JP2951363B2

JP2951363B2 - パワーステアリングの操舵力制御装置

Info

Publication number: JP2951363B2
Application number: JP13623690A
Authority: JP
Inventors: 勝博鈴木; 浩三村吉; 正幸酒向
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH0431175A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ステアリングホィールの操舵角に応じ
て、操舵力を制御する操舵力制御装置に関する。

（従来の技術）第８図〜第12図に示した従来の装置は、ケーシング１
には、ピニオンシャフト２とスタブシャフト３とを同軸
上に挿入するとともに、これら両シャフト２、３をトー
ションバー４を介して連結している。

上記ピニオンシャフト２にはピニオン５を形成すると
ともに、このピニオン５を、操舵系のロッド６に形成し
たラック７にかみ合わせている。したがって、ピニオン
シャフト２が回転してピニオン５が回ると、それにとも
なってロッド６が移動して、図示していない前輪を転舵
させるものである。

上記スタブシャフト３は、図示していないステアリン
グホィールと一体的に回転する構成にするとともに、そ
の周囲にはロータリバルブＶを設けている。

ロータリバルブＶは、スタブシャフト３と一体にした
ロータ８と、このロータ８に相対回転自在に嵌合したス
リーブ９とからなる。このスリーブ９はピン10を介して
ピニオンシャフト２に連結し、両者が一体回転する構成
にしている。

さらに、ロータ８は、第９図に示すように、その円周
方向に所定の間隔を保って複数の凹部11〜18を形成し、
これら凹部11〜18間に位置する部分を制御凸部19〜26と
している。このようにした各凹部のうち、一つおきの凹
部12、14、16、18のそれぞれは、ロータ８の中心部分に
形成したタンク通路27に連通させている。

また、スリーブ９の内周には、上記制御凸部と同数の
制御溝28〜35を形成している。そして、制御溝28、30、
32、34のそれぞれをパワーシリンダＣの一方の圧力室36
に連通させ、制御溝29、31、33、35を他方の圧力室37に
連通させている。さらに、制御溝29、30間、31、32間、
33、34間、および35、28間のそれぞれにはポンプＰに連
通する供給ポートと38を開口させている。

上記の構成のもとで、図示していないステアリングホ
ィールを中立位置に保持していると、ロータリバルブＶ
は、第９図に示すポジションを保つ。この状態でポンプ
Ｐから吐出された流体は、供給ポート38→位凹部11、1
3、15、17→制御溝28〜35→凹部12、14、16、18→タン
ク通路27を経由してタンクＴに戻され、パワーシリンダ
Ｃも中立位置に保たれる。

上記の状態からステアリングホィールを操作すると、
スタブシャフト３が回転するとともに、その回転力はト
ーションバー４を介してピニオンシャフト２にも伝達さ
れる。しかし、ピニオンシャフト２は車輪の接地摩擦等
により回転が妨げられるので、その分だけトーションバ
ー４がねじられる。そのためにスタブシャフト３は、ト
ーションバー４のねじれ角度分だけピニオンシャフト２
よりも余分に回転する。つまり、両シャフト２、３が相
対回転することになる。

このように両シャフト２、３が相対回転することによ
り、ロータ８とスリープ９も相対回転するので、当該ロ
ータリバルブＶが切換わるが、例えば、ロータ８が第９
図右方向に回転したとすると次のようになる。

第９図の状態からロータ８が右方向に回ると、供給ポ
ート38と制御溝28、30、32、34とを連通させる通路が拡
大するとともに、これら制御溝28、30、32、34と凹部1
2、14、16、18とを連通させる通路が縮小され油圧が発
生する。したがって、ポンプＰからの吐出流体は供給ポ
ート38→凹部11、13、15、17→制御溝28、30、32、34を
経由してパワーシリンダの一方の圧力室36に供給され
る。

このとき制御溝29、31、33、35と凹部12、14、16、18
とを連通させる通路が拡大するので、パワーシリンダＣ
の他方の圧力室37内の作動流体は、制御溝29、31、33、
35→凹部12、14、16、18→タンク通路27を経由してタン
クに戻される。

したがって、パワーシリンダＣのピストンロッド39は
図面下方に移動するとともに、前記操舵系のロッド６を
移動させ前輪を転舵する。そして、ステアリングホィー
ルを回し続ければ、ピニオンシャフト２とスタブシャフ
ト３とタイヤ側負荷に対応した相対回転角を維持しなが
ら一体的に回転し、ピニオン５がラック７上を転動す
る。この状態でステアリングホィールを止めると、タイ
ヤ側負荷に対応した位置でロータリバルブＶは切換わっ
たままとなり、パワーシリンダＣが停止するとともに、
その切換え位置を保つものである。

上記の状態からステアリングホィールを手離し、ある
いは戻す方向に回せば、ロータリバルブＶの相対回転角
が零となりパワーシリンダＣの圧力室36の圧力が中立状
態まで下がり、タイヤ側の反力によりパワーシリンダＣ
は中立位置に復帰する。

そして、この種の装置では、タイヤ側の負荷が小さい
とき、言い換えれば、ロータリバルブＶの相対回転角が
小さいときには、パワーシリンダＣの圧力を低く抑える
ようにしている。つまり、高速走行時のようにタイヤ側
負荷が小さいときは、パワーアシスト力を小さくして操
安性を良くするようにしている。

また、低速走行時のように、タイヤ側負荷が大きいと
き、つまりロータリバルブＶの相対回転角が大きいとき
にパワーシリンダＣの圧力を高くするようにしている。

上記のようにバルブ作動角が小さいときにパワーシリ
ンダＣの圧力を低く保ってパワーアシスト力を小さく抑
えるために、従来は第10図に示すようにロータ８の制御
凸部19〜26のエッジに面取り加工部を形成している。こ
の面取り加工部は、エッジ先端から水平に削った水平部
ｈと、この水平部ｈから当該制御凸部の中央部分に向か
う傾斜部ｉとかなる。

このようにすることによって、例えば、第10図におい
てロータ８が矢印方向に相対回転すると、制御凸部と制
御溝とで構成される開口部ｍの開口面積が徐々に小さく
なる。そして、ロータリバルブＶの作動角と上記開口部
ｍの開口面積との関係を示したのが第11図である。この
第11図からも明らかなように、ロータ８が回って制御凸
部19〜26のエッジ部分が制御溝28〜35に近づくにしたが
って、直線の特性に沿って開口面積が小さくなる。そ
して、上記水平部ｈ及び傾斜部ｉが制御溝から外れてス
リーブとラップすれば、直線の特性に沿って開口面積
が小さくなる。

上記開口面積の変化に応じたパワーシリンダＣの作動
圧力の制御特性は、第12図の実線で示したとおりであ
る。

（発明が解決しようとする課題）上記のようにした従来の操舵力制御装置によれば、パ
ワーシリンダＣの制御圧力が第12図の実線に示す特性に
なるので、バルブ作動角が小さいとき、例えば、図面ｘ
の範囲内での圧力変化が大きくなりすぎてしまう。実際
には、第12図の一点鎖線で示す特性が得られることが理
想的である。つまり、バルブ作動角が小さい範囲ｘで
は、制御圧力の上昇が緩やかで、その範囲ｘを超えた時
点から制御圧力が急上昇するのが理想的である。

しかし、上記従来の操舵力制御装置では、バルブ操舵
角が小さい範囲ｘでの圧力変化が激しいので、特に、高
速走行時の操安性が保ちにくいという問題があた。

この発明の目的は、第12図の一点鎖線で示した理想的
な制御特性が得られる操舵力制御装置を提供することで
ある。

（課題を解決するための手段）この発明は、ステアリングホィールと一体的に回転す
るスタブシャフトと、操舵系のロッドに形成したラック
にかみ合うピニオンを有するピニオンシャフトと、これ
ら両シャフトを連結するトーションバーと、上記両シャ
フトの相対回転に応じて切換わるロータとスリーブとか
らなるロータリバルブとを備えてなり、ロータリバルブ
の上記ロータは、その円周方向に所定の間隔を保って複
数の凹部を形成するとともに、これら凹部間に位置する
部分を制御凸部とし、上記スリーブも、その円周方向に
所定の間隔を保って、上記制御凸部と同数の制御溝を形
成してなるパワーステアリングの操舵力制御装置を前提
にするものである。

上記の制御装置を前提にしつつ、この発明の装置は、
制御凸部のエッジ部分に面取り部を形成する一方、上記
制御凸部と制御溝とで第１あるいは第３制御部を構成
し、第１制御部は、ポンプからの供給流体を、パワーシ
リンダへ供給する流量とタンクへ戻す流量とに分流制御
する構成にし、第３制御部は、スプール弁からなる第２
制御部を介してポンプに接続し、ロータリバルブの作動
角が一定の角度以上になると、この第３制御部が作動角
に比例した絞り効果を発揮して、上記第２制御部を介し
て導いたポンプからの圧油を、タンクへ排出する量を少
なくする構成にし、上記第２制御部を構成するスプール
弁は、ポンプの負荷圧をパイロット圧として作動すると
ともに、そのパイロット圧の上昇にともなって第２制御
部の開度を大きくする構成にした点に特徴を有する。

（本発明の作用）この発明は、上記のように構成したので、ロータリバ
ルブを切換えることによって、初期の段階では、タンク
に通じる第１制御部の流通路の開口面積が先ず小さくな
る。そのために負荷圧も上昇するので、その負荷圧をパ
イロット圧とする第２制御部、すなわちスプール弁が開
弁する。この第２制御部が開いた当初は、第３制御部が
十分に開いているので、タンクへの流出量が十分に保た
れたままになる。

この状態から、さらにロータリバルブの切換えを多く
すると、今度は、第３制御部の開口面積が小さくなるの
で、パワーシリンダへの供給流量が一気に大きくなり、
その制御圧力が急激に上昇するものである。

（本発明の効果）この発明の操舵力制御装置によれば、第１制御部、第
２制御部及び第３制御部を介して、当該装置の開口面積
が制御されるので、パワーシリンダに対する制御圧力は
理想的な特性となる。したがって、バルブ作動角が小さ
い高速走行時における操安性が向上するものである。

（本発明の実施例）第１〜７図に示した実施例にもロータリバルブを用い
ているが、その切換え原理は従来と全く同様なので、従
来と同一の構成要素に関しては、同一符号を用いて説明
し、その詳細を省略する。

ロータリバルブＶには、ロータ８に凹部11〜18と制御
凸部19〜26を形成し、スリーブ９には制御溝28〜35を形
成しているが、これら凹部、制御凸部及び制御溝のそれ
ぞれが相まって、第２図に示すように６つの第１制御部
Ｉと２つの第３制御部IIIとを構成している。

上記第１制御部Ｉは、その制御凸部のエッジ部分に第
３図に示すように面取り加工を施して当該部分を面取り
部40としている。そして、当該バルブＶが中立位置にあ
るとき、面取り部40のエッジ部分からスリーブ９の制御
溝の端部までの距離をl₁としている。

そして、ロータリバルブＶがいずれかの方向に切換わ
ることによって、タンク通路27に通じる通路の開口面積
を小さくする一方、パワーシリンダＣに通じる通路の開
口面積を大きくする構成にしている。

上記第３制御部IIIの制御凸部のエッジ部分にも、第
５図に示すように面取り部41を形成しているが、この面
取り部41は上記第１制御部Ｉの面取り部40よりも短くす
るとともに、面取り部分40の傾斜角θ_１に対して面取り
部41の傾斜角θ_２を大きくしている。さらに、当該バル
ブＶが中立位置にあるとき、面取り部41のエッジ部分か
らスリーブ９の制御溝の端部までの距離をl₂とするとと
もに、この距離l₂は上記距離l₁よりも十分に大きくして
いる。

このようにした第３制御部IIIは、連通路42を介して
第２制御部IIを構成するスプール弁SVに接続している
が、当該ロータリバルブＶが切換わることによって距離
l₂を小さくし、連通路42からタンク通路27に通じる開口
面積を徐々に小さくするようにしている。

第２制御部IIとしてのスプール弁SVは、そのボディ43
に、ポンプＰに連通する流入ポート44と、連通路42に連
通する流出ポート45とドレインポート53とを形成してい
る。さらに、このボディ43にはスプール46を摺動自在に
内装するとともに、このスプール46の一方に反力スプリ
ング47を作用させ、他方にはパイロット室48を形成して
いる。上記反力スプリング47の作用で、スプール46がノ
ーマル位置を保持しているときには、スプール46に形成
した環状溝49が流入ポート44に開口するが、流出ポート
45との連通は遮断される関係にしている。換言すれば、
スプール46が第２、４図に示すノーマル位置にあると
き、流入ポート44に流出ポート45との連通が遮断される
関係にしている。

上記環状溝49には通孔50を開口させているが、この通
孔50は、環状溝49とパイロット室48とを連通させるもの
である。

上記のようにスプール46が図示のノーマル位置にある
とき、流入ポート44から圧力流体が流入すると、そのと
きの圧力がパイロット室48に伝わる。このパイロット室
48内の圧力作用でスプール46が反力スプリング47に抗し
て移動する。そして、スプール46の移動量に応じて環状
溝49と流出ポート45とのラップ量が制御される。

なお、図中符号51はアジャストスクリュウで、このス
クリュウ51を回して反力スプリング47の初期荷重を調整
できるようにしている。

次に、この実施例の作用を説明する。

ステアリングホィールを中立位置に保っていれば、ロ
ータリバルブＶも図示の中立位置を保持するので、ポン
プＰの吐出流体は、供給ポート38から第１制御部Ｉ及び
タンク通路27を経由してタンクに戻される。

上記の状態からステアリングホィールを回してロータ
リバルブＶを切換えると、次のようになる。

いま、ロータ８を第２図右方向に回転させるようにス
テアリングホィールを回すと、凹部11と制御溝35、凹部
15と制御溝31及び凹部17と制御溝33との連通が徐々に小
さくなり、タンクを戻る流量を絞り込む。このようにタ
ンクへの戻り流量が絞られると、供給ポート38側に圧力
が発生するとともに、この圧力が第２制御部IIのパイロ
ット室48に作用する。このパイロット室48の圧力作用
で、スプール46が移動して、流入ポート44と流出ポート
45との連通開度を徐々に大きくしていく。

そして、第２制御部IIが開けば、ポンプＰの吐出流量
が、第３制御部IIIを介してタンクに戻されることにな
るが、これら第１〜３制御部Ｉ〜IIIの開口面積とロー
タリバルブＶのバルブ作動角との関係を示したのが第６
図である。

つまり、第１制御部Ｉの開口特性は第６図の曲線で
示すとおりである。すなわち、ロータ８が切換わる初期
の段階でその開度を小さくし始め、ロータ８が第３図の
l₁分だけストロークしたとき面取り部40がスリーブとラ
ップしはじめので、その開度縮小勾配がやや緩やかにな
り、最終的には全閉状態になる。

これに対して、第２制御部IIは、第１制御部Ｉの開度
がある程度小さくなってパイロット室48に作用する圧力
が設定圧以上になると開き始めるが、その開口特性は第
６図の曲線に示すとおりである。すなわち、その環状
溝49に形成した面取り部52があるので、動作初期には徐
々に開口し、この面取り部52が通過した時点からその開
度が急激に大きくなる。

さらに、第３制御部IIIは、第２制御部IIが開き始め
てから徐々に絞り効果を発揮するもので、その開口特性
は第６図の直線に示すとおりである。

そして、これらの開口特性を合成したのが曲線＋
＋である。つまり、バルブ作動角が小さい直進操舵又
は微小操舵状態では、ポンプＰの吐出流体は、第１制御
部Ｉだけを通路としてタンクに戻されるもので、このと
きには第２制御部IIがブロックされた状態を保つ。

この状態からバルブ作動角が少し大きくなると、第２
制御部IIが開き出すが、第３制御部IIIの開口面積は、
第１制御部に対して十分に大きくしているので、この段
階では第３制御部IIIの絞り効果は無視できる程度であ
る。

したがって、第２制御部IIが開き始めたときには、第
１制御部Ｉと第２制御部IIとの合成開口面積によって、
制御特性が決まることになる。

さらに、バルブ作動角が大きくなると、今度は第１制
御部Ｉが閉じて、第２制御部IIが全開状態になるので、
このときには第３制御部IIIの開口面積が主になって制
御特性が決められるが、このときには第３制御部IIIの
開口面積は急激に小さくなり、タンクへの戻り流量を少
なくする。

そして、操舵トルクとパワーシリンダＣの圧力との関
係を示したのが第７図である。

この第７図からも明らかなように、直進走行時や微小
操舵状態である範囲では、そのバルブ作動角が小さい
ので、ポンプＰの吐出量のほぼ全量が第１制御部Ｉを経
由してタンクに戻され、シリンダＣの圧力はほとんど上
昇しない。

そして、第１制御部Ｉが閉じ出して第２制御部IIが徐
々に開く範囲では、操舵トルクが大きくなる割には圧
力がそれほど高くならない。

この状態でバルブ作動角がさらに大きくなれば、第２
制御部IIが全開状態になるとともに、第３制御部IIIが
閉じ始めるので、タンクへの戻り流量がほとんどなくな
り、範囲で示したようにパワーシリンダＣの圧力が急
激に上昇する。

上記のようにこの実施例の装置によれば、操舵トルク
がある一定以上になるまで、パワーシリンダＣの圧力上
昇が緩やかなので、直進走行時や中高速走行時における
操舵特性が安定したものになる。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜７図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は断面図、第２図はロータリバルブと第２制御部とし
てのスプール弁とを具体的に示した回路図、第３図は第
１制御部の部分拡大断面図、第４図は第２制御部の部分
拡大断面図、第５図は第３制御部の部分拡大断面図、第
６図はバルブ作動角とタンクへ連通する通路の開口面積
との関係を示したグラフ、第７図は操舵トルクとパワー
シリンダの圧力との関係を示したグラフ、第８〜12図は
従来の装置を示すもので、第８図は断面図、第９図はロ
ータリバルブを具体的に示した回路図、第10図はロータ
リバルブの制御部の部分拡大断面図、第11図はバルブ作
動角とタンクへ連通する通路の開口面積との関係を示し
たグラフ、第12図は操舵トルクとパワーシリンダの圧力
との関係を示したグラフである。２……ピニオンシャフト、３……スタブシャフト、４…
…トーションバー、５……ピニオン、６……ロッド、７
……ラック、Ｖ……ロータリバルブ、８……ロータ、９
……スリーブ、11〜18……凹部、19〜26……制御凸部、
28〜35……制御溝、Ｐ……ポンプ、Ｉ……第１制御部、
II……第２制御部、III……第３制御部、40……面取り
部、SV……第２制御部としてのスプール弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−215462（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−220458（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−203580（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−94068（ＪＰ，Ａ) 特開平２−306878（ＪＰ，Ａ) 実開平２−17477（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 5/083

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングホィールと一体的に回転する
スタブシャフトと、操舵系のロッドに形成したラックに
かみ合うピニオンを有するピニオンシャフトと、これら
両シャフトを連結するトーションバーと、上記両シャフ
トの相対回転に応じて切換わるロータとスリーブとから
なるロータリバルブとを備えてなり、ロータリバルブの
上記ロータは、その円周方向に所定の間隔を保って複数
の凹部を形成するとともに、これら凹部間に位置する部
分を制御凸部とし、上記スリーブも、その円周方向に所
定の間隔を保って、上記制御凸部と同数の制御溝を形成
してなるパワーステアリングの操舵力制御装置におい
て、上記制御凸部のエッジ部分に面取り部を形成する一
方、上記制御凸部と制御溝とで第１あるいは第３制御部
を構成し、第１制御部は、ポンプからの供給流体を、パ
ワーシリンダへ供給する流量とタンクへ戻す流量とに分
流制御する構成にし、第３制御部は、スプール弁からな
る第２制御部を介してポンプに接続し、ロータリバルブ
の作動角が一定の角度以上になると、この第３制御部が
作動角に比例した絞り効果を発揮して、上記第２制御部
を介して導いたポンプからの圧油を、タンクへ排出する
量を少なくする構成にし、上記第２制御部を構成するス
プール弁は、ポンプの負荷圧をパイロット圧として作動
するとともに、そのパイロット圧の上昇にともなって第
２制御部の開度を大きくする構成にしたパワーステアリ
ングの操舵力制御装置。