JP2004155418A - 車速感応型パワーステアリングシステム - Google Patents

車速感応型パワーステアリングシステム Download PDF

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Abstract

【課題】車速に応じた適切な補助力の形成によって運転者が容易かつ安全に操向操作を遂行するようにした車速感応型パワーステアリングシステムを提供する。
【解決手段】上記のような目的を達成するための本発明は、コントロールバルブのバルブスリーブとバルブスプールとの間に設けられて提供される圧力によって前記バルブスリーブに対するバルブスプールの相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と；パワーステアリングポンプから提供されるオイルの流量を制御して前記連結手段に提供するソレノイドバルブと；車速に応じて前記ソレノイドバルブを制御するコントローラと；前記連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバにリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブと；を含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は車両のパワーステアリングシステムに関し、より詳しくは、油圧を利用し、車速に応じて操舵力が可変されるようにする車速感応型パワーステアリングシステムに関する技術である。
車両のパワーステアリング装置は運転者の操舵力を補助する装置であり、車両が低速で運転される間は比較的大きい補助力を発生して運転者が少ない操舵力で手軽に車両の走行方向を調節することができ、車両が高速で運転される間は比較的少ない補助力を発生させて急激な操向を防止して安定した走行状態を確保できるようにすることが非常に重要である。
特開２００２−３６２３９８号公報
本発明の目的は、比較的低い車速では運転者が容易に操向ができるように比較的大きい補助力を発生させるようにし、比較的高速の車速では操向操作の安定性を確保するために比較的少ない補助力を発生させて、車速に応じた適切な補助力の形成によって運転者が容易かつ安全に操向操作を遂行するようにした車速感応型パワーステアリングシステムを提供することにある。
上記のような目的を達成するための本発明は、コントロールバルブのバルブスリーブとバルブスプールとの間に設けられて提供される圧力によって前記バルブスリーブに対するバルブスプールの相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と；パワーステアリングポンプから提供されるオイルの流量を制御して前記連結手段に提供するソレノイドバルブと；車速に応じて前記ソレノイドバルブを制御するコントローラと；前記連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバにリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブと；を含んで構成されることを特徴とする。
本発明により、比較的低い車速では運転者が容易に操向をできるように比較的大きい補助力を発生させるようにし、比較的高速の車速では操向操作の安定性を確保するために比較的少ない補助力を発生させることで、車速に応じた適切な補助力が形成され、運転者が容易かつ安全に操向操作できる。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図によって詳述する。
図１は本発明による車速感応型パワーステアリングシステムを示したものである。運転者の操舵力を入力してラック（図示なし）を直線移動させることによりラックに連結されたタイロッドを移動させて操向がなされるようにするパワーステアリングギヤ１と、オイルリザーバ３からオイルをポンピングしてパワーステアリングギヤ１に提供するパワーステアリングポンプ５と、パワーステアリングギヤ１のコントロールバルブ７の作動によって提供された油圧でラックの直線移動を助けるパワーシリンダ９などが備えられている。
パワーステアリングギヤ１は一端に運転者のステアリングホイール回転力を伝達するトーションバー１１と、トーションバー１１の他端に連結されて回転することによってラックを直線移動させるように設けられたピニオン１３と、トーションバー１１の一端と一体に連結されたバルブスプール１５及びピニオン１３と一体に連結されたバルブスリーブ１７からなるコントロールバルブ７と、コントロールバルブ７に出入りする流路を備えてコントロールバルブ７及びピニオン１３を回動可能な状態に支持するギヤボディ１９などを備えている。
さらに、パワーステアリングギヤ１は図２と図３に示すように、コントロールバルブ７のバルブスリーブ１７とバルブスプール１５との間に設けられて提供される圧力によってバルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と；パワーステアリングポンプ５から提供されるオイルの流量を制御して連結手段に提供するソレノイドバルブ２１と；車速に応じてソレノイドバルブ２１を制御するコントローラ２３と；連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバ３にリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブ２５とを含んで構成されている。
本実施例における連結手段は、バルブスリーブ１７に一体に連結されたエクステンションリング２７と；バルブスプール１５の外周にバルブスプール１５に対する相対回転が制限され、バルブスプール１５に対する軸方向直線運動が可能なように設けられたリアクションリング２９と；リアクションリング２９をエクステンションリング２７の側面に圧着するように設けられたスプリング３１及びスプリングシート３３と；エクステンションリング２７とリアクションリング２９との間に互いに向き合うように形成されてエクステンションリング２７に対するリアクションリング２９の相対回転が制御されるように形成された制御溝３５と；制御溝３５に挿入された制御ボール３７と；スプリング３１及びスプリングシート３３を間に置いてリアクションリング２９のスプリング３１を向く面と互いに向き合うように設けられ、提供される油圧によってリアクションリング２９に作用する圧力を形成するリアクションチャンバ３９をなすバルブキャップ４１を含んで構成される。
リアクションチャンバ３９はギヤボディ１９とリアクションリング２９及びバルブキャップ４１によって形成される空間であって、その内部にスプリング３１及びスプリングシート３３が位置し、ソレノイドバルブ２１から提供されるオイルが供給される供給油路４３及びカットオフバルブ２５と連通するように形成された排出油路４５が連結されている。
スプリングシート３３は図３に示されたようにバルブスプール１５の外周に差し込まれた円形プレートから構成される。
リアクションリング２９とバルブスプール１５との連結状態を見ると、リアクションリング２９の内周面にバルブスプール１５の軸方向に形成された係止溝４７と、係止溝４７に対応するようにバルブスプール１５の外周面にバルブスプール１５の軸方向に形成された固定溝４９と、係止溝４７と固定溝４９との間に挿入された固定ボール５１によって、リアクションリング２９のバルブスプール１５に対する相対回転は制限され、バルブスプール１５に対する軸方向直線運動は可能なようになっている。
カットオフバルブ２５はリアクションチャンバ３９に連通するように形成された小径流入口５３と大径流入口５５及びオイルリザーバ３と連通するように形成された流出口５７を備えたカットオフボディ５９と、大径流入口５５に作用する圧力の大きさが上昇することによって小径流入口５３と流出口５７とを連通させた状態を大径流入口５５と流出口５７とを連通させる状態に転換させるように設けられたカットオフスプール６１及びカットオフスプリング６３とを含んで構成される。
流出口５７と小径流入口５３及び大径流入口５５はカットオフボディ５９に一列にその順番で形成され；カットオフスプール６１は小径流入口５３を流出口５７と常時連通するようにする最大直径を有し、小径流入口５３側から大径流入口５５側方向に最大直径が小くなる形状に形成された円錐状ランド６５を備え；カットオフボディ５９の小径流入口５３と大径流入口５５との間の内部は円錐状ランド６５が移動することによって小径流入口５３と大径流入口５５とが連通される状態が調節されるように調節端部６７を備えている。
カットオフスプリング６３は円錐状ランド６５部を調節端部６７側に押す弾性力を発揮するように設けられている。
コントローラ２３は電子制御ユニットとして車速センサ６９によって現在の車速を持続的に入力されて、入力された車速信号に応じてソレノイドバルブ２１に提供しなければならない電流値が図７のように記憶されている。
ソレノイドバルブ２１は図７から分かるように、車両の停止状態では１アンペアの電源が供給され、車速が増すに従って１アンペアより小さな電流が供給されながら、リアクションチャンバ３９に提供される流量を０から徐々に増加させるようになっている。
次に本発明の作用について説明する。
停車時には、ソレノイドバルブ２１はパワーステアリングポンプ５から提供されたオイルをリアクションチャンバ３９に送らない。
従って、リアクションチャンバ３９には油圧が形成されず、この状態では一般的な油圧式パワーステアリングシステムのように、運転者の操舵力がトーションバー１１の一端を通じて提供されれば、トーションバー１１はねじれながらバルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対回転を起こし、これによってパワーステアリングポンプ５から供給されたオイルがパワーシリンダ９に提供されて運転者の操舵力を補助する補助力が発生するようになる。
この時、バルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対回転が起きるには、バルブスプール１５に対して回転が制限されるように設けられたリアクションリング２９の制御溝３５から制御ボール３７が抜け出なければならない。リアクションリング２９の制御溝３５から制御ボール３７が抜け出すためにはリアクションリング２９はスプリング３１を圧縮させながらバルブスプール１５の軸方向に移動しなければならないため、バルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対回転を抑制する力はリアクションリング２９がスプリング３１を圧縮させながら制御溝３５から制御ボール３７が抜け出そうとする力とトーションバー１１のねじれ弾性力との和となる。
もちろん、この力は運転者の操舵力によって克服されるものであり、停車時であるため非常に少なく設定するようにして、運転者が少ない操舵力を提供してもバルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対回転が容易に成り立ち、必要とする補助力を容易に生成できるようにする。
車両の低速走行時には図７に示すようにコントローラ２３はソレノイドバルブ２１に１アンペアより小さな電流を提供するが、もちろんこの時の電流は相対的に比較される高速での電流よりは大きい電流である。
従って、ソレノイドバルブ２１は停止状態よりは多くて高速状態よりは少ない量のオイルをリアクションチャンバ３９に供給するようになる。
リアクションチャンバ３９に供給されたオイルはリアクションチャンバ３９に油圧を形成し、この油圧は排出油路４５に連結されたカットオフバルブ２５によって制御されるが、カットオフバルブ２５は、所定の油圧（例えば、５ｂａｒ）以下では小径流入口５３を通じてオイルが流入して流出口５７を通じてオイルリザーバ３にリターンするようにし、所定の油圧以上になれば、カットオフスプール６１がカットオフスプリング６３を圧縮させながら移動してリアクションチャンバ３９のオイルが大径流入口５５を通じて流入して流出口５７を通じてオイルリザーバ３にリターンされるようにする。
上記のようにリアクションチャンバ３９に油圧が形成された状態で運転者が提供する操舵力がトーションバー１１の一端に供給されれば、トーションバー１１の一端に一体に連結されたバルブスプール１５はピニオン１３と一体に連結されたバルブスリーブ１７に対して相対回転をし、パワーステアリングポンプ５から提供された油圧によってパワーシリンダ９が作動するようにする。
この時、バルブスプール１５がバルブスリーブ１７に対して相対回転をするためには、上記のようにバルブスプール１５に対して回転が制限されるように設けられたリアクションリング２９の制御溝３５から制御ボール３７が抜け出なければならない。リアクションリング２９の制御溝３５から制御ボール３７が抜け出すためにはリアクションリング２９はリアクションチャンバ３９の油圧を勝ってスプリング３１を圧縮させながらバルブスプール１５の軸方向に移動しなければならない。バルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対回転を抑制する力はリアクションチャンバ３９の油圧と、リアクションリング２９がスプリング３１を圧縮させながら制御溝３５から制御ボール３７が抜け出るようにする力及びトーションバー１１のねじれ弾性力の和となる。
即ち、停車時に比べてリアクションチャンバ３９に形成された油圧を克服するだけの力がさらに運転者の操舵力として提供されてこそバルブスプール１５がバルブスリーブ１７に対して相対回転してパワーシリンダ９による補助力が発生するようになる。
従って、停車時よりはさらに強い力によってステアリングホイールを回転させることによって、希望する操向がなされるようになる。
車両の高速走行時には図７を見れば、ソレノイドバルブ２１には低速走行時よりさらに少ない電流が供給される。従って、ソレノイドバルブ２１はパワーステアリングポンプ５からのオイルがリアクションチャンバ３９に供給される流量をさらに大きくする。
リアクションチャンバ３９には低速走行時より相対的にさらに大きい油圧が形成され、このように形成された油圧はカットオフバルブ２５によって制御される。
上記のようにリアクションチャンバ３９に油圧が形成された状態で運転者が提供する操舵力がトーションバー１１の一端に供給されれば、トーションバー１１の一端に一体に連結されたバルブスプール１５はピニオン１３と一体に連結されたバルブスリーブ１７に対して相対回転をし、パワーステアリングポンプ５から提供された油圧によってパワーシリンダ９が作動する。
この時、バルブスプール１５がバルブスリーブ１７に対して相対回転をするためには、上記のようにバルブスプール１５に対して回転が制限されるように設けられたリアクションリング２９の制御溝３５から制御ボール３７が抜け出なければならない。リアクションリング２９の制御溝３５から制御ボール３７が抜け出すためにはリアクションリング２９はリアクションチャンバ３９の油圧に耐えてスプリング３１を圧縮させながらバルブスプール１５の軸方向に移動しなければならないため、バルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対回転を抑制する力は、リアクションチャンバ３９の油圧と、リアクションリング２９がスプリング３１を圧縮させながら制御溝３５から制御ボール３７が抜け出るようにする力及びトーションバー１１のねじれ弾性力の和となる。
スプリングの圧縮力とトーションバー１１のねじれ力は低速時も停車時の場合と同様で、リアクションチャンバ３９の油圧は相対的にさらに大きいため、運転者はそれ同等のさらに大きい力でステアリングホイールを操作することによってこそパワーシリンダ９による補助力が生成されるようになる。
即ち、コントローラ２３は車速にしたがってソレノイドバルブ２１を制御し、ソレノイドバルブ２１はリアクションチャンバ３９に提供される流量を制御し、リアクションチャンバ３９に形成される油圧はバルブスリーブ１７に対するバルブスプール１５の相対的な回動を可能にする回転力を可変させて、車速に応じて運転者の操舵力を補助するパワーシリンダ９の補助力を形成できるようにしたものである。
カットオフバルブ２５がリアクションチャンバ３９の油圧を制御する作用を見ると、所定の油圧（例えば５ｂａｒ）以下ではソレノイドバルブ２１を通じて供給されるオイルのうち一定量が小径流入口５３と流出口５７を通じてオイルリザーバ３にリターンされる状態を維持する。ソレノイドバルブ２１がオイルを提供しない停車状態になれば、リアクションチャンバ３９の油圧を解除できるようにし、所定の油圧以上になれば、大径流入口５５を通じてもリアクションチャンバ３９からのオイルが迅速に流出口５７を通じてオイルリザーバ３にリターンされるようにすることによって、リアクションチャンバ３９に行き過ぎた大きい油圧が形成されないようにする。
従って、ソレノイドバルブ２１が完全に開放されてリアクションチャンバ３９に最高の流量が供給される状態（車両が非常に早い高速走行中であるか、ソレノイドバルブ２１が故障した時）でもリアクションリング２９がスプリング３１を圧縮させながら移動することができて動力操向がなされる。
図８にはカットオフバルブ２５の小径流入口５３直径が変化することによって形成されるリアクションチャンバ３９の油圧によって運転者が操向するのに必要な操舵力（トルク）の関係をグラフに示す。直線区間の傾きが小さいほど小径流入口５３の直径が大きい場合を表わしており、直線区間から急激に圧力が増加する部分は大径流入口５５を通じてもリアクションチャンバ３９のオイルがドレインされる状態を意味する。
従って、小径流入口５３の直径に応じてパワーステアリングシステムの特性を変化させることができる。
本発明は全ての車両に適用できる可能性がある。
本発明による車速感応型パワーステアリングシステムのパワーステアリングギヤを示した図面である。 図１のピニオンとコントロールバルブ及び連結手段を示した図面である。 図２の断面図である。 ソレノイドバルブの作動状態を説明した図面である。 カットオフバルブの小径流入口を通じてリアクションチャンバのオイルがドレインされる状態を示した図面である。 カットオフバルブの大径流入口を通じてリアクションチャンバのオイルがドレインされる状態を示した図面である。 車速に応じてコントローラがソレノイドバルブに提供する電流値を示したグラフである。 カットオフスプリングとカットオフバルブの小径流入口直径が変化することによって形成されるリアクションチャンバの油圧に応じて運転者が操向するのに必要な操舵力の関係を示したグラフである。
符号の説明
１ パワーステアリングギヤ
３ オイルリザーバ
５ パワーステアリングポンプ
７ コントロールバルブ
９ パワーシリンダ
１１ トーションバー
１３ ピニオン
１５ バルブスプール
１７ バルブスリーブ
１９ ギヤボディ
２１ ソレノイドバルブ
２３ コントローラ
２５ カットオフバルブ
２７ エクステンションリング
２９ リアクションリング
３１ スプリング
３３ スプリングシート
３５ 制御溝
３７ 制御ボール
３９ リアクションチャンバ
４１ バルブキャップ
４３ 供給油路
４５ 排出油路
４７ 係止溝
４９ 固定溝
５１ 固定ボール
５３ 小径流入口
５５ 大径流入口
５７ 流出口
５９ カットオフボディ
６１ カットオフスプール
６３ カットオフスプリング
６５ 円錐状ランド
６７ 調節端部
６９ 車速センサ

Claims (6)

  1. コントロールバルブのバルブスリーブとバルブスプールとの間に設けられて提供される圧力によって前記バルブスリーブに対するバルブスプールの相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と；
    パワーステアリングポンプから提供されるオイルの流量を制御して前記連結手段に提供するソレノイドバルブと；
    車速に応じて前記ソレノイドバルブを制御するコントローラと；
    前記連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバにリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブと；
    を含んで構成されることを特徴とする車速感応型パワーステアリングシステム。
  2. 前記連結手段は、前記バルブスリーブに一体に連結されたエクステンションリングと；
    前記バルブスプールの外周にバルブスプールに対する相対回転が制限され、バルブスプールに対する軸方向直線運動は可能なように設けられたリアクションリングと；
    前記リアクションリングを前記エクステンションリングの側面に圧着するように設けられたスプリング及びスプリングシートと；
    前記エクステンションリングとリアクションリングとの間に互いに向き合うように形成されて前記エクステンションリングに対するリアクションリングの相対回転が制御されるように形成された制御溝と；
    前記制御溝に挿入された制御ボールと；
    前記スプリング及びスプリングシートを間に置いて、前記リアクションリングの前記スプリングに向かう面と互いに向き合うように設けられ、提供される油圧によって前記リアクションリングに作用する圧力を形成するリアクションチャンバをなすバルブキャップと；
    を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。
  3. 前記スプリングシートは前記バルブスプールの外周に差し込まれた円形プレートから構成されたことを特徴とする請求項２に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。
  4. 前記リアクションリングの内周面にバルブスプールの軸方向に形成された係止溝と；
    前記係止溝に対応するように前記バルブスプールの外周面にバルブスプールの軸方向に形成された固定溝と；
    前記係止溝と固定溝の間に挿入された固定ボールと；
    によって前記リアクションリングの前記バルブスプールに対する相対回転は制限され、バルブスプールに対する軸方向直線運動は可能になっていることを特徴とする請求項２に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。
  5. 前記カットオフバルブは、前記リアクションチャンバに連通するように形成された小径流入口及び大径流入口及び前記オイルリザーバと連通するように形成された流出口を備えたカットオフボディと；
    前記大径流入口に作用する圧力の大きさが上昇することによって前記小径流入口と流出口とを連通させた状態を大径流入口と前記流出口とを連通させる状態に転換させるように設けられたカットオフスプール及びカットオフスプリングと；
    を含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。
  6. 前記流出口と小径流入口及び大径流入口は前記カットオフボディに一列にその順番で形成され；
    前記カットオフスプールは前記小径流入口を流出口と常時連通するようにする最大直径を有し、前記小径流入口側から大径流入口側方向に前記最大直径が小さくなる形状で形成された円錐状ランドを備え；
    前記バルブボディの前記小径流入口と大径流入口との間の内部は前記円錐状ランドが移動することによって前記小径流入口と大径流入口とが連通される状態が調節されるように調節端部を備えたこと；
    を特徴とする請求項５に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。
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