DE3744314A1

DE3744314A1 - Variables servolenksystem

Info

Publication number: DE3744314A1
Application number: DE19873744314
Authority: DE
Inventors: Koh Uchida; Takashi Kurihara; Makoto Miyoshi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1988-07-07
Also published as: US4884648A; DE3744314C2; JP2543511B2; JPS63166659A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein variables Servolenksystem für Fahrzeuge und insbesondere ein hydraulisches Steuerventil zur Verwendung in einer variablen Servolenkung, in der es wünschenswert ist, daß sich das Maß der Lenkunterstützung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit oder mit einer anderen Variablen bezogen auf den Fahrbetriebszustand des Fahrzeuges ändert.

Ein Servolenksystem kann als unter drei Antriebsbedingungen in Betrieb befindlich charakterisiert werden. Erstens während eines Geradeaus-Vorwärtsantriebes bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten, wobei die Kraftanforderungen an das Lenksystem äußerst niedrig sind und der Grad der Lenkunterstützung, der durch das Lenkgetriebe gewährt wird, sollte entsprechend minimiert sein, um die Rückkopplung eines Gefühles für das Straßen und Fahrverhalten des Fahrzeuges von den Reifen zum Fahrer zu ermöglichen und nicht zu beeinträchtigen. Zweitens während Kurvenfahrten bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten, wobei eine progressive Zunahme des Maßes der Lenkunterstützung mit dem durch den Fahrer aufzubringenden Lenkdrehmoment wünschenswert ist. Trotzdem sollten mittlere Lenkdrehmomente für den Fahrer beibehalten werden, um ein Fahrgefühl des Fahrers zu ermöglichen, das dem dynamischen Zustand des Fahrzeuges entspricht. Drittens und schließlich während Langsamfahrbewegungen oder Parkmanövern, wobei die Kraftanforderungen an das Lenksystem groß sein können und die Wiedergabetreue bezüglich des übertragenen Straßen und Fahrgefühls in Bezug auf das Lenksystem von geringerer Bedeutung ist. Unter diesen Umständen ist es allgemein wünschenswert ein hohes Maß an Kraft-bzw. Lenkunterstützung zu gewähren, um hierdurch den Kraftaufwand (Lenkeingangsdrehmoment), das durch den Fahrer geleistet werden muß, minimal zu halten.

Die Anforderungen an optimale Ventileigenschaften und -charakteristiken während der vorerwähnten drei Fahrbedingungen stehen zueinander im Widerspruch. In der Vergangenheit sind Versuche gemacht worden, die einander widersprechenden Anforderungen des ersten und dritten Fahrzustandes zu vermeiden, nämlich die Notwendigkeit, ein niedriges Niveau der Unterstützung für hohe bis mittlere Geschwindigkeiten bei Geradeausfahrt zu erreichen, während ein hohes Maß an Unterstützung für Langsamfahren und Parkmanöver erforderlich ist, und zwar durch Ausnutzen der Tatsache, daß bei den meisten Ventilen der Grad der Unterstützung sich mit der Ölströmung ändert.

Z. B. wird in einem der weithin verbreiteten Systeme die Servopumpe veranlaßt, die Ölströmung zu vermindern, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Dies beeinflußt jedoch nachteilig die Ventilleistung während des zweiten, vorerwähnten Antriebszustandes, nämlich während des Durchfahrens von Kurven bei mittleren bis höheren Geschwindigkeiten, wobei ein progressives Ventilansprechverhalten infolge der niedrigen Ölströmung verschlechtert wird. Auch in den Fällen, in denen ein solches Lenkmanöver ein rapides Drehen des Lenkrades erfordert, kann eine niedrigere Pumpenströmung unangemessen sein und die Servolenkung bzw. Lenkunterstützung zeitweilig unwirksam machen.

In einem weiteren bekannten System, das in der JP 56-38 430 B2 gezeigt ist, ist ein Bypassweg mit einem veränderlichen Strömungsventil zwischen beiden Enden des Kraftzylinders angeschlossen, und das variable Strömungsventil wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert, um eine zunehmende Bypass-Strömung zu veranlassen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Dies beeinflußt jedoch die Ventilleistung während des zweiten Antriebszustandes, wie er oben erwähnt ist, nachteilig, nämlich im Bereich von mittleren bis hohen Geschwindigkeiten bei der Durchfahrt von Kurven, in dem ein progressives Ventilansprechverhalten infolge des geringen Zuwachses beeinträchtigt ist.

Das zufriedenstellendste Verfahren hinreichender Ventilleistung während allen drei der vorerwähnten Fahrbedingungen besteht darin, die Ventilcharakteristik durch die Fahrzeuggeschwindigkeit abzustimmen bzw. anzupassen. Ein System, das eine bessere Anpassung der Servoleistung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleistet, ist in der US-PS 45 61 521 gezeigt und verwendet ein Drehventil mit einem ersten und einem zweiten Ventilabschnitt. Ein geschwindigkeits-sensitives Ventil wird verwendet, um den Ölstrom von der Pumpe zum zweiten Ventilabschnitt zu steuern, so daß bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ein paralleler Strömungsweg zwischen dem Drehventil und der Pumpe geschaffen und Öl sowohl zu dem ersten als auch zu dem zweiten Ventilabschnitt verteilt wird. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten begrenzt das geschwindigkeits- sensitive Ventil die Ölströmung von der Pumpe zu dem zweiten Ventilabschnitt. Während Parkmanövern ist der erste Ventilabschnitt allein in üblicher Weise wirksam und der zweite Ventilabschnitt ist entlastet und nicht von der Pumpe mit Öl versorgt. Ein Übergang von einem hohen Niveau der Lenkkraftunterstützung zu einem niedrigen Niveau der Lenkkraftunterstützung und umgekehrt wird durch einen kraftveränderlichen Schaltmagneten ausgeführt, der verwendet wird, um einen parallelen Strömungsweg von der Pumpe zu dem zweiten Ventilabschnitt durch eine variable Strömungsblende hindurch herzustellen. Ein Geschwindigkeitserfassungsmodul steuert die Zylinderspule bzw. den Schaltmagneten, um ein variables Drosselventil zu öffnen oder zu schließen und somit allmähliche Änderungen im Niveau der Lenkkraftunterstützung mit der Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu schaffen.

Das Drehventil, das in diesem Servolenksystem verwendet wird, enthält ein Ventilgehäuse mit einer kreisförmigen Öffnung, die eine Ventilhülse aufnimmt. Innerhalb der Ventilhülse ist ein inneres Ventil angeordnet. Das innere Ventil ist mit einem ersten Satz von Längsnuten versehen, die einen ersten Ventilabschnitt bilden und weist auch einen zweiten Satz von Längsnuten auf, die einen zweiten Ventilabschnitt bilden. Der erste und zweite Satz Längsnuten ist übereinstimmend ausgerichtet mit einem ersten und einem zweiten Satz von Innennuten, die jeweils in der Innenwandung der Ventilhülse ausgebildet sind. Dieser erste und zweite Satz von Innennuten ist jeweils schwierig herzustellen und herauszuarbeiten und erfordert fachmännisches Können, da sie in der Innenwandung der Ventilhülse mit hoher Präzision ausgenommen werden müssen. Dies verursacht umfangreichere Herstellungsschritte und erhöht die Herstellungskosten.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung ein variables Servolenksystem zu schaffen, bei dem die vorerwähnten Schwierigkeiten nicht auftreten.

Ein spezielles Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Hydraulikfluidkreis für ein variables Servolenksystem zu schaffen, der durch Ventilnuten verwirklicht werden kann, die leicht herzustellen sind.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Hydraulikfluidkreis für ein variables Servolenksystem zu schaffen, dessen Lenkunterstützungskennwerte sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer anderen Variablen mit Bezug zur Art des Fahrzeugbetriebes ändern. Erfindungsgemäß werden anstelle einer Veränderung der Fluidströmungsmenge der durch die zwei Strömungswege fließenden Fluidströmung, die die Fluidquelle und das Fluidreservoir miteinander verbinden, um die Lenkkraftunterstützung mit der Fahrzeug geschwindigkeit zu ändern, die wirksamen Strömungsquer schnitte der zwei Strömungswege an Stellen stromauf von Anschlüssen zur Verbindung mit einem Kraftzylinder und/oder stromab dieser Anschlüsse verändert, um die Lenkkraftunter stützung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer anderen Variablen, bezogen auf den Betriebszustand des Fahrzeuges, zu verändern.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von veränderlichen Strömungsdrosselstellen in Reihe in jedem der zwei Strömungswege in einem Abschnitt stromab der Anschlüsse vorgesehen, die mit dem Kraftzylinder verbunden sind und jeder der Mehrzahl variabler Strömungs drosselstellen wird in einem Beipaß überbrückt durch ein von außen gesteuertes, veränderliches Strömungsdrosselventil. Die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrossel ventile werden wahlweise geöffnet, um einen Beipaß für die zugehörigen veränderlichen Strömungsdrosselstellen zu bilden, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Variable, die dem Betriebszustand des Fahrzeuges entspricht, sich ändert. Im einzelnen sind zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen in dem stromabseitigen Abschnitt jeder der zwei Strömungswege vorgesehen und sind zwei von außen gesteuerte, veränderliche Strömungsdrosselventile diesen zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen parallel geschaltet. Bei niederigen Fahrzeuggeschwindigkeiten sind beide veränderliche Strömungsdrosselventile im wesentlichen geschlossen, bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist das eine Strömungsdrosselventil geöffnet und das andere Strömungsdrosselventil ist geschlossen gehalten und während mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeiten ist das eine Strömungsdrosselventil geschlossen und das andere Strömungsdrosselventil offen.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen in Reihe in jedem der stromabseitigen Abschnitte der zwei Strömungswege vorgesehen und zwei von außen gesteuerte veränderliche Strömungsdrosselventile sind vorgesehen, wobei das eine, von außen gesteuerte, variable Strömungsdrosselventil parallel zu einem der zwei variablen Strömungsdrosselstellen geschaltet ist und das andere, von außen gesteuerte, veränderliche Strömungsdrosselventil mit einem Ende zwischen den zwei variablen Strömungsdrosselstellen eines der zwei Strömungswege angeschlossen und mit seinem gegenüberliegenden Ende zwischen den zwei variablen Strömungsdrosselstellen des anderen Strömungsweges angeschlossen ist.

In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind drei veränderliche Strömungsdrosselstellen vorgesehen, die in jedem der stromabseitigen oder stromaufseitigen Abschnitte der beiden Strömungswege in Reihe angeordnet sind und es sind drei von außen gesteuerte, veränderliche Strömungsdrosselventile vorgesehen. Die erste der drei veränderlichen Strömungsdrosselstellen eines Strömungsweges kann in Parallelschaltung durch das erste der drei von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrossel ventile überbrückt werden, die zweite der drei veränderlichen Strömungsdrosselstellen kann in Parallel schaltung durch das zweite der drei von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile überbrückt werden und die dritte der variablen Strömungsdrosselstellen eines Strömungsweges kann in Parallelschaltung durch das dritte der drei von außen gesteuerten variablen Strömungsdrossel ventile überbrückt werden. Die drei von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile werden in vorgegebener Weise geöffnet oder geschlossen, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Variable, die zu dem Fahrzeugbetriebszustand Bezug hat, verändern.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Patentanmeldung wird auch auf die Patentanmeldungen EP-A-02 45 794 und DE-A-37 33 102, angemeldet am 30. September 1987 hingewiesen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei spieles der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) Diagramme, die zeigen, wie sich die Strömungs querschnitte der veränderlichen Strömungs drosselstellen in Abhängigkeit von einem Lenkeingangsdrehmoment T verändern,

Fig. 2(d) und 2(e) Diagramme, die zeigen, wie sich die Strömungs querschnittsflächen der von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V ändern,

Fig. 2(f) ein Diagramm, das eine Kombination der Diagram me nach den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) darstellt,

Fig. 3 schematisch ein Strömungsschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels mit einem als Drehventil aus gebildeten Steuerventil zur Bildung eines Fluidströmungs- Verteilerkreises,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Servo- bzw. Lenkkraft unterstützung über dem Lenkdrehmoment in Kurven mit der Fahrzeuggeschwindigkeit aus Parameter für niedrige, hohe und mittlere Fahrzeuggeschwindigkeiten zeigt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für ein zweites Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild für ein drittes Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 und 8 zwei Diagramme als Ausführungsbeispiele für die Steuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtungen für die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungs steuerventile über der Fahrzeuggeschwin digkeit, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild für ein viertes Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fluidkreises, der eine Ölpumpe 10 als Hydraulikfluidquelle, einen Behälter 11 als Fluidreservoir und ein Steuerventil 13 enthält, das einen Fluidströmungs-Verteilerkreis 14 mit offener Mitte verkörpert. Außerdem sind schematisch ein Lenkrad 15, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und eine Steuereinheit U dargestellt. In herkömmlicher Weise umfaßt der Fluidströmungs-Verteilerkreis 14 zwei parallele Strömungswege L ₂-L ₃ und L ₁-L_4, die sich zwischen einem der Pumpfluid-Zuführungsanschluß C _A1 und ein einem Fluidrückführungsanschluß C _A2 erstrecken. Der Strömungspfad L ₂-L ₃ hat einen Zylinderverbindungsanschluß C _B2, verbunden mit einer Zylinderkammer 12 L eines Kraft zylinders 12, während der andere Strömungspfad L ₁-L ₄ einen Zylinderverbindungsanschluß C _B1 aufweist, der mit einer Zylinderkammer 12 R des Kraftzylinders 12 verbunden ist. In dem stromaufseitigen Abschnitt L ₂ ist eine veränderliche Strömungsdrosselstelle 1 R und in dem stromabseitigen Strömungswegabschnitt L ₃ sind in Reihe zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen 2 L und 3 L vorgesehen. In gleicher Weise ist der stromaufseitige Strömungswegabschnitt L ₁ mit einer variablen Strömungsdrosselstelle 1 L und der stromab seitige Strömungswegabschnitt L ₄ in Reihe mit zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2 R und 3 R versehen. Diese veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 R, 2 L, 3 L, 1 L, 2 R und 3 R sind betrieblich mit dem Lenkrad 15 derart verbunden, daß sie dann, wenn sich das Lenkrad 15 in seiner mittleren Ruhelage befindet, geöffnet sind, um eine unbeschränkte und im Gleichgewicht befindliche ausgeglichene parallele Fluidströmung zwischen dem Fluidzuführungsanschluß C _A1 und dem Fluidrückführungsanschluß C _A2 herzustellen. Ein Drehen des Lenkrades 15 im Uhrzeigersinn aus der mittleren Ruhelage heraus veranlaßt die variablen Strömungsdrosselstellen 1 R, 2 R und 3 R ihre Öffnungsquerschnitte zu vermindern, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt, wobei die anderen drei variablen Strömungsdrosselstellen 1 L, 2 L und 3 L proportional und gleichzeitig öffnen. Eine Drehung des Lenkrades 15 im Gegen uhrzeigersinn aus einer mittleren Ruhelage heraus veranlaßt die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 L, 2 L und 3 L ihren Strömungsquerschnitt zu vermindern, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt, wobei die anderen drei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 R, 2 R und 3 R proportional und gleichzeitig öffnen.

Um die Ventilcharakteristik, die durch die vorerwähnten veränderlichen Drosselstellen bestimmt ist modulierend anzupassen, sind vier Beipaßpfade L ₅ und L_7, L ₆ und L ₈ jeweils parallel zu den veränderlichen Strömungsdrossel stellen 2 L, 3 L, 2 R und 3 R vorgesehen. Unter diesen sind die Beipaßpfade L ₅ und L ₆ mit von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 5 B und 5 A versehen, deren Strömungsquerschnitt bzw. Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Variablen oder einem Parameter, der Bezug zu den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges hat, variabel, wobei diese Bestimmungsgröße nicht das Lenkdrehmoment ist. Die anderen zwei Beipaßpfade L ₇ und L ₈ sind mit von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 6 B und 6 A versehen, deren Durch flußquerschnitt in Abhängigkeit von der vorerwähnten Variablen veränderlich ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die vorerwähnte Variable bzw. Bestimmungsgröße durch die Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet. Bezugnehmend auf die Fig. 2(a) bis 2(e) zeigt Fig. 2(a), wie sich der Öffnungsquerschnitt A ₁ der veränderlichen Strömungsdrossel stelle 1 R oder 1 L verringert, wenn das Lenkdrehmoment C zunimmt. Fig. 2(b) zeigt, wie der Strömungsquerschnitt A ₂ der veränderlichen Strömungsdrosselstelle 2 R oder 2 L abnimmt, wenn das Lenkdrehmoment T zunimmt.

Fig. 2(c) zeigt, wie der Strömungsquerschnitt A ₃ der veränderlichen Strömungsdrosselstelle 3 R oder 3 L abnimmt, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt. Schließlich zeigt Fig. 2(d), wie der Strömungsquerschnitt der von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 5 A und 5 B sowie der Strömungsquerschnitt der von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 6 A und 6 B sich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V verändern. Wie aus dieser Fig. deutlich wird, sind alle Strömungsdrosselventile 5 A, 5 B, 6 A und 6 B bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten vollständig geschlossen. Die Strömungsdrosselventile 5 A und 5 B sind vollständig geöffnet, während die anderen Strömungsdrosselventile 6 A und 6 B vollständig geschlossen bleiben bei mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten und die Strömungsdrosselventile 5 A und 5B sind vollständig geschlossen, während die anderen Strömungsdrosselventile 6 A und 6 B vollständig geöffnet sind, wenn sich das Fahrzeug mit hoher Fahrzeuggeschwindig keit bewegt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die veränderlichen Strömungsdrosselventile durch elektromagnetische Betätigungseinrichtungen jeweils betätigt, elektrisch durch die Steuereinheit U angesteuert werden. Die Steuereinheit U nimmt ein Ausgangssignal V _D auf, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert und durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 bereitgestellt wird und liefert einen elektrischen Strom I _{v 1} an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für die Strömungsdrosselventile 5 B und 5 A in Abhängigkeit von einer mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit oder gibt einen elektrischen Strom I _v2 an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für die Strömungsdrosselventile 6 B und 6 A bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Im Falle von Fig. 2(d) sind die Strömungsquerschnitte der Ventile 5 A, 5 B und 6 A einer schrittweisen Veränderung unterworfen. Wahlweise können sie, wenn dies gewünscht wird, auch in einer allmählichen Verstellung, wie in Fig. 2(e) gezeigt, verändert werden.

Bezugnehmend auf Fig. 2(f) sind die Kennlinien, die in den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt sind, zur Erleichterung des Vergleiches gemeinsam dargestellt.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird nachfolgend erläutert, wie der Fluidströmungs-Verteilerkreis 14 zwischen den zwei relativ zueinanderverlagerbaren Ventilelementen, nämlich einer Ventilhülse 22 und einem Innenventil 23 eines Drehsteuer ventiles 20 herkömmlicher Art mit einem Torsionsstab 24 gebildet wird.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind in der zylindrischen Innenwandung der Ventilhülse 22 acht sich in Längsrichtung erstreckende Blindnuten C _1, C_2, C_3, C_4, C_5, C_6, C ₇ und C ₈ ausgebildet, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und durch Stege D ₁ bis D ₈ getrennt sind. Unter ihnen ist ein Paar diametral gegenüberliegender Nuten C ₁ und C_5, die mit einer Zylinderkammer 12 R eines Kraftzylinders 12 verbunden sind, während ein weiteres Paar diametral gegenüberliegender Nuten C ₈ und C ₄ mit einer Zylinderkammer 12 L des Kraftzylinders 12 verbunden sind.

In der äußeren Umfangswandung des Innenventiles 23 sind 8 sich in Längsrichtung erstreckende Blindnuten E ₁ bis E ₈ ausgenommen. Unter ihnen sind zwei Nuten E ₃ und E ₇ über Radialkanäle und eine Axialbohrung mit einem Fluidreservoir 11 verbunden, während zwei weitere Hauptnuten E ₁ und E ₅ Anschlußöffnungen gegenüberliegen, die sich in den gegenüberliegenden Stegen der Ventilhülse 22 öffnen und die mit einer Pumpe 10 verbunden sind. In einer mittleren Ruhelage, die in Fig. 3 gezeigt ist, überbrückt die Nut E ₁ die benachbarten zwei Innennuten C ₈ und C_1, die Nut E ₂ überbrückt die benachbarten zwei Innenuten C ₁ und C_2, die Nut E ₃ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C ₂ und C_3, die Nut E ₄ überbrückt die benachbarten Innennuten C ₃ und C_4, die Nut E ₅ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C ₄ und C_5, die Nut E ₆ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C ₅ und C_6, die Nut E ₇ überbrückt die benachbarten zwei Innennuten C ₆ und C ₇ und die Nut E ₈ überbrückt die zwei benachbarten Innennuten C ₇ und C ₈.

Somit wird, wenn sich das Drehsteuerventil 20 in seiner mittleren Ruhelage, wie in Fig. 3 gezeigt, befindet, eine uneingeschränkte, ausgeglichene und in Gleichgewicht befindliche Fluidströmung zwischen den Fluidzuführungs nuten E _1, E ₅ und den Entlastungs- oder Abführungsnuten E _3, E ₇ etabliert.

Es wird nunmehr erläutert, wie die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 R, 1 L, 2 R, 2 L, 3 R und 3 L während einer relativen Verlagerung zwischen Innenventil 23 und der Ventilhülse 22 gebildet werden. In diesem Fall werden zwei Sätze solcher variabler Strömungsdrosselstellen gebildet. Zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen 1 R werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E ₁ und C ₈ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E ₅ und C ₄ gebildet.

Die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 L werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nut E ₁ und der Innennut C ₂ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nut E ₅ und der Innennut C ₅ gebildet. Die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2 R werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nut E ₂ und der Innennut C ₁ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E ₆ und C ₅ gebildet. Die zwei veränderlichen Strömungs drosselstellen 2 L werden zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E ₈ und C ₈ und den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E ₄ und C ₄ gebildet. Die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 3 R werden zwischen den zusammen wirkenden Kanten der Nuten E ₃ und C ₂ und zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E ₇ und C ₆ gebildet. Schließlich werden die zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen L zwischen den zusammenwirkenden Kanten der Nuten E ₃ und C ₃ und zwischen den zusammen wirkenden Kanten der Nuten E ₇ und C ₇ gebildet.

In Fig. 3 ist das Drehsteuerventil 20 in seiner mittleren Ruhelage gezeigt. Unter der Annahme, daß die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4 A und 4 B vollständig geschlossen sind, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 oder im wesentlichen 0 ist, wird in diesem Zustand das unter Druck stehende Fluid von der Pumpe 10 gleichmäßig durch die veränderlichen Strömungs drosselstellen 1 R, 21 und 3 L in der einen Richtung und durch die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 L, 2 R und 3 R in der entgegengesetzten Richtung verteilt. Der Druckabfall an den Strömungsdrosselstellen ist in diesem Zustand im wesentlichen 0. Somit hat das Drehsteuerventil keine Wirkung auf den Kraftzylinder 12 und ist somit im Rahmen des Servosystems in diesem Zustand nicht wirksam.

Es wird nun angenommen, daß die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4 A und 4 B in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit vollständig im mittleren Ruhestand des Ventiles geöffnet sind. Da in diesem Fall die veränderlichen Strömungsdrosselventile 5 A und 5 B vollständig geschlossen und die veränderlichen Strömungsdrosselventile 6 A und 6 B vollständig geöffnet sind, wird die Fluidströmung stromab der Drosselstellen 1 R und 2 L in zwei Fluidströme geteilt, von denen der eine durch die Drosselstelle 3 L und der andere durch den Beipaßpfad L ₇ verläuft, während die Fluidströmung stromab der Drosselstellen 1 L und 2 R in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine durch die Drosselstelle 3 R und der andere durch den Beipaßpfad L ₈ verläuft. Da bei mittleren Fahrzeug geschwindigkeiten die veränderlichen Strömungsdrosselventile 5 A, 5 B vollständig geöffnet sind, während die anderen veränderlichen Strömungsdrosselventile 6 A und 6 B vollständig geschlossen sind, finden Beipaßströmungen durch die Beipaßpfade L ₅ und L ₆ statt. Obwohl die Beipaßpfade wahlweise geöffnet werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit sich ändert, werden die Fluidströme durch diese Beipaßpfade so ausgeglichen, daß der Kraftzylinder 12 nicht beeinflußt wird.

Wenn das Lenkrad 15 bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von 0 oder nahe 0 gedreht wird, findet entsprechend eine Relativbewegung des Innenventiles 23 in Bezug auf die Ventilhülse 22 statt. Im Falle einer Verlagerung des Innenventiles 23 im Uhrzeigersinn in Fig. 3 verringern sich die Öffnungsquerschnitte der veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 R, 2 R und 3 R und bewirken eine Drosselung des Fluidweges, begleitet von einem Druckabfall, der seinerseits zu einem Druckanstieg in der rechten Zylinderkammer 12 R des Kraftzylinders 12 führt. Die Kurve L in Fig. 4 zeigt die Servo- bzw. Lenkkraftunterstützung über dem Lenkdrehmoment, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 ist.

Es wird nun angenommen, daß das Drehsteuerventil 20 bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten arbeitet. In diesem Fall sind die veränderlichen Strömungsdrosselventile 6 A und 6 B vollständig geöffnet, während die anderen veränderlichen Strömungsdrosselventile 5 A und 5 B vollständig geschlossen sind. Wenn das Lenkrad 15 während des Betriebes des Fahrzeuges mit solch einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit im Uhrzeigersinn gedreht wird und entsprechend eine Verlagerung des Innenventiles 23 im Uhrzeigersinn in Fig. 3 stattfindet, vermindern die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 R, 2 R und 3 R ihre Öffnungsquerschnitte, wie dies in den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt ist. In diesem Fall werden Fluidströmungswege gebildet, die in einem Beipaß die Paßstelle 3 R über den Beipaßpfad L ₈ (siehe Fig. 1) überbrücken, so daß die zu der rechten Zylinderkammer 12 R gerichtete Fluidströmung abnimmt, mit der Folge eines nur geringen Druckanstieges in der Zylinderkammer 12 R des Kraftzylinders 12. Die Zylinderkammer 12 L ist in direkter Verbindung mit dem Fluidreservoir 11. Es ist deutlich, daß in diesem Zustand die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 1 R und 2 R zusammenwirken und auf den Druckanstieg in der Zylinderkammer 12 R einwirken, während die veränderliche Strömungsdrosselstelle 3 R keine Wirkung hierauf ausübt. Die Zunahme des Druckes P (d.h. der Servo- bzw. Lenk kraftunterstützung) über dem Lenkdrehmoment C ist für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten durch eine Kennlinie H in Fig. 4 verdeutlicht. Wie leicht aus Fig. 2(f) ersichtlich ist, nimmt dann, wenn das Lenkdrehmoment T zunimmt, die Querschnittsfläche A ₂ der veränderlichen Strömungsdrossel stelle 2 R mit einer geringeren Geschwindigkeit ab als der Strömungsquerschnitt A ₂ und, nachdem das Lenkdrehmoment T über einen bestimmten vorgegebenen Wert T ₁′ angestiegen ist, nimmt der Querschnitt der Öffnungsfläche A ₂ mit noch einer geringeren Geschwindigkeit ab. Die Form der Kennlinie H wird hauptsächlich durch die veränderliche Strömungsdrosselstelle 2 R bestimmt. Somit kann jede gewünschte Servo- bzw. Lenkkraftunterstützung für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten erhalten werden, indem die Variationskennlinie des Öffnungsquerschnittes der variablen Strömungsdrosselstelle 2 R in gewünschter Weise gestaltet wird.

Wenn das Lenkrad 15 während des Betriebes des Fahrzeuges bei mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit gedreht wird, werden die veränderlichen Strömungsdrosselventile 5 A und 5 B vollständig geöffnet und die anderen veränderlichen Strömungsdrossel ventile 6 A und 6 B werden vollständig geschlossen. Die Art der Veränderung des Druckanstieges in der Zylinderkammer 12 R des Druckzylinders 12 wird durch die veränderliche Strömungsdrosselstelle 1 R und die veränderliche Strömungsdrosselstelle 3 R bestimmt, da die andere veränderliche Strömungsdrosselstelle 2 R durch den Beipaß pfad L ₆ überbrückt wird und somit keinen Einfluß auf den Druckanstieg in der Zylinderkammer 12 R des Kraftzylinders 12 hat. Dies wird durch eine Kennlinie M in Fig. 4 dargestellt.

Bezugnehmend auf Fig. 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuerventiles 13 A mit einem Fluidverteilerkreis 14 A erläutert. Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Tatsache, daß die zwei Beipaßpfade L ₇ und L ₈ durch einen einzigen Beipaßpfad L ₉ ersetzt wurden, der mit einem einzelnen, veränderlichen Strömungsdrosselventil 6 versehen ist. Das veränderliche Strömungsdrosselventil 6 hat die gleichen Charakteristika wie die Strömungsdrosselventile 6 A oder 6 B. Der Beipaßpfad L ₉ ist mit einem Ende mit dem Fluidströmungsweg L ₃ an einem Punkt zwischen den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2 L und 3 L verbunden und ist mit seinem gegenüberliegenden Ende mit dem Fluidströmungsweg L ₄ an einem Punkt zwischen den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2 R und 3 R verbunden.

In den früheren Ausführungsbeispielen sind zwei veränderliche Strömungsdrosselstellen in Reihe in einem Fluidströmungswegabschnitt des Fluidverteilerkreises angeordnet und sie werden wahlweise durch Beipaßpfade überbrückt, um drei verschiedene Ventilcharakteristika für drei unterschiedliche Stufen in bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen. In den folgenden zwei Ausführungsbeispielen sind drei veränderliche Strömungsdrosselstellen in Reihe in jedem der zwei parallelen Fluidströmungswegabschnitte angeordnet und sie werden wahlweise durch Beipaßpfade überbrückt, um hierdurch vier unterschiedliche Ventilcharakteristika für vier unterschiedliche Stufen in bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen.

Bezugnehmend auf Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Steuerventiles 13 B zur Verwirklichung eines Fluidverteilerkreises 14 B gezeigt, das drei in Reihe geschaltete, veränderliche Strömungsdrosselstellen 2 L, 3 L und 4 L aufweist, die in einem stromabseitigen Fluidströmungswegabschnitt L ₃ angeordnet sind und das weitere drei in Reihe geschaltete, veränderliche Strömungsdrosselstellen 2 R, 3 R und 4 R in dem parallelen stromabseitigen Fluidströmungswegabschnitt L ₄ aufweist. Parallel zu den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2 L und 2 R sind Beipaßpfade L ₅ und L ₄ vorgesehen, die mit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 5 B und 5 A versehen sind. Parallel zu den veränderlichen Strömungsdrosselstellen 3 L und 3 R sind Beipaßpfade L ₇ und L ₈ vorgesehen, die mit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventilen 6 B und 6 A versehen sind.

Die verbleibenden zwei veränderlichen Strömungsdrosselstellen 4 R und 4 L können durch einen gemeinsamen Beipaßpfad 40 überbrückt werden, der mit einem in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventil 7 versehen ist.

Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Beispiele für die Veränderung der elektrischen Ströme I _{v 5}, I _{v 6}, I _{v 7} in Abhängigkeit von der sich ändernden Fahrzeuggeschwindigkeit V. Zum Beispiel sind, bezugnehmend auf Fig. 7, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die geringer ist als ein Wert V ₁ alle Beipaßpfade L ₅ bis L ₈ und 40 geschlossen, so daß die drei in Reihe geschalteten, veränderlichen Strömungsdrossel stellen 2 L, 3 L und 4 L oder 2 R, 3 R und 4 R die Ventil charakteristik bestimmen. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen V ₁ und V ₂ sind die Beipaßpfade L ₅ und L_6, L ₇ und L ₈ vollständig geöffnet, so daß die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 4 L und 4 R die Ventilcharakteristik bestimmen. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten zwischen V ₂ und V ₃ ist nur der Beipaßpfad 40 geöffnet, so daß die in Reihe geschalteten, veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2 L und 3 L sowie 2 R und 3 R die Ventilcharakteristika bestimmen. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als V ₃ sind die Beipaßpfade 40 sowie L ₇ und L ₈ geöffnet, so daß die veränderlichen Strömungsdrosselstellen 2 L und 2 R die Ventilcharakteristik bestimmen.

Fig. 9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Steuerventil 13 C mit einem Fluidverteilerkreis 14 C. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Anordnung der drei in Reihe geschalteten veränderlichen Strömungsdrosselstellen und ihrer zugehörigen Beipaßpfade, die nunmehr in den stromaufseitigen Strömungswegabschnitten L ₁ bzw. L ₂ stromauf der Anschlüsse des Kraftzylinders 12 vorgesehen sind.

In den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt und als Variable für die Steuereinheit U verwendet, so daß die Steuereinheit U in Abhängigkeit von dieser Variablen den elektrischen Strom steuert, der durch das elektromagnetisch betätigte Betätigungsglied für die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4 A und 5 B fließt. Insbesondere öffnen die von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventile 4 A und 4 B gleichzeitig proportional, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Wenn gewünscht, kann das von außen gesteuerte Strömungs drosselventil 4 auch in Abhängigkeit von anderen Variablen gesteuert werden, entsprechend der vom Fahrer gewünschten Lenkunterstützung oder bezogen auf eine Betriebsweise des Fahrzeuges. Zu diesem Zweck wird eine manuell betätigbare Wahleinrichtung nahe des Fahrersitzes angeordnet und eine Steuereinheit wird mit dem Ausgangssignal der Handwahleinrichtung versorgt, derart, daß der Fahrer den elektrischen Strom variieren kann, der durch die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für ein von außen gesteuertes, variables Strömungsdrosselventil 4 fließt, bis das Niveau der Servolenkunterstützung dem Wunsch des Fahrers entspricht.

Es können auch andere Variable, bezogen auf den Straßen reibkoeffizienten zur Steuerung des Drossel- bzw. Öffnungs querschnittes des von außen gesteuerten, variablen Strömungsdrosselventiles 4 verwendet werden. Ein Beispiel für einen Sensor zur Erfassung solch einer Variablen ist ein Schalter, der mit einem Scheibenwischerschalter des Fahrzeuges gekoppelt ist. In diesem Fall nimmt der Betätigungsstrom für den Elektromagneten zu, wenn die Wischergeschwindigkeit zunimmt, um somit das Niveau der Servo- bzw. Lenkkraftunterstützung in Abhängigkeit von der zunehmenden Wischergeschwindigkeit zu vermindern. Dies ist vorteilhaft, da es das übliche Verhalten eines Fahrzeug führers ist, die Wischergeschwindigkeit zu erhöhen, wenn die Stärke des Regens zunimmt. Es kann auch ein Regentropfensensor als Straßenreibkoeffizient-Erfassungs sensor verwendet werden. Es ist möglich, den Straßenreib koeffizienten durch Berechnung einer Differenz in der Rotation zwischen einem angetriebenen und einem nicht angetriebenen Fahrzeugrad zu erfassen oder direkt den Straßenreibkoeffizienten durch Erfassung des Schlupfes eines angetriebenen Rades zu erfassen. Bei Verwendung einer Variablen, die auf den Straßenreibkoeffizienten bezogen ist, ist es auch möglich, den auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmten Elektromagnetstrom in Abhängigkeit von dem Reibkoeffizienten zu modifizieren.

Der Elektromagnetstrom kann verändert werden, um den Kennlinienöffnungsquerschnitt über Fahrzeuggeschwindig keit, wie in Fig. 2(d) gezeigt, in Abhängigkeit zur Häufigkeit der Beschleunigung und Abbremsung, denen das Fahrzeug unterworfen ist, zu modifzieren. Der Betätigungsstrom durch den Elektromagneten kann auch in Übereinstimmung mit einer Entscheidung verändert werden, die auf der Grundlage des Lenkradwinkels und einer Geschwindigkeit, mit der das Lenkrad gedreht wird, gefällt wird. Schließlich kann der Elektromagnetstrom auch in Abhängigkeit von einer Belastung verändert werden, die auf den gelenkten Fahrzeugrädern ruht.

Gleichzeitig mit der vorliegenden Patentanmeldung werden weitere Patentanmeldungen eingereicht, die auf folgenden Ursprungsanmeldungen beruhen:
Japanische Patentanmeldung Nr. 61-313517, eingereicht 27. 12. 1986,
japanische Patentanmeldung Nr. 61-313521, eingereicht 27. 12. 1986,
japanische Patentanmeldung Nr. 61-313520, eingereicht 27. 12. 1986,
japanische Patentanmeldung Nr. 61-313518, eingereicht 27. 12. 1986.

Claims

1. Variables Servolenksystem für Fahrzeuge, mit einer Hydraulikfluidquelle (10), einem Fluidreservoir (11) und einem in Abhängigkeit von einem Hydraulikdruck betätigten Kraftzylinder (12), der zur Verbindung mit einem Lenkgestänge vorgesehen ist, mit:
einem Steuerventil (13, 20, 13 A, 13 B, 13 C), das Ventil elemente (22, 23) aufweist, die relativ zueinander in Abhängigkeit von einer bestimmten Variablen, insbesondere eines Lenkdrehmomentes, verlagerbar sind, um zwischen sich zwei parallele Fluidströmungswege (1 R-2 L, 1 L-2 R) zu bilden, die sich zwischen der Fluidquelle (10) und dem Fluid reservoir (11) erstrecken, um eine Druckdifferenz in dem Kraftzylinder (12) in Abhängigkeit von der vorbestimmten Variablen zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (13, 20, 13 A, 13 B, 13 C) eine Mehrzahl von Beipaßpfaden (L _5, L_6, L_7, L ₈) aufweist, von denen jeder parallel zu einem einer Mehrzahl in Reihe angeordneten, veränderlichen Strömungsdrosselstellen (2 L, 3 L, 4 L, 2 R, 3 R, 4 R), die die zwei Strömungswege bilden, angeordnet ist und jeder Beipaßpfad mit einem von außen gesteuerten, veränderlichen Strömungsdrosselventil (5 A, 5 B, 6 A, 6 B, 7) versehen ist, die in Abhängigkeit von einer zweiten, vorbestimmten Variablen, insbesondere der Fahrzeugge schwindigkeit, betätigbar sind, wobei die zweite vorgegebene Variable von der ersten vorgegebenen Variablen (T) verschieden ist.

2. Variables Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite vorgegebene Variable die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) ist.