JP2005527417A - 液圧パワーアシスト式パワーステアリングシステム - Google Patents

Abstract

特に車両のための液圧パワーアシスト式パワーステアリングシステムは、パワーアシストおよび電磁弁のための液圧を生じさせる圧力媒体ポンプを備えている。さらに、圧力媒体ポンプを駆動するためのモータが設けられている。圧力媒体ポンプはクラッチによってモータから分離することができる。

Description

本発明は、請求項１の導入部分に記載の液圧を発生させる圧力媒体ポンプを備える、特に車両のための、液圧パワーアシスト式パワーステアリングシステムに関する。

一般的なパワーステアリングシステムはＤＥ１９８２９５３１Ａ１により公知である。

一般的な文献は車両のための液圧パワーアシスト式パワーステアリングシステムを示しており、操舵ハンドルが取り付けられている操舵軸は操舵機構の入力要素に接続されている。操舵機構の出力要素は、車両の操舵輪に接続されている。圧力媒体は、操舵軸／入力要素の領域を支配しているトルクに対応するように、加圧ポンプから操舵バルブを介してパワーアシスト装置のサーボモータの２つの作動空間に負荷される。ここで、加圧ポンプないし圧力媒体ポンプは内燃エンジンによって駆動される。

一般的な文書によると、回転角度およびトルクを検出するための２つのセンサが、操舵軸ないし操舵機構の出力要素上に配置される。液圧パワーアシストの大きさおよび方向と操舵輪のセンタリングは、一般的な、電子制御される電磁弁によって制御される。操舵力を検出するためのトルクセンサがある。

この一般的なパワーステアリングシステムは、例えばＥＰ０４４０６３８Ｂ１に開示されているような、先に開示されたパワーステアリングシステムの発展を表している。

一般的なパワーステアリングシステムにより、単純な手段を用いたパワーアシストが可能である。さらに、操舵の精度が改良されている。

本発明の目的は、公知のパワーステアリングシステムをさらに改良し、特にエネルギ的に有利な作動に関してさらなる最適化をもたらすことにある。

この目的は、請求項１の特徴部分に記載されている特徴によって達成される。

圧力媒体ポンプをクラッチによってモータ／エンジンから分離できるので、特定の運転状況においては、圧力媒体ポンプをエネルギ的に有利にモータ／エンジンから分離することができる。試験の結果、二酸化炭素エミッションおよび燃料消費量が減少することが判明した。この分離は、操舵運動が生じないとき、すなわち液圧式アシストが要求されないときに有利に可能である。このような場合は、例えば高速道路の直線部分等においてあり得る。

試験によって証明されたように、圧力媒体ポンプをモータ／エンジンから分離すると、特に容積の大きい圧力媒体ポンプの場合に、全体的な消費量が顕著に減少する。

クラッチを電磁クラッチとして構成することが有利である。

この種の改良において、このクラッチは、変化に対して急速にかつダイナミックに反応することができ、したがって柔軟に用いることができる。

さらに、本発明によると、クラッチを圧力媒体ポンプと一体化し、ないしは圧力媒体ポンプ上に配置することができる。

クラッチを圧力媒体ポンプ上に配置し、ないしは圧力媒体ポンプに一体化することは、この改善をコンパクトにかつ安価に実現できるようにする。接続に必要な部品が最小となり、かつ構造的に最適化される。

本発明の一つの展開においては、さらに、作動空間への圧力媒体の流れを制御するための電磁弁（ソレノイドバルブ）を圧力媒体ポンプに配置する。

電磁弁を圧力媒体ポンプに一体化することの結果として、短い配管長さおよびその結果として生じる低い液圧抵抗を有利に達成することができる。この結果として生じるエネルギ面での利点は、パワーステアリングシステムに有利な効果をもたらす。特に、直接に関連する要素を最適化しそれに適合するように、コスト面で有利に設計することができる。試験によって証明されたように、電磁弁を簡単にかつ安価に圧力媒体ポンプに一体化することができる。本発明の装置は大量生産される部品であるので、コストを減少させるための対策はかなり重要である。

先に開示されている液圧パワーアシスト式パワーステアリングシステムに比較すると、本発明による解決案は、機械的な複雑さが少なくて実質的により安価に製造することができる。発生して車両の内部に浸透するノイズはかなり減少し、ないしは取り除かれる。

同様に試験において明らかになったように、圧力媒体ポンプに電磁弁を一体化することにより、操舵感覚および操舵精度が改良される。全体的なサイズは（特に自動車に用いるときにはかなり重要であるが）かなり有利に減少する。

本発明によれば、電子計算機を介して電磁弁を制御することができる。この計算機は、電磁弁を制御するために、少なくとも一つの操舵モーメントセンサからの信号を処理し、同様に作動空間へのブースタ液圧を計算する。

計算機は、操舵モーメントセンサからの信号、すなわち運転者によって指示される操舵の要求、および作動空間に対するブースタ液圧を用いて電磁弁を制御し、その結果として所望する液圧式アシストが生み出される。操舵ハンドルを介して指示される任意の操舵モーメントは、このようにして単純な方法で液圧式アシストに割り当てられる。ここで、有効なブースタ液圧が適切に考慮される。

追加のパラメーター、例えば車両の運転速度、操舵速度、ヨー速度、負荷状態、エンジン回転速度、ＥＳＰないしＡＢＳ装置の信号の関数として、計算機を介した単純な方法で電磁弁を制御することもできる。

計算機の適切なプログラミングおよび適切なセンサの結果として、車両の現在位置および所望の将来位置に関する情報を提供する信号を用いて電磁弁を制御することもできる。自動操縦のためのオプションは、このようにしてパワーステアリングシステムに含められる。

操舵モーメントセンサは、便宜的に、圧力センサないし圧電素子として構成することができる。制御パスは、この種の要素を用いることにより０度から０．１度まで減少させることができる。

本発明の有利な改善は、さらに他の従属項、および以下の本文に図面を用いつつ例示的に示されている実施例から全体的に明らかとなる。

液圧アシスト式パワーステアリングシステムについては、ＤＥ１９８２９５３１Ａ１を参照してすでに十分に説明したので、以下の本文においては、本発明に関連する特徴についてさらに詳細に説明する。

図１および図２は、電磁弁２が一体化された圧力媒体ポンプ１を有する車両用パワーステアリングシステムを示している。したがって、圧力媒体ポンプ１は、通例の圧力媒体ポンプ装置１ａに加えて、図示した例示的な実施例において比例電磁弁として構成された電磁弁２を備えている。

一体化された電磁弁２を有する圧力媒体ポンプ１は、２つの作動空間３ａ，３ｂへの圧力媒体の流れを制御する。作動空間３ａ、３ｂは公知の方法でハウジング４内に形成することができ、かつ作動ピストン５が配置されて作動空間３ａ，３ｂを相互に分離している。作動ピストン５は通常通りにラック６に接続されている。操舵ハンドル７により運転者から指示される操舵要求は、操舵軸８を介し、ラック６に作動的に接続されたドライブピニオン９上に作用する。

操舵ハンドル７により運転者に指示される操舵要求は、操舵モーメントセンサ１０によって検出されて電子計算機１１に伝達される。電磁弁２を制御するために、計算機１１はまた作動空間３ａ，３ｂへのブースタ液圧を考慮し、ないしは処理する。したがって電磁弁２は、決定された操舵モーメントおよびブースタ液圧に基づいて作動する。有利な操舵感覚は、ブースタ液圧もまた検出され考慮されるという事実から生じる。

図１に例示的に示した実施例においては、ブースタ液圧はポンプ圧力に対応している。クローズドセンタ型の電磁弁２を示している図２の例示的な実施例においては、ポンプ圧力は作動空間３ａ，３ｂへのブースタ液圧とは異なることがある。計算機１１の適切な信号による電磁弁２の制御およびブースタ液圧の検出は、２つの例示的な実施例において、それぞれ２つの破線によって明らかにされている。計算機１１への操舵モーメントセンサ１０の接続ないし信号の伝達は、２つの例示的な実施例において同様に破線で表されている。

計算機１１には、ＣＡＮバス（図示せず）によって追加のパラメータが供給される。さらに、電磁弁２を制御するために、計算機１１は、車速、操舵速度、加速度、ヨー速度、負荷状態、エンジン回転速度、ＥＳＰ信号、ＡＢＳ装置信号、操舵角および運転者に特有な設定といった追加のパラメータを処理することができる。計算機１１は、これらのパラメータ、および有利には圧電素子として構成できる操舵モーメントセンサ１０の信号を用いて電磁弁２を制御する。

あるいは、操舵モーメントセンサ１０は、操舵モーメント・角度センサないしトルクセンサとして構成することもできる。

電磁弁２は、操舵ハンドル７により運転者から指示される操舵要求を液圧的にアシストするように、計算機１１の信号によって作動空間３ａ，３ｂへの圧力媒体の流れを制御する。圧力媒体ポンプ１は、圧力媒体アキュムレータ１２に公知の方法で接続されている。

圧力媒体ポンプ１は、図１に例示的に示した実施例においては電動モータ１３として構成されているモータ／エンジンによって駆動される。しかしながら、本発明によると、モータ／エンジンについては、図２に例示的な示した実施例のように内燃エンジン１４として構成することもできる。

圧力媒体ポンプ１の動力を液圧式アシストのために必要な動力の関数として制御することができれば有益である。

あるいは、図に例示的に示した実施例はまた、その操舵側を「ステアバイワイヤ」操舵システムとしてないしはアクティブフロント操舵システム（ＡＦＳ）として構成することもできる。

操舵モーメントセンサ１０、選択的な追加のセンサ、および計算機１１は好ましくは冗長性を有するように構成することができる。

電磁弁２は、図１によるオープンセンタ型（スルーフローシステム）として、ないしは図２よるクローズドセンタ型（アキュムレータシステム）として構成することができる。これらの改善からは、用途のタイプに応じて、公知のような対応する利点が得られる。

図から明らかなように、クラッチ１５は、圧力媒体ポンプ１と内燃エンジン１４ないし電動モータ１３との間に配置されている。これにより、内燃エンジン１４ないし電動モータ１３から圧力媒体ポンプ１を分離することができる。

その結果、二酸化炭素エミッションおよび燃料消費量が減少することが試験によって証明された。このことは、操舵運動を必要としない、すなわち液圧式アシストを必要としない運転状況下においては、圧力媒体ポンプ１を内燃エンジン１４ないし電動モータ１３から分離することができるという事実から生じる。

クラッチ１５は、計算機１１によって制御することができ、このために後者と通信することができる（図中の破線の接続線を参照）。

クラッチ１５を電磁クラッチとする一つの改善は、この目的のために適していることが証明された。これにより、クラッチ１５は急速にかつダイナミックに変化に反応することができる。さらに、クラッチ１５を、図２に概略的に示したように、圧力媒体ポンプ１上に配置し、ないしは圧力媒体ポンプ１と一体化することが有利である。クラッチ１５は、例えばポンプハウジングの上に、あるいはポンプハウジングにおいて、圧力媒体ポンプ１上に配置することができる。クラッチ１５をポンプハウジング上に配置し、ないしは圧力媒体ポンプ１と一体化することは、コンパクトかつ安価な方法で実現することができる。圧力媒体ポンプ１の外側にあるクラッチ１５の構成は、図１に概略的に示されている。

さらに、図２から明らかなように、クローズドセンタ型の電磁弁２に適している液圧アキュムレータ１６を、同様に圧力媒体ポンプ１に一体化することができる。したがって、不必要な配管ないし配管接続のない、有利かつコンパクトな構成が可能である。
その結果、シールの問題および複雑な組み込み作動を回避できる。

他の実施例において、特に圧力媒体ポンプ１がコンパクトである実施例が有利な場合には、液圧アキュムレータ１６を別個に構成する、すなわち圧力媒体ポンプ１とは一体化しないことも可能である。

図２の例示的な実施例（クローズドセンタ型の電磁弁２）は、本発明のクラッチを備えたパワーステアリングシステムの改善に関し、特に適していることが証明された。また、圧力媒体ポンプ１のハウジングの外側にクラッチ１５を固定することが特に適している。例えば、車両の空気調和システムにおいて実施されている公知の固定方法を利用することができる。

電磁弁２がクローズドセンタ型の場合に液圧アキュムレータ１６が適切に存在することの結果として、クラッチ１５が開いている場合でも、ある程度の操舵運動を保証することができる。その結果、内燃エンジン１４からより頻繁に圧力媒体ポンプ１を切り離すことができ、上述したエネルギ面における利点が生じる。車両の内燃エンジン１４とクラッチ１５との組合せが特に適していることが証明された。このようにして、別個の電動モータなしで済ますことができる。

液圧アキュムレータ１６内の圧力は、クラッチ１５によって単純な方法で制御することができる。液圧アキュムレータ内の圧力が低い方の圧力レベルすなわち下の圧力点に達したときに、クラッチ１５を閉じて、再び液圧アキュムレータ１６を充填することができる。高い方の圧力レベルすなわち上の圧力点に達したときに、クラッチ１５を類似の方法で再び開くことができる。その結果、圧力媒体ポンプ１は内燃エンジン１４ないし電動モータ１３から分離される。上の圧力点は例えば１２０〜１４０バール、好ましくは１３０バールであり、下の圧力点は、それより低い５〜２０バール、好ましくは１０バールである。圧力媒体ポンプ１の有利な圧力調整ないしは単純かつ安価な制御は、このようにして可能である。計算機１１がクラッチ１５を制御し、ないしは圧力を検出してそれを評価することが有利である。

このように、液圧アキュムレータ１６内の圧力値を用いてクラッチ１５を制御することができる。

本発明に記載のクラッチ１５が両タイプの電磁弁２、およびモータ／エンジン概念１３，１４の両方と組み合わせることができることは言うまでもない。

偏向した車輪の直進運転状態へのセンタリングは、追加のロジックシステムによって実行しないしは補助することができる。この目的のために、計算機１１が処理する上述したパラメータを制御のために用いることができる。

電磁弁２は、有利には、例えば圧力媒体ポンプ１のカバーないしハウジング延長部の内側に配置することができる。構造については、様々な解決案が可能でありかつ実行することができる。

圧力媒体ポンプから分離して配置されたクラッチおよびオープンセンタ電磁弁を備える、本発明によるパワーステアリングシステムの第１の改善例を示す概略図。 圧力媒体ポンプに一体化されたクラッチおよびクローズドセンタ電磁弁を備える、本発明に記載のパワーステアリングシステムの第２の改善例を示す概略図。

符号の説明

１ 圧力媒体ポンプ
１ａ 圧力媒体ポンプ装置
２ 電磁弁
３ａ 作動空間
３ｂ 作動空間
５ 作動ピストン
６ ラック
７ 操舵ハンドル
８ 操舵軸
９ ドライブピニオン
１０ 操舵モーメント／角度センサ
１１ 計算機
１２ 圧力媒体アキュムレータ
１３ 電動モータ
１４ 内燃エンジン
１５ クラッチ
１６ 液圧アキュムレータ

Claims (15)

1. パワーアシストのための液圧を生じさせる圧力媒体ポンプと、電磁弁と、前記圧力媒体ポンプを駆動するためのモータ／エンジンとを備えた、特に車両のための液圧パワーアシスト式パワーステアリングシステムにおいて、
   前記圧力媒体ポンプ（１）は、クラッチ（１５）によって前記モータ／エンジン（１３ないし１４）から分離できることを特徴とするパワーステアリングシステム。
2. 前記クラッチ（１５）が電磁クラッチとして構成されていることを特徴とする請求項２に記載のパワーステアリングシステム。
3. 前記クラッチ（１５）が前記圧力媒体ポンプ（１）と一体化され、ないしは前記圧力媒体ポンプ（１）上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーステアリングシステム。
4. 前記モータ／エンジンが内燃エンジン（１４）として構成されていることを特徴とする請求項１，２，または３に記載のパワーステアリングシステム。
5. 作動空間（３ａ，３ｂ）への圧力媒体の流れを制御するための前記電磁弁（２）が前記圧力媒体ポンプ（１）内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
6. 前記電磁弁（２）がクローズドセンタ型の弁であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
7. 前記電磁弁（２）が比例電磁弁として構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
8. 前記電磁弁（２）は電子計算機（１１）を介して制御可能であり、前記計算機（１１）は少なくとも一つの操舵モーメントセンサ（１０）からの信号を処理することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
9. 前記電磁弁（２）を制御するために、前記計算機（１１）が前記作動空間（３ａ、３ｂ）へのブースタ液圧を処理し、ないしは検出することを特徴とする請求項８に記載のパワーステアリングシステム。
10. 前記電磁弁（２）を制御するために、前記計算機（１１）は、運転速度、操舵速度、加速度、ヨー速度、負荷状態、エンジン回転速度、ＥＳＰ信号、ＡＢＳ装置信号、操舵角および運転者特有の設定といった追加のパラメータを処理することを特徴とする請求項８または９に記載のパワーステアリングシステム。
11. 前記追加のパラメータはＣＡＮバスを介して伝達可能であることを特徴とする請求項１０に記載のパワーステアリングシステム。
12. 液圧アキュムレータ（１６）が前記圧力媒体ポンプ（１）と一体化されていることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
13. 液圧式アシストのために必要な動力の関数として前記圧力媒体ポンプ（１）の動力を制御可能であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
14. 前記液圧アキュムレータ（１６）内の圧力値を用いて、好ましくは上下の圧力点によって前記クラッチ（１５）を制御可能であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
15. 前記液圧アキュムレータ（１６）ないし前記圧力媒体ポンプ（１）内の圧力が前記クラッチ（１５）によって制御可能であることを特徴とする請求項１４に記載のパワーステアリングシステム。

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