JP2008518841A - 自動車用のパワーステアリング - Google Patents

Abstract

進行方向を設定するために操舵可能な車輪（１０，１１）と有効に結合されている運転者によって操作可能な操舵ハンドル（１）を有する自動車用の車両操舵装置を提案する。車両操舵装置は、２つの作用方向を備える油圧作動シリンダ（１９）と、バルブサブアッセンブリ（３０）に油圧を作用させる油圧源（１２）とを有する。バルブサブアッセンブリ（３０）は、作動シリンダ（１９）に伝導される油圧の高さを制御し、作動シリンダ（１９）の作用方向を規定する。バルブサブアッセンブリ（３０）は、分離された２つの弁を有し、第１の弁が、作動シリンダの作用方向を規定し、第２の弁が、油圧作動シリンダ用の作動圧を制御する。更に、車両操舵装置の運転をするための方法を提案する。

Description

本発明は、車両操舵装置と車両操舵装置の運転をするための方法に関する。

今日の自動車、特に乗用車は、通常は、ステアリングホイールが機械的に操舵可能な車輪と強制連結されている油圧又は電気油圧式のパワーステアリングを備えている。車両操舵装置のパワーアシストは、通常は操舵機構の中心領域にアクチュエータを、例えば油圧シリンダを備える。アクチュエータによって発生された力によって、操舵機構の操作は、運転者によるステアリングホイールの回転の対する反応の形でアシストされる。これにより、操舵時の運転者の力の投入量が軽減される。

公知の車両操舵装置では、アシストシリンダの作用方向もアシスト圧の高さもコントロールする、アナログ制御されるスプール弁が設けられている。スプール弁は、回転弁として形成されているが、この回転弁では、所望のシリンダチャンバにおいて所望のアシストシリンダの動圧が所望の高さで生じるように、スプールがソレノイド及び／又は変速ギヤを有する電動モータを介して位置決めされる。必要な回転弁は、比較的複雑であり、高い製造費を要する。公知例として、特許文献１〜３を挙げることができる。
独国特許出願公開第１９９ ４６ ０７３号明細書 独国特許出願公開第２７ ４２ ６２１号明細書 特開昭６０−１４３１７７号公報の要約

上記の技術から出発して、本発明の課題は、選択的な車両操舵装置を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の車両操舵装置によって解決される。本発明は、進行方向を設定するために操舵可能な車輪と有効に結合されている運転者によって操作可能な操舵ハンドルを有する自動車用の車両操舵装置を提案する。この車両操舵装置は、２つの作用方向を備える油圧作動シリンダと、バルブサブアッセンブリに油圧を作用させる油圧源とを有する。バルブサブアッセンブリは、作動シリンダに伝導される油圧の高さを制御し、作動シリンダの作用方向を規定する。バルブサブアッセンブリは、分離された２つの弁を有し、第１の弁が、作動シリンダの作用方向を規定し、第２の弁が、油圧作動シリンダ用の作動圧を制御する。

本発明の一実施形では、第１の弁が、デジタル制御可能な電磁式のスプール弁である。本発明の他の実施形では、第１の弁が、アナログ制御可能な電磁式のスプール弁である。

有利な発展形では、第１のスプール弁が可変の切替え速度を備える。可変の切替え速度は、柔軟な切替え工程を得るために有利である。

合目的な実施例では、第１の弁のスプールが、作動シリンダの一方の作用方向から他方の作用方向への切替え時に、作動シリンダの両シリンダチャンバ間に油圧の短絡を生じさせる。油圧の短絡は、運転者に対する操舵の快適さを向上させる。

本発明による車両操舵装置の有利な実施例では、操舵角センサと操舵トルクセンサから信号を受信し、これから、バルブサブアッセンブリに発信される制御命令を誘導する制御ユニットが設けられている。

本発明の別の実施形では、第２の弁が、アナログ制御可能なスプール弁である。この場合、第２の弁のスプールの位置を検出し、相応の位置信号を制御ユニットに伝送するストロークセンサが設けられている。

合目的に、油圧源は、リザーバからの油圧媒体を移送し、バルブサブアッセンブリに油圧媒体を作用させるポンプによって構成することができる。

本発明の有利な実施形では、故障時に作動シリンダのシリンダチャンバ間に油圧の短絡を生じさせる安全弁が設けられている。安全弁は、機械的なバネによって油圧の短絡の位置に予荷重を受けている電磁弁とすることができる。

本発明による車両操舵装置の合目的な発展形では、標準モードで常にその内の２つが同じ圧力を測定する少なくとも３つの圧力センサが設けられている。この構成は、圧力センサの２つが同じ圧力を示さない場合に、所定の作動障害が迅速かつ簡単に確認されるという利点を有する。

本発明の別の課題は、冒頭で述べた様式の車両操舵装置の運転をするための方法を提供することにある。

本発明によれば、この課題は、
−作動シリンダのシリンダチャンバに選択的に油圧媒体を作用させるステップと、
−作動シリンダによって操舵力が要求された場合に、安全弁が機械的なバネの荷重に抗して閉鎖を維持するステップと、
−作動シリンダによって操舵力が何ら要求されない場合か、故障が確認された場合に、安全弁が開放するステップと
を有する、油圧式の車両操舵装置の運転をするための方法によって解決される。

本発明の実施例を図示した図面を基にして本発明を詳細に説明する。この場合、同じ部分又は互いに相当する部分は同じ符号を備えている。

図１に図示した操舵システムは、ステアリングホイール１とこのステアリングホイール１と結合された、２つのユニバーサルジョイント３，４を備えるステアリングコラム２とから成る。ステアリングコラム２は、ステアリングホイール軸５と結合されており、ステアリングホイール軸５の一部を構成する。ステアリングホイール軸５は、ステアリングホイール軸５の回転運動をステアリングロッド７の平行運動に変換するステアリングホイールギヤ６を駆動する。ステアリングロッド７は、図１では、ステアリングロッドに配設された対ロッド８，９を操作するラックとして形成されている。タイロッド８，９の操作は、車両の進行方向を制御するために車輪１０，１１の旋回を生じさせる。ここに示したラックアンドピニオンステアリングの場合、油圧アシストは、車両の駆動エンジンによって駆動される油圧ポンプ１２によって実現される。ポンプ１２は、図示した実施例の場合はベルト駆動機構１３を介して駆動される。しかしながら、当然、本発明の実現のために従来技術から公知である他の全ての適当な駆動手段も考えられる。油圧ポンプ１２は、配管１４を介して方向弁１５に供給されるステアリングオイル内に圧力を生じさせる。還流配管１６を介して、圧力媒体はリザーブタンク１７に還流させることができる。方向弁１５は、２つの油圧配管１８ａ，１８ｂを介して油圧作動シリンダ１９と接続されている。作動シリンダ１９は、ピストン２０によって２つのシリンダチャンバ２１，２２に分割される。

ピストン２０は、ステアリングロッド７に取り付けされているので、ピストン２０は、両シリンダチャンバ２１，２２の一方が正圧の作用を受けた場合に、直接ステアリングロッド７に荷重を加えることができる。

第２のユニバーサルジョイント４とステアリングギヤ６の間には、トーションバー２３、トルクセンサ２４、及び角度センサ２５が配設されている。角度センサ２５は、運転者がステアリングホイールによって設定した回転角を測定し、この回転角を示す出力信号δを発信する。出力信号δは、車両バス（ＣＡＮ）２７を介して伝送され、中央制御ユニット（ＥＣＵ）２８に引き渡される。車両バスは、出力信号δを例えば走行安定性コントロール装置にも伝送するが、これは、図１には図示されておらず、本発明の対象でもない。トルクセンサ２４は、運転者によって加えられたトルクを測定し、トルクを示す出力信号Ｍを制御ユニット２８に引き渡す。

最後に、制御ユニット２８は、場合によっては故障メッセージを発することができるように、バッテリ電圧を示す信号Ｕ_Ｂａｔも受信するが、これは、バッテリ電圧が閾値以下に低下し、車両操舵装置の申し分のない機能がもはや保証されないということである。故障メッセージは、安全弁３３を遮断し、シリンダチャンバ２１，２２間に、油圧の操舵アシストを機能させない油圧の短絡を生じさせる。

操舵アシストの方向を規定するために、制御ユニット２８から制御ライン２９が方向弁１５に通じているが、これは、両シリンダチャンバ２１，２２のどちらに圧力媒体を作用させるかということである。更に、図１には図示されてないスプール弁４５（図２）が作動圧の高さを規定するが、これは、操舵アシストをどの位の大きさにするかということである。方向弁１５内でのスプールの位置は、変位変換器３１によって測定され、その出力信号は、コントロール回路を閉じるために、制御ユニット２８にフィードバックされる。

第２の制御ライン３２は、制御ユニット２８を安全弁３３と接続する。システムの故障時に、安全弁３３は、作動シリンダ１９の両シリンダチャンバ２１，２２間に油圧の短絡を生じさせる。これにより、車両がステアリングホイール１とステアリングロッド７の間の機械的な連結により操舵可能であり続けることが保証される。シリンダチャンバ２１，２２間の油圧の短絡は、ピストン２０が、従ってステアリングロッドが移動可能であることを保証する。

安全弁３３は、これが機械的なバネ３４によって図１に図示した短絡位置に予荷重を受けているように形成されている。電磁石３５は、相応の電流が電磁石のコイルを流れた場合に、バネ圧に抗して作動し、安全弁３４を閉鎖する。制御ユニット２８が電流を遮断するか、電流が停止された場合に、安全弁３３は自動的に再び短絡位置に復元され、これにより、車両の操舵性が保証される。

安全弁３３を含めた作動圧の高さ及び方向をコントロールするサブアッセンブリは、短縮してバルブサブアッセンブリ３０とも呼ばれ、図１に破線で記入されている。

図２ａには、図１に図示した車両操舵装置の油圧回路図が図示されている。ポンプ１２は、レザーバ１７からステアリングオイルを吸い込み、これを高圧にして配管１５を通して方向弁１５に移送する。図２ａの方向弁１５は、両側に２つのソレノイド４０ａ，４０ｂを配設した電磁弁であり、これらソレノイドは、同様に両側に配設された２つのバネ４１ａ，４１ｂに抗して作動する。従って、方向弁１５はバネにより調心されている。両磁石４０ａ，４０ｂが無通電状態で接続されている場合、方向弁１５のスプール（方向スプール）は、図２ａに図示した中心位置を占めるが、この中心位置で、弁の４つの接続部が対で油圧の短絡をさせられる。両ソレノイドの一方が起動された場合、弁１５の接続部は、直接もしくは交差されるように接続される。スプールの位置は、ストロークセンサ３１によって監視され、その出力信号は、制御ユニット２８に伝送される。

選択的な実施形では、ストロークセンサ３１は、方向スプールの位置を監視するストロークスイッチにより置換することができる。

油圧配管１８ａ及び１８ｂは、方向弁１５の接続部の２つを作動シリンダ１９の左もしくは右のシリンダチャンバ２１，２２と接続する。シリンダチャンバ２１，２２と方向弁１５の間に安全弁３３が配設されているが、この安全弁の機能方法は、既に図１と関連させて説明されている。

圧力配管１４内の圧力の高さは、圧力センサ４３によって測定される。更に、両シリンダチャンバ２１，２２への両供給配管１８ａ，１８ｂ内にそれぞれ１つの圧力センサ４４ａ，４４ｂが配設されている。図示した３つの圧力センサ４３，４４ａ及び４４ｂの配設は、弁１５及び３３の申し分のない機能の有効な監視を可能にする。弁１５，３３の機能が申し分のない場合、常に３つの圧力センサの２つが同じ圧力を測定するが、これは、シリンダチャンバ２１が圧力の作用を受けた場合に、圧力センサ４３及び４４ａが同じ圧力を測定するということである。エア抜きしたシリンダチャンバ２２と接続された圧力センサ４４ｂは、これに応じて低い方の圧力を測定する。これに対してシリンダチャンバ２２が圧力の作用を受けた場合は、圧力センサ４３及び４４ｂが同じ圧力を測定する。次にエア抜きされたシリンダチャンバ２１と接続された圧力センサ４４ａは、これに応じて低い方の圧力を測定する。圧力センサ４３，４４及び４４ｂの出力信号は、制御ユニット２８に伝送され、ここで出力信号が評価される。

このパターンとは違う測定値は、制御ユニット２８によって故障と評価される。故障に対する可能な反応は、安全弁３３が配管１８ａ，１８ｂを短絡させることによる、油圧操舵アシストの遮断である。短絡は、図１と関連させて説明されているように、油圧シリンダ１９を無効にする。本発明の一実施形では、測定結果の評価が行なわれるまで、圧力測定が繰り返されるようにされる。

圧力の高さは、スプール弁４５によって調整される。このスプール弁は、同様の電磁弁４６によって予備制御されるが、これは、弁４５のスプールが油圧操作され、操作圧力が電磁弁４６によって調整されるということである。この場合、配管１４と還流配管１６の間の圧力差がステアリングオイルのために利用される。弁４５と４６の間の接続配管内には、例えば圧力のジャンプを回避するために、流れ制限部４７及びフィルタ４８が配設されている。

選択的な実施形では、スプール弁４５が磁石によって制御される。この実施形も、油圧により予備制御される弁４５と同様に、作動圧の連続的な変更を可能にするために、弁スプール位置の連続的な変更を可能にする。還流配管１６内には、同様に、故障フィルタ４９が配設されており、この故障フィルタと並行に、圧力制限弁５１がバイパス弁として接続されている。

図２ｂには、本発明による車両操舵装置の変更を加えた実施形の油圧回路図が図示されている。図２ａに図示した実施形に対する違いは、方向弁１５の形成にある。図２ｂによる実施形では、方向弁が、バネ４１に抗して作動する片側に配設されたソレノイド４０を備える。しかしながら、図２ｂの方向弁１５は、図２ａの方向弁１５と同様に、方向弁が作動シリンダ１９の作用方向を切り換えた場合に、作動シリンダ１９の両シリンダチャンバ２１，２２間に短絡を生じさせる。図２ａに図示した実施形に対して、図２ｂの方向弁１５は、コネクタソレノイド用に唯一のコネクタしか設ける必要がなく、これにより、コストが有利になる。

図２ｃには、本発明による車両操舵装置の別の実施形の油圧回路図が示されている。図２ｂによる実施形におけるように、方向弁１５は、バネ４１に抗して作動する唯一のソレノイド４０しか備えない。しかしながら、図２ｂによる実施形とは違い、方向弁の切替え時の油圧の短絡は、単独の切替え位置で得られない。むしろ、図２ｃによる方向弁１５の場合は、スプールのコントロールエッジが、スリーブの供給孔の直径よりも小さいので、一方の位置から他方の位置へのスプールの交替時に、一時的に作動シリンダ１９のシリンダチャンバ２１と２２間に所望の油圧の短絡が生じる。図２ｃに図示した方向弁は、図２ａ及び２ｂに図示したほう抗弁よりも少なくしか費用がかからない。

図２ｃに図示した実施形は、方向スプールが単独の中心位置を何ら備えておらず、従って非常に簡単で短く形成することができるので、特に有利である。但し、優先方向では、即ち切替え磁石が無通電状態である場合には、安全弁３３が接続されている間は、圧力コントロールバルブでの不可避の動圧により意図しない力が作動シリンダ１９に生じる。従って、この実施形の場合、操舵アシストが何ら必要とされない場合には、安全弁３３が常に遮断される。この運転モードは、また電子機器の熱収支にプラスに作用する。これに応じた運転方法は、本発明の第２の様相を示す。

図３ａには、図２ｃに示した油圧回路図に対する具体的実施形が示されている。図３ａに図示した実施形では、安全弁３３が６つの段５７を有するスリーブ５６を備える。安全弁３３は、更に横孔のない中空のピストン５８を備える。単独のリザーバ接続部５９が、安全弁３３内の圧力補償のために寄与する。安全弁は、ミニクリンチに有効でない。

方向弁１５は、５つの段６２を有するノズル６１と、中実体として形成されたピストン６３を備える。方向弁１５は、ミニクリンチに有効である。

図３ｂには、図２ｃに示した油圧回路図に対する別の具体的な形成が示されている。この実施形では、安全弁３３が５つの段６７を有するスリーブ６６を備える。安全弁３３は、この場合は横孔を有する中空のピストン６８を備えている。但し、単独のリザーバ接続部による圧力補償は何ら行なわれない。

方向弁１５は、４つの段７２を有するスリーブ７１と、横孔を備えている中空のピストン７３を備える。方向弁１５は、ミニクリンチに有効である。

最後に、図３ｃには、図２ｃに示した油圧回路図に対する最後の具体的な実施形が図示されている。この実施形では、スリーブとピストンがそれぞれ同じ部品として構成されるように、方向弁１５と安全弁３３が形成されている。特に、５つの段を有するスリーブを備えている。ピストンは、中空であり、横孔を備える。両弁１５，３３は、ミニクリンチに有効である。安全弁３３のために、単独のリザーバ接続部による圧力補償は何ら行なわれない。

本発明による車両操舵装置の概略図を示す。 本発明による車両操舵装置の第１の実施形の油圧回路図を示す。 本発明による車両操舵装置の第２の実施形の油圧回路図を示す。 本発明による車両操舵装置の第３の実施形の油圧回路図を示す。 図２ｃの車両操舵装置の第３の実施形の具体的な形成を示す。 図２ｃの車両操舵装置の第３の実施形の別の具体的な形成を示す。 図２ｃの第３の実施形の第３の具体的な形成を示す。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングコラム
３，４ ユニバーサルジョイント
５ ステアリングホイール軸
６ ステアリングホイールギヤ
７ ステアリングロッド
８，９ タイロッド
１０，１１ 車輪
１２ ポンプ
１３ ベルト駆動機構
１４ 配管
１５ 方向弁
１６ 還流配管
１７ リザーブタンク
１８ａ，１８ｂ 油圧配管
１９ 作動シリンダ
２０ ピストン
２１，２２ シリンダチャンバ
２３ トーションバー
２４ トルクセンサ
２５ 角度センサ
２７ 車両バス（ＣＡＮ）
２８ 制御ユニット（ＥＣＵ）
２９ 制御ライン
３０ バルブサブアッセンブリ
３１ 変位変換器（ストロークセンサ）
３２ 第２の制御ライン
３３ 安全弁
３４ バネ
３５ 電磁石
４０ ソレノイド
４０ａ，４０ｂ ソレノイド
４１ バネ
４１ａ，４１ｂ バネ
４３ 圧力センサ
４４ａ，４４ｂ 圧力センサ
４５ スプール弁
４６ 電磁弁
４７ 流れ制限部
４８ フィルタ
４９ 故障フィルタ
５１ 圧力制限弁
５６ スリーブ
５７ 段
５８ ピストン
５９ リザーバ接続部
６１ ノズル
６２ 段
６３ ピストン
６６ スリーブ
６７ 段
６８ ピストン
７１ スリーブ
７２ 段
７３ ピストン

Claims (13)

1. 進行方向を設定するために操舵可能な車輪（１０，１１）と有効に結合されている運転者によって操作可能な操舵ハンドル（１）と、２つの作用方向を備える油圧作動シリンダ（１９）と、バルブサブアッセンブリ（３０）が作動シリンダ（１９）に伝導される油圧の高さを制御し、作動シリンダの作用方向を規定する、バルブサブアッセンブリ（３０）に油圧を作用させる油圧源（１２）とを有する自動車用の車両操舵装置において、
   バルブサブアッセンブリ（３０）が、分離された２つの弁（１５，４５）を有し、第１の弁（１５）が、作動シリンダの作用方向を規定し、第２の弁（４５）が、油圧作動シリンダ用の作動圧を制御することを特徴とする車両操舵装置。
2. 第１の弁（１５）が、デジタル制御可能な電磁式のスプール弁であることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
3. 第１の弁（１５）が、アナログ制御可能な電磁式のスプール弁であることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
4. 第１のスプール弁（１５）が可変の切替え速度を備えることを特徴とする請求項３に記載の車両操舵装置。
5. 第１の弁（１５）のスプールが、作動シリンダの一方の作用方向から他方の作用方向への切替え時に、作動シリンダ（１９）の両シリンダチャンバ間に油圧の短絡を生じさせることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の車両操舵装置。
6. 第２の弁（４５）が、アナログ制御可能なスプール弁であることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
7. 操舵角センサと操舵トルクセンサから信号を受信し、これから、バルブサブアッセンブリに発信される制御命令を誘導する制御ユニットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
8. 第１の弁（１５）のスプールの位置を検出し、相応の位置信号を制御ユニット（２８）に伝送するストロークセンサ（３１）が設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の車両操舵装置。
9. 油圧源が、リザーバ（１７）からの油圧媒体を移送し、バルブサブアッセンブリ（３０）に油圧媒体を作用させるポンプ（１２）によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
10. 故障時に作動シリンダ（１９）のシリンダチャンバ（２１，２２）間に油圧の短絡を生じさせる安全弁（３３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
11. 安全弁（３３）が、機械的なバネ（３４）によって油圧の短絡の位置に予荷重を受けている電磁弁であることを特徴とする請求項１０に記載の車両操舵装置。
12. 標準モードで常にその内の２つが同じ圧力を測定する少なくとも３つの圧力センサ（４３，４４ａ，４４ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の車両操舵装置。
13. 油圧式の車両操舵装置の運転をするための方法において、
    この方法が、
    −作動シリンダ（１９）のシリンダチャンバ（２１，２２）に選択的に油圧媒体を作用させるステップと、
    −作動シリンダ（１９）によって操舵力が要求された場合に、安全弁（３３）が機械的なバネの荷重に抗して閉鎖を維持するステップと、
    −作動シリンダによって操舵力が何ら要求されない場合か、故障が確認された場合に、安全弁（３３）が開放するステップと
    を有することを特徴とする方法。

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