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Die Erfindung betrifft eine automatische hydraulische Servolenkungseinrichtung und
insbesondere eine elektromagnetische Steuereinrichtung zur Änderung der Lenkkraft, die von
einem Fahrer aufzubringen ist um ein gegebenes Maß an Kraftunterstützung zu erzeugen
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Zu der herkömmlichen hydraulischen Servolenkungseinrichtung gehören ein hydraulisches
Betätigungsglied, um die Lenkverbindung im Verhältnis zu der ihr zugeführten
Flüssigkeitsmenge zu bewegen, und eine drehbare hydraulische Steuerventilanordnung zur
Steuerung der Flüssigkeitsmenge an das Betätigungsglied im Verhältnis zu dem von dem
Fahrer ausgeübten Lenkdrehmoment. Das Steuerventil weist im allgemeinen einen
zylindrischen Ventilkörper, der in dem Ventilgehäuse drehbar ist, und eine Ventilspule, die
drehbar in dem Ventilkörper vorgesehen ist, auf Eine Hydraulikflüssigkeit wird einer
Ausnehmung, die in der Ventilspule ausgebildet ist, zugeführt, und in dem Ventilkörper ist
eine Nut vorgesehen, um eine Flüssigkeitsmenge im Verhältnis zu dem Wert der relativen
Drehung zwischen der Spule und dem Ventilkörper aufzunehmen Die so aufgenommene
Flüssigkeit wird dann dem hydraulischen Betätigungsglied zugeführt, so daß eine
Lenkunterstützung im Verhältnis zu der relativen Drehung zwischen dem Ventilkörper und
der Spule entwickelt wird.
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Die Ventilspule wird manuell durch den Fahrer des Fahrzeugs gedreht und ist über eine
Leerlaufkupplung mit der Lenkverbindung verbunden, um diese mechanisch zu betätigen. Ein
federndes Element wie eine Torsionsstange kuppelt die Ventilspule und den Ventilkörper zur
Bereitstellung einer Zentrierkraft, um die Ventilspule und den Ventilkörper auszunchten und
eine relative Drehung zwischen diesen im Verhältnis zu dem von dem Fahrer ausgeübten
Lenkdrehmoment zumindest innerhalb der Grenzen der Leerlaulkupplung zu gestatten
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Bei einer Einrichtung der zuvor beschriebenen Art hängt die Größe der Fahrerlenkkraft, die
erforderlich ist, um ein bestimmtes Maß an Kraftunterstützung zu erzeugen, in erster Linie
von der Federsteitigkeit der Torsionsstange ab. Wenn die Torsionsstange eine relativ hohe
Federsteifigkeit hat, ist ein relativ niedriges Maß an vom Fahrer aufzubringender Lenkkraft
erforderlich. Dies ist allgemein wünschenswert bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten bei
denen relativ hohe Lenkkräfte erforderlich sind. Wenn die Torsionsstange eine relativ niedrige
Federsteitigkeit hat, ist ein relativ hohes Maß an vom Fahrer aufzubringender Lenkkraft
erforderlich. Dies ist im allgemeinen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten wünschenswert,
bei denen relativ niedrige Lenkkräfte erforderlich sind.
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Um den zuvor beschriebenen technologischen Kompromiß zu überwinden, sind verschiedene
Anordnungen zur Änderung der vom Fahrer aufzubringenden Lenkkraft für ein gegebenes
Maß an Kraftunterstützung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgeschlagen worden.
Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in dem US-Patent Nr. 4,629,025 angegeben. Bei
dieser Anordnung wird ein gesteuerter Teil der Hydraulikpumpenausstoßmenge dem
Flüssigkeitstank der Hydraulikpumpe zurückgeführt, um den Flüssigkeitsfluß zu dem
Lenkbetätigungsglied mit anwachsender Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren.
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Die JP-A-61-241271 und JP-A-62-43364 offenbaren elektromagnetische Steuereinrichtungen
zur Anderung der von dem Fahrer aufzubringenden Lenkkraft gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Zu einer hydraulischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gehören
erste und zweite hydraulische Elemente, die relativ zueinander drehbar und zwischen einer
Lenkwelle und einem Lenkritzel zur Erzeugung eines hydraulischen Flusses im Verhältnis zu
ihrer relativen Drehung vorgesehen sind und ein Gerät, um die ersten und zweiten
hydraulischen Elemente variabel zu kuppeln und so das Maß an Lenkungsunterstützung, das
für eine gegebene Fahrermanipulation der Lenkwelle erzeugt wird, zu ändern, wobei zu dem
Gerät mechanische federnde Mittel gehören, die zwischen den ersten und zweiten
hydraulischen Elementen verbunden sind, um eine mechanische Zentrierkraft im Verhältnis zu
deren relativer Drehung zu entwickeln, welche dazu tendiert, die ersten und zweiten
hydraulischen Elemente in einen zentrierten Zustand von minimalem hydraulischem Fluß
zurückzubringen, und elektromagnetische Kreismittel mit einer Erregerspule und ersten und
zweiten flußleitenden Elementen, die magnetisch mit der Erregerspule gekuppelt und für eine
Drehung mit den ersten bzw. zweiten hydraulischen Elementen gehalten sind, wobei die
hydraulische Servolenkungseinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die ersten und
zweiten flußleitenden Elemente Zähne haben, die einen magnetischen Kreis definieren, der
einen Arbeitsluftspalt hat, welcher sich mit der relativen Drehung der ersten und zweiten
hydraulischen Elemente ändert, daß die flußleitenden Elemente winkelig orientiert sind, so
daß die Zähne von einem flußleitenden Element gleichmäßig von danebenliegenden Zähnen
des anderen flußleitenden Elements angezogen werden, wenn die ersten und zweiten
hydraulischen Elemente sich in ihrem zentrierten Zustand befinden, wodurch, wenn die ersten
und zweiten hydraulischen Elemente relativ aus ihrem zentrierten Zustand verschoben sind,
die Erregerspule und die flußleitenden Elemente eine netto magnetische Anziehungskraft
erzeugen, die dem mechanischen Zentriermoment im Verlältnis zu der Erregung der
Erregerspule entgegen steht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkungseinrichtung mit
herkömmlichen relativ zueinander drehbaren Ventilspulen- und Ventilkörperelementen zur
Flußregulierung, einem mechanisch federnden Element (wie einer Torsionsstange) zur
Erzeugung einer mechanischen Zentrierkraft/einem -drehmonent im Verhältnis zu der
relativen Drehung zwischen der Ventilspule und dem Ventilkörper, die bzw. das dazu
tendiert, die Ventilspule und den Ventilkörper in einen zentrierten Zustand von niedrigem
hydraulischen Fluß zu bringen, und einem integralen elektromagnetischen Mechanismus, der
variabel der mechanischen Zentrierkraft/dem Drehmoment zur Einstellung des
Fahrerlenkaufwandes, der erforderlich ist, um eine gegebene relative Drehung zwischen der
Ventilspule und dem Ventilkörper und damit ein gegebenes Maß an Kraftunterstützung zu
erzeugen, entgegensteht.
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Zu dem integralen elektromagnetischen Mechanismus dieser Erfindung gehören eine
Erregerspule und erste und zweite flußleitende Elemente, die zur Drehung mit der Ventilspule
bzw. dem Ventilkörper gehalten sind. Die flußleitenden Elemente haben sich überlappende
Zähne, die magnetisch mit der Erregerspule gekuppelt sind, wodurch ein magnetischer Kreis
definiert wird, der einen Zwischen-Zahn-Arbeitsluftspalt hat, welcher sich mit der relativen
Drehung zwischen der Ventilspule und dem Ventilkörper ändert. Die flußleitenden Elemente
sind relativ zueinander orientiert, so daß die Zähne eines Elements gleichmäßig versetzt von
danebenliegenden Zähnen des anderen Elements sind, wenn die Ventilspule und der
Ventilkörper in einer zentrierten Beziehung für einen minimalen hydraulischen Fluß sind.
Wenn eine vom Fahrer ausgeübte Lenkkraft die Ventilspule und den Ventilkörper aus der
zentrierten Beziehung verschiebt, wirken die Spule und die flußleitenden Elemente
zusammen, um eine netto magnetische Anziehungskraft zu erzeugen, die der mechanischen
Zentrierkraft des federnden Elements entgegensteht, wodurch eine gesamte Zentrierkraft
erzeugt wird, die geringer als die mechanische Zentrierkraft ist.
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Das federnde Element ist relativ steif ausgebildet (niedrige Nachgiebigkeit), wie es allgemein
bei relativ hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten erwünscht ist. Der Spulenstrom ist im
Verhältnis zu der Fahrzeuggeschwindigkeit und der relativen Verschiebung der Ventilspule
und des Ventilkörpers tabellarisiert, so daß die effektive Nachgiebigkeit der Kupplung mit
einer Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit effektiv erhöht wird, wodurch der
Fahrerlenkaufwand, der erforderlich ist, um ein gegebenes Maß an Lenkungsunterstützung zu
erzeugen, mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert wird. Die Abhängigkeit von
der relativen Verschiebung wird verwendet, um die magnetische Anziehungskraft zu
linearisieren. Ein Fahrerwahleingang kann ebenfalls verwendet werden, um das Ansprechen
für unterschiedliche Geschmäcker zu ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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Fig. 1a eine Schnittansicht einer hydraulischen Steuerventilanordnung, die den integralen
elektromagnetischen Mechanismus dieser Erfindung beinhaltet, und ein
Blockdiagramm einer computerunterstützten Steuereinheit hierfür darstelft,
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Fig. 1b ein Schnitt der Ventilanordnung von Fig. 1a entlang der Linie 1b-1b ist,
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Fig. 2a und 2b schematisch abgewickelte Ansichten der flußleitenden Elemente des
in den Fig. 1a und 1b gezeigten Mechanismus sind;
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Fig. 3a schematisch die nichtlineare Anziehungskraft zeigt, die durch den elektromagnetischen
Mechanismus der Fig. 1a und 1b als Funktion der relativen Verschiebung für
verschiedene Spulenstromstärken erzeugt wird;
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Fig. 3b schematisch die linearisierte Anziehungskraft zeigt die durch den
elektromagnetischen Mechanismus der Fig. 1a und 1b als Funktion einer relativen
Verschiebung für verschiedene Spulenstromstärken erzeugt wird;
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Fig. 3c graphisch die tabellarisierte Beziehung zwischen dem Spulenstrom und der relativen
Verschiebung für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten darstellt;
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Fig. 4 graphisch die Gesamtänderung der vom Fahrer aufzubringenden Lenkkraft für
verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten darstellt; und
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Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das repräsentativ für Computerprogrammbefehle ist, die durch
die computerunterstützte Steuereinheit der Fig. 1 bei der Steuerung der Erregung des
elektromagnetischen Mechanismus dieser Erfindung ausgeführt werden.
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Wie die Fig. 1a und 1b zeigen, bezeichnet die Bezugsziffer 10 allgemein einen Teil eines
(hydraulischen Servo-) Lenkungsantriebs mit einer Zahnstange und einem Ritzel (für ein
Kraftfahrzeug). Der Lenkantrieb 10 ist in einem zweiteiligen Gehäuse 12 angeordnet, in dem
eine (zylindrische glattwandige) Bohrung 14 vorgesehen ist. Eine (zylindrische drehbare
Servolenkungsantriebs-) Ventileinrichtung 16, die in der Bohrung 14 angeordnet ist, weist
eine (längliche zylindrische) Spulenwelle 18 auf, die drehbar in dem Gehäuse 12 durch eine
Lageranordnung 20 gelagert ist. Das innenseitige Ende der Spulenwelle 18 ragt zur
Verbindung mit einer herkömmlichen Lenkwelle und einem von einer Bedienperson
betätigbaren Handrad, welche nicht gezeigt sind, durch eine ringförmige Flüssigkeitsdichtung
22.
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Das außenseitige Ende der Spulenwelle 18 ist, wie durch die Bezugsziffer 24 angedeutet ist,
über eine Keilwellenverbindung mit einem (länglichen) Ritzelrad 28 derart verbunden, daß
zwischen ihnen eine Leerlaufkupplung gebildet ist. Das Ritzelrad 28 ist drehbar in dem
Gehäuse 12 durch ein Gleitlager 30 und eine Kugellageranordnung 32, die einen Kegelbereich
34 des Ritzelrads 28 aufnimmt, angeordnet. Eine Mutter 36, die auf das außenseitige Ende
des Kegelbereiches 34 aufgeschraubt ist, verbindet das Ritzelrad 28 mit dem Gehäuse. Eine
tassenförmige Abdeckung 38 ist durch Reibschluß in das Ende des Gehäuses 12 eingepaßt,
um einen Wartungszugriff bereitzustellen.
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Die Zähne des Ritzelrades 28 kämmen mit dem verzahnten Abschnitt 40 einer (länglichen)
Zahnstange 42, die für eine lineare Gleitbewegung in dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Die
Zahnstange 42 ist mit den lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeuges durch geeignete
Kugelgelenke und Verbindungsstangen, die nicht gezeigt sind, wirkverbunden. Bei einer
solchen Anordnung dreht eine lineare Bewegung der Zahnstange 42 die lenkbaren Räder des
Kraftfahrzeuges, um das Kraftfahrzeug zu lenken.
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Die Zahnstange 42 ist auch mit einem nicht dargestellten fluidbetätigten
Servozylindermechanismus oder -betätigungsglied gekuppelt, um eine lenkungsunterstützende
Kraft auf die Zahnstange 42 auszuüben. Wie nachfolgend beschrieben kann die
Servolenkungsantriebsventileinrichtung 16 die Hydraulikflüssigkeit Rechtsdreh- oder
Linksdrehkammern des Servozylinders zuführen, um eine rechts- oder linkslenkende
Unterstützungskraft auf die Zahnstange 42 auszuüben. Ein Servozylinder, der der obigen
Beschreibung genügt, ist im Detail in dem US-Patent 4,454,801 beschrieben. wobei der Inhalt
dieses Patentes hier zum Offenbarungsgehalt gemacht wird.
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Ein enger kämmender Eingriff zwischen den Zähnen des Ritzelrades 28 und der Zahnstange
42 wird durch einen Zahnstangenkontaktschuh 46 erreicht, der in einer Gehäusebohrung 47
gleitbar angeordnet ist. Eine Schraubenfeder 48, die zwischen dem Zahnstangenkontaktschuh
und einem Einstellbolzen 50 angeordnet ist, setzt den Zahnstangenkontaktschuh 40 unter
Spannung. Der Einstellbolzen 40 ist in das Ende der Gehäusebohrung 47 eingeschraubt und
kann darin in Axialrichtung eingestellt werden, um die Federkraft zu ändern. Eine
Einstellbolzenmutter 52 hält den Einstellbolzen 50 in einer gewählten Position.
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An der Spulenwelle 18 der (Servolenkungsantriebs-) Ventileinrichtung 16 ist eine
(zylindrische) Ventilspule 54 ausgebildet. Die Ventilspule 54 hat eine Mehrzahl von
(bogenförmigen, sich in Axialrichtung erstreckenden) Öldurchgangsschlitzen 56, die an ihrem
Umfang vorgesehen sind. Die Ventileinrichtung 16 weist weiterhin einen (zylindrischen)
Ventilkörper 64 auf, der drehbar in der Bohrung 14 der Ventilspule 54 angeordnet ist. Das
außenseitige Ende des Ventilkörpers 64 erstreckt sich über das Ende des Kitzelrades 28
hinaus und ist mit diesem durch einen radialen Zapfen 66 antriebsverbunden. Die Ventilspule
54 und der Ventilkörper 64 definieren erste und zweite hydraulische Elemente, die relativ
zueinander drehbar sind.
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Der Ventilkörper 64 bildet Rechtsdreh-, Zuführ- und Linksdrehkammern 76, 78, 80 zwischen
sich und der Ventilbohrung 14. Eine Hydraulikpumpe 82 führt der Zuführkammer 78 eine
Flüssigkeit zu, und diese Flüssigkeit wird den Rechtsdreh- und Linksdrehkammern 76, 80
über die Öldurchgangsschlitze 56 der Ventilspule 54 und gebohrte Passagen 84 und 86 in
Abhängigkeit von der Richtung und dem Grad der relativen Drehung zwischen der
Ventilspule 54 und dem Ventilkörper 64 zu. Die Rechtsdreh- und Linksdrehkammern 76, 80
sind mit den rechten (RE) und linken (LI) Kammern des Servozylinders (Betätigungsglied)
wie angedeutet verbunden, um in der Zahnstange 42 eine entsprechend große
Lenkungsunterstützungskraft in der zuvor beschriebenen Weise zu erzeugen. Eine
Auslaßkammer 88 führt die Hydraulikflüssigkeit in einen Flüssigkeitstank 68 der
Hydraulikpumpe 82 zurück. Eine detaillierte Beschreibung der
Servolenkungsantriebsventileinrichtung 16 und von deren Hydrauliksystem ist in dem zuvor
genannten US-Patent Nr. 4,454,801 offenbart.
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Eine federnde Zentrierkupplung zwischen der Ventilspule 54 und dem Ventilkörper 64 ist
durch das Zusammenwirken einer Torsionsstange 90 (mechanisches federndes Mittel) und
dem elektromagnetischen Mechanismus (elektromagnetisches Kreismittel) oder der
Steuereinrichtung dieser Erfindung vorgesehen, die allgemein mit der Bezugsziffer 92
versehen ist. Zusammen gestatten es die Torsionsstange 90 und der elektromagnetische
Mechanismus 92, daß die Ventilspule 54 relativ zu dem Ventilkörper 64 im Verhältnis zu dem
Lenkdrehmoment, das von der Bedienperson ausgeübt wird, zu drehen, so daß die
Ventileinrichtung 16 dem Servozylinder (nicht gezeigt) Flüssigkeit zuführt, um eine
wunschgemäß große Lenkungsunterstützungskraft zu erzeugen. Bei Beendigung des von der
Bedienperson ausgeübten Lenkdrehmoments zentriert die Torsionsstange 90 den
Ventilkörper 64 und die Ventilspule 54, um die Lenkungsunterstützungskraft zu beenden.
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Die Torsionsstange 90 erstreckt sich konzentrisch durch eine axiale Öffnung 69 in der
Spulenwelle 18. Ein Querzapfen 70 verbindet das Eingangsende der Torsionsstange 90 mit
der Spulenwelle 18. Das Ausgangsende der Torsionsstange 90 ist keilwellenlörmig
ausgebildet und bei 72 in das Ritzelrad 28 eingesteckt. Ein Gleitlager 74 trägt das innere Ende
der Spulenwelle 18 an einem zylindrischen Abschnitt der Torsionsstange 90.
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Der elektromagnetische Mechanismus 92 weist ein Paar von (relativ zueinander drehbaren
flußleitenden) Elementen 106, 108 auf, die magnetisch mit einer (stationären) Erregerspule
130 gekuppelt sind Das Element 106 ist an dem Ritzelrad 28 über einen nicht magnetischen
Kern 107 zur Drehung mit dem Ventilkörper 64 befestigt und ist magnetisch mit der
Erregerspule 130 über Polstücke 136 und 137 gekuppelt. Das Element 108 ist an der
Ventilspule 54 über einen nicht magnetischen Kern 110 zur Drehung mit dieser befestigt und
ist magnetisch mit der Erregerspule 130 über Polstücke 138 und 139 gekuppelt. Die
Erregerspule 130 ist in eine Isolierspule 132 gewickelt und hat vergossene Enden 170, 172,
die sich durch eine geeignete Öffnung 174 in dem zweiteiligen Gehäuse 12 zur Verbindung
mit einer computergestützten Steuereinheit 178 (Steuermittel) die nachfolgend noch
beschrieben wird, erstrecken.
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Die (flußleitenden) Elemente 106, 108 haben (sich in Axialrichtung erstreckende und
überlappende) Zähne 112, 114, die eine begrenzte relative Drehung ohne mechanische
Störungen erlauben, wobei die Grenze einer solchen Drehung durch die oben beschriebene
Leerlautkupplung bestimmt ist. Wenn die Erregerspule 130 mit Gleichstrom erregt wird,
nehmen nebeneinanderliegende Zähne 112, 114 wechselnde Polaritäten an, wie in den
linearisierten Darstellungen der Fig 2a bis 2b gezeigt ist, und magnetischer Fluß umkreist die
Erregerspule 130, wobei er die Zwischen-Zahn-Luftspalte kreuzt.
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Die Elemente 106, 108 sind schräg an ihren lnstallationen orientiert, so daß jeder Zahn eines
Elements zwischen einem Paar von Zähnen des anderen Elements zentriert ist, wenn die
Ventilspule und der Ventilkörper 54, 64 gemeinsam zentriert sind, um einen minimalen Fluß
zu erzeugen. Dieser Zustand ist durch das linearisierte Schema von Fig. 2a dargestellt. In
diesem Zustand ist die Torsionsstange 90 völlig entspannt und der integrale
elektromagnetische Mechanismus 92 dieser Erfindung steht unabhängig von der
Spulenerregung im magnetischen Gleichgewicht. Im Ergebnis wird weder an der Ventilspule
54 noch an dem Ventilkörper 64 ein netto Drehmoment erzeugt.
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Jedoch wird, wenn eine relative Drehung zwischen der Ventilspule und dem Ventilkörper 54,
64 vorhanden ist, mechanische Energie in der Torsionsstange 90 gespeichert, und die
Arbeitsluftspalte zwischen Zähnen 112, 114 unterschiedlicher Polarität des
elektromagnetischen Mechanismus 92 verringern sich, wie in Fig. 2b dargestellt ist. Wie bei
einer herkömmlichen Lenkeinrichtung spricht die Torsionsstange 90 an, indem sie ein
mechanisches Zentriermoment ausübt, das dazu tendiert, die Ventilspule und den
Ventilkörper 54, 64 in ihre gemeinsame zentrierte Lage zurückzubringen. Jedoch bringen die
verringerten Luftspalte den elektromagnetischen Mechanismus 92 außer Gleichgewicht,
indem sie eine netto Anziehungskraft (Drehmoment) im Verhältnis zu dem Spulenstrom
erzeugen, das dem Fahrer hilft und dem mechanischen Zentriermoment entgegensteht. Somit
wird das netto Zentriermoment durch die Differenz zwischen dem mechanischen
Zentriermoment und dem magnetischen Anziehungmoment bestimmt.
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Die magnetische Anziehungskraft ändert sich als Funktion der relativen Verschiebung und
dem Spulenstrom, wie in den Kurven 120 - 124 der Fig- 3a dargestellt ist. Kurve 120 stellt die
Kraft für einen relativ niedrigen Spulenstrom dar, Kurve 124 stellt die Kraft für einen relativ
hohen Spulenstrom dar, und Kurve 122 stellt die Kraft für ein mittleres Maß an Spulenstrom
dar.
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Die Kurven 120' - 124' der Fig. 3b zeigen eine bevorzugte lineare Beziehung zwischen der
magnetischen Anziehungskraft und der relativen Verschiebung, die den nichtlinearen Kurven
120 - 124 entsprechen. Diese Linearisierung kann gemäß der vorliegenden Erfindung
entweder durch eine geeignete Formgebung der Zähne 112, 114 oder durch Tabellarisierung
des Spulenstroms als Funktion der relativen Verschiebung erreicht werden, wie durch die
Kurven 125 - 127 von Fig 3c dargestellt ist. In der letzteren Annäherung stellt die Kurve 125
den Spulenstrom für relativ hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten dar, Kurve 127 stellt den
Spulenstrom für relativ niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten dar und Kurve 126 stellt den
Strom für eine mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit dar. Eine solche letztere Annäherung wird in
der dargestellten Ausführungsform verwendet und erfordert entweder einen Sensor zur
Messung der relativen Verschiebung oder eine Schätzung der relativen Verschiebung
aufgrund der zur Verfügung stehenden Informationen, die die Spulengeometrie
charakterisieren, und gemessenen elektrischen Parametern mit der Spulenspannung und der
Anderungsrate des Spulenstroms.
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Wie zuvor angedeutet wurde wird die effektive Federsteifigkeit der Kupplung zwischen der
Ventilspule 54 und dem Ventilkörper 64 durch die Differenz von der relativ großen
mechanischen Zentrierkraft der Torsionsstange 90 und der relativ kleinen
elektromagnetischen Anziehungskraft des elektromagnetischen Mechanismus 92 dieser
Erfindung bestimmt. Die gesamte oder netto Zentrierkraft ist als Funktion der relativen
Verschiebung in Fig. 4 dargestellt. Die Torsionsstangenzentrierkraft wird für eine gegebene
Anordnung festgelegt, aber die elektromagnetische Anziehungskraft ist mit dem
Erregerspulenerregungsstrom änderbar, was zu einem gesamten Zentriermoment führt, wie es
durch die in Fig. 4 gezeigte Kurvenschar dargestellt ist.
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In einer Lenkeinrichtung mit dem elektromagnetischen Mechanismus 92 dieser Erfindung ist
die Torsionsstange 90 relativ steif (niedrige Nachgiebigkeit) ausgelegt so daß ein relativ
hohes Maß von Fahrerlenkautwand erforderlich ist, um ein gegebenes Maß an
Lenkunterstützung zu erzeugen. Diese Charakteristik ist allgemein bei relativ hohen
Fahrzeuggeschwindigkeiten wünschenswert und in Fig. 4 durch die Kurve 146 dargestellt.
Der Spulenstrom wird mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wie in Fig. 3c
dargestellt ist, um das gesamte oder netto Zentriermoment zu reduzieren, wodurch das Maß
an Fahrerlenkkraft, das erforderlich ist, um ein gegebenes Maß an Lenkunterstützung zu
erzeugen, verringert wird. Sukzessiv ansteigende Stromstärkenmaße erzeugen
Unterstützungscharakteristiken, die durch die Kurven 148 in Fig. 4 dargestellt sind. Ein
Fahrervorzugseingang kann auch verwendet werden, um das Ansprchen für unterschiedliche
Geschmäcker variabel zu gestalten.
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Wie zuvor angedeutet, sind die maximalen Verschiebgungsgrenzen (MAX) durch die
Keilleerlaufkupplung zwischen der Spulenwelle 18 und dem Ritzelrad 28 definiert. Wenn
einmal die maximale Verschiebung aufgetreten ist, wird eine weitere Drehung des Lenkrades
mechanisch an das Ritzelrad 28 über die Kupplung übertragen. In der dargestellten
Ausführungsform erlaubt die Kupplung relative Verschiebungen von etwa ± 7 mechanischen
Grad.
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Die computerunterstützte Steuereinheit 178 der Fig. 1 wird mit Arbeitsenergie von der
Kraftfahrzeugspeicherbatterie (nicht gezeigt) versorgt und umfaßt einen Microcomputer (uC)
180, eine Eingabe/Ausgabe-(E/A)Einrichtung 182, einen Eingangszähler (INP CTR) 184 und
einen Pulsweitenmodulationstreiber (PWM) 186, die alle herkömmliche Einrichtungen sein
können. Der Mikrocomputer 180 kommuniziert mit dem Rest des Systems über die E/A-
Einrichtung 182; als Antwort auf verschiedene Eingangsinformationen führt der
Mikrocomputer 180 eine Reihe von vorbestimmten Programminstruktionen zur Bildung eines
Ausgangsbefehls aus, der die erforderliche Erregung der ringförmigen Erregerspule 130
betrifft. Die Programminstruktionen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf das
Flußdiagramm der Fig. 5 erläutert.
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Zu den Eingängen der computergestützten Steuereinheit 178 gehören ein oszillierendes
Fahizeugschwindigkeitssignal auf Leitung 188, welches von einem herkömmlichen
Geschwindigkeitsaufhehmer, der nicht gezeigt ist, erhalten werden kann, und ein Relative-
Verschiebung-Signal auf Leitung 198, das von einem herkömmlichen Drehpotentiometer
erhalten werden kann, das schematisch durch die Bezugsziffer 190 angedeutet ist. Das
Geschwindigkeitssignal wird an der E/A-Einrichtung 182 durch den Eingangszähler 184
angelegt die die Frequenz des Geschwindigkeitssignals durch einen vorbestimmten Wert teilt.
Der PWM-Befehl für die Erregerspule 130 wird dem PWM-Treiber 186 zugeführt, um
entsprechend die Erregerspule 130 mit Strom von der nicht gezeigten
Fahrzeugspeicherbatterie zu modulieren. Ein Signal, das den Spulenstrom anzeigt, wird von
dem PWM-Treiber 186 auf Leitung 176 mit einem geeigneten Stromnebenschluß entwickelt,
wobei ein solches Signal als Eingang an einen analogen Eingang der E/A-Einrichtung 182 zur
Verwendung in einer Closed-Loop-Regelung des Spulenstroms angelegt ist. Eine Open-
Loop-Regelung für die Spannung kann auch vorgesehen werden, wenn dies gewünscht wird.
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Fig. 5 stellt ein vereinfachtes Flußdiagramm dar, welches repräsentativ für
Computerprogrammbefehle ist, wie sie durch die computerunterstützte Steuereinheit 178 der
Fig. 1 ausgeführt werden würden, wenn diese die Steuerung durchführte. Der Block 150
bezeichnet eine Reihe von Programmbefehlen, die beim Beginn einer jeden
Fahrzeugbetriebsperiode ausgeführt werden, um die verschiedenen Register und
Programmvariablen auf vorbestimmte Werte zu initialisieren Anschließend werden die
Blöcke 152 bis 162 wie nachfolgend erläutert ausgeführt.
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Die Entscheidungsblöcke 152 und 162 ermitteln einen Übergang von einem niedrigen zu
einem hohen Fahrzeuggeschwindigkeitsausgangssignal des Eingangszählers 184. Wenn der
Übergang festgestellt wird, werden die Befehlsblöcke 154, 156, 158 und 160 sequentiell
ausgeführt, um die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit Nv zu berechnen, den Spulenstromwert Ic
einzulesen und eine PWM-Pulsweite zu berechnen und an den PWM-Treiber 186 auszugeben.
Die Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Block 154 erfolgt auf der Basis der
abgelaufenen Zeit zwischen Low-nach-High-Übergängen des Eingangszähler-Carry Bits,
wobei die Zeit umgekehrt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit Nv ist. Die Berechnung
des PWM-Pulsbreitenbefehls erfolgt aufgrund der Abweichung der Soll-Spulenstromstärke
von der gemessenen Spu1enstromstärke Ic, wobei die Soll-Stromstärke gemäß der
Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, wie in Fig. 3c angedeutet ist.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die dargestellte Ausführungsform beschrieben
worden ist, ergeben sich für Fachleute verschiedene Modifikationen. Im wesentlichen gehören
zu dem Steuergerät dieser Erfindung eine stationärere Spule und ein Paar von relativ
zueinander drehbaren flußleitenden Elementen. Die Funktion dieser magnetischen Kreise
können mit wechselnden Konfigurationen erreicht werden, und selbstverständlich ist der
Schutzumfang dieser Erfindung allein durch die beiliegenden Ansprüche definiert. Weiterhin
können verschiedene Steuerparameter, wie eine Fahrervorgabe (leichter, mittlerer oder
schwerer Aufwand) oder eine Druck-Rückkopplung verwendet werden, und zwar entweder
allein oder in Kombination mit dem zuvor beschriebenen
Fahrzeuggeschwindigkeitsparameter.