DE2851773A1

DE2851773A1 - Hydraulische lenkeinrichtung mit rueckwirkung auf die betaetigungseinrichtung

Info

Publication number: DE2851773A1
Application number: DE19782851773
Authority: DE
Inventors: Armin Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1980-06-04
Also published as: CA1136958A; SE439759B; DE2851773C2; JPS6329668B2; FR2442753B1; BR7907642A; YU40762B; ES485978A1; AR218169A1; JPS5576764A; US4331211A; BE880364A; FR2442753A1; SE7909842L; IT7950947A0; YU251179A; PL219562A1; NL7907780A; IT1120127B; GB2035931B

Description

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Anwendungsgebiet, Stand der Technik

Die Erfindung ist auf Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, mit einer hydraulischen Lenkeinrichtung anwendbar, bei denen eine Rückwirkung auf die Betätigungseinrichtung (insbesondere das Lenkhandrad) vorgesehen ist.

Zum erfolgreichen Lenken muß der Fahrer bei allen sich bietenden Fahrsituationen Bescheid wissen über die Kraftschlußgrenze zwischen Reifen und Straße. Nur dann kann er richtig mit Lenkhandrad, Gaspedal und Bremse reagieren. Dies geschieht dadurch, daß der Fahrer die ihm zugeführten Reize, nämlich

- Fahrgeschwindigkeit,

- Quer- und Längsbeschleunigungen des Fahrzeugs,

- die Kraft am Lenkhandrad und

- ihre Änderungsgeschwindigkeit

mit Werten für die Griffigkeit der Straße vergleicht, die er in der Erinnerung gespeichert hat. Mehr oder weniger verzögert bedient er dann Lenkhandrad, Bremse oder Gaspedal. Diese Verzögerung wirkt sich in doppelter Weise aus, zunächst reagiert das Fahrzeug später als erwünscht, nach der Einleitung eines Bedienungsvorganges durch- den Fahrer reagiert das Fahrzeug länger als erwünscht, nämlich auch dann noch, wenn zum Beispiel das Lenkhandrad seine Neutralstellung wieder erreicht hat.

Es wurde bereits versucht, diese Verzögerung durch sogenannte Vorhaltlenkungen unschädlich, zu machen. Bei

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einer bekannten Vorhaltlenkung von Hirao et al (Fundstelle: Transactions of the Society of Automotive Engineers of Japan, Inc. Nr. 51 Juni 1973) ist in die mechanische Verbindung vom Lenkgetriebe zu den gelenkten Fahrzeugteilen ein Arbeitszylinder eingeschaltet, dessen Kolben durch Druckfedern in einer Mittelstellung gehalten wird und von dem zum Beispiel der Zylinder mit dem Lenkgetriebe, der Kolben mit den gelenkten Fahrzeugteilen verbunden ist. Durch ein besonderes Steuerventil kann Druckflüssigkeit dem einen oder anderen Arbeitsraum des Arbeitszylinders zugeführt werden. Dies geschieht in Abhängigkeit von Drehungen der Lenkspindel. An dieser ist als Meßfühler eine Pumpe angeordnet, die, je nach Drehrichtung, das Steuerventil so betätigt, daß es immer demjenigen Arbeitsraum des Arbeitszylinders Druckflüssigkeit zuführt, der einen Lenkeinschlag in der gewünschten Richtung unterstützt. Auf diese Weise wird die Verzögerung im Ansprechen der gelenkten Fahrzeugteile zumindest zum Teil aufgehoben.

Die Beseitigung der unerwünschten Verzögerung im Ansprechen wird hier mit dem Nachteil erkauft_r daß die mechanische Verbindung vom Lenkhandrad zu den gelenkten Fahrzeugteilen unterbrochen ist, so daß das Fahrzeug bei einem Ausfall der Hydraulik unter Umständen nicht mehr lenkbar ist.

Aufgabe, Lösung

Durch die vorliegende Erfindung soll die aktive Sicherheit bei Lenkvorgängen erhöht werden, und dem Fahrer soll ein schnelleres Reagieren auf die jeweils herrschenden Fahr- und Lenkzustände ermöglicht werden. Dies soll jedoch

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erreicht werden_a ohne daß die mechanische Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung und den gelenkten Fahrzeugteilen unterbrochen wird, so daß das Fahrzeug auch bei Ausfall der Hydraulik lenkbar bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird erstmals eine Rückwirkungsvorrichtung verwendet j bei der die von ihr aufgebrachte Rückwirkung (Kraft oder Drehmoment) steuerbar ist. Bei vorbekannten Ruckwirkungsvorrichtungen, zum Beispiel nach der DE-OS 23 51 76o,ist die Rückwirkung nicht steuerbar, sondern steigt lediglich mit dem Jn der Lenkanlage jeweils herrschenden Arbeitsdruck proportional an. Lediglich der Abschneidepunkt, nämlicn dex- Γ^ηκ· _J ·«<· die Proportionalität aufhört und der Arbeitsdruck dann bei nur noch geringfügiger Erhöhung der Betäi;".j-^gskraft steil ansteigt, ist einstellbar.

Durch die Rückwirkungsvorrichtung nach der Erfindung wird dagegen im Proportionalitätsbereich der Proportionalitätsfaktor geändert, nämlich das Verhältnis von Arbeitsdruck zu Kraft an der Betätigungseinrichtung.

Durch Meßfühler am Fahrzeug wird nun die Rückwirkungsvorrichtung so gesteuert, daß sie auf die Betätigungs- . einrichtung jeweils eine Rückwirkungskraft ausübt, die den gerade herrschenden Fahr- und Lenkzuständen und sonstigen Fahrzeugzuständen angepasst ist. Hierdurch erhält der Fahrer, noch bevor er es sonst bemerken würde, eine gut fühlbare Information, wie er zu lenken.

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zu bremsen oder Gas zu geben hat. Diese Information erhält er schneller als es sonst der Fall wäre, zum Beispiel bevor die Bodenhaftung der Räder abreißt.

Durch die Erfindung wird unter anderem die Rückwirkung folgenden typischen Pahrsituationen angepasst: Eine hohe Rückwirkung bei schneller Fahrt zur Erzielung einer guten Geradeausfahrstabilität, eine kleinere Rückwirkung bei langsamer Serpentinenfahrt und eine noch kleinere oder garkeine bei Parkiervorgängen.

Weiterbildungen der Erfindung

Gemäß Anspruch 2 können Meßfühler für eine Reihe typischer Größen vorgesehen werden, die Aufschluß über Fahrzustände, Zustände am Fahrzeug und seiner Lenkung und Umgebungszustände vermitteln.

Gemäß Anspruch 3 kann ein Prozessrechner zur Verarbeitung der gemessenen. Parameter und zur Steuerung der Rückwirkungsvorrichtung dienen.

Durch eine Weiterbildung nach Anspruch 4 wird eine baulich sehr einfache Rückwirkungsvorrichtung geschaffen, deren Rückwirkung sich entsprechend einem steuerbaren Rückwirkungsdruck verändern lässt.

Entsprechend Anspruch 5 können als Bauteil, auf den Rückwirkungskolben der Rückwirkungsvorrichtung einwirken, der oder die Ventilkolben eines Lenkventils dienen.Dies führt zu einer baulichen Vereinfachung.

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Anspruch 8 bezieht sich auf eine analog wirkende Einstellvorrichtung. Anspruch 9 bezieht sich dagegen auf eine digital wirkende Einstellvorrichtung. Durch Zu- oder Abschalten von einer oder mehreren Schaltdrosseln läßt sich hier der Einstelldruck sprunghaft ändern. Die Sehaltdrosseln lassen sich z. B. über Elektromagnete öffnen oder schließen, also digital betätigen.

Während bei dieser Einstellvorrichtung, sofern mindestens eine der Schaltdrosseln offen ist, ein dauernder Flüssigkeitsstrom erforderlich ist, und somit Energieverluste auftreten, wird durch eine Weiterbildung nach Anspruch 11 eine Einstellvorrichtung geschaffen, die ebenfalls digital arbeitet, aber keinen dauernden Flüssigkeit s strom erfordert.

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Erläuterung der Erfindung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert:

Fig. 1 ist ein axialer Längsschnitt durch eine Kugelmutter-Hydrolenkung.

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie H-II in Fig. 1 und zeigt die Ventilkolben des Lenkventils sowie die ihnen zugeordneten Rückwirkungskolben.

Fig. 3 bis 5 sind drei verschiedene schematisch dargestellte Ausführungsformen von Einstellvorrichtungen für den Rückwirkungsdruck.

Fig. 6 ist ein Kennlinienfeld zu der Ausführungsform nach Figur 3 bis 5.

Fig. 7 zeigt schematisch eine Rückwirkungsvorrichtung, die auf einen beliebigen Bauteil einwirkt, der mit der Betätigungseinrichtung in Antriebsverbindung steht.

Fig. 8 ist eine schaubildliche Darstellung einer Lenkeinrichtung mit einer Rückwirkungsvorrichtung und einem Prozessrechner.

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Eine in Pig. 1 und 2 vereinfacht dargestellte Kugelmutter-Hydrolenkung hat ein Gehäuse I₅ in dem eine die Lenkorgane des Fahrzeugs antreibende Segmentwelle 2 drehbar gelagert ist. Ein mit ihr drehfest verbundenes Segment 3 kämmt mit einer Kugelmutter 5, die mit einer im Gehäuse drehbar aber unverschiebbar gelagerten Kugelspindel 7 zusammenarbeitet. Kugelmutter und Kugelspindel bilden die wirksamen Teile eines Lenkmotors 9 mit den Arbeitsräumen 10 und 11. Alle Dichtungen wurden zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen.

Von einer Lenkspindel 13 her, die zur Betätigungseinrichtung, insbesondere dem Lenkhandrad, führt, ist die Kugelspindel 7 über einen Torsionsfederstab 15 antreibbar. In der Kugelspindel 7 sind, quer zur Zeichenebene in Figur 1, in Bohrungen 17 und 17' (vgl. Fig. 2) zwei Ventilkolben 19 und 19' des Lenkventils verschiebbar untergebracht. Beide sind für gegenläufigen Antrieb von der Lenkspindel 13 her durch eine Antriebsgabel 22 miteinander verbunden. Die in Figur 2 oberen Betätigungsflächen 2kj 24' der Ventilkolb,en 19, 19' sind durch die Bohrungen 17, 17' mit einer Ringnut 26 verbunden, die an eine Hochdruckleitung 28 angeschlossen ist.

In Figur 2 ist der Lenkmotor 9 zum besseren Verständnis symbolisch eingezeichnet. Die beiden Ventilkolben haben Steuerkantenpaare 30, 30' und 31 ₃ 31Ί die zur Zufuhr von Druckflüssigkeit zum Lenkmotor 9 und zur Steuerung des Rücklaufs aus diesem in eine Rücklaufleitung dienen. Eine Lenkmotornut 32 in der Bohrung 17 ist durch einen Kanal 33 in der Kugelspindel mit dem Arbeitsraum 10 des Lenkmotors verbunden. Eine Lenkmotornut 32' in der Bohrung 17' ist durch einen Kanal 35 in der Kugelspindel, eine Ringnut 36 und einen Kanal 37 im Gehäuse 1 mit dem Arbeitsraum 11 verbunden.

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Die beiden Ventilkolben 19, 19' tauchen mit ihren in Fig. 2 unteren Enden und Betätigungsflächen 39, 39' in die beiden Rückwirkungsräume 40, 40' ein. Beide Rückwirkungsräume sind durch einen Kanal 42 miteinander verbunden und durch einen in der Kugelspindel· 7 verlaufenden Kanal 44 mit einem axialen Kanal 45, der, in Fig. 1 unterhalb des Torsionsfederstabes 15, zum unteren Ende der Kugelspindel verläuft. Der Kanal 45 führt zu einem Gehäuseanschluß für die Rückwirkungsleitung 47, die zu einer Einstellvorrichtung für den Rückwirkungsdruck führt.

In die Rückwirkungsräume 40, 40' tauchen zwei Rückwirkungskolben 49, H9¹ ein, die je einen Anschlagbund 50, 50' haben, der in Neutralstellung am Rand je einer den Rückwirkungskolben aufnehmenden Bohrung in der Kugelspindel 7 anliegt. In Neutralstellung berühren die Rückwirkungskolben gerade die Betätigungsfläche 39, 39' der Ventilkolben. In jeder Lenkstellung ist jeweils nur ein Rückwirkungskolben wirksam, während der andere durch seinen Anschlagbund festgehalten wird.

Funktion

In der Neutralstellung nach Figur 1 und 2, die durch den Torsionsfederstab 15 fixiert ist, strömt Arbeitsflüssigkeit aus der Hochdruckleitung 28 in die Ringnut 26, umströmt die in Neutralstellung geöffneten Steuerkantenpaare 30 und 31 des linken Ventilkolbens und fließt durch eine Ringnut 52 und einen Raum 53 in eine Rücklaufleitung 54 ab. Das Gleiche gilt für den rechten Ventilkolben 19^!. Die beiden Lenkmotornuten 32, 32' haben gleiches Druckniveau. Der Lenkmotor wird also nicht angetrieben.

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Wird dagegen in einer Lenkstellung von der Betätigungseinrichtung z.B. der Ventilkolben 19' in Figur 2 abwärts bewegt, und der Ventilkolben 19 demgemäß aufwärts, so schließen die Steuerkantenpaare 30 und 31", während die Steuerkantenpaare 31 und 30' weiter öffnen.Flüssigkeit unter Druck strömt demnach in den Arbeitsraum 11 und kehrt aus dem Arbeitsraum 10 in die Ringnut 52 und somit in die Rücklaufleitung 54 zurück.

Auf die beiden Betätigungsflächen 24, 24' beider Ventilkolben wirkt der gleiche Druck ein, nämlich der sich im Lenkmotor aufbauende Arbeitsdruck ρ Auf die entgegengesetzten Betätigungsflächen 39, 39' beider Ventilkolben wirkt der Rückwirkungsdruck ein, der in unten noch zu beschreibender Weise erzielt wird. Er wirkt sich über die Rückwirkungsleitung 47 und die Kanäle 45, 44, 42 in den beiden Rückwirkungsräumen 4Ό, 40' aus. Er kann Werte zwischen null und dem Arbeitsdruck annehmen. Weicht der Rückwirküngsdruck vom Arbeitsdruck ab, so werden auf beide Ventilkolben gleich große Differenzkräfte ausgeübt, die sich jedoch über die Antriebsgabel 22 gegenseitig aufheben. Auf die beiden Rückwirkungskolben 49 und 49' wirkt^ in Figur 2.von unten header in der Ringnut 26 herrschende Arbeitsdruck, von oben her der in den Rückwirkungsräumen herrschende Rückwirkungsdruck. In der angenommenen Lenkstellung ist der linke Ventilkolben 19 von seinem Rückwirkungskolben 49 abgehoben. Dagegen übt der rechte Rückwirkungskolben 49' auf seinen Ventilkolben 19' eine Kraft aus, die sich aus der Differenz zwischen Arbeitsdruck und Rückwirkungsdruck multipliziert mit der wirksamen Fläche des Rückwirkungskolbens ergibt* Diese Kraft beeinflußt über den Ventilkolben 19' und die Antriebsgabel 22 die Lenkspindel 13 und damit die Betätigungseinrichtung. Hierdurch ergibt sich die an der Betätigungseinrichtung (Lenkhandrad) spürbare Rückwirkungskraft (bzw. das Rückwirkungsdrgter«)Bie«fe)An / ο <j

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Werden keine besonderen Maßnahmen zu einer Veränderung des Rückwirkungsdrehmomentes getroffen, so ergibt sich eine bleibende, unveränderte Proportionalität zwischen dem im Lenkmotor wirksamen Arbeitsdruck p„ und der an der Betätigungseinrichtung auszuübenden Handkraft P zum Beispiel gemäß Gerade 6.1 in Figur 6.

(Dieser Proportionalitätsbereich beginnt oberhalb einer durch die notwendige Verdrehung des Torsionsfederstabes 15 erforderlichen Grenzkraft F~). Durch Änderung des Rückwirkungsdruckes soll nun der Proportionalitätsfaktor verändert werden. Es soll also möglich werden, Rückwirkungen mit anderen Proportionalitätsfaktoren willkürlich zu erzielen, wie sie z. B. durch die Geraden 6.2, 6.3 oder Geraden anderer Neigung darstellbar sind.

EinsteilVorrichtungen für den Rückwirkungsdruck

Eine sehr einfache Einstellvorrichtung für den Rückwirkungsdruck zeigt Figur 1 links unten. In eine Leitung 55, die von der Hochdruckleitung 28 zur Rücklaufleitung 54 führt, sind hintereinander zwei Verstelldrosseln 56 und eingeschaltet, die durch ein Koppelglied 59 mechanisch miteinander verbunden und gegenläufig verstellbar sind. Während die eine Verstelldrossel öffnet, schließt also die andere. Ein Abgriff zwischen beiden Verstelldrosseln ist mit der Rückwirkungsleitung 47 verbunden.

Ist die Verstelldrossel 56 geschlossen, die Verstelldrossel 57 geöffnet, so herrscht in den beiden Rückwirkungsräumen der gleiche Druck wie in der Rücklaufleitung 54, also Tankdruck, und somit wirkt sich bei einer Lenkstellung der volle Arbeitsdruck auf den jeweiligen Rückwirkungskolben aus. Man erhält so die größtmögliche Rückwirkung, z. B. nach der Geraden 6.1 in Fieur 6.

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Sind die Verstelldrosseln dagegen umgekehrt eingestellt, also Verstelldrossel 57 geschlossen und Verstelldrossel geöffnet, so wirkt sich in der Rückwirkungsleitung 47 und damit in den Rückwirkungsräumen 40 und 40' der volle Arbeitsdruck aus. Die Rückwirkungskolben werden damit wirkungslos. Es entsteht keine Rückwirkung, wie es die Gerade 6.4 in Figur 6 zeigt.

Sind beide Verstelldrosseln gleich weit geöffnet, so erhält man in der Rückwirkungsleitung 47 einen Rückwirkungsdruck gleich dem halben Arbeitsdruck (Tankdruck = 0) Die Rückwirkungskraft liegt somit in der Mitte zwischen den beiden oben beschriebenen Extremgrößen, und es ergibt sich ein Proportionalitätsbereich,der durch eine Gerade in dem Feld zwischen den Geraden 6.2 und 6.3 in Figur 6 darstellbar ist.

Durch Verstellung der Verstelldrosseln lassen sich also die Proportionalitätsfaktoren zwischen dem Arbeitsdruck und der Kraft an der Betätigungseinrichtung verändern. Durch entsprechend andere Einstellungen der Verstelldrosseln erhält man andere Proportionalitätsfaktoren, entsprechend beliebig vielen weiteren Kenngeraden zwischen den Geraden 6.1 und 6.4.

Figur 3 zeigt eine praktische Ausführungsform der oben beschriebenen Einstellvorrichtung. Die Einzelteile tragen dieselben Bezugszeichen wie in Figur 1. Die Verstelldrosseln werden durch gegensinnig angeordnete und gegenläufig durch das Koppelglied 59 zu betätigende Konen dargestellt.

Die Einstellvorrichtungen nach Figur 1 und 3 arbeiten analog, können also kontinuierlich verstellt werden. Dies kann von Hand geschehen oder z. B. durch die Ausgangsgröße eines Tachometers, so daß mit steigender Fahrgeschwindigkeit die Rückwirkung größer wird.

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Im folgenden werden zwei Einstellvorrichtungen beschrieben, die digital arbeiten und sich infolgedessen durch sehr einfache Schaltorgane.z.B. von einem Prozessrechner her betätigen lassen.

Nach Figur 4 führt die die Hochdruckleitung 28 mit der Rücklaufleitung 54 verbindende Leitung durch zwei Räume 6l, 62 hindurch, zwischen denen sich eine Konstantdrossel 63 befindet. Der Raum 62 ist durch zwei Schaltdrosseln 65, 66, die zueinander parallel angeordnet sind, mit einem Raum 67 verbunden, an den die Rücklaufleitung 54 angeschlossen ist. Der Raum 62 ist mit der Ruckwirkungsleitung 47 verbunden. Die beiden Schaltdrosseln 65, 66 haben je einen Schließkörper 68, 69, der in verschiedener Weise betätigt werden könnte, z. B. mechanisch, oder wie in Figur 4 dargestellt, elektromagnetisch. Die Querschnitte der beiden Schaltdrosseln können gleich sein, sind aber vorzugsweise, wie dargestellt, unterschiedlich groß.

Es ergeben sich somit vier verschiedene Einstellmöglichkeiten für die beiden Schaltdrosseln, nämlich beide offen, beide zu, nur die eine offen, nur die andere offen. Ist noch eine dritte Schaltdrossel vorgesehen, so ergeben sich acht Möglichkeiten, ist eine vierte vorgesehen, so ergeben sich sechzehn Möglichkeiten u.s.w.in der Potenzenreihe der 2.

Sind nur zwei Schaltdrosseln nach Figur 4 vorhanden, so lassen sich durch passende Wahl der Querschnitte der Konstantdrossel 63 und der beiden Schaltdrosseln in den vier Schaltstellungen z. B. Rückwirkungsdrücke erzielen, die null, 33 %, 50 % und 75 % des Arbeitsdruckes betragen, etwa entsprechend den Geraden 6.4 bis b.l in Fig. 6.

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Bei dieser Einstellvorrichtung treten zwar immer dann

StrömungsVerluste auf, wenn wenigstens eine der Schaltdrosseln offen ist. Man kann die Strömungsverluste aber durch kleine Drosselquerschnitte sehr klein halten.

Figur 5 zeigt eine Einstellvorrichtung bei der keine Strömungsverluste auftreten. In einem Gehäuse 71 ist ein als Druckwaage 72 wirkender Ventilkolben 73 untergebracht, dessen linker Teil als Stufenkolben 74 ausgebildet ist. Dieser hat zwei Betätigungsflächen 76, 78, nämlich eine Ringfläche und die linke Stirnfläche. Die an diese Betätigungsflächen anschließenden Betätigungsräume sind durch Leitungen 80 bzw. 81 mit Schaltventilen 83.bzw. 84 verbunden. Diese Schaltventile haben zwei mögliche Einstellungen. In der dargestellten Lage verbinden sie die Betätigungsräume mit der Rücklaufleitung 54. In der anderen Schaltstellung verbinden sie den zugehörigen Betätigungsraum mit einer Leitung 28', die mit der Hochdruckleitung 28 in Verbindung steht.

Der die Druckwaage bildende Teil der Vorrichtung hat zwei Steuerkantenpaare 86, 87, einen radialen Kanal 89, der durch den Kolben in einen Federraum 91 führt und eine Ventilfeder 93. Die Rückwirkungsleitung 47 mündet in den Pederraum 9I.

Durch die beiden Schaltventile 83₃ 84 ergeben sich wiederum vier mögliche Schaltstellungen, nämlich beide Betätigungsflächen 76, 78 verbunden mit der Hochdruckleitung 28, beide verbunden mit der Rücklaufleitung 54, Betätigungsfläche 78 verbunden mit der Hochdruckleitung, 76 mit der Rücklaufleitung und die umgekehrte Verbindung.

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Bei der Einstellung nach Figur 5 herrscht im Federraum und damit in der Rückwirkungsleitung 47 Tankdruck. Ist wenigstens eine der Betätigungsflächen 76, 78 vom Arbeitsdruck beaufschlagt, so tritt die Druckwaage in Funktion. Der Ventilkolben bewegt sich nach rechts, so daß das Steuerkantenpaar 87 schließt und das Steuerkantenpaar 86 gerade so weit öffnet, daß sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem auf den Ventilkolben von links her eine Kraft einwirkt, die sich ergibt aus dem Arbeitsdruck multipliziert mit der jeweils auf die Hochdruckleitung 28 geschalteten Betätigungsfläche. Diese Kraft wird aufgewogen durch zwei von rechts her auf den Ventilkolben wirkende Kräfte, nämlich die Kraft der Ventilfeder 93 und eine Kraft, die sich aus der rechten Kolbenfläche multipliziert mit dem durch die Einstellungsvorrichtung erzielten Rückwirkungsdruck ergibt. Zusammen mit dem Rückwirkungsdruck null bei der Einstellung nach Figur 5 ergeben sich vier verschiedene einstellbare Rückwirkungsdrücke .

Man erhält Kenngeraden etwa nach Figur 6· Hat der Rückwirkungsdruck die gleiche Höhe wie der Arbeitsdruck, so erhält man Kenngerade 6.4, also keine Rückwirkung. Ist der Rückwirkungsdruck dagegen null, so ergibt sich Kenngerade 6.1, also größtmögliche Rückwirkung. Die beiden anderen Schaltmöglichkeiten führen zu den Kenngeraden 6.2 und 6.3.

Gibt man. dem Stufenkolben eine oder mehr weitere Stufen und ordnet man entsprechend viel weitere Schaltventile an, so kann man, wie oben erwähnt, weitere Schaltmöglichkeiten und damit weitere Zwischenwerte des Rückwirkungsdrucks erzielen.

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Die Einstellvorrichtungen nach den Figuren 4 und 5 bieten die Möglichkeit einer digitalen Steuerung. Zum Beispiel können im Schaltgetriebe des Kraftfahrzeugs Mikroschalter vorgesehen sein, die beim Einschalten bestimmter Gänge für eine Betätigung der Schaltdrosseln oder Schaltventile derart sorgen,daß man z. B. im ersten Gang und im Rückwärtsgang die Rückwirkung null erhält, beim höchsten Gang die höchste Rückwirkung und Entsprechendes in den dazwischen ' liegenden Gängen.

Stattdessen kann ein am Fahrzeug ohnehin vorhandener Prozessrechner mit verwendet werden, wie es Figur 8 schematisch zeigt. Figur 8 zeigt eine Zahnstangenhydrolenkung 95j die mit einem Lenkventil und Rückwirkungskolben nach Figur 1 und 2 ausgerüstet ist und durch eine Betätigungseinrichtung 97 in Form eines Lenkhandrades betätigt wird. An der Zahnstangenhydrolenkung ist eine Einstellvorrichtung 99 nach Figur 4 oder 5 angebracht.

Der Prozessrechner 101 ist in bekannter Weise mit einem Anpaßglied 103 für Eingang und Ausgang versehen, sowie mit einem Arbeitsspeicher 105 und einem Festwertspeicher 107· Das Anpaßglied erhält von am Fahrzeug vorgesehenen Meßfühlern digitale oder analoge Eingangsinformationen zum Beispiel über einige oder alle der folgenden Parameter:

Fahrgeschwindigkeit v,
Längsbeschleunigung b₁ des Fahrzeuges, Querbeschleunigung b des Fahrzeuges, Übersetzungsverhältnis ü zwischen Fahrzeugmotor und Antriebsrädern,

Arbeitsdruck pß als Maß für die vom Lenkmotor ausgeübte Kraft,

Drehwinkel O^ an der Betätigungseinrichtung, Drehgeschwindigkeit CO der Betätigungseinrichtung,

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LTragebungstemperatur ΐλ ,
Luftfeuchte f.

Der Prozessrechner verarbeitet diese Eingangsinformationen und gibt über eine Leitung 109 entsprechende Steuersignale an die Einstellvorrichtung 99 für den Rückwirkungsdruck. Sobald sich der Rückwirkungsdruck als Anteil des gerade herrschenden Arbeitsdruckes aufgebaut hat, spürt der Fahrer an der Betätigungseinrichtung einen mehr oder weniger grossen Widerstand, der ihm, speziell durch plötzliche Veränderung dieses Widerstandes, signalisiert, wie er sich verhalten muß.

Die Einstellvorrichtung nach Figur 4 ermöglicht auch eine rein mechanische Betätigung. Wird sie am Schaltgetriebe angeordent, so können die Schließkörper 68, 69 bei Schaltvorgängen mechanisch betätigt werden. Ebenso können die Schaltventile 03, 84 nach Figur 5 mechanisch betätigt werden, wenn man nur die hydraulischen Leitungen 80, 8l, 28' und 54 von der Schaltvorrichtung her zum Schaltgetriebe oder einem sonstigen Informationsgeber des Fahrzeuges verlegt, oder aber die Einstellvorrichtung selbst dort anordnet.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der mit der Betätigungseinrichtung kraftschlüssig verbundene Bauteil, auf den die beiden Rückwirkungskolben einwirken, zwei Ventilkolben aufweist. Zunächst können natürlich beide Ventilkolben zu einem einzigen vereinigt werden, ohne daß an der hydraulischen Funktion etwas geändert wird. Steuerventile für Hydrolenkungen mit einem einzigen Ventilkolben sind bekannt.

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Die Rückwirkungskolben können jedoch auch auf einen anderen Bauteil einwirken, der keine Ventilfunktion hat. Dies zeigt Figur 7· Dort ist in einer Bohrung 120 eines Gehäuses 121 ein Kolben 123 verschiebbar geführt. Der Kolben 123 hat in seiner Mitte ein Langloch 127, in das ein-Stift 129 eingreift, der eine mechanische Verbindung zur Lenkspindel herstellt, ähnlich wie die Hälfte der Antriebsgabel 22 nach Figur 1. Der Kolben 123 hat zwei Bunde 125 und 125', die gegen die Bohrung 120 abgedichtet sind. In dem Raum zwischen beiden Bunden herrscht Tankdruck. Die Räume außerhalb der .beiden Bunde sind die Rückwirkungsräume 40 und 40^f, in die die beiden Rückwirkungskolben 49 und 49' eintauchen. Wie nach Figur 2 haben die Rückwirkungskolben Anschlagbunde 50 und 50'. Die beiden Rückwirkungskolben werden durch Druckfedern 133, 133' gegen die Stirnseiten des Kolbens 123 gedrückt. Die beiden Rückwirkungsräume 40 und 40' sind mit der Rückwirkungsleitung 47 verbunden, in der der Rückwirkungsdruck p_R herrscht. Zwei Räume 131 und 131', in die die Anschlagbunde hineinragen, sind mit der Hochdruckleitung 54 verbunden, in der der Arbeitsdruck p. herrscht. .

Die Rückwirkungsvorrichtung nach Figur 7 überträgt, je nach Rückwirkungsdruck, eine mehr oder weniger große Rückwirkungskraft (oder ein Rückwirkungsdrehmoment) auf die Betätigungsvorrichtung.

Die beschriebenen Vorrichtungen ändern lediglich die Rückwirkungskraft, greifen aber im übrigen nicht in die hydraulische und mechanische Funktion der Lenkung ein. Dies hat den Vorteil, daß das Fahrzeug auch dann lenkbar bleibt, wenn der Rückwirkungsmechanismus versagen sollte.

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Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Friedrichshafen

HYDRAULISCHE LENKEINRICHTUNG MIT RÜCKWIRKUNG AUF DIE BETÄTIGUNGSEINRICHTUNG

Erfg.-M. 30/78 3. 11. 1978

71-37 S/G &&

Pat entansprüche

Hydraulische Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit Rückwirkung auf deren Betätigungseinrichtung, gekennzeichnet , durch folgende Merkmale:

a) Am Fahrzeug einschließlich seiner Lenkung sind Meßfühler für Parameter vorgesehen, die für Fahr- und Lenkzustände wesentlich sind, insbesondere auch für Umgebungszustände, die das Fahrverhalten beeinflussen;

b) am Fahrzeug ist eine Rückwxrkungsvorrichtung vorgesehen, die auf die Betätigungseinrichtung eine Rückwirkung ausübt und

c) die Größe der Rückwirkung ist entsprechend einem oder mehreren der Parameter steuerbar.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Meßfühler für eine oder mehrere der folgenden Parameter vorgesehen sind:

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- Fahrgeschwindigkeit v,

- Längs- und Querbeschleunigungen b, bzw. b ,

- Übersetzungsverhältnis U zwischen Fahrzeugmotor und Antriebsrädern,

- Arbeitsdruck p. als Maß für die vom Lenkmotor ausgeübte Kraft,

- Drehwinkels an der Betätigungseinrichtung,

- Drehgeschwindigkeit Co der Betätigungseinrichtung,

- Umgebungstemperatur $ und

- Luftfeuchte f.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß am Fahrzeug ein Prozessrechner vorgesehen ist, der zur Verarbeitung der gemessenen Parameter, zur Errechnung der hiernach erforderlichen Rückwirkung und zur Abgabe entsprechender Steuersignale an die Rückwirkungsvorrichtung dient.

4. Lenkeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Rückwirkungsvorrichtung hat mindestens einen verstellbaren Bauteil (19, 19'j 123), der mit der Betätigungseinrichtung in Antriebsverbindung steht,und zwei auf den Bauteil in entgegengesetzten Richtungen einwirkende, hydraulisch betätigbare Rückwirkungskolben (49, 49');

b) die Rückwirkungskolben sind durch Anschläge (50, 50') od.dgl. so angeordnet, daß in Lenkstellungen nur jeweils einer von ihnen eine Kraft auf den Bauteil ausübt;

c) die Kraft ist entweder null oder dem im Lenkmotor wirksamen Arbeitsdruck (p_A) proportional;

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d) die Kraft ist durch einen auf den jeweils wirksamen Rückwirkungskolben (49, 49') einwirkenden, steuerbaren Druck (Rückwirkungsdruck p_R) steuerbar.

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß als mit der Betätigungseinrichtung in Antriebsverbindung stehender Bauteil der oder die Ventilkolben (19, 19 ^l) eines Lenkventils dienen.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rückwirkungskolben (49₃ 49^r) in entgegengesetzten Richtungen einem Differenzdruck ausgesetzt sind, der gleich der Differenz zwischen dem im Lenkmotor wirksamen Arbeitsdruck (p„) und dem steuerbaren Rückwirkungsdruck (p_R) ist.

7. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Betätigungsflächen der Rückwirkungskolben (49, 49')j die zugleich zur Kraftübertragung auf den Bauteil (19, 19^l; 123) dienen, tauchen in je einen Rückwirkungsraum- (40, 4O¹X ein und

b) be-ide Rückwirkungsräume sind miteinander und mit einer Rückwirkungsleitung (47)· v-erbunden, die zu einer Vorrichtung (Einstellvorriehtung) zum Einstellen des Rückwirkungs-drucks führt.

8. Lenkeinrichtung nach Anspruch" T₃- geke-rrn-zei. ahne t durch- folgende Merkmale:-

a) Die Einstellvorrichtung irat zwei Verstelldross-eln (56,5-7

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b) die Verstelldrosseln sind hintereinander in eine Leitung (55) eingeschaltet, die von einer Hochdruckleitung (28) zu einer Rücklaufleitung (54) führt;

c) die Verstelldrosseln sind mit Hilfe eines mechanischen Koppelgliedes (59) gemeinsam derart betätigbar, daß die eine schließt während die andere öffnet und

d) die Rückwirkungsleitung (47) ist an einen Abgriff zwischen beiden Drosseln angeschlossen. (Fig. 1 und 3)

9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeich net durch folgende Merkmale:

a) Die Rückwirkungsleitung (47) ist an einen Raum (62) angeschlossen, der durch eine Drossel (63) Druckflüssigkeit aus einer Hochdruckleitung (28) erhält und

b) aus dem Raum (62) zu einer Rücklaufleitung (54) führen mindestens eine, insbesondere mehrere zu einander parallel angeordnete, einzeln betätigbare Schaltdrosseln (65, 66) (Fig. 4). ·

IQ. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltdrossel (65, 66) unterschiedlich große Dros~selquersch:nitt-e haben (Fig. 4).

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11. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, g e k e η η zeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Einstellvorrichtung weist eine Druckwaage (72) auf, die in einem Gehäuse (71) einen gegen eine Ventilfeder (93) verschiebbaren Stufenkolben (7*0 besitzt; ·

b) den der Ventilfeder entgegenwirkenden Betätigungsflächen (76, 78) des Stufenkolbens sind gegeneinander abgedichtete Betätigungsräume zugeordnet, die durch je ein Schaltventil (83, 84) entweder an eine Hochdruckleitung (28) oder an eine Rücklaufleitung (5*0 anschließbar sind und

c) die Rückwirkungsleitung (47) ist an den Federraum (91) der Druckwaage angeschlossen (Fig. 5).

12. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11. dadurch gekennzeichnet , daß digital schaltbare Drosseln (65, 66) oder Ventile (83, 84) der Einstellvorrichtung an den Prozessrechner (101) angeschlossen sind.

13. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß mechanische Betätigungsteile (insbesondere Stössel) von verstellbaren oder schaltbaren Drosseln (56, 57_S 65, 66) oder Ventilen (83, 84) der Einstellvorrichtung an Meßfühlern unmittelbar angebracht sind.

14. Lenkeinrichtung, nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß digital

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schaltbaren Drosseln (65, 66) oder Ventilen (83, 84) der Einstellvorrichtung elektrische Schalter zugeordnet sind, die am Schaltgetriebe des Kraftfahrzeugs derart angeordnet sind, daß bei niedrigen Gängen kleine, bei höheren Gängen größere Rückwirkungen erzielt werden.

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