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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkvorrichtung,
die ein Steuerventil zum Zuführen
von Hydrauliköl
aus einer von einem Elektromotor betriebenen Hydraulikpumpe zu einem Hydraulikzylinder
zur Lenkunterstützung
aufweist.
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Eine
hydraulische Servolenkvorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie
einen Hydraulikzylinder (Antriebszylinder) aufweist, der in einer
Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs angeordnet ist, um als Erzeugungsvorrichtung
für eine
Lenkunterstützungskraft zu
dienen und ein Hydrauliksteuerventil zum Durchführen eines Zuführens und
eines Abflusses von Hydrauliköl
entsprechend der Betätigung
eines Lenkrades aufweist, wobei Hydrauliköl, das von der Hydraulikpumpe
die als Hydraulikölursprung
für das
hydraulische Steuerventil dient, ferner einem Hydraulikzylinder
entsprechend der Betätigung
des Lenkrades zugeführt
wird, um eine hydraulische Kraft (Lenkunterstützungskraft), die durch den
Hydraulikzylinder in Reaktion auf die Transmission erzeugt wird,
auf die Lenkvorrichtung aufzubringen, so dass als Ergebnis die durch
den Fahrer erforderliche Arbeit und Belastung zum Lenken abnimmt.
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Ein üblicherweise
verwendetes hydraulisches Steuerventil ist ein Rotationsventil mit
einem Ventilkörper
und einem Ventilkolben, die derart aneinander angepasst sind, dass
eine relative Winkelverschiebung entsprechend der Torsion einer
Torsionsstange erzeugt wird, wobei die Torsionsstange eine mit dem
Lenkrad verbundene Eingangswelle und eine mit dem Lenkmechanismus
verbundene Ausgangswelle miteinander verbindet. In dieser Ausführung ist
der Ventilkolben entweder mit der Eingangswelle oder mit der Ausgangswelle
in einem Verbindungs abschnitt zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle,
die durch die Torsionsstange verbunden sind, einstückig ausgebildet,
und der Ventilkörper
ist mit der anderen verbunden, so dass eine relative Winkelverschiebung
entsprechend der Torsion in der Torsionsstange zwischen dem Ventilkörper und
dem Ventilkolben erzeugt wird.
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Eine
innere Peripherieoberfläche
des Ventilköpers
ist ausgestattet mit einer Vielzahl von ersten Ölnuten in gleichen Abständen, die
sich in einer Längsrichtung
erstrecken, und eine äußere Peripherieoberfläche des
Ventilkolbens ist ausgestattet mit einer Vielzahl von zweiten Ölnuten,
die in Zickzackpositionen zu den ersten Ölnuten angeordnet sind. Drosseln
sind zwischen den ersten und den zweiten Ölnuten ausgebildet, die in
einer Umgebungsrichtung aneinander angrenzen, im Detail ausgebildet
zwischen Nutkanten auf jeder Seite in einer Richtung entlang der
Breite der entsprechenden Ölnuten.
Die zweiten Ölnuten
fungieren abwechselnd als Ölzuführkammern
und Ölabführkammern.
Die ersten Ölnuten
wirken auf Öltransferkammern
zwischen den Ölzuführkammern
und den Ölabführkammern.
Zu beachten ist, dass die Ölzuführkammern
mit einem Ablassabschnitt der Hydraulikpumpe, die als Hydraulikquelle
dient, verbunden sind, und die Ölabflusskammern
mit einem Öltank,
der als Ziel für
das abgeflossene Öl
dient, verbunden sind, und die Öltransferkammern
abwechselnd mit beiden Zylinderkammern des Hydraulikzylinders, der
als Ziel für
das übertragene Öl dient,
verbunden sind.
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In
der oben beschriebenen Anordnung wird, wenn ein Eingangsdrehmoment
(Lenkdrehmoment) auf das Lenkrad ausgeübt wird, eine relative Winkelverschiebung
entsprechend der Torsion in der Torsionsstange zwischen der Eingangswelle
und der Ausgangswelle, d.h. dem Ventilkörper und dem Ventilkolben,
erzeugt, so dass Drosselflächen
der Drosseln verändert
werden. Folglich wird Hydrauliköl,
das von der Hydraulikpumpe eingespeist wird, in die anschließenden Öltransferkammern
auf derselben Seite der Drossel eingespeist, indem es die Drosseln
mit den vergrößerten Drosselflächen passiert.
Der Hydraulikzylinder erzeugt anschließend eine Hydraulikkraft entsprechend
der Druckdifferenzen, die zwischen den Ölkammern auf der anderen Seite
erzeugt werden, so dass die Hydraulikkraft als eine Lenkunterstützungskraft
auf den Lenkmechanismus aufgebracht wird.
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Eine
Servolenkvorrichtung mit einem hydraulischen Steuerventil, die die
oben genannten Funktionen ausführt,
ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
6-206554 (1994) beschrieben. 1 ist eine
Ansicht, die Kenndaten beim Öffnen
von Drosseln und der Hydraulikkraft in Abhängigkeit von einem Lenkdrehmoment
der Servolenkvorrichtung zeigt. Die Längsachse stellt die Hydraulikkraft
und die Drosselöffnungen
dar, und die Querachse stellen das Lenkdrehmoment dar.
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In
dieser Servolenkvorrichtung wird ein Elektromotor nicht in einer
Totzone betrieben, nämlich
bis die Drosseln komplett verschlossen sind, so dass keine Lenkunterstützungskraft
erzeugt wird. Allerdings beginnt die Bewegung des Elektromotors
an dem Punkt, an dem die Drosseln komplett verschlossen sind, und
anschließend
wird die Steuerung der Umdrehungen proportional zur Änderung
des Lenkdrehmoments ausgeführt,
so dass die Hydraulikkraft proportional zu dem Anstieg des Lenkdrehmoments
ansteigen kann.
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Allerdings
wird in solch einer herkömmlichen Servolenkvorrichtung
die gegenseitige Beziehung (Unterstützungskrafteigenschaften) zwischen
dem Lenkdrehmoment, das auf das Lenkrad aufgebracht wird, und der
Lenkunterstützungskraft,
die entsprechend dem Lenkdrehmoment erreicht wird, willkürlich durch
einen Federkoeffizienten (Torsionseigenschaften) der Torsionsstange
zum Verbinden der Eingangswelle mit der Ausgangswelle bestimmt.
Ferner sind, während
die Unterstützungskrafteigenschaften, beispielsweise,
dass die Lenkunterstützungskraft proportional
zum Anstieg des Lenkdrehmoments ansteigt, erreicht werden, solche
Eigenschaften nicht günstig
zum Lenken eines Fahrzeugs.
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Das
heißt,
das Lenken eines Fahrzeugs wird entgegen einer Gegenkraft einer
Straßenoberfläche durchgeführt, die
auf die gelenkten Räder
(die üblicherweise
die Fonträder
sind) wirkt, und das Ausmaß der
Gegenkraft des Straßenbelags
ist entsprechend abhängig
von der Verzögerung
der Fahrzeuggeschwindigkeit als auch von dem Ausmaß des Lenkwinkels.
Aus diesem Grund tritt, wenn der Federkoeffizient der Torsionsstange
entsprechend einem großen
Lenkausschlag während
der Suspension oder während
des Fahrens bei langsamer Geschwindigkeit gewählt ist, als Nachteil auf,
dass ein Lenken bei einer geringen Kraft, die auf das Lenkrad aufgebracht wird,
während
einer Fahrt bei hoher Geschwindigkeit erfolgt, so dass die Stabilität im Geradeauslauf
beeinflusst wird. Andererseits tritt, wenn die Federkonstante der
Torsionsstange groß gewählt ist,
um einen kleineren Lenkausschlag während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit
zu erreichen, der Nachteil auf, dass eine befriedigende Lenkunterstützungskraft
beim Lenken während
der Suspension, dem sogenannten Platzwenden, für das eine große Kraft
erforderlich ist, nicht erreicht werden kann.
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Um
solche Nachteile zu beseitigen, entwickeln die Anmelder eine Servolenkvorrichtung
mit den Merkmalen, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert
sind, die einen Lenkwinkelsensor zum Detektieren eines Lenkwinkels
einer Lenkvorrichtung, wie einem Lenkrad, verwendet, wobei eine
Lenkwinkelgeschwindigkeit der Lenkvorrichtung unter Verwendung des
detektierten Lenkwinkels ermittelt wird, und wenn der Lenkwinkel
gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die Umdrehungen
des Elektromotors eingestellt werden, um gleich oder kleiner als
ein vorbestimmter Wert zu sein, während, wenn der Lenkwinkel
den vorbestimmten Wert überschreitet,
die Umdrehungen des Elektromotors entsprechend der Lenkwinkelgeschwindigkeit
der Lenkvorrichtung gesteuert werden.
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Dennoch
tritt in einer solchen Servolenkvorrichtung, die derart ausgebildet
ist, dass die Umdrehungen des Elektromotors den vorbestimmten Wert nicht übersteigen,
wenn der Lenkwinkel gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert
ist, und die Umdrehungen des Elektromotors entsprechend der Lenkwinkelgeschwin digkeit
der Lenkvorrichtung gesteuert werden, wenn der Lenkwinkel den vorbestimmten Wert überschritten
hat, der Nachteil auf, dass in dem Fall, wenn der vorbestimmte Wert
für den
Lenkwinkel, der in dem Lenkwinkelsensor eingestellt ist, in einem
Bereich zwischen 1° und
2°, d.h.
klein, gewählt ist,
der Elektromotor jedes Mal, wenn die Lenkvorrichtung um etwa 1° bis 2°, und damit
häufig,
gedreht wird, angetrieben wird, um ein Erzeugen einer Lenkunterstützungskraft
zu erreichen. Daher ist es vorteilhaft, dass der vorbestimmte Wert
für den
Lenkwinkel in einer Größe von etwa
3° eingestellt
ist, um eine ordnungsgemäße Funktion
des Elektromotors dadurch sicherzustellen, dass verhindert wird,
dass dieser häufig
angetrieben wird.
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2 ist
eine Ansicht der Hydraulikeigenschaften, die eine Beziehung zwischen
dem Eingangsdrehmoment, mit dem die Lenkvorrichtung beaufschlagt
wird, und einer Hydraulikkraft, die durch das Steuerventil gesteuert
wird, darstellt. Die Längsachse
stellt die Hydraulikkraft und die Querachse das Eingangsdrehmoment
dar. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird der
Grad des Anstiegs des Eingangsdrehmoments im Verlauf des Anstiegs
der Hydraulikkraft, die durch das Steuerventil gesteuert wird, kleiner.
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Wenn
allerdings der vorbestimmte Wert für den Lenkwinkel groß, d.h.
bei ungefähr
3° eingestellt ist,
kann es sein, dass der Fahrer während
des Lenkens ein Gefühl,
auf Zug beansprucht zu werden, verspürt, wenn der Lenkwinkel einmal
den vorbestimmten Wert von einem neutralen Lenkpunkt der Lenkvorrichtung überschritten
hat.
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Beim
Nachgehen der Gründe,
die dieses Gefühl,
auf Zug beansprucht zu werden, verursachen, wurde herausgefunden,
dass das Gefühl,
auf Zug beansprucht zu werden, beim Lenken aufgrund der folgenden
Gründe
durch einen nicht kontinuierlichen Verlauf des Eingangsdrehmoments
in c in 2 verursacht wird: Während eines
Zeitabschnitts, bis der Lenkwinkel den vorbestimmten Wert θ in 2 erreicht
hat, werden relative Winkelverschiebungen zwischen dem Ventilkörper und
dem Ventilkolben des Steuerventils manuell verursacht und der Druck
des Hydrauliköls,
das dem Hydraulikzylinder zugeführt wird,
befindet sich in einem langsamen Anstieg, beispielsweise zeigt es
die Eigenschaften einer Flussrate von 1,0 l/min von zugeführtem Hydrauliköl (a in 2).
Wenn der Lenkwinkel den vorbestimmten Wert θ überschritten hat, wird der
Elektromotor entsprechend der Lenkwinkelgeschwindigkeit gesteuert, und
Hydrauliköl
wird dem Steuerventil plötzlich
von der Hydraulikpumpe zugeführt,
wobei das Steuerventil schon in einem Zustand befindlich ist, in
dem der Druck des Hydrauliköls
ansteigen kann. Als Folge ändert
sich der Zustand des Kontrollwerts zu einem Zustand mit den Eigenschaften
bei einer Flussrate von 2,0 l/min von zugeführtem Hydrauliköl (b in 2).
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme
zu lösen,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servolenkvorrichtung
bereitzustellen, die geeignet ist, ein Gefühl auf Zug beansprucht zu werden,
zu eliminieren, wenn eine Lenkunterstützungskraft erzeugt wird.
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Die
Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Servolenkvorrichtung zum Aufbringen einer Lenkunterstützungskraft,
auf einen Lenkmechanismus entsprechend der Betätigung einer Lenkvorrichtung,
wobei die Vorrichtung folgende Komponenten aufweist: Einen Lenkwinkeldetektor zum
Detektieren eines Lenkwinkels der Lenkvorrichtung; ein Steuerventil
von einer Hydraulikpumpe, die durch einen Elektromotor angetrieben
ist, fließt,
wobei das Steuerventil zwischen der Hydraulikpumpe und einem Hydraulikzylinder
zur Lenkunterstützung angeordnet
ist; und einer Steuerung zum Einstellen des Elektromotors derart,
dass er eine vorbestimmte Umdrehungszahl nicht überschreitet, wenn der Lenkwinkel
gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und zum Steuern
der Umdrehungen des Elektromotors entsprechend einer Lenkwinkelgeschwindig keit
der Lenkvorrichtung, wenn der Lenkwinkel den vorbestimmten Wert überschreitet,
wobei, wenn der Lenkwinkel kleiner als der vorbestimmte Wert ist,
die Servolenkvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der Druck
des dem Hydraulikzylinder zuzuführenden
Hydrauliköls
nicht erhöht
wird.
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In
der vorliegenden Erfindung ist, wenn der Lenkwinkel gleich oder
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, der Elektromotor in einem
Zustand, in dem sein Antrieb ausgesetzt ist, oder in dem der Elektromotor
Standby-Vorgänge
bei Umdrehungen durchführt,
die einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten, und wenn der
Lenkwinkel den vorbestimmten Wert im Verlauf des Lenkens überschreitet,
der Elektromotor angetrieben wird, oder die Umdrehungen des Elektromotors
erhöht
werden. Wenn der Lenkwinkel gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Wert ist, wird der Druck des Hydrauliköls, das von dem Steuerventil
dem Hydraulikzylinder zugeführt
werden soll, nicht erhöht,
so dass die Hydraulikkraft nicht erhöht wird, auch wenn der Elektromotor
Standby-Vorgänge
ausführt.
Solch ein Zustand des Steuerventils kann dadurch erreicht werden,
dass der Drosselgrad der Drosseln des Steuerventils eingestellt
wird, d.h. durch Einstellen der Form, des Abstands und der Größe der Drosseln,
bis der vorbestimmte Wert erreicht ist. Der Drosselgrad wird bestimmt
durch den Lenkwinkel, d.h. einen Rotationswinkel (ein Torsionswinkel)
zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Der Drosselgrad
hängt von
einem Federkoeffizienten einer Verbindungswelle, beispielsweise
einer Torsionsstange, ab. Wenn der Lenkwinkel einen Endpunkt eines
Zustands überschritten
hat, in dem die Hydraulikkraft im Verlauf des Lenkens nicht erhöht wird,
kann die Hydraulikkraft ausgehend von einem Zustand, in dem die
Hydraulikkraft nicht erhöht
wird, kontinuierlich durch einen Elektromotor, dessen Geschwindigkeit
bereits durch den Antrieb oder die Standby-Betätigung erhöht wurde, erhöht werden
und das Lenken kann auf eine sanfte Art durchgeführt werden, während keine
abrupten Veränderungen
in der Hydraulikkraft während
der Zeit, in der der Elektromotor veranlasst wird, sich mit geeigneten
Umdrehungen entsprechend der Betätigung des
Lenkrades zu bewegen, erzeugt werden. Auf diese Weise wird ein Lenken
ermöglicht,
ohne ein Gefühl,
auf Zug beansprucht zu werden, im Eingangsdrehmoment zu verursachen.
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Die
Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Servolenkvorrichtung zum Aufbringen einer Lenkunterstützungskraft
auf einen Lenkmechanismus entsprechend der Betätigung einer Lenkvorrichtung,
wobei die Vorrichtung aufweist: Einen Lenkwinkeldetektor zum Detektieren
eines Eingangsdrehmoments, mit dem die Lenkvorrichtung beaufschlagt
wird; ein Steuerventil, durch das Hydrauliköl von einer Hydraulikpumpe,
die durch einen Elektromotor angetrieben wird, fließt, und
das zwischen der Hydraulikpumpe und einem Hydraulikzylinder zur
Lenkunterstützung
angeordnet ist; und einer Steuerung, die den Elektromotor derart
steuert, dass vorbestimmte Umdrehungen nicht überschritten werden, wenn das
Eingangsdrehmoment gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert
ist, und um ein Steuern der Umdrehungen des Elektromotors entsprechend
einer Lenkwinkelgeschwindigkeit der Lenkvorrichtung durchzuführen, wenn
das Eingangsdrehmoment den vorbestimmten Wert überschreitet, wobei, wenn das
Eingangsdrehmoment kleiner als der vorbestimmte Wert ist, die Servolenkvorrichtung derart
ausgebildet ist, dass ein Druck des den Hydraulikzylinder zuzuführenden
Hydrauliköls
nicht erhöht
wird.
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In
der vorliegenden Erfindung wird, wenn das Eingangsdrehmoment gleich
oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, der Elektromotor ausgesetzt oder
führt Standby-Vorgänge bei
Umdrehungen, die einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten, aus, und wenn
das Eingangsdrehmoment den vorbestimmten Wert im Verlauf des Lenkens überschritten hat,
wird der Elektromotor angetrieben oder die Umdrehungen des Elektromotors
werden erhöht.
Wenn das Eingangsdrehmoment gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Wert ist, ist der Druck des Hydrauliköls, das von dem Steuerventil
dem Hydraulikzylinder zugeführt
wird, in einem Zustand, in dem es nicht erhöht wird, so dass die Hydraulikkraft
nicht erhöht
wird, auch wenn der Elektromotor sich bewegt. Solch ein Zustand
kann erreicht werden durch Einstellen eines Federkoeffizienten der
Verbindungswelle, wie beispielsweise der Torsionsstange, und durch
Einstellen des Drosselgrades der Drosseln des Steuerventils. Der
Federkoeffizient wird bestimmt durch die Wahl eines Materials, der
Dicke und der Länge
der Verbindungswelle. Der Drosselgrad der Drosseln wird bestimmt
durch Wählen
der Form, des Abstandes und der Größe der Drosseln.
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Wenn
das Eingangsdrehmoment einen Endpunkt eines Zustands überschritten
hat, in dem die Hydraulikkraft im Verlauf des Lenkens nicht erhöht wird,
kann die Hydraulikkraft ausgehend von einem Zustand, in dem die
Hydraulikkraft nicht erhöht
wird, kontinuierlich durch einen Elektromotor, dessen Geschwindigkeit
bereits durch den Antrieb oder die Standby-Betätigung erhöht wurde, erhöht werden und
das Lenken kann auf eine sanfte Art durchgeführt werden, während keine
abrupten Veränderungen
in der Hydraulikkraft während
der Zeit, in der der Elektromotor veranlasst wird, sich mit geeigneten Umdrehungen
entsprechend der Betätigung
des Lenkrades zu bewegen, erzeugt werden. Auf diese Weise wird ein
Lenken ermöglicht,
ohne ein Gefühl, auf
Zug beansprucht zu werden, im Eingangsdrehmoment zu verursachen.
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Die
oben genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden
klar ersichtlich durch die folgende detaillierte Beschreibung anhand der
beiliegenden Figuren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ANSICHTEN DER FIGUREN
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1 ist
eine Ansicht der Kenndaten beim Öffnen
von Drosseln und der Hydraulikkraft im Hinblick auf ein Lenkdrehmoment
in einer Servolenkvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
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2 ist
eine Ansicht der Kenndaten, die die Beziehung zwischen einem Eingangsdrehmoment, mit
dem ein Lenkrad beaufschlagt wird, und einer Hydraulikkraft gemäß dem Stand
der Technik darstellt;
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3 ist
eine schematische Ansicht der Servolenkvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine vertikal geschnittene Ansicht eines Steuerventils der Servolenkvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine schematische, in Querrichtung geschnittene Ansicht eines Steuerventils
der Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
eine Ansicht der hydraulischen Kenndaten, die die Beziehung zwischen
einem Lenkwinkel und einer Hydraulikkraft der Servolenkvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist
ein Flussdiagramm, das Abläufe
einer Steuereinrichtung während
Lenkunterstützungsprozessen
der Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform
darstellt;
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8 ist
eine schematische Ansicht der Servolenkvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine Ansicht der hydraulischen Kenndaten, die eine Beziehung zwischen
einem Eingangsdrehmoment und einer Hydraulikkraft der Servolenkvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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10 ist
ein Flussdiagramm, das Abläufe einer
Steuervorrichtung während
Lenkunterstützungsprozessen
der Servolenkvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
darstellt;
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11 ist
eine erläuternde
Ansicht, die ein konkretes Beispiel einer zweiten Ausführungsform darstellt,
und
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12 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Eingangsdrehmoment und
einer Hydraulikkraft an einem konkreten Beispiel darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Detail anhand der Zeichnungen
erläutert,
die Ausführungsformen
der Erfindung darstellen.
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Ausführungsform 1
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3 ist
eine schematische Ansicht der Servolenkvorrichtung;
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4 ist
eine in Längsrichtung
geschnittene Ansicht eines Steuerventils der Servolenkvorrichtung und
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5 ist
eine schematische, in Querrichtung geschnittene Ansicht eines Steuerventils
der Servolenkvorrichtung.
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Wie
in 3 und 4 dargestellt, weist die Servolenkvorrichtung
eine hohle Eingangswelle 2 auf, die mit einem Lenkrad 1 verbunden
ist, das als Lenkvorrichtung zum Lenken dient, weist eine Ausgangswelle 3,
die mit einem Lenkmechanismus verbunden ist, und ein Getriebe 12 auf,
das im Eingriff mit einem Zwischenabschnitt einer Zahnstange 11 ist,
die in einem Frontabschnitt des Fahr zeugkörpers angeordnet ist und sich
in einer Querrichtung erstreckt, eine Torsionsstange 4 zum
koaxialen Verbinden der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3, ein
Steuerventil 5, das an der Eingangswelle 2 und der
Ausgangswelle 3 angeordnet ist, und weist einen Ventilkörper 51 und
einen Ventilkolben 52 auf, die derart ineinander gefügt sind,
dass eine relative Winkelverschiebung entsprechend der Torsion der
Torsionsstange erzeugt wird, einen Hydraulikzylinder S zur Lenkunterstützung, der
in einem Zwischenabschnitt der Zahnstange 11 angeordnet
ist, eine Hydraulikpumpe P zum Zuführen von Hydrauliköl zum Hydraulikzylinder
S, die über
einen Elektromotor M angetrieben wird, und einen Öltank T,
der als Ziel für das
abgeführte Öl dient.
Durch Einwirkungen des Steuerventils 5 entsprechend den
Betätigungen
des Lenkrades 1, wie es später dargestellt wird, wird
eine Anordnung erreicht, in der Hydraulikdruck, der in der Hydraulikpumpe
P erzeugt wird, von dem Steuerventil 5 dem Hydraulikzylinder
S zugeführt
wird, während zurückkommendes Öl von dem
Hydraulikzylinder S in den Öltank
T abgeführt
wird. Hydraulikkraft (Lenkunterstützungskraft), die durch den
Hydraulikzylinder S unter Zuführung
von Hydraulikdruck erzeugt wird, wird auf die Zahnstange 11 aufgebracht,
so dass eine Gleitbewegung der Zahnstange 11 unterstützt wird.
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Die
Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 sind jeweils
gehalten, indem sie in koaxialer Richtung innerhalb eines zylindrischen
Ventilgehäuses 50 rotierbar
sind. Ein konkaver Halteabschnitt 32 ist an einem Endabschnitt
der Ausgangswelle 3 ausgebildet, und an dem konkaven Halteabschnitt 32 ist
ein Endabschnitt der Eingangswelle 2 auf rotierbare Weise
gehalten, und ein Endabschnitt der Torsionsstange 4 durch
Verzahnung. Der andere Endabschnitt der Torsionsstange 4 ist
mit dem anderen Endabschnitt der Eingangswelle 2 durch
einen Stoßzapfen 6 verbunden.
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Das
Steuerventil 5 weist, wie in 5 dargestellt,
einen zylindrischen Ventilkörper 51 auf,
der auf rotierbare Weise innerhalb des Ventilgehäuses 50 gehalten ist,
und der in die gleiche Richtung rotiert wie die Ausgangswelle 3,
und einen Ventilkolben 52, der derart in den Ventilkörper 51 eingefügt ist,
dass eine relative Winkelverschiebung frei ermöglicht ist, wobei der Ventilkolben 52 einstückig an
einem Zwischenabschnitt eines äußeren Umfangs
der Eingangswelle 2 ausgebildet ist.
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Die
Ausgangswelle 3 und der Ventilkörper 51 sind derart
angeordnet, dass sie durch Eingriff eines konkaven Eingriffsabschnitts 53 des
Ventilkörpers 51,
der von einem zum anderen Ende konkav ist, und eines Rotationsbeschränkungszapfens 31,
der derart angeordnet ist, dass er an einem Ende der Ausgangswelle 3 in
einer diametralen Richtung nach außen hervorsteht, in die gleiche
Richtung rotiert werden können.
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Eine
innere Umfangsoberfläche
des Ventilkörpers 51 und
eine äußere Umfangsoberfläche des Ventilkolbens 52 sind
mit einer Vielzahl von Ölnuten 51a, 52a und 52b ausgestattet,
die im Wesentlichen in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung
angeordnet sind, wobei jede Ölnut
sich, wie in 5 dargestellt, in einer axialen
Längsrichtung
erstreckt. Diese Ölnuten
sind in Zickzackpositionen in Umfangsrichtung am passenden Umfang
angeordnet, und eine Vielzahl von Drosseln 54 sind jeweils
zwischen benachbarten Ölnuten 51a und 52a und
zwischen den Ölnuten 51a und 52b ausgebildet,
wobei jede Drossel 54 eine Drosselfläche hat, die entsprechend der
relativen Winkelverschiebung variabel ist. Es sollte beachtet werden,
dass in dieser Ausführungsform
an den Rändern
an beiden Enden der jeweiligen Flächenabschnitte, die zwischen
den jeweiligen Ölnuten 52a und 52b des
Ventilkolbens 52 ausgebildet sind, abgeschrägte Abschnitte
ausgebildet sind, und gegenüberliegende
Räume,
die zwischen diesen abgeschrägten
Abschnitten und jedem der Ränder
der Ölnuten 51a des
Ventilkörpers 51 ausgebildet
sind, die Drosseln 54 bilden.
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Die
Hydraulikpumpe P, die als eine Ölzuführquelle
dient, ist derart angebracht, dass sie mit den Ölnuten 52a (Ölzuführnuten) über einen
Pumpenanschluss 50a zum Verbinden der Innenseite und der Außenseite
des Ventilgehäuses 50 und eine Ölzuführöffnung 51b,
die den Ventilkörper 51 durchdringen,
verbunden ist, und die Ölnuten 51a (Ölverteilnuten),
die an beiden Seiten der Ölnuten 52a angrenzen,
mit beiden Zylinderkammern SL, SR des Hydraulikzylinders S, der als Ziel
für das
weitergeleitete Öl dient,
jeweils über Öltransferöffnungen 51c und 51d, die
den Ventilkörper 51 durchdringen,
und Zylinderanschlüsse 50b, 50c,
die das Ventilgehäuse 50 zwischen
der Innenseite und der Außenseite
durchdringen, verbunden sind. Ferner sind die Ölnuten 52b (Ölabführnuten),
die an den anderen Seiten der Verteilnuten 51a angrenzen,
mit einer Ölabführkammer 55,
die an einer Seite des Ventilkörpers 51 ausgebildet
ist, über
den hohlen Abschnitt der Eingangswelle 2 verbunden, und
sind mit dem Öltank
T, der als Ziel für
das abgeführte Öl dient, über einen
Tankanschluss 50d zum Durchdringen des Ventilgehäuses 50 an
einer entsprechenden Position der Ölabführkammer 55 zwischen
der Innenseite und der Außenseite
verbunden.
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Die
Vielzahl der Drosseln 54, die an dem passenden Umfang aufgereiht
und durch den Ventilkörper 51 und
den Ventilkolben 52 ausgebildet sind, sind an einem neutralen
Punkt derart eingestellt, dass sie jeweils gleiche Drosselflächen in
einem neutralen Zustand, in dem keine Torsion in der Torsionsstange 4 erzeugt
wird, annehmen. An dem neutralen Punkt wird Hydrauliköl, das von
der Hydraulikpumpe P über
den Pumpenanschluss 50a den Ölzuführnuten 52a zugeführt wird,
den angrenzenden Verteilnuten 51a auf beiden Seiten gleichmäßig zugeführt, dann
den angrenzenden Ölabführnuten 52d eingeführt und
anschließend
in den Öltank
T dadurch abgeführt,
dass es den hohlen Abschnitt der Eingangswelle 2, eine
Verbindungsöffnung 21,
die Ölabführkammer 55 und
den Tankanschluss 50 passiert. Zu diesem Zeitpunkt werden
keine Druckunterschiede in den Zylinderkammern SL und
SR, die entsprechend mit den Verteilnuten 51a verbunden
sind, verursacht, so dass keine Kraft durch den Hydraulikzylinder
S erzeugt wird.
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Andererseits
wird für
den Fall, dass ein Eingangsdrehmoment (Lenkdrehmoment) auf das Lenkrad 1 zum
Lenken aufgebracht wird, eine relative Winkelverschie bung in einer
Richtung des Eingangsdrehmoments in Begleitung der Torsion der Torsionsstange 4 zwischen
der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 erzeugt,
d.h. zwischen dem Ventilkolben 52 und dem Ventilkörper 51,
wonach Drosselflächen
der Drosseln 54, die an der passenden Umgebung dieser Komponenten
aufgereiht sind, verändert werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird Hydrauliköl, das den Ölzuführnuten 52a zugeführt wird,
hauptsächlich einer
der Verteilnuten 51a durch die Drosseln mit vergrößerten Drosselflächen zugeführt, so
dass eine Druckdifferenz zwischen einer Zylinderkammer SL (oder SR), die
mit der Verteilnut 51a über
die Zylinderöffnung
verbunden ist, und der anderen Zylinderkammer SR (oder
SL), die mit der anderen Verteilnut 51a über die
Zylinderöffnung
verbunden ist, erzeugt wird, wobei der Druckzylinder S eine Hydraulikkraft
entsprechend dieser Druckdifferenz erzeugt.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird Hydrauliköl
aus der anderen Zylinderkammer SR (oder
SL) herausgedrückt, zu der anderen Verteilnut 51a über die
entsprechende Zylinderöffnung
zurückgeführt, in
die Ölabführnut 52b durch
Drosseln auf einer Seite der Verteilnuten 51a mit vergrößerten Drosselflächen eingeführt und
dann an den Öltank
T abgeführt,
indem es den hohlen Abschnitt der Eingangswelle 2, die Ölabführkammer 55 und
den Tankanschluss 50d passiert.
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Die
Servolenkvorrichtung der obigen Ausführungsform weist ferner, wie
in 3 dargestellt, einen Lenkwinkeldetektor 7 zum
Detektieren eines Lenkwinkels des Lenkrades 1 auf, und
eine Steuervorrichtung 9, wie einen Mikroprozessor, zum
Berechnen einer Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkwinkels 1,
basierend auf dem Lenkwinkel, der durch den Lenkwinkeldetektor 7 detektiert
wurde, zum Einstellen des Elektromotors M, so dass dieser vorbestimmte
Umdrehungen nicht überschreitet,
wenn der Lenkwinkel gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert θ ist, und
um ein Steuern der Umdrehungen des Elektromotors M entsprechend
der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrades 1 auszuführen, wenn der
Lenkwinkel den vorbestimmten Wert θ überschritten hat.
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6 ist
eine Ansicht der hydraulischen Kenndaten der Servolenkvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, die eine Beziehung zwischen dem Lenkwinkel
und einer Hydraulikkraft, die durch das Steuerventil gesteuert wird,
darstellt. Die Längsachse
stellt die Hydraulikkraft und die Querachse den Lenkwinkel dar.
In dem Graph stellt die durchgezogene Linie Kenndaten der Vorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
und die gestrichelte Linie Kenndaten einer Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik dar. Die Steuervorrichtung 9 steuert die Hydraulikpumpe
P, um von einer niedrigen Flussrate zu einer hohen Flussrate überzugehen,
durch Steuern des Antriebs oder durch Unterdrücken des elektrischen Motors,
basierend auf einem detektierten Wert, der durch den Lenkwinkeldetektor 7 detektiert
wurde, durch Ermitteln einer Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrades 1,
basierend auf dem detektierten Wert, der durch den Lenkwinkeldetektor 7 detektiert
wurde, und durch Steuern der Umdrehungen des Elektromotors M, basierend
auf der Lenkwinkelgeschwindigkeit. Die Vorrichtung ist, wie in 6 dargestellt,
derart ausgebildet, dass der Druck des dem Hydraulikzylinder S zuzuführenden
Hydrauliköls
in einem Zustand ist, in dem er nicht ansteigt, wenn der Lenkwinkel,
der durch den Lenkwinkeldetektor 7 detektiert wurde, gleich
oder kleiner ist als der vorbestimmte Wert θ. Es ist zu beachten, dass
die Vorrichtung ebenfalls derart ausgebildet sein kann, dass die Lenkwinkelgeschwindigkeit
des Lenkrades 1 durch einen Lenkwinkelgeschwindigkeitsdetektor
detektiert wird und die detektierte Lenkwinkelgeschwindigkeit der
Steuerung 9 eingegeben wird.
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Um
einen Zustand zu erreichen, in dem der Druck des dem Hydraulikzylinder
S zuzuführenden Hydrauliköls nicht
ansteigt, wenn der Lenkwinkel gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Wert θ ist, sind
Drosseln 54 ausgebildet, die zwischen den Nuten 51a und 52a des
Ventilkörpers 51 und
dem Ventilkolben 52 des Steuerventils 5 (siehe 5)
angebracht sind, so dass die hydraulische Kraft nicht erhöht wird,
auch wenn die Hydraulikpumpe P in einem Bereich angetrieben wird,
in dem der Lenkwinkel innerhalb des neutralen Zustandes ist, bis
der vorbestimmte Wert θ erreicht
wird. Konkret wird der Grad zum Drosseln der Drosseln 54 bis
zu dem vorbestimmten Wert und ein Federkoeffizient K der Torsionsstange 4 eingestellt.
Dies geschieht, weil das Eingangsdrehmoment, das auf das Lenkrad 1 aufgebracht
wird, beeinflusst wird durch das Produkt des Federkoeffizienten
K, der Torsionsstange 4 und dem Lenkwinkel. Der Lenkwinkel
bedeutet einen Rotationswinkel zwischen der Eingangswelle 2 und
der Ausgangswelle 3. Der Drosselgrad der Drosseln 54 wird
beeinflusst durch Bestimmen der Form, des Abstandes und der Größe der Drosseln 54.
Alternativ wird der Federkoeffizient beeinflusst durch Bestimmen
des Materials, der Dicke und der Länge der Torsionsstange 4.
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Auf
diese Weise wird der Kontrollwert erstellt, in dem die Hydraulikkraft
kontinuierlich von einem Zustand, in dem die Hydraulikkraft nicht
ansteigt, erhöht
wird, wenn ein Lenken erfolgt, in dem der vorbestimmte Wert θ für den Lenkwinkel überschritten
wurde.
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Die
Steuerung des Elektromotors M wird wie folgt durchgeführt. Für den Fall,
dass der Lenkwinkel θ beispielsweise
im Hinblick auf den Neutralzustand auf 3° gesetzt wird, bei dem der Elektromotor
M nicht häufig
betrieben wird, erfolgt keine Ausgabe eines Detektionssignals durch
den Lenkwinkeldetektor 7, bis der Lenkwinkel 3° erreicht,
so dass manuelles Lenken ohne Antrieb des Elektromotors M erfolgt. Weil
der vorbestimmte Wert θ (3°) im Laufe
des Lenkens überschritten
wird, wird ein Detektionssignal durch den Lenkwinkeldetektor 7 ausgegeben,
um den Elektromotor M, basierend auf einem Ausgangssignal der Steuervorrichtung 9,
anzutreiben, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit wird in der Steuervorrichtung 9 berechnet,
und die Steuerung der Umdrehungen wird durchgeführt, basierend auf einem Signal, das
durch die Steuervorrichtung 9 ausgegeben wird.
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7 ist
ein Flussdiagramm zum Darstellen von Abläufen der Steuervorrichtung 9 während Lenkunterstützungsprozessen.
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Die
Lenkunterstützung
des Lenkrades 1 wird wie folgt durchgeführt. Der Lenkwinkeldetektor 7 gibt an
einem Punkt, an dem ein vorbestimmter Wert θ, zum Beispiel 3°, für den Lenkwinkel
detektiert wird, ein Detektionssignal an die Steu ervorrichtung 9 aus. Wenn
der Lenkwinkel gleich oder kleiner als 3° ist, wird das Lenken manuell
ohne Antrieb des Elektromotors M durchgeführt. Wenn der Lenkwinkel im Laufe
des Lenkens 3° überschritten
hat, wird ein Detektionssignal von dem Lenkwinkeldetektor 7 empfangen
(Schritt S1) und eine Anweisung für den Elektromotor M wird ausgegeben
(Schritt S2). Auf Anweisung der Steuervorrichtung 9 wird
der Elektromotor M angetrieben und Hydrauliköl wird dem Steuerventil 5 von
der Hydraulikpumpe P zugeführt.
Wie bereits erwähnt,
kann, da das Steuerventil 5 in einem Zustand ist, in dem
die Hydraulikkraft nicht erhöht
wird, wenn der Lenkwinkel gleich oder kleiner als ein vorbestimmter
Wert θ ist,
für den
Zustand, in dem die Hydraulikkraft im Laufe des Lenkens nicht erhöht wird,
vermieden werden, dass die Hydraulikkraft abrupt dadurch erhöht wird,
dass Hydrauliköl
von der Hydraulikpumpe P zugeführt
wird, die sich bereits in einem Antriebsstatus befindet, wenn der
Lenkwinkel einen Endpunkt V überschritten
hat (siehe 6).
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Die
Steuervorrichtung 9 berechnet eine Lenkwinkelgeschwindigkeit,
basierend auf einem Detektionssignal des Lenkwinkeldetektors 7 (Schritt S3).
Hiernach werden die Umdrehungen des Elektromotors entsprechend der
Lenkwinkelgeschwindigkeit berechnet (Schritt S4) und es erfolgt
die Steuerung des Antriebs des Elektromotors M, basierend auf den ermittelten
Umdrehungen (Schritt 5). Folglich kann eine Lenkunterstützungskraft
entsprechend der Lenkwinkelgeschwindigkeit erreicht werden.
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Es
ist zu beachten, dass der Endpunkt V für den Zustand, in dem der Druck
der Hydraulikkraft nicht erhöht
wird, in einem Bereich gewählt
ist, der einen Punkt überschreitet,
der den vorbestimmten Wert θ entspricht,
wobei eine Lenkunterstützungskraft
schnell bei einem geeigneten Lenkwinkel θ von etwa 3° erzeugt werden kann. Der vorbestimmte Wert θ für den Lenkwinkel
ist nicht auf 3° beschränkt, und ähnliche
Ergebnisse können
erzielt werden durch Einstellen eines Zustandes, in dem der Druck des
Hydrauliköls
entsprechend einem gewünschten Lenkwinkel
nicht erhöht
wird.
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Ausführungsform 2
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8 ist
ein schematisches Diagramm der Servolenkvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Die Servolenkvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
verwendet einen Drehmomentdetektor 10 zum Ermitteln eines
Eingangsdrehmoments, das auf das Lenkrad 1 aufgebracht
wird, einen Lenkwinkeldetektor 7 zum Erfassen eines Lenkwinkels
des Lenkrades 1 und eine Steuervorrichtung 8,
wie einen Mikroprozessor, zum Einstellen eines Elektromotors M,
so dass dieser vorbestimmte Umdrehungen nicht überschreitet, wenn das Eingangsdrehmoment
gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert T0 ist, und zum Steuern
der Umdrehungen des Elektromotors M entsprechend einer Lenkwinkelgeschwindigkeit
des Lenkrades 1, wenn das Eingangdrehmoment den vorbestimmten
Wert T0 überschritten
hat, wobei die Lenkwinkelgeschwindigkeit durch den erfassten Lenkwinkel
ermittelt wird, wobei die Steuervorrichtung 8 die hydraulische
Pumpe P steuert, so dass eine hohe Flussrate aus einer niedrigen
Flussrate dadurch entsteht, dass der Elektromotor M, basierend auf
einem erfassten Wert, der durch den Drehmomentdetektor 10 erfasst
wird, in seinem Antrieb gesteuert oder unterdrückt wird, und durch Steuern
der Umdrehungen des Elektromotors M, basierend auf der ermittelten
Lenkwinkelgeschwindigkeit. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass
der Druck des dem Hydraulikzylinder S zuzuführenden Hydrauliköls in einem
Zustand ist, in dem er nicht erhöht
wird, wenn das Eingangsdrehmoment, das durch den Drehmomentdetektor 10 erfasst wurde,
gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert T0 ist. Angesichts
der Tatsache, dass die Anordnungen und Vorgänge dieser Ausführungsform
denen der vorherigen Ausführungsform 1,
außer
bezüglich der
Punkte, dass der Antrieb und die Unterdrückung des Elektromotors M unter
Verwendung des Drehmomentdetektors 10 anstatt des Lenkwinkeldetektors 7 für den Lenkwinkel
durchgeführt
werden, ähnlich sind,
werden gleiche Bezugszeichen verwendet, und detaillierte Ausführungen
und Beschreibungen bezogen auf die Anordnungen und Vorgänge werden
hier ausgelassen. Es ist zu beachten, dass die Vorrichtung auch
derart ausgebildet sein kann, dass die Lenkwinkelgeschwindigkeit
des Lenkrades 1 durch einen Lenkwinkelsensor erfasst wird
und die erfasste Lenkwinkelgeschwindigkeit in die Steuervorrichtung 8 eingegeben
wird.
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9 ist
eine Ansicht der hydraulischen Kenndaten, die eine Beziehung zwischen
einem Eingangsdrehmoment, das auf das Lenkrad aufgebracht wird,
und einer Hydraulikkraft, die durch das Steuerventil gesteuert wird,
darstellt. Die Längsachse
stellt die hydraulische Kraft und die Querachse des Eingangsdrehmoments
dar. In dem Graph stellt die durchgezogene Linie Kenndaten der Vorrichtung
der zweiten Ausführungsform
dar, und die gestrichelte Linie stellt Kenndaten einer Vorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik dar. In 9 bezeichnet T0 einen vorbestimmten
Wert für
das Eingangsdrehmoment und V einen Endpunkt in einem Zustand, in
dem die hydraulische Kraft nicht erhöht wird.
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Um
einen Zustand zu erreichen, in dem der Druck des Hydrauliköls, das
dem Hydraulikzylinder S zugeführt
wird, nicht erhöht
wird, wenn das auf das Lenkrad 1 aufzubringende Eingangsdrehmoment gleich
oder kleiner als der vorbestimmte Wert T0 ist, ist es notwendig,
Drosseln 54 des Steuerventils 5 vorzusehen und
den Federkoeffizienten k für
die Torsionsstange 4 zu bestimmen. Das Eingangsdrehmoment
wird beeinflusst durch ein Produkt des Federkoeffizienten k, der
Torsionsstange 4 und einem Lenkwinkel des Lenkrades 1.
Aus diesem Grund sind die Drosseln 54 und der Federkoeffizient
k derart gewählt,
dass die Hydraulikkraft nicht erhöht wird, wenn die Hydraulikpumpe
P in einem Bereich angetrieben wird, in dem das Eingangsdrehmoment
sich innerhalb des Nullzustandes befindet, bis der vorbestimmte
Wert T0 erreicht ist. Die Drosseln 54 können beeinflusst werden durch
Wählen
der Form, des Abstandes und ihrer Größe.
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Anschließend kann
der Federkoeffizient k beeinflusst werden durch Wählen des
Materials, der Dicke und der Länge
der Torsionsstange 4. Auf diese Art ist ein Steuerventil
ausgebildet, in dem eine Hydraulikkraft kontinuierlich von einem
Zu stand, in dem die Hydraulikkraft nicht erhöht wird, erhöht werden kann,
wenn das Lenken derart erfolgt, dass der vorbestimmte Wert T0 für das Eingangsdrehmoment überschritten
wird.
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Die
Steuerung des Elektromotors M erfolgt folgendermaßen. Für den Fall,
dass sich das Eingangsdrehmoment in einem Bereich von einem Unterdrückungszustand
des Lenkrades bis zu dem vorbestimmten Wert T0, der als Eingangsdrehmoment
2 Nm, mit dem der Elektromotor M nicht häufig angetrieben wird, eingestellt
ist, befindet, wird kein erfasstes Signal von dem Drehmomentdetektor 10 ausgegeben,
bis das Eingangsdrehmoment 2 Nm erreicht ist, so dass ein manuelles
Lenken ohne Antrieb des Elektromotors M erfolgt. Wenn im Laufe des
Lenkens ein Eingangsdrehmoment erreicht wird, das 2 Nm überschreitet,
wird ein erfasstes Signal von dem Drehmomentdetektor 10 ausgegeben,
so dass der Elektromotor M, basierend auf einem Ausgangssignal der
Steuervorrichtung 8, angetrieben wird, ein erfasstes Signal
von dem Lenkwinkeldetektor 7 ausgegeben wird, und die Steuerung
der Umdrehungen erfolgt, basierend auf einem Signal entsprechend
einem Ergebnis, das durch die Steuervorrichtung 8 ausgegeben
wird.
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10 ist
ein Flussdiagramm zum Darstellen von Abläufen der Steuervorrichtung 8 während Lenkunterstützungsprozessen.
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Die
Lenkunterstützung
erfolgt in der zweiten Ausführungsform
auf folgende Art. Der Drehmomentdetektor gibt an einem Punkt, an
dem ein vorbestimmter Wert T0, z.B. 2 Nm, für das Eingangsdrehmoment, mit
dem das Lenkrad 1 beaufschlagt wird, erfasst wird, ein
erfasstes Signal an die Steuervorrichtung 8 aus. Wenn das
Eingangsdrehmoment gleich oder kleiner als 2 Nm ist, erfolgt das
Lenken manuell ohne Antrieb des Elektromotors M. Wenn das Eingangsdrehmoment
während
des Lenkverlaufs 2 Nm überschreitet,
wird ein erfasstes Signal von dem Drehmomentdetektor 10 empfangen (Schritt
S11), und ein Befehl zum Antreiben des Elektromotors M wird herausgegeben
(Schritt S12). Auf Befehl der Steuer vorrichtung 8 wird
der Elektromotor M angetrieben und Hydrauliköl wird von der Hydraulikpumpe
P dem Steuerventil 5 zugeführt. Wie bereits erwähnt, kann,
da das Steuerventil 5 in einem Zustand ist, in dem die
Hydraulikkraft nicht erhöht
wird, wenn das Eingangsdrehmoment gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Wert T0 ist, durch den Federkoeffizienten k der Torsionsstange 4 im
Verlauf des Lenkens vermieden werden, dass eine Hydraulikkraft abrupt
durch das Hydrauliköl
erhöht
wird, das von der Hydraulikpumpe P zugeführt wird, die sich bereits
in einem Antriebszustand befindet, wenn das Eingangsdrehmoment den
Endpunkt V überschreitet (siehe 9).
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Der
Lenkwinkeldetektor 7 gibt ein erfasstes Signal an die Steuervorrichtung 8 aus
und berechnet die Winkelgeschwindigkeit, wenn das Eingangsdrehmoment
den Lenkwinkel überschritten
hat, der 2 Nm entspricht. Die Steuervorrichtung 8 empfängt das
erfasste Signal von dem Lenkwinkeldetektor 7 (Schritt S13)
und berechnet eine Lenkwinkelgeschwindigkeit im Verlauf des Lenkvorgangs
(Schritt S14). Anschließend
werden die Umdrehungen für
den Elektromotor entsprechend der Lenkwinkelgeschwindigkeit berechnet
(Schritt S15), und die Steuerung des Antriebs des Elektromotors
M erfolgt basierend auf den ermittelten Umdrehungen (Schritt S16).
Folglich kann eine Lenkunterstützungskraft
entsprechend der Lenkwinkelgeschwindigkeit erreicht werden.
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Es
ist zu beachten, dass der Endpunkt V für den Zustand, in dem der Druck
der Hydraulikkraft nicht erhöht
wird, in einem Bereich um einen Punkt gewählt ist, der dem vorbestimmten
Wert T0 entspricht.
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Ein
konkretes Beispiel der zweiten Ausführungsform wird nun erläutert. 11 ist
eine erläuternde
Ansicht, die die Dimensionen des Ventilkörpers 51 und des Ventilkolbens 52 des
Steuerventils 5 (siehe 5) und einen
Winkel der abgeschrägten Abschnitte
darstellt. Wie in 11 dargestellt, hat ein äußerer Durchmesser
eines Flächenabschnittes
des Ventilkolbens 52 einen Radius von 22,2 mm und eine Breite
der Ölnuten 52 und 52b beträgt jeweils
4,5 mm. Die abgeschrägten
Abschnitte sind an Rändern an
beiden Enden der entsprechenden Flächenabschnitte ausgebildet,
die zwischen den Ölnuten 52a und 52b des
Ventilkolbens 52 ausgebildet sind, mit einem übrigbleibenden
Zentrum von 3,3 mm und sind in eine Richtung abgegrenzt, um einen
Winkel von 80° im
Hinblick auf eine radiale Linie, die durch das Zentrum des Flächenabschnittes
verläuft,
zu bilden. Ferner gibt es eine Ausnehmung zwischen einer inneren
Umgebungsoberfläche
des Ventilkörpers 51 und
einer äußeren Umgebungsoberfläche des
Ventilkolbens 52. Der Federkoeffizient der Torsionsstange 4 ist
1,3 (Nm/deg). Unter Verwendung einer Servolenkvorrichtung gemäß der oben
genannten Anordnung wurde eine Beziehung zwischen dem Eingangsdrehmoment,
das auf das Lenkrad aufgebracht wird, und einem Hydraulikdruck,
der durch das Steuerventil gesteuert wird, untersucht. 12 ist
ein Graph, der Ventildaten darstellt, wobei eine Flussrate für das abgeführte Hydrauliköl 1,0 l/min
beträgt,
während
der Elektromotor M bei Umdrehungen betrieben wird, die gleich oder
kleiner als ein vorbestimmter Wert (dargestellt an der gestrichelten
Linie) sind, und eine Flussrate für das abgeführte Hydrauliköl beträgt 2,0 l/min,
wenn das Eingangsmoment den vorbestimmten Wert T0 (dargestellt an
der durchgezogenen Linie) überschritten
hat. Die Längsachse
stellt den Druck des Hydrauliköls
dar, und die Querachse stellt das Eingangsdrehmoment dar. Wie dem
Graphen entnommen werden kann, verändern sich die Ventileigenschaften,
nachdem das Eingangsdrehmoment den vorbestimmten Wert von 2 Nm überschritten
hat, ausgehend von der Flussrate von 1,0 l/min hin zu der Flussrate
von 2,0 l/min, so dass als Ergebnis der Hydraulikdruck fortschreitend
in Begleitung des Anstiegs des Eingangsdrehmoments erhöht wird.
Es ist ersichtlich, dass keine Erscheinungen verursacht werden,
bei denen das Eingangsdrehmoment in Begleitung des Anstiegs des
Hydraulikdrucks herabgesetzt wird, was bei konventionellen Vorrichtungen
der Fall war (siehe 2). Auf diese Art ist die Servolenkvorrichtung
derart ausgebildet, dass die Hydraulikkraft nicht erhöht wird,
wenn die Hydraulikpumpe P in einem Zeitabschnitt angetrieben wird,
in dem das Lenkrad 1 in einem Ruhezustand ist, bis hin zu
einem Zustand, in dem das vorbestimmte Eingangsdrehmoment T0 erreicht wird.
Folglich kann das Lenken ohne das Gefühl eines Reißens im
Eingangsdrehmoment erfolgen.
-
Es
ist zu beachten, dass die oben erläuterten Ausführungsformen 1 und 2 derart
ausgebildet waren, dass der Antrieb des Elektromotors M unterdrückt wird,
wenn Werte gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert θ für den Lenkwinkel
oder als der vorbestimmte Wert T0 für das Eingangsdrehmoment sind,
und dass die Steuerung der Umdrehungen des Elektromotors entsprechend
der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrades 1 erfolgt,
wenn der Lenkwinkel den vorbestimmten Wert θ oder das Eingangsdrehmoment
den vorbestimmten Wert T0 überschritten
hat. Alternativ ist es möglich,
eine Anordnung zu verwenden, um Standby-Vorgänge
des Elektromotors M bei Umdrehungen, die gleich oder kleiner als
ein vorbestimmter Wert sind, durchzuführen, wenn der Lenkwinkel den
vorbestimmten Wert θ oder
das Eingangsdrehmoment den vorbestimmten Wert T0 nicht überschreitet,
und indem der Elektromotor M in seiner Geschwindigkeit entsprechend
der Lenkwinkelgeschwindigkeit des Lenkrades 1 erhöht wird,
wenn der Lenkwinkel den vorbestimmten Wert θ oder das Eingangsdrehmoment
den vorbestimmten Wert T0 überschreitet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, die oben detailliert erläutert wurde, setzt der Elektromotor
aus oder führt
Standby-Vorgänge
bei Umdrehungen, die gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert
sind, aus, wenn der Lenkwinkel gleich oder kleiner als ein vorbestimmter
Wert ist, und an dem Punkt, an dem der Lenkwinkel den vorbestimmten
Wert im Verlauf des Lenkvorgangs überschritten hat, wird der Elektromotor
gestartet oder derart angetrieben, dass die Umdrehungen des Elektromotors
erhöht
werden. Wenn der Lenkwinkel gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Wert ist, ist der Druck des Hydrauliköls, das von dem Steuerventil
dem Hydraulikzylinder zugeführt
wird, in einem Zustand, in dem es nicht erhöht wird, so dass die Hydraulikkraft
nicht ansteigt. Wenn der Lenkwinkel den Endpunkt eines Zustandes,
in dem die Hydraulikkraft nicht erhöht wird, im Verlauf des Lenkvorgangs überschritten
hat, kann die Hydraulikkraft kontinuierlich aus gehend von dem Zustand,
in dem die Hydraulikkraft nicht erhöht wird, durch den Elektromotor
erhöht
werden, dessen Geschwindigkeit bereits durch den Antrieb oder die Standby-Vorgänge erhöht wurde,
und es kann vermieden werden, dass abrupte Veränderungen in der Hydraulikkraft
verursacht werden. Auf diese Art wird ein Lenken ermöglicht,
ohne ein Gefühl,
auf Zug beansprucht zu werden, im Eingangsdrehmoment zu verursachen.
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Ferner
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn das Eingangsdrehmoment gleich oder kleiner als ein
vorbestimmter Wert ist, der Elektromotor in einem Zustand, in dem
er Standby-Vorgänge ausführt, oder
in dem sein Antrieb derart unterdrückt wird, dass die Umdrehungen
gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, und wenn das
Eingangsdrehmoment den vorbestimmten Wert im Verlauf des Lenkvorgangs überschritten
hat, wird der Elektromotor angetrieben, oder die Umdrehungen des
Elektromotors werden erhöht.
Wenn das Eingangsdrehmoment gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Wert ist, ist der Druck des Hydrauliköls, das von dem Steuerventil
dem Hydraulikzylinder zugeführt
wird, in einem Zustand, in dem er nicht erhöht wird, so dass die Hydraulikkraft
nicht erhöht
wird. Wenn das Eingangsdrehmoment im Verlauf des Lenkvorgangs einen
Endpunkt eines Zustandes, in dem die Hydraulikkraft nicht erhöht wird, überschritten
hat, kann die Hydraulikkraft kontinuierlich von einem Zustand, in
dem die Hydraulikkraft nicht erhöht wird,
durch den Elektromotor erhöht
werden, dessen Geschwindigkeit bereits durch den Antrieb oder die Standby-Vorgänge erhöht ist,
und es kann vermieden werden, dass abrupte Veränderungen in der Hydraulikkraft
verursacht werden. Auf diese Weise wird ein Lenken ermöglicht,
ohne das Gefühl,
im Eingangsdrehmoment auf Zug beansprucht zu werden.