DE102004003540A1

DE102004003540A1 - Servolenksystem

Info

Publication number: DE102004003540A1
Application number: DE102004003540A
Authority: DE
Inventors: Mizuo Atsugi Otaki; Masakazu Atsugi Kurata
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2004-08-19
Also published as: JP2004224185A; US20040149510A1; JP4015960B2; US7128182B2

Abstract

Ein Servolenksystem umfasst einen ersten und einen zweiten Ablassdurchgang, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang verbunden sind, und ein erstes und ein zweites Durchgangsumschaltventil, die an Verbindungen des ersten bzw. des zweiten Ablassdurchgangs und des ersten bzw. des zweiten Durchgangs angeordnet sind. Wenn eine Hydraulikpumpe arbeitet, um den hydraulischen Druck zum ersten Durchgang abzuführen, sieht das erste Durchgangsumschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des ersten Durchgangs vor und versperrt den ersten Ablassdurchgang. Und wenn die Hydraulikpumpe stoppt, sieht das erste Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des ersten Durchgangs und dem ersten Ablassdurchgang vor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servolenksystem zum Bereitstellen einer Lenkkraft und/oder einer Lenkunterstützungskraft durch Betätigen eines Hydraulikzylinders gemäß einem Eingangsdrehmoment von einem Lenkeingabemittel oder einer Lenkeingabevorrichtung wie z.B. einem Kraftfahrzeuglenkrad.

Wie in JP-A-57-201767 offenbart, umfasst das Servolenksystem typischerweise eine Lenksäule, die in der Mitte des Lenkrades montiert ist, eine Zahnstange, die am unteren Ende der Lenksäule angeordnet ist, einen Hydraulikzylinder oder einen Hydraulikstellantrieb, der mit der Zahnstange der Zahnverbindung (Zahnstange und Zahnrad) verbunden ist, eine Ölpumpe vom reversiblen Typ zum verhältnismäßigen Liefern von Hydraulikfluid oder -druck zu einer ersten und einer zweiten Hydraulikkammer, die durch einen Kolben des Hydraulikzylinders festgelegt sind, durch einen ersten und einen zweiten Durchgang und ein Bypassventil, das für einen Bypassdurchgang vorgesehen ist und zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang angeordnet ist, um den Bypassdurchgang zu öffnen und zu schließen.

Das Bypassventil ist derart konstruiert, dass ein Ventilelement gemäß den Steuerdrücken von Steuerdurchgängen, die mit zwei Auslassöffnungen der Ölpumpe verbunden sind, geöffnet oder geschlossen wird, was den Bypassdurchgang in Verbindung bringt oder absperrt.

Wenn ein gewöhnlicher Lenkvorgang nach rechts oder nach links während der Fahrzeugfahrt mit dem Lenkrad ausgeführt wird, erfasst ein Erfassungsmechanismus wie z.B. ein Lenkdrehmomentsensor das resultierende Lenkdrehmoment, um die Ölpumpe über eine Steuerschaltung in der normalen oder Rückwärtsrichtung zu drehen, was den Steuerdruck erzeugt. Dann wird das Bypassventil betätigt, um die Verbindung des Bypassdurchgangs abzusperren, so dass der Hydraulikdruck von der Ölpumpe verhältnismäßig zu den Hydraulikkammern geliefert wird, was eine Lenkunterstützungskraft für den Lenkvorgang bereitstellt.

Wenn andererseits der Erfassungsmechanismus während einer Geradeausfahrt mit mittlerer oder hoher Geschwindigkeit und dergleichen kein Lenkdrehmoment erfasst, wird der Betrieb der Ölpumpe gestoppt, um zu ermöglichen, dass das Bypassventil eine Verbindung des Bypassdurchgangs vorsieht. Dann kann Hydraulikfluid zwischen den Hydraulikkammern strömen, wobei ein Lenkvorgang nur durch eine Lenkkraft des Lenkrades erreicht wird.

Mit dem typischen Servolenksystem bildet jedoch der Hydraulikkreis einen normalerweise geschlossenen Kreislauf, in dem das Bypassventil selektiv sowohl den Steuerdruck auf der Auslassseite der Ölpumpe als auch den Steuerdruck auf der Saugseite derselben einführt, wobei der Bypassdurchgang gemäß einer Druckdifferenz dazwischen geöffnet oder geschlossen wird.

Wenn das Lenkrad aus der neutralen Position in einer Richtung gedreht wird, wird das Bypassventil folglich verschlossen, um zu veranlassen, dass der hydraulische Druck auf der Seite der einen Richtung auf die Hydraulikkammer wirkt. Wenn die Drehung des Lenkrades gestoppt wird, dann kommt die Ölpumpe im Allgemeinen aufgrund dessen, dass keine Fahrbahnlast auf die Räder wirkt, zu einem Stillstand. Obwohl eine Reaktionskraft von Federsystemen der Räder und dergleichen in der Richtung der Zurückführung des Lenkrades in die neutrale Position wirkt, wird in der Ölpumpe eine Rollreibung erzeugt, die den hydraulischen Druck vorsieht. Folglich wird das Bypassventil kontinuierlich verschlossen, was zu einem verschlechterten Bedienungsgefühl des Lenkrades führt, wenn es in die neutrale Position zurückgeführt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servolenksystem bereitzustellen, das ein ausgezeichnetes Bedienungsgefühl des Lenkrades ermöglicht, wenn es in die neutrale Position zurückgebracht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 14 bzw. 15 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung stellt im Allgemeinen ein Servolenksystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Drehmomentsensor; einen ersten und einen zweiten Durchgang, die jeweils einen Pumpenseitenteil und einen Zylinderseitenteil umfassen; einen Hydraulikzylinder mit einer ersten und einer zweiten Kammer, wobei die erste und die zweite Kammer mit dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang verbunden sind; eine Hydraulikpumpe, die einen hydraulischen Druck zu und von der ersten und der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders gemäß dem Lenkdrehmoment des Drehmomentsensors zuführt und abführt; einen Ablassdurchgang, der mit mindestens dem ersten und/oder dem zweiten Durchgang verbunden ist; und ein Umschaltventil, das an einer Verbindung des Ablassdurchgangs und des mindestens einen Durchgangs angeordnet ist, wobei, wenn die Hydraulikpumpe arbeitet, um den hydraulischen Druck zu dem mindestens einen Durchgang abzuführen, das Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs vorsieht und den Ablassdurchgang absperrt, und wobei, wenn die Hydraulikpumpe stoppt, das Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs und dem Ablassdurchgang vorsieht.

Die weiteren Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen ersichtlich, in welchen gilt:
1 ist ein Blockdiagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Servolenksystems zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein erstes Durchgangsumschaltventil zeigt;
3 ist eine Ansicht ähnlich zu 2, die die Betätigung des ersten Durchgangsumschaltventils zeigt; und
4 ist ein Diagramm ähnlich zu 1, das ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf die Zeichnungen wird ein Servolenksystem, das die vorliegende Erfindung verkörpert, beschrieben.
Mit Bezug auf 1–3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Mit Bezug auf 1 umfasst das Servolenksystem ein Lenkrad oder Lenkeingabemittel oder eine Lenkeingabevorrichtung 100, eine Lenksäule 101, die mit dem Lenkrad 100 gekoppelt ist und eine Abtriebswelle 101a am unteren Ende aufweist, eine Zahnverbindung 102, die an der Abtriebswelle 101a vorgesehen ist, einen Drehmomentsensor 103, der am unteren Ende der Abtriebswelle 101a angeordnet ist, zum Erfassen des Lenkdrehmoments des Lenkrades 100 und der Fahrbahneingabe vom rechten und vom linken Vorderrad, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 104 zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ein elektronisches Steuergerät (ECU) 105 zum Steuern einer Antriebs- und normalen/Rückwärtsdrehung eines Pumpenmotors 10 für eine Pumpe vom reversiblen Typ, wie später beschrieben wird, gemäß Erfassungssignalen aus dem Drehmomentsensor 103 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 104, einen Hydraulikzylinder 1, der mit der Zahnstange der Zahnverbindung 102 verbunden ist, und einen Hydraulikkreis 2 zum Liefern und Abführen von Hydraulikfluid oder -druck zum/vom Hydraulikzylinder 1. Das Servolenksystem umfasst ferner eine Batterie 106 zum Liefern von Leistung zum ECU 105 und eine Relaisschaltung 107.
Der Hydraulikzylinder 1 umfasst einen Zylinder 3, der sich in der Querrichtung des Fahrzeugs erstreckt, eine Kolbenstange 4, die durch den Zylinder 3 hindurch angeordnet ist und mit der Zahnstange der Zahnverbindung 102 verbunden ist, und einen Kolben 5, der verschiebbar im Zylinder 3 angeordnet ist und an der Kolbenstange 4 befestigt ist. Erste und zweite Hydraulikkammern 6, 7 werden im Zylinder 3 durch den Kolben 5 festgelegt.
Der Hydraulikkreis 2 umfasst ein Paar von ersten und zweiten Durchgängen 8, 9, deren eines Ende mit den Hydraulikkammern 6, 7 verbunden ist, eine Pumpe oder Hydraulikpumpe vom reversiblen Typ, die mit den anderen Enden der Durchgänge 8, 9 verbunden ist und einen Pumpenmotor 10, der in der normalen oder Rückwärtsrichtung durch einen Steuerstrom aus dem ECU 105 gedreht wird, und eine Ölpumpe 11 umfasst, einen ersten und einen zweiten Ablassdurchgang 13, 14, die vom ersten und vom zweiten Durchgang 8, 9 abgezweigt sind und jeweils ein stromabwärts liegendes Ende aufweisen, das mit einem Behälter 12 in Verbindung steht, welcher unter Atmosphärenbedingung steht, ein Paar von Durchgangsumschaltventilen 15, 16, die an den Abzweigungspunkten der Auslass- oder Ablassdurchgänge 13, 14 vom ersten und vom zweiten Durchgang 8, 9 angeordnet sind und gemäß einer Druckdifferenz zwischen den Pumpenseitenteilen 8a, 9a und den Zylinderseitenteilen 8b, 9b des ersten und des zweiten Durchgangs 8, 9 betätigt werden, und einen ersten und einen zweiten Behälter 19, 20 zum selektiven Zuführen von Kompensationshydraulikfluid zu beiden Seiten der Ölpumpe 11 über Rückschlagventile 17, 18, die an den Pumpenseitenteilen 8a, 9a vorgesehen sind.
Der Pumpenmotor 10 dient zum Steuern des Starts, Stopps und der normalen/Rückwärts-Drehung der Ölpumpe 11 durch einen Steuerstrom aus dem ECU 105 gemäß Erfassungssignalen, die durch den Drehmomentsensor 103 und den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 104 ausgegeben werden.
Die Auslassdurchgänge 13, 14 weisen miteinander verbundene stromabwärts liegende Enden auf, mit denen ein mit dem Behälter 12 in Verbindung stehender Auslassdurchgang 21 verbunden ist.
Mit Bezug auf 2 und 3 weisen die Durchgangsumschaltventile 15, 16 im Wesentlichen die gleiche Struktur auf, von welchen folglich eines, d.h. das erste Durchgangsumschaltventil 15, der Bequemlichkeit halber dargestellt ist. Mit Bezug auf 2 umfasst das erste Durchgangsumschaltventil 15 ein Gehäuse 22, ein Ventilloch 23, das im Gehäuse 22 ausgebildet ist, einen Ventilkörper 25 mit einem grob abgestuften Außendurchmesser, welcher durch eine Kappe 24 im Ventilloch 23 angeordnet und gehalten ist, und ein Kolbenventilelement 26, das verschiebbar im Ventilkörper 25 angeordnet ist.
Das Ventilloch 23 weist einen Innendurchmesser auf, der allmählich schrittweise in Richtung eines Vorderendes 23a verringert ist. Ein Ende des Pumpenseiten-Durchgangsteils 8a mündet in einen oberen Teil mit kleinem Durchmesser nahe dem Vorderende 23a des Ventillochs 23, wohingegen ein Ende des Zylinderseiten-Durchgangsteils 8b in einen ungefähr mittleren Teil des Ventillochs 23 mündet. Überdies mündet ein Ende des ersten Auslassdurchgangs 13 in einen unteren Teil des Ventillochs 23. Die Kappe 24 ist in einen äußeren Endteil des Ventillochs 23 mit maximalem Durchmesser durch einen Dichtungsring eingeschraubt.
Der Ventilkörper 25 ist ausgebildet, um innen einen Hohlraum vorzusehen, und weist einen oberen Endteil, der mit einem ersten Durchgangsloch 25a ausgebildet ist, welches mit dem Vorderende 23a des Ventillochs 23 in Verbindung steht, und einen ungefähr mittleren Teil, der mit einem zweiten Durchgangsloch 25b ausgebildet ist, welches mit dem offenen Ende des Zylinderseiten-Durchgangsteils 8b in Verbindung steht, auf. Überdies weist der Ventilkörper 25 einen unteren Endteil auf, der mit einem dritten Durchgangsloch 25c ausgebildet ist, welches mit dem Ende des ersten Auslassdurchgangs 13 in Verbindung steht. Eine Vielzahl von Dichtungsringen ist in vorbestimmten Positionen an der äußeren Umfangsfläche des Ventilkörpers 25 angeordnet, um eine Abdichtung zwischen dem Ventilkörper 25 und dem Ventilloch 23 auszuführen.
Das Kolbenventilelement 26 umfasst einen Schaft 26a, einen zylindrischen ersten Ventilteil 27, der an einem oberen Ende des Schafts 26a angeordnet ist, zum Vorsehen einer Verbindung oder einer Absperrung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangsloch 25a, 25b, einen scheibenförmigen zweiten Ventilteil 28, der in einer ungefähr mittleren Position des Schafts 26a angeordnet ist, zum Vorsehen einer Verbindung oder einer Absperrung zwischen dem zweiten und dem dritten Durchgangsloch 25b, 25c und einen zylindrischen Gleitteil 29, der an einem unteren Ende des Schafts 26a angeordnet ist.
Durch eine Vorspannkraft einer Schraubenfeder 30, die zwischen dem Boden einer in der Kappe 24 ausgebildeten Federkammer 24a und den Gleitteil 29 eingefügt ist, wird das Kolbenventilelement 26 in der Richtung vorgespannt, in der der erste Ventilteil 27 das erste Durchgangsloch 25a verschließt und der zweite Ventilteil 28 eine Verbindung zwischen dem zweiten Durchgangsloch 25a und dem dritten Durchgangsloch 25c vorsieht. Überdies umfasst das Kolbenventilelement 26 eine Drosselwelle 26b, die mit dem ersten Ventilteil 27 integriert ist, in der Mitte von dessen Oberseite, die an der Deckenfläche des Vorderendes 23a des Ventillochs 23 anliegt, um die meiste Aufwärtsbewegung durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 30 zu drosseln.
Eine erste ringförmige Kammer 25d und eine zweite ringförmige Kammer 25e sind im Ventilkörper 25 durch den ersten und den zweiten Ventilteil 27, 28 und den zweiten Ventilteil 28 und den Gleitteil 29 festgelegt. Die erste ringförmige Kammer 25d sieht nach Bedarf eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangsloch 25a, 25b vor, wohingegen die zweite ringförmige Kammer 25e eine Verbindung zwischen der ersten ringförmigen Kammer 25d und dem dritten Durchgangsloch 25c vorsieht.
Der erste Ventilteil 27 weist vier Aussparungen 31, die in der Oberseite ausgebildet sind und auf dem Umfang um ungefähr 90 Grad beabstandet sind, und eine Öffnung 32, die sich axial von der Oberseite der Aussparungen 31 erstreckt, um eine Verbindung zwischen dem Vorderende 23a des Ventillochs 23 und der ersten ringförmigen Kammer 25d vorzusehen, auf.
Ein Verbindungsdurchgang 33 mit ungefähr umgekehrter L-Form ist durch den Schaft 26a hindurch ausgebildet, um eine Verbindung zwischen der ersten ringförmigen Kammer 25d und der Federkammer 24a vorzusehen.
Wie in 1 gezeigt, sind Bypassdurchgänge 34, 35 zwischen den Pumpenseitenteilen 8a, 9a und den Zylinderseitenteilen 8b, 9b der Durchgänge 8, 9 angeordnet, um die Durchgangsumschaltventile 15, 16 zu umgehen.
Behälter 38, 39 sind mit den Bypassdurchgängen 34, 35 über Unterdruck-Rückschlagventile 36, 37 verbunden. Rückschlagventile 40, 41 sind zwischen den Unterdruck-Rückschlagventilen 36, 37 und der Ölpumpe 11 angeordnet, um eine Einströmung von Hydraulikfluid von den Rückschlagventilen 36, 37 in die Ölpumpe 11 zu ermöglichen.
Als nächstes wird die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn der Fahrer das Lenkrad 100 nicht dreht, um es in der neutralen Position für Geradeausfahren oder dergleichen zu halten, gibt das ECU 105 keinen Steuerstrom an den Pumpenmotor 10 aus, wobei sich die Ölpumpe 11 im Nicht-Betriebs-Zustand befindet. Da zwischen den Durchgängen 8, 9 keine Druckdifferenz auftritt, wird dann mit Bezug auf 1 und 2 die Drosselwelle 26b der Kolbenventile 26 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 30 bis zur obersten Position angehoben, wo sie an der Deckenfläche des Vorderendes 23a des Ventillochs 23 anliegt. Somit schließt der erste Ventilteil 27 das erste Durchgangsloch 25a und der zweite Ventilteil 28 sieht eine Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Durchgangsloch 25b, 25c durch die erste ringförmige Kammer 25d hindurch vor. Folglich stehen die Zylinderseiten-Durchgangsteile 8b, 9b durch die Auslassdurchgänge 13, 14 in Verbindung und münden in den Behälter 12, d.h. die Atmosphäre.
Daher kann das Lenkrad 100 in diesem Zustand manuell bedient werden.
Wenn das Lenkrad 100 dann beispielsweise nach rechts gedreht wird, wird die Ölpumpe 11 beispielsweise durch den Pumpenmotor 10 durch den Steuerstrom aus dem ECU 105 in der normalen Richtung angetrieben. Durch eine solche Pumpenwirkung wird Hydraulikfluid innerhalb des zweiten Durchgangs 9 angesaugt und an den Pumpenseitenteil 8a des ersten Durchgangs 8 ausgelassen.
Wie in 3 gezeigt, drückt das Hydraulikfluid innerhalb des Pumpenseiten-Durchgangsteils 8a den ersten Ventilteil 27 gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder 30 vom Vorderende 23a des Ventillochs 23 herab, wobei das Öffnen des ersten Durchgangslochs 25a und das Absperren der Verbindung zwischen der ersten und der zweiten ringförmigen Kammer 25d, 25e, d.h. zwischen dem zweiten und dem dritten Durchgangsloch 25b, 25c durch den zweiten Ventilteil 28 erzielt wird.
In dem Moment, in dem Hydraulikfluid innerhalb der ersten Hydraulikkammer 6 unmittelbar durch den ersten Durchgang 8 geliefert wird, wird daher Hydraulikfluid innerhalb des ersten Behälters 19 auch durch die Ölpumpe 11 und den ersten Durchgang 8 geliefert, was einen Mangel kompensiert. Damit wird der Hydraulikdruck innerhalb der ersten Hydraulikkammer 6 erhöht, wodurch eine ausreichende Unterstützungskraft erhalten wird.
Wenn Hydraulikfluid, das in das Vorderende 23a des Ventillochs 23 strömt, den ersten Ventilteil 27 herabdrückt, wie vorstehend beschrieben, strömt überdies eine kleine Menge an Hydraulikfluid durch die Öffnung 32 in die erste ringförmige Kammer 25d. Und wenn der erste Ventilteil 27 geringfügig nach unten bewegt wird, werden die Aussparungen 31 sofort der zweiten ringförmigen Kammer 25d zugewandt. Somit strömt Hydraulikfluid sofort in das zweite Durchgangsloch 25b, was zu einem verbesserten Reaktionsvermögen der Zufuhr zur ersten Hydraulikkammer 6 führt.
Wenn andererseits das Lenkrad 100 von der nach rechts gedrehten Position in die ursprüngliche Position zurückgebracht wird und dann nach links gedreht wird, arbeitet das ECU 105 zum Drehen der Ölpumpe 11 in der Rückwärtsrichtung durch den Pumpenmotor 10.
Im Gegensatz zum vorangehenden wird folglich Hydraulikfluid innerhalb der ersten Hydraulikkammer 6 und im zweiten Behälter 20 zum zweiten Durchgang 9 ausgelassen und durch das zweite Durchgangsumschaltventil 16 zur zweiten Hydraulikkammer 7 geliefert. Wenn der Antrieb des Pumpenmotors 10 vorübergehend gestoppt wird, um dadurch die Drehung der Ölpumpe 11 zu stoppen, wenn das Lenkrad 100 durch die neutrale Position hindurchgeht, dann wird das Kolbenventilelement 26 des ersten Durchgangsumschaltventils 15 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 30 angehoben, wie in 2 gezeigt, da der Hydraulikdruck innerhalb des ersten Durchgangs 8 niedrig wird.
Damit schließt der erste Ventilteil 27 das erste Durchgangsloch 25a, um die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangsloch 25a, 25b abzusperren und eine Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Durchgangsloch 25b, 25c durch die ringförmigen Kammern 25d, 25e vorzusehen. Folglich strömt Niederdruck-Hydraulikfluid innerhalb der ersten Hydraulikkammer 6 und des Zylinderseiten-Durchgangsteils 8b durch den ersten Auslassdurchgang 13 und wird an den Behälter 12 ausgelassen, welcher sich ungefähr auf dem Atmosphärendruck befindet.
Daher ist Hydraulikfluid, das durch die Ölpumpe 11 strömt, nur eine geringe Menge des Hydraulikfluids aus dem zweiten Behälter 20 zur Kompensation und nicht das Hydraulikfluid innerhalb des ersten Durchgangs 8, was die Verhinderung des Auftretens einer starken Pumpenreibung ermöglicht.
Dies führt zum möglichen Erreichen eines ausgezeichneten Lenkgefühls des Lenkrades 100.
Hinsichtlich der Betätigung des zweiten Durchgangsumschaltventils 16 sieht in derselben Weise wie mit Bezug auf 3 beschrieben, da das Kolbenventilelement 26 durch den Auslassdruck der Ölpumpe 11 nach unten bewegt wird, der erste Ventilteil 27 eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangsloch 25a, 25b vor und versperrt die Verbindung zwischen dem zweiten Durchgangsloch 25b und dem zweiten Auslassdurchgang 14. Somit wird Hydraulikfluid unmittelbar zur zweiten Hydraulikkammer 7 geliefert, was schnell eine Unterstützungskraft bereitstellt.
Wenn die Drehung des Lenkrades 100 nach links gewechselt wird, wie vorstehend beschrieben, und dieses erste Durchgangsumschaltventil 15 die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangsloch 25a, 25b absperrt und eine Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Durchgangsloch 25b, 25c vorsieht, strömt überdies ein Teil des im Vorderende 23a des Ventilochs 23 eingeschlossenen Hydraulikfluids durch die Öffnung 32 in die erste ringförmige Niederdruckkammer 25d. Dies ermöglicht die Aufhebung der Druckdifferenz vor und nach der Öffnung 32.
Folglich wird sichergestellt, dass das Kolbenventilelement 26 mit schneller Verschiebbarkeit ein schnelles und sicheres Absperren der Verbindung zwischen den Durchgängen 25a, 25b durch den ersten Ventilteil 27 durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 30 und auch eine schnelle und sichere Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Durchgangsloch 25b, 25c durch den zweiten Ventilteil 28 ausführt.
Das zweite Durchgangsumschaltventil 16 arbeitet in derselben Weise, wobei folglich das Reaktionsvermögen des Betriebs des Servolenksystems verbessert wird.
Wenn die Ölpumpe 11 in der Rückwärtsrichtung gedreht wird, um das Hydraulikfluid innerhalb der ersten Hydraulikkammer 6 durch den ersten Durchgang 8 hindurch in den zweiten Durchgang 9 strömen zu lassen, wird das Hydraulikfluid durch den Behälter 38, das Unterdruck-Rückschlagventil 36 auf der Seite des ersten Durchgangs 8 und den Bypassdurchgang 34 zum zweiten Durchgang 9 geliefert.
Folglich wird eine Zuführungsverzögerung von Hydraulikfluid zur zweiten Hydraulikkammer 9 verhindert, was eine weitere Verbesserung des Reaktionsvermögen des Unterstützungsvorgangs ermöglicht.
Mit Bezug auf 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches im Wesentlichen dasselbe ist wie das erste Ausführungsbeispiel, außer dass ein Gegendruck-Regelungsventil 42 für den Auslassdurchgang 21 vorgesehen ist, welches sich stromabwärts von den Auslassdurchgängen 13, 14 befindet, und Rückführungsdurchgänge 45, 46 zwischen dem ersten und dem zweiten Auslassdurchgang 13, 14 angeordnet sind, um das Hydraulikfluid, das in die Auslassdurchgänge 13, 14 strömt, zwangsweise über die Rückschlagventile 44, 43 zur zweiten und zur ersten Hydraulikkammer 7, 6 zurückzuführen.
Das Gegendruck-Regelungsventil 42 dient zum Halten des Hydraulikdrucks innerhalb des Hydraulikkreises 2 auf einem vorbestimmten Wert durch Aufbringen eines gegebenen Drucks von beispielsweise etwa 0,2 MPa auf das aus den Auslassdurchgängen 13, 14 an den Behälter 12 ausgelassenen Hydraulikfluids durch Vorspannen eines Kugelventilelements 42a in der Schließrichtung mit einem vorbestimmten Druck, der sich aus der Vorspannkraft einer Feder 42b ergibt.
Typischerweise kann im Hydraulikkreis 2 des Servolenksystems das Hydraulikfluid innerhalb der Hydraulikkammern 6, 7 und im ersten und im zweiten Durchgang 8, 9 aufgrund von Druckschwankungen und dergleichen unter dem Eintritt von Luft oder einer Fraktionierungsanomalie von gelöstem Gas, d.h. Aufschäumung, leiden.
Dann wird im zweiten Ausführungsbeispiel das Gegendruck-Regelungsventil 42 für den Auslassdurchgang 21 vorgesehen, um dem gesamten Hydraulikfluid im Hydraulikkreis 2 eine Druckkraft von etwa 0,2 MPa zu verleihen, was nicht zur zum Verhindern des Auftretens von Geräuschen und einer Verschlechterung des Lenkgefühls bei im Hydraulikfluid eingeschlossener Luft und dergleichen, sondern auch zur Verbesserung des Reaktionsvermögens des Betriebs des Servolenksystems aufgrund eines ausgezeichneten Anstiegs des Hydraulikdrucks innerhalb der Hydraulikkammern 6, 7 zum Zeitpunkt des Umschaltens und dergleichen führt.
Überdies wird ein Teil des in die Auslassdurchgänge 13, 14 strömenden Hydraulikfluids zwangsweise durch die Rückführungsdurchgänge 46, 45 zu den Hydraulikkammern 7, 6 geliefert, ohne durch das Gegendruck-Regelungsventil 42 zu strömen, wie durch die Pfeile in 4 gezeigt, was nicht nur zu einer Verringerung der Last auf das Gegendruck-Regelungsventil 42, sondern auch zu einer weiteren Verbesserung des Reaktionsvermögens des Betriebs des Servolenksystems aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit der Zufuhr zu den Hydraulikkammern 6, 7 durch zwangsweise Zufuhr von Hydraulikfluid führt.
Wenn die Drehung des Lenkrades nach rechts oder nach links gestoppt wird, wird, wie vorstehend beschrieben, der Betrieb der Hydraulikpumpe gestoppt, so dass das Durchgangsumschaltventil die Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs absperrt und eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil und dem Ablassdurchgang vorsieht. Somit wird das Niederdruck-Hydraulikfluid innerhalb des Hydraulikzylinders und des Zylinderseitenteils durch den Ablassdurchgang zur Außenseite ausgelassen, die ungefähr auf dem Atmosphärendruck liegt. Daher strömt das meiste des Hydraulikfluids innerhalb des mindestens einen Durchgangs nicht durch die Hydraulikpumpe, was eine Verhinderung des Auftretens einer starken Pumpenreibung ermöglicht. Dies führt zum Erzielen eines ausgezeichneten Lenkgefühls des Lenkrades.
Da das Kolbenventilelement miteinander integrierte erste und zweite Ventilteile umfasst, kann ferner das Umschalten des ersten und des zweiten Ventilteils durch Aufbringen und Nicht-Aufbringen des Hydraulikdrucks aus der Hydraulikpumpe ausgeführt werden.
Wenn die Hydraulikpumpe vom Betriebszustand in den Nicht-Betriebs-Zustand übergeht, strömt außerdem ein Teil des im Pumpenseitenteil des mindestens einen Durchgangs eingeschlossenen Hydraulikfluids durch die Öffnung in den Niederdruck-Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs, wodurch eine reibungslose Rückführung des Kolbenventilelements erhalten wird, was ein reibungsloses Umschalten des Durchgangs ermöglicht.
Selbst wenn die Hydraulikpumpe arbeitet, wird ferner das Vorderende des Kolbenventilelements auf der Seite des Pumpenseitenteils des mindestens einen Durchgangs durch den Ventilkörper gehalten, was eine reibungslose Betätigung des Kolbenventilelements ermöglicht, ohne dass eine Neigung desselben vorliegt.
Ferner kann Hydraulikfluid innerhalb der Federkammer aus dieser strömen, was eine reibungslose Betätigung des Kolbenventilelements ermöglicht.
Außerdem mündet das Ventilloch in die Außenseite des Gehäuses, was zu einer leichten maschinellen Bearbeitung des Ventillochs und Montage des Durchgangsumschaltventils führt.
Weiterhin kann die axiale Position des Kolbenventilelements zweckmäßig eingeschränkt werden, wenn die Hydraulikpumpe arbeitet.
Ferner wird das vom Pumpenseitenteil des mindestens einen Durchgangs gelieferte Hydraulikfluid nicht zum Ablassdurchgang ausgelassen, was ein effizientes Erreichen einer Lenkunterstützung ermöglicht.
Ferner wird Hydraulikfluid vom Hydraulikzylinder zur Hydraulikpumpe geliefert, ohne durch das Durchgangsumschaltventil zu strömen, wobei eine reibungslose Zirkulation von Hydraulikfluid erzielt wird, was eine Verbesserung des Reaktionsvermögens der Lenkunterstützung ermöglicht.
Außerdem wird verhindert, dass der Unterdruck innerhalb des Hydraulikkreises auftritt, wobei ein reibungsloser Lenkvorgang erhalten wird. Es wird angemerkt, dass der Hydraulikdruck innerhalb des Hydraulikkreises auf der Nicht-Aufbring-Seite negativ wird, wobei ein Einhakgefühl während des Lenkvorgangs auftreten kann.
Überdies ist das Gegendruck-Regelungsventil für den Ablassdurchgang vorgesehen, um dem gesamten Hydraulikfluid im Hydraulikkreis eine gegebene Druckkraft zu verleihen, was nicht nur zum Verhindern des Auftretens von Geräuschen und einer Verschlechterung des Lenkgefühls bei im Hydraulikfluid eingeschlossener Luft und dergleichen, sondern auch zur Verbesserung des Reaktionsvermögens des Betriebs des Servolenksystems aufgrund des ausgezeichneten Anstiegs des hydraulischen Drucks zum Zeitpunkt des Umschaltens und dergleichen führt.
Ferner sind das erste und das zweite Umschaltventil für den ersten bzw. den zweiten Durchgang vorgesehen, was zum Verhindern des Auftretens einer Pumpenreibung und zur Verbesserung der Steuergenauigkeit hinsichtlich des gesamten Hydraulikkreises führt.
Ferner wird ein Teil des Hydraulikfluids innerhalb des Hydraulikzylinders auf der Nicht-Aufbring-Seite zum Hydraulikzylinder auf der Aufbringseite durch den Rückführungsdurchgang geliefert, ohne durch die Hydraulikpumpe zu strömen, wodurch eine erhöhte Zuführungsgeschwindigkeit des Hydraulikfluids erhalten wird, was zur Verbesserung des Reaktionsvermögens des Betriebs des Servolenksystems führt.
Zusammenfassend umfasst ein Servolenksystem einen ersten und einen zweiten Ablassdurchgang, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang verbunden sind, und ein erstes und ein zweites Durchgangsumschaltventil, die an Verbindungen des ersten bzw. des zweiten Ablassdurchgangs und des ersten bzw. des zweiten Durchgangs angeordnet sind. Wenn eine Hydraulikpupe arbeitet, um den hydraulischen Druck zum ersten Durchgang abzuführen, sieht das erste Durchgangsumschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des ersten Durchgangs vor und versperrt den ersten Ablassdurchgang. Und wenn die Hydraulikpumpe stoppt, sieht das erste Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des ersten Durchgangs und dem ersten Ablassdurchgang vor.
Nachdem die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den erläuternden Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese begrenzt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann der Stopp des Betriebs der Pumpe vom reversiblen Typ in dem Fall auftreten, dass beim Wechseln der Drehrichtung des Lenkrades 100 es vorübergehend in der neutralen Position gehalten wird und dann nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit in eine andere Richtung gewechselt wird.
Überdies kann das Lenkeingabemittel 100 ein elektrisches Lenkeingabemittel wie z.B. einen Steuerhebel umfassen, ohne das Lenkrad 100 und die Lenksäule 101 zu verwenden.
Der gesamte Inhalt der Japanischen Patentanmeldung P2003-014153, eingereicht am 23. Januar 2003, wird hiermit durch den Hinweis aufgenommen.

Claims

Servolenksystem mit: einem Drehmomentsensor (103); einem ersten und einem zweiten Durchgang (8, 9), die jeweils einen Pumpenseitenteil (8a, 9a) und einen Zylinderseitenteil (8b, 9b) umfassen; einem Hydraulikzylinder (1) mit einer ersten und einer zweiten Kammer (6, 7), wobei die erste und die zweite Kammer mit dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang verbunden sind; einer Hydraulikpumpe (10, 11), die gemäß dem Lenkdrehmoment des Drehmomentsensors einen Hydraulikdruck zu und von der ersten und der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders liefert und abführt; einem Ablassdurchgang (13, 14), der mit mindestens dem ersten und/oder dem zweiten Durchgang verbunden ist; und einem Umschaltventil (15, 16), das an einer Verbindung des Ablassdurchgangs und des mindestens einen Durchgangs angeordnet ist, wobei, wenn die Hydraulikpumpe arbeitet, um den Hydraulikdruck zum mindestens einen Durchgang abzuführen, das Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs vorsieht und den Ablassdurchgang verschließt, und wenn die Hydraulikpumpe stoppt, das Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs und dem Ablassdurchgang vorsieht.
Servolenksystem nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil einen Ventilkörper (25), der mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern (25a, 25b, 25c) ausgebildet ist, die mit dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs und dem Ablassdurchgang in Verbindung stehen, ein Kolbenventilelement (26), das verschiebbar im Ventilkörper angeordnet ist und einen ersten Ventilteil (27) zum Öffnen und Schließen der Durchgangslöcher entsprechend dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil und einen zweiten Ventilteil (28) zum Öffnen und Schließen des Durchgangslochs entsprechend dem Ablassdurchgang umfasst, und ein elastisches Element (30) zum Vorspannen des Kolbenventilelements in der Richtung des Absperrens der Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil durch den ersten Ventilteil und zum Vorsehen einer Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil und dem Ablassdurchgang durch den zweiten Ventilteil umfasst.
Servolenksystem nach Anspruch 2, wobei der erste Ventilteil des Kolbenventilelements mit einer Öffnung zum Vorsehen einer Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs ausgebildet ist.
Servolenksystem nach Anspruch 2, wobei der erste Ventilteil des Kolbenventilelements mit einem vertieften Teil und einem nicht-vertieften Teil auf der Seite des Pumpenseitenteils des mindestens einen Durchgangs ausgebildet ist, wobei, wenn die Hydraulikpumpe arbeitet, der vertiefte Teil eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs vorsieht und der nicht-vertiefte Teil durch den Ventilkörper des Umschaltventils gehalten wird.
Servolenksystem nach Anspruch 2, wobei das elastische Element eine Schraubenfeder (30) umfasst, die in einer Federkammer (24a) untergebracht ist, die im Umschaltventil an einem Ende entgegengesetzt zum Pumpenseitenteil des mindestens einen Durchgangs ausgebildet ist, wobei das Kolbenventilelement des Umschaltventils mit einem Verbindungsdurchgang zum Vorsehen einer Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs und der Federkammer ausgebildet ist.
Servolenksystem nach Anspruch 2, welches ferner ein Gehäuse (22) umfasst, das das Umschaltventil aufnimmt, wobei das Gehäuse mit einem mit Boden versehenen Ventilloch (23) ausgebildet ist, wobei das Ventilloch eine mit einer Kappe (24) verdeckte Öffnung aufweist.
Servolenksystem nach Anspruch 6, wobei das Kolbenventilelement eine Drosselwelle (26b) umfasst, die an einem Ende auf der Seite des Pumpenseitenteils des mindestens einen Durchgangs angeordnet ist, wobei, wenn die Hydraulikpumpe stoppt, die Drosselwelle an einem Boden des Ventillochs anliegt, um die axiale Position des Kolbenventilelements zu drosseln.
Servolenksystem nach Anspruch 2, wobei das Umschaltventil derart konstruiert ist, dass, wenn die Hydraulikpumpe arbeitet, der zweite Ventilteil die Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs und dem Ablassdurchgang absperrt, dann der erste Ventilteil eine Verbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs vorsieht.
Servolenksystem nach Anspruch 1, welches ferner einen Bypassdurchgang (34, 35) umfasst, der zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs angeordnet ist, wobei der Bypassdurchgang das Umschaltventil umgeht und ein Rückschlagventil (40, 41) für den Bypassdurchgang vorgesehen ist, wobei das Rückschlagventil ermöglicht, dass Hydraulikfluid nur vom Zylinderseitenteil zum Pumpenseitenteil strömt.
Servolenksystem nach Anspruch 9, welches ferner ein Unterdruck-Rückschlagventil (36, 37) umfasst, das für den Bypassdurchgang in einer Position näher am Zylinderseitenteil als am Rückschlagventil vorgesehen ist, wobei, wenn der Unterdruck im Bypassdurchgang auftritt, sich das Unterdruck-Rückschlagventil öffnet, um Hydraulikfluid zum Pumpenseitenteil zu liefern.
Servolenksystem nach Anspruch 1, welches ferner ein Gegendruck-Regelungsventil (42) umfasst, das stromabwärts vom Ablassdurchgang angeordnet ist, wobei das Gegendruck-Regelungsventil den hydraulischen Druck innerhalb eines Hydraulikkreises auf einem vorbestimmten Wert hält.
Servolenksystem nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil für jeden des ersten und des zweiten Durchgangs vorgesehen ist.
Servolenksystem nach Anspruch 12, welches ferner einen ersten Rückführungsdurchgang (45), der den mit dem Umschaltventil des ersten Durchgangs verbundenen Ablassdurchgang und den Zylinderseitenteil des zweiten Durchgangs verbindet, einen zweiten Rückführungsdurchgang (46), der den mit dem Umschaltventil des zweiten Durchgangs verbundenen Ablassdurchgang und den Zylinderseitenteil des ersten Durchgangs verbindet, und ein erstes und ein zweites Rückschlagventil (43, 44), die für den ersten bzw. den zweiten Rückführungsdurchgang vorgesehen sind, umfasst, wobei jedes Rückschlagventil Hydraulikfluid vom Ablassdurchgang zum Zylinderseitenteil des entsprechenden Durchgangs strömen lässt.
Servolenksystem mit: einem Drehmomentsensor (103); einem ersten und einem zweiten Durchgang (8, 9), die jeweils einen Pumpenseitenteil (8a, 9a) und einen Zylinderseitenteil (8b, 9b) umfassen; einem Hydraulikzylinder (1) mit einer ersten und einer zweiten Kammer (6, 7), wobei die erste und die zweite Kammer mit dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang verbunden sind; einer Hydraulikpumpe (10, 11), die einen Hydraulikdruck zu und von der ersten und der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders gemäß dem Lenkdrehmoment des Drehmomentsensors liefert und abführt; einem ersten und einem zweiten Ablassdurchgang (13, 14), die mit dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang verbunden sind; einem ersten und einem zweiten Umschaltventil (15, 16), die an Verbindungen des ersten bzw. des zweiten Ablassdurchgangs und des ersten bzw. des zweiten Durchgangs angeordnet sind, wobei, wenn die Hydraulikpumpe arbeitet, um den Hydraulikdruck zum ersten oder zweiten Durchgang abzuführen, das entsprechende Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des einen Durchgangs vorsieht und den entsprechenden Ablassdurchgang absperrt, und wenn die Hydraulikpumpe stoppt, das entsprechende Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des einen Durchgangs und dem entsprechenden Ablassdurchgang vorsieht; einem ersten und einem zweiten Gegendruck-Regelungsventil, die stromabwärts vom ersten bzw. vom zweiten Ablassdurchgang angeordnet sind, wobei jedes Gegendruck- Regelungsventil den Hydraulikdruck innerhalb eines Hydraulikkreises auf einem vorbestimmten Wert hält; einem ersten Rückführungsdurchgang (45), der den mit dem ersten Umschaltventil verbundenen ersten Ablassdurchgang und den Zylinderseitenteil des zweiten Durchgangs verbindet; einem zweiten Rückführungsdurchgang (46), der den mit dem zweiten Umschaltventil verbundenen zweiten Ablassdurchgang und den Zylinderseitenteil des ersten Durchgangs verbindet; und einem ersten und einem zweiten Rückschlagventil (43, 44), die für den ersten bzw. den zweiten Rückführungsdurchgang vorgesehen sind, wobei jedes Rückschlagventil Hydraulikfluid vom entsprechenden Ablassdurchgang zum Zylinderseitenteil des entsprechenden Durchgangs strömen lässt.
Servolenksystem mit: einer Einrichtung zum Erfassen und Ausgeben eines Lenkdrehmoments (103); einem ersten und einem zweiten Durchgang (8, 9), die jeweils einen Pumpenseitenteil (8a, 9a) und einen Zylinderseitenteil (8b, 9b) umfassen; einem Hydraulikzylinder (1) mit einer ersten und einer zweiten Kammer (6, 7), wobei die erste und die zweite Kammer mit dem ersten bzw. dem zweiten Durchgang verbunden sind; einer Hydraulikpumpe (10, 11), die einen Hydraulikdruck zu und von der ersten und der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders gemäß dem Lenkdrehmoment der Einrichtung zum Erfassen und Ausgeben eines Lenkdrehmoments liefert und abführt; einem Ablassdurchgang (13, 14), der mit mindestens dem ersten und/oder zweiten Durchgang verbunden ist; und einem Umschaltventil (15, 16), das an einer Verbindung des Ablassdurchgangs und des mindestens ersten Durchgangs angeordnet ist, wobei, wenn die Hydraulikpumpe arbeitet, um den Hydraulikdruck zu dem mindestens einen Durchgang abzuführen, das Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpenseiten- und dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs vorsieht und den Ablassdurchgang absperrt, und wenn die Hydraulikpumpe stoppt, das Umschaltventil eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderseitenteil des mindestens einen Durchgangs und dem Ablassdurchgang vorsieht.