JP2007186061A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を大きく増加させること無く、様々な走行状態に適合したねじれ反力を付与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】操舵部材に連結された入力軸２と、入力軸２と連結され、舵取機構と連結された出力軸３とをケーシング内に備え、入力軸２と出力軸３とを相対回転させてパワーアシスト用のアクチュエータを動作させる。入力軸２に嵌合した移動可能なヨーク部材５１と、ヨーク部材５１と対向しており、出力軸３側に固定したヨーク受部材５２と、ヨーク部材５１をヨーク受部材５２側へ押圧する、入力軸２に固定された押圧調整部材５３とを備える。押圧調整部材５３には電磁石が、ヨーク部材５１には永久磁石が、同一の極性で対向するようそれぞれ固定されており、通電回路５４により電磁石を励磁する電流の大きさを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵装置に用いられるパワーステアリング装置に関する。

車両の操舵力をアシストするパワーステアリング装置は、高級車だけでなくあらゆる車種へ普及している。操舵力をアシストする駆動源は、モータによる電動式、作動油による油圧式の２つに大別される。例えば油圧式パワーステアリング装置は、油圧アクチュエータに作用する油圧を制御弁により制御することで操舵補助力を発生している。

制御弁は、例えば筒状の第１バルブ部材と、第１バルブ部材に操舵抵抗に応じて相対回転可能に挿入される第２バルブ部材とを有するロータリータイプの弁が用いられることが多い。ロータリータイプの制御弁は、制御弁を介してアクチュエータがポンプとタンクに接続されており、各絞り部の開度変化に応じて操舵補助力を付与している。

しかし、従来のパワーステアリング装置は、入力軸と出力軸とをトーションバーを介して連結しており、これら両軸を相対回転させたときのトーションバーのねじれ力を擬似反力としていることから、トーションバーの剛性によって反力が一義的に定まる。例えば、据え切り時の反力を小さくすると、高速走行時にはハンドルが軽過ぎる状態となり、走行安定性が損なわれる。逆に、高速時の走行安定性を維持しようとした場合、据え切り時の反力が過大となるという、相反する問題を抱えていた。特に油圧式パワーステアリング装置では、反力の制御が困難であった。

斯かる問題を解決すべく例えば特許文献１には、油圧式であっても操舵反力を自由に調整することができるパワーステアリング装置が開示されている。特許文献１では、入力軸に対して相対移動可能にしたヨークと出力軸側に固定したサイドブッシュとを対向させ、ヨークをサイドブッシュ側に押圧する弾性体を設け、ケーシングには電磁石を固定し、ヨークには永久磁石を固定してある。両磁石を対向させ、永久磁石は、電磁石との対向面側に一方の極性を現し、その対向面とは反対側に他方の極性を現してなり、電磁石を励磁することによって、ヨークを弾性体に抗して移動させている。

これにより特許文献１では、ヨークが弾性体に抗して移動することにより、サイドブッシュとヨークとの間に介在させたボールに対する押圧力が弱くなり、その分、入力軸と出力軸とを相対回転させる力は小さくてすみ、結局操舵反力を小さくすることができる。
特開平６−２５５５２３号公報

しかし、特許文献１では、磁力による弾性体に対する抗力がヨークの移動方向に対して略直交していることから、励磁電流の大小に応じて弾性体に対する抗力を精細に制御することが困難であり、様々な走行状態に適合したねじれ反力を付与することが困難であるという問題点があった。また、部品点数が多くなることから構造が複雑となり、製造コストの低減が困難であるという問題点もあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を大きく増加させること無く、様々な走行状態に適合したねじれ反力を付与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を目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係るパワーステアリング装置は、操舵部材に連結された入力軸と、該入力軸と連結され、舵取機構と連結された出力軸とをケーシング内に備え、入力軸と出力軸とを相対回転させてパワーアシスト用のアクチュエータを動作させるパワーステアリング装置において、入力軸に嵌合した移動可能なヨーク部材と、該ヨーク部材と対向しており、出力軸側に固定したヨーク受部材と、前記ヨーク部材を前記ヨーク受部材側へ押圧する、前記入力軸に固定された押圧調整部材とを備えており、前記押圧調整部材には電磁石が、前記ヨーク部材には永久磁石が、同一の極性で対向するようそれぞれ固定されており、前記電磁石を励磁する電流の大きさを制御することが可能な通電回路を備えることを特徴とする。

第２発明に係るパワーステアリング装置は、第１発明において、前記ヨーク部材の前記押圧調整部材と対向する側が凹面をなし、前記押圧調整部材の前記ヨーク部材と対向する側は、該凹面に対応した凸面をなしていることを特徴とする。

第３発明に係るパワーステアリング装置は、第１又は第２発明において、前記ヨーク部材は、少なくとも一の係合部を周縁部に備えており、前記ヨーク受部材は、該係合部に対応した数の被係合部を周縁部に備えていることを特徴とする。

第１発明では、入力軸の軸長方向に移動可能に嵌合してあるヨーク部材と、出力軸側に固定したヨーク受部材とが対向しており、ヨーク部材をヨーク受部材側へ押圧する押圧調整部材が、入力軸に固定されて備えてある。押圧調整部材には電磁石が、ヨーク部材には永久磁石が、同一の極性で対向するように固定してあり、通電回路による電磁石を励磁する電流の大小に応じて、ヨーク部材をヨーク受部材側へ押圧する圧力を変動させる。これにより、電磁石を励磁する電流の大きさを変更することにより、ヨーク部材と押圧調整部材との間に作用する磁気的な斥力を変更することができ、特に弾性部材を使用することなくヨーク部材によるヨーク受部材への圧力を精細に制御することが可能となる。したがって、斥力によりヨーク部材とヨーク受部材との間に生じる所望の予圧をねじれ反力として付加することができ、ねじれ剛性を増加することが可能となる。

第２発明では、ヨーク部材の押圧調整部材と対向する側が凹面をなし、押圧調整部材のヨーク部材と対向する側は、該凹面に対応した凸面をなしていることから、磁力による斥力の合力が入力軸（出力軸）の軸方向に集約させることができ、斥力を無駄なくヨーク部材によるヨーク受部材への圧力制御に用いることが可能となる。

第３発明では、ヨーク部材は、少なくとも一の係合部を周縁部に備えており、ヨーク受部材は、該係合部に対応した数の被係合部を周縁部に備えている。これにより、ヨーク部材とヨーク受部材との間に滑りが発生することが無く両者を確実に圧着することができ、斥力によるヨーク部材によるヨーク受部材への圧力制御をより効果的に行うことが可能となる。

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、本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す要部断面を含む正面図である。図１に示す本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置は、ラックピニオン式油圧パワーステアリング装置１であり、車両のハンドル等の操舵部材（図示省略）に連結される入力軸２と、入力軸２にトーションバー６を介し連結された出力軸３とを備えている。

トーションバー６は、ピン４により入力軸２に連結され、セレーション５により出力軸３に連結されている。入力軸２は、ベアリング８を介しバルブハウジング７により支持され、ブッシュ１２を介し出力軸３により支持されている。出力軸３は、ベアリング１０、１１を介しラックハウジング９により支持されている。出力軸３にピニオン１５が形成され、ピニオン１５に噛み合うラック１６に操舵用車輪（図示省略）が連結される。

斯かる構成により、操舵による入力軸２の回転は、トーションバー６を介してピニオン１５に伝達され、伝達されたピニオン１５の回転によりラック１６は車両幅方向に移動し、ラック１６の移動により車両の操舵がなされる。なお、入出力軸２、３とハウジング７との間にはオイルシール４２、４３が介在する。また、ラック１６を支持するサポートヨーク４０がバネ４１の弾力によりラック１６に押し付けられている。

操舵補助力発生用油圧アクチュエータとして油圧シリンダ２０が設けられている。油圧シリンダ２０は、ラックハウジング９により構成されるシリンダチューブと、ラック１６に一体化されるピストン２１とを備えている。ピストン２１により仕切られる油室２２、２３に操舵抵抗に応じて圧油を供給するため、ロータリー式油圧制御弁３０が設けられている。

制御弁３０は、バルブハウジング７に相対回転可能に挿入される筒状の第１バルブ部材３１と、第１バルブ部材３１に同軸中心に相対回転可能に挿入される第２バルブ部材３２とを備える。第１バルブ部材３１は、出力軸３にピン２９により同行回転するよう連結されている。第２バルブ部材３２は、入力軸２と一体的に成形され、入力軸２の外周部により第２バルブ部材３２が構成され、第２バルブ部材３２は入力軸２と同行回転する。よって、第１バルブ部材３１及び第２バルブ部材３２は、操舵抵抗に応じてトーションバー６がねじれることにより同軸中心に相対回転する。

バルブハウジング７に、ポンプ７０に接続される入口ポート３４と、油圧シリンダ２０の一方の油室２２に接続される第１ポート３７と、他方の油室２３に接続される第２ポート３８と、直接にタンク７１に接続される第１出口ポート３６と、後述の可変絞り弁６０を介しタンク７１に接続される第２出口ポート６１とが設けられている。各ポート３４、３６、３７、３８、６１は、第１バルブ部材３１と第２バルブ部材３２との内外周間の流路を介し互いに接続されている。

第１バルブ部材３１に形成された流路が、第１ポート３７を介して油圧シリンダ２０の右操舵補助力発生用油室２２に接続され、第１バルブ部材３１に形成された流路が、第２ポート３８を介して油圧シリンダ２０の左操舵補助力発生用油室２３に接続されている。また、第１バルブ部材３１に形成された圧油供給路が、入口ポート３４を介してポンプ７０に接続され、入力軸２に形成された流路が、第１出口ポート３６を介してタンク７１に接続されている。

入力軸２と出力軸３とは、路面から操舵用車輪を介し伝達される操舵抵抗によるトーションバー６のねじれによって相対回転する。その相対回転により第１バルブ部材３１と第２バルブ部材３２とが相対回転することで、流路面積すなわち開度が変化し、油圧シリンダ２０が操舵抵抗に応じた操舵補助力を発生する。

入力軸２の外周面には、入力軸２に嵌合した軸長方向へ移動可能なヨーク部材５１を備えており、ハウジング７の上端に備えたヨーク受部材５２と対向している。また、ヨーク部材５１をヨーク受部材５２側へ押圧する、入力軸２に固定された押圧調整部材５３を備えている。図２は、ヨーク部材５１とヨーク受部材５２とが対向する部分の拡大斜視図であり、図３は、ヨーク部材５１とヨーク受部材５２とが対向する部分の拡大正面図である。

ヨーク部材５１は永久磁石が固定されており、ヨーク受部材５２側がＳ極、押圧調整部材５３側がＮ極となるように配置してある。また、押圧調整部材５３には電磁石が固定されており、ヨーク部材５１側がＮ極となるように配置してある。すなわち、ヨーク部材５１と押圧調整部材５３とは、対向する面で異なる極性を有するように永久磁石又は電磁石を配置する。したがって、Ｎ極・Ｓ極は、上述した配置と逆であっても良い。

さらに、押圧調整部材５３の電磁石を励磁する電流の大きさを制御する通電回路５４を外部に備えており、励磁電流の大きさに応じて電磁石と永久磁石との間に生じる斥力の大きさを制御することができる。励磁電流は、車両の速度を検出する車速センサ５５の検出値が大きいほど電流値を大きくするよう制御する。したがって、車両の速度が大きいほど電磁石と永久磁石との間に生じる斥力が大きくなり、ヨーク部材５１が押圧調整部材５３によりヨーク受部材５２側へ押し付けられる。

ヨーク部材５１とヨーク受部材５２とが対向している面には、周縁部に少なくとも１箇所の係合部（ヨーク部）６０を備えることが好ましい。すなわち、ヨーク部材５１に係合部６０を設け、対向するヨーク受部材５２に係合部６０と係合可能な被係合部（ヨーク受部）６１を備える。これにより、電磁石と永久磁石との間に生じる斥力によるヨーク部材５１の押圧を確実にヨーク受部材５２へ伝達することができ、特に弾性部材を使用することなくヨーク部材５１によるヨーク受部材５２への圧力を精細に制御することが可能となる。したがって、斥力によりヨーク部材５１とヨーク受部材５２との間に生じる所望の予圧をねじれ反力に付加することにより、例えば高速走行時にねじれ剛性を増加することができ、操舵部材に適度な操舵感覚（軽過ぎない感覚）を付与することが可能となる。

なお、ヨーク部材５１と押圧調整部材５３とが対向する面は、平面であっても良いし、図２及び図３に示すように外周の周縁部から内側へ向かうテーパが全周にわたって形成された凹凸面であっても良い。図４は、ヨーク部材５１と押圧調整部材５３とが対向する部分の回転中心軸を含む面での模式断面図である。

図４（ａ）は、図３に示すように、ヨーク部材５１の押圧調整部材５３と対向する面が、ヨーク部材５１の周縁部から内側へ向かうテーパが全周にわたって形成された凹面をなしている。それに対応して、押圧調整部材５３のヨーク部材５１と対向する面が、押圧調整部材５３の周縁部から内側へ向かって突出するようテーパが全周にわたって形成された凸面をなしている。これにより、ヨーク部材５１と押圧調整部材５３との間に発生する斥力の中心軸と略直交する方向の分力を、ヨーク部材５１を押し付ける押圧へと効果的に変換することができ、発生した斥力を損失することなくヨーク部材５１とヨーク受部材５２との予圧として用いることが可能となる。

同様に、図４（ｂ）は、押圧調整部材５３のヨーク部材５１と対向する面が、押圧調整部材５３の周縁部から内側へ向かって突出する球面の一部として凸面をなしている。それに対応して、ヨーク部材５１の押圧調整部材５３と対向する面が、ヨーク部材５１の周縁部から内側へ向かって窪んだ球面の一部として凹面をなしている。これにより、図４（ａ）と同様にヨーク部材５１と押圧調整部材５３との間に発生する斥力の中心軸と略直交する方向の分力を、ヨーク部材５１を押し付ける押圧へと効果的に変換することができ、発生した斥力を損失することなくヨーク部材５１とヨーク受部材５２との予圧として用いることが可能となる。

なお、ヨーク部材５１と押圧調整部材５３の磁石の組み合わせは、ヨーク部材５１が永久磁石であり、押圧調整部材５３が電磁石であるという上述の組み合わせに限定されるものではない。例えば、ヨーク部材５１が電磁石であり、押圧調整部材５３が永久磁石であっても良いし、両者が電磁石であっても良い。すなわち両者が永久磁石となる組み合わせを除いていかなる組み合わせであっても良い。

また、ヨーク部材５１とヨーク受部材５２とを係合させる突出部６０は、周縁部に少なくとも１箇所備えていれば良いが、複数備える場合には、回転中心軸を中心として点対称の位置に配置されていることが好ましい。回転軸に略均等に斥力により生じた予圧を付与することができ、回転バランスを維持しつつねじれ剛性を高めることができるからである。

以上のように本実施の形態によれば、電磁石を励磁する電流の大きさを変更することにより、ヨーク部材５１と押圧調整部材５３との間に作用する磁気的な斥力を変更することができ、特に弾性部材を使用することなくヨーク部材５１によるヨーク受部材５２への圧力を精細に制御することが可能となる。したがって、比較的簡素な構造で、斥力によりヨーク部材５１とヨーク受部材５２との間に生じる所望の予圧をねじれ反力として付加することができ、ねじれ剛性を増加することが可能となる。

なお、本実施の形態では油圧パワーステアリング装置について説明しているが、本願発明は既存のパワーステアリング装置に後付けすることも可能な簡素な構造である点にも特徴を有しており、操舵補助力付与の駆動源を選ばない。したがって、油圧パワーステアリング装置に限定されるものではなく、例えば電動パワーステアリング装置であっても良い。

本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す要部断面を含む正面図である。 ヨーク部材とヨーク受部材とが対向する部分の拡大斜視図である。 ヨーク部材とヨーク受部材とが対向する部分の拡大正面図である。 ヨーク部材と押圧調整部材とが対向する部分の回転中心軸を含む面での模式断面図である。

符号の説明

１ パワーステアリング装置、２ 入力軸、３ 出力軸、５１ ヨーク部材、５２ ヨーク受部材、５３ 押圧調整部材、５４ 通電回路、６０ 係合部、６１ 被係合部

Claims (3)

1. 操舵部材に連結された入力軸と、該入力軸と連結され、舵取機構と連結された出力軸とをケーシング内に備え、入力軸と出力軸とを相対回転させてパワーアシスト用のアクチュエータを動作させるパワーステアリング装置において、
   入力軸に嵌合した移動可能なヨーク部材と、該ヨーク部材と対向しており、出力軸側に固定したヨーク受部材と、前記ヨーク部材を前記ヨーク受部材側へ押圧する、前記入力軸に固定された押圧調整部材とを備えており、
   前記押圧調整部材には電磁石が、前記ヨーク部材には永久磁石が、同一の極性で対向するようそれぞれ固定されており、
   前記電磁石を励磁する電流の大きさを制御することが可能な通電回路を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記ヨーク部材の前記押圧調整部材と対向する側が凹面をなし、前記押圧調整部材の前記ヨーク部材と対向する側は、該凹面に対応した凸面をなしていることを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
3. 前記ヨーク部材は、少なくとも一の係合部を周縁部に備えており、前記ヨーク受部材は、該係合部に対応した数の被係合部を周縁部に備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーステアリング装置。

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