WO2005080177A1 - Power steering valve for a vehicle power steering system - Google Patents
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- WO2005080177A1 WO2005080177A1 PCT/EP2005/001625 EP2005001625W WO2005080177A1 WO 2005080177 A1 WO2005080177 A1 WO 2005080177A1 EP 2005001625 W EP2005001625 W EP 2005001625W WO 2005080177 A1 WO2005080177 A1 WO 2005080177A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
- B62D5/08—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of steering valve used
- B62D5/083—Rotary valves
- B62D5/0835—Rotary valves characterised by means for actively influencing the deflection angle of the valve, e.g. depending on driving parameters
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
- F15B11/006—Hydraulic "Wheatstone bridge" circuits, i.e. with four nodes, P-A-T-B, and on-off or proportional valves in each link
Definitions
- the invention relates to a power steering valve with an input element and an output element, which are adjustable relative to one another starting from a central position in order to provide a fluid flow for steering assistance.
- Such a power steering valve is a central component of a hydraulic power steering, by means of which a steering support force can be provided.
- a power steering system can be found in European patent application 0 551 619.
- the input element is designed as an input shaft, which is connected to a steering wheel
- the output element is designed as a control sleeve, which is connected to a steering gear.
- the input shaft and the control sleeve are each provided with control grooves, by means of which a hydraulic flow through the power steering valve can be controlled.
- a hydraulic current provided by a pump is distributed uniformly over two outputs of the power steering valve.
- one of the outputs is more strongly supplied with the hydraulic current.
- This hydraulic flow can be conducted to one side of a hydraulic cylinder, for example, so that a steering assist force is generated in a first direction.
- the steering support arm is generated in the opposite direction.
- the object of the invention is to develop a power steering valve of the type mentioned in such a way that a steering pulse can be generated actively with little effort.
- an actuator is provided according to the invention, which in
- the invention is arranged inside the power steering valve and can rotate the input element and the output element relative to each other out of the central position.
- the invention is based on the basic idea of generating the additional steering impulse directly inside the power steering valve by producing a steering assistance force in the corresponding direction. In this way it is possible to dispense with superimposition gears arranged outside the steering gear, which introduce the additional steering impulse between the steering wheel and the steering gear.
- the particular advantage of the solution according to the invention is that it can be implemented hydraulically, so that it can be integrated into existing hydraulic power steering systems with little effort.
- the actuator has two axially displaceable pistons which act on balls which in turn are supported on a support disk.
- the use of balls leads to particularly low friction when actuating the actuator.
- the required travel of the pistons can also be reduced by a suitably steep inclination of the surfaces on which the balls are supported, so that a compact design results.
- the actuator has a double-acting adjusting piston which is coupled to both the control sleeve and the input shaft.
- the control sleeve is rotated relative to the input shaft by axial displacement of the actuating piston, so that a steering pulse can be actively generated.
- FIG. 1 shows a power steering gear with a power steering valve according to the invention
- FIG. 2 is a schematic view of the power steering valve according to a first
- FIG. 3 schematically shows the power steering valve of Figure 2 with a hydraulic circuit according to a first variant.
- FIG. 4 schematically shows the power steering valve of Figure 2 with a hydraulic circuit according to a second variant
- FIG. 5 schematically shows a section through a power steering valve according to a second embodiment
- FIG. 6 schematically shows a section along the plane VI-VI of Fig. 5;
- FIG. 7 schematically shows the power steering valve of Figure 5 with a hydraulic circuit
- FIG. 9 schematically shows the torque exerted on the input shaft when a second pressure chamber is pressurized
- - Figure 10 is a schematic view of a power steering valve according to a third embodiment
- FIG. 12 schematically shows a hydraulic circuit for the power steering valve of Figure 10.
- a steering gear 2 is shown, which has an input shaft 3, which is connected to a steering wheel 4.
- the input shaft 3 is part of a power steering valve 5 which has an output shaft 6.
- a pinion 7 is arranged on this, which engages in a rack 8 which is adjustably mounted in the steering gear 2.
- the rack 8 is coupled to steerable vehicle wheels 9, so that rotation of the steering wheel 4 is converted into a pivoting movement of the wheels 9.
- the power steering valve considered here is a hydraulic power steering valve, the basic structure of which is known, for example, from US Pat. No. 4,819,545. Reference is expressly made to this document in its entirety.
- the power steering valve 5 is shown schematically.
- the input shaft 3 is provided on its outer surface with control grooves which cooperate with control grooves on the inside of a control sleeve 10 which is connected to the output shaft 6 in a rotationally fixed manner.
- a hydraulic current can be provided by the control grooves, which hydraulic current is converted into a steering assist force. This is generally known in the field of hydraulic power steering systems, so that it will not be discussed further here.
- Centering is provided, which consists of a first centering disk 12, a second centering disk 14 and centering balls 16.
- the first centering disc 12 is fixed to the input shaft 3.
- the second centering disk 14 is non-rotatably connected to the control sleeve 10, but can be shifted slightly in the axial direction relative to the longitudinal axis L of the power steering valve.
- a ball guide 18 is provided for this purpose.
- Each of the two clamping disks has a recess 20 on each of the opposite end faces, between which a centering ball 16 is received.
- a centering spring 22 acts on the side of the second centering disk 14 facing away from the first centering disk 12 and is supported on a closure element 24.
- the closure element 24 is firmly attached to the interior of the power steering valve 5. Between the closure element 24 and the second centering disk 14 is a Zentrierka mer 26 is formed, which is acted upon via a pressure port 28 with a variable, controlled pressure.
- the first centering disk 12 and the second centering disk 14 are arranged such that their starting position shown in FIG. 2 corresponds to the starting position of the input shaft 3 relative to the control sleeve 10; in other words, the neutral center position of the power steering valve 5 also corresponds to the center position of the centering disk 12 relative to the centering disk 14.
- the second centering disk 14 must be pushed away from the first centering disk 12 in the direction of arrow P.
- An An ⁇ -h ⁇ c-d-raft must be overcome, which is composed of the force exerted by the centering spring 22 and the force exerted on the second centering disk 14 by the pressure in the centering chamber 26.
- the greater this pressing force the greater the steering torque exerted on the input shaft 3 in order to generate a predetermined steering support force by relatively rotating the input shaft 3 relative to the control sleeve 10. This is also known in principle from the prior art.
- the power steering valve 5 is provided with an actuator 30, which acts in exactly the opposite direction as the centering.
- the actuator 30 enables the input shaft 3 to be rotated relative to the control sleeve 10 out of the center position, which is predetermined by the centering.
- the actuator 30 has an output element in the form of a support disk 32 which is fixedly connected to the input shaft 3.
- the support disk has a plurality of support surfaces 34 on each of its sides, which are oriented obliquely to a plane perpendicular to the longitudinal axis L.
- a piston 36 which is part of a drive assembly, is arranged on each side of the support disk 32.
- Each piston 36 is rotatably connected to the control sleeve 10, but can be moved in the axial direction, that is, along the longitudinal axis L, inside the power steering valve 5 and thus relative to the support disk 32.
- guide balls 38 are provided, which engage in grooves in both the piston 36 and in the control sleeve 10 and in this way enable the displacement in the longitudinal direction, but bring about a rotationally fixed connection with the control sleeve 10.
- Each piston 36 is provided on its end face facing the support disk 32 with a plurality of pressure surfaces 40 which lie opposite the support surfaces 34 on the support disk 32.
- the pressure surfaces 40 are also arranged obliquely to a plane that is perpendicular to the longitudinal axis L.
- a ball 42 is arranged between each of the pressure surfaces 40 and the support surfaces 34.
- the balls on each side of the support disk 32 are connected to one another by a ball holder 44.
- a compression spring 46 acts on each rear side of each piston 36 facing away from the support disk 32.
- the other end of each compression spring is supported on the closure element 24 or a closure cover 48.
- a pressure chamber 50 or 50 ' is formed which can be acted upon by a variable, controlled pressure via a pressure connection 52 or 52'. In the initial state, the same prevails in the two drain chambers 50, 50 '
- a hydraulic circuit for controlling the actuator 30 is shown schematically in FIG. 3.
- a motor 54 is provided which drives a hydraulic pump 56.
- a pressure accumulator 58 is also provided.
- a shutoff valve 60 is arranged between the hydraulic pump 56 and the actuator 30, which connects the two drain chambers 50, 50 ′ to a reservoir 62 in the initial state.
- the two pressure valves 50, 50 * are thus at the same low pressure level in the initial state.
- a directional valve 64 is provided, by means of which it can be controlled which of the two pressure chambers 50, 50 'is pressurized.
- the shut-off valve 60 must first be actuated so that there is a connection between the hydraulic pump 56 and the actuator 30 at all.
- the directional valve 64 can remain in its initial position. In this way, the hydraulic pressure provided by the hydraulic pump 56 is directed to the right pressure chamber 50. The level of the hydraulic pressure conducted to the corresponding pressure chamber is controlled via the speed of the motor 54.
- the directional valve 64 is switched so that the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump 56 is led to the left drack chamber 50'.
- the switch-off valve 60 is brought back into its initial state, so that the two drain chambers 50, 50 'are vented to the reservoir 62.
- FIG. 1 Another variant of the hydraulic circuit is shown in FIG.
- a bidirectional pump is used, which is operated in one direction or the other, depending on the pressure chamber 50 to be pressurized.
- the level of the pressure passed to the corresponding drain chamber 50 can be controlled via the engine speed.
- an actuator 30 according to a second embodiment is shown schematically.
- the same reference numerals are used for the components known from the first embodiment, and reference is made to the above explanations in this regard.
- the actuator 30 has in the second embodiment in each Dracdcarnmer
- each piston 36 bears with its end face facing away from the drain chamber 50 or 50 ′ against a projection 72 which is formed in one piece with the input shaft 3.
- FIG. 7 schematically shows a hydraulic circuit with which the actuator 30 can be controlled in accordance with the second embodiment.
- a unidirectional hydraulic pump 56 is used, with a pressure relief valve 74 and a pressure sensor 76 additionally being provided.
- a control unit 78 is provided which is connected to the drain sensor 76 and controls the motor 54, the drain relief valve 74 and a total of four switching valves 80, 82, 84, 86.
- the two drain chambers 50, 50 ′ are isolated from the hydraulic pump 56 by means of the two switching valves 80, 84. At the same time, the two pressure chambers are vented to the reservoir 62 via the switching valves 82 and 86.
- the two switching valves 80, 82 are actuated. As a result, the drain chamber 50 is connected to the pressure side of the hydraulic pump 56, while the connection to the reservoir 62 is closed.
- the hydraulic pressure then acting on the pistons 36 leads to a reaction moment (see arrow M) by means of which the control sleeve 10 is acted on counterclockwise relative to the input shaft 3.
- FIG. 10 shows a power steering valve according to a third embodiment.
- the same reference numerals are used for the components known from the first and second embodiments, and reference is made to the above explanations in this respect.
- the piston 36 is designed here as a double-acting control piston, so that the Drac-dca mern 50, 50 'are immediately delimited from each other by the piston 36.
- the piston 36 is arranged as an annular piston on the input shaft 3 and connected to it in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
- a groove 90 (FIG. 11) is provided on the input shaft 3, into which a web 92 on the piston 36 can engage.
- a spline profile, a polygon profile or another design can be used, which enables the piston 36 to be axially displaceable.
- the piston 36 is formed by a plurality of link guides. These each consist of a guide link 94 on the piston 36, in which a pin 96 engages, which is fixedly attached to a projecting collar 98 of the control sleeve 10.
- the guide links 94 are oriented at an angle ⁇ relative to the longitudinal axis of the input shaft 3. The size of the angle can be selected depending on design parameters.
- the hydraulic pump 56 generates a hydraulic flow that flows through the hydraulic servo valve with an open center position.
- this hydraulic flow is supplied to the two chambers of a hydraulic cylinder 100 either symmetrically or asymmetrically. In this way, a steering assist force can be generated in one direction or the other.
- the return line 102 from the power steering valve 5 branches. One branch leads to the reservoir 62 via a controllable throttle 104. The other branch leads to the actuator 30 via a drain sensor 106 and a control valve 108.
- the control valve 108 is a 4/3-way valve which is controlled by a control unit 78.
- the control unit 78 also controls the throttle 104.
- external data D which can, for example, indicate the steering angle, the steering angle speed, the steering torque, the vehicle speed, the yaw rate, the lateral acceleration or the brake pressure
- the control unit 78 also receives an input signal from Pressure sensor 106.
- the control valve 108 In the initial state, when no steering overlay is desired, the control valve 108 is in a position in which the two pressure chambers 50, 50 'are freely connected to one another. At the same time, the throttle 104 is opens so that the piston 36 is not pressurized. So he can adjust freely. Therefore, when the input shaft 3 is rotated, the piston rotates freely between the two pressure chambers 50, 50 '.
- the steering assistance generated depends solely on the torque that acts between the input shaft 3 and the output shaft 6 and causes the input shaft to rotate relative to the control sleeve. Since the two Drackk-50, 50 'are freely connected to each other, the piston 36 is axially adjusted relative to the control sleeve when the input shaft is rotated.
- control unit 78 controls the control valve 108 in such a way that one of the two pressure chambers 50, 50 ′ is pressurized, while the other is connected to the reservoir 62 via a return line.
- the throttle 104 is closed, so that a pressure builds up in the return line 102.
- the resulting pressure for example in the drain chamber 50, moves the piston 36 to the right in relation to FIGS. 10 and 11, as a result of which the pin 96 is moved downward by the guide link 94.
- the particular advantage of the third embodiment is that no additional spring is required for centering.
- the input shaft and the output shaft are reset to their neutral position under the action of the torsion bar.
- the piston 36 is automatically returned to its starting position via the guide 94, 96.
- the throttle 104 and the control valve 108 are designed in such a way that, if they are not actuated by the control unit 78, they are automatically reset to an initial state in which the throttle is open and the two drackck valves 50, 50 'are free from one another are connected.
- variable steering assistance can be generated. This can depend on the vehicle speed, for example. At a low vehicle speed, a comparatively high steering assistance is provided, so that, for example, parking is made easier. At higher speeds, the steering assistance is reduced in order to have a more direct steering feeling.
- the steering characteristic can be influenced by changing the resistance that counteracts rotation of the input shaft relative to the output shaft. This can be done by suitable control of the piston 36.
- the piston 36 can generate a force that increases the resistance moment provided by the torsion bar or reduces it in the opposite manner.
- Another operating mode is to control the piston for a certain, usually short period of time so that a short steering pulse is generated in the steering wheel.
- This steering impulse signals a driver in which direction the steering wheel should be turned, for example in order to restore driving stability in a critical vehicle state.
- the necessary pressure difference can be easily set using the throttle 104, the pressure sensor 106 and the control unit 78.
- Another operating mode is automatic parking.
- the axial displacement of the piston is used to rotate the input shaft and the output shaft relative to one another to such an extent that the servo valve 5 and the hydraulic cylinder 100 generate such a high support force that the steerable vehicle wheels are turned without actuating the steering wheel.
- Automatic parking of the vehicle can be carried out together with other control units.
- the control unit 78 ensures that the torques that occur remain so low that there is no risk of injury to a driver accidentally reaching into the steering wheel during automatic parking.
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Abstract
Description
Servolenkventil für eine Fahrzeug-Servolenkung Power steering valve for vehicle power steering
Die Erfindung betrifft ein Servolenkventil mit einem Eingangselement und einem Ausgangselement, die relativ zueinander ausgehend von einer Mittellage verstellbar sind, um einen Fluidstrom zur Lenkunterstützung bereitzustellen.The invention relates to a power steering valve with an input element and an output element, which are adjustable relative to one another starting from a central position in order to provide a fluid flow for steering assistance.
Ein solches Servolenkventil ist zentraler Bestandteil einer hydraulischen Servolenkung, mittels der eine Lenl mterstüt--ungskraft bereitgestellt werden kann. Ein Beispiel für eine solche Servolenkung findet sich in der europäischen Patentanmeldung 0 551 619. Das Eingangselement ist als Eingangswelle ausgebildet, die mit einem Lenkrad verbunden ist, und das Ausgangselement ist als Steuerhülse ausgebildet, die mit einem Lenkgetriebe verbunden ist. Die Eingangswelle und die Steuerhülse sind jeweils mit Steuernuten versehen, mittels denen ein Hydraulikstrom durch das Servolenkventil gesteuert werden kann. In einem Ausgangszustand, in welchem sich die Eingangswelle und die Steuerhülse relativ zueinander in einer Ausgangslage befinden, wird ein von einer Pumpe bereitgestellter Hydraulikstrom gleichmäßig auf zwei Ausgänge des Servolenkventils verteilt. Wenn die Eingangswelle relativ zur Steuerhülse in einer Richtung verdreht wird, wird einer der Ausgänge stärker mit dem Hydraulikstrom versorgt. Dieser Hydraulikstrom kann beispielsweise zu einer Seite eines Hydraulikzylinders geführt werden, so daß eine Lenkunterstützungskraft in einer ersten Richtung erzeugt wird. Wenn die Eingangswelle relativ zur Steuerhülse in der entgegengesetzten Richtung verdreht wird, wird die Lenl mterstützungslαaf- in der entgegengesetzten Richtung erzeugt.Such a power steering valve is a central component of a hydraulic power steering, by means of which a steering support force can be provided. An example of such a power steering system can be found in European patent application 0 551 619. The input element is designed as an input shaft, which is connected to a steering wheel, and the output element is designed as a control sleeve, which is connected to a steering gear. The input shaft and the control sleeve are each provided with control grooves, by means of which a hydraulic flow through the power steering valve can be controlled. In an initial state in which the input shaft and the control sleeve are in an initial position relative to one another, a hydraulic current provided by a pump is distributed uniformly over two outputs of the power steering valve. When the input shaft is rotated in one direction relative to the control sleeve, one of the outputs is more strongly supplied with the hydraulic current. This hydraulic flow can be conducted to one side of a hydraulic cylinder, for example, so that a steering assist force is generated in a first direction. When the input shaft is rotated in the opposite direction relative to the control sleeve, the steering support arm is generated in the opposite direction.
Bei modernen Fahrzeugen werden zunehmend Systeme verwendet, mittels denen aktiv auf einen vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebenen Lenkimpuls eingewirkt wird. Auf diese Weise kann das Lenkverhalten beeinflußt werden, beispielsweise um eine höhere Fahrzeugstabilität zu erreichen oder um den Fahrer in bestimmten Situationen zu unterstützen. Bekannt ist, daß zu diesem Zweck Überlagerungsgetriebe verwendet werden, die zwei Eingänge und einen Ausgang aufweisen. Einer der Eingänge ist mit dem Lenkrad verbunden, und der zweite Eingang ist mit einem Aktor verbunden, mit dem ein zusätzliches Lenksignal erzeugt werden kann. Die beiden Eingänge werden einander überlagert, so daß am Ausgang ein einziges Signal bereitgestellt wird, das beispielsweise einem Lenk- getriebe zugeführt wird. Der Nachteil von Überlagerungsgetrieben besteht darin, daß sie sehr teuer und aufwendig sind.In modern vehicles, systems are increasingly being used by means of which a steering impulse predetermined by the driver via the steering wheel is actively acted on. In this way, the steering behavior can be influenced, for example in order to achieve greater vehicle stability or to support the driver in certain situations. It is known that superposition gears are used for this purpose, the two inputs and one output exhibit. One of the inputs is connected to the steering wheel and the second input is connected to an actuator with which an additional steering signal can be generated. The two inputs are superimposed on one another, so that a single signal is provided at the output, which is supplied to a steering gear, for example. The disadvantage of superimposition gearboxes is that they are very expensive and complex.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Servolenkventil der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit geringem Aufwand aktiv ein Lenkimpuls erzeugt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Aktor vorgesehen, der imThe object of the invention is to develop a power steering valve of the type mentioned in such a way that a steering pulse can be generated actively with little effort. To solve this problem, an actuator is provided according to the invention, which in
Inneren des Servolenkventils angeordnet ist und das Eingangselement und das Ausgangselement relativ zueinander aus der Mittellage heraus verdrehen kann. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, den zusätzlichen Lenkimpuls unmittelbar im Inneren des Servolenkventils zu erzeugen, indem eine Lenkunterstüt- zungskraft in der entsprechenden Richtung hervorgerufen wird. Auf diese Weise kann auf außerhalb des Lenkgetriebes angeordnete Überlagerungsgetriebe verzichtet werden, die den zusätzlichen Lenkimpuls zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe einbringen. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß sie hydraulisch realisiert werden kann, so daß sie mit geringem Aufwand in bestehende hydraulische Servolenksysteme integriert werden kann.Is arranged inside the power steering valve and can rotate the input element and the output element relative to each other out of the central position. The invention is based on the basic idea of generating the additional steering impulse directly inside the power steering valve by producing a steering assistance force in the corresponding direction. In this way it is possible to dispense with superimposition gears arranged outside the steering gear, which introduce the additional steering impulse between the steering wheel and the steering gear. The particular advantage of the solution according to the invention is that it can be implemented hydraulically, so that it can be integrated into existing hydraulic power steering systems with little effort.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Aktor zwei axial verschiebbare Kolben aufweist, die auf Kugeln einwirken, die sich wiederum an einer Abstützscheibe abstützen. Die Verwendung von Kugeln führt zu einer besonders geringen Reibung bei der Betätigung des Aktors. Auch kann durch eine geeignet steile Anstellung der Flächen, an denen sich die Kugeln abstützen, der erforderliche Stellweg der Kolben verringert werden, so daß sich eine kompakte Bauform ergibt.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the actuator has two axially displaceable pistons which act on balls which in turn are supported on a support disk. The use of balls leads to particularly low friction when actuating the actuator. The required travel of the pistons can also be reduced by a suitably steep inclination of the surfaces on which the balls are supported, so that a compact design results.
Gemäß einer anderen bevorzugten Aus- hrungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Aktor einen doppeltwirkenden Stellkolben aufweist, der sowohl mit der Steuerhülse als auch mit der Eingangswelle gekoppelt ist. Durch axiale Nerschiebung des Stellkolbens wird die Steuerhülse relativ zur Eingangswelle verdreht, so daß aktiv ein Lenkimpuls erzeugt werden kann.According to another preferred embodiment of the invention, it is provided that the actuator has a double-acting adjusting piston which is coupled to both the control sleeve and the input shaft. The control sleeve is rotated relative to the input shaft by axial displacement of the actuating piston, so that a steering pulse can be actively generated.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter- ansprüchen.Advantageous refinements of the invention result from the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier bevorzugter Ausfüjhrungs- formen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:The invention is described below on the basis of three preferred embodiments which are illustrated in the accompanying drawings. In these show:
- Figur 1 ein Servolenkgetriebe mit erfindungsgemäßem Servolenkventil; - Figur 2 eine schematische Ansicht des Servolenkventils gemäß einer ersten- Figure 1 shows a power steering gear with a power steering valve according to the invention; - Figure 2 is a schematic view of the power steering valve according to a first
Ausfuhrungsform der Erfindung;Embodiment of the invention;
- Figur 3 schematisch das Servolenkventil von Fig. 2 mit einem Hydraulikkreis gemäß einer ersten Variante;- Figure 3 schematically shows the power steering valve of Figure 2 with a hydraulic circuit according to a first variant.
- Figur 4 schematisch das Servolenkventil von Fig. 2 mit einem Hydraulik- kreis gemäß einer zweiten Variante;- Figure 4 schematically shows the power steering valve of Figure 2 with a hydraulic circuit according to a second variant;
- Figur 5 schematisch einen Schnitt durch ein Servolenkventil gemäß einer zweiten Aus-ührungsform;- Figure 5 schematically shows a section through a power steering valve according to a second embodiment;
- Figur 6 schematisch einen Schnitt entlang der Ebene VI- VI von Fig. 5;- Figure 6 schematically shows a section along the plane VI-VI of Fig. 5;
- Figur 7 schematisch das Servolenkventil von Fig. 5 mit einem Hydraulik- kreis;- Figure 7 schematically shows the power steering valve of Figure 5 with a hydraulic circuit;
- Figur 8 zeigt das auf die Eingangswelle ausgeübte Drehmoment bei einer Druckbeaufschlagung einer ersten D cl ca mer; und- Figure 8 shows the torque applied to the input shaft when pressurizing a first D cl ca mer; and
- Figur 9 zeigt schematisch das auf die Eingangswelle ausgeübte Drehmoment bei einer Druckbeaufschlagung einer zweiten Druckkammer; - Figur 10 eine schematische Ansicht eines Servolenkventils gemäß einer dritten AusfüL-rungsform;FIG. 9 schematically shows the torque exerted on the input shaft when a second pressure chamber is pressurized; - Figure 10 is a schematic view of a power steering valve according to a third embodiment;
- Figur 11 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt X von Figur 10, und- Figure 11 on an enlarged scale the detail X of Figure 10, and
- Figur 12 schematisch einen Hydraulikkreis für das Servolenkventil von Figur 10. In Fig. 1 ist ein Lenkgetriebe 2 gezeigt, welches eine Eingangswelle 3 aufweist, die mit einem Lenkrad 4 verbunden ist. Die Eingangswelle 3 ist Teil eines Servolenkventils 5, das eine Ausgangswelle 6 aufweist. An dieser ist ein Ritzel 7 angeordnet, das in eine verstellbar im Lenkgetriebe 2 angebrachte Zahnstange 8 eingreift. Die Zahnstange 8 ist mit lenkbaren Fahrzeugrädern 9 gekoppelt, so daß eine Drehung des Lenkrades 4 in eine Schwenkbewegung der Räder 9 umgesetzt wird.- Figure 12 schematically shows a hydraulic circuit for the power steering valve of Figure 10. In Fig. 1, a steering gear 2 is shown, which has an input shaft 3, which is connected to a steering wheel 4. The input shaft 3 is part of a power steering valve 5 which has an output shaft 6. A pinion 7 is arranged on this, which engages in a rack 8 which is adjustably mounted in the steering gear 2. The rack 8 is coupled to steerable vehicle wheels 9, so that rotation of the steering wheel 4 is converted into a pivoting movement of the wheels 9.
Beim hier betrachteten Servolenkventil handelt es sich um ein hydraulisches Servolenkventil, dessen grundsätzlicher Aufbau beispielsweise aus der US-Patentschrift 4,819,545 bekannt ist. Auf dieses Dokument wird ausdrücklich in vollem Umfang Bezug genommen.The power steering valve considered here is a hydraulic power steering valve, the basic structure of which is known, for example, from US Pat. No. 4,819,545. Reference is expressly made to this document in its entirety.
In Fig. 2 ist schematisch das Servolenkventil 5 gezeigt. Die Eingangswelle 3 ist auf ihrer Außenfläche mit Steuernuten versehen, die mit Steuernuten auf der Innenseite einer Steuerhülse 10 zusammenwirken, die drehfest mit der Ausgangswelle 6 verbunden ist. Durch Verdrehung der Eingangswelle und der Ausgangs- welle relativ zueinander kann von den Steuernuten ein Hydraulikstrom bereitgestellt werden, der in eine Lenkunterstützungskraft umgesetzt wird. Dies ist auf dem Gebiet der hydraulischen Servolenkungen allgemein bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen wird.2, the power steering valve 5 is shown schematically. The input shaft 3 is provided on its outer surface with control grooves which cooperate with control grooves on the inside of a control sleeve 10 which is connected to the output shaft 6 in a rotationally fixed manner. By rotating the input shaft and the output shaft relative to one another, a hydraulic current can be provided by the control grooves, which hydraulic current is converted into a steering assist force. This is generally known in the field of hydraulic power steering systems, so that it will not be discussed further here.
Ebenfalls bekannt ist, daß die Eingangswelle 3 und die Steuerhülse 10 zum einen miteinander durch einen Torsionsstab gekoppelt sind, der sie in eineIt is also known that the input shaft 3 and the control sleeve 10 are coupled to one another by a torsion bar, which they in a
Ausgangslage relativ zueinander beaufschlagt. Weiterhin ist eine sogenannteStarting position relative to each other. Furthermore, a so-called
Mittenzentrierung vorgesehen, die aus einer ersten Zentrierscheibe 12, einer zweiten Zentrierscheibe 14 und Zentrierkugeln 16 besteht. Die erste Zentrier- scheibe 12 ist fest mit der Eingangs welle 3 verbunden. Die zweite Zentrierscheibe 14 ist drehfest mit der Steuerhülse 10 verbunden, kann jedoch in axialer Richtung relativ zur Längsachse L des Servolenkventils geringfügig verschoben werden. Zu diesem Zweck ist eine Kugelführung 18 vorgesehen. Jede der beiden Klemm- Scheiben weist auf den einander gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Vertiefung 20 auf, zwischen denen jeweils eine Zentrierkugel 16 aufgenommen ist. Auf die von der ersten Zentrierscheibe 12 abgewandte Seite der zweiten Zentrierscheibe 14 wirkt eine Zentrierfeder 22 ein, die sich an einem Verschlußelement 24 abstützt. Das Verschlußelement 24 ist fest im Inneren des Servolenkventils 5 an- gebracht. Zwischen dem Verschlußelement 24 und der zweiten Zentrierscheibe 14 ist eine Zentrierka mer 26 ausgebildet, die über einen Druckanschluß 28 mit einem variablen, gesteuerten Druck beaufschlagt wird.Centering is provided, which consists of a first centering disk 12, a second centering disk 14 and centering balls 16. The first centering disc 12 is fixed to the input shaft 3. The second centering disk 14 is non-rotatably connected to the control sleeve 10, but can be shifted slightly in the axial direction relative to the longitudinal axis L of the power steering valve. A ball guide 18 is provided for this purpose. Each of the two clamping disks has a recess 20 on each of the opposite end faces, between which a centering ball 16 is received. A centering spring 22 acts on the side of the second centering disk 14 facing away from the first centering disk 12 and is supported on a closure element 24. The closure element 24 is firmly attached to the interior of the power steering valve 5. Between the closure element 24 and the second centering disk 14 is a Zentrierka mer 26 is formed, which is acted upon via a pressure port 28 with a variable, controlled pressure.
Die erste Zentrierscheibe 12 und die zweite Zentrierscheibe 14 sind so angeordnet, daß ihre in Fig. 2 gezeigte Ausgangsstellung mit der Ausgangsstellung der Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 übereinstimmt; anders ausgedrückt entspricht die neutrale Mittellage des Servolenkventils 5 auch der Mittellage von Zentrierscheibe 12 relativ zu Zentrierscheibe 14. Wenn die Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 verdreht werden soll, muß die zweite Zentrierscheibe 14 in der Richtung des Pfeils P von der ersten Zentrierscheibe 12 weggedrückt werden. Hierbei muß eine An<-h ιc-d-raft überwunden werden, die sich zus-irnmensetzt aus der von der Zentrierfeder 22 ausgeübten Kraft und der vom Druck in der Zentrierkammer 26 auf die zweite Zentrierscheibe 14 ausgeübten Kraft. Je größer diese Andruckkraft ist, desto größer muß das auf die Eingangswelle 3 ausgeübte Lenkmoment sein, um eine vorbestimmte Lenkunterstützungskraft durch Relativ- Verdrehung der Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 zu erzeugen. Auch dies ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt.The first centering disk 12 and the second centering disk 14 are arranged such that their starting position shown in FIG. 2 corresponds to the starting position of the input shaft 3 relative to the control sleeve 10; in other words, the neutral center position of the power steering valve 5 also corresponds to the center position of the centering disk 12 relative to the centering disk 14. If the input shaft 3 is to be rotated relative to the control sleeve 10, the second centering disk 14 must be pushed away from the first centering disk 12 in the direction of arrow P. , An An <-h ιc-d-raft must be overcome, which is composed of the force exerted by the centering spring 22 and the force exerted on the second centering disk 14 by the pressure in the centering chamber 26. The greater this pressing force, the greater the steering torque exerted on the input shaft 3 in order to generate a predetermined steering support force by relatively rotating the input shaft 3 relative to the control sleeve 10. This is also known in principle from the prior art.
Das Servolenkventil 5 ist mit einem Aktor 30 versehen, der in exakt der entgegensetzten Richtung wirkt wie die Mittenzentrierung. Der Aktor 30 ermöglicht es, die Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 aus der Mittenlage heraus zu verdrehen, die durch die Mittenzentrierung vorgegeben ist. Der Aktor 30 weist ein Abtriebselement in Form einer Abstützscheibe 32 auf, die fest mit der Eingangs welle 3 verbunden ist. Die Abstützscheibe weist auf jeder ihrer Seiten mehrere Abstützflächen 34 auf, die schräg zu einer zur Längsachse L senkrechten Ebene ausgerichtet sind. Auf jeder Seite der Abstützscheibe 32 ist ein Kolben 36 angeordnet, die Teil einer Antriebsbaugruppe sind. Jeder Kolben 36 ist drehfest mit der Steuerhülse 10 verbunden, kann jedoch in axialer Richtung, also entlang der Längsachse L, im Inneren des Servolenkventils 5 und damit relativ zur Abstützscheibe 32 verschoben werden. Hierfür sind Führungskugeln 38 vorgesehen, die in Nuten sowohl in den Kolben 36 als auch in der Steuerhülse 10 eingreifen und auf diese Weise die Verschiebbarkeit in Längsrichtung ermöglichen, jedoch eine drehfeste Verbindung mit der Steuerhülse 10 herbeiführen. Jeder Kolben 36 ist auf seiner der Abstützscheibe 32 zugewandten Stirnseite mit mehreren Druckflächen 40 versehen, die den Abstützflächen 34 an der Abstützscheibe 32 gegenüberliegen. Auch die Druckflächen 40 sind schräg zu einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur Längsachse L ist. Zwischen den Druckflächen 40 und den Abstützflächen 34 ist jeweils eine Kugel 42 angeordnet. Die Kugeln auf jeweils einer Seite der Abstützscheibe 32 sind miteinander durch einen Kugelhalter 44 verbunden.The power steering valve 5 is provided with an actuator 30, which acts in exactly the opposite direction as the centering. The actuator 30 enables the input shaft 3 to be rotated relative to the control sleeve 10 out of the center position, which is predetermined by the centering. The actuator 30 has an output element in the form of a support disk 32 which is fixedly connected to the input shaft 3. The support disk has a plurality of support surfaces 34 on each of its sides, which are oriented obliquely to a plane perpendicular to the longitudinal axis L. A piston 36, which is part of a drive assembly, is arranged on each side of the support disk 32. Each piston 36 is rotatably connected to the control sleeve 10, but can be moved in the axial direction, that is, along the longitudinal axis L, inside the power steering valve 5 and thus relative to the support disk 32. For this purpose, guide balls 38 are provided, which engage in grooves in both the piston 36 and in the control sleeve 10 and in this way enable the displacement in the longitudinal direction, but bring about a rotationally fixed connection with the control sleeve 10. Each piston 36 is provided on its end face facing the support disk 32 with a plurality of pressure surfaces 40 which lie opposite the support surfaces 34 on the support disk 32. The pressure surfaces 40 are also arranged obliquely to a plane that is perpendicular to the longitudinal axis L. A ball 42 is arranged between each of the pressure surfaces 40 and the support surfaces 34. The balls on each side of the support disk 32 are connected to one another by a ball holder 44.
Auf jede von der Abstützscheibe 32 abgewandte Rückseite jedes Kolbens 36 wirkt eine Druckfeder 46 ein. Das andere Ende jeder Druckfeder stützt sich am Verschlußelement 24 bzw. einem Verschlußdeckel 48 ab. Zwischen dem Verschlußelement 24 bzw. dem Verschlußdeckel 48 und dem entsprechenden Kolben 36 ist eine D ckkammer 50 bzw. 50' gebildet, die über einen Druckanschluß 52 bzw. 52' mit einem variablen, gesteuerten Druck beaufschlagt werden kann. Im Ausgangszustand herrscht in den beiden Drackkammern 50, 50' derselbeA compression spring 46 acts on each rear side of each piston 36 facing away from the support disk 32. The other end of each compression spring is supported on the closure element 24 or a closure cover 48. Between the closure element 24 or the closure cover 48 and the corresponding piston 36, a pressure chamber 50 or 50 'is formed which can be acted upon by a variable, controlled pressure via a pressure connection 52 or 52'. In the initial state, the same prevails in the two drain chambers 50, 50 '
Druck, so daß die von den beiden Kolben 36 auf die Abstützscheibe 32 ausgeübten Drehmomente sich aufheben. Wenn die Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 aktiv verdreht werden soll, also unabhängig von dem über das Lenkrad aufgebrachten Lenkmoment, wird an eine der Drucldcammern 50, 50' ein höherer Druck angelegt als an die andere Dracl t-irnmer. Wenn beispielsweise an die in Fig. 2 rechte Dracldtammer ein höherer Druck angelegt wird, wirkt zwischen der Abstützscheibe 32 und dem rechten Kolben 36 ein Drehmoment, welches die Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 in der Richtung der Pfeile R zu verdrehen sucht. Durch eine Beaufschlagung der linken Dracldcammer 50' kann eine ent- gegengesetzte Relativdrehung hervorgerufen werden. Auf diese Weise kann eine Leru unterstützungskraft in einer gewünschten Richtung hervorgerufen werden, ohne daß hierfür ein entsprechender Eingangsimpuls vom Lenkrad erforderlich ist.Pressure so that the torques exerted by the two pistons 36 on the support disk 32 cancel each other out. If the input shaft 3 is to be actively rotated relative to the control sleeve 10, that is to say independently of the steering torque applied via the steering wheel, a higher pressure is applied to one of the pressure chambers 50, 50 'than to the other drawer. For example, if the in Fig. 2 right Dracldtammer a higher pressure is applied, a torque acts between the support plate 32 and the right piston 36, which seeks to rotate the input shaft 3 relative to the control sleeve 10 in the direction of arrows R. By acting on the left dracd chamber 50 ', an opposite relative rotation can be brought about. In this way, a Leru support force can be generated in a desired direction without a corresponding input pulse from the steering wheel being required for this.
In Fig. 3 ist schematisch ein Hydraulikschaltkreis zum Ansteuern des Aktors 30 gezeigt. Es ist ein Motor 54 vorgesehen, der eine Hydraulikpumpe 56 antreibt. Weiterhin ist ein Druckspeicher 58 vorgesehen.A hydraulic circuit for controlling the actuator 30 is shown schematically in FIG. 3. A motor 54 is provided which drives a hydraulic pump 56. A pressure accumulator 58 is also provided.
Zwischen der Hydraulikpumpe 56 und dem Aktor 30 ist ein Abschaltventil 60 angeordnet, welches im Ausgangszustand die beiden Drackkammern 50, 50' mit einem Vorratsbehälter 62 verbindet. Somit befinden sich die beiden Druck- k-immern 50, 50* im Ausgangszustand auf demselben niedrigen Druckniveau. Außerdem ist ein Richtungsventil 64 vorgesehen, mittels dem gesteuert werden kann, welche der beiden Drackkammern 50, 50' mit Druck beaufschlagt wird.A shutoff valve 60 is arranged between the hydraulic pump 56 and the actuator 30, which connects the two drain chambers 50, 50 ′ to a reservoir 62 in the initial state. The two pressure valves 50, 50 * are thus at the same low pressure level in the initial state. In addition, a directional valve 64 is provided, by means of which it can be controlled which of the two pressure chambers 50, 50 'is pressurized.
Wenn die rechte Drackkammer 50 mit Druck beaufschlagt werden soll, muß zuerst das Abschaltventil 60 betätigt werden, so daß überhaupt eine Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe 56 und dem Aktor 30 besteht. Das Richtungsventil 64 kann in seiner Ausgangsstellung verbleiben. Auf diese Weise wird der von der Hydraulikpumpe 56 bereitgestellte Hydraulikdruck zur rechten Druckkammer 50 geleitet. Die Höhe des der entsprechenden Druckkammer -^-geführten Hydraulikdrucks wird über die Drehzahl des Motors 54 gesteuert. Wenn die linke Drackk-immer 50' mit Druck beaufschlagt werden soll, wird das Richtungsventil 64 umgeschaltet, so daß der von der Hydraulikpumpe 56 erzeugte Hydraulikdruck zur linken Dracldcammer 50' geführt wird. Zum Abschalten des Aktors wird das Abschaltventil 60 wieder in seinen Ausgangszustand gebracht, so daß die beiden Drackkammern 50, 50' zum Vorratsbehälter 62 entlüftet werden. In Fig. 4 ist eine andere Variante des Hydraulikkreises gezeigt. Hier wird eine bidirektionale Pumpe verwendet, die in Abhängigkeit von der mit Druck zu beaufschlagenden Drac-dcammer 50 in der einen oder der anderen Richtung betrieben wird. Auch hier kann die Höhe des der entsprechenden Drackkammer 50 -rageführten Drucks über die Motordrehzahl gesteuert werden.If the right pressure chamber 50 is to be pressurized, the shut-off valve 60 must first be actuated so that there is a connection between the hydraulic pump 56 and the actuator 30 at all. The directional valve 64 can remain in its initial position. In this way, the hydraulic pressure provided by the hydraulic pump 56 is directed to the right pressure chamber 50. The level of the hydraulic pressure conducted to the corresponding pressure chamber is controlled via the speed of the motor 54. When the left drackk always 50 'is to be pressurized, the directional valve 64 is switched so that the hydraulic pressure generated by the hydraulic pump 56 is led to the left drack chamber 50'. To switch off the actuator, the switch-off valve 60 is brought back into its initial state, so that the two drain chambers 50, 50 'are vented to the reservoir 62. Another variant of the hydraulic circuit is shown in FIG. Here, a bidirectional pump is used, which is operated in one direction or the other, depending on the pressure chamber 50 to be pressurized. Here, too, the level of the pressure passed to the corresponding drain chamber 50 can be controlled via the engine speed.
In den Fig. 5 und 6 ist schematisch ein Aktor 30 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Aus- hrungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Der Aktor 30 weist bei der zweiten Ausführungsform in jeder Dracldcarnmer5 and 6, an actuator 30 according to a second embodiment is shown schematically. The same reference numerals are used for the components known from the first embodiment, and reference is made to the above explanations in this regard. The actuator 30 has in the second embodiment in each Dracdcarnmer
50 bzw. 50' mehrere Kolben 36 auf, die jeweils abgedichtet, jedoch verschiebbar in einer Öfmung 70 der Steuerhülse 10 gelagert sind. Die Mittelachse und Ver- schieberichtung jedes Kolbens 36 liegt in einer zur Längsachse L senkrechten Ebene, ist jedoch gegenüber einer radialen Ausrichtung translatorisch verschoben. Daher läuft jede Wirklime jedes Kolbens 36 in einem Abstand s an der Längsachse L vorbei (siehe Fig. 5). Jeder Kolben 36 liegt mit seiner von der Drackkammer 50 bzw. 50' abgewandten Stirnseite an einem Vorsprung 72 an, der einstückig mit der Eingangswelle 3 ausgebildet ist.50 or 50 'have a plurality of pistons 36, each of which is sealed but is displaceably mounted in an opening 70 of the control sleeve 10. The central axis and displacement direction of each piston 36 lies in a plane perpendicular to the longitudinal axis L, but is translationally displaced with respect to a radial orientation. Therefore, each active climate of each piston 36 runs past the longitudinal axis L at a distance s (see FIG. 5). Each piston 36 bears with its end face facing away from the drain chamber 50 or 50 ′ against a projection 72 which is formed in one piece with the input shaft 3.
In Fig. 7 ist schematisch ein Hydraulikkreis gezeigt, mit welchem der Aktor 30 gemäß der zweiten Ausfüj rungsform angesteuert werden kann. Es wird eine unidirektionale Hydraulikpumpe 56 verwendet, wobei zusätzlich ein Drack- begrenzungsventil 74 und ein Dracksensor 76 vorgesehen sind. Außerdem ist eine Steuereinheit 78 vorgesehen, die mit dem Dracksensor 76 in Verbindung steht und den Motor 54, das Drackbegrenzungsventil 74 sowie insgesamt vier Schalt- ventile 80, 82, 84, 86 ansteuert.7 schematically shows a hydraulic circuit with which the actuator 30 can be controlled in accordance with the second embodiment. A unidirectional hydraulic pump 56 is used, with a pressure relief valve 74 and a pressure sensor 76 additionally being provided. In addition, a control unit 78 is provided which is connected to the drain sensor 76 and controls the motor 54, the drain relief valve 74 and a total of four switching valves 80, 82, 84, 86.
Im Ausgangszustand sind die beiden Dracldcammern 50, 50' mittels der beiden Schaltventile 80, 84 von der Hydraulikpumpe 56 isoliert. Gleichzeitig sind die beiden Druckkammern über die Schaltventile 82 und 86 zum Vorratsbehälter 62 entlüftet. Wenn die Dracldc-ui-mer 50 mit Druck beaufschlagt werden soll, werden die beiden Schaltventile 80, 82 betätigt. Dadurch wird die Drackkammer 50 mit der Druckseite der Hydraulikpumpe 56 verbunden, während die Verbindung zum Vorratsbehälter 62 geschlossen wird. Der dann auf die Kolben 36 wirkende Hydraulikdruck (siehe Fig. 8) führt zu einem Reaktionsmoment (siehe Pfeil M), mittels dem die Steuerhülse 10 relativ zur Eingangswelle 3 entgegen dem Uhrzeigersinn beaufschlagt wird.In the initial state, the two drain chambers 50, 50 ′ are isolated from the hydraulic pump 56 by means of the two switching valves 80, 84. At the same time, the two pressure chambers are vented to the reservoir 62 via the switching valves 82 and 86. When the Dracldc-ui-mer 50 is to be pressurized, the two switching valves 80, 82 are actuated. As a result, the drain chamber 50 is connected to the pressure side of the hydraulic pump 56, while the connection to the reservoir 62 is closed. The hydraulic pressure then acting on the pistons 36 (see FIG. 8) leads to a reaction moment (see arrow M) by means of which the control sleeve 10 is acted on counterclockwise relative to the input shaft 3.
Wenn die Drackkammer 50' mit Druck beaufschlagt werden soll, werden die beiden Schaltventile 84, 86 geschaltet, so daß die Druckseite der Hydraulikpumpe 56 mit der Drackkammer 50' verbunden wird, während die Verbindung zum Vorratsbehälter 62 unterbrochen wird. Auf diese Weise wird ein in entgegengesetzter Richtung wirkendes Reaktionsmoment M (siehe Fig. 9) erzeugt.When the pressure chamber 50 'is to be pressurized, the two switching valves 84, 86 are switched so that the pressure side of the hydraulic pump 56 is connected to the pressure chamber 50' while the connection to the reservoir 62 is interrupted. In this way, a reaction moment M (see FIG. 9) acting in the opposite direction is generated.
In Figur 10 ist ein Servolenkventil gemäß einer dritten Aus-ührungsform gezeigt. Für die von der ersten und zweiten Aus- -hrungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.FIG. 10 shows a power steering valve according to a third embodiment. The same reference numerals are used for the components known from the first and second embodiments, and reference is made to the above explanations in this respect.
Der wesentlichste Unterschied zwischen den beiden ersten Ausfuhrungsformen und der dritten Ausfuhrungsform besteht darin, daß der Aktor 30 bei der dritten Aus-führungsform unmittelbar zwischen der Steuerhülse 10 (und damit der fest mit der Steuerhülse 10 verbundenen Ausgangswelle) und der Eingangswelle 3 wirkt. Der Kolben 36 ist hier als doppelwirkender Stellkolben ausgeführt, so daß die Drac-dca mern 50, 50' unmittelbar vom Kolben 36 voneinander abgegrenzt werden. Der Kolben 36 ist als Ringkolben auf der Eingangs welle 3 angeordnet und mit dieser drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden. Zu diesem Zweck ist an der Eingangswelle 3 eine Nut 90 (Fig. 11) vorgesehen, in die ein Steg 92 am Kolben 36 eingreifen kann. Alternativ kann auch ein Keilwellenprofil, ein Polygonprofϊl oder eine andere Gestaltung verwendet werden, welche die axiale Verschiebbarkeit des Kolbens 36 ermöglicht. Mit der Steuerhülse 10 ist der Kolben 36 durch mehrere Kulissenfüthrungen gebildet. Diese bestehen jeweils aus einer Führungskulisse 94 am Kolben 36, in welche ein Stift 96 eingreift, der fest an einem vorstehenden Bund 98 der Steuerhülse 10 angebracht ist. Die Führungskulissen 94 sind relativ zur Längsachse der Eingangswelle 3 in einem Winkel α ausgerichtet. Die Größe des Winkels kann in Abhängigkeit von konstruktiven Parametern gewählt werden. Unter der Annahme, daß eine konstante, maximal mögliche Verdrehung zwischen der Eingangswelle 3 und der Steuerhülse 10 erzielt werden soll, muß die Führungskulisse 94 und der vom Kolben 36 ausföhrbare Hub umso länger sein, je geringer der Winkel ist. In Figur 12 ist der Hydraulikkreis zur Versorgung der beiden DrackkammernThe most important difference between the first two embodiments and the third embodiment is that, in the third embodiment, the actuator 30 acts directly between the control sleeve 10 (and thus the output shaft firmly connected to the control sleeve 10) and the input shaft 3. The piston 36 is designed here as a double-acting control piston, so that the Drac-dca mern 50, 50 'are immediately delimited from each other by the piston 36. The piston 36 is arranged as an annular piston on the input shaft 3 and connected to it in a rotationally fixed but axially displaceable manner. For this purpose, a groove 90 (FIG. 11) is provided on the input shaft 3, into which a web 92 on the piston 36 can engage. Alternatively, a spline profile, a polygon profile or another design can be used, which enables the piston 36 to be axially displaceable. With the control sleeve 10, the piston 36 is formed by a plurality of link guides. These each consist of a guide link 94 on the piston 36, in which a pin 96 engages, which is fixedly attached to a projecting collar 98 of the control sleeve 10. The guide links 94 are oriented at an angle α relative to the longitudinal axis of the input shaft 3. The size of the angle can be selected depending on design parameters. Assuming that a constant, maximum possible rotation between the input shaft 3 and the control sleeve 10 is to be achieved, the guide link 94 and the stroke which can be carried out by the piston 36 must be longer, the smaller the angle. In Figure 12 is the hydraulic circuit for supplying the two drain chambers
50, 50' mit Hydraulikdrack gezeigt. Die Hydraulikpumpe 56 erzeugt einen Hydraulikstrom, der durch das hydraulische Servoventil mit offener Mittelstellung fließt. In Abhängigkeit von der Verdrehung der Eingangswelle 3 relativ zur Ausgangswelle 6 und damit der Verdrehung der Steuernuten der Eingangswelle 3 relativ zu den Steuernuten der Steuerhülse 10 wird dieser Hydraulikstrom den beiden Kammern eines Hydraulikzylinders 100 entweder symmetrisch oder unsyminetrisch zugeführt. Auf diese Weise kann eine Lenkunterstützungskraft in der einen oder anderen Richtung erzeugt werden. Die Rückleitung 102 vom Servolenkventil 5 verzweigt sich. Ein Zweig f hrt über eine steuerbare Drossel 104 zum Vorratsbehälter 62. Der andere Zweig führt über einen Dracksensor 106 und ein Steuerventil 108 zum Aktor 30. Das Steuerventil 108 ist ein 4/3-Wege- Ventil, welches von einer Steuereinheit 78 angesteuert wird. Die Steuereinheit 78 steuert auch die Drossel 104. Zusätzlich zu externen Daten D, welche beispielsweise den Lenkwinkel, die Lenkwinkelgeschwindigkeit, das Lenk- moment, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gierrate, die Querbeschleunigung oder den Bremsdruck angeben können, empfangt die Steuereinheit 78 auch ein Eingangssignal vom Drucksensor 106.50, 50 'shown with hydraulic pressure. The hydraulic pump 56 generates a hydraulic flow that flows through the hydraulic servo valve with an open center position. Depending on the rotation of the input shaft 3 relative to the output shaft 6 and thus the rotation of the control grooves of the input shaft 3 relative to the control grooves of the control sleeve 10, this hydraulic flow is supplied to the two chambers of a hydraulic cylinder 100 either symmetrically or asymmetrically. In this way, a steering assist force can be generated in one direction or the other. The return line 102 from the power steering valve 5 branches. One branch leads to the reservoir 62 via a controllable throttle 104. The other branch leads to the actuator 30 via a drain sensor 106 and a control valve 108. The control valve 108 is a 4/3-way valve which is controlled by a control unit 78. The control unit 78 also controls the throttle 104. In addition to external data D, which can, for example, indicate the steering angle, the steering angle speed, the steering torque, the vehicle speed, the yaw rate, the lateral acceleration or the brake pressure, the control unit 78 also receives an input signal from Pressure sensor 106.
Im Ausgangszustand, wenn keine Lenküberlagerung gewünscht wird, befindet sich das Steuerventil 108 in einer Position, in der die beiden Druckkammern 50, 50' frei miteinander in Verbindung stehen. Gleichzeitig ist die Drossel 104 ge- öffhet, so daß der Kolben 36 nicht mit Druck beaufschlagt wird. Er kann sich also frei verstellen. Daher dreht sich der Kolben, wenn die Eingangswelle 3 gedreht wird, frei zwischen den beiden Druckkammern 50, 50'. Die erzeugte Lenkunterstützung hängt allein von dem Drehmoment ab, das zwischen der Eingangswelle 3 und der Ausgangswelle 6 wirkt und für eine Verdrehung der Eingangswelle relativ zur Steuerhülse sorgt. Da die beiden Drackk-immern 50, 50' frei miteinander verbunden sind, wird der Kolben 36 bei einer Verdrehung der Eingangs welle relativ zur Steuerhülse axial verstellt.In the initial state, when no steering overlay is desired, the control valve 108 is in a position in which the two pressure chambers 50, 50 'are freely connected to one another. At the same time, the throttle 104 is opens so that the piston 36 is not pressurized. So he can adjust freely. Therefore, when the input shaft 3 is rotated, the piston rotates freely between the two pressure chambers 50, 50 '. The steering assistance generated depends solely on the torque that acts between the input shaft 3 and the output shaft 6 and causes the input shaft to rotate relative to the control sleeve. Since the two Drackk-50, 50 'are freely connected to each other, the piston 36 is axially adjusted relative to the control sleeve when the input shaft is rotated.
Wenn dagegen ein Überlagerangsmoment gewünscht wird, steuert die Steuer- einheit 78 das Steuerventil 108 so an, daß eine der beiden Drackkammern 50, 50' unter Druck gesetzt wird, während die andere über eine Rückleitung mit dem Vorratsbehälter 62 verbunden ist. Gleichzeitig wird die Drossel 104 geschlossen, so daß sich in der Rückleitung 102 ein Druck aufstaut. Der sich dabei einstellende Druck, beispielsweise in der Dracldcammer 50, bewegt den Kolben 36 bezüglich den Figuren 10 und 11 nach rechts, wodurch der Stift 96 von der Führungskulisse 94 nach unten bewegt wird. Hieraus resultiert eine Verdrehung der Steuerhülse 10 relativ zur Eingangswelle 3, was wiederum dazu führt, daß das Servoventil 5 die Kammern des Hydraulikzylinders 100 in der gewünschten Weise unter Druck setzt. Der besondere Vorteil der dritten Ausfülirungsform besteht darin, daß keine zusätzliche Feder zur Zentrierung erforderlich ist. Die Rückstellung der Eingangswelle und die Ausgangswelle in ihre Neutralstellung erfolgt unter der Wirkung des Torsionsstabes. Dabei wird der Kolben 36 automatisch, über die Kulissenfuhrung 94, 96, in seine Ausgangsstellung zurückgestellt. Außerdem sind die Drossel 104 und das Steuerventil 108 so ausgeführt, daß sie, wenn sie nicht von der Steuereinheit 78 angesteuert werden, automatisch in einen Ausgangszustand zurückgestellt werden, in welchem die Drossel geöffnet ist und die beiden Draclck-immern 50, 50' miteinander frei verbunden sind.If, on the other hand, a superposition torque is desired, the control unit 78 controls the control valve 108 in such a way that one of the two pressure chambers 50, 50 ′ is pressurized, while the other is connected to the reservoir 62 via a return line. At the same time, the throttle 104 is closed, so that a pressure builds up in the return line 102. The resulting pressure, for example in the drain chamber 50, moves the piston 36 to the right in relation to FIGS. 10 and 11, as a result of which the pin 96 is moved downward by the guide link 94. This results in a rotation of the control sleeve 10 relative to the input shaft 3, which in turn leads to the fact that the servo valve 5 pressurizes the chambers of the hydraulic cylinder 100 in the desired manner. The particular advantage of the third embodiment is that no additional spring is required for centering. The input shaft and the output shaft are reset to their neutral position under the action of the torsion bar. The piston 36 is automatically returned to its starting position via the guide 94, 96. In addition, the throttle 104 and the control valve 108 are designed in such a way that, if they are not actuated by the control unit 78, they are automatically reset to an initial state in which the throttle is open and the two drackck valves 50, 50 'are free from one another are connected.
Mit dem beschriebenen Servolenkventil sind verschiedene Betriebsmodi möglich. Zum einen kann eine variable Lenkunterstützung erzeugt werden. Diese kann beispielsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen. Bei einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit wird eine vergleichsweise hohe Lenkunterstützung bereitgestellt, so daß beispielsweise das Einparken erleichtert wird. Bei höheren Geschwindigkeiten wird die Lenkunterstützung verringert, um ein direk- teres Lenkgef hl zu haben. Die Lenkcharakteristik kann dadurch beeinflußt werden, daß der Widerstand, der einer Verdrehung der Eingangswelle relativ zur Ausgangswelle entgegenwirkt, geändert wird. Dies kann durch geeignete An- steuerang des Kolbens 36 erfolgen. Der Kolben 36 kann eine Kraft erzeugen, die das vom Torsionsstab bereitgestellte Widerstandsmoment erhöht, oder in ent- gegengesetzter Weise verringert.Various operating modes are possible with the described power steering valve. On the one hand, variable steering assistance can be generated. This can depend on the vehicle speed, for example. At a low vehicle speed, a comparatively high steering assistance is provided, so that, for example, parking is made easier. At higher speeds, the steering assistance is reduced in order to have a more direct steering feeling. The steering characteristic can be influenced by changing the resistance that counteracts rotation of the input shaft relative to the output shaft. This can be done by suitable control of the piston 36. The piston 36 can generate a force that increases the resistance moment provided by the torsion bar or reduces it in the opposite manner.
Ein anderer Betriebsmodus besteht darin, für eine bestimmte, meist kurze Zeitdauer den Kolben so anzusteuern, daß ein kurzer Lenkimpuls im Lenkrad erzeugt wird. Dieser Lenkimpuls signalisiert einem Fahrer, in welcher Richtung das Lenkrad gedreht werden sollte, beispielsweise, um in einem kritischen Fahrzeugzustand die Fahrstabilität wiederherzustellen. Die notwendige Druckdifferenz kann einfach unter Verwendung der Drossel 104, des Drucksensors 106 und der Steuereinheit 78 eingestellt werden.Another operating mode is to control the piston for a certain, usually short period of time so that a short steering pulse is generated in the steering wheel. This steering impulse signals a driver in which direction the steering wheel should be turned, for example in order to restore driving stability in a critical vehicle state. The necessary pressure difference can be easily set using the throttle 104, the pressure sensor 106 and the control unit 78.
Ein weiterer Betriebsmodus ist das automatische Parken. In diesem Modus wird die axiale Verstellung des Kolbens dazu verwendet, die Eingangswelle und die Ausgangswelle relativ zueinander so weit zu verdrehen, daß vom Servoventil 5 und dem Hydraulikzylinder 100 eine so hohe Unterstützungskraft erzeugt wird, daß die lenkbaren Fahrzeugräder ohne Betätigung des Lenkrads eingeschlagen werden. Zusammen mit anderen Steuereinheiten kann ein automatisches Einparken des Fahrzeugs durchgeführt werden. Die Steuereinheit 78 gewährleistet dabei, daß die auftretenden Drehmomente so gering bleiben, daß kein Verletzungsrisiko für einen unabsichtlich während des automatischen Parkierens ins Lenkrad greifenden Fahrer entsteht. Another operating mode is automatic parking. In this mode, the axial displacement of the piston is used to rotate the input shaft and the output shaft relative to one another to such an extent that the servo valve 5 and the hydraulic cylinder 100 generate such a high support force that the steerable vehicle wheels are turned without actuating the steering wheel. Automatic parking of the vehicle can be carried out together with other control units. The control unit 78 ensures that the torques that occur remain so low that there is no risk of injury to a driver accidentally reaching into the steering wheel during automatic parking.
Claims
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