JP2006103513A

JP2006103513A - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2006103513A
Application number: JP2004293149A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Nakada; 光昭中田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】双方向ポンプの吐出方向のそれぞれに圧力制御手段を設ける場合であっても、圧力制御手段を１つ設置することで、圧力制御手段の設置するためのコストを削減する、また圧力制御手段を設置するためのスペースを削減することができるパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】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、油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を供えた可逆式ポンプと、第１通路と第２通路とに接続された接続通路と、接続通路に接続された圧力制御手段と、接続通路に設けられ、第１通路と圧力制御手段との連通、遮断及び第２通路と圧力制御手段との連通、遮断を切換える切換弁と、を備えた。
【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に関する。

従来、パワーステアリング装置においては、例えば、パワーシリンダのピストンにラックが一体に形成され、かつ電動モータにより駆動されるオイルポンプを備える。オイルポンプは、パワーシリンダの左室及び右室のそれぞれとを第１、第２油圧管で接続し、ステアリングシャフトに取り付けられたトルクセンサからの信号と、車速センサからの信号とに基づいて制御するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−０１６１４５号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、油圧ポンプは双方向ポンプであり、双方向ポンプの吐出方向のそれぞれに圧力リリーフ弁を設ける構成なので、圧力リリーフ弁を２つ設置しなければならない。したがって、圧力リリーフ弁を２つ設置するためにコストが高くなる、また圧力リリーフ弁を２つ設置するために確保しなければならないスペースが増える、という問題があった。また、圧力リリーフ弁のような圧力制御手段としてアキュムレータを設ける場合もあるが、これも圧力リリーフ弁と同様の問題が生じる。

本発明は上記問題点に着目して成されたもので、その目的とするところは、双方向ポンプの吐出方向のそれぞれに圧力リリーフ弁やアキュムレータ等の圧力制御手段を設ける場合であっても、圧力制御手段を１つのみ設置することにより、圧力制御手段を設置するためのコストを削減する、また圧力制御手段を設置するためのスペースを削減することができるパワーステアリング装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、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、油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を供えた可逆式ポンプと、可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、操舵輪に与えるべき操舵力を検出する操舵力検出手段と、
操舵力検出手段によって検出された操舵力に基づき、電動機に所望の油圧を発生させるために、電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、第１通路と第２通路とに接続された接続通路と、接続通路に接続された圧力制御手段と、接続通路に設けられ、第１通路と圧力制御手段との連通、遮断及び第２通路と圧力制御手段との連通、遮断を切換える切換弁と、を備えた。

本発明では、パワーステアリング装置にあっては、圧力制御手段を設置するためのコストを削減できる。また圧力制御手段を設置するためのスペースを削減することができる。

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、実施例１及び実施例２に基づいて説明する。

まず、本実施例におけるパワーステアリング装置の構成について説明する。

［パワーステアリング装置のシステム構成］
図１はパワーステアリング装置のシステム構成図である。

パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１０の操舵力を伝達する操舵軸２０と、操舵トルクを検出するトルクセンサ３０と、操舵軸２０と操舵輪４０に接続されたギヤユニット５０と、操舵アシスト力を発生させる油圧ユニットと、この油圧ユニットを制御する電子コントロールユニット（以下、ECU）１１０と、を有する。なお、トルクセンサ３０は本発明の操舵アシスト力検出手段の相当し、ギヤユニット５０は本発明の操舵機構の相当し、ECU１１０は電動機制御手段を相当する。

ギヤユニット５０は操舵輪４０に接続されたラック５１と、操舵軸２０に接続されたピニオン５２を有し、ピニオン５２の回転を軸方向移動に変換する。

油圧ユニットは、ドライバの操舵力をアシストするパワーシリンダ機構６０と、パワーステアリング装置のフェイル時に開弁するフェイルセーフバルブ７０と、圧油を供給する双方向ポンプ８０と、第１通路２０１または第２通路２０２の圧油を排出するスプールバルブ９０、９１と、パワーステアリング装置内の油圧を制御する切換バルブ１００及びプレッシャリリーフバルブ１０１と、を備える。

パワーシリンダ機構６０は、内部にラック５１と一体に左右に移動するピストン６３を有する。このピストン６３によって第１シリンダ室６１と第２シリンダ室６２とが隔成され、第１シリンダ室６１は第１通路２０１と、第２シリンダ室６２は第２通路２０２と接続される。なお、パワーシリンダ機構６０は本発明の油圧パワーシリンダに相当し、第１シリンダ室６１及び第２シリンダ室６２とは圧力室に相当する。

フェイルセーフバルブ７０は、ポペットバルブで構成されるノーマルオープン弁であり、ECU１１０からの信号により閉弁するように構成される。フェイルセーフバルブ７０の一方は第１連通路２０３、第２連通路２０４を介して第１通路２０１、第２通路２０２と接続され、他方はリザーバタンク１０４と接続される。第１連通路２０１及び第２連通路２０２上には、それぞれ第１通路２０１及び第２通路２０２側への圧油の逆流を防ぐチェックバルブ７２、７３が設けられる。

双方向ポンプ８０はモータ８１により駆動され、第３連通路２０５、第４連通路２０６を介して第１通路２０１、第２通路２０２と接続される。第３連通路２０５及び第４連通路２０６の途中にはそれぞれ、作動油を供給するリザーバタンク１０４と、リザーバタンク１０４への作動油の逆流を防ぐチェックバルブ８２、８３が設けられている。なお、双方向ポンプ８０は本発明の可逆式ポンプ、モータ８１は本発明の電動機に相当する。

スプールバルブ９０、９１はスプリングの付勢力により閉弁するノーマルクローズ弁であり、第５連通路２０７の圧油と第６連通路２０８の圧油との差圧によりスプールバルブ９０、９１の片方が開弁するように構成される。スプールバルブ９０、９１はそれぞれ、一方は第５連通路２０７、第６連通路２０８を介して第１通路２０１、第２通路２０２と接続され、他方は共通のリザーバタンク１０４と、リザーバタンク１０４からの作動油の逆流を防ぐチェックバルブ９２に接続される。

切換バルブ１００は、第７連通路２０９と第８連通路２１０との間に差圧が生じると開弁し、通常はスプリングの付勢力で両方を閉弁するように構成される。切換バルブ１００の一方は第７連通路２０９、第８連通路２１０を介して第１通路２０１、第２通路２０２と接続され、他方は第９連通路２１１、第１０連通路２１２と接続される。なお、切換バルブ１００は本発明の切換弁に相当し、第７連通路２０９、第８連通路２１０、第９連通路２１１、第１０連通路２１２は本発明の接続通路を構成する。また、切換バルブ１００の詳細については実施例２において述べる。

プレッシャリリーフバルブ１０１は、一方を第９連通路２１１、第１０連通路２１２と接続され、他方をリザーバタンク１０４に接続される。なお、プレッシャリリーフバルブ１０１は圧力制御手段に相当する。

次に作用について説明する。

［操舵アシスト時］
図２はラック５１を図中の左方向に操舵アシストを行う場合を示した図である。図２中の油圧回路において、太線は高油圧の状態を示し、細線は低油圧状態を示す。

ステアリングシャフト２０が操舵されると、ステアリングシャフト２０を介して伝達された操舵トルクをトルクセンサ３０で検知し、操舵トルク量の信号をECU１１０へ送信する。

ECU１１０はトルクセンサ３０から受信した信号によりモータ８１を制御する。

モータ８１はECU１１０からの制御信号により、双方向ポンプ８０から第２通路２０２側へ圧油を吸入するように双方向ポンプ８０を駆動する。このとき、第３連通路２０５側から双方向ポンプ８０に作動油が吸入されるので、第３連通路２０５が大気開放圧と比べて低圧となりチェックバルブ８２が開弁し、リザーバタンク１０４から作動油が供給される。

第２通路２０２に供給された圧油は、図２の太線が示すように、フェイルセーフバルブ７０と、スプールバルブ９０、９１と、切換バルブ１００と、第２シリンダ室６２と、に供給される。

フェイルセーフバルブ７０は、操舵アシスト時には、ECU１１０からの制御信号によりフェイルセーフバルブ７０は閉弁されているので、フェイルセーフバルブ７０側に供給された圧油は、フェイルセーフバルブ７０とチェックバルブ７２、７３の間で保持される。

スプールバルブ９０、９１は、第５連通路２０７と第６連通路２０８との間で差圧が生じると低油圧の連通路側を開弁する。左方向に操舵アシストを行う場合は、第６連通路２０８が高油圧となっているので、第５連通路２０７側のスプールバルブ９０が開弁され、第５連通路２０７とリザーバタンク１０４とが連通されて作動油はリザーバタンク１０４に排出される。

切換バルブ１００は、第７連通路２０９と第８連通路２１０との間で差圧が生じると高油圧側が連通される。左方向に操舵アシストを行う場合は、第８連通路が高油圧となっているので、切換バルブ１００の第８連通路２１０側を開弁し、第８連通路２１０と第１０連通路２１２とが連通される。

プレッシャリリーフバルブ１０１は、双方向ポンプ８０の吐出圧力が所定値以上になった場合に開弁して、リザーバタンク１０４へ圧油を放出することで油圧回路内を減圧する。

パワーシリンダ機構６０では、第２シリンダ室６２内は圧油が供給され高油圧となり、第１シリンダ室６１内はスプールバルブ９０から大気開放されて低油圧となっている。この差圧によりピストン６３は左側に付勢され、ラック５１を左方向に操舵アシストを行う。

上記は、ラック５１を左方向に操舵アシストする場合の例を示したが、本実施例の油圧回路は左右対称であり、右に操舵アシストする場合も実質的には同様の作用を行う。図３に示すように、双方向ポンプ８０により第１シリンダ室６１に圧油が供給され高油圧となる。第２シリンダ室６２はスプールバルブ９１から大気開放された低油圧となる。この差圧を用いてラック５１を右に操舵アシストする。

［フェイル時］
双方向ポンプ８０やモータ８１のフェイル、または電気系統のフェイル等により操舵アシスト力が付与されない場合、ドライバの操舵力によって操舵を行う。

フェイル時には、フェイルセーフバルブ７０は開弁される。

フェイルセーフバルブ７０が開弁すると、チェックバルブ７２とチェックバルブ７３との間の圧油はリザーバタンク１０４に排出される。

例えば、ラック５１を左に操舵した場合、第１シリンダ室６１内の作動油は第１通路２０１、チェックバルブ７２を経由し、フェイルセーフバルブ７０からリザーバタンク１０４に排出される。第２シリンダ室６２へ、作動油はチェックバルブ８３、第２通路２０２を経由して供給される。ラック５１を右に操舵する場合においても左右が異なるだけで、同様に作用する。

各通路及び各連通路、各シリンダ室はフェイルセーフバルブ７０が開弁されているので、リザーバタンク１０４へ作動油の排出を常時行うことができ、またチェックバルブ８２、８３を介してリザーバタンク１０４からの作動油の供給を常時行うことができる。したがって、各通路及び各連通路、各シリンダ室は一定油圧となっているので、ドライバは自身の操舵力により操舵を行うことが可能になる。

［実施例１における効果］
第７連通路２０９と第９連通路２１１、又は第８連通路２１０と第１０連通路２１２の片方のみを連通する切換バルブ１００と、第１通路２０１と第２通路２０２とに共通の圧力制御手段として、１つのプレッシャリリーフバルブ１０１を設けた。したがって、第１通路２０１及び第２通路２０２のそれぞれに圧力制御手段としてのリリーフバルブ１０１を設けることなく、第１通路側と第２通路側の油圧を制御できるので、省スペース化が図れパワーステアリング装置を小型化でき、また部品点数の減少による工数削減やコスト削減を実現できる（請求項１に対応）。

実施例２につき図４ないし図７に基づき説明する。実施例１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。ただし、切換バルブ１００の構成については詳述する。

実施例１では、圧力制御手段としてプレッシャリリーフバルブ１０１を用い、リザーバタンク１０４に接続した。これに対し本実施例では図４に示すように圧力制御手段として、アキュムレータ１０３を設けた。

ここで、切換バルブ１００の構成について説明する。図５は切換バルブ１００の拡大図である。切換バルブ１００は、弁部材１２０と、弁部材１２０を中央に付勢する付勢手段としてスプリング１２２、１１３から構成される。

弁収容孔１１１は第７連通路２０９を介し第１通路２０１と、第８連通路２１０を介し第２連通路２１０と連通し、この弁収容孔１１１に軸方向移動可能に弁部材１２０が設けられている。第９連通路２１１及び第１０連通路２１２は一端の開口部を弁収容孔１１１に軸方向に並んで設けられ、他端の開口部はアキュムレータ１０３側に接続される。弁部材１２０の両端部にスプリング１２２、１１３を備え、第９連通路２１１及び第１０連通路２１２塞ぐように中央に付勢される。

アキュムレータ１０３は、油圧ユニットに第９連通路２１１と第１０連通路とのシール１１４を介して外付けされる。なお、アキュムレータはブラダ型、ピストン型、ダイアフラム型等のいずれでも良く特に限定しない。

次に本実施例におけるパワーステアリング装置の作用について説明する。図６はラック５１を左に操舵する場合を示す図であり、図７はラック５１を右に操舵する場合を示す図である。実施例１と同様の作用については説明を省略する。

切換バルブ１００は、操舵アシスト時に双方向ポンプ８０が駆動し、例えば第８連通路２１０に圧油が供給され高油圧となり、第７連通路２０９が大気開放され低油圧となると、弁部材１２０が左にスライドする。そのため第８連通路２０８と第１０連通路２１０とが連通され、圧油がアキュムレータ１０３側に供給される。

アキュムレータ１０３は、双方向ポンプ８０の吐出圧力の圧力変動を吸収し、加圧側通路の油圧を一定に保つ。また、双方向ポンプ８０により発生する脈圧による振動を抑制する。

［実施例２における効果］
切換バルブ１００の弁部材１１０には両端にスプリングを設けて、軸方向位置が中立に維持されるようにした。したがって、弁部材１１０に油圧が作用しない場合においては、第１通路２０１側の油圧回路と第２通路２０２側の油圧回路の体積を等しくできるので、第１通路２０１と第２通路２０２との圧力バランスを保つことができる。

また、アキュムレータ１０３を油圧ユニットに対し外付けにしたので、油圧ユニットに対する取り付けの自由度が高い。したがって、アキュムレータ１０３の大きさにかかわらず、油圧ユニットの配置の自由度を維持できる。

また、第７連通路２０９と第９連通路２１１、又は第８連通路２１０と第１０連通路２１２の片方のみを連通する切換バルブ１００と、第１通路２０１と第２通路２０２とに共通の圧力制御手段として、１つのアキュムレータ１０３を設けた。したがって、第１通路２０１及び第２通路２０２のそれぞれに圧力制御手段としてのアキュムレータ１０３を設けることなく、第１通路側と第２通路側の油圧を制御できるので、省スペース化が図れパワーステアリング装置を小型化でき、また部品点数の減少による工数削減やコスト削減を実現できる。

更に、上記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）実施例１に記載のパワーステアリング装置において、
前記圧力制御手段は、プレッシャリリーフバルブであることを特徴とするパワーステアリング装置。

パワーステアリング装置内の油圧が所定値以上になった場合には、プレッシャリリーフバルブが開弁しリザーバタンクに圧油を放出する。よって、パワーステアリング装置内の油圧を減圧し、油圧を所定値以下に維持でき、高油圧によるパワーステアリング装置の故障を防ぎ、長寿命化を実現できる。

（ロ）実施例１に記載のパワーステアリング装置において、
前記圧力手段は、アキュムレータであることを特徴とするパワーステアリング装置。

可逆式ポンプの吐出圧力変動を吸収加圧側通路の油圧を一定に保つことができる。また、可逆式ポンプにより発生する脈圧による振動を抑制する。したがって、パワーステアリング装置内の部材の疲労を低減し、耐久性を向上できる。

（ハ）実施例１及び上記（イ）、（ロ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記切換弁は、前記接続通路に設けられ、一端が前記第１通路に連通し、他端側が前記第２通路とに連通する弁収容孔と、この弁収容孔に軸方向移動可能に設けられた弁部材と、一端側開口部がこの弁収容孔に軸方向に並んで設けられ、他端側開口部が前記圧力手段に接続される一対の第３連通路及び第４連通路と、
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。

切換バルブは弁部材に作用する圧油によって連通と遮断を切り替えるので、切換バルブに動力源を設ける必要がなく、簡素な構成を実現できる。

（ニ）上記（ハ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記切換弁は、前記弁部材の両端部に一対の付勢手段を備える。

一対の付勢手段が互いに弁部材を付勢することにより、弁部材の軸方向位置が中立位置に維持される。よって、弁部材に油圧が作用しない場合においては、第１通路側の油圧回路と第２通路側の油圧回路の体積を等しくできるので、第１通路と第２通路との圧力バランスを保つことができる。

実施例１におけるパワーステアリング装置を示すシステム図である。実施例１におけるラックを左側に操舵アシストした際の油圧回路の様子を示す図である。実施例１におけるラックを右側に操舵アシストした際の油圧回路の様子を示す図である。実施例２におけるパワーステアリング装置を示すシステム図である。実施例１における切換バルブの拡大図である。実施例１におけるラックを左側に操舵アシストした際の油圧回路の様子を示す図である。実施例１におけるラックを右側に操舵アシストした際の油圧回路の様子を示す図である。

符号の説明

２０操舵軸
３０トルクセンサ
４０操舵輪
５０ギヤユニット
６０パワーシリンダ機構
６１第１シリンダ室
６２第２シリンダ室
８０双方向ポンプ
８１モータ
１００切換バルブ
１０１プレッシャリリーフバルブ
１０３アキュムレータ
１１０電子コントロールユニット（ECU）
２０１第１通路
２０２第２通路
２０９第７連通路
２１０第８連通路
２１１第９連通路
２１２第１０連通路

Claims

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、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を供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操舵力を検出する操舵力検出手段と、
前記操舵力検出手段によって検出された操舵力に基づき、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通路とに接続された接続通路と、
前記接続通路に接続された圧力制御手段と、
前記接続通路に設けられ、前記第１通路と前記圧力制御手段との連通、遮断及び前記第２通路と前記圧力制御手段との連通、遮断を切換える切換弁と、
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。