DE4319495B4

DE4319495B4 - Hydraulische Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE4319495B4
Application number: DE4319495A
Authority: DE
Inventors: Kyosuke Anjo Hage; Mikio Hekinan Suzuki; Yoshiharu Nagoya Inaguma; Kenichi Fukumura; Hideya Kato; Katsuhisa Okazaki Mori
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2013-06-12
Also published as: US5439070A; DE4319495A1

Abstract

Servolenkvorrichtung mit einer Hydraulikpumpe (10) für die Versorgung mit Druckfluid, einem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4), der mit der Pumpe (10) über einen Versorgungskanal (50) verbunden ist, um eine Unterstützungskraft abhängig von der Verdrehung des Lenkrades (HD) zu erzeugen, wobei der Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) eine Charakteristik dahingehend aufweist, dass sein Gegendruck ansteigt, wenn das Lenkrad (HD) verdreht wird, die folgendes aufweist:
– eine Dosieröffnung (12), die im Versorgungskanal (50) angeordnet ist;
– einen Bypasskanal (51), der mit dem Versorgungskanal (50) auf der stromaufwärtigen Seite der Dosieröffnung (12) verbunden ist, um einen Teil des Druckfluids vom Versorgungskanal (50) zu einem Behälter (18) oder einer Einlassöffnung der Pumpe (10) umzuleiten;
– ein Steuerventil (11), das im Bypasskanal (51) angeordnet ist und einen beweglichen Plunger (14) aufweist, auf den eine Vorbelastungseinrichtung (16) in einer Steuerkammer (15) drückt, und der abhängig vom Druckunterschied an der Dosieröffnung (12) verstellt wird, um die Strömungsrate des durch den...

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkvorrichtung, die zur Verwendung in Fahrzeugen geeignet ist, insbesondere eine hydraulische Servolenkvorrichtung, bei der die Strömungsrate eines einem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Fluids unter Druck durch ein Strömungssteuerventil eingestellt wird.
Eine hydraulische Servolenkvorrichtung ist üblicherweise mit einer Hydraulikpumpe und einem Strömungssteuerventil versehen, um einem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus ein Fluid unter Druck mit konstanter Strömungsrate zuzuführen. In einem solchen Servolenksystem nimmt die von der Hydraulikpumpe verbrauchte Energie abhängig von einer Zunahme der Strömungsrate des Druckfluids zu. Daher weist eine herkömmliche Hydraulikpumpe das Problem auf, daß sie immer viel Energie verbraucht.
Um das oben genannte Problem zu lösen, wurde eine verbesserte Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Strömungsrate des Druckfluids bei Fahrt mit hoher Geschwindigkeit verringert ist. Beispiele für derartige Servolenkvorrichtungen sind in der Japanischen Patentveröffentlichung JP 54-5571 B und dem US-Patent US 4,714,413 A dargestellt. Z. B. sind in der Vorrichtung gemäß der Japanischen Patentveröffentlichung JP 54-5571 B ein Fahrgeschwindigkeitssensor S, ein Verstärker A zum Verstärken des Signals vom Sensor S sowie ein elektromagnetisches Ventil SV vorhanden, das auf das verstärkte Geschwindigkeitssignal anspricht, wie in 2 dargestellt. Das Ventil SV arbeitet so, daß es den Druck in der Federkammer eines Strömungssteuerventils FC abhängig von der Zunahme der Fahrgeschwindigkeit verringert, wodurch die Strömungsrate des dem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Druckfluids verringert wird. Der Mechanismus besteht aus einem Drehschieber RV und einem Kraftübertragungszylinder PC. Dieses System verringert den Energieverbrauch der Hydraulikpumpe P. Das Servolenksystem weist eine vorteilhafte Eigenschaft auch dahingehend auf, daß die bei schneller Fahrt erzeugten Unterstützungskräfte kleiner als die bei langsamer Geschwindigkeit sind.
Die herkömmlichen Servolenkvorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Strömungsrate des dem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Druckfluids abnimmt, wenn ein Lenkrad HD verdreht wird. Dies bewirkt eine Abnahme der Unterstützungskraft, was dem Fahrer ein merkwürdiges Lenkgefühl gibt. Genauer gesagt, arbeitet dann, wenn der Fahrer das Lenkrad verdreht, der Drehschieber RV des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus so, daß er das Druckfluid dem Kraftübertragungszylinder PC zum Erzeugen der Unterstützungskraft zuführt, wodurch der Gegendruck des Servoventils ansteigt. Dies bewirkt eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des durch das elektromagnetische Ventil SV strömenden Fluids, wodurch der Druck in der Federkammer des Strömungssteuerventils FC abnimmt. Diese Druckabnahme bewirkt, daß das Strömungssteuerventil FC die Menge an Fluid erhöht, die über eine Bypaßleitung BP in einen Behälter R abgeführt wird, wodurch die Strömungsrate des dem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Fluids verringert wird.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Servolenkvorrichtung anzugeben, die dazu in der Lage ist, die Strömungsrate des einem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Druckfluids zu erhöhen, wenn der Gegendruck des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus auf ein Verdrehen eines Lenkrads hin ansteigt.
Demgemäß ist es auch eine andere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Servolenkvorrichtung anzugeben, die die Strömungsrate des einem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Druckfluids selbst dann aufrecht erhalten kann, wenn der Gegendruck des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus anwächst.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer Servolenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 5. Die Verbesserungen sind in den Kennzeichen dieser unabhängigen Ansprüche angegeben.
Beim Aufbau gemäß Anspruch 1 wird die Strömungsrate des dem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Druckfluids verringert, wenn sich das Lenkrad in seiner Neutralstellung befindet und nicht verdreht wird, wodurch der im Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus und der Versorgungsleitung erzeugte Energieverlust erniedrigt wird.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung, wie sie in Anspruch 5 wiedergegeben wird, ist ein elektromagnetisches Auslaßventil im Auslaßkanal angeordnet, und der Öffnungsquerschnitt des elektromagnetischen Auslaßventils wird abhängig vom Fahrzustand eingestellt. Im Auslaßkanal ist auch ein Auslaßsteuerventil an einer Position zwischen dem Auslaßventil und dem Abschnitt mit geringem Druck angeordnet, um auf einen Druckabfall in der Steueröffnung anzusprechen, um die Strömungsrate des zum Abschnitt mit niedrigem Druck strömenden Druckfluids zu verringern, wenn der Gegendruck des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus ansteigt. Dieser Aufbau realisiert eine Strömungsratensteuerung, bei der die Strömungsrate des dem Unterstützungs kraft-Erzeugungsmechanismus zugeführten Druckfluids abhängig vom Fahrzustand, wie der Fahrgeschwindigkeit, eingestellt wird. Ferner wird die Strömungsrate des Druckfluids selbst dann konstant gehalten, wenn der Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus arbeitet. Dies gewährleistet ordnungsgemäßes Erzeugen der Unterstützungskraft.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Erscheinungsformen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche. Z. B. gibt Anspruch 4 einen Aufbau an, durch den die Zuverlässigkeit des Servolenkbetriebs erhöht wird. Genauer gesagt, steuert ein Auslaßsteuerventil die Strömung des Druckfluids durch den Auslaßkanal, wenn das Auslaßventil durch Teilchen im Fluid versperrt ist.
Verschiedene andere Aufgaben, Merkmale und viele der zugehörigen Vorteile der Erfindung werden leicht erkennbar, wenn dieselben unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen besser verständlich werden.
1 ist eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Servolenkvorrichtung;
3 ist eine Querschnitt des in 1 dargestellten Drehschiebers;
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl eines Motors und der Strömungsrate von Druckfluid beim ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die Druck/Strömungsrate-Charakteristik des Strömungssteuerventils der Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ist ein Querschnitt einer Struktur eines Mechanismus für eine variable Öffnung, wie in 6 dargestellt;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl eines Motors und der Strömungsrate eines Druckfluids beim zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die Druck/Strömungsrate-Charakteristik des Strömungssteuerventils der Servolenkvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
10 ist eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11 ist eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs und der Strömungsrate von Druckfluid beim vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der Strömungsrate von Druckfluid bei einer Modifizierung des vierten Ausführungsbeispiels zeigt;
14 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenkwinkel des Lenkrads und der Strömungsrate des Druckfluids beim modifizierten Ausführungsbeispiel zeigt;
15 ist eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
16 ist eine Fortentwicklung, die die Struktur des in 15 dargestellten Drehschiebers zeigt;
17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehzahl eines Motors und der Strömungsrate von Druckfluid beim fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
18 ist ein Diagramm, das die Druck/Strömungsrate-Charakteristik des Strömungssteuerventils der Servolenkvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
19 ist eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts A in 16;
20 ist eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts B in 16;
21 ist eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts C in 16;
22 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem relativen Drehwinkel des Ventils und effektiven Öffnungsquerschnitten variabler Öffnungen von drei Typen zeigt;
23 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem relativen Drehwinkel des Ventils und dem Differenzdruck im Kraftübertragungszylinder zeigt;
24 ist eine schematische Darstellung einer Servolenkvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
25 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Drehschiebers.
Erstes Ausführungsbeispiel:
Wie in 1 dargestellt, besteht eine Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einem Fluidversorgungsabschnitt 1 zum Zuführen von Druckfluid mit konstanter Rate, einem Auslaßventilabschnitt 2 zum Erniedrigen der Strömungsrate des vom Fluidversorgungsabschnitt 1 zugeführten Druckfluids, wenn ein Lenkrad HD in seiner Neutralstellung steht, einem Kraftübertragungszylinder 4 aus einem Kolben und einem Gehäuse, der durch Fluid zum Erzeugen einer Unterstützungskraft betreibbar ist, und einem Drehschieber 3, der auf ein Verdrehen des Lenkrads HD anspricht, um das Druckfluid einer jeweiligen der Zylinderkammern des Kraftübertragungszylinders 4 zuzuführen.
Der Fluidversorgungsabschnitt 1 besteht aus einer motorbetriebenen Hydraulikpumpe 10 und einem Strömungssteuerventil 11 zum Einstellen der Strömung des von der Pumpe 10 ausgegebenen Druckfluids in solcher Weise, daß die Strömungsrate des Druckfluids einen vorgegebenen Wert Q einnimmt. Das eingestellte Druckfluid wird dem Drehschieber 3 über einen Versorgungskanal 50 mit einem Druckschlauch PH zugeführt.
Das Strömungssteuerventil 11 weist eine Dosieröffnung 12 auf, die in der Mitte des Versorgungskanals 50 angeordnet ist. Ein Ende eines Bypaßkanals 51 ist an der stromaufwärti gen Seite der Dosierungsöffnung 12 mit dem Versorgungskanal 50 verbunden, während ein Ende eines Zuleitungskanals 52 mit dem Versorgungskanal 50 auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 verbunden ist. Das andere Ende des Bypaßkanals 51 ist mit einem Einlaßkanal 53 über eine Steuerkammer 15 verbunden und der Einlaßkanal 53 ist zwischen einem Behälter 18 und der Pumpe 10 angeordnet, um diese zu verbinden. In der Steuerkammer 15 ist ein Ventilplunger 14 aufgenommen, um an der Rückseite desselben eine Federkammer 15a festzulegen, die eine Feder 16 aufnimmt. Das andere Ende des Zuleitungskanals 52 ist mit der Federkammer 15a verbunden, und eine erste Steueröffnung 17 ist in der Mitte des Zuleitungskanals 52 angeordnet. Bei einem derartigen Strömungssteuerventil wird der Druck im Versorgungskanal 50 an der stromaufwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 über die Bypaßleitung 51 an die Steuerkammer 15 übertragen, um auf das erste Ende des Ventilplungers 14 zu wirken, während der Druck im Versorgungskanal 50 an der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 über den Zuleitungskanal 52 an die Federkammer 15a übertragen wird, um auf das zweite Ende des Ventilplungers 14 zu wirken. Auch die von der Feder 16 erzeugte Kraft wirkt auf das zweite Ende des Ventilplungers 14. Bei diesem Aufbau bewegt sich der Ventilplunger 14, um den Druckabfall an der Dosieröffnung 12 konstant zu halten, wodurch die Strömungsrate des zur Einlaßleitung 53 strömenden Druckfluids so verändert wird, daß das Druckfluid dem Drehschieber 3 mit einer vorbestimmten, konstanten Rate zugeführt wird. Die Federkammer 15a ist auch über ein Entlastungsventil 19 mit dem Behälter 18 verbunden, das sich öffnet, wenn der Druck im Versorgungskanal 50 einen vorgegebenen Entlastungsdruck übersteigt. Dieses Entlastungsventil 19 verhindert, daß der Druck im Versorgungskanal 50 übermäßig ansteigt.
Das Auslaßventil 2 besteht aus einem Zylinder 20, einem im Zylinder 20 gleitend aufgenommenen Ventilplunger 21 und einer zwischen dem Zylinder 20 und dem Ventilplunger 21 angeordneten Feder 26. Der Zylinder 20 verfügt an seinem ersten Ende über einen ersten Anschluß 22, der mit dem Versorgungskanal 50 auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 verbunden ist, und an seinem zweiten Ende verfügt er über einen zweiten Anschluß 24, der mit der Federkammer 15a des Strömungssteuerventils 11 über eine zweite Steueröffnung 23 verbunden ist, und einen dritten Anschluß 25, der mit dem Behälter 18 verbunden ist. Der Ventilplunger 21 ist an seinem dem zweiten Ende des Zylinders 20 entsprechenden Ende mit einem Blindloch versehen, um die Feder 26 aufzunehmen und einen zylindrischen Wandabschnitt zu bilden. Der zylindrische Wandabschnitt ist mit Schlitzen 21S ausgebildet, die an einem vorbestimmten axialen Ort angeordnet sind, um dem zweiten Anschluß 24 zu entsprechen, wenn der Ventilplunger 21 in seiner zurückgezogenen Stellung angeordnet ist, wie in 1 dargestellt.
Da der Drehschieber 3 bei diesem Ausführungsbeispiel eine wohlbekannte Struktur aufweist, wird eine detaillierte Erläuterung hierzu weggelassen. 3 zeigt ein Getriebegehäuse 30 eines Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus mit Zahnstangengetriebe, in das der Drehschieber 3 eingebaut ist. Genauer gesagt, weist der Drehschieber 3 ein integral auf einer Eingangswelle 32 ausgebildetes Innenventilteil 33 und ein Außenventilteil 36 auf, das für Relativverdrehung in bezug auf das Innenventilteil 35 angeordnet ist. Das Außenventilteil 36 ist mechanisch mit einer Ausgangswelle 33 verbunden, die mit der Eingangswelle 32 über eine Torsionsfeder 31 verbunden ist. Die Ausgangswelle 33 ist auch über einen Zahnradantrieb PG mit einer Zahnstangenwelle 34 verbunden. Die Innen- und Außenventilteile 35 bzw. 36 bilden ein Richtungssteuerventil vom Drehtyp, das auf eine Relativbewegung zwischen den Ventilteilen 35 und 36 hin so arbeitet, daß es von einem Versorgungsanschluß SP zugeführtes Druckfluid einem ersten oder zweiten Zylinderanschluß 38 bzw. 39 zuführt, während es den anderen der beiden Anschlüssen 38 und 39 mit einem Auslaßanschluß DP verbindet.
Der Kraftübertragungszylinder 4 besteht aus einem Zylinder 42 und einem im Zylinder 42 aufgenommenen Kolben 41, der mit einem Lenkmechanismus oder einem Lenkgestänge wie der in 3 dargestellten Zahnstangenachse 34 verbunden ist. Der Kolben 41 unterteilt den Innenraum des Zylinders 42 so, daß ein Paar Zylinderkammern 4A und 4B gebildet sind, die mit dem ersten bzw. zweiten Zylinderanschluß 38 bzw. 39 des Drehschiebers 3 verbunden sind. Wenn einer der Zylinderkammern 4A und 4B Druckfluid auf einen Lenkvorgang hin zugeführt wird, wird der Kolben 41 so bewegt, daß er den Lenkvorgang unterstützt.
Der Betrieb der Servolenkvorrichtung gemäß diesem Ausführungsgbeispiel wird nun beschrieben.
Wenn der Motor gestartet wird, gibt die Pumpe 10 Druckfluid aus. Dieses Druckfluid wird dem Drehschieber 3 über die Dosieröffnung 12 zugeführt.
Wenn das Lenkrad HD nicht aus seiner Neutralstellung ausgelenkt wird, steht der Versorgungsanschluß SP mit dem Auslaßanschluß DP in Verbindung. In diesem Zustand ist der Gegendruck des Drehschiebers 3 oder der Druck im Versorgungskanal 50 an der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 gering. Demgemäß wirkt auf den Ventilplunger 21 des Auslaßventils 2 eine Kraft, die durch das Fluid erzeugt wird, das dem ersten Anschluß 22 des Zylinders 20 zugeführt wird, und die kleiner ist als die durch die Feder 26 erzeugte Kraft, weswegen der Ventilplunger 21 in seiner zurückgefahrenen Stellung gehalten wird, wie in 1 dargestellt. In diesem Zustand wird eine Verbindung zwischen dem zweiten Anschluß 24 und dem dritten Anschluß 25 über die Schlitze 21S des Ventilplungers 21 hergestellt, wodurch das Druckfluid auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 über die erste und zweite Steueröffnung 17 bzw. 23 zum Behälter 18 strömt. Wegen des Vorhandenseins der ersten Steueröffnung 17 wird der Druck in der Ventilkammer 15a des Strömungssteuerventils 11 kleiner als der Druck auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12. Da das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid zum Bypaßkanal 51 strömt und ein hoher Druck auf das obere oder erste Ende des Ventilplungers 14 wirkt, wird dieser nach unten bewegt, wodurch der Querschnitt des Drosselsteuerabschnitts 13 des Ventilkanals 51 groß wird. In diesem Zustand strömt ein großer Anteil des Druckfluids vom Versorgungskanal 50 über den Bypaßkanal 51 in den Einlaßkanal 53. Dieser Bypaßvorgang erniedrigt die Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids auf einen vorgegebenen Wert Qn, wie dies in 4 durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist. In diesem Zustand ist die von der Pumpe 10 benötigte Energie wegen der verringerten Strömungsrate erniedrigt.
Wenn das Lenkrad HD verdreht wird, arbeitet der Drehschieber 3 so, daß er dem Kraftübertragungszylinder 4 Druckfluid zuführt. In diesem Zustand nimmt der Gegendruck des Drehschiebers 3 oder der Druck auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 zu. Da dieser erhöhte Druck dem ersten Anschluß 22 des Auslaßventils 2 zugeführt wird, wird der Ventilplunger 21 entgegen der Kraft der Feder 26 in der Darstellung von 1 nach rechts bewegt, wodurch die Verbindung zwischen dem zweiten Anschluß 24 und dem dritten Anschluß 25 unterbrochen wird. Durch diesen Vorgang wird die Strömung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung 17 bzw. 23 angehalten, so daß der Druck in der Federkammer 15a ansteigt, bis er mit dem Druck im Versorgungskanal 50 auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 übereinstimmt. Dies bewirkt ein Nachobenbewegen des Ventilplungers 14, um den Querschnitt des Drosselsteuerabschnitts 13 des Bypaßkanals 51 zu verringern, wodurch die Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids allmählich vom Wert Qn ansteigt und einen hohen Strömungswert Qh erreicht, wenn der Gegendruck des Drehschiebers 3 einen vorgegebenen Druck PS erreicht. In diesem Zustand wird eine solche Menge an Druckfluid dem Drehschieber 3 zugeführt, daß dieser eine ausreichende Unterstützungskraft erzeugt.
Wie oben erläutert, wird die Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids von Qh auf Qn erniedrigt, wenn das Lenkrad 1 in seiner Neutralstellung steht. Daher werden die in der Pumpe, dem Hochdruckschlauch, dem Drehschieber, dem Kraftübertragungszylinder und dergleichen erzeugten Druckverluste während dieses Neutralzustandes verringert, was zu einer Verringerung des Energieverbrauchs des Servolenksystems führt.
Beim obigen Ausführungsbeispiel ist das Auslaßventil 2 mit einem Ventilplunger mit Schlitzen versehen. Jedoch kann als Auslaßventil 2 eine andere Art von Ventil verwendet werden, dessen Plunger Schlitze aufweisen kann oder auch nicht, vorausgesetzt, es weist dieselbe Funktion auf.
Ferner kann eine andere Art eines Ventils, wie ein Plungerventil statt des Drehservoventils 3 als Servoventil verwendet werden.
Zweites Ausführungsbeispiel:
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein Mechanismus 6 mit variabler Öffnung hinzugefügt, wie in 6 dargestellt.
Der Mechanismus 6 mit variabler Öffnung ist parallel zur Dosieröffnung 12 an den Versorgungskanal 50 angeschlossen. 7 zeigt den Aufbau des Mechanismus 6 mit variabler Öffnung, der in das Gehäuse der Pumpe 10 eingebaut ist.
Da die Detailstruktur des Mechanismus 6 mit variabler Öffnung im US-Patent 4,361,166 A beschrieben ist, wird hier nur die Funktion erläutert.
Wenn die Drehzahl des Motors (die Drehzahl der Pumpe 10) niedriger als eine vorgegebene Drehzahl N1 ist, ist ein Ventilplunger 61 in seiner zurückgezogenen Stellung angeordnet, wie in 7 dargestellt, da der Differenzdruck, der durch die zusätzliche Dosieröffnung 64 erzeugt wird, und der auf den Plunger 61 wirkt, kleiner ist als die von einer Feder 62 erzeugte Druckkraft. In diesem Zustand strömt das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid über die Dosieröffnung 12 und eine zusätzliche Öffnung 63 zum Versorgungskanal 50, und die Strömungsrate des Druckfluids zum Zeitpunkt, zu dem der Gegendruck des Drehschiebers 3 einen vorgegebenen Druck PS erreicht (nachfolgend als "Sättigungsströmungsrate" bezeichnet) wird Qh.
Wenn die Drehzahl des Motors eine vorgegebene Drehzahl N1 erreicht, startet der Plunger 61 mit einer Bewegung nach links in 7, da der auf ihn wirkende Differenzdruck größer als die von der Feder 62 aufgebrachte Druckkraft wird. Durch diesen Vorgang wird die zusätzliche Öffnung 63 allmählich durch den vorspringenden Abschnitt 61a des Plungers 61 verschlossen. In diesem Zustand fließt das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid über die Dosieröffnung 12 und die zusätzliche Öffnung 63 zum Versorgungskanal 50, jedoch wird der Öffnungsquerschnitt der zusätzlichen Öffnung 63 allmählich kleiner. Daher nimmt die Sättigungsströmungsrate des dem Versorgungskanal 50 zugeführten Druckfluids allmählich vom Wert Qh ab.
Wenn die Drehzahl des Motors N2 erreicht, erreicht der Plunger 61 seine linke Endstellung, wodurch der Öffnungsquerschnitt der zusätzlichen Öffnung 63 null wird. In diesem Zustand strömt das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid nur über die Dosieröffnung 12 zum Versorgungskanal 50, und die Sättigungsströmungsrate des der Versorgungsleitung 50 zugeführten Druckfluids erreicht den Wert Qn. Die oben angegebene Charakteristik ist in den 8 und 9 dargestellt.
Wenn sich das Lenkrad HD unter der Bedingung, daß die obige Steuerung ausgeführt wird, in seiner Neutralstellung befindet, arbeitet das Auslaßventil 2 auf ähnliche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, wodurch die Strömungsrate des Druckfluids auf Qn erniedrigt wird. Wenn das Lenkrad HD verdreht wird, wird die Auslaßfunktion des Auslaßventils 2 beendet, wodurch die Strömungsrate erhöht wird und so eingestellt wird, daß eine drehzahlabhängige Charakteristik erreicht wird, wie sie durch die ausgezogene Linie in 8 dargestellt ist.
Da die Servolenkvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels eine Strömungsratencharakteristik aufweist, bei der die Strömungsrate des Druckfluids sich abhängig von der Drehzahl des Motors ändert, weist die Vorrichtung den Vorteil auf, daß die Stabilität des Lenkvorgangs bei Fahrt mit hoher Geschwindigkeit erhöht wird, wie auch diejenigen Vorteile, die für das erste Ausführungsbeispiel genannt wurden.
Drittes Ausführungsbeispiel:
Die Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat den Nachteil, daß dann, wenn der Plunger 21 des Auslaßventils 2 aufgrund kleiner Teilchen im Betriebsfluid blockiert wird, solange die Federkammer 15a des Strömungssteuerventils 11 mit dem Behälter 18 in Verbindung steht, die Bypaßmenge des zum Behälter 18 über den Bypaßkanal 21 strömenden Druckfluids auf einem hohen Wert gehalten wird. Dies verursacht die Schwierigkeit, daß der Druck des dem Kraftübertragungszylinder 4 zugeführten Druckfluid selbst dann nicht ansteigt, wenn das Lenkrad HD verdreht wird. Daher kann bei einem derartigen anomalen Zustand keine ausreichende Unterstützungskraft erzeugt werden.
Die Servolenkvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zusätzlich mit einem Abflußsteuerventil versehen, um das vorstehend genannte Problem zu beseitigen.
In der folgenden Beschreibung wird die Erläuterung von Teilen, die mit solchen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, weggelassen.
Wie in 10 dargestellt, ist ein Abflußsteuerventil 73 so angeordnet, daß es in der Mitte des Versorgungskanals 50 liegt, und auch in der Mitte des Abflußkanals 55 zwischen dem Abflußventil 2 und dem Behälter 18. Ferner ist eine zweite Steueröffnung 23' in der Mitte des Kanals zwischen dem Auslaßventil 2 und dem Behälter 18 angeordnet.
Das Auslaßsteuerventil 73 besteht aus einem Zylinder 70, einem im Zylinder 70 aufgenommenen Plunger 71 und einer Feder 72. Der Zylinder 70 ist an seinem ersten Ende mit einem ersten und einem zweiten Anschluß 70a bzw. 70b versehen, die mit dem Versorgungskanal 50 in Verbindung stehen. Das Gehäuse ist an seinem rechten Ende auch mit einem dritten Anschluß 70c versehen, der mit dem dritten Anschluß 25 des Auslaßventils 2 verbunden ist, und in einer mittleren Position ist es mit einem vierten Anschluß 70d versehen, der mit dem Behälter 18 verbunden ist. Daher wirkt der Druck des Fluids im Versorgungskanal 50 auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 auf ein Ende des Plungers 21, während der Druck des Fluids im Auslaßkanal 55 auf der stromabwärtigen Seite der zweiten Steueröffnung 23' und die von der Feder 72 erzeugte Druckkraft auf das andere Ende des Plungers 71 wirken. Der Plunger 71 steuert die Strömungsrate des vom Auslaßventil 2 zum Behälter 18 strömenden Fluids.
Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels wird nun erläutert.
Wenn sich das Lenkrad HD in seiner Neutralstellung befindet, ist der Gegendruck des Drehschiebers 3 niedrig. In diesem Fall sind der Plunger 21 des Auslaßventils 2 und der Plunger 71 des Auslaßsteuerventils 3 in ihren zurückgezogenen Stellungen, wie in 10 dargestellt, wodurch die Federkammer 15a des Strömungssteuerventils 11 mit dem Behälter 18 über das Auslaßventil 2, die Öffnung 23' und das Auslaßsteuerventil 70 in Verbindung steht, so daß der Druck in der Federkammer 15a niedrig ist und beinahe dem Druck im Behälter 18 entspricht. Der niedrige Druck in der Federkammer 15a bewirkt, daß der Plunger 14 sich in der Darstellung gemäß 10 nach unten bewegt, wodurch der Drosselsteuerabschnitt 13 des Bypaßkanals 51 voll geöffnet wird. In diesem Zustand strömt der Hauptteil des von der Pumpe 10 ausgegebenen Druckfluids über den Bypaßkanal 51 in die Pumpe 10 zurück, und das Druckfluid wird dem Drehschieber 3 mit einer Rate Qn zugeführt, wie sie durch die gestrichelte Linie in 4 dargestellt ist. Da der Hauptteil des Druckfluids zur Pumpe 10 über den Bypaßkanal 51 zurückströmt, dessen Druckverlust gering ist, ist der von der Pumpe 10 hervorgerufene Energieverlust klein.
Wenn das Lenkrad HD verdreht wird, nimmt der Gegendruck des Servoventils 3 zu. Sobald er einen vorgegebenen Wert überschreitet, arbeitet das Auslaßventil 20 so, daß es die Strö mung des Druckfluids durch den Kanal 55 sperrt. In diesem Zustand wird der Druck in der Federkammer 15a dem Druck des Fluids auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung 12 gleich, wodurch der Öffnungsquerschnitt des Drosselsteuerabschnitts 13 des Bypaßkanals 51 verringert wird, wodurch dem Drehschieber 3 Druckfluid mit einer Strömungsrate Qh zugeführt wird, wie mit der ausgezogenen Linie in 4 dargestellt. Demgemäß wird eine ausreichend große Unterstützungskraft erzeugt.
Wenn der Plunger 21 des Auslaßventils 2 wegen kleiner Teilchen oder dergleichen im Zustand gesperrt ist, bei dem sich der Plunger 21 in seiner zurückgezogenen Stellung befindet, bewegt er sich nicht mehr, selbst wenn der Gegendruck des Drehschiebers 3 ansteigt. Jedoch wird der Plunger 21 des Auslaßsteuerventils 73 auf einen Druckabfall an den Öffnungen 17 und 23' hin bewegt, wodurch die Menge des durch den Auslaßkanal 55 strömenden Fluids verringert wird. In diesem Zustand strömt das Druckfluid mit einer Rate q durch den Zuführkanal 52 und den Auslaßkanal 55 vom Versorgungskanal 50 zum Behälter 18, wodurch das Druckfluid dem Drehschieber 3 mit einer Strömungsrate zugeführt wird, die um den Wert q kleiner ist als die Strömungsrte Qh, wie sie mit ausgezogenen Linien in den 4 und 5 eingezeichnet ist. Infolgedessen kann eine Unterstützungskraft erzeugt werden, die allerdings geringfügig kleiner ist als diejenige bei normalem Betriebszustand.
Wenn der Plunger 21 des Auslaßventils 2 wegen kleiner Teilchen oder dergleichen im Zustand gesperrt ist, bei dem er sich in seiner rechten Endstellung befindet, wird die Verbindung zwischen der Federkammer 15a und dem Behälter 18 nicht hergestellt. In diesem Zustand bewegt sich der Plunger 14 des Strömungssteuerventils 11 auf normale Weise auf den Druckabfall an der Dosieröffnung 12 hin. Infolgedessen kann eine ausreichende Unterstützungskraft erzeugt werden, jedoch kann der Energieverbrauch der Pumpe 10 nicht verringert werden.
Viertes Ausführungsbeispiel:
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein elektromagnetisches Auslaßventil 80 statt des mechanischen Auslaßventils 2 bei den vorigen Ausführungsbeispielen verwendet. Das elektromagnetische Auslaßventil 80 wird durch eine elektrische Steuereinheit 81 gesteuert, an die ein Geschwindigkeitssensor 82 angeschlossen ist.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorgegebene Geschwindigkeit V1 ist, wird das elektromagnetische Auslaßventil 80 von der elektrischen Steuereinheit 81 so angesteuert, daß es völlig schließt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die Geschwindigkeit V1 erreicht, wird der Öffnungsquerschnitt des Auslaßventils 80 allmählich bis zur vollständigen Öffnung bei einer Geschwindigkeit V2 erhöht.
Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird nun erläutert. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V unter der Geschwindigkeit V1 liegt, ist das Auslaßventil 80 vollständig geschlossen. In diesem Zustand wird dem Drehschieber 3 Druckfluid mit einer vorgegebenen Maximalrate Q1 zugeführt, da die Federkammer 15a nicht mit dem Behälter 18 in Verbindung steht.
Wenn die Fahrgeschwindigkeit V die Geschwindigkeit V1 erreicht, wird der Öffnungsquerschnitt des Auslaßventils 80 allmählich erhöht. Durch diesen Vorgang nimmt die Strömungsrate des durch den Kanal 55 strömenden Druckfluids zu, wodurch der Druck in der Federkammer 15a abnimmt. Dieser Druckabfall bewirkt, daß der Plunger 14 sich in der Darstellung von 11 nach unten bewegt, wodurch die Strömungsra te des zur Pumpe 10 durch den Bypaßkanal 51 zurückströmenden Druckfluids zunimmt. Daher nimmt die Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids allmählich ab, wie in 12 dargestellt. Wenn der Öffnungsquerschnitt des Auslaßventils 80 den Maximalwert erreicht, erreicht die Strömungsrate des Druckfluids ihren Minimalwert Q2.
Wie oben beschrieben, wird die Strömungsrate durch das Auslaßventil 80 so eingestellt, daß sie sich abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.
Wenn der Gegendruck des Drehschiebers 3 auf ein Verdrehen des Lenkrads HD hin erhöht wird, wird die Druckdifferenz zwischen dem Druck P1 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich der ersten Steueröffnung 17 und dem Druck P2 auf der stromabwärtigen Seite bezüglich der ersten Steueröffnung 17 größer. Auf die Zunahme der Druckdifferenz hin wird der Plunger 71 des Auslaßsteuerventils 73 nach rechts bewegt, um die Strömungsrate des zum Behälter 18 strömenden Druckfluids zu erniedrigen. Dies bewirkt eine Zunahme des Drucks in der Federkammer 15a, was zu einer Zunahme der Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids führt. Daher wird die Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids konstant gehalten, unabhängig von der Änderung des Gegendrucks des Drehschiebers 3.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kanal 55 mit dem Behälter 18 verbunden. Jedoch kann der Kanal 55 mit dem Einlaßkanal der Pumpe 10 verbunden sein, um das Fluid zur Pumpe 10 zurückzuführen.
Ferner können andere Arten von Sensoren zusätzlich vorhanden sein, um die Strömungsrate abhängig von anderer Information einzustellen, wie der Temperatur des Betriebsfluids und dem Lenkwinkel des Lenkrads HD.
Wenn ein Winkelsensor 83 zum Erfassen des Lenkwinkels des Lenkrads HD dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel hinzugefügt wird, kann die Strömungsrate des Druckfluids abhängig vom erfaßten Drehwinkel und der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit verändert werden. Bei einem derartig modifizierten Ausführungsbeispiel können drei Charakteristiken für die Strömungsrate vorbereitet werden, und zwar für den Haltezustand, für Fahrt bei geringer Geschwindigkeit und für Fahrt bei hoher Geschwindigkeit. Die Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids wird abhängig von diesen drei Charakteristiken eingestellt.
Wenn der Drehwinkel θ einem Vollausschlagwinkel θmax nahekommt, nämlich einen Winkel θ2 erreicht, ist der Öffnungsquerschnitt des Auslaßventils 80 maximal. In diesem Zustand strömt der Hauptteil des Druckfluids über den Bypaßkanal 51 zum Einlaßkanal 53 zurück, wodurch die Strömungsrate des dem Drehschieber 3 zugeführten Druckfluids auf eine Minimalströmungsrate Qmin verringert wird, um die Erzeugung einer Unterstützungskraft im wesentlichen einzustellen. Durch dieses Umleiten des Druckfluids wird verhindert, daß der Innendruck der Pumpe 10 ansteigt, wodurch der Energieverbrauch der Pumpe 10 verringert wird. Ferner wird auch die Strömungsrate des Druckfluids verringert, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads HD kleiner als θ1 wird.
Fünftes Ausführungsbeispiel:
Das fünfte und das sechste Ausführungsbeispiel beinhalten eine zusätzliche Verbesserung am Drehschieber 3.
Bei einer herkömmlichen Servolenkvorrichtung besteht der Drehschieber 3 aus einem Paar Brückenkreise C1 und C2 mit variablen Öffnungsabschnitten 3A–3D bzw. 3E–3H, wie in 25 dargestellt. Wenn das Lenkrad HD verdreht wird, wird der Drehschieber 3 so betrieben, daß das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid der Kammern des Kraftübertragungszylinders 4 zugeführt wird, während das Fluid aus der anderen der Kammern in den Behälter 18 ausgelassen wird. Obwohl der Kraftübertragungszylinder 4 für jeden der Brückenkreise C1 und C2 ausgebildet ist, bilden die beiden Zylinder eigentlich einen einzigen, gemeinsamen.
Bei einer derartigen Servolenkvorrichtung ist es erwünscht, daß der Drehschieber 3 eine solche Charakteristik aufweist, daß der Differenzdruck im Kraftübertragungszylinder 4 bei Drehwinkelstellungen nahe der Neutralstellung, oder wenn der Drehwinkel θ unter θ1 liegt, null wird, wodurch die Erzeugung einer Unterstützungskraft eingestellt wird. Jedoch weist ein herkömmlicher Drehschieber eine solche Charakteristik auf, daß selbst dann, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads HD nahe der Neutralposition liegt, oder unter dem Winkel θ1, die Öffnungsquerschnitte der variablen Öffnungen 3A–3H abhängig von einer Verdrehung des Lenkrades HD verändert werden, wodurch der Differenzdruck im Kraftübertragungszylinder 4 allmählich ansteigt und den Wert P1 erreicht, wenn der Lenkwinkel θ den Wert θ1 erreicht, wie mit der ausgezogenen Linie in 23 dargestellt.
Daher ist der Lenkwinkel, ab dem die Lenkunterstützung beginnt, nicht deutlich festgelegt, so daß der Fahrer keinen stabilen Lenkbetrieb in einem Winkelbereich nahe der Neutralposition vorfindet.
Die Servolenkvorrichtung gemäß dem aktuellen Ausführungsbeispiel kann das vorstehende Problem überwinden, wie auch die Wirkungen erzielen, wie sie für die obigen Ausführungsbeispiele beschrieben wurden.
15 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel, das dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich ist, jedoch mit einem verbesserten Drehschieber 3' ausgestattet ist.
Der Drehschieber 3' besteht hauptsächlich aus einer Ventilachse 131, die zur Verdrehung mit dem Lenkrad HD verbunden ist, und einem Ventilkörper 132, der so ausgebildet ist, daß er die Ventilachse 131 koaxial umgibt, wie in 16 dargestellt. Der Ventilkörper 132 ist mechanisch mit einem Lenkgestänge verbunden, an das durch den Kraftübertragungszylinder 4 eine Unterstützungskraft gelegt wird. Die Ventilachse 131 und der Ventilkörper 132 sind miteinander über eine (nicht dargestellte) Torsionsfeder verbunden. Zwischen der Ventilachse 131 und dem Ventilkörper 132 sind ein erster Steuerabschnitt 133 und ein zweiter Steuerabschnitt 134 zum Einstellen der Strömung des Druckfluids abwechselnd mit Abständen von 90° angeordnet.
Der erste Steuerabschnitt 133 besteht aus einem ersten Brückenkreis C1 mit vier Fluidpfaden L1, L2, L3 und L4, die mit der Pumpe 10 und dem Behälter 18 verbunden sind, und vier variablen Öffnungen V1, V2, V3 und V4, die jeweils in der Mitte der Fluidpfade L1, L2, L3 bzw. L4 angeordnet sind. Dabei sind die ersten Enden der Fluidpfade L1 und L2 (Versorgungspfade) mit einem Druckfluid-Versorgungsanschluß des Drehschiebers 3' verbunden, während die zweiten Enden der Fluidpfade L1 und L2 mit ersten Enden der Fluidpfade L3 bzw. L4 (Auslaßpfade) verbunden sind. Die zweiten Enden der Fluidpfade L3 und L4 sind mit einem Auslaßanschluß des Drehschiebers 3' verbunden. Jede der variablen Öffnungen V1, V2, V3 und V4 ist vom Typ, der bei halber Mittelstellung geöffnet ist, mit einem Anfangsöffnungswinkel θ2, wie in 19 dargestellt, mit solcher Charakteristik, daß sich der Öffnungsquerschnitt der Öffnung abhängig von der Relativverdrehung (Ventilverdrehung) zwischen der Ventilachse 131 und dem Ventilkörper 132 ändert, wie in 22 dargestellt.
Der zweite Steuerabschnitt 34 ist parallel zum ersten Brückenkreis C1 geschaltet, und er besteht aus einem zweiten Brückenkreis C2 mit vier Fluidpfaden L5, L6, L7 und L8, die mit der Pumpe 10 verbunden sind, den Kammern 4A und 4B des Kraftübertragungszylinders 4, dem Behälter 18 sowie vier variablen Öffnungen V5, V6, V7 und V8, die jeweils in der Mitte der Fluidpfade L5, L6, L7 bzw. L8 angeordnet sind. Dabei sind erste Enden der Fluidpfade L5 und L6 (Versorgungspfade) mit dem Druckfluid-Zuführanschluß des Drehschiebers 3' verbunden, während die zweiten Enden der Fluidpfade L5 und L6 mit den Kammern des Kraftübertragungszylinders 4 und den ersten Enden der Fluidpfade L7 bzw. L8 (Auslaßpfade) verbunden sind. Die zweiten Enden der Fluidpfade L7 und L8 sind mit dem Auslaßanschluß des Drehschiebers 3' verbunden. Jede der mit der Pumpe 10 verbundenen variablen Öffnungen V5 und V6 ist vom Typ, der in Mittelstellung geschlossen ist, wobei die Schließstellung vorliegt, wenn die Ventilachse 131 in ihrer Neutralstellung in bezug auf den Ventilkörper 132 liegt, wie in 20 dargestellt. Jede der mit dem Behälter 18 verbundenen variablen Öffnungen V7 und V8 ist vom Typ, der in Mittelstellung geöffnet ist, mit einem anfänglichen Öffnungswinkel θ3, wenn die Ventilachse 131 in ihrer Neutralstellung in bezug auf den Ventilkörper 132 liegt, wie in 21 dargestellt. Die Öffnungsquerschnitte dieser variablen Öffnungen V5, V6, V7 und V8 ändern sich abhängig von der Relativverdrehung (Ventilverdrehung) zwischen der Ventilachse 131 und dem Ventilkörper 132, wie in 22 dargestellt.
Nun wird der Betrieb der Servolenkvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid wird dem ersten und dem zweiten Brückenkreis C1 und C2 über die erste und die zweite Dosieröffnung 12 und 64 zugeführt. Wenn das Lenkrad HD in Neutralstellung steht, sind die variablen Öffnungen V5 und V6 des zweiten Kreises C2 geschlossen. In diesem Zustand wird dem Kraftübertragungszylinder 4 kein Druckfluid zugeführt, und beide Kammern 4A und 4B desselben stehen mit dem Behälter 18 in Verbindung, so daß die Innendrücke der Kammern 4A und 4B niedrig oder null werden. Das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid wird über die variablen Öffnungen V1, V2, V3 und V4 des ersten Brückenkreises C1 in den Behälter 18 ausgelassen.
In diesem Neutralzustand ist das Auslaßventil 2 vollständig geöffnet, da der Gegendruck des Drehschiebers 3' gering ist. Daher steht die Federkammer 15a des Strömungssteuerventils 11 mit dem Behälter 18 in Verbindung, so daß der Druck in der Federkammer 15a niedrig ist. Infolgedessen wird der Plunger 14 nach unten bewegt, um die Strömungsrate des zur Pumpe durch den Bypaßkanal 51 zurückströmenden Druckfluids zu erhöhen, wodurch die Strömungsrate des den Brückenkreisen C1 und C2 zugeführten Druckfluids auf Q1 erniedrigt wird, wie durch die gestrichelte Linie in 17 dargestellt.
Wenn sich die Ventilachse 131 relativ zum Ventilkörper 132 verdreht, nehmen die Öffnungsquerschnitte der variablen Öffnungen V1 und V2 des ersten Brückenkreises C1 zu, während die Öffnungsquerschnitte der restlichen variablen Öffnungen V2 und V3 abnehmen, selbst wenn die Relativverdrehung der Ventilachse 131 nur gering ist. Durch diesen Vorgang nimmt der Gegendruck des Drehschiebers 3' allmählich zu und der Plunger 21 des Auslaßventils 2 wird gegen die Druckkraft der Feder 26 verstellt. Wenn der Gegendruck einen vorgegebenen Druck erreicht, nimmt die Strömungsrate des durch das Auslaßventil 2 strömenden Druckfluids allmählich ab und wird schließlich null. Dies bewirkt eine Zunahme des Drucks in der Federkammer 15a des Strömungssteuerventils 11, wodurch die Strömungsrate des den Brückenkreisen C1 und C2 zugeführ ten Druckfluids ansteigt. Die Pumpe 10 weist eine Druck/Strömungsrate-Charakteristik auf, die ähnlich derjenigen beim zweiten Ausführungsbeispiel ist.
Wenn das Lenkrad HD verdreht wird, nimmt der Gegendruck des Drehschiebers 3' allmählich zu, wie vorstehend beschrieben. Jedoch wird der zwischen den Kammern 4A und 4B des Kraftübertragungszylinders 4 erzeugte Differenzdruck auf null gehalten, bis der Ventildrehwinkel den Wert θ1 erreicht, da die variablen Öffnungen V5 und V6 des zweiten Brückenkreises C2 geschlossen sind, bis der Ventildrehwinkel den Wert θ1 erreicht.
Demgemäß wird in einer neutralen Todzone, in der der Ventildrehwinkel kleiner als θ1 ist, der Differenzdruck zwischen den Kammer 4A und 4B des Kraftübertragungszylinders 4 am Ansteigen gehindert, wodurch der Fahrer ein Gefühl wie bei Handlenkung erhält.
Wenn der Ventilverdrehwinkel den Wert θ1 überschreitet, beginnt eine der variablen Öffnungen V5 und V6 sich zu öffnen, so daß der Druck in einer der Kammern 4A und 4B des Kraftübertragungszylinders 4 ansteigt, was seinerseits den Differenzdruck zwischen den Kammern des Kraftübertragungszylindrs 4 erhöht. Gleichzeitig mit diesem Vorgang beginnen die variablen Öffnungen V2 und V3 des ersten Brückenkreises C1 sich zu schließen. Demgemäß wird das von der Pumpe 10 ausgegebene Druckfluid nur dem zweiten Brückenkreis C2 zugeführt, wodurch eine Unterstützungskraft erzeugt wird, wenn das Verstellen des Lenkrades HD weitergeführt wird.
Demgemäß ist es möglich, die Strömungsrate des Druckfluids, wie sie zum Lenkunterstützungsvorgang erforderlich ist, zu halbieren. Dies ermöglicht es, die theoretische Fluidversorgungsmenge der Pumpe 10 zu verringern, wodurch die von der Pumpe 10 umgesetzte Leistung verringert werden kann.
Die Servolenkvorrichtung des obigen Ausführungsbeispiels verwendet eine drehzahlabhängige Pumpe, die die Strömungsrate des Druckfluids abhängig von der Drehzahl der Pumpe verändert. Jedoch kann die Erfindung auf andere Arten von Servolenkvorrichtungen angewandt werden, bei denen die Strömungsrate abhängig von der Fahrgeschwindigkeit verändert wird, oder sie unabhängig von Änderungen in der Drehzahl der Pumpe oder der Fahrgeschwindigkeit konstant gehalten wird.
Sechstes Ausführungsbeispiel:
Die Servolenkvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derjenigen des fünften Ausführungsbeispiels ähnlich, jedoch ist sie so aufgebaut, daß sich die Strömungsrate des dem Drehschieber 3' zugeführten Druckfluids abhängig von der Fahrgeschwindigkeit ändert. Bei diesem Ausführungsjbeispiel wird eine Pumpe mit festgelegter Verdrängung als Pumpe 10 verwendet. Ferner ist ein elektromagnetisches Ventil 102 zwischen dem Strömungssteuerventil 11 und dem Auslaßventil 2 angeordnet. Der Öffnungsquerschnitt des elektromagnetischen Ventils 102 wird abhängig von der durch einen Geschwindigkeitssensor 101 festgestellten Fahrgeschwindigkeit so eingestellt, daß er mit Zunahme der Fahrgeschwindigkeit ansteigt.

Claims

Servolenkvorrichtung mit einer Hydraulikpumpe (10) für die Versorgung mit Druckfluid, einem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4), der mit der Pumpe (10) über einen Versorgungskanal (50) verbunden ist, um eine Unterstützungskraft abhängig von der Verdrehung des Lenkrades (HD) zu erzeugen, wobei der Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) eine Charakteristik dahingehend aufweist, dass sein Gegendruck ansteigt, wenn das Lenkrad (HD) verdreht wird, die folgendes aufweist: – eine Dosieröffnung (12), die im Versorgungskanal (50) angeordnet ist; – einen Bypasskanal (51), der mit dem Versorgungskanal (50) auf der stromaufwärtigen Seite der Dosieröffnung (12) verbunden ist, um einen Teil des Druckfluids vom Versorgungskanal (50) zu einem Behälter (18) oder einer Einlassöffnung der Pumpe (10) umzuleiten; – ein Steuerventil (11), das im Bypasskanal (51) angeordnet ist und einen beweglichen Plunger (14) aufweist, auf den eine Vorbelastungseinrichtung (16) in einer Steuerkammer (15) drückt, und der abhängig vom Druckunterschied an der Dosieröffnung (12) verstellt wird, um die Strömungsrate des durch den Bypasskanal (51) strömenden Druckfluids einzustellen, wodurch die Strömungsrate des dem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) zugeführten Druckfluids im wesentlichen konstant gehalten wird; – einen Auslasskanal (55) zwischen der Steuerkammer (15) und einem Niederdruckabschnitt (18); und – ein Auslassventil (2), das im Auslasskanal (55) angeordnet ist, um die Strömung von Druckfluid von der Steuerkammer (15) zum Niederdruckabschnitt (18) zuzulassen, wenn der Gegendruck des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) gering ist, und um die Strömungsrate des Druckfluids zu verringern, wenn der Gegendruck des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (2) folgendes aufweist: – eine Einrichtung zum Festlegen einer zylindrischen Kammer (20); – einen Plunger (21), der in der zylindrischen Kammer (20) aufgenommen wird, um eine variable Öffnung am ersten Ende des Plungers (21) zu bilden, um die Strömungsrate des zum Niederdruckabschnitt (18) fliessenden Druckfluids einzustellen, und um eine Druckkammer am zweiten Ende des Plungers zu bilden; – eine Vorbelastungseinrichtung (26) zum Vorbelasten des Plungers (21) in Richtung zum Verschließen der variablen Öffnung; und – einen Anschluss (22), der mit dem Versorgungskanal (50) auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung (12) in Verbindung steht, um Druckfluid in die Druckkammer zu leiten.
Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: – einen Mechanismus (6) mit variabler Öffnung, der im Versorgungskanal (50) parallel zur Dosieröffnung (12) liegt und eine zusätzliche Öffnung (63) aufweist; und – einen Steuerplunger (61) zum Schließen der zusätzlichen Öffnung (63) auf eine Zunahme der Strömungsrate des von der Pumpe (10) ausgegebenen Druckfluids hin.
Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkammer (15) des Steuerventils (11) mit dem Versorgungskanal (50) auf der stromabwärtigen Seite der Dosieröffnung (12) über eine Steueröffnung (17) verbunden ist, und ein Auslasssteuerventil (73) vorhanden ist, das im Auslasskanal (55) an einer Position zwischen dem Auslassventil (2) und dem Niederdruckabschnitt (18) vorhanden ist, um auf einen Druckabfall an der Steueröffnung anzusprechen, um die Strömungsrate von zum Niederdruckabschnitt (18) strömendem Druckfluid zu verringern, wenn der Gegendruck des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) ansteigt.
Servolenkvorrichtung mit einer Hydraulikpumpe (10) für die Versorgung mit Druckfluid, einem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4), der mit der Pumpe (10) über einen Versorgungskanal (50) verbunden ist, um eine Unterstützungskraft abhängig von der Verdrehung des Lenkrades (HD) zu erzeugen, wobei der Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) eine Charakteristik dahingehend aufweist, dass sein Gegendruck ansteigt, wenn das Lenkrad (HD) verdreht wird, umfassend: – eine Dosieröffnung (12), die im Versorgungskanal (50) angeordnet ist; – einen Bypasskanal (51), der mit dem Versorgungskanal (50) auf der stromaufwärtigen Seite der Dosieröffnung (12) verbunden ist, um einen Teil des Druckfluids vom Versorgungskanal (50) zu einem Behälter (18) oder einer Einlassöffnung der Pumpe (10) umzuleiten; – ein Steuerventil (11), das im Bypasskanal (51) angeordnet ist und einen beweglichen Plunger (14) aufweist, auf den eine Vorbelastungseinrichtung (16) in einer Steuerkammer (15) drückt, die mit dem Versorgungskanal (50) über eine Steueröffnung (17) in Verbindung steht, und der abhängig vom Druckunterschied an der Dosieröffnung (12) verstellt wird, um die Strömungsrate des durch den Bypasskanal (51) strömenden Druckfluids einzustellen, wodurch die Strömungsrate des dem Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) zugeführten Druckfluids im wesentlichen konstant gehalten wird; – einen Auslasskanal (55), der zwischen der Steuerkammer (15) und dem Niederdruckabschnitt (18) angeordnet ist; – ein elektromagnetisches Auslassventil (80), das im Auslasskanal (55) angeordnet ist, wobei der Öffnungsquerschnitt desselben abhängig vom Fahrzustand eingestellt wird; gekennzeichnet durch ein Auslasssteuerventil (73), das im Auslasskanal (55) an einer Position zwischen dem elektromagnetischen Auslassventil (80) und dem Niederdruckabschnitt (18) angeordnet ist, um auf einen Druckabfall in der Steueröffnung anzusprechen, um die Strömungsrate des zum Niederdruckabschnitt (18) strömenden Druckfluids zu verringern, wenn der Gegendruck des Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) ansteigt.
Servolenkvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterstützungskraft-Erzeugungsmechanismus (4) folgendes aufweist: – einen Kraftübertragungszylinder (4) mit einem Kolben (41), der mit einem Lenkgestänge verbunden ist und im Kraftübertragungszylinder (4) aufgenommen ist, um in diesem ein Paar Kammern (4A, 4B) auszubilden; und – einen Drehschieber (3), der auf ein Verdrehen des Lenkrads (HD) anspricht, um Druckfluid selektiv einer der Kammern (4A, 4B) zuzuführen, während die andere der Kammern (4A, 4B) mit dem Behälter (18) verbunden wird.
Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (3) folgendes aufweist: – einen ersten Steuerabschnitt, der einen ersten Fluidbrückenkreis (C1) mit zwei Versorgungspfaden bildet, die an einen Druckfluid-Einlassanschluss des Drehschiebers (3) angeschlossen sind, und mit zwei Auslasspfaden, die an einen Auslassanschluss des Drehschiebers angeschlossen sind, und mit variablen Öffnungen (3A–3D), die jeweils in den vier Pfaden angeordnet sind, um die Strömungsrate des durch den ersten Fluidbrückenkreis (C1) zum Auslassanschluss strömenden Druckfluids einzustellen; und – einen zweiten Steuerabschnitt, der einen zweiten Fluidbrückenkreis (C2) bildet, mit zwei Versorgungspfaden zum Anschließen des Druckfluid-Einlassanschlusses und der Kammern (4A, 4B) des Zylinders (4), und mit zwei Auslasspfaden zum Anschließen der Kammern des Kraftübertragungszylinders (4) und des Auslassanschlusses, und mit variablen Öffnungen (3E–3H), die jeweils in den vier Pfaden angeordnet sind, um die Strömungsrate des zu den Kammern (4A, 4B) des Kraftübertragungszylinders (4) strömenden Druckfluids einzustellen; – wobei jede der in den Versorgungspfaden des ersten Steuerabschnitts vorhandenen variablen Öffnungen (3A–3D) vom Typ ist, der bei Mittelstellung offen ist, wobei die Mittelstellung vorliegt, wenn sich das Lenkrad (HD) in seiner Neutralstellung befindet, und jede der in den Versorgungspfaden des zweiten Steuerabschnitts vorhandenen variablen Öffnungen (3E–3H) vom Typ ist, der in Mittelstellung geschlossen ist, wobei die Mittelstellung vorliegt, wenn sich das Lenkrad (HD) in seiner Neutralstellung befindet.