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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gebrauch
beim Verschwenken lenkbarer Fahrzeugräder.
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In
einem konventionellen Servolenksystem gibt eine von einem Antriebsmotor
angetriebene Pumpe ein festes Volumen eines Strömungsmittels pro
Motorumdrehung aus. Somit ist die Flussrate der Pumpe proportional
zur Drehzahl des Antriebsmotors. Die Pumpe ist bemessen, um die
notwendige Strömung vorzusehen, dass ein Betreiber das
Fahrzeug leicht lenken kann, wenn sich der Antriebsmotor im Leerlauf
oder auf sehr niedrigen Drehzahlen befindet.
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Ein
konventionelles hydraulisches Servolenksystem mit offener Mitte
erfordert im Allgemeinen, dass die Flussrate des hydraulischen Strömungsmittels
bei allen Drehzahlen des Antriebsmotors gleich ist. Um eine konstante
Flussrate von der Pumpe sicherzustellen, ist ein Steuerventil an
dem Ausgang der Pumpe vorgesehen, um den Strömungsmittelfluss
von der Pumpe zu steuern.
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Eine
durch einen Elektromotor angetriebene Pumpeinheit kann anstelle
der durch den Antriebsmotor angetriebenen Pumpe verwendet werden.
Jedoch erfordert die durch einen Elektromotor betriebene Pumpeinheit
eine Umwandlung von mechanischer in elektrische Leistung in dem
Fahrzeuggenerator und eine weitere Umwandlung von elektrischer in
mechanische Leistung in der von einem Motor angetriebenen Pumpeinheit.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gebrauch
beim Verschwenken lenkbarer Fahrzeugräder. Die Vorrichtung
weist eine Servolenkmotoranordnung auf, die mit den lenkbaren Fahrzeugrädern
verbunden ist. Eine erste Pumpe ist mit der Servolenkmotoranordnung
verbunden und wird durch einen An triebsmotor des Fahrzeugs betrieben,
um Strömungsmittel unter Druck an die Servolenkmotoranordnung
zu liefern. Eine zweite Pumpe ist mit der Servolenkmotoranordnung
verbunden, um Strömungsmittel unter Druck an die Servolenkmotoranordnung
mit einer Flussrate zu liefern, die zunimmt, wenn die Drehzahl des
Antriebsmotors abnimmt.
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In
einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls
auf eine Vorrichtung zum Gebrauch beim Verschwenken lenkbarer Fahrzeugräder,
die eine Servolenkmotoranordnung umfasst, die mit den lenkbaren
Fahrzeugrädern verbunden ist. Eine erste Pumpe ist mit
der Servolenkmotoranordnung verbunden. Die erste Pumpe wird durch
einen Antriebsmotor des Fahrzeugs angetrieben, um Strömungsmittel
unter Druck an die Servolenkmotoranordnung zu liefern. Eine zweite
Pumpe ist mit der Servolenkmotoranordnung verbunden. Ein Elektromotor
ist betriebsbereit, um die zweite Pumpe anzutreiben, um Strömungsmittel
unter Druck an die Servolenkmotoranordnung zu liefern. Eine Steuervorrichtung,
die betriebsmäßig mit dem Antriebsmotor verbunden
ist und betriebsmäßig mit dem Elektromotor der
zweiten Pumpe verbunden ist, bewirkt den Betrieb des Elektromotors,
um die zweite Pumpe anzutreiben, um Strömungsmittel mit
einer Flussrate zu liefern, die auf der Drehzahl des Antriebsmotors
basiert.
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Es
sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung viele verschiedene
Merkmale besitzt. Diese Merkmale können in der hierin offenbarten
Weise kombiniert werden. Alternativ können die Merkmale getrennt
voneinander oder in verschiedenen Kombinationen miteinander und
mit Merkmalen des Standes der Technik verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
den Fachleuten des Gebietes, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht,
beim Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen offensichtlich werden, wobei in den Zeichnungen Folgendes
gezeigt ist:
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1 eine
schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung, die gemäß der
vorliegenden Erfindung konstruiert ist und betrieben wird.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Eine
Servolenkvorrichtung 10 (1) wird verwendet,
um lenkbare Fahrzeugräder 12 und 14 zu verschwenken.
Die Servolenkvorrichtung 10 umfasst eine Servolenkmotoranordnung 18.
Die Servolenkmotoranordnung 18 ist mit den lenkbaren Fahrzeugrädern 12 und 14 durch
eine Lenkverbindung 20 verbunden.
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Eine
erste Pumpe 24 steht mit der Servolenkmotoranordnung 18 durch
eine Leitungsanordnung 26 in Strömungsmittelverbindung.
Die erste Pumpe 24 wird durch einen Antriebsmotor 28 eines Fahrzeugs
angetrieben, so dass die Flussrate der ersten Pumpe proportional
zu der Motordrehzahl ist. Die erste Pumpe 24 kann alternativ
durch das Getriebe des Fahrzeugs angetrieben werden. Die erste Pumpe 24 wird
mit hydraulischem Strömungsmittel von einem Reservoir 30 versorgt.
Strömungsmittel, das von der Servolenkmotoranordnung 18 abgegeben
wurde, wird zu dem Reservoir 30 zurückgebracht.
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Eine
zweite Pumpe 34 steht ebenfalls in Strömungsmittelverbindung
mit der Servolenkmotoranordnung 18 und dem Reservoir 30 durch
die Leitungsanordnung 26. Die erste und zweite Pumpe 24 und 34 sind
in Strömungsmittelverbindung parallel geschaltet mit der
Servolenkmotoranordnung 18.
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Ein
Rückschlagventil 160 ist strömungsmittelmäßig
mit dem Ausgang der zweiten Pumpe 34 verbunden und ist
wirksam um den Strömungsmittelfluss von der ersten Pumpe 24 zu
der zweiten Pumpe 34 zu blockieren. Ein weiteres Rückschlagventil 162 ist
strömungsmittelmäßig mit dem Ausgang
der ersten Pumpe 24 verbunden und ist wirksam, um den Strömungsmittelfluss
von der zweiten Pumpe 34 zu der ersten Pumpe 24 zu
blockieren. Eine Leitung 166 ist strömungsmittelmäßig
verbunden mit dem Ausgang von jedem der Rückschlagventile 160, 162 und nimmt
den kombinierten Strömungsmittelfluss von der ersten und
zweiten Pumpe 24, 34 auf. Die Leitung 166 steht
ebenfalls in Strömungsmittelverbindung mit der Servolenkmotoranordnung 18,
um den kombinierten Strömungsmittelfluss zu der Servolenkmotoranordnung 18 zu
leiten.
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Die
zweite Pumpe 34 wird durch einen Elektromotor 36 mit
variabler Drehzahl angetrieben. Der Motor 36 ist elektrisch
an einen Ausgang 37 einer Steuervorrichtung 38 durch
einen elektrischen Leiter 80 gekoppelt. Die Betriebsdrehzahl
des Elektromotors 36 wird durch die Steuervorrichtung 38 gesteuert.
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Die
Steuervorrichtung 38 ist ebenfalls durch einen elektrischen
Leiter 81 an ihren Eingang 39 mit dem Antriebsmotor 28 verbunden.
Die Steuervorrichtung 38 fühlt die Drehzahl des
Antriebsmotors 28 ab. Alternativ kann ein Antriebsmotordrehzahlsensor elektrisch
zwischen der Steuervorrichtung und dem Antriebsmotor verbunden sein,
um ein Signal an die Steuervorrichtung auszugeben, das eine Anzeige
für die Motordrehzahl bildet.
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Die
Steuervorrichtung 38 ist betriebsbereit, um die Betriebsdrehzahl
des Elektromotors 36 als eine Funktion der Veränderung
der Antriebsmotordrehzahl zu variieren. Genauer gesagt ist die Steuervorrichtung 38 programmiert,
um kontinuierlich das abgefühlte Antriebsmotordrehzahlsignal
mit gespeicherten Referenzwerten zu vergleichen. Die Referenzwerte
können die Form von Nachschlagetabellen annehmen, die in
dem Speicher der Steuervorrichtung 38 gespeichert sind.
Wenn der Vergleich anzeigt, dass die abgefühlte Antriebsmotordrehzahl
mit einem vorbestimmten, gespeicherten Referenzwert übereinstimmt,
dann gibt die Steuervorrichtung 38 ein Steuersignal an
den Motor 36 ab. Das Steuersignal treibt den Motor 36 mit
einer Drehzahl an, die bewirkt, dass die Pumpe 34 Strömungsmittel
mit einer Flussrate abgibt, die die kombinierte Flussrate von den
ersten und zweiten Pumpen mit einem vorbestimmten Wert beibehält.
Dieser vorbestimmte Wert kann für alle Antriebsmotordrehzahlen
der gleiche sein und ist ebenfalls auf einem Wert, der ausreichend
Hydraulikströmungsmittel liefert, um die Servolenkmotoranordnung 18 zu
betreiben.
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Die
Servolenkmotoranordnung 18 umfasst einen Servolenkmotor 86.
Der Servolenkmotor 86 steht in Strömungsmittelverbindung
mit den Pumpen 24 und 34 und mit dem Reservoir 30 durch
die Leitungsanordnung 26.
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Ein
Servolenksteuerventil 92 ist vorgesehen um den Strömungsmittelfluss
zu und von dem Servolenkmotor 86 vorzusehen. Das Servolenksteuerventil 92 ist
mit dem Handrad 48 verbunden. Das Servolenksteuerventil 92 wird
ansprechend auf die Drehung des Handrads 48 betrieben,
um den Strömungsmittelfluss zu dem Servolenkmotor 86 zu
leiten. Der Betrieb des Servolenkmotors 86 betätigt
die Lenkverbindung 20, um die Verschwenkbewegung der lenkbaren
Fahrzeugräder 12 und 14 unter dem Einfluss
von Kraft, die von dem Servolenkmotor zu der Lenkverbindung übertragen
wird zu bewirken.
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Der
Servolenkmotor 86 weist ein Gehäuse 96,
mit einer Kammer 98 auf, in welcher ein im Allgemeinen
zylindrischer Kolben 101 angeordnet ist. Der Kolben 101 ist
wirksam, um die Kammer 98 in einen Stangenendteil 100 und
einen Kopfendteil 102 aufzuteilen. Der Kolben 101 ist
in der Kammer 98 axial bewegbar, um die Größe
der Stangenend- und der Kopfendteile 100 und 102 der
Kammer 98 zu variieren.
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Die
Bewegung des Kolbens 101 in dem Gehäuse 96 ist
wirksam, um die Lenkverbindung 20 zu betätigen.
Der Kolben 101 ist mit der Lenkverbindung 20 durch
eine lineare Anordnung von Zahnstangenzähnen 120 verbunden.
Die Zahnstangenzähne 120 stehen in Zahneingriff
mit einer bogenförmigen Anordnung von Ritzelzähnen 122.
Die Ritzelzähne 122 bilden einen Teil eines Sektorzahnrads 124.
Das Sektorzahnrad 124 ist mit einer Ausgangs- bzw. Abtriebswelle 126 verbunden.
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Während
des Betriebs der Servolenkmotoranordnung 18 wird der Kolben 101 unter
dem Einfluss von hydraulischem Strömungsmittel bewegt,
das von der ersten Pumpe 24 oder von sowohl der ersten Pumpe 24,
als auch der zweiten Pumpe 34 geleitet wird. Bei Drehung
des Handrads 48, um das Servolenksteuerventil 92 in
einer Richtung zu betätigen, erhöht sich der Strömungsmitteldruck
in dem Kopfendteil 102 der Kammer 98 des Servolenkmotors 86.
Zusätzlich wird der Strö mungsmitteldruck in dem
Stangenendteil 100 der Kammer 98 an das Reservoir 30 abgelassen.
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Dies
führt dazu, dass der Kolben 101 sich nach links
bewegt (wie in 1 gezeigt). Wenn sich der Kolben 101 nach
links bewegt, wird das Sektorzahnrad 124 in einer Richtung
gegen den Uhrzeigersinn gedreht (wie in 1 gezeigt),
um die Lenkverbindung 20 zu betätigen. Die Betätigung
der Lenkverbindung 20 ist wirksam, um die lenkbaren Fahrzeugräder 12 und 14 in
einer ersten Richtung in einer bekannten Weise zu verschwenken.
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In ähnlicher
Weise wird bei Drehung des Handrads 48 in die entgegengesetzte
Richtung das Servolenkventil 92 betätigt. Die
Betätigung des Servolenkventils 92 ist wirksam,
um hohen Strömungsmitteldruck in den Stangenendteil 100 der
Kammer 98 in dem Servolenkmotor 86 zu leiten und
den Kopfendteil 102 der Kammer 98 zu dem Reservoir 30 abzulassen.
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Dies
resultiert darin, dass der Kolben 101 in dem Servolenkmotor 86 sich
nach rechts bewegt (wie in 1 gezeigt).
Wenn dies auftritt wird das Sektorzahnrad 124 in einer
Richtung im Uhrzeigersinn gedreht, um die Lenkverbindung 20 zu
betätigen. Die Betätigung der Lenkverbindung 20 ist
wirksam um die lenkbaren Fahrzeugräder in einer zweiten
Richtung zu verschwenken.
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Bei
Betätigung des Servolenksteuerventils 92 ansprechend
auf die Drehung des Handrads 48 in einer ersten Richtung
ist das Servolenksteuerventil 92 wirksam, um hohen Strömungsmitteldruck
zu einer Leitung 140 in der Servolenkmotoranordnung 18 zu
leiten.
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Der
linke (wie in 1 gezeigt) Endteil der Leitung 140 ist
mit dem Servolenksteuerventil 92 verbunden. Der rechte
(wie in 1 gezeigt) Endteil der Leitung 140 ist
mit dem Kopfendteil 102 der Kammer 98 in dem Servolenkmotor 86 verbunden.
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Die
Drehung des Handrads 48 in der ersten Richtung ist wirksam,
um das Servolenksteuerventil 92 zu betätigen.
Die Betätigung des Servolenksteuerventils 92 lei tet
hohen Strömungsmitteldruck zu der Leitung 140.
Die Leitung 140 leitet den gleichen hohen Strömungsmitteldruck
zu dem Kopfendteil 102 der Kammer 98 in dem Servolenkmotor 86.
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Wenn
das Servolenksteuerventil 92 betätigt wird, um
hohen Strömungsmitteldruck zu der Leitung 140 zu
leiten, ist das Steuerventil 92 ebenfalls wirksam, um den
Stangenendteil 100 der Kammer 98 in dem Servolenkmotor 86 in
Strömungsmittelverbindung mit dem Reservoir 30 durch
eine Leitung 144 in der Leitungsanordnung 26 zu
verbinden. Der Stangenendteil 100 der Kammer 98 steht
in Strömungsmittelverbindung mit der Leitung 144 und
dem Reservoir 30 durch das betätigte Servolenksteuerventil 92.
Daher wird hydraulisches Strömungsmittel von dem Servolenkmotor 86 durch
das Servolenksteuerventil 92 zu der Leitung 144 über
den Rücklauf 52 und dann zu dem Reservoir 30 während
des Betriebs des Servolenkmotors 86 in einer ersten Richtung
abgelassen.
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In ähnlicher
Weise ist das Servolenksteuerventil 92 wirksam, wenn das
Handrad 48 in der zweiten oder entgegengesetzten Richtung
gedreht wird, um Hochdruckströmungsmittel zu dem Stangenendteil 100 der
Kammer 98 in dem Servolenkmotor 86 zu leiten.
Zur gleichen Zeit ist das Servolenksteuerventil 92 wirksam
um den Kopfendteil 102 der Kammer 98 in dem Servolenkmotor 86 mit
der Ablassleitung 144 zu verbinden.
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Die
allgemeine Konstruktion des Servolenksteuerventils
92 ist
gut bekannt. Das Servolenksteuerventil
92 kann die gleiche
Konstruktion besitzen wie in
U.S.
Patent Nr. 6,546,322 offenbart. Natürlich kann das
Servolenksteuerventil
92 eine unterschiedliche Bauart besitzen,
wenn erwünscht.
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Es
wird erwogen, dass die Servolenkmotoranordnung 18 eine
Bauart besitzen kann, die von der dargestellten Bauart abweicht.
Zum Beispiel kann der Servolenkmotor 86 vom allgemeinen
Typ sein, der mit einem Zahnstangen- und Ritzellenkgetriebe verwendet
wird, anstatt eines Integrallenkgetriebes.
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In
Betrieb treibt der Antriebsmotor 28 die erste Pumpe 24 an,
um Strömungsmittel mit einer Flussrate proportional zu
der Motordrehzahl abzugeben. Die Steuervorrichtung 38 gibt
ein Steuersignal ab, um den Motor 36 der zweiten Pumpe 34 mit
einer Betriebsdrehzahl anzutreiben, die eine Funktion der Drehzahl
des Antriebsmotors 28 ist. Die Steuervorrichtung 38 steuert
die zweite Pumpe 34, so dass die kombinierte Flussrate
der ersten und zweiten Pumpen 24, 34 den vorbestimmten
Wert besitzen, unabhängig von der Veränderung
in der Antriebsmotordrehzahl. Somit steuert die Steuervorrichtung 38 den Motor 36,
wenn die Flussrate von der ersten Pumpe 24 wegen der verminderten
Motordrehzahl abnimmt, um die Betriebsdrehzahl des Motors 36 zu
erhöhen, so dass sich die Flussrate von der zweiten Pumpe 34 erhöht.
Wenn sich die Flussrate von der ersten Pumpe 24 erhöht,
dann steuert die Steuervorrichtung 38 den Motor 36,
um die Betriebsdrehzahl des Motors 36 zu vermindern, so
dass die Motorflussrate von der zweiten Pumpe 34 abnimmt.
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Der
kombinierte Fluss des hydraulischen Strömungsmittels von
den ersten und zweiten Pumpen 24, 34 wird zu der
Servolenkmotoranordnung 18 geliefert, um die Servolenkmotoranordnung 18 zu
betreiben. Der kombinierte Fluss von den ersten und zweiten Pumpen 24, 34 ist
im Allgemeinen konstant. Die Lenkwirkung, die von einem Betreiber
des Fahrzeugs wahrgenommen wird ist im Allgemeinen bei allen Motordrehzahlen
konstant, da die Flussrate zu der Servolenkmotoranordnung 18 im
Allgemeinen konstant ist.
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Der
Fluss von der ersten Pumpe 34 ist ausreichend, um das meiste
hydraulische Strömungsmittel zu der Servolenkmotoranordnung 18 zu
liefern, während des Betriebs des Fahrzeugs bei Autobahn- oder
mittleren Betriebsgeschwindigkeiten. Die zweite Pumpe 34 liefert
das meiste hydraulische Strömungsmittel zu der Servolenkmotoranordnung 18, während
der Motor sich im Leerlauf oder bei sehr niedrigen Antriebsmotordrehzahlen
befindet.
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Somit
erfordert die Servolenkvorrichtung 10 kein Steuerventil
am Ausgang der ersten Pumpe 24, um die Flussrate von der
ersten Pumpe zu steuern. Die zweite Pumpe 34 variiert ihre
Flussrate, um zu bewirken, dass die kombinierte Flussrate der ersten Pumpe 24 und
der zweiten Pumpe 34 im Allgemeinen während aller
Antriebsmotordrehzahlen konstant ist. Die erste Pumpe 24 besitzt
eine optimale Größe, um Strömungsmittel
mit minimalem, parasitärem Druckabfall zu liefern und kann
somit wirksam Strömungsmittel zu der Servolenkmotoranordnung
liefern.
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Aus
der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen,
Veränderungen und Modifikationen entnehmen. Solche Verbesserungen,
Veränderungen und Modifikationen sollen durch die angehängten
Ansprüche abgedeckt werde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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