(57)【要約】【課題】操舵出力を監視し、車両のプル状態に関する診断能力を備える改良形動力補助操舵システムを提供すること。【解決手段】弁筐体および弁筐体内に支持された比例制御弁を含む動力補助操舵システムは、比例制御弁の動作量を決定するために比例制御弁に関連して配置された圧力変換器をさらに含む。圧力信号は、プル力を克服するために、動力補助操舵システム内の電磁機器に与えられる電流の量を決定しようとして圧力変換器から制御器に送られる。【選択図】図１
2006312444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁筐体および前記弁筐体内に支持された比例制御弁を含む動力補助操舵システムであって、
前記比例制御弁の動作量を決定するために前記比例制御弁に関して配置された圧力変換器をさらに備える動力補助操舵システム。
【請求項２】
前記比例制御弁が、管状の弁本体、前記弁筐体と前記弁本体の間の第１の溝部および第２の溝部を含み、前記圧力変換器が前記第１の溝部と前記第２の溝部の間の圧力差を測定する請求項１に記載の動力補助操舵システム。
【請求項３】
前記第１の溝部および前記第２の溝部が前記管状の弁本体内に形成される請求項２に記載の動力補助操舵システム。
【請求項４】
前記比例制御弁が前記弁本体内に弁スプールをさらに備え、前記弁スプールが前記弁本体に対して回転可能であり、動力補助操舵力が前記弁スプールと前記弁本体の間の相対回転に関連して生成される請求項２に記載の動力補助操舵システム。
【請求項５】
前記管状の弁本体と前記弁スプールの間に画定された複数の絞りオリフィスならびに前記絞りオリフィスと前記第１および第２の溝部の間の流体連通を可能にする通路を前記管状の弁本体内にさらに備え、前記管状の弁本体内での前記弁スプールの回転により前記絞りオリフィスの半分が小さくなり前記第１の溝部および前記第２の溝部のうちの１つにおいて操舵補助ブースト圧力を調整する請求項４に記載の動力補助操舵システム。
【請求項６】
前記管状の弁本体と前記弁筐体の間に位置する第３の溝部に流体を供給するための油圧ポンプをさらに備え、前記第３の溝部が前記絞りオリフィスと流体連通状態にある請求項５に記載の動力補助操舵システム。
【請求項７】
前記第１の溝部と流体連通する第１の空洞と、
前記第２の溝部と流体連通する第２の空洞をさらに備え、
前記圧力変換器が、差圧を決定するために前記第１の空洞内の圧力を前記第２の空洞内の圧力と比較する請求項２に記載の動力補助操舵システム。
【請求項８】
前記圧力変換器が、前記圧力差を、前記動力補助操舵システムの励磁コイルに送られる電流の量を決定する制御装置が使用するための電気信号に変換する請求項２に記載の動力補助操舵システム。
【請求項９】
前記制御装置が前記電気信号を弁角度の量に変換する請求項８に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１０】
ハンドルの位置を感知する位置感知器をさらに備え、前記位置感知器からの信号が、前記励磁コイルに送られる電流の量を決定するために前記圧力差と組み合わせて使用される請求項８に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１１】
前記圧力変換器からの圧力測定量が操舵出力に関する情報を提供し、前記操舵出力に関する情報が、前記動力補助操舵システムが遭遇するプル力の量を決定するために用いられる請求項１に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１２】
ハンドルの位置を感知する位置感知器をさらに備え、前記位置感知器からの位置信号が、前記動力補助操舵システムが遭遇するプル力の量を決定するために前記圧力差と組み合わせて用いられる請求項１１に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１３】
制御装置および作動装置をさらに備え、プル力が前記圧力変換器によって測定された圧力を監視することによって決定され、圧力信号が、前記プル力を減少させるために前記操舵システム内の作動装置に電流を送るべく制御装置によって使用される請求項１に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１４】
前記比例制御弁が、運転者が操作する操舵軸と操舵ギアとの間に連結されている請求項１に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１５】
前記比例制御弁が、管状の弁本体、前記弁筐体と前記弁本体の間に設けられ、流体を油圧ポンプから前記弁筐体と前記弁本体の間に位置する溝部に供給するための供給空洞を含み、前記圧力変換器が、前記供給空洞内の供給圧力読みを測定する請求項１に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１６】
前記動力補助操舵システムの最小システム背圧が、前記供給圧力読みから差し引かれる請求項１５に記載の動力補助操舵システム。
【請求項１７】
車両にリードおよびプル補償を与えるために動力補助操舵システム内の電磁機器に供給する電流の量を決定する方法であって、前記動力補助操舵システムが弁筐体と前記弁筐体内に支持された比例制御弁とをさらに含み、
前記比例制御弁内の圧力を測定するステップと、
前記動力補助操舵システム内の制御装置に前記圧力に関する信号を送るステップと、
前記電磁機器に供給する電流の量を決定するために前記制御装置内で前記圧力に関する前記信号を利用するステップとを備える方法。
【請求項１８】
前記比例制御弁と前記弁筐体の間で第１の溝部と第２の溝部の間の差圧を測定するために差圧変換器を使用するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記比例制御弁と前記弁筐体の間で供給空洞内圧力を測定するために圧力変換器を使用するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記信号を弁角度の量に変換するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
ハンドルの位置を感知し、前記電磁機器に供給する電流の量を決定するために前記制御器内の前記圧力に関する前記信号と組み合わせて位置信号を使用するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
作動装置および制御装置を備え、前記制御装置が、動力補助操舵システムが遭遇するプル力を克服するために前記作動装置に与えられる電流の値を決定する動力補助操舵システム。
【請求項２３】
圧力変換器をさらに備え、前記変換器からの圧力信号が、電流の量を決定するために前記制御装置によって使用される請求項２２に記載の動力補助操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して車両操舵装置に関し、より具体的には本発明は可変操作力を有する車両操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車ではプル（ｐｕｌｌ）状態が発生することがあり、その場合車両の運転者は直進を保持するために操舵システムにトルクを入力しなくてはならない。この状態は、車両や道路の状態ならびに横風のような天候の状態によってもたらされることがあり、それを克服するためには操舵システムに力が必要であり、あるいは操舵システム内のアンバランス（あたかも、弁は中位位置でバランスしており捩り棒（ｔｏｒｓｉｏｎ  ｂａｒ）はセンタにあるが弁スプールがシステム内で圧力を生成し続けているように）によってももたらされることがありそれを修正するには運転者による入力トルクが必要である。
【特許文献１】米国特許第５，７４９，４３２号
【特許文献２】米国特許第５，１１９，８９８号
【特許文献３】米国特許第４，４５４，８０１号
【特許文献４】米国特許第３，０２２，７７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
米国特許第５，７４９，４３２号が、運転者からの入力なしで入力軸にトルクを与える能力を有する可変操作力操舵システムについて説明している。この特許は、弁集合体の頂部および底部に、スプール軸および磁石環（ｍａｇｎｅｔ  ｒｉｎｇ）の回転角度位置を示す信号であり、可変操作力操舵を提供するために作動装置に与える電流の値を制御するための信号を提供するのに使用される角度感知器を示している。しかしこのシステムは、操舵出力を監視していないので診断能力、具体的には車両のプル状態についての診断能力に欠けている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一例示的実施形態では、動力補助操舵システムは弁筐体と弁筐体内に支持された比例制御弁とを含み、比例制御弁の動作量を決定するために、比例制御弁に関連して配置された圧力変換器をさらに含む。
【０００５】
他の例示的な実施形態では、リードおよびプル（lead and pull）補償を車両に与えるために、弁筐体とその弁筐体内に支持されている比例制御弁とをさらに含む動力補助操舵システム内の電磁機器に供給する電流値を決定する方法が、比例制御弁内の圧力を測定し、圧力に関する信号を動力補助操舵システム内の制御装置に送り、圧力に関する信号を利用して電磁機器に供給する電流値を決定するステップを含む。
【０００６】
他の例示的実施例では、動力補助操舵システムは作動装置および制御装置を含み、制御装置は、動力補助操舵システムが遭遇するプル力(pull force)を克服するために作動装置に与えられる電流の量を決定する。
【０００７】
当業者にとって、実施形態によるその他のシステムおよび方法は下記図面および詳細説明を精査することにより明白になろう。
【０００８】
ここに例証として本発明を添付図を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、本明細書に参照としてその全体が組み込まれている米国特許第５，１１９，８９８号に部分的に記述されている自動車車両の動力操舵装置１０は、ラック筐体（ｒａｃｋ  ｈｏｕｓｉｎｇ）１４および弁筐体１６を有する複合筐体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｈｏｕｓｉｎｇ）１２を含む。運転者からの入力は、操舵用軸４を介して動力操舵装置１０に取り付けられているハンドル（ｈａｎｄ  ｗｈｅｅｌ）６を介して与えられる。操舵用軸４が、第１および第２の軸あるいはハンドル（別名、操舵輪として知られる）６を動力操舵装置１０に連結するための他のそれに代わる構成を含むこともあることを理解されたい。ハンドル６の位置を検出するための位置感知器８がハンドル６に関連して設けられ、それによって運転者入力の指示を与えることもある。位置信号は、後述するように制御装置に送られて処理される。操舵輪の速度は位置信号を用いて制御装置内で決定することができる。その上に複数の歯２０を有するピニオン１８が、複合筐体１２の中心線２６の周りを回転するようにラック筐体１４上で玉軸受け２２および摺動軸受け２４によって支持されている。ピニオンヘッド上のギア歯２０と噛み合う複数のラック歯を有するラック棒２８は、ピニオンヘッドの回転に応じて中心線２６に対して垂直な動作をするようにラック筐体１４上に支持されている。ラック棒の端部は、表示されていないが従来方式で自動車車両の操舵可能な舵輪に連結されている。
【００１０】
弁筐体１６は、大きな直径の部品３０および小さな直径の部品３２を有する。操舵装置の筒状のスタブまたはスプール軸３４は、大きな直径の部品３０の開口端部でカバー３６を貫通して弁筐体１６内に突き出している。操舵装置１０の比例制御弁３８は、前記米国特許第４，４５４，８０１号および第３，０２２，７７２号に記載の比例制御弁と同様に弁筐体の小さな直径の部品３２内部に配設され、スプール軸３４内に捩り棒４０を含む。捩り棒４０は、スプール軸３４の対応する内側（ｉｎｂｏａｒｄ）端部４４を超えて突き出ており、ピニオンヘッド１８内のカウンターボア４６内部のボアに圧入されている鋸歯状の内側端部４２を有する。捩り棒４０は、スプール軸３４に、その後者の外側（ｏｕｔｂｏａｒｄ）端部５０でピン５２により堅固に連結された外側端部４８を有する。
【００１１】
スプール軸３４の外側端部５０は、それと一体で回転するように自動車両の手動操舵輪６に連結されている。スプール軸３４は、中心線２６の周りをピニオンヘッド１８から独立して回転するように、複合筐体１２上でカバー３６上のころ軸受け５４および捩り棒とスプール軸の間の摺動軸受け５６によって支持されている。カウンターボア４６内でのカラ動き（ｌｏｓｔ  ｍｏｔｉｏｎ）連結が、ピニオンヘッドとスプール軸間で相互に約１４度の角運動を容認している。
【００１２】
比例制御弁３８の筒状の弁本体５８は、中心線２６の周りをスプール軸から独立して回転するように、弁本体の端部でカウンターボアに圧入されている一連のブッシング環（ｂｕｓｈｉｎｇ  ｒｉｎｇ）６０Ａ〜Ｂによってスプール軸３４上に支持されている。弁本体５８は、ピニオンヘッド１８に、それと一体で回転するようにピン６２によって連結されている。比例制御弁３８の弁スプール６４は、弁本体５８内部のスプール軸３４上に画定されており、弁本体内の複数の内部溝（図示せず）に面し、弁本体と共に複数の可変面積絞りオリフィスを画定する助けになっている弧状のスロット６６を含む。弁本体５８上の外側環状溝６８Ａ〜Ｃは、弁筐体の小さな直径の部品３２の壁に摺動可能に係合している密閉環（ｓｅａｌ  ｒｉｎｇ）によって互いに隔離されている。溝６８Ａおよび６８Ｃはそれぞれ右折（ｒｉｇｈｔ  ｔｕｒｎ）空洞および左折（ｌｅｆｔ  ｒｕｔｎ）空洞であり、操舵補助用油圧モータの対向する動作空洞に連結されている。上述のように、ラック２８内に対応するレベルの操舵補助力を発生させるため、図示のように溝部６８Ａは作動シリンダ（作動装置）の右空洞（ＲＴ）１５０に、溝部６８Ｃは作動シリンダの左空洞（ＬＴ）１５２に連結されることもある。供給空洞である溝部６８Ｂは油圧ポンプ１５４に連結されることもある。油圧ポンプ１５４は、供給空洞、つまり溝６８Ｂに流体を供給することもあり、そのような流体は、弁スプール６４のスロット６６ならびにスロット６６を溝部６８Ａおよび６８Ｃに連結している穿設された通路（図示せず）のような通路を介してそれぞれ６８Ａおよび６８Ｃである右折および左折空洞に案内されることもある。流体は、右折および左折空洞、つまり溝部６８Ａおよび６８Ｃに、スプール６４と弁本体５８間の相対回転の方向および度合いに応じて案内される。弁内の排出通路（図示せず）が油圧流体を管路１５８を介してポンプ１５４の液だめ１５６に戻すことがある。同様な流体連結が、その開示内容全体が本明細書に参照として組み込まれている米国特許第５，１１９，８９８号および第４，４５４，８０１号にさらに詳述されている。
【００１３】
捩り棒４０は、その外側端部４８と内側端部４２の間にねじれを有さず、したがってその間にトルクが掛けてられていないとき、弁本体５８に対する弁スプール６４の中心位置を定めるが、その位置では絞りオリフィスは全て等しく開いており流体は自由に溝部６８Ｂから液だめに連結されているドレーン（図示せず）に流れる。操舵輪に掛けられた手動労力によって弁スプール６４が弁本体５８に対して回転させられると絞りオリフィスの半分が小さくなり、溝部６８Ａ、６８Ｃのうちの対応する一方で操舵補助用ブースト圧力を制御し、絞りオリフィスの半分が大きくなり溝６８Ａ、６８Ｃの他方からの流体が制約を受けることなく液だめに流れ出す。より小さな絞りオリフィスの流れ面積は捩り棒の外側端部４８とその内側端部４２間のねじれ量に比例する。このようなねじれに抵抗する、捩り棒４０の中央に戻そうとするトルクは、運転者が認めて操舵輪を通して車両を操舵するのに必要な手動労力である。
【００１４】
本明細書に説明する操舵装置１０は、図１に全体が示されている作動圧力変換器システム１６０を組み込んでいる。圧力変換器は圧力を電気信号に変換する。圧力変換器のあるタイプのものは歪ゲージに基づく変換器であり、圧力の電気信号への変換は、圧力変換器のダイヤフラムに貼り付けられた１つまたは複数の歪ゲージの物理的な変形によって達成される。ダイヤフラムが、歪ゲージのような感知器要素を測定対象の流体から保護する助けになることもある。歪ゲージは、それに発生する歪の量で抵抗値が変化する抵抗性の要素である。変換器にかかった圧力がダイヤフラムを変形させることがあり、それがゲージに歪を与え、圧力に比例する抵抗変化を作り出す。いくつかの圧力変換器では測定ポートを基準ポートと比較するが、作動圧力変換器は、測定ポート（第１の測定ポート）と第２の測定ポートを比較するように配置される。本来圧力は２つの点またはポート間の差である。２つのポート（またはパイプ継ぎ手）間の圧力は差圧であり、ポンド／平方インチ差を意味する“ＰＳＩＤ”の単位で測定されることもある。変換器の出力は電流に変換することができる電圧であり、したがって信号が電流として送られる。信号を電流として送ることによって、どんな長さの電線であってもその抵抗によってもたらされる電圧降下による誤差が起こらない。いくつかの適用例では電圧を４〜２０ｍＡ（ミリアンペア）の電流ループに変換し、圧力読みがゼロのとき変換器が４ｍＡを伝えるようにし、６８９，５００Ｐａ（１００ＰＳＩ）のような圧力のフルスケール出力（「ＦＳＯ」）のときには変換器が２０ｍＡを伝えるようにする。
【００１５】
図１に図示する実施形態では、差圧力変換器システム１６０は差圧変換器１６２を含み、第１の測定ポートが溝部６８Ａおよび６８Ｃのうちの一方、第２の測定ポートが溝部６８Ａおよび６８Ｃのうちの他方であることもある。差圧変換器１６２は、明確にするために溝部６８Ａおよび６８Ｃから離れて図示されているが、圧力の読みは溝部６８Ａ、６８Ｃから直接取られることもあることを理解されたい。あるいは差圧変換器１６２が空洞１５０、１５２内の圧力を比較することもあり、溝部６８Ａおよび６８Ｃ内の圧力を比較することにより弁角度決定の際にシリンダ管路力学の影響を最小にする。
【００１６】
弁動作の量が油圧補助の量を制御するのに使用されるので、図１に示すように補助圧力を測定することによって弁角度を決めることができる。次いで弁角度を使用して、所要の可変操作力量をもたらすために作動装置に供給される電流量を制御することができるが、これについては図９〜１１に関連して説明する。さらに差圧の測定は、現在どの程度の補助が与えられているのかに関する情報をも提供し、したがってこのシステムに、以前は利用可能ではなかった診断能力を与える。操舵輪の位置（例えば操舵輪位置感知器８によって与えられる）に対する補助圧力を監視することによってプル力の量を決定することができる。次いで作動装置に適切な量の電流を与えることによってプル力は減少させるあるいは削減させることができ、したがって運転者ではなく作動装置が車両を真っ直ぐに走らせ続ける。
【００１７】
操舵装置１０の電磁機器７０が、捩り棒の有効な中央よせトルク（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ  ｔｏｒｑｕｅ）を変更して、自動車両の操舵輪に与えられた所与の手動操舵入力に対して達成された操舵補助のレベルつまり操舵補助ブースト圧力を変更する。したがって電磁機器は作動装置として機能する。電磁機器７０は弁筐体１６の大きな直径の部品３０の内側端部にある固定励磁コイル７２ならびに磁極片７４および永久磁石集合体７６を含む。
【００１８】
図１および２に見られるように永久磁石集合体７６は筒状の永久磁石環７８および保持ハブ８０をスプール軸３４上に含む。環（ｒｉｎｇ）７８は、半径方向に向いた偶数「ｎ」個の永久磁石８２を画定するように磁化された焼結粉末金属でできていることもあり、その極性は環の周辺で交互に変化する。永久磁石の環７８の軸端は保持ハブ８０にしっかりと取り付けられ、磁石環はスプール軸３４上で中心線２６の周りで対称に支持されている。ハブ８０および永久磁石の環７８は、スプール軸および弁スプール６４と共にユニットとして中心線２６の周りを回転するように、保持ハブのウェブのボアを通してその場で射出成型された樹脂環（ｐｌａｓｔｉｃ  ｒｉｎｇ）８４によってスプール軸３４に連結されている。
【００１９】
図２を参照すると、磁極片７４が、磁束を導く筒状の外部環（ｏｕｔｅｒ  ｒｉｎｇ）８６を半径方向外部または永久磁石環７８の外側に、又磁束を導く筒状の内部環（ｉｎｎｅｒ  ｒｉｎｇ）８８を半径方向内部または磁石環の内側に含む。図１に見られるように、内部および外部環８８および８６は環状の非強磁性の平板９０によって中心線２６に直交する半径方向の面でしっかりと相互連結されている。内部環８８は、励磁コイル７２内部に、ブッシング環６０Ｂの延長部上に圧入された管状の周辺（ｓｋｉｒｔ）９２を有し、それによって磁極片７４は弁本体５８およびピニオンヘッド１８と共にユニットとして中心線２６の周りをスプール軸３４および弁スプール６４に対して回転可能である。
【００２０】
再度図２を参照すると、外部環８６は、磁石環７８に向かって半径方向に内側に延びているｎ／２個の一体型外部磁極歯９４を有している。図３の拡大図で最もよく見られるように各外部磁極歯９４は、永久磁石環７８に面しそれから所要の半径方向の寸法を有する外部空隙９８によって隔てられている内側端部９６を有する。同様に内部環８８は、磁石環７８に向かって半径方向に外側に延びているｎ／２個の一体型内部磁極歯１００を有している。各内部磁極歯１００は、永久磁石環７８に面しそれから所要の半径方向の寸法を有する内部空隙１０４によって隔てられている外側端部１０２を有する。図３〜４では内部および外部空隙１０４、９８の半径方向の寸法は明確にするために誇張されている。図２および３で見られるように外部環８６の内側歯９４の数と内部環８８の外側歯１００の数は同一である。前者の各々は後者の１つと対向して突き合せて半径方向に配置された、内部および外部環の各々からの１つからなる一対の磁極歯を形成する。本実施形態では内部環８８の歯１００は、外部環８６の対応する歯９４に関して角度的に右側にオフセットしているが、各対は、角度つまり図３では歯１００反時計方向の半径方向の縁部１１２と歯９４の時計方向の半径方向の縁部１１４の間の角度に対応してそれらの間で円周方向の重なり合う区域を画定している。各磁極の歯の対の中心は、対をなす内部磁極と外部磁極の中心線の間の中間点とする。内部および外部の歯がオフセットしていない場合には、円周方向の重なりの区域は全歯幅になり、対の中心は個々の歯の中心になるはずである。
【００２１】
永久磁石８２は境界１１０によって互いに分離され、永久磁石の環７８の周辺周りに均等に配列され、それによって境界間１１０の角度方向の間隔、したがって各磁石８２の周辺方向の有効範囲は３６０／ｎ度になる。ここに示す実施形態では、例えば磁石環７８は３０の磁石８２を含み、各磁石は１２度の弧をなしている。励磁コイル７２に電流が流れないと、単に永久磁石によるだけである永久磁石８２と磁極歯９４、１００の間の相互作用が、図５の曲線２００に見られるように、磁極片７４の永久磁石集合体７６に対する複数の中性または中立位置を決めるが、その曲線には励磁コイル７２に電流が流れていない場合の永久磁石環７８と磁極片７４の間の電磁トルクが、任意の回転位置の関数としてプロットされている。中位位置では、磁石環と磁極歯の間の正味の反応力は静的に平衡しており、したがって永久磁石集合体７６と磁極片７４の間の永久磁石８２による正味反応トルクはゼロである。
【００２２】
外部磁極歯９４は、弁筐体１６の大きな直径の部品３０の壁部により励磁コイル７２に磁気的に結合されている。内部磁極歯１００は、管状の周辺９２および弁本体５８により励磁コイルに磁気的に結合されている。励磁コイルに電流が流れると、その電流の流れる方向に応じて内部磁極歯１００は外部磁極歯９４とは反対の極性を担う。内部および外部磁極歯によって集中された電磁束は、内部および外部空隙１０４、９８を交差し、永久磁石８２の永久磁石磁束と作用しあい永久磁石を引き付けるか押し返す。
【００２３】
最適な操舵装置の性能を得るには磁極片７４の永久磁石集合体７６に対する中位位置が、前述の、弁本体５８に対する弁スプール６４の中心位置に一致しなければならない。このような一致を達成するために、捩り棒にピン５２のための孔をあけピンを挿入することによって弁スプール６４の弁本体５８に対する中心位置を確保すると共に比例制御弁３８を先ず複合筐体１２内にアセンブルし、比例弁を油圧的に平衡させてからスプール軸をアセンブルする。次いで永久磁石集合体７６をスプール軸上で前記中位位置まで回転させる。最後に環８４をその場で保持ハブ８０とスプール軸３４の間に射出成型させ永久磁石集合体の磁極片に対する位置を確保する。電磁機器７０の中位位置は比例弁３８内で弁スプール６４の中心位置と一致するようにされるので、本明細書の中ではこれら２つの用語を同義的に使用する。
【００２４】
比例制御弁３８内における、弁スプール６４の中心位置にある磁極片７４に関する永久磁石７８の向きは、図３に関して説明するように有利に配置される。機器の中位位置は２つのグループに分割されることもあり、各グループ内のそれら中位位置は同じグループ内のその他のものから電磁的に区別不能である。従来技術による操舵装置は、図４に見られるように図５の曲線２００のＡ点に相当する位置、つまり中位位置を使用し、その中で、永久磁石８２’の交互に現れるものの中心が、磁極片７４内の磁極歯の対の周辺方向に重なる区域の中心と位置合わせされている。電流が励磁コイル７２に供給されたときこのような向きで生成されるトルクが図５の曲線２０２および２０４で表されているが、それらは、対向する方向に向けられた３アンペアの電流に対する弁の回転の下でのトルクの変動を表している。図５の点Ａ周辺のこれら曲線の部分が、ゼロ角度を図５の点Ａに対応させ、曲線２１０をコイルに電流を流さない場合に対応させて、図６に曲線２１２および２１４として描き直されている。中央または中位位置で励磁コイル７２に電流を追加すると永久磁石の構成部分（ｍｅｍｂｅｒ）７８’と磁極片７４の間の様々な対向するトルクを増加させるがこれらトルクは平衡しており中央位置での正味トルクは電流レベルに関係なくゼロにとどまる。永久磁石環７８’が中央位置から回転させられると、一方向の電流が各対の内部および外部の歯内に対向する磁極を生成し、したがってそれら磁極は、磁石８２’の最も近くにある磁極を引き付ける。これが、捩り棒４０の復元トルクに効果的に加わる復元電磁トルクを生成し、したがって図６の曲線２１２に見られるように正味復元トルクおよび見かけの操舵操作力を増加させる。対向する方向の電流は歯内に対向する磁極を生成し、したがって磁石８２’の最も近い磁極を排斥する。これは回転を助けるトルクを生成し、そのトルクは捩り棒４０の復元トルクに対向し、したがって図６の曲線２１４に見られるように正味復元トルクおよび見かけの操舵操作力を減少させる。しかしトルクは、中央位置でのゼロから直線的に増加するので点Ａでの中央位置近傍では適切な電流レベルの下で利用可能トルクは小さい。この状況は捩り棒４０の機械的なトルクにより大きくは影響されないが、そのトルクもゼロ角度でのゼロから直線的に変化する。中央位置近傍の利用可能な電磁トルクの不足は、このような機器で操舵トルクを確立しようとする試みに直接対向するようにはたらく。
【００２５】
磁石環７８は、図５の曲線２００の点Ｂに相当する、励磁コイル７２に電流が流れていない場合のゼロ電磁トルクの位置で中心位置に正しい位置に置かれる。点Ｂは点Ａから６度のオフセットに相当し、そのオフセットは基本的に磁石間距離（ｍａｇｎｅｔ  ｐｉｔｃｈ）の半分または歯間距離（ｔｏｏｔｈ  ｐｉｔｃｈ）の４分の１である。この位置づけでは、図３に見られるように境界１１０の交互に現れるものが、連続する歯の対の周辺方向に重なり合う区域の中心に実質上位置合わせされている磁石を分離している。したがって第１の境界１１０は、１つの歯の対の中心に位置合わせされ、第２のそれに続く境界１１０は、その歯の対と次のものの間に位置合わせされ、第３のそれに続く境界は、次のそれに続く歯の対の中心に位置合わせされ、以下永久磁石環７８の周りでこの形態が連続する。
【００２６】
永久磁石環７８の磁極片７４に関するこの位置づけでは、機器が中央位置にあるとき電流がゼロから増やされると、歯の中に磁極が生成され、その磁極は磁石８２の両方の磁極に作用して、一方向の電流の下では磁石環を時計方向に、対向する方向の電流の下では磁石環を反時計方向に回転させる。図５の曲線２０２および２０４で見られるように、点Ｂでの中心位置からの非常に小さな角度変位位置ならびに大きな角度変位位置で利用可能である相当の電磁トルクが存在する。図５のＢ点周辺のこれらの曲線を、ゼロ角度を図５のＢ点に対応させて曲線２２２および２２４として図７に描き直す。図７に示されているように中心位置からの小さな変位位置で相当の電磁トルクが利用可能であるが、曲線２２０は電流が流れていない場合の電磁トルクを表し、曲線２２２は電流が正の３アンペアである場合の電磁トルクを表し、曲線２２４は負の３アンペアの電流を表す。
【００２７】
一般的な角度／電流プレロード機能が図８の曲線２８５で表されている。この曲線は、ちょうど中心から外れた所で回復トルクの急速な増加をもたらして「歯切れのよい」操舵「感覚」を与えるように中心位置周辺での弁角度の狭い範囲で非常に急な傾斜を有する。所定の弁角度（約１／３度）で、各回転方向で傾斜は著しく減少し、高速道路の出口ランプで遭遇する場合のように操舵操作力が、大きな弁角度で上がり過ぎない様にしている。ここに示す角度／電流プレロード機能は、要すればその他の角度／電流プログラムをもたらすように改変することができることは勿論である。あるいは差圧力変換器１６２で測定された第１の測定ポート、溝部６８Ａと第２の測定ポート、溝部６８Ｃの間の差圧を利用し、圧力／電流機能を介して電流機能を決定することができる。角度／電流機能で角度が圧力の量から導くことができることをさらに理解されたい。
【００２８】
図１〜３の機器において操舵用プレロードを提供するために相当の電磁トルク、したがって正味トルクが利用可能であるが、プレロードは単に構造からは起こらず励磁コイル７２に流れる電流をプログラムすることによって達成されなければならない。米国特許第５，７４９，４３２号に記載のシステムが、機器の中心位置からの角度変位量である弁角度の関数として励磁コイル７２を流れる電流をプログラムすることを説明している。電流がプログラムされていると説明されている範囲は中心位置の両側で約４．５度に及ぶ。これを達成するために弁角度感知機器が使用されてきた。その実施形態では一対の角度感知器の形態の弁角度感知機器が設けられ、第１の角度感知器が、弁本体５８および磁極片７４と一体で回転するピニオンヘッド１８の回転角度位置を示す信号を提供し、第２の角度感知器がスプール軸３４および磁石環７８の回転角度位置を示す信号を提供する。第１および第２の感知器が中心位置で差がゼロになるように較正されるとき、これらの感知器からの信号の差（大きさと符号）が弁角度の信号をもたらす。弁角度感知機器は、操舵用プレロードをもたらすために励磁コイルに流れる電流を制御するための信号を提供するが、それ自体では車両が経験するリードおよびプルを補うことができないことに注目するべきである。しかし本明細書で説明されるように溝部６８Ａと６８Ｃ（または空洞１５０および１５２）の間の差圧が測定される。このような測定は操舵出力を表すので下記に説明するようにリードおよびプル状態を補うために適切な電流応答を決めるのに使用することができる。
【００２９】
図９は、励磁コイル７２を流れる電流を差圧の関数として制御するための制御方法を示す。ディジタルコンピュータ２７０は、差圧変換器１６２（または図１２に関連して説明するようにプレッシャ変換器１６４）から圧力信号２６０を受け、そこから得たＰＷＭ信号を、電源２７５（例えば１２ボルト電源）から動力操舵装置１０の励磁コイル７２を通る電流を制御するスイッチ２８０へ出力するようにプログラムされている。コンピュータ２７０はＩ／Ｏ機器、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびその他の一般的なコンピュータの構成要素を伴うマイクロプロセッサに基づく標準のディジタルコンピュータでもよい。コンピュータ２７０はスイッチング動作を決定するため、さらに位置感知器８から信号を受けることができる。スイッチ２８０は、パルス幅変調（“ＰＷＭ”）スイッチング動作の能力を有する電界効果トランジスタ（“ＦＥＴ”）のような半導体スイッチであることが好ましい。電源２７５は標準の車両用ＤＣ電気システムでもよい。スイッチ２８０は図９に簡単に示されているが、スイッチ２８０は電流の大きさおよび方向を切り替える能力があるＨブリッジであることができる。図１０を参照するとスイッチ２８０は、スイッチ２８２ａ、２８２ｂ、２８２ｃ、および２８２ｄを含むように示されている。正の電流に対してはスイッチ２８２ｂおよび２８２ｃが遮断される。スイッチ２８０ａが、電流を変調するために使用される。負の電流に対してはスイッチ２８０ａおよび２８０ｄが遮断され、スイッチ２８０ｂが電流を変調するために使用される。
【００３０】
図１１は、励磁コイル７２に流れる電流を操舵装置１０の差圧に応答して制御するためにコンピュータ２７０が従うプログラムの動作を例示するフローチャートを提供している。プログラムは、ステップ３００で差圧変換器１６２からの圧力信号２６０を読み込むことによってスタートする。ステップ３０２に示されているように圧力信号２６０が弁角度を導くためにコンピュータ２７０によって使用される。ステップ３０４に示されている様にルックアップテーブルに入り、記憶された角度／電流機能の部分である対応する電流値を読み出すために弁角度が使用される。適切な電流機能を導き車両のリードおよびプル状態を克服するために位置感知器８からの位置信号を圧力信号２６０と組み合わせて使用することもできることを理解されたい。電流値は、励磁コイル７２を流れる平均所望の電流を生成するために計算された使用率を表す数字の形態とすることができる。あるいはステップ３０２で行ったように圧力信号から弁角度を導く代わりに、破線３０３で示されているようにステップ３０２をスキップしてもよく、ステップ３００で読み込んだ圧力信号２６０を位置信号と組み合わせてステップ３０４でＰＷＭ値を検索するために使用することができる。しかし作動装置が生成することができる利用可能なトルクは、図７に例示されているように弁角度に対して一定ではないことを理解されたい。供給される電流は所要トルクを利用可能トルクで除したものにフルスケールの電流（例えば３アンペア）を掛けたものである。ほとんどの実施例は別の圧力角度曲線を使用するので圧力を使用する利用可能トルクは各実施例で異なる。速度を補うとき圧力を使用すると３Ｄルックアップテーブルも必要になる。弁角度を使用するとルックアップテーブルは単に速度の関数としてのねじり剛性であることができるので、したがってステップ３０２を含めることは結果として全体のプロセスがステップ３０２を除外するより簡単になり、次いで所要トルクは弁角度に基づいて計算される。とはいえプロセスが経路３０３に従う実施形態ではプログラムは、ステップ３０４で圧力信号を使用してルックアップテーブルに入り記憶された差圧力／電流機能の部分である対応する電流値を読み出す。電流値は、励磁コイル７２を流れる平均所定電流を生成するために計算された使用率を表す数字の形態であることが好ましい。最後にプログラムはステップ３０６で電流値からＰＷＭ信号を発生させる。ＰＷＭ信号は、スイッチ２８０の動作をＰＷＭ動作で制御して励磁コイル７２内の所望の電流レベルを達成するために一般の方式で出力される。要すればプログラムは、車両のエンジン制御装置または別途の感知器から利用できる車両速度信号をも読み込み、その信号をステップ３０４のテーブル検索で追加入力パラメータとして利用することもある。
【００３１】
図１２を参照すると操舵輪位置感知器８が利用可能である適用例では溝６８Ｂの供給圧力を測定する単体の圧力変換器１６４を有する圧力変換器システム１６６を使用することが可能である。明確にするために圧力変換器１６４は供給管路上に図示されているが、圧力変換器１６４は溝部６８Ｂ内で供給圧力を直接測定するために配置されることもあることを理解されたい。この方法では、最低システム背圧（基準ポートとして使用されるように）が監視され溝部６８Ｂ内での圧力読みから差し引かれる。正味圧力は、次いで車両の走行中は操舵輪の角度の符号で乗じられ、車両が停止しているときには操舵輪の速度の符号で乗じられる。例えば、最低圧力が６８９，５００Ｐａ（１００ｐｓｉ）であり、圧力変換器が８９６，３５０Ｐａ（１３０ｐｓｉ）を読み出せば、差圧は、正の操舵輪角度に対しては８９６，３５０マイナス６８９，５００Ｐａ（１３０マイナス１００）つまり２０６，８５０Ｐａ（３０ｐｓｉ）であり、負の操舵輪角度に対してはマイナス２０６，８５０Ｐａ（マイナス３０ｐｓｉ）である。操舵輪が中心からどちらかの側にあるときには圧力が両方向で高まることがあり、その圧力は車両が高速で動いているときとは異なるので、車両が非常にゆっくりと動いているときまたは動いていないときには操舵輪の速度を使用して符号を決定する必要がある。
【００３２】
したがってシステムは、操舵輪の位置感知器と組み合わせたとき運転者の入力および操舵出力（圧力）の両方を監視することができると説明してきた。車両のリード（ｌｅａｄ）を克服し、またはギアの不釣合いに起因する圧力を減少させるために必要な圧力を維持するトルクを生成するため、電流を作動装置に与えることができる。プル力は、差圧変換器によって測定された差圧を監視することによって決めることができ、差圧信号は制御装置（コンピュータ２７０）によってプル力を減少させるために操舵システム内の作動装置に電流を送るのに使用される。入力および出力の両方を知って安定性制御その他等の先端能力を追加することも可能である。これが、捩り棒の歪を介して、システムに現在どの程度のトルクが与えられているのかのみを測定することができる弁角度感知器のみを利用していた従来のシステムに勝る利点をもたらす。本明細書に開示する実施形態は、出力圧力を測定することによって弁角度を導き出すだけでなく、現在どの程度の出力が生成されているのかを決定することもでき、このような情報は車両のリードおよびプル状態を補うために使用可能である。さらに位置感知器８からの信号のような入力を利用してどのようなリード／プル（ｌｅａｄ／ｐｕｌｌ）に遭遇中であるのか指示をするのを助け、次にリードおよびプルの補償のために制御装置に供給する適正な電流を決めるのを援助することができる。
【００３３】
実施形態を例示的な実施形態を参照して説明してきたが、当業者ならばその実施形態の範囲から逸脱することなく様々な変更が行われることもあり、同等物がその要素の代用をすることもあることを理解するであろう。さらに特定の状況または材料を本実施形態の教示に適合させるため、その基本的な範囲から逸脱することなく多くの変形がなされることもある。したがって実施形態は、これら実施形態の実行を企図した最良の形態として開示された特定の実施形態に制限されるものでなく、それら実施形態は添付の特許請求の範囲に該当する全ての実施形態を含むものとする。さらに第１、第２、その他の用語は如何なる順序または重要性を意味するものではなく、用語第１、第２、その他は１つの要素を他から区別するために使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】その長手方向の中央平面に沿って取った、自動車車両動力操舵装置の断面図である。
【図２】図１で線２−２によって示される平面に沿って全般的に取られた断面図である。
【図３】図２の一部を拡大した図である。
【図４】従来技術による自動車車両動力操舵装置の一部を拡大した図である。
【図５】前記に詳述した従来技術によるいくつかの装置を含むタイプの車両動力操舵装置および本明細書に開示する動力操舵装置のための磁気作動装置の一般的なトルクを回転角度の関数として示す一連の曲線の図である。
【図６】従来技術による動力操舵装置のために利用可能な電磁トルクを示す一連の曲線の図である。
【図７】本発明による動力操舵装置のために利用可能な電磁トルクを示す一連の曲線の図である。
【図８】本明細書に開示されている、プレロードを含む様々な操舵特性を達成するための動力操舵装置に対する一般的なプログラムされた電流を弁角度の関数として示す一連の曲線の図である。
【図９】図１〜３の動力操舵装置のための差動補助圧力感応電流制御（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ａｓｓｉｓｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｎｔｒｏｌ）のブロック図である。
【図１０】図９の差動補助圧力感応電流制御のためのスイッチシステムを示すフローチャートである。
【図１１】図９の制御動作を図示するフローチャートである。
【図１２】その長手方向の中央平面に沿って取った、自動車車両の動力操舵装置の他の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
４  操舵軸
６  ハンドル
１０  操舵装置
１２  複合筐体
１４  ラック筐体
１６  弁筐体
１８  ピニオンヘッド
２０  ギア歯
２２  玉軸受け
２４  摺動軸受け
２６  中心線
２８  ラック棒
３０  大きな直径の部品
３２  小さな直径の部品
３４  スプール軸
３６  カバー
３８  制御弁
４０  捩り棒
４２  内側端部
４４  内側端部
４６  カウンターボア
４８  外側端部
５０  外側端部
５２  ピン
５４  ころ軸受け
５６  摺動軸受け
５８  弁本体
６０  ブッシング環
６２  ピン
６４  弁スプール
６６  スロット
６８  環状溝
７０  電磁機器
７２  励磁コイル
７４  磁極片
７６  永久磁石集合体
７８  磁石環
８０  ハブ
８２  永久磁石
８４  樹脂環
８６  外部環
８８  内部環
９０  平板
９２  管状の周辺
９４  外部磁極歯
９６  内側端部
９８  空隙
１００  内部磁極歯
１０２  外側端部
１０４  空隙
１１０  境界
１１２  半径方向の縁部
１１４  半径方向の縁部
１５０  空洞
１５２  空洞
１５４  油圧ポンプ
１５６  液だめ
１５８  管路
１６０  圧力変換器システム
１６２  差圧変換器
１６４  圧力変換器
１６６  圧力変換器システム
２００  曲線
２０２  曲線
２０４  曲線
２１０  曲線
２１２  曲線
２１４  曲線
２２０  曲線
２２２  曲線
２２４  曲線
２６０  圧力信号
２７０  ディジタルコンピュータ
２７５  電源
２８０  スイッチ
２８２  スイッチ
２８５  曲線
３００  ステップ
３０２  ステップ
３０３  破線
３０４  ステップ
３０６  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2006312444000001.pdf