DE69523214T2

DE69523214T2 - Servolenkung

Info

Publication number: DE69523214T2
Application number: DE69523214T
Authority: DE
Inventors: Kyosuke Haga; Yoshiharu Inaguma; Hideya Kato; Mikio Suzuki
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2015-05-31
Also published as: JPH07323854A; EP0689985A1; JP3365447B2; US5651423A; EP0689985B1; DE69523214D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung, die mit einer motorbetriebenen Pumpe ausgestattet ist.

Erörterung des Standes der Technik:

Die Japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 3-29628, entsprechend GB-A-2079691, offenbart eine hydraulische Servolenkung, die mit einer motorbetriebenen Pumpe ausgestattet ist. Bei dieser Servolenkung wird der Strom des Motors zum Antreiben der Pumpe erfasst, um die Lenklast indirekt zu bestimmen, und der Motor wird auf der Basis des erfassten Stroms geregelt.
Bei einer solchen Servolenkung wird die Pumpe mit geringer Geschwindigkeit angetrieben oder wird gestoppt, wenn ein Lenkrad nicht betätigt wird. Daher kann die zum Antreiben der Pumpe erforderliche Energie verringert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur wird jedoch der Strom des Motors zum Antreiben der Pumpe zu einem Regler zurückgeführt, um die Rotationsgeschwindigkeit des Motors zu regeln, wodurch die Menge an Arbeitsfluid, das von der Pumpe abgegeben wird, geregelt wird. Folglich wird der Regler zum Regeln des Motors kompliziert, was zu erhöhten Kosten führt.
EP-A-0 302 594 offenbart ein Servolenksystem mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Merkmalen.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten hydraulischen Servolenkung, die die zum Antreiben einer Pumpe erforderliche Energie verringern kann, ohne die Komplexität eines Reglers der Vorrichtung zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten hydraulischen Servolenkung, die die Menge an Arbeitsfluid, das von der Pumpe zu einem Regelventil geliefert wird, gemäß dem Lastdruck der Pumpe, der sich als Reaktion auf einen Lenkvorgang ändert, regeln kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist außerdem die Bereitstellung einer verbesserten hydraulischen Servolenkung, die die zum Antreiben der Pumpe erforderliche Energie verringern kann, wenn ein Fahrzeug, in das die Servolenkung eingebaut ist, mit hoher Geschwindigkeit fährt.
Die vorliegende Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
In der vorliegenden Erfindung wird Arbeitsfluid, das von der motorbetriebenen Pumpe abgegeben wird, zum Niederdruckbereich umgeleitet, wenn der Lastdruck gering ist, d. h. wenn sich das Regelventil in einem neutralen Zustand befindet, wodurch die Menge an Druckfluid, das zum Regelventil geliefert wird, verringert wird. Folglich kann die von der Pumpe verbrauchte Energie verringert werden; wenn das Lenkrad nicht betätigt wird, währenddessen keine Hilfskraft erforderlich ist. Dies verringert den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs.
Da es auch nicht notwendig ist, die Rotationsgeschwindigkeit des Motors zu regeln, um den Energieverbrauch zu verringern, können die Kosten des Regelsystems zum Regeln der Durchflussrate verringert werden.
Bei der Servolenkung, die einen Regelmechanismus zum Senken der Rotationsgeschwindigkeit des Motors bei einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Struktur zur Umleitungsregelung verwendet, kann der Energieverbrauch verringert werden, selbst wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt. Folglich kann der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs weiter verringert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZUGEHÖRIGEN ZEICHNUNGEN

Verschiedene weitere Aufgaben, Merkmale und viele der zugehörigen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichterkannt, da dieselbe durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen besser verständlich wird, wenn sie in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet wird, in denen gilt:
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Gesamtstruktur einer Servolenkung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht des auf den Lastdruck reagierenden Ventils, das in der in Fig. 1 gezeigten Servolenkung verwendet wird;
Fig. 3 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen dem Lastdruck und der Durchflussrate von Fluid, das aus der Pumpe abgelassen wird, zeigt;
Fig. 4 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen dem Lastdruck und der Durchflussrate von Fluid, das zum Regelventil geliefert wird, zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Gesamtstruktur einer Servolenkung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Amplitude der zum Motor gelieferten Spannung zeigt; und
Fig. 7 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen dem Lastdruck und der Durchflussrate von Fluid; das zum Regelventil geliefert wird, zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN IM EINZELNEN

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Gesamtstruktur einer hydraulischen Servolenkung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Servolenkung umfasst eine Pumpe 11, die von einem Motor 10 angetrieben wird, einen Behälter 12, einen Kraftzylinder 13 zum Erzeugen einer Hilfskraft, die einen Lenkvorgang unterstützt, und ein Drehregelventil 14, das auf die Rotation eines Lenkrades reagiert, um die Zufuhr von Druckfluid von der Pumpe 11 zum Kraftzylinder 13 zu regeln.
Das Regelventil 14 ist mit variablen Drosseln V1, V2, V3 und V4 versehen, die in vier Durchgängen angeordnet sind, welche mit einem Ablassdurchgang 15 der Pumpe 11, einem Paar von Kammern 13A und 13B des Kraftzylinders 13 und dem Behälter 12 verbunden sind. Die Öffnungsflächen der variablen Drosseln V1, V2, V3 und V4 ändern sich als Reaktion auf einen Lenkvorgang.
Ein auf den Lastdruck reagierendes Ventil 20 ist zwischen dem Ablassdurchgang 15 und dem Behälter 12 (einem Bereich mit niedrigerem Druck) vorgesehen. Das auf den Lastdruck reagierende Ventil 20 leitet einen Teil des Druckfluids vom Ablassdurchgang 15 zum Behälter 12 um, wenn der Lastdruck gering ist, wodurch die Menge an Druckfluid, das zum Regelventil 14 geliefert wird, verringert wird. Wenn der Lastdruck zunimmt, stoppt das Ventil 20 das Umleiten, so dass die gesamte Menge an Druckfluid, das zum Ablassdurchgang 15 abgelassen wird, zum Regelventil 14 geliefert wird.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel des auf den Lastdruck reagierenden Ventils 20. In diesem Beispiel ist das auf den Lastdruck reagierende Ventil 20 als Patrone ausgebildet, die in eine Ventilbohrung 21 eingesetzt ist, welche in einem Gehäuse 11A der Pumpe 11 ausgebildet ist. Im Einzelnen umfasst das Ventil 20 eine Hülse 22, die in die Ventilbohrung 21 eingesetzt ist, einen Schieber 23, der in der Hülse 22 zur Gleitbewegung angeordnet ist, einen ringförmigen Sitz 24, der an einem Ende der Hülse 22 befestigt ist, und einen Stopfen 25, der in das offene Ende der Ventilbohrung 21 eingesetzt ist, um die Ventilbohrung 21 zu schließen. Der Sitz 24 weist eine Öffnung 26 darin auf, die geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Schiebers 23.
Ein konischer Ventilkegel 27 ist an einem Ende des Schiebers 23 befestigt, um die Öffnung 26 des Sitzes 24 zu öffnen und zu schließen. Der Ventilkegel 27 wirkt mit dem Sitz 24 zusammen, um eine Regeldrossel 28 zu bilden. Der Ventilkegel 27 wird sich geringfügig in radialer Richtung bezüglich des Schiebers 23 bewegen lassen, wodurch die Konzentrizität mit dem Sitz 24 bereitgestellt wird. Selbst wenn die Konzentrizität zwischen dem Schieber 23 und dem Sitz 24 aufgrund von Bearbeitungsfehlern, Montagefehlern und dergleichen mangelhaft ist, kann der Ventilkegel 27 folglich die Öffnung 26 des Sitzes 24 sicher schließen. Eine Feder 29 ist zwischen dem Schieber 23 und der Hülse 22 angeordnet. Die Feder 29 zwingt den Schieber 23 zu einer Bewegung in eine Richtung derart, dass sich der Ventilkegel 27 von der Öffnung 26 des Sitzes 24 trennt. Aufgrund der Federkraft der Feder 29 wird der Schieber 23 gewöhnlich in einer zurückgezogenen Position gehalten, die in Fig. 2 dargestellt ist, so dass die Öffnung der Regeldrossel 28 konstant gehalten wird.
Das Gehäuse 11A der Pumpe 11 ist mit Führungsdurchgängen 31 und 33 und einem Ablaufdurchgang 34 ausgebildet. Der Führungsdurchgang 31 führt das aus der Pumpe 11 abgelassene Fluid direkt in eine Federkammer 30, die auf einer Seite des Schiebers 23 ausgebildet ist. Der Führungsdurchgang 33 führt das aus der Pumpe 11 abgelassene Fluid über eine Dosieröffnung 32 und ausgeschnittene Teile 25A; die im Stopfen 25 ausgebildet sind, zur Öffnung 26 des Sitzes 24. Der Ablaufdurchgang 34 ist mit dem Führungsdurchgang 33 über die Öffnung 26 verbunden und lässt das Druckfluid, das vom Führungsdurchgang 33 geliefert wird, zum Behälter 12 ablaufen, wenn sich der Ventilkegel 27 von der Öffnung 26 des Sitzes 24 trennt.
Es wird angenommen, dass der Außendurchmesser des Schiebers 23 A1 ist und der Durchmesser der Öffnung 26 des Sitzes 24 A2 ist (A1 > A2), und die Drücke des zu den Führungsdurchgängen 31 und 33 gelieferten Fluids P1 bzw. P2 sind, und die Federkraft der Feder 29 F ist. In diesem Fall ist der Schieber 23 im Gleichgewicht, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist:
A1P1 = A2P2 + F
In dem Zustand, in dem die Regeldrossel 28 geöffnet wird, wird eine Differenz zwischen den Drücken P1 und P2 erzeugt. Die Druckdifferenz ist klein, wenn der Lastdruck gering ist, und die folgende Ungleichung ist erfüllt:
A1P1 - A2P2 < F (1)
Wenn der Lastdruck zunimmt, nimmt im Gegenteil die Differenz zwischen den Drücken P1 und P2 zu, und die folgende Ungleichung ist erfüllt:
A1P1 - A2P2 > F (2)
Das auf den Lastdruck reagierende Ventil 20 ist nicht auf das in Fig. 2 gezeigte Ventil begrenzt und andere Arten von Ventilen können verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie einen Teil des Druckfluids von dem Ablassdurchgang 15 zum Niederdruckbereich (Behälter 12) umleiten können und das Umleiten stoppen können, wenn der Lastdruck zunimmt.
In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 36 eine Motorantriebsschaltung zum Antreiben des Motors 10. Die Motorantriebsschaltung 36 versorgt den Motor 10 mit einer Spannung mit konstanter Amplitude, so dass sich der Motor 10 mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit dreht. Die Durchflussrate des Druckfluids, das von der Pumpe 11 zum Ablassdurchgang 15 abgelassen wird, nimmt jedoch allmählich ab, wenn der Lastdruck zunimmt, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Abnahme der Durchflussrate wird durch die Zunahme des Antriebsdrehmoments der Pumpe 11 und des internen Leckverlusts der Pumpe I 1 verursacht, die beide aufgrund der Zunahme des Lastdrucks auftreten.
Wenn bei der Servolenkung mit der vorstehend beschriebenen Struktur die Regelschaltung eingeschaltet wird, wird durch die Motorantriebsschaltung 36 eine Spannung mit konstanter Amplitude zum Motor 10 geliefert, so dass Druckfluid von der Pumpe 11 zum Ablassdurchgang 15 mit einer Durchflussrate, die der Rotationsgeschwindigkeit des Motors 10 entspricht, abgelassen wird. Das zum Ablassdurchgang 15 abgelassene Druckfluid wird zum Regelventil 14 geliefert.
Wenn sich das Regelventil 14 in einem neutralen Zustand befindet, ist der Lastdruck gering, so dass nur eine kleine Druckdifferenz zwischen entgegengesetzten Stirnflächen des Schiebers 23 des auf den Lastdruck reagierenden Ventils 20 erzeugt wird, welche Stirnflächen unterschiedlicher Druckaufnahmeflächen aufweisen. In diesem Fall ist die Ungleichung (1) erfüllt und der Ventilkegel 27 ist von der Öffnung 26 des Sitzes 24 getrennt, wie in Fig. 2 gezeigt. In diesem Zustand wird das Druckfluid, das über die Öffnung 32 zum Führungsdurchgang 33 geleitet wird, über die Öffnung 26 und den Ablaufdurchgang 34 zum Behälter 12 ablaufen lassen. Folglich wird die Durchflussrate des zum Regelventil 14 gelieferten Druckfluids auf die minimale Durchflussrate Q2 gesenkt, wie in Fig. 4 gezeigt. Folglich wird der Druckverlust aufgrund der variablen Drosseln des Regelventils 14 verringert, was zu verringertem Energieverbrauch führt.
Wenn das Regelventil 14 als Reaktion auf einen Lenkvorgang betätigt wird, werden beispielsweise die Öffnungsflächen der variablen Drosseln V 1 und V4 vergrößert, während die Öffnungsflächen der variablen Drosseln V2 und V3 verkleinert werden. Bei diesem Vorgang nimmt der Druck des von der Pumpe 11 abgelassenen Fluids, d. h. der Lastdruck, allmählich zu. Wenn der Lastdruck P1 erreicht, übersteigt die auf den Schieber 23 wirkende Vorschubkraft die durch die Feder 29 erzeugte Vorspankraft aufgrund einer Zunahme der Druckdifferenz zwischen der Stromaufwärts- und der Stromabwärtsseite der Öffnung 32 und der Differenz zwischen den Druckaufnahmeflächen der entgegengesetzten Enden des Schiebers 23. Folglich wird der Schieber 23 gegen die Feder 29 in einer Richtung vorgeschoben, so dass die Öffnung 26 des Sitzes 24 geschlossen wird, wodurch die Öffnungsfläche der Regeldrossel 28 verkleinert wird. Wenn der Lastdruck weiter zunimmt, wird die Regeldrossel 28 vollständig geschlossen, und die Menge an Fluid, das zum Behälter 12 umgeleitet wird, wird Null. Auf diese Weise wird die Durchflussrate des zum Regelventil 14 gelieferten Druckfluids von der minimalen Durchflussrate Q2 auf eine Rate nahe der maximalen Durchflussrate Q1 erhöht, wie in Fig. 3 gezeigt, so dass eine ausreichende Hilfskraft erzeugt wird.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist dieselbe wie die erste Ausführungsform, außer dass die Durchflussrate des zum Regelventil 14 gelieferten Fluids gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie dem Lastdruck geregelt wird.
In Fig. 5 bezeichnet die Ziffer 60 einen Sensor zum Erfassen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, welche vom Sensor 60 erfasst wird, wird in eine Motorantriebsschaltung 61 eingegeben. Die Motorantriebsschaltung 61 regelt die Amplitude der zum Motor 10 gelieferten Spannung gemäß dem in diese eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 10 abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wie in Fig. 6 gezeigt.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 10 vermindert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, wird die Menge an zum Regelventil 14 geliefertem Fluid verringert, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, im Vergleich zu dem Fall, in dem das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit fährt, wie in Fig. 7 gezeigt. Die Durchflussrate von Druckfluid, das zum Regelventil 14 geliefert wird, wird auch vermindert, wenn der Lastdruck gering ist, wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform. Folglich kann der Energieverbrauch weiter verringert werden.
Augenscheinlich sind zahlreiche Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts der vorstehend genannten Lehren möglich. Es sollte daher selbstverständlich sein, dass innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche die vorliegende Erfindung anders als speziell hierin beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

1. Servolenkung, umfassend:

eine Pumpe (11);

einen Kraftzylinder (13) zum Erzeugen einer Hilfskraft;

ein Regelventil (14), das mit der Pumpe (11), mit einem Paar von Kammern (13A, 13B) des Kraftzylinders (13) und mit einem Behälter (12) verbunden ist, wobei das Regelventil (14) auf einen Lenkvorgang reagiert, um das Druckfluid zu den Kammern (13A, 13B) des Kraftzylinders (13) zu liefern;

ein auf den Lastdruck reagierendes Ventil (20), das zwischen einem Ablassdurchgang (15), in den das Druckfluid von der Pumpe (11) abgegeben wird, und dem Behälter (12) vorgesehen ist; und einen Schieber (23), der in dem auf den Lastdruck reagierenden Ventil (20) angeordnet ist, zum Regeln einer variablen Drossel (28), die zwischen dem Schieber (23) und einem inneren Körper des auf den Lastdruck reagierenden Ventils (20) ausgebildet ist; wobei

das auf den Lastdruck reagierende Ventil (20) zum Umleiten des Druckfluids, das von der Pumpe (11) zum Regelventil (14) abgelassen wird, über die variable Drossel (28) zum Behälter (12) betätigbar ist, um eine Menge des zum Regelventil (14) gelieferten Druckfluids zu verringern, wenn sich das Regelventil in seinem neutralen Zustand befindet, und zum Erhöhen der Menge des Druckfluids; das zum Regelventil (14) geliefert wird, wenn der Lastdruck der Pumpe (11) auf die Betätigung des Regelventils (14) hin zunimmt; dadurch gekennzeichnet dass

die Pumpe (11) von einem Motor (10) angetrieben wird, welcher von einer Antriebsschaltung (36) angetrieben wird, um Druckfluid mit einer Durchflussrate abzugeben, die zur Rotationsgeschwindigkeit des Motors (10) proportional ist, und der Schieber (23) verschiedene Druckaufnahmeflächen aufweist, die an entgegengesetzten Enden des Schiebers (23) ausgebildet sind; zu welchen Flächen der Druck des Druckfluids im Ablassdurchgang (15) geleitet wird:

2. Servolenkung nach Anspruch 1, welche ferner folgendes umfasst:

einen Sensor (60) zum Erfassen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, und dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (11) zur Rotation mit einer Rotationsgeschwindigkeit, die der vom Sensor (60) erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, angetrieben wird.

3. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Lastdruck reagierende Ventil (20) ferner umfasst:

eine Hülse (22), in die der Schieber (23) des auf den Lastdruck reagierenden Ventils (20) verschiebbar eingepasst ist;

einen ringförmigen Sitz (24), der an einem Ende der Hülse (22) befestigt ist, wobei der ringförmige Sitz (24) eine Öffnung aufweist, die geringfügig kleiner als ein Außendurchmesser des Schiebers (23) ist; und

einen konischen Ventilkegel (27), der radial beweglich auf ein Ende des Schiebers (23) aufgesetzt ist, welcher anpassungsfähig ist, um die Öffnung des ringförmigen Sitzes (24) zu öffnen und zu schließen und jegliche Fehlausrichtung zwischen dem Schieber (23) und dem ringförmigen Sitz (24) zu kompensieren.

4. Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Lastdruck reagierende Ventil (20) ferner umfasst:

eine Feder (29), die den Schieber (23) in eine Richtung drückt, so dass der Ventilkegel (27) von der Öffnung des ringförmigen Sitzes (24) beabstandet ist, wenn sich das Regelventil (14) in seinem neutralen Zustand befindet, um das Druckfluid durch das auf den Lastdruck reagierende Ventil (20) hindurchströmen zu lassen, um es in den Behälter (12) ablaufen zu lassen, und auf die Betätigung des Regelventils hin (14) der Lastdruck zunimmt, um den Schieber (23) gegen die Feder (29, 58) in einer Richtung vorzuschieben, so dass die Öffnung des ringförmigen Sitzes (24) durch den Ventilkegel (27) geschlossen wird.