JP4314394B2 - 流体式パワーステアリングシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力流体源からシリンダ或は回転モータなどの車両ステアリング装置への流体の流れを制御する流体式パワーステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な流体式パワーステアリングシステムは、種々の流体ポートを形成したハウジングを有する形式の流体コントローラを備えており、更に、車両のステアリングホイールの回転などの入力に応じて作動可能な流体メータとバルブを備えている。また、一般的な流体コントローラは、コントローラバルブ及び流体メータを通ってステアリング装置へ流れる流体流に応じてバルブを追従移動させるようにしている。コントローラバルブを流れる流体流は、ステアリングホイールの回転割合に比例している。
【０００３】
本発明に関連するステアリングシステム及び流体コントローラは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第3,801,239号に開示されており、その開示内容は本発明に参照される。この米国特許における流体コントローラは、“移動制限スリップ(travel limit slip)”として参照される課題に基づいて開発されたものである。車両の操舵される車輪に装着されたステアリングシリンダが、そのストロークの終わりに近づくか、或は、機械的にストッパにぶつかると、操舵される車輪の移動は終了する。しかしながら、流体メータ及びコントローラのバルブ操作からのリークのために、車両のオペレータがステアリングホイールに回転力を作用し続けると、より低い比率ではあるが、ステアリングホイールは回転し続けることとなる。この状態（“停止位置”に抵抗している）でのステアリングホイールの回転率は、“移動制限スリップ率”（ＴＬＳＲ;travel limit slip rate）として知られており、ステアリングホイールの回転数（ＲＰＭ）として測定される。
【０００４】
当業者であれば、上記説明は、流体圧作動装置が線形ステアリングシリンダだけではなく、回転流体モータであるパワーステアリングシステムにも当てはまることを理解できる。本発明はこれに関して説明される。
【０００５】
移動制限スリップ問題を克服し、或は少なくともＴＬＳＲを低減させようとする試みは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第5,136,844 号に開示されており、その開示内容は本発明に参照される。この米国特許における流体コントローラは、プラグ部材の後面に位置するカウンタボア内に収容される“プラグ型星形部材(plugged star)”、即ち、ジェロータ（メータ）星形部材を有する形式として参照される。流体圧はプラグ部材に隣接する領域に連通されており、コントローラのバルブ作用が最大変位位置に近づく時にはいつでも、ジェロータ星形部材の反対側端部を隣接するハウジングの表面と摩擦係合するように付勢する。米国特許第5,136,844号に開示されている流体コントローラは、ＴＬＳＲを低減させることにはほぼ成功しているが、流体コントローラの機能を改良したものではない。例えば、バルブ操作を改善しなければならないし、付加流体通路は、ハウジングと端部キャップの両方に形成されている。
【０００６】
“ノブコントロール”システムとして参照される形式の流体式パワーステアリングシステムには、操舵される車輪の位置センサとステアリングホイールの位置センサがあり、また、リークを補償するように、システムの高圧側または低圧側へ、或は、高圧側または低圧側からの流体ポートをバルブ操作している。その結果、車両のオペレータが所望するように、操舵される車輪は、ステアリングホイールの“ノブ”に比例して“登録”したように調整される。
【０００７】
ノブコントロールステアリングシステムにおいては、流体ポートのバルブ操作は、誤差信号に応じてバルブに電気制御信号を発信する一対の電気制御補助バルブを構成しており、誤差信号は、ステアリングホイールの位置指令と操舵される車輪の偏差を反映するように計算させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、実質的に移動制限スリップを低減することができる改良された流体式パワーステアリングシステムを提供することである。
【０００９】
また、本発明の目的は“停止位置通過(past the stops)”操舵に抵抗することができる改良された流体式パワーステアリングシステムを提供することである。
【００１０】
更に、本発明の目的は、基本的に、ステアリングシステムに組み込まれているセンサ、バルブ、制御装置を利用して、実質的に移動制限スリップを低減することができる改良されたノブコントロール形式の流体式パワーステアリングシステムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上述の目的は、改良された流体式パワーステアリングシステムを提供することによって達成される。改良された流体式パワーステアリングシステムは、圧力流体源、操舵される車輪の位置を検出可能な手段を有する流体圧作動装置、ステアリング入力装置で操作され、流体供給通路を介して圧力流体源と、かつ、高圧通路と低圧通路を介して流体圧作動装置と、それぞれ流体連通されている流体コントローラを備えている。流体コントローラは、ステアリング入力装置の位置を検出可能な手段を有しており、また、制御論理は、操舵される車輪の位置とステアリング入力装置の位置とを比較して、それらの差を表す誤差信号を発生することができる。
【００１２】
改良された流体式パワーステアリングシステムは、高圧通路の流体圧力よりもいくらか大きい圧力で、付加通路に圧力流体を発生させることができる手段を有する圧力流体源を特徴としている。バルブ手段は、付加通路と高圧通路とを流体連通しており、流体連通を阻止する第１位置と流体連通を許容する第２位置との間で作動可能である。制御論理は、操舵される車輪の位置が所定の位置に近づいた時に、また、誤差信号がゼロに近づいた時に、バルブ手段と付加通路に圧力流体を発生させることができる手段へ指令信号を発信して、バルブ手段を第２位置へ移動させることを決定することができる手段を有している。第２位置において、付加通路の圧力流体は、高圧通路と流体連通され、実質的にステアリング入力装置のそれ以上の移動を阻止して、誤差信号をほぼゼロに維持する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、発明を限定するものではないが、図１には、本発明の流体式パワーステアリングシステムが概略的に示されている。システムは、システムリザーバＲに接続される入口を有する流体ポンプ１１を備えている。流体ポンプ１１の出口は、導管手段１３に、続いて減圧／リリーフバルブ１５と導管１３ａを介して流体コントローラ１７に接続されている。通常のステアリングシステムにおいては、流体ポンプ１１と平行に一般的なリリーフバルブ１８が設けられている。
【００１４】
図２に詳細に示すように、流体コントローラ１７は、ステアリングホイールのようなステアリング入力装置によって操作されており、回転流体モータ１９として示されたステアリング装置への流体流を制御している。本発明は、特定の形式のステアリング入力装置、或は特定の形式の流体圧作動ステアリング（出力）装置に限定されないことを理解すべきである。例えば、ステアリング入力装置はジョイスティック型の配列でもよい。
【００１５】
また、流体ポンプ１１の出口には、導管１３と並列に付加通路を構成する導管２１が接続されており、この導管は一対の比例電磁弁２３、２５に接続されている。図１に示すように、電磁弁２３及び２５は常閉型であり、適正な電気入力指令信号がない場合は流体流を阻止している。また、電磁弁２３及び２５はリード線手段２７、２９によって入力指令信号を受信する。これらの参照数字“２７”及び“２９”は、指令信号としても参照される。電磁弁２３及び２５は、流体コントローラ１７から離れて配置されるように概略的に示されているが、流体コントローラ１７のハウジングにボルト締めされるポートブロックバルブ組立体に含まれてもよい。
【００１６】
指令信号２７及び２９は、制御論理３１によって発生される。また、制御論理３１は適正な指令信号を発信して、リード線３３を介して伝達して、減圧／リリーフバルブ１５を作動させる。また、参照数字“３３”は指令信号としても参照される。
【００１７】
回転流体モータ１９の出力位置は、位置センサ３５などの適当な手段によって検知され、流体モータ１９の出力位置を表す信号はリード線３７を介して制御論理３１へ伝達される。参照数字“３７”は、位置センサ３５の信号、或は、“操舵される車輪の位置”としても参照される。
【００１８】
図１と共に図２を参照すると、流体コントローラ１７は上述した特許に簡単に説明されている。流体コントローラ１７は、バルブハウジング３９、ポートプレート４１、流体メータ４３、端部キャップ４５を含む、いくつかの部分から構成されている。ハウジング３９には、入口ポート４７、リターンポート４９、及び一対の制御（アクチュエータ）ポート５１、５３（図１に概略的に示されている。）が形成されている。制御ポート５１は、導管５１ｃを介して流体モータ１９に接続されており、また、制御ポート５３は、導管５３ｃを介して流体モータ１９に接続されている。左回転か右回転により、どちらかの導管５１ｃまたは５３ｃが“高”圧となる。流体コントローラ１７は流体計量装置であるため、導管５１ｃと５３ｃとの間の圧力差はかなり小さく、“高”及び“低”という用語は、流体モータ１９への流れの方向を、或は流体モータ１９からの流れの方向を表すために使用される。
【００１９】
バルブハウジング３９には、円筒状のバルブ孔５５が形成されており、その中にコントローラバルブ５７が配置されている（図１参照）。当業者には周知であるように、コントローラバルブ５７は、基本的に、回転バルブ部材（スプール）６１と、共同して回転可能な従動バルブ部材（スリーブ）６３を備えている。スプールバルブ６１は、直接機械的に車両のステアリングホイールＷに接続されている。しかしながら、本発明では、請求の範囲で述べる場合を除いて、特定の流体コントローラに限定されない。
【００２０】
流体メータ４３は適当な構成でよいが、この実施の形態では、内歯を形成したステータ或はリング６５と、外歯を形成したロータ或は星形部材６７を備えたジェロータギアセットから構成される。当業者には周知であるように、流体メータ４３の機能は、流体メータ４３を通る流体流を“計測”することであり、次に、コントローラバルブ５７を追従移動させることである。この追従移動量は流体メータ４３を通る流体流に比例している。特に、追従移動は、主駆動軸６９と駆動ピン７１を介してスリーブバルブ６３に伝達される。
【００２１】
再度図１を参照すると、図２における、駆動軸６９及び駆動ピン７１からなる機械的なフィードバック７３が概略的に示されている。システムには、ステアリングコラム上、或はステアリングコラム内に装着された位置センサ７５が概略的に示されており、ステアリングホイールＷの回転位置を表す信号を発信する。ステアリングホイールの位置信号はリード線７７を介して制御論理３１に伝達される。参照数字“７７”は位置信号としても参照される。
【００２２】
通常の車両の作動中は、制御論理３１に送信される信号３７、７７は、回転流体モータ１９はほぼ停止位置にあり作動していないことを表している。そして、適正な制御信号３３が、常開状態にある減圧／リリーフバルブ１５に送信されると、入口ポート４７に連通される流体圧と導管２１の流体圧とは実質的に同じになる。同時に、適正な制御信号２７、２９が電磁弁２３、２５に伝達され、図１に示すように、電磁弁２３、２５は閉位置にとどまる。このように、車両の操舵は、一般的な従来の流体式パワーステアリングシステムと同じように行われる。
【００２３】
上述したように、通常の車両の作動中は、ステアリングホイールの位置信号７７は、制御論理への入力としてみてもよいが、操舵される車輪の位置信号３７は、制御論理により制御される信号としてみてもよい。しかしながら、操舵される車輪が停止位置（“所定の位置”としても参照される）に近づくと、信号３７は制御論理３１への入力信号となり、信号７７は、制御論理により制御される信号となる。いずれのケースにおいても、制御技術においてよく知られているように、制御論理３１の１つの機能は、操舵される車輪の位置３７とステアリングホイールの位置７７とを比較して、それらの差を表す“誤差”信号を発信することである。“誤差信号”については、誤差信号は論理上存在するだけであり、制御論理の目的は、誤差信号を“ゼロアウト(zero out)”、即ち、実際の操舵される車輪の位置と指令された操舵される車輪の位置との差をなくすことである。
【００２４】
更に図１を参照すると、操舵される車輪が停止位置に近づくにつれて、操舵される車輪（或は流体モータ１９）が機械的に停止されるまで、この事実を反映するように信号３７は変化するため、操舵される車輪も流体モータもそれ以上回転することはできない。信号３７が“ステアリング操作が停止位置に抵抗している”状態を表す時は、制御論理３１は信号３３を変更して、減圧／リリーフバルブ１５を閉じ始めて、バルブ１５を横切る圧力差を形成する。その結果、流体コントローラ１７の入口ポート４７に導かれる導管１３ａの圧力よりも導管２１の圧力の方が高圧となる。請求の範囲において参照される、高圧通路（５１ｃ或は５３ｃ）よりも高圧となる“付加通路”２１は、他の種類のバルブ手段或は減圧／リリーフ手段を意味し、またそれらを含むことを理解すべきである。これらのバルブ手段或は減圧／リリーフ手段は、導管２１の圧力を導管１３ａの圧力よりも高くすることができ、言い換えると、導管１３ａの圧力を導管２１の圧力よりも低くすることができる。同時に、制御論理３１は、電磁弁２３に信号を伝達するように信号２７を変更して、制御ポート５１を流体モータ１９の入口に接続させる。この場合、信号２９は通常の作動中のままであり、電磁弁２５は閉じられたままである。
【００２５】
電磁弁２３が開くと、導管２１の高圧が導管５１ｃに連通されるが、流体モータ１９は既に停止しているために、流体モータ１９をそれ以上回転（変位）させることはできないので、操舵される車輪の位置はそのままである。流体メータ４３の“出力”側は比較的高圧であり、流体メータ４３に作用する圧力差が存在するために、導管５１ｃは比較的高圧（即ち、入口ポート４７に比べて“高い”）にもかかわらず、流体メータ４３の同じ方向へのそれ以上の回転は阻止される。こうして、ステアリングホイールＷの移動制限スリップは阻止される。
【００２６】
本発明により達成される付加的な機能は、電磁弁２３を介して導管５１ｃを圧力流体と連通させることにより、システム内のリークを“飽和させる”、即ち、圧力流体を導入することにより、リークによってステアリングホイールＷが移動しないように保証することである。
【００２７】
当業者であれば、特定の圧力差は必要であり、そのために減圧／リリーフバルブ１５を選択することは、流体メータのサイズなどの要件となることを理解できる。換言すると、本発明の目的は、停止位置に近づいた時にはいつでも、ステアリング入力装置のそれ以上の回転を阻止するために、流体メータに十分なリバーストルクを作用させることである。しかしながら、本発明の他の観点によれば、流体メータにリバース圧力差を作用させるだけでは十分ではない。実際に流体メータ及びステアリングホイールを反対方向に駆動すること、即ち、車両のオペレータによって選択される方向とは反対方向に駆動することは望ましくないからである。操舵される車輪が停止位置に抵抗しているかぎり、導管２１と入口ポート４７との間の圧力差を制御することが望ましい。ステアリングホイールに作用させるオペレータのトルクが変動しても、ステアリングホイールＷは実質的に静止位置にとどまる。
【００２８】
このように、車両のオペレータがステアリングホイールを更に回転させようとすることを検知すると、信号７７は変化して、減圧／リリーフバルブ１５を更に閉じるので、流体メータ４３を横切る圧力差は増加する。言い換えると、車両のオペレータが如何なるステアリング入力をステアリングホイールＷに作用させようとしても、システムは、流体メータ４３に適正なリバーストルクを発生するので、ステアリングホイールＷの実際の移動量はいつでも実質的にゼロとなる。
【００２９】
車両のオペレータが、反対方向にステアリングホイールＷを回転させて、流体モータ１９を停止位置から離れるように移動させると、制御論理３１によって信号３３は変更され、減圧／リリーフバルブ１５は比例して開き始める。すると、導管２１と入口ポート４７との間の圧力差は減少して、システムは、通常の機能に戻り、操舵される車輪の位置を、ステアリングホイールの位置に対応する位置、或は登録位置に保持する。
【００３０】
以上の説明では、ステアリングホイールＷの回転を一方向に想定したので、流体コントローラ１７の出力は制御ポート５１としたが、車両の方向を変えるためにステアリングホイールＷを反対方向に回転すると、流体コントローラの出力は制御ポート５３になる。この場合、反対方向の停止位置に操舵されると、制御論理３１は信号２７を発信して電磁弁２３を閉じ、また、信号２９を発信して電磁弁２５を開くことになる。同様に信号３３が減圧／リリーフバルブ１５に伝達され、他の回転方向に操作されるが、電磁弁２５は開いているので、導管２１の高圧は導管５３ｃに連通されて、流体メータのそれ以上の回転を阻止する。
【００３１】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、本発明の変更や修正は、詳細な説明を読んで理解することにより明らかであると信ずる。全ての変更や修正は請求の範囲内にあるかぎり、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の流体式パワーステアリングシステムの流路線図である。
【図２】図２は、本発明に使用される形式の流体コントローラの軸方向断面図である。
【符号の説明】
１１ 圧力流体源、１３ 流体供給通路、１５ 減圧／リリーフバルブ、１７ 流体コントローラ、１９ 流体圧作動装置（流体モータ）、２１ 付加通路、２３、２５ 電磁弁（バルブ手段）、３１ 制御論理、３５、７５ センサ、４３ 流体メータ、５７ ステアリングバルブ手段、Ｗ ステアリング入力装置

Claims (4)

1. 圧力流体源(11)と、操舵される車輪の位置(37)を検出可能な手段(35)を有する流体圧作動装置(19)と、ステアリング入力装置(Ｗ)によって操作され、流体供給通路(13,13a)を介して前記圧力流体源(11)と流体連通されると共に高圧通路(51c)及び低圧通路(53c)を介して流体圧作動装置(19)と流体連通される流体コントローラ(17)と、を備えた流体式パワーステアリングシステムであって、前記流体コントローラ(17)は、ステアリング入力装置の位置(77)を検出可能な手段(75)と、前記操舵される車輪の位置(37)と前記ステアリング入力装置の位置(77)とを比較して、それらの差を表す誤差信号を発信することができる制御論理(31)と、を備えている流体式パワーステアリングシステムにおいて、
   （ａ）前記高圧通路(51c)の流体圧力よりいくらか大きい圧力で、付加通路(21)に圧力流体を発生させることができる手段(15)を備えた前記圧力流体源(11)と、
   （ｂ）前記付加通路(21)と前記高圧通路(51c)とを流体連通するバルブ手段(23)であって、流体連通を阻止する第１位置と流体連通させる第２位置との間で作動可能なバルブ手段(23)と、
   （ｃ）前記操舵される車輪の位置(37)が所定位置に近づいた時に、また、前記誤差信号がゼロに近づいた時に、前記バルブ手段(23)と前記手段(15)へ指令信号(27,33)を発信して、前記バルブ手段を前記第２位置へ移動させることを決定することができる手段を備え、前記付加通路(21)の圧力流体を前記高圧通路(51c)に流体連通して、実質的に前記ステアリング入力装置(Ｗ)のそれ以上の移動を阻止して、前記誤差信号をほぼゼロに維持することができる前記制御論理(31)と、を備えていることを特徴とする流体式パワーステアリングシステム。
2. 前記流体コントローラ(17)は、前記ステアリング入力装置(Ｗ)の移動に応じて作動可能なステアリングバルブ手段(57)と、流体メータ(43)を通る流体の流量に比例して、前記ステアリングバルブ手段(57)を追従移動させることができる流体メータ(43)を含むことを特徴とする請求項１記載の流体式パワーステアリングシステム。
3. 前記付加通路(21)に圧力流体を発生させることができる手段は、前記バルブ手段(23)に流体連通される入口と、前記流体コントローラ(17)の入口ポート(47)に流体連通される出口と、を有する減圧／リリーフバルブ(15)を備えており、前記指令信号(33)の変化に応じて前記高圧通路(51c)の圧力を減圧／リリーフさせるように作動可能であることを特徴とする請求項１記載の流体式パワーステアリングシステム。
4. 前記減圧／リリーフバルブ(15)は、常開位置と減圧位置を有しており、前記指令信号(33)に応じて、前記減圧位置に向けて移動させることができることを特徴とする請求項３記載の流体式パワーステアリングシステム。

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