JPH11500680A - クラッチ接離電動モータステアリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ここに開示された液圧補助ステアリングシステムにおいて、ステアリングサーボ（１７）にパワーを付与する液圧ポンプ（１１）は、電気的に制御可能のクラッチ（２９）を介して自動車のエンジン（２１）または自動車のエンジン（２１）から独立してポンプ（１１）を駆動する電動モータ（３３）の何れかにより駆動される。車速に応じて変動する信号が提供され、所定の閾値を越える車速でクラッチ（２９）は切断でき、これによりエネルギ消費を低減する。クラッチ（２９）は高い負荷、例えば緊急事態には車速から独立して接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 クラッチ接離電動モータステアリングシステム 発明の背景 本発明は、液圧補助ステアリングシステムに関し、特に液圧ブースターポンプ が、車速に応じて、自動車の原動力源または電動モータの何れかにより選択的に 駆動され、これによりステアリング作動力が典型的に低下する高速時のエネルギ 消費を低減するこの種のシステムに係わる。 直接エンジン駆動型の液圧パワーステアリングシステムは極めてエネルギー不 効率であり、特に液圧サーボがオープンセンタバルブ形式のものではステアリン グホイールが動いていないとき、即ち自動車が直線、かつ平地を走行していると きでもかなりの液圧流体流をもたらす。エネルギー効率は所謂クローズドセンタ サーボバルブを採用することにより改善されるが、消費者に満足できるステアリ ング“フイーリング”をもつようなシステムを信頼性よく製造することは不可能 になっている。 全体エネルギー効率は電動モータからのパワーステアリング液圧ポンプによっ て改善されることが認識されているが、このようなシステムは商業的には実行不 可能である。なぜなら、低速動作の下で、例えば駐車中に必要とするパワーを与 えることが要求される極めて大型のモータとなるからである。従来から、自動車 エンジンが故障または停止した場合、パワーステアリングポンプの電動モータの 付勢を始動するシステムが提案されている。このようなシステムは、例えば米国 特許第3,280,557号、第3,434,282号、第3,528,522号、第3,734,226号、第3,901, 342号、第3,954,147号、第5,299,650号に開示されている。 本発明の目的は、エネルギー効率がよい補助ステアリングシステムを提供する こと、駐車中の補助ステアリングに必要なパワー与えるかかるシステムを提供す ること、高速道路走行中にエネルギー消費を減少するかかるシステムを提供する こと、高信頼性で、比較的簡素、廉価な構造のかかるシステムを提供することで ある。他の目的および特徴は以下に部分的に明らかにし、かつ部分的に指摘する ことにする。 発明の概要 本発明の１つの観点にしたがえば、液圧パワーステアリングポンプが自動車の 原動力源、即ちエンジンまたは比較的適度のサイズにされた電動モータの何れか により選択的に付勢される。電動モータの付勢は車速に応じて行なうことができ る。 本発明の実施形態にしたがえば、液圧パワーステアリングポンプは電気的に制 御可能のクラッチを含み、ポンプを原動力源に選択的に接続する手段を備えてい る。ポンプを原動力源から独立して駆動する電動モータが備えられている。車速 に応じて変動する信号が発生され、信号に応答し所定の閾値を越える車速でクラ ッチを切断する手段が備えられている。好ましくは、クラッチは高い負荷状況で は車速から独立して接続される。 図面の簡単な説明 図１は本発明による液圧補助ステアリングシステムの機械要素を示す図。 図２は図１の機械的ポンプ駆動要素に協働する電気制御システムの全体ブロッ ク図で、全体の形態において交互の付勢を行なうことを示す。 図３は図２において使用された電子制御装置を詳細に示すブロック図。 図４は液圧ステアリングシステムのパワー条件をグラフイック表示する図。 対応する参照符号は図面の幾つかの図において対応する部分を示す。 好ましい実施例の説明 図１を参照するに、ここに図示された液圧補助ステアリングシステムは、慣用 のロータリ液圧ポンプ１１を使用しており、高速のシャフト速度時の液圧流体流 を調節する流量制御弁を含む。ポンプシャフト１２は後述する幾つかの他の構成 要素に連結している。ポンプ１１は液圧流体流を液圧サーボブースター１３に送 給する。サーボブースター１３はステアリングホイール１５とラック・アンド・ ピニオンステアリング要素１７との間に介在されている。 自動車の原動力源、例えば内燃エンジンは参照符号２１で図示されている。シ ャフト１２に軸承されたプーリー２３はエンジン２１からｖベルト２５を介して 駆動される。そして、プーリー２３は電気機械クラッチ２９を介して選択的に結 合されてポンプシャフト１２を駆動する。クラッチ２９は、自動車空調コンプレ ッサーを選択的に接続するために汎用される一般型式のものである。 またシャフト１２には変速電動モータ３３のローター３１が装着されている。 モータ３３は、その最大パワー出力が走行速度の運転における通常操縦時にポン プ１１による必要なレベルに対応するようにサイズが決められている。この走行 速度時は駐車操縦時とは対照に大きなパワーを必要とする。 図２を参照するに、慣用の速度計センサ４１が採用され車速に応じて変動する 信号を出力する。理解できるように、このセンサは速度計と本システムの制御シ ステムの両方に使用できる。圧力スイッチ４５が設けられポンプ１１の出口圧力 を検出し、ステアリングシステムの負荷を表示する。圧力スイッチに代えてモー タ３１の負荷を検出するものを使用し、この信号は電動モータからのパワー源を 自動車の原動力源に変換する効果をもたらすために利用でき、これについては以 下に詳述する。センサ４１、４５からの信号は電子制御装置５１に印加され、ク ラッチ２９、モータ３３の付勢を制御する。 図４は液圧ステアリングシステムのパワー条件を示す三次元面のグラフイック 表示である。一般的に、必要なパワーは車速に応じて変動し、即ちその条件は高 速では低下する。また、必要なパワーはステアリング作動力に応じて変動する。 理解できるように、駐車場の運転と障害回避操縦は多くのパワーを必要とする。 一般的に、電子制御装置５１の機能は、電動モータ３３により低レベルのパワ ー条件領域を与え、かつ自動車のエンジンから、即ちクラッチ２９の接続により 駐車場の運転と障害回避操縦に必要な増大したパワーレベルを引き出すことであ る。基本的に、制御器の動作は速度センサ４１によって与えられる信号を利用し 、所定の閾値を越える車速になったときのみクラッチを切断することであり、こ の閾値は後述するように各種状態にしたがって調節可能である。クラッチが切断 されるとき、制御器は電動モータ３３の付勢を調節して所定のポンプ速度−車速 曲線にしたがってポンプ速度を維持する。この変換機能を定めるデータは例えば マイクロプロセッサ制御器の読み出し専用メモリ（ROM）に記憶されている。 制御器５１によって与えられる動作は以下のように要約される。電動モータの 最大パワーが越えたとき、例えばポンプ１１の出口ラインにある圧力スイッチ４ ５によって検出された際に、制御器は電気機械クラッチ２９を付勢する。円滑な 推移に必要な短い遅延後に、モータパワーは低下し、即ち急減することなく漸次 減少する。液圧ポンプ中の流量制御弁はエンジン／クラッチ速度に関係なく本質 的に一定流量を維持する。 反対に、負荷が電動モータ３３の能力以下に低下したとき、モータのパワーは 急増することなく次第に回復する。そして、短い遅延後に、センサ４１によって 決定された車速が所定の閾値を越えるならば制御器は電気機械クラッチ２９を切 断する。 前述したことから理解できるように、クラッチの消勢または切断は必ずしもま さしく起きるものではない。というのは車速は所定の閾値を越えているからであ る。むしろ、クラッチの切断は電動モータ３３の能力内にあるパワー要求によっ ても調節される。したがって、もっと適切に述べると、制御器は速度信号に応答 して所定の閾値を越える車速ためクラッチの切断を行なうことができる。しかし ながら、実際には、この動作モードはクラッチの切断を行なって、自動車の通常 動作中にかなりのパーセンテージの時間に亘って自動車エンジンから引き出され るエネルギの付随する減少を伴う。実際に、典型的な通勤及び（又は）クロスカ ントリーの旅行において例えば駐車場又は他の低速の操縦及び希な状況で高速時 の緊急回避操作中に僅かのパーセンテージの時間だけクラッチは接続される。適 当なサイズの電動モータは自動車エンジンからの直接駆動に比べて低い所要のパ ワーレベルで実質的に一層効率的であるので、実質上の全体的な省力が得られる 。 図３はクラッチ２９および電動モータ３１の動作を適切に調整する電子制御装 置を詳細に示すブロック図である。電池電源６１は DC−DC コンバータ６５へ供 給される。 DC−DC コンバータ６５は電動モータ３１およびクラッチ２９を作動 するコイル２８を付勢するために適当な電圧レベルの DC 電源を供給する。各々 の場合において、電源レベルはそれぞれスイッチイングレギュレータ６７、６９ により制御できる。 車速センサ４１からの信号は典型的にはパルス列からなり、急速な摂動を除去 するローパスフイルタ７１を通過する。濾過された信号はコンパレータ７３に供 給され、検出された速度を予め選択されたスイッチポイントを示す信号と比較し 、この基準信号レベル源は７５で図示されている。車速が予め選択された基準レ ベルを越えるとき、コンパレータ７３はアナログスイッチ７７を動作せしめ、ア ナログスイッチ７７はランプ回路７９の動作を起動しスイッチイングレギュレー タ ６７により電力を電動モータ３１に漸次供給する。 反対に、車速が低下し基準レベルを下回るとき、アナログスイッチ７７は他の ランプ回路８１の動作を起動しアナログスイッチ回路８３を介して電力をクラッ チを接続するコイル２８に漸次供給する。 前述したように、クラッチの切断は車速が基準レベルを越えて検出されること により行なうことができるが、この切断は破棄されることができ緊急操作の場合 に高いパワーレベルを与える。ステアリング負荷センサ４５からの信号はローパ スフイルタ８５を介してコンパレータ８７の一方の入力部に供給される。コンパ レータ８７は検出された負荷を基準ポイント８９と比較する。負荷が基準レベル より大きいならば、コンパレータはアナログスイッチ回路８３を制御し遅延また はランプ動作なしにクラッチの付勢を行なう。 前述したように、典型的な自動車使用におけるこの制御動作の効果は、多くの 時間に亘り電動モータを介して、かつたまにだけ、即ち低速又は駐車場の操縦時 又は希な状況で緊急高速操縦中にクラッチが接続されるよう作動させられるパワ ーステアリングをもたらす。 以上のように、本発明の幾つかの目的が達成され、他の有利な効果がもたらさ れることが明らかである。 各種の変形が発明の範囲から逸脱することなく上記の構成において可能である ので、理解されるべきことは、上記の説明に含まれ、図面に示された全ての事項 は例示であって限定的な意味ではないと解釈されるべきものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１月１４日 【補正内容】 請求の範囲 １．原動力源およびロータリポンプを含む液圧サーボブースターを有し、ステ アリング作動力を減少させる自動車において、前記ポンプを駆動するシステムで あって、 前記ポンプを前記原動力源に選択的に接続する手段を備え、前記手段は電気的 に制御可能のクラッチを含み、 前記ポンプを前記原動力源から独立して駆動する電動モータと、 ステアリング作動力に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記ステアリング作動力が所定のレベルを超えるならば前記クラッチを付勢す る手段と、 車速に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記信号に応答し所定の閾値を越える車速で前記クラッチを切断し、かつ前記 電動モータを付勢する手段とを備えたことを特徴とするポンプ駆動システム。 ２．原動力源およびロータリポンプを含む液圧サーボブースターを有し、ステ アリング作動力を減少させる自動車において、前記ポンプを駆動するシステムで あって、 前記ポンプを前記原動力源に選択的に接続する手段を備え、前記手段は電気的 に制御可能のクラッチを含み、 前記ポンプを前記原動力源から独立して駆動する電動モータと、 車速に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記信号に応答し所定の閾値を越える車速で前記電動モータを付勢し、かつ前記 クラッチを切断する制御手段とを備えたことを特徴とするポンプ駆動システム。 ３．前記ポンプの負荷を検出する手段と、前記負荷が所定のレベルを超えるな らば前記クラッチを付勢する手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載のポ ンプ駆動システム。 ４．前記車速が前記閾値を越えるとき前記モータを漸次付勢するランプ回路を 備えたことを特徴する請求項２記載のポンプ駆動システム。 ５．原動力源としての内燃エンジンおよびロータリポンプを含む液圧サーボブ ースターを有し、ステアリング作動力を減少させる自動車において、前記ポンプ を駆動するシステムであって、 前記ポンプを前記エンジンに選択的に接続する手段を備え、前記手段はベルト 駆動され電気的に制御可能のクラッチを含み、 前記ポンプを前記エンジンから独立して駆動する電動モータと、 ステアリング作動力に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記ステアリング作動力が所定のレベルを超えるならば前記クラッチを付勢す る手段と、 車速に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記信号に応答し所定の閾値を越える車速で前記電動モータを付勢し、かつ前 記クラッチを切断する手段とを備えたことを特徴とするポンプ駆動システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．原動力源およびロータリポンプを含む液圧サーボブースターを有し、ステ アリング作動力を減少させる自動車において、前記ポンプを駆動するシステムで あって、 電気的に制御可能のクラッチを含み、前記ポンプを前記原動力源に選択的に接 続する手段と、 前記ポンプを前記原動力源から独立して駆動する電動モータと、 車速に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記信号に応答し所定の閾値を越える車速で前記クラッチを切断する手段とを 備えたことを特徴とするポンプ駆動システム。 ２．前記システム上の負荷を検出する手段と、前記負荷が所定のレベルを超え るならば前記クラッチを付勢する手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載 のポンプ駆動システム。 ３．前記原動力源は内燃エンジンであることを特徴とする請求項１記載のポン プ駆動システム。 ４．原動力源およびロータリポンプを含む液圧サーボブースターを有し、ステ アリング作動力を減少させる自動車において、前記ポンプを駆動するシステムで あって、 電気的に制御可能のクラッチを含み、前記ポンプを前記原動力源に選択的に接 続する手段と、 前記ポンプを前記原動力源から独立して駆動する電動モータと、 ステアリング作動力に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記ステアリング作動力が所定のレベルを超えるならば前記クラッチを付勢す る手段と、 車速に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記ステアリング作動力が所定のレベルを下回るとき前記信号に応答し所定の 閾値を越える車速で前記クラッチを切断する手段とを備えたことを特徴とするポ ンプ駆動システム。 ５．原動力源およびロータリポンプを含む液圧サーボブースターを有し、ステ アリング作動力を減少させる自動車において、前記ポンプを駆動するシステムで あって、 電気的に制御可能のクラッチを含み、前記ポンプを前記原動力源に選択的に接 続する手段と、 前記ポンプを前記原動力源から独立して駆動する電動モータと、 車速に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記信号に応答し前記電動モータを付勢し、かつ所定の閾値を越える車速で前 記クラッチを切断する手段とを備えたことを特徴とするポンプ駆動システム。 ６．前記システム上の負荷を検出する手段と、前記負荷が所定のレベルを超え るならば前記クラッチを付勢する手段とを備えたことを特徴とする請求項５記載 のポンプ駆動システム。 ７．前記車速が前記閾値を越えるとき電力を前記電動モータに漸次供給するラ ンプ回路を備えたことを特徴とする請求項５記載のポンプ駆動システム。 ８．原動力源としての内燃エンジンおよびロータリポンプを含む液圧サーボブ ースターを有し、ステアリング作動力を減少させる自動車において、前記ポンプ を駆動するシステムであって、 ベルト駆動され電気的に制御可能のクラッチを含み、前記ポンプを前記エンジ ンから選択的に駆動する手段と、 前記ポンプを前記エンジンから独立して駆動する電動モータと、 ステアリング作動力に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記ステアリング作動力が所定のレベルを超えるならば前記クラッチを付勢す る手段と、 車速に応じて変動する信号を提供する手段と、 前記信号に応答し所定の閾値を越える車速で前記電動モータを付勢し、かつ前 記クラッチを切断する手段とを備えたことを特徴とするポンプ駆動システム。