JP2004306712A

JP2004306712A - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2004306712A
Application number: JP2003101045A
Authority: JP
Inventors: Mizuo Otaki; 瑞生大滝; Masakazu Kurata; 昌和倉田
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Also published as: US20040195037A1; DE102004016428A1; KR20040086839A; CN1535878A; US7044262B2; KR100599363B1; CN1307073C

Abstract

【課題】油圧回路への作動油の充填とエアー抜きの作業能率の向上と、コストの低廉化を図れるパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操作力に応じてギアポンプ１０から各連通路８，９を介して油圧パワーシリンダ２の各油圧室２ａ、２ｂに選択的に給排される油圧により操舵アシスト力を付与する。前記両油圧室間を連通させるバイパス通路１１に常開型の電磁弁４を設け、装置の組立時に、リザーバタンク１５内の作動油を、常時開状態にある電磁弁４から注入して油圧回路３内を循環させ、該作動油の循環作用によって油圧回路内のエアーを電磁弁から外部に排出するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車のステアリングなどの操舵機構から出力された操舵トルクに応じて油圧パワーシリンダを作動させることにより、操舵力や操舵アシスト力を付与するパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来のパワーステアリング装置としては、本出願人が先に出願した例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。
【０００３】
このパワーステアリング装置は、ステアリングホィールに取付られた操舵軸と、該操舵軸の下端部に連結した出力軸と、該出力軸の下端部に設けられたラック、ピニオンと、ラックに連繋された油圧パワーシリンダと、該油圧パワーシリンダの左右の第１、第２油圧室に第１連通路と第２連通路を介して作動油圧を相対的に供給する可逆式ポンプと、前記第１、第２連通路の間に接続されたバイパス通路に設けられて、該バイパス通路を開閉する電磁弁とを備えている。
【０００４】
そして、車両走行中において、ステアリングホィールにより通常の左右操舵を行なうと、この操舵トルクを検知した検知機構が制御回路を介して前記電磁弁に通路閉信号を出力すると共に、可逆式ポンプを正転あるいは逆転させていずれか一方の油圧室や連通路内の作動油を他方の油圧室及び連通路に相対的に供給するようになっている。
【０００５】
また、パワーステアリング装置の異常監視回路を備え、この異常監視回路によってパワーステアリング装置の故障が検出されたときは、前記電磁弁を開いてフェールセーフ機能を発揮させるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１４５０８７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来のパワーステアリング装置にあっては、油圧パワーシリンダの各油圧室に作動油圧を選択的に給排する油圧回路が閉回路になっているため、前記油圧回路に作動油を最初に注入充填する際には、リザーバータンクから油圧回路内を真空ポンプによって、いわゆる真空引きを行い、前記可逆式ポンプとリザーバータンクとの間に設けられたチェック弁を介して作動油を油圧回路内に圧送している。また、油圧回路内に気泡などのエアーが混在してしまった際には、再度リザーバータンクから真空引きを行い、残留エアーを除去している。
【０００８】
しかしながら、前記真空引きにおいては油圧回路が閉回路になっているために、前記可逆式ポンプの漏れ隙間からのみ真空引きとなってしまい真空引きに多くの時間を費やしてしまう。
【０００９】
また、作動油の充填が不十分になる場合が多く発生し、真空引きを繰り返し行わなければならない。
【００１０】
この結果、かかるエアー抜き作業が煩雑になり、作動油の充填作業能率の低下を招いてと共に、コストの高騰が余儀なくされている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来のパワーステアリング装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、とりわけ、油圧パワーシリンダの両油圧室間を連通させるバイパス通路を、前記可逆式ポンプと並列に設けると共に、該バイパス通路に常開型の開閉弁を設け、前記可逆式ポンプを介して前記各油圧室に選択的に作動油を給排する油圧回路に対し、前記開状態にある開閉弁側から作動油を注入して充填することを特徴としている。
【００１２】
したがって、この発明によれば、パワーステアリング装置の組立時において、油圧回路に作動油を充填するには、車両のイグニッションスイッチがオフの状態時に、従来と同様に、リザーバータンクから真空引きを行う。そして、リザーバータンクと油圧回路が連通されており、前記可逆式ポンプが真空引き及び作動油の圧送の妨げにならず、油圧回路の真空引き及び作動油の圧送が容易かつ確実に行え、作動油の供給充填作業が極めて簡単になる。したがって、該作業効率の向上とコストの低減化が図れる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、とりわけ、油圧パワーシリンダの両油圧室間を連通させるバイパス通路を前記可逆式ポンプと並列に設けると共に、該バイパス通路に常開型の開閉弁を設け、かつ、前記バイパス通路の前記開閉弁を挟んだ両側に、前記連通路からバイパス通路を介して前記開閉弁方向へのみ油圧の流入を許容するチェック弁を設け、前記可逆式ポンプを介して前記各油圧室に選択的に作動油を給排する油圧回路に対し、前記可逆式ポンプ側から作動油を注入して充填することを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、作動油の充填作業に真空引きを必要としない。すなわち、作動油を充填するには、リザーバータンクに作動油を規定量注ぎ、車両のイグニッションスイッチがオフの状態時に、ステアリングホイールを左右方向への最大回転操作を数回繰り返すことにより、作動油の充填が行える。ステアリングホイールを転舵することにより油圧シリンダは一方が加圧され、この加圧によりシリンダ内のエアーはリザーバータンクに排出される。また、一方のシリンダは負圧になって、リザーバータンクから作動油を吸入する。
【００１５】
この結果、請求項１に記載の発明と同じく、作動油の充填作業能率が向上するとと共に、コストの低減化が図れる。
【００１６】
特にこの発明では、バイパス通路に流入した作動油やエアーは各チェック弁によって逆流が阻止されて、そのまま開閉弁から外部に排出されるので、エアーの排出効率が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるパワーステアリング装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１及び図２は請求項１に対応する発明の実施の形態におけるパワーステアリング装置の概略を示し、操舵入力手段であるステアリングホィールＳＷと、該ステアリングホイールＳＷが連結された操舵軸の下端部の出力軸に設けられたラックＲ及びピニオンＰと、出力軸の下端側に設けられてステアリングホィールの操舵回転トルクや左右前輪からの路面入力を検出するトルクセンサＴと、前記ステアリングホイールＳＷに連係した操作軸１と、前記ラックＲに連繋された油圧パワーシリンダ２と、該油圧パワーシリンダ２に作動油圧を給排する油圧回路３と、該油圧回路３に有する後述のギアポンプ１０を駆動する駆動源である電動モータＭ及び後述する開閉弁である電磁弁４を制御する制御機構であるコントロールユニット５とから主として構成されている。
【００１９】
なお、前記コントロールユニット５は、トルクセンサ信号処理回路と、電動モータ制御演算回路と、電動モータ駆動回路と、異常監視回路及び電磁弁駆動回路が組み込まれている。
【００２０】
前記油圧パワーシリンダ２は、車体幅方向に延設された筒状シリンダ部内を前記ラックＲに連繋したピストンロッド６が貫通していると共に、該ピストンロッド６に筒状シリンダ部内を摺動するピストン７が固定されている。また、筒状シリンダ部内には、ピストン７によって左右の第１油圧室２ａと第２油圧室２ｂが隔成されている。
【００２１】
前記油圧回路４は、各一端部が前記各油圧室２ａ、２ｂに接続された一対の第１、第２連通路８，９と、該両連通路８，９の他端部に接続された正逆回転可能な１つの可逆式ポンプであるギアポンプ１０と、前記第１、第２連通路８，９の途中にそれぞれ接続されたバイパス通路１１と、該バイパス通路１１の途中に設けられた前記電磁弁４とを備えている。
【００２２】
そして、前記トルクセンサＴＳからの信号に基づき前記コントロールユニット５内の前記電動モータ制御演算回路と電動モータ駆動回路による電動モータＭの正逆回転駆動によって、前記ギアポンプ１０の駆動制御が行われ、これによって油圧パワーシリンダ２の各油圧室２ａ、２ｂに供給される油圧が制御されて、ステアリングホイールＳＷによる操舵力及び操舵方向に応じて操舵アシスト制御が行われるようになっている。
【００２３】
前記ギアポンプ１０は、正回転時及び逆回転時にそれぞれ発生する加圧油を吐出する一対の吐出口１０ａ、１０ｂを備えており、この吐出口１０ａ、１０ｂがそれぞれ第１、第２連通路８，９を介して油圧パワーシリンダ２の各油圧室２ａ、２ｂに接続されている。一方、ギアポンプ１０の吸入口１０ｃには、吸入側通路１２を介してリザーバタンクＴに接続されている。
【００２４】
また、前記第１、第２連通路８，９とリザーバタンクＴとの間が油補給路１３ａ、１３ｂにより接続され、両油圧補給路１３ａ、１３ｂにはリザーバタンクＴから第１、第２連通路８，９方向への作動油の流入のみを可能とする逆止弁１４、１４が介装されている。
【００２５】
さらに、バイパス通路１１は、前記第１、第２連通路８，９との間にギアポンプ１０と並列状態に設けられている一方、前記電磁弁４は、常開型であって、前記コントロールユニット５の異常監視回路及び電磁弁駆動回路によって通電（オン信号）で閉制御（図２参照）、非通電（オフ信号）で開制御（図１参照）されるようになっている。
【００２６】
また、前記電磁弁１２には、作動油を油圧回路３内に供給して充填するリザーバタンク１５が接続されている。すなわち、このリザーバタンク１５は、少なくとも各補給路１３ａ、１３ｂやギアポンプ１０、各連通路８，９、バイパス通路１１及び各油圧室２ａ、２ｂに至る通路内に充填させる量の作動油が貯留されており、この貯留された作動油は所定の加圧手段によって電磁弁４のスプール弁で開閉される注入通路を介して油圧回路３内に注入充填されるようになっている。
【００２７】
以下、コントロールユニット５による制御作動を図３のフローチャートによって説明する。
【００２８】
まず、ステップ１では、トルクセンサＴＳからの操舵力信号を読み込んだ後、ステップ２に進む。このステップ２では、操舵力が所定のしきい値Ａ以上であるか否かを判定することにより操舵操作状態であるか否かを判定する。ここで、ＮＯつまり、直進状態であると判定した場合は、ステップ１に戻って、電動モータＭを停止状態に維持する。またＹＥＳ、つまり操舵力が上昇して操舵状態であると判定した場合は、ステップ３〜７に進む。
【００２９】
ステップ３では、電磁弁４にオン信号を出力してバイパス通路１１を閉じるように制御する。ステップ４では、電動モータ回転指令目標電流の演算を行い、ステップ５では、指令電圧の演算を行い、さらにステップ６では、電動モータＭに流れる電流値及び電動モータＭにかかる電圧値（またはステップ５で演算された指令電圧値）を読み込む、ステップ７では、次式により電動モータＭの回転数Ｎ（ｒｐｍ）を演算する。
【００３０】
Ｎ＝（Ｖ−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）−ＩＲ）／ｋｅ
Ｎ：電動モータＭの回転数Ｖ：電動モータＭに掛かる電圧値Ｌ：インダクタンス（Ｈ）Ｉ：電動モータＭに流れる電流値（Ａ）Ｒ：電動モータＭの巻線抵抗（Ω）ｋｅ：電動モータＭの逆起電圧定数（Ｖ／ｒｐｍ）
次に、ステップ８では、前記ステップ７で演算された電動モータＭの回転数が０であるか否かを判定することにより、パワーステアリング装置のうち電動モータＭ若しくはギアポンプ１０に異常（故障）が発生していると判定し、ステップ９に進む。ここでは、異常発生状態の誤検出防止のため、電動モータＭの回転数０の状態がｔ時間継続したか否かを判定し、ＹＥＳである場合、つまりｔ時間継続している場合は、ステップ１０に進んでパワーステアリング装置の異常判断を行い、続くステップ１１では、図１に示すように、電磁弁４に対して非通電（オフ信号）して開弁させることにより、両連通路８，９及びバイパス通路１１を介して油圧パワーシリンダ２の両油圧室２ａ、２ｂの相互間を連通状態とし、続いてステップ１２では、電動モータＭへの電源を遮断し、これで１回の制御フローを終了する。
【００３１】
また、前記ステップ８及びステップ９において、ＮＯと判定した場合、つまり電動モータＭの回転数が０ではない場合、あるいは電動モータＭの回転数が０である状態がｔ時間継続していないと判定した場合は、ステップ１３に進む。
【００３２】
このステップ１３では、操舵力が所定のしきい値Ｂと同じかそれ以上であるか否かを判定することにより、操舵力が低下しているか否かを判定する。ここで、ＮＯつまり、操作力がしきい値Ｂより大きいと判定した場合は、ステップ３に戻って、図２に示すように、電磁弁４の閉じ制御を行い、操舵アシストを受け、その後、前述と同じルーチンを繰り返す。
【００３３】
一方、ＹＥＳと判定した場合、つまり操舵力がしきい値Ｂ以下あるいは同じであると判定した場合は、ステップ１４に進み、このステップ１４では電磁弁４に非通電（オフ信号）して開弁制御して、バイパス通路１１を介して各油圧室２ａ、２ｂを連通させ、操舵フィーリングを良好なものとする。
【００３４】
すなわち、操舵感の良し悪しは、転舵輪の反力（復元力）を操舵輪に適度にフィードバックさせることが重要であるが（軽い反力に対して特に重要）、前記従来のパワーステアリング装置では、油圧パワーシリンダからの戻り油がギアポンプを循環する油圧回路であり、各油圧室内が昇圧され、転舵輪からの反力が操舵輪にフィードバックされず（ラックシールのフリクション大と同じ）、操舵感に違和感がある。
【００３５】
しかし、本実施形態では前述のように操舵力が不感帯域の近傍になった時点で、電磁弁４を開状態にすることに各油圧室２ａ、２ｂ内の作動油をバイパス通路１１を介してリザーバタンク１５に戻すようにした。これによって、転舵輪からの反力が操舵輪にフィードバックされて、良好な操舵感を得ることが可能になる。
【００３６】
また、この実施形態では、パワーステアリング装置の組立時において、油圧回路３に作動油を充填するには、車両のイグニッションスイッチがオフの状態時に、まず電磁弁４と連通するリザーバタンク１５内に貯留された作動油を所定の加圧手段によって電磁弁４の注入通路を介してバイパス通路１１に注入する。
【００３７】
したがって、作動油は、そのままバイパス通路１１内で分流して各連通路８，９を通って油圧パワーシリンダ２の各油圧室２ａ、２ｂに供給されると共に、前記各連通路８，９を介してギアポンプ１０内などに供給され、さらに電磁弁４側に循環して一部がリザーバタンク１５内に還流する。これによって、作動油が油圧回路３全体に充填される。同時に油圧回路３内のエアーが作動油に押し出されながら電磁弁４側に戻され、開状態にある該電磁弁４を通って外部に排出される。
【００３８】
このため、特別なエアー抜き作業が不要になることから、作動油の充填作業が極めて簡単になり、該作業能率の向上とコストの低減化が図れる。
【００３９】
図４は請求項２に記載の発明に対応する実施形態であって、基本構成は先の実施形態と同様であるが、この実施形態では前記バイパス通路１１の電磁弁４を挟んだ両側に、各連通路８，９からバイパス通路１１を介して電磁弁４方向へのみ油圧の流入を許容するチェック弁１６，１７を設け、パワーステアリング装置の組立時において、油圧回路３に対する作動油の充填は、前記電磁弁４からではなく、ギアポンプ１０の吸入通路１２側から所定の加圧手段を介して作動油を注入充填するようになっている。
【００４０】
また、リザーバタンク１５は、先の実施形態のように予め作動油を貯留しているのではなく、後述する排出された作動油を戻す機能を有している。
【００４１】
そして、パワーステアリング装置の組立時には、油圧回路３への初期の作動油の注入は加圧手段によりギアポンプ１０の吸入側通路１２から行う。該ギアポンプ１０の内部に注入された作動油は、各連通路８，９から油圧パワーシリンダ２の各油圧室内２ａ、２ｂに供給充填されると共に、バイパス通路１１内に流入して各チェック弁１６，１７を押し開いて、開状態にある電磁弁４に流入し、ここからリザーバタンク１５内に一部が排出される。
【００４２】
これによって、油圧回路３の全体に作動油が行き渡って充填されることになる。また、作動油の供給と同時に、油圧回路３内のエアーは作動油に押し出されてバイパス通路１１から各チェック弁１６，１７を介して常開型の電磁弁４から外部に排出される。
【００４３】
この結果、先の実施形態と同じく、作動油の供給、充填作業能率が向上するとと共に、コストの低減化が図れる。
【００４４】
特に、バイパス通路１１に流入した作動油やエアーは各チェック弁１６，１７によって逆流が阻止されて、そのまま電磁弁４から外部に排出されるので、エアーの排出効率が向上する。
【００４５】
また、パワーステアリング装置の作動時において、ギアポンプ１０が、例えば正回転から逆回転に切り換えられた際に、一方側の油圧室２ａと連通路９の圧力が高くなる一方、他方側の油圧室２ｂの油圧が連通路８を介してギアポンプ１０に吸引されて低くなるが、このとき、連通路８側の作動油の一部が他方側のチェック弁１６を押し開いて電磁弁４からリザーバタンク１５内に戻される。
【００４６】
このため、他方側の油圧室２ｂ及び連通路８内の残圧の発生が防止される。この結果、一方側油圧室２ａの油圧の立ち上がりが良好になり、操舵アシスト力の応答性が向上する。
【００４７】
なお、ギアポンプ１０の回転が逆になった場合も、今度は一方側のチェック弁１７を介して残圧の発生を十分に防止できるので、前述と同じ効果を得ることができる。
【００４８】
また、前記各実施形態では、前述のように、操舵力が所定以上に大きくなってギアポンプ１０が作動する際には、電磁弁４に通電（オン信号）されてバイパス通路１１の連通が遮断されることから、各連通路８，９と各油圧室２ａ、２ｂは互いに独立した油圧回路になる。このため、各油圧室２ａ、２ｂへの選択的な油圧の給排作用が良好になる。
【００４９】
なお、非操舵時や操舵時などにおいてパワーステアリング装置が故障している時などの作用効果については、前記従来技術と同様であるから、具体的な説明を省略する。
【００５０】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、可逆式ポンプをギアポンプに変えて他のポンプに変更することも可能であり、また、開閉弁も電磁弁に限定される物ではない。
【００５１】
さらに、油圧回路３の構成も車両の仕様などに応じて適宜変更することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載した発明に対応した一実施の形態における電磁弁の開弁状態を示すパワーステアリング装置の概略図である。
【図２】本実施形態における電磁弁の閉弁状態を示すパワーステアリング装置の概略図である。
【図３】本実施形態におけるコントロールユニットの制御フローチャート図である。
【図４】請求項２に記載した発明に対応した一実施の形態におけるパワーステアリング装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…操舵軸
２…油圧パワーシリンダ
２ａ、２ｂ…油圧室
３…油圧回路
４…電磁弁（開閉弁）
５…コントロールユニット（制御機構）
８・９…連通路
１０…ギアポンプ
１０ａ、１０ｂ…吐出口
１１…バイパス通路
１５…リザーバタンク
１６，１７…チェック弁
Ｍ…電動モータ（駆動源）

Claims

操舵機構に連係された操舵軸と、
前記操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
該油圧パワーシリンダの両油圧室に対して連通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
該可逆式ポンプを駆動する駆動源と、
前記操舵軸の操舵状態に基づき前記駆動源に駆動信号を出力する制御機構とを備えたパワーステアリング装置において、
前記油圧パワーシリンダの両油圧室間を連通させるバイパス通路を、前記可逆式ポンプと並列に設けると共に、該バイパス通路に常開型の開閉弁を設け、前記可逆式ポンプを介して前記各油圧室に選択的に作動油を給排する油圧回路に対し、前記開状態にある開閉弁側から作動油を注入して充填することを特徴とするパワーステアリング装置。
操舵機構に連係された操舵軸と、
前記操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
該油圧パワーシリンダの両油圧室に対して連通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
該可逆式ポンプを駆動する駆動源と、
前記操舵軸の操舵状態に基づき前記駆動源に駆動信号を出力する制御機構とを備えたパワーステアリング装置において、
前記油圧パワーシリンダの両油圧室間を連通させるバイパス通路を前記可逆式ポンプと並列に設けると共に、該バイパス通路に常開型の開閉弁を設け、かつ、前記バイパス通路の前記開閉弁を挟んだ両側に、前記連通路からバイパス通路を介して前記開閉弁方向へのみ油圧の流入を許容するチェック弁を設け、前記可逆式ポンプを介して前記各油圧室に選択的に作動油を給排する油圧回路に対し、前記可逆式ポンプ側から作動油を注入して充填したことを特徴とするパワーステアリング装置。