JP4029363B2 - 車体屈折式車両の操舵装置及び制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の操舵装置に関し、詳しくは、車体屈折式車両（articulated vehicles）のための、流体を用いたパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体屈折式車両のための、一般的な流体作動式パワーステアリング装置は、前方ボギー部（forward bogie portions）と後方ボギー部（rearward bogie portions ）とを互いに軸着し、前方ボギー部の両側部には、一対のステアリングシリンダを有している。これらシリンダは、一般的にピストンロッドを後方ボギー部に連結し、一方のシリンダを延ばしかつ他方のシリンダを縮めることによって、前記２つのボギー部を折曲げ、車両の操舵を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
さて、運転者の疲労軽減の為に、ステアリングホイールに様々な制御機能を統合することによって、車両の操縦を単純化する手法が、従来より種々開示されている。例えば、望ましくは、変速機のシフトレバーとローダー（loader）制御バルブ操作レバーが、ステアリングホイールに取付けられている。一方、これらの機能をステアリング操作中に行うことができるようにするためには、ステアリングホイールのいわゆるロックトゥーロックの回転数を、例えば、その中立位置から左右に90°、好ましくは90°以下に抑えることが必要である。そこで、本発明においては、ステアリングの全操作を、その中立位置から左右に約55°の範囲で行うことにより、ステアリングホイールがその操作範囲のいかなる角度にあっても、運転者の操作性を向上させることを目的とする。
【０００４】
流体コントローラとバルブ装置を有する従来の一般的な流体作動式パワーステアリング装置は、本発明の譲受人によって譲り受けられた米国特許4,620,416 号に図示されており、参考文献として本説明に含まれる。本発明に関するステアリング装置に用いられる、一般的な流体コントローラは、様々な流体ポートを備えるハウジングと、該ハウジング内に配置された回転バルブと、ステアリングシリンダに対する流体流量を計測する流体メータと、該流体メータを流れる流体流量に応じて、前記回転バルブに追従運動を伝達するための構成とを有する。
【０００５】
従来技術においては、運転者のステアリングホイールへの入力を比較的少なく（±90°以下に）設計したステアリング装置に、上記構成をなしかつ流体メータの動作を回転バルブにフィードバックする一般的な流体コントローラを用いることが困難であった。流体メータに求められる継続的な回転は、典型的に流体メータに関する「スリップ」（slip）と同様に、適切な操作をおこなうためにより大きなステアリング入力を必要とする。
【０００６】
一般的な流体コントローラの、流体メータ（ジェロータギアセット（gerotor gear set）等）の機能の１つとして、手動式ポンプとして用いることが可能であり、コントローラへの圧力流体の供給が絶たれたときに、ステアリングホイールの回転に応じて圧力流体を吐出する、いわゆるマニュアルステアリングとなることが挙げられる。しかしながら、ほとんどの車体屈折式車両は、上記の手動操作が不可能な程の車両の大きさと重量とを有し、流体メータにはこの問題を解決するための何らかの手立てが望まれていた。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、比較的少ないステアリング入力で、所望の操作をすることが可能な、車体屈折式車両のための流体作動式パワーステアリング装置と、流体コントローラとを提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる目的は、流体コントローラのバルブに対する流体メータの一般的な追従動作を必要としないが、滑らかな操作性とステアリング装置の走行能力とに貢献するために、バルブ装置へのフィードバック構成を備える形式の、ステアリング装置および流体コントローラを提供することにある。
【０００９】
また、本発明に関連する目的として、前後ボギー部のフレームが互いにロックするほどの操舵を行う際に生ずる「側面ひきつり現象」（lateral jerk）を除去することことが可能な、車体屈折式車両のための流体作動式パワーステアリングを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の車体屈折式車両のためのステアリング装置によって達成することができる。車体屈折式車両の後方ボギー部には第１の軸線が設定され、前方ボギー部には第２の軸線が設定される。そして、第１の軸線と第２の軸線との間には、屈折角度（ＡＡ）が設定される。圧力流体作動装置の一端部は、後方ボギー部に接続され、他端部は前方ボギー部に接続される。そして、前記屈折角度を変更するために、圧力流体作動装置は圧力流体によって操作可能となっている。このステアリング装置は、圧力流体供給源と、前記流体供給源に連通する流入ポートおよび圧力流体作動手段に連通する第１流体制御ポートが設けられたハウジングとを含むステアリング制御バルブ組立体を備える。
【００１１】
さらに、該ステアリング制御バルブ組立体は、ステアリング入力を受けるための主バルブ部材と、該主バルブ部材および前記ハウジングの間に配置される追従バルブ部材とを備える。この主バルブ部材と追従バルブ部材とが連携して、双方の相対的な中立位置（図６参照）に対する「作動位置」を生じ（図７参照）、このとき前記２つのバルブ部材によって、前記流入ポートと前記第１流体制御ポートとを連通する主流体路が形成される。
【００１２】
前記作動位置は、前記主バルブ部材と前記追従バルブ部材との相対角度の変化（図７参照）により生ずる。本発明に係る改良されたステアリング装置は、ステアリング制御バルブ組立体のハウジングが、前方および後方ボギー部の一方に対して固定され、そしてフィードバック手段が、前記追従バルブ部材の追従動作として前記屈折角度の偏向量（変化を表す運動）を伝達することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は添付の図面に記載された実施の形態に制限されるものではない。図１は、車体屈折式車両を概略的に示している。この車体屈折式車両11は、前方ボギー部13と後方ボギー部15とを備える。この前方および後方ボギー部13，15は、互いにピボットピン17によって軸着されており、後方ボギー部15には第１の軸線Ｘ１が設定されている。一方、前方ボギー部13には第２の軸線Ｘ２が設定されている。そして、該車両の通常の進行（前進）方向を、図１に矢印で示している。
【００１４】
また、本発明の実施の形態に係る流体作動式パワーステアリング装置は、一対のステアリングシリンダ19，21を備える。そして、本実施の形態においては、図２に概略的に示すように、ステアリングシリンダ19，21の双方が、当業者には周知のごく一般的な手法により、シリンダヘッド側端部を前方ボギー部13に軸着し、ピストンロッド側端部を後方ボギー部15に軸着している。また、前方ボギー部13は一対の車輪23を有し、後方ボギー部15も一対の車輪25を備える。加えて、前方ボギー部13は一対の部材13Ｓを備え、後方ボギー部15は一対の部材15Ｓを備える。これら一対の部材13Ｓ，15Ｓは、車両の同一面に設けられており、周知のように車両の屈折角度（ＡＡ）を制限する、いわゆる「フレームストッパー」として機能する。
【００１５】
図２には、本実施の形態に係る流体作動式パワーステアリング装置が概略的に示されている。この装置は車体屈折式車両11に搭載され、後方ボギー部15には、概略的に図示されたエンジンＥが設けられ、これによってポンプ27に駆動力が伝達される。概略的に示されるポンプは、負荷反応型ポンプである。このポンプ27は、本実施の形態に係る流体作動式パワーステアリング装置の、圧力流体供給源である。ポンプ27から供給される圧力流体は、管路29によって、ステアリング制御バルブ組立体である流体コントローラ31に送られる。この流体コントローラ31の機能は、ステアリングホイールＷおよびステアリングコラムＳＣによるステアリング入力に応じて、ステアリングシリンダ19，21に供給する圧力流体の流量を制御するものである。
【００１６】
図２および図３に示すように、流体コントローラ31は、管路29に連通する流入ポート35と、システムリザーバＲに連通する流出ポート37とが形成されたハウジング33を備える。また、ハウジング33は、ポンプ27の吐出量コントローラ41に連通する負荷検出ポート39を備えており、よって、ポンプ27は圧力および流量の双方の制御がなされる。加えて、ハウジング33には流体制御ポート43（第１流体制御ポートともいう）が設けられている。この流体制御ポート43は、ステアリングシリンダ19のシリンダヘッド側の圧力室と、ステアリングシリンダ21のピストンロッド側の圧力室とに連通している。さらに、ハウジング33は流体制御ポート45（第２流体制御ポートともいう）を備え、かつ、流体制御ポート45はステアリングシリンダ19のピストンロッド側の圧力室と、ステアリングシリンダ21のシリンダヘッド側の圧力室とに連通している。上記構成は、車体屈折式車両の操舵に関する技術分野における当業者には周知の内容である。
【００１７】
続けて図３を参照しながら説明する。図３には、流体コントローラ31が幾分詳細に示されている。ハウジング33には、バルブボア47が設けられており、その内部には回転可能な主バルブ部材49（以下の説明では「スプール」と称す）が設けられている。また、スプール49と連携して回転可能な追従バルブ部材51（以下の説明では「スリーブ」と称す）を備える。流体コントローラ31は、ハウジング33、ウエアプレート53、軸支持ハウジング55等、様々な部材（ハウジング手段）から成り立っている。これらの各部材に複数のボルト57（この内１本のみが図３に示されている。）を貫通し、ハウジング33に対して各部材の密閉状態を保ちながら強固に固定している。軸支持ハウジング55内には、ベアリング59，61によって軸63（第１の回転可能な追従軸）を軸支している。この軸63の機能については後述する。
【００１８】
スプール49の前端部には、小径部を形成しその内壁には内歯スプライン65を形成している。そしてこのスプライン65により、ステアリングホイールＷとスプール49とを、機構的かつ直接的に連結する。スプール49およびスリーブ51に関しては以下に詳細に説明するが、その内容はあくまでも、ハウジング33、スリーブ51、スプール49は３つの独立した流体計量部材を構成する本発明の実施の形態に係るものである。
【００１９】
図３における軸63の左端部には、内歯スプラインを形成している。そして、該内歯スプラインは、ドライブシャフト69（第２の回転可能な追従軸）の後端部に形成された外歯スプライン67と係合している。ドライブシャフト69は、二股に別れた前端部71を有し、この部分でドライブピン73を支持することにより、ドライブシャフト69とスリーブ51とを駆動連結している。ドライブピン73の両端部は、スプール49に形成された一対のピン開口部75（図４参照：ピン開口部75は、ドライブピン73の断面形状よりも大きい）に挿通され、スリーブ51のタンクポート 103（図５参照）に圧入状態で係合する。
【００２０】
図３に示すように、ハウジング33のバルブボア47には、スリーブ51を取り巻くように環状の流体室が複数設けられている。これら環状の流体室は、様々なポートとスリーブ51の外周面とを連通する為のものである。一対の環状室35ｃは流入ポート35（図２）から圧力流体を受け取る。一方、一対の環状室37ｃは流出ポート37（図２）へと戻り流体を送り出す。環状室43ｃは制御流体ポート43と連通し、制御流体ポート43から圧力流体を受け取る。また、環状室45ｃは制御流体ポート45（図２）と連通し、制御流体ポート45から圧力流体を受け取る。加えて、ハウジング33は負荷検出ポート77を備える。この負荷検出ポート77は、一定の内径をなすように穿孔されており、バルブボア47と外部の負荷検出ポート39（図２参照）とを連通している。
【００２１】
図４には、スプール49を平面展開して示している。流体コントローラの技術分野では周知のことであるが、スプール49とスリーブ51とが連係して形成する様々なバルブの要素は、一般的に仮想の中心面に対して対象をなすように構成されている。本発明の実施の形態においては、該中心面はドライブシャフト69の軸芯と直交する方向に、かつ、一対の環状室35ｃ（図３）の間に設定している。図４および図５において、前記仮想の中心面に対し左側に位置する要素には、それらを示す符号の後にＬを付し、右側に位置する要素には、それらの符号の後にＲを付して区別する。
【００２２】
スプール49には環状室81Ｌと環状室81Ｒとが設けられている。そしてこれらは、三対の軸方向に延びるくぼみ83（slot）とつながっている。環状室81Ｌ，81Ｒの機能の１つは、周知のごとく、３対のくぼみ83の圧力を全て同じにし、スプール49とスリーブ51との間で、その全周に渡って圧力バランスを保つことにある。隣接するくぼみ83の間には、タンクポート85Ｌ，85Ｒが配置されている。このタンクポート85Ｌ，85Ｒの双方は、スプール49の表面において、角が丸められた正方形の形状をなし、かつ、スプール49の内筒部へと貫通する円形部を有する。
【００２３】
タンクポート85Ｌの近傍には、スプール49の直径方向に設けられた穴およびキャビテーション防止用チェックボール87Ｌ（anti-cavitation check ball：図３）が設けられた座が配置されている。同様に、タンクポート85Ｒの近傍には、スプール49の直径方向に設けられた穴およびキャビテーション防止用チェックボール87Ｒ（図３）が設けられた座が配置されている。これらチェックボールの機能については後述する。隣接する２つのくぼみ83は、円周方向に延びるくぼみ89，91と開放連通している。また、くぼみ89，91の間には、隣接するタンクポート85Ｌと連通し軸方向に延びるくぼみ93が設けられている。また、他の２つのタンクポート85Ｌには、円周方向に延びるくぼみ95，97が連通している。これらくぼみの機能については後述する。図８に示すように、軸方向に延びるくぼみ93と、円周方向に延びるくぼみ95，97をタンクポート85Ｌに連通させる通路（該通路は、スプール49の表面に形成された、軸方向に延びる単なるくぼみである。）とは、スプール49の内筒部へと貫通するように、概略的に描かれている。そしてこれらは、図８に図示されているように直接的にというよりは、タンクポート85Ｌの手段によって間接的に連通している。
【００２４】
ここで、主に図５を参照しながら説明する。図５にはスリーブ51を平面展開して示している。スリーブ51に形成された全ての要素は、直径方向に向いた穴で構成されている。そして、これらの穴は、スプール49およびハウジング33に形成された環状室の１つに対して連通している。本発明の実施の形態においては、ハウジング33のバルブボア47には２つの環状室35ｃ（図３）が設けられており、これらは流入ポート35（図２）と流量無制限に連通している。したがって、もし２つの環状室35ｃを１つの環状室として形成しても、流体コントローラ31の機能を損なうことはない。
【００２５】
スリーブ51には、概略的に符号99で示されるように、グループ分けされた複数の圧力ポートが形成されている。この圧力ポート99に関しては、図６および図７に詳細に示されている。また、スリーブ51には一対の開放ポート 101Ｌが複数設けられている。同様に、一対の開放ポート 101Ｒが複数設けられている。さらに、スリーブ51には、ピン開口部75（図４）と軸方向の位置を一致させて、一直線状に並べられたタンクポート 103が形成されている。したがって、スプール49内部の戻り流体（もしくは容器排出流体：case drain fluid）は、ピン開口部75を通り、外部へと流出し、タンクポート 103（前述のごとく、ドライブピン73の両端部が圧入された２か所を除く）を通過して、戻り流体は環状室37ｃ（図３）に流入する。そして、戻り流体は流出ポート37（図２）を通り、システムリザーバＲへと送られる。
【００２６】
スリーブ51の表面には、スプール49のくぼみ89，91，95，97と軸方向の位置を一致させて、円周方向に延びるくぼみ 105， 107， 109が形成されている。そしてくぼみ 105には、穴 111が形成されている。同様に、くぼみ 107には穴 113が形成され、くぼみ 109には穴 115が形成されている。そして、穴 111， 113， 115の全てが、スプール49の外筒面と、前記くぼみ 105， 107， 109との間を連通すべく、スリーブ51をその直径方向に貫通している。
【００２７】
図６に示すように、スプール49とスリーブ51とが互いに中立位置にあるとき、圧力ポート99は軸方向に延びるくぼみ83との連通が妨げられている。制御ポート 101Ｌ， 101Ｒも同様である。しかしながら、負荷検出ポート77（図３）は穴 111と一致しており、さらに穴 111には軸方向に延びるくぼみ93とも連通している。したがって、吐出量コントローラ41にフィードバックされる負荷検出信号は、タンク（システムリザーバＲ）へと排出され、ポンプ27の吐出圧力は、最小待機圧力となる。このとき、くぼみ 107とくぼみ95とは穴 113によって連通し、したがってシステムリザーバＲはこれらと連通する。一方、くぼみ 109とくぼみ97とは穴 115によって連通し、したがってシステムリザーバＲはこれらと連通する。さらに、キャビテーション防止用チェックボール87Ｌ，87Ｒは、制御ポート 101Ｌ， 101Ｒと各々連通状態となり、もし外部負荷がステアリングシリンダ19，21に加えられた時には、流体はスプール49の内部から排出され、チェックボール87Ｌ，87Ｒのいずれか一方を通過して、ステアリングシリンダ19，21の膨張する側のシリンダー室に供給される。この構成は、ステアリングシリンダ19，21内に圧力流体を常時満たし、キャビテーションの発生を防止するために必要なものである。そして、この構成を欠くことになれば、本装置は操舵性を低下させることになる。
【００２８】
図７に示すように、スプール49とスリーブ51とが中立位置に対して右回転した状態にあるときは、流体経路が形成されたとき、圧力流体は制御ポート43に供給される。そして、ステアリングシリンダ19のピストンロッドを伸張させ、ステアリングシリンダ21のピストンロッドを短縮させる。図示のごとく車両の運転者がスプール49を時計回りに回転させると、穴 111は軸方向に延びるくぼみ93から外れ、負荷検出ポート39によるシステムリザーバＲへの流体の排出（すなわち、操舵負荷信号）は停止される。代わりに、穴 111は円周方向に延びるくぼみ89と連通する。
【００２９】
図７にのみ各圧力ポート99を区別し、夫々に符号を付与することにより、軸方向に延びるくぼみ83と、各圧力ポートとが連通する順番を表している。スプール49がスリーブ51に対して所定角度だけ回転した後、圧力ポート99ａはくぼみ83と連通を始める。よって、流体の流入圧力がくぼみ83，89に与えられる。そして、流入圧力は穴 111および円周方向に延びるくぼみ 105にも付与され、続いて、負荷検出ポート77にも付与されて、ポンプ27の待機圧力を上昇させる。このことについては、追って詳述する。この圧力ポート99とくぼみ83とが重なる範囲によって、主可変流量制御オリフィスＡ１（図２参照、以下「Ａ１オリフィス」ともいう）を形成する。圧力ポート99ａがくぼみ83と連通すると同時に、制御ポート 101Ｒもくぼみ83と連通する。この、制御ポート 101Ｒとくぼみ83とが重なる範囲により、可変流量制御オリフィスＡ４（図２参照、以下「Ａ４オリフィス」ともいう）を形成する。
【００３０】
このＡ１オリフィスとＡ４オリフィスとが開き始めるのにほぼ同期して、制御ポート 101Ｌはタンクポート85Ｌと連通し始める。この制御ポート 101Ｌとタンクポート85Ｌとが重なる範囲により、可変流量制御オリフィスＡ５（図２参照、以下「Ａ５オリフィス」ともいう）を形成する。また、図示は省略されかつ本発明の実施の形態において必須の構成ではないが、流体コントローラ31は、主流体路に連通する減衰流体路を有し、これは、Ａ４オリフィスのすぐ上流で主流体路から分岐して、Ａ５オリフィスのすぐ下流で、再び主流体路に合流する。この減衰流体路については、本発明の譲受人によって譲り受けられた米国特許4,781,219 号に開示されており、参考文献として本説明に含まれる。
【００３１】
本発明の好ましい実施の形態においては、スプール49およびスリーブ51は、参考文献として本説明に含まれるものであり、本発明の譲受人によって譲り受けられた米国特許5,080,135 号「大転向角の回転調節式ステアリングバルブ」において開示されている「広角バルブ」を用いることが望ましい。スプール49がスリーブ51に対して所定角度だけ回転した後、圧力ポート99ａに続いて圧力ポート99ｂがくぼみ83と連通し始める。さらに、スリーブ51に対するスプール49の回転角度が増加すると、圧力ポート99ｃがくぼみ83と連通し始める。（しかし、図７はまだこの状態になっていない様子が示されている。）そして、スリーブ51に対するスプール49の回転角度が最大値となると、圧力ポート99ｄがくぼみ83と連通する。
【００３２】
本発明の実施の形態においては、スリーブ51に対するスプール49の転向角度の最大値は、少なくとも約30°である。そして、好ましくは45°ないし60°の範囲に設定する。本実施の形態におけるスプール49とスリーブ51との回転状態について、および、本発明の実施の形態における特徴部分である「ひきつり停止の防止」（against the stop jeck prevention）手段については、以下に図８を用いて説明している。
【００３３】
本発明の実施の形態に係る、低回転入力流体コントローラ（low rotary input fluid controller ）を、広角バルブ動作に用いることは、ステアリング機能の滑らかさを明らかに高めることになる。加えて、車両の走行性能にも同様の効果をもたらす。例えば、積極的過ぎる操舵性（高すぎるステアリングゲイン）を抑え、特に車両の高速走行時（道路上で、「移動」モードにあるとき等）に効果的なものとなる。
【００３４】
本発明の実施の形態に係る形式の流体コントローラによると、流体メータはそれを流れる流体の流量に応じて、スリーブ51に追従動作を生み出す。しかしながら、従来の技術の欄で説明したように、この流体メータはごくわずかなステアリング入力に対して追従動作を発生させることには不向きである。（例えば、ステアリングホイールの操舵量が、中立位置から左右に90°以内である場合等。）よって、本発明における重要な要件の１つとして、スリーブ51の追従動作を、軸63、ドライブシャフト69、ドライブピン73を介してスリーブ51に至る伝達手段からなる、機械式フィードバック動作によって行うことが挙げられる。加えて、軸63によって伝達されるフィードバック動作は、直列する第１の軸線Ｘ１および第２の軸線Ｘ２の偏向等の、車体屈折式車両11の屈折角度を表すものである。
【００３５】
ここで、主に図１〜図３を参照しながら説明するが、これらの図には、本発明の実施の形態に係る、軸63からスリーブ51へと至る機械式フィードバック手段が示されている。図１に示すように、流体コントローラ31のハウジング33は、後方ボギー部15に対して固定されている。図１には、一般的な実施例として、流体コントローラ31は第１の軸線Ｘ１に対して車幅方向にずれた位置に示されている。一般的には、流体コントローラ31は第１の軸線Ｘ１上に配置する必要はない。また、流体コントローラ31は、鉛直方向に向けて車両に搭載することが一般的である。そして、内歯スプライン65が流体コントローラ31の上方に位置するステアリングホイールＷへ向かって延び、軸63は流体コントローラ31下方に位置する後方ボギー部15へ向かって延びる。
【００３６】
図３に最も良く現れているが、軸63の下端部にはベルクランク部材 117（bell crank member ）（図１にも概略的に示されている）が取付けられ、軸組立体を形成している。このベルクランク部材 117の先端部には、スタッド 119が固定され、さらにその下端部には球形の軸端 121（図１にも概略的に示されている）が設けられている。この軸端 121は、図１にのみ示される連結棒 123のボール軸受に軸着している。また、連結棒 123の、軸端 121に対する連結部との反対側の端部は、図１に示すように、前方ボギー部13に対して固定されかつ前方ボギー部13から突出した球形軸端 125と軸着している。典型的な幾何学的選択をすれば、球形軸端 125は前方ボギー部13、または、前方ボギー部13から横方向に突出した位置に設ける（図１には、一般的な位置を示している）。
【００３７】
ところで、ピボットピン17および流体コントローラ31と、リンク手段であるベルクランク 117、連結棒 123および球形軸端 121， 125とは、夫々図１に示すような位置関係で配置されており、いわゆる４棒リンク装置（four bar linkage）を形成している。リンク装置の技術分野における当業者には容易に理解されるであろうが、このリンク装置によると、第１の軸線Ｘ１および第２の軸線Ｘ２の偏向等、前方ボギー部13および後方ボギー部15の屈折状態を、軸63にフィードバックすることができる。なお、本発明に係るフィードバック手段は、この４棒リンク装置を用いたものに限定されるものではない。本発明の特徴部分は、いかなる形式のフィードバック手段を用いるものであっても、車両の屈折角度をスリーブ51の追従動作量に変換することにある。例えば、流体コントローラ31をピボットピンに対して右側に配置しかつ後方ボギー部15に固定し、さらに、前方ボギー部13の屈折を、スリーブ51に対して市販の湾曲自在な棒やケーブルで伝達することも可能である。
【００３８】
上記課題を解決し、前方ボギー部13からスリーブ51への「完全なフィードバック」を可能とするために必要となる幾何学的リンク装置の配置例が、図１に示されている。ピボットピン17から軸63までの距離を決定する前記「棒」は、連結棒 123の長さと同一である。同様に、ピボットピン17から球形軸端 125までの距離を決定する前記「棒」の長さは、ベルクランク 117の長さ（すなわち、軸63から球形軸端 121まで）と同一である。換言すれば、前記４棒リンク装置は、平行四辺形を構成している。したがって、もしステアリング操作をすると、前方ボギー部13はピボットピン17を中心として回転し、屈折角度ＡＡは25°となる。そして、連結棒 123とベルクランク 117は、屈折角度ＡＡ＝25°を軸63の転向角度としてフィードバックする。
【００３９】
流体コントローラの技術分野における当業者には周知のように、前方ボギー部13からのフィードバック動作は、スプール49とスリーブ51との間の相対回転角度を減少させる。よって、可変流量オリフィスＡ１，Ａ４，Ａ５の面積を減少させることになる。このため、運転者がステアリングホイールＷに回転入力を加えると、前記フィードバック手段は、操舵装置のステアリングゲインを減少させることになる（すなわち、ステアリング入力に対応する全流体流量を減少させる）。そして、操舵装置の、操舵性（ステアリングゲイン）を適切に抑え、車両の走行性を向上させる。すでに述べたように、広角バルブを主可変流量制御オリフィスＡ１に用いることは、上記目的を達成することに貢献する。
【００４０】
後方ボギー部15に搭載された流体コントローラ31が図示されているが、当業者には周知のように、全ての配置を逆にする（すなわち、上記構成において、後方ボギー部15と前方ボギー部13とを入れ替える）ことも可能であり、この構成によってもまったく同様の作用効果を得ることができる。このように、本発明の要点は、偏向角度の量（又は変化を表す運動量）を表示し、流体コントローラ31にフィードバックすることにある。前述のごとく、図１に示す平行四辺形の構成をなすリンク装置によると、屈折角度とフィードバック量とが１対１の関係にある。しかしながら、本発明においては、様々な車両への適用に際して、流体コントローラへのフィードバック量と、屈折角度との関係を所望の比率に設定することが可能である。また、この比率の変更は当業者には周知のことであり、フィードバック量は、図１に示すリンク装置を構成する各棒の長さを単に調節することによって、変更することができる。例えば、ピボットピン17と球形軸端 125とを連結する棒が、ベルクランク 117より長ければ、軸63へのフィードバック量を前方ボギー部13の、より小さな変更角度で得ることができる。
【００４１】
一対の部材13Ｓ，15Ｓはフレームストッパーであり、これらによって車両の屈折角度を制限することはすでに述べた。ところで、従来より該フレームストッパーへの「負荷」（power into）については十分な配慮がなく、隣接するフレームストッパー13Ｓ，15Ｓ同士がほぼ当接するときにおいても、ステアリングシリンダ19，21に最大圧力が付与され、オリフィスＡ１，Ａ４，Ａ５における流量が最大となっている。したがって、本発明の特徴部分の１つとして、車両の屈折角度の最大値まであと５°の状態に近づくと、何らかの手法によって減衰もしくは出力低下（流れおよび圧力の少なくとも一方）を生ずるようになっている。
【００４２】
主に図４、図５および図７を参照しながら説明すると、スプール49の更なる回転角度の増加（図７における下方向への増加）により、圧力ポート99ｃがくぼみ83と連通を始め、最終的に圧力ポート99ｄがくぼみ83と連通する。このとき、スプール49とスリーブ51とは40°の転向角度をなす。本実施の形態においては、前方ボギー部13と後方ボギー部15との最大屈折（偏向）角度（Ｍ）は40°である。したがって、屈折角度とフィードバック量とが１対１の関係にあると仮定すると、前述の前方ボギー部13からスリーブ51へのフィードバック手段によるスリーブ51の回転角度も40°となる。よって、ステアリングホイールＷおよびスプール49の回転可能な角度は、80°となる。（すなわち、（バルブボア47に対する）スリーブ51の最大転向角40と°、スプール49−スリーブ51間の最大転向角40°との和）である。
【００４３】
ステアリングホイールＷを最大角度80°まで回転させると、その結果としてＡ１，Ａ４，Ａ５の各オリフィスは最大面積となり、前方ボギー部13および後方ボギー部15は最大屈折角度に近づく。そして、フレームストッパー13Ｓ，15Ｓ同士が接近する。換言すれば、フレームストッパー13Ｓ，15Ｓ同士が当接するまで、装置の最大流量および最大圧力がステアリングシリンダ19，21に付与され、「側面ひきつり現象」（lateral jerk）が生ずる。
【００４４】
しかしながら、本発明の実施の形態によると、「操舵停止の防止」（against the stops steering）に関する問題を軽減することができる。一般的な従来のスプール−スリーブステアリング装置においては、ハウジング内でのスプールとスリーブとの継続的な回転によって、スプールとスリーブとの相対的な回転角度に応じ、全ての計量（制御）流体が生ずる。本発明の要点部分として、スリーブ51の転向角度は、前方ボギー部13と後方ボギー部15との屈折角度を表示するということが挙げられる。換言すれば、前述のごとく、４棒リンク装置によるフィードバック手段は、与えらえた屈折角度に応じた所定の回転角度が、スプール51に生ずるように選択されている。
【００４５】
本発明の実施の形態によると、屈折角度とスリーブ51の回転位置との関係は、前述のフレームストッパー13Ｓ，15Ｓへの負荷に関する問題を軽減することも可能である。このことについて、主に図８を参照し、図４〜図７を参考にしながら説明する。スプール49とスリーブ51とが互いの中立位置にある状態（図６）から、右側への最大回転角度に至るまでの間、円周方向に延びるくぼみ 107は、穴 113と、スプール49のくぼみ95およびタンクポート85Ｌによって、システムリザーバＲへと流体を排出する。そして、前方および後方ボギー部13，15は、最大屈折角度に近づき（最大角度の５°程手前で）、円周方向に延びるくぼみ 105の穴 111によって、負荷信号（操舵負荷信号）を検出し、該信号を負荷検出ポート77からポンプ27に伝える。
【００４６】
続いて図８を主に参照しながら説明するが、スリーブ51が右回りに回転し、くぼみ 105が負荷検出ポート77と連通しなくなる位置を通過すると、負荷検出ポート77は、前述のごとくシステムリザーバＲの圧力につながるくぼみ 107と連通し始める。したがって、本発明の実施の形態においては、ポンプ27の待機圧力は約1.03×10⁶Pa （150psi）から約1.72×10⁵Pa （25psi ）へと低下する。すなわち、システムリザーバＲが低圧の流体圧力供給源となる。流体の技術分野における当業者には周知のように、ポンプの待機圧力は、主可変流量制御オリフィスＡ１における圧力の低下に関係する。その理由は、流量はＡ１オリフィスにおける単位面積当りの圧力低下に比例するためであり、負荷検出ポート77がくぼみ 105との連通を止め、くぼみ 107との連通を開始すると、流体コントローラ31（すなわち、ステアリングシリンダ19，21）を流れる流体の流量は、通常時の約１／３にまで低下する。結果として、フレームストッパー13Ｓ，15Ｓ同士が当接する直前の幾らかの角度の範囲では、ステアリングシリンダ19，21への流体流量は減少し、最大圧力が加わるとした場合に比べ、フレームストッパー13Ｓ，15Ｓ同士の当接時の「衝撃緩和」もしくは「衝撃低減」を図ることができる。
【００４７】
さらに、本発明の実施の形態においては、負荷検出信号を測定することにより、「操舵停止の防止」に関する問題を解決する手法を開示している。しかしながら、当業者には周知のように、本発明は本説明で開示された内容に限定されるものではなく、前記問題のために、主流体路の他の部分は、流体圧力および流量の少なくとも一方を減少させることによって、制御され、計量され、もしくはシステムリザーバＲへと排出される。図８に示された実施例において意味があることは、「直列」（一列）計測であり、通常時の操舵制御は、スプール49とスリーブ51との間で行うことができるが、システム圧力またはシステム流量（又はいずれも）が、スリーブ51とハウジング33との間における、１つもしくは複数の計量位置において、減衰されまたは減少される。そのようにして、本実施例においては、屈折角度を示すスリーブ51の位置に応じて計量が行われる。
【００４８】
本発明の範囲内で、この他の手法によっても操舵停止を防止することが可能である。ここで、再び車両の最大屈折角度が40°であるとする。従来の技術の欄で説明したように、ステアリングホイールＷには、車両設備（例えば変速機等）を操作するための、様々なコントローラが取付けられている。また、ステアリングホイールＷには、回転数の制限がなされている。本発明の実施の形態においては、ステアリングホイールＷの回転数を制限するための手段として、例えばピンＰ等の機械的ストッパが設けられている。また、スプール49はハウジング33に対して60°以上の回転をすることがないように設計されている。
【００４９】
最適の応用例が図９に示されている。ピンＰはステアリングコラムＳＣを貫通し、ステアリングコラムハウジングＨの内部で回転する。ハウジングＨには弓状の２つのくぼみＳが、 120°の範囲に渡って形成されている。ステアリングホイールＷが中立位置にあるとき（図９に示す状態のとき）、ピンＰの両端部はくぼみＳの中央に位置する。したがって、本実施の形態においては、ステアリングホイールＷは、中立位置から回転し、スプールとスリーブとの転向角度は最大値（40°）へと増加する。そして、ステアリングシリンダ19，21への流体流量は最大流量へと漸次増加していく。しかし、一度ステアリングホイールＷの回転角度が60°に達すると、ステアリングホイールＷ（もしくはステアリングコラムＳＣ、もしくはスプール49）は停止し、その後、ステアリングシリンダへの流体流量は前方、後方ボギー部同士の最大屈折角度を生じ得るものとなる。しかし、スリーブ51の追従動作によって、スプールとスリーブとの転向角度は最大角度40°から減少し始める。
【００５０】
本発明の実施の形態においては、車両の屈折角度が最大角度40°に近づくと、スプール49の回転角度は60°に制限され、スプールとスリーブとの転向角度は20°へと減少される。典型的なスプール−スリーブ構造によると、スプールとスリーブとの転向角度は、最大値の約半分もしくはそれ以下となる。したがって、本発明の特徴部分の１つとして、スプール49の変更角度を制限することと、スリーブ51の追従動作がその回転範囲の最大値に近づく際に、ステアリングシリンダに供給する流体流量および圧力の少なくとも一方を減少させることによって、操舵停止の防止に関する問題を解決することができる。
【００５１】
本発明の特徴部分を上記実施例に基づいて説明してきたが、当業者であれば、その構成をさまざまに変更または修正することが可能であることは理解されるであろう。これらの変更または修正した構成については、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る、車体屈折式車両の流体作動式パワーステアリング装置を示す該略図である。
【図２】図１に示す流体作動式パワーステアリング装置の該略図である。
【図３】図２に示す流体コントローラの断面図である。
【図４】図３に示す流体コントローラの主バルブ部材を平面展開して示したした摸式図である。
【図５】図３に示す流体コントローラの追従バルブ部材を平面展開して示した摸式図である。
【図６】主バルブ部材と追従バルブ部材とが中立位置にあるときの様子を、主バルブ部材の要素を点線で、追従バルブ部材の要素を実線で示した部分重合図である。
【図７】主バルブ部材と追従バルブ部材とが作動位置にあるときの様子を、主バルブ部材の要素を点線で、追従バルブ部材の要素を実線で示した部分重合図である。
【図８】図３に示す流体コントローラの負荷検出回路が現れる部分における半径方向断面図である。
【図９】図２に示すステアリングコラムの半径方向断面図である。
【符号の説明】
11 車体屈折式車両
13 前方ボギー部
13Ｓ 一対の部材
15 後方ボギー部
15Ｓ 一対の部材
17 ピボットピン
19，21 ステアリングシリンダ
27 ポンプ
31 流体コントローラ
33 ハウジング
35 流入ポート
37 流出ポート
39 負荷検出ポート
41 吐出量コントローラ
43、45 流体制御ポート
47 バルブボア
49 スプール
51 スリーブ
55 軸支持ハウジング
63 軸
69 ドライブシャフト
71 二股に別れた前端部
73 ドライブピン
75 ピン開口部
89，91，95，97、 103， 105， 107， 109 円周方向に延びるくぼみ
93 軸方向に延びるくぼみ
99 圧力ポート
101Ｌ， 101Ｒ 開放ポート
103 タンクポート
111 ， 113， 115穴
117 ベルクランク部材
119 スタッド
121 球形軸端
123 連結棒
125 球形軸端
Ｅ エンジン
Ｒ システムリザーバ
Ｐ ピン
ＳＣ ステアリングコラム
Ｗ ステアリングホイール
Ｘ１ 第１の軸線
Ｘ２ 第２の軸線

Claims (9)

1. 車体屈折式車両（11）の操舵装置であって、該車両は、第１の軸線（Ｘ１）が設定された後方ボギー部（15）と、第２の軸線（Ｘ２）が設定された前方ボギー部（13）とを備え、これら第１、第２の軸線は屈折角度（ＡＡ）をなし、
   かつ、圧力流体作動手段（19，21）を備え、その一端部は前記後方ボギー部（15）に連結し、他端部は前記前方ボギー部（13）と連結し、前記屈折角度（ＡＡ）を変更するために、供給される圧力流体に応じて作動可能であり、
   該操舵装置は、圧力流体供給源（27）と、ステアリング制御バルブ組立体（31）を備え、該ステアリング制御バルブ組立体はハウジング（33）を含み、該ハウジングは、圧力流体供給源（27）に連通する流入ポート（35）と、前記圧力流体作動手段（19，21）に連通する第１流体制御ポート（43）とを備え、さらに、ステアリング入力に応答する主バルブ部材（49）と、該主バルブ部材および前記ハウジング（33）の間に位置する追従バルブ部材（51）とを備え、
   該主バルブ部材（49）および追従バルブ部材（51）が連携して、双方の相対的な中立位置に対する作動位置を生じ、該２つのバルブ部材によって、前記流入ポート（35）と前記第１流体制御ポート（43）とを連通する主流体路（Ａ１，Ａ４，Ａ５）が形成され、
   (a) 前記ステアリング制御バルブ組立体（31）のハウジング（33）は、前記後方ボギー部（15）および前方ボギー部（13）の一方に対し固定され、
   (b) 前記屈折角度（ＡＡ）の変化の表示を、前記追従バルブ部材（51）の追従動作として伝達するフィードバック手段（63， 117， 123）を備え、
   前記車体屈折式車両（11）は、予め設定された最大屈折角度（Ｍ）を有し、
   前記ステアリング制御バルブ組立体（ 31 ）は、操舵負荷信号に応じて吐出圧力を変更する圧力流体供給源（ 27 ）の吐出量コントローラ（ 41 ）に、前記操舵負荷信号（ 39 ）を付与するための負荷検出ポート（ 77 ）を備え、前記屈折角度（ＡＡ）が前記最大屈折角度（Ｍ）に近づくと、前記ハウジング（ 33 ）と前記追従バルブ部材（ 51 ）とが連係して、前記操舵負荷信号（ 39 ）が低圧の流体圧力供給源（Ｒ）と連通する計量位置を構成するための、前記第１流体制御ポート（43）における圧力流体の流量を減少可能な衝撃緩和手段（ 105， 107，77）を含むことを特徴とする車体屈折式車両の操舵装置。
2. 前記主バルブ部材は回転可能なバルブ部材（49）からなり、前記追従バルブ部材は前記主バルブ部材に対し相対回転可能な追従バルブ部材（51）からなり、前記作動位置は、前記主バルブ部材（49）と前記追従バルブ部材（51）との相対角度の変化によることを特徴とする請求項１記載の車体屈折式車両の操舵装置。
3. 前記圧力流体作動手段は、シリンダヘッド側の圧力室及びピストンロッド側の圧力室が設けられた流体作動シリンダ（19）からなり、前記シリンダヘッド側の圧力室は前記第１流体制御ポート（43）と連通していることを特徴とする請求項１記載の車体屈折式車両の操舵装置。
4. 前記ステアリング制御バルブ組立体（31）のハウジング（33）は、第２流体制御ポート（45）および流出ポート（37）を備え、前記主流体路（Ａ１，Ａ４，Ａ５）は、前記第２流体制御ポート（45）および流出ポート（37）を連通し、前記流体作動シリンダ（19）のピストンロッド側の圧力室は前記第２流体制御ポート（45）と連通していることを特徴とする請求項３記載の車体屈折式車両の操舵装置。
5. 前記ステアリング制御バルブ組立体（31）のハウジング（33）は、後方ボギー部（15）に対して固定されており、前記フィードバック手段（63， 117， 123）は、前記前方ボギー部（13）と前記追従バルブ部材（51）とを機構連結することを特徴とする請求項１記載の車体屈折式車両の操舵装置。
6. 前記フィードバック手段は、前方ボギー部（13）と前記追従バルブ部材（51）との間に位置する少なくとも１本の連結棒（ 123）を備える軸組立体（63， 117）を含むことを特徴とする請求項５記載の車体屈折式車両の操舵装置。
7. 前記主バルブ部材（49）および追従バルブ部材（51）は、広角バルブからなり、これらバルブ部材は主可変流量オリフィス（Ａ１）を形成し、前記バルブ部材同士の相対転向角度が少なくとも約30°の範囲にあるときに、前記主可変流量オリフィス（Ａ１）が開くことを特徴とする請求項１記載の車体屈折式車両の操舵装置。
8. 車両の操舵装置に用いられる制御装置（31）であって、圧力流体供給源（27）と、車両（11）の操舵に関する圧力流体作動手段（19，21）と、車両の操舵中に操舵量に応じて車両の操舵装置が動作を生じせしめる部分（13）とを備え、
   前記制御装置（31）は、前記圧力流体供給源（27）に連通する流入ポート（35）と、前記圧力流体作動手段（19，21）に連通する第１流体制御ポート（43）とが形成されたハウジング手段（33，55）を備え、
   前記ハウジング手段（33）の内部に配置されたバルブ手段（49，51）は、回転可能な主バルブ部材（49）と、該主バルブ部材（49）に対し相対回転可能な追従バルブ部材（51）とを備え、
   前記主バルブ部材および追従バルブ部材は互いの位置関係における中立位置と、前記主バルブ部材（49）が前記追従バルブ部材（51）に対して前記中立位置から第１の方向へと回転した第１の作動位置とを生じ、
   前記バルブ手段が第１の作動位置にあるとき、前記ハウジング手段（33）および前記バルブ部材（49，51）が連携して、前記流入ポート（35）と前記第１流体制御ポート（43）とを連通する主流体路（Ａ１，Ａ４，Ａ５）を形成し、該主流体路を流れる流量が、前記主バルブ部材および追従バルブ部材の転向角度に比例し、
   前記車両の操舵装置が動作を生じせしめる部分（13）には、最大屈折角度（Ｍ）が設定されており、
   前記制御装置（ 31 ）は、操舵負荷信号に応じて吐出圧力を変更する圧力流体供給源（ 27 ）の吐出量コントローラ（ 41 ）に、前記操舵負荷信号（ 39 ）を付与するための負荷検出ポート（ 77 ）を備え、前記車両の操舵装置が動作を生じせしめる部分（ 13 ）が前記最大屈折角度（Ｍ）に近づくと、前記ハウジング（ 33 ）と前記追従バルブ部材（ 51 ）とが連係して、前記操舵負荷信号（ 39 ）が低圧の流体圧力供給源（Ｒ）と連通する計量位置を構成し、
   (a) 車両の操舵中に、操舵装置が動作を生じせしめる部分（13）から受け取った追従入力動作に応じて、追従手段（63， 117， 123）が追従バルブ部材（51）に対して回転追従動作を伝達可能であり、前記追従バルブ部材（51）は、前記車両の操舵装置における最大屈折角度に対応する最大転向角度を有し、
   (b) 少なくとも前記追従バルブ部材の最大転向角度と同等の最大転向角度に、前記主バルブ部材（49）の回転を制限することが可能な手段（Ｐ，Ｓ）と、
   (c) 前記追従手段（63， 117， 123）は、前記主バルブ部材（49）が最大転向角度に到達した後で、前記車両の操舵装置が動作を生じせしめる部分（13）が、最大屈折角度（Ｍ）に近づいたときに、前記主流体路（Ａ１，Ａ４，Ａ５）の流体流量を減少可能であることを特徴とする制御装置。
9. 前記主バルブ部材（49）の最大転向角度は約60°の範囲にあり、前記追従バルブ部材（51）の最大転向角度は約40°であることを特徴とする請求項８記載の制御装置。

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