DE69324954T2

DE69324954T2 - Servolenkung

Info

Publication number: DE69324954T2
Application number: DE69324954T
Authority: DE
Inventors: Kyosuke Haga; Hironori Hibino; Yoshiharu Inaguma; Kiyotaka Kato; Masanori Natsume; Keiji Suzuki; Mikio Suzuki
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2013-03-17
Also published as: EP0562426B1; DE69324954D1; US5372214A; EP0562426A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servolenkgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zugrundeliegender Stand der Technik:

Herkömmlich werden sowohl ein hydraulisches als auch ein elektrisches Servolenkgerät verwendet. Bei den meisten hydraulischen Servolenkgeräten wird die Hydraulikpumpe durch einen Motor eines Fahrzeugs angetrieben. Bei einem derartigen Gerät wird die Hydraulikpumpe immer durch den Motor angetrieben, selbst wenn das Fahrzeug weiter geradeaus fährt, wobei keine Unterstützung zum Lenken erforderlich ist. Deshalb hat ein derartiges hydraulisches Servolenkgerät ein Problem eines großen Energieverlustes.
Bei dem elektrischen Servolenkgerät kann die Hydraulikpumpe weggelassen werden, weil eine Unterstützungskraft direkt durch einen Elektromotor erzeugt wird. Bei einem derartigen System wird der Elektromotor nur aktiviert, wenn die Unterstützung notwendig ist. Deshalb hat das elektrische Servolenkgerät den Vorteil, daß der Energieverlust kleiner als bei dem hydraulischen Servolenkgerät ist.
Jedoch hat im Vergleich der hydraulischen Bauart und der elektrischen Bauart die hydraulische Bauart eine höhere Betriebssicherheit, weil die Richtung einer Unterstützungskraft mechanisch bestimmt wird.
Bei dem elektrischen Servolenkgerät sind viele Maßnahmen getroffen worden, um seine Betriebssicherheit zu verbessern. Beispiele dafür umfassen das Hinzufügen einer Sicherheitsschaltung zum Verhindern eines Hochlaufens der Regelvorrichtung und einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer mechanischen Abnormität. Jedoch gab es die Anforderung, die Betriebssicherheit des Servolenkgeräts in weit höherem Maße zu verbessern.
Um der Anforderung zu genügen, ist das Servolenkgerät der Hybridbauart vorgeschlagen worden, bei dem eine Hydraulikpumpe nicht durch einen Motor eines Fahrzeugs, sondern durch einen Elektromotor angetrieben wird. Die Drehzahl des Motors wird beispielsweise in Übereinstimmung mit Fahrzuständen des Fahrzeugs geregelt, wodurch die Menge des dem Unterstützungskrafterzeugungsmechanismus zugeführten Betriebsfluids variiert wird.
Obwohl das Servolenkgerät der Hybridbauart eine höhere Betriebssicherheit hat, ist der Energieverlust verglichen mit dem elektrischen Servolenkgerät immer noch größer, weil die Hydraulikpumpe nicht gestoppt ist, selbst wenn der Fahrzeugmotor im Leerlaufzustand ist oder wenn das Fahrzeug weiter geradeaus fährt. Wenn die Pumpe unter derartigen Zuständen gestoppt würde, könnte die Pumpe nach einem Wiederbeginnen der Drehung der Pumpe ein unter Druck gesetztes Fluid nicht schnell ausgeben. Dies würde eine Verzögerung bei dem Unterstützungsbetrieb hervorrufen. Weiterhin ist bei dem Servolenkgerät der Hybridbauart die Pumpeneinheit, die eine Hydraulikpumpe und einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpe umfaßt, getrennt von dem Unterstützungskrafterzeugungsmechanismus montiert. Bei einem derartigen Gerät ist es notwendig, zum Verbinden der Pumpeneinheit mit dem Unterstützungskrafterzeugungs mechanismus lange Hydraulikleitungen zu verwenden. Als ein Ergebnis hieraus ist großer Platz erforderlich, um die Hydraulikleitungen einzubauen. Weil der Anschluß der Hydraulikleitungen ausgeführt wird, nachdem die Pumpeneinheit und der Unterstützungskrafterzeugungsmechanismus in dem Fahrzeug eingebaut sind, muß ein Anschließen der Hydraulikleitungen in kleinem Raum ausgeführt werden. Dies verschlechtert die Arbeitswirtschaftlichkeit.
Zum Beispiel ist in der Druckschrift EP-A-0 362 592 ein Servolenkgerät dieser Bauart offenbart, das die folgenden hydraulischen Komponenten aufweist:
ein Eingangselement in der Form einer mit einem Lenkrad eines Fahrzeugs mechanisch verbundenen Lenkwelle und ein mit einem Laufrad des Fahrzeugs mechanisch verbundenes Ausgangselement. Weiterhin ist eine Hydraulikpumpe angeordnet, die ein unter Druck gesetztes Fluid von einem Behälter zuführt und die durch einen Elektromotor angetrieben wird. Das unter Druck gesetzte Fluid wird auf einen Servozylinder aufgebracht, der zwei Kammern zum Erzeugen einer auf das Ausgangselement des Lenkmechanismus wirkenden Kraft hat. Stromaufwärts zu den Kammern ist ein Wegeventil angeordnet, das ansprechend auf die Drehung des Eingangselements derart betrieben wird, daß es das unter Druck gesetzte Fluid wahlweise an die Kammern abgibt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Servolenkgerät zu schaffen, das zum Verringern der durch das Servolenkgerät verbrauchten Energie geeignet ist, ohne dabei irgendeine Verzögerung bei dem Unterstützungsbetrieb hervorzurufen.
Diese Aufgabe wird durch ein verbessertes Servolenkgerät gelöst, das die technischen Merkmale gemäß dem Patentanspruch 1 hat.
Kurz gesagt, weist ein erfindungsgemäßes Servolenkgerät ein Eingangselement, mit dem ein Lenkrad mechanisch verbunden ist, ein mit einem lenkbaren Rad eines Fahrzeugs mechanisch verbundenes Ausgangselement, einen Hydraulikmotor, der mit dem Ausgangselement mechanisch verbunden ist und ein Paar Anschlüsse hat, denen ein unter Druck gesetztes Fluid wahlweise zugeführt wird, eine Hydraulikpumpe zum Pumpen eines Fluids von einem Behälter, so daß ein unter Druck gesetztes Fluid zuführt wird, und ein Wegeventil mit einem Einlaßanschluß und zwei Auslaßanschlüssen auf, das ansprechend auf eine Drehung des Lenkrads zum wahlweisen Abgeben des unter Druck gesetzten Fluids betreibbar ist, das durch die Hydraulikpumpe dem Paar Anschlüsse des Hydraulikmotors zugeführt wird. Das Servolenkgerät weist weiterhin einen Elektromotor zum Betreiben der Hydraulikpumpe, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Druckdifferenz zwischen dem Einlaßanschluß und dem Element der beiden Auslaßanschlüsse des Wegeventils, das den höheren Druck aufweist, und einen Regler auf, der für das Signal der Erfassungseinrichtung zum Aktivieren des Elektromotors nur verantwortlich ist, wenn die erfaßte Druckdifferenz geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Bei dieser Anordnung wird der Elektromotor nur beim Ausführen eines Lenkbetriebs angetrieben, wodurch die durch den Elektromotor verbrauchte Energie reduziert wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Ausgangselement des Servolenkgeräts aus einer Zahnstangenwelle, wobei das Servolenkgerät ein Getriebegehäuse zum Stützen der Zahnstangenwelle für eine axiale Bewegung darin aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Hydraulikpumpe und der Elektromotor an dem Getriebegehäuse montiert. Dieser Aufbau vereinfacht den Einbau des Servolenkgeräts in einem Fahrzeug.

KURZBESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN

Zahlreiche andere Ziele, Merkmale und viele der damit verbundenen Vorteile der Erfindung werden einfach erkannt, weil diese unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in Betracht gezogen werden.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das den gesamten Aufbau eines Servolenkgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Außenansicht des Servolenkgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ist eine vergrößerte und teilweise geschnittene Ansicht einer Pumpeneinheit und eines Servozylinders des in Fig. 2 gezeigten Servolenkgeräts;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Ventilabschnitts und eines Differentialdruckdetektors des in Fig. 2 gezeigten Servolenkgeräts;
Die Fig. 5(a) und 5(b) sind Schnittansichten des in Fig. 4 gezeigten Wegeventils;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die einen Wechsel eines Signals zeigt, das von dem Differentialdruckdetektor bezüglich einer Veränderung einer Druckdifferenz ausgegeben wird;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das den gesamten Aufbau eines Servolenkgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Die Fig. 8(a) und 8(b) sind schematische Veranschaulichungen der Regelventile, die ihre Betriebszustände zeigen;
Fig. 9 ist eine schematische Veranschaulichung eines Regelventils gemäß einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich erläutert.

Erstes Ausführungsbeispiel:

Fig. 1 ist ein Diagramm, das den gesamten Aufbau eines Servolenkgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 11 eine Eingangswelle, mit der ein Lenkrad 14 verbunden ist, und Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Ausgangswelle, die durch einen Torsionsstab mit der Eingangswelle 11 mechanisch gekoppelt ist, wie später erläutert werden wird.
Zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 sind ein inneres Ventil 19 und ein äußeres Ventil 20 angeordnet, so daß sie ein Wegeventil 17 bilden. Dieses Wegeventil 17 wird ansprechend auf eine relative Drehung zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 betrieben, so daß ein Versorgungsanschluß 21a mit einem der zwei Zylinderanschlüsse 22a und 23a in Verbindung steht, während der andere der Zylinderanschlüsse 22a und 23a mit einem Ableitanschluß 24a in Verbindung steht. Wie später beschrieben wird, sind das innere Ventil 19 und das äußere Ventil 20 mit einem Versorgungsdurchlaß 21, Zylinderdurchlässen 22 und 23 und einem Ableitdurchlaß 24 ausgebildet, die jeweils mit dem Versorgungsanschluß 21a, den Zylinderanschlüssen 22a und 23a und dem Ableitanschluß 24a in Verbindung stehen. Das Wegeventil 17 besteht aus einem in der Mittelstellung geschlossenen Ventilabschnitt und einem in der Mittelstellung offenen Ventilabschnitt. Der in der Mittelstellung geschlossene Ventilabschnitt umfaßt einen ersten Steg 19a, der an dem inneren Ventil 19 ausgebildet ist. Wenn das Wegeventil 17 in seiner neutralen Position ist, ist der Versorgungsdurchlaß 24 durch den ersten Steg 19a abgesperrt. Wenn nämlich das Wegeventil 17 betrieben wird, tritt eine relative Drehung zwischen dem inneren Ventil 19 und dem äußeren Ventil 20 auf, wobei der Versorgungsdurchlaß 21 mit einem der Zylinderdurchlässe 22 und 23 in Verbindung steht. Im Gegensatz dazu umfaßt der in der Mittelstellung offene Ventilabschnitt ein Paar zweiter Stege 19b, die an dem inneren Ventil 19 ausgebildet sind. Die zweiten Stege 19b regeln den Druck des den Zylinderdurchlässen 22 und 23 zugeführten Öls, wenn das Wegeventil 17 betrieben wird.
Die Ausgangswelle 12 ist an ihrem unteren Ende mit einem Zahnrad 25 ausgebildet, mit dem ein auf einer Zahnstangenwelle 27 ausgebildeter Zahnstangentrieb 26 in Eingriff gebracht ist. Die Zahnstangenwelle 27 wird durch ein Getriebegehäuse (in Fig. 1 nicht gezeigt) für eine Gleitbewegung gestützt. Mit der Zahnstangenwelle 27 ist ein Kolben 31 eines Servozylinders 30 gekoppelt, der eine Kraft für einen unterstützenden Lenkbetrieb erzeugt. Das Innere des Servozylinders 30 ist durch den Kolben 31 in eine rechtsliegende Kammer und in eine linksliegende Kammer unterteilt, wie es in Fig. 1 gesehen wird, die jeweils mit den Zylinderanschlüssen 22a und 23a des Wegeventils 17 in Verbindung stehen.
Bezugszeichen 40 stellt eine Hydraulikpumpe dar, die durch einen Elektromotor 50 angetrieben wird. Ein Einlaßanschluß der Pumpe 40 ist mit einem Behälter 48 verbunden, während ein Auslaßanschluß der Pumpe 40 über ein Rückschlagventil 41 und ein Verbindungsrohr 46 mit dem Versorgungsanschluß 21a des Wegeventils 17 verbunden ist. Bezugszeichen 47 bezeichnet einen Druckspeicher, der mit dem Verbindungsrohr 46 verbunden ist. Der Ableitanschluß 24a des Wegeventils 17 ist mit dem Behälter 48 verbunden.
Bezugszeichen 60 bezeichnet einen Differentialdruckdetektor, der durch ein Wechselventil 72 mit den rechtsliegenden und linksliegenden Kammern des Servozylinders 30 und außerdem mit dem Verbindungsrohr 46 in Verbindung steht. Der Differentialdruckdetektor 60 erfaßt eine Druckdifferenz zwischen einem Druck in dem Verbindungsrohr 46 und einem Höheren von Drücken in den rechtsliegenden und linksliegenden Kammern und gibt entsprechend der erfaßten Druckdifferenz ein Ausgabesignal aus. Das Ausgabesignal des Differentialdruckdetektors 60 wird einem Regler 90 zugeführt. Der Regler 90 ist mit dem Elektromotor 50 verbunden, so daß er den Elektromotor 50 regelt.
Der Regler 90 besteht hauptsächlich aus einem Mikroprozessor, einem Speicher und Schnittstellenleitungen. Wenn die Druckdifferenz zwischen einem Höheren von Drücken in den rechtsliegenden und linksliegenden Kammern und dem Druck in dem Verbindungsrohr 46 kleiner als ein vorbestimmter Differentialdruck P1 wird, wenn nämlich das Ausgabesignal des Druckdetektors 60 kleiner als ein vorbestimmter Wert V1 wird, aktiviert der Regler 90 den Elektromotor 50. Durch die Drehung des Elektromotors wird die Hydraulikpumpe 40 in einer vorbestimmten Richtung gedreht, so daß sie das Öl in den Behälter 48 pumpt.
Nachfolgend wird der Betrieb des Servolenkgeräts erläutert. Wenn die Hydraulikpumpe 40 durch den Elektromotor 50 angetrieben wird, wird ein unter Druck gesetztes Öl von der Hydraulikpumpe 40 ausgegeben und dann dem Druckspeicher 47 und dem Verbindungsrohr 46 zugeführt. Wenn das unter Druck gesetzte Öl dem Druckspeicher 47 zugeführt wird, wird das unter Druck gesetzte Öl in dem Druckspeicher 47 gespeichert. Weiterhin wird das dem Verbindungsrohr 46 zugeführte unter Druck gesetzte Öl an das Wegeventil 17 und den Differentialdruckdetektor 60 abgegeben. In Fällen, bei denen das Lenkrad 14 ohne Drehung an seiner neutralen Position gehalten wird, so daß das Fahrzeug weiter geradeaus fährt, wird keine relative Drehung zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 hervorgerufen. Weil das Wegeventil 17 in einem derartigen Zustand nicht betrieben wird, ist der Versorgungsdurchlaß 21 abgesperrt und es wird verhindert, daß er mit den Zylinderdurchlässen 22 und 23 in Verbindung steht. Weil die Zylinderdurchlässe 22 und 23 mit dem Ableitdurchlaß 24 in einem derartigen Zustand in Verbindung stehen, sind die Drücke an den Zylinderanschlüssen 22a und 23a oder die Drücke in den rechtsliegenden und linksliegenden Kammern des Servozylinders 30 gleich dem Druck in dem Behälter 48. Deshalb wird kein Hochdruck an den Differentialdruckdetektor 60 übertragen. In einem derartigen Zustand gibt der Differentialdruckdetektor 60 ein Ausgabesignal entsprechend dem Druck in dem Verbindungsrohr 46 aus. Weil der Elektromotor 50 nur aktiviert wird, wenn das Ausgabesignal kleiner als der Wert V1 wird, wird die Drehung des Elektromotors 50 gestoppt, wenn das Ausgabesignal des Differentialdruckdetektors 60 den Wert V1 erreicht, d. h., der Druck in dem Verbindungsrohr 46 erreicht den vorbestimmten Druck P1. Mit diesem Betrieb wird in dem Druckspeicher 47 eine vorbestimmte Menge von unter Druck gesetztem Öl gespeichert.
Wenn das Lenkrad 14 gelenkt wird, z. B. im Uhrzeigersinn, wird die Eingangswelle 11 in der gleichen Richtung gedreht, wodurch eine relative Drehung zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 hervorgerufen wird. Das Wegeventil 17 wird ansprechend auf die relative Drehung zwischen den Wellen 11 und 12 betrieben, so daß der Versorgungsdurchlaß 21 mit dem Zylinderdurchlaß 22 in Verbindung steht, während der Zylinderdurchlaß 23 mit dem Ableitdurchlaß 24 in Verbindung steht. Wenn der Zylinderdurchlaß 22 mit dem Versorgungsdurchlaß 21 in Verbindung steht, wird das in dem Druckspeicher 47 unter Druck gesetzte Öl über den Versorgungsanschluß 21a, den Versorgungsdurchlaß 21, den Zylinderdurchlaß 22 und den Zylinderanschluß 22a der linksliegenden Kammer des Servozylinders 30 zugeführt. Durch die Einführung des unter Druck gesetzten Öls in die linksliegende Kammer des Servozylinders 30 wird der Kolben 31 innerhalb des Zylinders 30 nach rechts bewegt, wodurch lenkbare Räder des Fahrzeugs über Verbindungsmechanismen (nicht gezeigt) gelenkt werden. Während dieses Betriebs wird das Öl in der rechtsliegenden Kammer des Servozylinders 30 durch den Ableitdurchlaß 24 und den Ableitanschluß 24a in den Behälter 48 abgeleitet.
Wenn der vorstehend erwähnte Lenkbetrieb begonnen wird, nimmt der Druck in dem Verbindungsrohr 46 ab, wobei der Druck an dem Zylinderanschluß 22a bzw. der Druck in der linksliegenden Kammer des Servozylinders 30 zunimmt. Deshalb wird die Druckdifferenz zwischen dem Zylinderanschluß 22a und dem Verbindungsrohr 46 klein. Weil die Druckdifferenz durch den Differentialdruckdetektor 60 erfaßt wird, nimmt das Ausgabesignal des Differentialdruckdetektors 60 ebenfalls ab und wird schließlich kleiner als der vorbestimmte Wert V1. Wenn das Ausgabesignal kleiner als der vorbestimmte Wert V1 wird, beginnt der Regler 90 die Drehung des Elektromotors 50, wodurch die Hydraulikpumpe 40 beginnt, ein unter Druck gesetztes Öl auszugeben. In Fällen, wo das Lenken des Lenkrads 14 fortwährend ausgeführt wird, wird die Hydraulikpumpe 40 durch den Elektromotor 50 fortwährend angetrieben, weil zwischen dem Verbindungsrohr 46 und dem Zylinderanschluß 22a keine Druckdifferenz hervorgerufen wird.
Nach dem Abschluß des Lenkbetriebs nimmt die relative Drehung zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 ab und wird schließlich zu Null, wodurch das innere Ventil 19 an seine neutrale Position bezüglich des äußeren Ventils 20 zurückkehrt. In einem derartigen neutralen Zustand wird der Versorgungsdurchlaß 21 durch den Stegabschnitt 19a wieder abgesperrt, so daß der Druck in dem Verbindungsrohr 46 zunimmt und das Ausgabesignal des Differentialdruckdetektors 60 in Übereinstimmung mit der Zunahme des Drucks ebenfalls zunimmt. Die Hydraulikpumpe 40 wird anschließend gestoppt, wenn das Ausgabesignal des Differentialdruckdetektors 60 den vorbestimmten Wert V1 erreicht.
Der gleiche Betrieb wird ebenfalls ausgeführt, wenn das Lenkrad 14 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Hydraulikpumpe 40 angetrieben, so daß sie ein unter Druck gesetztes Öl nur ausgibt, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Verbindungsrohr 46 und den Zylinderanschlüssen 22a und 23a kleiner als der vorbestimmte Druck P1 wird. Deshalb kann ein nutzloser Betrieb der Hydraulikpumpe 40 verringert werden, wodurch die durch den Elektromotor 50 verbrauchte Energie verringert werden kann. Weiterhin wird während eines Lenkbetriebs keine Verzögerung hervorgerufen, weil ein in dem Druckspeicher 47 gespeichertes unter Druck gesetztes Öl bei einer Druckabnahme des dem Wegeventil 17 zuzuführenden Öls ausgelassen wird.
Obwohl bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der vorbestimmte Wert V1 immer konstant bleibt, ist es möglich, den Wert V1 in Übereinstimmung mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abzuwandeln, so daß die Menge des dem Servozylinder 30 zugeführten unter Druck gesetzten Fluids verringert wird. Diese Abwandlung verwirklicht eine vorteilhaftere Charakteristik, bei der die durch den Servozylinder 30 erzeugte Unterstützungskraft in Übereinstimmung mit der Zunahme der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verringert wird.
Als nächstes wird der mechanische Aufbau des vorstehend erwähnten Servolenkgeräts unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis Fig. 5 erläutert.
Fig. 2 ist eine Außenansicht des Servolenkgeräts, mit Ausnahme des Behälters 48. In Fig. 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 9 ein Ventilgehäuse, in dem das Wegeventil 17 zusammengebaut ist, und ein Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Getriebegehäuse, durch das die Zahnstangenwelle 27 geführt ist und in dem der Servozylinder 30 vorgesehen ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine Pumpeneinheit unter Einschluß der Hydraulikpumpe 40, des Elektromotors 50 und des Druckspeichers 47 an Stützabschnitten 101 des Getriebegehäuses 10 befestigt, so daß die Drehachse des Elektromotors 50 parallel zu der Zahnstangenwelle 27 ist. Bezugszeichen 51 bezeichnet ein elastisches Element, das sich zwischen der Pumpeneinheit und den Stützabschnitten 101 befindet. Weiterhin wird ein Klotzelement 80 verwendet, das die Pumpeneinheit bezüglich des Getriebegehäuses 10 hält.
Obwohl eine beliebige Bauart einer Hydraulikpumpe, wie z. B. eine Flügelzellenpumpe, als die Hydraulikpumpe 40 verwendet werden kann, wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Pumpe der radialen Plungerkolbenbauart verwendet. Es ist nämlich ein Gehäuse 401 der Hydraulikpumpe 40 an der vorderen Endfläche des Elektromotors 50 befestigt, wobei der Pumpenmechanismus in dem Gehäuse 401 angeordnet ist. Die Ausgangswelle 51 des Elektromotors 50 ist durch das Gehäuse 401 gestützt. Ein exzentrischer Rotor 42 ist an der Ausgangswelle 51 befestigt, wobei eine Mehrzahl von Plungerkolben 41 durch das Gehäuse 401 gestützt ist, so daß innere Enden der Mehrzahl von Plungerkolben 41 mit dem Rotor 42 in Kontakt gebracht sind. Die Plungerkolben 41 werden bei der Drehung des Rotors 42 in radialer Richtung hin und her bewegt, so daß ein unter Druck gesetztes Öl ausgegeben wird. Ein Einlaßanschluß der Hydraulikpumpe 40 ist durch einen Schlauch 45 mit dem Behälter 48 verbunden, während ein Auslaßanschluß 44 (in Fig. 2 gezeigt) der Hydraulikpumpe 40 mit dem Versorgungsanschluß 21a des Wegeventils 17 durch das Verbindungsrohr 46 verbunden ist, das aus einem pulsationsabsorbierenden Schlauch 46a und einem Metallrohr 46b besteht. Das Rückschlagventil 41 ist in dem Gehäuse 401 angeordnet, so daß es sich zwischen dem Pumpenmechanismus und dem Auslaßanschluß 44 befindet. Weiterhin steht der Auslaßanschluß 44 durch einen in dem Gehäuse 401 ausgebildeten Verbindungsweg mit dem Druckspeicher 47 in Verbindung. Deshalb wird das unter Druck gesetzte Öl durch das Verbindungsrohr 46 zu dem Versorgungsanschluß 21a des Wegeventils 17 und außerdem zu dem Druckspeicher 47 geleitet.
In dem Ventilgehäuse 9 ist die Eingangswelle 11 in Ausrichtung mit der durch das Getriebegehäuse 10 gestützten Ausgangswelle 12 angeordnet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Eingangswelle 11 durch einen Torsionsstab 13 mechanisch mit der Ausgangswelle 12 verbunden ist. Wie in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt, ist das innere Ventil 19 an der äußeren Fläche der Eingangswelle 11 einstückig ausgebildet, während das äußere Ventil 20 in dem Ventilgehäuse 9 koaxial zum inneren Ventil 19 angeordnet ist und mechanisch mit der Ausgangswelle 12 gekoppelt ist. Wie vorstehend beschrieben, bilden das innere Ventil 19 und das äußere Ventil 20 das Wegeventil 17. In dem Ventilgehäuse 9 sind der Versorgungsanschluß 21a, die Zylinderanschlüsse 22a und 23a und der Ableitanschluß 24a ausgebildet, wobei diese Anschlüsse jeweils mit dem Versorgungsdurchlaß 21 und den in dem äußeren Ventil 20 ausgebildeten Zylinderdurchlässen 22 und 23 und dem in dem inneren Ventil 19 ausgebildeten Ableitdurchlaß 24 in Verbindung stehen. Die ausführliche Erläuterung wird weggelassen, weil die Fluidverbindungen zwischen den Anschlüssen in dem Ventilgehäuse 9 und den Durchlässen in dem inneren und äußeren Ventil 19 und 20 ähnlich sind zu denen von bekannten Drehservoventilen. Fig. 5(a) zeigt den Zustand, bei dem das innere Ventil 19 relativ zu dem äußeren Ventil 20 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, während Fig. 5(b) den Zustand zeigt, bei dem das innere Ventil 19 relativ zu dem äußeren Ventil 20 im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Weiterhin ist der Differentialdruckdetektor 60 an dem Ventilgehäuse 9 befestigt. Der Differentialdruckdetektor 60 weist ein an dem Ventilgehäuse 9 befestigtes Steuerkolbengehäuse 61 und einen an dem Steuerkolbengehäuse 61 befestigten Differentialübertrager 64 auf. Das Ventilgehäuse 61 ist mit einer Bohrung 62 ausgebildet, die parallel zu der Eingangswelle 11 ist, wobei ein Steuerkolben 63 in der Bohrung 62 für eine Gleitbewegung aufgenommen ist. Der Steuerkolben 63 hat einen größeren Durchmesserabschnitt 66 und ein Paar kleinere Durchmesserabschnitte 65a und 65b, die sich von beiden Endflächen des größeren Durchmesserabschnitts 66 in eine axiale Richtung erstrecken. Die äußere Fläche des größeren Durchmesserabschnitts 66 ist in Kontakt mit der Bohrung 62, so daß sie in der Bohrung 62 eine erste Druckkammer 70 und eine zweite Druckkammer 71 bildet. Die erste Druckkammer 70 ist durch Verbindungsdurchlässe 90 und 91 mit dem Versorgungsanschluß 21a verbunden, so daß sie von dem Verbindungsrohr 46 das unter Druck gesetzte Öl aufnimmt. Andererseits ist die zweite Druckkammer 71 durch Verbindungsdurchlässe 92 und 93 mit den Zylinderanschlüssen 22a und 23a und dem in dem Steuerkolbengehäuse 61 angeordneten Wechselventil 72 verbunden. Das Wechselventil 72 ist so konstruiert, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wobei eine Kugel 72a in einem Durchlaß angeordnet ist. Die Kugel 72a wird ansprechend auf eine Druckdifferenz zwischen den Zylinderanschlüssen 22a und 23a bewegt, so daß der Höhere von Drücken an den Zylinderanschlüssen 22a und 23a zu der zweiten Druckkammer 71 geleitet wird. In der zweiten Druckkammer 71 befindet sich eine Feder 67, so daß der größere Durchmesserabschnitt 66 in Richtung auf die erste Druckkammer 70 gedrückt wird. Deshalb wird der Steuerkolben 63 um einen Betrag entsprechend der Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Druckkammern 70 und 71 in Richtung auf die zweite Druckkammer 71 bewegt, wenn der Druck in der ersten Druckkammer 70 höher als der in der zweiten Druckkammer 71 wird. Der Differentialübertrager 64 besteht aus einem Kern 68, der an einem Ende des Steuerkolbens 63 befestigt ist, und Spulen 69, die derart angeordnet sind, daß sie den Kern 68 umschließen. Die Spulen 69 bestehen aus Primärspulen, die durch einen Oszillator heraustreten, und einer Sekundärspule zum Ausgeben eines Ausgabesignals. Wenn der Steuerkolben 63 in Richtung auf die zweite Druckkammer 71 bewegt wird, wird der Bewegungsbetrag durch den Differentialübertrager 64 erfaßt, so daß sich das Ausgabesignal in Übereinstimmung mit dem Bewegungsbetrag verändert. Weil der Steuerkolben 63 um einen Betrag entsprechend der Druckdifferenz zwischen den Zylinderanschlüssen 22a und 23a und dem Versorgungsanschluß 21a bewegt wird, stellt das Ausgabesignal des Differentialübertragers 64 die Druckdifferenz zwischen den Zylinderanschlüssen 22a und 23a und dem Versorgungsanschluß 21a dar. Das Ausgabesignal des Differentialübertragers 64 wird an den Regler 90 als das Ausgabesignal des Differentialdruckdetektors 60 zugeführt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Hydraulikpumpe 40 und das Wegeventil 17 mit einem relativ kurzen Verbindungsrohr verbunden werden, weil die Hydraulikpumpe 40 und der Elektromotor 50 an dem Getriebegehäuse 10 montiert sind. Weiterhin verringert dieser Aufbau einen Einbauraum für das Servolenkgerät. Weiterhin können die Anbringung der Hydraulikpumpe 40 und des Elektromotors 50 an das Getriebegehäuse 10 und der Anschluß des Verbindungsrohrs 46 an einem Ort außerhalb des Fahrzeugs ausgeführt werden, bevor das Servolenkgerät in dem Fahrzeug eingebaut wird. Dies erleichtert den Einbau des Servolenkgeräts.
Außerdem sind die Hydraulikpumpe 40 und der Elektromotor 50 in Reihe angeordnet, so daß sie eine Pumpeneinheit mit einer langen zylindrischen Form bilden, wobei sie parallel zu der Zahnstangenwelle 27 an dem Getriebegehäuse 10 angebracht sind, so daß verhindert wird, daß die Hydraulikpumpe 40 und der Elektromotor 50 von dem Getriebegehäuse 10 in einer radialen Richtung vorstehen. Dies verhindert, daß die Hydraulikpumpe 40 und der Elektromotor 50 mit anderen Vorrichtungen, wie z. B. einem Getriebe, in Störung gebracht werden. Weil die Hydraulikpumpe 40 und der Elektromotor 50 durch das elastische Element 51 an dem Getriebegehäuse 10 montiert sind, ist es weiter möglich zu verhindern, daß an der Hydraulikpumpe 40 erzeugte Vibrationen an das Getriebegehäuse 10 übertragen werden.
Wie vorstehend beschrieben, können wegen der Befestigung des Differentialdruckdetektors 60 an dem Ventilgehäuse 9, in dem das Wegeventil 17 zusammengebaut ist, der Differentialdruckdetektor 60 und das Ventil 17 durch Verbindungsdurchlässe über das Fluid miteinander verbunden werden, die in dem Ventilgehäuse 9 und dem Gehäuse des Differentialdruckdetektors 60 ausgebildet sind. Dies beseitigt die Notwendigkeit von zusätzlichen Verbindungsrohren zwischen dem Detektor 60 und dem Ventil 17 und macht den Einbau des Servolenkgeräts viel einfacher.

Zweites Ausführungsbeispiel:

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis Fig. 9 erläutert, bei denen Komponenten, die die gleichen sind wie jene bei dem ersten Ausführungsbeispiel, mit den gleichen Zeichen bezeichnet sind. Das Servolenkgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist weitestgehend gleich dem ersten Ausführungsbeispiel, mit Ausnahme der Konstruktion der Hydraulikpumpe 40. Die Hydraulikpumpe 40 besteht aus einer Flügelzellenpumpe mit einem bekannten Aufbau, bei dem eine Mehrzahl von Flügeln 243 in Flügelschlitzen 242 aufgenommen ist, die in einem Rotor 241 ausgebildet sind, wobei die äußeren Enden der Flügel eine Nockenfläche 244 eines Nockenrings berühren. Wenn der Rotor 241 gedreht wird, ändern sich die Volumina einer Mehrzahl von Pumpenkammern 245 zwischen jeden zweiten Flügeln 243, so daß ein Öl von dem Einlaßanschluß 246 angesaugt und unter Druck gesetzt wird, um von dem Auslaßanschluß 247 ausgelassen zu werden.
Weiterhin ist in dem Rotor 241 eine Staudruckkammer 248 ausgebildet, die mit den Flügelschlitzen 242 in Verbindung steht. Wie später erläutert werden wird, wird ein unter Druck gesetztes Öl von einem Regelventil 250 der Staudruckkammer 248 zugeführt, so daß die radiale Bewegung der Flügel 243 in eine Richtung nach außen verbessert wird.
Das Regelventil 250 hat einen Steuerkolben 251, der in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Bohrung gleitbar aufgenommen ist. Der Steuerkolben 251 wird in Übereinstimmung mit dem Gleichgewicht zwischen Drücken in Kammern 252 und 253 an beiden Enden des Steuerkolbens 251 und einer durch eine in der Kammer 253 angeordnete Feder 254 erzeugten Längskraft bewegt, wodurch eine Fluidverbindung zwischen Anschlüssen IPa, IPb und OP geregelt wird. Die Kammer 252 steht mit dem Verbindungsrohr 46 über einen Durchlaß 255 in Verbindung, so daß der Druck P0 in dem Verbindungsrohr 46 an die Kammer 252 übertragen wird, während die Kammer 253 mit dem Auslaßanschluß des Wechselventils 72 in Verbindung steht, so daß ein Höherer der Drücke an den Zylinderanschlüssen 22a und 23a an die Kammer 253 übertragen wird. Der Anschluß OP steht mit der Staudruckkammer 248 in Verbindung, während die Anschlüsse IPa und IPb mit dem Auslaßanschluß 247 der Hydraulikpumpe 40 und dem Verbindungsrohr 46 jeweils in Verbindung stehen.
Wenn das Lenkrad 14 nicht gedreht wird, ist der Druck P0 in dem Verbindungsrohr 46 hoch, wobei der Druck P1 an dem Auslaßanschluß des Wechselventils 72 niedrig ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert. In einem derartigen Zustand befindet sich der Steuerkolben 251 an einer Position, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, so daß der Anschluß OP mit dem Anschluß IPa in Verbindung steht, wodurch das unter Druck gesetzte Öl mit einem Druck P2 an dem Auslaßanschluß 247 der Hydraulikpumpe 40 zu der Staudruckkammer 248 geleitet wird. Wenn das Lenken des Lenkrads 14 begonnen wird, nimmt der Druck P0 in dem Verbindungsrohr 46 ab, während der Druck P1 an dem Auslaßanschluß des Wechselventils 72 zunimmt. In einem derartigen Zustand wird der Steuerkolben 251 in Richtung auf die Kammer 252 bewegt, wie es in Fig. 8(a) gezeigt ist, so daß die Fluidverbindung zwischen dem Anschluß IPa und dem Anschluß OP unterbrochen wird, wobei die Fluidverbindung zwischen dem Anschluß IPb und dem Anschluß OP hergestellt wird, wodurch ein unter Druck gesetztes Öl mit einem Druck P0 in dem Verbindungsrohr 46 an die Staudruckkammer 248 geleitet wird. Weiter, wenn als ein Ergebnis einer fortwährenden Drehung des Lenkrads 14 die Differenz zwischen Drücken P0 und P1 ungefähr Null wird, befindet sich der Steuerkolben 251 in seiner linksseitigen Endposition, wie es in Fig. 8(b) gezeigt ist, so daß die Fluidverbindung zwischen dem Anschluß IPa und dem Anschluß OP und die Fluidverbindung zwischen dem Anschluß IPa und IPb hergestellt werden.
Der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels wird gerichtet auf den Betrieb des Regelventils 250 erläutert.
Wenn das Fahrzeug weiter geradeaus fährt, wird die Hydraulikpumpe 40 gestoppt, wobei die Differenz zwischen dem Druck P0 in dem Verbindungsrohr 46 und dem Druck P1 an dem Auslaßanschluß des Wechselventils 72 hoch wird. In einem derartigen Zustand befindet sich der Steuerkolben 251 an einer Position, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, so daß das unter Druck gesetzte Öl mit einem Druck P2 an dem Auslaßanschluß 247 der Hydraulikpumpe 40 zu der Staudruckkammer 248 geleitet wird. Wenn das Lenken des Lenkrads 14 begonnen wird, beginnt auch eine Abnahme der Druckdifferenz zwischen dem Druck P0 und dem Druck P1. Ansprechend auf die Abnahme der Druckdifferenz wird der Steuerkolben 251 in Richtung auf die Kammer 252 bewegt, wie es in Fig. 8(a) gezeigt ist, so daß ein unter Druck gesetztes Öl mit einem Druck P0 in dem Verbindungsrohr 46 und in dem Druckspeicher 47 zu der Staudruckkammer 248 geleitet wird. Diese Bewegung des Steuerkolbens 251 tritt auf, bevor die Drehung der Hydraulikpumpe 40 begonnen wird. Die Flügel 243 in der Hydraulikpumpe 40 werden bei Beginn der Drehung der Hydraulikpumpe 40 mit Hilfe des unter Druck gesetzten Öls nach außen bewegt. Entsprechend wird das unter Druck gesetzte Öl einer vorbestimmten Menge von der Hydraulikpumpe 40 störungsfrei ausgelassen.
Weiterhin wird die Drehung der Hydraulikpumpe 40 wegen einer fortwährenden Drehung des Lenkrads 14 fortgesetzt, die Differenz zwischen Drücken P0 und P1 wird ungefähr zu Null und der Steuerkolben 251 befindet sich in seiner linksseitigen Endposition, wie es in Fig. 8(b) gezeigt ist, so daß der Anschluß OP mit dem Anschluß IPa und IPb in Verbindung steht. In einem derartigen Zustand wird das von der Hydraulikpumpe 40 ausgelassene unter Druck gesetzte Öl zu der Staudruckkammer 48 geleitet. Dies verbessert die Bewegung der Flügel 243 nach außen.
Ein in Fig. 9 gezeigtes Regelventil 150 kann anstatt des Regelventils 250 verwendet werden. Das Regelventil 150 umfaßt einen Steuerkolben 151 mit einer derartigen Form, so daß die Fluidverbindung zwischen dem Durchlaß 249 und den Durchlässen 257, 258 unterbrochen wird, wenn die Differenz zwischen den Drücken P0 und P1 groß ist. In einem derartigen Zustand ist das Öl in der Staudruckkammer 248 im wesentlichen eingeschlossen, selbst wenn eine geringe Menge an Öl durch kleine Spalte zwischen den Flügeln 243 und dem Rotor 241 leckt. Dies verhindert, daß sich die Flügel 243 nach innen in Richtung auf die Staudruckkammer 248 bewegen.
Das Servolenkgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat einen zusätzlichen Vorteil, daß ein unter Druck gesetztes Öl einer vorbestimmten Menge von der Hydraulikpumpe nach Beginn der Drehung der Hydraulikpumpe sofort ausgegeben werden kann. Deshalb ist es nicht notwendig, die Hydraulikpumpe fortwährend zu drehen, um zu verhindern, daß sich die Flügel 243 nach innen in Richtung auf die Staudruckkammer 248 bewegen.

Claims

1. Servolenkgerät, mit einem mit einem Lenkrad (14) mechanisch verbundenen Eingangselement (1);

einem mit einem Straßenrad eines Fahrzeugs mechanisch verbundenen Ausgangselement (12);

einer Hydraulikpumpe (40) zum Zuführen eines unter Druck gesetzten Fluids von einem Behälter (48);

einem Elektromotor (50) zum Antreiben der Hydraulikpumpe (40);

einem Servozylinder (30) zum Erzeugen einer Unterstützungskraft, der ein Paar Kammern hat; und

einem Wegeventil (17) mit einem mit der Hydraulikpumpe (40) verbundenen Einlaßanschluß (21a) und einem mit jeder der Kammern verbundenen Paar Auslaßanschlüsse (22a, 23a), wobei das Wegeventil (17) ansprechend auf eine Drehung des Eingangselements (11) zum wahlweisen Abgeben des unter Druck gesetzten Fluids an das Paar Kammern betrieben wird, gekennzeichnet durch

eine Erfassungseinrichtung (60,72) zum Erfassen einer Druckdifferenz zwischen dem Einlaßanschluß (21a) und dem Element des Paars der Auslaßanschlüsse (22a, 23a), das den höheren Druck aufweist; und

einen Regler (90) zum Aktivieren des Elektromotors (50), wenn die erfaßte Druckdifferenz geringer als ein vorbestimmter Wert ist.

2. Servolenkgerät nach Anspruch 1, wobei das Wegeventil (17) ein an dem Eingangselement (11) vorgesehenes erstes Ventilelement (20); und

ein an das Ausgangselement (12) mechanisch gekoppeltes zweites Ventilelement (19) aufweist, und wobei

die ersten und zweiten Ventilelemente (20, 19) derartige Öffnungen haben, um eine Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe und dem Servozylinder im wesentlichen abzusperren, wenn das erste Ventilelement (20) in seiner neutralen Position bezüglich des zweiten Ventilelements (19) ist.

3. Servolenkgerät nach Anspruch 2, weiterhin mit einem Druckspeicher (47) zum Speichern des unter Druck gesetzten Fluids, das durch die Hydraulikpumpe (40) zugeführt wird.

4. Servolenkgerät nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung (60, 72)

ein über das Fluid mit dem Paar der Auslaßanschlüsse (22a, 23a) verbundenes Druckwechselventil (72) zum Auswählen eines höheren Drucks des Paars der Auslaßanschlüsse (22a, 23a)

einen über das Fluid mit dem Druckwechselventil (72) verbundenen Druckumformer (63, 64) zum Umwandeln der Druckdifferenz in ein Signal aufweist.

5. Servolenkgerät nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikpumpe (40) aus einer Pumpe der Flügelzellenbauart besteht, die einen durch den Elektromotor (241) gedrehten Rotor (241) und mehrere Flügel (243) hat, die in mehreren in dem Rotor (241) ausgebildeten Flügelschlitzen (242) aufgenommen sind, weiterhin gekennzeichnet durch ein Regelventil (250) für ein radiales Führen des unter Druck gesetzten Fluids an untere Enden der Flügelschlitze (242), wenn der Elektromotor (50) aktiviert wird.

6. Servolenkgerät nach Anspruch 5, wobei das Regelventil (250) über das Fluid mit dem Druckwechselventil (72) und dem Einlaßanschluß (21a) des Wegeventils (21) in Verbindung steht.