JP3251933B2 - 車両用パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用パワーステア
リング装置に関し、特にパワーステアリング装置の作動
時、車両の速度に応じて操作力の差が発生するように電
子力を利用して操舵力を適切に調節できる車両用パワー
ステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ポンプからの圧油を動力原で使用す
る油圧式パワーステアリング装置においては、ステアリ
ングホイールの操作により回転するピニオン軸と、この
ピニオン軸に形成されたピニオンと歯合するラックを有
した出力軸とから構成されている。また、出力軸の両端
部には車両の操舵を行うタイロッドが配設されており、
よってステアリングホイルが操作されピニオン軸が回転
すると、この回転力により出力軸は直線運動を行い、出
力軸を介して車輪の操舵を行う構成とされている。

【０００３】それでステアリングホイールに操舵トルク
が与えると、これに応じてトーションバーが捻じること
により入力軸と出力軸との間には相対的な角変位が生じ
るようになる。この相対角変位によって入力軸とバルブ
ボディーとの間に形成されたロータリースプール弁の回
転により操舵方向に該当する作動室に油圧が供給されて
操舵補助力を得ることができる。

【０００４】この時、得られた操舵補助力は操舵トルク
とトーションバーの捻じり変位に関係がある。図８は操
舵トルクとトーションバーの変位との関係を示すグラフ
である。ここに示したように、トーションバーの変位量
が増加することによってトルクの大きさも比例して増加
するようになる。従って、ステアリングホイールに与え
る操舵トルクはトーションバーの捻じり特性だけで決定
されるので、油圧シリンダーからの圧油による操舵補助
力との間には、図９に示したような比例関係が成立す
る。操舵トルクに対する油圧の変化をみると、操舵トル
クの小さい区間‘ｂ’では油圧が低いであるが、操舵ト
ルクの大きい区間‘ａ’では油圧が急に高くなる。従っ
て、停車時や低速時には大きい操舵補助力が必要である
ので、油圧の高い‘ａ’区間の特性を利用し、中速や高
速時には小さい操舵補助力が必要であるので、油圧の低
い‘ｂ’区間の制御特性を利用する。

【０００５】通常、トルクの変化による油圧の変化を、
停車や低速状態を基準として運転者が感じる操舵力を軽
く設定すると、小さなトルクで操舵が可能な状態になる
ので、高速時に走行安全性の悪化を招く恐れがある。そ
の反対に、高速走行状態を基準として運転者が感じる操
舵力を重く設定すると、停車及び低速時に十分な操舵補
助力を得ることが出来ないという問題点がある。

【０００６】よって、このような問題点を解決するため
に車両の速度に応じてトーションバーの捻じり変位に対
する操舵トルク及びこの操舵トルクに対する油圧の変化
量を変更させて、低速時には小さなステアリングホイー
ルのトルクでも大きい操舵補助力を得ることが出来、高
速時には操舵反力が大きくなって車両安定性を高めるこ
とができる車速感応式反力装置が開発された。

【０００７】このような車速感応式反力装置としては、
低速時には圧油の供給量を増加させると共に、高速時に
は圧油の供給量を減少させて流量制御装置の油圧変化に
よる反力とバルブ側の機械的な反力とを利用する油圧式
反力制御装置および電子力を利用して反力を変化させる
電子力式反力装置がある。

【０００８】図１０は従来の電子力式反力装置の電磁気
機構の構成を示す斜視図で、米国特許第5,119,898号に
開始されたものである。この電子力式反力装置はカプセ
ル型の磁化コイル130と、円筒形の永久磁石リング104
と、一双の円筒形回転強磁性体106、108とからなってい
る。 強磁性体106、108の円周面には各々、複数の凸部1
20、122が突設されている。前記永久磁石リング104はロ
ーターハブ110に固着される。また、ローターハブ110の
中央にはバルブボディーを回転自在に支持するためのス
リーブベアリングが挿設される。スプール軸と共に回転
できる回転強磁性体106は永久磁石リング104と対向して
配設される。永久磁石リング104は半径方向に磁化され
た磁極が入れ替わって軸方向に延びる。

【０００９】図１１は図１０の電磁気機構の回転磁器回
路における磁束の流れを示す概略図である。

【００１０】図面において、図１１は磁束の中心整列が
なした状態を示す図面であり、図１２は永久磁石リング
104の移動により磁束の中心整列が歪曲された状態を示
す図面である。

【００１１】ここで、操舵操作力が加えられない状態で
は磁化コイル130により発生された磁束は、図１１に示
したように中心整列がなすようになる。しかし操舵操作
力が加えるとバルブボディーの回転によって永久磁石リ
ング104が回転するようになって、図１２に示したよう
に磁束の中心整列が歪曲される。これと共に歪曲された
磁束によって中心整列復原力が生じて永久磁石リング10
4を元の位置に戻す復元力が生じる。この復元力は操舵
補助力に対する反力として作用する。

【００１２】前述のように、磁化コイルにより発生した
磁束の中心整列復原力の大きさを可変させることによっ
て車速に応じる操舵補助力の調節ができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電子力
式反力装置は半径方向に磁化されて軸方向に磁極が入れ
替わって延設された永久磁石リングを、油圧作動のため
の回転強磁性体内に挿入して磁化コイルにより発生され
た磁束の中心整列復原力で永久磁石を元の位置に移動さ
せるので、永久磁石の磁極が反復できるように多極被着
しなければならない。よって、被着作業が難しくなり、
生産性が低下する原因になる。

【００１４】また、1999.8.3にゾル・エドワード・バシン
グに許与されてゼネラルモータース社に譲渡した米国特
許5,931,195号にも2条の内部ポール部材を有する自動車
用動力操舵装置及びその製造方法が開始されている。

【００１５】特許'195号に開始された電磁石装置はトー
ションバーの効果的な復元トルクの大きさを変化させる
ためのものである。この電磁石装置は磁化コイルと、多
数の外向歯部を有する円筒形バルブ部材の延長部を含む
内部ポール部材と、スプルー軸の上で共に回転自在に設
けられて、同じく多数の対向する内向歯部を有した外部
ポール部材とを含む。ここで、環状の内部ポール部材は
コイルを通じて与えられた最大磁束電流に対して高い磁
化度を有する第1の磁石物質で製造されたハブ部材を含
み、かつコイル電流に対して第1の磁石物質より低い磁
化度を有する第2の磁石物質で製造された歯部材を含
む。

【００１６】しかし、特許'195号に開始されている電磁
石装置は相違する磁化度を有する2つの磁石物質で内部
ポール部材が構成されているので、引力だけ作用して、
この引力だけで操舵力を調節するものである。したがっ
て、デフォルト値段の調節範囲が永久磁石を利用した構
造に比べて半分に減少される。結局、ステアリングホイ
ールの操舵力が大きくなる方向、即ち、ステアリングホ
イールが重くなる方向への制御だけが可能になり、ステ
アリングホイールの操舵力が小さくなる方向、即ち、ス
テアリングホイールが軽くなる方向への制御が不可能に
なって、十分の補助操舵力を得ることが出来ない。

【００１７】前述の問題点を解決するための本発明の目
的は、電子力式反力装置に利用する永久磁石リングの磁
極を内側面と外側面と単一の磁極で被着して、かつ磁化
コイルからの磁束と永久磁石からの磁束とを直接対向さ
せて引力による反力を得ることができる車両用パワース
テアリング装置を提供することにある。

【００１８】本発明の他の目的は、磁性体スリーブに連
結された部材が磁力によりパスプレートに付着しようと
する引力による回転運動の阻害要因を除去するため、パ
スプレートと磁性体スリーブを一体化させて回転運動の
向上を図る車両用パワーステアリング装置を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の記載の発明は、ハウジングの内部
中央に回転自在に配設される入力軸と、この入力軸の内
部に配設されるトーションバーと、入力軸の一段に連結
されるピニオン軸と、入力軸の外周部に配設されるバル
ブボディーとからなり、圧油で操舵補助力を得る車両用
パワーステアリングにおいて、前記入力軸の外周部に配
設され、下半部に歯が形成される内側強磁性体と、前記
内側強磁性体の歯に対向する歯が内周面に沿って形成さ
れる外側強磁性体と、前記内側強磁性体の歯と前記外側
強磁性体の歯との上で円周方向に沿って巻き付けるコイ
ルと、前記コイルの上面と周りをかぶせて磁束の形成す
る助けるためのパスプレートと、前記外側強磁性体の外
側に外嵌される永久磁石と、前記永久磁石の周りに配設
される磁性体スリーブと、前記内側強磁性体、外側強磁
性体、および永久磁石の下に配設される非磁性体スリー
ブとを含み、前記永久磁石とその内側の外側強磁性体が
単一の極性を有し、対応する内側強磁性体が反対の単一
の極性を有することを特性とする。

【００２０】また、請求項2の記載の発明は、ハウジン
グの内部中央に回転自在に配設される入力軸と、この入
力軸の内部に配設されるトーションバーと、入力軸の一
段に連結されるピニオン軸と、入力軸の外周部に配設さ
れるバルブボディーとからなり、圧油で操舵補助力を得
る車両用パワーステアリングにおいて、前記入力軸を中
心として円周方向に巻き付ける環状の磁化コイルと、前
記磁化コイルにより発生された磁束内でハウジングに固
着されており、その半径方向の内周側と外周側は単一の
磁極で被着された永久磁石リングと、前記永久磁石リン
グの半径方向内側に各々配設されて、前記入力軸及び前
記トーションバーの作動に応じて各々相対回転可能にな
り互いに対向する複数の歯が形成されている内側強磁性
体及び外側強磁性体とを含むことを特徴とする。

【００２１】このような構成を有する本発明によれば、
車両の速度に応じて磁化コイルに電流が供給されて磁束
が形成されると、内側強磁性体には磁化コイルからの磁
力が伝えられ、外側強磁性体には永久磁石リングからの
磁力が伝えられる。この時、磁化コイルに供給される電
流方向の変化を通じて磁化コイルからの磁極の方向を調
節して永久磁石リングによる外側強磁性体の磁極方向と
は反対の極性が形成されると、内側強磁性体と外側強磁
性体との間には引力が作用して相対回転に対する反力が
生じる。その反面に、永久磁石リングによる外側強磁性
体の磁極方向と同一の極性が形成されると、外側強磁性
体と内側強磁性体との間には斥力が作用して相対回転に
対する反力が生じられないようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好ましい実施の形態について説明する。

【００２３】まず、図１は本発明の好ましい実施の形態
に係る電子力を利用した車速感応型反力装置を示した断
面図であり、図２は図１における線VI-VIの断面図であ
る。

【００２４】通常、車両用パワーステアリング装置にお
いて、ハウジング1の内部中央には入力軸2が回転自在に
設けており、この入力軸2の内部にはトーションバー3が
挿設されている。また、入力軸2の下段にはピニオン軸4
が連結され、入力軸の外周面にはバルブボディー5が配
設される。

【００２５】このような構成のパワーステアリング装置
において、本発明の好ましい実施形態による反力装置
は、入力軸2の外周面に順々に内側強磁性体11および外
側強磁性体12と、この内側強磁性体11および外側強磁性
体12の上に巻き付けているコイル7と、このコイル7の上
面に設けられたパスプレート13と、外側強磁性体12の外
側に嵌合された永久磁石14と、この永久磁石14の周りに
嵌合された磁性体スリーブ16とを有している。

【００２６】ここで、入力軸2の外周面に配設される内
側強磁性体11には、その下半部に歯11aが形成されてお
り、外側強磁性体12には、内側強磁性体11の歯11aに対
向するように内周面に沿って歯12aが形成されている。
コイル7は内側強磁性体11の歯11aと外側強磁性体12の歯
12aの上に円周方向に沿って巻き付けている。パスプレ
ート13はコイル7の上面と周りをかぶせるように設けて
磁束を形成する。

【００２７】外側強磁性体12の外側に配設された永久磁
石14の周りには磁性体スリーブ15が嵌合される。また、
内側強磁性体11と、外側強磁性体12と、永久磁石14との
下には非磁性体スリーブ16が配設される。

【００２８】ここで、永久磁石14とその内側の外側強磁
性体12は単一の極性を持ち、対応する内側強磁性体11は
反対の単一の極性を持つように構成されている。

【００２９】このような構成の反力装置において、例え
ば、高速走行時の作動関係を説明する。運転者が高速走
行時にステアリングホイールを回転させれば、コイル7
に電源が供給されて内側強磁性体11に電子力が発生され
る。例えば、外側強磁性体12の後方にある永久磁石14が
Nの極性を持っていると、内側歯部材11の電子力はSの極
性を持つように形成されて、この時、発生される磁力
(引力)によってステアリングホイールが重くなる。した
がって、ステアリングホイールの回転時、共に作動され
る入力軸2が容易に回転されないようになって走行安全
性が確保できる。

【００３０】例えば、外側歯部材12は全体がN極、内側
歯部材11は全体がS極になるように形成されている場
合、パスプレート13が磁束の形成を助けるためにコイル
の周りを流れる磁束はより強力な磁力を形成することが
可能になる。

【００３１】次に、図３は本発明の他の実施形態に係る
電子力を利用した車速感応型反力装置を示した断面図で
あり、図４は図３における線VIII-VIIIの断面図であ
る。

【００３２】図３で説明したように、車両用パワーステ
アリング装置において、第1のハウジング200内部中央に
は入力軸220が回転自在に設けており、この入力軸220の
内部にはトーションバー230が挿設されている。また、
入力軸220の下段にはピニオン軸240が連結され、入力軸
220の外周面にはバルブボディー250が配設される。

【００３３】このような構成のパワーステアリング装置
において、この実施形態による反力装置は、入力軸220
を中心として円周方向に巻き付けた環状の磁化コイル13
0と、この磁化コイル130より発生された磁束を形成する
ための第1のハウジング200と、このハウジング200内に
固着された第2のハウジング270と、第2のハウジング270
に固着され、内周面と外周面とが単一の磁極で被着され
た永久磁石リング204と、この永久磁石リング204の半径
方向内側に各々配設されて入力軸220及びトーションバ
ー230の作動に応じて各々相対回転可能に結びついてお
り、互いに対向する側に複数の歯216、218が形成された
内側及び外側強磁性体206、208とからなる。

【００３４】ここで、外側強磁性体208は入力軸220の作
動に応じて回転できるように永久磁石リング204と一定
の距離で離間されて配設される。

【００３５】磁化コイル130に電流が供給されると、図
４に矢印で示したように内側強磁性体206と、外側強磁
性体208と、永久磁石リング204と、第2のハウジング270
を通じて磁束が形成される。

【００３６】図４に示したように、磁化コイル130によ
り形成された磁束は内側強磁性体206と、外側強磁性体2
08と、永久磁石リング204と、第2のハウジング270の順
にしたがって流れるようになる。一方、磁化コイル130
により形成された磁束の方向が反対の場合は、第2のハ
ウジング270と、永久磁石リング204と、外側強磁性体20
8と、内側強磁性体206の順にしたがって流れるようにな
る。

【００３７】以下、電子力によるパワーステアリング装
置における反力発生の過程を 詳細に説明する。図５及
び図６は磁化コイル130により形成された磁束の流れを
示すための概略図である。この中で、図５は内側強磁性
体206と外側強磁性体208との間に引力が作用した状態を
示した図面であり、図６は内側強磁性体206と外側強磁
性体208との間に斥力が作用した状態を示した図面であ
る。

【００３８】まず、図５に示したように運転者の操作力
に強い反力が生じるようにするために、制御ユニットか
らの出力信号により磁化コイル130に電流が与えられ
る。よって、内側強磁性体206の歯216が例えば、S極に
磁化される。この時、外側強磁性体208の歯218は永久磁
石リング204によりN極で磁化されている。したがって、
内側強磁性体206の歯216と外側強磁性体208の歯218との
間には強い引力が作用してトーションバー230による捻
じりに伴って強い反力が生じる。

【００３９】また、図６に示したように、運転者の操作
力に対して反力がなくなるようにする場合，制御ユニッ
トからの出力信号により磁化コイル130に反対極性の電
流が与えられる。よって、内側強磁性体206の歯216は例
えば、N極で磁化される。この時、外側強磁性体208の歯
218は永久磁石リング204によりN極で磁化される。した
がって、内側強磁性体206の歯216と外側強磁性体208の
歯218との間には強い斥力が作用してトーションバー230
による捻じりに対して何らの影響を及ぼさないようにな
る。

【００４０】図７は入力操舵トルクに対する油圧の変化
を示したグラフである。

【００４１】このグラフに示したように、磁化コイルに
供給される電流の大きさ及び方向は、正（＋）の方向に
大きくなることによって基準グラフＢから右に移動する
ようになる。したがって、同一な油圧で入力操舵トルク
が大きくなる制御特性が得られる。一定中速時、電流を
０に設定して高速時は電流を正（＋）になるようにし、
低速時は逆に電流を負（−）になるように調整する。

【００４２】つまり、図面で、グラフＡは停車時の操舵
トルクを表して、基準グラフＢは中速時、グラフＣは高
速時の操舵トルクを各々表す。

【００４３】このグラフに示したように、高速を走行す
るようになると、磁化コイルに供給される電流の大きさ
及び方向は、正（＋）の方向に大きくなることによって
基準グラフ（一定中速時のＢ）から右に移動するように
なる。従って、同一な油圧で入力操舵トルクが大きくな
る制御特性が得られる。また、基準より低速に走行する
ようになると、逆に、電流の大きさ及び方向が負（‐）
の方向に大きくなることによって基準グラフから左に移
動するようになって同一な油圧で入力トルクが小さくな
る制御特性が得られる。

【００４４】したがって、車両の速度に応じて磁化コイ
ル130に供給される電流の大きさと方向を調節すること
によって、低速や停車時、または高速時にも同一なトー
ションバーの捻じり特性で相違する操作力を得ることが
できる

【００４５】

【発明の効果】以上の本発明によると、磁化コイルによ
り形成された磁力と永久磁石により形成された磁力との
間に生じた引力及び斥力によって動力による操舵補助力
に対する反力が得られて、低速及び高速区間で安定した
操舵能力を発揮することができる。

【００４６】また、永久磁石の極性を、半径方向に内周
面と外周面を単一の極性で被着することによって、被着
作業がより簡単で生産性が向上する利点がある。

【００４７】一方、磁束を形成する磁性体スリーブを一
体に形成して回転運動が円滑になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施形態に係るパワーステア
リング装置の車速感応型反力装置を示した断面図であ
る。

【図２】図２は図１における線VI−VIの断面図である。

【図３】図３は本発明の他の実施形態に係るパワーステ
アリング装置の車速感応型反力装置を示した断面図であ
る。

【図４】図４は図３における線VIII−VIIIの断面図であ
る。

【図５】図５は図３に示した磁化コイルにより形成され
た磁束の流れを示す概略図である。

【図６】図６は図３に示した磁化コイルにより形成され
た磁束の流れを示す概略図である

【図７】図７は入力操舵トルクに対する油圧の変化を示
したグラフである。

【図８】図８は操舵トルクとトーションバーの捻じり変
位の関係を示したグラフである。

【図９】図９は操舵トルクに対する油圧の変化を示した
グラフである。

【図１０】図１０は従来の電子力式反力装置の電磁気機
構を示した斜視図である。

【図１１】図１１は図１０の電磁気機構の回転磁器回路
における磁束の流れを示した概略図である。

【図１２】図１２は図１０の電磁気機構の回転磁器回路
における磁束の流れを示した概略図である。

【符号の説明】

104…永久磁石リング 106…回転強磁性体 108…回転強磁性体 130…磁化コイル 200…第1のハウジング 206…内側強磁性体 208…外側強磁性体 216…歯 218…歯 220…入力軸 230…トーションバー 240…ピニオン軸 250…バルブボディー 270…第2のハウジング

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの内部中央に回転自在に配設
   される入力軸と、この入力軸の内部に配設されるトーシ
   ョンバーと、入力軸の一段に連結されるピニオン軸と、
   入力軸の外周部に配設されるバルブボディーとからな
   り、圧油で操舵補助力を得る車両用パワーステアリング
   において、 前記入力軸の外周部に配設され、下半部に歯が形成され
   る内側強磁性体と、 前記内側強磁性体の歯に対向する歯が内周面に沿って形
   成される外側強磁性体と、 前記内側強磁性体の歯と前記外側強磁性体の歯との上で
   円周方向に沿って巻き付けるコイルと、 前記コイルの上面と周りをかぶせて磁束の形成する助け
   るためのパスプレートと、 前記外側強磁性体の外側に外嵌される永久磁石と、 前記永久磁石の周りに配設される磁性体スリーブと、 前記内側強磁性体、外側強磁性体、および永久磁石の下
   に配設される非磁性体スリーブとを含み、 前記永久磁石とその内側の外側強磁性体が単一の極性を
   有し、対応する内側強磁性体が反対の単一の極性を有す
   ることを特性とする車両用パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 ハウジングの内部中央に回転自在に配設
   される入力軸と、この入力軸の内部に配設されるトーシ
   ョンバーと、入力軸の一段に連結されるピニオン軸と、
   入力軸の外周部に配設されるバルブボディーとからな
   り、圧油で操舵補助力を得る車両用パワーステアリング
   において、 前記入力軸を中心として円周方向に巻き付ける環状の磁
   化コイルと、前記磁化コイルにより発生された磁束内で
   ハウジングに固着されており、その半径方向の内周側と
   外周側は単一の磁極で被着された永久磁石リングと、 前記永久磁石リングの半径方向内側に各々配設され、前
   記入力軸及び前記トーションバーの作動に応じて各々相
   対回転可能になり、互いに対向する複数の歯が形成され
   ている内側強磁性体及び外側強磁性体とを含むことを特
   徴とする車両用パワーステアリング装置。