JP2006123819A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大なる操舵補助力が得られるパワーシリンダを使用しながら、走行状態に応じた補助力特性の変更制御に高精度に対応し得るパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 操舵補助用のパワーシリンダ２の作動油を給排制御する油圧制御弁５のバルブスプール51を、ピニオン 52a及びラック 58aを介して可逆伝達されるステップモータ52の回転により軸長方向に移動させる構成とする。またバルブスプール51の両端には、中立ばね53，53を弾接させて、ステップモータ52の回転力の喪失時にバルブスプール51が中立位置に自動復帰されるように構成する。
【選択図】 図２

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舵取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一方、前記パワーシリンダの作動油の給排を、操舵部材の操作に応じて制御する油圧制御弁が、前記操舵部材と舵取機構とを連結するステアリング軸の捩れを利用した機械的な動作をなす弁であるために、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難点を有している。

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トルクセンサにより検出し、こ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、前記電動モータの発生力が小さく、十分な操舵補助力を得ようとした場合、前記電動モータ及び該電動モータから舵取機構への伝動手段が大型化するという難点を有している。

このような事情により、油圧パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を組み合わせ、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と共に、操舵部材に加えられる操舵トルクをステアリング軸の中途に配したトルクセンサにより検出し、この検出トルクに基づいてステアリング軸と別体に設けた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周上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においては、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一方、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制御への対応が可能となる。

しかしながら、パワーシリンダが実際に発生する操舵補助力は、バルブスプールの移動に応じた絞り部の絞り面積の変化に依存し、補助力特性の変更制御を高精度に実施するためには、所望の移動位置にてバルブスプールを正しく位置決めする必要があるのに対し、特許文献１に開示された油圧制御弁のように、両側のソレノイドによりバルブスプールを押圧移動させる構成においては、所望の位置決め精度を得ることは難しく、補助力特性の変更制御に高精度に対応し得ないという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、大なる操舵補助力が得られるパワーシリンダを使用しながら、走行状態に応じた補助力特性の変更制御に高精度に対応し得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。

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の検出結果に基づいて軸長方向に移動するバルブスプールを備える油圧制御弁の動作により、舵取機構に操舵補助力を加えるパワーシリンダの作動油を給排制御する構成としてあるパワーステアリング装置において、前記操舵トルクの検出結果に基づいて駆動されるステップモータと、該ステップモータの回転を前記バルブスプールに伝え、該バルブスプールを移動させる伝動手段とを備えることを特徴とする。

また本発明の第２発明に係るパワーステアリング装置は、第１発明における伝動手段が、前記バルブスプールの移動による前記ステップモータの回転を許容する可逆伝動手段であり、前記バルブスプールを軸長方向の両側から付勢し、中立復帰させる中立ばねを備え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、パワーシリンダの作動油を給排制御する油圧制御弁のバルブスプールを、ステップモータからの回転伝動により移動させる構成としたから、走行状態の検出結果に基づく前記ステップモータの回転制御によりバルブスプールを高精度に位置決めし、パワーシリンダが発生する操舵補助力を微細に変更することができ、走行状態に応じた補助力特性の変更制御に高精度に対応させることが可能となる。

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、ステップモータからバルブスプールへの伝動を可逆伝動手段により行わせると共に、バルブスプールを両側から付勢する中立ばねを備えたから、ステップモータの回転力が失われた場合にバルブスプールが中立位置に自動復帰せしめられ、パワーシリンダの発生力により阻害されることなくマニュアル操舵を実施することができ、緊急時の操舵を支障なく行わせ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ブロック図である。なお本図には、操舵部材としてのステアリングホイール１の操作に応じたピニオン10の回動を車体の前部に左右方向に延設されたラック軸11の軸長方向の移動に変換し、この移動を左右の操舵用の車輪12，12に伝えて操舵を行わせるようにしたラックピニオン式の舵取機構を備える車両への適用例を示してあるが、以下に述べる本発明の特徴的な構成は、他の形式の舵取機構を備える車両への適用も可能である。

本発明に係るパワーステアリング装置は、復動式の油圧シリンダとしてラック軸11の中途に構成された操舵補助用のパワーシリンダ２と、油圧の発生源としての油圧ポンプ３及び排油先としての油タンク４と、これらの間に後述の如く介装された油圧制御弁５とを備えると共に、操舵部材としてのステアリングホイール１とピニオン10とを連絡するステアリング軸13の中途に構成され、ステアリングホイール１の操作に応じてステアリング軸13に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ６とを備えて構成されている。

油圧制御弁５は、筒形をなすバルブボディー50と、該バルブボディー50の内部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51と、該バルブスプール51に移動力を加えるステップモータ52とを備えている。ステップモータ52は、マイクロプロセッサを用いてなる操舵制御部７から駆動回路70を介して与えられる制御指令に従って正逆両方向に駆動され、バルブスプール51を軸長方向の両向きに移動させるようになしてある。

図２は、油圧制御弁５の内部構成を略示する縦断面図である。バルブボディー50に内嵌されたバルブスプール51は、これの両端面とバルブボディー50の対向端面との間に介装された中立ばね53，53のばね力により軸長方向に付勢され、所定の中立位置を保って保持されている。

バルブボディー50の内周には、軸長方向に所定の間隔を隔てて３本の油溝が周設されている。これらの油溝のうち、中央に位置する１本は、バルブボディー50の周壁を貫通するポート孔を介して前記油圧ポンプ３の吐出側に連通され、該油圧ポンプ３が吐出する高圧の作動油が供給される給油溝54とされており、また両側の２本の油溝は、周壁を貫通する各別のポート孔を介して前記油タンク４に連通され、該油タンク４と同等の低圧に保たれた排油溝55，55とされている。

またバルブスプール51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、バルブボディー50の周壁の対応位置を貫通する各別のポート孔により、パワーシリンダ２の左右のシリンダ室2L，2Rに夫々連通された送油溝56，57とされており、これらの送油溝56，57は、バルブスプール51が中立位置にあるとき、夫々の両側の給油溝54及び排油溝55，55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。

このようなバルブスプール51の一側には、作動杆58が同軸的に連設され、バルブボディー50の同側の端壁を貫通して外部に突出させてあり、この突出部の外面には、所定の長さ範囲に亘ってラック歯 58aが形成されている。バルブスプール51に移動力を加えるステップモータ52は、作動杆58が突出するバルブボディー50の一側外部に固定支持されており、該ステップモータ52の出力端に固着されたピニオン 52aが前記ラック歯 58aに噛合させてある。

以上の構成によりステップモータ52が回転駆動された場合、この回転が、ピニオン 52a及びラック歯 58aの噛合部により運動変換されて作動杆58に伝えられ、該作動杆58が連設されたバルブスプール51がバルブボディー50の内側にて軸長方向に移動せしめられ、バルブスプール51の外周の送油溝56，57と、夫々の両側の給油溝54及び排油溝55，55との間の絞り部の絞り面積が変化することとなる。

ここで、ステップモータ52の回転をバルブスプール51に伝達するピニオン 52a及びラック歯 58aは、逆方向の伝動が可能な可逆伝動手段であり、ステップモータ52の回転力が付加されてない場合、バルブスプール51は、両端に弾接する中立ばね53，53のばね力が平衡する中立位置に自動復帰せしめられる。

図３は、以上の如く構成された油圧制御弁５の動作説明図であり、図３（ａ）には、バルブスプール51が中立位置から左向きに移動した状態が示され、図３（ｂ）には、バルブスプール51が右向きに移動した状態が示されている。

バルブスプール51が移動した場合、前述の如く、送油溝56，57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56，57において互いに逆向きに生じ、図３（ａ）に示す如くバルブスプール51が左方向に移動した場合、左の送油溝56においては、給油溝54との間の絞り面積が減少し、排油溝55との間の絞り面積が増大する一方、右の送油溝57においては、給油溝54との間の絞り面積が増大し、排油溝55との間の絞り面積が減少する。逆に図３（ｂ）に示す如くバルブスプール51が右方向に移動した場合、左の送油溝56においては、給油溝54との間の絞り面積が増大し、排油溝55との間の絞り面積が減少する一方、右側の送油溝57においては、給油溝54との間の絞り面積が増大し、排油溝55との間の絞り面積が減少する。

まず図２に示す如く、バルブスプール51が中立位置にある場合、油圧ポンプ３から給油溝54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56，57に分配され、更にこれらの送油溝56，57の他側の絞り部を経て排油溝55，55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56，57、及びこれらに連通されたパワーシリンダ２の左右のシリンダ室2L，2R間に圧力差は生じず、パワーシリンダ２は何らの力も発生しない。

これに対し図３（ａ）に示す如く、バルブスプール51が左方向に移動した場合、給油溝54と両側の送油溝56，57との間の絞り面積は、右側において増大し、左側において減少するから、給油溝54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57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57及び該送油溝57に連通された右側のシリンダ室2R内の圧力が増し、左側のシリンダ室2Lとの間に圧力差が生じることとなり、パワーシリンダ２は、この圧力差に応じた油圧力を発生し、この油圧力がラック軸11に、図中に矢符にて示す如く左向きの操舵補助力として加えられる。

一方図３（ｂ）に示す如く、バルブスプール51が右方向に移動した場合、給油溝54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56に主として導入される結果、該送油溝56に連通された左側のシリンダ室2L内の圧力が増し、パワーシリンダ２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11に加えられる。

なお、以上の如きパワーシリンダ２の動作により他方のシリンダ室2L又は2R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56又は57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55，55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２が発生する操舵補助力の方向は、バルブスプール51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51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。本発明に係るパワーステアリング装置において前記バルブスプール51は、ステップモータ52からの回転伝動により移動するように構成してあり、公知の如くステップモータ52は、回転位置を高精度に管理可能なモータであることから、バルブスプール51の移動に応じて変化する前記絞り部の絞り面積を高精度に増減制御することができ、パワーシリンダ２が発生する操舵補助力の大きさを高精度に制御することができる。

前述の如くステップモータ52は、操舵制御部７からの制御指令に従って駆動される。図１に示す如く操舵制御部７には、トルクセンサ６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71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。また操舵制御部７には、操舵補助力と操舵トルクとの対応関係、より詳しくは、操舵補助力と一義に対応するステップモータ52の回転角度と操舵トルクとの対応関係が、例えば、制御マップの形態に有して記憶させてある。

操舵制御部７は、トルクセンサ６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、現状において必要な操舵補助力、及びこの操舵補助力の発生に必要なステップモータ52の回転角度を求め、この回転角度を実現すべく制御指令を発してステップモータ５を回転駆動する動作をなす。また走行状態センサ71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７の動作によりステップモータ52は、所望の回転位置を精度良く実現することができ、この回転の伝動に応じて移動するバルブスプール51が正確に位置決めされるから、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高精度に対応することができる。一方、操舵補助力の発生源は、ラック軸11の中途に構成されたパワーシリンダ２であるから、コンパクトな構成により十分な操舵補助力が得られる。

また、ステップモータ52の回転をバルブスプール51に伝達する伝動手段が可逆伝動手段であることから、例えば、電源の喪失等に起因してステップモータ52の回転力が失われた場合、前述の如くバルブスプール51は、両側の中立ばね53，53のばね力により中立位置に自動復帰せしめられ、このときパワーシリンダ２は何らの力も発生しない。従って、ステアリングホイール１に加えられる操作力によるマニュアル操舵が阻害される虞れがなく、緊急時の操舵を支障なく行わせることができる。なお可逆伝動手段は、実施の形態に示すピニオン 52a及びラック歯 58aの組み合わせに限らず、他の歯車伝動機構、ボールねじ機構等のねじ伝動機構、タイミングベルトを用いたベルト伝動機構等、他の適宜の構成にて実施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ブロック図である。 油圧制御弁の内部構成を略示する縦断面図である。 油圧制御弁の動作説明図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール（操舵部材）
２ パワーシリンダ
５ 油圧制御弁
６ トルクセンサ
７ 操舵制御部
51 バルブスプール
52 ステップモータ
53 中立ばね
52a ピニオン（可逆伝動手段）
58a ラック歯（可逆伝動手段）

Claims (2)

1. 操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて軸長方向に移動するバルブスプールを備える油圧制御弁の動作により、舵取機構に操舵補助力を加えるパワーシリンダの作動油を給排制御する構成としてあるパワーステアリング装置において、
   前記操舵トルクの検出結果に基づいて駆動されるステップモータと、
   該ステップモータの回転を前記バルブスプールに伝え、該バルブスプールを移動させる伝動手段と
   を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記伝動手段は、前記バルブスプールの移動による前記ステップモータの回転を許容する可逆伝動手段であり、前記バルブスプールを軸長方向の両側から付勢し、中立復帰させる中立ばねを備える請求項１記載のパワーステアリング装置。

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