fig.2 so abgewandelt werden.

in daß das relativ flache, enge Fenster Wg in der Mitte zwischen den Nutenden statt an einem Ende angeordnet wird. Eine solche Form ist beispielsweise in Fig. I gezeigt.

Vorzugsweise beträgt die Länge des kurzen Nutkan- · tenabschnitts 11 k ungefähr ein Fünftel oder weniger als die Summe aus dem langen Nutkantenabschnitt 1 lrfund dem kurzen Nutkantenabschnitt 11 Ar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschieber für ein Lenkventil für hydraulische Hilfskraftlenkungen von Fahrzeugen, bei dem jeder der beiden zusammenarbeitenden Schieberteile wenigstens eine in ihrer Längserstreckung senkrecht zur Ventilaussteuerrichtung verlaufende Nut aufweist, die mit der Nut des anderen Schieberteils in Ventilneutralstellung überlappt, und bei denen eine der Nuten Steuerkanten aufweist, die auf einem langen Teil einer von der Senkrechten zur Aussteuerrichtung abweichenden Linie folgen, wobei deren sie bildende Seitenwände an allen Stellen angenähert rechtwinkelig zu der Berührungsfläche zwischen den beiden Schieberteilen verlaufen und nach sprunghafter Verbreiterung der Nut einen im wesentlichen parallel zur Aussteuerrichtung verlaufenden Wandabschnitt enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber als Drehschieber ausgebildet ist, daß die von der Senkrechten zur Aussteuerrichtung abweichende Steuerkante aus mindestens einem langen Abschnitt {lid) besteht, der einer stetig gekrümmten Kurve folgt, daß die sprunghafte Verbreiterung der Nut (Wj) sowie der daran anschließende, annähernd parallel zur Aussteuerrichtung verraufende Wandabschnitt (11 k) ein Ausmaß aufweisen, daß durch sie ein Fensterbereich (Wg) geschaffen wird, innerhalb dessen die Breite der Nut wesentliclrverbreitert und die Tiefe der NtH(II) zwischen den Wandabschnitten (1 Ij), scharf abgestuft, geringer ist als in dem Bereich des lapgen Steuetkamenäbschnitts (Wd).

2. Steuerschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lange jteuerkantenabschnitt(l \d) einen im wesentlichen logarithmischen Verlauf gegenüber einer Mantellinie des Steuerschiebers hat

3. Steuerschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Fensterbereich (Wg) an einem Ende des langen Steuerkantenabschnitts befindet

4. Steuerschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lange Steuerkantenabschnitt (Wd) aus zwei Teilabschnitten auf gegenüberliegenden Seiten des Fensterbereichs besteht.

5. Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des parallelen Wandabschnitts (H/rJ ungefähr ein Fünftel oder weniger als die Summe aus langem Steuerkanten- (Wd) \ma parallelem Wandabschnitt (11 jy beträgt.

6. Steuerschieber nach einem der Ansprüche I bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Neutralstellung der Schieberteile (10, 14) die Nut (11) im Bereich des langen Steuerkantenabschnitts (Wd) eine Tiefe hat, die größer ist als der Betrag der Nutenüberlappung in Umfangsrichtung an dieser Stelle, und daß die Nut im Bereich des kurzen Sleuerkantenabschnius (Wk) eine Tiefe hat, die geringer ist als der Betrag der Nutenüberlappung an dieser Stelle.