DE69817497T2

DE69817497T2 - Druckmessvorrichtung

Info

Publication number: DE69817497T2
Application number: DE69817497T
Authority: DE
Inventors: Kyosuke Anjo-shi Haga; Jiro Kariya-shi Nakano; Satoshi Kariya-shi Suto; Tomonari/o Toyoda Koki Kabushiki Kai Kariya-shi Yamakawa; Katsunori Aichi-gun Yamada; Mitsuru Aichi-gun Asia; Nubuo Aichi-gun Kamiya
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: EP0913677A1; US6125707A; DE69817497D1; EP0913677B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckerfassungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Erfassen eines Druckanstiegs in einem Hydraulikgerät, und insbesondere auf eine Druckerfassungsvorrichtung, in der ein Funktionselement, das einen elektrischen Widerstand entsprechend einem Belastungsdruck, der hierauf aufgebracht ist, ändert, zwischen ihren zwei Elektroden vorgesehen ist.
Beschreibung des Stands der Technik
In einem hydraulischen Servolenkungsgerät, das in einem Automobil oder dergleichen verwendet ist, wird eine Hydraulikpumpe im Allgemeinen durch einen Motor des Automobils angetrieben und Betriebsfluid, das von der Hydraulikpumpe abgegeben wird, wird zu dem Servolenkungsgerät zugeführt, so dass der Lenkvorgang des Fahrers unterstützt wird.
In einem derartigen hydraulischen Servolenkungsgerät steigt, wenn ein Lenkvorgang ausgeführt wird, während das Automobil gestoppt ist, das heißt der Motor läuft bei seiner Leerlaufdrehzahl (nachstehend als „stationärer Lenkvorgang" bezeichnet), der Belastungsdruck in der Hydraulikpumpe, wodurch der Motor zum Stillstand gebracht werden kann.
Um dieses Problem zu lösen setzt das herkömmliche Automobil einen sogenannten Idle-up-Mechanismus ein (einen Mechanismus zum Erhöhen der Leerlaufdrehzahl), in dem ein Druckschalter zum Erfassen einer Erhöhung des Belastungsdrucks der Hydraulikpumpe vorgesehen ist, um den Mechanismus zur Erhöhung der Leerlaufdrehzahl zu betätigen, während der Motor bei der Leerlaufdrehzahl läuft.
1 zeigt ein Beispiel eines derartigen Druckschalters, wie er in JP-A-147 708 und EP-A-0 777 247 offenbart ist. In 1 bezeichnet Nummer 1 ein Schaltergehäuse, das an einem Druckeinführkanal 3 angebracht ist, der in einem Pumpengehäuse ausgebildet ist. In dem Schaltergehäuse 1 ist ein Kolben 4 angeordnet, so dass er entsprechend einer Erhöhung des Belastungsdrucks, der von dem Druckeinführkanal 3 zugeführt wird, axial beweglich ist. An einem oberen Abschnitt des Kolbens 4 ist ein Anschluss 5 angeordnet, so dass er als einer von einem Paar Elektrodenkontakte definiert ist, der durch einen Trägerring 7 über ein Harz 6 gestützt ist, das als ein elektrischer Isolator dient.
Zwischen dem Anschluss 5 und dem Kolben 4 ist eine Tellerfeder 8 vorgesehen, so dass sie den anderen Elektrodenkontakt definiert, der in Kontakt mit dem Anschluss 5 kommt, wenn er durch die Druckkraft des Kolbens 4 verformt wird. Die Tellerfeder 8 ist durch den Trägerring 7 und das Schaltergehäuse 1 gelagert und ist durch elektrische Verbindung von dem Schaltergehäuse 1 mit dem Pumpengehäuse 2 geerdet.
In dem wie vorstehend konfigurierten Druckschalter wirkt, wenn der Belastungsdruck in der Hydraulikpumpe durch den stationären Lenkvorgang gesteigert wird, während der Motor bei der Leerlaufdrehzahl läuft, die Druckerhöhung auf den Kolben 4, wodurch der Kolben 4 gegen die Federkraft der Tellerfeder 8 verschoben wird. Mit dieser Verschiebebewegung des Kolbens 4 wird die Tellerfeder 8 verformt und dann elektrisch in Kontakt mit dem Anschluss 5 gebracht, so dass das Pumpengehäuse 1 elektrisch mit dem Anschluss 5 verbunden ist, wodurch der Druckschalter ein elektrisches Signal zum Erhöhen der Leerlaufdrehzahl an ein Steuergerät erzeugt.
Der herkömmliche Druckschalter hat jedoch eine derartige Funktion, dass er auf eine EIN-AUS-Weise arbeitet, wobei er eingeschaltet wird, wenn der Belastungsdruck der Hydraulikpumpe einen vorgegebenen Druck überschreitet. Daher ist es unmöglich den Motor kontinuierlich zu steuern, so dass seine Drehzahl gemäß dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe geändert wird. In dem Automobil, das einen derartigen Druckschalter vorsieht, wird der Motor gesteuert, so dass er die Leerlaufdrehzahl entsprechend einer maximalen Belastung der Hydraulikpumpe erhöht, wenn der EIN-Betrieb des Druckschalters ausgeführt wird, so dass der Energieverbrauch des Automobils erhöht wird.
Es kann überlegt werden, in dem Hydraulikservolenkungsgerät einen Drucksensor zu verwenden, um die Leerlaufdrehzahl des Motors entsprechend dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe kontinuierlich zu ändern. Der Drucksensor hat eine komplexe Konstruktion und ist verglichen mit dem wie vorstehend beschriebenen Druckschalter teuer. Des Weiteren hat ein Element, das aus dem Drucksensor besteht, eine niedrige lineare Charakteristik, so dass ein elektrischer Steuerkreis zum Kompensieren seines Ausgangs erforderlich ist, wodurch es teurer wird. Dies ist ein Grund, warum der Drucksensor im Allgemeinen nicht verwendet wird.
EP-A-0 777 247, die als gattungsgemäßer Stand der Technik betrachtet wird, zeigt eine Druckerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Anstiegs eines Drucks, der darauf wirkt, die ein elektrisch leitendes Gehäuse, das eine Aufnahmebohrung, das sich inwärts von einem Ende des Gehäuses erstreckt, und eine Führungsbohrung hat, die sich zwischen der Aufnahmebohrung und dem anderen Ende des Gehäuses erstreckt, einen Kolben, der innerhalb der Führungsbohrung verschiebbar angeordnet ist und angepasst ist, einen Druck zu empfangen, einen Anschluss, der als ein elektrischer Kontakt dient und an der Aufnahmebohrung über einem elektrischem Isolator fixiert ist, und eine Tellerfeder hat, die in der Aufnahmebohrung positioniert ist und in elektrisch leitender Verbindung mit dem Gehäuse ist, das als der andere elektrische Kontakt dient, und die zwischen dem Kolben und dem Anschluss angeordnet ist.
JP-A-59155734 offenbart einen Drucksensor, der einen Kolben zum Empfangen eines Drucks hat und verschiebbar innerhalb einer Führungsbohrung angeordnet ist, um die Kraft, die auf den Kolben aufgebracht ist, auf eine kreisförmige Membran zu übertragen, so dass die Membran ausgelenkt wird. Die Membran hat Piezowiderstandselemente, die angeordnet so sind, dass sie ihren Widerstand durch eine aufgebrachte Druckkraft, die darauf wirkt, ändern.
Eine ähnliche Anordnung ist in US-A-5 353 003 offenbart, in der eine Welle innerhalb einer Öffnung verschiebbar angeordnet ist, so dass eine Membran ausgelenkt wird, die darauf Piezoresistoren montiert hat.
DE-A-4 009 377 offenbart eine weitere ähnliche Vorrichtung, die die Verwendung eines Drucksensors veranschaulicht, der ein Gehäuse hat, das einen Kolben zum Übertragen von Druck auf ein Piezowiderstandselement überträgt, das zum Messen des Drucks verwendet wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Fähigkeiten der gattungsgemäßen Druckerfassungsvorrichtung weiterzuentwickeln, so dass sie nicht nur fähig ist, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Druck zu erfassen, sondern auch sein Ausmaß.
Diese Aufgabe wird durch eine Druckerfassungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale von Anspruch 1 hat.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Druckerfassungsvorrichtung geschaffen, in der ein elektrisches Funktionselement zum Erfassen einer Druckkraft auf eine hydraulische Pumpe mit einer einfachen Konstruktion und geringen Kosten vorgesehen ist.
Die Druckerfassungsvorrichtung kann seine elektrische Widerstandscharakteristik durch Ändern einer Form eines elektrischen Funktionselements ändern.
Des Weiteren kann die Druckerfassungsvorrichtung ihr Ausgangssignal mit einem Umgebungstemperaturerfassungselement kompensieren.
In Kurzform hat eine Druckerfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrisch leitendes Gehäuse, das eine Aufnahmebohrung, die sich inwärts von einem Ende des Gehäuses erstreckt, und eine Führungsbohrung hat, die sich zwischen der Aufnahmebohrung und dem anderen Ende des Gehäuses erstreckt. Ein Kolben ist verschiebbar innerhalb der Führungsbohrung angeordnet und angepasst einen Druck zu empfangen, und ein Anschluss, der als ein elektrischer Kontakt dient, ist an der Aufnahmebohrung über einem elektrischen Isolator fixiert. Eine Tellerfeder, die als der andere elektrische Kontakt dient, wird durch eine Druckkraft des Kolbens verformt und kommt mit dem Anschluss in Kontakt. Die Druckerfassungsvorrichtung hat ferner ein elektrisches Funktionselement, das an die Tellerfeder angebracht ist, in dem das elektrische Funktionselement seinen elektrischen Widerstand durch eine aufgebrachte Druckkraft, die darauf wirkt, ändern kann.
Mit dieser Konstruktion ändert sich das Ausgangssignal des elektrischen Funktionselements entsprechend des Belastungsdrucks, der darauf wirkt, so dass die Druckerfassungsvorrichtung den Belastungsdruck erfassen kann.
Ferner ist eine Nut und/oder eine Fase an dem elektrischen Funktionselement zum Ändern seiner elektrischen Widerstandscharakteristik vorgesehen. Daher ist es möglich, die elektrische Widerstandscharakteristik der Druckerfassungsvorrichtung ohne Hinzufügen eines weiteren elektrischen Schaltkreises oder einer weiteren Vorrichtung zu ändern.
Des Weiteren ist ein Thermistor in der Druckerfassungsvorrichtung zum Erfassen seiner Umgebungstemperatur vorgesehen, so dass es möglich ist, das Ausgangssignal des elektrischen Funktionselements basierend auf der Umgebungstemperatur zu kompensieren, wodurch die Konstruktion der Druckerfassungsvorrichtung vereinfacht werden kann und seine Montagekosten vermindert werden können.
Kurzbeschreibung der begleitenden Zeichnungen
Die Aufgabe, ebenso wie andere Merkmale, und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser gewürdigt, wenn die selbige unter Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels in Zusammenhang genommen mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden wird, in denen:
1 eine Schnittansicht ist, die einen herkömmlichen Druckschalter zeigt;
2 eine Schnittansicht ist, die eine Druckerfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Draufsicht ist, die eine Tellerfeder des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
4 eine vergrößerte Schnittansicht von 2 ist;
5 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem elektrischen Widerstand eines Kontaktelements und einem darauf wirkenden Belastungsdrucks gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem elektrischen Widerstand eines Kontaktelements und einem darauf wirkenden Belastungsdruck gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine Schnittansicht, die eine Kontakterfassungsvorrichtung gemäß einem nicht beanspruchten Vergleichsbeispiel zeigt;
9(A) bis 9(H) sind Draufsichten und Vorderansichten, die verschiedene Kontaktelemente gemäß dem nicht beanspruchten Vergleichsbeispiel zeigen; und
10 ist ein Schaltdiagramm zum Kompensieren eines erfassten Signals von dem Kontaktelement basierend auf seiner Umgebungstemperatur gemäß dem nicht beanspruchten Vergleichsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Druckerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 2 stellt die linke Seite einer Mittelachse O einen Zustand dar, in dem kein Belastungsdruck auf die Druckerfassungsvorrichtung wirkt, während die rechte Seite der Mittelachse O einen Zustand darstellt, in dem ein gewisser Belastungsdruck auf die Druckerfassungsvorrichtung wirkt.
In 2 bezeichnet eine Nummer 10 ein Pumpengehäuse einer Hydraulikpumpe, in der ein Druckeinführkanal 11 ausgebildet ist. Eine Druckerfassungsvorrichtung 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in ein Gewindeloch 12, das an dem Öffnungsende des Druckeinführkanals 11 ausgebildet ist, mit einem Dichtring 21, der zwischen dem Gewindeloch 12 und dem Pumpengehäuse 10 zwischengeordnet ist, geschraubt, so dass sie auf eine fluiddichte Weise befestigt ist.
Ein Gehäuse 22 der Druckerfassungsvorrichtung 20 hat eine Aufnahmebohrung 23, die einen großen Durchmesser hat und sich inwärts von einem Ende des Gehäuses 22 erstreckt, ebenso wie eine Führungsbohrung 24, die einen kleinen Durchmesser hat und sich zwischen der Aufnahmebohrung 23 und dem anderen Ende des Gehäuses 22 erstreckt. An der äußeren Umfangsfläche des anderen Endes des Gehäuses 22 ist ein Gewindeabschnitt 25 zum Schraubeingriff mit dem Gewindeloch 12 des Pumpengehäuses 10 ausgebildet.
Ein Kolben 26 ist verschiebbar in der Führungsbohrung 24 eingeführt, so dass das Kopfende des Kolbens 26 in die Aufnahmebohrung 23 vorragt, dessen Form die Form einer halbkugelförmigen Fläche einnimmt. Eine Vertiefung 30 ist an dem Öffnungsende (unteres Ende in 2) der Aufnahmebohrung 24 ausgebildet, um darin einen Teflonring 27, einen O-Ring 28 und ein Eingriffselement 29 in dieser Reihenfolge in Bezug auf die Richtung zu dem Druckeinführkanal 11 hin aufzunehmen. Die äußere Umfangsfläche des Kolbens 26 ist in engem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des O-Rings 28. Ein dünnwandiger Abschnitt 31 des unteren Endes des Gehäuses 22, welches Ende mit der Vertiefung 30 korrespondiert, ist inwärts durch Verstemmen oder Falzen verformt, so dass verhindert ist, dass der Teflonring 27, der O-Ring 28 und das Eingriffselement 29 sich axial bewegen.
Der Kolben 26 hat einen kleindurchmessriger Abschnitt 32 an seinem einen Ende, das dem Druckeinführkanal 11 zugewandt ist. Die Bewegung des Kolbens 26 zu dem Druckeinführkanal 11 ist durch Eingriff zwischen dem Eingriffselement 29 und einem Stufenabschnitt 33 begrenzt, der an dem Fuß des kleindurchmessriger Abschnitts 32 ausgebildet ist. Des Weiteren ist ein Anschlagring 34 an dem äußeren Umfang des kleindurchmessriger Abschnitts 32 angebracht. Ein Eingriff zwischen dem Anschlagring 34 und dem Eingriffselement 29 verhindert, dass der Kolben 26 sich übermäßig zu der Aufnahmebohrung 23 hin bewegt, sogar wenn ein ungewöhnlicher Druck auf den Kolben 26 wirkt.
An dem Boden der Aufnahmebohrung 23 ist eine Tellerfeder 35 angeordnet, die eine Form hat, die in 3 gezeigt ist. Die Tellerfeder 35 wird an ihrer äußeren Umfangskante durch einen Haltering 36 gehalten, der in die Aufnahmebohrung 23 pressgepasst ist. Die Tellerfeder 35 ist aus einem dünnen Metallblech ausgebildet und hat drei Ausschnittabschnitte 35A, die sich von der äußeren Kante zu der Mitte der Tellerfeder 35 erstrecken, so dass ein Mittelabschnitt 35B ausgebildet ist, der durch flexible Abschnitte 35C gestützt wird, die durch die Ausschnittabschnitte 35A ausgebildet sind. Wenn eine Kraft, die größer als ein vorgegebenes Niveau ist, auf den Mittelabschnitt 35B aufgebracht wird, verformen sich die flexiblen Abschnitte 35C und der Mittelabschnitt 35B bewegt sich entsprechend. Wie vorstehend beschrieben ist die Tellerfeder 35 über das Gehäuse 22 und dem Pumpengehäuse 10 mit dem Fahrzeugkörper geerdet.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist an dem Mittelabschnitt 35B ein Kontaktelement 50 angeschlossen, das aus elektrofunkionalen Material gefertigt ist, der eine elektrische Widerstandscharakteristik hat, die seinen elektrischen Widerstand entsprechend einer darauf aufgebrachten mechanischen Spannung ändert. Dieses elektrofunkionale Material hat eine derartige Eigenschaft, dass sein elektrischer Widerstand in dem Fall groß ist, in dem keine mechanische Spannung darauf wirkt, während sein elektrischer Widerstand fortschreitend entsprechend der mechanischen Spannung, die auf das Elektrofunktionsmaterial wirkt, kleiner wird, wobei die Spannung fortschreitend größer wird.
Es ist bevorzugt, das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 10-30908 beschriebene als das elektrofunkionale Material einzusetzen. Das Sensorelement (das heißt das elektrofunkionale Material), wie in der japanischen offengelegten Druckschrift offenbart ist, ist als das Kontaktelement 50 an dem Mittelabschnitt 35B der Tellerfeder 35 befestigt.
Des Weiteren sind in der Tellerfeder 35 die flexiblen Abschnitte 35C ausgebildet, wenn auf den Mittelabschnitt 35B aufgebrachter Druck das vorgegebene Niveau überschreitet, so dass die Tellerfeder 35 in Kontakt mit dem Anschluss 38 über das Kontaktelement 50 gebracht ist, wodurch der Anschluss 38 über das Gehäuse 22 der Druckerfassungsvorrichtung 20 mit dem Pumpengehäuse 10 geerdet ist.
Bevor der Haltering 36 in das Gehäuse 22 pressgepasst wird, wird der Anschluss 38 innerhalb des Halterings 36 über einen Träger 37, der aus Harz gefertigt ist, der als ein isolierendes Material dient, platziert und daran angebracht. Der Träger 37 erstreckt sich in 2 so nach oben, dass er eine Befestigungsbohrung 39 ausbildet, in der ein nicht dargestellter Stecker eingeführt ist. Wie vorstehend beschrieben ist, da ein Endabschnitt des Anschlusses 38 die Form einer halbkugelförmigen Fläche einnimmt, eine Kontaktfläche des Anschlusses 38 mit dem Kontaktelement 50 von seinem ursprünglichen Zustand fortschreitend erhöht, wenn auf den Kolben 26 wirkender Druck groß wird. Ein Verbindungsanschluss 40 ist mit einem Schaftabschnitt 38a des Anschlusses 38 verbunden und ragt in die Befestigungsbohrung 39 zum Eingriff mit dem nicht dargestellten Stecker. In 2 bezeichnet Nummer 41 eine Führungsnut zum Führen des Steckers innerhalb der Befestigungsbohrung 39, wenn der Stecker in die Befestigungsbohrung 39 eingeführt wird. Ferner ist eine nicht dargestellte Stromversorgung mit dem Verbindungsanschluss 40 verbunden, um einen elektrischen Widerstand zwischen dem Paar Elektroden zu erfassen (d. h. die Tellerfeder 35 und der Anschluss 38).
Nummer 42 bezeichnet einen O-Ring, der aus Gummi gefertigt ist und einen ringförmigen Querschnitt hat. Der O-Ring 42 ist innerhalb des Öffnungsabschnitts der Aufnahmebohrung 23 platziert, so dass er auf der oberen Endfläche des Halterings 36 sitzt und in engen Kontakt mit dem äußeren Umfang des Trägers 37 ist. Ein dünnwandiger Endabschnitt 43 des Gehäuses 22, das die Aufnahmebohrung 23 umgibt, ist inwärts durch Verstemmen verformt, so dass der O-Ring 42 elastisch verformt wird, so dass der Öffnungsabschnitt der Aufnahmebohrung 43 gedichtet ist. Ferner wird der Haltering 36 an das Gehäuse 22 über den O-Ring 42 durch Verstemmen fixiert, so dass die Tellerfeder 35 an Stelle gehalten ist.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 4 stellt die linke Seite der Mittelachse O einen Zustand dar, in dem kein Belastungsdruck von dem Druckeinführkanal 11 auf den Kolben 26 wirkt, während die rechte Seite der Mittelachse O einen Zustand darstellt, in dem ein gewisser Belastungsdruck darauf wirkt. In dem Fall, dass der Haltering 36, an dem der Anschluss 38 angebracht ist, innerhalb des Gehäuses 22 montiert ist, ist der Endabschnitt des Anschlusses 38 dem Kontaktelement 50, das an dem Mittelabschnitt 35B der Tellerfeder 35 vorgesehen ist, über einen kleinen Spielraum zugewandt. In einem derartigen Fall, ist der Endabschnitt des Anschlusses 38 mit dem Kontaktelement 50 durch eine leichte elastische Verformung der flexiblen Abschnitte 35C in Kontakt gebracht.
Als nächstes wird der Betrieb der Druckerfassungsvorrichtung, die wie vorstehend konstruiert ist, erläutert.
Die linke Seite der Mittelachse O, die in 4 gezeigt ist, stellt einen Zustand des Anschlusses 38, der Tellerfeder 35 und des Kontaktelements 50 dar, in dem das Lenkrad nicht betätigt wird. In einem derartigen Zustand wird der Belastungsdruck nicht gesteigert, so dass die flexiblen Abschnitte 35C der Tellerfeder 35 nicht verformt werden, wodurch der Spielraum zwischen dem Endabschnitt des Anschlusses 38 und dem Kontaktelement 50 gehalten wird. Daher ist der Anschluss 38 mit der Tellerfeder 35 nicht elektrisch verbunden.
In dem Fall jedoch, dass das Lenkrad betätigt wird (das heißt stationäre Lenkbetätigung), in dem der Motor bei der Leerlaufdrehzahl läuft, erhöht sich der Belastungsdruck der Hydraulikpumpe durch diesen Vorgang, und wirkt durch den Druckeinführkanal 11 auf das untere Ende des Kolbens 26, was darin resultiert, dass der Kolben 26 in Kontakt mit der Tellerfeder 35 kommt. Des Weiteren erhöht sich der Belastungsdruck über die Federkraft der Tellerfeder 35, so dass die flexiblen Abschnitte 35C durch die Druckkraft des Kolbens 26 ausgebildet werden, wodurch das Kontaktelement 50 den Anschluss 38 kontaktiert. Als ein Ergebnis des Kontakts ist der Anschluss 38 elektrisch mit der Tellerfeder 35 verbunden. Die rechte Seite der Mittelachse O in 4 zeigt einen Zustand des Anschlusses 38, der Tellerfeder 35 und des Kontaktelements 50 in dem stationären Lenkbetrieb.
Wie vorstehend genannt ist, besteht das Kontaktelement 50 aus einem elektrofunkionalen Material (Keramik), das eine elektrische Widerstandscharakteristik hat, die seinen Widerstand gemäß der darauf aufgebrachten mechanischen Spannung ändert, so dass sich der elektrische Widerstand zwischen dem Anschluss 38 und der Tellerfeder 35 entsprechend dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe ändert. Beim Erfassen des elektrischen Widerstands zwischen dem Anschluss 38 und der Tellerfeder 35 wird der erfasste Wert des elektrischen Widerstands zu einem Motorsteuergerät (nicht gezeigt) ausgegeben. Daher ist es möglich, den Motor so zu steuern, dass er kontinuierlich seine Leerlaufdrehzahl entsprechend dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe ändert.
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem erfassten elektrischen Widerstand und dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe in der Druckerfassungsvorrichtung 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
In dem Fall, dass kein Belastungsdruck auf den Kolben 26 wirkt, das heißt das Lenkrad wird nicht betätigt, während der Motor in der Leerlaufdrehzahl läuft, ist das Kontaktelement 50 nicht in Kontakt mit dem Anschluss 38, so dass der elektrische Widerstand zwischen dem Anschluss 38 und dem Kontaktelement 50 unendlich ist, wie durch einen Bereich A von 5 gezeigt ist. Dementsprechend ist in einem Zustand, in dem das Lenkrad nicht betätigt wird, ein Kriechstrom null, so dass der elektrische Energieverbrauch eliminiert werden kann.
Wenn die Lenkbetätigung verhältnismäßig klein ist, das heißt der Belastungsdruck der Hydraulikpumpe gering ist, kommt das Kontaktelement 50 mit den Anschluss 38 zunächst in Kontakt. In einem derartigen Zustand ist der elektrische Widerstand groß und er wird jedoch durch das Erhöhen der mechanischen Spannung in dem Kontaktelement 50 und eines Kontaktbereichs zwischen dem Anschluss 38 und dem Kontaktelement 50 kleiner, wenn der Belastungsdruck der hydraulischen Pumpe sich erhöht. Daher kann ein Sensorbereich erhalten werden, wie der Bereich B in 5 zeigt.
Des Weiteren ist in dem Fall der stationären Lenkbetätigung (das heißt der Belastungsdruck der Hydraulikpumpe ändert sich von mittel zu groß) die Verformung des Kontaktelements 50 gesättigt, wie durch die rechte Seite der Mittelachse O in 4 gezeigt ist. Daher kann der Bereich C, der proportional zu dem Belastungsdruck ist, durch die mechanische Spannung des Kontaktelements 50 erhalten werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Leerlaufdrehzahl des Motors entsprechend dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe zu steuern. Des Weiteren kann der Energieverbrauch in einem Nicht-Lenkvorgang mit einer einfachen Konstruktion und niedrigen Kosten eliminiert werden.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel, das durch einen linke Seite der Mittelachse O in 6 gezeigt ist, ist das Kontaktelement 50 in leichtem Kontakt mit dem Anschluss 38 bei einem Nicht-Belastungsdruck, das heißt das Lenkrad ist nicht betätigt. Das zweite Ausführungsbeispiel ist von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterschiedlich, dass das Paar Elektroden (das Kontaktelement 50 und der Anschluss 38) mit einer leichten Kontaktfläche kontaktiert sind. Gleichermaßen zu dem ersten Ausführungsbeispiel stellt eine rechte Seite der Mittelachse O in 6 einen Zustand dar, in dem der Belastungsdruck durch den Kolben 26 auf das Kontaktelement 50 wirkt.
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem elektrischen Widerstand des Kontaktelements 50 und dem Anschluss 38 und dem Belastungsdruck gemäß einer Kontakterfassungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
Wenn das Lenkrad nicht oder leicht betätigt wird, ist das Kontaktelement 50 in einem Zustand eines leichten Kontakts mit dem Anschluss 38. In einem derartigen Zustand kann ein Sensorbereich durch die Erhöhung der mechanischen Spannung in dem Kontaktelement 50 und eines Kontaktbereichs zwischen dem Anschluss 38 und dem Kontaktelement 50 erhalten werden, wenn der Belastungsdruck der Hydraulikpumpe steigt, wie durch den Bereich D in 7 gezeigt ist.
Des Weiteren ist in dem Fall der stationären Lenkbewegung (das heißt der Belastungsdruck der Hydraulikpumpe ändert sich von mittel zu groß) die Verformung des Kontaktelements 50 gesättigt, so dass der zu dem Belastungsdruck proportionale Bereich E durch die mechanische Spannung des Kontaktelements 50 erhalten werden kann.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird im Fall, dass Saugdruck in der Hydraulikpumpe auftritt, während das Lenkrad nicht betätigt wird, verhindert, dass das Kontaktelement 50 und der Anschluss 38 zusammenstoßen. Daher kann eine stabile elektrische Eigenschaft über einen langen Zeitraum erhalten werden. In diesem Zustand ist die Anfangsbelastung, die zwischen dem Kontaktelement 50 und dem Anschluss 38 wirkt, verhältnismäßig klein, so dass die mechanische Spannung des Kontaktelements 50 ebenso verhältnismäßig klein ist, wodurch der elektrische Widerstandswert übermäßig groß ist. Daher kann der Kriechstrom vermindert werden, was zum Senken des Energieverbrauchs des Fahrzeugs führt.
Des Weiteren ist ein derartiges Beispiel dargestellt, dass die Druckerfassungseinrichtung gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf das Servolenkungsgerät angepasst ist, das in Automobilen oder dergleichen verwendet wird, wobei es jedoch ferner auf andere hydraulische Geräte angepasst werden kann.
Ein nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf 8 bis 12 erläutert.
Zuerst ist das Merkmal des Vergleichsbeispiels, eine Nut an dem Kontaktelement 50 vorzusehen, um die Linearität seines Ausgangssignals zu verbessern, und einen Thermistor 60 für eine Temperaturkompensation und dem Kontaktelement 50 vorzusehen.
Im Allgemeinen unterscheidet sich das Vergleichsbeispiel von dem zweiten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass der Thermistor 60 in einer Druckerfassungsvorrichtung 20 in einer Form des Kontaktelements 50 vorgesehen ist, das an den Anschluss 38 angebracht ist. Die anderen Abschnitte des Vergleichsbeispiels sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel und daher sind die gleichen Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Einzelheiten des gleichen Abschnitts weggelassen.
In der Befestigung des Thermistors 60 an der Druckerfassungsvorrichtung 20 ist der Thermistor zum Erfassen der Temperatur des Kontaktelements 50 zur Kompensation in dem aus Harz gefertigten Träger 37, der als ein Isolationsmaterial dient, in dem eine Signalleitung 62 des Thermistors mit einer dargestellten Kompensationsvorrichtung durch eine Bohrung 37a, die in dem Träger 37 ausgebildet ist, verbunden ist, wie in 8 gezeigt ist, vorgesehen. Des Weiteren ist das Kontaktelement 50 in einer Vertiefung 38b vorgesehen, die in dem Anschluss 38 ausgebildet ist, in dem das Kontaktelement 50 mit Lot 52 oder dergleichen angeschlossen ist.
Das Kontaktelement 50, das eine Nut hat, das in der Vertiefung 38b angebracht ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 9(A) bis 9(H) erläutert. 9(A) zeigt eine Draufsicht und eine Vorderansicht des Kontaktelements 50, das eine Nut hat. In einer Fläche des Kopfendes und einer Fläche des Fußendes des Kontaktelements 50 sind Fasen 50b ausgebildet und ferner ist eine ringförmige Nut 50c in seinem Mittelabschnitt ausgebildet. Da die Fasen 50b und die ringförmige Nut 50c an dem Kontaktelement 50 ausgebildet sind, ist die mechanische Spannung hierauf wegen einer verminderten Querschnittsfläche konzentriert. In den Fasen 50b und der ringförmigen Nut 50c ist die mechanische Spannung durch die äußere Kraft verglichen mit dem anderen Abschnitt groß, so dass die elektrische Widerstandscharakteristik hinsichtlich des Belastungsdruck geändert ist, wodurch erreicht werden kann, die Linearität der elektrischen Widerstandscharakteristik hinsichtlich des Belastungsdrucks des Kontaktelements 50 als ein Ganzes zu verbessern.
9(B) zeigt das Kontaktelement 50α, in dem nur die Fasen 50b ausgebildet sind, und ferner ist in 9(C) nur die ringförmige Nut 50c ausgebildet. In 9(D) ist eine vertikale Nut 50d ausgebildet. In 9(C) und 9(D) stellt β eine Richtung der äußeren Kraft dar. Ferner ist eine Nut 50e in 9(E) ausgebildet und in 9(F) ist ein Loch 50f durch eine Anbohrung ausgebildet. Des Weiteren ist ein Durchgangsloch 50g in 9(G) ausgebildet. In 9(H) nimmt das Kontaktelement im Wesentlichen die Form eines Zylinders ein und ferner sind das Durchgangsloch 50g und die vertikale Nut 50d ausgebildet.
Die Nut des Kontaktelements 50 ist ausgebildet, wenn das vorstehend beschriebene Sensormaterial (Keramik) gebrannt wird und es ist auch möglich, es nach dem Brennen auszubilden. Des Weiteren ist es möglich, einen Abschnitt der Nut teilweise auszubilden und den Rest davon nach dem Brennen auszubilden. Dieses Vergleichsbeispiel stellt das Ausbilden der Fasen 50b und der ringförmigen Nut 50c an dem Kontaktelement 50 dar, wobei es jedoch möglich ist, eine Kombination von verschiedenen Nuten zu verwenden. Ferner stellt dieses Ausführungsbeispiel dar, den elektrischen Widerstand des Kontaktelements 50 durch Verwenden verschiedener Nuten zu kompensieren, aber ist möglich, ihn durch Ändern des spezifischen Widerstands oder der Kalibrierrate zu kompensieren.
Nachstehend wird jetzt ein Schaltdiagramm, das zum Erfassen einer Anschlussspannung der Druckerfassungsvorrichtung 20 des Vergleichsbeispiels verwendet wird, unter Bezugnahme auf 10 erläutert.
In 10 ist ein Anschlusswiderstand des Kontaktelements 50 als R_S dargestellt. Einer der Anschlüsse des Kontaktelements 50 (R_S) ist seriell mit einer Stromversorgung verbunden, die 5 Volt durch einen regelbaren Widerstand R_T zuführt, während sein anderer Anschluss geerdet ist. Wie vorstehend erwähnt ist, ändert sich ein Wert des Widerstands R_S des Kontaktelements 50 entsprechend der Druckkraft, die auf das Kontaktelement 50 wirkt, so dass eine Ausgangsspannung, die die Stromversorgungsspannung 5 Volt durch den Regelwiderstand R_T aufteilt, als ein Druckausgangssignal entsprechend dem Wert des Widerstands R_S erzeugt wird. Gleichermaßen ist einer der Anschlüsse des Thermistors 60 seriell mit der Stromversorgung über einen Regelwiderstand R_O verbunden, während sein anderer Anschluss geerdet ist. Der Thermistor 60 ändert seinen Widerstandswert entsprechend einer Umgebungstemperatur (das heißt die Temperatur des Kontaktelements 50), so dass die äußere Ausgangsspannung, die die Stromversorgungsspannung 5V durch den Regelwiderstand R_O aufteilt, als ein Temperaturkompensationssignal entsprechend dem Wert des Widerstands des Thermistors 50 erzeugt wird. Das Druckausgangssignal und das Temperaturkompensationssignal werden an eine nicht dargestellte Motorsteuereinheit (nachstehend als „EGC" bezeichnet) ausgegeben, nachdem sie von einem analogen Signal in ein digitales Signal umgewandelt worden sind (A/D-Wandler).
Der Betrieb der Druckerfassungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel wird nachstehend erläutert. Im Wesentlichen ist der Betrieb des Vergleichsbeispiels gleich dem des zweiten Ausführungsbeispiels. Es unterscheidet sich jedoch von dem Betrieb in dem zweiten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass der Thermistor 60 (Umgebungstemperaturerfassungselement) in der Druckerfassungsvorrichtung 20 vorgesehen ist.
Im Fall, dass das Lenkrad nicht betätigt wird, steigt der Belastungsdruck nicht, so dass die Tellerfeder 35 nicht verformt wird. In einem derartigen Zustand wirkt die externe Kraft nicht auf das Kontaktelement 50, so dass ein hoher Widerstandswert erhalten wird, wodurch die hohe Spannung an die EGC als das Druckausgangssignal ausgegeben wird. Als ein Ergebnis hält die EGC die Motordrehzahl entsprechend dem Druckausgangssignal auf einem vorgegebenen Niveau. Andererseits wirkt im Fall, dass das Lenkrad mit einer kleinen Drehung betätigt wird, wenn der Motor bei der Leerlaufdrehzahl läuft, der Belastungsdruck, der von dem Druckeinführkanal 11 zugeführt wird, auf das eine Ende des Kolbens 26 mit Steigen des Belastungsdrucks der Hydraulikpumpe, was im Verformen der Tellerfeder 35 resultiert. Mit dieser Verformung der Tellerfeder 35 wirkt die externe Kraft auf das Kontaktelement 50, so dass der elektrische Widerstandswert in dem Kontaktelement 50 entsprechend der aufgebrachten äußeren Kraft verringert wird (der Belastungsdruck der Hydraulikpumpe). Die Anschlussspannung des Kontaktelements 50 entsprechend seinem elektrischen Widerstandswert wird zu der EGC als ein Druckausgangssignal ausgegeben. Zu gleicher Zeit wird das Temperaturkompensationssignal (die Temperatur des Kontaktelements 50) ebenso von dem Thermistor 60 zu der EGC ausgegeben.
Der Wert des Druckausgangssignals wird in der EGC durch das Temperaturkompensationssignal kompensiert, wobei der Motor kontinuierlich gesteuert wird, so dass er die Leerlaufdrehzahl entsprechend dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe ausführt. Und zwar wird die Leerlaufdrehzahl des Motors entsprechend dem Belastungsdruck der Hydraulikpumpe angepasst, so dass ein Kraftstoffverbrauch optimiert werden kann. Insbesondere kann, da das Druckausgangssignal durch die Umgebungstemperatur kompensiert wird, die Leerlaufdrehzahl genau gesteuert werden.
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in dem Ausführungsbeispiel erläutert, es kann jedoch auf das erste Ausführungsbeispiel mit der gleichen Wirkung angewandt werden.
Offensichtliche, zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts der vorstehenden Lehre, solange sie innerhalb des Geltungsbereichs der anhängenden Ansprüche fallen, möglich.

Claims

Druckerfassungsvorrichtung (20) zum Erfassen eines Anstiegs eines darauf wirkenden Drucks mit: einem elektrisch leitenden Gehäuse (22), das eine Aufnahmebohrung (23), die sich inwärts von einem Ende des Gehäuses (22) erstreckt und eine Führungsbohrung (24) hat, die sich zwischen der Aufnahmebohrung (23) und dem anderen Ende des Gehäuses (22) erstreckt; einem Kolben (26), der verschiebbar innerhalb der Führungsbohrung (24) angeordnet ist und angepasst ist, einen Druck zu empfangen; einem Anschluss (38), der als ein elektrischer Kontakt dient und an der Aufnahmebohrung (23) über einen elektrischen Isolator (36) fixiert ist; einer Tellerfeder (35), die in der Aufnahmebohrung (23) positioniert ist und in elektrisch leitender Verbindung mit dem Gehäuse (22) ist, das als der andere elektrische Kontakt dient, und die zwischen dem Kolben (26) und dem Anschluss (38) angeordnet ist; gekennzeichnet durch ein elektrisches Funktionselement(50), das entweder an dem Anschluss (38) oder der Tellerfeder (35) an einer Stelle angebracht ist, um elektrisch und mechanisch durch das andere von der Tellerfeder (35) oder dem Anschluss (38) kontaktierbar zu sein, wobei das elektrische Funktionselement (50) einen elektrischen Widerstand hat, der sich durch eine darauf wirkende angelegte Druckkraft ändert.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem ringförmigen elastischen Ring (42), der an einem Ende des Isolators (36) angeordnet ist, so dass der ringförmige elastische Ring (42) an einem Öffnungsabschnitt der Aufnahmebohrung (23) angeordnet ist, wobei der ringförmige elastische Ring (42) durch Eingriff mit einem nach innen gebogenen Endabschnitt (43) der Vorrichtung (22) verformt wird, wodurch der Öffnungsabschnitt der Aufnahmebohrung (23) gedichtet ist.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der ringförmige elastische Ring (42) aus Gummi gefertigt ist und einen kreisförmigen Querschnitt hat.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Funktionselement (50) aus Keramik gefertigt ist.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das elektrische Funktionselement (50), um seinen elektrischen Widerstand mit steigender darauf wirkender Druckkraft zu senken.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem Umgebungstemperaturerfassungselement (60), das in der Druckerfassungsvorrichtung zur Temperaturkompensation vorgesehen ist.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Umgebungstemperaturerfassungselement (60) ein Thermistor (60) ist.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine von einer Nut (50c; 50d; 50e) und einer Abschrägung (50b) in dem elektrischen Funktionselement (50) zum Ändern seiner elektrischen Widerstandseigenschaft ausgebildet ist.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Funktionselement (50) an die Tellerfeder (35) angebracht ist und dem Anschluss (38) mit einem bestimmten Spielraum gegenüber liegt, wobei die Tellerfeder (35) angeordnet ist, um durch eine Druckkraft des Kolbens (26) verformt zu werden und um mit dem Anschluss (38) über das elektrische Funktionselement (50) in Kontakt zu kommen.
Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Terminal (38) angeordnet ist, um die Tellerfeder (35) über das elektrische Funktionselement (50) zu kontaktieren, sogar wenn die angelegte Druckkraft nicht auf den Kolben (26) wirkt.