JP4465670B2 - 完全流体リンクステアリングシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用流体圧パワーステアリングシステムに関し、より具体的には、一般的に比較的高速で移動する車両において使用されるステアリングシステムに関するものであり、この車両は、限定的ではないが、自動車及び小型トラック等の「オンハイウェイ」車両、同様に、「高速」トラクタ、すなわち、約30mphを超える速度で移動することを意図するものを含む。単純化のため、以下、いずれのタイプの車両も「オンハイウェイ」又は「高速」という用語に含まれるものとする。
【０００２】
一般的な車両パワーステアリングシステムは、適用車両に応じて、2つの全般形式のうちの１つとなっている。一般的なオンハイウェイ車両は、油圧パワーアシスト付の機械式ステアリングギヤ(例えばラックアンドピニオン)を利用している。このシステムのタイプでは、ステアリングホイールと操舵車輪との間に機械的なリンク機構があり、油圧パワーを失った場合でも、運転者は依然として車両を操舵できるようになっている。
【０００３】
「オフハイウェイ」車両は、完全流体リンクステアリングシステム(「流体リンクシステム」)を利用しており、これは、ステアリングホイールの回転がステアリング制御ユニット(「ＳＣＵ」)を操作し、ＳＣＵが、実際にポンプからＳＣＵを介してステアリングシリンダまたは他の適当な装置への加圧流体の流れを制御するバルブとなっている。ＳＣＵは、一般的に、バルブ機構に追従運動を付与する流体メータを含み、これにより、所望量の流体がＳＣＵによってステアリングシリンダへ供給された後、バルブ機構がその中立位置へ戻る。
【０００４】
さらに近年、車両ステアリング技術の当業者は、油圧を利用しない機械−電気ハイブリッドシステムを提案しており、これは、ステアリングホイールと操舵車輪との間に、通常の機械的な連結を有するが、電気モータの補助を受ける機械的入力部を備えている。この提案システムは、ステアリングホイール位置及びトルク等の入力パラメータを検知するセンサを含み、これらの入力信号は、車両マイクロプロセッサに伝達され、適当な電気信号を発生させて、電気モータを励起させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機械式ステアリングギヤタイプのシステムは、油圧アシスト又は電気モータアシストのいずれにせよ、いくつかの欠点を有している。通常の機械式ステアリングギヤシステムでは、ステアリングホイールからステアリングギヤへ延びる固定されたステアリングコラムを有している。前面衝突の場合、ステアリングコラムは、あいにく、確実な位置で、確実に近い角度でダッシュパネルを通して運転者の方へ押し込まれる。このため、ステアリングコラムを収縮可能として、少なくともステアリングコラムによって生じる運転者の損傷の可能性を減少させるための複雑で高価な解決法が必要である。
【０００６】
加えて、エンジンルーム内にステアリングコラムが存在することは、エンジン及び様々なエンジン補機の場所及び配置に関して、車両設計者に相当な困難を与える。車両技術における当業者には理解されるように、設計者は、ステアリングホイール及び機械式ステアリングギヤの配置について、非常に小さな選択範囲しか持たず、ステアリングコラムのために、ステアリングホイールとステアリングギヤとの間に、直線状の明確な「通路」が必要である。
【０００７】
従来の機械式ステアリングギヤタイプのシステムのその他の欠点は、より最近になって現れてきた。多くの自動車及び小型トラックの市場が、事実上、より「広域」となったため、車両製造業者は、個々の車型について、「左ハンドル」および「右ハンドル」仕様の両方を提供する必要性が生じてきた。通常左ハンドルの車両を右ハンドルに転換し、又は、その逆を行なうために有効な「勝手違い」ステアリングシステムの要求は、実質的に同一の部品ではあるが、勝手違いであり、在庫に対して2つの異なる部品番号を有するという意味で複製されたいくつかのステアリングシステム部品(例えば、ラックアンドピニオンアセンブリ)を必要とすることである。左ハンドルと右ハンドルの変更は、ステアリングコラムを通常の左ハンドルの位置からエンジンの反対側の位置に適応させるため、エンジンルーム内を大掛りに再構成することになる。これは、特に横置きエンジン車両の場合、再構成が困難になる。
【０００８】
システムレイアウトについての大きな柔軟性は、一般的にオフハイウエイ車両に使用されてきた完全流体リンクタイプのシステムを利用することによって達成することができる。換言すると、流体リンクシステムの各部品は、左右ハンドルのいずれにも使用することができ、ＳＣＵとアクチュエータとの唯一の接続がホースであり、このことが、エンジンルームのレイアウトを非常に簡単にする。
【０００９】
しかしながら、そのようなシステムに共通するいくつかの特徴は、流体リンクシステムをオンハイウエイ車両にふさわしくなくしている。第1に流体リンクシステムは、一般的に「荷重反力」すなわち路面感触が不充分であり、このため、通常は運転者に受け入れられない。第2に、一般的に過度の「中立不感帯」があり、比較的高い車速におけるステアリング制御が許容できない。第3に、ステアリングホイールと操舵車輪との間の「位置決め」すなわち位置の相関が、一般的に充分に維持されず、特に動程端においてオンハイウエイ運転者の要求に対して充分でない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、上述した従来技術のステアリングホイールとステアリングギヤとを連結する固定されたステアリングコラムを必要とする機械式ステアリングギヤタイプのシステムの問題を解消するオンハイウエイタイプまたは高速オフハイウエイタイプの車両に適合するステアリングシステムを提供することである。本発明の他の目的は、不充分な路面感触および動程限界での過度のスリップ等の上述した従来技術の流体リンクシステムの欠点を解消するとともに、必要なシステム柔軟性を提供する完全流体リンク油圧パワーステアリングシステムを得ることがである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記および他の目的は、ステアリング部材への手動入力に応答して、オンハイウエイタイプの車両の一対の操舵車輪に入力運動を与える改良された完全流体リンクステアリングシステムの提供によって達成される。このステアリングシステムは、加圧流体源、流体コントローラ、及び、ステアリング部材への手動入力に応答して、一対の操舵車輪に連動してこれに入力運動を与える流体圧作動アクチュエータを備える。流体コントローラは、加圧流体源に流体接続する入口ポートおよびアクチュエータに流体接続する制御ポートを形成するハウジング手段を含む。流体コントローラは、さらに、流体メータを含み、この流体メータは、流体メータを通る流体の流量を測定するように作動する可動部材、及び、回転可能な主弁部材及び協働して相対回転可能な追従弁部材を含む第１バルブ手段を有する。流体コントローラは、さらに、主および追従弁部材を互いに中立位置へ向かって付勢する手段、及び、流体メータの回転可能な主弁部材の運動を追従弁部材の追従運動へ伝達するように作動する手段を含む。
【００１２】
改良されたステアリングシステムは、トルクレベルXまでのステアリング部材への手動入力の結果が、主及び追従弁部材の相対変位なしの流体メータの可動部材の付勢に相当するように付勢手段が選択され、このトルクレベルXが望まれる路面感触に相当することを特徴とする。本ステアリングシステムは、さらに、加圧流体源に流体接続する入口及びアクチュエータに流体接続する出口を有し、外部入力信号に応答して移動でき、入口から出口への流体連通を許容するバルブ機構を含む第２バルブ手段を備える。本ステアリングシステムは、また、ステアリング部材への手動入力を検知し、これに応答して外部入力信号を発生させるように作動する手段を含み、これにより、主及び追従弁部材の相対変位が生じる前でも加圧流体がアクチュエータへ接続されるようにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の限定を意図するものではないが、図1は、本発明にしたがって製造される油圧パワーステアリングシステムの油圧回路図である。本システムは、その入口がシステムリザーバRに接続される流体ポンプ11を含む。ポンプ11の出口は、導管13によって、全体として符号15で示される負荷感知プライオリティ流量制御弁に接続され、この流量制御弁15は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第3,445,210号に記述されたタイプのものであり、この特許の内容は、参考として本説明に含まれる。流体ポンプ11の出力圧力は、圧力リリーフ弁17によって制限されて、所定の最大値を超える圧力は、単純にシステムリザーバRに戻される。
【００１４】
本油圧パワーステアリングシステムの他の部分は、複数のサブシステムからなるものとして見ることができ、これらのサブシステムは、アクチュエータ19と、全体として符号21で示され、ステアリング制御ユニット(ＳＣＵ)ともいわれる流体コントローラ(図2にのみ詳細に示され、簡単のため、図1には示されない)と、全体として符号23で示される電気油圧制御(ＥＨＣ)バルブアセンブリと、全体として符号25で示される車両マイクロプロセッサ(ＥＣＵ)とを含む。
【００１５】
負荷感知技術における当業者には周知のように、プライオリティ弁15は、導管27が接続される「CF」(制御すなわちプライオリティ流れ)出口及び導管29が接続される「EF」(超過流れ)出口を有する。導管27は、図1において、ＳＣＵ21およびＥＨＣバルブアセンブリ23の両方の入力を構成する導管31にＴ字型に接続されるように示されている。導管29は、図1において、導管33にＴ字型に接続され、導管33は、順次、導管35にＴ字型に接続されてシステムリザーバRへドレンされる。
【００１６】
本実施形態では、例示に過ぎないが、アクチュエータ19は、出力軸37あるいは他の適当な回転出力部材を有するモータ(すなわち回転アクチュエータ)として概略的に示されており、この回転出力部材は、一般的に、ドラッグリンク又はピットマンアーム等によって機械的に連結されて、一対の操舵車輪(図示せず)への実際の機械的な入力を提供する。利用されるアクチュエータ19の特定の形式及び操舵車輪への入力を提供するために用いられる方法は、本発明の本質的な特徴ではないことは、当業者には理解されるはずである。アクチュエータ19の両側には、導管39及び41が接続され、導管39内の加圧流体は、車両の右旋回に作用し、また、導管41内の加圧流体は左旋回に作用する。
【００１７】
導管31には、概してＳＣＵ21に関連する全体として符号43で示される2位置2方向ソレノイドバルブが接続されて、このソレノイドバルブ43の出口は、導管45によって、ＳＣＵ21の入口ポート47(図2参照)に接続されている。導管33に接続する導管49が設けられ、これは、導管35を介してシステムリザーバRに接続する。また、導管49には、ＳＣＵ21の戻りポート51(図2参照)に接続されている。
【００１８】
上記のように、導管31は、ＥＨＣバルブアセンブリ23への入力として設けられ、ＥＨＣバルブアセンブリ23は、本実施形態では、例示に過ぎないが、一対の同一の比例ソレノイド(ＥＨＣ)バルブ53及び55からなる。このバルブ53及び55は、単一の3方向3位置バルブによって置換することもできる。ＥＨＣバルブ53は、その出口ポートが導管57によって導管39に接続されているのに対して、ＥＨＣバルブ55の出口ポートは、導管59及び導管61によって導管41に接続されている。以下に参照されるバルブ53及び55の「出口」又は「出口ポート」は、それぞれ、導管57及び59の参照符号で示す。
【００１９】
本発明の本質的な特徴ではないが、本ステアリングシステムは、「ホイールスリップを減少させた油圧パワーステアリングシステム」について、デビッド Ｗ．トーマス、デビッド Ｅ．イーウェル、ティモシー Ａ.ヒェルサンド、ジェリー Ｆ.カーリン及びラッセル Ｐ.シュッヒマンの名において、1998年2月23日に提出された米国同時係属出願第09／028,218号の教示に従って製造することができ、この特許出願は、本発明の譲受人に譲渡されており、その内容は、本説明に含まれる。
【００２０】
主に図2を参照して、ＳＣＵ21は、ステアリングホイールW等のステアリング入力装置によって操作されて、ＳＣＵ技術における当業者には概して周知の方法で、入口ポート47からアクチュエータ19への流体の流量を制御する。本発明は、以下に明確に示される点を除いて、ＳＣＵのいかなる特定の形式又は構造に限定されないことがわかるはずである。
【００２１】
ＳＣＵ21は、全体として符号63で示されるバルブ機構及び流体メータ65を含む。ステアリング技術における当業者には周知のように、流体メータ65の1つの機能は、ＳＣＵ21を流通する流体を「測定」することであり、また、バルブ機構に追従運動を付与して、所望量の流体がアクチュエータ19へ供給された後、バルブ機構63をその中立位置(図1及び図2における中央位置)に復帰させることである。
【００２２】
好ましくは、ＳＣＵは、バルブ機構63がその中立位置にあるとき、ＳＣＵ21が「負荷反力」機能を有し、これにより、図2に概略的に示されるように、導管39および41がバルブ機構63を介して流体メータ65の両側に比較的制限なく流体連通するようなタイプのものである。結果として、当該技術において公知のように、操舵車輪に作用された外部荷重は、これにより、出力軸37に作用され、油圧荷重を導管39又は41の一方(作用された力の方向に依存する)に作用させ、順次、流体メータ65に油圧的に荷重を作用させることになる。この荷重は、ステアリングホイールWで運転者に感じられ、これにより、本発明に関連するタイプのオンハイウエイ及び高速パワーステアリングシステムに望まれる「従来の技術」に示される1つの特徴である「路面感触」が達成される。
【００２３】
図2に参照されるように、多くの流路は、逆止弁、より明確には対キャビテーション逆止弁を含む。このため、ＳＣＵ21は、好ましくは、「流体コントローラ及びその改良された逆止弁構造」についての米国特許第5,101,860号の教示に従って製造され、この特許は本発明の譲受人に譲渡されており、その内容は参考として本説明に含まれる。
【００２４】
引き続き図2を参照して、ＳＣＵ21は、導管39及び41にそれぞれ接続される一対の制御流体ポート67及び69を含む。ＳＣＵ21は、また、以下に詳述するように負荷信号73を導入する負荷信号ポート71を含む。さらに、図2から、ＳＣＵバルブ機構63は、付勢スプリングアセンブリ75によって、図2に示される中立位置へ向って付勢されることがわかり、このスプリングアセンブリ75は、2つの分離した付勢手段として概略的に示されているが、当業者には公知のように、バルブ機構63を右旋回状態Rおよび左旋回状態Lから中立(中央)位置へ戻すように作用する単一のスプリングアセンブリからなる。このスプリングアセンブリ75は、図4に詳細に示され、後に詳述する。
【００２５】
主に図3を参照して、ＳＣＵ21を説明するが、上述の米国特許第5,101,860号に含まれる点を考慮して、簡単に説明する。ＳＣＵ21は、また、米国特許第4,109,679号の教示に従って製造することができ、この特許は、本出願の譲受人に譲渡されており、その内容は参考として本説明に含まれる。ＳＣＵ21は、ハウジング部分77、ポートプレート79、流体メータ65を含む部分およびエンドプレート81を含むいくつかの部分からなる。これらの部分は、複数のボルト83(その頭部のみが図3に示される)によって、緊密に結合されて一体的に保持されている。ハウジング部分77は、一般的に、前述の全てのポートを形成するが、図3の平面においては、制御ポート67及び69のみを参照することができる。
【００２６】
ハウジング部分77は、さらに、バルブボア85を形成し、その内部にバルブ機構63が回転可能に配置されており、バルブ機構63は、図1及び図2に概略的に示され、回転可能な主弁部材87(「スプール」)および協働する相対回転可能な追従弁部材89(「スリーブ」)を含んでいる。当該技術において公知のように、スプール87の前端(図3における左端)は、ステアリングホイールWとスプール87とを直接機械的に連結するための一組の内側スプライン91を形成する小径部を含んでいる。
【００２７】
流体メータ65は、当該技術において公知のものとすることができ、内歯付固定リング93および外歯付可動スター95を含む。スター95は、一組の内側スプライン97を形成し、これに、駆動軸99(図1及び図2にも概略的に示される)の後端に形成された外側スプライン98がスプライン結合される。駆動軸99は、ピン101に係合する前端を有する。ＳＵＣ技術において公知のように、スター95の軌道及び回転運動が、駆動軸99及びピン101によって、スリーブ89の回転追従運動に変換される。この追従構造の1つの機能は、ステアリングホイールWに作用されるトルクの関数でもあるステアリングホイールWの回転速度に比例して、スプール87とスリーブ89との間に一定の相対変位を維持することである。軸99及びピン101の前方には、前述の付勢スプリングアセンブリ75が配置される。ここに示される付勢スプリング75は、概して通常の形状及び構造のものとすることができ、その詳細は本発明の本質的な特徴ではない。それよりも、後で詳述するように、スプリングアセンブリ75について重要なことは、従来技術の一般的な流体コントローラよりも相当に大きな付勢力すなわちセンタリング力を提供することである。
【００２８】
再度図1を参照して、本システムの更なる特徴について説明する。ステアリングホイールW(または、ステアリングコラムのいずれかの部分等)に連動するステアリングホイール位置センサ103が設けられて、瞬間的なステアリングホイール位置を表す信号105をＥＣＵ25に送信する。同様に、操舵車輪位置センサ107が操舵車輪すなわち出力軸37、または、ステアリングリンク機構の他の部分に連動して、瞬間的な操舵車輪位置を表す信号109をＥＣＵ25に送信する。ＥＣＵ25の出力の中で、オン／オフ命令信号111はソレノイドバルブ43の位置を制御し、一対の比例命令信号113及び115は、それぞれＥＨＣバルブ53及び55を制御する。
【００２９】
本ステアリングシステムは、また、一対のシャトル弁117及び119を含む。シャトル弁117は、ＥＨＣバルブ53及び55からの2つの負荷信号の高いほうを負荷信号121として伝達し、これがシャトル弁119への入力信号の一方となり、シャトル弁119の他方の入力信号は、ＳＣＵ21からの負荷信号73である。シャトル弁119の出力は、負荷信号123であり、負荷信号73及び121の高いほうである。負荷信号123は、当業者に公知の方法で、負荷感知プライオリティ弁15の負荷信号室へ戻される。これにより、バルブ15の導管27への出力の圧力は、全ステアリングシステムの中で検知された最大の負荷信号に応答する。
【００３０】
図1ないし図3と関連して図5を参照して、本発明の重要な特徴について説明する。一般的な従来技術において、オフハイウエイ車両に使用される図1に概略的に示される一般的なタイプの完全流体リンクステアリングシステムでは、付勢スプリングアセンブリ75は、通常、図5において「従来技術」と示されたグラフに従って作動するように設計される。この場合、ＳＣＵ技術の当業者に公知のように、ステアリングホイールWに比較的小さなトルク(例えば15 lbf・in(1.69N・m))を作用させると、スプールとスリーブが相対変位し始め、すなわち、バルブ機構63が図1及び図2に示す中立位置から、ステアリングホイールWの回転方向に応じて、右旋回状態Rまたは左旋回状態Lへ向って移動する。スプールとスリーブが数度相対変位すると、様々な流量制御オリフィス(図2に概略的に示されるA1オリフィス等)が開き始めて、通常の方法で、加圧流体を入口ポート47から流体メータ65を介して、制御流体ポート67または69の一方へ導通させる。「従来の技術」において説明したように、従来技術の完全流体リンクステアリングシステムは、荷重反力タイプのものであっても、オンハイウエイタイプのステアリングシステムに適用するために必要と考えられる路面感触を提供するものではない。
【００３１】
本発明の1つの特徴によると、付勢スプリング75は、図5において「本発明」と示されたグラフに従って選択されて、一般的に望ましいシステムの路面感触に対応する。これにより、例示に過ぎないが、ステアリングホイールの回転速度が比較的低い場合でも、スプリングアセンブリ75は、約20 lbf・in(2.26N・m)から約40 lbf・in(4.52N・m)、好ましくは、約25 lbf・in(2.82N・m)から約30 lbf・in(3.39N・m)の範囲のセンタリングトルクを発生する。
【００３２】
ここでの説明及び特許請求の範囲において参照される特定の路面感触すなわちセンタリングトルクは、ステアリングホイールが実質的な速度で回転されたときに生じるトルクではなくて、ステアリングホイールへの入力がゼロRPMで存在するトルクである点に注目すべきである。所望の路面感触に対応するセンタリングスプリングの選択の影響は、以下の本システムの作動の説明から、よりよく理解される。所望の付勢トルク関係を有するスプリングアセンブリを設けることは、当業者の能力範囲内において明らかである。
【００３３】
再度主に図1を参照して、車両運転者がステアリングホイールWを回転させ始めたとき、位置センサ103及び107は、それぞれ信号105および109をＥＣＵ25へ送信して、操舵車輪とステアリングホイールとの間の位置の「エラー」の存在を表示する。最初、ＥＣＵは、バルブ43へ命令信号111を送信せず、バルブ43が図1に示される位置へばね付勢されて、導管31から導管45への制限のない流れを提供する位置となるようにする。同時に、ステアリングホイールは、右旋回のために時計方向に回転されていると仮定して、ＥＣＵ25は、適当な信号113をＥＨＣバルブ53へ送信するが、信号115をＥＨＣバルブ55へ送信しない。これにより、加圧流体は、導管31からＥＨＣバルブ53を介して導管57へ導通され、アクチュエータ19が回転し始め、出力軸37を動かして、スプール87とスリーブ89の相対変位が生じる前でも操舵を実行する。その結果、実質的にゼロ中立不感帯となり、すなわち、ステアリングホイールを移動し始めるとすぐに、対応するアクチュエータ19への流体の流れが生じることになる。
【００３４】
以上に説明したように、本発明の重要な特徴の1つは、所望の路面感触にほぼ等しいセンタリングトルクを有するスプリングアセンブリ75を設けることである。これにより、車両運転者がステアリングホイールWを切り始めるとすぐに、流体メータ65(手動ポンプとして作用する)から導管39を介して流体が「ポンピング」されて、アクチュエータ19が回転し始め、出力軸を動かして、スプール87とスリーブ89の相対変位が生じる前でも操舵を実行する。流体が最初に流体メータ65からアクチュエータ19へ導通されるか、ＥＨＣバルブアセンブリ23からアクチュエータ19へ導通されるかは、本発明にとって本質的なことではない。商業的に適合するシステムにおいて、流体メータ65及びＥＨＣバルブアセンブリ23からの流体の流れは、ほぼ同時に生じ、実質的なゼロ中立不感帯を提供するのに充分迅速に生じると考えられる。
【００３５】
上記のように、導管39の加圧流体は、アクチュエータ19へ導通され、エラー信号を「ゼロ」にすべく、出力軸37が回転し始める。同時に、導管39の圧力が流体メータ65の出力側へ戻るように導通されるが、これは、ＳＣＵ21が負荷反力タイプであり、バルブ機構63が、この時点で、まだ、中立位置にあるからである。導管39から流体メータ65へ導通された圧力は、スター95の軌道及び回転運動に抗して「逆方向」の付勢力を作用させる。このため、付勢スプリングアセンブリ75のトルク及び導管39の圧力の効果が協力して路面感触を構成して、ステアリングホイールWを回転させる運転者によって感じ取られる。
【００３６】
本発明のステアリングシステムの作動進行中に、ステアリングホイール位置信号105と操舵車輪位置信号109との間に相違があるときは、その結果によって適当な命令信号がＥＣＵ25からＥＨＣバルブアセンブリ23へ送られて、そのエラーを修正する。例えば、ステアリングホイールWが右旋回のために依然として時計方向へ回転されていると仮定して、ＥＣＵ25が、操舵車輪位置の所望位置からの遅れを表すエラーを検知したとき、命令信号113がＥＨＣバルブ53へ送信され、その結果、流体が導管31からＥＨＣバルブ53を介して導管57へ流れ、そして、導管39へ流れて、ＳＣＵ21からアクチュエータ19へ導通される流体を補助する。これにより、本システムは、通常の操舵中及び動程限界すなわち操舵車輪がストッパに到達したときの両方において、ＥＣＵ25におけるエラー信号がゼロとされたとき、ステアリングホイールと操舵車輪との間に確実な「位置決め」を得ることになる。
【００３７】
主に図6を参照すると、本発明と一般的な油圧パワーステアリングシステムの相違がより明らかになる。両システムは、ゼロ位置をスタートして、ステアリングホイールへの入力トルクが約12 lbf・in(1.36N・m)(センタリングスプリングの予荷重)に達するまで、垂直線の近くを上昇し、垂直線に近い角度は、流体メータ65のサイズの関数となる。これにより、両システムにおいて同じメータサイズと仮定して、本システムが従来技術と比較される。従来技術のシステムでは、12 lbf・in(1.36N・m)の点から右側へ延びる線分の傾斜は、ＳＣＵのセンタリングスプリングのばね定数によって決定される。ここで注意すべき重要な点は、例えば、約60 lbf・ft(81.36N・m)の反力が路面によって生じたとき、従来技術のシステムでは、運転者は、13 lbf・in(1.47N・m)を超える路面感触を感じることができないことである。
【００３８】
引き続き図6を参照して、本発明については、垂直線に近い部分の上部が、ステアリングホイールへの入力トルクが約26 lbf・in(2.94N・m)(センタリングスプリングアセンブリ75の予荷重)に達するまで、ＳＣＵ21が手動ポンプとしてのみ作用する本発明を特徴付ける作動部分を表している。その点で、右側上方へ延びる線分(「本発明」)は、センタリングスプリング75のばね定数によって決定される傾斜を有する。本発明の重要な特徴によれば、同じ約60 lbf・ft(81.36N・m)の反力が路面によって生じたとき、運転者は、約30 lbf・in(3.39N・m)の路面感触を感じられることになり、運転者にとって、従来技術の場合より、よい状況が得られる。
【００３９】
米国同時係属出願第09／028,218号の教示に従って、操舵車輪が、動程端ストッパ等のいずれかの所定位置に接近したとき、エラー信号がゼロに近づいたとしても、ＥＣＵ25は、システムの「高圧」側にあるＥＨＣバルブ53または55のいずれかに、適当な信号113または115を発生する。同時に、適当な命令信号111がバルブ43へ送られて、スプリングの付勢力に打勝ってバルブ43を導管31から導管45への流れを遮断する位置へ付勢し、導管31の圧力が導管45の圧力よりも高くなるようにする。これにより、操舵車輪が所定位置に到達したちょうどその時、前述のように、高圧導管39または41に導入された加圧流体よる流体メータ65の逆方向への付勢がステアリングホイールWの更なる回転を防止する。このようにして、所定位置を動程ストップとした場合、操舵車輪がそのストップに到達したとき、車両運転者は、ステアリングホイールWをそれ以上回転させることができず、あたかも動程限度でのスリップが生じないのと同じ結果となる。ここで述べた動程端の状態は、操舵車輪をステアリングホイールの位置決め位置に維持する一般的な要求の特殊な場合と考えることができる。
【００４０】
油圧タイプのステアリングシステムの設計において、考慮すべきファクターの１つは、流体メータ65の流体吐出量とアクチュエータ19の流体吐出量との関係である。本発明のシステムでは、いくつかの変更が可能である。流体メータ65は、アクチュエータ19(システムのロックトゥロック比で割った)と同じ吐出量とすることができる。代りに、流体メータ65は、幾分小さくするすることができ、この場合、ＥＨＣバルブアセンブリ23を通して流体を追加する必要がある。最後に、流体メータ65は、アクチュエータ19(ロックトゥロック比で割った)よりも幾分大きくすることができ、この場合、ＥＨＣバルブアセンブリ23を通して流体を減ずる必要がある。本発明は、ＥＨＣバルブアセンブリ23のいかなる特定の構造にも限定されず、特許請求の範囲は、アセンブリ23を通して流体が追加される「メーターイン」構造、または、アセンブリ23を通して流体が除かれる「メーターアウト」構造のいずれをも含むことを意図することは、当業者には理解されるはずである。当業者の能力範囲内において、図1に示す回路を修正して、いずれの構造、あるいは、他の同様な趣旨の構造をも達成できることが充分考えられる。
【００４１】
本発明は、また、「流量増幅」形式のものを提供するために利用することもでき、この用語は、現在、油圧パワーステアリング技術において知られているものである。この場合、ＥＨＣバルブ部アセンブリ23は、エラー信号をゼロにするために必要な「修正」流体だけでなく、加えて一定量の割増流体を供給するように制御されて、アクチュエータ19への総流量が、常に、流体メータ65から流れる流体の倍数になるようにする。倍数(流量増幅率)は、一定とすることができ、あるいは、車速、回転角度等のファクターに適合するように変化及び調整することができる。
【００４２】
以上の説明において、本発明を詳述してきたが、本明細書を読んで理解することにより、本発明の様々な変更及び修正が当業者には明らかになると考えられる。全てのそのような変更及び修正は、特許請求の範囲内に入る限りは、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って製造される油圧パワーステアリングシステムの概略油圧回路図である。
【図２】図1に示されるシステムのステアリング制御ユニットのみを拡大して示す断片的な概略油圧回路図である。
【図３】図2に概略的に示されるステアリング制御ユニットの軸方向断面図である。
【図４】図3のハウジングを除くスプール、スリーブ及びスプリングアセンブリを示す4‐4線に沿った拡大縦断面図である。
【図５】本発明の1つの特徴を従来技術と比較したステアリングホイールの回転速度の関数としてステアリングホイールを回転させるために必要なトルクを示すグラフ図である。
【図６】本発明を従来技術の油圧パワーステアリングシステムと比較したステアリングアクチュエータの出力トルクの関数としてステアリングホイールの回転させるために必要な入力トルクを示すグラフ図である。
【符号の説明】
11 流体ポンプ
19 アクチュエータ
21 流体コントローラ
23 ＥＨＣバルブアセンブリ
47 入口ポート
53,55 ＥＨＣバルブ
65 流体メータ
67 制御ポート
77 ハウジング部分
87 スプール
89 スリーブ
99 駆動軸
111 ピン
W ステアリングホイール
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用流体圧パワーステアリングシステムに関し、より具体的には、一般的に比較的高速で移動する車両において使用されるステアリングシステムに関するものであり、この車両は、限定的ではないが、自動車及び小型トラック等の「オンハイウェイ」車両、同様に、「高速」トラクタ、すなわち、約30mphを超える速度で移動することを意図するものを含む。単純化のため、以下、いずれのタイプの車両も「オンハイウェイ」又は「高速」という用語に含まれるものとする。
【０００２】
一般的な車両パワーステアリングシステムは、適用車両に応じて、2つの全般形式のうちの１つとなっている。一般的なオンハイウェイ車両は、油圧パワーアシスト付の機械式ステアリングギヤ(例えばラックアンドピニオン)を利用している。このシステムのタイプでは、ステアリングホイールと操舵車輪との間に機械的なリンク機構があり、油圧パワーを失った場合でも、運転者は依然として車両を操舵できるようになっている。
【０００３】
「オフハイウェイ」車両は、完全流体リンクステアリングシステム(「流体リンクシステム」)を利用しており、これは、ステアリングホイールの回転がステアリング制御ユニット(「ＳＣＵ」)を操作し、ＳＣＵが、実際にポンプからＳＣＵを介してステアリングシリンダまたは他の適当な装置への加圧流体の流れを制御するバルブとなっている。ＳＣＵは、一般的に、バルブ機構に追従運動を付与する流体メータを含み、これにより、所望量の流体がＳＣＵによってステアリングシリンダへ供給された後、バルブ機構がその中立位置へ戻る。
【０００４】
さらに近年、車両ステアリング技術の当業者は、油圧を利用しない機械−電気ハイブリッドシステムを提案しており、これは、ステアリングホイールと操舵車輪との間に、通常の機械的な連結を有するが、電気モータの補助を受ける機械的入力部を備えている。この提案システムは、ステアリングホイール位置及びトルク等の入力パラメータを検知するセンサを含み、これらの入力信号は、車両マイクロプロセッサに伝達され、適当な電気信号を発生させて、電気モータを励起させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機械式ステアリングギヤタイプのシステムは、油圧アシスト又は電気モータアシストのいずれにせよ、いくつかの欠点を有している。通常の機械式ステアリングギヤシステムでは、ステアリングホイールからステアリングギヤへ延びる固定されたステアリングコラムを有している。前面衝突の場合、ステアリングコラムは、あいにく、確実な位置で、確実に近い角度でダッシュパネルを通して運転者の方へ押し込まれる。このため、ステアリングコラムを収縮可能として、少なくともステアリングコラムによって生じる運転者の損傷の可能性を減少させるための複雑で高価な解決法が必要である。
【０００６】
加えて、エンジンルーム内にステアリングコラムが存在することは、エンジン及び様々なエンジン補機の場所及び配置に関して、車両設計者に相当な困難を与える。車両技術における当業者には理解されるように、設計者は、ステアリングホイール及び機械式ステアリングギヤの配置について、非常に小さな選択範囲しか持たず、ステアリングコラムのために、ステアリングホイールとステアリングギヤとの間に、直線状の明確な「通路」が必要である。
【０００７】
従来の機械式ステアリングギヤタイプのシステムのその他の欠点は、より最近になって現れてきた。多くの自動車及び小型トラックの市場が、事実上、より「広域」となったため、車両製造業者は、個々の車型について、「左ハンドル」および「右ハンドル」仕様の両方を提供する必要性が生じてきた。通常左ハンドルの車両を右ハンドルに転換し、又は、その逆を行なうために有効な「勝手違い」ステアリングシステムの要求は、実質的に同一の部品ではあるが、勝手違いであり、在庫に対して2つの異なる部品番号を有するという意味で複製されたいくつかのステアリングシステム部品(例えば、ラックアンドピニオンアセンブリ)を必要とすることである。左ハンドルと右ハンドルの変更は、ステアリングコラムを通常の左ハンドルの位置からエンジンの反対側の位置に適応させるため、エンジンルーム内を大掛りに再構成することになる。これは、特に横置きエンジン車両の場合、再構成が困難になる。
【０００８】
システムレイアウトについての大きな柔軟性は、一般的にオフハイウエイ車両に使用されてきた完全流体リンクタイプのシステムを利用することによって達成することができる。換言すると、流体リンクシステムの各部品は、左右ハンドルのいずれにも使用することができ、ＳＣＵとアクチュエータとの唯一の接続がホースであり、このことが、エンジンルームのレイアウトを非常に簡単にする。
【０００９】
しかしながら、そのようなシステムに共通するいくつかの特徴は、流体リンクシステムをオンハイウエイ車両にふさわしくなくしている。第1に流体リンクシステムは、一般的に「荷重反力」すなわち路面感触が不充分であり、このため、通常は運転者に受け入れられない。第2に、一般的に過度の「中立不感帯」があり、比較的高い車速におけるステアリング制御が許容できない。第3に、ステアリングホイールと操舵車輪との間の「位置決め」すなわち位置の相関が、一般的に充分に維持されず、特に動程端においてオンハイウエイ運転者の要求に対して充分でない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、上述した従来技術のステアリングホイールとステアリングギヤとを連結する固定されたステアリングコラムを必要とする機械式ステアリングギヤタイプのシステムの問題を解消するオンハイウエイタイプまたは高速オフハイウエイタイプの車両に適合するステアリングシステムを提供することである。本発明の他の目的は、不充分な路面感触および動程限界での過度のスリップ等の上述した従来技術の流体リンクシステムの欠点を解消するとともに、必要なシステム柔軟性を提供する完全流体リンク油圧パワーステアリングシステムを得ることがである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記および他の目的は、ステアリング部材への手動入力に応答して、オンハイウエイタイプの車両の一対の操舵車輪に入力運動を与える改良された完全流体リンクステアリングシステムの提供によって達成される。このステアリングシステムは、加圧流体源、流体コントローラ、及び、ステアリング部材への手動入力に応答して、一対の操舵車輪に連動してこれに入力運動を与える流体圧作動アクチュエータを備える。流体コントローラは、加圧流体源に流体接続する入口ポートおよびアクチュエータに流体接続する制御ポートを形成するハウジング手段を含む。流体コントローラは、さらに、流体メータを含み、この流体メータは、流体メータを通る流体の流量を測定するように作動する可動部材、及び、回転可能な主弁部材及び協働して相対回転可能な追従弁部材を含む第１バルブ手段を有する。流体コントローラは、さらに、主および追従弁部材を互いに中立位置へ向かって付勢する手段、及び、流体メータの回転可能な主弁部材の運動を追従弁部材の追従運動へ伝達するように作動する手段を含む。
【００１２】
改良されたステアリングシステムは、トルクレベルXまでのステアリング部材への手動入力の結果が、主及び追従弁部材の相対変位なしの流体メータの可動部材の付勢に相当するように付勢手段が選択され、このトルクレベルXが望まれる路面感触に相当することを特徴とする。本ステアリングシステムは、さらに、加圧流体源に流体接続する入口及びアクチュエータに流体接続する出口を有し、外部入力信号に応答して移動でき、入口から出口への流体連通を許容するバルブ機構を含む第２バルブ手段を備える。本ステアリングシステムは、また、ステアリング部材への手動入力を検知し、これに応答して外部入力信号を発生させるように作動する手段を含み、これにより、主及び追従弁部材の相対変位が生じる前でも加圧流体がアクチュエータへ接続されるようにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の限定を意図するものではないが、図1は、本発明にしたがって製造される油圧パワーステアリングシステムの油圧回路図である。本システムは、その入口がシステムリザーバRに接続される流体ポンプ11を含む。ポンプ11の出口は、導管13によって、全体として符号15で示される負荷感知プライオリティ流量制御弁に接続され、この流量制御弁15は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第3,445,210号に記述されたタイプのものであり、この特許の内容は、参考として本説明に含まれる。流体ポンプ11の出力圧力は、圧力リリーフ弁17によって制限されて、所定の最大値を超える圧力は、単純にシステムリザーバRに戻される。
【００１４】
本油圧パワーステアリングシステムの他の部分は、複数のサブシステムからなるものとして見ることができ、これらのサブシステムは、アクチュエータ19と、全体として符号21で示され、ステアリング制御ユニット(ＳＣＵ)ともいわれる流体コントローラ(図2にのみ詳細に示され、簡単のため、図1には示されない)と、全体として符号23で示される電気油圧制御(ＥＨＣ)バルブアセンブリと、全体として符号25で示される車両マイクロプロセッサ(ＥＣＵ)とを含む。
【００１５】
負荷感知技術における当業者には周知のように、プライオリティ弁15は、導管27が接続される「CF」(制御すなわちプライオリティ流れ)出口及び導管29が接続される「EF」(超過流れ)出口を有する。導管27は、図1において、ＳＣＵ21およびＥＨＣバルブアセンブリ23の両方の入力を構成する導管31にＴ字型に接続されるように示されている。導管29は、図1において、導管33にＴ字型に接続され、導管33は、順次、導管35にＴ字型に接続されてシステムリザーバRへドレンされる。
【００１６】
本実施形態では、例示に過ぎないが、アクチュエータ19は、出力軸37あるいは他の適当な回転出力部材を有するモータ(すなわち回転アクチュエータ)として概略的に示されており、この回転出力部材は、一般的に、ドラッグリンク又はピットマンアーム等によって機械的に連結されて、一対の操舵車輪(図示せず)への実際の機械的な入力を提供する。利用されるアクチュエータ19の特定の形式及び操舵車輪への入力を提供するために用いられる方法は、本発明の本質的な特徴ではないことは、当業者には理解されるはずである。アクチュエータ19の両側には、導管39及び41が接続され、導管39内の加圧流体は、車両の右旋回に作用し、また、導管41内の加圧流体は左旋回に作用する。
【００１７】
導管31には、概してＳＣＵ21に関連する全体として符号43で示される2位置2方向ソレノイドバルブが接続されて、このソレノイドバルブ43の出口は、導管45によって、ＳＣＵ21の入口ポート47(図2参照)に接続されている。導管33に接続する導管49が設けられ、これは、導管35を介してシステムリザーバRに接続する。また、導管49には、ＳＣＵ21の戻りポート51(図2参照)に接続されている。
【００１８】
上記のように、導管31は、ＥＨＣバルブアセンブリ23への入力として設けられ、ＥＨＣバルブアセンブリ23は、本実施形態では、例示に過ぎないが、一対の同一の比例ソレノイド(ＥＨＣ)バルブ53及び55からなる。このバルブ53及び55は、単一の3方向3位置バルブによって置換することもできる。ＥＨＣバルブ53は、その出口ポートが導管57によって導管39に接続されているのに対して、ＥＨＣバルブ55の出口ポートは、導管59及び導管61によって導管41に接続されている。以下に参照されるバルブ53及び55の「出口」又は「出口ポート」は、それぞれ、導管57及び59の参照符号で示す。
【００１９】
本発明の本質的な特徴ではないが、本ステアリングシステムは、「ホイールスリップを減少させた油圧パワーステアリングシステム」について、デビッド Ｗ．トーマス、デビッド Ｅ．イーウェル、ティモシー Ａ.ヒェルサンド、ジェリー Ｆ.カーリン及びラッセル Ｐ.シュッヒマンの名において、1998年2月23日に提出された米国同時係属出願第09／028,218号の教示に従って製造することができ、この特許出願は、本発明の譲受人に譲渡されており、その内容は、本説明に含まれる。
【００２０】
主に図2を参照して、ＳＣＵ21は、ステアリングホイールW等のステアリング入力装置によって操作されて、ＳＣＵ技術における当業者には概して周知の方法で、入口ポート47からアクチュエータ19への流体の流量を制御する。本発明は、以下に明確に示される点を除いて、ＳＣＵのいかなる特定の形式又は構造に限定されないことがわかるはずである。
【００２１】
ＳＣＵ21は、全体として符号63で示されるバルブ機構及び流体メータ65を含む。ステアリング技術における当業者には周知のように、流体メータ65の1つの機能は、ＳＣＵ21を流通する流体を「測定」することであり、また、バルブ機構に追従運動を付与して、所望量の流体がアクチュエータ19へ供給された後、バルブ機構63をその中立位置(図1及び図2における中央位置)に復帰させることである。
【００２２】
好ましくは、ＳＣＵは、バルブ機構63がその中立位置にあるとき、ＳＣＵ21が「負荷反力」機能を有し、これにより、図2に概略的に示されるように、導管39および41がバルブ機構63を介して流体メータ65の両側に比較的制限なく流体連通するようなタイプのものである。結果として、当該技術において公知のように、操舵車輪に作用された外部荷重は、これにより、出力軸37に作用され、油圧荷重を導管39又は41の一方(作用された力の方向に依存する)に作用させ、順次、流体メータ65に油圧的に荷重を作用させることになる。この荷重は、ステアリングホイールWで運転者に感じられ、これにより、本発明に関連するタイプのオンハイウエイ及び高速パワーステアリングシステムに望まれる「従来の技術」に示される1つの特徴である「路面感触」が達成される。
【００２３】
図2に参照されるように、多くの流路は、逆止弁、より明確には対キャビテーション逆止弁を含む。このため、ＳＣＵ21は、好ましくは、「流体コントローラ及びその改良された逆止弁構造」についての米国特許第5,101,860号の教示に従って製造され、この特許は本発明の譲受人に譲渡されており、その内容は参考として本説明に含まれる。
【００２４】
引き続き図2を参照して、ＳＣＵ21は、導管39及び41にそれぞれ接続される一対の制御流体ポート67及び69を含む。ＳＣＵ21は、また、以下に詳述するように負荷信号73を導入する負荷信号ポート71を含む。さらに、図2から、ＳＣＵバルブ機構63は、付勢スプリングアセンブリ75によって、図2に示される中立位置へ向って付勢されることがわかり、このスプリングアセンブリ75は、2つの分離した付勢手段として概略的に示されているが、当業者には公知のように、バルブ機構63を右旋回状態Rおよび左旋回状態Lから中立(中央)位置へ戻すように作用する単一のスプリングアセンブリからなる。このスプリングアセンブリ75は、図4に詳細に示され、後に詳述する。
【００２５】
主に図3を参照して、ＳＣＵ21を説明するが、上述の米国特許第5,101,860号に含まれる点を考慮して、簡単に説明する。ＳＣＵ21は、また、米国特許第4,109,679号の教示に従って製造することができ、この特許は、本出願の譲受人に譲渡されており、その内容は参考として本説明に含まれる。ＳＣＵ21は、ハウジング部分77、ポートプレート79、流体メータ65を含む部分およびエンドプレート81を含むいくつかの部分からなる。これらの部分は、複数のボルト83(その頭部のみが図3に示される)によって、緊密に結合されて一体的に保持されている。ハウジング部分77は、一般的に、前述の全てのポートを形成するが、図3の平面においては、制御ポート67及び69のみを参照することができる。
【００２６】
ハウジング部分77は、さらに、バルブボア85を形成し、その内部にバルブ機構63が回転可能に配置されており、バルブ機構63は、図1及び図2に概略的に示され、回転可能な主弁部材87(「スプール」)および協働する相対回転可能な追従弁部材89(「スリーブ」)を含んでいる。当該技術において公知のように、スプール87の前端(図3における左端)は、ステアリングホイールWとスプール87とを直接機械的に連結するための一組の内側スプライン91を形成する小径部を含んでいる。
【００２７】
流体メータ65は、当該技術において公知のものとすることができ、内歯付固定リング93および外歯付可動スター95を含む。スター95は、一組の内側スプライン97を形成し、これに、駆動軸99(図1及び図2にも概略的に示される)の後端に形成された外側スプライン98がスプライン結合される。駆動軸99は、ピン101に係合する前端を有する。ＳＵＣ技術において公知のように、スター95の軌道及び回転運動が、駆動軸99及びピン101によって、スリーブ89の回転追従運動に変換される。この追従構造の1つの機能は、ステアリングホイールWに作用されるトルクの関数でもあるステアリングホイールWの回転速度に比例して、スプール87とスリーブ89との間に一定の相対変位を維持することである。軸99及びピン101の前方には、前述の付勢スプリングアセンブリ75が配置される。ここに示される付勢スプリング75は、概して通常の形状及び構造のものとすることができ、その詳細は本発明の本質的な特徴ではない。それよりも、後で詳述するように、スプリングアセンブリ75について重要なことは、従来技術の一般的な流体コントローラよりも相当に大きな付勢力すなわちセンタリング力を提供することである。
【００２８】
再度図1を参照して、本システムの更なる特徴について説明する。ステアリングホイールW(または、ステアリングコラムのいずれかの部分等)に連動するステアリングホイール位置センサ103が設けられて、瞬間的なステアリングホイール位置を表す信号105をＥＣＵ25に送信する。同様に、操舵車輪位置センサ107が操舵車輪すなわち出力軸37、または、ステアリングリンク機構の他の部分に連動して、瞬間的な操舵車輪位置を表す信号109をＥＣＵ25に送信する。ＥＣＵ25の出力の中で、オン／オフ命令信号111はソレノイドバルブ43の位置を制御し、一対の比例命令信号113及び115は、それぞれＥＨＣバルブ53及び55を制御する。
【００２９】
本ステアリングシステムは、また、一対のシャトル弁117及び119を含む。シャトル弁117は、ＥＨＣバルブ53及び55からの2つの負荷信号の高いほうを負荷信号121として伝達し、これがシャトル弁119への入力信号の一方となり、シャトル弁119の他方の入力信号は、ＳＣＵ21からの負荷信号73である。シャトル弁119の出力は、負荷信号123であり、負荷信号73及び121の高いほうである。負荷信号123は、当業者に公知の方法で、負荷感知プライオリティ弁15の負荷信号室へ戻される。これにより、バルブ15の導管27への出力の圧力は、全ステアリングシステムの中で検知された最大の負荷信号に応答する。
【００３０】
図1ないし図3と関連して図5を参照して、本発明の重要な特徴について説明する。一般的な従来技術において、オフハイウエイ車両に使用される図1に概略的に示される一般的なタイプの完全流体リンクステアリングシステムでは、付勢スプリングアセンブリ75は、通常、図5において「従来技術」と示されたグラフに従って作動するように設計される。この場合、ＳＣＵ技術の当業者に公知のように、ステアリングホイールWに比較的小さなトルク(例えば15 lbf・in(1.69N・m))を作用させると、スプールとスリーブが相対変位し始め、すなわち、バルブ機構63が図1及び図2に示す中立位置から、ステアリングホイールWの回転方向に応じて、右旋回状態Rまたは左旋回状態Lへ向って移動する。スプールとスリーブが数度相対変位すると、様々な流量制御オリフィス(図2に概略的に示されるA1オリフィス等)が開き始めて、通常の方法で、加圧流体を入口ポート47から流体メータ65を介して、制御流体ポート67または69の一方へ導通させる。「従来の技術」において説明したように、従来技術の完全流体リンクステアリングシステムは、荷重反力タイプのものであっても、オンハイウエイタイプのステアリングシステムに適用するために必要と考えられる路面感触を提供するものではない。
【００３１】
本発明の1つの特徴によると、付勢スプリング75は、図5において「本発明」と示されたグラフに従って選択されて、一般的に望ましいシステムの路面感触に対応する。これにより、例示に過ぎないが、ステアリングホイールの回転速度が比較的低い場合でも、スプリングアセンブリ75は、約20 lbf・in(2.26N・m)から約40 lbf・in(4.52N・m)、好ましくは、約25 lbf・in(2.82N・m)から約30 lbf・in(3.39N・m)の範囲のセンタリングトルクを発生する。
【００３２】
ここでの説明及び特許請求の範囲において参照される特定の路面感触すなわちセンタリングトルクは、ステアリングホイールが実質的な速度で回転されたときに生じるトルクではなくて、ステアリングホイールへの入力がゼロRPMで存在するトルクである点に注目すべきである。所望の路面感触に対応するセンタリングスプリングの選択の影響は、以下の本システムの作動の説明から、よりよく理解される。所望の付勢トルク関係を有するスプリングアセンブリを設けることは、当業者の能力範囲内において明らかである。
【００３３】
再度主に図1を参照して、車両運転者がステアリングホイールWを回転させ始めたとき、位置センサ103及び107は、それぞれ信号105および109をＥＣＵ25へ送信して、操舵車輪とステアリングホイールとの間の位置の「エラー」の存在を表示する。最初、ＥＣＵは、バルブ43へ命令信号111を送信せず、バルブ43が図1に示される位置へばね付勢されて、導管31から導管45への制限のない流れを提供する位置となるようにする。同時に、ステアリングホイールは、右旋回のために時計方向に回転されていると仮定して、ＥＣＵ25は、適当な信号113をＥＨＣバルブ53へ送信するが、信号115をＥＨＣバルブ55へ送信しない。これにより、加圧流体は、導管31からＥＨＣバルブ53を介して導管57へ導通され、アクチュエータ19が回転し始め、出力軸37を動かして、スプール87とスリーブ89の相対変位が生じる前でも操舵を実行する。その結果、実質的にゼロ中立不感帯となり、すなわち、ステアリングホイールを移動し始めるとすぐに、対応するアクチュエータ19への流体の流れが生じることになる。
【００３４】
以上に説明したように、本発明の重要な特徴の1つは、所望の路面感触にほぼ等しいセンタリングトルクを有するスプリングアセンブリ75を設けることである。これにより、車両運転者がステアリングホイールWを切り始めるとすぐに、流体メータ65(手動ポンプとして作用する)から導管39を介して流体が「ポンピング」されて、アクチュエータ19が回転し始め、出力軸を動かして、スプール87とスリーブ89の相対変位が生じる前でも操舵を実行する。流体が最初に流体メータ65からアクチュエータ19へ導通されるか、ＥＨＣバルブアセンブリ23からアクチュエータ19へ導通されるかは、本発明にとって本質的なことではない。商業的に適合するシステムにおいて、流体メータ65及びＥＨＣバルブアセンブリ23からの流体の流れは、ほぼ同時に生じ、実質的なゼロ中立不感帯を提供するのに充分迅速に生じると考えられる。
【００３５】
上記のように、導管39の加圧流体は、アクチュエータ19へ導通され、エラー信号を「ゼロ」にすべく、出力軸37が回転し始める。同時に、導管39の圧力が流体メータ65の出力側へ戻るように導通されるが、これは、ＳＣＵ21が負荷反力タイプであり、バルブ機構63が、この時点で、まだ、中立位置にあるからである。導管39から流体メータ65へ導通された圧力は、スター95の軌道及び回転運動に抗して「逆方向」の付勢力を作用させる。このため、付勢スプリングアセンブリ75のトルク及び導管39の圧力の効果が協力して路面感触を構成して、ステアリングホイールWを回転させる運転者によって感じ取られる。
【００３６】
本発明のステアリングシステムの作動進行中に、ステアリングホイール位置信号105と操舵車輪位置信号109との間に相違があるときは、その結果によって適当な命令信号がＥＣＵ25からＥＨＣバルブアセンブリ23へ送られて、そのエラーを修正する。例えば、ステアリングホイールWが右旋回のために依然として時計方向へ回転されていると仮定して、ＥＣＵ25が、操舵車輪位置の所望位置からの遅れを表すエラーを検知したとき、命令信号113がＥＨＣバルブ53へ送信され、その結果、流体が導管31からＥＨＣバルブ53を介して導管57へ流れ、そして、導管39へ流れて、ＳＣＵ21からアクチュエータ19へ導通される流体を補助する。これにより、本システムは、通常の操舵中及び動程限界すなわち操舵車輪がストッパに到達したときの両方において、ＥＣＵ25におけるエラー信号がゼロとされたとき、ステアリングホイールと操舵車輪との間に確実な「位置決め」を得ることになる。
【００３７】
主に図6を参照すると、本発明と一般的な油圧パワーステアリングシステムの相違がより明らかになる。両システムは、ゼロ位置をスタートして、ステアリングホイールへの入力トルクが約12 lbf・in(1.36N・m)(センタリングスプリングの予荷重)に達するまで、垂直線の近くを上昇し、垂直線に近い角度は、流体メータ65のサイズの関数となる。これにより、両システムにおいて同じメータサイズと仮定して、本システムが従来技術と比較される。従来技術のシステムでは、12 lbf・in(1.36N・m)の点から右側へ延びる線分の傾斜は、ＳＣＵのセンタリングスプリングのばね定数によって決定される。ここで注意すべき重要な点は、例えば、約60 lbf・ft(81.36N・m)の反力が路面によって生じたとき、従来技術のシステムでは、運転者は、13 lbf・in(1.47N・m)を超える路面感触を感じることができないことである。
【００３８】
引き続き図6を参照して、本発明については、垂直線に近い部分の上部が、ステアリングホイールへの入力トルクが約26 lbf・in(2.94N・m)(センタリングスプリングアセンブリ75の予荷重)に達するまで、ＳＣＵ21が手動ポンプとしてのみ作用する本発明を特徴付ける作動部分を表している。その点で、右側上方へ延びる線分(「本発明」)は、センタリングスプリング75のばね定数によって決定される傾斜を有する。本発明の重要な特徴によれば、同じ約60 lbf・ft(81.36N・m)の反力が路面によって生じたとき、運転者は、約30 lbf・in(3.39N・m)の路面感触を感じられることになり、運転者にとって、従来技術の場合より、よい状況が得られる。
【００３９】
米国同時係属出願第09／028,218号の教示に従って、操舵車輪が、動程端ストッパ等のいずれかの所定位置に接近したとき、エラー信号がゼロに近づいたとしても、ＥＣＵ25は、システムの「高圧」側にあるＥＨＣバルブ53または55のいずれかに、適当な信号113または115を発生する。同時に、適当な命令信号111がバルブ43へ送られて、スプリングの付勢力に打勝ってバルブ43を導管31から導管45への流れを遮断する位置へ付勢し、導管31の圧力が導管45の圧力よりも高くなるようにする。これにより、操舵車輪が所定位置に到達したちょうどその時、前述のように、高圧導管39または41に導入された加圧流体よる流体メータ65の逆方向への付勢がステアリングホイールWの更なる回転を防止する。このようにして、所定位置を動程ストップとした場合、操舵車輪がそのストップに到達したとき、車両運転者は、ステアリングホイールWをそれ以上回転させることができず、あたかも動程限度でのスリップが生じないのと同じ結果となる。ここで述べた動程端の状態は、操舵車輪をステアリングホイールの位置決め位置に維持する一般的な要求の特殊な場合と考えることができる。
【００４０】
油圧タイプのステアリングシステムの設計において、考慮すべきファクターの１つは、流体メータ65の流体吐出量とアクチュエータ19の流体吐出量との関係である。本発明のシステムでは、いくつかの変更が可能である。流体メータ65は、アクチュエータ19(システムのロックトゥロック比で割った)と同じ吐出量とすることができる。代りに、流体メータ65は、幾分小さくするすることができ、この場合、ＥＨＣバルブアセンブリ23を通して流体を追加する必要がある。最後に、流体メータ65は、アクチュエータ19(ロックトゥロック比で割った)よりも幾分大きくすることができ、この場合、ＥＨＣバルブアセンブリ23を通して流体を減ずる必要がある。本発明は、ＥＨＣバルブアセンブリ23のいかなる特定の構造にも限定されず、特許請求の範囲は、アセンブリ23を通して流体が追加される「メーターイン」構造、または、アセンブリ23を通して流体が除かれる「メーターアウト」構造のいずれをも含むことを意図することは、当業者には理解されるはずである。当業者の能力範囲内において、図1に示す回路を修正して、いずれの構造、あるいは、他の同様な趣旨の構造をも達成できることが充分考えられる。
【００４１】
本発明は、また、「流量増幅」形式のものを提供するために利用することもでき、この用語は、現在、油圧パワーステアリング技術において知られているものである。この場合、ＥＨＣバルブ部アセンブリ23は、エラー信号をゼロにするために必要な「修正」流体だけでなく、加えて一定量の割増流体を供給するように制御されて、アクチュエータ19への総流量が、常に、流体メータ65から流れる流体の倍数になるようにする。倍数(流量増幅率)は、一定とすることができ、あるいは、車速、回転角度等のファクターに適合するように変化及び調整することができる。
【００４２】
以上の説明において、本発明を詳述してきたが、本明細書を読んで理解することにより、本発明の様々な変更及び修正が当業者には明らかになると考えられる。全てのそのような変更及び修正は、特許請求の範囲内に入る限りは、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って製造される油圧パワーステアリングシステムの概略油圧回路図である。
【図２】図1に示されるシステムのステアリング制御ユニットのみを拡大して示す断片的な概略油圧回路図である。
【図３】図2に概略的に示されるステアリング制御ユニットの軸方向断面図である。
【図４】図3のハウジングを除くスプール、スリーブ及びスプリングアセンブリを示す4‐4線に沿った拡大縦断面図である。
【図５】本発明の1つの特徴を従来技術と比較したステアリングホイールの回転速度の関数としてステアリングホイールを回転させるために必要なトルクを示すグラフ図である。
【図６】本発明を従来技術の油圧パワーステアリングシステムと比較したステアリングアクチュエータの出力トルクの関数としてステアリングホイールの回転させるために必要な入力トルクを示すグラフ図である。
【符号の説明】
11 流体ポンプ
19 アクチュエータ
21 流体コントローラ
23 ＥＨＣバルブアセンブリ
47 入口ポート
53,55 ＥＨＣバルブ
65 流体メータ
67 制御ポート
77 ハウジング部分
87 スプール
89 スリーブ
99 駆動軸
111 ピン
W ステアリングホイール
Claims (6)
- 加圧流体源(11)と、流体コントローラ(21)と、一対の操舵車輪に連動して入力運動(37)を提供する流体圧作動アクチュエータ(19)とを備え、ステアリング部材(W)への手動入力に応答して、オンハイウエイ型車両の前記一対の操舵車輪への入力運動(37)を提供する完全流体リンクステアリングシステムであって、
当該ステアリングシステムは、
前記流体コントローラ(21)は、前記加圧流体源(11)に流体接続する入口ポート(47)及び前記アクチュエータ(19)に流体接続する制御ポート(67)を形成するハウジング手段(77)を含み、
更に、前記流体コントローラ(21)は、それを通る流体の流量を測定すべく作動する可動部材(95)を有する流体メータ(65)と、回転可能な主弁部材(87)及び協働する相対回転可能な追従弁部材(89)を含む第１バルブ手段(63)と、前記主弁部材(87)及び追従弁部材(89)をそれぞれ互いの中立位置へ向って付勢する付勢手段(75)と、前記流体メータ(65)の前記可動部材(95)の運動を前記追従弁部材(89)の追従運動に伝達するように作動する手段(99,101)とを含み、
(a)前記付勢手段(75)は、前記ステアリング部材(W)への手動入力が、トルクレベルX以下のとき、前記主弁部材(87)と前記追従弁部材(89)とを相対変位させることなく、前記流体メータ(65)の前記可動部材(95)を付勢することになるように選択され、前記トルクレベルXが当該ステアリングシステムの所望の路面感触に相当し、
(b)当該ステアリングシステムは、更に、前記加圧流体源(11)及び前記アクチュエータ(19)に流体接続し、外部入力信号(113,115)に応答して、前記加圧流体源と前記アクチュエータとの間を流体連通させるバルブ機構(53,55)を含む第２バルブ手段(23)と、
(c)前記ステアリング部材(W)への前記手動入力を検知し、これに応答して、前記外部入力信号(113,115)を発生するように作動する手段(25,103,105)とを備え、
(d)これにより、前記主弁部材(87)及び追従弁部材(89)の相対回転が生じる前でも、加圧流体が前記アクチュエータ(19)に導通されることを特徴とする完全流体リンクステアリングシステム。 - 加圧流体は、前記主弁部材(87)及び前記追従弁部材(89)の相対回転が生じる前に、先ず前記流体メータ(65)から前記アクチュエータ(19)へ導通されることを特徴とする請求項1に記載の完全流体リンクステアリングシステム。
- 加圧流体は、前記主弁部材(87)及び前記追従弁部材(89)の相対回転が生じる前に、先ず前記第２バルブ手段(23)から前記アクチュエータ(19)へ導通されることを特徴とする請求項1に記載の完全流体リンクステアリングシステム。
- 前記トルクレベルXは、約20 lbf・in(2.26N・m)から約40 lbf・in(4.52N・m)の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の完全流体リンクステアリングシステム。
- 前記トルクレベルXは、約25 lbf・in(2.82N・m)から約30 lbf・in(3.39N・m)の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の完全流体リンクステアリングシステム。
- 前記第２バルブ手段(23)は、前記加圧流体源(11)に流体接続する入口(31)及び前記アクチュエータ(19)に流体接続する出口(57,59)を有し、前記バルブ機構(53,55)は、前記外部入力信号に応答して、前記入口(31)から前記出口(57,59)へ流体連通させることを特徴とする請求項1に記載の完全流体リンクステアリングシステム。
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