JP3935970B2 - 油圧パワーアシスト機構付きのパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、請求の範囲第１項中の上位概念による構成の自動車用の油圧パワーアシスト機構付きのパワーステアリング装置に関する。このパワーステアリング装置の場合、ステアリングホイールを有するステアリングシャフトがトーションスプリングを介してステアリングギアの入力部材に結合されている。ステアリングギアの出力部材は自動車の操舵される車輪に結合されている。入力部材に対してステアリングシャフトが相対回転するのに伴って倍力装置のサーボモータの２つの作業室が１つのステアリングバルブを介してサーボポンプからの圧力媒体で給圧される。ステアリングシャフトには回転角及びトルク又はそのいずれかを検出するために少なくとも１つのセンサーが配置されている。ステアリングギアの出力部材にも操舵角を検出するためにセンサーが配置されている。このセンサーはステアリングシャフトの回転角検出部に一体に組み込んでもよい。操舵後にステアリングギア並びに車輪の戻しを油圧式にアシストするために１つの戻し機構が用いられる。
背景技術
この種のパワーステアリング装置は既にＥＰ ０４４０６３８ Ｂ１によって公知である。この公知例の場合、油圧アシスト機構付きのパワーステアリング装置に付加的に１つの電気モータが配置されていて、ステアリングホイールに感知される反応を種々のパラメータに関連して変化させるのに用いられる。また、この電気モータはステアリングバルブをその中央位置へ正確にセンタリングするためにも利用される。さらに、この電気モータを介して油圧式にステアリングシャフトの戻しを行うことができ、その際にはステアリングホイールへの力を緩めた後にステアリングバルブがその中立位置を越えて操舵方向転換に相当する１つの制御位置へ操作される。
ＵＳ-Ａ-４７４５９８５によれば、請求の範囲第１項中の上位概念の特徴部分を備えたステアリング機構が知られている。このステアリング機構においては付加的に油圧パワーアシストの大きさ並びに方向と操舵される車輪の戻しとが１つの共通の電子制御式の電磁弁を介して制御される。しかし、電子制御機構にもし故障が発生した際には誤操舵が生じて危険を招くおそれがある。
本発明の課題は、公知のパワーステアリング装置に見られる正確なバルブ位置センタリング並びに油圧式のステアリングシャフトの戻しのようなプラスの特性を、一層簡単な手段によって電気モータを使用せずに可能にすることである。さらに、電子システムの故障発生の際にも操舵の安全性を図ることである。
発明の開示
このような課題を、本発明は請求の範囲第１項中の上位概念に示すパワーステアリング装置において次のようにして解決した。即ち、油圧アシストの大きさ及び方向のみならず、操舵された車輪の戻しも、１つの共通の電子制御式の電磁弁を介して制御されるようにしたのである。電磁弁は本来のパワーステアリング装置内に一体に組み込むか又は外部の任意の個所に配置する。油圧アシスト用のアシスト力はサーボポンプによって供給され、電気モータは使用しない。
故障等の発生の場合の危険を回避するために、ステアリングシャフトとステアリングギアの入力部材との間に１つの短絡弁が配置される。この個所には公知のパワーステアリング装置の場合ステアリングバルブが位置を占めていた。短絡弁はクローズドセンタ式の回転スプール弁として構成されており、その中立位置ではサーボモータの両方の作業室相互の接続は不能である。故障発生の際にはじめてこの短絡弁はその開放位置へ切り替わり、サーボモータの両方の作業室が互いに接続される。両方の作業室は短絡し、サーボモータ内に圧力発生は生じない。このような場合操舵エネルギーはもっぱらステアリングホイールの機械的な操作力による。
本発明の有利かつ効果的な実施形態が請求の範囲第２項以降に示されている。故障等の発生の場合の危険を回避するために、ステアリングシャフトとステアリングギアの入力部材との間に１つの短絡弁が配置される。この個所には公知のパワーステアリング装置の場合ステアリングバルブが位置を占めていた。短絡弁はクローズドセンタ式の回転スプール弁として構成されており、その中立位置ではサーボモータの両方の作業室相互の接続は不能である。故障発生の際にはじめてこの短絡弁はその開放位置へ切り替わり、サーボモータの両方の作業室が互いに接続される。両方の作業室は短絡し、サーボモータ内に圧力発生は生じない。このような場合操舵エネルギーはもっぱらステアリングホイールの機械的な操作力による。
電磁弁は１つの電子装置ユニットを介して簡単な形式で例えば車速、ステアリング速度、ヨーイング速度、荷重、加速度その他の少なくとも１つのパラメータに関連して制御することができる。
電子装置ユニットの適宜なプログラミング及び相応のセンシングによれば、電磁弁を車の現在位置並びに今後の所望位置に関する情報を与える信号によって制御することができる。かくして、パワーステアリング装置に自動ステアリングのためのオプション設定が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のパワーステアリング装置の第１実施例の概念図、第２図は第２実施例の概念図である。
発明を実施するための最良の形態
次に、図示の実施例に従って本発明を説明する。説明はボールナット式のパワーステアリング装置を例としているが、ラックピニオン式のパワーステアリング装置においても同じ作用効果の下に適用される。
ステアリングギアボックス１内においてステアリングギア２が作動ピストン３を備えており、この作動ピストン３はガイドボール４を介してねじスピンドル５に、また歯６を介してセクター軸７にそれぞれ伝動接続されている。ねじスピンドル５はステアリングギア２の入力部材であり、セクター軸７は出力部材である。
セクター軸７からはステアリングレバー８及びタイロッド１０を介して少なくとも２つの操舵される車輪１１への連結がなされる。
ステアリングギアボックス１は、作動ピストン３によって互いに仕切られた２つのシリンダ状の作業室１２、１３から成っている。
ステアリングギア２の入力部材であるねじスピンドル５は、ステアリングホイール１６を保持するステアリングシャフト１５にトーションスプリング１４を介して連結されており、ステアリングシャフト１５はユニバーサルジョイント１７を介して分割されている。
両方の作業室１２、１３は例えば比例動作弁のような１つの電磁弁１８を介して、タンク２０からサーボポンプ１９によって供給される圧力媒体で給圧される。サーボポンプ１９は例えば自動車のエンジン２１又は電気モータによって駆動される。
電磁弁１８はオープンセンター型又はクローズドセンター型に構成するとよい。クローズドセンター型の場合にはサーボポンプ１９に付加的に１つの圧力媒体タンク（図示せず）が配置される。
電磁弁１８は電子装置ユニット２２によって制御される。この電子装置ユニット２２は、ステアリングシャフト１５に配置された回転角及びトルク又はこのいずれかを検出するための少なくとも１つの第１のセンサー２３からの信号を受ける。操舵角を検出するための第２のセンサー２４がステアリングギア２の出力部材、即ちセクター軸７に配置されていて、相応の信号を電子装置ユニット２２に発信する。同様の作用のセンサーをステアリングギア２の入力部材、即ちねじスピンドル５にも設けてよい。自動車のそのつどの走行状態を表す別の信号は例えば電子タコメータ２５及びヨーイング速度センサー２６から電子装置ユニット２２へ送られる。
第１図に示す実施例においては安全上の理由からステアリングシャフト１５とステアリングギア２の入力部材、即ちねじスピンドル５との間に１つの短絡弁２７が接続されている。この短絡弁２７はクローズドセンター型の回転スプール弁として構成されており、第１図中に記号表示されている。ステアリングシャフト１５とねじスピンドル５との間の相対回転に伴い、トーションスプリング１４が与えられたステアリングモーメントに関連してねじられると、短絡弁２７が４５０Ｎ以下の操作力で開くことができる。この操作力はパワーステアリング装置の故障発生時にＥＷＧ基準に従って認められている。短絡弁２７は「普通の」パワーステアリング装置の回転スプール弁と同様に機械式に操作され、従って極めて確実である。この短絡弁１７の開放によってステアリングギア２の両方の作業室１２、１３が互いに接続され、従って作業室１２、１３内に圧力上昇が生ずることはない。ステアリングギア２はこのような場合ステアリングホイールに加えられる手の力だけで操作される。
電子装置ユニット２２の相応のプログラミングによってはパワーステアリング装置を自動ステアリング用に設計することができる。その際には車外に配置される図示してない誘導機構から信号を電子装置ユニット２２へ伝送する。誘導機構は例えば誘導ケーブルと共に道路内に設置すればよい。ビデオナビゲーション又はサテライト制御も可能である。信号は自動車の現在の位置並びに今後の所望位置に関する情報を与える。電子装置ユニット２２は目標値・現在値偏差を演算し、相応に修正した制御命令を電磁弁１８へ送る。必要によりドライバーがステアリングホイール１６を操作すれば自動ステアリング機能を解除することができる。
第２図に示す第２実施例においては短絡弁が電磁弁１８内に一体に組み込まれている。この短絡弁は電磁弁１８と共通に電子制御可能である。
この実施例の場合第１のセンサーが回転角度センサー２８として構成されている。別の付加的な回転角度センサー２９がステアリングギアボックス１の下端部にねじスピンドル５に連結されて組み付けられている。この付加的な回転角度センサー２９によってセクター軸７に配置された第２のセンサー２４の角度検出を改良することができる。
第２実施例のその他の構成部分は第１実施例と同様であり、同一符号で示されている。
ステアリングホイール１６における操舵運動はステアリングシャフト１５の回転角度センサー２８によって検出される。操舵運動はステアリングシャフト１５から操作トルクに関連してねじりを受けるトーションスプリング１４を介して伝達される。トーションスプリング１４は伝達側の端部においてねじスピンドル５と固定結合されている。
トーションスプリング１４のねじれはセクター軸７の第２のセンサー２４に対する第１の回転角度センサー２８の関係に変化を与える。この相対的な角度変化は電子装置ユニット２２によって評価される。次いで電子装置ユニット２２はポンプ１９からの圧力媒体流を電磁弁１８を介して回転方向に応じて相応の作業室１２もしくは１３へ向ける。一般に、セクター軸７における第２のセンサー２４はたんに約９０度の角度幅を有しているだけであって、センサーとしての検出能力も比較的精密ではないので、１つの変速歯車装置を前置せざるを得なかった。しかし、この高価な変速歯車装置の代わりに、ねじスピンドル５と一緒に回転する回転角度センサー２９が用いられる。
両方の回転角度センサー２８、２９及び第１、第２のセンサー２３、２４並びに電子装置ユニット２２は冗長に構成されている。センサー並びに電子装置ユニットの範囲における冗長性によって、故障を検知することが可能であり、電磁弁１８に組み込まれた電子式に方向制御可能な短絡弁を介してステアリングギア２の油圧アシストを不作動にすることが可能である。
符号の説明：
１ ステアリングギアボックス
２ ステアリングギア
３ 作動ピストン
４ ガイドボール
５ ねじスピンドル
６ 歯
７ セクター軸
８ ステアリングレバー
１０ タイロッド
１１ 車輪
１２、１３ 作業室
１４ トーションスプリング
１５ ステアリングシャフト
１６ ステアリングホイール
１７ ユニバーサルジョイント
１８ 電磁弁
１９ サーボポンプ
２０ タンク
２１ エンジン
２２ 電子装置ユニット
２３ 第１のセンサー
２４ 第２のセンサー
２５ タコメーター
２６ ヨーイング速度センサー
２７ 短絡弁
２８、２９ 回転角度センサー

Claims (12)

1. 自動車用の油圧パワーアシスト機構付きのパワーステアリング装置であって、
   ステアリングホイール（１６）を備えたステアリングシャフト（１５）がトーションスプリング（１４）を介してステアリングギア（２）の入力部材に結合されており、
   ステアリングギア（２）の出力部材が自動車の操舵される車輪に結合されており、
   １つの倍力装置のサーボモータの２つの作業室（１２、１３）が、前記入力部材に対するステアリングシャフト（１５）の相対回転に伴って、１つのステアリングバルブを介してサーボポンプ（１９）からの圧力媒体によって給圧可能であり、
   ステアリングシャフト（１５）には回転角及びトルク又はそのいずれかを検出するために少なくとも１つのセンサー（２３）が配置されており、
   ステアリングギア（２）の出力部材又は入力部材に操舵角を検出するためのセンサー（２４）が配置されており、
   操舵後にステアリングギア（２）並びに車輪（１１）の戻しを油圧式にアシストするために１つの戻し機構が設けられている形式のものにおいて、
   油圧パワーアシストの大きさ及び方向と車輪（１１）の戻しとが１つの共通の電子制御式の電磁弁（１８）を介して制御可能であり、
   ステアリングシャフト（１５）とステアリングギア（２）の入力部材（５）との相対回転量が所定の閾値を越えたときに開いて２つの作業室（１２、１３）を相互に連通する短絡弁（２７）が設けられていることを特徴とする、パワーステアリング装置。
2. 短絡弁（２７）がクローズドセンター型の回転スプール弁として構成されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のパワーステアリング装置。
3. 短絡弁（２７）の開放位置でサーボモータの両方の作業室（１２、１３）が互いに接続されることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載のパワーステアリング装置。
4. 短絡弁（２７）が安全弁として機械的に操作可能に構成されていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
5. 電磁弁（１８）が、車速、ステアリング速度、ヨーイング速度及び荷重からなる群から選択された少なくとも１つのパラメータに関連して電子装置ユニット（２２）を介して制御可能であることを特徴とする、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
6. 電磁弁（１８）が、車の現在位置並びに今後の所望位置に関する情報を与える信号に関連して電子装置ユニット（２２）を介して制御可能であることを特徴とする、請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
7. 車の外部に配置される誘導機構からの信号が電子装置ユニット（２２）へ伝達されることを特徴とする、請求の範囲第６項に記載のパワーステアリング装置。
8. 電磁弁（１８）がクローズドセンター型の弁であり、サーボポンプに付加的に圧力媒体タンクが配置されていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
9. 短絡弁が電磁弁（１８）内に電子制御可能に一体に組み込まれていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のパワーステアリング装置。
10. ステアリングシャフト（１５）に回転角及びトルク又はそのいずれかを検出するために配置されたセンサー（２３）に加えて同様の別のセンサーがステアリングギア（２）の入力部材に配置されていることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載のパワーステアリング装置。
11. センサー（２３、２４、２８、２９）及び電子装置ユニット（２２）が冗長に構成されていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
12. 電磁弁（１８）が比例動作弁であることを特徴とする、請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。

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