JP3590584B2

JP3590584B2 - 中央閉鎖液圧式パワーステアリングシステム

Info

Publication number: JP3590584B2
Application number: JP2000505040A
Authority: JP
Inventors: プルシユケ，アルブレヒト; シユテーリ，トーマス
Original assignee: メルツエデス−ベンツレンクンゲンゲゼルシヤフトミツトベシユレンクテルハフツンク
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: DE19733032C1; DE59802849D1; JP2001512075A; WO1999006262A1; KR20010022460A; US6250416B1; ES2170521T3; KR100373870B1; EP0999971B1; EP0999971A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は以下を有する液圧式パワーステアリングシステムに関する：
ａ．ステアリングハンドル、
ｂ．ステアリング調整のために上記ステアリングハンドルに確実に連結された舵取り可能な車輪、
ｃ．上記舵取り可能な車輪および／または上記ステアリングハンドルに確実に連結された複動流体静力学式サーボモーター、
ｄ．液圧発生装置、
ｅ．比較的無圧の液圧式貯水槽、
ｆ．上記サーボモーターの一側部または一接続線にそれぞれ割り当てられた２つの平行な３方向制御バルブを有し、そして上記サーボモーターの両側部を上記液圧発生装置に接続する制御バルブ装置、
ｇ．ステアリングハンドルと舵取り可能な車輪との間に伝達する動力またはモーメントを検知するセンサー、および
ｈ．入力側において上記センサーに接続された電子制御装置であって、そして、上記ステアリングハンドル上で知覚可能な手動動力を減少させるために上記サーボモーターがブースト動力を発生するように、上記制御バルブ装置を、上記ステアリングハンドルと上記舵取り可能な車輪との間に伝達される動力またはモーメントの関数として制御する電子制御装置（１５）。
【０００２】
【従来の技術】
この型のパワーステアリングシステムはＵＳ−Ａ５５５３６８３から知られている。この周知のパワーステアリングシステムは３つのバルブを有し、該バルブの開放状態はパルス幅モジュレーション（ＰＷＭ）による電子制御により制御される。この場合、各バルブの開放および閉鎖挙動はＰＷＭにより直接制御され、制御動作が遅く、ブースト圧力の細かな制御は困難であり、間違ったブースト（増強＝ｂｏｏｓｔｉｎｇ）動力設定が少なくとも一時的に起こり得る。
【０００３】
定期刊行物“Ｏ＋Ｐ“ＯｅｌｈｙｄｒａｕｌｉｋｕｎｄＰｎｅｕｍａｔｉｋ”［“ＯｉｌＨｙｄｒａｕｌｉｃｓａｎｄＰｎｅｕｍａｔｉｃｓ”］４０（１９９６）第６巻、４０９頁によると、中央閉鎖液圧式パワーステアリングシステムが知られており、圧力源として配置された液圧式圧力アキュミュレーターが適切な寸法であれば、高いピークパワーが得られる。舵取り（ステアリング）可能な車輪の舵取り（ステアリング）調整が増強動力（ブースト力）により補助されるときにのみ液圧ステアリングシステムがエネルギーを消費することは、さらに有利である。対照的に、いかなる手動の力もなしに定常ステアリング状態の場合、液圧エネルギーは必要ない。
【０００４】
ＥＰ−Ａ０４２７０２９から知られるパワーステアリングシステムにおいて、制御バルブ配置は比例作動式制御バルブにより形成され、該バルブは、スプリング力により、サーボモーターの各側部を液圧式貯水槽に接続する位置へ動かされ、そして（スプリング力に対して）制御可能な電磁石により、サーボモーターの各側部を圧力アキュミュレーターに接続する位置に動かされる。
【０００５】
固定装置（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｒ）としてパワーステアリングシステムのサーボモーターの液圧式閉鎖（ブロック）を設けることがＵＳ−Ａ４５６２７１０から知られている。
【０００６】
導入部で述べられた型のパワーステアリングシステムにおいて、ブースト動力の細かい制御は困難を呈し得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、導入部で述べられた型のステアリングシステムにおいて、ブースト動力の制御の改善を可能にすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的は、下記を特徴とする本発明により達成される：
液圧発生装置（１１、１３）が液圧式アキュミュレーター（１１）を有し、
３方向制御バルブが制御可能なモーター圧力所望値を有し、そして
制御バルブ装置（７、８）を、３方向制御バルブのモーター圧力所望値を制御することにより制御する。
【０００９】
【作用】
本発明は電子制御装置により間接的に制御バルブ装置を作動させる一般的概念に基づいており、ここで、サーボモーターの接続線において設定されるモーター圧力の所望値だけが前以て設定され、さもなければ制御バルブ装置は、各接続線における圧力の所望／実際値の偏差の関数として自動的に作動する。制御バルブ装置はこのように、走行速度等の入力の関数として作動する所望値発生器として作動する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明において、各モーター圧力所望値が、各場合に設定されるブースト動力の所望値の尺度をも構成し、すなわち制御バルブはブースト動力の所望／実際値の偏差の関数として自動的に作動する、という利点を有する。
【００１１】
これは、一方で、ブースト動力を確実にいかなる遅延もなしにそして必要に応じて制御し、他方で、たとえ操作条件に急激な変化がある場合でも、ブースト動力の制御において過剰反応がないことが期待されることを意味する。
【００１２】
本発明に特別の利益は、摩擦にさらされるシールを有する液圧式制御部材を、機械駆動列（トレイン）内若しくは該機械駆動列上に、またはステアリングハンドルとそれにより舵取りされる車輪との間の確実な接続部内あるいは該接続部上に配置する必要がない、ということである。本発明は従って、引き続く舵取り変化を有するステアリング動作（ｍａｎｏｅｕｖｒｅｓ）において、ステアリングシステムを確実に低ヒステリシスにする。
【００１３】
さらに、本発明の好ましい特徴に関して、請求の範囲および以下の図面を参照して、特に好ましい態様を述べる。
【００１４】
【実施例】
図１によると、自動車（これ以上詳細に示されない）はステアリング（舵取り）ハンドル１を有し、該ハンドル１は、舵取り可能な車輪（これ以上詳細に示されない）に、該車輪の舵取り調整のために機械的に確実に（ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ）連結され、そして示された例においてはピニオン２を経てラック３に駆動連結され、該ラックの運動はトラックロッド（図示されていない）を経て上述のステアリング車輪に伝達される。
【００１５】
ラック３は複動液圧式ピストン／シリンダーアセンブリー４のピストンロッドの部分を形成し、該アセンブリー４の二側部は、各場合において別々に接続線５および６を経て、各場合において制御バルブ７および８に接続される。バルブ７および８はそれぞれ、レリーフを有する減圧バルブであり、すなわち制御バルブ７および８はピストン／シリンダーアセンブリー４のそれぞれの側部を、一方で中間逆止めバルブ９および１０を経て液圧式アキュミュレーター１１に、若しくは比較的無圧の液圧式貯水槽１２に接続させるか、または液圧式アキュミュレーター１１および液圧式貯水槽１２の両方に対して該側部を閉じることができる。
【００１６】
制御バルブ７および８は、下記においてさらに詳細に示されるように、それらの圧力所望値に関して制御可能である。
【００１７】
液圧式アキュミュレーター１１は、充填するか、または吸引側を液圧式貯水槽１２に接続されたポンプ１３により、例えば１２０バールの高いアキュミュレーター圧力に一定に維持することができ、液圧式アキュミュレーター１１の圧力レリーフがポンプ１３を経て貯水槽１２に向かうことは、逆止めバルブ１４により阻止される。
【００１８】
コンピューター補助電子制御装置１５は入力側において、ステアリングハンドル１に加えられる手動の力を検知するトルクセンサー１６に接続され、そしてラック−ピニオンステアリングの図示された例においては、トルクセンサー１６はステアリングハンドル１とピニオン２との間に配置されている。
【００１９】
さらに、制御装置１５は入力側において様々な追加のセンサー、例えば自動車の走行速度用のセンサー１７、に接続し得る。
【００２０】
さらに、制御装置１５の入力側は、圧力アキュミュレーター１１のアキュミュレーター圧力を検知する圧力センサー１８に接続される。
【００２１】
制御装置１５は、出力側において、一方で、制御バルブ７および８の制御部材７’および８’に、接続線５および６またはピストン／シリンダーアセンブリー４の二つの側部におけるそれぞれの圧力所望値を制御するために接続される。
【００２２】
さらに、制御装置１５の出力側は駆動装置（これ以上詳細に示されない）、例えばポンプ１３用の電気モーター、を制御する。
【００２３】
図１に示された装置は以下のように機能する：
液圧式サーボモーターとして作用するピストン／シリンダーアセンブリー４は、各場合においてブースト（ｂｏｏｓｔｉｎｇ）動力を発生し、該ブースト動力は、ステアリングハンドル１への手動の力に依存し、手動の力の増加と共に増加し、手動の力の減少と共に減少し、各舵取り動作を補助し、また該ブースト動力の大きさは、適当なパラメータの関数として、特にセンサー１７により検知される走行速度の関数として、制御される。例えば、ステアリングハンドル１が、図１においてラック３の右への移動に相当する回転方向に運転者により動かされ、そして同時に手動の力が、トルクセンサー１６により制御ユニット１５に“伝達”される過剰の値に達する場合、そのとき制御装置１５は制御バルブ７における圧力所望値を比較的高い値に設定し、一方、制御バルブ８における圧力所望値は低い値に設定されるかまたは通常設定される低い値のままである。その結果、制御バルブ７における圧力所望値はそれゆえに、接続線６における、または図１において右側であるピストン／シリンダーアセンブリー４の接続線６側の側部における圧力実際値を越え、一方制御バルブ８における圧力所望値は、接続線５における、またはピストン／シリンダーアセンブリー４の左側における実際値より低く降下する。圧力センサー１８が液圧式アキュムレーター１１の圧力が高圧力限界値を下回るという信号を出すとすぐに、制御バルブ７は、ピストン／シリンダーアセンブリー４の左側と液圧式アキュミュレーター１１との間を接続する。該アキュミュレーターは制御装置１５によりスイッチを入れられるポンプ１３により規則的に再充填される。これに対してピストン／シリンダーアセンブリー４の右側は貯水槽１２に接続されている。その結果、圧力の差異はピストン／シリンダーアセンブリー４に影響を及ぼし、そして図１においてラック３を右に動かそうとする。制御バルブ７および８における実際値／所望値の偏差がなくなると、それぞれ制御バルブ７または８は閉じた位置をとり、該位置において、ピストン／シリンダーアセンブリー４のそれぞれの接続側またはそれぞれ接続線５もしくは６は、液圧式アキュミュレーター１１に対しておよび貯水槽１２の両方に対して閉じられる。ラック３のいかなる移動およびピストン／シリンダーアセンブリー４のピストンのいかなる移動の場合にも、設定した圧力所望値が変化しないままである限り、制御バルブ７および８における所望値／実際値の偏差は必然的に変化し、これに対応して、制御バルブ７および８は各所望値／実際値の偏差を減少させるために調整される。
【００２４】
制御装置１５は制御バルブ７および８における圧力所望値を前以て決定するので、ピストン／シリンダーアセンブリー４により発生されるブースト動力は量および方向について前以て決定され、それで制御バルブ７および８は、各ブースト動力を達成または維持するために必要な制御ストロークを自動的に実行する。
【００２５】
制御装置１５に欠陥があっても車両の舵取り可能性を確保できるように、制御バルブ７および８の制御部材７’および８’への制御電流が切られたとき、該制御バルブが各場合において最小限の圧力所望値のために作動状態をとる用意がなされており、その結果、ピストン／シリンダーアセンブリー４の両側は常に液圧式貯水槽１２に接続されたままである。制御装置１５に欠陥がある場合、自動的に制御部材７’および８’は無電流に切り換えられ、自動車はそのために動力補助なしでも継続的に舵取りされ続ける。
【００２６】
本発明によるシステムは、適切であれば、固定装置の機能を果たし得る。走行が始まる前に制御装置１５が安全装置（図示されない）から“権限ある運転者”信号を受け取らなければ、２つの制御バルブ７および８における圧力所望値は非常に高い最大値に同時に設定される。この結果、制御バルブ７および８はピストン／シリンダーアセンブリー４の両側を液圧式アキュミュレーター１１に接続し、ピストン／シリンダーアセンブリー４の二つの側部間の液圧媒体の移動は逆止めバルブ９および１０により阻止され、そして該アセンブリー４は結果として液圧的に塞がれる。このように車両は舵取り不能のままとなる。
【００２７】
図２は制御バルブ７および８のさらに機能的な図を示し、制御バルブ７だけが再現されている。機能的な点から、この制御バルブ７は３／３切換バルブに相当し、該バルブは、接続線５が液圧貯水槽１２と接続される位置、接続線５が液圧式アキュミュレーター１１および貯水槽１２の両方に対して閉じられる位置、および接続線５が液圧式アキュミュレーター１１と連絡する位置に変えることができる。スライド方式で示されるバルブ本体は、接続線５における液圧および第一のスプリング１９の力により、接続線５を貯水槽１２に接続するバルブ位置の方向に動かされる。別のスプリング２０（そのスプリング力は制御部材７’による制御方法で変えられる）は、バルブ本体を、接続線５が液圧式アキュミュレーター１１に接続する位置に動かそうとする。結果として、各バルブ位置は、一方で接続線５における液圧により、他方でスプリング２０のスプリング力により決定される。接続線５における圧力がスプリング２０のスプリング力との関係で十分に増大すると、バルブ本体は図２に示される位置に設定される。一方の端面に加わる接続線５の液圧およびスプリング１９のスプリング力と、他方の端面に加わるスプリング２０のスプリング力とが同等である場合、バルブは中間の閉じた位置を取る。それと対照的に、スプリング２０のスプリング力が優勢である場合、バルブは接続線５が液圧式アキュミュレーター１１と接続する位置を取る。
【００２８】
好ましくは、制御部材７’はセルフロック（自縛）しないように、例えば電磁作動式マグネットとして設計されており、それにより、制御部材７’への制御電流が切れたとき、スプリング２０が弛緩し、その結果、接続線５における液圧に関係なく、スプリング１９はバルブ本体を図２に示された位置に設定する。
【００２９】
図３は一方で、ピストン／シリンダーアセンブリー４の一側部上の各場合における圧力Ｐを、ステアリングハンドル１において知覚可能な手動の力Ｍの関数として示す。この場合において、曲線Ｋ０は静止している自動車（走行速度＝０ｋｍ／時間）についての比率を示し、一方、曲線Ｋ６０およびＫ１００はそれぞれ６０ｋｍ／時間および１００ｋｍ／時間の走行速度についての比率を再現している。一方向への手動の力Ｍがステアリングハンドル１上で知覚可能である場合、ピストン／シリンダーアセンブリー４の一側部上（例えば右側部上）の圧力Ｐは曲線Ｋ０から曲線Ｋ１００に従って変化し、一方、ピストン／シリンダーアセンブリー４のもう一つの側部上の圧力は無視できる程低いままである。逆方向への手動の力の場合、ピストン／シリンダーアセンブリー４のもう一つの側部上（例えば左側部上）の圧力は上述の曲線に従って制御され、一方、第１の（最初の）側部上の圧力は無視できる程低いままである。
【００３０】
曲線Ｋ０、Ｋ６０およびＫ１００は各場合において制御部材７’および８’における制御電流Ｉを示す。手動の力Ｍが非常に低い場合、制御電流は入らない。手動の力Ｍが一つの方向または他の方向への限界量を超えるとすぐに、各場合において一つの制御部材７’又は８’における制御電流は急激に増加して、手動の力Ｍの量の増加とともに、各制御バルブ装置７又は８における所望圧力値を増加させる。手動の力Ｍの量がさらに増加すると、曲線Ｋ０、Ｋ６０およびＫ１００と同様の電流制御が起こる。
【００３１】
静水力学的サーボモーター４がピストン／シリンダーアセンブリーとして設計されている図面に示される態様と対照的に、回転静水力学的モーターもまた設置し得る。ラック−ピニオンステアリングの場合、この型のモーターは、ピニオン２のシャフト上またはシャフトに配置し得、そして小型のラック−ピニオン機構の部分を形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステアリングシステムの回線図方式による一般的な図示である。
【図２】本発明で用いられる制御バルブの機能図を示す。
【図３】一方で、液圧式ブースト動力の依存性を、加えられた手動の力の関数として、他方で、制御バルブにおける制御電流を手動の力の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
１：ハンドル１
２：ピニオン
３：ラック
４：サーボモーター（ピストン／シリンダーアセンブリー）
５、６：接続線
７、８：制御バルブ装置
７’、８’：制御部材
９、１０：逆止めバルブ
１１：液圧式アキュミュレーター
１２：液圧式貯水槽
１３：ポンプ
１４：逆止めバルブ
１５：電子制御装置
１６：トルクセンサー
１７：走行速度用のセンサー
１８：圧力センサー
１９、２０：スプリング

Claims

ａ．ステアリングハンドル（１）、
ｂ．ステアリング調整のためにステアリングハンドル（１）に確実に連結された舵取り可能な車輪、
ｃ．上記舵取り可能な車輪および／またはステアリングハンドル（１）に確実に連結された複動流体静力学式サーボモーター（４）、
ｄ．液圧発生装置（１１、１３）、
ｅ．比較的無圧の液圧式貯水槽（１２）、
ｆ．サーボモーター（４）の一側部又は一接続線（５，６）にそれぞれ割り当てられた２つの平行な３方向制御バルブを有し、そしてサーボモーター（４）の両側部を液圧発生装置（１１，１３）および液圧式貯水槽（１２）に接続する制御バルブ装置（７，８）、
ｇ．ステアリングハンドル（１）と舵取り可能な車輪との間に伝達する動力またはモーメントを検知するトルクセンサー（１６）、および
ｈ．入力側においてトルクセンサー（１６）に接続された電子制御装置（１５）であって、そして、ステアリングハンドル（１）上で知覚可能な手動動力を減少させるためにサーボモーター（４）がブースト動力を発生するように、制御バルブ装置（７，８）の圧力所望値を、ステアリングハンドル（１）と舵取り可能な車輪との間に伝達される動力またはモーメントの関数として制御する電子制御装置（１５）、
を有する液圧式パワーステアリングシステムにおいて、
ｉ．上記液圧発生装置（１１，１３）は液圧式アキュミュレーター（１１）を有し、
ｊ．上記３方向制御バルブは、サーボモーター（４）の対応する接続線（５，６）が、液圧式貯水槽（１２）に接続する位置と、液圧式アキュミュレーター（１１）と液圧式貯水槽（１２）の両方に対して遮断される位置と、液圧式アキュミュレーター（１１）に接続する位置との間で切換えることができ、
ｋ．上記３方向制御バルブは制御可能なモーター圧力所望値を有し、そして
ｌ．対応する接続線（５，６）の圧力の所望値／実際値の偏差の関数として自動的に作動する上記制御バルブ装置（７，８）は、３方向制御バルブの上記モーター圧力所望値を制御することにより制御される、
ことを特徴とする、液圧式パワーステアリングシステム。
制御バルブ装置（７、８）の液圧が無段階に調整可能に設計されることを特徴とする、請求項１に記載の液圧式パワーステアリングシステム。
液圧式アキュミュレーター（１１）への逆流を防ぐ逆止めバルブ（９、１０）が、制御バルブ装置（７、８）と液圧式アキュミュレーター（１１）との間に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載のパワーステアリングシステム。
制御装置（１５）が、固定装置として用いることができ、そしてサーボモーター（４）が液圧により閉鎖された作動状態に保持されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のパワーステアリングシステム。
制御装置（１５）が、走行速度等の入力の関数として変化するモーター圧力の所望値を前以て決定することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のパワーステアリングシステム。
制御バルブ装置（７、８）が、サーボモーター（４）の接続線（５、６）における圧力に対抗して、制御装置（１５）により変化し得るスプリング力（２０）により、液圧式アキュミュレーター（１１）を接続線（５、６）に接続する位置へ動かされることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のパワーステアリングシステム。
液圧式アキュミュレーター（１１）が、制御装置（１５）により作動される電気式充填ポンプ（１３）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のパワーステアリングシステム。