JP3824099B2 - 油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置 - Google Patents

油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の操舵力を軽減するための油圧パワーステアリング装置において、車速、舵角等の自動車走行状態に応じてパワーアシスト量(操舵補助力)を制御することができる操舵力制御装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
自動車の停車時や低速走行時の操舵反力が、タイヤと路面との間の大きな摩擦力により著しく大きく、これを軽減するために、油圧パワーステアリング装置が用いられている。
【0003】
通常、油圧式パワーステアリング装置用の油圧ポンプは、回転数に比例して吐出流量が増減する可変吐出型ポンプであるので、比較的操舵反力の小さな高速走行時には、逆に吐出流量が増加して(車速とポンプ回転数とは変速比の変化でもって必ずしも比例関係にないが、対応関係はある)、パワーアシスト量が増大してしまい、小さな操舵力で操舵が可能となり、適正な運転感覚が得られない。
【0004】
このような不具合を解消するため、特公平7−71938号公報記載の操舵力制御装置(図19ないし図21参照)があった。
【0005】
図19ないし図21に図示の従来の操舵力制御装置では、入力軸01と一体に放射方向へ十字状に反力受部02が突設され、該反力受部02の外端面に傾斜溝03が形成され、該反力受部02の傾斜溝03に対向して出力軸04と一体にフランジ部05が形成され、該フランジ部05に円形ガイド孔06が設けられ、該フランジ部05を挟んで反力受部02の反対側に、反力ピストン07およびシール部材08が配設され、該シール部材08はバルブハウジング09に係止されており、該バルブハウジング09内にて前記反力ピストン07およびシール部材08間の油圧反力室 010にポンプ圧油が導入されるようになっている。
【0006】
【解決しようとする課題】
図19ないし図21に図示の従来の操舵力制御装置においては、入力軸01と出力軸04との相対的回転角度差を軸方向変位に変換するボール 011が、円形ガイド孔06にそれぞれ嵌合された状態で、シール部材08や反力ピストン07と共にバルブハウジング09に組込まれるようになっているため、ボール 011が円形ガイド孔06より脱落し易く、組付作業が煩雑で困難であり、かつ部品点数が多くてコスト高であった。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、このような難点を克服した油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置の改良に係り、油圧ポンプから吐出された圧油が、ロータリサーボバルブを介して油圧パワーシリンダの両シリンダ室のいずれか一方に導かれるとともに、該油圧パワーシリンダの他方のシリンダ室内の油が、前記ロータリサーボバルブを介して前記油圧ポンプの吸入口に導かれる油圧式パワーステアリング装置において、前記ロータリサーボバルブは、入力軸と、該入力軸に対し同一軸線上に配置された出力軸と、該入力軸および出力軸を相対的に捩り可能に連結するトーションバーと、前記入力軸の外周に相対的に回転自在に嵌装された入力軸スリーブと、前記入力軸と入力軸スリーブとを密閉するバルブハウジングとを備え、前記出力軸と入力軸スリーブとは相対的に回転不能に結合され、前記ロータリサーボバルブのバルブハウジング内に設けられた油圧反力機構は、前記入力軸スリーブにおける、入力軸の入力部側の端面に対し所定間隔を存して前記入力軸およびバルブハウジング間の空間内に介装されて該入力軸またはバルブハウジングに係止された油圧力負担部材と、前記入力軸スリーブにおける、出力軸の入力部側の端面に該スリーブの半径方向から見て凹部の左右対称に形成されたカムと、前記入力軸の出力側に半径方向へ突出して前記カムに当接しうるカムフォロワーとを有し、前記バルブハウジングと入力軸との間で前記油圧力負担部材と入力軸スリーブとで挟まれた油圧室内に、車速、舵角等の自動車走行状態に応じ変化する油圧制御弁を介して圧油が導入されることを特徴とするものである。
【0008】
本発明は前記したように構成されているので、車速、舵角等の自動車走行条件でパワーアシスト量を減少する必要がある場合に、この自動車走行状態に応じて、前記バルブハウジングと入力軸との間で前記油圧力負担部材と入力軸スリーブとで挟まれた油圧室内に、圧油が導入され、該入力軸スリーブが前記出力軸に向って強く押され、該入力軸スリーブ出力端面のカムと、前記入力軸と一体のカムフォロワーとの当接作用でもって、該入力軸の操舵方向に対し逆向きの反力が該入力軸に与えられる結果、パワーアシスト量が低減され、自動車の運転状態に適応した操舵感覚が得られる。
【0009】
また本発明では、カムが前記入力軸スリーブ端面に形成されるとともに、カムフォロワーが前記入力軸に一体に設けられているので、該カムフォロワーを保持する部材を別個に必要とせず、部品点数が削減されるとともに、従来のサーボバルブの入力軸スリーブと入力軸に簡単な加工を施すだけで足り、コストダウンが可能となる。
【0010】
さらに本発明においては、カムフォロワーが前記入力軸に一体に設けられているため、入力軸や入力スリーブと別体にボール等のカムフォロワーを設けた従来のもののように、カムフォロワーが組込みの際に脱落することがなく、能率良く確実に組立作業を行うことができて、生産性を向上させることができる。
【0011】
また本発明を請求項2記載のように構成することにより、前記カムおよびカムフォロワー間に働く反力を増加し、適正なパワーアシスト量を確保しながら、前記ロータリーサーボバルブの小型化を図ることができる。
【0012】
さらに本発明を請求項3記載のように構成することにより、操舵力が働かない状態で、前記油圧室内に圧油を常時導入しなくても、カム凹部の中心にカムフォロワーを一致させて、入力軸と出力軸とを中立状態に整合させることができる。
【0013】
さらにまた本発明を請求項4記載のように構成することにより、小さなスプリング部材でもって大きな反力を発生させることができる。
【0014】
また本発明を請求項5記載のように構成することにより、前記油圧制御弁を簡単に構成し、コストダウンを図ることができる。
【0015】
さらに本発明を請求項6記載のように構成することにより、前記油圧室内に導入される圧油の反力を、車速、舵角等の自動車走行状態に応じて連続的に変化させることができ、該自動車走行状態に適合した適正な操舵感覚を得ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図1ないし図17に図示された本発明の一実施形態について説明する。油圧式パワーステアリング装置1においては、図1に図示されるように、ロータリサーボバルブボディユニット2と油圧パワーシリンダ3とが一体に組付けられ、該油圧パワーシリンダ3のピストン扞9にタイロッド4を介してフロントホイール5が連結され、図2に図示されるように、油圧パワーシリンダ3はピストン10でもって左シリンダ室11と右シリンダ室12(図2では車の前方から後方を見ているので左右逆である)とに仕切られている。
【0017】
またステアリングホイール6と一体のステアリングコラムシャフト7は、ステアリングジョイント8を介してロータリサーボバルブボディユニット2の入力軸たるスタブシャフト22に連結されており、ステアリングホイール6を時計方向または反時計方向へ回転操作すると、スタブシャフト22はこれに対応して回転駆動され、このスタブシャフト22の回転に対応して、圧油が油圧パワーシリンダ3の右シリンダ室12または左シリンダ室11に圧油が供給され、ピストン扞9が左方または右方へ駆動されて、フロントホイール5が右方または左方へ方向を変えられるようになっている。
【0018】
さらに図2に図示されるように、ロータリサーボバルブボディユニット2においては、バルブハウジング20とギヤハウジング21とは相互に一体に結合され、バルブハウジング20内には、該バルブハウジング20の入力端側にベアリング26を介して回転自在に嵌装された入力軸たるスタブシャフト22と、該スタブシャフト22および出力軸たるピニオン23を相対的に捩り可能に連結するトーションバー24と、バルブハウジング20およびスタブシャフト22間に同芯状でかつ回転自在に嵌装された入力軸スリーブたるスタブシャフトスリーブ25と、スタブシャフトスリーブ25およびピニオン23間に介装された油圧反力機構50とが設けられ、前記ピニオン23はベアリング27を介してギヤハウジング21に回転自在に嵌装され、該ピニオン23は、ピストン扞9と一体のラック13に噛合しており、ピストン10の左右摺動とともに一体に移動するラック13により、ピニオン23は回転駆動されるようになっている。
【0019】
さらにまたバルブハウジング20には、油圧ポンプ14の吐出口15と、油圧ポンプ14の吸入口16もしくはリザーブタンク17とに、それぞれ連通する給油ポート28と排油ポート29が形成されるとともに、油圧パワーシリンダ3の左シリンダ室11と右シリンダ室12とに、それぞれ連通する左方シリンダポート30と右方シリンダポート31とが形成されている。
【0020】
しかもスタブシャフトスリーブ25の外周面には、給油ポート28に連通する周方向給油溝32が形成されるとともに、左方シリンダポート30および右方シリンダポート31にそれぞれ連通する周方向左方シリンダ溝33および周方向右方シリンダ溝34が、周方向給油溝32の軸方向両側に位置して形成されている。
【0021】
また図3に図示されるようにスタブシャフトスリーブ25には、その中心軸に指向するとともに外端が周方向給油溝32に開口した4本の給油通路35が、周方向に亘り等間隔に形成され、該給油通路35の各周方向両側に、それぞれスタブシャフトスリーブ25の中心線に指向した左方シリンダ通路36と右方シリンダ通路37とがそれぞれ形成され、これら左方シリンダ通路36および右方シリンダ通路37の外端は周方向左方シリンダ溝33および周方向右方シリンダ溝34にそれぞれ開口している。
【0022】
さらにスタブシャフトスリーブ25の内周面には、左方シリンダ通路36及び右方シリンダ通路37の中心と溝中心が一致するとともに、スタブシャフトスリーブ25の軸方向と平行な軸方向溝38および軸方向溝39が交互に4条ずつ形成されており、左方シリンダ通路36および右方シリンダ通路37の内端は、各軸方向溝38および軸方向溝39にそれぞれ開口している。
【0023】
さらにまたスタブシャフト22の外周面には、スタブシャフトスリーブ25の軸方向溝38、軸方向溝39で挟まれた部分の巾と等しい巾の軸方向溝40、軸方向溝41が、周方向に亘り交互に等間隔に形成され、スタブシャフト22の中心孔44と軸方向溝41とを連通する排油通路42が形成され、中心孔44は別の排油通路43を介して排油ポート29に連通されている。
【0024】
また油圧反力機構50は、バルブハウジング20とスタブシャフト22との間でスタブシャフトスリーブ25よりも入力側に介装された油圧力負担シール部材51と、スタブシャフトスリーブ25の出力端の大径部55に形成された一対のカム57と、スタブシャフト22の扁平部45から半径方向へ突出したカムフォロワーピン59とを有している。
【0025】
さらに前記油圧力負担シール部材51はスタブシャフト22に嵌合され、その入力側にサークリップ53が係合され、油圧力負担シール部材51の外周のシール溝52にシール54が嵌合され、バルブハウジング20とスタブシャフト22とスタブシャフトスリーブ25と油圧力負担シール部材51とで油圧室60が形成され、該油圧室60に皿バネ61が内装されており、該皿バネ61のバネ力により、スタブシャフトスリーブ25のカム57がスタブシャフト22のカムフォロワーピン59に常時当接されるようになっている。
【0026】
しかしてスタブシャフトスリーブ25の大径部55には、直径位置に切欠き56が形成され、該切欠き56の底部には、スタブシャフトスリーブ25の半径方向から見て同一傾斜角に左右対称に一対のカム57が形成され、該一対の切欠き56間の周方向中間位置に円孔58が形成されている。
【0027】
また前記ピニオン23の入力側には、図13ないし図15に図示されるように、出力側に向って異形切欠き62、円孔63およびスプライン孔64が順次形成され、該異形切欠き62に対して直角に係合切欠き65が形成され、前記スタブシャフトスリーブ25の円孔58に挿入された係合ピン66が該係合切欠き65に係合されており、スタブシャフトスリーブ25とピニオン23とは相互に一体に係合された状態で、バルブハウジング20内を回転しうるようになっている。
【0028】
さらにスタブシャフト22の出力端の円筒状軸部46はピニオン23に回転可能に嵌合されるとともに、トーションバー24のスプライン部47はピニオン23のスプライン孔64に嵌合されており、トーションバー24の捩れでスタブシャフト22とピニオン23とは相対的に回転可能となっているが、その相対的回転角度は、スタブシャフト22の扁平部45とピニオン23の異形切欠き62との係合で所定角度を越えないように規制されるようになっている。
【0029】
またバルブハウジング20には、ステアリング電子制御装置70が付設されており、該ステアリング電子制御装置70は図示されない車速検出手段からの車速信号を受信しており、駐車時では、リニアソレノイド71に電流が供給され、圧縮コイルスプリング78のバネ力に打ち勝って油圧制御弁72の弁本体73が下方へ押下げられ、駐車時から低速走行になると、リニアソレノイド71に供給される電流が減少して、油圧制御弁72の弁本体73が圧縮コイルスプリング78のバネ力により上方へ押上げられるようになっている。
【0030】
さらに油圧制御弁72の弁本体73は、ランド74を備え、該ランド74は、バルブハウジング20の給油ポート28に接続する弁ケーシング80の圧油通路81と、油圧反力機構50の油圧室60に接続する弁ケーシング80の圧油通路82とを遮断または連通するようになっている。
【0031】
さらにまた弁ケーシング80には排油ポート29に連通する戻り油路83が形成され、弁本体73には軸方向の戻り通路75が形成されるとともに、該戻り通路75および圧油通路82を連通する絞り76と、戻り通路75および戻り油路83を連通孔77とが形成されており、油圧室60内の圧油が圧油通路82、絞り76、戻り通路75、連通孔77、戻り油路83および排油ポート29を介してリザーブタンク17に排出されるようになっている。
【0032】
図1ないし図17に図示の実施形態は前記したように構成されているので、ステアリングホイール6に何等の操舵力が働かず、スタブシャフト22が中立に位置し、フロントホイール5に外力が働かず、直進方向へ向いている場合に、ロータリサーボバルブボディユニット2では、スタブシャフト22およびスタブシャフトスリーブ25は、図16に図示される状態に設定され、油圧ポンプ14から吐出されて給油ポート28内に供給された圧油は、周方向給油溝32から給油通路35を経由して軸方向溝40に流入し、左右に均等に分流されて軸方向溝38、軸方向溝39、軸方向溝41および排油通路42、排油通路43を介して排油ポート29に流れ、油圧ポンプ14の吸入口またはリザーブタンク17に戻り、圧油は左シリンダ室11、右シリンダ室12のいずれにも供給されず、フロントホイール5は直進状態を保持する。
【0033】
そしてステアリングホイール6を時計方向へ回して右旋回させようとした場合に、図17に図示されるように、ロータリサーボバルブボディユニット2では、スタブシャフト22のみが時計方向へ回転され、軸方向溝40と軸方向溝38との連通部分より軸方向溝40と軸方向溝39との連通部分が広くなるので、給油通路35を通過した圧油は、軸方向溝39、右方シリンダ通路37、周方向右方シリンダ溝34および右方シリンダポート31を介して、右シリンダ室12に流入し、ピストン10およびピストン杆9は、左方(図2では右方)へ移動して、フロントホイール5は右方に向き、自動車は右旋回する。左シリンダ室11内の油圧ポンプ14の吸入口またはリザーブタンク17に流れる状態の説明は省略する。
【0034】
そして、駐車時では、リニアソレノイド71に供給される電流は大であり、圧縮コイルスプリング78のバネ力に打ち勝って油圧制御弁72の弁本体73が下降され、圧油通路81と圧油通路82とが遮断されて、油圧室60に圧油が導入されず、油圧室60内の圧油圧力でもってスタブシャフトスリーブ25が出力側に強く押されないため、ステアリングホイール 6に加えられたトルクによりスタブシャフト22が回転した場合に、該スタブシャフト22と一体のカムフォロワーピン59は大きな抵抗力を受けずに、スタブシャフトスリーブ25と一体のカム57上を周方向へ摺動することができ、スタブシャフト22には油圧反力機構50による操舵反力が加えられない。
【0035】
しかし、駐車状態より低速域に移行すると、リニアソレノイド71に供給される電流は減少して、油圧制御弁72の弁本体73は圧縮コイルスプリング78のバネ力により上昇し、圧油通路81と圧油通路82とが連通されて、油圧ポンプ14の吐出口15から吐出された圧油が、給油ポート28、周方向給油溝32、圧油通路81、および圧油通路82を介して油圧室60に導入され、スタブシャフトスリーブ25が出力側( 図2では下方)へ押されて、スタブシャフトスリーブ25のカム57がスタブシャフト22と一体のカムフォロワーピン59に強く押付けれるので、この状態でステアリングホイール 6に操舵力が加えられて、スタブシャフト22にそのトルクが伝達された場合には、フロントホイール 5に油圧パワーシリンダ 3のピストン杆 9、ラック13およびピニオン23に連結されているスタブシャフトスリーブ25に対し、スタブシャフト22はトーションバー24の捩り剛性による反力を受けるのみならず、油圧反力機構50におけるカム57とカムフォロワーピン59との圧接によるカム反力を受け、その結果、パワーアシスト量が低減される。
【0036】
また図1ないし図17に図示の実施形態では、スタブシャフトスリーブ25にカム57が形成されるとともに、カムフォロワーピン59がスタブシャフト22に直接嵌着されているため、カム57またはカムフォロワーピン59を保持するための部材が不必要になって部品点数が削減され、小型軽量化とコストダウンが可能となる。
【0037】
さらにカムフォロワーピン59がスタブシャフト22に直接嵌着されているため、組立の際にカムフォロワーピン59が脱落することがなく、組立作業を確実にかつ能率良く遂行することができる。
【0038】
さらにまた油圧室60の端壁がスタブシャフトスリーブ25の端面で構成されているため、この点でも部品点数が削減されて、コストが節減される。
【0039】
図1ないし図17に図示の実施形態においては、切欠き56のカム57は左右対称に直線状に傾斜しているが、該カム57を楕円を半分に切ったような左右対称の湾曲面に形成してもよい。
【0040】
また図1ないし図17に図示の実施形態における油圧制御弁72の弁本体73のランド74の端面は、その中心線に対して直角の平面であるが、図18に図示するように、ランド74の端面を傾斜させて円錐面状に形成し、自動車の車速に応じて弁本体73を軸方向へ移動させるようにすれば、パワーアシスト量を連続的に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置を備えた自動車の前半部概略斜視図である。
【図2】本発明の油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置の一実施形態を図示した縦断正面図である。
【図3】図2のIII −III 線に沿って截断した横断面図である。
【図4】図2の要部拡大縦断正面図である。
【図5】油圧反力機構の分解斜視図である。
【図6】油圧力負担シール部材の縦断面図である。
【図7】図8のVII −VII 線に沿って截断した縦断面図である。
【図8】図2のVII −VII 線に沿って截断した横断面図である。
【図9】スタブシャフトの縦断面図である。
【図10】図9のX −X 線に沿って截断した横断面図である。
【図11】図9のXI−XI線に沿って截断した横断面図である。
【図12】図9のXII −XII 線に沿って截断した横断面図である。
【図13】ピニオンの入力端面図である。
【図14】図13のXIV −XIV 線に沿って截断した縦断面図である。
【図15】図13のXV矢視図である。
【図16】中立状態におけるスタブシャフトとスタブシャフトスリーブとの角度関係と圧油流動状態を図示した要部横断面図である。
【図17】ステアリングホイールを時計方向へ回転させて右方操舵状態に設定した場合のスタブシャフトとスタブシャフトスリーブとの角度関係と圧油流動状態を図示した要部横断面図である。
【図18】本発明の他の実施形態の油圧制御弁の要部縦断面図である。
【図19】従来の油圧式パワーステアリング装置の要部縦断面図である。
【図20】 図19の入力軸フランジ部の端面および側面を図示した図面である。
【図21】 図19の出力軸と一体のフランジ部の側面および端面を図示した図面である。
【符号の説明】
1…油圧式パワーステアリング装置、2…ロータリサーボバルブ、3…油圧パワーシリンダ、4…タイロッド、5…フロントホイール、6…ステアリングホイール、7…ステアリングコラムシャフト、8…ステアリングジョイント、9…ピストン杆、10…ピストン、11…左シリンダ室、12…右シリンダ室、13…ラック、14…油圧ポンプ、15…吐出口、16…吸入口、17…リザーブタンク、
20…バルブハウジング、21…ギャハウジング、22…スタブシャフト、23…ピニオン、24…トーションバー、25…スタブシャフトスリーブ、26,27…ベアリング、28…給油ポート、29…排油ポート、30…左方シリンダポート、31…右方シリンダポート、32…周方向給油溝、33…周方向左方シリンダ溝、34…周方向右方シリンダ溝、35…給油通路、36…左方シリンダ通路、37…右方シリンダ通路、38…軸方向溝、39…軸方向溝、40…軸方向溝、71…軸方向溝、42…排油通路、43…排油通路、44…中心孔、45…扁平部、46…円筒状軸部、47…スプライン部、50…油圧反力機構、51…油圧力負担シール部材、52…シール溝、53…サークリップ、54…シール、55…大径部、56…切欠き、57…カム、58…円孔、59…カムフォロワーピン、60…油圧室、71…皿バネ、62…異形切欠き、63…円孔、64…スプライン孔、65…係合切欠き、66…係合ピン、
70…ステアリング電子制御装置、71…リニアソレノイド、72…油圧制御弁、73…弁本体、74…ランド、75…戻り通路、76…絞り、77…連通孔、78…圧縮コイルスプリング、
80…弁ケーシング、81…圧油通路、82…圧油通路、83…戻り油路。

Claims (6)

  1. 油圧ポンプから吐出された圧油が、ロータリサーボバルブを介して油圧パワーシリンダの両シリンダ室のいずれか一方に導かれるとともに、該油圧パワーシリンダの他方のシリンダ室内の油が、前記ロータリサーボバルブを介して前記油圧ポンプの吸入口に導かれる油圧式パワーステアリング装置において、
    前記ロータリサーボバルブは、入力軸と、該入力軸に対し同一軸線上に配置された出力軸と、該入力軸および出力軸を相対的に捩り可能に連結するトーションバーと、前記入力軸の外周に相対的に回転自在に嵌装された入力軸スリーブと、前記入力軸と入力軸スリーブとを密閉するバルブハウジングとを備え、前記出力軸と入力軸スリーブとは相対的に回転不能に結合され、
    前記ロータリサーボバルブのバルブハウジング内に設けられた油圧反力機構は、
    前記入力軸スリーブにおける、入力軸の入力部側の端面に対し所定間隔を存して前記入力軸およびバルブハウジング間の空間内に介装されて該入力軸またはバルブハウジングに係止された油圧力負担部材と、
    前記入力軸スリーブにおける、出力軸の入力部側の端面に該スリーブの半径方向から見て凹部の左右対称に形成されたカムと、
    前記入力軸の出力側に半径方向へ突出して前記カムに当接しうるカムフォロワーとを有し、
    前記バルブハウジングと入力軸との間で前記油圧力負担部材と入力軸スリーブとで挟まれた油圧室内に、車速、舵角等の自動車走行状態に応じ変化する油圧制御弁を介して圧油が導入されることを特徴とする油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置。
  2. 前記カムとカムフォロワーは複数対であることを特徴とする前記請求項1記載の油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置。
  3. 前記油圧室内に、前記入力軸スリーブを出力側に付勢するスプリング部材が介装されたことを特徴とする前記請求項1または請求項2記載の油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置。
  4. 前記スプリング部材は皿バネであることを特徴とする前記請求項3記載の油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置。
  5. 前記油圧制御弁は、ソレノイドのオン・オフ動作で開閉されることを特徴とする前記請求項1ないし請求項4いずれか記載の油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置。
  6. 前記油圧制御弁は、前記油圧室内に導入される圧油の圧力を、車速、舵角等の自動車走行状態に応じて連続的に変化させるように構成されたことを特徴とする前記請求項1ないし請求項4いずれか記載の油圧式パワーステアリング装置の操舵力制御装置。
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