JPS6361684A - 電子圧力制御を用いた可変アシストパワ−ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、自動車用の可変アシストパワーステアリング
歯車装置に関するものであり、所定のステアリングトル
ク及び車速に対する所定のステアリング圧力が搭載した
マイコン装置により瞬時に制御される可変アシストパワ
ーステアリング歯車装置に関するものである。特に、本
発明は、米国特許第４．５１６．４７１号、同第４，４
８５゜８８３号、第４．０６３．４９０号及び同第４゜
５６１．５２１号に開示された種類のラックアンドピニ
オンステアリング歯車装置に適用されるものである。

〈従来の技術〉 これらの先行技術のパワーステアリング装置においては
、ギアーラックはその軸方向に調整可能である。ラック
は車体のステアリング歯車リンクに連結されており、ト
ーションバーにより駆動制御ステアリング軸に連結され
た駆動ピニオンと係合している。運転手がステアリング
トルクをステアリング軸にかけると、駆動トルクがピニ
オンに分配されながらトーションバーが変形する。

ピニオンはロータリーステアリング弁装置のバルブスリ
ーブに連結されており、ステアリング軸はバルブスリー
ブ内部弁体に連結されている。トーションバーが変形す
るとロータリー弁装置の内部弁体が、バルブスリーブに
対し調整される。この弁調整により、流体圧をラックに
かけてパワーアシスト効果を達成する流体ポンプの２つ
の流体圧力作動室のそれぞれへの圧力分配が制御される
。

この種のステアリング装置の流体圧カボンブは流体制御
弁を有し、一定流量に制御する加圧容積ポンプである。

ステアリング圧力はステアリングバルブの有効流体流量
面積を制御することにより変化し、この面積はトーショ
ンバーの変形の度合により決定される。

米国特許第４，５６１，５２１号の装置においては、ス
テアリング弁にデュアルフローデリバリ−パスが設けら
れており、一方のフローパスは速度感応型のバイパス弁
により一部画定されている。

バイパス弁の有効流量面積は車速に比例しており、車速
が高いと流ｍが低下し、車速が低いかまたは駐車時には
流量が比較的高くなる。バイパス弁は、車速感応式電子
装置により制御されるアクチュエーターにより制御され
る。

〈問題点を解決する手段〉 本発明は、可変アシストがステアリング圧力に影響を与
えるバルブの流量面積を制御するというよりむしろステ
アリング圧力を直接調整することにより達成されるので
、米国特許第４．５６１゜５２１号の発明と相異する。

本発明による可変アシストパワーステアリングギア装置
は、バルブハウジングの形状を大きく変更することなく
、また工具類に大きなコストをかけることなく、上述の
本発明者による米国特許に記載された種類の弁要素と共
通な弁要素を用いることが可能であるとともに、自動車
の製造を容易にする単純化されたロータリーバルブを用
いている。

本発明の装置は加圧容積型ポンプの入口と還流通路との
間に位置する電子式圧力１１Ｊｔｌｌ弁を有している。

また、本発明の装置はマイコン装置と協働する入力トル
ク及び車速センサーを有しており、マイコン装置は、そ
の中にプリセットされたプログラムによってυ１６１１
ｍ流を電気圧力制卸弁に送ることによりステアリングギ
アにかけられる圧力を制御している。電子式圧力制御弁
は前記米国特許第４，５６１．５２１号の場合と同じよ
うにロータリーステアリングバルブ装置に対し流体回路
上並設された補助ステアリングギアバルブとして作動す
る。電子式圧力制御弁が作動し、並設流体回路を介して
流体をバイパスさせると、ステアリング圧力が電子式圧
力υ制御弁の閉状態の圧力よりも低いレベルにｉｔ！Ｉ
　ｉｌｌされる。

マイコンｇ装置は、すべて可能性のある作動状態を表わ
すことが可能であり、所定の作動状態に対し最適なステ
アリング圧力を提供する完全な自動車用ステアリング制
御パラメーターマツプによりプログラムされている。こ
のように各ステアリングホイールトルク及び各対応する
車速に対し、ラックアンドピニオン歯車装置に有効とな
る最適なステアリングアシストが達成される。

〈実施例〉 第１図において、参照番号１０は車両のエンジンにより
駆動されるパワーステアリングポンプを示している。パ
ワーステアリングポンプ１０は出口通路１２に一定の流
れを提供しており、供給通路１４から流体を供給されて
いる。ステアリングバルブ装置１６は通路１２に接続さ
れた入口を有している。ステアリングバルブ装置１６の
返還流路はポンプ１ｏの供給通路１４である。

電子制御式スロットルバルブ１８はポンプ１０に関し並
列に設けられている。流体がステアリングバルブ装置に
達するまえに通路１２から通路１４へ流体をバイパスさ
せることができる。ステアリング圧力センサ２ｏはポン
プ１ｏ及び電子制御スロットルバルブ１８と並列に設け
られている。

センサ２０は参照番号２２で示されるマイクロプロセッ
サ−すなわち中央制御装置（ＣＰＵ）に接続されており
、電気的接続線は２４及び２６で示されている。

ハンドル操作中運転手はステアリングトルクをステアリ
ングホイール２８に与え、ステアリングホイール２８は
ステアリングシャフト３０に連結されている。ステアリ
ングシャフト３０は、通常のようにトーションバーを介
してパワーステアリングのラックアンドピニオンギアの
駆動ピニオンに連結されている。ステアリングシャフト
３０からステアリングバルブ装置までのトルク伝達通路
は、Ｕジヨイント３２．３４及びステアリングホイール
トルク及び角度センサ３６を有したリンク機構を備えて
いる。センサ３６はライン３８を介してＣＰＵ２２に伝
えられる信号を発生する。車速センサ４０はライン４２
を介してＣＰＵ２２に伝えられる電気信号を発生する。

電子制御スロットルバルブはＣＰＵ２２によりＩＩ　ａ
ｌされるパルス幅変調制御可変オリフィスである。ステ
アリング圧力は以下の式で決定される。

Ａ ここでＰはステアリングギアピストン差圧、Ｑはポンプ
により増幅された流体及びＡはステアリングバルブ装置
及び電子式スロットルバルブ１８の有効スロットル面積
の合計である。

ステアリング圧力センサ２０は出口圧をひいたステアリ
ングバルブ入口圧を検出する。出口圧はステアリング歯
車装置用の流体モータのピストン差圧とほぼ等しいもの
である。電子ｆ、ＩＩ御スロットルバルブは付加的なス
ロットル領域をステアリングバルブ装置の有効領域に加
えることにより減圧可能なように構成されている。

ＣＰＬＩ２２用に検出された伯の入力に対しステアリン
グ圧力の所定の関係、いわゆるマツプはＣＰＵ　２２に
プログラムされている。このように、例えばステアリン
グ効果は減圧による車速の高まりにより増長される。手
動のステアリング効果が好ましい場合はステアリング効
果は所望の車速におけるステアリング圧力信＠ピロに対
応する。高速においては燃料消費を最小限におさえるた
めポンプはエンジンからの接続を解放することが可能で
ある。

ステアリングホイールとＵジヨイント３４，３２との間
に電子式トルクセンサを位置させることにより、Ｕジヨ
イントの摩擦力は入力＊振力のかわりに出力摩擦力とな
る。すなわち、ステアリング圧力制御装置が入力トルク
としての摩擦力を検出することとはならない。このよう
に、Ｕジヨイントの内部摩擦力による圧力の増加はステ
アリング操作にひきつづいて発生する駆動状態へのステ
アリング歯車のいわゆる直進リターン特性に対して何ら
抵抗を与えない。

本発明の電子制御スロットルバルブの第１の実施例は第
３図に詳細に示されている。この実施例は内部バルブラ
ンドを有するバルブスリーブ４２と外部バルブランドを
有するバルブスプール４４とを有している。バルブスプ
ール４４はスリーブ４２の内部バルブランドに整合する
外部バルブランド４６．４８．５０及び５２を有してい
る。通路１２からの流体は通路５４を介して電子制御ス
ロットルバルブ１８に供給され、流体はバルブ通路５６
を介してバルブ１８から通路１４まで返還される。

スプール４４はバルブスプリング５８により第３図にＪ
３いて右方向に付勢されている。ソレノイド６０の巻線
が励起され、スプール４４が左方向に動き通路５４と５
６との間の連通に対し抵抗を与えるとソレノイド６ｏは
バルブスプール４４に連結されたソレノイドアーマチャ
ー６２を包囲する。ソレノイドの巻線の電流が減少する
とスプリング５８がバルブを右方向に移動させ通路５４
と５６との連通を開放する。ポンプの各回転に対し、バ
ルブスプール４４が右方向に移動し、ステアリング圧力
が減少するとより大きな流体の体積が１子ｉｌｌ　ｍス
ロットルバルブ１８を介してバイパスされる。このよう
に手動ステアリング効果の程度かに概略されている。こ
の信号はパルス幅変調電圧信号である。スプリング５８
に対抗する左方向への力を増大させるため、各パルスの
時間は多くされ、バルブスプール４４に対し左方向に働
く有効な力が増大される。

第２図において、所定車速に対するステアリングホイー
ルトルクとステアリング圧力、すなわち出力との関係が
示されている。この関係はほぼ放物線状である。車速か
高まると放物線の傾斜の度合は減少する。第２図に略示
されている情報はＣＰＵ２２にプログラムされ、電子制
御スロットルバルブに対しての所定の信号として、トル
ク信号と車速信号とがセンサ３６とセンサ４０とからそ
れぞれ供給された場合に出力される。

第４図において、電子１ｉ１１　ｍスロットルバルブの
変更例が示されている。第３図に示されたバルブスリー
ブ４２とバルブスプール４４とは第４図においては単純
化されたバルブスリーブ６４と単純化されたバルブスプ
ール６６とに置き換えられている。バルブスプール６６
は第１の大径のランド６８と小径のランド７０とを有し
ている。ランド７０の計測端は７２で示されているよう
に面取りされている。

第４図の電子制御スロットルバルブの入力通路は５４′
で示されており、返還通路は５６′で示されている。こ
れらの通路は第３図の実施例の通路５４と５６とにそれ
ぞれ対応する。

ランド７０は通路５４′と返還通路５６′との連通の度
合を制御する。通路５６′の圧力はランド６８の大径領
域に作用し、第４図において弁体６６の右方向へ作用す
る圧力となる。この領域は弁体６６の右端の面積からラ
ンド７０の面積をひいたものとなる。バルブスリーブ６
４は弁体６６の右側に閉じた端部を有している。この部
分はソレノイドバルブ１８′のバルブスリーブ７４のボ
ートに連通した通路７２の圧力を受ける。

ソレノイドバルブ１８′はバルブスリーブ７４の内部ラ
ンドと整合する外部ランド７８及び８０とを有するバル
ブスプール７６を有している。レギュレーターバルブス
リーブ６４の返還通路と共通することもできる返還通路
５６′はランド８０と整合する。ランド７８は通路５４
′と連通するスリーブ７４の内部ランドにより画定され
たバルブボートと整合する。通路７２はランド７８及び
８０の中間においてスリーブ７４のボートと連通してい
る。

通路５６′の返還圧力は内部ボート８６を介してバルブ
スプール７６の左端に供給される。

ソレノイド８６の巻線は、第３図の実施例のようにＣＰ
Ｕ　２２から電流を供給される。バイパス流はレギュレ
ーターバルブスプール６６により制御され、バルブスプ
ール７６はバルブスプール６６を制御する単なるパイロ
ッドバルブとして働く。

パイロッドバルブ７６はソレノイドバルブ１８′の電磁
力に対応する。ソレノイドバルブ用の電磁力はレギュレ
ーターバルブとパイロッドバルブとを組合わせて用いる
ことにより大幅に減少される。

これによりソレノイドバルブの構成が単純化され、全シ
ステムの信頼性を改善しながらコストを減少させること
ができる。通路５４の供給圧力と通路５６の返還圧力と
の間の差圧に対してのソレノイド巻線の電流の正確な線
形関係は要求されない。

第５図及び第５Ａ図において、第４図のバルブ６６のか
わりに用いられるレギュレーターバルブ構成が示されて
いる。第５図及び第５Ａ図のレギュレーターバルブは、
大径ランド９０、及び小径ランド９２を有するバルブス
プール８８を備えている。さらに、ランド９２の径より
もわずかに小さい二次ランド９２がランド９２から離れ
た位置でスプール８８上に形成されている。第４図の実
施例と同様にソレノイドバルブからの圧力はレギュレー
ターバルブスプール８日の右側に供給されている。第５
図及び第５Ａ図において参照番＠５６″で示される返還
通路の圧力はバルブ８８の右側の領域とランド９２の領
域との差と等しくなっている。

第５図及び第５Ａ図のバルブはランド９０及び９２に圓
する限りは第４図のバルブ６６と同様にｖ１能する。ソ
レノイドバルブ用の電気回路に故障があったりステアリ
ング装置の電気回路のブレーカ−が開いたりするとソレ
ノイドの磁気力は消され通路５６“の圧力はバルブ８８
の右側に作用する圧力と同じになる。この状態が第５Ａ
図に示されている。このようにして、バルブ８８が右方
向に移動する。この場合ランド９４はレギュレーターバ
ルブの内部ランド９ｅと整合し、ランド９４の径はラン
ド９６の径よりもわずかに小さくなっている。このよう
にしてオリフィス９８が形成され、第４図の通路５４’
　、５６’に対応する通路５６“へ通路５４″から一定
流を供給する。オリフィス９８の面積は、パワーステア
リングアシス八９ トが達成され、ｖ制御電圧が阻止された場合、パワーア
シストモードからフルマニュアルモードへの好ましくな
い粗い切換えが解消されるように選択されている。

第６図において、第１軸Ｘ上にプロットされた？１ｆｌ
ｌにより表わされるＣＰＬＩの出力、第１ｋＹ上にプロ
ットされたトーションバーに作用される運転手のステア
リングトルク及び第３＠ｚ上にプロットされた時速で表
わされた車速の３つのパラメータの関係が示されてル）
る。第６図はＣＰｔＪ　２２のメモリーにプログラムさ
れた制御データマツプである。トルクと車速との間の所
定の関係に対し、線２６を介し電子制御スロットルバル
ブ１８に供給される最適電流が決定される。５６個のデ
ータポイントが第６図に三次元面として示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するラックアンドピニオンステア
リング歯車装置の流体回路の概略図、第２図はステアリ
ングホイールトルクと一連の車速に対するステアリング
アシストとの関係を示すステアリング歯車装置の性能を
示す図、第３図は第１図の流体回路に用いられた電子制
御スロットルバルブの構成を示す図、第３Ａ図は第３図
のバルブのソレノイドの電圧入力の波形を示す図、第４
図は第１図の流体回路に用いられた電子圧力制御弁の変
更例を示す図、第５図は通常の作動位置にある電子圧力
制御弁の第２の変更例の詳細を示す図、第５Ａ図は電子
制御圧力弁が非作動状態にある場合を示す第５図と同様
な図、１５８図は入力トルクとラック出力との関係を示
すグラフ、及び第６図は本発明のステアリング装置用に
マイクロプロセッサにプログラムされたｉｄｌ　ｔｉｔ
データマツプの三次元表現図である。 １０・・・パワーステアリングポンプ、１２・・・出口
通路、１４・・・供給通路、１６・・・ステアリングバ
ルブ装置、１８・・・電子ｉ、ＩＩ御スロットルバルブ
、２０・・・ステアリング圧力センサ、２２・・・ｃｐ
ｕ１２４．２６・・・接続線、２８・・・ステアリング
ホイール、３０・・・ステアリングシャフト、３２．３
４・・・Ｕジヨイント、３６・・・ステアリングホイー
ルトルクアングルセンサ、３８・・・線、４ｏ・・・車
速センサ、４２・・・バルブスリーブ、４４・・・バル
ブスプール、４６．４８，５０．５２・・・外部ランド
、５４・・・通路、５６・・・バルブ通路、５８・・・
バルブスプリング、６０・・・ソレノイド、６２・・・
ソレノイドアーマチャー、６４・・・バルブスリーブ、
６６・・・バルブスプール、７０・・・ランド、７２・
・・通路、７４・・・バルブスリーブ、７６・・・バル
ブスプール、７８．８０・・・外部ランド、８２・・・
ソレノイド、８６・・・内部ボート、８８・・・スプー
ル、９ｏ・・・ランド、９４・・・二次ランド、９８・
・・オリフィス。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両のステアリングリンクに連結されたギアラッ
   ク、前記ラックに係合可能な駆動ピニオン、駆動制御ス
   テアリングシャフト、及び前記ステアリングシャフトと
   前記駆動ピニオンとの間のトーシヨンバー連結装置を有
   しており、ステアリング力が前記ステアリングシャフト
   から前記ラックに伝えられる自動車用パワーステアリン
   グ装置において、ロータリーバルブ装置が前記駆動ピニ
   オンとともに回動可能に連結されたバルブスリーブと前
   記ステアリングシャフトとともに回動可能に連結され、
   かつ前記バルブスリーブ内に収容された内部弁体を有し
   ており、パワーステアリングポンプが提供され、流体圧
   作動流体モータが前記ラックに連結された圧力作動部材
   を有しており、流体圧力が前記ラックに加えられ、手動
   のステアリング効果を補足し、運転手にパワーアシスト
   を与えるように構成されており、流体圧力回路が前記ポ
   ンプを前記流体モータに連結しており、前記ロータリー
   バルブ装置が前記流体圧力回路の一部を画定しつつその
   中に配置されており、圧力が前記ステアリングシヤフト
   ヘかけられたトルクの方向により前記流体モータのいず
   れか一側に供給され、前記流体圧力回路が前記ロータリ
   ーバルブ装置の入口側に前記ポンプの高圧側を連結する
   高圧通路と前記ポンプの入口側に前記ロータリーバルブ
   装置の出口側を連結する低圧返還流通路とを有しており
   、電子制御スロットルバルブが前記ポンプの入口側と前
   記ポンプの出口側との間の前記流体圧力回路に並列され
   ており、バイパス流路が前記ロータリーバルブ装置を介
   した流通路に関し並設されており、中央制御装置が前記
   電子制御スロットルバルブに連結されており、前記流体
   圧力回路内のステアリング圧力センサが前記中央制御装
   置に接続されており、車速センサが前記中央制御装置に
   接続され、前記中央制御装置が電子式記憶装置を備えて
   おり、車速とステアリングポンプ圧力のデータを記憶し
   ており、前記データの関係が前記電子制御スロットルバ
   ルブに与えられると、前記ポンプの高圧側から前記ポン
   プの入口側に流れる流体のバイパス流を制御し、車速に
   応じた制御パワーアシストを達成する最適な電圧信号を
   表わしていることを特徴とするパワーステアリング装置
   。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のパワーステアリング
   装置において、前記電子制御式スロットルバルブがバル
   ブスプールと前記バルブスプールを包囲するバルブスリ
   ーブとを有しており、前記バルブスリーブと前記バルブ
   スプールとが連通して、前記ポンプの高圧側と前記ポン
   プの低圧側との連通を制御し、スプリング装置が前記バ
   ルブスプールを一方向へ付勢し、可変ソレノイドが巻線
   を有しており、前記バルブスプールに連結されたアーマ
   チャーを包囲し、前記バルブスプールの前記スプリング
   装置の反付勢方向に対する移動が前記中央制御装置の出
   力信号により決定され、前記出力信号の大きさが前記車
   速センサの信号と前記ステアリング圧力センサの信号の
   大きさにより決定されることを特徴とするパワーステア
   リング装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載のパワーステアリング
   装置において、前記電子制御スロットルバルブがレギュ
   レーターバルブスリーブとその中に配置されたレギュレ
   ーターバルブスプールとを有したレギュレーターバルブ
   を備えており計測オリフィスがその一側において前記ポ
   ンプの出口側に連通しており、かつその下流側において
   前記ポンプの低圧側に連通しており、前記レギュレータ
   ーバルブスプールが前記計測オリフィスと整合し、前記
   レギュレーターバルブスリーブ内に移動したとき、その
   有効領域を制御しており、ソレノイドバルブがソレノイ
   ドバルブスプールと前記ソレノイドバルブスプールを収
   容するソレノイドバルブスリーブを有しており、前記ソ
   レノイドバルブスプールとソレノイドバルブスリーブと
   が整合バルブランドを有しており、前記バルブランドに
   より前記ポンプの高圧側の前記流体圧力回路の一部及び
   前記ポンプの低圧側の前記流体圧力回路の一部が画定さ
   れ、流通路により前記レギュレーターバルブスプールの
   一側と前記ソレノイドバルブスリーブとが連通され、前
   記ソレノイドバルブスプールが前記ソレノイドバルブス
   リーブに対して相対的に移動することにより、前記ポン
   プの高圧側と前記流通路との連通の度合が制御され、ま
   た前記ポンプの返還側の通路の連通の度合が制御され、
   圧力分配通路により、前記通路が前記ソレノイドバルブ
   スプールの一端に接続され、前記ソレノイドバルブスプ
   ールの他端が前記ポンプの低圧側に連通されており、ソ
   レノイドバルブ巻線が前記ソレノイドバルブスプールに
   連結されたソレノイドアーマチャーの回りを包囲し、前
   記ソレノイドバルブスプールの前記ソレノイドバルブス
   リーブに対する相対的な移動が前記ソレノイド巻線によ
   りかけられた電磁力の大きさにより決定され、前記ソレ
   ノイドバルブスプールが前記レギュレーターバルブの作
   動をトリガ−するパイロッドバルブとして働くことを特
   徴とするパワーステアリング装置。
4. （４）特許請求の範囲第３項記載のパワーステアリング
   装置において、前記レギュレーターバルブスプールが径
   の異なる２つのバルブランドを有しており、前記レギュ
   レーターバルブランドのうちの小さいほうのランドが前
   記オフィスと整合し、前記レギュレーターバルブスプー
   ルに作用する作動流体圧により前記オリフィスの有効面
   積を制御し、補助ランドが前記レギュレーターバルブス
   プールの小さいほうのレギュレーターバルブランドより
   も径がわずかに小さいレギュレーターバルブスプール上
   に形成されており、前記補助ランドが、前記レギュレー
   ターバルブスプールが前記オリフィスから離れる方向に
   動き、前記ポンプの高圧側と前記ポンプの返還側との間
   を制限するとき前記オリフィスと一致し、中庸なパワー
   アシストが前記ソレノイドバルブの作動に関係なく達成
   されることを特徴とするパワーステアリング装置。
5. （５）特許請求の範囲第４項記載のパワーステアリング
   装置において、前記補助ランドが前記オリフィスから前
   記レギュレーターバルブスプールが離れる方向に移動し
   たとき前記オリフィスと整合し、その間に前記補助ラン
   ドを包囲する環状の開口を形成し、この環状の開口によ
   り前記レギュレーターバルブスプールのより小さい流量
   計測ランドが前記オリフィスから離れるように移動した
   とき前記オリフィスの有効流量面積よりも小さい有効オ
   リフィスが形成されることを特徴とするパワーステアリ
   ング装置。