JP2766538B2 - 負荷応答流量増幅型制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、流量増幅型制御装置に関し、より詳細に
は、作動流体回路とコントロール流体回路との間の増幅
率が、全作動範囲において可変である負荷応答流量増幅
型制御装置に関する。

背景技術 土木用および産業用の車両には、流量増幅式のステア
リングシステムがしばしば採用される。このようなシス
テムは、通常パイロットあるいはコントロール流体回路
と、ステアリングつまり作動用流体主回路とより成る。
通常、主ステアリング回路は、パイロット作動型方向コ
ントロール弁を含むので、この弁により、ポンプとひと
つあるいはそれ以上の２方向性ステアリングモータとの
間の圧力流体の流れがコントロールされる。パイロット
回路の基本要素は、普通、ハンド計量ユニットである
が、このユニットはこのハンド計量ユニットに接続され
たハンドルの回転に応じて、方向コントロール弁の選択
された端部に、計量された流体を流すものである。方向
コントロール弁の作動量は、ステアリングホイールつま
りハンドルの回転の程度によってコントロールされる。
もしハンドルをゆっくり回すと、少量のパイロット流体
が方向コントロール弁に流され、スプールはゆっくり動
く。ハンドルを速く回すと、大量のパイロット流体が方
向コントロール弁に向けられ、この結果上記コントロー
ル弁は大きく動く。ステアリングモータに向けられる流
体の流量は、方向コントロール弁に向けられたパイロッ
ト流体の流量の数倍になるが、これは方向コントロール
弁の動作量に依存し、したがってハンドルの回転量と回
転速度に依存して決まる。かようなシステムの１例が、
1971年３月２日付でアレン氏他（Allen et al）に特許
された米国特許3,566,749に開示されている。

長年にわたって実用的に使われて来た上記ステアリン
グ装置のひとつの例における流量増幅率は、作動範囲の
全体において可変であり、方向コントロール弁の初期開
弁に際しての増幅率は、方向コントロール弁が完全に開
弁するときの増幅率より小さい。

ステアリングモータに指向される主作動流体と、方向
コントロール弁を動かすのに用いられるパイロット流体
とを合わせることにより、流量増幅型ステアリング装置
の全体効率を向上させる試みがいくつかなされて来た。
このようなシステムが有する問題のひとつは、パイロッ
ト流体と主供給流体の各流れの合流が、サイズ一定のオ
リフィスを用いてなされて来たということである。必然
的にこの結果、作動全範囲にわたって流量増幅率は一定
になり、ステアリングシステムの多用性に限界が生じて
しまう。多くの場合、流量増幅率を作動の全範囲にわた
って変えることがを望ましい。このようなステアリング
システムの他の問題は、流量増幅率を決定するためのス
プールと、流体の流れ方向を決めるためのスプールとが
必要になるということである。両方のスプールは、作動
回路の全体積を取扱えるだけの大きさがなくてはならな
いので、弁の大型化と複雑化という問題が生じる。

本発明は、上記問題の一又はそれ以上を解決すること
を目的とする。

発明の開示 本発明のひとつの態様においては、負荷応答流量増幅
型制御装置は、作動ポートをもつ油圧モータと、この作
動ポートに接続されたモータ導管と、流量可変の圧力流
体源と、該流体源に接続されたサプライ導管と、パイロ
ット配管と、サプライ導管からパイロット配管に調整さ
れた量のコントロール流体を供給するための手段と、上
記サプライ導管中の流体と上記パイロット配管中のコン
トロール流体との間の圧力差を略一定に維持するための
手段とを含む。圧力補償された方向コントロール弁は、
サプライ導管に接続されたサプライポートと、モータ導
管に接続されたモータポートと、パイロット配管と連通
するコントロール流体通路と、流体合流通路と、両端を
備えた細長い弁エレメントと、この弁エレメントが作動
位置にあるとき、合流通路内の流体とモータポート内の
流体とを合流させるための逆止弁手段と、コントロール
流体通路と弁エレメントの一端とに接続されたパイロッ
ト通路と、弁エレメントの作動位置への動きを抑制する
ためのバネ手段とを含み、上記弁エレメントは、サプラ
イポートがモータポートから遮断され、コントロール流
体が流体合流通路から阻止される中立位置と、第１可変
オリフィスがコントロール流体通路と流体合流通路の間
に形成され、第２可変オリフィスがサプライポートとモ
ータポートの間に形成される無段階可変の作動位置との
間で動きうる。

流体合流通路と弁エレメントの他の一端とを連通させ
るための手段が設けられる。

本発明によれば、流量可変の流体源に接続されたサプ
ライ導管内の流体と、パイロット配管内のコントロール
流体とを第１の略一定な所定圧力差に維持し、方向コン
トロール弁を圧力補償することによって、流量の可変増
幅率が得られる。第１と第２の可変オリフィスが、方向
コントロール弁の弁エレメントを作動位置に動かすこと
により形成される。方向コントロール弁の圧力を補償す
ることによって、パイロット配管からのコントロール流
体とステアリングモータとの間の第１可変オリフィス前
後に略一定の第２の圧力降下が保持され、かくして、殆
んど一定の圧力差が、サプライ導管とステアリングモー
タとの間の方向コントロール弁の前後に生じる。第１可
変オリフィスを通過するコントロール流体は、第２可変
オリフィスを通過する流体と合流する。第１可変オリフ
ィスのサイズは、弁エレメントの作動位置を制御できる
だけのコントロール流体の流量を得るための圧力降下を
生じるように設定される。一方、第２可変オリフィスの
サイズは、コントロール流体の流量に対して所望の流れ
増幅をうるように決められる。

図面の簡単な説明 単一の図面は、本発明の一実施例の略示図である。

発明を実施するための最良の形態 図面を参照すると、負荷応答型ステアリング装置10
は、一対の作動ポート12,13を有する二方向性油圧ステ
アリングモータ11と、可変容量ポンプ14と、動力作動流
体回路16とコントロール流体回路17とを備えている。可
変容量ポンプ14は圧力応答型容量制御装置18を備えてい
る。作動流体回路16は、圧力補償型方向コントロール弁
19、タンク20、可変容量型ポンプ14と方向コントロール
弁19とに連結されたサプライ導管21、方向コントロール
弁19とそれぞれステアリングモータ11の作動ポート12,1
3に接続された一対のモータ導管22,23を含む。コントロ
ール流体回路17は、流量コントロールオリフィス25を介
してサプライ導管21に接続されたステアリングコントロ
ール弁24と、ステアリングコントロール弁24と方向コン
トロール弁19とに接続されたパイロット配管26,27とを
備えている。負荷信号ライン28により、ステアリングコ
ントロール弁24は容量制御装置18に接続される。中立弁
29は、各パイロット配管に設けられる。

この実施例におけるステアリングコントロール弁24
は、ハンド計量型と通常呼ばれているものであって、こ
の弁はサプライ導管21に接続された入口ポート31と、負
荷信号ライン28に接続された負荷信号ポート32と、上記
タンク20に接続された戻りポート33、パイロット配管26
に接続された左ターンポート34と、パイロットライン27
に接続された右ターンポート36とを含む。ステアリング
コントロール弁はさらに、中立位置から右ターン位置あ
るいは左ターン位置に動きうる弁エレメント37として図
示した弁機構を含む。いずれのターン位置においても弁
エレメント37は、入口ポート31と左あるいは右ターンポ
ートの間にそれぞれ可変オリフィス38を形成する。ハン
ドル42は通常の方法で、弁エレメント37に接続されて、
このエレメントをターン位置に移動させる。弁エレメン
ト37がいずれかのターン位置に来ると、可変オリフィス
38を介してサプライ導管21からそれぞれのパイロット配
管26または27に、調整された流量のコントロール用圧力
流体を供給する手段39が設けられている。この手段39は
たとえば、直接メカニカルリンク41により弁機構37に接
続されたジェロータ（gerotor）計量機構40であっても
よい。ポンプ14の負荷信号ライン28と容量制御装置18と
により、弁エレメント37がいずれかのターン位置にある
とき、サプライ導管21内の流体とオリフィス38の下流側
におけるコントロール流体との間の差圧を略一定に維持
するための手段43が形成される。

方向コントロール弁19は、サプライ導管21に接続され
たサプライ入口ポート44、タンク20に接続された出口ポ
ート45、それぞれモータ導管22,23に接続された一対の
モータポート46,47、それぞれパイロット配管26,27に接
続された一対のコントロール流体ポート48,49、細長い
弁エレメント52、シャトル弁エレメント53を含む。一対
のコントロール流体通路54,56が、弁エレメント間に延
設されている。一対のパイロット通路57,58により、コ
ントロール流体通路54,56は弁エレメント52の両端59,61
に接続される。弁エレメント52の端59に位置されたバネ
62は、弁エレメント52のいずれかの方向の動きに対して
抵抗するよう予め荷重をかけられている。一対の流体合
流通路64,66は、それぞれ、一対の逆止弁67,68を介して
モータポート46,47に接続される。一対の信号通路69,71
により、弁エレメント53はそれぞれ流体合流通路64,66
と接続される。別の一対のパイロット通路72,73はそれ
ぞれ、コントロール流体ポート48,49をシャトル弁エレ
メント53の両端に接続させる。弁エレメント52は、中立
位置と、左、右の各ターン位置との間で動きうる。各タ
ーン位置において、複数の無段階可変オリフィス74,75,
76が、さらに詳述するように各種ポートと通路の間に形
成される。

弁エレメント52が中立位置にあるとき、サプライ入口
ポート44、出口ポート45、モータポート46,47、コント
ロール流体通路54,56、流体合流通路64,66はすべて互い
に遮断される。弁エレメント52が左ターン位置まで右方
へ動くと、サプライ入口ポート44は、可変オリフィス75
を介してモータポート46と連通し、コントロール流体通
路54は、可変オリフィス74を介して流体合流通路64と連
通し、モータポート47は可変オリフィス76を介して出口
ポート45と連通し、コントロール流体通路56は流体合流
通路66から遮断される。同様に、弁エレメントが右ター
ン位置へ向って左方へ動くと、サプライ入口ポート44は
可変オリフィス75を介してモータポート47と連通し、コ
ントロール流体通路56は可変オリフィス74を介して流体
合流通路66と連通し、モータポート46は可変オリフィス
76を介して出口ポート45と連通し、コントロール流体通
路54は流体合流通路64から遮断される。

シャトル弁エレメント53は、図示の中央の中立位置
と、第１および第２作動位置との間で動きうる。この中
立位置において、コントロール流体ポート48,49はそれ
ぞれコントロール流体通路54,56およびパイロット通路5
7,58のそれぞれと連通し、信号通路69,71は相互に、そ
してコントロール流体通路54,56、およびパイロット通
路57,58に対してそれぞれ遮断される。

シャトルエレメント53が第１作動位置に向って右へ動
くと、コントロール流体ポート48はコントロール流体通
路54とパイロット通路57とに連通し、信号通路69はコン
トロール流体通路56とパイロット通路58とに連通し、コ
ントロール流体ポート49と信号通路71は遮断される。同
様に、シャトル弁エレメント53が第２作動位置にまで左
方へ動くと、コントロール流体ポート49はコントロール
流体通路56とパイロット通路58とに連通し、信号通路71
はコントロール流体通路54およびパイロット通路57とに
連通し、コントロール流体ポート48と信号通路69はブロ
ックされる。

シャトル弁エレメント53、パイロット通路57,58、信
号通路69,71により、上記弁エレメント52がターン位置
にあるとき、流体合流通路64,66と、弁エレメント52の
各端59,61とが連通する。

産業上の利用可能性 ポンプ14に接続した駆動機が稼動しているが装置の作
動が開始される前の状態では信号ポート32は出口ポート
33を介してタンク20に開放されるので、容量制御装置18
により、上記ポンプ14の容量はサプライ導管21の圧力を
最低のスタンバイ圧力にする状態に維持される。右ター
ンを開始するときは、運転手が適当な方向にハンドル42
を回わして、ステアリングコントロール弁24を左へ動か
して、入口ポート31からの圧力流体を可変オリフィス38
とジェロータ計量機構40を介して、パイロット配管26に
向ける。ジェロータ計量機構40は、ステアリングコント
ロール弁24の動きに応動して、ステアリングコントロー
ル弁24を介して流れるコントロール流体の量を、ハンド
ルの回転量に応じて調節する機能を有する。可変オリフ
ィス38の前後に圧力降下が生じ、可変オリフィス38の下
流における圧力は、負荷信号ライン28を介して容量制御
装置18に伝達され、容量制御装置18はオリフィス前後の
圧力差を所定値に維持するように機能する。この実施例
における圧力差は約2200kPaである。流体が、各弁、連
結ラインあるいは導管内の各種通路を通るとき、圧力降
下が発生することが認められている。しかし、本発明の
了解事項として、このような付随的な圧力降下は無視
し、2200kPaの圧力降下はサプライ導管21とパイロット
配管26及びコントロール流体通路54との間に発生するも
のとみなす。

パイロット配管26内の圧力コントロール流体は、コン
トロール流体ポート48、シャトル弁エレメント53を経
て、コントロール流体通路54とパイロット通路57に流入
する。コントロール流体通路54は最初は、弁エレメント
52によってブロックされ、コントロール流体通路54とコ
ントロール流体ポート48内の圧力は、スプール52の右へ
の移動に対抗するバネ62によって増加し始める。コント
ロール流体の圧力の初期増加は、直ちに、パイロット通
路72をへて伝達され、この結果パイロット通路72,73内
に圧力差が生じ、シャトル弁エレメント53は第１作動位
置へ向って右へ動く。かくして、コントロール流体ポー
ト48とコントロール流体通路54、およびパイロット通路
57との間には連通状態が維持され、パイロット通路58は
信号通路69と連通する。この結果、弁エレメント52の端
61から、パイロット通路58、信号通路69、モータポート
64をへて逆止弁67に至る流路が形成される。しかし、モ
ータポート46内の負荷圧力が逆止弁67の背面に作用して
いるので、コントロール流体の圧力は、弁エレメント52
が右へ動く前に、バネ62の予荷重に相当する量だけ、モ
ータポート46内の負荷圧力より高いレベルにまで増大す
る。コントロール流体の圧力がこのようなレベルにまで
達すると、弁エレメント52は右へ動く。弁エレメント52
の端61から排出された流体は、パイロット通路58と信号
通路69を経て、合流通路64に流れ、逆止弁67を開弁し
て、モータポート46内に流入する。

前述のように、弁エレメント52が右ターン位置にある
とき、３つの可変オリフィス74,75,76が弁エレメント52
内に形成される。右ターン位置にあるときは、コントロ
ール流体通路54からのコントロール流体は、可変オリフ
ィス74、流体合流通路64、逆止弁64を経て、モータポー
ト46に流入する。また、サプライ導管21からの加圧作動
流体は、入口ポート44、可変オリフィス75、モータポー
ト46、モータ導管22を経て、ステアリングモータ11に流
入する。可変オリフィス74,75を通る流体の合流した流
れは、ステアリングモータに入り、このモータを右ター
ン位置にうごかす。ステアリングモータから出た流体
は、可変オリフィス76を通ってタンク20に入る。

オリフィス74を通ってコントロール流体が流動するこ
とにより、オリフィス下流の信号通路69、シャトル弁エ
レメント53、コントロール流体通路56の一部、パイロッ
ト通路58を経て、弁エレメント52の一端61に流れる流体
に圧力降下が生じる。可変オリフィス74の上流と下流に
おける圧力が、弁エレメント52のそれぞれの両反対端5
9,61に作用するので、弁エレメント52は圧力補償弁とし
て機能し、可変オリフィス74における圧力降下を、バネ
62の力によって決まる略一定の値に維持する。本実施例
において、この圧力降下は約300kPaである。かくして、
約2200kPaの圧力差がサプライ導管21とパイロット配管2
6との間のオリフィス38によって保持され、約300kPaの
圧力差が、パイロット配管26とモータ導管22の間におけ
るオリフィス74の前後に維持されるので、約2500kPaの
圧力差がサプライ導管21とモータポート46との間に生じ
る。

可変オリフィス38の下流におけるコントロール流体の
圧力は、ステアリングコントロール弁24とステアリング
モータ作動ポート12との間を結ぶ流体通路があるためス
テアリングモータ11に加わる負荷に応答するので、パイ
ロットコントロール回路は必然的に、負荷感知回路とな
り、かくしてポンプ14の容量はサプライ導管21を通して
流体を十分流して、2200kPaの圧力差をサプライ導管21
とパイロットライン26との間のオリフィスの前後に維持
するように調節される。さらに、オリフィス75を通る作
動流体もまた、サプライ導管21から供給されるので、ポ
ンプ14によって十分な流量が確保され、オリフィス75の
前後に約2500kPaの圧力差が保持される。流量コントロ
ールオリフィス25の大きさは、システムが微調整できる
ように決められる。

ハンドルの回転速度により、ターン位置への弁エレメ
ント52の移動量が決定され、その移動速度もきまる。他
方、弁エレメントのターン位置での保持時間の長さが決
まり、したがって、ステアリングモータ11の作動量がき
まる。ハンドルの回転を停止すると、パイロット配管26
を通るコントロール流体の流れが止まり、弁エレメント
52は、バネ62の作用により、図示の中立位置に戻る。こ
の結果、ステアリングモータ11はそのターン位置に油圧
ロックされる。ステアリングモータ11を、ハンドルを左
方向へ回すことによってスタート位置へ戻すと、弁エレ
メント52は上述のようにして左方へ動く。

可変オリフィス74前後のパイロットコントロール回路
17における300kPaの圧力降下と、サプライ回路21とモー
タ回路22との間の動力作動回路16内の2500kPaの圧力降
下とは、弁エレメント52の作動の全範囲において、可変
オリフィス74,75のサイズを決めるのに用いられ、この
結果、所望の流れ増幅率が決まり、かじとりの速度が決
まる。たとえば、オリフィス前後に一定の圧力降下が維
持されているときは、所望の流速に対するオリフィスの
サイズは、公知の計算式を用いて容易に計算できる。か
くして、オリフィス74を通過するコントロール流体の流
速が分っている場合は、弁エレメント52の所定位置にお
けるオリフィス74のサイズは、300kPaの圧力降下にもと
づいて計算できる。同様に、所望のかじとり速度をうる
ために、弁エレメント52の同じ位置にある可変オリフィ
ス75のサイズは、2500kPaの圧力差にもとづいて計算さ
れうる。この手法は、各スプール位置におけるオリフィ
ス74,75の適切なサイズを決めるため、弁エレメント52
の全作動範囲にわたって多数のスプール位置においてく
りかえすことができる。オリフィス74,75のサイズの比
は、増幅率と近い値になる。

本実施例においては、ステアリングコントロール装置
の多用性を向上させるための可変流量増幅が得られる。
詳細にいえば、可変オリフィス74,75が初めて確立され
たとき、約10対１の流量増幅率が得られる。この増幅率
は、弁エレメント52の全作動の約50〜60％にわたって殆
んど一定に維持され、次いで、弁エレメントが全開ター
ン位置に向って動くとき、約20対１にまで次第に増大さ
せられる。高速走行時におけるかじとりは、通常、前記
弁エレメント52の前記10対１の作動範囲において行わ
れ、低速時のかじとりは、弁エレメントの前記20対１の
作動範囲においてなされる。以上述べたコントロールシ
ステムにより、高速作動時における微小なかじとり制御
と低速走行時における高速のかじとり制御が可能にな
る。上記の各比率はあくまで例示であって、特定車両に
対して所望のかじとり特性を与えるため変えることがで
きる。

中立弁29は、ステアリングモータ10が所定の作動限界
に達すると、通常の寸法で作動してステアリングシステ
ム10を中立状態にする。より詳細には、このような状態
に達すると、車両のエレメント（図示せず）が適当な中
立弁と係合し、個々のパイロット配管26,27を流れるコ
ントロール流体を遮断する位置にまで動かす。この結
果、中立弁と方向コントロール弁19との間の個々のパイ
ロット配管は減圧される。このため、弁エレメント52は
図示の中立位置に戻り、ステアリングモータを上記ター
ン位置に油圧ロックする。

上述のように、本発明は、流量増幅の可変率が方向コ
ントロール弁の作動位置によって決まる、改良された負
荷応答流量増幅型制御装置を提供する。これは、パイロ
ットコントロール回路負荷を感知して、可変容量型ポン
プの吐出流量をコントロールし、サプライ導管とパイロ
ットコントロール回路間のステアリングコントロール弁
における第１の圧力降下を、略一定の所定値に維持し、
次に、方向コントロール弁の圧力を補償して、パイロッ
トコントロール回路とステアリングモータとの間の方向
コントロール弁における第２の圧力降下を、略一定の所
定値に維持して、サプライ導管とステアリングモータ間
の方向コントロール弁の前後に略一定の所定の圧力差を
作ることによって行なわれる。上記方向コントロール弁
により、パイロットコントロール回路とステアリングモ
ータ間に可変オリフィスが形成され、作動位置における
ステアリングモータとサプライ導管との間に他の可変オ
リフィスが形成される。前者の可変オリフィスのサイズ
は、あるコントロール用の流量を得るためその前後に生
じる圧力降下によって決まり、後者の可変オリフィスの
サイズは、コントロール流量に対して望ましい流量増幅
をうるためのサプライ導管とステアリングモータ間の圧
力差に応じて決まる。

本発明の他の面、目的、特徴は、図面、説明、および
請求の範囲を検討することにより明らかになる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−44380（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−139561（ＪＰ，Ａ) 米国特許4535678（ＵＳ，Ａ) 米国特許4759182（ＵＳ，Ａ) 欧州公開300269（ＥＰ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 5/06 - 5/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作動ポート（12,13）をもつ油圧モータ（1
   1）と、 この作動ポートに連結されたモータ回路（22,23）と、 流量が可変の圧力流体源（14）と、 上記流体源に連結されたサプライ導管（21）と、 パイロット配管（26,27）と、 上記サプライ導管から上記パイロット配管に調節された
   量のコントロール流体を供給するための手段（39）と、 サプライ導管（21）内の流体とパイロット配管（26,2
   7）内のコントロール流体との間の圧力差を略一定に維
   持するための手段（43）と、 サプライ導管（21）に連結されたサプライポート（4
   4）、モータ導管（22,23）に連結されたモータポート
   （46,47）、パイロット配管（26,27）と連通するコント
   ロール流体通路（54,56）、流体合流通路（64,66）、サ
   プライポート（44）がモータポート（46,47）から遮断
   されコントロール流体通路（54,56）が流体合流通路（6
   4,66）から遮断される中立位置と第１可変オリフィス
   （74）がコントロール流体通路と流体合流通路との間に
   確立され第２可変オリフィス（75）がサプライポート
   （44）とモータポート（46,47）間に確立される無段階
   可変作動位置との間で動く両端（59,61）を有する細長
   い弁エレメント（52）、弁エレメントが作動位置にある
   とき合流通路（64,66）内の流れをモータポート中の流
   れと合流させるための逆止弁手段（67,68）、コントロ
   ール流体通路（54,56）と弁エレメントの一端とに連結
   されたパイロット通路（57,58）、作動位置へ向う弁エ
   レメントの動きに抵抗するバネ手段（62）を有する圧力
   補償型方向コントロール弁（19）と、 流体合流通路（64,66）を弁エレメント（52）の他端に
   連通させるための手段（77）、 とを備えた、負荷応答流量増幅型制御装置（10）。
2. 【請求項２】前記圧力維持手段（43）の上記のサプライ
   導管（21）に流量コントロールオリフィス（25）を含
   む、請求項１記載の制御装置（10）。
3. 【請求項３】前記圧力流体源（14）は可変容量ポンプ
   （14）を含む、請求項１記載の制御装置（10）。