(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵回転で油圧ポンプの吐出管路から操向用油圧シリンダの操向管路への接続方向を切換える方向切換弁部と、ステアリングホイールの操舵角に対して予め設定されている油量を計量して操向用油圧シリンダに圧油を供給するメータリング部とを備えたパワーステアリング装置であって、前記メータリング部を３室に分離して同一軸上に配置し、第一室の管路と第二室、第三室の各管路との合流と分離をそれぞれ切換える第二室用のパイロット操作切換弁と第三室用のパイロット操作切換弁とを設け、各パイロット操作切換弁を合流側へ切換えるパイロットポートに油圧ポンプの吐出管路からそれぞれパイロット管路を接続し、各パイロット管路の途中にパイロット操作切換弁の合流側又は分離側への切換えを制御する電磁切換弁を設けると共に、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出器と、車両の操向角を検出する操向角検出器と、操舵角検出器及び操向角検出器の検出データに基づいて車両の操向角を補正するよう電磁切換弁を切換制御し、且つ、一方の電磁切換弁と他方の電磁切換弁との動作時間を比較して操舵角と操向角との関係を定める基準定数を修正する制御器とを設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧式パワーステアリング装置を備えた産業車両、建設車両等において、弁、シリンダ等の油圧機器内部での油のリークに起因するステアリングホイールの操舵角と車両の操向角の相対的位置ずれを補正することができ、且つ油圧源の不具合で圧油の供給が途絶えたときにはハンドポンプ作用で緊急操舵可能なパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧式パワーステアリング装置は、図３に示すように、原動機１１で駆動される油圧ポンプ１２と操向用油圧シリンダ１３との間に設置され、ステアリングホイール１４の操舵回転で油圧ポンプ１２の吐出管路２４から操向用油圧シリンダ１３の操向管路１５、１６への接続方向を切換える方向切換弁部１７と、ステアリングホイール１４の操舵角に対して予め設定されている油量を計量して操向用油圧シリンダ１３に圧油を供給するメータリング部１８とを備えている。吐出管路２４とタンク２６への戻り管路２７との間にはハンドポンプ作用で操舵を行うための逆止弁２８が設けられている。
【０００３】
パワーステアリング装置は、図４に示すように、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係が一定、即ち、
Ｙ＝ＡＸ  （Ａ：基準定数）
となるのが理想的な状態である。
【０００４】
ところが、実際には、油圧機器内部での油のリーク等によって、両者の相対位置関係にずれが生じるので、オペレータは、ステアリングホイール１４に固定したノブ１４ａを握って操舵したとき、ノブ１４ａの位置から車両の操向角Ｙを把握するのが難くなり、また、操向時にノブ１４ａの位置が大きくずれていると最適な運転姿勢をとりにくいので頻繁に操舵を行う場合に疲労が大きい。
【０００５】
そこで、本発明者は、図５に示すように、ステアリングホイール１４の操舵回転で油圧ポンプ１２の吐出管路２４から操向用油圧シリンダ１３の操向管路１５、１６への接続方向を切換える方向切換弁部１７と、ステアリングホイール１４の操舵角に対して予め設定されている油量を計量して操向用油圧シリンダ１３に圧油を供給するメータリング部１８とを備えたパワーステアリング装置において、前記メータリング部１８を３室に分離して同一軸上に配置し、第一室１８ａの管路２０ａと第二室１８ｂ、第三室１８ｃの各管路２０ｂ、２０ｃとの合流と分離をそれぞれ切換えるパイロット操作切換弁２２、４２を設け、パイロット操作切換弁２２、４２を合流側へ切換えるパイロットポート２３、４３に、油圧ポンプ１２の吐出管路２４からパイロット管路２５、４５を接続し、パイロット管路２５、４５の途中にパイロットポート２３、４３を油圧ポンプ１２側又はタンク２６側に連通させるよう切換えられる電磁切換弁３０、４０を設けると共に、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘを検出する操舵角検出器３４と、車両の操向角Ｙを検出する操向角検出器３３と、操舵角検出器３４及び操向角検出器３３の検出データに基づいて車両の操向角Ｙを補正するよう電磁切換弁３０、４０を切換制御する制御器３２とを設けたパワーステアリング装置を提案している（特願平１０−１６３８５６号参照）。
【０００６】
図５において、一方の電磁切換弁３０は、そのソレノイド３０ａが励磁されるとパイロット管路２５をドレン管路３１側へ切換えてパイロットポート２３をタンク２６へに連通させるようになっている。他方の電磁切換弁４０は、常時パイロット管路４５とドレン管路３１とを連通させており、そのソレノイド４０ａが励磁されると、パイロット管路２５を油圧ポンプ１２の吐出管路２４側へ切換えるようになっている。
【０００７】
制御器３２は、入力部３２ａ、出力部３２ｂ、メモリ３２ｃ、演算処理部３２ｄを備えている。メモリ３２ｃにはステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係（Ｙ＝ＡＸ）や、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘに対して予め設定されている油量等の制御に必要な基準データと、制御用のプログラムが記憶されている。
【０００８】
演算処理部３２ｄは、メモリ３２ｃに記憶された基準データと、操舵角検出器３４及び操向角検出器３３から入力部３２ａに入力された検出データＸi 、Ｙi とに基づいてステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係が適切か否かを判断し、油のリーク等によって、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係にずれが生じると、出力部３２ｂから電磁切換弁３０、４０のソレノイド３０ａ、４０ａに制御信号を送出し、車両の操向角Ｙを補正するよう電磁切換弁３０、４０を切換制御する。
【０００９】
オペレータが、ステアリングホイール１４に固定されているノブ１４ａを握りステアリングホイール１４を操舵して車両の操向を行うと、例えば、図６に示すような制御が行われる。
即ち、操舵角検出器３４の検出データＸi から操向角の目標値Ｙo ＝ＡＸi を求め、且つ検出データＸi の正負によって操舵方向が右折か左折かを判別する。そして、操舵角Ｘi に対して操向角Ｙi が相対的に過大（｜Ｙo ｜＜｜Ｙi ｜）であれば、制御器３２は、パイロット操作切換弁２２のパイロットポート２３をタンク２６と連通するように電磁切換弁３０を切換えることにより、パイロット操作切換弁２２を分離側へ切換えて第二室１８ｂの管路２０ｂをメータリング管路２１から分離し、第一室１８ａで計量される油量のみを操向用油圧シリンダ１３へ供給するようにして油量を減少させ、操向角Ｙi が小さくなるように補正する。
【００１０】
操向角検出器３３の検出データＹi と目標値Ｙo ＝ＡＸi とを比較し、操舵角Ｘi に対して操向角Ｙi が相対的に過小（｜Ｙo ｜＞｜Ｙi ｜）であれば、制御器３２は、パイロット操作切換弁４２のパイロットポート４３を吐出管路２４と連通するように電磁切換弁４０を切換えることにより、パイロット操作切換弁４２を合流側へ切換えて第三室１８ｃの管路２０ｃをメータリング管路２１に合流し、第一室１８ａ、第二室１８ｂ、第３室１８ｃの全室で計量される油量を操向用油圧シリンダ１３へ供給するようにして油量を増加させ、操向角Ｙi が大きくなるように補正する。
【００１１】
このパワーステアリング装置は、弁、シリンダ等の油圧機器内部での油のリークに起因するステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙの相対的位置ずれを補正することができ、且つ油圧源の不具合で圧油の供給が途絶えたときにはパイロット管路への油圧が低下して、パイロット操作切換弁は分離側へ切換えられるので、第二室の管路、第三室の管路がメータリング管路から分離し、操向用油圧シリンダへの供給油量が減少して操舵トルクが低減されるので、ハンドポンプ作用で緊急操舵可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このパワーステアリング装置は、構成部品類が精度良く製作され、且つ正確に組付けられていれば何ら問題はない。しかし、現実にはメータリング部１８や操向用油圧シリンダ１３の油リーク量の個体差、操向角検出器３３、操舵角検出器３４の精度差等が存在するため、個々の車両にとって最適な基準定数Ａは、それぞれ異なった値となる。
【００１３】
従って、車両によって各電磁切換弁３０、４０の動作時間比率が異なる現象を生じる。これは、電磁切換弁３０、４０の長期間における耐久性を考えた場合好ましくない。
本発明は、パワーステアリング装置における上記問題を解決するものであって、ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角の相対的位置ずれを補正することができ、且つ、個々の車両における各電磁切換弁の動作時間が均等になるよう、ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角との間の基準定数を自動的に修正して電磁弁の耐久性を向上させるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明では、ステアリングホイールの操舵回転で油圧ポンプの吐出管路から操向用油圧シリンダの操向管路への接続方向を切換える方向切換弁部と、ステアリングホイールの操舵角に対して予め設定されている油量を計量して操向用油圧シリンダに圧油を供給するメータリング部とを備えたパワーステアリング装置において、  前記メータリング部を３室に分離して同一軸上に配置し、第一室の管路と第二室、第三室の各管路との合流と分離をそれぞれ切換える第二室用のパイロット操作切換弁と第三室用のパイロット操作切換弁とを設け、各パイロット操作切換弁を合流側へ切換えるパイロットポートに油圧ポンプの吐出管路からそれぞれパイロット管路を接続し、各パイロット管路の途中にパイロット操作切換弁の合流側又は分離側への切換えを制御する電磁切換弁を設けると共に、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出器と、車両の操向角を検出する操向角検出器と、操舵角検出器及び操向角検出器の検出データに基づいて車両の操向角を補正するよう電磁切換弁を切換制御し、且つ、一方の電磁切換弁と他方の電磁切換弁との動作時間を比較して操舵角と操向角との関係を定める基準定数を修正する制御器とを設けることにより上記課題を解決している。
【００１５】
オペレータは、ステアリングホイールを操舵することにより車両の操向を行う。このとき操舵角検出器及び操向角検出器がステアリングホイールの操舵角と車両の操向角を検出して制御器にその検出データを送る。
油のリーク等によって、ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角との相対位置関係にずれが生じると、制御器は操舵角検出器及び操向角検出器の検出データに基づいて制御信号を送出し、車両の操向角を補正するよう電磁切換弁を切換制御する。
【００１６】
例えば、操舵角に対して操向角が相対的に過大であれば、電磁切換弁を制御して、パイロット操作切換弁を分離側へ切換え、操向用油圧シリンダへ供給する油量を減少させることにより、操向角が小さくなるように補正する。
操舵角に対して操向角が相対的に過小になると、電磁切換弁を制御して、パイロット操作切換弁を合流側へ切換え、操向用油圧シリンダへ供給する油量を増加させることにより、操向角が大きくなるように補正する。
【００１７】
また、制御器は、所定時間ごとに一方の電磁切換弁と他方の電磁切換弁との動作時間を比較して、操舵角と操向角との関係を定める基準定数を最適となるよう修正する。以後修正した基準定数を用いてステアリングホイールの操舵角と車両の操向角との相対位置関係のずれを判断し電磁切換弁を制御するので、各電磁切換弁の動作時間が均等化される。
【００１８】
このように、ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角との間の基準定数が自動的に修正され、各電磁切換弁の動作時間が均等になるので、電磁弁の耐久性が向上する。また、最適な基準定数に基づいて制御されるので、ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角の相対位置関係のずれに対する補正の追従性も向上する。
【００１９】
油圧源の不具合で圧油の供給が途絶えたときには、パイロット管路への油圧が低下して、パイロット操作切換弁は分離側へ切換えられるので、第二室の管路、第三室の管路がメータリング管路から分離し、操向用油圧シリンダへの供給油量が減少して操舵トルクが低減されるので、ハンドポンプ作用で緊急操舵が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態であるパワーステアリング装置の構成を示す回路図、図２はパワーステアリング装置の制御の一例を示す流れ図である。
このパワーステアリング装置は、原動機１１で駆動される油圧ポンプ１２と操向用油圧シリンダ１３との間に、ステアリングホイール１４の操舵回転で油圧ポンプ１２の吐出管路２４から操向用油圧シリンダ１３の操向管路１５、１６への接続方向を切換える方向切換弁部１７と、ステアリングホイール１４の操舵角に対して予め設定されている油量を計量して操向用油圧シリンダ１３に圧油を供給するメータリング部１８とを備えている。
【００２１】
方向切換弁部１７からタンク２６への戻り管路２７と吐出管路１２との間には、ハンドポンプ使用時にメータリング部１８がタンク２６から作動油を吸い上げるための逆止弁２８が設けられている。
ここで、メータリング部１８は第一室１８ａと第二室１８ｂと第三室１８ｃの３室に分離して同一軸上に配置されており、第一室の管路２０ａと第二室１８ｂ、第三室１８ｃの各管路２０ｂ、２０ｃとの合流と、第二室１８ｂ、第三室１８ｃの各管路２０ｂ、２０ｃのメータリング管路２１からの分離とを切換えるための、第二室用のパイロット操作切換弁２２と、第三室用のパイロット操作切換弁４２とが設けられている。
【００２２】
このパイロット操作切換弁２２、４２を合流側へ切換えるパイロットポート２３、４３には、油圧ポンプ１２の吐出管路２４からパイロット管路２５、４５がそれぞれ接続されている。パイロット管路２５、４５の途中には、２位置の電磁切換弁３０、４０がそれぞれ設けられている。一方の電磁切換弁３０は、常時はパイロット管路２５と油圧ポンプにとを連通させており、そのソレノイドが制御器３２の出力部３２ｂからの制御信号により励磁されるとパイロット管路２５をドレン管路３１側へ切換えてパイロットポート２３をタンク２６へに連通させるようになっている。他方の電磁切換弁４０は、常時パイロット管路４５とドレン管路３１とを連通させており、そのソレノイドが制御器３２の出力部３２ｂからの制御信号により励磁されると、パイロット管路２５を吐出管路２４側へ切換えるようになっている。
【００２３】
ステアリングホイール１４と方向切換弁部１７との間の連結機構部には、ステアリングホイール１４の操舵角を検出する操舵角検出器３４が設けられている。また、車両の操向機構部もしくは操向用油圧シリンダ１３には、車両の操向角を検出する操向角検出器３３が設けられている。操舵角検出器３４及び操向角検出器３３は、制御器３２に接続されており、その検出データＸi 、Ｙi が比例電圧もしくはパルス等の出力信号として制御器３２の入力部に３２ａ送られる。
【００２４】
制御器３２は、入力部３２ａ、出力部３２ｂ、メモリ３２ｃ、３２ｅ、及び演算処理部３２ｄを備えている。メモリ３２ｃ、３２ｅにはステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係（Ｙ＝ＡＸ）や、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘに対して予め設定されている油量等の制御に必要な基準データと、制御用のプログラムが記憶されている。ここで、メモリ３２ｅは、電気的に消去及び書換え可能で不揮発性のＥＥＰＲＯＭであり、操舵角Ｘと操向角Ｙとの関係を定める基準定数Ａの初期値はこのメモリ３２ｅに書込まれている。
【００２５】
演算処理部３２ｄは、メモリ３２ｃ、３２ｅに記憶された基準データと、操舵角検出器３４及び操向角検出器３３から入力部３２ａに入力された検出データＸi 、Ｙi とに基づいて、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係が適切か否かを判断し、油のリーク等によって、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係にずれが生じると、出力部３２ｂから電磁切換弁３０、４０のソレノイド３０ａ、４０ａに制御信号を送出し、車両の操向角Ｙを補正するよう電磁切換弁３０、４０を切換制御するようになっている。
【００２６】
また、演算処理部３２ｄは、所定時間ごとに一方の電磁切換弁３０と他方の電磁切換弁４０との動作時間を比較して、操舵角Ｘと操向角Ｙとの関係を定める基準定数Ａを最適となるよう修正してメモリ３２ｅに書込み、以後修正した基準定数Ａをメモリ３２ｅから読出し、これを用いてステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係のずれを判断し電磁切換弁３０、４０を制御するようになっている。
【００２７】
オペレータが、ステアリングホイール１４に固定されているノブ１４ａを握りステアリングホイール１４を操舵して車両の操向を行うと、図２に示すような制御が行われる。
このとき、所定時間が経過するまでの間は、図６に示す場合と同様に制御される。即ち、操舵角検出器３４の検出データＸi から操向角の目標値Ｙo ＝ＡＸi を求め、且つ検出データＸi の正負によって操舵方向が右折か左折かを判別する。そして、操向角検出器３３の検出データＹi と目標値Ｙo ＝ＡＸi とを比較し、操舵角Ｘi に対して操向角Ｙi が相対的に過大（｜Ｙo ｜＜｜Ｙi ｜）であれば、制御器３２は、パイロット操作切換弁２２のパイロットポート２３をタンク２６と連通するように電磁切換弁３０を切換えることにより、第二室用のパイロット操作切換弁２２を分離側へ切換えて第二室１８ｂの管路２０ｂをメータリング管路２１から分離し、第一室１８ａで計量される油量のみを操向用油圧シリンダ１３へ供給するようにして油量を減少させ、操向角Ｙi が小さくなるように補正する。
【００２８】
操向角検出器３３の検出データＹi と目標値Ｙo ＝ＡＸi とを比較し、操舵角Ｘi に対して操向角Ｙi が相対的に過小（｜Ｙo ｜＞｜Ｙi ｜）であれば、制御器３２は、パイロット操作切換弁４２のパイロットポート４３を吐出管路２４と連通するように電磁切換弁４０を切換えることにより、パイロット操作切換弁４２を合流側へ切換えて第三室１８ｃの管路２０ｃをメータリング管路２１に合流し、第一室１８ａ、第二室１８ｂ、第３室１８ｃの全室で計量される油量を操向用油圧シリンダ１３へ供給するようにして油量を増加させ、操向角Ｙi が大きくなるように補正する。
【００２９】
制御器３２は一定の時間サイクルで繰返し制御を行っており、電磁切換弁３０、又は電磁切換弁４０に対して、出力部３２ｂから制御信号を出力すると同時にメモリ３２ｃ又はメモリ３２ｅにカウント値を保存する。所定時間が経過して制御サイクル数が予め設定した回数に達すると、一方の電磁切換弁３０のカウント値と他方の電磁切換弁４０のカウント値を読出して比較し、
電磁切換弁３０の合計動作時間＞電磁切換弁４０の合計動作時間
であれば、基準定数Ａを現在の値より大きい値に修正して、メモリ３２ｅに書込む。
【００３０】
電磁切換弁３０の合計動作時間＜電磁切換弁４０の合計動作時間
であれば、基準定数Ａを現在の値より小さい値に修正して、メモリ３２ｅに書込む。
それからカウント値をクリアして上記制御を繰返す。
【００３１】
上記制御を繰返すことにより、基準定数Ａが個々の車両にとって最適となるよう自動的に修正される。制御器３２は、修正した基準定数Ａを用いてステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙとの相対位置関係のずれを判断し電磁切換弁３０、４０を制御するので、各電磁切換弁３０、４０の動作時間が均等化される。
【００３２】
このように、操舵角Ｘと操向角Ｙとの間の基準定数Ａが自動的に修正され、各電磁切換弁３０、４０の動作時間が均等になるので、電磁切換弁３０、４０の耐久性が向上する。また、最適な基準定数Ａに基づいて制御されるので、ステアリングホイール１４の操舵角Ｘと車両の操向角Ｙの相対位置関係のずれに対する補正の追従性も向上する。
【００３３】
基準定数Ａは不揮発性のメモリ３２ｅに書込まれるので電源が切られた後も消えずに保存され、次回に始動するとき、適切な基準定数Ａを用いて動作が開始される。
油圧源の不具合で圧油の供給が途絶えたときには、パイロット管路２５、４５への油圧が低下して、パイロット操作切換弁２２、４２は分離側へ切換えられるので、第二室１８ｂの管路２０ｂ、第三室１８ｃの管路２０ｃがメータリング管路２１から分離し、操向用油圧シリンダ１３への供給油量が減少して操舵トルクが低減されるので、ハンドポンプ作用での操舵が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角の相対的位置ずれを補正することができる。また、個々の車両において、各電磁切換弁の動作時間が均等になるよう、ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角との間の基準定数を自動的に修正するので、電磁切換弁の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるパワーステアリング装置の構成を示す回路図である。
【図２】パワーステアリング装置の制御の一例を示す流れ図である。
【図３】従来のパワーステアリング装置の構成を示す回路図である。
【図４】ステアリングホイールの操舵角と車両の操向角との関係を示す図である。
【図５】従来のパワーステアリング装置の構成を示す回路図である。
【図６】従来のパワーステアリング装置の制御の一例を示す流れ図である。
【符号の説明】
１２    油圧ポンプ
１３    操向用油圧シリンダ
１４    ステアリングホイール
１５    操向管路
１６    操向管路
１７    方向切換弁部
１８    メータリング部
２１    メータリング管路
２２    パイロット操作切換弁
２３    パイロットポート
２４    吐出管路
２５    パイロット管路
２６    タンク
２７    戻り管路
３０    電磁切換弁
３１    ドレン管路
３２    制御器
３２ａ  入力部
３２ｂ  出力部
３２ｃ  メモリ
３２ｄ  演算処理部
３２ｅ  メモリ
３３    操向角検出器
３４    操舵角検出器
４０    電磁切換弁
４２    パイロット操作切換弁
４３    パイロットポート
４５    パイロット管路
【図１】
0003990057.tif 000002
【図２】
0003990057.tif 000003
【図３】
0003990057.tif 000004
【図４】
0003990057.tif 000005
【図５】
0003990057.tif 000006
【図６】
0003990057.tif 000007