JP3731956B2 - ステアリング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部信号に応じて車両を自動操舵することのできるステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両に搭載されるアクチュエータにより外部信号に応じた操舵力を発生させ、その操舵力に基づき車両を自動操舵するステアリング装置の開発が進められている。
【0003】
そのようなステアリング装置として、ドライバーの操舵力に基づき車両を操舵する通常操舵モードと、油圧アクチュエータが発生する操舵力に基づき車両を操舵する自動操舵モードとにすることができ、その油圧アクチュエータにより通常操舵モードでは操舵補助力を発生させるものが提案されている(特開平7‐205824号公報参照)。
【0004】
この従来のステアリング装置においては、自動操舵モードにおいて断線が生じた場合に通常操舵モードに切換えることが可能とされ、フェイルセーフが図られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のステアリング装置では、自動操舵に逆らってドライバーが自己の意志で通常操舵を行うことはできなかった。そのため、断線以外の制御系の異常や、予期しない緊急事態等に対処するフェイルセーフは充分なものではなかった。
【0006】
本発明は、上記問題を解決することのできるステアリング装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ドライバーの操舵力に基づき車両を操舵する通常操舵モードと、外部信号に応じて操舵力発生用油圧アクチュエータが発生する操舵力に基づき車両を操舵する自動操舵モードとにすることができるステアリング装置に適用される。
本発明は、そのステアリング装置において、その操舵力発生用油圧アクチュエータが操舵補助力発生用油圧アクチュエータを兼用するものとされ、その油圧アクチュエータへの圧油供給用ポンプと、ドライバーの操舵力に基づき作動する第1制御弁と、外部信号の受信手段と、その受信された外部信号に応じた制御信号を出力する手段と、その制御信号に応じて作動するように制御される第2制御弁と、その油圧アクチュエータの作動に必要な圧油を第1制御弁と第2制御弁とに選択的に供給する圧油選択供給手段とを備え、その油圧アクチュエータが操舵補助力を発生するように、その第1制御弁によりポンプから供給される圧油の油圧が制御され、その油圧アクチュエータが操舵力を発生するように、その第2制御弁によりポンプから供給される圧油の油圧が制御され、その第2制御弁への圧油の供給が、ドライバーが操舵力を作用させることにより規制されることで、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることが可能とされていることを特徴とする。
【0008】
本発明の構成によれば、自動操舵に逆らってドライバーが自己の意志で通常操舵を行うことができる。すなわち、自動操舵モードにおいて異常事態が発生した場合は、ドライバーの判断で通常操舵モードに切り換えることが可能になり、充分なフェイルセーフ機能を奏することができる。
また、圧油選択供給手段により第1制御弁と第2制御弁とに選択的に必要量の圧油を供給でき、単一のポンプから圧油を供給できる。
【0009】
本発明において、その圧油選択供給手段は、圧油供給用ポンプに接続される流入口、通常操舵用の圧油を吐出する第1流出口、および自動操舵用の圧油を吐出する第2流出口を有する分流弁により構成され、その分流弁の第1流出口と油圧アクチュエータとの間に前記第1制御弁が設けられ、その分流弁の第2流出口と油圧アクチュエータとの間に前記第2制御弁が設けられ、ドライバーが操舵力を作用させることに基づく両流出口の開度変更により、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられるように、その分流弁に、その第1制御弁により制御される油圧と第2制御弁により制御される油圧との差に応じて、各流出口の開度を変更可能な弁部材が設けられているのが好ましい。
【0010】
これにより、第1制御弁により制御される油圧と第2制御弁により制御される油圧との差を利用して、分流弁を作動させて各制御弁に選択的に必要量の圧油を供給できるので、構成を簡単化できる。
【0011】
さらに、本発明において、その油圧アクチュエータは、右操舵時に圧油が供給される第1油室と左操舵時に圧油が供給される第2油室とを有し、各制御弁は、第1切換え弁を介して第1油室に接続され、第2切換え弁を介して第2油室に接続され、各切換え弁に、その第1制御弁により制御される油圧と第2制御弁により制御される油圧との差に応じて、第1制御弁と油圧アクチュエータとの間の接続ポートと第2制御弁と油圧アクチュエータとの間の接続ポートとを選択的に閉鎖可能な弁部材が設けられているのが好ましい。
【0012】
これにより、第1制御弁により制御される油圧と第2制御弁により制御される油圧との差を利用して、各制御弁を選択的に油圧アクチュエータに接続できるので、構成を簡単化できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図3を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0014】
図1に示すラックピニオン式ステアリング装置101は、ステアリングホイール(図示省略)に連結される入力シャフト102と、この入力シャフト102にトーションバー103を介し連結される出力シャフト104とを備えている。そのトーションバー103はピン105を介し入力シャフト102に連結され、また、セレーション106を介し出力シャフト104に連結されている。その出力シャフト104にピニオン107が形成され、このピニオン107に噛み合うラック108の各端に操舵用車輪(図示省略)が連結される。その入力シャフト102はベアリング109を介しバルブハウジング110aに支持され、また、ブッシュ111を介し出力シャフト104に支持されている。その出力シャフト104はベアリング112、113を介しラックハウジング10bに支持されている。
【0015】
そのステアリングホイールをドライバーが操作し、ドライバーの操舵力に基づき車両を操舵する通常操舵モードにおいては、そのドライバーの操舵力に基づく操舵トルクにより入力シャフト102が回転する。
【0016】
その入力シャフト102の回転はトーションバー103を介しピニオン107に伝達され、そのピニオン107の回転によりラック108は軸方向に移動する。このラック108の移動により車輪が転舵される。なお、その入出力シャフト102、104とバルブハウジング110aとの間にオイルシール114、115が設けられている。また、そのラック108を支持するサポートヨーク116が設けられ、このサポートヨーク116はバネ117の弾力によりラック108に押し付けられている。
【0017】
操舵補助力発生用油圧アクチュエータと、操舵力発生用油圧アクチュエータとを兼用する油圧シリンダ118が設けられている。その油圧シリンダ118は、ラックハウジング110bにより構成されるシリンダチューブと、ラック108に一体化されるピストン120とを有し、そのピストン120により仕切られる第1油室121と第2油室122とを有する。
【0018】
各油室121、122は、ドライバーの操舵力に基づき作動するロータリー式油圧第1制御弁123と、後述の第2制御弁145とに択一的に接続される。その第1制御弁123によりポンプ137から供給される油圧が制御されることで、油圧シリンダ118は操舵補助力を発生させる。
【0019】
すなわち、その第1制御弁123は、筒状の第1バルブ部材124と、この第1バルブ部材124に同軸心に相対回転可能に挿入される第2バルブ部材125とを備えている。その第1バルブ部材124は、バルブハウジング110aに相対回転可能に挿入され、出力シャフト104にピン126を介し同行回転可能に取り付けられる。その第2バルブ部材125は入力シャフト102の外周に一体的に形成されることで、入力シャフト102と同行回転する。これにより、第1バルブ部材124と第2バルブ部材125とは、ドライバーの操舵力に基づく操舵トルクに応じてトーションバー103がねじれることで、弾性的に相対回転とされ、その相対回転量に応じて油圧シリンダ118に作用する油圧が制御される。
【0020】
すなわち、図2に示すように、その第1バルブ部材124の内周と第2バルブ部材125の外周とに軸方向に沿う複数の凹部が周方向等間隔に形成されている。その第1バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する右操舵用凹部127と左操舵用凹部128とで構成される。その第2バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する圧油供給用凹部129と圧油排出用凹部130とで構成される。各右操舵用凹部127と各左操舵用凹部128とは周方向に交互に配置され、各圧油供給用凹部129と各圧油排出用凹部130とは周方向に交互に配置される。
【0021】
各右操舵用凹部127は、第1バルブ部材124に形成された第1流路131と、バルブハウジング110aに形成された第1ポート132から、後述の第1切換え弁148を介して油圧シリンダ118の第1油室121に通じる。
【0022】
各左操舵用凹部128は、第1バルブ部材124に形成された第2流路133と、バルブハウジング110aに形成された第2ポート134から、後述の第2切換え弁150を介して油圧シリンダ118の第2油室122に通じる。
【0023】
各圧油供給用凹部129は、第1バルブ部材124に形成された第3流路135と、バルブハウジング110aに形成された入口ポート136とから、後述の分流弁170を介してポンプ137に通じる。
【0024】
各圧油排出用凹部130は、第2バルブ部材125に形成された第1排出路138、入力シャフト102とトーションバー103の内外周間の通路147、図1に示す入力シャフト102に形成された第2排出路139、及びバルブハウジング110aに形成された排出ポート140から、タンク141に通じる。
【0025】
これにより、第1バルブ部材124と第2バルブ部材125の内外周間に形成された弁間油路142を介して、その油圧シリンダ118の各油室121、122とポンプ137とが接続される。その弁間油路142において、第1バルブ部材側凹部と第2バルブ部材側凹部の間は、両バルブ部材124、125の相対回転により開度が変化する絞り部A、B、C、Dとされる。各絞り部A、B、C、Dの開度が操舵トルクに応じ変化することで、油圧シリンダ118に作用する油圧が制御される。
【0026】
図2は、操舵が行なわれていない直進操舵位置での両バルブ部材124、125の相対位置を示しており、この状態においては各圧油供給用凹部129と各圧油排出用凹部130との間の絞り部A、B、C、Dの開度は一定である。
【0027】
直進操舵位置から右方へ操舵すると、操舵トルクに応じたトーションバー103の捩じれによる両バルブ部材124、125の相対回転量に応じて、各右操舵用凹部127と各圧油供給用凹部129との間の絞り部Aの開度および各左操舵用凹部128と各圧油排出用凹部130との間の絞り部Bの開度が大きくなり、各左操舵用凹部128と各圧油供給用凹部129との間の絞り部Cの開度および各右操舵用凹部127と各圧油排出用凹部130との間の絞り部Dの開度が小さくなる。これにより、ポンプ137から第1油室121へ操舵トルクに応じた圧油が供給され、第2油室122からタンク141へ油が還流され、車両の右方への操舵補助力がラック108に作用する。
【0028】
直進操舵位置から左方へ操舵すると、各絞り部A、B、C、Dの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化するので、車両の左方への操舵補助力がラック108に作用する。
【0029】
図3に示すように、上記第2制御弁145は、分流弁170を介してポンプ37に接続される圧油導入ポート146と、タンク141に接続されるタンクポート147と、第1切換え弁148を介して油圧シリンダ118の第1油室121に接続される右操舵用ポート149と、第2切換え弁150を介して油圧シリンダ118の第2油室122に接続される左操舵用ポート151と、スプール152と、制御装置161に接続されるスプール駆動用ソレノイド153と、そのスプール152のリターンバネ154とを有する。そのスプール152は、各ポート146、147、149、151を互いに接続するニュートラル位置と、圧油導入ポート146を右操舵用ポート149に接続し、タンクポート147を左操舵用ポート151に接続する右操舵位置と、圧油導入ポート146を左操舵用ポート151に接続し、タンクポート147を右操舵用ポート149に接続する左操舵位置との間で移動可能とされている。
【0030】
その制御装置161はコンピュータにより構成され、外部信号の受信器162と、操舵量センサ163とに接続されている。その外部信号は、例えば、走行路やガードレールに設けられた発信器から発信される車両誘導信号や、他車両に設けられた発信器から発信される衝突危険性を報知する警報信号等とすることができる。その操舵量センサ163は、例えばラック108の移動量やステアリングホイールの回転角等の実際の操舵量に対応する量を検知する。
その外部信号が受信器162を介して入力されると、その外部信号に応じて制御装置161はソレノイド152の制御信号を出力し、第2制御弁145を作動させる。その制御信号に応じて制御されることで、第2制御弁145はポンプ137から供給される圧油の油圧を制御し、第1油室121と第2油室122とに択一的に油圧を作用させる。すなわち、そのスプール152が右操舵位置に位置することで、油圧シリンダ118の第1油室121に圧油が供給され、車両の右方への操舵力がラック8に作用する。また、そのスプール152が左操舵位置に位置することで、油圧シリンダ118の第2油室122に圧油が供給され、車両の左方への操舵力がラック8に作用する。すなわち、その第2制御弁145は、上記油圧シリンダ118が自動操舵モードにおける操舵力を発生するように、ポンプ37から供給される圧油の油圧を制御する。これにより、この制御装置161による制御信号の出力中は、外部信号に応じて油圧シリンダ118が発生する操舵力に基づき車両を操舵する自動操舵モードとされる。
この制御装置161による制御信号の出力は図外スイッチ操作により解除可能とされ、これにより通常操舵モードにすることが可能とされている。
さらに、後述のようにドライバーが操舵力を作用させることで、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることが可能とされている。
【0031】
その分流弁170は、油圧シリンダ118の作動に必要な圧油を第1制御弁123と第2制御弁145とに選択的に供給するもので、ハウジング171と、そのポンプ137に接続される圧油流入口172と、通常操舵用の圧油を吐出する第1流出口173と、自動操舵用の圧油を吐出する第2流出口174と、弁部材175とを有する。その第1流出口173と油圧シリンダ118との間に第1制御弁123が設けられ、その第2流出口174と油圧シリンダ118との間に第2制御弁145が設けられている。
【0032】
その流入口172と第1流出口173との間と、流入口172と第2流出口174との間とに、それぞれ同一開度の固定絞り176、177が設けられている。また、その弁部材175を中立位置に保持する一対のバネ178、179が設けられている。その弁部材175が中立位置に保持される状態で、流入口172は第1流出口173と第2流出口174の双方に通じる。また、そのハウジング171に移動部材180が、弁部材175の移動方向に移動可能に挿入される。その移動部材180の一端は流入口172と第1流出口173との間において弁部材175に接し、他端はハウジング171に形成されたパイロット圧感知口181内に配置される。そのパイロット圧感知口181は、第1制御弁123の入口ポート136に接続され、油圧シリンダ118が操舵補助力を発生するように第1制御弁123により制御される油圧が、移動部材180に作用するものとされている。
【0033】
その弁部材175に、第1制御弁123により制御される油圧が、流入口172と第1流出口173との間において直接に作用し、また、パイロット圧感知口181から移動部材180を介して作用する。一方、その弁部材175に、油圧シリンダ118が操舵力を発生するように第2制御弁145により制御される油圧が、流入口172と第2流出口174との間において作用する。これにより、その第1制御弁123により制御される油圧と第2制御弁145により制御される油圧との差に応じて、弁部材175は通常操舵モードにおいては第2流出口174の開度規制位置に変位し、自動操舵モードにおいては第1流出口173の開度規制位置に変位する。その弁部材175には、開度規制位置において各流出口173、174を流入口172に接続する通孔152a、152bが形成され、通常操舵モードでは第2制御弁145への、自動操舵モードでは第1制御弁123への微小流量の圧油の流れを確保している。
【0034】
これにより、通常操舵モードにおいては、油圧シリンダ118を作動させて操舵補助力を発生させるのに必要な圧油が第1制御弁123に供給され、自動操舵モードにおいては、油圧シリンダ118を作動させて操舵力を発生させるのに必要な圧油が第2流出口174に供給される。また、自動操舵モードにおいてドライバーが操舵力を作用させることで、油圧シリンダ118が操舵補助力を発生するように第1制御弁123により制御される油圧が、油圧シリンダ118が操舵力を発生するように第2制御弁145により制御される油圧よりも大きくなると、その差圧により弁部材175が第2流出口174の開度規制位置に変位する。これにより、その第2制御弁への圧油の供給が規制され、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられる。
【0035】
上記第1切換え弁148は、弁部材185と、この弁部材185を中立位置に保持する一対のバネ186と、その弁部材185により仕切られる右操舵用第1油室187および右操舵用第2油室188と、その右操舵用第1油室187を第1制御弁123の第1ポート132に接続する右操舵用第1ポート189と、その右操舵用第2油室188を第2制御弁145の右操舵用ポート149に接続する右操舵用第2ポート190と、その右操舵用第1油室187を油圧シリンダ118の第1油室121に接続する右操舵用第3ポート191と、その右操舵用第2油室188を油圧シリンダ118の第1油室121に接続する右操舵用第4ポート192とを有する。
【0036】
上記第2切換え弁150は、弁部材200と、この弁部材200を中立位置に保持する一対のバネ201と、その弁部材200により仕切られる左操舵用第1油室202および左操舵用第2油室203と、その左操舵用第1油室202を第1制御弁123の第2ポート134に接続する左操舵用第1ポート204と、その左操舵用第2油室203を第2制御弁145の左操舵用ポート151に接続する左操舵用第2ポート205と、その左操舵用第1油室202を油圧シリンダ118の第2油室122に接続する左操舵用第3ポート206と、その左操舵用第2油室203を油圧シリンダ118の第1油室122に接続する左操舵用第4ポート207とを有する。
【0037】
その第1切換え弁148は、第1制御弁123により制御される油圧と第2制御弁145により制御される油圧との差に応じて、通常操舵モードにおける右操舵時には弁部材185により右操舵用第4ポート192を閉鎖し、自動操舵モードにおける右操舵時には弁部材185により右操舵用第3ポート191を閉鎖する。
【0038】
その第2切換え弁150は、第1制御弁123により制御される油圧と第2制御弁145により制御される油圧との差に応じて、通常操舵モードにおける左操舵時には弁部材200により左操舵用第4ポート207を閉鎖し、自動操舵モードにおける左操舵時には弁部材200により左操舵用第3ポート206を閉鎖する。
【0039】
上記構成によれば、自動操舵モードにおいて、外部信号が受信器162を介して制御装置161に入力されると、制御装置161は、操舵量センサ163から入力される実際の操舵量と、外部信号に基づく操舵量とを比較し、実際の操舵量が外部信号に基づく操舵量になるように制御信号を第2制御弁145のソレノイド152に出力する。
【0040】
制御装置161が直進操舵位置から右方へ操舵するための制御信号をソレノイド152に出力すると、第2制御弁145により分流弁170の第2流出口174が第1切換え弁148を介して油圧シリンダ118の第1油室121に接続され、油圧シリンダ118の第2油室122がタンク141に接続され、その第1油室121に外部信号に応じた圧油が供給され、第2油室122からタンク141へ油が還流される。これにより、車両の右方への操舵力がラック108に作用する。
【0041】
制御装置161が直進操舵位置から左方へ操舵するための制御信号をソレノイド152に出力すると、第2制御弁145により分流弁170の第2流出口174が第2切換え弁150を介して油圧シリンダ118の第2油室122に接続され、油圧シリンダ118の第1油室121がタンク141に接続され、その第2油室122に外部信号に応じた圧油が供給され、第1油室121からタンク141へ油が還流される。これにより、車両の左方への操舵力がラック108に作用する。
【0042】
そして、自動操舵モードにおいて、ドライバーが操舵力を作用させると、分流弁170の第2流出口174の開度が小さくされ、第2制御弁145への圧油の供給が規制される。これにより、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられる。
【0043】
上記構成によれば、自動操舵に逆らってドライバーが自己の意志で通常操舵を行うことができる。すなわち、自動操舵モードにおいて異常事態が発生した場合は、ドライバーの判断で通常操舵モードに切り換えることが可能になり、充分なフェイルセーフ機能を奏することができる。
また、分流弁170により第1制御弁123と第2制御弁145とに選択的に必要量の圧油を供給でき、単一のポンプ137から圧油を供給できる。
また、第1制御弁123により制御される油圧と第2制御弁145により制御される油圧との差を利用して、分流弁170を作動させて各制御弁123、145に選択的に必要量の圧油を供給できるので、構成を簡単化できる。
さらに、第1制御弁123により制御される油圧と第2制御弁145により制御される油圧との差を利用して、切換え弁148、150を介して各制御弁123、145を選択的に油圧アクチュエータに接続できることによっも構成を簡単化できる。
【0044】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、本発明はボールスクリュー式ステアリング装置にも適用できる。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、自動操舵モードと通常操舵モードとにすることができるステアリング装置において、安全性を向上し、装置を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のテアリング装置の断面図
【図2】図1のII‐II線に沿う断面図
【図3】本発明の実施形態のステアリング装置の分流弁の断面と油圧回路を示す図
【符号の説明】
118 油圧シリンダ
121 第1油室
122 第2油室
123 第1制御弁
137 ポンプ
141 タンク
145 第2制御弁
148 第1切換え弁
150 第2切換え弁
161 制御装置
162 受信器
170 分流弁
172 流入口
173 第1流出口
174 第2流出口
175 弁部材
A、B、C、D 絞り部

Claims (2)

  1. ドライバーの操舵力に基づき車両を操舵する通常操舵モードと、外部信号に応じて操舵力発生用油圧アクチュエータが発生する操舵力に基づき車両を操舵する自動操舵モードとにすることができるステアリング装置において、
    その操舵力発生用油圧アクチュエータが操舵補助力発生用油圧アクチュエータを兼用するものとされ、
    その油圧アクチュエータへの圧油供給用ポンプと、
    ドライバーの操舵力に基づき作動する第1制御弁と、
    外部信号の受信手段と、
    その受信された外部信号に応じた制御信号を出力する手段と、
    その制御信号に応じて作動するように制御される第2制御弁と、
    その油圧アクチュエータの作動に必要な圧油を第1制御弁と第2制御弁とに選択的に供給する圧油選択供給手段とを備え、
    その油圧アクチュエータが操舵補助力を発生するように、その第1制御弁によりポンプから供給される圧油の油圧が制御され、
    その油圧アクチュエータが操舵力を発生するように、その第2制御弁によりポンプから供給される圧油の油圧が制御され、
    その第2制御弁への圧油の供給が、ドライバーが操舵力を作用させることにより規制されることで、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることが可能とされ
    その圧油選択供給手段は、圧油供給用ポンプに接続される流入口、通常操舵用の圧油を吐出する第1流出口、および自動操舵用の圧油を吐出する第2流出口を有する分流弁により構成され、
    その分流弁の第1流出口と油圧アクチュエータとの間に前記第1制御弁が設けられ、
    その分流弁の第2流出口と油圧アクチュエータとの間に前記第2制御弁が設けられ、
    ドライバーが操舵力を作用させることに基づく両流出口の開度変更により、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられるように、その分流弁に、その第1制御弁により制御される油圧と第2制御弁により制御される油圧との差に応じて、各流出口の開度を変更可能な弁部材が設けられていることを特徴とするステアリング装置。
  2. その油圧アクチュエータは、右操舵時に圧油が供給される第1油室と左操舵時に圧油が供給される第2油室とを有し、
    各制御弁は、第1切換え弁を介して第1油室に接続され、第2切換え弁を介して第2油室に接続され、
    各切換え弁に、その第1制御弁により制御される油圧と第2制御弁により制御される油圧との差に応じて、第1制御弁と油圧アクチュエータとの間の接続ポートと第2制御弁と油圧アクチュエータとの間の接続ポートとを選択的に閉鎖可能な弁部材が設けられている請求項1に記載のステアリング装置。
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