JP3738611B2

JP3738611B2 - 動力舵取装置

Info

Publication number: JP3738611B2
Application number: JP21640999A
Authority: JP
Inventors: 義治稲熊; 進穂永; 光則成瀬
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001039322A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータによって駆動されるベーンポンプを油圧源として用いた動力舵取装置に関し、特に、ベーンポンプのベーンの張り出し性を向上した動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動力舵取装置の油圧源として用いられるベーンポンプにおいては、ベーンがロータに設けられた放射状のスリット内に摺動可能に収納され、ポンプ始動時にはポンプ軸の回転によるベーン自身に働く遠心力によって張り出し、ポンプ作用が開始される。このポンプ作用により油を吐き出し、その油圧力がベーンの内端に作用し、ベーンをカムリングの内面に押付けるようになっている。
【０００３】
ところで、車両への搭載上の問題や、非操舵時にベーンポンプの回転を低速にして省エネを図る等の理由で、ベーンポンプを電動モータによって駆動するようにした動力舵取装置が一部の車種に採用されている。
ベーンポンプを電動モータによって駆動する動力舵取装置においては、ポンプをエンジンによって駆動する場合のような流量制御弁を不要にでき、また非操舵時においてはベーンポンプを低速回転させて省エネを図ったり、車速に応じて電動モータの回転速度を制御することにより車速に感応した操舵感覚を付与できる等の利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種のベーンポンプにおいては、操舵時に電動モータの高速回転によりベーンポンプより大流量の圧油が吐出されている状態においても、圧力損失が大きくならないように吐出通路の通路面積が広くとられ、圧力損失によるエネルギロスを少なくするようにしている。
【０００５】
このために、非操舵時のように電動モータの低速回転状態においては、ベーンに作用する遠心力が小さくなり、ベーンがカムリングの小円弧面によってロータスリット内に押し込められた後は、吸入区間や大円弧面においても遠心力および油圧力による張り出しができなくなり、ポンプ作用が行われなくなる。その状態で操舵が行われて電動モータの回転速度が上昇されても、正常な圧油の吐出作用が速やかに行えず、アシストに遅れを生ずることになる。
【０００６】
本発明は、電動モータの低速回転時においても、ベーンを圧油の作用によってカムリングの内面に押付けできるようにして、操舵に伴って電動モータの回転速度が上昇された場合に、速やかにポンプ作用を行えるようにすることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、電動モータによってベーンポンプを駆動して圧油を吐出し、この圧油を制御弁を介してパワーシリンダに供給して操舵力をアシストするようにした動力舵取装置において、前記ベーンポンプの吐出通路中に背圧を発生するための背圧発生手段と、この背圧が所定圧以上になった際に前記吐出通路中の圧油が背圧発生手段をバイパスして前記制御弁に供給されるように作動するバイパス手段とを設け、前記背圧発生手段によって発生した背圧を前記ベーンポンプのベーンに作用させるようにしたものである。
【０００８】
請求項２の発明は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの出力に基づいて前記電動モータを制御する電子制御装置を設け、前記トルクセンサの出力に基づいて電子制御装置が非操舵と判断した場合は前記電動モータを低速回転にして前記ベーンポンプより最低流量の圧油を吐出し、操舵と判断した場合には電動モータの回転速度を上昇するようにしたものである。
【０００９】
請求項３の発明は、前記背圧手段が、前記吐出通路中に配置された絞り部からなり、また前記バイパス手段が、前記絞り部と並列的に前記吐出通路に接続され前記絞り部の前後差圧に応動して開閉作動されるバイパス弁からなるものである。
請求項４の発明は、前記背圧発生手段の絞り部を、前記ベーンポンプより最低流量の圧油が吐出されている状態において、ベーンをカムリングの内面に押付けるに必要な背圧を発生できる絞り面積に設定したものである。
請求項５の発明は、前記絞り部を前記バイパス弁に形成したものである。
請求項６の発明は、前記背圧発生手段およびバイパス手段を、吐出通路の一端に取付けられるユニオンに組込んだものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は動力舵取装置の全体構成を示し、この動力舵取装置のギヤボックス１０には、ピニオン軸１１が回転可能に支持されるとともに、このピニオン軸１１に噛合するラック軸１２が摺動可能に支持され、このラック軸１２の両端は所要の操縦リンク機構１３を介して操向車輪１４に連結される。ラック軸１２上にはパワーシリンダ１５のピストン１６が設けられている。
【００１１】
前記ピニオン軸１１には図略のトーションバーを介してステアリング軸１７が連結され、このステアリング軸１７の一端にステアリングホイール１８が取付けられている。ステアリング軸１７とピニオン軸１１との間には、両者の相対回転に応じて作動される制御弁１９が設けられ、この制御弁１９の供給ポートはベーンポンプ２０の吐出通路２１に接続され、排出ポートはリザーバ２２に接続され、一対のシリンダポートは前記パワーシリンダ１５の左右室に接続されている。
【００１２】
また、前記ステアリング軸１７上には、前記ステアリングホイール１８に加えられた操舵トルク（トーションバーの捩れトルク）を検出するトルクセンサ２３が設けられ、このトルクセンサ２３より操舵トルクに応じた電気的出力が発生される。トルクセンサ２３の出力は電子制御装置２４に入力され、この電子制御装置２４はトルクセンサ２３の出力に基づいて、非操舵状態にあるか、操舵状態にあるかを判断する。電子制御装置２４によって操舵状態にあると判断された場合には、前記トルクセンサ２３の出力に応じた電流値を前記ベーンポンプ２０駆動用の電動モータ２５に供給し、電動モータ２５をステアリングホイール１８に加えられた操舵トルクに応じた回転速度で駆動する。しかして、非操舵状態にあると判断された場合には、電動モータ２５に比較的低い電流値を供給し、これによってベーンポンプ２０の吐出流量を最低流量に確保して、省エネを達成するようになっている。
【００１３】
前記制御弁１９の供給ポートに接続された吐出通路２１中には、背圧発生手段２７が設けられている。背圧発生手段２７は絞り部２８からなり、この絞り部２８の絞り作用によってその上流側に絞り部２８の絞り抵抗に応じた背圧を発生させるようになっている。ここで、前記絞り部２８は、前述した非操舵時においてベーンポンプ２０が吐出する最低流量を通過させる際に、後述するベーンをカム内面に押付けるに必要な背圧を発生できる絞り面積に設定されている。
【００１４】
前記吐出通路２１には、前記背圧発生手段２７と並列的にバイパス手段２９が接続されている。このバイパス手段２９は、前記絞り部２８と並列的に吐出通路２１に接続されたバイパス通路３０と、このバイパス通路３０中に設けられ絞り部２８の前後の差圧に応じてバイパス通路３０を開閉可能なバイパス弁３１と、このバイパス弁３１をバイパス通路３０を閉止する方向に付勢するスプリング３２とによって構成されている。
【００１５】
しかして、前記バイパス通路３０は、絞り部２８前後の差圧が小さい通常時においては、バイパス弁３１に作用するスプリング３２のばね力により閉止されているが、絞り部２８を通過する流量の増加により、絞り部２８前後の差圧がスプリング３２のバイアス以上になると、バイパス弁３１が作動してバイパス通路３０を開放し、吐出通路２１に吐出された圧油をバイパス通路３０を介して制御弁１９に供給するようになっている。
【００１６】
図２は、前記背圧発生手段２７およびバイパス手段２９を組込んだベーンポンプ２０の具体例を示すもので、このベーンポンプ２０は電動モータ２５によって駆動される。ベーンポンプ２０は、前記背圧発生手段２７およびバイパス手段２９を除き、基本的には公知の圧力平衡形ベーンポンプからなっている。
【００１７】
図２において、ベーンポンプ２０のフロントハウジング４０には凹所４１が形成され、この凹所４１を閉塞するようにリヤハウジング４２がフロントハウジング４０に固着されている。凹所４１には一対のサイドプレート４３、４４と、これらサイドプレート４３、４４の間に配置されたカムリング４５が収容され、このカムリング４５内にロータ４６が収納されている。
【００１８】
前記ロータ４６は、前記リヤハウジング４２に回転可能に支持された前記電動モータ２５の出力軸４８に取付けられている。
前記ロータ４６には、円周上等角度間隔に複数のスリット４９が放射方向に形成され、これらスリット４９にベーン５０がそれぞれ摺動可能に収納されている。ベーン５０はカムリング４５の内周に形成されたカム面５１に、油圧力あるいは遠心力の作用によって押付けられるようになっている。カム面５１は周期が１８０度の基本的に楕円曲面よりなるカム曲面で構成されている。
【００１９】
前記一対のサイドプレート４３、４４のロータ４６との摺接面には、前記スリット４９の内端部に圧油を導入するための背圧溝５３、５４が形成され、これら背圧溝５３、５４よりスリット内端部に導入される圧油の作用により、ベーン５０がカム面５１に押付けられる。しかしてカムリング４５とロータ４６との間にベーン５０によって区画された複数のポンプ室が形成される。
【００２０】
前記一対のサイドプレート４３、４４のロータ４６との摺接面には、膨張領域（吸入領域）をなすポンプ室に対応して吸入ポート５７、５８が、また圧縮領域（吐出領域）をなすポンプ室に対応して吐出ポート５９、６０が、それぞれ直径方向に対向する位置に形成されている。
前記吐出ポート５９、６０は圧力室６１を介して前記吐出通路２１に接続され、前記吸入ポート５７、５８は吸入通路６２を介して前記リザーバ２２に接続されている。しかして前記圧力室６１は導入通路６３を介して前記背圧溝５３、５４に連通されている。
なお、図中６４は圧力室６１に配設されたウエーブワッシャを示し、このウエーブワッシャ６４のばね力により一方のサイドプレート４３を他方のサイドプレート４４側に押圧している。
【００２１】
前記ベーンポンプ２０のフロントハウジング４０に形成された吐出通路２１の一端には、吐出通路２１よりも大径の弁室６５が形成され、この弁室６５の一端はフロントハウジング４０の端面に開口されている。弁室６５の一端にはリヤハウジング４２に形成された送出口６６が接続され、この送出口６６は図略の管路を介して前記制御弁１９の供給ポートに接続される。
【００２２】
弁室６５には、図３にも示すように、前記バイパス手段２９のバイパス弁３１が摺動可能に収納され、このバイパス弁３１はスプリング３２の付勢力により、通常は弁室６５の端面段部に当接する摺動端に保持され、吐出通路２１を閉塞するようにしている。しかして、バイパス弁３１には中心部に背圧発生手段２７の絞り部２８が形成され、この絞り部２８を介して吐出通路２１は常時送出口６６に連通されている。前記バイパス弁３１の両端には絞り部２８前後の差圧が作用し、この差圧に応じてバイパス弁３１が作動されるようになっている。弁室６５には環状溝６７が形成され、この環状溝６７は前記バイパス弁３１に形成された半径方向孔６８を介して常時前記送出口６６に連通されている。また、前記環状溝６７はバイパス弁３１が弁室６５の端面段部より離間された際、前記吐出通路２１に連通されるようになっている。
【００２３】
これにより、バイパス弁３１が弁室６５の端面段部に当接する摺動端に保持されている状態においては、吐出通路２１は絞り部２８のみを介して送出口６６に連通され、しかるに絞り部２８前後の差圧の上昇により、バイパス弁３１が図４に示すように弁室６５の端面段部より離間された状態においては、吐出通路２１は絞り部２８と、この絞り部２８に並列的な環状溝６７および半径方向孔６８からなるバイパス通路３０を介して送出口６６に連通されようになる。
【００２４】
次に上記のように構成された本実施の形態における作用を説明する。
ステアリングホイール１８が操舵されておらず、トーションバーが捩じられていない非操舵時においては、制御弁１９は中立状態に保持され、パワーシリンダ１５の左右室には差圧が発生しない。
一方、前記非操舵時においては、トルクセンサ２３より電子制御装置２４に出力される電気的信号も所定レベル以下であるため、操舵が行われていないと判断され、電子制御装置２４より電動モータ２５に加えられる電流値は低く、ベーンポンプ２０は低速で駆動され、最低流量の圧油が吐出通路２１に吐出される。
【００２５】
前記吐出通路２１に最低流量の圧油が吐出されると、この圧油は吐出通路２１中の絞り部２８（背圧発生手段２７）を介して制御弁１９に供給され、リザーバ２２に排出される。この際、絞り部２８の絞り作用により、絞り部２８の上流側に背圧が発生する。この背圧は、ベーンポンプ２０の背圧溝５３、５４よりスリット内端部に導入され、ベーン５０を背圧によってカムリング４５のカム面５１に押付ける。なお、この際の背圧ではバイパス手段２９を構成するバイパス弁３１が作動せず、バイパス通路３０は閉止された状態にある。
これにより、ベーンポンプ２０が低速で駆動されている状態、すなわち、ベーン５０に作用する遠心力が小さい状態においても、油圧（背圧）によりベーン５０がカム面５１へ押付けられ、ポンプ作用を正常に行える状態に維持される。
【００２６】
ステアリングホイール１８が操作されると、図略のトーションバーが捩じられる。このトーションバーの捩じれにより、トルクセンサ２３より操舵トルクに応じた電気的信号が出力され、電子制御装置２４に入力される。電子制御装置２４は入力された電気的信号に応じた電流値を電動モータ２５に供給し、電動モータ２５を操舵トルクに応じた回転速度まで上昇させる。これによりベーンポンプ２０より吐出される圧油は、ステアリングホイール１８に加えられた操舵トルクをアシストするに十分な流量まで増加される。
【００２７】
この際、ベーンポンプ２０のベーン５０は、非操舵時において絞り部２８による背圧の作用によってカムリング４５のカム面５１に押付けられ、正常なポンプ作用を維持されているため、電動モータ２５の回転上昇に速やかに追従して吐出流量を増加させることができ、操舵トルクのアシスト作用に遅れを生じさせない。
ベーンポンプ２０よりステアリングホイール１８に加えられた操舵トルクをアシストするに十分な流量の圧油が吐出通路２１に吐出されると、吐出通路２１中の絞り部２８前後の差圧が上昇し、バイパス弁３１をスプリング３２のばね力に抗して摺動し、バイパス通路３０を開放する。これにより、ベーンポンプ２０より吐出通路２１に吐出された圧油は、バイパス通路３０を介して制御弁１９に供給される。
【００２８】
一方、ステアリングホイール１８が操作されてトーションバーが捩じられると、ピニオン軸１１に対してステアリング軸１７が相対回転され、制御弁１９が作動される。この制御弁１９の作動により、制御弁１９の供給ポートがステアリングホイール１８の操舵方向に応じてパワーシリンダ１５の左右室に接続されたシリンダポートの一方に連通され、、シリンダポートの他方は排出ポートに連通される。
従って、吐出通路２１より制御弁１９の供給ポートに供給された圧油は、ステアリングホイール１８の操舵方向に応じてパワーシリンダ１５の一方室に供給され、パワーシリンダ１５の他方室の油は制御弁１９の排出ポートよりリザーバ２２に排出され、ステアリングホイール１８の操舵方向にアシスト作用が働く。
【００２９】
このように上記した実施の形態によれば、非操舵時においては電動モータ２５によって駆動されるベーンポンプ２０の回転速度を低くし、吐出流量を低減させることにより省エネ化を達成でき、しかもベーンポンプ２０の低吐出流量状態、すなわち、ベーン５０に作用する遠心力が期待できない低速回転状態においても、背圧発生手段２７によって発生される背圧を利用してベーン５０を油圧力によりカム内面５１に押圧できるので、ベーンポンプ２０の正常なポンプ作用を常時持続できるようになる。
【００３０】
従って、操舵により電動モータ２５によって駆動されるベーンポンプ２０の回転速度が上昇された際に、上記のポンプ作用により速やかに吐出流量の増加作用をもたらすことができるようになり、アシストに遅れを生じさせない。
また、ベーンポンプ２０の高回転状態においては、吐出流量をバイパス手段２９によって背圧発生手段２７をバイパスできるので、圧力損失を抑制できるようになる。
【００３１】
図５は本発明の他の実施の形態を示すもので、前述した背圧発生手段２７およびバイパス手段２９をポンプハウジング７０に取付けられるユニオン７１内に組込んだものである。
すなわち、ポンプハウジング７０には一端に送出口７２を開口したユニオン７１が螺着されている。ユニオン７１内には送出口７２に開口する弁室７３が形成され、この弁室７３はユニオン７１の先端に形成された貫通穴７４を介して吐出通路２１に連通されている。
【００３２】
前記弁室７３には中心部に絞り部２８を形成したバイパス弁３１が摺動可能に収納され、このバイパス弁３１はスプリング３２の付勢力により、通常はユニオン７１の先端部に当接する摺動端に保持されている。また、弁室７３には環状溝７５が形成され、この環状溝７５は前記バイパス弁３１に形成された半径方向孔７６を介して常時送出口７２に連通されている。また、前記環状溝７５はバイパス弁３１がスプリング力に抗してユニオン７１の先端部より離間されると、前記貫通穴７４を介して吐出通路２１に連通されるようになっている。
【００３３】
上記した実施の形態においても、先に述べた実施の形態と同様に、ベーンポンプ２０の低吐出流量状態、すなわち、ベーン５０に作用する遠心力が期待できない低速回転状態においても、背圧発生手段２７によって発生される背圧を利用してベーン５０を油圧によりカム内面５１に押圧できるようになる。
この実施の形態によれば、予め背圧発生手段２７およびバイパス手段２９を組込んだユニオン７１をポンプハウジング７０に取付けるのみでよいので、ベーンポンプ２０の製造工程を簡単にできるとともに、既存のベーンポンプ２０にも容易に適用できる利点がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明においては、吐出通路中に設けた背圧発生手段により、電動モータの低速回転時、すなわちベーンポンプの低流量吐出状態においても、ベーンを圧油の作用によってカムリングの内面に押付けできるようにして、操舵に伴ってモータの回転速度が上昇された場合に、、速やかにポンプ作用を行えることができ、アシストに遅れを生じさせない効果がある。
しかも本発明によれば、モータの高回転時、すなわちベーンポンプの高流量吐出状態においては、ベーンポンプの吐出流量をバイパス手段によって背圧発生手段をバイパスできるようにしたので、圧力損失を低減できる効果も併せて奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す動力舵取装置の全体構成図である。
【図２】図１の動力舵取装置に使用されるベーンポンプを示す断面図である。
【図３】図２の一部を拡大した図である。
【図４】図３の作動状態を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示すベーンポンプの部分図である。
【符号の説明】
１５パワーシリンダ
１９制御弁
２０ベーンポンプ
２１吐出通路
２３トルクセンサ
２４電子制御装置
２５電動モータ
２７背圧発生手段
２８絞り部
２９バイパス手段
３０バイパス通路
３１バイパス弁
５３、５４背圧溝
５０ベーン

Claims

電動モータによってベーンポンプを駆動して圧油を吐出し、この圧油を制御弁を介してパワーシリンダに供給して操舵力をアシストするようにした動力舵取装置において、前記ベーンポンプの吐出通路中に背圧を発生するための背圧発生手段と、この背圧が所定圧以上になった際に前記吐出通路中の圧油が背圧発生手段をバイパスして前記制御弁に供給されるように作動するバイパス手段とを設け、前記背圧発生手段によって発生した背圧を前記ベーンポンプのベーンに作用させるようにしたことを特徴とする動力舵取装置。
ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの出力に基づいて前記電動モータを制御する電子制御装置を設け、前記トルクセンサの出力に基づいて電子制御装置が非操舵と判断した場合は前記電動モータを低速回転にして前記ベーンポンプより最低流量の圧油を吐出し、操舵と判断した場合に電動モータの回転速度を上昇するようにしてなる請求項１に記載の動力舵取装置。
前記背圧手段が、前記吐出通路中に配置された絞り部からなり、また前記バイパス手段が、前記絞り部と並列的に前記吐出通路に接続され前記絞り部の前後差圧に応動して開閉作動されるバイパス弁からなっている請求項１に記載の動力舵取装置。
前記背圧発生手段の絞り部を、前記ベーンポンプより最低流量の圧油が吐出されている状態において、ベーンをカムリングの内面に押付けるに必要な背圧を発生できる絞り面積に設定してなる請求項２もしくは請求項３に記載の動力舵取装置。
前記絞り部を前記バイパス弁に形成してなる請求項４に記載の動力舵取装置。
前記背圧発生手段およびバイパス手段を、吐出通路の一端に取付けられるユニオンに組込んでなる請求項４に記載の動力舵取装置。