JPH0822677B2

JPH0822677B2 - パワーステアリング機構の流体流量制御装置

Info

Publication number: JPH0822677B2
Application number: JP62172714A
Authority: JP
Inventors: ローレンス・エル・ミラー
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1987-07-10
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPS6325181A; DE3722763A1; DE3722763C2; CA1297381C; US4691797A; BR8703526A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はパワーステアリング機構に関し、更に詳細に
はパワーステアリングポンプから車両用パワーステアリ
ング機構への流体流量を制御する流体流量制御装置に関
する。

従来技術周知のパワーステアリング機構は、パワーステアリン
グポンプと、車両ハンドルの回動操作と共に作動される
バルブと、バルブの作動に応じて車輪を作動させるパワ
ーステアリングモーターとを備える。該ポンプはエンジ
ンにより駆動される。比較的低い速度（毎分回転数）で
エンジン操作が為されると、ポンプはステアリングモー
ターに動力を供給し且つ車輪を操舵するために、操舵荷
重により生じる圧力で流体を充分に送出する。

代表的な運搬車用ステアリングポンプの送出量は600r
pmのエンジン速度で毎分3.6ガロンである。3000rpmのエ
ンジン速度では、同ポンプの送出量は毎分18ガロンとな
る。この様な流体流量では、ステアリングバルブに高い
圧力降下が生じ、且つ馬力消費にもつながる。従来この
問題を回避する為に、パワーステアリングシステムに使
用されるポンプには、ポンプからタンクへ直接搬送され
る超過流体流量をバイパスする流量制御バルブが備えら
れている。

周知の流量制御バルブは流体圧力によって制御され
る。ポンプからの流体は流量制御オリフィスを通ってパ
ワーステアリングバルブに流れる。オリフィスでの圧力
降下は流量制御バルブに伝えられる。ポンプ送出流量が
増加するに従い、また、より多量な流体がオリフィスを
通過するに従って、流量制御バルブでの圧力降下は上昇
する。バルブでの圧力降下により生ずる力がバルブを閉
成保持するバネ力を超えると、バルブが開きその流れが
回帰する（リターン）ようにバイパス操作する。ポンプ
流量が低下すると、オリフイスでの圧力降下量が減少
し、流量制御バルブでの圧力降下は低下し、流量制御バ
ルブは閉成し、バイパスしてリターンする流量が減少す
る。このように、流量制御バルブは流量制御オリフィス
での定常圧力降下を維持するものであり、且つシステム
への一定流量を維持する。流量制御バルブ及びその制御
装置に関する特許は数多くあるが、この種の代表例とし
ては米国特許3,384,020号及び同4,513,835号が挙げられ
る。

パワーステアリング機構として、“電気制御式パワー
ステアリングシステムの開発”（Development of an El
ectronically-Controlled Power Steering System）と
題する1984年10月１日付SAE技術論文集No.841198に記載
されているものがある。そこで記述されているシステム
は、パワーステアリングポンプから直接タンクへ送られ
る流量をバイパスする流量制御バルブを備える。この流
量制御バルブはソレノイド作動バルブ部材を備える。バ
ルブ部材は車両速度に応じてバイパスされる流体量を制
御すべく作動される。

発明が解決しようとする問題点前記SAE論文No.841198に記載のパワーステアリングシ
ステムに於いては、その流量制御バルブは相当量の油圧
流体をバイパス操作するために比較的大型なものとなら
ざるを得ない。従って、バルブ部材を制御する為には、
比較的大型なソレノイドが使用されなければならない。
大型ソレノイドは比較的高い操作電流を必要とする。大
型ソレノイドを有するソレノイド操作バルブは、その応
答時間が遅く、また操作ヒステリシスも好ましからざる
程に大きい。更に、この様な大型ソレノイドバルブは比
較的高価であるという欠点があった。

幾つかの動力補助（パワーアシスト）ステアリングシ
ステムでは、車両速度に応じて動力補助制御を行ってい
る。比較的低い速度での車両操作期間中に於いては、車
輪回動操作に対する抵抗は比較的大きい。この様な低速
度操作に対し最大の動力補助を行う事が好ましい。車両
速度が上昇するに従い、車輪の回動操作に対する抵抗は
減少する。従って、車両速度が上昇するにつれて、操縦
者にとっての許容操縦“感覚”を得るのに必要とされる
動力補助は少なくて済むことになる。ポンプから直接リ
ザーバーへ送られる流体をバイパス操作するための動力
補助システムが開発されているが、このシステムではバ
イパス操作された流体量は車両速度に応じて制御されて
いる。この動力補助ステアリングシステムは米国特許出
願番号738,601号に開示されている。

問題点を解決するための手段本発明はパワーステアリングシステムの新規且つ改良
された流体流量制御装置を提供するものである。本装置
に於いては、ポンプからの油圧流体は流量制御オリフィ
スを通り油圧ステアリング機構へ流れる。流量制御オリ
フィスはそこを通過する流体の流量に比例する油圧降下
信号を発生する。流量制御バルブは油圧降下信号に応じ
て流体をバイパス操作する。電子制御若しくは荷重感知
信号に応じ油圧降下信号を修正する為に制御回路が設け
られる。

ポンプからパワーステアリング機構への流体流量を制
御する本発明に係る装置は、流体がポンプよりステアリ
ング機構へ流れる際に通過し、且つ該通過する流体流量
率に比例する油圧制御信号を発生するオリフィス手段
と、油圧降下信号に応じて流体流量をバイパス操作する
流量制御バルブ手段と、二次制御信号に応じて油圧降下
信号を修正する制御手段とから成る。本発明の一実施例
では、二次制御信号は車両操作条件に対し反応する特徴
を有する電気信号である。制御手段は車両操作条件が変
化するに従いステアリング操作援助に有効な動力補助を
変化させる。ステアリング動力補助を変化させる際、活
用される車両操作条件とは、速度、横方向加速度、ヨー
レート及び加速度である。

本発明の好適な実施例に基づき、バイパス流量制御バ
ルブは、（ｉ）ポンプをパワーステアリングモーターに
連通させる主流体導管に於ける流量制御オリフィスを通
過する際の流体流量率に応じ、及び（ii）流体を主流体
導管に再合流させる以前に於ける、ポンプの放出口から
可変オリフィス及び直列配置された二つの固定オリフィ
スを通過する少量のパイロット流体流量により生ずる圧
力降下に応じて制御される。パイロット流体流量は車両
操作条件に応じて制御される。最大パイロット流体流量
は毎分約1/2ガロンであるが、それに対し最大ポンプ流
量は毎分20ガロンにも及ぶ。ソレノイド作動バルブがパ
イロット流体導管内に配設され、且つオリフィスの寸法
を調節することによりパイロット流体導管を通過する流
体流量を制御する。パイロット流体導管に於けるソレノ
イド作動バルブは、比較的少量の流体流量だけを制御す
るので比較的小型なものでよい。この様にバルブを操作
するソレノイドはその他周知の流体流量制御バイパスバ
ルブを操作するソレノイドよりも概ね小型なものとな
る。

本発明に係るソレノイド作動バルブは、車両速度に応
じて制御される。車両速度が低い場合には、ソレノイド
作動バルブは完全に開放される。ソレノイドバルブが完
全に開放されると、流量制御オリフィスでの圧力降下は
最大点に達し、流体流量も最大となる。車両速度が上昇
するにつれて、ソレノイドバルブは徐々に閉成する。こ
の結果、流量制御オリフィスでの圧力降下の低下及びオ
リフィスを通過する流体流量の低下がもたらされる。ま
た、車両速度が上昇するに従って、より多くの流量が一
定のエンジン速度でバイパスバルブによりバイパス操作
される。かくして、有効動力補助は車両速度が上昇する
につれて減少することとなる。

実施例本発明は第１図のパワーステアリングシステム10に於
いて具体化されるものである。このパワーステアリング
システム10は、パワーステアリングポンプ11及びパワー
ステアリング機構12を備えている。パワーステアリング
ポンプ11は車両エンジンにより駆動される。エンジンの
毎分回転数が増加すると、ポンプ11からの流体流量が増
加する。パワーステアリングポンプはいかなる特定構造
のものでも良いが、好ましくは滑り羽根型回転ポンプが
良い。

パワーステアリング機構12は当業界に於いて周知のタ
イプの任意の一つで良い。この種の機構の一つとして、
米国特許No.3,606,819号に詳細に記載されているものが
ある。パワーステアリング機構12は油圧パワーステアリ
ングモーター13及びバルブ14を備えている。パワーステ
アリングモーター13は、その操作時に於いて、適当な機
械的結合（図示せず）を介して車輪を作動せしめる。車
両の操縦輪（ステアリングホイール）と連結している入
力軸15の回動と共に操作されるバルブ14によりモーター
13が作動される。バルブ14はオープンセンターバルブで
ある。かくして、バルブ14が作動されない（非操舵）時
は、流体はポンプ11から主流体導管16及びバルブ14を介
して図示参照符号18のタンクへ流れる。

オリフイス手段即ち流量制御オリフイス（単にオリフ
イスということもある）20はポンプ11と関連している。
ポンプ11より流出する流体は、流量制御オリフィス20を
通過し更に主導管16を介してパワーステアリングバルブ
14に流れる。オリフィス20の形状は従来よりある任意の
もので良い。また、オリフィス20は薄板若しくは厚板の
流量制御オリフィスでよい。オリフィス20は前記米国特
許No.3,384,020号にて示されている如く、第１図に於い
てはベンチュリーオリフィスとして図示されている。

流体がオリフイス20のベンチュリー21を通過すると、
そのスロート部では入口での圧力よりも小さい圧力降下
が生ずる。この圧力差は導管24を介して流量制御バルブ
手段（単に流量制御バルブ）流量制御バイパスバルブ28
のスプリング空洞26に伝えられ、更には導管30を介して
流量制御バイパスバルブ28の対向端部に伝えられる。ス
プリング空洞26のスプリング26aは、矢印28aにて示され
るバイパスバルブ部材をポンプ送出口からタンク18への
流体のバイパス操作を妨げる閉成位置に移動せしめるよ
うにスプリング空洞26の圧力と共に作用する。

バイパスバルブ28の構成は従来のものであり上記米国
特許No.3,384,020号にて図示されている。バイパスバル
ブ28はバイパスバルブ部材28aを備える。バイパスバル
ブ部材28aは、導管30を介してその一側に作用するポン
プの流体送出口圧力を受ける。この流体圧力は、バイパ
スバルブ部材28aを、送出口の流体の流れがポンプ11か
らタンク18へ直接バイパス操作される位置へ移動するよ
う作用する。スプリング26aの作用及び空洞26の圧力作
用により、バイパスバルブ部材28aがより少量の流体を
バイパス操作する方向に移動する。空洞26の圧力が導管
30内の圧力と関連して減少するにつれ、より多量の流体
がポンプ11の送出口から直接タンク18へバイパス操作さ
れる。スプリング空洞26内の圧力が上昇するに従って、
より少量の流体がバイパス操作される。

パワーステアリングポンプ11は、車両低速度でのパワ
ーステアリング機構12の作動を可能とする為にバルブ14
に充分な流量を供給するわけであるが、システム10の設
計はこれに見合ったものとなる。約600rpmのエンジン速
度で、パワーステアリングポンプ11は毎分3.6ガロン出
力する。これは車両操縦を行うのに適切である。同ポン
プはエンジン速度3,000rpmでは毎分18ガロン出力する。
従って、相当量の流体が高エンジン速度でパワーステア
リング機構からバイパス操作されなければならない。以
上がバイパスバルブ28の機能である。

本発明によれば、パイロット流体回路即ちパイロット
流体導管40がポンプ11の送出口と連通しており、更には
ベンチュリーオリフィス20のスロートでの油圧信号をス
プリング空洞26へ伝えるための導管24と連通している。
パイロット流体導管40を通過する流体流量の増加によ
り、スプリング空洞26内の圧力が上昇し、これによって
バイパスバルブ28はより少量の流体をバイパス操作す
る。

ソレノイド作動バルブ手段即ちソレノイド作動バルブ
50はパイロット導管40と連結している。ソレノイドバル
ブ50は図面に於いてポンプ11とは分離したバルブとして
概略的に図示されているが、これはポンプ11のハウジン
グ内に一体化され得るものである。ソレノイドバルブ50
は比例バルブであり、パルス幅変調電気信号により制御
可能である。第１図にて概略図示されているバルブ50
は、導管40を通過する流体の流れを妨げるオフ状態にあ
る。オフ状態にある時は、オリフィス20を通る流体流量
はバイパスバルブ部材28aの位置を制御する。

バルブ50は導管40を通過する量的に制御されたパイロ
ット流体流量を供給するために移動可能である。制御手
段即ち電子制御装置52は二次信号発生手段、例えば車輌
速度感知手段ないしは車輌速度測定手段、具体的にはス
ピードセンサー54及びソレノイドバルブ50のソレノイド
56に連結されている。スピードセンサー54は、車両速度
を監視し且つその車両速度と比例する周波数を有する電
気信号を発生する数種の周知のセンサーのうちの一つで
ある。電子制御装置52はスピードセンサー54からのスピ
ード信号を処理し且つソレノイドを介してバルブ50を制
御するパルス幅変調制御信号を発生する。

従来技術に於いては、スピード信号は該スピード信号
に反応するデューティサイクルを有するパルス幅変調信
号に変換されていた。簡略的に云えば、電子制御装置52
は中央演算処理装置（“CPU"）及び消去可能プログラマ
ブル読取り専用記憶装置（“EPROM"）を有するマイクロ
コンピューターを備えることができる。EPROMは車両速
度をパルス幅変調制御信号のデューティサイクルに関連
づける変換テーブルを備える。電子制御装置はスピード
センサー54の出力信号から車両速度を決定する。次に、
マイクロコンピューターは変換テーブルから上記決定車
両速度に対応するデューティサイクルの値を検索する。
パルス幅変調信号発生器は変換テーブルからの検索値に
応答するマイクロコンピューターによって制御される。

電子制御装置52からのパルス幅変調出力信号は、感知
車両速度に応じて変化するオンタイム幅を有する一定周
波数を持つ。バルブ50のオン状態あるいはオフ状態の度
合いはパルス幅変調制御信号のオンタイム率に応ずる。
パルス幅変調制御信号とステアリング機構12に対する流
体流量率との関係性は直線状になる事が好ましい。

低車両速度では、パルス幅変調制御信号はバルブ50を
完全開放状態に保つ。バルブ50が完全に開放された状態
で、ポンプ圧はバイパスバルブ部材28aを完全阻止位置
に移動させるチャンバー20に伝えられる。ポンプ送出口
からの全流量は、ごく少量だけ若しくは全くバイパス操
作されずに、パワーステアリング機構12に向けられる。
バルブ50が完全に開放されている状態では、最大動力補
助はステアリング操作援助に対し有効である。バルブ50
を通過する流体流量は、完全開放状態にあっては、毎分
約1/2ガロンであるが、これは車両エンジンがアイドル
状態の時ポンプ11からの総流体流量の約10〜15％にあた
る。

車両速度が上昇するに従い、ソレノイドバルブ50は序
々に閉成される。所定の高車両速度では、バルブ50は完
全に閉成され、ポンプ11からの最大流体流量がバイパス
操作される。バルブ50が完全に閉成されると、最小動力
補助がステアリング操作援助に対し有効となる。制御装
置52と協同するバルブ50の効果により、車両速度が上昇
するにつれ減少する動力補助が与えられる。電子制御装
置52は、車両速度及びステアリング機構12に対する流量
率間で可能とされる多様な関係を生み出すようプログラ
ムされる。

ソレノイド作動バルブ50は、パルス幅変調制御信号の
オンタイムが20％以下の場合バルブが完全に閉成される
よう、またパルス幅変調制御信号のオンタイムが80％以
上の場合バルブが完全に開放されるよう設計される。導
管16での流量率とパルス幅変調制御信号の20％から80％
のオンタイム間の関係性は好ましく直線状である。

オリフィス58はバルブ50と導管24との間に配設され
る。オリフィス58は完全開放状態のバルブ50よりも小さ
い。バルブ50が完全開放状態にある時、オリフィス58は
バイパスバルブ28の位置を制御する。

バルブ50は多量の流体流量に対しては作用しないので
比較的小型なもので良い。バルブ50が比較的小型なもの
でよいことからバルブを制御するのに必要なソレノイド
も小型となる。また、バルブが小型であるので、これま
での流量制御システムと比較してヒステリシス量も少な
く、応答時間もかなり早くなる。

バルブ50の構造は第２図を参照すればよく理解される
であろう。バルブ50は、流体が流れてゆくようにポンプ
11と連通する流入口61を有するバルブ本体60を備える。
また、バルブ本体60はスプリング空洞26と連通する送出
口62を形成している。ポンプ11からの流体は流入口61に
流入し、更にバルブ本体60に配設された中央チャンバー
63に流れ込む。

スプール係止部64はチャンバー63内に配設され、図示
されている通り中央垂直方向に延在する通路65を有す
る。スプール係止部64は、径方向に突出し且つバルブ本
体60上の表面部67と係合するフランジ部66を有する。ス
プール係止部64の周わりでの流体の漏出を防ぐために、
Ｏリングシール68がスプール係止部64とチャンバー63を
限定する表面部との間に設けられている。環状クランプ
部材69は70にて貫通しバルブ本体60と係合する。クラン
プ部材69はクランジ66の上部と係合するノーズ部71を備
え、且つバルブ本体60内の位置にスプール係止部64をク
ランプする。スプール72の端部74には隆起部が形成さ
れ、これによりスプール係止部64の上面とスプール72の
下方端部74との間に隙間が生ずる。この隙間により圧力
均衡のための流体のスプール72の表面74に対する作用が
可能となる。これについては更に後述することにする。

スプール72はそこを貫通する中央路30を備え、この中
央路80は拡大部30a及び縮小横断部80bを有する。拡大横
断部80aは、流体をスプール72及びクランプ部材69によ
り限定される環84に対し外方径方向に向わせしめる複数
の横方向開口部82と連通している。中央路80の縮小横断
部80bもまた径方向延在の通路86と連通している。次に
はこの通路86はスプール72の外辺部と参照番号88で示さ
れるスリーブアゼンブリーとの間の隙間部と連通してい
る。この隙間により、流体はスプール72の外部に沿って
流れ、更にスプール72の上端部89に達する。従って、こ
の流体はスプール端部74に作用する流体とは逆にスプー
ル72を圧力均衡するように作用する。

スプール72が垂直方向に移動する場合は、通路32及び
環34は環100に連通する。この環100は流体を送出口62に
伝える複数の垂直路101と連通している。かくして、ス
プール72の位置を制御することにより、流入口61から送
出口62に行く流体流量が制御される。

スプール72の位置はソレノイド56の付勢により制御さ
れる。ソレノイドコイル110はスリーブアゼンブリー88
を巻装する。このコイル110は結合端子111,112により電
子制御装置52と電気的に結合されている。パルス幅変調
制御信号がコイル110に加えられると、磁界が生じる。

スリーブアゼンブリー33はろう付けされた複数のリン
グ114によって構成されている。最下部リング116は磁気
材料によって形成される。隣接リング118は非磁気材料
によって形成され、且つリング116にろう付けされてい
る。次に位置する垂直リング120は、磁気材料で形成さ
れ、リング118にろう付けされている。もう一方のリン
グ122は非磁気材料により成りリング120にろう付けされ
る。最上部リング124は磁気材料で形成され、リング122
にろう付けされる。

リング124は内部に通路を有している。スプリング73
は通路126内に配設されている。スプリング73はスプリ
ング係止部128の底まで達しており、該係止部は通路116
内に於いてピン130により固着されている。ナット132は
貫通的にリング124の外部と係合し、且つソレノイドを
囲むシェル134に関連する位置にスリーブアゼンブリー1
14をクランプする。リング124はスプール72の垂直運動
に対する端係止部として機能する。

スプール72は環状凹部を含む。ソレノイド56に電気信
号が全く加えられない時は、スプリング73はスプール72
をスプール係止部方向に付勢する。これにより流入口61
及び送出口62間の流体の連通が阻止される。電子制御装
置52からのパルス幅変調制御信号がコイル110に加えら
れてソレノイド56が付勢されると、二つの磁束路がスプ
ール72に生じる。一方の磁束路はコイル110から伸び
て、リング120、スプール72及びリング124を通り前記コ
イル110に戻る。他方の磁束路はコイル110から伸びて、
リング120、スプール72及びリング116を通ってコイル11
0に戻る。リング116,118,120,122及び124はスプール72
及び凹部140と協同して、第２図からわかるように、ス
プール72がパルス幅変調制御信号のオンタイムに比例す
る量だけ上方垂直方向に移動するように磁界を形成す
る。スプール72は、スプール72の表面部74及び89の双方
に作用する流体によって流体圧力均衡操作される。スプ
ール72の位置は、スプリング73のスプリング力により制
御され、このスプリング力は電子制御装置52からのパル
ス幅変調制御信号により制御される磁界によって生じる
力に対抗作用するものである。

発明の効果本発明によれば、パイロット導管40がポンプ11と導管
24との間に配置され、この導管はオリフイス手段20に接
続されており、このオリフイス手段がこのオリフイス手
段20と流量制御バイパスバルブ28とを通る流量に比例す
る制御信号を発生し且つ流量制御バイパスバルブがオリ
フイス手段20によって発生した制御信号に応答して流体
をパワーステアリング機構からバイパスするようにした
のでポンプからポンプからパワーステアリング機構への
流体流量を効率良く制御することができるという利点が
ある。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したパワーステアリング機構の概
略図、第２図は第１図の機構に使用されるバルブの横断
面図である。 11……ポンプ 12……パワーステアリング機構 13……モーター、14……バルブ 20……オリフィス、28……バイパスバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプとパワーステアリング機構との間に
配置され前記ポンプからパワーステアリング機構へ流れ
る流体が通過するようにしたオリフィス手段（20）と、
一側が該オリフィス手段に接続され他側が前記ポンプに
接続された流量制御バルブ手段（28）とを備え、前記オ
リフィス手段は前記ポンプからの流体が該オリフィス手
段を通過することによって発生する差圧に応じた液圧制
御信号を発生し、該発生した信号を流量制御バルブ手段
に付与し、前記流量制御バルブ手段は前記液圧制御信号
に応じて前記パワーステアリング機構から流体をバイパ
スするように構成され、さらに、前記オリフィス手段と
前記流量制御バルブ手段との間を接続するライン（24）
および前記ポンプに接続されて前記液圧制御信号を修正
するための制御手段（50、52）が設けられ、前記制御手
段は前記液圧制御信号を二次制御信号に応じて制御し得
ることを特徴とするパワーステアリング機構の流体流量
制御装置。
【請求項２】前記制御手段が車輌速度を監視し且つ車輌
速度に応じて二次制御信号を発生する速度感知手段を有
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
置。
【請求項３】二次制御信号は車輌速度に比例するデュー
ティサイクルを有するパスル幅変調信号であることを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。
【請求項４】加圧流体を供給するポンプと、該ポンプと
連通し車輪を操舵し得る液圧補助ステアリングモーター
と、前記ポンプと前記ステアリングモーターとの間に流
体が通過することによって生じる差圧に応じて液圧制御
信号を発生するオリフィス手段（20）と、一側が該オリ
フィス手段に接続され他側が前記ポンプに接続され、前
記液圧制御信号に応じ流体を該ステアリングモーターか
らバイパスさせるように構成された流量制御バルブ手段
（28）と、車輌速度を測定し且つそれを表示する信号を
発生する速度測定手段（54）と、該速度測定手段からの
該信号に応じて前記液圧制御信号を修正する制御手段
（50、52）とを備え、前記制御手段は前記ポンプと前記
オリフィス手段との間のパイロット流体回路（40）と該
パイロット流体回路に於けるソレノイド作動バルブ（5
0）とを備え、更に、該ソレノイド作動バルブを制御す
るために前記速度測定手段からの信号に応じて電気制御
信号を発生する手段（52）を備えることを特徴とする、
パワーステアリング機構の流体流量制御装置。
【請求項５】前記電気制御信号は前記速度測定手段から
の信号に比例するデューティサイクルを有するパスル幅
変調信号であることを特徴とする特許請求の範囲第４項
記載の装置。