JP2533741B2 - 可変ゲインサ―ボ補助装置 - Google Patents

可変ゲインサ―ボ補助装置

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JP2533741B2 JP50369692A JP50369692A JP2533741B2 JP 2533741 B2 JP2533741 B2 JP 2533741B2 JP 50369692 A JP50369692 A JP 50369692A JP 50369692 A JP50369692 A JP 50369692A JP 2533741 B2 JP2533741 B2 JP 2533741B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、総体的にサーボ補助装置（サーボ装置）に
関し、より特定的には、このような装置のための可変ゲ
イン制御装置に関する。
背景技術 一般的は水力伝達装置は、高圧水圧流体を水圧バルブ
に供給するためのポンプを有している。このバルブは、
水圧作動機に供給される作動水圧流体の流体圧を制御す
る。水圧作動機は次いで、供給された作動流体の圧力に
比例した出力を発生する。これらの構成要素は、水力伝
達装置の高圧側を形成する。作動機の出力は、負荷に作
用するにあたり有用である。従って、負荷に作用する合
成力は、バルブオリフィスの横断面積によって決定され
る。水圧流体は、装置の低圧側の溜めに戻り、ここから
流体は再びポンプで汲み上げられる。
水圧作動機は負荷に作用する機械的力の他に独特の力
を提供することができる。一般的に水圧サーボ補助装置
として公知の、この後者の種類の水力伝達装置におい
て、水圧作動機によって発生される力は、力あるいは補
助ゲインを提供するために、負荷に作用する検出機械力
に比例して形成される。
その全体が参考資料として本願に取り入れられている
米国特許出願番号第07/738,193の本願の親出願には、水
力伝達装置の高圧側の作動流体の圧力を能動的に制御す
るための装置が開示されている。この開示された装置
は、所定の水圧力作動側面あるいは補助ゲイン側面が得
られるように、そして、外的あるいは内的影響によって
生ずる圧力変動が実時間で解除されるように、作動流体
の静圧及び動圧を共に制御するために作動することがで
きる。
言うまでもなく明らかなように、以下に開示される本
発明も、いかなる種類の水力伝達装置と共に作動するこ
とができる。本発明の範囲を当業者がより完全に理解す
ることができるように、本発明の種々の水圧装置への適
合性を示すために水圧サーボ補助装置の独特の特徴及び
制限について以下に述べる。
水圧サーボ補助装置において、ポンプは、溜めから水
圧流体を汲み出し、このような流体を、高圧供給ライン
を通じて水圧サーボ補助バルブへと送り出している。一
般的に、機械的装置が負荷に作用する際、サーボ補助バ
ルブは、負荷に現在作用している機械的力を感知、ある
いは検出する。サーボバルブはサーボバルブオリフィス
の横断面積を決定する、作動強度を有した感知された機
械的力に応答して作動される。サーボ補助バルブが作動
されると、負荷に結合された水圧作動機内に、流体圧力
が形成される。水圧作動機内の高圧流体によって、負荷
に対して作用する機械的力の付加剤である水圧力が提供
される。
作動機内の水圧流体の圧力、及びこの結果、生成され
た水圧力の量は、この装置の高圧側の静圧及びサーボ補
助バルブオリフィスの横断面積を変えるサーボバルブの
作動の結果生じた圧力の増加によって決定される。本装
置の低圧力側において、流体はサーボ補助バルブ及び作
動機から低圧戻りラインを介して溜めに戻される。
このため、明らかなように、水圧サーボ補助装置は、
付加の機械的作動に力ゲインを与える。サーボ補助ゲイ
ンは、上記より明らかなように、高圧供給ライン内の水
圧流体の圧力及びサーボ補助バルブオリフィスの横断面
積の関数と思われる。というのは、これらの装置の変数
は、水圧作動機を介して、負荷に対して作用する水圧流
体の圧力を決定するからである。
自動車輛の動力操縦装置は前記の水圧サーボ補助装置
の特別の一例である。前記の負荷である車輛の操縦タイ
ヤの作動は、水圧サーボ補助装置は、操縦歯車への補助
力を提供させて、操縦ハンドルでの運転手の入力をタイ
ヤに結合する操縦歯車によって、先ず行なわれ、一方、
機械的力は操縦かんを介して操縦歯車に伝えられる。自
動車輛のサーボ補助動力操縦装置の構成は公知である
が、その作動環境により、このような装置に課せられる
パラメータ及び制限によって、特にポンプ及びサーボ補
助バルブの設計に独特の特徴及び限定的条件を有する高
品質、高性能の装置が開発されることになった。従っ
て、これらの構成要素の一般的な性質は不特定の読者の
便宜を考慮して記載されている。
通常、操縦ハンドルは、操縦かんを介して操縦歯車に
結合され、操縦歯車は次に前輪連接棒に結合される。各
連接棒は、車輛懸架装置の各操縦可能なスピンドル／ハ
ブ組立体を操縦歯車に相互連結する。スピンドル／ハブ
組立体は、公知のようにキングピン軸の周囲の所定の弧
を介して回転するように装着される。操縦タイヤは、ス
ピンドル／ハブの回転によってタイヤが操縦されるよう
に、それぞれのスピンドル／ハブ組立体に装着される。
操縦歯車の機能は操縦かんの回転を前輪連接棒の線運動
に変えることである。
ラック及びピニオン形式の操縦歯車は、その単純性、
小形の寸法及び動作の直接性のために、現在最も一般的
に使用されている。この種の操縦歯車において、ピニオ
ンはその回転が、ラックの変位に移行されるように、細
長いラックと噛合する。その最も単純な形式では、ピニ
オンは操縦かんの一端に担持されており、前輪連接棒は
ラックに取り付けられている。
他の形式の自動車輛の操縦歯車は再循環球操縦歯車及
びウォーム及びローラ操縦歯車を有している。これらの
種々の形式の操縦歯車のいずれもが、車輛の操作中に、
操縦タイヤを転回させる際に操縦ハンドルで必要とされ
る操縦努力を減少させるための水圧サーボ補助装置を備
えることが出来る。水圧サーボ補助装置、特にサーボ補
助バルブの設計は用いられる操縦歯車の形式に左右され
る。
以下に述べる事柄は、簡潔さと便宜のために、ラック
及びピニオン形式の操縦歯車及び、このような操縦歯車
によって課せられる、サーボ補助装置の特定の設計上の
制約だけに関している。というのは、このような設計が
最も一般的に用いられているからである。しかし、この
議論は、本発明の有用性あるいは範囲を限定するもので
はない。
サーボ補助動力操縦装置において、水圧ポンプは通常
エンジンのクランク軸からベルト駆動される従来の羽根
形式のポンプである。これ故、この羽根によって移動さ
れる水圧流体の容量は、エンジン速度の増加と共に増加
する。羽根によって移動される流体の容量に、エンジン
速度が依存することによって、水圧装置の高圧側の流体
圧も通常は、エンジン速度に左右されることになる。し
かし、動力操縦補助装置は、ポンプの羽根の不確定に変
化する作動速度の間中、装置の高圧側の一般的な安定状
態又は静圧を必要とする。従って、この装置によって一
定の容量の出力流量が必要とされる。
次いで、一定の出力流量には、水圧流体がサーボ補助
装置の高圧及び低圧側の双方に継続的に再循環され、こ
こでは、装置によって有用な作業が行なわれない場合に
も、サーボ補助バルブオリフィス内には圧力降下が生ず
ることが必要とされる。操縦ラックの対応的な作動なし
にサーボ補助バルブオリフィスの横断面積が減少するよ
うな流体通路の制限によって、ポンプの出力に過度の高
圧が生ずることになる。サーボ補助操縦において用いら
れる一般的なポンプは、出力流量調整及び出力圧力調整
用手段を有している。
流量調整バルブはばね偏倚されており、且つばね偏倚
に対抗して、ベンチュリ管に流入する流体の圧力及びば
ね偏倚を支持して、ベンチュリ管から流出する流体の圧
力の作用を受ける。ベンチュリ管は、流体を受容するた
め、ポンプの羽根出力に配置されている。公知の原理に
よれば、ベンチュリ管を流出する流体の圧力は、その流
量が増加するに従い減少する。流量調整バルブに作用す
る正味力は、このバルブに作用して、ベンチュリ管に流
体が流入する前のポンプ羽根の出力から、ポンプ入力か
溜めにおける装置の低圧力側へと過度の流量を戻す。
圧力逃し弁は、ベンチュリ管から流出する流体の過度
の圧力に応答して、座からはずれる逆止めボールであ
る。圧力逃し弁が開放されると、ベンチュリ管から流出
した流体が装置の低圧力側に戻され、これにより、ポン
プ出力の流量及び圧力が減少する。両バルブは、比較的
安定した出力流量が維持されるように、協力して作動を
することもできる。
操縦歯車は、三種類の一次要素、つまり、第１のバル
ブ部材、第２のバルブ部材、そしてねじり棒を有する。
ねじり棒は第１及び第２のバルブ部材を相互に連結し、
更に、各バルブ部材間の相対的角変位の軸を提供する。
第１及び第２のバルブ部材は同軸的に配設されており、
一方のバルブ部材は他方のバルブ部材内の半径方向に配
設されている。一方のバルブ部材は、操縦かんに結合さ
れており、第２のバルブ部材は次いでピニオンに結合さ
れる。ねじり棒はかくて、操縦かんとピニオンとの間の
唯一の機械的結合部を形成する。
通常、第１及び第２のバルブ部材は、ねじり棒に、何
のねじり力のない位置として画定される、互いに対して
固定位置にある。この固定位置において、流体は装置の
高圧及び低圧側の間のバルブオリフィスより継続的に流
れている。バルブオリフィスは第１のバルブ部材の入力
開口によって画定され、両バルブ部材間の通路内へ通じ
ている。この通路は、２本の分岐線路にそれ、各分岐線
路はそれぞれの出力開口より、第２のバルブ部材から出
ている。サーボ補助バルブも、２通路を有しており各々
が、バルブオリフィス通路の一分岐通路と水圧作動機と
して機能する、複動ピストンの両側の各室とを連通させ
る。固定位置において、各通路は、バルブオリフィス通
路に対して同等に解放されている。流体はこれと連通し
ている通路のみを通じて、各室内に導入されあるいは排
出される。ピストンは操縦ラックに結合される。
操縦ハンドルでの操縦入力は、ねじり棒のために、第
１及び第２バルブ部材間に、相対的角変位を惹起させ
る。この相対的角変位によって、通路の一分岐路は、第
２のバルブ部材におけるそれぞれの出力開口でのその終
端部が制限され、そして第１のバルブ部材の入力開口に
対してより開放される。逆に、通路の他方の分岐路は、
第１のバルブ部材の入力開口からの流量に制限され、そ
して第２のバルブ部材におけるそれぞれの出力開口に対
し、その終端部がより開放される。サーボ補助バルブオ
リフィスの有効な横断面積は、増加する相対的角変位に
よって、補助バルブの出力開口に対して、その終端部が
制限される通路の一分岐通路内に圧力が形成され、一
方、他の分岐通路が、装置の低圧側により多く連通して
いる出力開口に対しより開放されるに従がい、その圧力
が低下する間に、かくして減少する。従って流体圧力が
装置の高圧側に形成される。
通路の各分岐路内の圧力不均衡は、一分岐路とそれぞ
れの室とを連通する通路を介して作動機ピストンの各側
の室へと伝達される。ピストンが高圧室から移動するに
つれて、高圧室は高圧通路と連通している通路からの高
圧流体を受けて膨張し、低圧室はその流体を通路より、
通路の低圧分岐路内へと押し込んで収縮する。かくて、
ピストンは通路の各分岐路内の差圧を操縦ラックに作用
する力へと変換する。
操縦ラックに作用する一次的力は操縦ハンドルにおけ
る操縦入力によって形成され、ねじり棒及びピニオンを
介して結合される。サーボ補助バルブ部材が前述の如く
変位すると、水圧作動機によって形成される力が、機械
的力を補助する。この補助的力は次いでねじり棒に作用
するねじり力を減少させ、これによってサーボ補助バル
ブがその安定状態位置に戻される。
サーボ補助ゲインは、ねじり棒のねじり剛性によって
まず決定される。ねじり棒が剛性に欠けていると、サー
ボバルブ部材の相対的角変位の大きさが、棒のねじり剛
性がより大なる場合よりも、操縦入力の開始時により増
加する。前記のように、バルブ部材間の相対的角変位の
大きさを増加させるために、その終端部がより制限され
る、バルブ通路の分岐路内に対応する補助圧力の増加が
発生する。従って、ねじり棒の剛性が減少するか、その
逆の場合、操縦ラックに作用する水圧サーボ補助力は増
加する。
サーボ補助量、つまりサーボ力ゲインは操縦ハンドル
での“道路感覚（road feel）”を維持するために選択
される。通常、過度の補助量あるいは高いゲインは道路
感覚を減少させ、又、不充分な補助量あるいは低いゲイ
ンによって、受容しがたい多大なる操縦努力が課せられ
る。一般的な自動車輛において、必要な操縦努力は静止
位置で最高となり、車輛速度の増加により減少する。こ
の効果は、車輛速度が増加するにつれ、タイヤの転動及
びこすり抵抗が減少することによる。
上記サーボ補助装置は、車輛が静止している時、ある
いは、車輛速度が極めて低速度の時に、必要な操縦努力
の量を減少させるために便利である。しかし、車輛速度
が上がると、操縦ラックに作用する上記装置によって生
成されるサーボゲインは一定のままになる。これによ
り、車輛速度が上昇すると、装置によって過度の補助力
が形成されることになり、この速度の時は、道路感覚を
低下させる。しかし、車輛のオペレータが種々の道路状
況、特に、急減な回避操作を必要とする状況に応答しな
ければならない操縦制御の程度が増加する場合には、道
路感覚はより重要にさえなる。高速度での道路感覚を維
持するために、車輛の速度が上昇するにつれ、装置のサ
ーボゲインを減少させる機能を有する何種類かの従来技
術による装置が開発されている。
一般的に、電子可変オリフィス（EVO）装置と呼ばれ
ている第１の従来技術装置はエンジン駆動の水圧ポンプ
から排出される水圧流体の流量を変更する。EVO装置
は、ベンチュリ管に存在する流量を制限するための手段
を有する。この制限手段は、ベンチュリ管の出口オリフ
ィスの外部に同軸的に配設されたピンの形状をしていて
もよい。車輛速度が増加するにつれ、このピンは徐々に
出口オリフィス内に挿入され、これにより、このオリフ
ィスの有効な横断面積が減少する。このピンは電子速度
感知作動機によって作動される。
ベンチュリ管の出口オリフィス内に挿入されたピンの
効果は、ベンチュリ管に存在する流体の圧力を更に減少
させて、これにより流量調整弁の作動を増加させること
である。ピンの存在により、流量調整弁は、管に流入す
る前のポンプ羽根の出力からの付加的な流量を、前述の
如く、装置の低圧側にそらすので、ポンプに存在し且つ
サーボ補助バルブに供給される流量は従って減少され
る。サーボバルブ部材が、取り換えられた時、減少した
流量によって、バルブオリフィスの通路の制限分岐路内
での圧力減少が生じる。かくて、減少圧力の形成によっ
て水圧作動機によって形成されるサーボ補助力が減少
し、このため、装置のサーボゲインが減少する。
EVO装置の欠点及び制約は、補助ゲインが補助圧力の
限定的範囲にわたり可変であることである。例えば、低
補助圧力では、ポンプの出力流量は、サーボ補助バルブ
の通路の制限分岐路内に、効果的に圧力を形成するには
不充分となり、これにより、充分なサーボ圧力を操縦ラ
ックに作用させてサーボバルブをその安定状態位置に戻
すことは不可能となる。別の欠点及び制約は、減少流量
でのEVO装置は、ある物体を回避するための車線の変更
及び回復等のような迅速な継続に生ずる急激な一時的操
作に、効果的に応答することができないことにある。こ
の応答性の欠如は、操作に初期的補助を与えるに充分な
補助圧力が迅速に形成されない、サーボバルブを通じた
減少流量によるものである。この結果、運転者が補助力
の遅延あるいは操作ハンドルの震動を感知する。
第２の従来技術装置は、サーボ補助バルブと共に、反
応室を使用している。この反応室は、車輛速度が上がる
につれ、増加する量の水圧流体を受容する。反応室内の
流体は、ばね偏倚に対抗して作用する。ばね偏倚力が克
服されると、反応室は、車輛速度の増加と共に、サーボ
補助バルブの第１のバルブ部材及び第２のバルブ部材の
間の相対的角変位の大きさを徐々に制限するために作動
する機械的グリップあるいはクラッチ装置を作動させ
る。このような機械的動作は、反応室の動作によって回
転止め内に付勢される鋼球を受容するＶ字形回転止めに
よって一般的に行なわれる。最終的には、第１のバルブ
部材及び第２のバルブ部材はサーボ補助力が装置から完
全に取り除かれるように、共に完全にロックされる。
第２の従来技術装置は、前記EVO装置と同一の問題点
を有していない。しかしながら、第２の従来技術装置の
欠点及び制約は、この装置がサーボ補助バルブの機械的
複雑さ及び反応室及びクラッチ作動機を製造するために
実施されなければならない精密製造段階の数を非常に増
加しているという点にある。極めて価格競走の激しい自
動車産業においては、この種の装置は、ある種の最高級
の車輛においてのみ、限定された有用性が認められてい
る。EVO装置はもっと広範囲の車輛にも適用することが
できる。
更に第３の従来技術装置も、車輛速度の増加に応答し
て水圧流体を受容する反応室を用いている。しかし、サ
ーボバルブの総体的角変位を制限する代わりに、反応室
は自動車輛のオプレータがより大きな操縦努力を感知す
るように、操縦かん自体に抵抗力あるいは摩擦力を導入
するために用いられる。
第３の従来技術装置は、非常に単純で低価格である。
しかし、この装置の重大な欠点及び制約は、操縦かんに
対する抵抗力の導入により、運転手によって感知される
ような人工的な操縦感覚が生じ、操縦装置の洗練さが欠
けた点にある。従って、この装置は車輛の価格範囲の極
めて低価格の車輛にのみ、限定された有用性を認めるこ
とができる。
発明の概要 従って、本発明の目的は水圧サーボ補助装置のための
可変ゲイン制御装置を提供することである。
本発明の他の目的は、特に従来の自動車輛サーボ補助
装置と共に使用されるようになされたこのような可変ゲ
イン制御装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、多量に製造することがで
き、前記従来技術装置に比較して、価格及び性能の水準
から競走しうるこのような可変ゲイン制御装置を提供す
ることである。
本発明の広範囲の特徴によれば、サーボ補助装置のた
めの可変ゲイン制御装置は、バルブ及び作動機を有して
いる。このバルブは、作動部材及び可変流量オリフィス
を有している。作動部材の位置は、可変流量オリフィス
の横断面積を決定する。可変流量オリフィスは、水圧サ
ーボ補助装置の高圧側と低圧側との間に水圧流体を通
す。少量の流体がオリフィスより流された結果、高圧側
は可変流量オリフィスの横断面積の関数として決定され
る作動圧力を有する。サーボ補助装置の環境においての
可変条件の現在の状態に応答して、作動機は可変オリフ
ィスの横断面積が可変条件の現在の状態の発生に際して
存在する。実質的に予備選択された数値の作動圧を形成
するだけの大きさを有する位置まで、作動部材を作動す
る。従って、サーボ補助装置によって形成される補助圧
力は、可変流量オリフィスの面積の関数となる。
本発明の一特徴として、電気的信号は車輛速度の関数
として形成される。例えば、車輛速度が上昇すると、出
力信号も従って増加する。この信号によって電気機作動
機は、信号水準の上昇と共に、バルブオリフィスが大き
くなるように作動部材を移動する。可変オリフィスを通
る流量が増加すると、補助装置の高圧側の圧力は、従っ
て減少する。サーボ補助バルブの通路の制限分岐路内に
形成されるサーボ補助圧力の量、及び補助ゲインは、車
輛速度の上昇と共に、可変オリフィスを通る流量が増加
するにつれ、減少される。勿論、この結果は前記要素の
他の極性及び偏倚によって達成することができる。
本発明の更に別の特徴によれば、前記要素に、位置制
御ループを加えることができる。位置制御ループは、電
気機作動機あるいはバルブ部材の現在の位置を検出する
ための位置センサを有している。センサは、車輛速度を
示す前記信号あるいは他の可変条件の現在の状態の関数
として形成される他の信号と結合される信号を形成す
る。
本発明の重要な特徴は可変補助ゲイン制御装置が、サ
ーボ補助装置の高圧側内の水圧流体の圧力を実時間で制
御するように作用するということである。これは、水圧
ポンプの全体的に有効な調整された流量の少量を、高圧
側から低圧側へ流すことによって達成される。これは、
ポンプの全出力流量を減少させ、かくて、前述の欠点及
び制約を生み出している。従来技術のEVO装置に比して
すぐれている。
本発明の特定の一実施例の別の重要な特徴は、可動バ
ルブ部材の閉鎖ループ位置決め手段である。閉鎖ループ
位置決め手段は従来技術にまさる多くの利点がある。例
えば閉鎖ループ位置決め手段は、制御されるバルブオリ
フィス領域の精度を大いに高め、最終的には、装置の性
能水準を高める。閉鎖ループ位置決め手段の変形は、走
行限界内で無限にあるので、補助ゲインは無限に可変で
ある。更に、閉鎖ループ位置決め手段は、機械的複雑
さ、精密製造あるいは余分の費用なしで非常に高水準の
性能を達成する。
閉鎖ループ位置決め手段の他の利点は、振動及び混乱
に対する免除、設置配向に対する免除、周囲温度に対す
る免除流体の粘性の変化からの免除及び構成要素の老化
からの免除にある。
本発明の上記及び他の目的、利点並びに特徴は添付の
図面及び請求の範囲と共に、好適実施例の記載を研究す
れば、当業者には容易に明らかとなろう。
図面の簡単な説明 第１図は、水圧流体動力伝達装置あるいは水圧流体サ
ーボ補助装置のための能動的な水圧制御装置の構成図で
あり； 第２図は、第１図の流体制御回路の一部分の作動を概
略的に示しており； 第３図は、第１図の圧力制御装置を取り入れた自動車
輛水圧補助操縦装置の概略図であり； 第４図は、その特定の一実施例に詳細に示される第３
図の一部分であり； 第５図は、水圧流体サーボ補助装置のための閉鎖ルー
プ可変補助ゲイン制御装置の構成図であり； 第６図は、第５図の可変補助ゲイン制御装置に対する
補助ゲイン入力を概略的に示し； 第７図は、第５図の可変補助ゲイン制御装置の作動を
概略的に示し、 第８図は、他の実施例に詳細に示される第３図の１部
分であり； 第９図は、水圧流体サーボ補助装置のための開放ルー
プ可変補助ゲイン制御装置の構成図である。
好適な実施例の説明 第１図を参照するに、本発明の原理により構成された
能動的水圧制御装置12を組み入れた水圧流体動力伝達装
置10が示されている。動力伝達装置10は、水圧ポンプ14
と、溜め16と、高圧供給ライン18と、水圧流体負荷20及
び戻りライン22とを有する。ポンプ14は、溜め16からの
水圧流体を高圧供給ライン18を介して、負荷20に供給す
る。ここで、高圧流体は通常は当該技術において公知の
水圧バルブ及び作動機を介して有用な作用を果たす。負
荷20内の流体がこのような作業を果たしてから、水圧流
体は低圧戻りライン22を通じて、溜め16に戻される。
能動的な水圧制御装置12は、センサ24と、バルブ26
と、制御装置28と、作動機30を有している。本発明の広
範囲の特徴によれば、制御装置28は、センサ24によって
感知される圧力と所定の圧力との間の差圧を決定する。
このような差圧に応答して、作動機30は、第１図に明示
されているように、高圧供給ライン18と溜め16との間で
水圧流体を連通させるため可変流量オリフィスを有する
バルブ26を駆動して、差圧をなくす。一般的に、制御装
置28と、バルブ26と作動機30は、可変オリフィスを通る
水圧流体の流量が、差圧が正圧あるいは負圧それぞれに
なるのに応答して、増加したり減少したりするように配
置されている。例えば、供給ライン18内の圧力が過度に
なるやいなや、作動機30は、そのオリフィスを通る流量
が、高圧流体内の過度のエネルギーを流出するため、効
果的に増加されるように、バルブ26を開放するよう、制
御装置28によって指令される。
作動機30を指令するために、制御装置28は流量制御回
路32及び位置制御回路34とを有している。流量制御回路
32は、検出圧力電気信号及び所定の圧力電気信号に応答
して、前記検出及び所定の圧力信号の各々の関数として
第１の指令信号を生成する。位置制御回路34は、第１の
指令信号及び検出作動機位置電気信号に応答して、第１
の指令信号及び作動機位置信号の各々の関数として、第
２の指令信号を形成する。第２の指令信号は、バルブ26
を作動させるために、作動機30に与えられ、能動的な圧
力制御を行なう。圧力センサ24は、検出圧力信号を発生
するため、水圧流体圧力を変換する。
より特定的には、流量制御回路32は、減算器38と、高
域ろ波器40とを有する。減算器38は、所定の圧力信号と
検出圧力信号との間の差としてエラー信号を形成する。
高域ろ波器40は、エラー信号から第１のろ波電気信号を
形成する。前述の第１の指令信号は、第１のろ波信号と
線形的に比例する。本発明の一特定実施例において、高
域ろ波器40は、動力伝達装置10に水圧応答式の所望の帯
域幅以上のしゃ断周波数を有する。
流量制御回路32は、更に振幅復調器42と、低域ろ波器
44及び合計器46とを有する。復調器42はそれから振幅情
報を抽出するよう、第１のろ波信号から、復調信号を形
成する。低域ろ波器44は、復調信号から第２のろ波信号
を形成する。合計器46は第１のろ波信号と第２のろ波信
号の合計として前記第１の指令信号を形成する。低域ろ
波器44は、復調信号から高周波騒音を除去するように選
択されたしゃ断周波数を有する。
更に、第２図を参照するに、バルブ26の可変流量オリ
フィスの有効な横断面積の図を示しており、時間の関数
として作図した場合、流量制御回路32によって形成され
る第１の指令信号が有効な横断面積に作用する効果を示
している。高域ろ波器40からの第１のろ波信号が合計器
46で、低域ろ波器44からの第２のろ波信号と合計される
と、第１の指令信号は、かくして２個の別々の要素を有
する。これらの要素は動的信号要素と静的（あるいは偏
倚）信号要素である。作動機30が公知の構成の線形電磁
作動機である場合、これらの信号構成要素は、バルブ26
の可変流量オリフィスの有効な横断面積に線形に作用す
る。従って、動的要素はバルブ26の動的変位に関し、静
的要素はバルブ26の静的変位50に関し、この場合、変位
は第２図に図示するように、変位は可変流量オリフィス
の有効な横断面積の変化に関する。
更に、詳しくは動的変位48は可変流量オリフィスの横
断面積の全体的変化に関しており、静的変位50は完全閉
鎖状態から測定されるように、静的オリフィスの横断面
積に関している。復調器42が含まれていないと、バルブ
26はそのオリフィスの横断面積をその閉鎖位置を中心に
振動させ、本発明により、能動的な圧力制御を行なう。
しかし、復調器42が含まれると、変位50のような静的
あるいはバイアス変位が、動的変位に加わる。この構成
においてバルブ26は入力信号がほとんどあるいは全くな
い時にのみ閉じる。静的変位50は第１のろ波信号の振幅
に一次的に比例するので、バルブ26は必要な時は開けた
ままにされ、休止中は閉鎖される。更に、バルブ26は供
給ライン18内の水圧力を減少させることだけが出来、増
加させることはできない。従って、本発明の特定の一実
施例において装置10を継続的に作動させるためにバルブ
26を開けたままにすることが望ましい。復調器42は、こ
の成果を果たし、水圧動力伝達装置10内のバルブの全般
的な有効性を増加する。
本発明の前述の実施例において、減算器38に与えられ
る所定の圧力信号は高圧供給ライン18内の所定の所望動
圧と比例的に引き出される。第２の所定の圧力信号は合
計器46に与えられることも考えられる。この第２の所定
の圧力信号は前記のように制御オリフィスの横断面積に
よって高圧供給ライン18内の静圧を制御し、従って、所
定の静圧と比例的に形成される。下記に詳細に述べるあ
る適用例では、静圧を負荷20の変化時の状態あるいは環
境として変調することが非常に好ましい。
制御装置28についての記載に引き続いて、位置制御回
路34は減算器52と補償器５とを有する。減算器52は前記
の第１の指令信号と検出位置信号との間の差異として第
２のエラー信号を形成する。補償器54は第２のエラー信
号から第３のろ波信号を形成する。第２の指令信号は第
３のろ波信号と一次的に比例する。位置センサ56は作動
機30の位置を検出位置信号に変換する。位置制御回路34
も必要に応じ、電力増幅器58を有して第３のろ波信号か
ら第２の指令信号を形成してもよい。
補償器54は、位置制御ループにおいて公知のように、
従来のPID補償を実施する。PID補償は比例、積分あるい
は微分関数、又はこれらのどれかの組合わせであっても
よい。この選択は作動機30及びバルブ26の選択によって
決定される。
更に、第３図及び第４図を参照して、自動車輛の動力
操縦補助装置60に意図される用途に対する前記能動的な
圧力制御装置の有用性について述べる。操縦補助装置60
は、水圧動力伝達装置10に関して前記したのと同様に、
ポンプ14と、溜め16と、高圧供給ライン18と、戻りライ
ン22とを有する。しかし、動力操縦装置60において負荷
20は公知のように操縦歯車64に作用する水圧サーボ補助
装置である。
圧力センサ24と、バルブ26と作動機30は第４図に図示
するように高圧ライン18及び戻りライン22に結合するた
め、モジュール66内で組み立てられてもよい。制御装置
28は、モジュール66から離隔した回路カード68上に構成
されてもよい。この特定の例においてバルブ26は好まし
くはモジュール66のハウジングから形成される弁体70及
びスプール72を有するスプールバルブである。弁体70は
その一端が閉鎖されている円筒状孔74と、供給ライン18
から該孔74へと、水圧流体を通すための入口開孔76と、
該孔74から戻りライン22を通じてかもしれないが、溜め
16へと水圧流体を通す出口開孔78とを有する。スプール
72は前記孔74内に軸方向摺動自在に係合して受容され、
且つ環状通路80を有する。この通路80、入口開孔76及び
出口開孔78は、その全行程に沿って、スプール72が軸方
向に移動する間に、入口開孔76が環状通路80を介して、
孔74と連通されるように互いに対して配置される。環状
通路80は出口開孔78との連通により変化し、かくて、そ
の横断面積は効果的に調整され、そこを通る水圧流体の
流量が変化する。
第４図の実施例では作動機30は、線形電磁作動機81で
ある。作動機81は心82と制御装置28からの第２の指令信
号が送られるコイル84とを有している。コイル84は本発
明のこの実施例においてはモジュール66内のスプール72
に機械的に直接結合されている。この線形作動機81の場
合、コイル84に作用する力は、コイル84に電流を惹起す
る第２の指令信号の振幅に一次的に比例する。スプール
72及びコイル84は、ベアリング／シール85上を、軸方向
に摺動することができる。スプールバルブ及び作動機81
は第２図に述べたように、第１の指令信号の要素がスプ
ールを線形的に変位させ、前記の変位曲線48及び50が発
生するように、その線形動作のために選択されている。
線形作動機81は本願の出願人による米国特許第4,912,34
3号、米国特許第5,099,158号、1991年12月13日出願の同
時係属米国特許出願第07/807,123号あるいは1992年３月
23日出願の同時係属米国特許出願第07/855,771号のいず
れに記載される形式のものであってもよい。
上記出願第07/807,123号に記載するように、心82は界
磁コイル112と磁束材料のケース114とを有する。界磁コ
イル112内のAD電流はケース内に磁束を発生し、可動コ
イル84が配設される間隙を半径方向に横切る。界磁コイ
ル112によって発生される磁束は界磁コイル112の代わり
に前記の特許第4,912,343号、第5,099,158号又は米国出
願第07/855,771号に記載されるように円筒状の半径方向
に極性化された永久磁石によっても発生させることがで
きる。
能動的水圧制御装置12を操縦補助装置60に適用する場
合、第１の所定の圧力信号は前述のように所望の動圧に
比例する。更に第２の所定の圧力信号は操縦補助装置60
内に、静的あるいは偏倚圧力を提供するよう車輛の道路
速度と共に変化して速度感知可変水圧補助を実現する。
操縦努力は駐車中に車輛が静止している時及び非常に低
速度の際に、一般的に最大となるので道路速度が増加す
るにつれ、補助力を減少させるのが好ましい。操縦努力
は次いで速度の増加と共に減少する。充分な高速度では
補助装置はほとんどあるいは全く必要なくなる。第２の
あるいは静圧信号は容易に、このような偏倚の用意をす
る。静圧信号も、操縦ハンドルの角度、操縦ハンドルの
角度の変化の速度などの１以上の他の可変条件あるいは
操縦応答を左右する他の条件の現在の状態の関数として
発生される。
ある例では動圧の移行は最小であり、他の場合には関
係ない程度なので、高圧供給ライン18内の水圧流体の能
動的圧力検出手段を設ける必要はないと思われる。しか
し、前記のサーボ補助装置の可変補助ゲイン制御装置を
設けることはなお望ましい。例えば、水圧負荷20に作用
する可変補助圧力を用意するために、第２のあるいは静
圧信号が外的可変条件の現在の状態に応答して変えられ
ることについて前記した。第１図から明らかなように、
装置10から動的流量制御回路32を取り除けば静圧信号が
位置制御回路34に対する唯一の入力となってしまう。操
縦補助装置60に関した上記例では静圧信号は可変補助を
行なうために、道路速度と共に変化することができる。
第５図を参照するに、この可変補助操作は第１図の水
圧動力伝達装置10、あるいは特定的には第３図の前記自
動車輛サーボ補助装置60と共に用いられる閉鎖ループ可
変補助ゲイン制御装置100から実施することができる。
前記に示唆したように、第１図の静圧水準信号は減算器
52の＋入力に対する唯一の要素として用いることが出
来、この場合、このような信号は補助ゲイン信号として
も呼ぶことができる。
前述のように、この補助ゲイン信号は当該技術におい
て公知のように、道路速度、操縦ハンドルの角度、操縦
ハンドルの角度の変化速度あるいはこれらのいずれかの
組み合わせの関数として発生することができる。第６図
において、グラフ102は横軸に道路速度を作図し、縦軸
に補助ゲイン信号の振幅をとったその一例である。第６
図に他の可変条件の関数として作図されるような信号を
生成することは、当業者にとっては明白である。多数の
車輛で、この信号は車輛あるいはエンジン制御コンピュ
ータシステムによりすでに提供されている。補助ゲイン
信号の極性及び振幅は作動機がバルブ26の可動バルブ部
材を変位させて可変流量オリフィスの横断面積がサーボ
補助水準の低下と共に増加するように選択されている。
可変補助ゲイン制御装置の作動は、第７図に示すグラ
フ104を参照すれば理解されよう。この図では水圧サー
ボ補助装置62内で発生した補助圧力を縦軸に記入し、背
景技術に関して前記したように、一般的な動力操縦サー
ボ補助バルブのバルブ角度を横軸に記入している。曲線
106はバルブ26のバルブオリフィスが最小の時の補助圧
力を示しており、比較的少量の流体か又はどの流体もサ
ーボ補助装置60の高圧側からサーボ補助装置60の低圧側
へ流出することが出来ない。曲線108はバルブ26のバル
ブオリフィスが最大の時の補助圧力を示しており、最大
の所定量の流体がサーボ補助装置60の高圧側からサーボ
補助装置の低圧側へ流出することができる。曲線106及
び108はバルブ26のバルブオリフィスの横断面積に依存
する曲線110群に対する上限及び下限を画定する。
水圧サーボ補助装置62内のサーボ補助バルブの有効な
横断面積がサーボ補助バルブのバルブ角度が増加するに
つれ、減少すると、サーボ補助装置60の高圧側の圧力が
ポンプ14の出力流量により形成される。この関係は として表わすことができる。
この場合、Ｐはサーボ補助装置60の高圧側の圧力であ
り、Ｑはポンプ14の出力流量であり、A1はサーボ装置60
のサーボ補助バルブの横断面積であり、Ｋは水圧流体の
粘度定数である。ＰはA1の減少と共に増加し、そしてA1
はサーボ補助装置62内のサーボ補助バルブのバルブ角度
の増加と共に減少するので以下にA2として示されるバル
ブ26の横断面積が閉鎖された、あるいは最小の時に曲線
106の形状が得られる。
バルブ26が開放されている時、そのオリフィスの横断
面積は増加する。ポンプ14の出力流量にさらされる。以
下にATとして示される全面積は AT＝A1＋A2 ……（２） として表わされる。
面積A2が増加すると、サーボ補助装置60の高圧側の補
助圧力は以下のように、式（１）及び（２）により減少
する。
Ｐ（AT）＝Q2/K2（A1＋A2）２ ……（３） 式（１）の式（３）に対する割合をとり、更にＱは自
動車輛の補助装置60において一定であるとすると、この
割合は Ｐ（A1）/P（AT）＝A1/（A1＋A2） ……（４） となる。
従って、式（４）は曲線110のグループで明らかなよ
うに、補助圧力Ｐは、バルブ26のバルブオリフィスの横
断面積A2の関数として制御することができることを示し
ている。圧力Ｐが106で示される最大と108で示される最
小との間で無限に可変であり、明確性のために示される
第７図のそれぞれの曲線110に限定されるものではない
ことは当業者には明白である。
前記の実施例で作動機30は出力が入力電流に比例する
線形作動機81として記載した。他の形式の非線形電磁作
動機も、作動機30として用いることができる。
第８図を参照するに、第４図の線形作動機81に代わっ
て、作動機30として用いられる比例ソレノイド作動機11
6が示されている。比例ソレノイド作動機116は全体的に
円筒状の磁束伝導材料ケース118と、全体的に円筒状の
磁束伝導材料心120と、電流導電コイル124と、偏倚ばね
126とを有する。公知のようにコイル124内の電流はケー
ス118及び心120内を軸方向に通り、その間の間隙を横断
する磁束を発生する。この間隙内の磁束によって心120
が心118に向かって軸方向に変位される。偏倚ばね126は
心120を心118から離すように偏倚する。心120は第８図
に明示されるように、非磁性材料の端部キャップ128に
軸方向に摺動係合するよう装着される。スプール72は心
120と一体的に形成され、ベアリング／シール85によっ
て支持されてもよい。
第９図を参照するに、補助ゲイン信号は作動機30に直
接送られることがわかる。この実施例では補助ゲイン信
号は開放ループ構成のバルブ26のオリフィス面積を決定
するために用いられる。
上記のような作動機30あるいはバルブ26のいずれの形
式を用いてもよい。
以上のように、水圧サーボ補助装置のための新規な閉
鎖ループ可変補助ゲイン制御装置が設けられている。当
業者は本願に開示された発明の概念より逸脱することな
く、本発明の上記実施例の多数の用途及びそれからの変
形を製作することができる。従って、本発明は以下の請
求の範囲によってのみ画定されるものである。

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高圧ラインから供給された流体の圧力に比
    例して出力を発生するとともにこの流体を低圧ラインに
    戻すサーボ装置のための可変ゲイン制御装置であって、 作動部材と可変流量オリフィスを有するバルブと、 前記サーボ装置の環境の可変条件の現在の状態に応答す
    る作動機とから成り、 前記作動部材の位置が前記オリフィスの横断面積を決定
    し、前記オリフィスが前記高圧ラインと前記低圧ライン
    との間に流体を通し、前記高圧ラインは前記面積の関数
    として決定される作動圧力を有し、そして 前記作動機の応答により、前記可変オリフィスの前記面
    積が前記可変条件の現在の状態の発生時にあるよう実質
    的に予備設定された数値の作動圧力を形成する大きさを
    有する位置に、前記作動部材が作動されることを特徴と
    する装置。
  2. 【請求項２】前記作動機が電磁作動機であることを特徴
    とする請求の範囲第１項による装置。
  3. 【請求項３】前記電磁作動機が線形界磁コイル作動機で
    あることを特徴とする請求の範囲第２項による装置。
  4. 【請求項４】前記界磁コイル作動機が、 第１の面と、前記第１の面に配設されて第１の壁を画定
    する連続的な通路と、前記第１の壁から離隔した第２の
    壁と底壁とを有する磁束伝導材料の心と； 前記第１の壁と同延に配設され、これから電気的に絶縁
    され、第１の面及び底壁から離隔して、第１のコイル内
    の電流が前記心に、及び第１のコイルと前記第１の面と
    の間の領域の前記第１の壁と前記第２の壁との間に磁束
    を発生するように配設された第１の電流導電コイルと； 前記作動部材に取りつけられ、第２のコイルに惹起され
    る前記可変条件の現在の状態の関数として発生される電
    気信号によって、前記作動機が作動部材を前記位置まで
    作動することができるように前記通路に配置されている
    第２の電流導電コイルとを有していることを特徴とする
    請求の範囲第３項による装置。
  5. 【請求項５】前記電磁作動機がソレノイドに比例するこ
    とを特徴とする請求の範囲第２項による装置。
  6. 【請求項６】前記比例ソレノイドが、 磁束伝導材料製の、閉鎖端部と開放端部を有し、その閉
    鎖端部が貫通同軸孔を有している全体的に円筒状のケー
    スと； 前記ケース内で半径方向に離隔し、前記開放及び閉鎖端
    部間を軸方向に変位可能な磁束伝導材料の全体的に円筒
    状の心と； 前記開放端部に前記心を偏倚させるばね力を有するばね
    と； 前記ケース内に同軸的に配設され、これと同延であり且
    つこれから電気的に絶縁されている電流電導コイルとを
    有しており、 前記心はこれから軸方向に突出する細長い棒を有してお
    り、該棒は前記孔内に摺動受容され、前記作動部材は前
    記棒により担持され、前記心は更に前記コイル内に受容
    されているので、前記条件の現在の状態の関数として発
    生される前記コイル内の電流によって前記作動機が作動
    部材を前記位置まで作動させることができることを特徴
    とする請求の範囲第５項による装置。
  7. 【請求項７】前記バルブがスプールバルブであることを
    特徴とする請求の範囲第１項による装置。
  8. 【請求項８】高圧ラインから供給された流体の圧力に比
    例して出力を発生するとともにこの流体を低圧ラインに
    戻すサーボ装置のための可変ゲイン制御装置において、 作動部材と可変流量オリフィスとを有し、その作動部材
    の位置が前記オリフィスの横断面積を決定するバルブ
    と； 前記作動部材を作動させるための位置指令信号に応答す
    る作動機と； 前記サーボ装置の環境の可変条件の現在の状態の関数と
    して形成されるゲイン信号及び 作動機位置検出電気信号に応答し、前記ゲイン信号及び
    前記検出作動機位置信号の各々の関数として、前記位置
    指令信号を発生する位置制御装置とから成り、 前記オリフィスは前記高圧ラインと前記低圧ラインとの
    間に流体を通し、前記高圧ラインは前記面積の関数とし
    て決定される作動圧を有し、前記位置指令信号は前記作
    動機に送られて、前記可変オリフィス面積が前記可変条
    件の現在の状態の発生時にあるよう実質的に予備選択さ
    れた数値の作動圧力を発生する大きさを有する位置に、
    前記作動部材を作動することを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】前記作動機が電磁作動機であることを特徴
    とする請求の範囲第８項による装置。
  10. 【請求項１０】前記電磁作動機が線形界磁コイル作動機
    であることを特徴とする請求の範囲第９項による装置。
  11. 【請求項１１】前記界磁コイル作動機が、 第１の面と、前記第１の面に配設されて、第１の壁を画
    定する連続的な通路と、前記第１の壁から離隔した第２
    の壁と、底壁とを有する磁束伝導材料の心と； 前記第１の壁と同延に配設され、これから電気的に絶縁
    され、第１の面及び底壁から離隔して第１のコイル内の
    電流が前記心に、及び第１のコイルと前記第１の面との
    間の領域の前記第１の壁と前記第２の壁との間に、磁束
    を発生するように配設された第１の電導コイルと； 前記作動部材に取り付けられ、第２のコイルに惹起され
    る前記可変条件の現在の状態の関数として発生される電
    気信号によって、前記作動機が作動部材を前記位置まで
    作動することができるように、前記通路に配置されてい
    る第２の導電コイルとを有していることを特徴とする請
    求の範囲第10項による装置。
  12. 【請求項１２】前記電磁作動機が比例ソレノイドである
    ことを特徴とする請求の範囲第９項による装置。
  13. 【請求項１３】前記比例ソレノイドが、 磁束伝導材料製の、閉鎖端部と開放端部を有し、その閉
    鎖端部が貫通同軸孔を有している全体的に円筒状のケー
    スと； 前記ケース内で半径方向に離隔し、前記開放及び閉鎖端
    部間を軸方向に変位可能な磁束伝導材料の全体的に円筒
    状の心と； 前記開放端部に前記心を偏倚させるばね力を有するばね
    と； 前記ケース内に同軸的に配設され、これと同延であり、
    且つこれから電気的に絶縁されている電導コイルとを有
    しており、 前記心はこれから軸方向に突出する細長い棒を有してお
    り、該棒は前記孔内に摺動受容され、前記作動部材は前
    記棒により担持され、前記心は更に前記コイル内に受容
    されているので、前記条件の現在の状態の関数として発
    生される前記コイル内の電流によって、前記作動機が作
    動部材を前記位置まで作動させることができることを特
    徴とする、請求の範囲第12項による装置。
  14. 【請求項１４】前記バルブがスプールバルブであること
    を特徴とする請求の範囲第８項による装置。
  15. 【請求項１５】前記位置制御装置が 前記作動機位置信号を発生するための位置センサと； 前記補助ゲイン信号と前記作動機位置信号との間の差を
    得るための減算器とを有することを特徴とする請求の範
    囲第８項による装置。
  16. 【請求項１６】前記制御装置は前記減算器及び作動機と
    電気的に直列のPID補償器を更に有していることを特徴
    とする請求の範囲第15項による装置。
  17. 【請求項１７】前記制御装置が前記補償器と作動機との
    間に電気的に直列の電力増幅器を更に有していることを
    特徴とする請求の範囲第16項による装置。
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