DE102006021764A1

DE102006021764A1 - Servolenkungssystem

Info

Publication number: DE102006021764A1
Application number: DE102006021764A
Authority: DE
Inventors: Toshimitsu Atsugi Sakaki; Masakazu Atsugi Kurata; Toru Atsugi Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2006-11-23
Also published as: KR100804916B1; CN1861458A; KR20060116715A; JP4433411B2; JP2006315429A; US20060254850A1; US7665569B2

Abstract

Ein Servolenkungssystem umfasst einen hydraulischen Antriebszylinder, der eine erste und eine zweite Hydraulikkammer aufweist, um eine Lenkkraft eines Lenkmechanismus zu unterstützen, einen ersten bzw. einen zweiten Öldurchlass aufweist, der mit den ersten und zweiten Hydraulikkammern verbunden ist, eine reversible Pumpe aufweist, um Betriebsöl auszustoßen und dem hydraulischen Antriebszylinder über die ersten und zweiten Öldurchlässe einen Öldruck bereitzustellen, und einen Motor aufweist, der mit der reversiblen Pumpe verbunden ist und die reversible Pumpe in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht. Eine Lenkbelastungs-Erfassungseinheit erfasst eine Lenkbelastung eines Lenkrades, um die gelenkten Räder zu lenken, und eine Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit gibt ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor aus, um einen durch die reversible Pumpe erzeugten Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde. Eine Ausstoßmenge pro Umdrehung der reversiblen Pumpe ist kleiner oder gleich 5 ccm.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Servolenkungssystem, das eine Lenkkraft unterstützt.

In den vergangenen Jahren wurden verschiedenartige Servolenkungssysteme vorgeschlagen und entwickelt. Ein solches Servolenkungssystem wurde in der vorläufigen japanischen Patentanmeldung Nr. JP2004-276664 (nachfolgend JP2004-276664 bezeichnet) offenbart. In JP2004-276664 umfasst das Servolenkungssystem einen Antriebszylinder, eine reversible Pumpe, die mit dem Antriebszylinder verbunden ist, und Betriebsöl aus einem Reservetank in den Antriebszylinder herauspumpt und einen Motor, der die reversible Pumpe in Normal- und Rückwärtsrichtung antreibt oder dreht. Darüber hinaus ist ein Kolben im Innern des Antriebszylinders vorgesehen und der Antriebszylinder und der Kolben wirken zusammen, um darin zwei rechte und linke Arbeitsdruckkammern zu definieren. Der Öldruck (Arbeitsfluid-Druck) wird an diese rechten und linken Druckkammern durch die reversible Pumpe, die vom Motor angetrieben wird, selektiv verteilt und erzeugt dadurch eine Lenkungs-Unterstützungskraft. In JP2004-276664 ist das Servolenkungssystem so konfiguriert, dass im Wesentlichen das gesamte von der reversiblen Pumpe ausgestoßene Betriebsöl dem Antriebszylinder zugeführt wird.

Andererseits wurden weitere Servolenkungssysteme eingesetzt, die ein Steuerungs-/Regelungsventil verwenden. Bei diesen Servolenkungssystemen wird das von einer Pumpe unter Druck gesetzte Betriebsöl durch das Steuerungs-/Regelungsventil in einen Antriebszylinder geliefert. Sobald durch das Steuerungs-/Regelungsventil geliefert, wird nur die für die Lenkunterstützung erforderliche Menge an Betriebsöl aus dem von der Pumpe in den Antriebszylinder ausgestoßenen Betriebsöl in den Antriebszylinder geliefert. Das restliche Öl, mit Ausnahme des in den Antriebszylinder gelieferten Betriebsöls, wird in einen Reservetank abgelassen, während der Rest unter Druck gesetzt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei den oben genannten Servolenkungssystemen, die das Steuerungs-/Regelungsventil verwenden, wird jedoch das restliche Öl, mit Ausnahme des für die Lenkungsunterstützung erforderliche Öl, abgelassen, während der Rest unter Druck bleibt. Daher kann dies ineffizient sein. Ferner erhöht sich die Teileanzahl durch das Vorsehen des Steuerungs-/Regelungsventils. Andererseits ist das Servolenkungssystem in JP2004-276664 nicht mit dem Steuerungs-/Regelungsventil ausgestattet. Daher weist es nicht die oben genannten Nachteile auf. Stattdessen ist es wegen des Weglassens des Steuerungs-/Regelungsventils unmöglich, das Betriebsöl selektiv an den Antriebszylinder und den Reservetank zu verteilen. Das heißt, dass im Wesentlichen das ganze von der Pumpe ausgestoßene Betriebsöl an den Antriebszylinder geliefert wird. Aus diesem Grund kann der Motor bei einem Fall, bei dem eine immanente oder inhärente Ausstoßmenge der Pumpe (Pumpen-Ausstoßmenge pro Umdrehung) zu groß ist, nicht in einem effizienten Bereich arbeiten. Dies hat daher einen Anstieg des elektrischen Stromverbrauchs zur Folge. Zudem kann der Motor nicht zufriedenstellend ansprechen, da die Trägheit des Motors groß wird, und dadurch führt dies zu einer Verschlechterung des Lenkgefühls. Da andererseits, wie oben beschrieben, im Wesentlichen das ganze Betriebsöl in den Antriebszylinder geliefert wird, gibt es eine Möglichkeit, dass mehr Betriebsöl als erforderlich an den Antriebszylinder geliefert wird. Um dieses Problem zu vermeiden, könnte die Pumpe mit niedriger Drehzahl (U/min) angetrieben werden. Wenn jedoch der Motor bei niedriger Drehzahl arbeitet, verringert sich der Wirkungsgrad des Motors. In diesem Fall erhöht sich der elektrische Stromverbrauch wegen des verringerten Wirkungsgrads des Motors ebenfalls. Darüber hinaus ist das Ansprechverhalten des Motors bei niedriger Drehzahl unzulänglich und dadurch führt dies zur Verschlechterung beim Lenkgefühl.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servolenkungssystem bereitzustellen, das geeignet ist, das Lenkgefühl durch Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit bei einem Zustand, bei dem der Motor in einem effizienten Bereich arbeitet, zu steigern.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Servolenkungssystem einen hydraulischen Antriebzylinder, der eine erste Hydraulikkammer und eine zweite Hydraulikkammer hat, um eine Lenkkraft eines Lenkmechanismus zu unterstützen, der mit gelenkten Rädern verbindbar ist, einen ersten Öldurchlass, der mit der ersten Hydraulikkammer verbunden ist, einen zweiten Öldurchlass, der mit der zweiten Hydraulikkammer verbunden ist, eine reversible Pumpe, die ein Paar von Auslässen aufweist, von denen jeder mit einem der ersten und zweiten Öldurchlässe entsprechend verbunden ist, um Betriebsöl auszustoßen und um dem hydraulischen Antriebszylinder einen Öldruck bereitzustellen, einen Motor, der mit der reversiblen Pumpe verbunden ist, und die reversible Pumpe in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht, eine Lenkbelastungs-Erfassungeinheit, um eine Lenkbelastung eines Lenkrads zur Lenkung der gelenkten Räder zu erfassen und eine Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit auf, um ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor auszugeben, um einen gegenwärtigen, von der reversiblen Pumpe erzeugten Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde, wobei eine Ausstoßmenge pro Umdrehung der reversiblen Pumpe kleiner oder gleich 5 ccm ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Servolenkungssystem einen hydraulischen Antriebszylinder, der eine erste Hydraulikkammer und eine zweite Hydraulikkammer hat, um eine Lenkkraft eines Lenkmechanismus zu unterstützen, der mit gelenkten Rädern verbindbar ist, einen ersten Öldurchlass, der mit der ersten Hydraulikkammer verbunden ist, einen zweiten Öldurchlass, der mit der zweiten Hydraulikkammer verbunden ist, eine reversible Pumpe, die ein Paar von Auslässen aufweist, von denen jeder mit einem entsprechenden der ersten und zweiten Öldurchlässen verbunden ist, und innere Verzahnungen und äußere Verzahnungen aufweist, um das Betriebsöl auszustoßen und einen Öldruck in den hydraulischen Antriebszylinder zu liefern, einen Motor, der mit der reversiblen Pumpe verbunden ist, und die reversible Pumpe in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht, eine Lenkbelastungs-Erfassungseinheit, um eine Lenkbelastung eines Lenkrads zur Lenkung der gelenkten Rädern zu erfassen und eine Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit auf, um ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor auszugeben, um einen gegenwärtigen, durch die reversible Pumpe erzeugten Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde, wobei ein Volumen der reversiblen Pumpe, das zwischen den inneren und äußeren Verzahnungen ausgebildet ist, kleiner oder gleich 5 ccm ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Servolenkungssystem eine Lenkspindel, die mit einem Lenkrad verbunden ist, ein Ritzel, das mit der Lenkspindel verbunden ist, eine Zahnstange, die mit dem Ritzel im Eingriff steht, um die Drehbewegung des Ritzels in eine seitliche Achsenbewegung der Zahnstange umzuwandeln, wobei die Zahnstange mit den gelenkten Rädern verbindbar ist, einen hydraulischen Antriebszylinder, der eine erste Hydraulikkammer und eine zweite Hydraulikkammer hat, um der Zahnstange eine Schubkraft in deren axialer Richtung bereitzustellen, einen ersten Öldurchlass, der mit der ersten Hydraulikkammer verbunden ist, einen zweiten Öldurchlass, der mit der zweiten Hydraulikkammer verbunden ist, eine reversible Pumpe, die ein Paar von Auslässen aufweist, von denen jeder mit einem entsprechenden der ersten und zweiten Öldurchlässen verbunden ist und die innere Verzahnungen und äußere Verzahnungen aufweist, um Betriebsöl auszustoßen und einen Öldruck in den hydraulischen Antriebszylinder zu liefern, einen Motor, der mit der reversiblen Pumpe verbunden ist, und die reversible Pumpe in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht und eine Lenkbelastung-Steuerungs-/Regelungseinheit auf, um ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor auszugeben, um einen gegenwärtigen, durch die reversible Pumpe erzeugten Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde, wobei eine Ausstoßmenge pro Umdrehung der reversiblen Pumpe kleiner oder gleich 5 ccm ist.

Die weiteren Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung verständlich. Es zeigt:
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ein schematisches Systemschaubild eines Servolenkungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 einen Längsquerschnitt einer Pumpe.
3 Leistungskurven eines Servolenkungsmotors (Motor mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl); und
4 Leistungskurven eines Servolenkungsmotors (Motor mit niedrigem Drehmoment bei hoher Drehzahl).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. 1 zeigt ein schematisches Systemschaubild eines Servolenkungssystems. Wenn ein Fahrer ein Lenkrad 2 dreht (wenn das Lenkrad 2 gedreht wird), wird ein Zahnstangenlenkgetriebe 4 (oder eine Ritzelwelle) durch eine Lenkspindel 3 angetrieben. Und durch einen Lenkmechanismus (den so genannten Zahnstangenmechanismus, der eine Drehbewegung in eine seitliche Achsenbewegung umwandelt), bewegt sich eine Zahnstange 5 in axialer Richtung davon und lenkt oder dreht dadurch die Vorderräder (oder die gelenkten Räder, nicht gezeigt). Zwischen der Lenkspindel 3 und dem Zahnstangenlenkgetriebe 4 ist ein Drehmomentsensor 6 als Lenkbelastungs-Erfassungseinheit so angeordnet, um eine Lenkkraft (Lenkbelastung) des Lenkrads 2 zu erfassen und ein Drehmomentsignal entsprechend der erfassten Lenkbelastung an eine ECU 7 (elektrische Steuerungs-/Regelungseinheit) auszugeben.
Im Servolenkungssystem ist ein Servolenkungsmechanismus vorgesehen, um die Bewegungen der Zahnstange 5 als Antwort auf die Lenkkraft des Lenkrads 2 zu unterstützen. Der Servolenkungsmechanismus umfasst einen Motor M, der mit einem Positionssensor 9 ausgestattet ist, eine reversible Pumpe 1 und einen Zylinder 8 (einen hydraulischen Antriebszylinder). Der Zylinder 8 beherbergt die Zahnstange 5 und stellt der Zahnstange 5 eine Schubkraft in deren axialen Richtung bereit (oder unterstützt die Lenkkraft des Lenkmechanismus). Darüber hinaus ist ein Kolben 83 im Zylinder 8 vorgesehen. Der Kolben 83 ist in axialer Richtung im Zylinder 8 beweglich oder verschiebbar. Die Bewegung der Zahnstange 5 wird durch die Bewegung des Kolbens 83 in der axialen Richtung unterstützt. Im Innern des Zylinders 8 werden durch den Kolben 83 zwei Zylinderkammern (oder Hydraulikkammern, Arbeitsdruckkammern), eine erste Zylinderkammer 81 und eine zweite Zylinderkammer 82 definiert. Die ersten und zweiten Zylinderkammern 81, 82 stehen mit einem ersten Öldurchlass 21 und einem zweiten Öldurchlass 22 entsprechend in Verbindung. Diese ersten und zweiten Öldurchlässe 21, 22 sind mit jeweils einem von einem Paar von Auslässen der reversiblen Pumpe 1 verbunden.
Wie oben erläutert, wird das Drehmomentsignal vom Drehmomentsensor 6 in die ECU 7 eingegeben. Darüber hinaus werden ein Schaltsignal von einem Zündschalter, ein von einem Motor-Drehzahlsensor erfasstes Motor-Drehzahlsignal, ein von einem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor erfasstes Fahrzeug-Geschwindigkeitssignal und dergleichen in die ECU 7 eingegeben. Die ECU 7 (als Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit) bestimmt eine Lenkungs-Unterstützungskraft auf der Basis dieser verschiedenen Informationssignale und gibt ein Steuerungs-/Regelungssignal oder ein Befehlssignal an den Motor aus. Der Motor wird folglich angetrieben und treibt die reversible Pumpe 1 an, sodass durch die reversible Pumpe 1 ein gewünschter Öldruck erzeugt wird.
Daher wird als Motor ein bürstenloser bzw. Stromrichter-Motortyp mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl für dieses Servolenkungssystem verwendet und in einem Bereich angewandt, in dem die Umdrehungszahl des Motors mehr als 3000 U/min (3000 Umdrehungen pro Minute) beträgt. Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Motors, wie in 4 gezeigt, größer oder gleich 3000 U/min ist, kann der Motor im hohen Wirkungsgradbereich arbeiten (sein Wirkungsgrad ist größer oder gleich 60 Prozent (%)). Darüber hinaus ist der Stromrichtermotor in der Trägheitseigenschaft überlegen. Und dadurch wird durch Verwendung des Stromrichtermotors ein Ansprechverhalten des Servolenkungssystems verbessert, bei dem ein Wechsel der Lenkrichtung in Normal- und Rückwärtsrichtung oft auftritt. Dies führt zu einer Steigerung des Lenkgefühls.
Damit der Motor darüber hinaus im hohen Wirkungsgradbereich arbeitet, ist das Servolenkungssystem so konfiguriert, dass sich der Motor zwischen 15 und 38 Umdrehungen pro Minute pro einer Umdrehung des Lenkrads 2 (oder pro Umdrehung der Lenkspindel 4) dreht. Das heißt, dass ein Untersetzungsverhältnis von 15 bis 38 festgelegt ist. Durch Festlegung des Untersetzungsverhältnisses auf größer oder gleich 15 wird eine Drehmomentbelastung für den Motor verringert oder erleichtert. Dies gestattet die Verwendung des oben genannten Motors mit niedrigem Drehmoment bei hoher Drehzahl und ermöglicht es, die Trägheit des Motors zu verringern. Andererseits kann durch Festlegung des Untersetzungsverhältnisses auf kleiner oder gleich 38 ein Trägheitsanstieg verringert oder begrenzt werden. Wenn das Untersetzungsverhältnis auf einen zu großen Wert festgelegt wird, wird die Trägheit des Motors zwangsläufig groß. Dies führt in diesem Fall zu einer Verschlechterung beim Lenkgefühl. Folglich wird das Untersetzungsverhältnis auf kleiner oder gleich 38 festgelegt. Dementsprechend kann das Lenkgefühl durch Festlegung des Untersetzungsverhältnisses auf ein passendes Verhältnis (zwischen 15 und 38) verbessert werden.
Als Nächstes wird die Pumpe zur Bereitstellung des Betriebsöls (Öldruck) für den Zylinder erläutert. 2 zeigt einen Längsquerschnitt der Pumpe 1. Die Pumpe 1 ist eine so genannte zweiseitige Trochoidpumpe und ihre Ausstoßzahl pro Umdrehung (die Anzahl der Pumpenkammern) ist im Vergleich zu der einer Drehkolbenpumpe größer. Daher ist die Trochoidpumpe geeignet, ein Pumpenpulsieren und Pumpengeräusche zu verringern. Bei Verwendung der Trochoidpumpe können Schwingungen oder Oszillationen unterdrückt werden und das Lenkgefühl wird verbessert.
Die Pumpe 1 weist ein Gehäuse 11, einen äußeren Rotor 13, einen inneren Rotor 14, einen Nockenring 15 und eine Antriebswelle 16 auf. Der innere Rotor 14, der äußere Rotor 13 und der Nockenring 15 werden in dieser Reihenfolge vom Gehäusemittelpunkt aus angeordnet und in einer axialen Richtung (z-Achse) eingesetzt und sind danach im Gehäuse 11 untergebracht. Die Antriebswelle 16 ist direkt mit einer Ausgangswelle des Motors verbunden. Das heißt, es gibt kein Untersetzungsgetriebe zwischen der Antriebswelle 16 und der Motor-Ausgangswelle. Ein Übertragungsverlust wird dadurch verringert.
Der äußere Rotor 13 ist an seinem inneren Umfang mit einer Mehrzahl von inneren Zähnen (oder inneren Zahnrädern) 131 ausgebildet und im Innern des Nockenrings 15 drehbar angeordnet. Der innere Rotor 14 ist an seinem äußeren Umfang mit einer Mehrzahl von äußeren Zähnen (oder äußeren Zahnrädern) 141 ausgebildet und im Innern des äußeren Rotors 13 angeordnet.
Was das Pumpenpulsieren anbetrifft, so tritt es durch den Innen-Außen-Zahneingriff auf. Genauer hängt das Pumpenpulsieren mit der Anzahl der Eingriffe der inneren und äußeren Zähne 131, 141 pro Umdrehung der Pumpe 1 zusammen. Wenn die Eingriffsanzahl pro Umdrehung der Pumpe 1 groß ist, reduziert sich die Pumpenpulsierung. Es ist daher vorteilhaft, dass die Anzahl der äußeren Zähne 141 zur Reduzierung des Pumpenpulsierens auf einen möglichst großen Wert festgelegt wird. Bei dieser Ausführungsform wurde die Anzahl der äußeren Zähne 141 auf größer oder gleich 8 festgelegt, danach verringert sich das Pumpenpulsieren.
Was indessen die Anzahl der inneren Zähne 131 betrifft, ist sie um eins größer als die der äußeren Zähne 141. Sie ist jedoch nicht auf eins begrenzt. Die Anzahl der inneren Zähne 131 kann, verglichen mit der der äußeren Zähne 141, um zwei oder mehr größer sein. Durch eine Differenz bei der Anzahl der inneren und äußeren Zähne werden die inneren und äußeren Zähne 131, 141 exzentrisch eingerückt oder miteinander in Eingriff gebracht. Wie aus 2 ersichtlich, wird eine Pumpenkammer (ein Eingriffsabstand oder ein Zahnrad-Eingriffsbereich) 160 durch den Zahneingriff ausgebildet oder definiert.
Die inneren und äußeren Zähne 131, 141 werden in einem oberen Teil davon gut miteinander in Eingriff gebracht und diese stehen an einem in 2 gezeigten Punkt A vollständig miteinander im Eingriff. Zu diesem Zeitpunkt (wenn sie am Punkt A im Eingriff stehen) ist ein Volumen der Pumpenkammer 160 am kleinsten (das minimale Pumpenkammer-Volumen). Während an einem Punkt B (auf beiden Seiten des Punktes B) das Volumen der Pumpenkammer 160 am größten ist (das maximale Pumpenkammer-Volumen). Das heißt, dass sich durch den exzentrischen Eingriff der inneren und äußeren Zähne 131, 141 das Pumpenkammer-Volumen 160 verändert. Am Punkt A und am Punkt B wird das Pumpenkammer-Volumen am kleinsten bzw. am größten. Genauer gesagt wird, wenn sich zum Beispiel der innere Rotor 14 und der äußere Rotor 13 entgegen dem Uhrzeigersinn drehen, jede der Pumpenkammern auf einer linken Seite bezüglich der I-I-Linie (negative Richtung der x-Achse) ein Ansaug-Bereich oder -Raum 161 (oder ein Einlassbereich, ein Inhalationsbereich) und jede der Pumpenkammern auf einer rechten Seite bezüglich der I-I-Linie (positive Richtung der x-Achse) wird ein Ausstoß-Bereich oder -Raum 162 (oder ein Auslassbereich oder Exhalationsbereich). Jedes Volumen des Ansaug-Bereichs wird vom Punkt A in Richtung zum Punkt B allmählich größer, während jedes Volumen des Ausstoß-Bereichs vom Punkt B in Richtung zum Punkt A durch die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn allmählich kleiner wird.
Wie aus 2 ersichtlich, ist auf der linken Seite bezüglich der I-I-Linie (der negativen Richtung der x-Achse) eine erste Öffnung 111 vorgesehen. Auf der rechten Seite bezüglich der I-I-Linie (der positiven Richtung der x-Achse) ist eine zweite Öffnung 112 vorgesehen.
Darüber hinaus ist die Antriebswelle 16 parallel zur z-Achse festgelegt und dreht sich um die z-Achse. Wie zuvor beschrieben, ist die Antriebswelle 16 mit der Ausgangswelle des in 1 gezeigten Motors verbunden und treibt oder dreht den inneren Rotor 14. Wenn sich der innere Rotor 14 dreht, wird der äußere Rotor 13 angetrieben und dreht sich durch den Eingriff der inneren und äußeren Zähne 131, 141. Das heißt, dass die inneren und äußeren Rotoren 14, 13 durch die Antriebswelle 16 angetrieben werden. Da sich ferner eine Drehrichtung der Antriebswelle 16 vom Uhrzeigersinn zum Gegenuhrzeigersinn oder umgekehrt verändert, ändert sich auch eine Drehrichtung der inneren und äußeren Rotore 14, 13 als Antwort auf den Drehrichtungswechsel der Antriebswelle 16.
Daher arbeitet die Pumpe 1 durch die Rechts-/Linksdrehung der Antriebswelle 16 als zweiseitige Pumpe, um das Betriebsöl auszustoßen.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Ausstoßmenge pro Umdrehung der Pumpe 1, nämlich eine immanente oder inhärente Ausstoßmenge der Pumpe, so eingestellt, dass sie von 1 ccm (Kubikzentimeter) bis 5 ccm bei einer Umdrehung der Pumpe 1 beträgt. Oder die inneren und äußeren Zähne 131, 141 können so ausgebildet sein, dass das Volumen der Pumpenkammer 160 (ein Volumen des Eingriffsspalts oder des Zahnrad-Eingriffsbereichs oder ein Volumen der Pumpe 1, das zwischen den inneren und äußeren Zähnen 131, 141 ausgebildet ist) von 1 ccm bis 5 ccm beträgt.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen dem Drehmoment, der Anzahl der Umdrehungen und dem Wirkungsgrad eines Servolenkungsmotors erläutert. 3 und 4 sind Leistungskurven eines typischen Motors, der als Antriebspumpe in einem Servolenkungssystem verwendet wird. 3 bzw. 4 zeigen die Leistungskurven eines Motors mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl und eines Motors mit niedrigem Drehmoment bei hoher Drehzahl.
Wenn die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe groß ist, ist ein hohes Motordrehmoment erforderlich, um das Betriebsöl von der Pumpenkammer 160 zum Zylinder 8 ausgestoßen. Daher kann man sagen, dass je größer die inhärente Ausstoßmenge ist, desto wünschenswerter ist die Verwendung eines Motors mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl. Jedoch verringert sich der Wirkungsgrad des Motors, selbst beim Motor mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl, mit einem Anstieg der Drehmomentbelastung ab einem bestimmten Wert. Zum Beispiel wird beim in 3 gezeigten Motor mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl der Wirkungsgrad des Motors maximal (mehr als 80 Prozent), wenn das Belastungsdrehmoment ca. 1 Nm beträgt. Wenn andererseits das Belastungsdrehmoment ca. 5 Nm beträgt, verringert sich der Motor-Wirkungsgrad sehr beträchtlich und kommt in den Bereich von 40 Prozent. Demzufolge liegt in einem Fall, bei dem ein erforderliches maximales Motordrehmoment für den Anstieg der inhärenten Ausstoßmenge der Pumpe 5 Nm beträgt, ein Wirkungsgrad-Nutzungsbereich des Motors mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl von 80 bis 40 Prozent. Dies ist aus Gründen des Wirkungsgrads nicht wünschenswert.
Wenn die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe wegen diesem Wirkungsgradproblem gering ist, kann das erforderliche maximale Motordrehmoment verringert werden. Dies erlaubt die Verwendung des Motors mit niedrigem Drehmoment bei hoher Drehzahl. Obwohl der Wirkungsgrad des Motors mit niedrigem Drehmoment bei hoher Drehzahl sich, wie in 4 gezeigt, mit einem Anstieg des Belastungsdrehmoments ab einem bestimmten Wert verringert, ist der Wirkungsgrad, verglichen mit dem des Motors mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl, in einem niedrigen Drehmomentbereich höher. Wenn das erforderliche maximale Motordrehmoment z. B. 3 Nm beträgt, liegt der Wirkungsgrad des Motors über 60 Prozent. Wenn das Motordrehmoment niedriger als 3 Nm ist, ist der Wirkungsgrad höher als der des Motors mit hohem Drehmoment bei niedriger Drehzahl. Daher kann der Motor mit niedrigem Drehmoment bei hoher Drehzahl, selbst bei Festlegen des erforderlichen maximalen Motordrehmoments auf einen niedrigeren Wert, im hohen Wirkungsgradbereich arbeiten. Das heißt, dass es durch Festlegen der inhärenten Ausstoßmenge der Pumpe auf einen kleinstmöglichen Wert und Absenken des erforderlichen maximalen Drehmoments des Motors möglich ist, den Motor mit niedrigem Drehmoment bei hoher Drehzahl im hohen Wirkungsgradbereich anzutreiben und diesen Motor zu verwenden. Bei dieser Ausführungsform ist die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe auf kleiner oder gleich 5 ccm eingestellt, sodass das erforderliche maximale Motordrehmoment kleiner oder gleich 3 Nm wird. Diese Einstellung ermöglicht es, eine Verringerung des elektrischen Stromverbrauchs zu erbringen, der benötigt wird, um die gleiche Auslastung (Leistungsabgabe) zu erzeugen.
Was andererseits die inhärente Länge betrifft, so ist je kleiner die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe 1 ist, desto geringer ist die Öl-Durchflussmenge. Um aus diesem Grund eine erforderliche Zylinder-Schubkraft in Servolenkungssystem sicherzustellen, besteht eine Notwendigkeit, das Volumen des Zylinders zu minimieren und den Öldruck (den Druck des Arbeitsfluids) anzuheben oder zu erhöhen. Wenn sich jedoch der Öldruck erhöht, muss die Druckfestigkeit eines Abdichtungselements, von Rohren, Schläuchen und dergleichen erhöht werden. Wenn dementsprechend die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe 1 zu gering ist (falls hierbei kleiner als 1 ccm), führt dies zu hohen Produktionskosten für die Verbesserung der Druckfestigkeit. Um in der Lage zu sein, die minimale Menge des erforderlichen Öldurchflusses zur Erzeugung der Zylinder-Schubkraft sicherzustellen, wird daher bei dieser Ausführungsform die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe 1 auf größer oder gleich 1 ccm eingestellt. Durch diese Einstellung besteht keine Notwendigkeit, den Öldruck zu erhöhen, um die Zylinder-Schubkraft zu gewährleisten.
Wie oben beschrieben, ist in der gezeigten Ausführungsform die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe 1 optimiert, indem sie nämlich von 1 ccm bis 5 ccm (größer oder gleich 1 ccm und kleiner oder gleich 5 ccm) eingestellt ist, und dadurch das erforderliche Motordrehmoment zum Antreiben der Pumpe auf kleiner oder gleich 3 Nm festgelegt ist, was die erforderliche Öldurchflussmenge weiter sicherstellt. Kann zudem der Motor bei einem Wirkungsgrad von mehr als 60 Prozent in einem Zustand arbeiten, bei dem das erforderliche maximale Motordrehmoment 3 Nm beträgt, so kann der elektrische Stromverbrauch reduziert werden. Ferner ist es möglich, den Nutzungsgrad des Motors unter solchen Bedingungen zu verbessern und selbst eine kleine und geringe Motor-Leistungsabgabe, die für das Servolenkungssystem verwendet wird, kann ausreichend werden. Da die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe 1 darüber hinaus auf eine kleine Menge (nämlich kleiner oder gleich 5 ccm) eingestellt ist, kann das Pumpenpulsieren reduziert werden und auch das Lenkgefühl verbessert werden. Solange daher die inhärente Ausstoßmenge der Pumpe 1 auf größer oder gleich 1 ccm eingestellt ist, wird die erforderliche minimale Öldurchflussmenge erreicht und danach kann der Öldruckanstieg, um die Zylinderschubkraft sicherzustellen, verhindert werden. Folglich besteht kein Bedarf einer Vorkehrung für eine Druckfestigkeit, die zu hohen Produktionskosten führt, und das System kann mit geringen Kosten realisiert werden.
Dieser Antrag basiert auf einer früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-136965 vom 10. Mai 2005. Die gesamten Inhalte dieser japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-136965 werden hierdurch durch Bezugnahme miteinbezogen.
Obwohl die Erfindung zuvor mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zudem sind Ausführungsänderungen oder Technikänderungen auf der Basis der Ausführungsform ebenfalls in der Erfindung eingeschlossen. Modifikationen und Variationen der Ausführungsform werden dem Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Lehre einleuchten.
Der Schutzumfang der Erfindung ist mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.
Zusammenfassend ist Folgendes festzuhalten:
Ein Servolenkungssystem umfasst einen hydraulischen Antriebszylinder, der eine erste und eine zweite Hydraulikkammer aufweist, um eine Lenkkraft eines Lenkmechanismus zu unterstützen, einen ersten bzw. einen zweiten Öldurchlass, die mit den ersten und zweiten Hydraulikkammern entsprechend verbunden sind, eine reversible Pumpe, um Betriebsöl auszustoßen und dem hydraulischen Antriebszylinder über die ersten und zweiten Öldurchlässe einen Öldruck bereitzustellen, und einen Motor, der mit der reversiblen Pumpe verbunden ist und die reversible Pumpe in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht. Eine Lenkbelastungs-Erfassungseinheit erfasst eine Lenkbelastung eines Lenkrades, um die gelenkten Räder zu lenken, und eine Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit gibt ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor aus, um einen durch die reversible Pumpe erzeugten gegenwärtigen Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde. Eine Ausstoßmenge pro Umdrehung der reversiblen Pumpe ist kleiner oder gleich 5 ccm.

1: reversible Pumpe
2: Lenkrad
3: Lenkspindel
4: Ritzel
5: Zahnstange
6: Lenkbelastungs-Steuerungs-/Regelungseinheit
7: Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit
8: Antriebszylinder
9: Positionssensor
11: Gehäuse
13: äußerer Rotor
14: innerer Rotor
15: Nockenring
16: Antriebswelle
21: erster Öldurchlass
22: zweiter Öldurchlass
81: erste Hydraulikkammer
82: zweite Hydraulikkammer
83: Kolben
111: erste Öffnung
112: zweite Öffnung
131: innere Zähne
141: äußere Zähne
160: Pumpenkammer
161: Ansaugbereich
162: Ausstoßbereich

Claims

Servolenkungssystem: mit einem hydraulischen Antriebszylinder (8), der eine erste Hydraulikkammer (81) und eine zweite Hydraulikkammer (82) aufweist, um eine Lenkkraft eines Lenkmechanismus zu unterstützen, der mit gelenkten Rädern verbindbar ist; mit einem ersten Öldurchlass (21), der mit der ersten Hydraulikkammer (81) verbunden ist; mit einem zweiten Öldurchlass (22), der mit der zweiten Hydraulikkammer (82) verbunden ist; mit einer reversiblen Pumpe (1), die ein Paar von Auslässen aufweist, von denen jeder entsprechend mit einem der ersten und zweiten Öldurchlässen (21), (22) verbunden ist, um Betriebsöl auszustoßen und dem hydraulischen Antriebszylinder (8) einen Öldruck bereitzustellen; mit einem Motor, der mit der reversiblen Pumpe (1) verbunden ist und die reversible Pumpe (1) in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht; mit einer Lenkbelastungs-Erfassungseinheit (6), um eine Lenkbelastung eines Lenkrades (2) zum Lenken der gelenkten Räder zu erfassen; mit einer Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit (7), um ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor auszugeben, um einen durch die reversible Pumpe (1) erzeugten gegenwärtigen Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde; und mit einer Ausstoßmenge pro Umdrehung der reversiblen Pumpe (1), die kleiner oder gleich 5 ccm ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 1, wobei: die Ausstoßmenge pro Umdrehung der reversiblen Pumpe (1) größer oder gleich 1 ccm ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 1, wobei: die reversible Pumpe eine Trochoidpumpe ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 3, wobei: die Trochoidpumpe äußere Verzahnungen (141) aufweist, deren Anzahl größer oder gleich 8 ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 1, wobei: eine Umdrehungszahl des Motors größer oder gleich 3000 Umdrehungen pro Minute ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 1, wobei: die reversible Pumpe (1) eine Antriebswelle (16) aufweist, die direkt mit einer Ausgangswelle des Motors verbunden ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 1, wobei: der Motor ein bürstenloser Motor ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 1, wobei: der Motor sich mit größer oder gleich 15 Umdrehungen pro Umdrehung des Lenkrades (2) dreht.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 1, wobei: der Motor sich mit kleiner oder gleich 38 Umdrehungen pro Umdrehung des Lenkrades (2) dreht.
Servolenkungssystem: mit einem hydraulischen Antriebszylinder (8), der eine erste Hydraulikkammer (81) und eine zweite Hydraulikkammer (82) aufweist, um eine Lenkkraft eines Lenkmechanismus zu unterstützen, der mit gelenkten Rädern verbindbar ist; mit einem ersten Öldurchlass (21), der mit der ersten Hydraulikkammer (81) verbunden ist; mit einem zweiten Öldurchlass (22), der mit der zweiten Hydraulikkammer (82) verbunden ist; mit einer reversiblen Pumpe (1), die ein Paar von Auslässen aufweist, von denen jeder entsprechend mit einem der ersten und zweiten Öldurchlässen (21), (22) verbunden ist, und die innere Zähne (131) und äußere Zähne (141) aufweist, um Betriebsöl auszustoßen und einen Öldruck in den Hydraulikzylinder (8) zu liefern; mit einem Motor, der mit der reversiblen Pumpe (1) verbunden ist und die reversible Pumpe (1) in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht; mit einer Lenkbelastungs-Erfassungseinheit (6), um eine Lenkbelastung eines Lenkrades (2) zum Lenken der gelenkten Räder zu erfassen; mit einer Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit (7), um ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor auszugeben, um einen durch die reversible Pumpe (1) erzeugten gegenwärtigen Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde; und mit einem Volumen der reversiblen Pumpe (1), das zwischen den inneren und äußeren Verzahnungen (131), (141) ausgebildet ist, das kleiner oder gleich 5 ccm ist.
Servolenkungssystem: mit einer Lenkspindel (3), die mit einem Lenkrad (2) verbunden ist; mit einem Ritzel (4), das mit der Lenkspindel (3) verbunden ist; mit einer Zahnstange (5), die mit dem Ritzel (4) in Eingriff steht, um eine Drehbewegung des Ritzels (4) in eine seitliche Axialbewegung der Zahnstange (5) umzuwandeln, wobei die Zahnstange (5) mit den gelenkten Rädern verbindbar ist; mit einem hydraulischen Antriebszylinder (8), der eine erste Hydraulikkammer (81) und eine zweite Hydraulikkammer (82) aufweist, um eine Schubkraft an die Zahnstange (5) in deren axialer Richtung bereitzustellen; mit einem ersten Öldurchlass (21), der mit der ersten Hydraulikkammer (81) verbunden ist; mit einem zweiten Öldurchlass (22), der mit der zweiten Hydraulikkammer (82) verbunden ist; mit einer reversiblen Pumpe (1), die ein Paar von Auslässen aufweist, von denen jeder entsprechend mit einem der ersten und zweiten Öldurchlässen (21), (22) verbunden ist, und die innere Zähne (131) und äußere Zähne (141) aufweist, um Betriebsöl auszustoßen und einen Öldruck in den Hydraulikzylinder (8) zu liefern; mit einem Motor, der mit der reversiblen Pumpe (1) verbunden ist und die reversible Pumpe (1) in Normal- und Rückwärtsrichtung dreht; mit einer Lenkbelastungs-Erfassungseinheit (6), um eine Lenkbelastung eines Lenkrades (2) zum Lenken der gelenkten Räder zu erfassen; mit einer Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit (7), um ein Steuerungs-/Regelungssignal an den Motor auszugeben, um einen durch die reversible Pumpe (1) erzeugten gegenwärtigen Öldruck näher an einen gewünschten Öldruck zu bringen, der auf der Basis der erfassten Lenkbelastung ermittelt wurde; und mit einer Ausstoßmenge pro Umdrehung der reversiblen Pumpe (1), die kleiner oder gleich 5 ccm ist.
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 11, wobei: der Motor sich mit größer oder gleich 15 Umdrehungen pro Umdrehung des Ritzels (4) dreht;
Servolenkungssystem gemäß Anspruch 11, wobei: der Motor sich mit kleiner oder gleich 38 Umdrehungen pro Umdrehung des Ritzels (4) dreht.