JPH06504970A - 可変ゲインサーボ補助装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 可変ゲインサーボ補助装置 １４豆１ 本発明は、総体的に水圧サーボ補助装置に関し、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。

１１藍Ｉ 一般的な水力伝達装置は、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０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ＩＩＩ減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、負荷の機械的作動にカゲイ 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な一例である。前記 の負荷である車輌の操縦タイヤの作動は、水圧サーボ補助装置に、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１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。

ラック及びビ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、現在量も一般的に使用されている。この種の操縦歯車において、ビ 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、ビ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オ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、車輌の操作中 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、ラック及びビ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１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、水圧装置の高圧鋼の流体圧も通常は、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鋼の双 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ｇＲ Ｎ及び出力圧力ＩＲＷ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０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ビニオンに結合される。ねじり棒はかくて、操縦かんと と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、ねじり欅に、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１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１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、−分岐路とそれぞれの室とを連通ずる通路を 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１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、ねじり棒及びビ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１機械的力な補助する。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、これによつてサー ボ補助パ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、欅のねじ 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、ねじり欅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 　ｆｅｅｌｌ　”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、車輌速度の増加により減少する。この 効果は、車輌速度が増加するにつれ、タイヤの転勤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、車輌が静止している時、あるいは、車輌速度が極めて低 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、車輌速度が上昇すると、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、車輌の速度が上 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。

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 されたビンの形状をしていてもよい。車輌速度が増加するにつれ、このビンは徐 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。このビ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ビンの効果は、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。ビンの存在により、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、装置の低圧鋼にそらすので、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１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０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、車輌速度の増加と共に、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な受容する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、ご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輌にお 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 輌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ペ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。

！１目と１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１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６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１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０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、車輌速度の上昇と共に。

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０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、車輌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ｖｉ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 ０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。

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 。

第１図を参照するに１本発明の原理により構成された能動的水圧側御装置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ｌＯ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２ ０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１ 作動機３０を有している０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０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３ ０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０位置制御回路３４は、第１の指令信号及び検出作動様位置電 気信号に応答して、第１の指令信号及び作動微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１ 作動１１３０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１１ｔ４０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５１のろ波信号と線形的に比例する０本発明 の一特定実施例において、高域ろ波器４ｏ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、ＩＩ調信号から第２のろ波信号を形 成する０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、復調信号が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１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一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２１［ｌ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０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鎮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０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１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袋Ｗ６０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６ｏ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。しがし、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１１３０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 から核化７４へと、水圧流体を通すための入口開孔７６と、核化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内に輪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８ｏ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ニール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１１８１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４，９１２，３４３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１ ９９２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１１ ２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０７７８５ ５．７７１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ｔｇｍ装置を設けることはな お望ましい０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の中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１ ０２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、この信号は車輌あるいはエ 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０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の高圧鋼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 Ｐ　（ＡＩ１＝Ｑ２／に’Ａ？　・・・　（１）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、Ａ、はサーボ装置Ｆ６０のサーボ補助バルブの横断面積であり、 には水圧流体の粘度定数である。ＰはＡＩ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 Ａ、＝Ａ、＋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　（ＡＴＩ　＝Ｑ２／に２（Ａ１＋Ａ２１２　・　・　・　（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（Ａ＋）／Ｐ（Ａ　丁）　＝Ａ１／　（ＡＩ＋Ａ２ １　・　・　・　（４）となる。

従って１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＊ｉｉｉ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１ １０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１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ｌ１１８１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１１６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１２ ０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１ １８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 よレー第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−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しｔられる。

上記のような作動機３０あるいはバルブ２６のし）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の閉鎖ル−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 。

ＦＩＧ　６ 車輌速度 操縦バルブ角度 ＦＩＧ　７ フロントページの続き （８１）指定図　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、ＣＡ、ＪＰ 、ＫＲ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．サーボ補助装置のための可変補助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、前記サーボ補助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、前記オリフィスがサ ーボ補助装置の高圧側とサーボ補助装置の低圧側との間に水圧流体を通し、前記 高圧側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、前記可動部材が作動されることを特徴とする装置。
2. 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. 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. 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の壁と周延に配設され、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. 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. 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. 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. ８．サーボ補助装置のための可変補助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；前記可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； 前記サーボ補助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補助 ゲイン信号及び 作動機位置検出電気信号に応答し、前記補助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サーボ補助装置の高圧側とその低圧側との間に水圧流体を 通し、前記高圧側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、前記可動部材を作動することを特徴とする装置。
9. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。