DE3309214A1

DE3309214A1 - Rotationsfeststellvorrichtung

Info

Publication number: DE3309214A1
Application number: DE19833309214
Authority: DE
Inventors: Michio Kasugai Aichi Abe; Robert M. 44124 Pepper Pike Ohio Lynas; Naoyuki Inuyama Aichi Maeda
Original assignee: Tokai TRW and Co Ltd
Current assignee: Tokai TRW and Co Ltd
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1983-03-15
Publication date: 1983-09-15
Also published as: NL8300926A; DE3309214C2; AU1231083A; GB2117521A; AU552356B2; ES8403389A1; IT1159370B; GB2117521B; BE896149A; KR840004263A; US4512367A; GB8306932D0; IT8367279A0; FR2523295A1; ES520548A0; KR890004667B1; JPS58156857A; CA1194179A

Description

Υ-5876

Rotationsfeststellvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationsfeststellvorrichtung, und zwar insbesondere auf eine Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, die Größe einer Lenkwinkeländerung festzustellen, und zwar als einer der Parameter zur Steuerung einer Servolenk- oder -lenkhilfevorrichtung, die beim Lenkvorgang eines im Betrieb befindlichen Automobils unterstützend wirkt.

Bislang wurde die Lenkwinkelanderung bei Servolenkvorrichtungen mittels eines Detektors festgestellt, der an einer Lenksäulenwelle oder in der Nähe eines Lenkrads angebracht ist und die Lenkwinkeländerung in ein elektrisches Signal umwandelt; oder aber die Feststellung erfolgte mittels der ; Umwandlung der Drehbeanspruchung einer Dreh- oder Torsionsstange eines Steuerventils (Servoventils) in ein elektrisches Signal, wobei das Ventil die Strömungsmittelversorgung für einen Leistungszylinder in Zusammenarbeit mit dem Lenkrad steuert. Solche Detektormittel können jedoch keine ' getreue Detektion feiner Änderungen des tatsächlichen Lenkwinkeis des Rades und die Leistungsunterstützungsgröße für den Servolenkmechanismus vornehmen, weil eine nachteilige

33092U

2-

Beeinflußung durch die Beanspruchung der Lenksäulenwelle, des Universalgelenks, der Torsionsstange des Steuerventils und dergleichen dann auftritt, wenn die Verdrehung des Lenkrades durch manuelle Betätigung zur Servolenkvorrichtung übertragen wird. Zudem ist es sehr schwer, im praktischen Anwendungsfall konventionelle Detektormittel der beschriebenen Art bei Servolenkvorrichtungen vorzusehen, und zwar wegen des komplizierten Aufbaus.

Die Erfindung sieht eine neue Rotations- oder Drehdetektorvorrichtung vor, welche die oben erwähnten Probleme überwindet.

Ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, eine Drehdetektorvorrichtung vorzusehen, die einen einfachen Aufbau besitzt und in der Lage ist, eine genaue Detektor- oder Feststellausgangsgröße zu liefern, und zwar durch Einbau einer Alternator- oder Synchrongenerator-Konstruktion in deni Steuerventil, und zwar zusammenarbeitend mit dem Lenkrad derart, daß der Synchrongenerator dazu veranlaßt wird, die winkelmäßige Änderung der Rotation einer Eingangswelle des Steuerventils zu detektieren.

Diese sowie weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Servolenk- oder -lenkhilfesystems zur Leistungsversorgung eines Lenkvorgangs eines Automobils, wobei erfindungsgemäß eine Drehdetektorvorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen sein kann;

330921 A

Fig. 2 einen Schmitt des mechanischen Auf-

' baus der Drehdetektorvorrichtung der

j Erfindung;

: Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils

I der Drehdetektorvorrichtung gemäß -

j - Fig. 2, und zwar zum Teil aufge- ;

^; schnitten;

i ■ ■ - i

! Fig. 4 eine Darstellung eines weiteren be- '■■

i vorzugten Ausfuhrungsbeispiels von ■

! sowohl des Drehmagnetteils als auch ,

; des Statorteils gemäß Fig. 3» '^l

: Fig. 5 ein Ausgangssignalwellenformdiagramm

' des Ausführungsbeispiels gemäß

■ Fig. 4;

Fig. 6 ein Diagramm eines weiteren bevor

zugten Ausführungsbeispiels des
Statorteils gemäß Fig. 3;

Fig.7,8 und 9 Kennlinien, welche die Beziehung

zwischen der Ausgangsgröße der Ölpumpe und der Fahrzeuggeschwindigkeit darstellen, wobei sich jeweils
eine Veränderung entsprechend der
Lenkbetätigungsgeschwindigkeit,festgestellt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung, ergibt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Servolenksystems zur Leistungsversorgung des Lenkvorgangs bei einem , Automobil, wobei hier eine Drehdetektorvorrichtung gemäß

-G

der Erfindung eingebaut sein kann. Ein Lenkrad 1 ist über eine Lenksäulenwelle 1' mit einem Steuerventil 3 gekuppelt, in den die Drehdetektorvorrichtung 2 eingebaut ist. Eine Eingangsseite des Steuerventils 3 ist sowohl mit einer Versorgungsöffnung P als einer Rückflußöffnung T einer elektrischen Ölpumpe 4 als Leistungsunterstützungsquelle verbund den. Die Öffnungen A und B auf der Ausgangsseite des Steuer-, ventils 3 sind über ein Bypaßventil 5 mit jeweiligen Kam- ! mern eines Hydraulikkreises in einem Zylinder 6 verbunden, der als eine Betätigungsvorrichtung wirkt. Das Bypaßventil 5 verbindet die Öffnungen A und B und dient zur Verminderung eines Leistungsströmungsmittelwiderstandes im Kreis dann, : wenn ein Servolenkzustand in einen manuellen Lenkzustand ■ umgeschaltet wird. Das Leistungsströmungsmittel von der Ölpumpe 4 wird durch das Steuerventil 3 an irgendeine der Kammern des Z3'linders 6 angelegt, der infolge des unter Druck stehenden Leistungsströmungsmittels betätigt wird und einen Kolben des Zylinders 6 nach rechts oder links bewegt, ■ um so die Leistungs- oder Lenkhilfe zu erzeugen. Der Gegen- ^: druck des Zylinders wird an die Rückflußöffnung T der Ölpumpe 4 durch Steuerventil 3 angelegt. Eine Ausgangsgröße von Zylinder 6 wird an die linken und rechten Räder (nicht gezeigt) des Automobils übertragen, und zwar an den beiden · Enden einer Zahnstange, um so einen Lenkvorgang des Lenkrades mit Leistung zu versorgen. Ein zum Antrieb der Ölpumpe 4 dienender Elektromotor 7 ist mit einer elektrischen Antriebssteuerung 6 verbunden. Die Steuerung 8 ist mit einer Leistungsquelle 9, wie beispielsweise einer Batterie oder einem Synchrongenerator (Alternator),verbunden und empfängt detektierte Signale von der Drehdetektorvorrichtung 2 und einer Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektorvorrichtung 10, um eine elektrische Leistungsausgangsgröße an den Iuotor 7 zur Leistungsunterstützung des Lenkvorgangs anzulegen. In der Praxis ist die Antriebssteuervorrichtung 8

derart aufgebaut, daß sie dann betätigt wird, wenn das detektierte Signal von der Rotationsdetektorvorrichtung 2 empfangen wird, oder wenn das Lenkrad verdreht wird, um so ein elektrisches Signal abzugeben, um den Motor infolge des detektierten Signals von der Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektorvorrichtung zu verdrehen, d.h. abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit, um dadurch die Hilfslenkkraft zu steuern, und zwar dadurch, daß man unter Druck stehendes Leiεtungsströmungsmittel von der Ölpumpe 4 zum Zylinder 6 ; in einem solchen Servolenkzustand schickt, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit keinen vorbestimmten Wert übersteigt.

Fig. 2 zeigt einen konkreten Aufbau der Drehdetektorvorrich-i tung 2 der Erfindung, und zwar eingebaut in das Steuerventil gemäß Fig. 1. Die Drehdetektorvorrichtung weist einen Rotormagnet 13 auf, und zwar angebracht an einem Ende des Steuerventils 3, eine Statorwicklung 17 und ein Gehäuse 18, welches auch als ein Eisenkernjoch zur Aufnahme des Magneten und der Spule dient. Der Rotormagnet 13 ist an einer Eingangswelle 11 des Steuerventils 3 zur Drehung damit als ein Körper verbunden. Die Drehdetektorvorrichtung hat daher eine derartige Synchrongeneratorkonstruktion zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft durch die Drehung der Eingangswelle 11 des Steuerventils 3.

Wenn die mit der Lenksäulenwelle 1' gekuppelte Eingangswelle 11 ein Drehmoment beim Betrieb des Lenkrades empfängt, ^: so werden Eingangswelle 11 und Rotormagnet 13 durch eine Torsionsstange 12 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs verdreht. Zu dieser Zeit verliert das Leistungsströmungsmittel in einer Ventilhülse 14 das Gleichgewicht in der Menge der Strömung und wird an eine der Öffnungen A und B angelegt, um die Zahnstange 15 zu betätigen. Durch die Betätigung der Zahnstange wird eine damit in Eingriff stehende Ritzelwelle verdreht,und gleichzeitig wird die Ventil-

V ·

;;V I \. V:":..;: 33092U

hülse 14 verdreht, um in ihre neutrale Position zurückzukehren.

In wesentlichen ergibt sich eine synchrone und Nachfolge- : Beziehung zwischen den Versetzungen der Eingangswelle 11 und der Ventilhülse 14, weil das Leistungsströmungsmittel an die Zylinderkammer angelegt wird, und zwar infolge einer Relativversetzung der Ventilhülse 14 bezüglich der Drehversetzung der Eingangswelle 11 des Steuerventils 3. Daher kann· man, wie in Fig«, 2 gezeigt, eine genaue Information hinsichtlich der Winkeländerung des Lenkvorgangs, der zur ; Steuerung der Servolenkvorrichtung geeignet ist, erhalten, und zwar durch Detektion der Drehversetzung der Eingangswelle.

Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Drehdetektorvorrichtung 2 des Steuerventils 3 gemäß Fig. 2. Der Rotormagnet 13 besitzt eine Vielzahl von Magnetpolen auf seiner Außenoberfläche und ist am Umfang der Eingangswelle 11 angeordnet, und zwar durch ein nicht magnetisches Material, und ist ferner dazu geeignet, sich mit der Eingangswelle 11 als ein Körper zu verdrehen. Eine Statorseite, die dem durch die Magnetpole des Rotormagneten 13 induzierten Magnetfeld ausgesetzt ist, weist eine Vielzahl von Statorkomponenten auf, wie beispielsweise einen N-poligen Statorkern 20, einen S-poligen Statorkern 21, ein Statorjoch 22 und eine Statorwicklung oder -spule zur Erzeugung eines Induktionsstrorns, wobei diese Statorkomponenten durch das Gehäuse 18 an den Gehäuse 19 des Steuerventils 3 befestigt sind. Bei dieser Konstruktion kann eine Wechsseispannung durch die Statorspule 17 dann abgegeben werden, wenn die Eingangswelle 11 gedreht wird.

Obwohl die Drehdetektorvorrichtung im bevorzugten Ausführungsbeispiel als ein Synchrongenerator oder Alternator aus-

; gebildet ist, so sei doch darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung auch ohne weiteres als ein Gleichstromgenerator ausgebildet sein kann, vorausgesetzt, daß eine öldichte Konstruktion eines Kommutators als Gegenplan für ein Ölleck

' in Betracht gezogen wird.

Gemäß dieser Bauart der Drehdetektorvorrichtung kann, da eine Spannung proportional zur Drehgeschwindigkeit der Ein- ^; gangswelle erzeugt werden kann, die Lenkwinkelgeschwindig- · keit auch simultan beim Lenkvorgang detektiert werden« Dem- _;

*

■ gemäß ist es möglich, elektrisch die richtige Anzahl von ! Drehungen der Ölpumpe zu steuern, und zwar entsprechend ho- : her oder niedriger Lenkgeschwindigkeit, und die Menge und der Druck des Leistungsströmungsmittels proportional dazu ; kann ebenfalls gesteuert werden.

Obwohl im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Drehdetektorvorrichtung für den Zweck der Steuerung der Menge des Leistungsströmungsmittels in der Servolenkvorrichtung er- '. läutert wurde, so sei doch darauf hingewiesen, daß die er- : findungsgemäße Vorrichtung auch als ein Lenkfühler oder

-sensor verwendet werden kann für eine Lastnivelliervorrichtung, wodurch die Höhenlage des Fahrzeugs gesteuert und wäh-r rend des Laufs des Fahrzeugs eingestellt werden kann. Fig.A zeigt ein Konstruktionsbeispiel, welches für eine solche ! Verwendung geeignet und in der Lage ist, den Lenkwinkel, die : Lenkwinkelgeschwindigkeit und die Lenkrichtungen festzustellen. Da es notwendig ist, in zuverlässiger Weise irgendeine Lenkrichtung aus den im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Richtungen des Lenkrades festzustel- - len, ist in diesem Falle der Lenkfühler derart aufgebaut,

^: daß eine Vielzahl von Magnetpolen entlang der Axialrichtung eines Rotormagneten 23 angeordnet sind, und zwar in einer

ι mehrreihingen Art und Weise, um so zwei "Signale abzugeben, die um 90° phasenverschoben sind, wie beispielsweise die

detektierten Signale a_ und b . wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, und zwar erfolgt diese Abgabe von den Spulenausgangs- _; klemmen a und b infolge der Drehversetzung der Eingangswel- ; Ie 11 in Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn, wodurch die Höhenlage des Fahrzeugs, d.h. die rechte oder linke Neigung des Körpers, durch diese Ausgangssignale gesteuert wird. Wenn andererseits die Spulen und Kerne, OC und ß, auf der Statorseite in Phase konstruiert werden, wie , dies in Fig. β gezeigt ist, so kann ein Einzelreihenrotor- · magnet gemäß Fig. 3 verwendet werden, und zwar dadurch, daß man die 90° Phasendifferenz zwischen <X_und ß in Beziehung ■ su den Polen der Kerne auf der Statorseite bringt, und zwar ; vorausgesetzt, daß die Magnete auf der Rotorseite, wie in '< Fig. 4 gezeigt, in einer Mehrfachreihenart angeordnet sind, und die 90° Phasendifferenz dazwischen besitzen.

Die Fig. 7,8 und 9 sind Kennlinien, die vorzugsweise durch die vorliegende Erfindung erreicht werden; diese Kennlinien zeigen die Änderungen der Leistungsströmungsmittelmenge,die von der Ölpumpe abgegeben wird, wobei die Änderungen auf die Lenkgeschwindigkeit ansprechen. Insbesondere sind die Fig. 7 und 8 Kennlinienkurven in einem solche Falle, wo die Leerlaufdrehzahlausgangsgröße der ölpumpe auf einem festen Wert gehalten wird, und zwar über die gesamte Fahrzeuggeschwindigkeiten hinweg, und Fig. 9 zeigt die Kennlinie der Art zur Energieeinsparung derart, daß die Leerlaufausgangsgröße der ölpumpe abnimmt, und zwar infolge der Fahrzeuggeschwindigkeit, und die Leerlaufdrehzahl wird bei einem höheren Geschwindigkeitszustand des Fahrzeugs gestoppt.

Wie oben im einzelnen erwähnt, wird erfindungsgemäß die Eingangswelle des Steuerventils (Servoventils) in der Servolenkvorrichtung des Fahrzeugs als ein Teil der Drehdetektorvorrichtung derart ausgebildet, daß die Drehung der Eingangswelle direkt detektiert wird. Daher kann ein einfacher

33092U

■ Aufbau der Vorrichtung erreicht werden, und die Änderung des

■ Lenkwinkels kann genau detektiert werden. Zudem wird die ι erfindungsgemäße Drehdetektorvorrichtung, die in das Steuer-'

; ventil eingebaut ist, kaum durch Vibration beeinflußt und ; ist daher für den Gebrauch in einen Automobil besonders ge- j eignet. j

! Zusammenfassend sind die Erfindung folgendes vor: ; J Eine Drehdetektorvorrichtung für ein Servolenksystem eines ι

; Paihrzeugs, v?obei folgendes vorgesehen ist: ein Steuerventil,:

\ gekuppelt mit einer Lenkwelle eines Lenkrades eines Fahr- i

ι I

zeugs zur Steuerung eines Leistungsströmungsmittelflusses, j

ι " . j

j geliefert von einem Leistungszylinder, um so einen Lenkvor- j i gang mit Leistung zu beliefern, d.h. zu unterstützen, wobei j

■ ferner ein Drehmagnet an einer Eingangswelle des Steuer- j ventils befestigt ist, um damit als ein Körper sich zu verdrehen, und wobei ferner eine konzentrische kreisförmige i Statorspule auf den Drehmagneten hinweist und ein Gehäuse
auch als ein Eisenkernjoch, befestigt an einem Gehäuse des
Steuerventils, arbeitet, um den Rotormagneten und die Sta-

: torspule aufzunehmen und die Statorspule zu tragen, und '. zwar dann, wenn die Eingangswelle infolge des Lenkvorgangs
des Lenkrades verdreht wird, wobei dann eine elektromotorische Kraft derart erzeugt wird, daß eine Versetzung der ; Drehung der Eingangswelle detektierbar ist.

'/fei-

Leerseite

Claims

3309-2U

ANSPRÜCHE

j -"' 1Λ Drehdetektorvorrichtung für ein Servolenksystem eines

■; ^—-' Gehrzeugs,

j gekennzeichnet durch?

! Steuerventilmittel, gekuppelt mit einer Lenkwelle eines j Lenrads des Fahrzeugs zur Steuerung des Leistungs- ! strömungsrnittelflusses, geliefert an einen Leistungs- ; zylinder zwecks zur Leistungsversorgung eines Lenk- ; Vorgangs,

i Rotormagnetmittel, befestigt an einer Eingangswelle der

Steuerventilmittel zur Drehung damit als ein Körper, : konzentrisch-kreisförmig gestaltete Statorspulenmittel, ; geeignet zum Hinweisen auf die Rotormagnetmittel, und Gehäusemittel, die auch als ein Eisenkernjoch arbeiten, befestigt auf einem Gehäuse des Steuerventils zur Auf- ^: nehme der Rotormagnetmittel und der Statorspulen- : mittel und zum Stützen oder Tragen der Statorspulenmittel, wodurch dann, wenn die Eingangswelle infolge ; des Lenkvorgangs des Lenkrads verdreht wird, eine elektromagnetische Kraft erzeugt wird, um so eine Drehversetzung der Eingangswelle zu detektieren.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rotormagnetmittel eine Vielzahl von Magnetpolen aufweisen, die auf dem Umfang der Eingangswelle angeordnet sind, um die Statorspulenmittel zu veranlassen, ein Wechselstromsignal als ein detektiertes Signal abzugeben, und zwar infolge der Drehung der Eingangswelle.

3· . Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Rotormagnetmittel zwei Sätze von Magnetpolen aufweisen, die auf die Statorspulenmittel hinweisen und längs einer Axialrichtung der Rotormagnetmittel in einer mehrreihigen Art und Weise angeordnet sind, um die Statorspulenmittel dazu zu veranlassen, zwei detektierte Signale abzugeben, die eine 90° Phasendifferenz dazwischen aufweisen, und zwar infolge der Drehung der Eingangswelle im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinne

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspulenmittel zwei Sätze von Statorspulen aufweisen, die zu den Rotormagnetmitteln hinweisen und die längs einer Axialrichtung der Rotormagnetmittel in einer mehrreihigen Art und Weise derart angeordnet sind, daß die Statorspulen veranlaßt werden, zwei detektierte Signale mit einer 90° Phasendifferenz dazwischen abzugeben, und zwar infolge' der Drehung der Eingangswelle im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn.