-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Eine
Servolenkvorrichtung zur Unterstützung des
Lenkvorgangs durch die Rotation einer Ölpumpe unter Verwendung eines
Motors, um einem Servozylinder Hydraulikflüssigkeit zuzuführen, ist
bekannt.
-
Diese
Art von Servolenkvorrichtung ist in der geprüften JP-Patentschrift 64-10391/1989,
der geprüften
JP-Patentschrift 1-30667/1989 oder der nicht geprüften JP-Patentschrift
56-99859/1981 angegeben.
-
Bei
jeder der herkömmlichen
Servolenkvorrichtungen dieser Bauart wird eine Konstruktion verwendet,
bei der die Anzahl von Umdrehungen eines Motors zum Antreiben eines
Pumpenmotors in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gesteuert wird.
-
Die
Servolenkvorrichtung muß also
so aufgebaut sein, daß ihr
ein Geschwindigkeitssignal von einem Geschwindigkeitsdetektor zugeführt wird,
und dadurch kann die Servolenkvorrichtung selbst nicht als ein herkömmlich unabhängiges Fahrzeugteil
gefertigt werden, dessen Steuersignalsystem in einer geschlossenen
Schleife ausgelegt ist.
-
DE-A-3536563
zeigt eine Servolenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1, wobei die Geschwindigkeit des Motors zwischen drei verschiedenen
vorbestimmten Geschwindigkeiten mechanisch umschaltbar ist. Insbesondere
sind elektrische Streifenleiter an der Außenseite einer rotierenden
Hülse und
Gleitkontakte vorgesehen, die mit den Streifenleitern in Kontakt
gelangen, um die Geschwindigkeit des Motors über eine elektrische Schaltungsanordnung
umzuschalten. Daher ist die Hülse
mechanisch mit dem Lenkrad gekoppelt und dreht sich in Abhängigkeit
von der Rotation des Lenkrads. Durch die Rotation der Hülse werden
die Streifenleiter relativ zu den Gleitkontakten bewegt, so daß die elektrische
Versorgung des Motors zwischen verschiedenen Lei tungen und/oder
Widerständen
der elektrischen Schaltungsanordnung umgeschaltet wird, um die Geschwindigkeit
des Motors zu steuern.
-
Es
ist jedoch kaum möglich,
die Schwellenwerte der Umschaltung der Motorgeschwindigkeit zu ändern, weil
dafür zumindest
die Anordnung der Streifenleiter an der Hülse ersetzt und/oder geändert werden
maß.
-
Im
Hinblick auf das oben Gesagte ist es eine Aufgabe der Erfindung,
den aus DE-A-3 536 563 bekannten Gegenstand dahingehend zu verbessern, daß die Grenzwerte
der Umschaltung der Motorgeschwindigkeit ohne Änderungen an der Konstruktion auf
einfache Weise geändert
werden können.
-
Eine
weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Servolenkvorrichtung
zum Einbau in ein Lenkgetriebe, das als Einheit gefertigt werden
kann, die außer
mit dem Lenkgetriebe nicht mit anderen Fahrzeugteilen zusammenwirkt,
sondern in bezug auf ihre Konstruktion von diesen unabhängig ist.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Servolenkvorrichtung, die hohe Zuverlässigkeit hat und bei der eine Lenkhilfskraft
zum Lenken nur nach Bedarf erhalten wird.
-
Noch
eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Servolenkvorrichtung, die als Ganzes kostengünstig gefertigt
werden kann, indem als Komponenten billige Teile verwendet werden,
und die hochzuverlässig
ist.
-
Diese
Ziele werden durch die Servolenkvorrichtung mit den Merkmalen des
vorliegenden Anspruchs 1 erreicht.
-
In
einer zweiten Betriebsart ist die vorliegende Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß das Fahrzustandssignal
ein Drehmomentsignal aufweist, das detektiert wird, wenn von einem
Lenkrad ein Drehmoment auf eine Lenksäule aufgebracht wird.
-
In
einer dritten Betriebsart ist die vorliegende Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß das
Fahrzustandssignal ein Signal aufweist, das ausgegeben wird, wenn
ein vorbestimmter relativer Drehwin kel zwischen einer Eingangsachse
auf der Seite des Lenkrads und einer Ausgangsachse auf der Seite
der Räder
gebildet ist, die miteinander durch einen Torsionsstab verbunden
sind.
-
In
einer vierten Betriebsart ist die vorliegende Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß das
Fahrzustandssignal ein Drucksignal aufweist, das proportional zu
dem Druck von Hydraulikflüssigkeit
ausgegeben wird, die dem Servozylinder bei Detektierung des Drucks
zugeführt
wird.
-
Gemäß den vorstehend
erwähnten
Betriebsarten wird ein Signal zur Steuerung der Anzahl von Umdrehungen
des Olpumpenmotors auf der Basis eines Ausgangs von Einrichtungen,
die im Lenkgetriebe vorgesehen sind, erhalten zur Ausgabe des Fahrzustandssignals,
das dem Fahrzeugfahrzustand entspricht, beispielsweise von einem
Drehmomentsensor, einem relativen Drehwinkel zwischen der Eingangsachse
und der Ausgangsachse in dem Lenkgetriebe, die durch einen Torsionsstab
miteinander verbunden sind, dem Druck der Hydraulikflüssigkeit
in dem Servozylinder oder dergleichen. Die Anzahl von Umdrehungen
des Ölpumpenmotors
kann durch das Signal gesteuert werden. Somit kann ein Steuersystem
in der Servolenkvorrichtung als geschlossene Schleife in dem Lenkgetriebe
ausgebildet sein.
-
Infolgedessen
kann eine Servolenkvorrichtung bereitgestellt werden, die auf zufriedenstellende Weise
an einem Lenkgetriebe angebracht werden kann und die bestgeeignete
Lenkhilfskraft nur durch ein Signal von dem Lenkgetriebe liefert,
ohne daß ein Steuersignal
von einem anderen Fahrzeugteil notwendig ist.
-
Gemäß der Erfindung
kann eine Steuerschaltung des Ölpumpenmotors
als sogenannte Hardwarekonstruktion ausgebildet sein unter Verwendung
von kostengünstigen
und zuverlässigen elektrischen/elektronischen
Teilen. Somit ist es möglich,
eine Servolenkvorrichtung bereitzustellen, die gegenüber Schwingungen
und Rauschen, die in einem Fahrzeug erzeugt werden, unempfindlich
ist und hohe Zuverlässigkeit
aufweist. Außerdem
ist es möglich,
die Servolenkvorrichtung kostengünstig
zu fertigen.
-
Die
vorstehenden und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der nachstehenden
genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang
mit den beigefügten
Zeichnungen. Diese zeigen in:
-
1 eine
schematische Darstellung der Gesamtkonstruktion einer Servolenkvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
-
2 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Triggersignal und einer
Spannung zeigt, die an einen Motor in einer Servolenkvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angelegt wird.
-
Die
schematische Darstellung von 1 zeigt
die Gesamtkonstruktion einer Servolenkvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 wird
nun die Gesamtkonstruktion der Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
beschrieben.
-
Eine
Servolenkvorrichtung weist einen Servozylinder 1 auf. Der
Servozylinder 1 ist mit der Achse einer Zahnstange 3 verbunden,
die beispielsweise in einem Lenkgetriebe 2 vorhanden ist.
Wenn von einem Lenkrad 4 ein Drehmoment auf eine Lenksäule 5 aufgebracht
wird und die Zahnstange 3 von einem Ritzel 6 nach
rechts bzw. links bewegt wird, um einen Lenkvorgang auszuführen, hat
der Servozylinder 1 die Funktion, die Bewegung der Zahnstange 3 zu
unterstützen.
Dabei erzeugt der Servozylinder 1 zum Lenkzeitpunkt eine
Hilfskraft synchron mit dem Lenkrad 4.
-
Der
Servozylinder 1 wird von einer Hydraulikflüssigkeit
angetrieben, die von einer Ölpumpe 7 zugeführt wird.
Dabei leitet der Servozylinder 1 die von der Ölpumpe 7 gelieferte
Hydraulikflüssigkeit
entweder in eine rechte oder eine linke Zylinderkammer ein durch Ändern der Öffnung eines
Stellventils (nicht gezeigt). Ein Ölzuführweg 8 und ein Ölreduzierweg 9 sind,
wie angedeutet ist, zwischen der Ölpumpe 7 und dem Servozylinder 1 vorgesehen.
Ein Motor 10 zum Antreiben der Pumpe 7 ist mit
der Ölpumpe 7 verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind
die Ölpumpe 7 und
der Motor 10 in einem integral gebildeten Gehäuse enthalten,
und die Ölpumpe 7 und
der Motor 10 sind integral ausgebildet. Ferner weist die Ölpumpe 7 einen
Reservebehälter 11 auf.
In dem Reservebehälter 11 ist
immer Anfangs-Hydraulikflüssigkeit
gespeichert.
-
Eine
Antriebssteuerschaltung 12 ist mit dem Motor 10 verbunden,
und die Anzahl von Umdrehungen des Motors 10 wird von der
Antriebssteuerschaltung 12 gesteuert. Eine Gleichspannung
von beispielsweise 12 V wird als Treiberspannung an die Antriebssteuerschaltung 12 über eine
Sicherung 15 von einer Lichtmaschine 13 und/oder
einer Batterie 14 angelegt. Die angelegte Gleich spannung
wird dem Motor 10 als Treiberspannung über eine Reihenschaltung aus
Widerständen
R1 und R2 zugeführt. Die
Widerstände
R1 und R2 sind auf Werte eingestellt, die ausreichend größer als
ein Widerstandswert des Motors 10 (der Widerstandswert
eines Ankers) sind, und die an den Motor 10 über die
Reihenschaltung aus den Widerständen
R1 und R2 geführte Spannung
ist so eingestellt, daß sie
eine sehr kleine Spannung ist.
-
Ein
erster Schalter S1 ist parallel mit dem Widerstand R1 vorgesehen,
und ein zweiter Schalter S2 ist parallel mit dem Widerstand R2 vorgesehen.
Ein erstes Relais 20 zum Öffnen oder Schließen des
ersten Schalters S1 ist relativ zu dem ersten Schalter S1 vorgesehen,
und ein zweites Relais 21 zum Öffnen oder Schließen des
zweiten Schalters S2 ist gleichermaßen relativ zu dem zweiten
Schalter S2 vorgesehen. Jedes von den Relais 20 und 21 schließt in seinem
Erregungszustand den entsprechenden ersten Schalter S1 oder zweiten
Schalter S2, während
es im nichterregten Zustand den entsprechenden Schalter schließt.
-
Die
dem Motor 10 von der Antriebssteuerschaltung 12 zugeführte Treiberspannung
wird beispielsweise in vier Schritten geschaltet, indem der erste
Schalter und/oder der zweite Schalter S2 geöffnet oder geschlossen werden.
-
Es
wird davon ausgegangen, daß die
Werte der Widerstände
R1 und R2 auf verschiedene Werte eingestellt sind. Wenn r, E bzw.
i der Widerstandswert eines Ankers, eine Batteriespannung bzw. der
Wert eines Stroms ist, der von der Antriebssteuerschaltung 12 zum
Motor 10 fließt,
wird eine an den Motor 10 angelegte Steuerspannung it durch
das Öffnen oder
Schließen
des ersten Schalters S1 und/oder des zweiten Schalters S2 wie folgt
geändert:
S1
ist geöffnet
und S2 ist geöffnet:
it = E – i(R1
+ R2)
S1 ist geöffnet
und S2 ist geschlossen: it = E – iR1
S1
ist geschlossen und S2 ist geöffnet:
it = E – iR2
S1
ist geschlossen und S2 ist geschlossen: it = E
-
Die
Treibersteuerschaltung 12 weist ferner einen ersten Vergleicher 22 zum
Umschalten zwischen erregten/nichterregten Zuständen des ersten Relais 20 und
einen zweiten Vergleicher 23 zum Umschalten zwischen erregten/nichterregten
Zuständen des
zweiten Relais 21 auf. Ein Triggersignal von einer Triggersignal-Ausgabeeinrichtung 24 wird
jedem der Vergleicher 22 und 23 zugeführt.
-
Der
erste Vergleicher 22 vergleicht das zugeführte Triggersignal
mit einem ersten Referenzwert, der von einer ersten Referenzwerterzeugungsschaltung 25 abgegeben
wird, um ein Signal auszugeben, um das erste Relais 20 zu
erregen, wenn der erste Referenzwert ≤ dem Triggersignal ist, wogegen
in den anderen Fällen
ein Nichterregungssignal ausgegeben wird.
-
Andererseits
vergleicht der zweite Vergleicher 23 das zugeführte Triggersignal
mit einem zweiten Referenzwert, der von einer zweiten Referenzwerterzeugungsschaltung 26 abgegeben
wird, um ein Signal zum Erregen des zweiten Relais 21 auszugeben,
wenn der zweite Referenzwert ≤ dem
Triggersignal ist, wogegen in den anderen Fällen ein Nichterregungssignal
ausgegeben wird.
-
Wenn
T, TREF1 bzw. TREF2 (mit
RREF1 < TREF2) jeweils der Wert des Triggersignals,
der erste Referenzwert bzw. der zweite Referenzwert ist, dann werden
die jeweiligen geöffneten
oder geschlossenen Zustände
des ersten Schalters S1 und des zweiten Schalters S2 in Abhängigkeit
von dem Wert T des Triggersignals wie folgt umgeschaltet:
T < TREF1:
S1 ist geöffnet
und S2 ist geöffnet
TREF1 ≤ T < TREF2:
S1 ist geschlossen und S2 ist geöffnet
TREF2 ≤ T:
S1 ist geschlossen und S2 ist geschlossen
-
Die
Beziehung zwischen dem Wert T des Triggersignals, das der Treibersteuerschaltung 12 von
der Triggersignalausgabeeinrichtung 24 zugeführt wird,
und einer Spannung, die an den von der Treibersteuerschaltung 12 gesteuerten
Motor 10 geführt
wird (d. h. die Anzahl von Umdrehungen des Motors 10, die
auch als eine Lenkhilfskraft zum Lenkzeitpunkt bezeichnet wird),
wird zu der in 2 gezeigten Beziehung.
-
Wie 2 zeigt,
wird die an den Motor 10 geführte Spannung in drei Schritten
gesteuert, während
der Wert T des Triggersignals ansteigt. Wenn dabei der Wert T des
Triggersignals kleiner als der erste Referenzwert TREF1 ist,
wird die an den Motor 10 geführte Span nung so gesteuert,
daß sie
E – i(R1
+ R2) ist, und die Anzahl von Umdrehungen des Motors 10 ist
relativ niedrig. Wenn der Wert T des Triggersignals TREF1 ≤ T < TREF2 ist,
wird die an den Motor 10 ugeführte Spannung so gesteuert,
daß sie
E – iR2
ist, und die Anzahl von Umdrehungen des Motors 10 ist ein
mittlerer Wert. In einem Zustand, in dem der Wert T des Triggersignals
nicht kleiner als der zweite Referenzwert TREF2 ist,
wird E, das gleich einer Ausgangsspannung der Batterie 14 ist,
an den Motor 10 geführt,
so daß sich
der Motor 10 mit relativ hoher Geschwindigkeit dreht.
-
Eine
Steuerspannung zur Steuerung der Anzahl von Umdrehungen des Motors 10 kann
daher schrittweise von der Treibersteuerschaltung 12 gesteuert
werden, die eine relativ einfache Hardware-Konstruktion mit den
Widerständen
R1 und R2, den Schaltelementen S1 und S2, den Relais 20 und 21 und
den Vergleichern 22 und 23 ist. Da die Treibersteuerschaltung 12,
wie oben beschrieben wird, eine einfache Schaltung in Form einer
Hardware-Konstruktion sein kann, kann die Treibersteuerschaltung 12 gegen
Vibrationen und Rauschen, die in einem Fahrzeug häufig auftreten,
beständig
sein und hohe Zuverlässigkeit
haben.
-
Da
die Treibersteuerschaltung 12 aus einfachen elektrischen
oder elektronischen Teilen aufgebaut sein kann, besteht keine Notwendigkeit
für teure elektronische
Teile wie etwa eine CPU (Zentraleinheit) und Software zum Ansteuern
der elektronischen Teile wie bei der herkömmlichen Servolenkvorrichtung,
so daß die
Servolenkvorrichtung kostengünstig gebaut
werden kann.
-
Ferner
wird die an den Motor 10 geführte Spannung proportional
zu dem Wert T des Triggersignals schrittweise geschaltet. Wenn die
Servolenkvorrichtung so ausgebildet ist, daß das Triggersignal einen großen Wert
hat, wenn eine Lenkhilfskraft benötigt wird, kann eine große Lenkhilfskraft
zugeführt werden,
wenn die große
Lenkhilfskraft benötigt
wird, wogegen die an den Motor 10 geführte Spannung gesteuert wird,
wenn die große
Lenkhilfskraft nicht benötigt
wird. Infolgedessen kann die Servolenkvorrichtung eine Vorrichtung
mit sogenannter Energiesparwirkung sein.
-
Es
folgt nun ein spezielles Beispiel der Triggersignalausgabeschaltung 24 für die Zuführung des Triggersignals
zu der Treibersteuerschaltung 12.
-
Als
typisches Beispiel der Triggersignalausgabeeinrichtung 24 kann
ein Drehmomentsensor zum Detektieren eines von dem Lenkrad 4 auf
die Lenksäule 5 aufgebrachten
Lenkdrehmoments genannt werden. Als Drehmomentsensor kann ein beliebiger
Typ von Drehmomentsensor verwendet werden, etwa ein Drehmomentsensor
eines Typs mit einem mechanischen Kontakt, bestehend aus einem Potentiometer
oder dergleichen (siehe z. B. die nichtgeprüfte JP-Patentschrift 3-74260/1991),
oder ein kontaktloser Drehmomentsensor, der von der Anmelderin der
vorliegenden Erfindung entwickelt wurde (siehe Engineering Journal
137/1990).
-
Wenn
ein Fahrer eine Lenkkraft auf das Lenkrad 4 aufbringt,
kann die an den Motor 10 geführte Spannung, d. h. die Anzahl
von Umdrehungen des Motors 10, allmählich proportional zu der Größe der Lenkkraft
umgeschaltet werden unter Nutzung des Drehmomentsensors als Triggersignalausgabeeinrichtung 24.
-
Ferner
ist als die Triggersignalausgabeeinrichtung 24 eine Detektiereinrichtung
verwendbar, um einen relativen Drehwinkel zwischen einer Eingangsachse 5 an
der Seite des Lenkrads 4 und einer Ausgangsachse 28 an
der Seite der Räder,
die miteinander über
einen Torsionsstab 27 verbunden sind, zu detektieren. Die
Detektiereinrichtung kann den relativen Drehwinkel zwischen der
Eingangsachse 5 und der Ausgangsachse 28 detektieren,
und dadurch kann die Detektiereinrichtung einfacher als der Drehmomentsensor
ausgebildet sein.
-
Noch
ein weiteres Beispiel für
die Triggersignalausgabeeinrichtung 24 ist ein Drucksensor
zum Detektieren von hydraulischem Druck. Der Drucksensor ist so
angeordnet, daß er
den Druck von Hydraulikflüssigkeit
in dem Servozylinder 1 detektieren kann. Dabei wird in
dem Servozylinder 1 die Zuführung der Hydraulikflüssigkeit
zu der rechten Zylinderkammer oder der linken Zylinderkammer durch Öffnen eines
Steuerventils gesteuert, wie oben beschrieben wurde. Der Druck der
Hydraulikflüssigkeit in
jeder der Zylinderkammern ändert
sich in Abhängigkeit
von der Bewegung der Zahnstange 3. Infolgedessen kann der
Druck der Hydraulikflüssigkeit
in der Zylinderkammer ständig überwacht
werden, um das Drucksignal als Triggersignal der Treibersteuerschaltung 12 zuzuführen.
-
Der
Drucksensor selber ist bereit bekannt. Verschiedene Drucksensoren,
die hohe Empfindlichkeit und Güte
haben, um den Druck in ein elektrisches Signal umzuwandeln und das
elektrische Signal auszugeben, sind handelsüblich und nutzen beispielsweise
den Piezowiderstandseffekt. Die Triggersignalausgabeeinrichtung 24 kann
unter Verwendung eines handelsüblichen
Drucksensors als Drucksensor für
Hydraulikflüssigkeit
in dem Servozylinder 1 ausgebildet sein.
-
Die
Beschreibung bezieht sich auf einige spezielle Beispiele der Triggersignalausgabeeinrichtung 24.
Wie jedes der speziellen Beispiele zeigt, kann jedoch die Triggersignalausgabeeinrichtung 24 eine
Detektiereinrichtung sein, die in einem Lenkgetriebe vorgesehen
ist, um in Abhängigkeit
vom Fahrzustand des Fahrzeugs festzustellen, wie sich das Lenkgetriebe ändert. Wenn
die in dem Lenkgetriebe vorgesehene Detektiereinrichtung als die
Triggersignalausgabeeinrichtung 24 dient, kann ein Steuersignalsystem
der Servolenkvorrichtung in der Servolenkvorrichtung und dem Lenkgetriebe
in einer geschlossenen Schleife ausgebildet sein. Das bedeutet mit
anderen Worten, daß eine
Lenkeinheit, an der die Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
angebracht ist, als Teil gebaut werden kann, dessen Steuersignalsystem
in bezug auf die Konstruktion von anderen Fahrzeugteilen unabhängig ist. Infolgedessen
ist es einfach, die Lenkeinheit mit der Servolenkvorrichtung zu
fertigen, und es ist möglich, Erzeugnisse
mit hoher Vielseitigkeit bereitzustellen.
-
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
weist die Treibersteuerschaltung 12 die Reihenschaltung
aus den beiden Widerständen
R1 und R2, den beiden Schaltern S1 und S2, den beiden Relais 20 und 21 entsprechend
den Schaltern, den beiden Vergleichern 22 und 23 sowie
den beiden Referenzsignalerzeugungsschaltungen 25 und 26 auf.
-
Wenn
die Treibersteuerschaltung 12 noch weiter vereinfacht ist,
kann die Anzahl von Widerständen,
Schaltern, Relais, Vergleichern und Referenzsignalerzeugungsschaltungen
jeweils nur eins sein. In diesem Fall wird die an den Motor 10 geführte Antriebsspannung
in zwei Schritten geschaltet.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde zwar im einzelnen beschrieben und erläutert, es
versteht sich jedoch, daß die
Beschreibung nur beispielhaft ist und keine Einschränkung dar stellt;
der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nur durch die beigefügten Patenansprüche definiert.