DE69019276T2 - Servolenkeinrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkvorrichtung, die ein hydraulisches Betätigungselement als Lenkhilfskraftquelle verwendet.
• Bislang fand eine hydraulische Servolenkvorrichtung, die die zum Lenken erforderliche Kraft durch Hydraulikdruck unterstützt, nicht nur bei großen Fahrzeugen wie Lastwagen oder Autobus sen, sondern auch bei kleinen Fahrzeugen wie gewöhnlichen Personenwagen verbreitet Verwendung.
• Bei der Servolenkvorrichtung ist ein hydraulisches Betätigungselement wie ein Hydraulikzylinder in einem Lenkmechanismus zum Umwandeln der Drehung eines Lenkrades in Lenkbewegung und ein Hydrauliksteuerventil zur Durchführung von Hydraulikbeaufschlagung entsprechend der Betätigung des Lenkrades in der Mitte einer Hydraulikzufuhrstrecke zu dem Hydraulikzylinder angeordnet. Der Hydraulikzylinder erzeugt Lenkhilfskraft durch Hydraulikdruck, der durch das Hydrauliksteuerventil zugeführt wird, so daß die Lenkhilfskraft die Lenkbewegung unterstützt, wodurch die zur Betätigung des Lenkrades erforderliche Kraft zum Lenken des Fahrzeuges reduziert ist. Der Modus der Anordnung des Hydraulikzylinders zur Lenkunterstützung ist je nach Art des Lenkmechanismus verschieden. Es gibt den sogenannten Kugelumlauf spindellenkmechanismus, der die Drehung des Lenkrades in eine Axialbewegung einer Kugelmutter umsetzt, die über ein Kugelumlauf spindelgewinde auf einer mit dem Lenkrad verbundenen Welle schraubbar ist, sowie auch die Drehung eines Zahnsegmentes, welches mit einer axial an der Außenseite der Kugelmutter verlaufenden Zahnstange kämmt und die Räder des Fahrzeugs über einen geeigneten Verbindungsmechanismus lenkt. Der Hydraulikzylinder zur Lenkunterstützung bei einem derartigen Lenkmechanismus verwendet häufig die Kugelmutter als Kolben. In diesem Fall wird die Wirkung des Hydraulikzylinders über eine Wirkungsumwandlungseinrichtung, die die Zahnstange und das Zahnsegment umfaßt, in Lenkbewegung umgewandelt.
• Bei einem Fahrzeug, das mit einer derartigen Servolenkvorrichtung versehen ist, wird das Lenken mit einer Kraft durchgeführt, die resultiert aus einer manuellen Kraft Wr, die durch direktes Umwandeln eines Lenkdrehmoments, das von einem Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, und einer Lenkhilfskraft Ws, die durch den Hydraulikzylinder entsprechend dem Lenkdrehmoment erzeugt wird, wobei die Gesamtresultierende W in folgender Gleichung gegeben wird:
• W = Wr + Ws ... (1)
• Bei dem mit einem Kugelumlaufspindellenkmechanismus versehenen Fahrzeug erhält man die manuelle Kraft Wr in der Gleichung (I) aus einem auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkdrehmoment Tr, einem Modul m des Zahnsegmentes, der Anzahl Z der Zähne des Zahnsegmentes und der Steigung p eines Kugelumlauf spindelgewindes nach folgender Gleichung:
• Die Lenkhilfskraft Ws wird aus dem Beaufschlagungshydraulikdruck Pm zu dem Hydraulikzylinder, einer Zylinderfläche A (Querschnittsfläche der Kugelmutter) und dem Modul und der Anzahl Z der Zähne nach folgender Gleichung erzielt:
• Das Lenken eines Autos wird entgegen der auf die Räder einwirkenden Straßenreaktionskraft ausgeführt. Da die Größe der Straßenreaktionskraft von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, kann, obwohl zum Lenken beim Anhalten und Fahren mit geringer Geschwindigkeit eine große Gesamtresultierende W erforderlich ist, das Lenken beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit mit einer relativ geringen Gesamtresultierenden W ausgeführt werden. Demgemäß ist bei der oben erwähnten Servolenkvorrichtung die Erzeugung einer relativ großen Lenkhilf skraft Ws erforderlich, um das auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment so stark wie möglich zu reduzieren, um die manuelle Kraft Wr zu erhalten. Andererseits wird, wenn beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit eine äquivalente Lenkhilfskraft Ws erzeugt wird, das Lenken durch eine auf das Lenkrad aufgebrachte geringe Kraft ausgeführt, wodurch ein Nachteil dahingehend entsteht, daß die Fahrsicherheit beeinträchtigt ist. Es ist daher erforderlich, beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit eine Lenkhilfskraft Ws zu erzeugen, die so gering wie möglich ist.
• Um dieser Forderung nachzukommen, sind bisher verschiedene Vorschläge gemacht worden. Eine Servolenkvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in JP-A-61105273 oder in JP-A- 61132466 offenbart. Sie ist an einem Hydrauliksteuerventil zum Beaufschlagen des Hydraulikzylinders mit Hydraulikdruck mit einer Hydraulikreaktionskrafteinheit versehen, die in diesen einen der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Hydraulikdruck einleitet, so daß eine dem Hydraulikdruck entsprechende Hydraulikreaktionskraft erzeugt wird, wodurch die Wirkung des Hydrauliksteuerventils durch die Reaktionskraft eingeschränkt wird. Daher dient die Hydraulikreaktionskrafteinheit dazu, das Beaufschlagen des Hydraulikzylinders mit Hydraulikdruck entsprechend einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu behindern, wodurch der Hydraulikdruck (Pm in Gleichung (3)), mit dem der Hydraulikzylinder beaufschlagt wird, reduziert wird. Infolgedessen nimmt die Lenkhilfskraft Ws bei Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Demnach wird während des Fahrens mit hoher Geschwindigkeit der Großteil der Gesamtresultierenden W, die zum Lenken erforderlich ist, durch Betätigung des Lenkrades von der manuellen Kraft Wr gestellt, und das Lenkrad erhält die angemessene Starrheit. Andererseits wird während des Anhaltens und des Fahrens mit geringer Geschwindigkeit der Großteil der größeren Gesamtresultierenden W zum Lenken von der größeren Lenkhilfskraft Ws gestellt, die von dem Hydraulikzylinder erzeugt wird, wodurch das Reduzieren der manuellen Kraft Wr möglich ist.
• Beispielsweise ist an der Austrittsseite einer Hydraulikpumpe zur Erzeugung des konstanten Drucks ein Öldurchlaß ausgebildet, der über ein bewegbares Drosselteil und ein feststehendes Drosselteil mit einer Niederdruckquelle verbunden ist, um den Öffnungsgrad des bewegbaren Drosselteils entsprechend der Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu verändern, wodurch der Hydraulikdruck, der in die Hydraulikreaktionskrafteinheit eingeleitet wird und der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, zwischen den beiden Drosselteilen zu erzielen ist. Wie in der Japanischen Gebrauchsmusteranmeldungsveröffentlichung Nr. Sho 60-38219 von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung offenbart, ist es möglich, der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Hydraulikdruck durch Verwendung einer Fahrzeuggeschwindigkeitssensorpumpe zu erzielen, die in Verbindung mit einer Abtriebswelle eines Vorgeleges gekoppelt und mit der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechender Geschwindigkeit angetrieben wird.
• Bisher wurde zur Veränderung der Lenkkraft abhängig von der Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit eine ausreichende Gegenmaßnahme in der Form getroffen, daß die Hydraulikreaktionskrafteinheit zusammen mit dem Hydrauliksteuerventil vorgesehen ist. Jedoch wurde für obiges Problem mit der herkömmlichen Servolenkvorrichtung keine Abhilfe geschaffen, obwohl bekannt ist, daß die zum Lenken des Fahrzeugs erforderliche Kraft mit einer Vergrößerung des Lenkwinkels zunimmt. Dementsprechend wird keine ausreichende Lenkhilfskraft Ws erzeugt, wenn eine starke Lenkradbetätigung wiederholt werden muß, um das Auto in eine Garage einzuparken oder es in Querrichtung zu bewegen, wodurch der Nachteil entsteht, daß die Betätigung des Lenkrades starke Anstrengung erfordert.
• Die zur Lenkunterstützung von dem Hydraulikzylinder erzeugte Lenkhilfskraft Ws ist durch Gleichung (3) angegeben, wonach der Beaufschlagungshydraulikdruck PM auf den Hydraulikzylinder oder die Zylinderfläche A erhöht werden kann, so daß bei Ws eine Zunahme zu erwarten ist. Wenn der Beaufschlagungshydraulikdruck Pm und die Zylinderfläche A unter Berücksichtigung der Erzeugung einer ausreichenden Lenkhilfskraft Ws bei einem großen Lenkwinkel eingestellt sind, sind jedoch eine großformatige Hydraulikpumpe als Quelle zur Erzeugung von Hydraulikdruck, eine Zunahme beim Energieverbrauch der Hydraulikpumpe und eine insgesamt großformatige Vorrichtung notwendig. Demnach ist es keine echte Lösung, zur Gewährleistung der Lenkhilfskraft Ws bei einem großen Lenkwinkel Pm oder A zu erhöhen.
• DE-A-35 32 249 offenbart eine Servolenkvorrichtung mit einem eine Hilfskraft für die Betätigung eines Lenkrads liefernden hydraulischen Betätigungselement, die sowohl die Hilfskraft des hydraulischen Betätigungselementes als auch ein auf das Lenkrad ausgeübtes Drehmoment in eine auf die Räder eines Wagens aufgebrachte Lenkbewegung umwandelt. Die von dem hydraulischen Betätigungselement gelieferte Hilfskraft ist entsprechend den Parametern Wagengeschwindigkeit, Lenkdrehmoment und Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads veränderbar. Ein Programm steuert die Druckbeaufschlagung des hydraulischen Betätigungselementes entsprechend erstellten Kurven in Abhängigkeit von den Parametern. Auf diese Weise ist es möglich, die Hilfskraft der Servolenkvorrichtung so zu beeinflussen, daß sie bei geringen Drehmomenten oder hoher Geschwindigkeit reduziert ist und bei größeren Drehmomenten oder geringerer Geschwindigkeit verstärkt ist. Die Hilfskraft nimmt nichtlinear zu. Daher ist zur Veränderung der Intensität der Betätigung des hydraulischen Betätigungselementes eine große Leistungskapazität erforderlich.
• WO-A-8801959 offenbart eine Servolenkvorrichtung mit einem hydraulischen Betätigungselement, das eine Hilfskraft zu dem Drehmoment eines Lenkrades eines Wagens liefert. Das von Hand auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment wird zu einem Mutterteil übertragen, das von einer Abtriebswelle bewegt wird, welche mit einer Antriebswelle verbunden ist, die von dem Lenkrad gedreht wird. Entlang des Mutterteils ist eine Zahnstange zum Zusammenwirken mit einem Zahnsegment vorgesehen, das mit den Rädern des Wagens verbunden ist. Die Servolenkvorrichtung weist ein Ventilgehäuse auf, das einstückig an die Abtriebswelle angeformt ist, welche einen Drehventilkörper trägt, wodurch die Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammern, die die Kraft auf das Betätigungselement aufbringen, gesteuert wird. Infolgedessen nimmt die Hilfskraft entsprechend dem zunehmenden Lenkwinkel und außerdem entsprechend der Geschwindigkeit des Wagens nichtlinear zu. Das Zahnsegment wandelt die Verschiebungsbewegung des Betätigungselementes linear in eine drehende Lenkbewegung der Räder um.
• Aus "J. Reimpel, Fahrwerktechnik: Lenkung, Vogel-Buchverlag, DEWürzburg, 1984" ist eine Servolenkvorrichtung des Mercedes 190 bekannt. Diese Servolenkvorrichtung weist ein drehbares Zahnsegment mit sich verändernder Teilung auf, das mit einer Zahnstange einer Lenkvorrichtung zum Umwandeln der Wirkung der Zahnstange in eine Lenkbewegung der Räder eines Fahrzeuges zusammengreift, und zwar abhängig vom Lenkwinkel eines Lenkrades. Die von dem Zahnsegment übertragene Hilfskraft ist nichtlinear.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Servolenkvorrichtung mit einer Hydraulikreaktionskrafteinheit zu schaffen, die bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit eine zunehmende Lenkhilfskraft erzeugt, wenn der Lenkwinkel zunimmt, ohne die Kapazität des hydraulischen Betätigungselementes oder den Hydraulikdruck zu steigern.
• Die Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert.
• Diese Servolenkvorrichtung kann eine große Lenkhilfskraft erzeugen, ohne eine Zylinderfläche an dem Hydraulikzylinder zur Unterstützung des Lenkvorgangs zu vergrößern oder eine Beaufschlagung mit hohem Hydraulikdruck vorzunehmen, wenn der Lenkwinkel groß ist, und sie verringert die Mühe beim Einparken eines Wagens in eine Garage oder bei dessen Bewegung in Querrichtung.
• Wenn die Wirkung des hydraulischen Betätigungselementes in Lenkbewegung umgewandelt wird, wird die Größe der Lenkbewegung reduziert, wenn die Bewegung zum Ende des Drehbereiches des Lenkrades führt, d.h. wenn der Lenkwinkel zunimmt. Folglich nimmt die durch Umwandeln der Kraft des hydraulischen Betätigungselementes in die Lenkbewegung erhaltene Lenkhilfskraft entsprechend einer Vergrößerung des Lenkwinkels zu.
• Die obigen und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen, welche zeigen:
• Fig. 1 eine längsgeschnittene Ansicht eines Hauptteils einer Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Zahnprof ils eines in der Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Zahnsegmentes, und
• Fig. 3 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen einem Lenkwinkel und der Lenkhilfskraft bei der Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
• In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 eine Antriebswelle und 3 eine Abtriebswelle, welche in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse 1 gelagert und koaxial drehbar sind. An den aneinanderstoßenden Enden der Abtriebswelle 2 und der Antriebswelle 2 ist ein Zylinder 30 vorgesehen. Wie gezeigt, ist die hohle Antriebswelle 2 ins Innere des Zylinders 30 eingeschoben und an einem axialen Ende von einer Lagerbuchse, die fest in dem Zylinder 30 eingesetzt ist, gestützt. Die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 sind durch eine Torsionsstange 4, die ins Innere des hohlen Teils der Antriebswelle 2 eingesetzt und an beiden axialen Enden durch Bolzen mit beiden Wellen 2 und 3 gekoppelt und durch Preßsitz daran fixiert ist, koaxial miteinander verbunden. Ein oberes Ende < das rechte Ende in der Zeichnung) der Antriebswelle 2, das aus dem Gehäuse 1 herausragt, ist mit einem (nicht dargestellten) Lenkrad verbunden, wobei die Antriebswelle 2 und die damit über die Torsionsstange 4 verbundene Abtriebswelle 3 sich gemäß der Drehung des Lenkrades bewegen.
• Unter dem Gehäuse 1 ist ein mit einem Boden versehenes Zylindergehäuse 5 befestigt, in dem ein Mutterteil 6, das an seinem Innenumfang das Gewinde der Kugelumlaufspindel bildet, axial gleitend verschiebbar untergebracht ist. Eine untere Hälfte der Abtriebswelle 3, die in das Zylindergehäuse 5 absteht, ist ein Schraubengewindeschaft, der an seinem Außenumfang im Bereich einer vorbestimmten Länge mit einem Kugelumlaufspindelgewinde, das dem Kugelumlaufspindelgewinde am Innenumfang des Mutterteils 6 entspricht, versehen ist und mit diesem über eine große Anzahl von Kugeln 7 verschraubt ist. In dem Zylindergehäuse 5 ist ein Zahnsegment 8 angeordnet, das um die senkrecht zu der Abtriebswelle 3 und dem Mutterteil 6 verlaufende Achse drehbar ist, wobei das Zahnsegment 8 mit einer Zahnstange 60 zusammengreift, die an der Außenseite des Mutterteils 6 in einer vorbestimmten Axiallänge ausgebildet ist. Eine Drehwelle des Zahnsegmentes 8 ist über einen (nicht dargestellten) Lenkerhebel außerhalb des Zylindergehäuses 5 mit einem Lenkermechanismus zum Lenken verbunden. Die Drehung der Abtriebswelle 3 in Reaktion auf die Drehung des Lenkrades wird durch das Kugelumlaufspindelgewinde in eine axiale Verschiebebewegung des Mutterteils 6 umgewandelt, wobei die Verschiebebewegung in eine Drehung des Zahnsegments 8 umgewandelt wird, das mit der Zahnstange 60 zusammengreifen kann, wodurch ein dem Drehen des Lenkrades entsprechendes Lenken durchgeführt wird.
• Das Mutterteil 6 ist mit einem zylindrischen Bereich versehen, dessen Außenseite die Zahnstange 60 und eine Scheibe 61 aufweist, die mit dem unteren Bereich des zylindrischen Bereiches verbunden ist und über ein Dichtteil 62, das auf den Außenumfang der Scheibe 61 gewickelt ist, in das Zylindergehäuse 5 eingepaßt ist. Daher verwendet der Hydraulikzylinder zur Erzeugung der Lenkhilfskraft das Mutterteil 6, welches in dem Zylindergehäuse 5 gleitend verschiebbar ist und zwei Ölkammern S&sub1; und S&sub2; aufweist, die an beiden Enden der Scheibe 61 flüssigkeitsdicht abgedichtet sind, als Kolben. Das Mutterteil 6 ist durch eine zwischen den Ölkammern S&sub1; und S&sub2; erzeugte Druckdifferenz vorgespannt, so daß die Verschiebebewegung des Mutterteils 6, die durch die Druckdifferenz verursacht wird, durch die Zahnstange 60 und das Zahnsegment 8 in Lenkbewegung umgewandelt wird, wodurch die Lenkunterstützung ausgeführt wird.
• Beide Ölkammern S&sub1; und S&sub2; an dem Hydraulikzylinder sind über ein Hydrauliksteuerventil 10, das an der Verbindungsstelle von Antriebswelle 2 und Abtriebswelle 3 gebildet ist, mit einer Hydraulikpumpe P der Hydraulikdruckquelle und einem Öltank T verbunden. Die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 sind durch die Torsionsstange 4 miteinander verbunden, so daß, wenn auf das Lenkrad ein Lenkdrehmoment einwirkt, eine diesem entsprechende Verdrehung an der Torsionsstange 4 bewirkt wird, um zwischen den beiden Wellen 2 und 3 eine relative Winkelverschiebung zu erzeugen. Das in der Zeichnung gezeigte Hydrauliksteuerventil 10 steuert die Druckölzufuhr zu beiden Ölkammern S&sub1; und S&sub2; an dem Hydraulikzylinder durch Nutzung der relativen Winkelverschiebung, und ist, wie bekannt, mit einem Ventilkörper 11, der im Verlauf der Antriebswelle 2 einstückig an diese angeformt ist, und mit einem zylindrischen Ventilgehäuse 12 versehen, das auf den Ventilkörper 11 und in das Gehäuse 1 gesetzt und mit dem zylindrischen Teil 30 am oberen Ende der Abtriebswelle 3 verbunden ist. Zwischen dem Ventilkörper 11 und dem Ventilgehäuse 12 sind durch Ölnuten, die am Außenumfang des Ventilkörpers 11 bzw. am Innenumfang des Ventilgehäuses 12 ausgebildet sind, zwei Arten bewegbarer Drosselteile ausgebildet, wobei die bewegbaren Drosselteile den Öffnungsgrad in umgekehrter Richtung entsprechend der relativen Winkelverschiebung derart verändern, daß, wenn ein Drosselteil offen (oder geschlossen) ist, das andere geschlossen (oder offen) ist. Ein bewegbares Drosselteil ist zwischen der Hydraulikpumpe P und der Ölkammer S&sub2; und zwischen dem Öltank T und der Ölkammer S&sub1; angeordnet, während das andere zwischen der Hydraulikpumpe P und der Ölkammer S&sub2; und zwischen dem Öltank T und der Ölkammer S&sub2; angeordnet ist. Wenn das Lenkrad dem Lenkdrehmoment ausgesetzt ist und zwischen dem Ventilkörper 11 und dem Ventilgehäuse 12 relative Winkelverschiebung erzeugt wird, so daß, beispielsweise, eine Ölkammer S&sub1; an dem Hydraulikzylinder den Öffnungsgrad des Drosselteils auf der Seite der Verbindung mit der Hydraulikpumpe P der Hochdruckquelle erhöht, dann erhöht die andere Ölkammer S&sub2; denselben auf der Seite der Verbindung mit dem Öltank T, der drucklos gehalten wird, so daß zu dieser Zeit von der Ölkammer S&sub1; zu der Ölkammer S&sub2; und zwischen den beiden Ölkammern S&sub1; und S&sub2; ein der Intensität des Lenkdrehmoments entsprechendes Druckgefälle erzeugt wird, wodurch in der dem Lenkdrehmoment entsprechenden Richtung Hydraulikdruckkraft erzeugt wird, wodurch die oben erwähnte Lenkunterstützung durchgeführt wird.
• Um die Wirkung des Drucköls, das mit der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechender Stärke zugeführt wird, zu verringern, ist unter dem Hydrauliksteuerventil 10 daran angrenzend eine Hydraulikreaktionskrafteinheit 20 angeordnet. Die Hydraulikdruckreaktionskrafteinheit 20 ist, wie in zahlreichen bekannten Beispielen, beispielsweise der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. Sho 61-200063 von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, offenbart, an dem zylindrischen Teil 30 des oberen Endes der Abtriebswelle 3 mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen, die das zylindrische Teil 30 außen und innen durchlöchern, und in die Bohrungen sind jeweils Stößel 21 radial gleitend bewegbar eingeschoben. An der Außenseite des zylindrischen Teils 30 ist eine ringförmige Ölkammer 22 ausgebildet, die von dem zylindrischen Teil 30 und dem Gehäuse 1 umschlossen ist und die jeweiligen Bohrungen miteinander in Verbindung bringt. Die Hydraulikreaktionskrafteinheit 20 bringt den in die ringförmige Ölkammer 22 eingeleiteten und der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Hydraulikdruck auf die äußere Stirnfläche jedes Stößels 21 auf, um die innere Stirnfläche jedes Stößels 21 gegen den Außenumfang der Antriebswelle 2, die im Inneren des zylindrischen Teils 30 positioniert ist, zu drücken. Auf diese Weise wird die relative Winkelverschiebung der Antriebswelle 2 in bezug auf die Abtriebswelle 3, mit anderen Worten, die relative Winkelverschiebung zwischen dem Ventilkörper 11 und dem Ventilgehäuse 12 an dem Hydrauliksteuerventil 10 durch die dem Hydraulikdruck, das heißt, der Fahrzeuggeschwindigkeit, entsprechende Kraft verringert.
• An der Austrittsseite der Hydraulikpumpe P ist ein Umgehungsöldurchlaß 25 ausgebildet, der einen Austrittsport der Pumpe P und den Öltank T durch ein bewegbares Drosselteil 23 und ein feststehendes Drosselteil 24 in dieser Reihenfolge verbindet. Der in die ringförmige Ölkammer 22 eingeleitete Hydraulikdruck wird zwischen den beiden Drosselteilen 23 und 24 an dem Umgehungsöldurchlaß 25 erzielt. Der Öffnungsgrad des bewegbaren Drosselteils 23 wird entsprechend einem Öffnen-Schließen-Signal einer elektronischen Steuereinrichtung 26 eingestellt. Die elektronische Steuereinrichtung 26 erzeugt das Öffnen-Schließen- Signal, um den Öffnungsgrad des bewegbaren Drosselteils 23 entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Basis des von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 27 abgegebenen Fahrzeugsignals zu erhöhen. Mit anderen Worten: da der Öffnungsgrad des bewegbaren Drosselteils 23 entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird und der Hydraulikdruck zwischen den beiden Drosselteilen 23 und 24 entsprechend dem Öffnungsgrad hoch oder niedrig wird, ist es möglich, der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Hydraulikdruck in die ringförmige Ölkammer 22 an der Hydraulikreaktionskrafteinheit 20 einzuleiten.
• Bei der wie oben beschrieben konstruierten Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird, wenn das Lenkrad dem Drehmoment ausgesetzt ist, die Drehung der Abtriebswelle 3 dadurch durch die Kugelumlauf spindel am Außenumfang der Abtriebswelle und dem Innenumfang des Mutterteils 6 in eine Verschiebebewegung des Mutterteils 6 umgewandelt. Ferner wird die Verschiebebewegung durch die Zahnstange 60 in Drehung des mit dieser zusammengreifenden Zahnsegmentes 8 umgewandelt, wodurch die manuelle Kraft Wr erzielt wird. Andererseits verschiebt an dem wie oben beschrieben konstruierten Hydraulikzylinder der entsprechend dem Lenkdrehmoment durch das Hydrauliksteuerventil 10 zugeführte Hydraulikdruck das Mutterteil 6, das als Kolben wirkt, wobei die Verschiebebewegung in ähnlicher Weise durch die Zahnstange 60 in Drehung des mit dieser zusammengreifbaren Zahnsegmentes 8 umgewandelt wird, wodurch die Lenkhilfskraft Ws erzielt wird, und die Resultierende (Gesamtresultierende) aus der manuellen Kraft Wr und der Lenkhilfskraft Ws führt das Lenken aus. Die Gesamtresultierende W ist in folgender Gleichung angegeben, die durch Einsetzen der Gleichungen (2) und (3) in (1) erzielt wird:
• Die manuelle Kraft Wr zum Lenken wird derart erzielt, daß das auf das Lenkrad aufgebrachte Lenkdrehmoment Tr aufgrund der Kugelumlaufspindel und des Zusammengreifens der Zahnstange 60 mit dem Zahnsegment 8 mit einer Umwandlungsrate von &pi;mZ/p umgewandelt wird. In ähnlicher Weise wird die Lenkhilfskraft Ws so erzielt, daß die von dem Hydraulikzylinder erzeugte Hydraulikkraft APm aufgrund des Zusammengreifens der Zahnstange 60 mit dem Zahnsegment 8 mit einer Umwandlungsrate von mZ/2 umgewandelt wird. Der Erfinder hat erkannt, daß, da die Lenkhilfskraft Ws durch den zweiten Term in der Gleichung (4) wiedergegeben wird, an der Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der Wirkung des Hydraulikzylinders in Lenkbewegung, genauer gesagt, zwischen der Zahnstange 60 am Außenumfang des Mutterteils 6 und dem Zahnsegment 8 dann, wenn die Größe der Drehung des Zahnsegmentes 8 in Reaktion auf eine bestimmte Größe der Verschiebebewegung des Mutterteils 6 im mittleren Teil des Drehbereiches des Lenkrades größer ist als an dessen Endteil, mit anderen Worten, im mittleren Teil des Drehbereiches des Zahnsegmentes 8 größer als an dessen Endteil, die Umwandlungsrate mZ/2 entsprechend der Vergrößerung des Lenkwinkels zunimmt, was dazu führt, daß die bei Zunahme des Lenkwinkels zunehmende Lenkhilfskraft Ws erzielt werden kann, ohne den Hydraulikdruck Pm zur Beaufschlagung des Hydraulikzylinders und die Zylinderfläche A zu erhöhen bzw. zu vergrößern.
• Durch Verwendung eines profilversetzten Zahnrades als Zahnsegment 8, dessen Teilkreisdurchmesser im mittleren Teil des Drehbereiches kleiner ist als an dessen Endteilen, wie aus JP-A- 4635525 bekannt ist, kann die Veränderung der Größe der Drehung des Zahnsegmentes 8 in Reaktion auf eine bestimmte Größe der Verschiebebewegung des Mutterteils 6 realisiert werden. In Fig. 2 ist das Zahnprofil eines derartigen Zahnsegmentes 8 dargestellt. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind in dem Zahnsegment 8 zu beiden Seiten der Drehungsmittellinie X-X Zähne abgeschnitten, derart, daß ihr Teilkreisdurchmesser sequentiell entlang der gestrichelten Linie in der Zeichnung über einen konstanten Bereich einer vorbestimmten Breite zu beiden Seiten der Linie X-X zu den Linien Y-Y hin, die die beiden Enden des Drehbereiches anzeigen, zunimmt. Wenn das Mutterteil 6 aufgrund einer zwischen den beiden Ölkammern S&sub1; und S&sub2; erzeugten Druckdifferenz verschoben wird, dreht sich das Zahnsegment 8 nur in dem Winkel, der durch Dividieren der Verschiebeweglänge durch den Teilkreisradius erhalten wird. Da, wie oben erwähnt, das Zahnsegment 8 einen variablen Teilungsdurchmesser aufweist, nimmt bei der Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Größe der an dem Zahnsegment 8 in Reaktion auf eine bestimmte Streckenlänge der Verschiebebewegung des Mutterteils 6 auftretenden Drehung ab, wenn die Drehung zu den beiden Enden des Drehbereiches führt. Der Teilkreisdurchmesser des Zahnrades ist, wie bekannt, das Produkt der Multiplikation des Moduls m mit der Anzahl Z der Zähne. Die Lenkhilfskraft Ws, die von dem mit dem Mutterteil 6 als Kolben versehenen Hydraulikzylinder erzeugt wird, ist durch den zweiten Term in der Gleichung (4) angegeben, der das Produkt m Z) des Moduls m und der Zahnzahl Z umfaßt. Wenn das Zahnsegment 8 gemäß Fig. 2 verwendet wird, ist die Größe der Lenkhilfskraft Ws im mittleren Teil des Drehbereiches des Zahnsegmentes 8 geringer als im Endteil. Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen dem Lenkwinkel und der dadurch bei der Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung erzielten Lenkhilfskraft Ws.
• Da die in dem ersten Term in Gleichung (4) gezeigte manuelle Kraft Wr das Produkt aus dem Modul m und der Zähnezahl Z umfaßt, nimmt auch die manuelle Kraft Wr, die in Reaktion auf das auf das Lenkrad aufgebrachte konstante Drehmoment Tr erhalten wird, entsprechend einer Vergrößerung des Lenkwinkels zu. Daher nimmt bei der Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Gesamtresultierende W zum Lenken entsprechend einer Vergrößerung des Drehwinkels des Lenkrades zu, wodurch es bei wiederholter starker Lenkbewegung beim Einparken des Wagens in eine Garage oder bei seiner Bewegung in Querrichtung möglich ist, die zur Betätigung des Lenkrades erforderliche Anstrengung zu verringern. In der Mitte des Drehbereiches des Lenkrades, d.h. bei Geradeausfahrt, ist die Lenkhilf skraft Ws gering, so daß die Hydraulikreaktionskrafteinheit 20 gemäß Fig. 1 auch dazu dient, die Fahrsicherheit bei Geradeausfahrt des Wagens mit hoher Geschwindigkeit ausreichend zu gewährleisten.
• Da diese Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Wesen ihrer essentiellen Merkmale abzuweichen, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel veranschaulichend und nicht einschränkend.

Claims (2)

1. Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug, mit: einem Gehäuse (1),

einer Antriebswelle (2) und einer Abtriebswelle (3), die in dem Gehäuse (1) koaxial angeordnet sind,

einem Torsionsstab (4), der die Antriebswelle (2) und die Abtriebswelle (3) miteinander verbindet,

einem Hydraulikzylinder (5), der einen Kolben < 6) aufweist, der in dem Gehäuse (1) gleitend verschiebbar angeordnet ist, so daß der Kolben (6) durch eine Kugelumlauf spindel mit der Abtriebswelle zusammengreift, wobei an entgegengesetzten Seiten des Kolbens (6) zwei abgedichtete Kammern angeordnet sind,

einer Pumpe (P), die dem Hydraulikzylinder (5) Flüssigkeit zuführt,

einem Steuerventil (10), das nahe der Antriebswelle (2) angeordnet ist und in Reaktion auf eine Verdrehung der Torsionsstange (4) die dem Hydraulikzylinder (5) zugeführte Flüssigkeit steuert,

mindestens einem Stößel (21), der in ein dafür ausgebildetes Loch in dem Hydraulikzylinder benachbart zu dem inneren Ende der Abtriebswelle (3) gleitend verschiebbar eingesetzt ist, wobei der mindestens eine Stößel (21) durch Hydraulikdruck gegen die Antriebswelle (2) gedrückt wird, um in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Reaktionskraft auf die Antriebswelle (2) aufzubringen, und einem drehbar gelagerten Zahnsegment (8), das mit einer an einer Fläche des Kolbens (6> ausgebildeten Zahnstange (60) zusammengreift,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Winkel, um den sich das Zahnsegment (8) in Reaktion auf eine spezifizierte Gleitbewegung des Kolbens (6) bewegt, in einem vorbestimmten mittleren Bereich eines Drehbereiches des Zahnsegmentes (8) größer ist und derart variiert, daß eine Lenkhilfskraft erzeugt wird, die von einem ersten Wert an, der dem mittleren Bereich entspricht, zu einem höheren zweiten Wert an den Endbereichen des Drehbereiches linear zunimmt.

2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnsegment (8) ein profilversetztes Zahnrad ist, das einen Teilungsdurchmesser aufweist, der an dem mittleren Bereich seines Drehbereiches geringer ist als an den Endbereichen des Drehbereiches und dazwischen so variiert, daß die linear variierende Lenkhilfskraft erzeugt wird.