JP2007533533A - 液圧式サーボ操舵システム - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車両用の液圧式サーボ操舵システムに関し、このシステムは、回転スライダバルブと、選択的に両方の端面において液圧媒体で付勢可能なリアクションピストン（１）とを備え、このリアクションピストンは、付勢に依存してモーメントを回転スライダに伝達し、このモーメントは、操舵ハンドルにおいて生じる運転者のハンドモーメントの変更を、支援モーメントの他に累積モーメントもハンドモーメントに対して生成され得るように結果として伴い、その累積モーメントが、ハンドモーメントの増加又は減少、又はハンドモーメントの方向の反転を導く。リアクションピストン（１）の所望の液圧付勢のために、適切にコントロール可能な電気モータ（５）により駆動される送出装置（４）が設けられていて、この送出装置は、サーボ操舵システムの液圧循環路の実質的に無圧状態の部分（Ｔ）から液圧媒体を取り寄せる。好ましくは、電気モータ（５）を備えた送出装置（４）は回転スライダバルブに取り付けられていて、液圧媒体をタンク・リターンフローラインから取り寄せる。送出装置は、電気モータ（５）を用いて互いに相対的に可動なシリンダ・ピストン・ユニット（４’）の形式で、また選択的に、反転可能な送出方向を有する、電気モータを用いて駆動されるポンプの形式で形成され得る。

Description

本発明は、自動車両（モータビークル）用の液圧式サーボ操舵システム（液圧式パワー操舵システム）に関し、このシステムは、回転スライダバルブと、選択的に変更可能に両方の端面で異なって液圧媒体で付勢可能なリアクションピストンとを備え、このリアクションピストンは、付勢に依存してモーメントを回転スライダに伝達し、このモーメントは、操舵ハンドルにおいて生じる運転者のハンドモーメントの変更を、支援モーメントの他に累積モーメントもハンドモーメントに対して生成され得るように結果として伴い、その累積モーメントは、ハンドモーメントの増加又は減少、又はハンドモーメントの方向の反転を導く。

技術的な周辺環境については、ＺＦ操舵システム社の所謂サーボトロニック（Servotronic（登録商標）例えば非特許文献１に記載）の他、前公開されていない特許文献１が参照とされる。

特許文献１では、操舵システムであって、この操舵システムが、比較的簡単でそれにより安価な液圧式サーボ操舵システムを構築し、このシステムが液圧式回転スライダバルブを用いて制御され、この回転スライダバルブが回転棒を介して操舵輪（一般的に車両・運転者の操舵ハンドル）から操作され、またこの回転スライダバルブにおいては電気液圧式変換機の開放により及びリアクションピストンにおける他の液圧要素により圧力差が生成される。それにより回転スライダではトルクが生成され、このトルクは操舵輪におけるハンドモーメントの変更を導く。この際、通例の簡単なサーボ操舵システムでは、リアクションピストンにおける回転スライダの回転の方向に依存し、正の圧力差か負の圧力差、及びこの圧力差を介してハンドモーメントに対する支援モーメントが生成され得る。特許文献１による操舵システムにおいて、操舵ハンドルに対するリアクションモーメントは操舵設定値の振幅及び方向に依存せず制御され得る。つまり、液圧式サーボ操舵システムの回転スライダバルブは、回転スライダバルブの制御スリーブに対して相対的な回転スライダの回転の振幅及び方向に依存せず、支援モーメントの他、累積モーメントも生成され得るように修正され得て、この累積モーメントは、ハンドモーメントの増加又は減少、又はハンドモーメントの回転方向の反転を導く。つまりそれにより、操舵ハンドルにおけるハンドモーメントが振幅と方向に関して任意に変更され得ることが達成される。

それにより車両の運転者には、例えばカーブ走行時の車両のオーバステア又はアンダステアへの傾向のような変更された走行動的状況が示され得る。その際、運転者は、例えば自分の操舵運動への操舵輪の乗り換えを知覚し、それにより自分の操舵運動の対応的な修正にせきたてられる。それに加え、サーボ操舵装置を用いた累積モーメントのそのような生成は、車両の駐車時の進入中又は駐車時の発進中に運転者に対して有利な操舵運動を示すために利用される。それにより最終的に運転者には操舵輪における累積モーメントの生成により道路走行中に有意義な操舵方向が示され得て、その結果、運転者は自分の車両を利用すべき車線内に維持する。

既に幾度も述べた特許文献１では、本願発明と同様に、所謂累積モーメントが、支援モーメントの生成のために設けられている装置により生成される。そのために回転スライダバルブが適切に修正され、液圧反転回路が設けられ得て、この反転回路を用い、支援モーメントと累積モーメントがアクチュエータの作用方向の反転により生成され得る。反転回路のための選択肢としては液圧ブリッジ回路が設けられ得て、このブリッジ回路を用い、累積モーメントがアクチュエータにおける圧力方向の変更により生成され得る。

本発明においても修正された回転スライダバルブを用いて作動され、この回転スライダバルブは確かに通例のリアクションピストンを含んでいて、このリアクションピストンは、２つの側から液圧媒体で付勢可能であり、付勢に依存してモーメントを回転スライダに伝達し、この回転スライダは、操舵ハンドルで生じるハンドモーメントの変更を結果として伴う。

ＺＦフリードリックスハーフェン株式会社（管轄範囲：操舵技術、D73522 シュベービッシュ グミュンド）の会社刊行物 G8000P-WG2/97d ドイツ特許出願第１０２００４００２２４８号明細書

しかし、液圧ブリッジ回路又は反転回路に代わり、リアクションピストンを実際に任意に（個々で望まれているように）その両側で異なって液圧媒体で付勢可能とする別の措置が示されるべきである（本発明の課題）。この際、当然のことであるが、モーメント、即ち支援モーメント又は累積モーメントが操舵ハンドルにおいて望まれている場合にだけ、リアクションピストンの両方の端面で異なる液圧が必要とされることが指摘されるべきである。

前記の課題は、請求項１の前提部による液圧式サーボ操舵システムにおいて、リアクションピストンの所望の液圧付勢のために、適切にコントロール可能な電気モータにより駆動される送出装置が設けられていて、この送出装置が、サーボ操舵システムの液圧循環路の実質的に無圧状態の部分から液圧媒体を取り寄せることにより特徴付けられている。有利な構成及び他の構成が下位請求項の内容である。

つまり、液圧式サーボ操舵システムの実質的には通例の回転スライダバルブの所謂リアクションピストンをこのシステムの循環路からの液圧媒体で付勢することが提案され、この際、この付勢は、強度及び方向に関し、即ち両側で付勢可能なリアクションピストンのいずれの端面でより高い液圧が加えられるかに関し、的を絞って適切にコントロール可能な電気モータにより駆動される液圧媒体用の送出装置を用いて変更可能である。電気モータのコントロールは、リアクションピストンにおける圧力比のほぼ任意の調節（従って操舵輪等におけるハンドモーメントの任意の調節）を容易に可能とし、この際、この電気モータはそのために電子制御装置により適切にコントロールされ得る。この際、製造、組立、構成空間の理由から、並びに液圧ライン又は液圧流路の敷設に関し、電気モータを備えた送出装置が回転スライダバルブに取り付けられていて、液圧媒体がサーボ操舵システムの液圧循環路の所謂タンク・リターンフローラインから取り寄せられると特に有利である。

液圧式サーボ操舵システムの実質的には通例の回転スライダバルブの使用に関して述べられる場合には、このシステムが、特に、車両の走行速度に依存して異なる所謂支援特性曲線を生成するための調整器のような、特殊な要素（そのためには冒頭に挙げた非特許文献１も参照）をもはや含む必要がないことを指摘すべきである。つまりそのような機能性は、液圧的に前記のリアクションピストンの両方の端面と接続可能である、提案されている電気モータ駆動式の送出装置を用いても、表され得る。

前記の送出装置は、電気モータを用いて互いに相対的に可動なシリンダ・ピストン・ユニットの形式で形成され得て、ピストンの両側には液圧室が設けられていて、これらの液圧室は、各々、リアクションピストンの端面と液圧的に接続されている。そのような送出装置が、簡単な構造方式により、従って簡単でより確実な機能により傑出していることは別として、この送出装置は、前記のリアクションピストンにおける圧力比の極めて敏感な調節を可能にし、つまり、電気モータとこの電気モータにより駆動される（例えば）ピストンとの間に設けられている歯車装置の適切に固定可能なギヤ比に基づいてである。特に液圧システムに関するこの実施形態の様々な構成は、後に有利な実施例として更に説明する。

選択的な実施形態では送出装置が、反転可能な送出方向を有する、電気モータにより駆動されるポンプの形式で形成され得て、この際、液圧的な相互接続は、有利には、ポンプの送出方向に依存してリアクションピストンの一方の端面又は他方の端面が正の差圧で付勢されるように構成されていて、この際、方向反転は、費用のかかるバルブを用いず、簡単に電気モータにより遂行され得る。この際、電気モータを、制御式（コントロールド）をもって調整式（レギュレーテッド）ではなく稼動させることが可能であり、つまり特には、リアクションピストンに通じる液圧ラインから液圧循環路の無圧状態の部分に通じる絞られたバイパスラインが分岐している場合である。その際、絞りを適切に設計することで言わば自己調整式システムが得られ、このシステムは、運転者による操舵ハンドル・操作の形式の他の入力値により非同調となることはない。しかしまた、ポンプの送出出力を他の値を考慮しながら調整することも可能であり、そのためには、特に、リアクションピストン或いはその両方の端面に通じる液圧ライン内に圧力検知器を設けることが推奨され、その圧力検知器の測定値が電気モータのコントロールの際に考慮される。

同様に電気モータは、送出装置がシリンダ・ピストン・ユニットとして形成されていてそのピストンが（好ましくは）電気モータを用いてシリンダに対してスライドされる場合、送出装置からリアクションピストンの端面に通じる液圧ライン内の、圧力検知器により検知された圧力を考慮し、コントロールされ得る。つまりその際、電気モータ或いはピストンは、運転者の操舵ハンドルを用いた運転者の設定に応じ、またそれに加え、所望の累積モーメントを生成するように「追従」され得る。しかし選択的に、送出装置としてのシリンダ・ピストン・ユニットの場合にも「自己調整」が可能であり、即ちピストンが運転者・設定に追従される必要はなく、つまり電気モータとこの電気モータにより動かされるピストンとの間の歯車装置がセルフロッキング式でなく形成されている場合であり、即ち液圧力の影響のもとシリンダ・ピストン・ユニットのピストンが電気モータに依存しないで移動され得ることである。

次に、抽象化されて図示されている実施例に基づき、本発明を更に説明する。この際、図１は第１実施形態の原理を示していて、この第１実施形態から図２では（送出装置としての）シリンダ・ピストン・ユニットがより詳細に図示されている。図３及び図４は図１による実施形態の変形例を示していて、それに対して図５では、送出装置としてポンプを有するバリエーションが図示されている。全ての図面において同じ要素には同じ符号が付けられている。

符号１は、実質的には通例の液圧式サーボ操舵システム（液圧式パワーステアリングシステム）の回転スライダバルブ内の所謂リアクションピストンを特徴付けている。このリアクションピストン１は、矢印方向２に従い、詳細には図示されていないシリンダ３内でスライド可能であり、そのためにリアクションピストン１の両方の端面１ａ或いは１ｂが各々のシリンダ空間３ａ或いは３ｂ内の異なる液圧で付勢され得る。図面内の左側にあり図面に対して垂直でリング形状のシリンダ空間３ａ内のより高い圧力はリアクションピストン１の右方向へのスライドを引き起こし、また、図面内の右側にあり図面に対して垂直でリング形状のシリンダ空間３ｂ内のより高い圧力はリアクションピストン１の左方向へのスライドを引き起こす。リアクションピストン１のこの種の移動は、周知であり且つ上述されたように、そのようなサーボ操舵システムが装備されている自動車両（モータビークル）の操舵ハンドル（操舵輪）における所謂ハンドモーメントの変更を導く。

シリンダ空間３ａ、３ｂ内のリアクションピストン１の両方の端面１ａ或いは１ｂに異なる液圧を加えることを可能にするために送出装置（フィード装置）４が設けられていて、この送出装置４は電気モータ５によりそのために適切な方式で稼動され得る。図１〜図４による実施例において送出装置４はシリンダ・ピストン・ユニット４’として形成されていて、シリンダ４ａ内で矢印方向１６に従って縦方向スライド可能に（しかし回転不能に）案内されているピストン４ｂを備え、このピストン４ｂは、ここではねじ付きスピンドルの形式で実施されている適切な歯車装置６を介し、電気モータ５或いはその従動軸と接続されている。またピストン４ｂの両側には、シリンダ４ａ内で図面に対して垂直でリング形状の液圧室７ａ、７ｂが形成されていて、これらの各々は液圧ライン８ａ、８ｂを介してシリンダ３のシリンダ空間３ａ、３ｂの１つと接続されている、即ち、液圧空間７ａはリアクションピストン１の第１端面１ａと液圧接続状態にあり、液圧空間７ｂはリアクションピストン１の第２端面１ｂと液圧接続状態にある。

各液圧室７ａ、７ｂ内には供給ライン９が通じていて、この供給ライン９を介し、液圧媒体が、文字のＴ（タンクのＴ）で示されていてサーボ操舵システムの液圧循環路の実質的に無圧状態の部分から、各々の液圧室７ａ或いは７ｂ内に到達し得る。図１による実施例では、ピストン４ｂがシリンダ４ａ内で中央のそのセンター位置又は出発位置にある場合、供給ライン９が各々ピストン４ｂの真横で通じている。そのセンター位置からピストン４ｂが例えば左に向かってスライドされると直ちに、左側の液圧室７ａ内への供給ライン９の流入開口部が閉鎖され、その結果、この方向（左の方向）へピストン４ａが更に移動する場合、液圧室７ａ内にある液圧媒体の部分量が液圧ライン８ａを介してリアクションピストン１の端面１ａへと押し出される。この際、液圧ライン８ａ並びに液圧ライン８ｂには各々圧力検知器１０が設けられていて、その信号、即ち各々の液圧ライン８ａ或いは８ｂ内の現在の圧力を表す信号が、非図示の電子制御装置に伝えられ、この電子制御装置は、上述したように、それらの圧力値を考慮し、電気モータ５を各々の要求に応じてコントロールする。

図２には、図１によるシリンダ・ピストン・ユニット４’がそれにフランジ接合されている電気モータ５と共に幾らか詳細に図示されている。それによるとピストン４ｂは、液圧室７ａ、７ｂと共に作用する或いはそれらの容積を変更する所謂作用部分４ｂａと、ねじ付きスピンドルの形式の歯車装置６と共に作用する所謂案内部分４ｂｂとから構成されている。この際、案内部分４ｂｂに設けられているピストン４ｂの回り止めは図面には描かれていないが、この回り止めは、矢印方向２１に従うねじ付きスピンドル６の回転時にピストン４がねじ付きスピンドル６上でねじ上げられることを防止し、その際にピストン４ｂが矢印方向１６に従って縦方向スライドされることを保証するものである。

図２では、ピストン４ｂの所謂作用部分４ｂａの両側に設けられているシール要素１１が見てとれ、この際、両方の供給ライン９は、シリンダ４ａの壁部内の所謂「漏らし孔」２２を介し、当然のことであるが、センター位置に位置するピストン４ｂの真横ではなく、各々の液圧室７ａ、７ｂ内のそれらのシール要素１１の実質的に真横で通じている。それに対し、液圧ライン８ａ、８ｂは各々の液圧室７ａ、７ｂの端部分から分岐している。

ピストン４ｂがその出発位置において常に極めて正確にシリンダ４ａ内で中央に位置していることが保証され得ないのであれば、ピストン４ｂの僅かなスライドにより、先ず液圧媒体が、各々の漏らし孔２２及びそれに接続している供給ライン９を介し、減少してゆく液圧室７ａ或いは７ｂから押し出されるというケースが発生し得て、これは、ピストン４ｂ或いはその各々のシール要素１１が各々の所謂「漏らし孔」２２を覆い隠すに至るまで続けられる。場合により望まれないこの効果を防止するために、図３による実施例では「漏らし孔」２２に通じている供給ライン９内に、液圧室７ａ、７ｂに向かって開放する逆止め弁１２が設けられている。これらに並列に、安全上の理由から、圧力制御式のリリーフ弁２０が接続されている。

更に図３は、液圧室７ａ、７ｂからリアクションピストン１に通じる液圧ライン８ａ、８ｂ間に、無通電状態で開いている遮断弁１３を備えた安全・接続ライン１９を示している。何らかの故障ケースが発生した場合には、電流供給の欠如に基づいてとにかく既に行なわれないといけないのであるが、この遮断弁１３が開放され得て、それにより両方の液圧ライン８ａ、８ｂが短絡状態で互いに接続され、その結果、液圧を用いたリアクションピストン１の意図のない付勢は行なわれない。そのような安全・接続ライン１９はこの図だけで図示されているが、このことは、当然のことながら全ての別の実施例においても意図され得る。

図４による実施例では、シリンダ・ピストン・ユニット４’の液圧・供給ライン９が、出発位置でシリンダ４ａ内の中央に位置するピストン４ｂの実質的に端部側で液圧室７ａ、７ｂ内に通じていて、液圧・供給ライン９内には適切に切替え可能な遮断弁１４が設けられている。供給ライン９のこの構成により、シリンダ４ａ内のピストン４ｂの状態に依存せず、ピストン４ｂが静止状態にある場合、各液圧室７ａ、７ｂが確実に液圧媒体で充填され得ることが保証されている；しかし、ピストン４ｂが両方の液圧室７ａ、７ｂの１つを減少させる方向で動かされる場合に所望の機能を達成するためには、液圧室７ａ、７ｂに割り当てられた遮断弁１４が閉鎖されている必要がある或いは閉鎖されなくてはならない。有利にはこれらの遮断弁１４は、通過位置間の切替え弁及び逆止め弁として形成されている。

図５による実施例では送出装置４が、反転可能な送出方向を有する、電気モータ５により駆動されるポンプ４”の形式で形成されていて、この際、液圧的な相互接続は、ポンプ４”の送出方向に依存してリアクションピストン１の第１端面１ａ又は第２端面１ｂが正の差圧で付勢されるように構成されている。ポンプ吸入側には所謂シャトル弁１５がそのために通例の相互接続で設けられていて、このシャトル弁１５は、ポンプ４”の各々の圧送側から液圧媒体が、このポンプが送出などするタンク２３内に、即ち一般的にサーボ操舵システムの液圧循環路の実質的に無圧状態の部分Ｔ内に直接的に到達し得ることを保証し、それに対し、このシャトル弁１５は、同時に、ポンプ・吸入側とこのタンク２３或いは無圧状態の部分Ｔとの間の接続を解除する。その他、リアクションピストン１に通じる液圧ライン８ａ、８ｂからは、適切な絞り１７が設けられていて液圧循環路の無圧状態の部分Ｔに通じるバイパスライン１８が分岐している。それによりこの絞り１７を適切に設計することで言わば自己調整式のシステムが得られ、このシステムは、他の入力値、即ち同様にリアクションピストン１の端面１ａ、１ｂにおける液圧に影響を及ぼす運転者による操舵ハンドル・操作の形式の入力値により、非同調となることはない。この際、このこと並びに多数の他の詳細が、特許請求項の内容を逸脱することなく、上述の説明とは異なって構成され得る。

第１実施形態の原理を示す図である。 シリンダ・ピストン・ユニットをより詳細に示す図である。 図１による実施形態の変形例を示す図である。 図１による実施形態の変形例を示す図である。 送出装置としてポンプを有するバリエーションを示す図である。

符号の説明

１ リアクションピストン
１ａ、１ｂ リアクションピストンの端面
２ リアクションピストンのスライド方向
３ シリンダ
３ａ、３ｂ シリンダ空間
４ 送出装置
４’ シリンダ・ピストン・ユニット
４” ポンプ
４ａ シリンダ
４ｂ ピストン
４ｂａ 作用部分
４ｂｂ 案内部分
５ 電気モータ
６ 歯車装置
７ａ、７ｂ 液圧室
８ｂ、８ｂ 液圧ライン
９ 供給ライン
１０ 圧力検知器
１１ シール要素
１２ 逆止め弁
１３ 遮断弁
１４ 遮断弁
１６ シリンダ４ａのスライド方向
１７ 絞り
１８ バイパスライン
１９ 安全・接続ライン
２０ リリーフ弁
２２ 漏らし孔
２３ タンク

Claims (10)

1. 自動車両用の液圧式サーボ操舵システムであって、このシステムが、回転スライダバルブと、選択的に変更可能に両方の端面（１ａ、１ｂ）で異なって液圧媒体で付勢可能なリアクションピストン（１）とを備え、このリアクションピストンが、付勢に依存してモーメントを回転スライダに伝達し、このモーメントが、操舵ハンドルにおいて生じる運転者のハンドモーメントの変更を、支援モーメントの他に累積モーメントもハンドモーメントに対して生成され得るように結果として伴い、その累積モーメントが、ハンドモーメントの増加又は減少、又はハンドモーメントの方向の反転を導く、前記サーボ操舵システムにおいて、
   リアクションピストン（１）の所望の液圧付勢のために、適切にコントロール可能な電気モータ（５）により駆動される送出装置（４、４’、４”）が設けられていて、この送出装置が、サーボ操舵システムの液圧循環路の実質的に無圧状態の部分（Ｔ）から液圧媒体を取り寄せることを特徴とするサーボ操舵システム。
2. 電気モータ（５）を備えた送出装置（４）が回転スライダバルブに取り付けられていて、液圧媒体がタンク・リターンフローラインから取り寄せられることを特徴とする、請求項１に記載のサーボ操舵システム。
3. 送出装置（４）が、電気モータ（５）を用いて互いに相対的に可動なシリンダ・ピストン・ユニット（４’）の形式で形成され得て、ピストン（４ｂ）の両側には液圧室（７ａ、７ｂ）が設けられていて、これらの液圧室が、各々、リアクションピストン（１）の端面（１ａ、１ｂ）と液圧的に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサーボ操舵システム。
4. シリンダ・ピストン・ユニット（４’）の液圧・供給ライン（９）が、出発位置でシリンダ（４ａ）内の中央に位置するピストン（４ｂ）の真横で液圧室（７ａ、７ｂ）内に通じていることを特徴とする、請求項３に記載のサーボ操舵システム。
5. 供給ライン（９）内に、液圧室（７ａ、７ｂ）に向かって開放する逆止め弁（１２）が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のサーボ操舵システム。
6. シリンダ・ピストン・ユニット（４’）の液圧・供給ライン（９）が、出発位置でシリンダ（４ａ）内の中央に位置するピストン（４ｂ）の実質的に端部側で液圧室（７ａ、７ｂ）内に通じていて、液圧・供給ライン（９）内には適切に切替え可能な遮断弁（１４）が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のサーボ操舵システム。
7. 液圧室（７ａ、７ｂ）からリアクションピストン（１）に通じる液圧ライン（８ａ、８ｂ）間に、無通電状態で開いている遮断弁（１３）を備えた安全・接続ライン（１９）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のサーボ操舵システム。
8. 送出装置（４）が、反転可能な送出方向を有する、電気モータ（５）を用いて駆動されるポンプ（４”）の形式で形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のサーボ操舵システム。
9. リアクションピストン（１）に通じる液圧ライン（８ａ、８ｂ）から、絞りで調節されていて液圧循環路の無圧状態の部分（Ｔ）に通じるバイパスライン（１８）が分岐していることを特徴とする、請求項８に記載のサーボ操舵システム。
10. リアクションピストン（１）に通じる液圧ライン（８ａ、８ｂ）に圧力検知器（１０）が設けられていて、それらの測定値が電気モータ（５）のコントロールの際に考慮されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のサーボ操舵システム。

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