DE69319990T2

DE69319990T2 - Hydraulische Servolenkung

Info

Publication number: DE69319990T2
Application number: DE69319990T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Nukata-Gun Aichi-Ken Fukumura; Kyosuke Anjo-Shi Aichi-Ken Haga; Yoshiharu Nagoya-Shi Aichi-Ken Inaguma; Hideya Nukata-Gun Aichi-Ken Kato; Katsuhisa Okazaki-Shi Aichi-Ken Mori; Mikio Hekinan-Shi Aichi-Ken Suzuki
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2013-10-20
Also published as: KR940008993A; EP0594137A2; EP0594137B1; US5515938A; EP0594137A3; KR100303114B1; DE69319990D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung:

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Einrichtung ist aus US-A-4 570 736 bekannt.

Diskussion der verwandten Technik:

Eine herkömmliche hydraulische Servolenkeinrichtung besteht aus einer Pumpe 1, einem Reservoir 2, einem Arbeitsbzw. Servozylinder 3 zum Erzeugen einer Hilfskraft und einem Drehschieber 4, wie in FIG. 1 dargestellt ist. Der Drehschieber 4 besteht aus einem Paar Brückenschaltungen mit variablen Mündungen 4A-4D bzw. 4E-4H. Wenn das Lenkrad 6 gedreht wird, wird der Drehschieber 4 so betätigt, daß das von der Pumpe 1 abgegebene, unter Druck gesetzte Fluid einer der Kammern des Servozylinders 3 zugeführt wird, während aus den anderen Kammern Fluid zum Reservoir 2 abgelassen wird. Obwohl der Servozylinder 3 in der Zeichnung so veranschaulicht ist, daß er in jeder der Brückenschaltungen C1 und C2 angeordnet ist, liegt der Zylinder 3 einfach vor.
Bei einer solchen Servolenkeinrichtung ist erwünscht, daß der Drehschieber 4 eine derartige Charakteristik aufweist, daß der Differenzdruck im Servozylinder 3 bei Drehwinkelstellungen nahe der Neutralstellung (Drehwinkelstellungen, die kleiner als eine vorbestimmte Winkelstellung θ1 sind) auf Null reduziert ist, wodurch die Erzeugung einer Hilfskraft gestoppt ist. Mit dieser Eigenschaft wird es möglich, dem Fahrer in der Nähe der Neutralstellung ein sicheres Lenkgefühl ähnlich dem bei einer Lenkeinrichtung ohne Servounterstützung zu vermitteln.
Der herkömmliche Drehschieber hat jedoch nicht die oben erwähnte erwünschte Charakteristik. In der herkömmlichen servolenkeinrichtung beginnen nämlich die Durchlaßquerschnitte bzw. Öffnungsflächen der variablen Mündungen 4A-4H sofort, sich als Antwort auf die Drehung des Lenkrades 6 zu vergrößern, selbst wenn sich das Lenkrad 6 nahe der Neutralstellung befindet. Demgemäß beginnt der Differenzdruck im Servozylinder 3 sofort zuzunehmen und erhöht sich allmählich mehr während der Drehwinkelzunahme.
Weil der Drehwinkel, bei dem die Servounterstützung begonnen wird, nicht klar ist, vermittelt die herkömmliche Servolenkeinrichtung in der Nähe der Neutralstellung dem Fahrer kein sicheres, sondern ein unbestimmtes Lenkgefühl.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine verbesserte Servolenkeinrichtung zu schaffen, um dem Fahrer ein verbessertes Lenkgefühl zu verschaffen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Servolenkeinrichtung zu schaffen, die den Energieverbrauch reduzieren kann.
Diese Aufgaben werden durch die Servolenkeinrichtung des Anspruchs 1 gelöst.
Kurz gesagt, schafft die vorliegende Erfindung eine Servolenkeinrichtung mit einer Fluidquelle zum Ausströmenlassen bzw. Abgeben von unter Druck gesetztem Fluid, einem Servozylinder, einem auf eine Betätigung eines Lenkrades ansprechenden Steuerventil zum Versorgen des Servozylinders mit unter Druck gesetztem Fluid von der Fluidquelle und einem Reservoir. Das Steuerventil hat einen ersten Steuerabschnitt zum Steuern des Stroms von unter Druck gesetztem Fluid von der Fluidquelle zum Reservoir und einen zweiten Steuerabschnitt zum Steuern des Stroms von unter Druck gesetztem Fluid zum Servozylinder. Der erste Steuerabschnitt weist einen die Fluidquelle und das Reservoir verbindenden Weg auf, wobei der Weg mit zumindest einer variablen Mündung eines Mitte-Offen-Typs (engl. center-open type) ausgebildet ist, die öffnet, wenn das Steuerventil in einem Neutralzustand ist. Der zweite Steuerabschnitt weist zwei Zufuhrwege auf, die mit der Fluidquelle und einem Paar Kammern des Servozylinders in Verbindung stehen, wobei jeder der Zufuhrwege mit einer variablen Mündung eines Mitte-Geschlossen-Typs (engl. center-close type) ausgebildet ist, die schließt, wenn das Steuerventil im Neutralzustand ist.
In der Servolenkeinrichtung mit dem oben erwähnten Aufbau wird der Differenzdruck im Zylinder extrem niedrig oder im wesentlichen gleich Null gehalten, wenn sich das Lenkrad bei einer Winkelstellung nahe der Neutralstellung befindet. In der Nähe der Neutralstellung wird daher das Lenkgefühl das gleiche wie das einer nicht unterstützten Lenkeinrichtung oder diesem ähnlich, wodurch ermöglicht wird, daß der Fahrer die Neutralstellung des Lenkrades fühlt. Dies erhöht auch das sichere Gefühl in der Nähe der Neutralstellung und läßt den Fahrer den Beginn einer Servounterstützung fühlen. Diese Eigenschaften verbessern das Lenkgefühl.
In einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die Servolenkeinrichtung ferner eine Stromratensteuereinrichtung auf, um die an das Steuerventil gelieferte Fluidmenge zu reduzieren, wenn das Steuerventil in der Neutralstellung ist, und die Menge des Fluids gemäß einer Zunahme im Gegendruck des Steuerventils zu erhöhen.
Gemäß dem oben erwähnten Aufbau wird es möglich, die Menge an unter Druck gesetztem Fluid zu reduzieren, die während eines Lenkbetriebs von der Pumpe geliefert wird, wodurch der Energieverbrauch der Pumpe verringert wird.
In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht die Fluidquelle aus einer Pumpe, und die Servolenkeinrichtung weist ferner einen Motor zum Antreiben der Pumpe, eine Feststellungseinrichtung zum Feststellen eines Lenkbetriebs des Lenkrades und eine Steuereinrichtung auf, um die Drehgeschwindigkeit des Motors als Antwort auf ein von der Feststellungseinrichtung ausgegebenes Signal zu steuern. Dieser Aufbau verringert ebenfalls die durch die Pumpe verbrauchte Energie.

KURZE BESCHREIBUNG DER BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN

Verschiedene andere Aufgaben, Merkmale und viele damit verbundene Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres richtig erkannt, weil dieselben durch Verweis auf die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
FIG. 1 ein Diagramm ist, das eine herkömmliche Servolenkeinrichtung darstellt;
FIG. 2 ein Diagramm ist, das eine Servolenkeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
FIG. 3 ein Schnitt ist, der den Aufbau des in FIG. 2 dargestellten Steuerventils zeigt;
FIG. 4 eine Teilvergrößerung des in FIG. 3 dargestellten Steuerventils ist;
FIG. 5 eine vergrößerte Darstellung des Teils A von FIG. 3 ist;
FIG. 6 eine vergrößerte Darstellung des Teils B von FIG. 3 ist;
FIG. 7 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem relativen Drehwinkel des Ventils und den effektiven Öffnungsflächen der variablen Mündungen darstellt;
FIG. 8 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem relativen Drehwinkel des Ventils und dem Differenzdruck im Servozylinder darstellt;
FIG. 9 ein Diagramm ist, das eine Servolenkeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
FIG. 10 eine Teilvergrößerung des in FIG. 9 dargestellten Steuerventils ist;
FIG. 11 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Laufgeschwindigkeit eines Motors und der Stromrate von unter Druck gesetztem Fluid darstellt, das von der in FIG. 9 dargestellten, auf die Geschwindigkeit ansprechenden Pumpe abgegeben wird;
FIG. 12 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem Gegendruck und der Stromrate von unter Druck gesetztem Fluid darstellt;
FIG. 13 eine vergrößerte Darstellung des Teils A' von FIG. 10 ist;
FIG. 14 eine vergrößerte Darstellung des Teils B' von FIG. 10 ist;
FIG. 15 eine vergrößerte Darstellung des Teils C' von FIG. 10 ist;
FIG. 16 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem relativen Drehwinkel des Ventils und den effektiven Öffnungsflächen der variablen Mündungen darstellt;
FIG. 17 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem relativen Drehwinkel des Ventils und dem Differenzdruck im Servozylinder darstellt;
FIG. 18 ein Diagramm ist, das eine Servolenkeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
FIG. 19 ein Diagramm ist, das eine Servolenkeinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Verweis auf die Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Erste Ausführungsform

Eine Servolenkeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform besteht aus einer Pumpe 10 (Quelle für unter Druck gesetztes Fluid), die durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird, um unter Druck gesetztes Fluid mit einer konstanten Rate abzugeben, einem Reservoir 11, einem Servozylinder 12 zum Unterstützen des Lenkvorgangs und einem Drehsteuerventil 14, das auf eine Drehung eines Lenkrades 13 anspricht, um den Strom von unter Druck gesetztem Fluid von der Pumpe 10 zum Servozylinder 12 zu steuern.
Wie in FIG. 3 und 4 dargestellt ist, besteht das Steuerventil 14 hauptsächlich aus einer für eine gemeinsame Drehung mit dem Lenkrad 13 gekoppelten Ventilwelle 15, einem Ventilkörper 16, der so angeordnet ist, daß er die Ventilwelle 15 koaxial umgibt, einer nicht veranschaulichten Torsionsfeder zum Verbinden der Ventilwelle 15 und des Ventilkörpers 16, und einem nicht veranschaulichten Ventilgehäuse zum Aufnehmen der oben erwähnten Komponenten. Der Ventilkörper 16 ist mit einem Lenkgestänge mechanisch verbunden, auf das eine durch den Servozylinder 12 erzeugte hydraulische Kraft angewandt wird. Sowohl die Außenfläche der Ventilwelle 15 als auch die Innenfläche des Ventilkörpers 16 sind mit einer Vielzahl (in dieser Ausführungsform acht) vertieften Abschnitten 15A oder 16A versehen, die in vorbestimmten Intervallen in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Zwei Arten von Steuerabschnitten, d.h. erste Steuerabschnitte 17 und zweite Steuerabschnitte 18, sind somit abwechselnd in Intervallen von 90 Grad in Umfangsrichtung zwischen der Ventilwelle 15 und dem Ventilkörper 16 ausgebildet, um den Strom von unter Druck gesetztem Fluid zu steuern.
Der erste Steuerabschnitt 17 besteht aus einer ersten Brückenschaltung C1 mit vier Fluidwegen L1, L2, L3 und L4, die mit der Pumpe 10 und dem Reservoir 11 verbunden sind, und vier variable Mündungen V1, V2, V3 und V4 sind in der Mitte der Fluidwege L1, L2, L3 bzw. L4 angeordnet. Jede der variablen Mündungen V1, V2, V3 und V4 ist vom sogenannten Mitte-Offen-Typ, dessen Ausgangszustand (Neutralzustand) in FIG. 5 dargestellt ist. Jede der variablen Mündungen V1, V2, V3 und V4 hat eine Charakteristik der Art, daß sich die Öffnungsfläche jeder Mündung gemäß einer relativen Drehung (Ventildrehwinkel) zwischen der Ventuwelle 15 und dem Ventilkörper 16 ändert, wie durch die Linie A1 in FIG. 7 veranschaulicht ist.
Der zweite Steuerabschnitt 18 besteht aus einer zweiten Brückenschaltung C2 mit vier Fluidwegen L5, L6, L7 und L8, die mit der Pumpe 10, beiden Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 und dem Reservoir 11 verbunden sind, und vier variable Mündungen V5, V6, V7 und V8 sind in der Mitte der Fluidwege L5, L6, L7 bzw. L8 angeordnet. Jede der variablen Mündungen V5 und V6, die mit der Pumpe 10 in Verbindung stehen, ist vom sogenannten Mitte-Geschlossen-Typ, und dessen Ausgangszustand ist in FIG. 6 dargestellt. Jede der mit dem Reservoir 11 in Verbindung stehenden variablen Mündungen V7 und V8 ist von einer Mitte-Offen-Bauart, und deren Ausgangszustand ist in FIG. 5 dargestellt. Jede der variablen Mündungen V5 und V6 hat eine Charakteristik der Art, daß sich die Öffnungsfläche jeder Mündung gemäß einer relativen Drehung (Ventildrehwinkel) zwischen der Ventilwelle 15 und dem Ventilkörper 16 ändert, wie durch die Linie A0 in FIG. 7 veranschaulicht. Jede der variablen Mündungen V7 und V8 hat eine derartige Charakteristik, daß sich die Öffnungsfläche jeder Mündung gemäß einer relativen Drehung (Ventildrehwinkel) zwischen der Ventilwelle 15 und dem Ventilkörper 16 ändert, wie durch die Linie A1 in FIG. 7 veranschaulicht.
Nun wird der Betrieb der Servolenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Wenn der Betrieb der Pumpe 10 eingeleitet wird, wird von der Pumpe 10 unter Druck gesetztes Fluid abgegeben und an die ersten und zweiten Brückenschaltungen C1 und C2 geliefert. Wenn das Lenkrad 13 nicht gedreht wird, d.h. das Steuerventil 14 in seinem Neutralzustand ist, sind die variablen Mündungen V5 und V6 der zweiten Brücke C2 geschlossen. In einem solchen Zustand wird unter Druck gesetztes Fluid nicht an den Servozylinder 12 geliefert, und es wird zugelassen, daß die beiden Fluidkammern 12A und 12B mit dem Reservoir 11 so in Verbindung stehen, daß die Innendrücke der Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 extrem niedrig oder gleich Null gehalten werden. Das von der Pumpe 10 abgegebene, unter Druck gesetzte Fluid wird durch die variablen Mündungen V1, V2, V3 und V4 der Brückenschaltung C1 ohne Widerstand zum Reservoir 11 abgelassen.
Wenn der Lenkbetrieb des Lenkrades 13 in bezug auf den Ventilkörper 16 eine Drehung der Ventilweile 15 z.B. im Gegenuhrzeigersinn erzeugt, wie in FIG. 3 veranschaulicht ist (in FIG. 4 die Richtung nach links), nehmen die Öffnungsflächen der variablen Mündungen V1 und V4 der ersten Brücke C1 zu, während die Öffnungsflächen der verbleibenden variablen Mündungen V2 und V3 abnehmen. Als Antwort darauf nimmt der Druck des von der Pumpe 10 abgegebenen Fluids, d.h. der Gegendruck des Steuerventils 14, allmählich zu. Der zwischen den Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 erzeugte Differenzdruck AP wird gleich Null gehalten, bis der Drehwinkel des Ventils 14 θ1 erreicht, weil die variablen Mündungen V5 und V6 der zweiten Brückenschaltung C2 geschlossen sind, bis der Drehwinkel des Ventils 14 θ1 erreicht. In der Neutralzone, in der der Drehwinkel des Ventils 14 kleiner als ei ist, wird es demgemäß möglich, zu verhindern, daß die Druckdifferenz ΔP zwischen den Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 zunimmt, wie durch die gestrichelte Linie in FIG. 8 veranschaulicht ist. In einem solchen Zustand kann dem Fahrer ein Lenkgefühl vermittelt werden, das dem in der nicht unterstützten Lenkeinrichtung ähnlich ist.
Wenn der Drehwinkel des Ventils 14 θ1 überschreitet, beginnt eine der variablen Mündungen V5 und V6, sich zu öffnen, so daß der Druck in der Fiuidkammer 12A des Servozylinders 12 zunimmt. Der Druck in der Fluidkammer( 12A zu dieser Zeit ist in Abhängigkeit von den Öffnungsflächen der variablen Mündungen V2 und V3 und der variablen Mündung V7 der zweiten Brückenschaltung C2 bestimmt. Der Differenzdruck zwischen den Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 nimmt zu, während die Öffnungsflächen der variablen Mündungen V2, V3 und V7 abnehmen, wodurch eine geeignete Unterstützungskraft erzeugt wird, um den Lenkvorgang des Lenkrades 13 zu unterstützen.
Weil die Funktion des Steuerventils 14 in dem Fall, in dem die Ventilwelle 15, wie in FIG. 3 veranschaulicht ist, im Uhrzeigersinn relativ gedreht wird, dieselbe wie die oben erwähnte Funktion ist, wird deren ausführliche Erläuterung weggelassen.
Wie oben erklärt wurde, wird in der Servolenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Differenzdruck im Zylinder extrem niedrig oder im wesentlichen gleich Null gehalten, wenn sich das Lenkrad bei einer Winkelstellung nahe der Neutralstellung befindet. Daher wird in der Nähe der Neutralstellung das Lenkgefühl das gleiche wie das in der nicht unterstützten Lenkeinrichtung, wodurch der Fahrer die Neutralstellung des Lenkrades fühlen kann. Dies erhöht auch das sichere Gefühl in der Nähe der Neutralstellung, und läßt den Fahrer den Beginn der Servounterstützung fühlen. Folglich kann die Servolenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dem Fahrer während des Lenkvorgangs ein verbessertes Gefühl vermitteln.

Zweite Ausführungsform:

In einer Servolenkeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein Steuerventil 14', das dem Steuerventil 14 ähnlich ist, in Kombination mit einer Pumpe 10' mit einem verbesserten Mechanismus zum Steuern der Stromrate von an das Steuerventil 14' geliefertem, unter Druck gesetztem Fluid verwendet.
Die Pumpe 10' besteht aus einer Pumpeinheit 20, ersten und zweiten Dosiermündungen 22 und 23, die in der Mitte eines Zufuhrdurchgangs 21 angeordnet sind, einer auf eine Geschwindigkeit ansprechenden Mündung 24, die mit dem Zufuhrdurchgang 21 parallel zur zweiten Dosiermündung 23 verbunden ist, und einem in der Mitte eines Umgehungsdurchgangs 25 angeordneten Umgehungsventil 26. Die auf eine Geschwindigkeit ansprechende Mündung 24 spricht auf eine Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite der ersten Dosiermündung 22 an, um ihre effektive Öffnungsfläche zu ändern. Der detaillierte Aufbau der variablen Mündung 24 ist im US-Patent Nr. 4 361 166 offenbart. Das Umgebungsventil 26 besteht aus einem Steuerschieber 26a, der auf eine Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und stromabwärtigen Seite der zweiten Dosiermündung 23 anspricht, um den Umgehungsdurchgang 25 zu öffnen, und einer Feder 27, die in einer Federkammer des Umgehungsventils 26 aufgenommen ist, um den Steuerschieber 26a in eine Richtung zum Schließen des Umgehungsdurchgangs 25 zu drängen. Die Federkammer ist über eine erste Steuermündung 30 mit dem Zufuhrdurchgang 21 und über ein Sicherheitsventil 38 mit dem Reservoir 11 verbunden.
Wenn die Drehgeschwindigkeit der Pumpeinheit 20 zunimmt, nimmt die Stromrate von von der Pumpeinheit 20 abgegebenem, unter Druck gesetztem Fluid zu, was eine Zunahme im Differenzdruck zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite der ersten Dosiermündung 22 bewirkt. Als Antwort auf die Zunahme des Differenzdrucks wird die Öffnungsfläche der variablen Mündung 24 kleiner und wird schließlich Null, wenn der Differenzdruck einen vorbestimmten Wert erreicht. Infolge der oben erwähnten Charakteristiken der variablen Mündung 24 zeigt die Pumpe 10 eine in FIG. 11 dargestellte Stromratencharakteristik. In FIG. 11 gibt N die Drehgeschwindigkeit der Pumpeinheit 20 an, während Q die Stromrate angibt.
Zwischen der Federkammer des Umgehungsventils 26 und dem Reservoir 11 sind eine zweite Steuermündung 32 und ein lastabhängiges bzw. auf Last ansprechendes Ventil 29 mit einem variablen Mündungsteil 28 in Reihe angeordnet. Der variable Mündungsteil 28 ist ganz geöffnet, wenn sich das Lenkrad 13 in der Neutralstellung befindet und der Gegendruck des Steuerventils 14' niedrig ist. Wenn der Gegendruck so erhöht wird, daß er höher als die durch eine im Ventil 29 aufgenommene Feder 31 erzeugte Kraft ist, wird die Öffnungsfläche des variablen Mündungsteils 28 verringert. Dies bewirkt eine Zunahme im Druck in der Federkammer des Umgehungsventils 26, die wiederum die Menge an umgeleitetem Fluid reduziert. Demgemäß nimmt die Stromrate von an das Ventil 14' geliefertem, unter Druck gesetztem Fluid zu. FIG. 12 ist eine graphische Darstellung, die eine Zunahme in der Stromrate Q von unter Druck gesetztem Fluid darstellt, welche als Antwort auf eine Zunahme des Gegendrucks P auftritt. In FIG. 9 bezeichnet Ziffer 37 einen Zufuhrschlauch zum Liefern von unter Druck gesetztem Fluid an das Steuerventil 14'.
Das Steuerventil 14' ist mit Ausnahme des folgenden das gleiche wie das in der ersten Ausführungsform verwendete Steuerventil 14.
In dieser Ausführungsform ist jede der variablen Mündungen V1, V2, V3 und V4 der ersten Brückenschaltung C1 ein Semi-Mitte-Offen-Typ (engl. semi center-open type), dessen Ausgangszustand in FIG. 13 dargestellt ist. Jede der variablen Mündungen V1, V2, V3 und V4 hat eine Charakteristik, wie durch die Linie A2 in FIG. 16 veranschaulicht ist. Jede der variablen Mündungen V5 und V6 der zweiten Brückenschaltung C2 ist vom Mitte-Geschlossen-Typ, dessen Ausgangszustand in FIG. 14 dargestellt ist. Jede der variablen Mündungen V7 und V8 der zweiten Brückenschaltung C2 ist vom Mitte- Offen-Typ, dessen Ausgangszustand in FIG. 15 dargestellt ist. Jede der variablen Mündungen V5 und V6 hat eine solche Charakteristik, wie durch die Linie A0 in FIG. 16 veranschaulicht ist. Jede der variablen Mündungen V7 und V8 hat eine solche Charakteristik, wie durch die Linie A1 in FIG. 16 dargestellt ist.
Nun wird die Funktion der Servolenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Das von der Pumpe 10' abgegebene, unter Druck gesetzte Fluid wird über die ersten und zweiten Dosiermündungen 22 und 23 an die ersten und zweiten Brückenschaltungen C1 und C2 geliefert. Wenn das Lenkrad 13 nicht gedreht wird, d.h. das Steuerventil 14' in seiner Neutralstellung ist, sind die variablen Mündungen V5 und V6 der zweiten Brücke C2 geschlossen. In einem solchen Zustand wird unter Druck gesetztes Fluid nicht an den Servozylinder 12 geliefert, und es wird zugelassen, daß die beiden Fluidkammern 12A und 12B mit dem Reservoir 11 in Verbindung stehen, so daß die Innendrücke der Fluidkammern 12A und 128 des Servozylinders 12 extrem niedrig oder gleich Null gehalten werden. Das von der Pumpe 10 abgegebene, unter Druck gesetzte Fluid wird durch die variablen Mündungen V1, V2, V3 und V4 der Brückenschaltung C1 ohne Widerstand zum Reservoir 11 abgeleitet.
In einem solchen Neutralzustand ist der variable Mündungsteil 28 des auf Last ansprechenden Ventils 29 ganz geöffnet, und die Federkammer des Umgehungsventils 26 steht mit dem Reservoir 11 durch die zweite Steuermündung 32 und den variablen Mündungsteil 28 in Verbindung. Demgemäß ist der Druck in der Federkammer des Umgehungsventils 26 niedrig, so daß sich der Steuerschieber 26a in seiner zurückgezogenen Stellung befindet. Daher ist der Umgehungsdurchgang ganz geöffnet. Bei diesem Betrieb wird ein großer Teil des von der Pumpeinheit 20 abgegebenen, unter Druck gesetzten Fluids durch der Umgehungsdurchgang 25 zum Reservoir 11 umgeleitet. Folglich wird die Stromrate Q des an die Brükkenschaltungen C1 und C2 gelieferten, unter Druck gesetzten Fluids auf Q1 reduziert, wie durch eine gestrichelte Linie in FIG. 11 dargestellt ist.
Wenn der Lenkvorgang des Lenkrades 13 eine Drehung der Ventuwelle 15 in bezug auf den Ventilkörper 16 erzeugt, nehmen die Öffnungsflächen der variablen Mündungen V1 und V4 der ersten Brücke C1 zu, während die Öffnungsflächen der verbleibenden variablen Mündungen V2 und V3 abnehmen, selbst wenn die relative Drehung der Ventilwelle 15 einen geringen Betrag hat. Als Antwort darauf nimmt der Druck des von der Pumpe 10 abgegebenen Fluids, d.h. der Gegendrück des Drehschiebers 14', nach und nach zu. Wenn der Gegendruck einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Steuerschieber 29a des auf Last ansprechenden Ventils 29 gegen die Feder 31 bewegt, so daß die Öffnung des variablen Mündungsteils 28 verringert und schließlich geschlossen wird, wenn der Gegendruck weiter zunimmt. Bei diesem Betrieb nimmt der Druck in der Federkammer des Umgehungsventils 26 so zu, daß der Schieber 26a bewegt wird, um den Umgehungsdurchgang 25 zu schließen. Demgemäß nimmt die Stromrate Q des an die Brückenschaltungen C1 und C2 gelieferten, unter Druck gesetzten Fluids zu, wie in FIG. 12 dargestellt ist. In FIG. 12 gibt P den Gegendruck des Steuerventils 14' an.
Wie oben erklärt wurde, nimmt der Druck des von der Pumpe 10' abgegebenen Fluids als Antwort auf eine Drehung des Lenkrades 13 allmählich zu. Der zwischen den Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 erzeugte Differenzdruck ΔP wird jedoch gleich Null gehalten, bis der Drehwinkel des Ventils 14' θ1 erreicht, weil die variablen Mündungen V5 und V6 der zweiten Brückenschaltung C2 geschlossen sind, bis der Drehwinkel des Ventils 14' θ1 erreicht. Folglich wird es in der Neutralzone, in der der Drehwinkel des Ventils 14' kleiner als θ1 wird, möglich, zu verhindern, daß der Differenzdruck ΔP zwischen den Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 zunimmt, wie durch die gestrichelte Linie in FIG. 17 veranschaulicht ist. In einem solchen Zustand kann dem Fahrer ein Lenkgefühl vermittelt werden, das dem in der nicht unterstützten Lenkeinrichtung ähnlich ist.
Wenn der Drehwinkel des Ventils 14' θ1 überschreitet, beginnt eine der variablen Mündungen V5 und V6, sich zu öffnen, so daß der Druck in einer der Fluidkammern 12A und 12B des Servozylinders 12 zunimmt. Die variablen Mündungen V2 und V3 oder V1 und V4 der ersten Brückenschaltung C1 werden gleichzeitig damit geschlossen. Danach wird das von der Pumpe 10' abgegebene, unter Druck gesetzte Fluid nur an die zweite Brückenschaltung C2 geliefert, so daß eine hydraulische Kraft zum Unterstützen des Lenkvorgangs erzeugt wird. Die Servolenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann die Stromrate von unter Druck gesetztem Fluid, die für den Servounterstützungsvorgang erforderlich ist, um die Hälfte reduzieren. Dies macht es möglich, die theoretische Fluidzufuhrmenge der Pumpeinheit 20 zu verringern, wodurch die durch die Pumpe 10' verbrauchte Energie verringert werden kann.
Die Servolenkeinrichtung in der obigen Ausführungsform verwendet eine auf eine Geschwindigkeit ansprechende Pumpe, welche die Stromrate von unter Druck gesetztem Fluid gemäß der Drehgeschwindigkeit der Pumpe ändert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf andere Arten einer Servolenkeinrichtung angewendet werden, in denen die Stromrate gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert oder ohne Rücksicht auf Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Pumpe oder der Fahrzeuggeschwindigkeit konstant gehalten wird.

Dritte Ausführungsform

Eine Servolenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist der zweiten Ausführungsform ähnlich; aber die Einrichtung ist so aufgebaut, daß die Stromrate von an den Drehschieber 14' geliefertem, unter Druck gesetztem Fluid gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird. In dieser Ausführungsform wird eine Pumpe 100 mit konstanter Verdrängung verwendet werden. Ferner ist zwischen der Federkammer des Umgehungsventils 26 und dem auf Last ansprechenden Ventil 29 ein elektromagnetisches Ventil 102 angeordnet, wie in FIG. 18 dargestellt ist. Die Öffnung des elektromagnetischen Ventils 102 wird gemäß der durch einen Geschwindigkeitssensor 101 festgestellten Fahrzeuggeschwindigkeit so gesteuert, daß die Öffnungsfläche des elektromagnetischen Ventils 102 gemäß einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert wird.

Vierte Ausführungsform

In dieser Ausführungsform wird die Pumpe 10 durch einen Elektromotor 120 angetrieben, wie in FIG. 19 dargestellt ist. Der Motor 120 wird auf der Basis einer durch einen Geschwindigkeitssensor 122 festgestellten Fahrzeuggeschwindigkeit und des durch einen Druckschalter 121 festgestellten Gegendrucks des Steuerventils 14' gesteuert. Die Ausgangssignale von dem Geschwindigkeitssensor 122 und dem Druckschalter 121 werden in ein Steuergerät 123 eingegeben. Das Steuergerät 123 berechnet auf der Basis der Eingangssignale ein Motorgeschwindigkeitssignal und gibt das Motorgeschwindigkeitssignal an eine Motorsteuereinheit 124 aus, die die Drehung des Motors 120 steuert. Das Steuergerät 123 steuert nämlich die Motorantriebseinheit 124 derart, daß die Drehgeschwindigkeit des Motors 120 zunimmt, wenn der Druck im Zufuhrdurchgang 21 als Antwort auf den Lenkvorgang des Lenkrades 13 zunimmt, und die Drehgeschwindigkeit des Motors 120 abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht.
Weil der Aufbau des Steuerventils 14' der gleiche wie der des in der zweiten und dritten Ausführungsform verwendeten Steuerventils ist, wird dessen Erklärung hier weggelassen.
Die Funktion der Servolenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird nun erläutert.
Wenn das Steuerventil 14' im Neutralzustand ist, strömt das von der Pumpe 10 abgegebene, unter Druck gesetzte Fluid über die variablen Mündungen V1, V2, V3 und V4 der Brückenschaltung C1 ohne Widerstand zum Reservoir 11. Daher ist der Druck im Zufuhrdurchgang, d.h. der Gegendruck des Steuerventils 14', niedrig, und der Druckschalter 121 gibt kein Signal ab. In einem solchen Fall wird der Motor 120 zum Antreiben der Pumpe 10 bei einer niedrigen Geschwindigkeit gedreht, so daß die Stromrate von von der Pumpe 10 abgegebenem, unter Druck gesetztem Fluid reduziert ist. Dies verringert die durch die Pumpe 10 verbrauchte Energie. Weil die variablen Mündungen V5 und V6 der zweiten Brücke C2 in einem solchen Neutralzustand geschlossen sind, wird das unter Druck gesetzte Fluid nicht an den Servozylinder 12 geliefert, und es wird zugelassen, daß seine beiden Fluidkammern über die variablen Mündungen V7 und V8 mit dem Reservoir 11 so in Verbindung stehen, daß die Innendrücke der Fluidkammern des Servozylinders 12 extrem niedrig oder gleich Null gehalten werden.
Wenn der Lenkvorgang des Lenkrades 13 eine Drehung der Ventuwelle 15 in bezug auf den Ventilkörper 16 erzeugt, nehmen die Öffnungsflächen der variablen Mündungen V1 und V4 oder V2 und V3 der ersten Brücke C1 zu, während die Öffnungsflächen der restlichen variablen Mündungen abnehmen, selbst wenn die relative Drehung der Ventilwelle 15 einen geringen Betrag hat. Als Antwort darauf nimmt der Druck des von der Pumpe 10 abgegebenen Fluids, d.h. der Gegendruck des Steuerventils 14', allmählich zu. Die variable Mündung V5 oder V6 der Brückenschaltung C2 beginnt zu öffnen, wenn der Ventildrehwinkel θ1 erreicht, und der Druck im Zufuhrdurchgang 21 erreicht den vorbestimmten Wert, wenn der Ventildrehwinkel 62 erreicht, wodurch der Druckschalter 121 eingeschaltet wird. Als Antwort auf ein EIN-Signal vom Druckschalter 121 erhöht das Steuergerät 123 die Drehgeschwindigkeit des Motors 120, so daß von der Pumpe 10 eine ausreichende Menge an unter Druck gesetztem Fluid abgegeben wird.
In dieser Ausführungsform wird der Beginn eines Lenkvorgangs unter Verwendung eines Drucksensors 121 festgestellt, der den Gegendruck des Steuerventils 14' feststellt. Der Beginn des Lenkvorgangs kann jedoch auf andere Art und Weise festgestellt werden, z.B. durch Feststellen des Winkels einer relativen Drehung des Steuerventils.
Weil in der obigen Ausführungsform der die Pumpe 10 antreibende Motor 120 gemäß dem Gegendruck des Steuerventils (Lastdruck) und der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird, ist es vorteilhaft, daß die Stromrate von unter Druck gesetztem Fluid auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie auch des Lenkvorgangs geändert werden kann. Die Steue rung auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit ist jedoch nicht wesentlich und kann weggelassen werden.
Zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Licht der obigen Lehren offensichtlich möglich. Es versteht sich daher, daß innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die vorliegende Erfindung auf andere Weise als speziell hierin beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann.

Claims

1. Servolenkeinrichtung mit einer Fluidquelle (10; 20; 100) zum Abgeben von unter Druck gesetztem Fluid, einem Servozylinder (12), einem auf eine Betätigung eines Lenkrades (13) ansprechenden Steuerventil (14; 14') zum Versorgen des Servozylinders (12) mit unter Druck gesetztem Fluid von der Fluidquelle (10; 20; 100), und einem Reservoir (11), worin das Steuerventil (14; 14') aufweist:

einen ersten Steuerabschnitt (17), der zumindest eine variable Mündung enthält, die den Fluidstrom von der Fluidquelle (10; 20; 100) zum Reservoir (11) gestattet, wenn das Lenkrad (13) in einer Neutralstellung ist, und den Fluidstrom nach und nach beschränkt, während das Lenkrad (13) aus der Neutralstellung in irgendeine Richtung gedreht wird; und einen zweiten Steuerabschnitt (18), der zwei variable Mündungen (V5, V6) enthält, die jeweils in zwei Zufuhrwegen (L5, L6) angeordnet sind, die mit der Fluidquelle (10; 20; 100) und Kammern (12A, 128) des Servozylinders (12) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß:

die variablen Mündungen (V5, V6) des zweiten Steuerabschnitts (18) im wesentlichen verhindern, daß Fluid von der Fluidquelle (10; 20; 100) an irgendeine der Kammern (12A, 128) des Servozylinders (12) geliefert wird, wenn das Lenkrad (13) nahe der Neutralstellung ist, und Fluid von der Fluidquelle (10; 20; 100) an eine der Kammern (12A, 12B) des Servozylinders (12) nach und nach zuführen, wenn das Lenkrad (13) aus der Nähe der Neutralstellung in irgendeine Richtung gedreht wird.

2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, worin:

der zweite Steuerabschnitt (18) ferner mit zwei weiteren variablen Mündungen (V7, V8) in zwei Ablaßwegen (L7, L8) versehen ist, die mit den Kammern (12A, 12B) des Servozylinders (12) und dem Reservoir (11) in Verbindung stehen, wobei die weiteren variablen Mündungen (V7, V8) den Fluidstrom von irgendeiner der Kammern (12A, 12B) des Servozylinders (12) zum Reservoir (11) gestatten, wenn das Lenkrad (13) in der Neutralstellung ist; und

der erste Steuerabschnitt (17) vier variable Mündungen (V1-V4) aufweist, die alle den Fluidstrom von der Fluidquelle (10; 20; 100) zum Reservoir (11) gestatten, wenn das Lenkrad (13) in der Neutralstellung ist.

3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, worin:

der zweite Steuerabschnitt (18) ferner mit zwei weiteren variablen Mündungen (V7, V8) in zwei Ablaßwegen (L7, L8) versehen ist, die mit den Kammern (12A, 12B) des Servozylinders (12) und dem Reservoir (11) in Verbindung stehen, wobei die weiteren variablen Mündungen (V7, V8) den Fluidstrom von irgendeiner der Kammern (12A, 12B) des Servozylinders (12) zum Reservoir (11) gestatten, wenn das Lenkrad (13) in der Neutralstellung ist;

der erste Steuerabschnitt (17) vier variable Mündungen (V1-V4) aufweist, von denen jede einen Nicht-Überdeckungsbetrag (engl. underlapping amount) (θ2) aufweist, der kleiner als ein Nicht-Überdeckungsbetrag (θ3) von jeder der beiden variablen Mündungen (V7, V8) ist, die in den Ablaßwegen (L7, L8) des zweiten Steuerabschnitts (18) angeordnet sind, wenn das Lenkrad (13) in der Neutralstellung ist; und

die variablen Mündungen (V1-V4) des ersten Steuerabschnitts (17) einen Großteil des durch den ersten Steuerabschnitt (17) durchgehenden Fluidstroms beschränken, wenn die variablen Mündungen (V5, V6) des zweiten Steuerabschnitts (18) beginnen, einer der Kammern (12A, 12B) des Servozylinders (12) Fluid wesentlich zuzuführen.

4. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, worin die variablen Mündungen (V5, V6) des zweiten Steuerabschnitts (18) beginnen, einer der Kammern (12A, 12B) des Servozylinders (12) Fluid wesentlich zuzuführen, nachdem das Lenkrad (13) um einen vorbestimmten Winkel (θ1) aus der Neutralstellung in irgendeine Richtung gedreht ist, so daß durch den Servozylinder (12) keine Servounterstützung erzeugt wird, bis das Lenkrad (13) über den vorbestimmten Winkel (θ1) hinaus aus der Neutralstellung gedreht ist.

5. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Stromratensteuereinrichtung zum Reduzieren der Menge an an das Steuerventil (14') geliefertem Fluid, wenn das Steuerventil (14') in der Neutralstellung ist, und Erhöhen der Menge des Fluids gemäß einer Zunahme im Gegendruck des Steuerventils (14').

6. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 5, worin die stromratensteuereinrichtung aufweist:

eine Dosiermündung (23), die in einem Zufuhrdurchgang (21) angeordnet ist, durch den unter Druck gesetztes Fluid an das Steuerventil (141) geliefert wird;

ein Umgehungsventil (26), das auf einen Druckabfall über die Dosiermündung (23) anspricht, um einen Teil eines von der Fluidquelle (20; 100) abgegebenen, unter Druck gesetzten Fluids zum Reservoir (ii) umzuleiten; und

eine auf Last ansprechende Einrichtung, die auf den Gegendruck des Steuerventils (14') anspricht, um das Umgehungsventil (26) zu steuern, um die Menge an zum Reservoir (11) umgeleitetem Fluid zu erhöhen, wenn der Gegendruck niedrig ist, und die Menge an zum Reservoir (ii) umgeleitetem Fluid zu verringern, wenn der Gegendruck hoch wird.

7. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 6, worin:

das Umgehungsventil (26) eine Federkammer hat, in der sich eine Feder (27) befindet, um einen Steuerschieber (26a) zu drängen, sich in eine Richtung zu bewegen, die die Menge an umgeleitetem Fluid reduziert, und die mit dem Zufuhrdurchgang (21) an der stromabwärtigen Seite der Dosiermündung (23) verbunden ist; und

die auf Last ansprechende Einrichtung ein auf Last ansprechendes Ventil (29) enthält, das zwischen der Federkammer des Umgehungsventils (26) und dem Reservoir (11) angeordnet ist und die Federkammer mit dem Reservoir (11) fluidmäßig verbindet, wenn der Gegendruck des Steuerventils (14') niedrig ist.

8. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 7, worin die auf Last ansprechende Einrichtung ferner ein elektromagnetisches Ventil (102) aufweist, das in einem Fluidweg zwischen der Federkammer des Umgehungsventils (26) und dem auf Last ansprechenden Ventil (29) angeordnet ist.

9. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 5, worin die Fluidquelle aus einer motorbetriebenen Pumpe (20) besteht, die unter Druck gesetztes Fluid bei einer konstanten Rate (Q1) abgeben kann.

10. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, worin die Fluidquelle aus einer Pumpe (10) besteht und die Servolenkeinrichtung ferner aufweist:

einen die Pumpe (10) antreibenden Motor (120);

eine Feststellungseinrichtung (121) zum Feststellen eines Lenkbetriebs des Lenkrades (13); und

eine Steuereinrichtung (123) zum Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors (120) als Antwort auf ein von der Feststellungseinrichtung (121) abgegebenes Signal.

11. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 10, worin:

die Servolenkeinrichtung ferner einen Geschwindigkeitssensor (122) zum Feststellen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs aufweist; und

die Steuereinrichtung (123) den Motor (120) so steuert, daß die Drehgeschwindigkeit des Motors (120) abnimmt, während die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zunimmt.