(57)【要約】乗り物、特に乗用車のためのパワーアシスト・ステアリングシステムのために、サーボポンプおよび３方流量調節バルブを伴うとともに、計測スロットルおよび流出スロットルを有する液圧回路がもたらされる。流量調節バルブは、ポンプとサーボアクチュエータとの間の接続部に配置される。計測スロットルは、サーボアクチュエータへの流入側に固定スロットルとして配置され、流出スロットルは、サーボアクチュエータのバイパスに配置され、圧力補償器として交互に負荷されるピストンによって、可変なスロットル断面積を定める。能動的なアクチュエータ要素によって負荷されるピストンが、計測スロットルを通過する体積流量を変化させるために、印加される電流の関数として流出スロットル断面積を変化させる。
2005524561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗り物、特に乗用車のためのパワーアシスト・ステアリングシステムであって、
液圧式サーボアクチュエータに対して吐出するポンプと、前記ポンプと前記サーボアクチュエータとの間の接続部に配置された３方流量調節バルブとを有するとともに、前記サーボアクチュエータへの流入側における計測スロットルと、前記サーボアクチュエータのバイパスに配置された流出スロットルとを有し、当該流出スロットルを通じて前記ポンプの過剰な流れが分岐するように構成され、
前記流出スロットルの可変なスロットル断面積が、圧力補償器としてのピストンによって定められ、
この圧力補償器としてのピストンは、前記計測スロットルを通過する体積流量との関係において、流入側への接続によって負荷されるとともに、それとは反対の方向へ、流出側への接続と、作動力および対抗力に依存した作動距離を有するアクチュエータ要素とによって負荷されるシステムにおいて、
計測スロットル（１２）として固定スロットルが設けられるとともに、
前記アクチュエータ要素（１６）は体積流量を変化させる効果を伴う能動的に可変な作動力を有する、ことを特徴とするパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項２】
前記アクチュエータ要素（１６）は、印加される電流の関数として調節可能なアクチュエータ部材（１８）を備える、ことを特徴とする請求項１記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項３】
印加される電流の関数として調節可能な前記アクチュエータ部材（１８）として、押込式アクチュエータが設けられる、ことを特徴とする請求項２記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項４】
印加される電流の関数として調節可能な前記アクチュエータ部材（１８）として、分流アクチュエータが設けられる、ことを特徴とする請求項２記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項５】
前記アクチュエータ部材（１８）はマグネットアクチュエータによって構成される、ことを特徴とする請求項２又は３記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項６】
前記アクチュエータ部材（１８）はスピンドルアクチュエータによって構成される、ことを特徴とする請求項４記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項７】
前記アクチュエータ要素（１６）は弾性アクチュエータ部材（１７）を備える、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項８】
前記弾性アクチュエータ部材（１７）はバネによって構成される、ことを特徴とする請求項７記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項９】
前記アクチュエータ要素のアクチュエータ部材（１７，１８）は、前記ピストン（１１）に対して互いに並列に接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項１０】
前記アクチュエータ要素のアクチュエータ部材（１７，１８）は、前記ピストン（１１）に対して互いに直列に接続されるように配置される、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項１１】
前記アクチュエータ部材（１７，１８）が互いに並列に接続される場合、それらのアクチュエータ部材は、押込式アクチュエータおよびバネによって構成される、ことを特徴とする請求項９記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項１２】
前記アクチュエータ部材（１７，１８）が互いに直列に接続される場合、それらのアクチュエータ部材は、分流アクチュエータおよびバネによって構成される、ことを特徴とする請求項１０記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項１３】
前記サーボポンプは定容ポンプ（２）として具体化されている、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項１４】
前記サーボポンプは可変ポンプ（２０）として具体化されている、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項１５】
前記可変ポンプ（２０）は、圧力補償器として具体化される流出スロットル（２４）によって作動される、ことを特徴とする請求項１４記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【請求項１６】
前記可変ポンプ（２０）は、前記圧力補償器（流出スロットル２４）の平衡位置に対応する放出位置へとバネ付勢されるとともに、前記圧力補償器（流出スロットル２４）の調節に従って、各々の要求体積流量（ＱSoll）に対応して前記圧力補償器（流出スロットル２４）の平衡位置へ割り当てられる運転位置へと設定可能である、ことを特徴とする請求項１５記載のパワーアシスト・ステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部にあるような、乗り物、特に乗用車のためのパワーアシスト・ステアリングシステム（動力補助操舵システム）に関する。
【背景技術】
【０００２】
快適性の要求が増大するに連れて、また乗り物の運動のダイナミクスを制御するための他のシステムとの協調の結果として、パワーアシスト・ステアリングシステムへの要求がますます大きくなっている。従って、運転者の反応に基づく場合を含んで、通常のステアリング挙動への変化が特に重要であるような極限的な状況においても、（ある場合には比較的大きな）各々のパワーアシストが確保されなければならない。これに要する大きな体積流量を連続的に利用可能とするための能力は、他の用途に利用可能なエンジン容量を減少させるような、大きなポンプ容量を要求し、燃料消費を増大させてしまう。
【０００３】
これに対抗するために、そして、特に操舵間隔を改善するために、ＤＥ３７２９１５６Ｃ２は、ポンプとサーボアクチュエータとの間の接続部に設けられて当該接続部の戻り流と前進流とをバイパスとして結びつけるバルブ装置を提供している。これは、必要パワーアシスト量に対して決定的なパラメータ（例えば、運転者によって加えられるトルク、ハンドルの回転角、進行速度、サーボアクチュエータに作用する圧力等）の関数として、ポンプの供給容量分を決定する。このポンプの供給容量分は、有用な容量分（有効出力）としてサーボアクチュエータへ送られ、或いは、無用な容量分（出力損失）として戻り流路へ直接送り返される供給容量分である。
【０００４】
バイパスに配置されるバルブ装置は、次のようなスライドバルブとして具体化される。すなわち、そのスライドが、（流出断面を閉鎖するブロック位置の方向へ）圧力補償的な方式で負荷されるとともに、その開放位置にバネ付勢する目的で、作動マグネットによって重畳されるようなスライドバルブである。その場合、当該作動マグネットは制御ユニットによって作動され、印加される電流の関数としてスライド量を調節可能となっている。
【０００５】
また、冒頭で述べたタイプのパワーアシスト・ステアリングシステムは、ＥＰ０１８９９６５Ｂ１より知られている。そのシステムにおいては、定容ポンプとして具体化されたステアリングアシストポンプとサーボアクチュエータとの間の接続部に３方流量調節バルブが配置されている。そして、マグネットアクチュエータによってスロットル断面積を調節可能な調節スロットルを用いることにより、利用分としてサーボアクチュエータへ送られるポンプの吐出流量分を、アシスト効果に対して決定的なパラメータ（進行速度、ハンドルの回転角等）の関数として、戻り流によって制御する。
【０００６】
調節スロットルの断面を通過する体積流量、ないしは当該スロットル断面によって設定される差圧の大きさが、流出断面積、すなわち戻り流路への流通断面積を決定するために用いられる。これは、圧力補償器として具体化される調節ピストンを用いて決められる。この調節ピストンは、一方では流入側において調節スロットルへもたらされる圧力によって、他方では流出側において調節スロットルに加えられる圧力によって負荷される。これは、アクチュエータ要素としての補償バネによって補助される。
【０００７】
このような設計のせいで、調節スロットルの形状がある程度の断面の限定を引き起こすので、計測スロットルを同時に形成する調節スロットルの開口断面の大きさに関わらず、サーボアクチュエータへ送られるポンプの吐出流量分に対してスロットル損失が生じてしまう。その結果、特に低レベルのパワーアシスト量でステアリングシステムを操作するための小さなスロットル断面との関係において、効率損失が生じことになる。また、制御ユニットおよびマグネットアクチュエータによって作動が行われるという事実のせいで、そのようなシステムは、次のような結果をもたらす。すなわち、圧力補償器として具体化される調節ピストンによって戻り流路に対して対応するように明確な断面が設定され得る以前に、計測スロットルとしての機能での調節スロットルにおいて、それぞれ対応する圧力差を生じさせてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、次のような点を改善して確固たるシステムを生み出すために、冒頭で述べた形式のパワーアシスト・ステアリングシステムを改良するという目的に基づくものである。すなわち、効率および／または応答時間、従って操舵感覚をも改善するため、および／または、ステアリングシステムから生ずる圧力変動に対して耐性のあるものとするためである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これは、請求項１の特徴部分によって達成される。すなわち、固定スロットルは、計測スロットルとして設けられるとともに、次のような操作範囲については、僅かなスロットル損失しか生じないような大きな断面寸法を有することができる。その操作範囲は、当該スロットルが一般に主に操作され、低レベルのパワーアシストしか要求されず、従って計測スロットルを通じて少しの体積流量しか流れないような範囲である。
【００１０】
また、アクチュエータ要素の作動力が体積流量を変化させる効果を伴って能動的に可変であるという事実の結果として、放出流路断面積としての流出スロットルの開口断面積の体積流量依存型の調節に重畳するような方式で当該開口断面積が能動的に可変とされ得る。その調節は、圧力補償器によって、特に圧力補償器としての調節ピストンによって実行される。その目的のために、本発明の範囲内において、特に、印加される電流の関数として調節可能なアクチュエータ部材を設けることができる。
【００１１】
特に、そのような（押込式アクチュエータとしての）アクチュエータ部材は、マグネットアクチュエータによって構成される。それにより、圧力補償器ないし圧力補償器を構成する調節ピストンが直接ないし間接的に負荷され得る。また、体積流量における変化がマグネットアクチュエータの作動力に対して確立されるべき圧力平衡に帰結するまでの間の圧力補償器の短時間の妥当でない調節に帰着するような、マグネットアクチュエータによって加えられる各々の作動力が形成される。
【００１２】
本発明の範囲内において、アクチュエータ要素として、押込式アクチュエータ、特にマグネットアクチュエータをバネと並列接続で設けることが特に都合が良い、ということが示される。しかし、もちろん、アクチュエータ要素としては、２つのアクチュエータ部材、特に、分流アクチュエータ、例えばスピンドルアクチュエータと、バネとを直列接続で配置してもよい。例えば、バネ型アクチュエータはピストンに対してバネによって支持されるという事実のおかげで、開口断面積を決定する作動経路は、反対方向に作用する対抗力に依存することになる。
【００１３】
圧力補償器、ないしは圧力補償器を構成する調節ピストンの能動的に可変な負荷も、（乗り物の運動のダイナミクスに基づく不規則性に対して都合が良く、また特に短い反応時間が要求される場合には）普通にパワーアシスト効果を決定するパラメータへ重畳するような方式で関与するのに特に都合が良い、ということが示される。
【００１４】
本発明は、定容ポンプおよび可変ポンプと結びつけて用いられ得るが、特に都合が良くてエネルギーを節約できる解決手段は、可変ポンプと、当該可変ポンプを調節するための圧力補償器との組合せである。
【００１５】
本発明の更なる詳細や特徴は、従属請求項から明らかとなる。また、本発明は、パワーアシスト・ステアリングシステムの液圧部分の大幅に簡略化された２つの描写を参照することにより、以下により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に示す液圧回路１は、ステアリングアシスト用ポンプとしての定容ポンプ２を備えている。この定容ポンプ２は、ステアリングバルブ３を介してサーボアクチュエータ４に作用する。サーボアクチュエータ４は、液圧シリンダとして象徴的に図示されており、操舵可能な車輪のステアリングリンケージに対して作用するものである。
【００１７】
液圧回路１は、定容ポンプ２からステアリングバルブ３への連結ラインにおいて、高圧端部側の前進流路５および低圧端部側の戻り流路６と共に、これらの流路を連結するバイパス７を備えている。バイパス７中には、スロットル断面積が可変となった流出スロットル１０が配置されると共に、これが流路部分８および９を介して連結されている。流出スロットル１０は、次のようなスライドバルブの形態に構成されている。すなわち、そのピストン１１が、自らの位置の関数として、可変スロットル断面の寸法、即ち流出断面積を決定するようなスライドバルブである。
【００１８】
前進流路５には、計測スロットル１２が配置されている。また、バイパス７の流路部分８は、流入側、即ち計測スロットル１２の上流側において、前進流路５から分岐している。流出側、即ち計測スロットル１２の下流側においては、前進流路５から流路１３が分岐している。この流路１３は、ピストン１１の後ろ側において流出スロットル１０側の端部に開口している。これにより、ピストン１１は、圧力室１４および１５の間に配置されるとともに、圧力補償器を構成する。この圧力補償器は、模式的に例示されたアクチュエータ要素１６を介して、後部から追加的に負荷される。
【００１９】
例示するアクチュエータ要素１６は、２つのアクチュエータ部材１７および１８を備えている。そのうち、アクチュエータ部材１７はバネとして具体化され、アクチュエータ部材１８は、マグネットアクチュエータで形成された押込式アクチュエータ（force actuator）として具体化される。このようなアクチュエータ要素１６のための組合せにおいては、図示するようにアクチュエータ部材１７および１８が並列に連結されてピストン１１に負荷を与えれば都合がよいということが分かる。
【００２０】
しかし、基本的に、本発明の範囲内で、アクチュエータ部材同士が直列に連結されるようにすることも可能である。そのような直列の連結は、特にアクチュエータ部材１８が例えばスピンドルアクチュエータのような分流（flow-dividing）アクチュエータ（図示せず）として具体化される場合に有利である。
【００２１】
アクチュエータ要素１６におけるアクチュエータ部材１７および１８の並列な連結と、マグネットアクチュエータとして具体化されたアクチュエータ部材１８とで示される図との関連において、流出スロットル１０の基本的な構成は、その中でアクチュエータ部材１７としてのバネによって計測スロットル１２で生じる圧力差が補償されるような、３方流量調節バルブに相当する。
【００２２】
本発明により計測スロットル１２が比較的大きな自由通過断面積を有するオリフィスとして具体化される場合には、これらの損失が大幅に減少され得る。そして、本発明により、流量調節バルブの体積流量変化作用が、アクチュエータ要素１６と、そのアクチュエータ部材１８を介した（圧力補償器として役立つ）ピストン１１への負荷により、流出スロットル１０を直接的に作動させることによって実行される。
【００２３】
アクチュエータ部材１８の作動は、制御ユニット１９を用いて模式的に示されている。この制御ユニット１９においては、固定スロットルとして具体化された計測スロットル１２に関して、その流入側にもたらされる圧力と流出側にもたらされる圧力との間の圧力差に対応する体積流量が、出力値Ｑとして定められ、或いは特性曲線に基づいて読み取られる。これにより、流出スロットル１０に対して影響を与えることで、パワーアシスト量に対してなされる要求に従って、スロットル１２を通じて流れる体積流量を、設定点値ＱSollに適合させることが可能となる。この適合は、それぞれの体積流量に対してそれぞれ印加電流を生じさせることにより、印加電流の関数として実行される。その割り当ては、計算条件において、或いは、体積流量が圧力差の関数として、また印加電流の関数として読み取られるような特性曲線領域に基づいてなされ得る。
【００２４】
本発明は、定容ポンプとして具体化されるサーボポンプと、可変ポンプとして作動するサーボポンプの両者との関連において使用され得る。特に定容ポンプとの関連においては、一般に乗り物の内燃エンジンの高回転時おいては低レベルのパワーアシストしか要求ないし所望されないように、ポンプがエンジン回転速度の関数として操作される場合、目的とするエネルギーの節約を達成するためには、（それが適切ならばオリフィスとして具体化されるような）比較的大きな自由通過断面積を有する計測スロットル１２を用いることが適している。しかし、吐出体積は回転速度と共に上昇する。
【００２５】
従って、本発明の当を得た展開の１つは、可変ポンプ、即ち使用可能な行程容積が（例えば公知の液圧式ストロークリング調節によって）可変であるようなポンプを用いることでもある。これにより、駆動速度に応じた吐出体積の変化を多少なりとも補償できる可能性がもたらされる。圧力補償器としての構成における流出スロットルの使用により、図２〜図４を参照して以下に説明するように、要求に応じた可変ポンプの吐出流量の制御に対する好適なアプローチが低費用でもたらされる。図２〜図４の説明において、機能的な対応関係がある場合には図１に用いたのと同一の参照符号が用いられる。
【００２６】
図１とは対照的に、サーボポンプの具体例は可変ポンプ２０として参照されている。この可変ポンプ２０が、（制御ユニット１９によって、アクチュエータ部材としてのマグネットアクチュエータ１８を用いて定められている）出力値ＱSollに要求体積流量が対応するような出力位置へ負荷されていることは、バネ２１を用いて図示されている。この出力位置から、可変ポンプ２０は、ストロークリング（図示せず）の液圧調節によって調節され得る。可変ポンプ２０の液圧作動は、流出スロットル２４に接続された制御流路２２および２３によって実行される。流出スロットル２４は、圧力補償器として具体化されるとともに、環状溝２８を有した制御スライド２５を有している。その環状溝２８は、２つの制御ピストン２６，２７同士の間に設けられている。
【００２７】
図２による図示において、制御流路２２および２３は、それらの制御ピストン２６，２７による流出スロットル２４への接続部において覆われている。
【００２８】
図３は、可変ポンプ２０によって吐出される体積流量ＱIstが、制御ユニット１９によって予め定められた体積流量ＱSollよりも小さい状態を示している。可変ポンプ２０は、次のように対応して運転される。まず、戻り流路６に接続された流路部分９と制御流路２２との間の連結が確立されることで、制御ライン２２が低圧化におかれる。一方、制御流路２３は、計測スロットル１２の上流側で流路１３を介して前進流路５に接続され、従って高圧下におかれる。これにより、可変ポンプ２０のストロークリングは、図２に示すように、圧力補償器を横切って平衡状態が確立されるまで調節される。
【００２９】
図４は、対照的な状態、すなわち可変ポンプ２０を通じて吐出される体積流量ＱIstが、制御ユニット１９によって予め定められた体積流量ＱSollよりも大きい状態を示している。従って、可変ポンプ２０の設定を下げなければならない。その目的のため、制御スライド２５は、図４に示すような、制御流路２２が高圧側に接続され、制御流路２３が低圧側に接続される位置をとる。
【００３０】
この目的のため、スロットル１２の上流側における前進流路５から分岐した流路部分８と制御流路２２との間の接続が開けられる一方、制御流路２３がリング状空間（環状溝）２８によって流路部分９を通じて戻り流路６に接続される。これにより、ストロークリングは、図３に示した状態とは反対の方式で、図４に示す制御スライド２５の作動位置における流体圧力的な負荷を与えられる。
【００３１】
本発明によるこのような解決手段を用いることで、可変ポンプ２０における制御に要する費用は最小限となる。また、そのような次第で、比較的低い費用によってエネルギの大幅な節約の可能性を得ることができる。
【００３２】
全般的に、サーボポンプ２ないし２０を有する液圧回路１が、ポンプ２ないし２０とサーボアクチュエータ４との間の接続部に配置された３方流量調節バルブを伴うように形成される。その流量調節バルブは、サーボアクチュエータ４への流入側に配置された固定スロットルとしての計測スロットル１２と、サーボアクチュエータ４のバイパスに配置された流出スロットル１０ないし２４とを有している。
【００３３】
流出スロットル１０ないし２４は、圧力補償器として交互に負荷されるピストン１１ないしスライダ２４によって、可変のスロットル断面積を決定する。ピストン１１ないしスライダ２４は、能動的なアクチュエータ部材を介して負荷を与えられ、計測スロットル１２を通過する体積流量を変化させるために、印加される電流の関数として流出スロットル断面積を変化させる。
【００３４】
この場合において、そのようなパワーアシスト・ステアリングシステム１は、可変ポンプとしてのサーボポンプ２０を伴って具体化される。その可変ポンプは、圧力補償器の制御スライド２５を介しても作動され得る。これはシステムの簡素化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】定容ポンプを用いた解決手段を示す図。
【図２】可変ポンプを用いた解決手段を示す図。
【図３】可変ポンプのための作動位置に配置され、流出スロットルとして機能する圧力補償器における種々の状態を示す図。
【図４】可変ポンプのための作動位置に配置され、流出スロットルとして機能する圧力補償器における種々の状態を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2005524561.tif 000007
2005524561.tif 000008
2005524561.tif 000009
2005524561.tif 000010
2005524561.tif 000011