DE102006043242A1

DE102006043242A1 - Hilfskraftlenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006043242A1
Application number: DE102006043242A
Authority: DE
Inventors: Toru Atsugi Takahashi; Toshimitsu Atsugi Sakaki; Tadaharu Atsugi Yokota; Kazuya Atsugi Yamano; Kyoko Hitachi Honbo; Masanori Hitachi Sakai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20070074926A1; JP2007099038A; CN1945891A

Abstract

Ein Hilfskraftmechanismus wird vorgesehen, der den Betrieb eines Lenkmechanismus unterstützt, wenn eine unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit angelegt wird. Eine Hydraulikpumpe (20) führt dem Hilfskraftmechanismus die unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit zu, wenn angetrieben wird. Ein Elektromotor (30) treibt die Hydraulikpumpe (20) an. Eine Batterieeinheit (10) ist zur Stromversorgung des Elektromotors (30) vorgesehen. Eine Steuer/Regeleinheit (40) ist zum Steuern/Regeln des elektrischen Stroms von der Batterieeinheit (10) zum Elektromotor (30) vorgesehen. Die Batterieeinheit (10) weist eine Mehrzahl von Bleibatterien (100) auf, die in Reihe geschaltet sind. jede Bleibatterie (100) weist eine spiralförmig gewickelte positive Platte (110), eine spiralförmig gewickelte negative Platte (120), eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte (130), die spiralförmig gewickelt und zwischen den positiven und negativen Platten (110, 120) angeordnet ist, ein zylindrisches Gehäuse (140), in dem die spiralförmig gewickelten positiven, negativen und Isolierplatten (110, 120, 130) aufgenommen sind, und einen Elektrolyten, der im Batteriegehäuse (140) angeordnet ist, auf.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich üblicherweise auf Hilfskraftlenkungsvorrichtungen von Radkraftfahrzeugen und insbesondere auf Hilfskraftlenkungsvorrichtungen eines Typs, der die Lenkaktivität des Fahrers mit Hilfe eines durch einen Elektromotor angetrieben hydraulischen Hilfskraftmechanismus unterstützt.

Bisher sind verschiedene Hilfskraftlenkungsvorrichtungen entwickelt und in der praktischen Anwendung im Anwendungsgebiet von Radkraftfahrzeugen ausgeführt worden.

Einige der Hilfskraftlenkungsvorrichtungen sind von einem Typ, der einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung eines Lenkrads auf die gelenkten bzw. gesteuerten Laufräder eines Fahrzeugs übertragen wird, einen hydraulischen Kraftzylinder, der den Betrieb des Lenkmechanismus unterstützt, wenn darin unter Druck gesetzte hydraulischen Flüssigkeit angelegt wird, eine reversible hydraulischen Pumpe, die dem hydraulischen Kraftzylinder die unter Druck gesetzte hydraulischen Flüssigkeit zuführt, einen Elektromotor, der die hydraulische Pumpe antreibt, eine Batterie, die eine Elektroenergie bzw. einen elektrischen Strom zur Stromversorgung des Elektromotors erzeugt, und eine Steuer/Regeleinheit aufweist, die den Betrieb des Elektromotors gemäß eines Betriebszustandes des Fahrzeugs und des Motors steuert/regelt.

Im oben erwähnten Typ von Hilfskraftlenkungsvorrichtungen ist der Elektromotor ausgelegt, um bei hoher Geschwindigkeit für das effektive Antreiben der reversiblen Hydraulikpumpe zu dem Zeitpunkt in Betrieb zu sein, wenn das Lenkrad durch den Fahrer zum Lenken des Fahrzeugs gedreht wird. Während der Elekt romotor nicht in Betrieb ist, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, das heißt, wenn das Lenkrad in einer neutralen Position gehalten wird. Wenn folglich das Lenkrad beim geradeaus fahren, bei dem das Lenkrad in neutraler Position beibehalten wird, durch den Fahrer nach rechts oder links gedreht wird, wird der Elektromotor gezwungen, seine Drehzahl in kurzer Zeit von Null auf eine hohe Drehzahl zu erhöhen. In diesem Fall unterliegt die Batterie einem hohen Spannungsabfall, und somit versagt die Batterie, um den Elektromotor in der gewünschten Weise schnell zu betreiben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hilfskraftlenkungsvorrichtung vom oben erwähnten Typ zu schaffen, die den Elektromotor mit einer schnellen Reaktion versehen kann, um die Drehzahl von Null auf eine hohe Drehzahl zu bringen, wenn das Lenkrad beim geradeaus fahren des Fahrzeugs aus der neutralen Position gedreht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 7 und 11. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Hilfskraftlenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs geschaffen, das ein Lenkrad und gelenkte Laufräder aufweist. Die Hilfskraftlenkungsvorrichtung umfasst einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung des Lenkrades auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeugs übertragen wird; einen Hilfskraftmechanismus, der den Betrieb des Lenkmechanismus bei Anlegen einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit unterstützt; eine Hydraulikpumpe, die dem Hilfskraftmechanismus die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zuführt, wenn sie angetrieben wird; einen Elektromotor, der die Hydraulikpumpe antreibt, wenn er mit Strom versorgt wird; eine Batterieeinheit, die einen elektrischen Strom zur Stromversorgung des Elektromotors erzeugt; ein Sensorelement, das sowohl ein auf den Lenkmecha nismus durch das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment als auch eine Richtung erfasst, in die das Lenkrad gedreht wird; und eine Steuer/Regeleinheit, die den Betrieb des Elektromotors steuert/regelt, wobei die Steuer/Regeleinheit den elektrischen Strom, der von der Batterieeinheit dem Elektromotor gemäß des Drehmoments und der durch den Sensor erfassten Richtung zugeführt wird, steuert/regelt; wobei die Batterieeinheit eine Mehrzahl von Bleibatterien aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei jede Bleibatterie eine spiralförmig gewickelte positive Platte, eine spiralförmig gewickelte negative Platte, eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte, die spiralförmig gewickelt und zwischen den positiven und negativen Platten angeordnet ist, ein zylindrisches Batteriegehäuse, das darin die spiralförmig gewickelten positiven, negativen und Isolierplatten aufnimmt, und einen Elektrolyten, der im zylindrischen Batteriegehäuse angeordnet ist, aufweist.

Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Hilfskraftlenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs geschaffen, dass ein Lenkrad und gelenkte Laufräder aufweist. Die Hilfskraftlenkungsvorrichtung umfasst einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung des Lenkrades auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeugs übertragen wird; einen hydraulischen Kraftzylinder mit darin definierten ersten und zweiten Arbeitskammern, wobei der Kraftzylinder die Betätigung des Lenkmechanismus bestimmt, wenn eine unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit in einer der ersten und zweiten Arbeitskammern aufgenommen wird; eine reversible Hydraulikpumpe, die erste und zweite Einlass/Auslassöffnungen aufweist, die mit den ersten und zweiten Arbeitskammern des hydraulischen Kraftzylinders jeweils verbunden sind, wobei die reversible Hydraulikpumpe eine von den ersten und zweiten Arbeitskammern mit der unter Druck gesetzten hydraulischen Flüssigkeit versorgt, wenn sie entweder in die normale oder umgekehrte Richtung gedreht wird; einen Drei-Phasen-Motor, der die reversible Hydraulikpumpe antreibt, wenn er durch einen elektrischen Drei- Phasen-Wechselstrom versorgt wird; eine Batterieeinheit, die einen elektrischen Gleichstrom erzeugt; ein Sensorelement, das sowohl ein auf den Lenkmechanismus durch das Lenkrad aufgebrachtes gedreht wird; und eine Steuer/Regeleinheit, die durch den elektrischen Strom versorgt wird und die den Betrieb des Drei-Phasen-Elektromotors steuert/regelt, wobei die Steuer/Regeleinheit einen Bereich umfasst, der den elektrischen Gleichstrom von der Batterieeinheit in einen elektrischen Drei-Phasen-Wechselstrom umkehrt, der dem Elektromotor zugeführt wird, und einen Bereich aufweist, der den elektrischen Strom von der Batterieeinheit zum Elektromotor gemäß des Drehmoments und der Richtung, die durch das Sensorelement erfasst wird, steuert/regelt.

Gemäß eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Hilfskraftlenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs geschaffen, dass ein Lenkrad und gelenkte Laufräder aufweist. Die Hilfskraftlenkungsvorrichtung umfasst einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung des Lenkrades auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeugs übertragen wird; einen hydraulischen Kraftzylinder mit darin definierten ersten und zweiten Arbeitskammern, wobei der Kraftzylinder die Betätigung des Lenkmechanismus bestimmt, wenn eine unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit in einer der ersten und zweiten Arbeitskammern aufgenommen wird; eine reversible Hydraulikpumpe die erste und zweite Einlass/Auslassöffnungen aufweist, die mit den ersten und zweiten Arbeitskammern des hydraulischen Kraftzylinders jeweils verbunden sind, wobei die reversible Hydraulikpumpe eine von den ersten und zweiten Arbeitskammern mit der unter Druck gesetzten hydraulischen Flüssigkeit versorgt, wenn sie entweder in die normale oder umgekehrte Richtung gedreht wird; einen Elektromotor, der die reversible Hydraulikpumpe in die normale und umgekehrte Richtung dreht; eine Batterieeinheit mit einer Mehrzahl von Bleibatterien, die in Reihe geschaltet sind, wobei jede Bleibatterie eine spiralförmig gewickelte positive Platte, eine spiralförmig gewickelte nega tive Platte, eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte, die spiralförmig gewickelt und zwischen den positiven und negativen Platten angeordnet ist, ein Batteriegehäuse, das darin die spiralförmig gewickelten positiven, negativen und Isolierplatten aufnimmt, und einen Elektrolyten, der im Batteriegehäuse angeordnet ist, aufweist; ein Leistungsmodul, das einen elektrischen Strom steuert/regelt, der durch die Batterieeinheit erzeugt wird, und dem Elektromotor zugeführt wird; einen Lenklast-Erfassungsbereich, der eine Lenklast erfasst, die auf den Lenkmechanismus durch das Lenkrad aufgebracht wird; und ein Steuermodul, das das Leistungsmodul) gemäß der durch den Lenklast-Erfassungsbereich erfassten Lenklast steuert/regelt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnung. Darin zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Batterieeinheit, die zur Stromversorgung der Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung verwendet wird, wobei die Batterie eine Mehrzahl von hintereinander geschalteten Bleibatterien aufweist.
3 eine perspektivische Ansicht von einer der Bleibatterien;
4 eine vergrößerte und teilweise Schnittansicht der Bleibatterie;
5 eine axiale Schnittansicht einer reversiblen Hydraulikpumpe;
6 eine vergrößerte Draufsicht der Hydraulikpumpe mit einem entfernten zweiten Gehäuse;
7 eine weitere axiale Schnittansicht der reversiblen Hydraulikpumpe, die entlang der Linie VII-VII von 6 aufgenommen wurde;
8 eine seitliche Schnittansicht der Hydraulikpumpe an einem Bereich, wo ein Schaltventil vorgesehen ist;
9 eine axiale Schnittansicht eines Elektromotors, der zum Antreiben der reversiblen Hydraulikpumpe verwendet wird;
10 eine diametrische Schnittansicht des Elektromotors, die entlang der Linie X-X von 9 aufgenommen wurde;
11 ein Diagramm, das die Art darstellt, in der die Spulen von den drei Gruppen der Statoren des Elektromotors verbunden sind;
12 eine diametrische Schnittansicht des Elektromotors, die entlang der Linie XII-XII von 9 aufgenommen wurde, die konkret die Art darstellt, in der die Spulen der drei Gruppen der Statoren des Motors durch drei Anschluss-Verbindungsringe verbunden sind;
13 ein Blockdiagramm einer Steuer/Regeleinheit, die in der Erfindung angewendet wird, die ein Leistungsmodul und ein Steuer- bzw. Regelmodul darstellt;
14 ein Blockdiagramm der Steuer/Regeleinheit, die ein Verbindungsmodul darstellt, dass mit den Leistungs- und Steuermodulen verbunden ist;
15 ein Ablaufdiagramm, dass programmierte Ablaufschritte darstellt, die durch die Steuer/Regeleinheit zum Überprüfen des Betriebs der Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung ausgeführt werden;
16 ein Ablaufdiagramm, dass programmierte Ablaufschritte darstellt, die zum Auffinden eines anormalen Zustands der Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung ausgeführt werden;
17A und 17B zeigen Zeitdiagramme, die jeweils die Leistung einer in der Erfindung verwendeten Batterie und die einer konventionellen Batterie darstellen, wenn sie praxisnah in einem Kraftfahrzeug verwendet werden;
18A und 18B zeigen Zeitdiagramme, die jeweils die Charakteristik einer in der Erfindung verwendeten Batterie und die einer konventionellen Batterie zu einem Zeitpunkt darstellen, wenn ein Motor des Kraftfahrzeugs gestoppt wird; und
19 ein Diagramm, das sowohl eine Drehmomenteffizienz bzw. Drehmomentwirkungsgrad eines Motortyps mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment als auch die Effizienz eines Motortyps mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment darstellt.
Im Folgenden wird eine Hilfskraftlenkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung detailliert bezüglich der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Zum leichten Verständnis werden verschiedene, eine Richtungsangabe darstellende Ausdrücke, wie z. B. rechts, links, obere, untere, zur Rechten und dergleichen in der folgenden Beschreibung verwendet. Jedoch sind diese Ausdrücke nur in Verbindung mit der jeweiligen Zeichnung oder Zeichnungen, auf denen ein entsprechender Teil oder Bereich dargestellt wird, zu verstehen.
Gemäß 1 wird eine Hilfskraftlenkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt, die praxisnah auf die gelenkten rechten und linken vorderen Laufräder FR und FL eines Kraftfahrzeugs angewendet wird.
Wie aus 1 verständlich ist, wird das Drehen des Lenkrades 1 auf ein Zahnrad 3 des Zahnstangenmechanismus durch eine Welle 2 übertragen, wenn ein Lenkrad 1 betätigt oder durch einen Fahrer gedreht wird. Das Drehen des Zahnrades 3 bewegt eine Zahnstange 4 des Mechanismus axial in die rechte oder linke Richtung. Die rechte oder linke Bewegung der Zahnstange 4 führt eine gelenkte Bewegung der vorderen rechten und linken Laufräder FR und FL des Fahrzeugs herbei. Wie aus dem Folgenden verständlich wird, wird die rechte oder linke Bewegung der Zahnstange 4 durch einen Hilfskraftmechanismus unterstützt.
An der Welle 2 wird ein Sensorelement TS befestigt, das sowohl ein Drehmoment, das auf die Welle 2 durch den Fahrer durch das Lenkrad 1 aufgebracht wird, als auch eine Richtung erfasst, in die die Welle 2 (nämlich das Lenkrad 1) gedreht wird. Die das erfasste Drehmoment und die Drehrichtung darstellenden Informationssignale werden einer Steuer/Regeleinheit 40 zugeführt bzw. gesendet.
Der Hilfskraftmechanismus weist üblicherweise einen Drei-Phasen-Motor 30, der durch die Steuer/Regeleinheit 40 gesteuert bzw. geregelt wird, eine reversible Hydraulikpumpe 20, die durch den Elektromotor 30 angetrieben wird, und einen hydraulischen Kraftzylinder 6, der mit der Zahnstange 4 verbunden ist, auf.
Wie dargestellt, ist der hydraulische Kraftzylinder 6 mit einem axial beweglichen Kolben 63 versehen, durch den das Innere des hydraulischen Kraftzylinders 6 in die erste und zweite Arbeitskammer 61 und 62 geteilt ist. Die oben erwähnte Zahnstange 4 ist mit dem Kolben 63 verbunden, um sich damit zu bewegen.
Die ersten und zweiten Arbeitskammern 61 und 62 sind jeweils mit den ersten und zweiten Einlass/Auslassöffnungen 210 und 220 der reversiblen Hydraulikpumpe 20 durch erste und zweite Hydraulikleitungen 51 und 52 verbunden. Durch Beaufschlagen der ersten und zweiten Arbeitskammern 61 und 62 mit unterschiedlichen Drücken durch das Antreiben der Hydraulikpumpe 20 wird somit der Kolben 63 vorbelastet, um sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen, die die axiale Bewegung der Zahnstange 4 unterstützt, d.h., den Fahrer beim Drehen des Lenkrades 1 unterstützt.
Wie dargestellt, sind die ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 mit einem elektromagnetischen Schaltventil 50 durch die dritten und vierten Hydraulikleitungen 53 und 54 verbunden.
Das elektromagnetische Schaltventil 50 ist ein normal geschlossener Typ, das als ausfallsicheres Element dient. Das heißt, bei normalem Zustand wird das Schaltventil 50 durch die Steuer/Regeleinheit 40 geschlossen gehalten. Während die Steuer/Regeleinheit 40 nach Auffinden eines anormalen Zustandes der Hilfskraftlenkungsvorrichtung das Schaltventil 50 öffnet, um die ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 direkt zu verbinden, wodurch eine freie Bewegung einer unter hohen Druck gesetzten Flüssigkeit von der ersten Arbeitskammer 61 in die andere Arbeitskammer 62 oder von der zweiten Arbeitskammer 62 in die andere Arbeitskammer 61 ermöglicht wird. Daraufhin wird das so genannte manuelle Lenken durch den Fahrer möglich.
Die Steuer/Regeleinheit 40 wird durch eine Batterieeinheit 10 unter Strom gesetzt und empfängt verschiedene Informationssignale, die, zum Beispiel, das das Drehmoment darstellende Signal vom Sensorelement TS, das die Lenkrad-Drehrichtung darstellende Signal vom Sensorelement TS, und ein die Motordrehzahl darstellendes Signal von einer Zündvorrichtung (nicht dargestellt) und ein die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellendes Signal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7, etc., sind.
Durch Verarbeiten der dafür empfangenen Informationssignale berechnet die Steuer/Regeleinheit 40 eine Hilfs- bzw. Unterstützungskraft, die auf die Zahnstange 4 aufgebracht werden soll. Auf der Basis der berechneten Hilfskraft sendet die Steuer/Regeleinheit 40 dem Elektromotor 30 ein entsprechendes Anweisungs- bzw. Befehlssignal zu.
Der Elektromotor 30 ist ein bürstenloser Typ, der eine ausgezeichnete Trägheitscharakteristik aufweist. Unter Verwendung dieses Typs von Elektromotor 30 wird der Betrieb der reversiblen Hydraulikpumpe 20 reibungslos und wirksam ausgeführt, der ein Fahrgefühl verbessert, das der Fahrer erfährt, wenn er das Lenkrad 1 betätigt.
Gemäß der 2, 3 und 4 werden jeweils eine perspektivische Ansicht der Batterieeinheit 10, eine perspektivische Ansicht einer der Bleibatterien 100, die die Batterieeinheit 10 bilden, und ein teilweiser Querschnitt der Bleibatterie 100 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, wird die Batterieeinheit 10 durch Kombinieren von sechs Bleibatterien 100 erstellt, die in Reihe geschaltet sind, Die Batterieeinheit 10 weist positive (oder Plus-) oder negative (oder Minus-) Anschlüsse 11 und 12 auf, zwischen denen eine Spannung von 14 Volt erzeugt wird. Wie dargestellt, sind alle Bleibatterien 100 elektrisch durch Verbindungs- bzw. Anschlussstücke 13 verbunden.
Wie aus 4 verständlich wird, ist jede Bleibatterie 100 ein spiralförmig um- bzw. gewickelter Typ, der eine spiralförmig gewickelte positive Platte 110, eine spiralförmig gewickelte negative Platte 120 und eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte 130, die spiralförmig zwischen den positiven und negativen Platten 110 und 120 gewickelt und angeordnet ist, aufweist. Diese spiralförmig gewickelten Platten 110, 120 und 130 sind konzentrisch in einem zylindrischen Batteriegehäuse 140 angeordnet, das mit einem Elektrolyten ausgefüllt ist. Die festgelegten Bereiche der positiven Platte 110 sind durch Drähte (nicht dargestellt) mit einem positiven Anschluss 101, der einen freien bzw. ungeschützten Kopf aufweist, und die festgelegten Bereiche der negativen Platte 120 sind mit Drähten 150 mit einem negativen Anschluss 102, der einen freien Kopf aufweist, verbunden. Mit der Ziffer 103 wird eine Einlassöffnung bezeichnet, die auf einer oberen Wand des Batteriegehäuses 140 vorgesehen ist, durch die der Elektrolyt in das Batteriegehäuse 140 strömt. Die Einlassöffnung 103 kann abnehmbar durch einen Deckel 104 geschlossen werden, Die spiralförmig gewickelte positive Platte 110 von jeder Bleibatterie 100 kann einen Bereich von ungefähr 1.500 bis 15.000 cm² aufweisen.
Es ist zu beachten, dass der Bereich von 1.500 bis 15.000 cm² ungefähr 1.700 bis 17.000 cm² von parallel angeordneten, ebenen positiven Platten einer herkömmlichen rechteckigen Parallelepiped-Batterie entspricht, von deren vier ebenen Wänden jede eine Länge aufweist, die gleich dem Durchmesser des zylindrischen Batteriegehäuses 140 ist.
Es ist auch zu beachten, dass die Anzahl der Bleibatterien 100 so festgelegt ist, um somit bei der Batterieeinheit 10 zu bewirken, dass die Spannung größer als 12 V gehalten wird, auch wenn einen elektrische Entladung im Umfang bzw. Ausmaß von 100 Ampere stattfindet.
Gemäß den 5 bis 12, insbesondere 5 und 6, wird die reversible Hydraulikpumpe 20 im Schnitt dargestellt.
Wie in 5 dargestellt, weist die Hydraulikpumpe 20 erste und zweite Gehäuse 21 und 22 auf, die in einer Art angeordnet sind, um dazwischen einen bestimmten Abstand bzw. Zwischenraum zu definieren. Insbesondere wird ein bestimmter Zwichenraum zwischen einer ebenen oberen Fläche 21a des ersten Gehäuses 21 und einer ebenen unteren Fläche 22a des zweiten Gehäuses 22 definiert.
Innerhalb des Zwischenraums ist ein Nockenring 25 angeordnet, der eine ringförmige mittige Öffnung aufweist, wie aus 6 ersichtlich ist. Innerhalb der ringförmigen mittigen Öffnung des Nockenrings 25 ist ein Außenrotor 23 drehbeweglich aufgenommen, der eine gezähnte innere Öffnung aufweist. Innerhalb der gezähnten inneren Öffnung des Außenrotors 23 ist ein Innenrotor 24 drehbeweglich aufgenommen, der eine gezähnte Außenwand aufweist, die mit der gezähnten inneren Öffnung des Außenrotors 23 in Eingriff ist. Die detaillierte Anordnung des Nockenrings 25, Außenrotors 23 und Innenrotors 24 wird nachstehend beschrieben.
Wie aus 5 und 6 ersichtlich wird, geht eine Antriebswelle 26 durch einen mittigen Bereich des Innenrotors 24 zum Antreiben des Innenrotors 24 hindurch.
Wie aus 6 verständlich und aus der weitergehenden Beschreibung ersichtlich wird, veranlasst die Drehung des Innenrotors 24 um seinen Mittelpunkt herum eine ringförmige Beförderung oder Bewegung des Außenrotors 23 um den inneren Rotor 24 herum zum Erzeugen einer Volumen-veränderlichen Arbeitskammer 27 zwischen den beiden Rotoren 24 und 23, die als eine Pumpvorrichtung dient. Wie insbesondere in 6 dargestellt, wird der Außenrotor 23 bezüglich des Innenrotors 24 exzentrisch angeordnet und der Nockenring 25, der auf dem Außenrotor 23 drehbeweglich abgestützt ist, wird radial beweglich auf dem ersten Gehäuse 21 durch Federelemente abgestützt.
Bezüglich 5 wird das erste Gehäuse 21 an diametrisch entgegen gesetzten Bereichen der ebenen oberen Fläche 21a bezüglich der Achse der Antriebswelle 26 mit ersten und zweiten Einlass/Auslassöffnungen 210 und 220 gebildet, wobei jede mit der Volumen-veränderlichen Arbeitskammer 27 (siehe 6), die zwischen den Außen- und Innenrotoren 23 und 24 definiert ist, verbunden. Wie aus der fortschreitenden Beschreibung ersichtlich wird, dient jede der ersten und zweiten Einlass/Auslassöffnungen 210 und 220 als eine Einlassöffnung oder Auslassöffnung gemäß der Richtung, in die sich die Antriebswelle 26 dreht.
Wie aus 5 ersichtlich, wird ein zweites Gehäuse 22 an diametral entgegen gesetzten Bereichen der ebenen unteren Fläche 22a bezüglich der Achse der Antriebswelle 26 mit ersten und zweiten Zuführöffnungen 230 und 240 gebildet, wobei jede mit der Volumen-veränderlichen Arbeitskammer 27 verbunden ist.
Das erste Gehäuse 21 ist mit ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 ausgebildet, die jeweils zu den ersten und zweite Einlass/Auslassöffnungen 210 und 220 führen. Wie oben erwähnt, sind diese ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 mit den ersten und zweiten Arbeitskammern 61 und 62 des hydraulischen Kraftzylinders 6 (siehe 1) verbunden. Das erste Gehäuse 21 ist auf einem Basisbereich des Elektromotors 30 in der Weise befestigt, dass die Antriebswelle 26 der Hydraulikpumpe 20 durch einen durch den Elektromotor 30 erzeugten Strom angetrieben wird.
Das zweite Gehäuse 22 ist in einem Vorratstank 28 vorgesehen, der mit den ersten und zweiten Zuführöffnungen 230 und 240 durch entsprechende Leitungen 231 und 241 verbunden ist. Wie dargestellt, ist jede der Leitungen 231 und 241 mit einem Absperrventil 231a oder 241a versehen, die nur einen Einwegfluss vom Vorratstank 28 zu den ersten und zweiten Zuführöffnungen 230 und 240 zulassen.
Die Anordnung der Hydraulikpumpe 20 wird noch klarer ersichtlich aus 6, die eine Draufsicht der Hydraulikpumpe 20 mit dem entfernten Gehäuse 22 ist.
Wie aus 6 ersichtlich, wird der Außenrotor 23 mit einem inneren Zahnrad 23a und der Innenrotor 24 mit einem äußeren Zahnrad 24a versehen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Anzahl der Zähne des inneren Zahnrads 23a um eins größer als die des äußeren Zahnrades 24a. Wie dargestellt, ist der Innenrotor 24 im Außenrotor 23, die die Zähne der entsprechenden Zahnräder 24a und 23a aufweisen, teilweise aufgenommen, aber betriebsmäßig im Eingriff.
Wie oben erwähnt wurde, sind die ersten und zweiten Einlass/Auslassöffnungen 210 und 220 an entsprechenden Positionen angeordnet, die an entsprechend festgelegten Bereichen der Volumenveränderlichen Arbeitskammer 27, die zwischen den inneren und äußeren Zahnrädern 23a und 24a definiert ist, angeordnet sind. Das heißt, gemäß einer Richtung der Drehung der Antriebswelle 26, d.h., der Drehung des Innenrotors 24, dient jede der Einlass/Auslassöffnungen 210 und 220 als eine Einlass- oder Auslassöffnung.
Das heißt, wenn der Innenrotor 24 und somit der Außenrotor 23 im entgegen gesetzten Uhrzeigersinn in 6 rotiert oder gedreht werden, weist eine linke Hälfte der Volumenveränderlichen Arbeitskammer 27 einen Volumen-erhöhenden Ablauf bzw. Vorgang und eine rechte Hälfte der Kammer 27 einen Volumen-reduzierenden Ablauf auf. Somit dient in diesem Fall die Einlass/Auslassöffnung 210 als Einlassöffnung und die andere Einlass/Auslassöffnung 220 als Auslassöffnung. Während die Einlass/Auslassöffnung 220, wenn der Innenrotor 24 und somit der Außenrotor 23 im Uhrzeigersinn in 6 rotiert oder gedreht werden, als Einlassöffnung und die andere Ein lass/Auslassöffnung 210 als Auslassöffnung aus den im Wesentlichen gleichen Gründen dient, wie oben erwähnt.
Die Anordnung der oben erwähnten Hydraulikpumpe 20 wird aus 7 noch klarer verständlich, die ein Querschnitt ist, der entlang der Linie VII-VII von 6 aufgenommen wurde.
Wie aus 7 ersichtlich, wird ein Kolbenventil 60 im ersten Gehäuse 21 vorgesehen, mit der die oben erwähnten ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 verbunden sind. Eine Rücklauf- bzw. Rückführleitung 55 ist im zweiten Gehäuse 22 angeordnet, durch die die ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 mit dem oben erwähnten Vorratstank 28 verbunden sind. Die Rückführleitung 55 ist mit einem Rückschlag- bzw. Absperrventil 55a versehen, das nur den Einwegfluss von der ersten oder zweiten Hydraulikleitung 51 oder 52 zum Vorratstank 28 zulässt.
Wie in 7 und 8 dargestellt, wird das oben erwähnte elektromagnetische Schaltventil 50 auf einer Seitenwand des ersten Gehäuses 21 befestigt. Wie oben erwähnt, wirkt das elektromagnetische Schaltventil 50, um die ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 nach Empfang der Befehlssignale von der Steuer/Regeleinheit 40 wahlweise zu verbinden und zu trennen.
Wie am besten aus 8 ersichtlich wird, weist das elektromagnetische Schaltventil 50 üblicherweise einen Körper 50a auf, der eine Leitung 50b aufweist, die mit den Führungs- bzw. Leitungsenden der dritten und vierten Hydraulikleitungen 53 und 54 verbunden sind. Ein Ventilkopfelement 50c ist axial beweglich in der Leitung 50b angeordnet und durch eine Schrauben- bzw. Spiralfeder 50d in eine Richtung zum Schließen der Leitung 50b vorgespannt. Wenn somit das Ventilkopfelement 50c keine externe Kraft aufnimmt, nimmt das Schaltventil 50 seine AUS-Position ein, die die ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 trennt. Das elektromagnetische Schaltventil 50 weist ferner einen elektromagnetischen Aktuator auf, der, nachdem er mit Strom versorgt wird, das Ventilkopfelement 50c in eine Richtung bewegt, um die Leitung 50b gegen die Kraft der Schraubenfeder 50d zu öffnen. Der Aktuator weist eine axial bewegliche Ventilstoßstange 50e oder Stößelstange (oder Ankerstange), die ein Führungsende aufweist, die mit dem Ventilkopfelement 50c in Kontakt ist, und eine Spule 50f auf, die angeordnet ist, um einen vergrößerten Basisbereich der Ventilstoßstange 50e zu umschließen. Nach der Stromversorgung bewegt die Spule 50f die Ventilstoßstange 50e, wobei das Gleiche bewirkt wird, nämlich um das Ventilkopfelement 50c gegen die Schraubenfeder 50d zu drücken. In diesem Zustand nimmt das Schaltventil 50 seine EIN-Position zum Verbinden der ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 ein.
Gemäß 9 wird der Elektromotor 30 detailliert dargestellt.
Wie dargestellt, ist der Elektromotor 30 ein bürstenloser Typ, der einen Stator 310 aufweist, der eine Rotoreinheit 320 umschließt, von der die Drehposition durch einen Rotationslagesensor bzw. Rotationsstellungssensor 330 (RPS) erfasst wird. Der Stator 310 weist Eisenkerne 311 auf, wobei jeder eine darum gewickelte Statorspule 312 aufweist. Die Anschlussenden der Statorspulen 312 sind mit einigen der drei Anschluss-Verbindungsringe 313 (CR) verbunden, mit denen die Stromkabel 341 von einem nachstehend erwähnten Leistungsmodul 410 der Steuer/Regeleinheit 40 verbunden sind. Die Rotoreinheit 320 weist eine Ausgangswelle 321 und eine Mehrzahl von Magneten 322 auf, die angeordnet sind, um die Ausgangswelle 321 zu umschließen. Es ist zu beachten, dass ein oberes Ende der Ausgangswelle 321 mit der oben erwähnten Antriebswelle 26 (siehe 5) der Hydraulikpumpe 20 verbunden ist. Mit der Ziffer 342 ist ein Kabel bezeichnet, durch das das durch den Rotationslagesensor 330 erzeugte Informationssignal der Steuer/Regeleinheit 40 gesendet wird.
Die Einzelheit des Elektromotors 30 wird noch klarer aus 10 verständlich, die eine Teilansicht ist, die entlang der Linie X-X aus 9 aufgenommen wurde.
Wie aus 10 ersichtlich, weist der Stator 310 zwölf Eisenkerne 311 auf. Wie dargestellt, sind die zwölf Eisenkerne 311 in drei Gruppen eingeordnet, wobei jede vier Eisenkerne aufweist. Die drei Gruppen sind die Gruppen der U-Phase, V-Phase und W-Phase. Wie dargestellt, weist die Rotoreinheit 320 zehn Magnete 322 auf, die angeordnet sind, um die Ausgangswelle 321 zu umschließen, wobei die N- und S-Pole darauf abwechselnd angeordnet werden.
Die vier Eisenkerne 311 der U-Phasengruppe werden jeweils mit U1+, U1–, U2+ und U2– bezeichnet, und wie dargestellt, sind die beiden Eisenkerne U1+ und U1– an diametral entgegen gesetzten Positionen bezüglich der Achse der Ausgangswelle 321, und die anderen beiden Eisenkerne U2– und U2+ an diametrisch entgegen gesetzten Positionen angeordnet. Die vier Eisenkerne 311 der V-Phasengruppe werden jeweils mit V1+, V1–, V2+ und V2– bezeichnet, und wie dargestellt, sind die beiden Eisenkerne V1+ und V2– an diametral entgegen gesetzten Positionen bezüglich der Achse der Ausgangswelle 321, und die anderen beiden Eisenkerne V1– und V2+ an diametral entgegen gesetzten Positionen angeordnet. Die vier Eisenkerne 311 der C-Phasengruppe sind mit W1+, W1–, W2+ und W2– jeweils bezeichnet, und wie dargestellt, sind die beiden Eisenkerne W1+ und W2– an diametral entgegen gesetzten Positionen bezüglich der Achse der Ausgangswelle 321, und die anderen beiden Eisenkerne W1– und W2+ an diametral entgegen gesetzten Positionen angeordnet.
Gemäß 11 wird im Diagram die Art dargestellt, in der die Anschlüsse der Statorspulen 312 der oben erwähnten zwölf Eisenkerne 311 zum Versorgen der Statorspulen 312 mit einem Drei-Phasen-Wechselstrom verbunden sind.
Wie dargestellt, sind im Falle der Eisenkerne U1+, U1–, U2+ und U2– der U-Phasengruppe die beiden Spulen 312 für die Eisenkerne U1+ und U1– und die beiden Spulen 312 für die Eisenkerne U2+ und U2– in Reihe geschaltet, und diese beiden Doppel- bzw. Tandemschaltkreise sind parallel verbunden, um einen so genannten U-Schaltkreis zu bilden. Ähnlich sind im Fall der Eisenkerne V1+, V1–, V2+ und V2– der V-Phasengruppe und der Eisenkerne W1+, W1–, W2+ und W2– der W-Phasengruppe so genannte V– und W-Schaltkreise gebildet. Diese drei Schaltkreise, nämlich U-Schaltkreis, V-Schaltkreis und W-Schaltkreis sind in einer Art Dreieckschaltung verbunden, um einen Dreieckschaltkreis zu bilden, wie dargestellt. Die drei Verbindungspunkte des Dreieckschaltkreises sind jeweils mit den drei Anschluss-Verbindungsringen 313 (oder CR (UV), CR (VW) und CR (WU)) verbunden.
Gemäß 12 wird ein Querschnitt eines Bereichs eines Elektromotors 30 dargestellt, wo die Anschlüsse der zwölf Statorspulen 312 mit den drei Anschluss-Verbindungsringen 313 (oder CR (W), CR (VW) und CR (WU)) verbunden sind.
Gemäß 13 wird die Einzelheit der Steuer/Regeleinheit 40 dargestellt.
Die Steuer/Regeleinheit 40 umfasst ein Leistungsmodul 410, das als Wechselrichter dient, und ein Steuer- bzw. Regelmodul 420, das das Leistungsmodul 410 steuert/regelt. Das heißt, infolge der Funktion des Steuermoduls 420 und des Leistungsmoduls 410 wird der Gleichstrom (nämlich DC) von der Batterieeinheit 10 in einen Drei-Phasen-Wechselstrom invertiert und dem Elektromotor 30 zugeführt.
Das Steuermodul 420 ist ein Mikrocomputer, der üblicherweise eine Zentraleinheit (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM) und Eingangs- und Ausgangsinter faces aufweist. Insbesondere ist die Steuer/Regeleinheit 40 ausgelegt, um einen Erfassungsbereich 421 des Motorbetriebszustandes (EOCDS), einen Alarmsteuer- bzw. -regelbereich 422 (ACS), einen Erfassungsbereich 423 des anormalen Zustands (ACDS), einen Stromentscheidungs- bzw. Strombestimmungsbereich 424 (CDS) und einen Drei-Phasen-Strom-Invertierungsbereich 425 (TPCIF) aufzuweisen. Der Erfassungsbereich 423 des anormalen Zustands (ACDS) weist einen Erfassungssperrbereich 423a des anormalen Zustands (ATDPF), und der Stromentscheidungsbereich 424 (ACDS) einen Lenksteuerungs-Sperrbereich 424a (SCPS) auf.
Auf der Basis der Motordrehzahl Ne entscheidet der Erfassungsbereich 421 des Motorbetriebszustandes, ob sich der Motor im EIN- oder AUS-Zustand befindet und sendet ein entsprechendes Signal sowohl zum Alarmsteuerbereich 422 als auch zum Stromentscheidungsbereich 424. Auf der Basis eines Drehmomentsignals T vom Drehmomentsensor TS (siehe 1) und eines Lenkwinkelsignals θ von einem Lenkwinkelsensor entscheidet der Alarmsteuerbereich 422, ob ein Lenkvorgang durch einen Fahrer tatsächlich ausgeführt wird oder nicht. D.h., wenn der Lenkvorgang im AUS-Zustand des Motors ausgeführt wird, schaltet der Alarmsteuerbereich 422 eine Warnlampe 8 ein, um dem Fahrer über eine überhöhte Lenklast zum Stoppen des Motors Bescheid zu geben.
Der Erfassungsbereich 423 des anormalen Zustands sendet dem Stromentscheidungsbereich 424 ein Motorantriebs-Befehlssignal S, unabhängig vom Betriebs des Drehmomentsensors TS. Der Erfassungsbereich 423 des anormalen Zustands erfasst einen Stromwert Im des Elektromotors 30 unter Verwendung eines Parallel- bzw. Nebenwiderstandes, und auf der Basis des erfassten Stromwertes Im entscheidet der Bereich 423, ob sich der Elektromotor 30 in einem anormalen Zustand befindet oder nicht. Wenn der anormale Zustand des Motors 30 erfasst ist, öffnet der Bereich 423 das oben erwähnte elektromagnetische Schaltventil 50 (siehe 1).
Wie in 13 dargestellt, erfasst der Spannungserfassungsbereich 9 (VDS) die Spannung der Batterieeinheit 10 und sendet ein entsprechendes Spannungssignal V dem Erfassungsbereich 423 des anormalen Zustands zu. Wenn die erfasste Spannung V kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, verhindert der Erfassungssperrbereich 423a des anormalen Zustands den Betrieb des Erfassungsbereichs 423 des anormalen Zustands. Damit wird der erhöhte Spannungsabfall der Batterieeinheit 10 unterdrückt und gleichzeitig die Fehldiagnose für den Elektromotor 30 durch den Bereich 423 unterdrückt.
Auf der Basis des EIN/AUS-Zustandes des Motors, der Spannung V der Batterieeinheit 10, des Drehmomentes T und des Lenkwinkels θ bestimmt der Stromentscheidungsbereich 424 einen Zielwert "IT" des Stroms (der nachstehend als "Zielstromwert" bezeichnet wird), der dem Elektromotor 30 zuzuführen ist, und sendet ein entsprechendes Signal zum Drei-Phasen-Strom-Invertierungsbereich 425. Wegen der Eigenart der Batterieeinheit 10, die einen geringen Spannungsabfall aufweist, kann die Batterieeinheit 10 einen Strom erzeugen, der für den Antrieb des Elektromotors 30 ausreichend ist. Wenn sich der Motor im AUS-Zustand befindet, erzeugt ein Generator keinen elektrischen Strom. Mit diesem Zustand sollte somit der durch den Stromentscheidungsbereich 424 bestimmte Zielsromwert "It" kleiner als ein bestimmter Strom sein, wenn sich der Motor im EIN-Zustand befindet. Mit dieser Maßnahme kann der überhöhte Spannungsabfall der Batterieeinheit 10 vermieden werden.
Wenn die Spannung V der Batterieeinheit 10 im AUS-Zustand des Motors einen Wert darstellt, der kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, verhindert der Lenksteuerungs-Sperrbereich 424a den Betrieb des Elektromotors 30, um dadurch die Hilfskraft für den Lenkvorgang des Fahrers anzuhalten. Weil der Generator keinen elektrischen Strom erzeugt, wenn sich der Motor im AUS-Zustand befindet, eliminiert dieser Sperrvorgang den überhöh ten Spannungsabfall der Batterieeinheit 10. Um eine rapide Abnahme beim Lenkgefühl zu vermeiden, wird der Lenksteuerungs-Sperrbetrieb durch stufenweises Reduzieren des Zielstromwertes "It" ausgeführt.
Gemäß 14 wird ein Schaltkreissystem der Steuer/Regeleinheit 40 dargestellt. Im dargestellten Schaltkreissystem bezeichnen die dicken Linien Stromschienen B und Doppelkreise die Bereiche, bei denen das Schweißen praktisch ausgeführt wurde.
Das heißt, zusätzlich zum oben erwähnten Leistungsmodul 410 und Steuermodul 420 weist die Steuer/Regeleinheit 40 ein Verbindungsmodul 430 auf, das elektrisch mit dem Leistungsmodul 410 verbunden ist.
Wie durch die Funktion des Halbleiter-Schaltelements SSW dargestellt, erzeugt das Leistungsmodul 410 einen Drei-Phasen-Wechselstrom, der dem Elektromotor 30 zuzuführen ist, und durch die Funktion der parallelen Widerstände DR1 und DR2 erfasst das Leistungsmodul 410 Stromwerte des Drei-Phasen-Wechselstroms. Die erfassten Stromwerte werden zum Steuermodul 420 durch entsprechende Verstärker AP1 und AP2 zurückgeführt. Wie oben erwähnt, berechnet das Steuermodul 420 den Zielstromwert "It" und sendet ein entsprechendes Befehlssignal zum Leistungsmodul 410. Wenn außerdem der anormale Zustand des Motors 30 erfasst wird, öffnet das Steuermodul 420 das oben erwähnte elektromagnetische Schaltventil 50 (siehe 1).
Das Verbindungsmodul 430 weist erste, zweite und dritte Relais RY1, RY2 und RY3, erste und zweite Filter F1 und F2 und erste und zweite Kondensatoren C1, C2 auf, die in einer, wie in 14 dargestellten Weise angeordnet sind. Die Anschlüsse dieser Elemente RY1, RY2, RY3, F1, F2, C1 und C2 sind mit den Stromschienen B (dargestellt durch die dicken Linien) zum Herstellen der elektrischen Verbindung mit dem Leistungsmodul 410 verbunden. Jede Busschiene B weist die Form einer verlängerten Platte und Bereiche auf, die mit den Anschlüssen verschweißt sind.
Die drei Relais RY1, RY2 und RY3 sind vom auf Überstrom reagierenden Typ. D.h., das erste Relais RY1 wirkt, um die Verbindung zwischen der Batterieeinheit 10 und dem Leistungsmodul 410 zu unterbrechen, wenn ein überhöhter Strom dem Leistungsmodul 410 von der Batterieeinheit 10 zugeführt wird. Die zweiten und dritten Relais RY2 und RY3 bewirken, dass die Verbindung zwischen dem Leistungsmodul 410 und dem Elektromotor 30 unterbrochen wird, wenn ein überhöhter Strom am Motor 30 angelegt ist.
Die Filter F1 und F2 sind vom Typ Rauschminderung. Das heißt, der erste Filter F1 wirkt, um das Rauschen zu eliminieren, dass in einem Schaltkreis, der direkt mit der Batterieeinheit 10 verbunden ist, erzeugt werden würde. Mit der Hilfe der Kondensatoren C1 und C2 wirkt der zweite Filter F2, um das Rauschen zu eliminieren, das erzeugt werden würde, wenn die Halbleiter-Schaltelemente SSW in Betrieb sind.
Wenn sich der Motor in seinem AUS-Zustand befindet, erzeugt der Generator keinen elektrischen Strom und somit wird bei diesem Zustand die Batterieeinheit 10 nicht belastet. Wenn die Lenkunterstützung erfolgt, wenn sich der Motor im AUS-Zustand befindet, wird somit die Entladung der Batterieeinheit 10 beschleunigt, was einen merklichen Spannungsabfall hervorbringt und somit den normalen Lenkunterstützungsablauf beeinflusst.
Wie oben erwähnt, wenn sich der Motor im AUS-Zustand befindet, wird folglich der Zielstromwert "It" für den Elektromotor 30 zum Erleichtern der Arbeitsbelastung bzw. Betriebslast der Batterieeinheit 10 reduziert. Wenn die Spannung V der Batterieeinheit 10 kleiner als ein vorbestimmtes unteres Niveau Va ist, wird der Zielstromwert "It" auf 0 (Null) festgelegt, wodurch die Lenkunterstützung verhindert wird.
Im Fall des Festlegens des Zielstromwertes "It" auf 0 (Null), sollte der Wert des Stromzielwertes "It" stufenweise zur Vermeidung der Abnahme beim Lenkgefühl reduziert werden. Wenn außerdem das Lenkrad 1 betätigt wird, wenn sich der Motor im AUS-Zustand befindet, wird die Warnlampe 8 eingeschaltet, um dem Fahrer über die überhöhte Lenklast zum Anhalten des Motors Bescheid zu geben.
Wenn die Hilfskraftlenkungsvorrichtung eine Störung aufweist, wird das elektromagnetische Schaltventil 50 geöffnet, um die ersten und zweiten Arbeitskammern 61 und 62 des hydraulischen Kraftzylinders 6 (siehe 1) direkt zu verbinden. Bei diesem Zustand ist ein so genanntes manuelles Lenken durch den Fahrer möglich. Für den ausfallsicheren Betrieb ist es notwendig, die Hydraulikpumpe 20 zu betreiben, unabhängig von der Anwesenheit/Abwesenheit des Lenkdrehmomentes "T". Das heißt, durch Antreiben der Hydraulikpumpe 20 wird eine Prüfung zum Überprüfen ausgeführt, ob die Hilfskraftlenkungsvorrichtung eine Störung aufweist oder nicht.
Wie aus 1 verständlich wird, wenn das elektromagnetische Schaltventil 50 zu dem Zeitpunkt geschlossen bleibt, wenn die Hydraulikpumpe 20 zum Überprüfen der Hilfskraftlenkungsvorrichtung angetrieben wird, wird einer von der ersten oder zweiten Arbeitskammer 61 und 62 des hydraulischen Kraftzylinders 6 eine unter Druck stehende Flüssigkeit zugeführt. In diesem Fall werden die gelenkten vorderen Laufräder gegen den Willen des Fahrers gelenkt. Folglich sollte zum Überprüfungszeitpunkt der Hilfskraftlenkungsvorrichtung das elektromagnetische Schaltventil 50 geöffnet sein.
Wegen der oben erwähnten Anordnung kann die Batterieeinheit 10 eine hohe Entladecharakteristik aufweisen. Somit kann die Bat terieeinheit 10, wie im Fall direkt nach dem Motorstart, auch wenn der Generator eine ausreichende Strommenge nicht erzeugen kann, den Elektromotor 30 hinreichend betreiben. Folglich wird das Überprüfen genau ausgeführt, auch wenn das Überprüfen der Hilfskraftlenkungsvorrichtung direkt nach dem Motorstart ausgeführt wird.
Im Folgenden werden die programmierten Ablaufschritte zum Überprüfen des Betriebs der Hilfskraftlenkungsvorrichtung im Detail bezüglich des Ablaufdiagramms von 15 beschrieben.
Beim Schritt S101 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob die Motordrehzahl 0 (Null) ist oder nicht. Wenn JA, d.h., wenn die Motordrehzahl Ne 0 (Null) ist, geht der Betriebsablauf zum Schritt S102 über, wobei entschieden wird, dass sich der Motor im AUS-Zustand befindet. Während beim NEIN, d.h., wenn die Motordrehzahl Ne nicht 0 (Null) ist, geht der Betriebsablauf zum Schritt S103 über, wobei entschieden wird, dass sich der Motor im EIN-Zustand befindet.
Beim Schritt S102 wird ein Merker "Fe" für Motor AUS auf 1 gesetzt und der Betriebsablauf geht zum Schritt S104 über. Während beim Schritt S103 der Merker Fe für Motor AUS auf 0 (Null) gesetzt wird, geht der Betriebsablauf zum Schritt S104 über.
Beim Schritt S104 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob die Batteriespannung "V" gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert "Va" ist oder nicht. Wenn JA, geht der Betriebsablauf zum Schritt S105 über, wo entschieden wird, dass die Batterieeinheit 10 einen bestimmten Spannungsabfall aufweist. Wenn NEIN, geht der Betriebsablauf zum Schritt S106 über, wobei entschieden wird, dass die Batterieeinheit 10 keinen Spannungsabfall aufweist.
Beim Schritt S105 wird ein Merker "Fv" für den Batteriespannungsabfall auf 1 gesetzt, und der Betriebsablauf geht zum Schritt S107 über. Während beim Schritt S106 der Merker "Fv" für den Batteriespannungsabfall auf 0 (Null) gesetzt wird, und der Betriebsablauf zum Schritt S107 übergeht.
Beim Schritt S107 wird der Zielstromwert "It" berechnet und der Betriebsablauf geht zum Schritt S108 über.
Beim Schritt S108 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob der Merker "Fe" für Motor AUS 1 ist oder nicht. Wenn JA, geht der Betriebsablauf zum Schritt S109 über, wobei entschieden wird, dass sich der Motor im AUS-Zustand befindet. Während bei NEIN der Betriebsablauf zum Schritt S110 übergeht, wobei entschieden wird, dass sich der Motor im EIN-Zustand befindet.
Beim Schritt S109 wird der Zielstromwert "It" reduziert, und der Betriebsablauf geht zum Schritt S110 über.
Beim Schritt S110 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob der Merker "Fv" für Batteriespannungsabfall 1 ist oder nicht. Wenn JA, geht der Betriebsablauf zum Schritt S113 über, wobei entschieden wird, dass die Batterieeinheit 10 einen bestimmten Spannungsabfall aufweist. Während beim NEIN der Betriebsablauf zum Schritt S111 übergeht, wobei entschieden wird, dass die Batterieeinheit 10 keinen Spannungsabfall aufweist.
Beim Schritt S111 wird eine Erfassungsüberprüfung des anormalen Zustandes ausgeführt, und der Betriebsablauf geht zum Schritt S112 über.
Beim Schritt S112 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob die Hilfskraftlenkungsvorrichtung eine Störung aufweist oder nicht. Wenn JA, geht der Betriebsablauf zum Schritt S117 über. Während beim NEIN der Betriebsablauf zum Schritt S126 übergeht.
Beim Schritt S113 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob ein erfasstes Lenkmoment 0 (Null) ist oder nicht. Wenn JA, d.h., wenn das erfasste Lenkmoment nicht 0 (Null) ist, d.h. wenn das Lenkrad 1 durch einen Fahrer betätigt wird, geht der Betriebsablauf zum Schritt S114 über, um eine Warnlampe 8 einzuschalten. Danach geht der Betriebsablauf zum Schritt S115 über. Wenn NEIN beim Schritt S113 auftritt, d.h., wenn das erfasste Lenkmoment 0 (Null) ist, d.h., wenn das Lenkrad 1 durch den Fahrer nicht betätigt wird, geht der Betriebsablauf zum Schritt S115 über.
Bei Schritt S115 wird der Zielstromwert "It" stufenweise reduziert (schließlich bis 0 (Null)), danach geht der Betriebsablauf zum Schritt S116 über.
Beim Schritt S116 wird der Zielstromwert "It" ausgegeben, d.h., praktisch dem Elektromotor 30 zugeführt, und die Überprüfung ist beendet.
Beim Schritt S117 wird der Stromzielwert "It" auf 0 (Null) gesetzt und die Überprüfung ist beendet. Das heißt, in diesem Fall wird der Elektromotor 30 nicht unter Strom gesetzt.
Im Folgenden werden die Details der Erfassungsüberprüfung des anormalen Zustandes des oben erwähnten Schritts S111 bezüglich des Ablaufdiagramms von 16 beschrieben.
Beim Schritt S201 wird das elektromagnetische Schaltventil 50 geöffnet, und der Betriebsablauf geht zum Schritt S202 über.
Beim Schritt S202 wird der Elektromotor 30 unter Strom gesetzt. Wie oben erwähnt, wird die Motorstromversorgung unabhängig vom Betrieb des Drehmomentsensors TS ausgeführt. Danach geht der Betriebsablauf zum Schritt S203 über.
Beim Schritt S203 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob die Drehzahl des Motors 30 0 (Null) ist oder nicht. Wenn JA, geht der Betriebsablauf zum Schritt S204 über, wobei entschieden wird, dass eine Störung in der Vorrichtung stattfinden könnte. Wenn NEIN, d.h., wenn der Motor 30 bei einer bestimmten Drehzahl läuft, geht der Betriebsablauf zum Schritt S206 über, wobei entschieden wird, dass keine Störung in der Vorrichtung stattfindet. Danach geht der Betriebsablauf zum oben erwähnten Schritt S112 (siehe 15) über.
Beim Schritt S204 wird ein Zeitzähler auf 0 (Null) zum Messen einer Zeit "t", die davon verstrichen ist, gesetzt. Danach geht der Betriebsablauf zum Schritt S205 über.
Beim Schritt S205 wird die Entscheidung darüber ausgeführt, ob die verstrichene Zeit "t" gleich oder länger als eine vorbestimmte Zeit "α" ist oder nicht. Wenn JA, d.h. wenn entschieden wird, dass die verstrichene Zeit "t" gleich oder länger als die vorbestimmte Zeit "α" ist, geht der Betriebsablauf zum Schritt S207 über, wobei entschieden wird, dass eine Störung in der Vorrichtung stattgefunden hat. Danach geht der Betriebsablauf zum oben erwähnten Schritt S112 über.
Während beim NEIN beim Schritt S205, d.h., wenn entschieden wird, dass die verstrichene Zeit "t" kürzer als die vorbestimmte Zeit "α" ist, der Betriebsablauf zum Schritt S206 übergeht, wobei entschieden wird, dass keine Störung in der Vorrichtung stattgefunden hat. Danach geht der Betriebsablauf zum oben erwähnten Schritt S112 über.
Im Folgenden wird die Leistung der Batterieeinheit 10, die in der Erfindung verwendet wird, bezüglich der 17A beschrieben. Tatsächlich ist 17A ein Zeitdiagramm, das die Änderungen einer Batteriespannung, eines Batterieladestroms und eines Batterieentladestroms darstellt. Zum Vergleich wird die Leistung einer herkömmlichen Batterie in 17B dargestellt.
Zum Zeitpunkt "t1" wird ein Zündschalter auf EIN geschaltet. Daraufhin wird ein Selbststartermotor (nicht dargestellt) zum Starten des Motors eingeschaltet. Wie aus den beiden Diagrammen ersichtlich wird, stellen beide Batterien somit einen bestimmten Spannungsabfall von einem Zeitwert "Vs" für Motor AUS dar. Es ist zu beachten, dass dieser Zeitwert "Vs" für Motor AUS der Spannungswert ist, der auftritt, wenn sich der Motor im AUS-Zustand befindet.
Zum Zeitpunkt "t2" wird der Motor gestartet und der Generator beginnt einen elektrischen Strom zu erzeugen. Wie aus den beiden Diagrammen ersichtlich wird, beginnen sich beide Batterien aufzuladen und somit beginnt die Batteriespannung "V" anzusteigen.
Zum Zeitpunkt "t3" wird das Aufladen der herkömmlichen Batterie beendet und die Batteriespannung "V" stellt den maximalen Wert "Vmax" dar. Wie aus 17B ersichtlich, wird danach im Fall der herkömmlichen Batterie der Ladestrom zum Vermeiden einer Überlast bzw. Überladung reduziert.
Es ist zu beachten, dass im Fall der Batterieeinheit 10 die Batteriespannung "V" noch bis zum Zeitpunkt "t3" zunimmt. Das heißt, die Batterieeinheit 10 weist eine ausreichende Kapazität im Vergleich mit der herkömmlichen auf.
Zum Zeitpunkt "t4" endet das Aufladen der Batterieeinheit 10 und die Batteriespannung "V" stellt den maximalen Wert "Vmax" dar. Danach wird der Ladestrom reduziert.
Zum Zeitpunkt "t5" startet ein Lenkvorgang durch einen Fahrer und somit wird der Elektromotor 30 mit Strom versorgt, um die Lenkunterstützung zu starten. Infolge des Betriebs des Elektromotors 30 wird die Batteriespannung in sowohl der Batterieeinheit 10 als auch in der herkömmlichen Batterie reduziert.
Wie aus den beiden Diagrammen ersichtlich wird, ist jedoch der Reduzierungsgrad der Batteriespannung in der Batterieeinheit 10 im Vergleich mit der herkömmlichen Batterie klein. Das heißt, wie aus 17A ersichtlich, im Fall der Batterieeinheit 10 ist die reduzierte Batteriespannung höher als der Zeitwert "Vs" für Motor AUS. Während im Fall der herkömmlichen Batterie (siehe 17B) die reduzierte Batteriespannung kleiner als der Zeitwert "Vs" für Motor AUS ist.
Zum Zeitpunkt "t6" endet der Lenkvorgang durch den Fahrer und somit wird der Elektromotor 30 ausgeschaltet, und das Aufladen der Batterie durch den Generator erneut gestartet. Wie aus den Diagrammen ersichtlich, erreicht die Batteriespannung "V" in der Batterieeinheit 10 sofort den maximalen Wert "Vmax" nach dem Starten des Aufladens. Während in der herkömmlichen Batterie eine bestimmte Verzögerungszeit bis zum Erreichen des maximalen Werts "Vmax" auftritt.
Zum Zeitpunkt "t7" ist das Aufladen der Batterieeinheit 10 gesättigt und der Ladestrom wird reduziert. Jedoch ist im Fall der herkömmlichen Batterie das Aufladen der Batterie noch nicht gesättigt, und somit wird der Ladestrom nicht reduziert.
Zum Zeitpunkt "t8" ist das Laden der herkömmlichen Batterie gesättigt und der Ladestrom wird reduziert.
Zum Zeitpunkt "t9" werden die vom Zeitpunkt "t5" bis zum Zeitpunkt "t8" übernommenen Phänomene bzw. Vorgänge wiederholt.
Im Folgenden wird die Beschreibung mit der Hilfe von 18A und 18B für die Charakteristiken der Batterien in dem Fall vorgenommen, bei dem die Lenkunterstützung zum Anhalten des Motors wirksam ist. 18A stellt die Charakteristik der Batterieeinheit 10 und 18B die Charakteristik der herkömmlichen Batterie dar.
In den Diagrammen stellt "Vs" den Zeitwert für Motor AUS der Batteriespannung, und "Vmin" die minimale Spannung dar, die zum Antreiben des Motors 30 benötigt wird.
Zum Zeitpunkt "t11" startet ein Lenkvorgang durch einen Fahrer und somit wird der Elektromotor 30 mit Strom versorgt, um die Lenkunterstützung zu starten. Infolge des Betriebs des Elektromotors wird die Batteriespannung sowohl in der Batterieeinheit 10 als auch in der herkömmlichen Batterie reduziert.
Wie aus den beiden Diagrammen ersichtlich, ist jedoch der Reduzierungsgrad der Batteriespannung in der Batterieeinheit 10 im Vergleich mit der herkömmlichen Batterie klein, d.h., wie aus 18A ersichtlich, die reduzierte Batteriespannung ist im Fall der Batterieeinheit 10 höher als der minimale Wert "Vmin". Während die reduzierte Batteriespannung im Fall der herkömmlichen Batterie (siehe 18B) kleiner als der minimale Wert "Vmin" ist.
Das bedeutet, dass im Fall der herkömmlichen Batterie die Lenkunterstützung beim AUS-Zustand des Motors nicht erwartet wird. Während im Fall der Batterieeinheit 10 die Lenkunterstützung erreicht wird.
Gemäß 19 wird ein Diagramm dargestellt, das die Charakteristik eines Hochgeschwindigkeits-Niedrigdrehmoment-Elektromotors(HSLTEM) und dasjenige eines Niedriggeschwindigkeits-Hochdrehmoment-Elektromotors(LSHTEM) veranschaulicht. Wie im Diagramm dargestellt, wird eine höhere Effizienz im Fall des Hochgeschwindigkeits-Niedrigdrehmoment-Elektromotors erhalten, aber die Effizienz wird mit Zunahme des Drehmoments rapide verringert. Während eine Drehmomentveränderung im Fall des Niedriggeschwindigkeits-Hochdrehmoment-Elektromotors klein ist, aber die Effizienz gering. In der vorliegenden Erfindung wird der Hochgeschwindigkeits-Niedrigdrehmoment-Motortyp als Elektromotor 30 verwendet. Vorzugsweise wird in der Erfindung das Antreiben der Hydraulikpumpe 20 nur durch Verwendung des Betriebsbereichs mit hoher Drehzahl-hoher Wirkungsgrad des Motors 30 ausgeführt. Bei Anwendung dieses Bereichs neigt ein Spannungsabfall der Batterie dazu, die Drehzahl des Motors 30 zu beeinflussen. Weil jedoch die in der Erfindung verwendete Batterieeinheit 10 von einem Typ ist, der einen geringen Spannungsabfall aufweist, wird ein stabiler Betrieb des Motors 30 erreicht.
Im Folgenden werden die vorteilhaften Merkmale der Erfindung beschrieben.

(1) In der Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung wird eine Hydraulikpumpe 20 durch den Elektromotor 30 angetrieben, um eine hydraulische Flüssigkeit zum oder vom hydraulischen Kraftzylinder 6 zuzuführen oder abzugeben. Die Steuer/Regeleinheit 40 wird zum Steuern/Regeln des Stroms, der dem Elektromotor 30 zugeführt wird, verwendet. Als elektrische Stromquelle wird eine Batterieeinheit 10 verwendet, die eine Mehrzahl von Bleibatterien aufweist, wobei jede von einem spiralförmig gewickelten Typ ist. Die spiralförmig gewickelten Bleibatterien umfassen eine spiralförmig gewickelte positive Platte 110, eine spiralförmig gewickelte negative Platte 120 und eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte 130, die zwischen den positiven und negativen Platten 110 und 120 zwischengelegt ist. Diese spiralförmig gewickelten Platten 110, 120 und 130 sind konzentrisch im zylindrischen Batteriegehäuse 140 angeordnet, die mit einem Elektrolyten gefüllt ist. Wie oben beschrieben, stellt die Batterieeinheit 10 einen geringen Spannungsabfall dar und somit kann aus den oben genannten Gründen die Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung eine stabile und ausreichende Lenkhilfskraft erzeugen. Dieser Hilfskraftlenkungstyp ist auf verschiedene Motorfahrzeugtypen anwendbar, z.B. in einem Kleinmotorfahrzeug, das nur eine kleine Lenkhilfskraft benötigt, und in einem Fahrzeug mit groß ausgelegtem Motor, das eine große Lenkhilfskraft benötigt.
(2) In der Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung umfasst der verwendete Elektromotor 30 den Stator 310 und die Rotoreinheit 320. Der Stator 310 umfasst Eisenkerne 311, wobei jeder eine darum gewickelte Statorspule aufweist. Die Anschlussenden der Statorspulen 312 sind mit den festgelegten Bereichen der Verbindungsringe 313 verbunden, die mit den Stromkabeln 341 vom Leistungsmodul 410 verbunden sind. Die Rotoreinheit 320 umfasst die Ausgangswelle 321 und eine Mehrzahl von Magneten 322, die angeordnet sind, um die Ausgangswelle 321 zu umschließen. Mit dieser Anordnung kann der Elektromotor 30 mit größerem bzw. höherem Strom versorgt werden, um das Erzeugen einer größeren und ausreichenden Abgabe zu ermöglichen.
(3) Wegen der Verwendung der spiralförmig gewickelten Platten 110, 120 und 130 kann jede Bleibatterie 100 einen größeren Elektrostrom pro Volumeneinheit erzeugen.
(4) Im durch den Drei-Phasen-Wechselstrom, der durch das Leistungsmodul 410 erzeugt wird, angetriebenen Elektromotor 30 wird eine so genannte Dreieck-Schaltung bzw. -Verdrahtung zum Verbinden der Spulen 312 der Eisenkerne der U–, V– und W-Phasengruppen verwendet. Somit wird die Reduzierung der Größenordnung des Stators 310 erreicht.
(5) Die Steuer/Regeleinheit 40 umfasst das Leistungsmodul 410, das Steuermodul 420 und das Verbindungsmodul 430, die in der oben erwähnten Art angeordnet sind. Das Verbindungsmodul 430 umfasst Stromschienen B, die mit dem Leistungsmodul 410 verbunden sind, und Filter F1 und F2 und Kondensatoren C1 und C2, die mit den Stromschienen B verbunden sind. Die Verwendung der Stromschienen B ermöglicht das Anlegen eines hohen Gleichstroms von der Batterieeinheit 10 am Leistungsmodul 410.
(6) In der Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung werden erste und zweite Hydraulikleitungen 51 und 52 von der Hydraulikpumpe 20 jeweils zu den ersten und zweiten Arbeitskammern 61 und 62 des hydraulischen Kraftzylinders 6 geführt, und das elektromagnetische Schaltventil 50 ist zwischen den ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 angeordnet. Wenn in der Vorrichtung eine Störung auftritt, bewirkt die Steuer/Regeleinheit 40 beim elektromagnetischen Schaltventil, dass es seinen geöffneten Zustand einnimmt. Damit wird ein so genanntes manuelles Lenken durch einen Fahrer reibungslos ausgeführt.
(7) In der Hilfskraftlenkungsvorrichtung der Erfindung weist der hydraulische Kraftzylinder 6 zum Betreiben der Zahnstange 4, die mit den gelenkten vorderen Laufrädern FR und FL verbunden ist, erste und zweite Arbeitskammern 61 und 62 auf. Die ersten und zweiten Einlass/Auslassöffnungen 210 und 220 der Hydraulikpumpe 20 sind mit den ersten und zweiten Arbeitskammern 61 und 62 durch die ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 verbunden. Der Elektromotor 30 treibt die Hydraulikpumpe 20 an, um sie in beiden Richtungen zu drehen. Zwischen den ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 ist ein elektromagnetisches Schaltventil 50 angeordnet, das wahlweise eine direkte Verbindung zwischen den Leitungen 51 und 52 öffnet und schließt. Auf der Basis der Informationssignale von verschiedenen Erfassungsvorrichtungen steuert/regelt die Steuer/Regeleinheit 40 den Betrieb des Elektromotors 30 und des Schaltventils 50 in der oben erwähnten Weise. Zum Antreiben des Elektromotors 30 wird die Batterieeinheit 10 mit den Bleibatterien 100 vom spiralförmig gewickelten Typ verwendet. Somit wird ein Antriebsmoment, das durch den Elektromotor 30 erzeugt wird, zu den gelenkten vorderen Rädern FR und FL durch den hydraulischen Hilfsmechanismus übertragen. Somit wird in der Erfindung eine sicherere und größere Lenkhilfskraft erzeugt.
(8) Wie oben beschrieben wird das elektromagnetische Schaltventil 50 nach Ausfall der Hilfskraftlenkungsvorrichtung gezwungen, seine geöffnete Position einzunehmen, um direkt mit den ersten und zweiten Hydraulikleitungen 51 und 52 verbunden zu werden. Somit wird ein so genannter manueller Lenkvorgang durch den Fahrer leicht und sicher ausgeführt.
(9) Zum Zeitpunkt der Überprüfung der Hilfskraftlenkungsvorrichtung durch das Antreiben der Hydraulikpumpe 20, wird das Schaltventil 50 in seine offene Position gebracht. Somit wird die unerwünschte Lenkbewegung der gelenkten vorderen Räder FR und FL gegen den Willen des Fahrers unterdrückt.
(10) Infolge der Festlegung bzw. Bereitstellung des Erfassungssperrbereichs 423a des anormalen Zustands in der Steuer/Regeleinheit 40 wird der überhöhte Spannungsabfall der Batterieeinheit 10 unterdrückt und gleichzeitig die Fehldiagnose für den Elektromotor 30 durch den Erfassungsbereich 423 des anormalen Zustands unterdrückt.
(11) Wegen der Verwendung der Bleibatterien 100 vom spiralförmig gewickelten Typ für die Batterieeinheit 10 wird der Betrieb der Hilfskraftlenkungsvorrichtung sogar im AUS-Zustand des Motors erwartet. Auch wenn sich der Generator, wie zu einem Zeitpunkt direkt nach dem Motorstart, nicht in dem Zustand befindet, um eine ausreichende Strommenge zu erzeugen, kann die Batterieeinheit 10 den Elektromotor 30 ausreichend betreiben und somit die Hilfskraftlenkungsvorrichtung betreiben.
(12) Infolge der Festlegung des Erfassungsbereichs 421 des Motorbetriebszustandes in der Steuer/Regeleinheit 40 wird der dem Elektromotor 30 zuzuführende Zielstromwert "It" reduziert, wenn sich der Motor im AUS-Zustand befindet. Damit wird der überhöhte Spannungsabfall der Batterieeinheit 10 unterdrückt.
(13) Infolge der Festlegung des Erfassungsbereichs 421 des Motorbetriebszustands und des Alarmsteuerbereichs 422 in der Steuer/Regeleinheit 40, wird die Warnlampe 8 eingeschaltet, wenn ein Lenkvorgang beim AUS-Zustand des Motors durch einen Fahrer ausgeführt wird.
(14) Infolge der Festlegung des Lenksteuerungs-Sperrbereichs 424a in der Steuer/Regeleinheit 40 wird der unerwünschte Lenkvorgang durch den Fahrer beim AUS-Zustand des Motors unterdrückt.
(15) Infolge der Festlegung des Lenksteuerungs-Sperrbereichs 424a wird der dem Elektromotor 30 zugeführte Zielstromwert "It" stufenweise reduziert, wenn die Batteriespannung "V" einen Wert aufweist, der niedriger als der vorbestimmte untere wert "Va" ist. Damit kann die Hilfskraftunterstützung reibungslos ohne Minderung des Lenkgefühls, das der Fahrer erfährt, beendet werden.

Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung 2005-290069, eingereicht am 03. Oktober 2005, wird hiermit durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt folgender Anmeldung gemacht.
Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese besonderen Ausführungsformen begrenzt. Abänderungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre. Sie werden durch die folgenden Ansprüche definiert.
Zusammenfassend kann Folgendes festgehalten werden:
Ein Hilfskraftmechanismus wird vorgesehen, der den Betrieb eines Lenkmechanismus unterstützt, wenn eine unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit angelegt wird. Eine Hydraulikpumpe 20 führt dem Hilfskraftmechanismus die unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit zu, wenn angetrieben wird. Ein Elektromotor 30 treibt die Hydraulikpumpe 20 an. Eine Batterieeinheit 10 ist zur Stromversorgung des Elektromotors 30 vorgesehen. Eine Steuer/Regeleinheit 40 ist zum Steuern/Regeln des elektrischen Stroms von der Batterieeinheit 10 zum Elektromotor 30 vorgesehen. Die Batterieeinheit 10 weist eine Mehrzahl von Bleibatterien 100 auf, die in Reihe geschaltet sind. Jede Bleibatterie 100 weist eine spiralförmig gewickelte positive Platte 110, eine spiralförmig gewickelte negative Platte 120, eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte 130, die spiralförmig gewickelt und zwischen den positiven und negativen Platten 110, 120 angeordnet ist, ein zylindrisches Gehäuse 140, in dem die spiralförmig gewickelten positiven, negativen und Isolierplatten 110, 120, 130 aufgenommen sind, und einen Elektrolyten, der im Batteriegehäuse 140 angeordnet ist, auf.

1: Lenkrad
2: Welle
3: Zahnrad
4: Zahnstange
6: Hydraulischer Kraftzylinder
7: Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
8: Warnlampe
9: Spannungserfassungsbereich
10: Batterieeinheit
11, 12: Anschluss
13: Verbindungs- bzw. Anschlussstück
20: Reversible Hydraulikpumpe
21: Erstes Gehäuse
21a: Ebene obere Fläche
23: zweites Gehäuse
22a: ebene untere Fläche
23: Außenrotor
23a: inneres Zahnrad
24: Innenrotor
24a: äußeres Zahnrad
25: Nockenring
26: Antriebswelle
27: Volumen-veränderliche Arbeitskammer
28: Vorratstank
30: elektrischer Drei-Phasen-Motor
40: Steuer/Regeleinheit
50: elektromagnetisches Schaltventil
50a: Körper
50b: Leitung
50c: Ventilkopfelement
50d: Schrauben- bzw. Spiralfeder
50e: Ventilstossstange oder Stößelstange (Ankerstange)
50f: Spule
51: erste Hydraulikleitung
52: zweite Hydraulikleitung
53: dritte Hydraulikleitung
54: vierte Hydraulikleitung
55: Rücklauf- bzw. Rückführleitung
55a: Absperrventil bzw. Rückschlagventil
60: Kolbenventil
61: erste Arbeitskammer
62: zweite Arbeitskammer
63: Kolben
100: Bleibatterie
101: positiver Anschluss
102: negativer Anschluss
103: Einlassöffnung
104: Deckel
110, 120, 130: spiralförmig gewickelte Platten
110: positive Platte
120: negative Platte
130: Isolierplatte
140: zylindrisches Batteriegehäuse
150: Drähte
210: erste Einlass/Auslassöffnung
220: zweite Einlass/Auslassöffnung
230: erste Zuführöffnung
240: zweite Zuführöffnung
231: Leitung
241: Leitung
231a: Absperrventil
243a: Absperrventil
310: Stator
311: Eisenkern
312: Statorspule
313: Anschluss-Verbindungsring
320: Rotoreinheit
321: Ausgangswelle
322: Magnet
330: Rotationslagesensor bzw. Rotationsstellungssensor(RPS)
341: Stromkabel
342: Kabel
410: Leistungsmodul
420: Steuer- bzw. Regelmodul
421: Erfassungsbereich des Motorbetriebszustandes
422: Alarmsteuer- bzw. Alarmregelbereich
423: Erfassungsbereich des anormalen Zustands
423a: Erfassungssperrbereich des anormalen Zustands
424: Stromentscheidungs- bzw. Strombestimmungsbereich
424a: Lenksteuerungs-Sperrbereich
425: Drei-Phasen-Strom-Invertierungsbereich
430: Verbindungsmodul

Claims

Hilfskraftlenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, das ein Lenkrad (1) und gelenkte Laufräder aufweist, die Folgendes umfasst: – einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung des Lenkrades (1) auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeugs übertragen wird; – einen Hilfskraftmechanismus, der den Betrieb des Lenkmechanismus bei Anlegen einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit unterstützt; – eine Hydraulikpumpe (20), die dem Hilfskraftmechanismus die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zuführt, wenn sie angetrieben wird; – einen Elektromotor (30), der die Hydraulikpumpe (20) antreibt, wenn er mit Strom versorgt wird; – eine Batterieeinheit (10), die einen elektrischen Strom zur Stromversorgung des Elektromotors (30) erzeugt; – ein Sensorelement, das sowohl ein auf den Lenkmechanismus durch das Lenkrad (1) aufgebrachte Drehmoment als auch eine Richtung erfasst, in die das Lenkrad (1) gedreht wird; und – eine Steuer/Regeleinheit (40), die den Betrieb des Elektromotors (30) steuert/regelt, wobei die Steuer/Regeleinheit (40) den elektrischen Strom, der von der Batterieeinheit (10) dem Elektromotor (30) gemäß des Drehmoments und der durch den Sensor erfassten Richtung zugeführt wird, steuert/regelt; – wobei die Batterieeinheit (10) eine Mehrzahl von Bleibatterien (100) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei jede Bleibatterie (100) eine spiralförmig gewickelte positive Platte (110), eine spiralförmig gewickelte negative Platte (120), eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte (130), die spiralförmig gewickelt und zwischen den positiven und negativen Platten (110, 120) angeordnet ist, ein zylindrisches Batteriegehäuse (140), das darin die spiralförmig gewickelten positiven, negativen und Isolierplatten (110, 120, 130) aufnimmt, und einen Elektrolyten, der im zylindrischen Batteriegehäuse (140) angeordnet ist, aufweist.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, in dem die spiralförmig gewickelte positive Platte (110) von jeder Bleibatterie (100) einen Bereich von ungefähr 1500 bis 15000 cm² aufweist.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, in dem die Anzahl der Bleibatterien (100) so bestimmt ist, um bei der Batterieeinheit (10) das Erzeugen eines elektrischen Stroms von 14 Volt-Spannung zu bewirken.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, in der die Anzahl der Bleibatterien (100) so bestimmt ist, um bei der Batterieeinheit (10) zu bewirken, dass eine Spannung, die größer als 12 V ist, beizubehalten, auch wenn eine elektrische Entladung im Ausmaß von 100 A stattfindet.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, in der die Steuer/Regeleinheit (40) Folgendes aufweist: – ein Leistungsmodul (410), das als Wechselrichter dient und eine Mehrzahl von Halbleiter-Schaltelementen umfasst; – ein Steuermodul (420), das das Leistungsmodul (410) steuert/regelt; und – ein Verbindungsmodul (430), das mit dem Leistungsmodul (410) elektrisch verbunden ist, – wobei das Verbindungsmodul (430) Stromschienen umfasst, die mit dem Leistungsmodul (410) verbunden, und Schaltkreisteile, die mit den Stromschienen verbunden sind, – wobei die Stromschienen aus einem Teil eines Schaltkreises bestehen, durch den ein durch die Batterieeinheit (10) erzeugter elektrischer Gleichstrom zum Leistungsmodul (410) übertragen wird; – wobei die Schaltkreisteile Filter und Kondensatoren sind; und – wobei die Filter und Kondensatoren Anschlüsse aufweisen, die mit den Stromschienen durch Verschweißung verbunden sind.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, in der der Hilfskraftmechanismus Folgendes aufweist: – beweglichen Kolben (63), durch den das Innere des Zylinders in eine erste und zweite Arbeitskammer (61, 62) geteilt wird, die mit den ersten und zweiten Einlass/Auslassöffnungen (210, 220) der Hydraulikpumpe (20) über ein Paar von Hydraulikleitungen (51, 52, 53, 54) jeweils verbunden sind; – eine Zahnstange, die mit dem Kolben (63) verbunden ist, um ich damit zu bewegen, wobei die Zahnstange (4) mit den gelenkten Laufrädern verbunden ist und mit einem durch das Lenkrad (1) gedrehtes Zahnrad in Eingriff ist; – eine hydraulische Bypass-Leitung, die sich zwischen dem Paar von Hydraulikleitungen (51, 52, 53, 54) erstreckt; und – ein Schaltventil (50), das in der hydraulischen Bypass-Leitung angeordnet ist, wobei das Schaltventil nach Empfang eines den anormalen Zustand darstellenden Signals von der Steuer/Regeleinheit (40) geöffnet wird.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, das ein Lenkrad (1) und gelenkte Laufräder aufweist, die Folgendes umfasst: – einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung des Lenkrades (1) auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeugs übertragen wird; – einen hydraulischen Kraftzylinder (6) mit darin definierten ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62), wobei der Kraftzylinder (6) die Betätigung des Lenkmechanismus bestimmt, wenn eine unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit in einer der ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62) aufgenommen wird; – eine reversible Hydraulikpumpe (20), die erste und zweite Einlass/Auslassöffnungen (210, 220) aufweist, die mit den ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62) des hydraulischen Kraftzylinders (6) jeweils verbunden sind, wobei die reversible Hydraulikpumpe (20) eine von den ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62) mit der unter Druck gesetzten hydraulischen Flüssigkeit versorgt, wenn sie entweder in die normale oder umgekehrte Richtung gedreht wird; – einen Drei-Phasen-Motor, der die reversible Hydraulikpumpe (20) antreibt, wenn er durch einen elektrischen Drei-Phasen-Wechselstrom versorgt wird; – eine Batterieeinheit (10), die einen elektrischen Gleichstrom erzeugt; – ein Sensorelement, das sowohl ein auf den Lenkmechanismus durch das Lenkrad (1) aufgebrachtes Drehmoment als auch eine Richtung erfasst, in die das Lenkrad (1) gedreht wird; und – eine Steuer/Regeleinheit (40), die durch den elektrischen Strom versorgt wird und die den Betrieb des Drei-Phasen-Elektromotors (30) steuert/regelt, – wobei die Steuer/Regeleinheit (40) einen Bereich umfasst, der den elektrischen Gleichstrom von der Batterieeinheit (10) in einen elektrischen Drei-Phasen-Wechselstrom umkehrt, der dem Elektromotor (30) zugeführt wird, und einen Bereich aufweist, der den elektrischen Strom von der Batterieeinheit (10) zum Elektromo for (30) gemäß des Drehmoments und der Richtung, die durch das Sensorelement erfasst wird, steuert/regelt.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, in der der Elektromotor (30) einen Stator (310), eine Rotoreinheit (320), die im Stator (310) drehbeweglich angeordnet ist, und drei Anschluss-Verbindungsringe (313) aufweist, wobei der Stator (310) eine Mehrzahl von Eisenkernen (311) umfasst, wobei jeder eine darauf gewickelte Statorspule (312) aufweist, wobei die Anschlussenden der Statorspulen (312) mit den festgelegten Bereichen der drei Anschluss-Verbindungsringe (313) verbunden sind.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, in der die drei Anschluss-Verbindungsringe (313) konzentrisch an einem axialen Endbereich des Elektromotors (30) angeordnet sind und mit dem elektrischen Drei-Phasen-Wechselstrom versorgt werden.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, in der die Batterieeinheit (10) eine Mehrzahl von Bleibatterien (100), die in Reihe geschaltet sind, wobei jede Bleibatterie eine spiralförmig gewickelte positive Platte (110), eine spiralförmig gewickelte negative Platte (120), eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte (130), die spiralförmig gewickelt und zwischen den positiven und negativen Platten (110, 120) angeordnet ist, umfasst, ein zylindrisches Batteriegehäuse (140), das darin die spiralförmig gewickelten positiven, negativen und Isolierplatten (110, 120, 130) aufnimmt und einen Elektrolyten, der im zylindrischen Batteriegehäuse (140) angeordnet ist, aufweist.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, das ein Lenkrad (1) und gelenkte Laufräder aufweist, die Folgendes umfasst: – einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung des Lenkrades (1) auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeugs übertragen wird; – einen Lenkmechanismus, durch den die Drehung des Lenkrades (1) auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeugs übertragen wird; – einen hydraulischen Kraftzylinder (6) mit darin definierten ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62), wobei der Kraftzylinder (6) die Betätigung des Lenkmechanismus bestimmt, wenn eine unter Druck gesetzte hydraulische Flüssigkeit in einer der ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62) aufgenommen wird; – eine reversible Hydraulikpumpe (20), die erste und zweite Einlass/Auslassöffnungen (210, 220) aufweist, die mit den ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62) des hydraulischen Kraftzylinders (6) jeweils verbunden sind, wobei die reversible Hydraulikpumpe (20) eine von den ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62) mit der unter Druck gesetzten hydraulischen Flüssigkeit versorgt, wenn sie entweder in die normale oder umgekehrte Richtung gedreht wird; – einen Elektromotor (30), der die reversible Hydraulikpumpe (20) in die normale und umgekehrte Richtung dreht; – eine Batterieeinheit (10) mit einer Mehrzahl von Bleibatterien (100), die in Reihe geschaltet sind, wobei jede Bleibatterie (100) eine spiralförmig gewickelte positive Platte (110), eine spiralförmig gewickelte negative Platte (120), eine spiralförmig gewickelte Isolierplatte (130), die spiralförmig gewickelt und zwischen den positiven und negativen Platten (110, 120) angeordnet ist, ein Batteriegehäuse (140), das darin die spiralförmig gewickelten positiven, negativen und Isolierplatten (110, 120, 130) aufnimmt, und einen Elektrolyten, der im Batteriegehäuse (140) angeordnet ist, aufweist; – ein Leistungsmodul (410), das einen elektrischen Strom steuert/regelt, der durch die Batterieeinheit (10) erzeugt wird, und dem Elektromotor (30) zugeführt wird; – einen Lenklast-Erfassungsbereich, der eine Lenklast erfasst, die auf den Lenkmechanismus durch das Lenkrad (1) aufgebracht wird; und – ein Steuermodul (24), das das Leistungsmodul (410) gemäß der durch den Lenklast-Erfassungsbereich erfassten Lenklast steuert/regelt.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, die ferner Folgendes aufweist: – einen Erfassungsbereich des anormalen Zustands (423), der den Elektromotor (30) unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit der Lenklast antreibt und erfasst, ob die Hilfskraftlenkungsvorrichtung eine Störung aufweist oder nicht, die auf einem Betriebszustand des Elektromotors (30) basiert; und – eine Bypass-Vorrichtung, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den ersten und zweiten Arbeitskammern (61, 62) während der Zeit vorsieht, wenn der Erfassungsbereich des anormalen Zustands 423) den Elektromotor (30) antreibt.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, die ferner Folgendes aufweist: – einen Spannungserfassungsbereich (9), der die Spannung der Batterieeinheit (10) erfasst; und – einen Erfassungssperrbereich des anormalen Zustands (423a), der den Betrieb des Erfassungsbereichs des anormalen Zustands (423) sperrt, wenn die Spannung der Batterieeinheit (10) kleiner als ein vorbestimmtes Niveau ist.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, in der das Steuermodul (420) die Lenkunterstützung des hydraulischen Kraftzylinders (6) ausführt, auch wenn sich der Motor in seinem AUS-Zustand befindet.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, die ferner einen Erfassungsbereich des Motorbetriebszustands (421) aufweist, der den EIN- oder AUS-Zustand des Motors erfasst, – wobei das Steuermodul (420), wenn der Erfassungsbereich des Motorbetriebszustands (421) den AUS-Zustand des Motors erfasst, den Strom, der dem Elektromotor (30) zugeführt wird, auf ein Niveau reduziert, das niedriger ist als das Niveau, das dem Elektromotor (30) zugeführt wird, wenn sich der Motor in seinem EIN-Zustand befindet.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, die ferner Folgendes aufweist: – einen Erfassungsbereich des Motorbetriebszustands (421), der den EIN- oder AUS-Zustand des Motors erfasst; – eine Alarmvorrichtung, die einen visuellen oder akustischen Alarm erzeugt, wenn sie aktiviert ist; – einen Alarmsteuerbereich (422), der die Alarmvorrichtung aktiviert, wenn der Erfassungsbereich des Motorbetriebszustands (421) den AUS-Zustand des Motors erfasst und ein Lenkvorgang durch den Lenkmechanismus ausgeführt wird.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, die ferner Folgendes aufweist: – einen Erfassungsbereich des Motorbetriebszustands (421), der den EIN- oder AUS-Zustand des Motors erfasst; – einen Spannungserfassungsbereich (9), der die Spannung der Batterieeinheit (10) erfasst; und – einen Lenksteuerungs-Sperrbereich (424a), der den Betrieb des Elektromotors (30) sperrt, wenn der Erfassungsbereich des Motorbetriebszustands (421) den AUS- Zustand des Motors erfasst und der Spannungserfassungsbereich (9) erfasst, dass die Spannung der Batterieeinheit (10) kleiner als ein vorbestimmtes Niveau ist.
Hilfskraftlenkungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, in der der Lenksteuerungs-Sperrbereich (424a) wirkt, um das Niveau des Stroms, der dem Motor (30) zugeführt wird, stufenweise zu reduzieren, wenn die Spannung der Batterieeinheit (10) kleiner als ein vorbestimmtes Niveau ist.