JP2007253653A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵補助用のパワーシリンダのハウジングの一部に作動油の給排用の油圧制御弁を一体化しコンパクトに構成可能なパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール30に加えられる操舵トルクを操舵の方向と共に検出するトルクセンサ８と、ラック軸１に操舵補助力を加えるパワーシリンダ５と、トルクセンサ８の検出トルクに基づいて動作し、パワーシリンダ５の作動油を給排制御する油圧制御弁６とを備えるパワーステアリング装置において、パワーシリンダ５のシリンダハウジング50の一部に付設されたバルブハウジング60の内部に油圧制御弁６を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出し、この検出結果に基づいて動作する油圧制御弁により操舵補助用のパワーシリンダの作動油圧を給排制御する構成としたパワーステアリング装置に関する。

近年の自動車には、ステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて操舵機構に操舵補助力を加え、操舵に要する労力負担を軽減し、快適な操舵感を得ることを目的としてパワーステアリング装置が広く装備されている。このパワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源として復動式の油圧シリンダ（パワーシリンダ）を用いる油圧パワーステアリング装置と、同じく電動モータを用いる電動パワーステアリング装置とに大別される。

油圧パワーステアリング装置は、操舵補助用のパワーシリンダの発生力が大きく、コンパクトな構成にて十分な操舵補助力が得られるという利点を有する反面、操舵部材の操作に応じたパワーシリンダへの作動油の給排が、操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸の捩れを利用した油圧制御弁の機械的な動作により制御される構成となっており、車速、操舵角度等の走行状態に応じた補助力特性の変更制御への対応が難しいという問題がある。

これに対し電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクを操舵機構への伝動系の中途に配したトルクセンサにより検出し、該トルクセンサの検出トルクに基づいて操舵補助用の電動モータを駆動し、このモータが発生する回転力を操舵機構に加えて操舵を補助する構成であり、検出トルクと電動モータの発生力との対応関係を自在に変更可能であり、走行状態に応じた補助力特性の変更制御が容易であるという利点を有する一方、十分な操舵補助力を得ようとした場合、操舵補助用のモータ、及び該モータから操舵機構への伝動手段が大型化するという問題がある。

このような事情により、油圧パワーステアリング装置と電動パワーステアリング装置とを組み合わせ、両者の利点を活かすべく構成されたパワーステアリング装置が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このパワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源としてパワーシリンダを用いる一方、操舵部材に加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出し、この検出トルクに基づいて油圧制御弁を動作させ、前記パワーシリンダへの作動油の給排を制御する構成となっている。

前記油圧制御弁としては、筒形のバルブボディーと、該バルブボディーの内部に軸長方向への移動自在に嵌合保持されたバルブスプールと、該バルブスプールの両端に面して配されたソレノイドとを備える公知のソレノイド弁が用いられており、トルクセンサにより検出される操舵トルクの方向及び大きさに基づいて対応する側のソレノイドを励磁し、バルブスプールを押圧して軸長方向に移動させることにより、バルブボディーとの嵌合部に並設された絞り部の絞り面積を増減せしめてパワーシリンダへの作動油の給排を制御するようになしてある。
特開平１１−１８０３３２号公報

以上の如く構成されたパワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源としてパワーシリンダが用いられており、コンパクトな構成にて十分な操舵補助力が得られる上、トルクセンサによる検出トルクと油圧制御弁のソレノイドの励磁電流との対応関係を変えることにより走行状態に応じた補助力特性の変更に対応可能であり、油圧パワーステアリング装置の利点と電動パワーステアリング装置との利点とを併せ持つ優れた装置である。

ところが一方、パワーシリンダに作動油を給排する油圧制御弁が操舵部材から操舵機構への伝動系から独立して設けられることから、この油圧制御弁の配設スペースを確保し、更には、この油圧制御弁と油圧源としての油圧ポンプ及び前記パワーシリンダとを連絡する油圧配管の取り回しスペースを確保する必要があり、操舵機構周辺の限られたスペース内での構成が難しいという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、パワーシリンダのハウジングの一部に油圧制御弁を構成し、更に油圧ポンプをハウジングに並設することにより、大なるスペースを必要とせずに構成可能なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の第１発明に係るパワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクを操舵の方向と共に検出するトルクセンサと、操舵機構中の操舵軸に操舵補助力を加えるパワーシリンダと、前記トルクセンサの検出トルクに基づいて動作し、前記パワーシリンダの作動油を給排制御する油圧制御弁とを備えるパワーステアリング装置において、前記油圧制御弁は、前記パワーシリンダのハウジングの一部に付設され、該パワーシリンダの両油室と連通して設けられた弁室と、該弁室内にて軸長方向に移動するバルブスプールとを備えて構成されていることを特徴とする。

また第２発明に係るパワーステアリング装置は、前記パワーシリンダのハウジングに外付け固定され、前記作動油を発生する電動ポンプを備えることを特徴とする。

更に第３発明に係るパワーステアリング装置は、第１又は第２発明におけるパワーシリンダが、前記操舵軸のハウジングに外付け固定してあることを特徴とする。

第１発明に係るパワーステアリング装置においては、作動油の給排のための油圧制御弁を、操舵補助用のパワーシリンダのハウジングの一部に付設したから、油圧制御弁の配設スペースが不要となり、また油圧制御弁とパワーシリンダとを連絡する油圧配管の取り回しが不要となって、操舵機構の周辺の限られたスペース内にコンパクトに構成することができる。

また第２発明に係るパワーステアリング装置においては、油圧制御弁が付設されたパワーシリンダのハウジングに作動油の発生源となる電動ポンプを外付け固定したから、電動ポンプと油圧制御弁とを連絡する油圧配管の取り回しも不要となり、更なるコンパクト化を達成することができる。

更に第３発明に係るパワーステアリング装置においては、油圧制御弁が一体化されたパワーシリンダ、又は油圧制御弁と電動ポンプとが一体化されたパワーシリンダを操舵軸のハウジングに外付け固定したから、コンパクトに構成可能であり、補助力特性の変更に対応可能なパワーステアリング装置を簡易に構成することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す図であり、このパワーステアリング装置は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング10の一側端部近傍に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備えるラックピニオン式の操舵機構を備えている。

ラックハウジング10の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド11，11を介して操舵輪としての左右の前輪12，12に連結されており、ピニオンハウジング20の外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール30に連結されている。ピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。

ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング31の内部に回転自在に支持され、このコラムハウジング31を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って固定されている。このようなステアリング軸３のコラムハウジング31の上方への突出端にステアリングホイール30が固設されており、下方への突出端は、両端に自在継手を備える中間軸４を介してピニオン軸２に連結されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転が、ステアリング軸３及び中間軸４を介してピニオン軸２に伝達され、更にピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１の移動により、左右の前輪12，12が各別のタイロッド11，11を介して押し引きされて操舵がなされる。

ラック軸１を支持するラックハウジング10の他側半部には、所定の長さ範囲に亘ってシリンダハウジング50が設けてあり、このシリンダハウジング50の内部には、前述の如くなされる操舵を補助するパワーシリンダ５（図２参照）が構成されている。またシリンダハウジング50の外側には、周方向の一か所に軸長方向の適長に亘ってバルブハウジング60が付設されており、このバルブハウジング60の内部には、パワーシリンダ５の作動油を給排制御する油圧制御弁６（図２参照）が構成されている。

更にシリンダハウジング50には、バルブハウジング60と隣接する周方向位置にポンプブラケット70が付設されており、このポンプブラケット70には、パワーシリンダ５の作動油を発生する電動ポンプ７と、該電動ポンプ７の駆動源となるモータ71とが、軸長方向の両側に振り分けて同軸をなして固定されている。

この電動ポンプ７は、ポンプブラケット70及びモータ71を含めて、例えば、本願出願人による特開平10-82377号公報等に開示された公知の構成を有しており、ポンプブラケット70の内側に突出するモータ71の出力端を電動ポンプ７の入力端に連結し、モータ71からの伝動により駆動されるように構成されている。また電動ポンプ７の吐出路72（図２、３参照）は、ポンプブラケット70の内部を経てバルブハウジング60に延設されており、電動ポンプ７の動作により昇圧された作動油は、吐出路72を経てバルブハウジング60内の油圧制御弁６に給油されるように構成されている。

一方、ピニオン軸２を支持するピニオンハウジング20の中途には、ステアリングホイール30の回転操作により、ステアリング軸３及び中間軸４を介してピニオン軸２に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ８が設けてある。このトルクセンサ８は、検出対象となるピニオン軸２を上下の２軸に分割し、これらの２軸を捩れ特性が既知のトーションバーにより同軸上に連結し、操舵トルクの作用によりトーションバーの捩れを伴って前記２軸間に生じる相対角変位を適宜の手段により検出する公知の構成を有している。

図２は、パワーシリンダ５及び油圧制御弁６の構成部分を略示する縦断面図である。図示の如くパワーシリンダ５は、シリンダハウジング50の内部を、ラックハウジング10との連結側の端壁51と他側の開口部に嵌着されたシール筒52との間にて液密に封止し、この封止部間にラック軸１の中途に同軸的に嵌着固定されたピストン5aを嵌挿して、該ピストン5aの両側に左右の油室5L，5Rを設けた構成となっている。

油圧制御弁６は、バルブハウジング60の内部に設けた円形断面の弁室61内に軸長方向への移動自在に内嵌保持されたバルブスプール62を備えている。バルブスプール62の両端面と夫々に対向する弁室61の両端面との間には中立ばね63，64が介装されており、バルブスプール62は、これらの中立ばね63，64のばね力により、弁室61内にて軸長方向中央の中立位置に保持されている。

弁室61の内周面には、軸長方向に所定の間隔を隔てて３つの油溝が周設されている。中央の油溝は、前述した電動ポンプ７の吐出路72に連通され、電動ポンプ７が吐出する高圧の作動油が供給される給油溝65とされている。また両側の２つの油溝は、図示しない油タンクに連通され、該油タンクと同等の低圧に保たれた排油溝66，66とされている。

一方、バルブスプール62の外周には、軸長方向に所定の間隔を隔てて２本の油溝が周設されている。これらの油溝は、パワーシリンダ５との間の隔壁に形成された各別の送油孔53，54により、パワーシリンダ５の左右の油室5L，5Rに夫々連通された送油溝67，68とされており、これらの送油溝67，68は、バルブスプール62が中立位置にあるとき、夫々の両側の給油溝65及び排油溝66，66と略等しい絞り面積を有する絞り部を介して連通するように位置決めされている。

図３は、図１の III−III 線による吐出路72の形成態様の説明図である。前述した如く電動ポンプ７の吐出路72は、該電動ポンプ７を駆動用のモータ71と共に固定支持するポンプブラケット70に設けてある。ポンプブラケット70は、図示の如く、シリンダハウジング50の外側にバルブハウジング60と隣接して一体に連設された円筒体であり、吐出路72は、バルブハウジング60との連設部に向けて放射状に延設され、図２に示す如く、弁室61の給油溝65に連通されている。

バルブハウジング60の左右両側の外部には、ソレノイドＳ_L ，Ｓ_R が取付けてあり、弁室61内に延出された両ソレノイドＳ_L ，Ｓ_R の出力端は、バルブスプール62の同側の端面の中央部に当接させてある。ソレノイドＳ_L ，Ｓ_R は、夫々の励磁に応じて出力端を突出させる動作をなし、この動作によりバルブスプール62は、他側の中立ばね64，63のばね力に抗して右又は左方向に移動せしめられ、バルブスプール62の外周の送油溝67，68と、夫々の両側の給油溝65及び排油溝66，66との間の絞り部の絞り面積が変化する。

図４は、油圧制御弁６の動作説明図であり、図４（ａ）には、ソレノイドＳ_R の励磁によりバルブスプール62が左向きに移動した状態が、図４（ｂ）は、ソレノイドＳ_L の励磁によりバルブスプール62が右向きに移動した状態が夫々示されている。

バルブスプール62が移動した場合、前述の如く、送油溝67，68の両側の絞り部の絞り面積が変化する。この面積変化は、左右の送油溝67，68において互いに逆向きに生じ、図４（ａ）に示す如くバルブスプール62が左向きに移動した場合、左の送油溝67においては、給油溝65との間の絞り面積が減少し、排油溝66との間の絞り面積が増大する一方、右の送油溝68においては、給油溝65との間の絞り面積が増大し、排油溝66との間の絞り面積が減少する。逆に図４（ｂ）に示す如くバルブスプール62が右向きに移動した場合、左の送油溝67においては、給油溝65との間の絞り面積が増大し、排油溝66との間の絞り面積が減少する一方、右側の送油溝68においては、給油溝65との間の絞り面積が減少し、排油溝66との間の絞り面積が増大する。

図２に示す如く、バルブスプール62が中立位置にある場合、電動ポンプ７から給油溝65に供給される圧油は、左右両側の絞り部を経て左右の送油溝67，68に分配され、更にこれらの送油溝67，68の他側の絞り部を経て排油溝66，66に導入される。このとき、圧油が通過する左右の絞り部の絞り面積は等しいから、左右両側への圧油の分配は均等になされ、左右の送油溝67，68、及びこれらに連通されたパワーシリンダ５の左右の油室5L，5R間に圧力差は生じず、パワーシリンダ５は何らの力も発生しない。

バルブスプール62が左向きに移動して図４（ａ）の位置にある場合、給油溝65に供給される圧油は、絞り面積を増した絞り部を経て右側の送油溝68に主として導入されるようになる。このとき、右側の送油溝68及び該送油溝68に連通された右側の油室5R内の圧力が増し、左側の油室5Lとの間に圧力差が生じる結果、パワーシリンダ５は、この圧力差に応じた油圧力を発生し、ラック軸１には、図中に矢符にて示す如く左向きの操舵補助力が加えられる。

一方バルブスプール62が右向きに移動して図４（ｂ）の位置にある場合、給油溝65に供給される圧油は、絞り面積を増した絞り部を経て左側の送油溝67に主として導入される結果、該送油溝67に連通された左側の油室5L内の圧力が増し、パワーシリンダ５は、図中に矢符にて示す如く右向きの操舵補助力を発生し、この操舵補助力がラック軸１に加えられる。

なお、以上の如きパワーシリンダ５の動作により他方の油室5L又は5Rから作動油が押し出されるが、この作動油は、夫々に連通された送油溝67又は68内に還流し、夫々の一側にて絞り面積を増した絞り部を経て排油室66，66に流入し、これらに連通された油タンクＴに排出される。

このようにパワーシリンダ５が発生する操舵補助力の方向は、バルブスプール62の移動方向に対応し、また操舵補助力の大きさは、バルブスプール62に移動に応じて前述の如く生じる絞り部の絞り面積の増減程度に対応する。バルブスプール62は、左右のソレノイドＳ_L ，Ｓ_R の励磁に応じて移動するから、これらのソレノイドＳ_L ，Ｓ_R の励磁電流の制御によりパワーシリンダ５が発生する操舵補助力の方向及び大きさを制御することができる。

図１に示す如く、油圧制御弁６の左右のソレノイドＳ_L ，Ｓ_R は、アシスト制御部９から夫々に与えられる制御指令に応じて励磁されるように構成されている。アシスト制御部９には、トルクセンサ８による操舵トルクの検出値が与えられ、また車両の各部に配した走行状態センサ90から、走行速度、操舵角度等、操舵に影響を与える各種の走行状態の検出結果が与えられている。

アシスト制御部９には、操舵補助力と操舵トルクとの対応関係が、例えば、制御マップの形態を有して記憶させてあり、アシスト制御部９は、トルクセンサ８から与えられる操舵トルクの検出値を前記制御マップに適用して必要な操舵補助力の方向及び大きさを逐次求め、この操舵補助力を発生すべくソレノイドＳ_L ，Ｓ_R に制御指令を発する制御動作をなす。走行状態センサ90から与えられる走行状態の検出結果は、前述の如く求められる操舵補助力の補正に使用される。この補正は、例えば、低速走行時には操舵補助力を増し、より軽快な操舵を実現する一方、高速走行時には操舵補助力を減じ、中立剛性を高めるべく行われる。

以上の操舵制御部９の動作により油圧制御弁６のバルブスプール62が前述の如く移動せしめられ、この移動に応じてパワーシリンダ５が発生する油圧力がラック軸１に加えられて操舵が補助される。このように本発明に係るパワーステアリング装置においては、ラック軸１の中途に構成されたパワーシリンダ５が操舵補助力の発生源となるから、コンパクトな構成により十分な操舵補助力が得られ、またパワーシリンダ５の作動油が、ソレノイド弁として構成された油圧制御弁６により給排制御されるから、操舵トルク及び走行状態の検出結果に基づく補助力特性の変更制御に柔軟に対応することができる。

また、作動油を給排する油圧制御弁６が、シリンダハウジング50の一部に一体に付設されたバルブハウジング60にパワーシリンダ５の左右の油室5L，5Rと連通して設けられた弁室61内にバルブスプール62を配して構成されているから、油圧制御弁６とパワーシリンダ５とを連絡する油圧配管が不要であり、操舵機構の周辺に大なるスペースを必要とせずにコンパクトに構成することができる。

更に以上の実施の形態においては、ラックハウジング10の一部をなすシリンダハウジング50に、作動油の発生源となる電動ポンプ７を外付け固定してあるから、この電動ポンプ７と油圧制御弁６との間の油圧配管も不要となり、一層のコンパクト化を達成することができる。なお電動ポンプ７は、図示の如く大嵩となるから、ラックハウジング10の周辺の余剰スペースが限られている場合には、別体に設けることも可能であり、この場合においても、パワーシリンダ５と油圧制御弁６との前述した一体化によるスペース削減効果が得られることは言うまでもない。

図５は、本発明の他の実施の形態に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す図である。この実施の形態において操舵補助用のパワーシリンダ５は、ラック軸１を支持するラックハウジング10と別体に構成されている。このパワーシリンダ５は、一側（先端側）に突出する出力ロッド54を備えており、この出力ロッド54の先端をラック軸１と一側のタイロッド11とを連絡する玉継手14に連結し、ラックハウジング10のピニオンハウジング20との連設部近傍に外向きに突設された固定ブラケット13に基部を連結して、図示の如く、ラックハウジング１の外側に軸長方向を沿わせて外付け固定されている。

パワーシリンダ５のシリンダハウジング50の外側には、軸長方向の適長に亘ってバルブハウジング60が付設されており、このバルブハウジング60に隣接する周方向位置に一体に付設されたポンプブラケット70に電動ポンプ７が、駆動用のモータ71と共に固定されている。他の部分の構成は、バルブハウジング60の内部の油圧制御弁６の構成を含めて、図１に示す第１の実施の形態と同一であり、対応する構成部材に図１と同一の参照符号を付して構成及び動作の説明を省略する。

この実施の形態においては、第１の実施の形態と全く同様の効果が得られる上、油圧制御弁６及び電動ポンプ７を一体に付設してなるパワーシリンダ５をラックハウジング１に外付けすることによりパワーステアリング装置を構成することができる。なおこの実施の形態においても、電動ポンプ７を別体に設けることが可能であることは言うまでもない。

本発明に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す図である。 パワーシリンダ及び油圧制御弁の構成部分を略示する縦断面図である。 図１の III−III 線による横断面図である。 油圧制御弁の動作説明図である。 本発明の他の実施の形態に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

１ ラック軸（操舵軸）、５ パワーシリンダ、5L，5R 油室、６ 油圧制御弁、
７ 電動ポンプ、８ トルクセンサ、10 ラックハウジング（操舵軸のハウジング）、
30 ステアリングホイール（操舵部材）、50 シリンダハウジング（パワーシリンダのハウジング）、61 弁室、62 バルブスプール

Claims (3)

1. 操舵部材に加えられる操舵トルクを操舵の方向と共に検出するトルクセンサと、操舵機構中の操舵軸に操舵補助力を加えるパワーシリンダと、前記トルクセンサの検出トルクに基づいて動作し、前記パワーシリンダの作動油を給排制御する油圧制御弁とを備えるパワーステアリング装置において、
   前記油圧制御弁は、前記パワーシリンダのハウジングの一部に付設され、該パワーシリンダの両油室と連通して設けられた弁室と、該弁室内にて軸長方向に移動するバルブスプールとを備えて構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記パワーシリンダのハウジングに外付け固定され、前記作動油を発生する電動ポンプを備える請求項１記載のパワーステアリング装置。
3. 前記パワーシリンダは、前記操舵軸のハウジングに外付け固定してある請求項１又は請求項２記載のパワーステアリング装置。

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