JP2005247226A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の液密性を備えた切替弁を有するパワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 可逆式ポンプによって油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１及び第２通路を介して油圧を供給するパワーステアリング装置であって、前記第１通路と第２通路とを連通する連通路に設けられた切替弁を、ポペット弁によって構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動モータによりポンプを駆動し、操舵アシストするパワーステアリング装置に関する。

従来、特許文献１に記載のパワーステアリング装置が知られている。この装置では、可逆式ポンプに連結された一対の油路にパワーシリンダが接続されており、この可逆式ポンプからパワーシリンダのそれぞれの油圧室に作動油を送ることによってパワーシリンダを作動させ、操舵アシスト力を発生させている。このパワーステアリング装置には、電動モータや可逆式ポンプが失陥したときに、左右のパワーシリンダの油圧室を連通させるための連通路が設けられている。この連通路には切替弁が設けられ、通常操舵時は連通路の連通を遮断し、装置の失陥時には連通路を連通状態としている。
特開２００２−１４５０８７号公報。

しかしながら、上述のパワーステアリング装置にあっては、この切替弁がスプールバルブによって構成されているため、所望の液密性を確保することが困難であった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、所望の液密性を備えた切替弁を有す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。

上記目的を達成するため、操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第１及び第２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、前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、前記操舵輪に与えるべき必要操舵補助力を検出する必要操舵補助力検出手段と、前記必要操舵補助力検出手段によって検出された必要操舵補助力に基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、前記第１通路と第２通路とを連通する連通路と、前記連通路に設けられた切替弁と、パワーステアリング装置のいずれかに異常が生じた場合には、前記切替弁を開き、前記第１通路と第２通路とを連通状態とする切替弁制御手段と、を有するパワーステアリング装置において、前記切替弁を、ポペット弁によって構成した。

よって、通常の操舵状態において所望の液密性を確保することができる。また、コンタミ等によってバルブがロックした場合にも、スプールバルブのように連通路を閉状態でロックすることは無いため、確実にアシストのない操舵可能状態（以下、マニュアルステアと記載する）を確保することができる。

以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

図１は実施例１における全体の概略構成を表す図である。運転者がステアリングホイールＳＷを操舵すると、ステアリングシャフトＳを介して所謂ラック&ピニオン機構によりラック軸２３が軸方向に移動し、前輪を操舵する。ステアリングシャフトＳには、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ３０が設けられ、コントロールユニット３１に対し、トルク信号を出力する。

ラック軸２３には、運転者の操舵トルクに応じてラック軸２３の移動をアシストするパワーステアリング機構が設けられている。このパワーステアリング機構には、モータ１により駆動する可逆式のポンプ２と、第１油圧室２１及び第２油圧室２２を画成するピストン２４を有するパワーシリンダ２０から構成されている。

第１油圧室２１とポンプ２は第１油路１０を介して接続されている。第２油圧室２２とポンプ２は第２油路１１を介して接続されている。第１油路１０上には、リザーバタンク５と第１吸入チェック弁３を介して接続された第１吸入油路１０ａが設けられている。第２油路１１上には、リザーバタンク５と第２吸入チェック弁４を介して接続された第２吸入油路１１ａが設けられている。

第１油路１０と第２油路１１の間には、ポンプ２を介すことなく直接第１油路１０と第２油路１１とを連通する連通回路として、第１連通路１２及び第２連通路１３が設けられている。第１連通路１２と第２連通路１３の接続部であって、リザーバタンク５との間には、ノーマルオープンタイプの切替弁６を有するドレン油路１４が接続されている。

第１連通路１２上には第１油路１０側への逆流を防止する第１チェック弁７が設けられている。第２連通路１３上には第２油路１１側への逆流を防止する第２チェック弁８が設けられている。

コントロールユニット３１には、トルクセンサ３０からのトルク信号に加え、イグニッションスイッチからのスイッチ信号、エンジン回転数センサからのエンジン回転数信号、車速センサからの車速信号等が入力され、これら各種信号に基づいて操舵アシスト力を決定し、後述するモータ１及び切替弁６に対し指令信号を出力する。

図２は切替弁６の構成を表す拡大断面図である。切替弁６は、ECU３１からの指令信号に基づいて電磁力を発生するコイル５５と、コイル５５により吸引されるアーマチュア５０とを収装するハウジング５８と、ハウジング５８と嵌合され、油圧回路内に挿入されるバルブハウジング５３から構成されている。

バルブハウジング５３内には、軸方向貫通孔内に第１ポペット５１及び第２ポペット５２が格納され、第１ポペット５１を上方に付勢する第１スプリング５６と、第２ポペット５２を上方に付勢する第２スプリング５７が設けられている。

バルブハウジング５３の軸方向貫通孔下方には、リザーバタンク５と連通する連通路６２を有すると共に第２ポペット５２が当接するシート５４が設けられている。更に、バルブハウジング５３には、第１連通路１２と接続された第１連通口６３と、第２連通路１３と接続された第２連通口６４が設けられている。

第２ポペット５２には、第１ポペット５１が当接するシート部５２ａと、シート部５２ａと連通する第１連通穴６０と、第１連通穴６０及び連通路６２とに接続され、第１連通穴６０よりも大径の第２連通穴６１が設けられている。

（イグニッションOFF時）
イグニッションOFF時には、コイル５５には通電されていないため、アーマチュア５０は第１ポペット５１に作用する第１スプリング５６のスプリング力によって図中上方に移動する。すると、第２ポペット５２も第２スプリング５７によって上方に移動する。すなわち、第１連通口６３及び第２連通口６４と連通路６２が連通された状態となる。よって、第１連通路１２及び第２連通路１３はドレン油路１４と連通し、マニュアルステアが確保される。

（イグニッションON時）
イグニッションON時には、コイル５５に通電が開始され、アーマチュア５０は図中下方に吸引される。すると、第１ポペット５１も第１スプリング５６のスプリング力に抗して下方に移動する。第１ポペット５１の弁頭が第２ポペット５２のシート部５２ａに着座し第１連通穴６１を遮断する。更に、第２ポペット５２は第２スプリング５７のスプリング力に抗して下方に移動する。第２ポペット５２の弁頭がシート５４に着座し連通路６２を遮断する。すなわち、第１連通口６３及び第２連通口６４と連通路６２が遮断された状態となる。よって、ポンプ２により第１油圧室２１もしくは第２油圧室２２に油圧が供給されたとしても、リザーバタンク５に油が漏れることがなく、運転者の操舵力をアシストすることが可能となる。

（通常のパワーアシスト制御）
ここで、通常のパワーアシスト制御について説明する。例えば図１に示す構成において、運転者がステアリングホイールＳＷを右に操舵し、ラック軸２３を左に動かすものとする。このとき、トルクセンサ３０により検出されたトルク信号に応じたモータ駆動信号がモータ１に出力される。すると、モータ１の回転によりポンプ２は第２油圧室２２側から第１油圧室２１側に油を供給する。よって、第２油圧室２２の油は第１油圧室側に移動する。このとき発生する第１油圧室２１の油圧によってピストン２４は図１中左方に押され、この力が運転者の操舵力をアシストする力となる。尚、第２油圧室２２に貯留された油のみならず、リザーバタンク５から吸入チェック弁４を介して油を供給してもよく、特に限定しない。

このとき、第１連通路１２内の油圧が低いときは、第１油路１０から第１油圧室２１に供給される油圧が第１連通路１２内にも供給され、この供給された油圧は第１チェック弁７，第２チェック弁８及び切替弁６によって連通回路内に封入される。すなわち、ポンプ２の駆動によって発生する油圧が連通回路内に封入された油圧よりも高いときは連通回路内の油圧が更に上昇し、ポンプ２の駆動によって発生する油圧が連通回路内に封入された油圧よりも低いときは連通回路内の油圧が維持される。尚、本実施例１では切替弁６としてリークの非常に少ないポペット弁を用いているため、更に液密性を確保できる。

（切替弁の閉弁時の作用）
ここで、連通回路内に油圧が封入された状態における切替弁６の閉弁時の作用について説明する。連通回路内の油圧をP、コイル５５のアーマチュア吸引力をFs、第１スプリング５６の反力をFk1、第１連通穴６０の有効断面積をAs1とする。
アーマチュア５０を含む第１ポペット５１がシート部５２ａに着座しているため、第１ポペット５１には連通回路内とドレン油路１４との差圧に基づいてFp1＝P・As1の油圧力が図中下方に作用する。第１ポペット５１に作用する力の合計をFs1とすると、
Fs1＝Fs＋Fp1−Fk1
と表される。下向きを正とすると、Fs1≧０のときに第１ポペット５１は着座するため、第１ポペット５１に作用する力には下記関係
Fs＋Fp1≧Fk1
が成立する。

次に、第２ポペット５２に作用する第１ポペット５１の押圧力をFs1、第２スプリング５７の反力をFk2、連通路６２の有効断面積をAs2（>As1）とする。
また、第２ポペット５２がシート５４に着座しているため、第２ポペット５１には連通回路内とドレン油路１４との差圧に基づいてFp2＝P・(As2−As1)の油圧力が作用する。第２ポペット５２に作用する力の合計をFs2とすると、
Fs2＝Fs1＋Fp2−Fk2
と表される。下向きを正とすると、Fs2≧０のときに第２ポペット５２は着座するため、第２ポペット５２に作用する力には下記関係
Fs1＋Fp2≧Fk2
が成立する。
上述のように、第１チェック弁７，第２チェック弁８により連通回路内に液圧を封じ込めることで、切替弁６を閉弁する際に油圧力によって各ポペットの閉じる力をアシストすることが可能となり、通常操舵時におけるコイル５５の通電量を少なくすることができる。また、コイル５５自体のコンパクト化を図ることができる。

（切替弁の開弁時の作用）
次に、切替弁６の開弁時の作用について図３のタイムチャートに基づいて説明する。

上述したように、第１ポペット５１及び第２ポペット５２にはそれぞれコイル５５による電磁力に加えて、連通回路内に蓄圧された油圧に基づく押しつけ力が作用している。

時刻ｔ１において、コイル５５の通電を停止すると、アーマチュア吸引力Fsが減少する。連通回路内の油圧Pを一定とすると、Fs1はFsの減少に伴い減少する。このとき、第１スプリング５６の反力が油圧力Fp1よりも大きくなり、第１ポペット５１が上方に移動する。尚、第１連通穴６０の有効断面積を小さめに適宜設定してあるため連通回路内の油圧が高い場合であっても大きな油圧力が働くことはない。更に第１スプリング５６の設定加重を小さめに適宜設定することで、油圧力が小さい場合であってもコイル５５の電磁力として大きな力を必要としないように設定してある。

このとき、第２ポペット５２に作用する力は、Fs1＝０となり、下記関係
Fs2＝Fp2−Fk2（＝P・(As2−As1)−Fk2）
となる。

ここで、Fp2>Fk2となるように設定してあるため、第２ポペット５２には依然として下向きの力が作用し、第２ポペット５２がシート５４に着座した状態を維持する。具体的な設定としては、連通路６２の有効断面積As2を第１連通穴６０の有効断面積As1よりも大きめに適宜設定し、更に第２スプリング５７の設定荷重を適宜設定することで、第２ポペット５２のみ着座した状態を維持する。

すると、連通回路内の油圧は、第２ポペット５２上方に設けられたシート部５２ａからのみドレン油路１４に排出されるため、油圧Pは徐々に減少し始める。すると、油圧Pの減少に伴い、第２ポペット５２に作用する油圧力Fp2が減少し始める。

時刻ｔ２において、ある所定油圧P0に到達すると、油圧力Fp2が第２スプリング５７のスプリング力よりも小さくなり、第２ポペット５２が上方に移動する。すると、シート５４に設けられた有効断面積As2の連通路６２から連通回路内の油圧がドレン油路１４に排出される。尚、所定油圧P0は第２スプリング５７のスプリング力とAs1，As2との相対的な関係によって適宜設定可能な値である。

（第２ポペットに第１及び第２連通穴を備えていない構成との対比）
図４は第１連通穴６０，第２連通穴６１を備えていない切替弁６の構成を表す図である。基本的な作用は上述の構成と同様であるが、第１ポペット５１に油圧力Fp1が作用しない点が異なる。

図４の構成において、連通回路内の油圧が上昇すると第２ポペット５２に作用する油圧力が大きくなり、確実に連通回路とドレン油路１４とを遮断することが可能となる。ここで、連通回路内の油圧が非常に高い場合について説明する。ステアリング操作をアシストした結果、非常に高い油圧PHighが連通回路内に封入されているとする。このとき、第２ポペット５２に作用する油圧力Fp2は非常に大きな値となる。よって、第２スプリング５７の設定荷重をかなり大きく設定しておかなければ、例えコイル５５への通電を停止したとしても、第２ポペット５２に作用する第２スプリング５７のスプリング力が油圧力Fp2に打ち勝つことができず、連通回路内の油圧をドレン油路１４に排出することができない。

よって、第２スプリング５７の設定荷重は、想定される最高油圧が発生したとしても確実に第２ポペット５２を上方に押し上げることが可能な荷重に設定しなければならない。

一方、さほど油圧が発生していない（PLow）状態においても切替弁６を閉弁するには、油圧力Fp2の力が期待できないため、コイル５５の通電によるアーマチュア５０の吸引力Fsに頼る以外にない。しかしながら、第２スプリング５７の設定荷重が非常に大きいため、コイル５５は大きな電磁力を発生する必要があり、コイル５５の大型化を招き、更には、消費電力も大きくなってしまう。

また、シート５４の連通路６２の有効断面積を小さくすることも考えられるが、それでは切替弁６の開弁時に素早く連通回路内の油圧を下げることができず、応答性の悪化を招くという課題がある。

これに対し、本実施例１では、上述のように第２ポペット５２に第１連通穴６０と第２連通穴６１を設けたことで、連通回路内に高い油圧が封入されたとしても、第１連通穴６０の有効断面積As1が小さいため、さほど大きな力を必要とすることなく第１ポペット５１を上方に移動させることができる。このことは、すなわち第１スプリング５６の設定荷重を小さく設定できることを意味しており、油圧が低い場合であってもコイル５５による大きな電磁力を必要としない。

また、第２ポペット５２においても、第１ポペット５１が上方に移動後、油圧が低下した段階で自動的に開弁するため、大きな有効断面積As2を有する連通路６２により大きな油圧力Fp2が作用したとしても、第１ポペット５１の移動により油圧が低下した段階では油圧力Fp2も小さくなる。よって、油圧力Fp2に対する反力としての第２スプリング５７の設定荷重を大きくする必要が無く、やはりコイル５５による電磁力を小さくできる。よって、コイル５５の大型化を招くことが無く、消費電力も小さくすることができる。

また、第１連通穴６０は第２連通穴６１よりも小さく、オリフィス効果を有するため急激な油圧変動を防止することができる。また、第１連通穴６０から油圧を徐々に排出した後、連通路６２から一気に油圧を排出することが可能となり、油圧排出時の急激な油圧変動を招くことなく素早く油を排出することができる。

更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ） 請求項１記載のパワーステアリング装置において、
前記切替弁は、この切替弁にかかる液圧が低下するほど開口面積を拡大することを特徴とするパワーステアリング装置。

液圧が高い状態、すなわち操舵アシストされている状態では切替弁の開口面積を小さくしておくことにより、急激なアシスト力の低下を防止することができる。また、徐々に液圧が低下するに従って、切替弁の開口面積を拡大することで、液圧を所定時間内に確実に抜くことが可能となり、マニュアルステア時の操舵負荷を軽減することができる。

（ロ） 請求項１または上記（イ）記載のパワーステアリング装置において、
前記切替弁は、前記第１通路（第１油路１０）に接続される第１連通路と、第２通路（第２油路１１）に接続される第２連通路と、リザーバタンクとに接続されることを特徴とするパワーステアリング装置。

第１通路と第２通路とを接続するだけでなく、通路内の液圧をリザーバタンクに排出することによって、マニュアルステア時のポンピングロスを低下させることができ、操舵負荷を軽減することができる。

（ハ） 上記（ロ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記切替弁は、リザーバタンクに連通する軸方向孔と、この軸方向孔と前記第１，第２通路とを連通する第１，第２連通路と、を有するバルブハウジングと、
前記軸方向孔に摺動自在に設けられた第１ポペット弁体（第１ポペット５１）と、
前記軸方向孔に摺動自在に設けられ、内部に軸方向貫通孔（第１連通穴６０，第２連通穴６１）を有し、軸方向一方端には前記第１ポペット弁体が当接することによって前記軸方向貫通孔を遮断する第１ポペット弁体受け部（シート部５２ａ）及び前記第１，第２通路から作用する液圧を受ける受圧部が形成され、軸方向他方端には第２ポペット弁頭が形成される第２ポペット弁体（第２ポペット５２）と、
前記軸方向孔に形成され、前記第２ポペット弁頭が当接することによって前記第１，第２通路とリザーバタンクとの連通を遮断する第２ポペット弁体受け部（シート５４）と、
前記第２ポペット弁体を前記軸方向一方端に付勢する付勢手段（第２スプリング５７）と、
前記第１ポペット弁体に接続され、通電状態の切り替えによって軸方向移動するソレノイド部（コイル５５）と、
から構成されることを特徴とするパワーステアリング装置。

ソレノイド部によって第１ポペット弁体が開弁され、第２ポペット弁体に形成された軸方向貫通孔から第１，第２通路側の液圧がリザーバタンクに排出される。このときオイルは第２ポペット弁体に形成された軸方向貫通孔からのみリザーバタンクへ排出されるため、急激に液圧が低下することがない。よって、急激な操舵アシスト力の変化（抜け）を防止することができる。更に、液圧が低下すると、第２ポペット弁体の受圧部に作用する液圧が低下するため、付勢手段の付勢力に負けて第２ポペット弁体が開弁される。すると、第１，第２連通路とリザーバタンクとが直接連通するため、第１，第２通路の液圧の抜けをスムーズにすることができ、液圧の残りを防止することができる。ひいては、マニュアル操舵時の操舵負荷の増大を防止することができる。

（ニ） 上記（ハ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記第２ポペット弁体に形成される軸方向貫通孔は、絞り部（第１連通穴６０）を有することを特徴とするパワーステアリング装置。

連通路内が高圧であったとしても、液圧の排出をなだらかにすることができる。

（ホ） 請求項１及び上記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記第１，第２連通路には、前記第１，第２通路側から切替弁側の流れのみを許容する一方向弁（第１チェック弁７，第２チェック弁８）が設けられたことを特徴とするパワーステアリング装置。

通常操舵時に、第１，第２通路が連通してしまうのを防止することができる。

（ヘ） 上記（ハ）、（ニ）、（ホ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記ソレノイド部は、通電状態で第１ポペット弁体を開弁し、無通電状態で第１ポペット弁体を開弁することを特徴とするパワーステアリング装置。

装置の異常時においては、通電を遮断することで確実に第１，第２通路を連通することが可能となり、マニュアルステアを確保することができる。尚、装置の異常時とはオイルポンプやモータの異常だけでなく、トルクセンサやコントロールユニット等いずれの構成の異常であってもよい。

実施例１におけるパワーステアリング装置を表す図である。 実施例１における切替弁の拡大断面図である。 実施例１における切替弁の作用を表すタイムチャートである。 第２ポペットに連通孔を構成しない場合の切替弁の拡大断面図である。

符号の説明

ＳＷ ステアリングホイール
Ｓ ステアリングシャフト
１ モータ
２ オイルポンプ
３ 第１吸入チェック弁
４ 第２吸入チェック弁
５ リザーバタンク
６ 切替弁
７ 第１チェック弁
８ 第２チェック弁
１０ 第１油路
１０ａ 第１吸入油路
１１ 第２油路
１１ａ 第２吸入油路
１２ 第１連通路
１３ 第２連通路
１４ ドレン油路
２０ パワーシリンダ
２１ 第１油圧室
２２ 第２油圧室
２３ ラック軸
２４ ピストン
３０ トルクセンサ
３１ コントロールユニット
５０ アーマチュア
５１ 第１ポペット
５２ 第２ポペット
５２ａ シート部
５３ バルブハウジング
５４ シート
５５ コイル
５６ 第１スプリング
５７ 第２スプリング
５８ ハウジング
６０ 第１連通穴
６１ 第２連通穴
６２ 連通路
６３ 第１連通口
６４ 第２連通口

Claims (1)

1. 操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
   前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第１及び第２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、
   前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、
   前記操舵輪に与えるべき必要操舵補助力を検出する必要操舵補助力検出手段と、
   前記必要操舵補助力検出手段によって検出された必要操舵補助力に基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、
   前記第１通路と第２通路とを連通する連通路と、
   前記連通路に設けられた切替弁と、
   パワーステアリング装置のいずれかに異常が生じた場合には、前記切替弁を開き、前記第１通路と第２通路とを連通状態とする切替弁制御手段と、
   を有するパワーステアリング装置において、
   前記切替弁を、ポペット弁によって構成したことを特徴とするパワーステアリング装置。
   

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