JP3856075B2 - 動力舵取装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンを駆動源とする油圧ポンプの吐出油を操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダが発生する油圧力により操舵を補助する構成とした油圧式の動力舵取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の舵取機構中に配された複動式の油圧シリンダ（パワーシリンダ）に油圧源としての油圧ポンプから圧油（作動油）を送給し、前記パワーシリンダが発生する油圧力（操舵補助力）を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした油圧式の動力舵取装置において、前記油圧ポンプは、一般的には、車載エンジンの発生動力の一部を利用し、例えば、前記エンジンのクランクシャフトの端部に設けた動力取り出し用のプーリを介してベルト伝動により駆動されている。
【０００３】
ところが、このような単純な伝動構成とした場合、エンジンの回転速度が高い高速走行時に、油圧ポンプの駆動のための動力損失が大きく、燃費の低下を招くという不都合があり、この動力損失を軽減すべく油圧ポンプの仕様を決定した場合、エンジンの回転速度が低く、大なる操舵補助力を必要とする低速走行時又は停車時に、油圧ポンプの能力が不足し、所望の作動油圧及び作動油量が得られないという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消すべく本願出願人による特開平10−338154号公報には、エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に高低２速の切換えが可能な変速装置と、該変速装置に切換え動作を行わせる油圧作動式の切換えクラッチとを備え、該切換えクラッチに前記油圧ポンプの吐出側の油圧を作用させ、この油圧により前記切換えクラッチを係合させて、前記変速装置を高速側に切換える構成とした動力舵取装置が提案されている。
【０００５】
油圧ポンプの吐出側には、前記パワーシリンダとの間に、舵輪（ステアリングホイール）の操作に応じて油圧の給排動作をなす公知の油圧制御弁が介装されており、該油圧制御弁の上流側の油圧は、舵輪の操作の有無に応じて高低に変化する。前記特開平10−338154号公報に開示された構成は、このことを利用したものであり、舵輪の操作が行われている場合、前記油圧の作用により切換えクラッチが係合し、油圧ポンプが高速駆動されて十分な作動油圧及び作動油量が得られるようになり、逆に、舵輪の操作が行われていない場合、前記切換えクラッチの遮断により油圧ポンプが低速駆動される結果、該油圧ポンプの駆動に要するエンジンの無為な動力負担を軽減し、燃費の悪化を抑制することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように特開平10−338154号公報に開示された動力舵取装置は、油圧源としての油圧ポンプの回転速度が、操舵中には高く非操舵中には低くなり、十分な操舵補助力の確保と、エンジンの動力負担の軽減とを併せて実現することが可能な優れたものであるが、この構成においては、以下の如き問題があった。
【０００７】
図10は、特開平10−338154号公報に開示された動力舵取装置において、舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクと、パワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。本図中に実線により示す如く、パワーシリンダに送給される作動油圧は、操舵中立点の両側の所定のトルク範囲においては、前記油圧ポンプの低速回転により低圧に保たれているが、左右両側に所定の操舵トルクＴ0 が加えられると共に急変して、操舵トルクの増加に伴って急増する特性を示すようになる。
【０００８】
以上の如き特性の変化は、前記操舵トルクＴ0 の前後において、切換えクラッチの係合により変速装置が高速側に切換えられ、図中に二点鎖線により示す低速下での圧力特性線から、同じく破線により示す高速下での圧力特性線に移行することにより生じる。
【０００９】
しかしながら、前述した従来の構成においては、前記変速装置の切換えクラッチが、前記油圧ポンプの吐出側の油圧の直接的な作用により緩やかに係合するため、前記特性線間の移行部に、図示の如き不連続部が発生し、急操舵がなされたとき、前記不連続部において応答性の悪化及び引っ掛かり感が体感されるようになり、操舵感覚の悪化を招くという問題があった。
【００１０】
また、前記油圧ポンプの低速時の回転速度を低く設定した場合、該切換えクラッチの吐出側の油圧が不足し、この油圧による切換えクラッチの係合が安定してなされず、所望の特性が得られなくなり、逆に、前記油圧ポンプの低速時の回転速度を高く設定した場合、該油圧ポンプの駆動のための動力負担が大となり、十分な燃費の向上効果が得られなくなるという問題があった。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、エンジンから油圧ポンプへの伝動系に介装した変速装置の切換えを、切換えの前後での特性の不連続部を生ずることなく、また不必要時における回転速度を可及的に低く保って確実に行わせ、十分な操舵補助力の確保と燃費の向上とを併せて実現することが可能な動力舵取装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る動力舵取装置は、エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に油圧の作用により変速比を切換える変速装置を介装し、該変速装置の切換えに応じて高低２速にて駆動される前記油圧ポンプの吐出油を、舵輪の操作に応じて油圧の給排動作をなす油圧制御弁を経て操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダの発生力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした動力舵取装置において、前記舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記油圧ポンプの吐出側を前記変速装置に連通し、その中途に、開閉弁及び該開閉弁よりも上流側のアキュムレータを備える導圧油路と、前記トルクセンサによる検出トルクが所定値を超えたとき前記開閉弁を開放する制御動作をなす制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
第１発明においては、トルクセンサによる検出トルクが所定値を超え、操舵中であると判定された場合、制御手段の動作により導圧油路の中途に設けた開閉弁を開放して、油圧ポンプの吐出側の油圧を前記導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧により変速装置を高速側に切換えて油圧ポンプを高速回転せしめ、該油圧ポンプからの送給油により動作する操舵補助用の油圧シリンダに十分な操舵補助力を速やかに発生させる。開閉弁の上流側に配したアキュムレータは、非操舵中の油圧ポンプの発生油圧を蓄圧し、前記開閉弁が開放されたとき、蓄えられた油圧を導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧の作用により変速装置の切換え動作を急峻に行わせる作用をなす。トルクセンサによる検出トルクが所定値以下であり、非操舵中であると判定された場合には、制御手段の動作により前記開閉弁を閉止して変速装置への油圧の導入を停止し、該変速装置を低速側に切換えて油圧ポンプを低速回転せしめ、該油圧ポンプの駆動のための動力負担を軽減する。
【００１４】
本発明の第２発明に係る動力舵取装置は、エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に油圧の作用により変速比を切換える変速装置を介装し、該変速装置の切換えに応じて高低２速にて駆動される前記油圧ポンプの吐出油を、舵輪の操作に応じて油圧の給排動作をなす油圧制御弁を経て操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダの発生力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした動力舵取装置において、前記舵輪の操作角度を検出する舵角センサと、前記油圧ポンプの吐出側を前記変速装置に連通し、その中途に、開閉弁及び該開閉弁よりも上流側のアキュムレータを備える導圧油路と、前記舵角センサによる検出舵角が所定値を超えたとき前記開閉弁を開放する制御動作をなす制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
第２発明においては、舵角センサによる検出舵角が所定値を超え、操舵中であると判定された場合、制御手段の動作により導圧油路の中途に設けた開閉弁を開放して、油圧ポンプの吐出側の油圧を前記導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧により変速装置を高速側に切換えて油圧ポンプを高速回転せしめ、該油圧ポンプからの送給油により動作する操舵補助用の油圧シリンダに十分な操舵補助力を速やかに発生させる。開閉弁の上流側に配したアキュムレータは、非操舵中の油圧ポンプの発生油圧を蓄圧し、前記開閉弁が開放されたとき、蓄えられた油圧を導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧の作用により変速装置の切換え動作を急峻に行わせる作用をなす。舵角センサによる検出舵角が所定値以下であり、非操舵中であると判定された場合には、制御手段の動作により前記開閉弁を閉止して変速装置への油圧の導入を停止し、該変速装置を低速側に切換えて油圧ポンプを低速回転せしめ、該油圧ポンプの駆動のための動力負担を軽減する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、ラックピニオン式の舵取機構を備えた車両に装備された本発明に係る動力舵取装置（以下本発明装置という）の全体構成を示すブロック図である。
【００１９】
ラックピニオン式の舵取機構は、その上端に舵輪（ステアリングホイール）１を備える舵輪軸10の下端にピニオン11を固設し、該ピニオン11を車体の前部に左右方向に延設されたラック軸12の中途に噛合させ、該ラック軸12の両端を、左右一対の操向車輪（一般的には前輪）13，13のナックルアーム14，14に連結してなり、舵取りのための舵輪１の回転を、舵輪軸10の下端においてピニオン11と噛合するラック軸12の軸長方向の移動に変換し、この移動によりナックルアーム14，14を押し引きして操向車輪13，13の向きを変える構成となっている。
【００２０】
本発明装置は、以上の如きラックピニオン式舵取機構による舵取り動作を油圧により補助するものであり、舵輪１の操作に応じて軸回りに回転する舵輪軸10の中途に構成した油圧制御弁２を、油圧源としての油圧ポンプ４と前記ラック軸12の中途に構成された操舵補助用のパワーシリンダ３との間に介装してなり、前記舵輪１の操作に応じた前記油圧制御弁２の後述する動作により、前記油圧ポンプ４の吐出側の油圧を前記パワーシリンダ３に送給し、この送給に応じてパワーシリンダ３が発生する油圧力（操舵補助力）をラック軸12に加え、該ラック軸12の軸長方向の移動を補助すべく構成されている。
【００２１】
油圧源として用いられている前記油圧ポンプ４の駆動軸40は、軸端部に嵌着した駆動プーリ41に巻装された伝動ベルト42を介して車載エンジンＥの出力端に連結されている。駆動軸40の中途部には、遊星歯車式の変速装置５、及び該変速装置５の変速比を油圧の作用により切換える切換えクラッチ６が構成されており、前記油圧ポンプ４は、伝動ベルト42を介して駆動軸40に伝達されるエンジンＥの出力の一部を利用し、前記変速装置５の切換えに応じて高低２速にて駆動されるようになしてある。
【００２２】
図２は、前記変速装置５及び切換えクラッチ６と一体に構成された油圧ポンプ４の構成例を示す縦断面図である。本図に示す油圧ポンプ４は、複数枚のベーンを半径方向への進退自在に備える短寸円筒形のロータ43と、偏肉環状をなすカムリング44とを、ポンプハウジングＨ1 の内部に同軸的に備える公知のベーンポンプとして構成されている。
【００２３】
ロータ43は、軸心部を貫通するロータ軸46の中途部にスプライン結合され、該ロータ軸46を回転軸としてカムリング44の内側にて回転するようになしてある。カムリング44の内側には、周方向に複数の凹所が設けられ、これらの凹所とロータ43の外周面との間にポンプ室が構成されている。前記ロータ43に保持された複数枚のベーンは、カムリング44の内周面に押し付けられており、前記ロータ軸46の回転に伴うロータ43の回転は、各ベーンの押し付け状態を保って行われるようになしてある。
【００２４】
前記ポンプ室の夫々は、ポンプハウジングＨ1 内に構成された油路を経て、該ポンプハウジングＨ1 の外側に取り付けた吸込管47と、図示しない吐出管とに連通させてあり、図１に示す如く吸込管47は、作動油を収納する油タンクＴに接続され、また前記吐出管は、吐出油路15を経て油圧制御弁２に接続されている。而して、ロータ軸46の回転に伴ってロータ43が回転した場合、該ロータ43の外側に並ぶ各ポンプ室の内部には、油タンクＴ内の作動油が吸込管47を経て吸込まれ、相隣するベーン間に封止されてロータ43と共に回転せしめられつつ昇圧し、吐出油路15に吐出されて前記油圧制御弁２に送給される。
【００２５】
なお油圧ポンプ４は、以上の如きポンプ動作をなすベーンポンプに限らず、ギヤポンプ、トロコイドポンプ等の他の形式のポンプであってもよいことは言うまでもない。
【００２６】
ロータ43の回転軸であるロータ軸46は、ポンプハウジングＨ1 の一側外部に突出させてある。同側のポンプハウジングＨ1 の端部には、伝動ハウジングＨ2 が同軸的に組み付けられ、該伝動ハウジングＨ2 には、前記ロータ軸46と同軸上での回転自在に前記駆動軸40が支承されている。該駆動軸40の一端は、伝動ハウジングＨ2 の外側に突出させてあり、この突出端に嵌着固定された駆動プーリ41、該駆動プーリ41に巻装された伝動ベルト42（図１参照）を介して前記エンジンＥの出力端に連結されている。
【００２７】
また駆動軸40の他端部は、伝動ハウジングＨ2 の内部に延長され、ポンプハウジングＨ1 から突出する前記ロータ軸46の端部に突き合わせてあり、この延長部の周囲に前記変速装置５及び切換えクラッチ６が構成されている。図３及び図４は、変速装置５及び切換えクラッチ６の構成部分の拡大断面図である。
【００２８】
変速装置５は、太陽歯車50、遊星歯車51，51…及び環状歯車52を備える遊星歯車変速装置として構成されている。太陽歯車50は、その外周面の全周に歯が形成された円板状の外歯歯車であり、駆動軸40とロータ軸46との突き合わせ部に介装され、その両側に突出する短寸の支軸を両軸40，46の軸心部に保持させて、これらと同軸上に支承されている。
【００２９】
駆動軸40側の太陽歯車50の支持部には、該太陽歯車50の先行回転を許容する一方向クラッチ53が介装されている。これにより太陽歯車50は、駆動軸40の回転が先行する状態においては、一方向クラッチ53の係合により駆動軸40と一体回転する一方、後述の如く、自身の回転が駆動軸40の回転に先行する状態となった場合には、一方向クラッチ53の係合解除により、ロータ軸46と駆動軸40との間にてこれら両者に拘束されることなく自在に遊転することができる。
【００３０】
環状歯車52は、内周面の全周に歯を備える内歯歯車であり、前記太陽歯車50の配設位置と軸長方向に整合するようにポンプハウジングＨ1 の内側に嵌着固定されており、該環状歯車52と前記太陽歯車50との間に複数の遊星歯車51，51…が、周方向に略等配をなして配設されている。これらの遊星歯車51，51…は、ロータ軸46の端部に同軸的にスプライン結合された円板状のキャリッジ54の一面に突設された各別の支軸に回転自在に取付けられ、前記太陽歯車50及び環状歯車52に夫々噛合させてある。
【００３１】
以上の構成によりエンジンＥからの伝動により駆動軸40が回転すると、この回転は、一方向クラッチ53を介して太陽歯車50に伝達され、該太陽歯車50の外周に噛合する遊星歯車51，51…が夫々の支軸回りに自転しつつ環状歯車52の内周に沿って転動し、これに伴って遊星歯車51，51…のキャリッジ54が公転し、この公転速度にてロータ軸46及びロータ43が回転駆動される。このときロータ軸46には、駆動軸40の回転が減速されて伝達されることとなり、該ロータ軸46及び前記ロータ43は、駆動軸40の回転速度よりも低速度にて駆動される。
【００３２】
前記遊星歯車51，51…の支軸の先端部（キャリッジ54による支持部の逆側）には、中抜き円板形をなすクラッチ板60が一体に取付けてあり、このクラッチ板60と、これに対向配置された円板形のクラッチピストン61とにより、前記切換えクラッチ６が構成されている。前記クラッチピストン61は、その内径側を駆動軸40の中途部外周に形成されたスプラインに噛合させ、該駆動軸40に回転を拘束されると共に、軸長方向への移動可能に取付けてあり、駆動軸40の先端部に係着されたばね受け62との間に介装された板ばね63のばね力により、前記クラッチ板60から離反する向きに付勢されている。
【００３３】
また、クラッチピストン61のクラッチ板60との非対向側には、伝動ハウジングＨ2 の対応部位にシールリング65を介して嵌合された小径部 61aが同軸的に突設され、この小径部 61aと駆動軸40との嵌合部にはシールリング64が介装されており、これらのシールリング64，65により内外を液密に封止して環状のシリンダ室66が構成されている。
【００３４】
このように構成されたシリンダ室66には、伝動ハウジングＨ2 の該当位置を貫通する連通孔を介して導圧油路16が接続されている。この導圧油路16は、図１に示す如く、油圧ポンプ４の吐出油路15の中途において分岐され、逆止弁Ｖ1 、アキュムレータＡ及び開閉弁Ｖ2 を上流側からこの順に介装して構成されている。
【００３５】
この構成により導圧油路16内には．油圧ポンプ４の動作により吐出油路15内に発生する油圧が前記逆止弁Ｖ1 を介して導入され、前記開閉弁Ｖ2 の閉止中にアキュムレータＡに蓄えられる一方、前記開閉弁Ｖ2 が開放された場合、前記アキュムレータＡ内の蓄圧がシリンダ室66の内部に導入されて、該シリンダ室66に面するクラッチピストン61の端面に作用することとなり、このときクラッチピストン61は、クラッチ板60に向けて押圧され、この押圧力が前記板ばね63のばね力を上回ったときクラッチ板60に向けて移動し、該クラッチ板60に押し付けられる。クラッチ板60と対向するクラッチピストン61の一面には、摩擦係数の高い材料からなるクラッチ板67が取り付けてあり、クラッチピストン61のクラッチ板60への押し付けは、前記クラッチ板67を介してなされるようにしてある。
【００３６】
図４は、シリンダ室66に導入される油圧の作用によりクラッチピストン61がクラッチ板60に押し付けられた状態を示している。このような状態となったときクラッチ板60は、クラッチ板67との摩擦により係合して駆動軸40に回転を拘束されたクラッチピストン61と一体に回転するようになり、前記遊星歯車51，51…のキャリッジ53及びこれを保持するロータ軸46は、駆動軸40と等速度にて回転するようになり、油圧ポンプ４のロータ43は、エンジンＥからの伝動により回転する駆動軸40と等しい高速度にて駆動される。
【００３７】
なおこのとき、変速装置５の太陽歯車50は、これの外周上での遊星歯車51，51…の転動に応じて高速回転するが、この回転は、駆動軸40との間に介装された一方向クラッチ53により許容され、駆動軸40からロータ軸46への伝動が阻害されることはない。
【００３８】
以上の如く切換えクラッチ６は、導圧油路16を経てシリンダ室66に導入される油圧の作用により係合し、遊星歯車変速装置として構成された変速装置５の変速比を高速側に切換える動作を行う。本発明装置においては、切換えクラッチ６への油圧の導入が、前記導圧油路16の中途に介装された開閉弁Ｖ2 の開放に応じて行われるから、この油圧の作用による切換えクラッチ６の高速側への切換え動作が速やかに生じる。
【００３９】
また前記導圧油路16の中途には、前記開閉弁Ｖ 2 の上流側にアキュムレータＡが配してあり、該アキュムレータＡに油圧ポンプ４の低速回転中に吐出油路15内に発生する油圧が蓄圧されている。従って、前記開閉弁Ｖ2 の開放時に切換えクラッチ６には、その時点における吐出油路15の内圧ではなく、前記アキュムレータＡ内部の蓄圧が導入されることとなり、切換えクラッチ６の高速側への切換え動作を一層急峻に行わせることができる。
【００４０】
前記開閉弁Ｖ2 は、図１に示す如く、これに付設されたソレノイドＳへの通電に応じて開放されるソレノイド弁として構成されており、前記ソレノイドＳへの通電は、マイクロプロセッサを用いてなる制御部７から与えられる通電指令に応じて行われるようになしてある。図１には、ソレノイドＳへの通電が遮断された状態が示されており、このとき開閉弁Ｖ2 は図示の閉状態となり、逆止弁Ｖ1 を経て導圧油路16内に導入される油圧ポンプ４の吐出側の油圧は、前記アキュムレータＡに蓄圧される一方、切換えクラッチ６のシリンダ室66の内部は、前記開閉弁Ｖ2 を介して低圧状態に保たれた油タンクＴに連通し、該切換えクラッチ６は図３に示す非係合状態となり、油圧ポンプ４は、変速装置５による減速を経て低速度にて駆動される。
【００４１】
これに対し制御部７から与えられる通電指令に応じてソレノイドＳが通電されると、前記開閉弁Ｖ2 が、図示の位置と逆位置に切換えられて開状態となり、前記シリンダ室66の内部が導圧油路16に連通され、切換えクラッチ６は、前記アキュムレータＡ内の蓄圧の作用により図４に示す係合状態となり、油圧ポンプ４は高速度にて駆動される。
【００４２】
前記制御部７には、図１に示す如く、舵輪１の操作状態を検出すべく舵輪軸10の中途に前記油圧制御弁２と並設された操舵センサ８の出力が与えられており、制御部７の通電指令は、前記操舵センサ８の検出結果に基づいて発せられるようになしてある。操舵センサ８としては、舵取りのために舵輪１に加えれられる操舵トルクを検出するトルクセンサ、舵輪１の操舵角度を検出する舵角センサを用いることができる。
【００４３】
図５は、トルクセンサとして構成された操舵センサ８を油圧制御弁２の構成と共に示す縦断面図である。図中 10aは、中空の入力軸、同じく 10bは、出力軸であり、これらは、筒形をなすハウジングＨ3 の内部に軸心回りでの回動自在に支承され、前記入力軸 10aの中空部に内挿された細径のトーションバーTBを介して同軸上に連結されており、入力軸 10aの上端に前記舵輪１を嵌着し、出力軸 10bの下部に前記ピニオン11を一体に形成して前記舵輪軸10を構成しており、前記ピニオン11をハウジングＨ3 の下部に略直交して配されたラック軸12に噛合させて、図１に示す如きラックピニオン式の舵取機構を構成している。
【００４４】
以上の構成により、舵取りのための操舵トルクが舵輪１に加えられた場合、これに伴う入力軸 10aの回転がトーションバーTBを介して出力軸 10bに伝えられ、該出力軸 10bの回転がピニオン11と噛合するラック軸12の軸長方向の移動に変換されて舵取りがなされるが、このとき、入力軸 10aと出力軸 10bとの間には、前記操舵トルクの作用下にてトーションバーTBに発生する捩れに相当する相対角変位が生じる。
【００４５】
油圧制御弁２は、前記入力軸 10aと出力軸 10bとの相対角変位を利用して前記パワーシリンダ３への送給油圧を制御するものであり、前記ハウジングＨ3 に回動自在に内嵌され、出力軸 10bの上端部にダウエルピン22を介して連結された筒形のバルブボディー20と、これの内側に嵌合する入力軸 10aの外周に一体に構成されたバルブスプール21とを備え、これらの間に、入力軸 10aと出力軸 10bとの間の相対角変位、即ち、舵輪１に加わる操舵トルクに対応する相対角変位を生ぜしめる構成としてある。
【００４６】
この油圧制御弁２には、図１に示す如く、前記油圧ポンプ４の吐出油路15と、前記パワーシリンダ３の両油室に夫々連通する送油路17，18と、油タンクＴに連通するドレン油路19とが、ハウジングＨ3 に形成された各別の導圧孔を介して接続されており、前記吐出油路15を経て送給される油圧が、バルブボディー20とバルブスプール21との間の相対角変位に応じて振り分けられ、送油路17，18のいずれかを経てパワーシリンダ３の一方の油室に送給されるようにしてある。
【００４７】
このような油圧の送給に応じて前記パワーシリンダ３は、他方の油室との間に生じる圧力差に応じた油圧力を発生し、この油圧力が操舵補助力として前記ラック軸12に加えられる。このとき他方の油室内の作動油は、送油路17，18のいずれかを経て油圧制御弁２に還流し、前記ドレン油路19を経て油タンクＴに排出される。
【００４８】
またトルクセンサとして構成された操舵センサ８は、舵輪１に加わる操舵トルクを、これに応じて入力軸 10aと出力軸 10bとの間に生じる相対角変位を利用して検出すべく、前記油圧制御弁２の上部に並設されている。
【００４９】
この操舵センサ８は、例えば、本願出願人による実開平６-18935号公報に開示されているように、前記入力軸 10a及び出力軸 10bに夫々回転を拘束して円筒形の磁性筒80，81を取り付け、相互に突き合わされた両磁性筒80，81の端面に、周方向に整合するように複数の歯を形成する一方、これらの歯の形成域の外側、及び入力軸 10a側の磁性筒80の外側に夫々臨ませた一対の検出コイル82，83を、両磁性筒80，81間にわたしてハウジングＨ3 に固設された筒形のホルダ84内に備えて構成されている。
【００５０】
入力軸 10a側の長寸の磁性筒80は、その周面の一部に打設した固定ピン85により前記入力軸 10aと一体化されており、出力軸 10b側の短寸の磁性筒81は、前記油圧制御弁２のバルブボディー20の上端に連結筒23を介して連結され、前記バルブボディー20と共に出力軸 10bと一体回転するようになしてある。なお、前記連結筒23の内外周と、入力軸 10aの外周及びハウジングＨ3 の内周との間には、夫々シールリング24，25が介装されており、油圧制御弁２内部の油が前記操舵センサ８の構成部分に進入しないようにしてある。
【００５１】
以上の如く構成された操舵センサ８においては、舵輪１に操舵トルクが加えられた場合、入力軸 10a及び出力軸 10bの夫々と一体回転する磁性筒80，81間に前記トーションバーTBの捩れに応じた相対角変位が生じ、両磁性筒80，81の対向面に形成された複数の歯が周方向に位置ずれすることとなり、この位置ずれに応じた磁気抵抗の変化が前記歯の形成域の外側に臨ませた検出コイル82の端子間に電気的な出力として取り出され、この出力により前記操舵トルクを知ることができる。なおこのとき、他方の検出コイル83の出力は、周辺温度の影響による出力変化を補償するために用いられる。
【００５２】
このように操舵センサ８により検出される操舵トルクは、舵輪１の操作状態の検出信号として前記制御部７に与えられている。図６は、操舵センサ８による検出トルクに応じた制御部７の動作内容を示すフローチャートである。
【００５３】
本図に示す如く制御部７は、入力側に与えられる前記操舵センサ８の検出トルクＴを所定のサンプリング周期にて取り込み（ステップ１）、取り込まれた検出トルクＴを予め設定された基準トルクＴ0 と比較して（ステップ２）、この比較の結果、現状の操舵トルクＴが基準トルクＴ0 以上であった場合には、大なる操舵補助力が必要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を高速回転させるべく出力側のソレノイドＳに通電指令を発して開閉弁Ｖ2 を開とする（ステップ３）。
【００５４】
一方、前記比較の結果、現状の操舵トルクＴが基準トルクＴ0 未満であった場合には、制御部７は、大なる操舵補助力が不要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を低速回転させるべく出力側のソレノイドＳへの通電指令を停止して前記開閉弁Ｖ2 を閉とする（ステップ４）。制御部７の以上の動作は、例えば、エンジンＥの停止により電源が遮断される（ステップ５）まで繰り返して行われる。
【００５５】
以上の動作により、前記切換えクラッチ６は、舵輪１に加えられる操舵トルクＴが基準トルクＴ0 となったとき係合され、変速装置５が高速側に切換えられて油圧ポンプ４が高速度にて駆動されるようになる。本発明装置においては、以上の切換えが、前記導圧油路16の中途に介装された開閉弁Ｖ2 の開放に応じて切換えクラッチ６に送給される油圧ポンプ４の吐出側油圧の作用、より詳細には、前記アキュムレータＡ内の蓄圧の作用により速やかに行われる。
【００５６】
図７は、本発明装置において舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクとパワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。本発明装置においてパワーシリンダ３に送給される作動油圧は、操舵中立点の両側の所定のトルク範囲においては、前記油圧ポンプの低速回転により低圧に保たれているが、左右両側に所定の操舵トルク（基準トルク）Ｔ0 が加えられると共に急変して、操舵トルクの増加に伴って急増する特性を示すようになる。
【００５７】
以上の如き特性は、前記操舵トルクＴ0 の前後において、切換えクラッチ６の係合により変速装置５が高速側に切換えられ、図中に二点鎖線により示す低速下での圧力特性線から、同じく破線により示す高速下での圧力特性線に移行することにより生じるが、本発明装置においては、切換えクラッチ６の切換え動作が前述の如く速やかに行われることから、前記特性線間の移行が、この切換えの前後における不連続部を伴うことなく滑らかに生じ、急操舵時における応答性の悪化及び引っ掛かり感の発生を未然に防止することができる。また移行後には、高速回転する油圧ポンプ４の吐出側に十分な作動油圧及び油量を得ることができ、十分な操舵補助力を確保することが可能となる。
【００５８】
また、切換えクラッチ６の係合が前記開閉弁Ｖ2 の開放に応じて送給される油圧の作用に行われ、前記開閉弁Ｖ2 の閉止中に何らの油圧も切換えクラッチ６に加えられないことから、前記クラッチピストン61を付勢する板ばね63を適宜に選定することにより、前記係合動作を低い油圧の作用により安定して行わせることができる。従って、係合用の油圧として利用する油圧ポンプ４の低速回転時の吐出圧力を低く、即ち、低速回転時の油圧ポンプ４の回転速度を低速に設定することができ、この間のエンジンＥの動力負担を軽減して燃費の向上を図ることが可能となる。
【００５９】
図８は、舵角センサとして構成された操舵センサ８を油圧制御弁２の構成と共に示す縦断面図である。図示の油圧制御弁２は、図５に示す油圧制御弁２と全く同様に、トーションバーTBを介して連結された入力軸 10aと出力軸 10bとの連結部に、出力軸 10bの上端部に連結された筒形のバルブボディー20と、これの内側に嵌合する入力軸 10aの外周に一体に構成されたバルブスプール21とを、前記両軸 10a,10bを支持するハウジングＨ3 の内部に備えて構成されており、図５と対応する構成部品に共通の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６０】
舵角センサとして構成された操舵センサ８は、舵輪１の操作に応じて回転する入力軸 10aの回転角度を検出するものであり、前記油圧制御弁２の上部に並設されている。図示の操舵センサ８は、例えば、本願出願人による特開平11-99948号公報に開示されているように、前記入力軸 10aの中途部に外嵌された磁性体製の被検出リング86と、この被検出リング86の外周に検出端を臨ませて前記ハウジングＨ3 の周壁に固設されたホール素子87とを備えて構成されている。被検出リング86の外周には、複数の凹凸が等配をなして形成してある。
【００６１】
以上の構成により前記ホール素子87の出力は、前記被検出リング86の外周に形成された凹凸が通過する都度変化するから、入力軸 10aの回転角度は、これと共に回転する被検出リング86の回転角度を媒介として、前記ホール素子87の出力の累積により検出することができる。なお以上の如き操舵センサ８の配設位置は、ハウジングＨ3 に内嵌され入力軸 10aの外周に摺接するオイルシール26により前記油圧制御弁２の配設位置と隔絶されており、油圧制御弁２内部の油が前記操舵センサ８の構成部分に進入しないようにしてある。
【００６２】
このように操舵センサ８により検出される舵角は、舵輪１の操作状態の検出信号として前記制御部７に与えられている。図９は、操舵センサ８による検出舵角に応じた制御部７の動作内容を示すフローチャートである。
【００６３】
本図に示す如く制御部７は、入力側に与えられる前記操舵センサ８の検出舵角θを所定のサンプリング周期にて取り込み（ステップ11）、取り込まれた検出舵角θを予め設定された基準舵角θ0 と比較し（ステップ12）、この比較の結果、現状の舵角θが基準舵角θ0 以上であった場合には、大なる操舵補助力が必要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を高速回転させるべく出力側のソレノイドＳに通電指令を発して開閉弁Ｖ2 を開とする（ステップ13）。
【００６４】
一方、ステップ12での比較の結果、現状の舵角θが基準舵角θ0 未満であった場合、制御部７は、大なる操舵補助力が不要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を低速回転させるべく出力側のソレノイドＳへの通電指令を停止して前記開閉弁Ｖ2 を閉とする（ステップ14）。制御部７の以上の動作は、例えば、エンジンＥの停止により電源が遮断される（ステップ15）まで繰り返して行われる。
【００６５】
このような動作によっても、操舵トルクの検出結果に基づく前述した動作の場合と同様に、前記基準舵角θ0 の前後において生じる油圧ポンプ４の高速側への切換えが、開閉弁Ｖ2 の開放に応じた油圧の送給により、速やかに、しかも安定して行われる。これにより、前記切換えの前後における特性の不連続部が解消されて、必要時に十分な操舵補助力を確保しつつ操舵感覚の悪化を未然に防止することができ、また、不要時における油圧ポンプ４の駆動に要する動力負担を軽減して燃費の向上を図ることが可能となる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る動力舵取装置においては、舵輪に加わる操舵トルク又は舵輪の操作角度により操舵の有無を検出し、操舵がなされたと判定された場合に、エンジンから油圧ポンプへの伝動系に介装した変速装置の高速側の切換えを、油圧ポンプの吐出側に連通する導圧油路の中途に設けた開閉弁の開放により、導圧油路内の油圧を変速装置に導いて行わせる構成としたから、前記切換えを速やかに、しかも安定して行わせることができ、切換えの前後での特性の不連続部を生ずることがなく、操舵中に違和感を体感させることなく十分な操舵補助がなされ、また不必要時における回転速度を可及的に低く保つことができ、十分な操舵補助力の確保と燃費の向上とを併せて実現することが可能となる。
【００６９】
更に、導圧油路の中途の開閉弁の上流位置にアキュムレータを備え、該アキュムレータ内の蓄圧を変速装置に導く構成としたから、該変速装置の切換え動作をより速やかに行わせることができ、切換えの前後での特性の不連続部の発生を解消し、操舵中における違和感の発生をより確実に解消することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】変速装置及び切換えクラッチと一体に構成された油圧ポンプの構成例を示す縦断面図である。
【図３】変速装置及び切換えクラッチの構成部分の拡大断面図である。
【図４】変速装置及び切換えクラッチの構成部分の拡大断面図である。
【図５】トルクセンサとして構成された操舵センサを油圧制御弁の構成と共に示す縦断面図である。
【図６】操舵センサによる検出トルクに応じた制御部７の動作内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明装置において舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクとパワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。
【図８】舵角センサとして構成された操舵センサを油圧制御弁の構成と共に示す縦断面図である。
【図９】操舵センサによる検出舵角に応じた制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図１０】従来の動力舵取装置において舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクとパワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。
【符号の説明】
１ 舵輪
２ 油圧制御弁
３ パワーシリンダ
４ 油圧ポンプ
５ 変速装置
６ 切換えクラッチ
７ 制御部
８ 操舵センサ
15 吐出油路
16 導圧油路
Ａ アキュムレータ
Ｖ2 開閉弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンを駆動源とする油圧ポンプの吐出油を操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダが発生する油圧力により操舵を補助する構成とした油圧式の動力舵取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の舵取機構中に配された複動式の油圧シリンダ（パワーシリンダ）に油圧源としての油圧ポンプから圧油（作動油）を送給し、前記パワーシリンダが発生する油圧力（操舵補助力）を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした油圧式の動力舵取装置において、前記油圧ポンプは、一般的には、車載エンジンの発生動力の一部を利用し、例えば、前記エンジンのクランクシャフトの端部に設けた動力取り出し用のプーリを介してベルト伝動により駆動されている。
【０００３】
ところが、このような単純な伝動構成とした場合、エンジンの回転速度が高い高速走行時に、油圧ポンプの駆動のための動力損失が大きく、燃費の低下を招くという不都合があり、この動力損失を軽減すべく油圧ポンプの仕様を決定した場合、エンジンの回転速度が低く、大なる操舵補助力を必要とする低速走行時又は停車時に、油圧ポンプの能力が不足し、所望の作動油圧及び作動油量が得られないという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消すべく本願出願人による特開平10−338154号公報には、エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に高低２速の切換えが可能な変速装置と、該変速装置に切換え動作を行わせる油圧作動式の切換えクラッチとを備え、該切換えクラッチに前記油圧ポンプの吐出側の油圧を作用させ、この油圧により前記切換えクラッチを係合させて、前記変速装置を高速側に切換える構成とした動力舵取装置が提案されている。
【０００５】
油圧ポンプの吐出側には、前記パワーシリンダとの間に、舵輪（ステアリングホイール）の操作に応じて油圧の給排動作をなす公知の油圧制御弁が介装されており、該油圧制御弁の上流側の油圧は、舵輪の操作の有無に応じて高低に変化する。前記特開平10−338154号公報に開示された構成は、このことを利用したものであり、舵輪の操作が行われている場合、前記油圧の作用により切換えクラッチが係合し、油圧ポンプが高速駆動されて十分な作動油圧及び作動油量が得られるようになり、逆に、舵輪の操作が行われていない場合、前記切換えクラッチの遮断により油圧ポンプが低速駆動される結果、該油圧ポンプの駆動に要するエンジンの無為な動力負担を軽減し、燃費の悪化を抑制することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように特開平10−338154号公報に開示された動力舵取装置は、油圧源としての油圧ポンプの回転速度が、操舵中には高く非操舵中には低くなり、十分な操舵補助力の確保と、エンジンの動力負担の軽減とを併せて実現することが可能な優れたものであるが、この構成においては、以下の如き問題があった。
【０００７】
図10は、特開平10−338154号公報に開示された動力舵取装置において、舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクと、パワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。本図中に実線により示す如く、パワーシリンダに送給される作動油圧は、操舵中立点の両側の所定のトルク範囲においては、前記油圧ポンプの低速回転により低圧に保たれているが、左右両側に所定の操舵トルクＴ0 が加えられると共に急変して、操舵トルクの増加に伴って急増する特性を示すようになる。
【０００８】
以上の如き特性の変化は、前記操舵トルクＴ0 の前後において、切換えクラッチの係合により変速装置が高速側に切換えられ、図中に二点鎖線により示す低速下での圧力特性線から、同じく破線により示す高速下での圧力特性線に移行することにより生じる。
【０００９】
しかしながら、前述した従来の構成においては、前記変速装置の切換えクラッチが、前記油圧ポンプの吐出側の油圧の直接的な作用により緩やかに係合するため、前記特性線間の移行部に、図示の如き不連続部が発生し、急操舵がなされたとき、前記不連続部において応答性の悪化及び引っ掛かり感が体感されるようになり、操舵感覚の悪化を招くという問題があった。
【００１０】
また、前記油圧ポンプの低速時の回転速度を低く設定した場合、該切換えクラッチの吐出側の油圧が不足し、この油圧による切換えクラッチの係合が安定してなされず、所望の特性が得られなくなり、逆に、前記油圧ポンプの低速時の回転速度を高く設定した場合、該油圧ポンプの駆動のための動力負担が大となり、十分な燃費の向上効果が得られなくなるという問題があった。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、エンジンから油圧ポンプへの伝動系に介装した変速装置の切換えを、切換えの前後での特性の不連続部を生ずることなく、また不必要時における回転速度を可及的に低く保って確実に行わせ、十分な操舵補助力の確保と燃費の向上とを併せて実現することが可能な動力舵取装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る動力舵取装置は、エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に油圧の作用により変速比を切換える変速装置を介装し、該変速装置の切換えに応じて高低２速にて駆動される前記油圧ポンプの吐出油を、舵輪の操作に応じて油圧の給排動作をなす油圧制御弁を経て操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダの発生力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした動力舵取装置において、前記舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記油圧ポンプの吐出側を前記変速装置に連通し、その中途に、開閉弁及び該開閉弁よりも上流側のアキュムレータを備える導圧油路と、前記トルクセンサによる検出トルクが所定値を超えたとき前記開閉弁を開放する制御動作をなす制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
第１発明においては、トルクセンサによる検出トルクが所定値を超え、操舵中であると判定された場合、制御手段の動作により導圧油路の中途に設けた開閉弁を開放して、油圧ポンプの吐出側の油圧を前記導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧により変速装置を高速側に切換えて油圧ポンプを高速回転せしめ、該油圧ポンプからの送給油により動作する操舵補助用の油圧シリンダに十分な操舵補助力を速やかに発生させる。開閉弁の上流側に配したアキュムレータは、非操舵中の油圧ポンプの発生油圧を蓄圧し、前記開閉弁が開放されたとき、蓄えられた油圧を導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧の作用により変速装置の切換え動作を急峻に行わせる作用をなす。トルクセンサによる検出トルクが所定値以下であり、非操舵中であると判定された場合には、制御手段の動作により前記開閉弁を閉止して変速装置への油圧の導入を停止し、該変速装置を低速側に切換えて油圧ポンプを低速回転せしめ、該油圧ポンプの駆動のための動力負担を軽減する。
【００１４】
本発明の第２発明に係る動力舵取装置は、エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に油圧の作用により変速比を切換える変速装置を介装し、該変速装置の切換えに応じて高低２速にて駆動される前記油圧ポンプの吐出油を、舵輪の操作に応じて油圧の給排動作をなす油圧制御弁を経て操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダの発生力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした動力舵取装置において、前記舵輪の操作角度を検出する舵角センサと、前記油圧ポンプの吐出側を前記変速装置に連通し、その中途に、開閉弁及び該開閉弁よりも上流側のアキュムレータを備える導圧油路と、前記舵角センサによる検出舵角が所定値を超えたとき前記開閉弁を開放する制御動作をなす制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
第２発明においては、舵角センサによる検出舵角が所定値を超え、操舵中であると判定された場合、制御手段の動作により導圧油路の中途に設けた開閉弁を開放して、油圧ポンプの吐出側の油圧を前記導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧により変速装置を高速側に切換えて油圧ポンプを高速回転せしめ、該油圧ポンプからの送給油により動作する操舵補助用の油圧シリンダに十分な操舵補助力を速やかに発生させる。開閉弁の上流側に配したアキュムレータは、非操舵中の油圧ポンプの発生油圧を蓄圧し、前記開閉弁が開放されたとき、蓄えられた油圧を導圧油路を経て変速装置に導き、この油圧の作用により変速装置の切換え動作を急峻に行わせる作用をなす。舵角センサによる検出舵角が所定値以下であり、非操舵中であると判定された場合には、制御手段の動作により前記開閉弁を閉止して変速装置への油圧の導入を停止し、該変速装置を低速側に切換えて油圧ポンプを低速回転せしめ、該油圧ポンプの駆動のための動力負担を軽減する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、ラックピニオン式の舵取機構を備えた車両に装備された本発明に係る動力舵取装置（以下本発明装置という）の全体構成を示すブロック図である。
【００１９】
ラックピニオン式の舵取機構は、その上端に舵輪（ステアリングホイール）１を備える舵輪軸10の下端にピニオン11を固設し、該ピニオン11を車体の前部に左右方向に延設されたラック軸12の中途に噛合させ、該ラック軸12の両端を、左右一対の操向車輪（一般的には前輪）13，13のナックルアーム14，14に連結してなり、舵取りのための舵輪１の回転を、舵輪軸10の下端においてピニオン11と噛合するラック軸12の軸長方向の移動に変換し、この移動によりナックルアーム14，14を押し引きして操向車輪13，13の向きを変える構成となっている。
【００２０】
本発明装置は、以上の如きラックピニオン式舵取機構による舵取り動作を油圧により補助するものであり、舵輪１の操作に応じて軸回りに回転する舵輪軸10の中途に構成した油圧制御弁２を、油圧源としての油圧ポンプ４と前記ラック軸12の中途に構成された操舵補助用のパワーシリンダ３との間に介装してなり、前記舵輪１の操作に応じた前記油圧制御弁２の後述する動作により、前記油圧ポンプ４の吐出側の油圧を前記パワーシリンダ３に送給し、この送給に応じてパワーシリンダ３が発生する油圧力（操舵補助力）をラック軸12に加え、該ラック軸12の軸長方向の移動を補助すべく構成されている。
【００２１】
油圧源として用いられている前記油圧ポンプ４の駆動軸40は、軸端部に嵌着した駆動プーリ41に巻装された伝動ベルト42を介して車載エンジンＥの出力端に連結されている。駆動軸40の中途部には、遊星歯車式の変速装置５、及び該変速装置５の変速比を油圧の作用により切換える切換えクラッチ６が構成されており、前記油圧ポンプ４は、伝動ベルト42を介して駆動軸40に伝達されるエンジンＥの出力の一部を利用し、前記変速装置５の切換えに応じて高低２速にて駆動されるようになしてある。
【００２２】
図２は、前記変速装置５及び切換えクラッチ６と一体に構成された油圧ポンプ４の構成例を示す縦断面図である。本図に示す油圧ポンプ４は、複数枚のベーンを半径方向への進退自在に備える短寸円筒形のロータ43と、偏肉環状をなすカムリング44とを、ポンプハウジングＨ1 の内部に同軸的に備える公知のベーンポンプとして構成されている。
【００２３】
ロータ43は、軸心部を貫通するロータ軸46の中途部にスプライン結合され、該ロータ軸46を回転軸としてカムリング44の内側にて回転するようになしてある。カムリング44の内側には、周方向に複数の凹所が設けられ、これらの凹所とロータ43の外周面との間にポンプ室が構成されている。前記ロータ43に保持された複数枚のベーンは、カムリング44の内周面に押し付けられており、前記ロータ軸46の回転に伴うロータ43の回転は、各ベーンの押し付け状態を保って行われるようになしてある。
【００２４】
前記ポンプ室の夫々は、ポンプハウジングＨ1 内に構成された油路を経て、該ポンプハウジングＨ1 の外側に取り付けた吸込管47と、図示しない吐出管とに連通させてあり、図１に示す如く吸込管47は、作動油を収納する油タンクＴに接続され、また前記吐出管は、吐出油路15を経て油圧制御弁２に接続されている。而して、ロータ軸46の回転に伴ってロータ43が回転した場合、該ロータ43の外側に並ぶ各ポンプ室の内部には、油タンクＴ内の作動油が吸込管47を経て吸込まれ、相隣するベーン間に封止されてロータ43と共に回転せしめられつつ昇圧し、吐出油路15に吐出されて前記油圧制御弁２に送給される。
【００２５】
なお油圧ポンプ４は、以上の如きポンプ動作をなすベーンポンプに限らず、ギヤポンプ、トロコイドポンプ等の他の形式のポンプであってもよいことは言うまでもない。
【００２６】
ロータ43の回転軸であるロータ軸46は、ポンプハウジングＨ1 の一側外部に突出させてある。同側のポンプハウジングＨ1 の端部には、伝動ハウジングＨ2 が同軸的に組み付けられ、該伝動ハウジングＨ2 には、前記ロータ軸46と同軸上での回転自在に前記駆動軸40が支承されている。該駆動軸40の一端は、伝動ハウジングＨ2 の外側に突出させてあり、この突出端に嵌着固定された駆動プーリ41、該駆動プーリ41に巻装された伝動ベルト42（図１参照）を介して前記エンジンＥの出力端に連結されている。
【００２７】
また駆動軸40の他端部は、伝動ハウジングＨ2 の内部に延長され、ポンプハウジングＨ1 から突出する前記ロータ軸46の端部に突き合わせてあり、この延長部の周囲に前記変速装置５及び切換えクラッチ６が構成されている。図３及び図４は、変速装置５及び切換えクラッチ６の構成部分の拡大断面図である。
【００２８】
変速装置５は、太陽歯車50、遊星歯車51，51…及び環状歯車52を備える遊星歯車変速装置として構成されている。太陽歯車50は、その外周面の全周に歯が形成された円板状の外歯歯車であり、駆動軸40とロータ軸46との突き合わせ部に介装され、その両側に突出する短寸の支軸を両軸40，46の軸心部に保持させて、これらと同軸上に支承されている。
【００２９】
駆動軸40側の太陽歯車50の支持部には、該太陽歯車50の先行回転を許容する一方向クラッチ53が介装されている。これにより太陽歯車50は、駆動軸40の回転が先行する状態においては、一方向クラッチ53の係合により駆動軸40と一体回転する一方、後述の如く、自身の回転が駆動軸40の回転に先行する状態となった場合には、一方向クラッチ53の係合解除により、ロータ軸46と駆動軸40との間にてこれら両者に拘束されることなく自在に遊転することができる。
【００３０】
環状歯車52は、内周面の全周に歯を備える内歯歯車であり、前記太陽歯車50の配設位置と軸長方向に整合するようにポンプハウジングＨ1 の内側に嵌着固定されており、該環状歯車52と前記太陽歯車50との間に複数の遊星歯車51，51…が、周方向に略等配をなして配設されている。これらの遊星歯車51，51…は、ロータ軸46の端部に同軸的にスプライン結合された円板状のキャリッジ54の一面に突設された各別の支軸に回転自在に取付けられ、前記太陽歯車50及び環状歯車52に夫々噛合させてある。
【００３１】
以上の構成によりエンジンＥからの伝動により駆動軸40が回転すると、この回転は、一方向クラッチ53を介して太陽歯車50に伝達され、該太陽歯車50の外周に噛合する遊星歯車51，51…が夫々の支軸回りに自転しつつ環状歯車52の内周に沿って転動し、これに伴って遊星歯車51，51…のキャリッジ54が公転し、この公転速度にてロータ軸46及びロータ43が回転駆動される。このときロータ軸46には、駆動軸40の回転が減速されて伝達されることとなり、該ロータ軸46及び前記ロータ43は、駆動軸40の回転速度よりも低速度にて駆動される。
【００３２】
前記遊星歯車51，51…の支軸の先端部（キャリッジ54による支持部の逆側）には、中抜き円板形をなすクラッチ板60が一体に取付けてあり、このクラッチ板60と、これに対向配置された円板形のクラッチピストン61とにより、前記切換えクラッチ６が構成されている。前記クラッチピストン61は、その内径側を駆動軸40の中途部外周に形成されたスプラインに噛合させ、該駆動軸40に回転を拘束されると共に、軸長方向への移動可能に取付けてあり、駆動軸40の先端部に係着されたばね受け62との間に介装された板ばね63のばね力により、前記クラッチ板60から離反する向きに付勢されている。
【００３３】
また、クラッチピストン61のクラッチ板60との非対向側には、伝動ハウジングＨ2 の対応部位にシールリング65を介して嵌合された小径部 61aが同軸的に突設され、この小径部 61aと駆動軸40との嵌合部にはシールリング64が介装されており、これらのシールリング64，65により内外を液密に封止して環状のシリンダ室66が構成されている。
【００３４】
このように構成されたシリンダ室66には、伝動ハウジングＨ2 の該当位置を貫通する連通孔を介して導圧油路16が接続されている。この導圧油路16は、図１に示す如く、油圧ポンプ４の吐出油路15の中途において分岐され、逆止弁Ｖ1 、アキュムレータＡ及び開閉弁Ｖ2 を上流側からこの順に介装して構成されている。
【００３５】
この構成により導圧油路16内には．油圧ポンプ４の動作により吐出油路15内に発生する油圧が前記逆止弁Ｖ1 を介して導入され、前記開閉弁Ｖ2 の閉止中にアキュムレータＡに蓄えられる一方、前記開閉弁Ｖ2 が開放された場合、前記アキュムレータＡ内の蓄圧がシリンダ室66の内部に導入されて、該シリンダ室66に面するクラッチピストン61の端面に作用することとなり、このときクラッチピストン61は、クラッチ板60に向けて押圧され、この押圧力が前記板ばね63のばね力を上回ったときクラッチ板60に向けて移動し、該クラッチ板60に押し付けられる。クラッチ板60と対向するクラッチピストン61の一面には、摩擦係数の高い材料からなるクラッチ板67が取り付けてあり、クラッチピストン61のクラッチ板60への押し付けは、前記クラッチ板67を介してなされるようにしてある。
【００３６】
図４は、シリンダ室66に導入される油圧の作用によりクラッチピストン61がクラッチ板60に押し付けられた状態を示している。このような状態となったときクラッチ板60は、クラッチ板67との摩擦により係合して駆動軸40に回転を拘束されたクラッチピストン61と一体に回転するようになり、前記遊星歯車51，51…のキャリッジ53及びこれを保持するロータ軸46は、駆動軸40と等速度にて回転するようになり、油圧ポンプ４のロータ43は、エンジンＥからの伝動により回転する駆動軸40と等しい高速度にて駆動される。
【００３７】
なおこのとき、変速装置５の太陽歯車50は、これの外周上での遊星歯車51，51…の転動に応じて高速回転するが、この回転は、駆動軸40との間に介装された一方向クラッチ53により許容され、駆動軸40からロータ軸46への伝動が阻害されることはない。
【００３８】
以上の如く切換えクラッチ６は、導圧油路16を経てシリンダ室66に導入される油圧の作用により係合し、遊星歯車変速装置として構成された変速装置５の変速比を高速側に切換える動作を行う。本発明装置においては、切換えクラッチ６への油圧の導入が、前記導圧油路16の中途に介装された開閉弁Ｖ2 の開放に応じて行われるから、この油圧の作用による切換えクラッチ６の高速側への切換え動作が速やかに生じる。
【００３９】
また前記導圧油路16の中途には、前記開閉弁Ｖ 2 の上流側にアキュムレータＡが配してあり、該アキュムレータＡに油圧ポンプ４の低速回転中に吐出油路15内に発生する油圧が蓄圧されている。従って、前記開閉弁Ｖ2 の開放時に切換えクラッチ６には、その時点における吐出油路15の内圧ではなく、前記アキュムレータＡ内部の蓄圧が導入されることとなり、切換えクラッチ６の高速側への切換え動作を一層急峻に行わせることができる。
【００４０】
前記開閉弁Ｖ2 は、図１に示す如く、これに付設されたソレノイドＳへの通電に応じて開放されるソレノイド弁として構成されており、前記ソレノイドＳへの通電は、マイクロプロセッサを用いてなる制御部７から与えられる通電指令に応じて行われるようになしてある。図１には、ソレノイドＳへの通電が遮断された状態が示されており、このとき開閉弁Ｖ2 は図示の閉状態となり、逆止弁Ｖ1 を経て導圧油路16内に導入される油圧ポンプ４の吐出側の油圧は、前記アキュムレータＡに蓄圧される一方、切換えクラッチ６のシリンダ室66の内部は、前記開閉弁Ｖ2 を介して低圧状態に保たれた油タンクＴに連通し、該切換えクラッチ６は図３に示す非係合状態となり、油圧ポンプ４は、変速装置５による減速を経て低速度にて駆動される。
【００４１】
これに対し制御部７から与えられる通電指令に応じてソレノイドＳが通電されると、前記開閉弁Ｖ2 が、図示の位置と逆位置に切換えられて開状態となり、前記シリンダ室66の内部が導圧油路16に連通され、切換えクラッチ６は、前記アキュムレータＡ内の蓄圧の作用により図４に示す係合状態となり、油圧ポンプ４は高速度にて駆動される。
【００４２】
前記制御部７には、図１に示す如く、舵輪１の操作状態を検出すべく舵輪軸10の中途に前記油圧制御弁２と並設された操舵センサ８の出力が与えられており、制御部７の通電指令は、前記操舵センサ８の検出結果に基づいて発せられるようになしてある。操舵センサ８としては、舵取りのために舵輪１に加えれられる操舵トルクを検出するトルクセンサ、舵輪１の操舵角度を検出する舵角センサを用いることができる。
【００４３】
図５は、トルクセンサとして構成された操舵センサ８を油圧制御弁２の構成と共に示す縦断面図である。図中 10aは、中空の入力軸、同じく 10bは、出力軸であり、これらは、筒形をなすハウジングＨ3 の内部に軸心回りでの回動自在に支承され、前記入力軸 10aの中空部に内挿された細径のトーションバーTBを介して同軸上に連結されており、入力軸 10aの上端に前記舵輪１を嵌着し、出力軸 10bの下部に前記ピニオン11を一体に形成して前記舵輪軸10を構成しており、前記ピニオン11をハウジングＨ3 の下部に略直交して配されたラック軸12に噛合させて、図１に示す如きラックピニオン式の舵取機構を構成している。
【００４４】
以上の構成により、舵取りのための操舵トルクが舵輪１に加えられた場合、これに伴う入力軸 10aの回転がトーションバーTBを介して出力軸 10bに伝えられ、該出力軸 10bの回転がピニオン11と噛合するラック軸12の軸長方向の移動に変換されて舵取りがなされるが、このとき、入力軸 10aと出力軸 10bとの間には、前記操舵トルクの作用下にてトーションバーTBに発生する捩れに相当する相対角変位が生じる。
【００４５】
油圧制御弁２は、前記入力軸 10aと出力軸 10bとの相対角変位を利用して前記パワーシリンダ３への送給油圧を制御するものであり、前記ハウジングＨ3 に回動自在に内嵌され、出力軸 10bの上端部にダウエルピン22を介して連結された筒形のバルブボディー20と、これの内側に嵌合する入力軸 10aの外周に一体に構成されたバルブスプール21とを備え、これらの間に、入力軸 10aと出力軸 10bとの間の相対角変位、即ち、舵輪１に加わる操舵トルクに対応する相対角変位を生ぜしめる構成としてある。
【００４６】
この油圧制御弁２には、図１に示す如く、前記油圧ポンプ４の吐出油路15と、前記パワーシリンダ３の両油室に夫々連通する送油路17，18と、油タンクＴに連通するドレン油路19とが、ハウジングＨ3 に形成された各別の導圧孔を介して接続されており、前記吐出油路15を経て送給される油圧が、バルブボディー20とバルブスプール21との間の相対角変位に応じて振り分けられ、送油路17，18のいずれかを経てパワーシリンダ３の一方の油室に送給されるようにしてある。
【００４７】
このような油圧の送給に応じて前記パワーシリンダ３は、他方の油室との間に生じる圧力差に応じた油圧力を発生し、この油圧力が操舵補助力として前記ラック軸12に加えられる。このとき他方の油室内の作動油は、送油路17，18のいずれかを経て油圧制御弁２に還流し、前記ドレン油路19を経て油タンクＴに排出される。
【００４８】
またトルクセンサとして構成された操舵センサ８は、舵輪１に加わる操舵トルクを、これに応じて入力軸 10aと出力軸 10bとの間に生じる相対角変位を利用して検出すべく、前記油圧制御弁２の上部に並設されている。
【００４９】
この操舵センサ８は、例えば、本願出願人による実開平６-18935号公報に開示されているように、前記入力軸 10a及び出力軸 10bに夫々回転を拘束して円筒形の磁性筒80，81を取り付け、相互に突き合わされた両磁性筒80，81の端面に、周方向に整合するように複数の歯を形成する一方、これらの歯の形成域の外側、及び入力軸 10a側の磁性筒80の外側に夫々臨ませた一対の検出コイル82，83を、両磁性筒80，81間にわたしてハウジングＨ3 に固設された筒形のホルダ84内に備えて構成されている。
【００５０】
入力軸 10a側の長寸の磁性筒80は、その周面の一部に打設した固定ピン85により前記入力軸 10aと一体化されており、出力軸 10b側の短寸の磁性筒81は、前記油圧制御弁２のバルブボディー20の上端に連結筒23を介して連結され、前記バルブボディー20と共に出力軸 10bと一体回転するようになしてある。なお、前記連結筒23の内外周と、入力軸 10aの外周及びハウジングＨ3 の内周との間には、夫々シールリング24，25が介装されており、油圧制御弁２内部の油が前記操舵センサ８の構成部分に進入しないようにしてある。
【００５１】
以上の如く構成された操舵センサ８においては、舵輪１に操舵トルクが加えられた場合、入力軸 10a及び出力軸 10bの夫々と一体回転する磁性筒80，81間に前記トーションバーTBの捩れに応じた相対角変位が生じ、両磁性筒80，81の対向面に形成された複数の歯が周方向に位置ずれすることとなり、この位置ずれに応じた磁気抵抗の変化が前記歯の形成域の外側に臨ませた検出コイル82の端子間に電気的な出力として取り出され、この出力により前記操舵トルクを知ることができる。なおこのとき、他方の検出コイル83の出力は、周辺温度の影響による出力変化を補償するために用いられる。
【００５２】
このように操舵センサ８により検出される操舵トルクは、舵輪１の操作状態の検出信号として前記制御部７に与えられている。図６は、操舵センサ８による検出トルクに応じた制御部７の動作内容を示すフローチャートである。
【００５３】
本図に示す如く制御部７は、入力側に与えられる前記操舵センサ８の検出トルクＴを所定のサンプリング周期にて取り込み（ステップ１）、取り込まれた検出トルクＴを予め設定された基準トルクＴ0 と比較して（ステップ２）、この比較の結果、現状の操舵トルクＴが基準トルクＴ0 以上であった場合には、大なる操舵補助力が必要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を高速回転させるべく出力側のソレノイドＳに通電指令を発して開閉弁Ｖ2 を開とする（ステップ３）。
【００５４】
一方、前記比較の結果、現状の操舵トルクＴが基準トルクＴ0 未満であった場合には、制御部７は、大なる操舵補助力が不要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を低速回転させるべく出力側のソレノイドＳへの通電指令を停止して前記開閉弁Ｖ2 を閉とする（ステップ４）。制御部７の以上の動作は、例えば、エンジンＥの停止により電源が遮断される（ステップ５）まで繰り返して行われる。
【００５５】
以上の動作により、前記切換えクラッチ６は、舵輪１に加えられる操舵トルクＴが基準トルクＴ0 となったとき係合され、変速装置５が高速側に切換えられて油圧ポンプ４が高速度にて駆動されるようになる。本発明装置においては、以上の切換えが、前記導圧油路16の中途に介装された開閉弁Ｖ2 の開放に応じて切換えクラッチ６に送給される油圧ポンプ４の吐出側油圧の作用、より詳細には、前記アキュムレータＡ内の蓄圧の作用により速やかに行われる。
【００５６】
図７は、本発明装置において舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクとパワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。本発明装置においてパワーシリンダ３に送給される作動油圧は、操舵中立点の両側の所定のトルク範囲においては、前記油圧ポンプの低速回転により低圧に保たれているが、左右両側に所定の操舵トルク（基準トルク）Ｔ0 が加えられると共に急変して、操舵トルクの増加に伴って急増する特性を示すようになる。
【００５７】
以上の如き特性は、前記操舵トルクＴ0 の前後において、切換えクラッチ６の係合により変速装置５が高速側に切換えられ、図中に二点鎖線により示す低速下での圧力特性線から、同じく破線により示す高速下での圧力特性線に移行することにより生じるが、本発明装置においては、切換えクラッチ６の切換え動作が前述の如く速やかに行われることから、前記特性線間の移行が、この切換えの前後における不連続部を伴うことなく滑らかに生じ、急操舵時における応答性の悪化及び引っ掛かり感の発生を未然に防止することができる。また移行後には、高速回転する油圧ポンプ４の吐出側に十分な作動油圧及び油量を得ることができ、十分な操舵補助力を確保することが可能となる。
【００５８】
また、切換えクラッチ６の係合が前記開閉弁Ｖ2 の開放に応じて送給される油圧の作用に行われ、前記開閉弁Ｖ2 の閉止中に何らの油圧も切換えクラッチ６に加えられないことから、前記クラッチピストン61を付勢する板ばね63を適宜に選定することにより、前記係合動作を低い油圧の作用により安定して行わせることができる。従って、係合用の油圧として利用する油圧ポンプ４の低速回転時の吐出圧力を低く、即ち、低速回転時の油圧ポンプ４の回転速度を低速に設定することができ、この間のエンジンＥの動力負担を軽減して燃費の向上を図ることが可能となる。
【００５９】
図８は、舵角センサとして構成された操舵センサ８を油圧制御弁２の構成と共に示す縦断面図である。図示の油圧制御弁２は、図５に示す油圧制御弁２と全く同様に、トーションバーTBを介して連結された入力軸 10aと出力軸 10bとの連結部に、出力軸 10bの上端部に連結された筒形のバルブボディー20と、これの内側に嵌合する入力軸 10aの外周に一体に構成されたバルブスプール21とを、前記両軸 10a,10bを支持するハウジングＨ3 の内部に備えて構成されており、図５と対応する構成部品に共通の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６０】
舵角センサとして構成された操舵センサ８は、舵輪１の操作に応じて回転する入力軸 10aの回転角度を検出するものであり、前記油圧制御弁２の上部に並設されている。図示の操舵センサ８は、例えば、本願出願人による特開平11-99948号公報に開示されているように、前記入力軸 10aの中途部に外嵌された磁性体製の被検出リング86と、この被検出リング86の外周に検出端を臨ませて前記ハウジングＨ3 の周壁に固設されたホール素子87とを備えて構成されている。被検出リング86の外周には、複数の凹凸が等配をなして形成してある。
【００６１】
以上の構成により前記ホール素子87の出力は、前記被検出リング86の外周に形成された凹凸が通過する都度変化するから、入力軸 10aの回転角度は、これと共に回転する被検出リング86の回転角度を媒介として、前記ホール素子87の出力の累積により検出することができる。なお以上の如き操舵センサ８の配設位置は、ハウジングＨ3 に内嵌され入力軸 10aの外周に摺接するオイルシール26により前記油圧制御弁２の配設位置と隔絶されており、油圧制御弁２内部の油が前記操舵センサ８の構成部分に進入しないようにしてある。
【００６２】
このように操舵センサ８により検出される舵角は、舵輪１の操作状態の検出信号として前記制御部７に与えられている。図９は、操舵センサ８による検出舵角に応じた制御部７の動作内容を示すフローチャートである。
【００６３】
本図に示す如く制御部７は、入力側に与えられる前記操舵センサ８の検出舵角θを所定のサンプリング周期にて取り込み（ステップ11）、取り込まれた検出舵角θを予め設定された基準舵角θ0 と比較し（ステップ12）、この比較の結果、現状の舵角θが基準舵角θ0 以上であった場合には、大なる操舵補助力が必要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を高速回転させるべく出力側のソレノイドＳに通電指令を発して開閉弁Ｖ2 を開とする（ステップ13）。
【００６４】
一方、ステップ12での比較の結果、現状の舵角θが基準舵角θ0 未満であった場合、制御部７は、大なる操舵補助力が不要な状態にあると判定し、油圧ポンプ４を低速回転させるべく出力側のソレノイドＳへの通電指令を停止して前記開閉弁Ｖ2 を閉とする（ステップ14）。制御部７の以上の動作は、例えば、エンジンＥの停止により電源が遮断される（ステップ15）まで繰り返して行われる。
【００６５】
このような動作によっても、操舵トルクの検出結果に基づく前述した動作の場合と同様に、前記基準舵角θ0 の前後において生じる油圧ポンプ４の高速側への切換えが、開閉弁Ｖ2 の開放に応じた油圧の送給により、速やかに、しかも安定して行われる。これにより、前記切換えの前後における特性の不連続部が解消されて、必要時に十分な操舵補助力を確保しつつ操舵感覚の悪化を未然に防止することができ、また、不要時における油圧ポンプ４の駆動に要する動力負担を軽減して燃費の向上を図ることが可能となる。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る動力舵取装置においては、舵輪に加わる操舵トルク又は舵輪の操作角度により操舵の有無を検出し、操舵がなされたと判定された場合に、エンジンから油圧ポンプへの伝動系に介装した変速装置の高速側の切換えを、油圧ポンプの吐出側に連通する導圧油路の中途に設けた開閉弁の開放により、導圧油路内の油圧を変速装置に導いて行わせる構成としたから、前記切換えを速やかに、しかも安定して行わせることができ、切換えの前後での特性の不連続部を生ずることがなく、操舵中に違和感を体感させることなく十分な操舵補助がなされ、また不必要時における回転速度を可及的に低く保つことができ、十分な操舵補助力の確保と燃費の向上とを併せて実現することが可能となる。
【００６９】
更に、導圧油路の中途の開閉弁の上流位置にアキュムレータを備え、該アキュムレータ内の蓄圧を変速装置に導く構成としたから、該変速装置の切換え動作をより速やかに行わせることができ、切換えの前後での特性の不連続部の発生を解消し、操舵中における違和感の発生をより確実に解消することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】変速装置及び切換えクラッチと一体に構成された油圧ポンプの構成例を示す縦断面図である。
【図３】変速装置及び切換えクラッチの構成部分の拡大断面図である。
【図４】変速装置及び切換えクラッチの構成部分の拡大断面図である。
【図５】トルクセンサとして構成された操舵センサを油圧制御弁の構成と共に示す縦断面図である。
【図６】操舵センサによる検出トルクに応じた制御部７の動作内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明装置において舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクとパワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。
【図８】舵角センサとして構成された操舵センサを油圧制御弁の構成と共に示す縦断面図である。
【図９】操舵センサによる検出舵角に応じた制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図１０】従来の動力舵取装置において舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクとパワーシリンダに送給される作動油圧との対応関係を示す圧力特性図である。
【符号の説明】
１ 舵輪
２ 油圧制御弁
３ パワーシリンダ
４ 油圧ポンプ
５ 変速装置
６ 切換えクラッチ
７ 制御部
８ 操舵センサ
15 吐出油路
16 導圧油路
Ａ アキュムレータ
Ｖ2 開閉弁
Claims (2)
- エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に油圧の作用により変速比を切換える変速装置を介装し、該変速装置の切換えに応じて高低２速にて駆動される前記油圧ポンプの吐出油を、舵輪の操作に応じて油圧の給排動作をなす油圧制御弁を経て操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダの発生力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした動力舵取装置において、前記舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記油圧ポンプの吐出側を前記変速装置に連通し、その中途に、開閉弁及び該開閉弁よりも上流側のアキュムレータを備える導圧油路と、前記トルクセンサによる検出トルクが所定値を超えたとき前記開閉弁を開放する制御動作をなす制御手段とを具備することを特徴とする動力舵取装置。
- エンジンから油圧ポンプへの伝動系の中途に油圧の作用により変速比を切換える変速装置を介装し、該変速装置の切換えに応じて高低２速にて駆動される前記油圧ポンプの吐出油を、舵輪の操作に応じて油圧の給排動作をなす油圧制御弁を経て操舵補助用の油圧シリンダに送給し、該油圧シリンダの発生力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした動力舵取装置において、前記舵輪の操作角度を検出する舵角センサと、前記油圧ポンプの吐出側を前記変速装置に連通し、その中途に、開閉弁及び該開閉弁よりも上流側のアキュムレータを備える導圧油路と、前記舵角センサによる検出舵角が所定値を超えたとき前記開閉弁を開放する制御動作をなす制御手段とを具備することを特徴とする動力舵取装置。
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