-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hilfskraft- bzw. Servolenkungs-System
für Automobilfahrzeuge
und insbesondere auf ein hydraulisches Servolenkungs-System mit
einer motorgetriebenen reversiblen Pumpe und einem hydraulischen Antriebs-Zylinder,
der darin einen Kolben beherbergt, sodass eine Lenkungs-Unterstützungskraft
dadurch erzeugt wird, dass ein Fluss eines Arbeitsmediums von der
Pumpe zu einem oder dem anderen Ende des Kolbens geleitet wird,
wenn ein Lenkrad gedreht wird.
-
HINTERGRUND-TECHNIK
-
In
den letzten Jahren wurden viele elektronisch gesteuerte/geregelte
Servolenkungs-Systeme vorgeschlagen und entwickelt, bei denen jedes
eine reversible Pumpe und einen hydraulischen Antriebs-Zylinder
verwendet, um eine Lenkungs-Unterstützung vorzusehen.
Ein solches hydraulisches Servolenkungs-System wurde in der japanischen,
vorläufigen
Patentveröffentlichung
Nr. JP 2002-145.087 (nachstehend bezeichnet als „JP2002-145087"), offenbart. Im
in JP2002-145087
offenbarten hydraulischen Servolenkungs-System sind stromabwärts liegende
Enden eines Paars von hydraulischen Druckleitungen entsprechend
mit linken und rechten Druckkammern verbunden, die auf beiden Seiten
eines gleitenden Kolbens, der in einem hydraulischen Antriebs-Zylinder
beherbergt ist, festgelegt sind. Andererseits sind die stromaufwärts liegenden
Enden der zwei hydraulischen Druckleitungen mit entsprechenden Abflussöffnungen
einer reversiblen Pumpe verbunden. Die resultierende Druckdifferenz,
die an den zwei Seiten des Kolbens anliegt, erzeugt eine Lenkungs-Hilfskraft
bzw. Lenkungs-Unterstützungskraft.
Die Größe und Richtung
der Lenkungs-Unterstützungskraft
werden, auf der Basis der Größe und Richtung
des Lenkungs-Drehmoments festgelegt, das durch den Fahrer auf ein
Lenkrad aufgebracht wird. Ebenso ist ein Strömungsverbindungs- bzw. Kommunikations-Kanal
oder Bypass-Kanal vorgesehen, durch den die zwei hydraulischen Druckleitungen,
d. h. die linken und rechten Druckkammern, miteinander in Verbindung
stehen, wenn zumindest die reversible Pumpe oder der Motor, die
beide im Servolenkungs-System eingebaut sind, versagen. Ein Wegeventil
(ein Absperrventil , wie z. B. ein Feder-Ausgleichs-Zweiwege-Kolbenventil mit
zwei Stellungen, ist im Kommunikations-Kanal vorgesehen, um eine Fluid-Kommunikation
zwischen den zwei hydraulischen Druckleitungen über den Kommunikations-Kanal
während
einem normalen Lenkvorgang zu blockieren. Im Gegensatz dazu wird
beim Auftreten einer Störung
des Servolenkungs-Systems,
wie zum Beispiel einer Störung
der reversiblen Pumpe oder einer Motorstörung, das Wegeventil zum Zweck
der Ausfallsicherung auf seine Öffnungs-Position
umgeschaltet, um so eine vollständige
Fluid-Kommunikation über
den Kommunikations-Kanal zwischen den zwei hydraulischen Druckleitungen
zuzulassen, sodass der Antriebs-Zylinder im Frei-Zustand gehalten wird
und keine Unterstützungskraft
erzeugt wird und damit eine manuelle Lenkungs-Betriebsart gewährleistet
ist.
-
Jedoch
verwendet, das in JP2002-145087, offenbarte Servolenkungs-System
als Wegeventil ein einzelnes über
einen Solenoid betätigtes
Kolbenventil mit zwei Öffnungen
und zwei Stellungen. Hierbei besteht ein Problem eines Ölverlusts
aus einem geringfügigen
Aussparungs-Abstand zwischen dem äußeren Umfang jeder Fläche, die
gefräst
wurde, um in einer sehr eng eingepassten Bohrung des Kolbenventil-Körpers und
dem inneren Umfang der Bohrung zu gleiten, d. h. die Schwierigkeit,
ein gewünschtes flüssigkeitsdichtes
Dichtungs-Verhalten des Wegeventils zu gewährleisten. Mit anderen Worten
kann ein unerwünschter
Abfall der Lenkungs-Unterstützungskraft
von einem gewünschten
Wert in der Servolenkungs-Betriebsart auftreten. Zusätzlich besteht eine
Möglichkeit,
dass der Kolben auf Grund von Verunreinigungen oder Ablagerungen stecken
bleibt. Bei einem stecken gebliebenen Kolben in der geschlossenen
Position ist es unmöglich,
die manuelle Lenkungs-Betriebsart beim Auftreten einer Störung des Servolenkungs-Systems
durchzuführen.
Vom Standpunkt von reduzierten Ölverlusten
und Verunreinigungen und verbesserter Funktionssicherheit des hydraulischen
Servolenkungs-Systems wären
das verbesserte flüssigkeitsdichte
Dichtungs-Verhalten und die zuverlässigere Funktion des Wegeventils
wünschenswert.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Folglich
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes hydraulisches
Servolenkungs-System mit einem Wegeventil vorzusehen, das ein gewünschtes,
hoch flüssigkeitsdichtes
Dichtungs-Verhalten gewährleistet,
um einen unerwünschten
Wechsel in einer Lenkungs-Unterstützungskraft,
wie sie in einer normalen Lenkungs-Betriebsart erzeugt wird, zu vermeiden
und das ein gleichmäßiges bzw.
ruckfreies Umschalten von der normalen Servolenkungs-Betriebsart
auf eine manuelle Lenkungs-Betriebsart
beim Auftreten einer Störung
des Servolenkungs-Systems
ermöglicht.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8
bzw. 15. Im Einzelnen weist ein hydraulisches Servolenkungs-System
einen Lenkungs-Mechanismus auf, der mit gelenkten Rädern verbindbar
ist, einen hydraulischen Antriebs-Zylinder, der darin einen Kolben beherbergt, der
mit dem Lenkungs-Mechanismus zur Lenkungs-Unterstützung verbunden
ist und erste und zweite hydraulische Kammern aufweist, die an beiden
Seiten des Kolbens festgelegt sind, eine reversible Pumpe, die ein
Paar von Abfluss-Öffnungen aufweist,
eine erste Fluidleitung, die mit der ersten hydraulischen Kammer
und einer ersten der Abfluss-Öffnungen
der Pumpe gegenseitig in Verbindung steht, eine zweite Fluidleitung,
mit der zweiten hydraulischen Kammer und der zweiten Abfluss-Öffnung gegenseitig
in Verbindung steht, einen Drehmoment-Sensor, der ein Lenkungs-Drehmoments
erfasst, das auf den Lenkungs-Mechanismus
aufgebracht wird, einen Motor, der die Pumpe antreibt, einen Motor-Steuerung-/Regelungskreislauf
der den Motor, als Antwort auf ein ermitteltes Befehlssignal, das
auf dem erfassten Lenkungs-Drehmoment basiert, steuert/regelt, einen
Kommunikations-Kreislauf, über
den die ersten und zweiten Fluidleitungen miteinander verbunden
sind, ein Wegeventil, das im Kommunikations-Kreislauf angeordnet
ist und einen Tellerventil-Mechanismus besitzt und einen Ventil-Steuerung-/Regelungskreislauf,
der das Wegeventil beim Auftreten einer Störung des hydraulischen Servolenkungs-Systems, einschließlich zumindest
einer Motorstörung
oder einer Störung
der reversiblen Pumpe öffnet,
damit die ersten und zweiten Fluidleitungen mit dem geöffneten
Wegeventil gegenseitig in Verbindung gebracht werden können.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist ein hydraulisches Servolenkungs-System einen
Lenkungs-Mechanismus auf, der mit gelenkten Rädern verbunden ist, einen hydraulischen
Antriebs-Zylinder, der darin einen Kolben beherbergt, der mit dem
Lenkungs-Mechanismus zur Lenkungs-Unterstützung verbunden ist und erste
und zweite hydraulische Kammern besitzt, die auf beiden Seiten des
Kolbens angeordnet sind, eine reversible Pumpe, die ein Paar von
Abfluss-Öffnungen
besitzt, eine erste Fluidleitung, die mit der ersten hydraulischen
Kammer und einer ersten der Abfluss-Öffnungen der Pumpe gegenseitig
in Verbindung steht, eine zweite Fluidleitung, die mit der zweiten
hydraulischen Kammer und der zweiten Abfluss-Öffnung gegenseitig in Verbindung
steht, einen Motor, der die Pumpe antreibt, einen Motor-Steuerung-/Regelungskreislauf,
der den Motor steuert/regelt, einen Kommunikations-Kreislauf, durch
den die ersten und zweiten Fluidleitungen miteinander verbunden
sind, ein Wegeventil, das im Kommunikations-Kreislauf angeordnet ist
und einen Tellerventil-Mechanismus besitzt und eine elektromagnetische
Magnetspulen-Einheit, die mit dem Tellerventil-Mechanismus verbunden
ist und einen Ventil-Steuerung-/Regelungskreislauf, der ein Ventil-Öffnungssignal
an die Magnetspulen-Einheit ausgibt, um das Wegeventil in einer
Richtung des Wegeventils, beim Auftreten einer Störung des
hydraulischen Servolenkungs-Systems,
einschließlich zumindest
einer Motorstörung
oder einer Störung
der reversiblen Pumpe, zu betätigen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist ein hydraulisches Servolenkungs-System einen
Lenkungs-Mechanismus auf, der mit gelenkten Rädern verbunden ist, einen hydraulischen
Antriebs-Zylinder, der darin einen Kolben beherbergt, der mit dem
Lenkungs-Mechanismus zur Lenkungs-Unterstützung verbunden ist und erste
und zweite hydraulische Kammern besitzt, die auf beiden Seiten des
Kolbens angeordnet sind, eine reversible Pumpe, die ein Paar von
Abfluss-Öffnungen
besitzt, eine erste Fluidleitung, die mit der ersten hydraulischen
Kammer und einer ersten der Abfluss-Öffnungen der Pumpe gegenseitig
in Verbindung steht, eine zweite Fluidleitung die mit der zweiten
hydraulischen Kammer und der zweiten Abfluss-Öffnung gegenseitig in Verbindung
steht, eine Sensoreinrichtung, um ein Lenkungs-Drehmoment, das auf
den Lenkungs-Mechanismus aufgebracht wird, zu erfassen, einen Motor,
der die Pumpe antreibt, eine Motor-Steuerung-/Regelungseinrichtung, um den Motor, als
Antwort auf eine ermitteltes Befehlssignal, das auf dem erfassten
Lenkungs-Drehmoment
basiert, zu steuern/zu regeln, einen Kommunikations-Kreislauf, durch
den die ersten und zweiten Fluidleitungen miteinander verbunden
sind, eine Wegeventil-Einrichtung,
die im Kommunikations-Kreislauf angeordnet ist und zumindest einen
Tellerventil-Mechanismus und eine Ventil-Steuerung-/Regelungseinrichtung besitzt,
um den Tellerventil-Mechanismus
beim Auftreten einer Störung
des hydraulischen Servolenkungs-Systems, einschließlich zumindest
einer Motorstörung
oder einer Störung
der reversiblen Pumpe, ohne Sitz und geöffnet zu halten, um die Fluid-Kommunikation
zwischen den ersten und zweiten Fluidleitungen einzurichten und
um den Tellerventil-Mechanismus bei Fehlen einer Störung des
hydraulischen Servolenkungs-Systems im Sitz und geschlossen zu halten,
um eine Fluid-Kommunikation zwischen den ersten und zweiten Fluidleitungen
zu blockieren.
-
Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung, mit Bezug auf die anliegende Zeichnung, verständlich.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist
ein System-Block-Schaubild, das eine Ausführungsform eines Servolenkungs-Systems
veranschaulicht.
-
2 ist
eine vergrößerte Längsschnitt-Ansicht,
die den detaillierten Aufbau eines Wegeventils, mit einem ersten
Teller, der keine axiale Kommunikations-Bohrung besitzt und einen
zweiten Teller, der eine axiale Kommunikations-Bohrung besitzt,
das im Servolenkungs-System der Ausführungsform eingebaut ist.
-
3A–3D sind
Zeit-Diagramme, die die Funktion des Wegeventils des Servolenkungs-Systems
der Ausführungsform
darlegen.
-
4 ist
eine Vergleichs-Ansicht, die einen vergrößerten Querschnitt eines Wegeventils
mit einem Paar von Tellern darstellt, die beide keine axiale Kommunikations-Bohrung
besitzen.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Mit
Bezug auf die Zeichnung, insbesondere auf 1, wird
das Servolenkungs-System der Ausführungsform beispielhaft in
einem elektronisch gesteuerten/geregelten hydraulischen Servolenkungs-System,
mit einem hydraulischen Antriebs-Zylinder 20 und
einer reversiblen Pumpe 2, erläutert. Wenn, wie aus dem System-Schaubild
von 1 ersichtlich, ein Lenkrad SW vom Fahrer gedreht
wird, wird eine Drehbewegung eines Ritzels P, das am unteren Ende
einer Lenkspindel S ausgebildet ist, in eine geradlinige Bewegung
(Linear- Bewegung)
einer Zahnstange 23 umgewandelt, was folglich bewirkt, dass
gesteuerte Räder
(Vorderräder)
sich zum Lenken zu einer oder zu anderen Seite drehen. Ein Ritzel P,
das am unteren Ende der Lenkspindel S ausgebildet ist und eine Zahnstange 23,
die der Haupt-Querträger
der Lenkungs-Verbindung
ist und dessen Zahnstangen-Bereich mit dem Ritzel im Eingriff steht, bilden
das Zahnstangen-Lenkgetriebe. Das Zahnstangen-Lenkgetriebe (23,
P) und die Lenkspindel S bilden den Lenkungs-Mechanismus. Wie in 1 deutlich
gezeigt, ist ein Lenkungs-Drehmomentsensor 31 auf der Lenkspindel
S angebracht, um die Größe und Richtung
des Lenkungs-Drehmoments,
das vom Fahrer über
ein Lenkrad SW auf die Lenkspindel S aufgebracht wird, zu erfassen.
Die Richtung des aufgebrachten Lenkungs-Drehmoments bestimmt die
Drehrichtung der Lenkwelle S. Ein Drehmomentsensor 31 gibt
ein informatorisches Daten-Signal an eine elektronische Steuerung-/Regelungseinheit (ECU) 30 (wird
später
beschrieben) aus. Eine Servolenkungs-Vorrichtung ist auf der Zahnstange 23 montiert,
um eine axiale Bewegung (Linear-Bewegung) der Zahnstange-Welle 23,
entsprechend dem Lenkungs-Drehmoment-Anzeigesignal vom Drehmoment-Sensor 31,
zu unterstützen.
Die Servolenkungs-Vorrichtung
weist hauptsächlich
einen hydraulischen Antriebs-Zylinder 20 und
eine reversible Pumpe 2 auf.
-
Die
reversible Pumpe 2 wird durch einen elektrischen Motor 1 angetrieben.
Ein Antriebs-Zylinder 20 beherbergt darin einen Kolben 24,
sodass ein Paar von hydraulischen Kammern 21 und 22 an
beiden Seiten des Kolbens 24 festgelegt sind. Die erste hydraulische
Kammer 21 ist über
eine erste Druckleitung (oder einen ersten Arbeitsmedium-Kanal oder eine
erste Fluidleitung) 10 mit der ersten Abfluss-Öffnung der
Pumpe 2 verbunden, während
die zweite hydraulische Kammer 22 über eine zweite Druckleitung 11 mit
einer zweiten Abfluss-Öffnung
der Pumpe 2 verbunden ist. Ein Ende einer ersten Zuflussleitung 10a ist
mit dem stromaufwärts
liegenden Ende der ersten Druckleitung 10 verbunden, während das
andere Ende der ersten Zuflussleitung 10a über ein
erstes Zufluss-Rückschlagventil 3 mit
einem Vorratsbehälter 5 verbunden
ist. In gleicher Weise ist ein Ende der zweiten Zuflussleitung 11a mit
dem stromaufwärts
liegenden Ende der zweiten Druckleitung 11 verbunden, während das
andere Ende der zweiten Zuflussleitung 11a über ein
zweites Zufluss-Rückschlagventil 4 mit
dem Vorratsbehälter 5 verbunden ist.
Ein Kommunikations-Kreislauf oder ein Bypass-Kreislauf (12, 13)
ist zwischen den ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 angeordnet,
um diese so direkt, nicht über
die Pumpe 2 miteinander zu verbinden. Der Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) beinhaltet erste und zweite miteinander
verbundene Kommunikations-Leitungen 12 und 13.
Eine Ablaufleitung 14 ist an einem Ende mit dem angeschlossenen
Bereich der ersten und zweiten Kommunikationsleitungen 12 und 13 verbunden.
Das Ende der Ablaufleitung 14 ist mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden.
Ein normalerweise offenes, einzelnes über einen Solenoid aktiviertes
Feder-Ausgleichs-Wegeventil 6 mit zwei Positionen ist in
der Ablaufleitung 14 angeordnet. Mit anderen Worten ist
der angeschlossene Bereich der ersten und zweiten Kommunikationsleitungen 12 und 13 über ein
Wegeventil 6 und eine Ablaufleitung 14 mit dem
Vorratsbehälter 5 verbunden.
Ein erstes Ein-Wege-Rückschlagventil
(oder ein erstes Ein-Wege-Wegeventil) 7 ist
in der ersten Kommunikations-Leitung 12 vorgesehen, um
den Rücklauf
vom Kommunikations-Kreislauf (d. h. ersten Kommunikations-Leitung 12)
zur ersten Druckleitung 10 zu verhindern. Auf ähnliche
Weise ist ein zweites Ein-Wege Rückschlagventil
(oder ein zweites Ein-Wege-Wegeventil) 8 in der zweiten
Kommunikations-Leitung 13 vorgesehen, um den Rücklauf vom Kommunikations-Kreislauf
(d. h. zweiten Kommunikations-Leitung 13) zur zweiten Druckleitung 11 zu verhindern.
In der dargestellten Ausführungsform weist
jedes der ersten und zweiten Ein-Wege-Rückschlagventile 7 und 8 ein
Kugel-Rückschlagventil
auf, das eine Kugel besitzt, die durch eine Feder gegen einen Sitz
gehalten wird. Stattdessen kann jedes der Rückschlagventile 7 und 8 aus
einem federbelasteten Teller-Rückschlagventil
bestehen.
-
Eine
ECU (Servolenkungs-Steuerung-/Regelungsgerät) 30 weist normalerweise
einen Mikrocomputer auf. Die ECU 30 beinhaltet ein Eingabe-/Ausgabe-Interface
(I/O), Speicher (RAM, ROM), und einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU).
Wie oben behandelt, empfängt
das Eingabe-/Ausgabe-Interface
(I/O) der ECU 30 das Lenkungs-Drehmoment-Anzeigesignal vom
Drehmoment-Sensor 31. Darüber hinaus empfängt das
Eingabe-/Ausgabe-Interface (I/O) der ECU 30 Informationen
von verschiedenen Motor-/Fahrzeug-Schaltern und -Sensoren, z. B.
einem Zündungs-Schalter,
einem Motordrehzahl-Sensor
(einem Kurbelwinkel-Sensor) und einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor.
Der Zündungs-Schalter
erzeugt ein Zündungssignal,
das anzeigt, ob der Zündungsschalter
AN oder AUS ist. Der Motordrehzahl-Sensor erzeugt ein Signal, das
die Motordrehzahl Ne anzeigt, wohingegen der Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor ein
Signal erzeugt, das die Fahrzeuggeschwindigkeit V anzeigt. Innerhalb
der ECU 30 gestattet die Zentraleinheit (CPU) den Zugriff
auf Informationsdaten-Signale von den oben behandelten Schaltern
und Sensoren durch das I/O-Interface. Die CPU der ECU 30 ist
verantwortlich dafür,
dass das festgelegte Steuerung-/Regelungsprogramm,
das in Speichereinheiten gespeichert ist, ausgeführt wird und ist in der Lage,
notwendige arithmetische und logische Operationen auszuführen, die
eine Verarbeitung eines Steuerung-/Regelungsmanagements (reversible
Motor-Steuerung-/Regelung
und Ventil-Steuerung-/Regelung) eines Servolenkungs-System beinhalten. Das
heißt,
der Prozessor der ECU 30 weist eine reversible Motor-Steuerung-/Regelungskreislauf
(oder einem reversiblen Motor-Steuerung-/Regelungsabschnitt) zur Motor-Steuerung/Regelung
und einen Wegeventil-Steuerung-/Regelungskreislauf zur Ventil-Steuerung/Regelung
auf. Rechenergebnisse (arithmetische Berechnungsergebnisse), d.
h., berechnete Ausgabesignale (Befehls-Signale) werden über die
Ausgabe-Interface-Schaltkreise
der ECU 30 an Ausgabe-Stellen, nämlich den Motor 1 und
einen elektromagnetischen Solenoid (eine elektrisch erregte Spule)
eines Wegeventils 6 weitergegeben, die beide im Servolenkungs-Steuerung-/Regelungssystem
enthalten sind. Konkret werden die Größe und Richtung der Lenkungs-Unterstützungskraft
auf der Basis von Signalen der oben behandelten Motor-/Fahrzeug-Schaltern
und -Sensoren, insbesondere dem Sensorsignal vom Drehmoment-Sensor 31, ermittelt.
Das Ausgabe-Interface der ECU 30 gibt Befehls-Signale, deren Signalwerte
auf der Basis der berechneten Lenkungs-Unterstützungskraft ermittelt wurden,
an den reversiblen Motor 1 und das Wegeventil 6 aus.
-
Gemäß 2 ist
hier der vergrößerte Querschnitt
bezüglich
des detaillierten Aufbaus des, über einen
Solenoid betätigten,
Wegeventils und das hydraulische Kreislauf-Schema des wesentlichen
Teils des Servolenkungs-Systems der Ausführungsform dargestellt. Ein
Wegeventil 6 weist eine elektrisch erregte Spule (elektrischen
Solenoid) 55, einen Anker 50, ein Solenoid-Gehäuse 58 und
ein Ventil-Gehäuse 53 auf.
Der Anker 50, die Spule 55 und das Solenoid-Gehäuse 58 bilden
eine Solenoid-Einheit. Erste und zweite Teller 51 und 52 sind
axial gleitend in einer abgestuften axialen Bohrung (53a, 53b)
angeordnet, die im Ventil-Gehäuse 53 ausgebildet
ist. Genauer gesagt, ist ein erster Teller gleitend in einer Bohrung 53a,
mit relativ kleinem Durchmesser, der abgestuften axialen Bohrung
(53a, 53b) angeordnet, während ein zweiter Teller 52 gleitend
in einer Bohrung 53b, mit relativ großem Durchmesser, der axialen Bohrung
(53a, 53b) angeordnet ist. Wenn die Spule 55,
als Antwort auf ein Befehlssignal vom Ausgabe-Interface der ECU 30,
erregt wird, erzeugt sie eine elektromagnetische Kraft, die den
Anker in die Spule zieht oder anzieht. Wie in 2 deutlich
gezeigt, hat das Solenoid-Gehäuse 58 eine
zylindrische Bohrung, die am oberen Ende geschlossen ist. Die Spule 55 ist in
der zylindrischen Bohrung des Solenoid-Gehäuses 58 eingebaut
und ringförmig
entlang dem inneren Umfang des Solenoid-Gehäuses 58 angeordnet,
sodass der Anker 50 in der Spule axial gleiten kann. Das
Ventil-Gehäuse 53 ist
gepresst am unteren Öffnungs-Ende des Solenoid-Gehäuses 58 eingepasst. Ein
Ventil-Gehäuse 53 des
Wegeventils 6 sitzt und ist angeschlossen, wie aus dem
hydraulischen Kreislauf-Schaubild von 2 ersichtlich,
am Anschluss-Bereich der ersten und zweiten Kommunikationsleitungen 12 und 13.
Eine erste Rückstellfeder 56 ist
eingebaut und im Ventil-Gehäuse 53 betriebsbereit
angeordnet, um den ersten Teller 51 in der axialen Aufwärts-Richtung permanent
vorzuspannen. Eine zweite Rückstellfeder 57 ist
ebenfalls eingebaut und betriebsbereit im Ventilgehäuse 53 angeordnet, um
den zweiten Teller 52 in der axialen Aufwärtsposition
vorzuspannen. Ein zylindrischer Ventil-Sitz (ein zweiter Tellerventil-Sitz) 54 ist
gepresst in das unterste Öffnungs-Ende
der großen
Bohrung 53b der abgestuften axialen Bohrung (53a, 53b)
eingepasst. Der Ventilsitz 54 ist mit einer relativ großen axialen
Kommunikations-Bohrung 62 ausgebildet, deren unteres Öffnungs-Ende über die
Ablauf-Leitung 14 mit
dem Vorratsbehälter 5 verbunden
ist. Die große
Kommunikations-Bohrung 62 dient als Ablauf-Öffnung,
durch die Arbeitsmedium zum Vorratsbehälter geleitet wird. Das obere Öffnungs-Ende
der großen
Kommunikations-Bohrung 62 ist im Wesentlichen als halbkugelförmiger,
abgeschrägter
Ventilsitz-Bereich
ausgebildet, auf dem der zweite Teller 52 sitzt. Das Ventil-Gehäuse 53 ist
auch mit einer ersten Kommunikations-Öffnung 63,
die mit der ersten Kommunikations-Leitung 12 in Verbindung
steht und einer zweiten Kommunikations-Öffnung 64, die mit
der zweiten Kommunikations-Leitung 13 in Verbindung steht,
versehen. Es ist besonders zu erwähnen, dass im Wegeventil 6,
das im hydraulischen Servolenkungs-System der Ausführungsform
eingebaut ist, erste und zweite Teller 51 und 52 vorgesehen
sind und dass ein zweiter Teller 52 einen konisch abgeschrägten, oberen
Ventilsitz-Bereich (ersten Tellerventil-Sitz) 52a, auf
dem ein erster Teller 51 sitzt, eine axiale Kommunikations-Bohrung,
mit relativ kleinem Durchmesser, (schlicht eine erste Kommunikations-Bohrung) 60, und
eine axiale Kommunikations-Bohrung, mit relativ mittleren Durchmesser,
(schlicht eine zweite Kommunikations-Bohrung) 61, besitzt.
Die erste Kommunikations-Bohrung 60 verbindet den konisch
abgeschrägten
Ventilsitz-Bereich 52a. Die zweite Kommunikations-Bohrung 61 besitzt
einen relativ größeren inneren
Durchmesser, als die erste Kommunikations-Bohrung 60. Eine
zweite Kommunikationsbohrung 61 steht in gegenseitiger
Verbindung mit der ersten Kommunikationsbohrung (der axialen Kommunikations-Bohrung
mit kleinem Durchmesser) 60 des zweiten Tellers 52 und
der Kommunikationsbohrung 62 mit großem Durchmesser des Ventilsitzes 54.
Das obere Ende des ersten Tellers 51 ist fest mit dem Boden
des Ankers 50 verbunden. Der Anker 50, der erste
Teller 51, zweite Teller 52, die mit den kleinen
und mittleren Kommunikations-Bohrungen 60 und 61 versehen
sind, und der Ventilsitz 54, der mit der großen Kommunikations-Bohrung
versehen ist, sind axial zueinander fluchtend ausgerichtet (siehe hierzu
den in 2 gezeigten Längsschnitt).
-
[WÄHREND AUSSCHALTZEIT DES ZÜNDUNGSSCHALTERS]
-
Beim
zuvor dargelegten Ventil-Aufbau des Wegeventils 6 ist,
wenn der Zündungs-Schalter
AUS ist, die Spule 55 nicht erregt und folglich wird der
Anker 50, durch die Feder-Vorspannung der ersten Feder 56,
die auf den ersten Teller 51 einwirkt, in die axiale Aufwärts-Richtung
getrieben. Daher wird der erste Teller 51 auf dieser obersten
Position (nicht betätigte
Position) gehalten. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der zweite Teller 52 vom
Ventilsitz 54, infolge der Feder-Vorspannung der zweiten Feder 57,
axial aufwärts
weg. Als Folge davon, werden die ersten und zweiten Teller 51 und 52 auf
ihren nicht betätigten
Positionen gehalten. Im nicht betätigten Zustand oder nicht erregten
Zustand, bei dem ein erster Teller 51 in der obersten Position
gehalten wird und zusätzlich auf
dem konisch abgeschrägten
Ventilsitz-Bereich 52a sitzt und ein zweiter Teller 52 von
seinem Sitz abgehoben wird, werden erste und zweite Kommunikations-Öffnungen 63 und 64 und
eine große
Kommunikations-Bohrung (Abfluss-Öffnung} 62 miteinander verbunden.
Folglich ist jede der ersten und zweiten Kommunikations-Leitungen 12 und 13 (der
Kommunikations-Kreislauf) über
die Abfluss-Leitung 14 mit dem Vorratsbehälter 5 verbunden,
wodurch die manuelle Lenkungs-Betriebsart
bei einem Zündungs-Schalter
auf Alls gewährleistet
wird (mit anderen Worten, mit ersten und zweiten Tellern 51 und 52, die
auf ihren nicht betätigten
Positionen gehalten werden).
-
[WÄHREND EINSCHALTZEIT DES ZÜNDUNGSSCHALTERS]
-
Wenn
umgekehrt der Zündungsschalter
AN ist, wird die Spule erregt und folglich der Anker 50, durch
die durch die Spule 55 erzeugte elektromagnetische Kraft,
in die axiale Abwärts-Richtung gezogen oder
angezogen. Folglich bewegt sich der Teller 51 gegen die
Feder-Vorspannung (Federkraft) der ersten Feder 56 nach
unten. Der Tellerventil-Bereich des ersten Tellers 51 sitzt
auf dem konisch abgeschrägten
Ventilsitz-Bereich 52a des
zweiten Tellers 52. Der Tellerventil-Bereich des ersten
Tellers 51 schließt
die erste Kommunikations-Bohrung 60.
Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich, infolge der Abwärtsbewegung des ersten Tellers 51,
der zweite Teller 52 ebenfalls nach unten gegen die Feder-Vorspannung
der zweiten Feder 57. Der Tellerventil-Bereich des zweiten
Tellers 52 wird auf den oberen, halbkugelförmigen abgeschrägten Ventilsitz-Bereich des Ventils 54 getrieben und
gesetzt, um so einen Fluss des Arbeitsmediums durch die große Kommunikations-Bohrung 62 des Ventilsitzes 54 zur
Abfluss-Leitung 14 zu blockieren. In der betätigten Stellung
oder erregten Stellung, wobei der erste Teller 51 in der
untersten Position gehalten wird und auf dem konisch abgeschrägten Ventilsitz-Bereich 52a sitzt
und der zweite Teller 52 ebenfalls auf dem Ventilsitz 54 sitzend
gehalten wird, wird eine Fluid-Verbindung zwischen der großen Kommunikations-Bohrung 62 und
jeder der ersten und zweiten Kommunikations-Öffnungen 63 und 64 blockiert. Daher
besteht, wenn die Pumpe 2 angetrieben wird, um eine gewünschte Steuerungs-Unterstützungskraft
zu erzeugen und demzufolge ein hydraulischer Druck von Pumpe 2 zu
jeder der ersten und zweiten hydraulischen Kammern 21 und 22 bereitgestellt wird,
eine geringere Möglichkeit
eines Arbeitsmedium-(Arbeitsfluid-) Verlusts aus dem geschlossenen hydraulischen
Ring-Kreislauf zum Vorratsbehälter 5 in
erregten Zustand von Spule 55, mit anderen Worten bei einer
durch das Wegeventil 6 völlig geschlossenen oder abgesperrten
großen
Kommunikations-Bohrung (Abfluss-Öffnung) 62.
Dies ist deshalb so, weil das Wegeventil 6 des hydraulischen
Servolenkungs-Systems der Ausführungsform
einen doppelten Tellerventil-Mechanismus besitzt, der aus den ersten
und zweiten Tellern 51 und 52 aufgebaut ist und
eine geringere Tendenz zum Verlust von Arbeitsmedium aufweist, als
im Vergleich zur Kolbenventil-Anordnung. Im erregten Zustand von
Spule 55 oder wenn das Wegeventil 6 in der geschlossenen Position
gehalten wird, gewährleistet
das System der Ausführungsform
eine Servolenkungs-Betriebsart (oder eine Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart),
bei der eine Lenkungs-Unterstützung
erzeugt wird.
-
[NORMALE SERVO-UNTERSTÜTZUNGS-STEUERUNG-/REGELUNG]
-
Es
wird angenommen, dass das Servolenkungs-System ohne Störung ist
und sich somit in der normalen Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart
(d. h. in der normalen Servolenkungs-Betriebsart) befindet und zusätzlich ein
Lenkrad SW vom Fahrer in einer Drehrichtung gedreht wird, um die
Zahnstange 23 in die axiale Links-Richtung (entsprechend 1–2)
zu bewegen. Zu diesem Zeitpunkt erfasst oder überwacht der Drehmoment-Sensor 31 die
Größe und Richtung
des Lenkungs-Drehmoments, das auf die Lenkspindel S vom Fahrer über das
Lenkrad SW aufgebracht wird und erzeugt ein Informationsdaten-Signal,
dass die Größe und Richtung
des vom Fahrer aufgebrachten Lenkungs-Moments anzeigt. Ein Befehls-Signal
(oder ein Ansteuerungs-Signal), das, auf der Basis des Informationsdaten-Signals
vom Drehmoment-Sensor 31, ermittelt wird, wird von der
ECU 30 an den Motor 1 ausgegeben um die reversiblen
Pumpe 2 zur Lenkungs-Unterstützung richtig anzutreiben.
Wie oben dargelegt, arbeitet, beim Auftreten der Drehbewegung des
Lenkrads SW und axialer Links-Bewegung der Zahnstange 23,
wenn Motor 1 als Antwort auf das, auf dem Sensor-Signal
vom Drehmoment-Sensor 31 basierende, Antriebs-Signal angetrieben
wird, die reversible Pumpe 2, um Arbeitsmedium (Servolenkungs-Öl) vom der
zweiten hydraulischen Kammer 22 hinüber zur ersten hydraulischen
Kammer 21 zu fördern.
Der Fluss des Arbeitsmediums von der zweiten hydraulischen Kammer 22 über die
Pumpe 2 zur ersten hydraulischen Kammer 21 erzeugt
einen Druckaufbau auf der rechten Seite des Kolbens 24 und
gleichzeitig erzeugt er einen Druckabfall auf der linken Seite des
Kolbens 24. Aufgrund des größeren hydraulischen Drucks
in der ersten hydraulischen Kammer 21, mit anderen Worten,
dem höheren
auf die rechte Seite des Kolbens 24 aufgebrachten Druck,
wird der Kolbens 24 axial nach links geschoben (siehe 1–2),
um eine Lenkungs-Unterstützungskraft
zu erzeugen, was somit den Lenkungs-Kraftaufwand reduziert. Wie oben beschrieben,
wird, um eine Lenkungs-Unterstützung
beim Auftreten der Drehbewegung des Lenkrads SW und einer axialen
Links-Bewegung der Zahnstange 23 zu schaffen, ein Fluss
des Arbeitsmediums, das in der zweiten hydraulischen Kammer 22 über Pumpe 2 zur ersten
hydraulischen Kammer 21 gespeichert wurde, für einen
Druckaufbau des Arbeitsmediums in der ersten hydraulischen Kammer 21 verwendet.
Zusätzlich
zur Verwendung des in der zweiten hydraulischen Kammer gespeicherten
Arbeitsmediums, kann der Fluss des Arbeitsmediums vom Vorratsbehälter 5 über ein
zweites Zufluss-Rückschlagventil 4 und
die Pumpe 2 zur ersten hydraulischen Kammer 21 für einen
Druckaufbau auf der rechten Seite des Kolbens 24 genutzt
werden. In einem Zustand, indem der Fluss des Arbeitsmediums von
der zweiten hydraulischen Kammer 22 über die Pumpe 2 zur
ersten hydraulischen Kammer 21 stattfindet, wird angenommen,
dass der hydraulische Druck in der ersten Kommunikations-Leitung 12 des
Kommunikations-Kreislaufs
(im Bypass-Kreislauf) niedrig ist. In einem solchen Fall wird ein
Teil des Flusses des Arbeitsmediums von der ersten Druck-Leitung 10 zur
ersten hydraulischen Kammer 21 ebenfalls in die erste Kommunikations-Leitung 12 befördert, wodurch
der hydraulische Druck des in die erste Kommunikations-Leitung 12 beförderten
Arbeitsmediums im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
mittels der ersten und zweiten Rückschlagventile 7 und 8 aufgeladen
und das Wegeventil 6 geschlossen wird. Mit anderen Worten
wenn das Druckniveau des von der Pumpe 2 abgeflossenen
Arbeitsmediums höher
ist, als der hydraulische Druck, der im Kommunikations-Kreislauf geladen
ist, tritt eine Erhöhung
des hydraulischen Drucks im Kommunikations-Kreislauf auf. Wenn umgekehrt
das Druckniveau des Arbeitsmediums, das von der Pumpe 2 abgeflossenen
ist, niedriger ist, als der hydraulische Druck der im Kommunikations-Kreislauf
aufgeladen ist, wird der hydraulische Druck im Kommunikations-Kreislauf,
mittels der ersten und zweiten Kontroll-Ventile 7 und 8 konstant
und das Wegeventil 6 geschlossen gehalten. Wie sich aus
dem oben Gesagten ergibt, ist während
der normalen Servolenkungs-Betriebsart
(oder während
der normalen Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart)
mit einem völlig
geschlossenen Wegeventil 6, ein hydraulischer Druck P,
der im Kommunikations-Kreislauf (12, 13) mittels
der zwei Rückschlagventile 7 und 8 aufgebaut
ist, hoch und folglich wird jedes der Rückschlagventile 7 und 8 in
einer Nicht-Durchfluss-Stellung
gehalten. Wenn die Rückschlagventile 7 und 8 in
ihrer Nicht-Durchfluss-Stellung gehalten werden, wird die Fluid-Kommunikation zwischen
den ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 während der
normalen Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart
(mit dem Zündung
Schalter auf AN oder mit einem, über
die Magnetspule betätigten
Wegeventil 6, das erregt und völlig geschlossen ist) blockiert.
Wie oben dargelegt, wird im Servolenkungs-System der in 1-2 gezeigten
Ausführungsform
der Tellerventil-Mechanismus als das Wegeventil verwendet, das mit
dem Kommunikations-Kreislauf (12, 13) verbunden
ist, um die zuverlässige
Funktion des Wegeventils zu gewährleisten.
Die hydraulische Funktion des hydraulischen Servolenkungs-Systems
der Ausführungsform,
für die
entgegen gesetzte Drehrichtung des Lenkrads SW, ist ähnlich zu
der beschriebenen Drehrichtung des Lenkrads SW, außer, dass
die Richtung des Flusses des Arbeitsmediums von der zweiten hydraulischen
Kammer 22 über
die Pumpe 2 zur ersten hydraulischen Kammer 21 sich
auf die Richtung des Flusses des Arbeitsmediums von der ersten hydraulischen
Kammer 21 über
die Pumpe 2 zur zweiten hydraulischen Kammer 22, ändert. Aus
Gründen
der Vereinfachung der Offenbarung wird eine detaillierte Beschreibung
der hydraulischen Funktion für
die entgegen gesetzte Drehrichtung des Lenkrads SW (axiale Rechtsbewegung
der Zahnstange 23) weggelassen.
-
Im
Gegensatz zum oben gesagten, wird, wie später detailliert mit Bezug auf
die in 3A–3D gezeigten
Zeit-Schaubilder
beschrieben, beim Auftreten einer Störung des Servolenkungs-Systems steuert/regelt
die ECU das Wegeventil 6, um das Ventil 6 zu öffnen, d.
h. die Spule 55 wird entmagnetisiert und das Wegeventil 6 vom
geschlossenen zum offenen Zustand umgeschaltet, in dem ein hydraulischer
Druck P der im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
mittels der zwei Rückschlagventile 7 und 8 aufgeladen
ist, niedrig wird. Und folglich wird jedes der Rückschlagventile 7 und 8 in
einer Frei-Fluss-Stellung gehalten. Wenn die Rückschlagventile 7 und 8 in ihrer
Frei-Fluss-Stellung gehalten werden, wird eine Fluid-Kommunikation
zwischen den ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 hergestellt,
was es folglich gestattet, dass der hydraulische Druck, während einem Übergang
von der normalen Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart
auf die manuelle Lenkungs-Betriebsart, gleichmäßig von jeder der ersten und
zweiten Druckleitungen 10 und 11 zum Vorratsbehälter abgebaut
wird, wobei das über die
Magnetspule betätigte
Wegeventil 6 nicht erregt ist und auf seinen völlig geöffneten
Zustand umgeschaltet ist.
-
[FUNKTION MIT GESCHLOSSENEM
WEGEVENTIL]
-
Nachfolgend
wird die Funktion des Wegeventils 6, da, beim störungsfreien
Zustand des Servolenkungs-Systems, in seiner geschlossenen Position gehalten
wird, beschrieben, mit anderen Worten im erregten Zustand der Magnetspule
und der Stellung, in der der im Kommunikations-Kreislauf aufgeladene hydraulische
Druck anliegt. Unter der Annahme, dass ein Druckwert des in Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
aufgeladenen hydraulischen Drucks mit „P", eine Zugkraft (elektromagnetische
Kraft) die durch die Spule 55 erzeugt wird, mit „Fs", eine Feder-Vorspannung
der ersten Feder 56 mit „Fk1" und eine effektive Querschnittsfläche der
ersten Kommunikations-Bohrung 60 mit „As1" bezeichnet werden, wird die summierte
Kraft (resultierende Kraft) Fs1 der drei Kräfte (oder drei Drücke), die
auf den ersten Teller 51 einwirken, durch den folgenden
Ausdruck repräsentiert. Fs1 = Fs + Fp1 – Fk1wobei die mit „Fs" bezeichnete Kraft
die Zugkraft ist, die den Anker 50 in die Spule 55 zieht,
die mit „Fp1" bezeichnete Kraft
eine Druckkraft ist, die über
die Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) und den hydraulischen Druck in der Abfluss-Leitung 19 auf
den ersten Teller 51 einwirkt und die mit „Fk1" bezeichnete Kraft
die Feder-Vorspannung (Reaktionskraft) der ersten Feder 56 ist.
-
Im
erregten Zustand der Spule 55 oder bei geschlossenem Wegeventil 6 wird
der erste Teller 51, der fest mit dem Anker 50 verbunden
ist, auf dem konisch abgeschrägten
Ventilsitz-Bereich 52a des zweiten
Tellers 52 gesetzt und daher wirkt die Druckkraft Fp1 (die
infolge der vorgenannten Druckdifferenz auftritt), die durch das
Produkt (P × As1)
des hydraulischen Drucks P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
und der effektiven Querschnittsfläche As1 der ersten Kommunikations-Bohrung bestimmt
ist, auf den ersten Teller 51 ein, sodass der erste Teller 51 axial
nach unten getrieben wird. Unter der Annahme, dass die nach unten
gerichtete Kraft positiv ist, kann der erste Teller 51 auf
dem konisch abgeschrägten
Ventilsitz-Bereich 52a des zweiten Tellers 52 sitzend
gehalten werden, unter einer spezifischen Bedingung, die durch die
Ungleichung Fs1 = (Fs + Fp1 – Fk1) ≥ 0 definiert
wird. Mit anderen Worten, wenn die durch die Ungleichung Fs + Fp1 ≥ Fk1 definierte
Bedingung erfüllt
ist und somit die summierte Kraft Fs1 der drei auf den ersten Teller 51 einwirkenden
Kräfte
positiv ist (Fs1 ≥ 0),
wird der erste Teller 51 auf den konisch abgeschrägten Ventilsitz-Bereich 52a sitzend
gehalten.
-
Weiter
unter der Annahme, dass (i) der vom ersten Teller 51 auf
den zweiten Teller 52 aufgebrachte Druck gleich der summierten
Kraft Fs1 (= Fs + Fp1 – Fk1)
der Kräfte,
die auf den ersten Teller 51 einwirken, ist, (ii) eine
Feder-Vorspannung der zweiten Feder 57 mit „Fk2" bezeichnet wird
und (iii) eine effektive Querschnittsfläche der großen Kommunikationsbohrung 62 mit „As2" (>As1) bezeichnet wird,
ist die summierte Kraft (resultierende Kraft) Fs2 der drei Kräfte (oder
drei Drücke),
die auf den zweiten Teller 52 einwirken, durch den folgenden
Ausdruck repräsentiert. Fs2 = Fs1 + Fp2 – Fk2worin die mit „Fs1" bezeichnete Kraft,
die summierte Kraft der drei Kräfte,
die auf den ersten Teller 51 einwirken, ist, mit anderen
Worten, die axiale Kraft, die vom ersten Teller 51 zum
zweiten Teller 52 aufgebracht wird, die mit „Fp2" bezeichnete Kraft
ist eine Druckkraft, die, über
die Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) und dem hydraulischen Druck P in der
Abfluss-Leitung 14, auf den zweiten Teller 52 einwirkt
und die mit „Fk2" bezeichnete Kraft
ist die Feder-Vorspannung (Reaktionskraft) der zweiten Feder 57.
-
Im
erregten Zustand der Spule 55 (mit geschlossenem Wegeventil 6)
wird der zweite Teller 52 auf dem Ventilsitz 54 sitzend
gehalten und daher wirkt die Druckkraft Fp2, die durch das Produkt
{P × (As2 – As1)}
des hydraulischen Drucks P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
und der Differenz (As2 – As1)
zwischen den effektiven Querschnittsflächen As2 und As1 der großen Kommunikations-Bohrung 62 und
ersten Kommunikations-Bohrung
(kleine Kommunikations-Bohrung) 60 bestimmt ist, auf den zweiten
Teller 52 ein, sodass der zweite Teller 52 abwärts getrieben
wird. Unter der Annahme, dass die abwärts gerichtete Kraft positiv
ist, kann der zweite Teller 52 auf dem Ventilsitz 54 unter
einer spezifischen Bedingung, die durch die Ungleichung Fs2 = (Fs1
+ Fp2 – Fk2) ≥ 0 definiert
wird, sitzend gehalten werden. Mit anderen Worten, wenn die durch
die Ungleichung Fs2 = (Fs1 + Fp2 – Fk2)≥ 2 definierte Bedingung erfüllt ist,
wird der zweite Teller 52 auf dem Ventilsitz 54 sitzend
gehalten.
-
Wie
oben dargelegt, erzeugt der hydraulische Druck P, der im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) mittels den ersten und zweiten Rückschlagventilen 7 und 8,
aufgeladen ist, eine Unterstützungskraft, die
in der Schließ-Richtung
sowohl des ersten als auch zweiten Tellers 51 und 52 einwirkt,
wenn das Wegeventil 6, durch Drehen des Zündungsschalters auf
AN, geschlossen wird. Das trägt
zum verringerten Stromwert des Erregerstroms, der auf die Spule 55 während der
normalen Servolenkungs-Betriebsart aufgebracht wird, d. h. zum Verkleinern
der Spule 55, mit anderen Worten zur reduzierten Gesamtgröße des Wegeventils 6,
bei.
-
[FUNKTION DES WEGEVENTILS
BEIM ÜBERGANG
VOM GESCHLOSSENEN ZUM OFFENEN ZUSTAND]
-
Nachfolgend
wird, mit Bezug auf die, in 3A–3D gezeigten,
Zeit-Schaubilder die Funktion des Wegeventils 6 beim Übergang
von der geschlossenen Position (dem erregten Magnetspulen-Zustand)
auf die offene Position (dem nicht erregten Magnetspulen-Zustand)
unter der Gegebenheit, bei der der hydraulische Druck P, der im
Kommunikations-Kreislauf (12, 13) aufgeladen ist,
anliegt, beschrieben. Unmittelbar vor dem Umschalten auf den nicht
erregten Magnetspulen-Zustand wird die Spule 55 noch im
erregten Zustand gehalten und somit wirkt die Abwärts-Kraft,
die infolge der elektromagnetischen Kraft Fs, die durch die Spule 55 und
die Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) und dem hydraulischen Druck in der Abfluss-Leitung 14,
erzeugt wird, auf sowohl den ersten als auch zweiten Teller 51 und 52.
Es wird angenommen, dass bei diesen Gegebenheiten, die Spule 55 vom
erregten Zustand (AN-Zustand) auf den nicht erregten Zustand (AUS-Zustand)
zum Zeitpunkt t1 wechselt. Gleichzeitig mit dem Wechsel zum nicht
erregten (AUS) Zustand zum Zeitpunkt t1 fällt die Zugkraft Fs des Ankers 50 schnell
auf Null ab (siehe 3B). Unter der Gegebenheit,
bei der der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf vor
dem Zeitpunkt t1 im Wesentlichen konstant gehalten wird, neigt die
summierte Kraft Fs1, der drei auf den ersten Teller 51 einwirkenden
Kräfte,
dazu, sich infolge des raschen Abfalls der Zugkraft Fs ab dem Zeitpunkt
t1 zu verringern. Wenn danach die durch die Ungleichung Fs + Fp1 ≥ Fk1 definierte
Bedingung erfüllt
wird und somit die Reaktionskraft (Aufwärts-Kraft) Fk1 der Feder 56 größer wird
als die Druckkraft Fp1, die durch die Druckdifferenz zwischen dem
hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
und dem hydraulischen Druck in der Abfluss-Leitung 14 (Fs
+ Fp1 = Fp1 < Fk1)
auf den ersten Teller 51 einwirkt, beginnt erste Teller 51 aufzurücken. Es
sei bemerkt, dass die effektive Querschnittsfläche As1 der ersten Kommunikations-Bohrung 60 genau
spezifiziert ist und auf einen vergleichsweise kleinen Wert im Vergleich
zu den anderen axialen Kommunikations-Bohrungen, wie z. B. den Bohrungen 61 und 62,
festgesetzt ist. Auf Grund der spezifischen kleinen effektiven Querschnittsfläche As1
der ersten Kommunikations-Bohrung 60, kann die Druckkraft
Fp1 (P × As1), die
entgegen der Druckdifferenz auftritt, auf einem kleinen Wert nieder
gehalten werden, selbst wenn der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf
sehr hoch ist. Ferner ist im System der gezeigten Ausführungsform
eine festgesetzte Belastung der ersten Feder 56 genau auf
einen spezifischen kleinen Wert eingestellt. Auf Grund der genauen
Einstellung der festgelegten Belastung der ersten Feder 56 auf den
spezifischen kleinen Wert, benötigt
das System der gezeigten Ausführungsform
keinen großen
Betrag von, durch die Spule 55 erzeugte, elektromagnetischer
Kraft, selbst wenn der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf
niedrig ist. Zu diesem Zeitpunkt, d. h. während dem Zeitabschnitt von
t1 bis t2, bewegt sich der erste Teller 51, auf Grund der
Aufwärtsbewegung
des ersten Tellers 51, die aus der Reaktionskraft Fk1 (> Fp1) der Feder 56 entsteht, vom
konisch abgeschrägten
Federsitz-Bereich 52a des zweiten Tellers 52 weg,
und somit besteht keine Beaufschlagung der axialen Kraft Fs1, die
vom ersten Teller 51 auf den zweiten Teller 52 aufgebracht wird,
d. h. Fs1 = 0. Somit wird die summierte Kraft Fs2 der drei Kräfte, die
während
der Zeitspanne t1 – t2
auf den zweiten Teller 52 einwirkt, wie folgt dargestellt. Fs2 = Fs1 + Fp2 – Fk2 = 0 + Fp2 – Fk2 =
P × (As1 – As2) – Fk2
-
Unmittelbar
nach dem Zeitpunkt t1, wird die gegenseitige Beziehung aus hydraulischen
Druck P im Kommunikations-Kreislauf,
Reaktionskraft Fk2 der zweiten Feder 57, effektiver Querschnittsfläche As1
der ersten Kommunikations-Bohrung 60 und effektiven Querschnittsfläche As2
(>As1) der großen Kommunikationsbohrung 62 festgelegt,
um die durch die Ungleichung Fp2 > Fk2
definierte Bedingung zu erfüllen.
Die Ungleichung Fp2 > Fk2
bedeutet, dass der zweite Teller 52 mittels der Abwärtskraft
(Fp2 – Fk2 > 0) unmittelbar nach
dem Zeitpunkt t1 immer noch abwärts
getrieben wird. Auf diese Weise ist es, durch genaues Festlegen
des hydraulischen Drucks P im Kommunikations-Kreislauf, der Reaktionskraft Fk2
der zweiten Feder 57 und der effektiven Querschnittsfläche As2
(> As1) der großen Kommunikations-Bohrung 62,
die größer als
die effektive Querschnittsfläche
As2 der ersten Kommunikationsbohrung 60 ist, unmittelbar
nach dem Umschalten auf den nicht erregten Zustand der Spule 55,
möglich,
die gewünschte
Bedingung aufrechtzuerhalten, bei der nur der zweite Teller 52 im
Innern des Wegeventils im Sitz gehalten wird, während der erste Teller 51 nicht im
Sitz gehalten wird (siehe die Zeit-Schaubilder von 3C–3D).
Wenn der erste Teller 51 sich nicht im Sitz und der zweite
Teller 52 im Sitz befinden, wird der hydraulische Druck
P im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) schrittweise nur vom oberen konisch abgeschrägten Ventilsitz-Bereich 52a des
zweiten Tellers 52 über
die kleinen und mittleren Kommunikations-Bohrungen 60 und 61 und
die große
Kommunikations-Bohrung 62 zur Abfluss-Leitung 14 abgebaut.
Somit beginnt sich der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf
schrittweise zu vermindern (siehe das Zeitintervall von t1 bis t2
in 3A). Infolge der schrittweisen Verringerung des
hydraulischen Drucks P, beginnt die Druckkraft Fp2 {= P × (As2 – As1)},
die auf den zweiten Teller 52 einwirkt, sich ebenfalls
zu verringern.
-
Sobald
zum Zeitpunkt t2 der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) einen festgelegten hydraulischen Druckwert
P0 erreicht und sich unter den festgelegten hydraulischen Druckwert
P0 verringert, wird die Druckkraft Fp2 {= P × (As2 – As1)}, die auf den zweiten
Teller 52 einwirkt, kleiner als die Reaktionskraft Fk2
der zweiten Feder 57 und daher wird der zweite Teller 52 von
seinem Sitz 54 weg gerückt.
Auf diese Weise wird der Tellerventil-Bereich des zweiten Tellers 52 geöffnet (siehe den
Zeitpunkt t2 in 3D) und dann kann der hydraulische
Druck P vom Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
direkt über
die große
Kommunikations-Bohrung 62 (die eine relativ größere effektive
Querschnittsfläche
As2 besitzt) des Ventilsitzes 54 zur Ablauf-Leitung 14 abgebaut
werden. Der zuvor erwähnte
festgelegte hydraulische Druckwert P0 ist ein voreingestellter Druckwert,
der genau ermittelt oder auf der Basis der Reaktionskraft Fk2 der
zweiten Feder 57 und der Differenz (As2 – As1) zwischen
den effektiven Querschnittsflächen
As2 und As1 der Kommunikations-Bohrung 62 und ersten Kommunikations-Bohrung 60,
festlegbar ist.
-
[VERGLEICH ZWISCHEN TELLERVENTIL-MECHANISMUS
MIT 2. TELLER, DER 1. UND 2. AXIALE BOHRUNGEN
BESITZT UND TELLERVENTIL-MECHANISMUS
MIT 2. TELLER, DER KEINE 1. UND 2. AXIALE
BOHRUNGEN BESITZT]
-
Mit
Bezug auf 4 ist hier nun die Vergleichs-Zeichnung
eines Wegeventils (ein Doppel-Tellerventil-Mechanismus) 600,
mit zwei axial fluchtenden Tellern 51 und 520 gezeigt,
wobei keiner eine axiale Kommunikations-Bohrung besitzt. Wie aus
dem Vergleich dieser Abschnitte von 2 und 4 eingesehen
werden kann, hat der zweite Teller 520, der innerhalb des
Wegeventils 600 der Vergleichs-Zeichnung von 4 angeordnet
ist, keine wie in 2 gezeigten erste und zweite
axiale Kommunikations-Bohrungen 60 und 61. In
der Erläuterung
des hydraulischen Servolenkungs-Systems der Vergleichs-Zeichnung
von 4, das den Doppel-Tellerventil-Mechanismus (Wegeventil 600)
ohne erste und zweite axiale Kommunikations-Bohrungen 60 und 61 besitzt,
werden zum Zwecke des Vergleichs der zwei, in 2 und 4 gezeigten,
unterschiedlichen Tellerventil-Mechanismen die gleichen Bezugszeichen,
die verwendet wurden, um Elemente im, in 2 gezeigten
Tellerventil-Mechanismus (Wegeventil 6), zu bezeichnen,
für die
entsprechenden Elemente, wie die im Vergleichs-Beispiel des, in 4 gezeigten
Tellerventil-Mechanismus (Wegeventil 600) angewendet, während eine
detaillierte Beschreibung der gleichen Bezugszeichen weggelassen
wird, weil die vorausgehende Beschreibung hiervon selbsterklärend zu
sein scheint. Wie eingesehen werden kann, ist die Funktion des Wegeventils 600 der
Vergleichs-Zeichnung von 4 grundlegend ähnlich zu
der des Wegeventils 6 des Systems der Ausführungsform
von 2. Jedoch unterscheidet sich die Funktion des
Wegeventils 600 der Vergleichs-Zeichnung von 4 etwas
vom Wegeventil 6 des Systems der Ausführungsform von 2,
nämlich
darin, dass keine axialen Kommunikations-Bohrungen (60, 61)
im zweiten Teller 520 ausgebildet sind und somit es kein
Anliegen der Druckkraft Fp1 auf den ersten Teller 51, wegen
der Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) und hydraulischen Druck in der Ablauf-Leitung 14 gibt,
d. h. Fp1 = 0. Somit wird die summierte Kraft Fs1 der Kräfte (oder
Drücke),
die auf den ersten Teller 51 einwirken, durch den Ausdruck
Fs1 = Fs + Fp1-Fk1
= Fs – Fk1 dargestellt,
weil Fp1 = 0 ist.
-
Wenn,
bei der System-Anordnung von 4, die hydraulische
Kraft P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13) ansteigt,
wird die Druckkraft Fp2 {= P × (As2 – As1)=
P × (As2 – 0) = P × As2},
die auf den zweiten Teller 520 einwirkt ebenfalls groß. Zu diesem
Zeitpunkt werden die summierte Kraft Fs2 der Kräfte (oder Drücke), die
auf den zweiten Teller 520 einwirken, dargestellt durch
den Ausdruck Fs2 – Fs1
+ Fp2 – Fk2
= (Fs – Fk1)
+ (P × As2) – Fk2, positiv.
Daher wird der Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) durch den zweiten Teller 520,
der auf dem Ventilsitz 54 im Sitz gehalten wird, abgesperrt.
Dadurch wird eine Fluid-Kommunikation zwischen dem Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) und der Ablauf-Leitung 14 durch
den zweiten Teller 520 vollständig blockiert. Hiernach wird
detailliert die Funktion des Wegeventils 600 der Vergleichs-Zeichnung
von 4 unter der spezifischen Gegebenheit, bei der
der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
sehr hoch ist, beschrieben. Es wird angenommen, dass infolge einer
Lenkungs-Unterstützung während der
Servolenkungs-Betriebsart (Servo- Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart),
der hydraulische Druck P, der im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
aufgeladen ist, auf einem sehr hohen Druckwert Phoch aufrechterhalten
wird. Infolge eines solchen sehr hohen Druckwerts Phoch wird
die Druckkraft Fp2, die auf den zweiten Teller 520 einwirkt, auch
sehr hoch. Unter diesen Gegebenheiten wird angenommen, dass eine
eingestellte Belastung der zweiten Feder 57 klein ist.
Wegen der kleinen eingestellten Belastung der zweiten Feder 57,
ist es für
die Reaktionskraft Fk2 der zweiten Feder 57 unmöglich, die
sehr hohe Druckkraft Fp2 (= P × As2),
die auf den zweiten Teller 520 einwirkt, selbst wenn die
Spule 55 nicht erregt ist, zu überwinden, mit anderen Worten, selbst
ohne Anliegen einer Zugkraft Fs, die den Anker 50 abwärts zieht.
Wegen der kleinen eingestellten Belastung der zweiten Feder 57,
wird der zweite Teller 520 unerwünscht, selbst mit einer nicht
erregten Spule 55, auf seinem Sitz 54 gehalten
und daher ist es unmöglich,
den hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
zur Ablauf-Leitung 14 abzubauen. Aus den oben dargelegten
Gründen, muss
im Fall des Servolenkungs-Systems der Vergleichs-Zeichnung von 4,
die den Doppel-Tellerventil-Mechanismus
(Wegeventil 600) mit 1. und 2. axialen Kommunikationsbohrungen 60 und 61 aufweist,
eine eingestellte Belastung der zweiten Feder 57 auf einen
spezifischen großen
Belastungswert festgelegt werden, über den es möglich ist,
den zweiten Teller 520 gegen die Druckkraft Fp2 (= P × As2), die
auf den zweiten Teller 520 einwirkt, selbst wenn der geschätzte, maximale
hydraulische Druck erzeugt wird, anzuheben.
-
Im
Gegensatz dazu wird angenommen, dass der hydraulische Druck P, der
im Kommunikations-Kreislauf (12, 13) aufgeladen
ist, auf einem sehr niedrigen Druckwert Pniedrig aufrechterhalten
wird. Selbstverständlich
ist der hydraulische Druck P, der im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
mittels ersten und zweiten Rückschlagventilen 7 und 8 aufgeladen ist
und eine Unterstützungskraft
erzeugt, die in Schließrichtung
des zweiten Tellers 520 wirkt, sehr niedrig. Wenn das Wegeventil 600 unter
dem sehr niedrigen hydraulischen Druck Pniedrig geschlossen wird,
wird die Druckkraft Fp2 (P × As2),
die auf den zweiten Teller 520 einwirkt, unerwartet niedrig.
Der hauptsächliche
Arbeitsaufwand, zum Schließen
des Wegeventils 600 hängt
von der Zugkraft Fs ab, die den Anker 50 abwärts zieht
und sich auf diesem nicht ausdehnt. Jedoch benötigt, infolge einer nicht wünschenswerten
Festlegung der eingestellten Belastung der zweiten Feder 57 auf
den spezifischen großen
Belastungswert, das System des in 4 gezeigten
Vergleichs-Diagramms einen großen
Betrag von elektromagnetischer Kraft Fs, die durch die Spule 55 erzeugt
wird. Das führt
zum Problem der Vergrößerung der
Spule 55, mit anderen Worten, zu einem erhöhten Verbrauch
von elektrischer Energie. Um die oben genannten Probleme (z. B.
die hoch eingestellte Belastung der zweiten Feder 57 und
vergrößerte Spule 55),
die im System der Vergleichs-Zeichnung von 4 auftreten,
das einen Doppel-Tellerventil-Mechanismus (Wegeventil 600)
ohne 1. und 2. axiale Kommunikationsbohrungen 60 und 61 besitzt, zu
vermeiden, ist es möglich,
die effektive Querschnittsfläche
As2 der großen
Kommunikations-Bohrung 62 des Ventilsitzes 54 klein
zu machen. Jedoch ist es wegen der kleinen Querschnittsfläche As2
der großen
Kommunikations-Bohrung 62,
die im Ventilsitz 54 ausgebildet ist, unmöglich, den
hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
vom Zeitpunkt, wenn das Wegeventil 600 vom geschlossenen
(betätigten)
Zustand zum offenen (nicht betätigten)
Zustand umgeschaltet hat, schnell abzusenken. Das führt zu einem
weiteren Problem, wie zum Beispiel einer verschlechterten Ansprechempfindlichkeit
des Druckminderungs-Vorgangs, auf den im Kommunikations-Kreislauf
aufgeladenen Druck P. Im Gegensatz dazu hat beim hydraulischen Servolenkungs-System
der Ausführungsform,
wie deutlich in 2 gezeigt, der zweite Teller 52 erste
und zweite Kommunikations-Bohrungen 60 und 61, wie
darin ausgebildet sind. Auf Grund der Einrichtung von ersten und
zweiten Kommunikations-Bohrungen 60 und 61 ist
es möglich,
den ersten Teller 51 durch eine leichte aufgebrachte Kraft,
auf Grund der kleinen axialen Kommunikations-Bohrung 60,
die eine effektive Querschnittsfläche As1 (< As2) aufweist, die kleiner als die
effektive Querschnittsfläche
As2 der großen Kommunikations-Bohrung 62 ist,
anzuheben, selbst unter dem hohen hydraulischen Druck, der im Kommunikations-Kreislauf
(12, 13) aufgeladen ist. Das bedeutet, dass die
festgelegte Belastung der ersten Feder 56 auf einen spezifischen
kleinen Wert voreingestellt werden kann. Wie zuvor beschrieben,
benötigt
infolge der genauen Einstellung der festgelegten Belastung der ersten
Feder 56 auf den spezifischen kleinen Wert, das System
der Ausführungsform
keinen großen
Betrag an elektromagnetischer Kraft Fs, die von der Spule 55 erzeugt
wird, selbst wenn der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf niedrig
ist.
-
Wenn
im Doppel-Teller-Mechanismus (51, 52) des Wegeventils 6 des
Systems der Ausführungsform,
der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf anfängt, sich
infolge der Aufwärtsbewegung
des ersten Tellers 51, schrittweise moderat zu verringern
und dann den vorgegebenen hydraulischen Druckwert P0 erreicht, schaltet
der zweite Teller 52 automatisch auf den offenen Zustand
(siehe den Zeitpunkt t2 in 3A und 3D).
Deshalb wird, selbst unter einer Gegebenheit, bei der hydraulische
Druck P im Kommunikations-Kreislauf hoch ist und somit die vergleichsweise
hohe Druckkraft Fp2 auf den zweiten Teller 52 einwirkt,
wenn der hydraulische Druck P im Kommunikations-Kreislauf sich unter
den vorgegebenen Druckwert nach der Aufwärtsbewegung des ersten Tellers 51 reduziert
hat, die Druckkraft Fp2 ab dem Zeitpunkt t2 (siehe den Ausdruck
Fp2 = P × (As2 – As1) und
den Zeitpunkt t2 in 3A und 3D) rasch
niedrig. Daher ist es im System der Ausführungsform möglich, eine
festgelegte Belastung der zweiten Feder 57, die als Reaktionskraft
gegen die Druckkraft Fp2 dient, die auf den zweiten Teller 52 einwirkt,
auf einen spezifischen kleinen Wert vor einzustellen, um dadurch
eine angelegte elektromagnetische Kraft, die durch die Spule 55 erzeugt
wird, abzustellen oder zu verringern. Dies vermeidet das Problem
der Vergrößerung der
Spule 55 und reduziert den Verbrauch an elektrischer Energie.
-
Zusätzlich ist
beim Doppel-Teller-Mechanismus (51, 52) des Wegeventils 6 des
Systems der Ausführungsform
die effektive Querschnittsfläche As1
der ersten Kommunikationsbohrung 60 so dimensioniert, dass
sie kleiner als die der zweiten Kommunikations-Bohrung 61 ist.
Somit dient die erste Kommunikations-Bohrung 60, die eine
relativ kleinere effektive Querschnittsfläche As1 besitzt, als Fluid-Verengungs-Düse, die
einen raschen Wechsel beim hydraulischen Druck verhindert. Darüber hinaus
gibt es im System der Ausführungsform,
das ein Wegeventil 6 des Doppel-Tellerventil-Mechanismus besitzt,
bei einem Übergang
vom geschlossenen Ventilzustand zum offenen Ventilzustand zwei unterschiedliche
hydraulische Druckminderungs-Vorgänge oder zwei unterschiedliche
hydraulische Druck-Abbau-Vorgänge,
nämlich
(i) den ersten Druck-Abbau-Vorgang (siehe den moderaten Abfall beim
hydraulischen Druck P während
der Zeitspanne t1 – t2
in 3A und 3D), in
dem der hydraulische Druck P schrittweise moderat nur vom oberen konisch
abgeschrägten
Ventilsitz-Bereich 52a des zweiten Tellers 52 über die
ersten und zweiten Kommunikations-Bohrungen 60 und 61 und
die große Kommunikations-Bohrung 62 zur
Abflussleitung 14 abgebaut wird und (ii) den zweiten Druck-Abbau-Vorgang
(siehe den raschen Abfall beim hydraulischen Druck P nach dem Zeitpunkt
t2 in 3A und 3D), in
dem der hydraulische Druck P vom Kommunikations-Kreislauf (12, 13)
direkt über
die große Kommunikations-Bohrung 62 (die
die relativ größere effektive
Querschnittsfläche
As2 besitzt) des Ventilsitzes 54 zur Abflussleitung 14 schnell
abgebaut wird. Somit ist es möglich,
den hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf (12, 13) zum
Vorratsbehälter
für eine
gewünschte
Zeitdauer ohne raschen Wechsel beim hydraulischen Druck P, schnell
abzubauen.
-
Wie
aus dem oben Gesagten eingesehen werden kann, besitzt das hydraulische
Servolenkungs-System der Ausführungsform
die folgenden Effekte (1)–(7).
- (1) Das Wegeventil 6 besitzt einen
Tellerventil-Mechanismus
(51, 52), wodurch das verbesserte flüssigkeitsdichte
Dichtungs-Verhalten bei der normalen Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart
(oder der normalen Servolenkungs-Betriebsart) gewährleistet
wird. Falls ein Wegeventil 6 den Tellerventil-Mechanismus
verwendet, gibt es eine geringere Möglichkeit des Steckenbleibens
des Ventils infolge Verunreinigung oder Ablagerungen und eine geringere
Möglichkeit
des Verlusts von Arbeitsmedium. Unter der Annahme, dass das Wegeventil 6,
auf Grund von Verschmutzung oder Ablagerungen, stecken geblieben
oder verschlossen geblieben ist, besteht beim Wegeventil 6,
das den Tellerventil-Mechanismus
(den Tellerventil-Aufbau) aufweist, eine verringerte Tendenz, in
seiner geschlossenen Position stecken zu bleiben, als im Vergleich zum
Kolbenventil. Daher kann das System der Ausführungsform die manuelle Lenkungs-Betriebsart
selbst mit einem stecken gebliebenen Wegeventil 6 ausführen, auf
Grund einer geringeren Möglichkeit,
dass das Wegeventil 6 in seiner geschlossenen Position
stecken bleibt. Dies gewährleistet
die zuverlässigere
Funktion des Wegeventils 6.
- (2) Das Wegeventil 6, das den Tellerventil-Mechanismus
aufweist, wird als Antwort auf den hydraulischen Druck, der auf
dem Wegeventil 6 anliegt, betätigt, sodass sich der Öffnungsbereich
des Wegeventils 6 vergrößert, wie
sich der auf das Wegeventil 6 (genauer gesagt der hydraulische Druck
P im Kommunikations-Kreislauf) anliegende hydraulische Druck verringert
(siehe 3A–3D). Bei
einer Gegebenheit, bei der der hydraulische Druck P hoch ist, mit
anderen Worten während
einer Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart,
bei der eine Lenkungs-Unterstützung
erzeugt wird, wird der Öffnungsbereich
des Wegeventils 6 fallend kompensiert oder auf ein Minimum
reduziert (Ventilöffnung 0).
Deshalb ist es möglich,
zu vermeiden, dass eine Lenkungs-Unterstützungskraft rasch abfällt. Zusätzlich kann
die Öffnungsfläche des
Wegeventils 6, entsprechend einer stufenweisen Verringerung
beim hydraulischen Druck P (siehe die Zeitspanne t1-t2 in 3A–3D), gleichmäßig vergrößert werden.
Somit ist es möglich,
den hydraulischen Druck P im Kommunikations-Kreislauf zum Vorratsbehälter innerhalb
einer vorgegebenen Zeitspanne, sicher gleichmäßig abzubauen und dabei den
Lenkungs-Kraftaufwand
während
der manuellen Lenkungs-Betriebsart zuverlässig zu verringern.
- (3) Das Wegeventil 6 ist sowohl mit der ersten Kommunikations-Leitung 12,
die mit der ersten Druckleitung 10 verbunden ist, als auch
der zweiten Kommunikations-Leitung 13, die mit der zweiten
Druckleitung 11 verbunden ist, als auch dem Vorratsbehälter 5 verbunden.
Andererseits dient das Wegeventil 6 dazu, dass die ersten
und zweiten Druckleitungen 10 und 11 über die
ersten und zweiten Kommunikations-Leitungen 12 und 13 in gegenseitiger
Verbindung stehen. Andererseits dient das Wegeventil 6 als
Magnetspulen-Betätigtes
Druck-Regelventil
(oder als ein Magnetspulen-Betätigtes
Druckabbau-Ventil),
das den hydraulischen Druck in den ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 zum
Vorratsbehälter gleichmäßig abbaut,
indem die Spule 55, als Antwort auf ein Befehlsignal von
einer Ventil-Steuer-/Regeleinheit (dem Wegeventil-Steuerung-/Regelungskreislauf),
nur bei Auftreten einer Störung
des Servolenkungs-Systems entmagnetisiert wird, wodurch ein Pump-Verlust
während
der manuellen Lenkungs-Betriebsart
vermindert wird.
- (4) Das Wegeventil 6 weist (i) ein Ventilgehäuse 53,
das eine erste axiale Bohrung besitzt, nämlich eine abgestufte axiale
Bohrung (53a, 53b), die mit dem Vorratsbehälter kommuniziert,
eine erste Kommunikations-Öffnung 63,
die mit einer ersten Kommunikations-Leitung 12 verbunden
ist, damit die abgestufte axiale Bohrung und die erste Druckleitung 10 in
gegenseitiger Verbindung stehen und eine zweite Kommunikations-Öffnung 64, die
mit der zweiten Kommunikations-Leitung 13 verbunden
ist, damit die abgestufte axiale Bohrung und die zweite Druckleitung 11 in
gegenseitiger Verbindung stehen, (ii) einem ersten Teller 51, der
gleitend in einer kleinen Bohrung 53a der abgestuften axialen
Bohrung (53a, 53b) angeordnet ist, (iii) einem
zweiten Teller 52, der gleitend in der großen Bohrung 53b der
abgestuften Bohrung (53a, 53b) angeordnet ist
und eine zweite axiale Bohrung besitzt, nämlich eine abgestufte axiale Bohrung
(erste und zweite Kommunikations-Bohrungen 60 und 61)
und an einem axialen Ende mit einem ersten Tellerventil-Sitz 52a,
auf dem ein erster Teller 51 sitzt, um die abgestufte axiale Bohrung
(60, 61) abzusperren und an einem axialen Ende
ebenfalls mit einem Druckaufnahme-Bereich ausgebildet ist, auf den
der hydraulische Druck, der durch die ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11,
ersten und zweiten Kommunikations-Leitungen 12 und 13 und
erste und zweite Kommunikations-Öffnungen 63 und 64 geliefert
wird, anliegt und am anderen axialen Ende mit einem zweiten Tellerventil-Bereich
ausgebildet ist, (iv) einem zweiten Tellerventil-Sitz 54 (gepresst
in die große
Bohrung 53b eingepasst), auf dem ein zweiter Teller 52 sitzt,
um eine Fluidverbindung zwischen dem Vorratsbehälter 5 und jeder der
ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 zu
blockieren, (v) eine zweite Feder 57, die permanent in
einer axialen Richtung den zweiten Teller 52 vorspannt
und (vi) der elektromagnetischen Magnetspulen-Einheit (50, 51),
die einen Anker 50, der fest mit dem ersten Teller 51 verbunden
ist und eine Spule 55 aufweist, die eine Zugkraft erzeugt,
die die entgegen gesetzte axiale Bewegung des am ersten Teller 51 befestigten Ankers
durch Umschalten der Spule vom nicht erregten zum erregten Zustand
erzeugt, auf. Im Anfangsstadium des Umschaltens auf den nicht erregten
Zustand der Spule 55 wird vor allem nur der erste Teller 51 von
seinem Sitz abgehoben und dadurch dass erste Tellerventil geöffnet. Folglich
wird der hydraulische Druck in jeder der ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 zum Vorratsbehälter 5 durch
die abgestufte axiale Bohrung (60, 61), die im
zweiten Teller ausgebildet ist, schrittweise abgebaut und somit
ein rascher Druckabfall beim hydraulischen Druck P vermieden, mit
anderen Worten ein rascher Wechsel (ein rascher Abfall) bei der
Lenkungs-Unterstützungskraft.
Wenn danach der hydraulische Druck P weiter abfällt und einen vorgegebenen
hydraulischen Druckwert P0 erreicht, fällt der hydraulische Druck (der
im Wesentlichen der Druckkraft Fp2 entspricht), der auf den Druck-Aufnahmebereich
des zweiten Tellers 52 einwirkt, weiter ab. Die Druckkraft
Fp2, die auf den zweiten Teller 52 einwirkt wird durch
die Feder-Vorspannung Fk2 der zweiten Feder 57 überwunden
und demzufolge wird der zweite Teller 52 von seinem Sitz
abgehoben und somit das zweite Tellerventil ebenfalls geöffnet. Als
Ergebnis davon steht jede der ersten und zweiten Kommunikations-Leitungen 12 und 13 nicht über die
abgestufte axiale Bohrung (60, 61) des zweiten
Tellers 52 in direkter Verbindung mit dem Vorratsbehälter 5.
Dies ermöglicht
es, dass der hydraulische Druck P von jeder der ersten und zweiten
Druckleitungen 10 und 11 zum Vorratsbehälter gleichmäßig abgebaut
wird, wobei verhindert wird, dass der hydraulische Druck in jeder
der ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 vorherrscht
oder zurückbleibt.
Deshalb ist es möglich,
dass der Lenkungs-Kraftaufwand des Fahrers, infolge des zurückbleibenden
hydraulischen Drucks während
der manuellen Lenkungs-Betriebsart, unerwünscht ansteigt.
- (5) Die abgestufte axiale Bohrung (60, 61),
die im zweiten Teller ausgebildet ist, beinhaltet eine erste Kommunikations-Bohrung 60,
die eine relativ kleinere effektive Querschnittsfläche As1
aufweist und als Düsen-Verengung
dient, die einen raschen Wechsel beim hydraulischen Druck verhindert.
Die angebrachte Düse
(erste Kommunikations-Bohrung 60) gewährleistet einen gleichmäßigen Druckabbau-Vorgang
beim hydraulischen Druck P im Kommunikationskreislauf (12, 13).
- (6) Die Magnetspulen-Einheit (50, 55, 58)
arbeitet, um das erste Tellerventil 51 im erregten Zustand (mit
erregter Spule 55) in seiner geschlossenen Position zu
halten und um das erste Tellerventil 51 im nicht erregten
Zustand (mit nicht erregter Spule 55) in seiner geöffneten
Position zu halten. Somit ist es möglich, bei Auftreten einer
Störung
des Servolenkungs-Systems wie zum Beispiel einer Störung der
reversiblen Pumpe, einer Motorstörung,
einer Störung
des Lenkungsmoment-Sensors und einer Störung der ECU (einschließlich einer
Störung
einer Signalleitung oder dergleichen), die Fluidverbindung zwischen
dem Vorratsbehälter 5 und
jeder der ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 durch
Entmagnetisieren der Spule 55 der Magnetspulen-Einheit
sicher herzustellen, was die manuelle Lenkungs-Betriebsart gewährleistet.
- (7) Das erste Rückschlagventil 7 ist
in Fluidverbindung in der ersten Kommunikations-Leitung 12 des
Kommunikations-Kreislaufs
(12, 13) angeordnet, um den Fluss des Arbeitsmediums
nur von der ersten Druckleitung 10 zum Wegeventil 6 zu gestatten,
wohingegen das zweite Rückschlagventil 8 in
Fluidverbindung in der zweiten Kommunikationsleitung 13 des
Kommunikations-Kreislaufs (12, 13) angeordnet
ist, um es dem Arbeitsmedium nur zu ermöglichen, von der zweiten Druckleitung
zum Wegeventil 6 zu fließen. Auf Grund dieser Rückschlagventile
(7, 8), ist es möglich, zu vermeiden, dass die
ersten und zweiten Druckleitungen 10 und 11 während der
normalen Servolenkungs-Betriebsart (oder während der normalen Servo-Unterstützungs-Steuerung-/Regelungsbetriebsart)
miteinander in Verbindung stehen.
-
Der
gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-063287 (angemeldet
am 8. März
2004) wird hiermit mit Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden
Anmeldung gemacht.
-
Zusammenfassend
ist Folgendes festzuhalten:
In einem hydraulischen Servolenkungs-System,
das einen Antriebs-Zylinder verwendet, der darin einen Kolben beherbergt,
der mit einem Lenkungs-Mechanismus zur Lenkungs-Unterstützung verbunden ist und erste
und zweite hydraulische Kammern, die auf beiden Seiten des Kolbens
angeordnet sind, aufweist, wobei hydraulischer Druck durch erste
und zweite Fluidleitungen zu den entsprechenden hydraulische Kammern
geliefert wird. Ein Kommunikations-Kreislauf ist vorgesehen, damit
die ersten und zweiten Fluidkammern darüber gegenseitig in Verbindung
stehen. Ein Wegeventil, das im Kommunikations-Kreislauf angeordnet ist, besitzt einen
Tellerventil-Mechanismus,
der auf eine offene Ventil-Position beim Auftreten einer Störung des
hydraulischen Servolenkungs-Systems
umgeschaltet wird, damit die ersten und zweiten Fluidleitungen mit
dem geöffneten
Tellerventil-Mechanismus gegenseitig in Verbindung stehen.
-
- 1
- Motor
- 2
- reversible
Pumpe
- 3
- erstes
Einlass-Rückschlagventil
- 4
- zweites
Einlass-Rückschlagventil
- 5
- Vorratsbehälter
- 6
- Wegeventil
- 7
- erstes
Rückschlagventil
- 8
- zweites
Rückschlagventil
- 10
- erste
Fluidleitung
- 11
- zweite
Fuidleitung
- 12
- Kommunikations-Kreislauf,
erste Kommunikationsleitung
- 13
- Kommunikations-Kreislauf,
zweite Kommunikationsleitung
- 14
- Ablaufleitung
- 20
- hydraulischer
Antriebszylinder
- 21
- erste
hydraulische Kammer
- 22
- zweite
hydraulische Kammer
- 23
- Zahnstange
- 23,
P
- Zahnstangen-Lenkungsgetriebe
- 23,
S
- Lenkungs-Mechanismus
- 24
- Kolben
- ECU
30
- Motor-Steuerung-/Regelungseinheit
- 31
- Drehmoment-Sensor
- 50
- Anker
- 51
- Tellerventil-Mechanismus,
erster Teller
- 52
- Tellerventil-Mechanismus,
zweiter Teller
- 52a
- erster
Tellerventilsitz, Ventilsitz-Bereich
- 53
- Ventilgehäuse
- 53a,
53b
- erste
axiale Bohrung
- 54
- zweiter
Tellerventilsitz
- 55
- Spule
- 56
- erste
Feder
- 57
- Rückstellfeder,
zweite Feder
- 58
- Solenoid-Gehäuse
- 60
- zweite
axiale Bohrung, Düsen-Verengung
- 61
- zweite
axiale Bohrung
- 62
- Ablauf-Öffnung,
axiale Kommunikationsleitung
- 63
- erste
Kommunikations-Öffnung
- 64
- zweite
Kommunikations-Öffnung
- 520
- zweiter
Teller
- 600
- Wegeventil