JP4015956B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車のステアリングなどの操舵入力手段から入力されたトルクに応じて作動油圧シリンダを作動させることにより、操舵力や操舵アシスト力を付与するパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来のパワーステアリング装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。
【０００３】
このパワーステアリング装置は、ステアリングホィールに取付られた操舵軸と、該操舵軸の下端部に連結した出力軸と、該出力軸の下端部に設けられたラック、ピニオンと、ラックに連繋された作動油圧アクチュエータである作動油圧シリンダと、該作動油圧シリンダのピストンによって隔成された左右の第１、第２作動油圧室に第１通路と第２通路を介して作動油圧を相対的に供給する可逆式オイルポンプと、前記第１、第２通路の間に接続されたバイパス通路に設けられて、該バイパス通路を開閉する電磁切換弁とを備えている。
【０００４】
そして、車両走行中において、ステアリングホィールにより通常の左右操舵を行なうと、この操舵トルクを検知した検知機構が制御回路を介して前記電磁切換弁に通路閉信号を出力すると共に、可逆式のオイルポンプを正転あるいは逆転させていずれか一方の作動油圧室や通路内の作動油を他方の作動油圧室及び通路に相対的に供給する。
【０００５】
そして、前記他方の作動油圧室や通路の閉回路全体に満たされた作動油は前記可逆式ポンプによって加圧されるが、この加圧に伴い他方の通路配管が膨張したり作動油内に混入した気泡が潰れて通路配管の容積が見かけ上増加してしまう。このため、この容積増加を補償するために、リザーバからチェック弁を介して作動油を通路内に吸入して可逆式ポンプにより加圧することによって、操舵アシスト力を付与するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−１１８５６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術にあっては、通路配管の容積増加分をリザーバから供給して補償するようになっているものの、この補償された作動油量分によって第１通路と第２通路の作動油量にばらつきが発生してしまう。このため、可逆式ポンプが正転方向から逆転方向に回転して一方の通路側に作動油圧を供給した際に、今まで加圧されていた他方の通路側の作動油量が補償量分だけ多くなっていることから、該他方の通路側の圧力低下速度が遅くなって残圧が発生してしまうおそれがある。
【０００８】
したがって、一方の通路側の作動油が加圧されて作動油圧が上昇したときに、前記他方の通路側の残圧以上に一方の通路側の作動油を加圧しない限り、操舵アシストをすることができず、アシスト遅れが生じてステアリングホイールに急激なトルク変動が発生して、操舵フィーリングの悪化を招くおそれがある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来のパワーステアリング装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、ピストンで隔成された第１、第２液圧室を有する液圧シリンダと、操舵入力手段から出力された入力トルクに応じて、第１通路と第２通路を介して前記第１、第２液圧室に作動油を選択的に供給する可逆式ポンプと、作動油を貯留するリザーバタンクと、前記第１通路と前記リザーバタンクとを接続する第１排出通路と、前記第２通路と前記リザーバタンクとを接続する第２排出通路と、前記可逆式ポンプの非作動時には前記第１排出通路及び第２排出通路を閉塞し、前記可逆式ポンプの作動によって液圧が前記第１通路に供給されるときに、前記第１排出通路を閉塞すると共に前記第２排出通路を開成し、前記可逆式ポンプの液圧が前記第２通路に供給されるときに、前記第２排出通路を閉塞すると共に前記第１排出通路を開成する切換弁と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、ステアリングホイールを一方向へ回転操作して可逆式ポンプが作動し、例えば第１通路側に液圧が供給されると、切換弁が第１通路側の第１排出通路を閉成すると同時に、第２通路側の第２排出通路を開成してリザーバと連通させる。このため、該第２通路及び第２作動油圧室側の作動油圧の殆どが可逆式ポンプによって第１通路を介して第１作動油圧室に供給されるが、その一部は第２通路側の第２排出通路を通ってリザーバに速やかに排出される。
【００１１】
したがって、第２通路側での圧力低下速度が速くなって、残圧の発生が防止される。この結果、操舵アシストが速やかに行われ、ステアリングホイールでの急激なトルク変動の発生が防止されて、良好な操舵フィーリングを得ることが可能になる。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、ピストンで隔成された第１、第２液圧室を有する液圧シリンダと、操舵入力手段から出力された入力トルクに応じて、第１通路と第２通路を介して前記第１、第２液圧室に作動油を選択的に供給する可逆式ポンプと、作動油を貯留するリザーバタンクと、前記第１通路と前記リザーバタンクとを接続する第１排出通路と、前記第２通路と前記リザーバタンクとを接続する第２排出通路と、前記第１排出通路に設けられ、前記可逆式ポンプの非作動時において前記第１排出通路を閉塞する常閉型の第１弁部と、前記第２排出通路に設けられ、前記可逆式ポンプの非作動時おいて前記第２排出通路を閉塞する常閉型の第２弁部と、前記第１弁部と第２弁部との間に設けられ、前記可逆式ポンプの作動によって液圧が前記第１通路に供給されるときに前記第２弁部を開成し、前記可逆式ポンプの液圧が前記第２通路に供給されるときに前記第１弁部を開成するフリーピストンと、から構成される切換弁と、
を備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明と基本的に同じ構成であって、特に切換弁の構造を明確にしたものである。したがって、請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。
【００１４】
請求項３に記載の発明にあっては、前記切換弁の前記各排出通路を開閉する弁体をポペット弁体によって構成したことを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、弁体をポペット弁体としたことから、金属粉などのいわゆるコンタミによる弁体のロックなどが防止され、安定した作動を確保できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるパワーステアリング装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態を示し、主としてパワーステアリング装置の油圧シリンダ１と油圧回路２について記載しており、装置の概略としては、操舵入力手段である図外のステアリングホィールと、該ステアリングホイールが連結された操舵軸の下端部の出力軸に設けられたラック・ピニオンと、出力軸の下端側に設けられてステアリングホィールの操舵回転トルクや左右前輪からの路面入力を検出する検出手段と、前記ラックに連繋された前記油圧シリンダ１と、該油圧シリンダ１に作動油圧を給排する油圧回路２とから構成されている。
【００１８】
前記油圧シリンダ１は、車体幅方向に延設された筒状シリンダ部３内を前記ラックに連繋したピストンロッド４が貫通していると共に、該ピストンロッド４に筒状シリンダ部３内を摺動するピストン５が固定されている。また、筒状シリンダ部３内には、ピストン５によって左右の第１油圧室６と第２油圧室７が隔成されている。
【００１９】
前記油圧回路２は、各一端部が前記各油圧室６、７に接続された一対の第１、第２通路８、９と、該両通路８，９の他端部に接続されてポンプモータ１０によって正逆回転可能な１つの可逆式のオイルポンプ１１と、前記第１、第２通路８，９の途中にそれぞれ接続されて、各下流端がリザーバ１２に連通した第１、第２排出通路１３，１４と、該両排出通路１３，１４間に設けられて、前記各通路８，９内の差圧に応じて前記各排出通路１３，１４を相対的に開閉作動してリザーバ１２との連通を相対的に切り換える切換弁１５と、前記第１、第２通路８，９の上流側にそれぞれ補償通路１６，１７を介して補償用の作動油を各通路８，９に相対的に供給する第１、第２リザーバ１８，１９とを備えている。
【００２０】
前記ポンプモータ１０は、前記検出手段から出力された検出信号に基づいて図外の電子コントローラからの制御電流によってオイルポンプ１１を回転及び停止及び正逆回転制御するようになっている。
【００２１】
前記両排出通路１３，１４は、各下流端の接続部にリザーバ１２と連通する排出路２０が接続されていると共に、該排出路２０に各通路８，９からリザーバ１２へのみ作動油の流入を許容するチェック弁２１が設けられている。
【００２２】
前記切換弁１５は、前記第１、第２通路８，９をそれぞれ横切って直列状に形成され、互いに連通した中央側に前記各排出通路１３，１４が連通した一対の弁孔２２ａ、２２ｂと、該各弁孔２２ａ、２２ｂの内部に固定された有底円筒状のバルブボディ２３，２４と、該両バルブボディ２３，２４の内部に摺動自在に設けられて、前記第１、第２通路８，９の差圧に基づいて前記各排出通路１３，１４を相対的に開閉する一対のポペット弁体２５，２６と、前記両弁孔２２ａ、２２ｂ間を中央で連通する摺動孔２２ｃ内に各ポペット弁体２５，２６方向、つまり軸方向へ摺動自在に設けられて、前記各ポペット弁体２５，２６の相対的な作動位置を制御するフリーピストン２７とを備えている。
【００２３】
前記各ポペット弁体２５，２６は、各バルブボディ２３，２４内に直列状に配置されていると共に、段差形状の円柱状に形成されており、対向する各先端面がほぼ円錐状に形成された弁部２５ａ、２６ａと、前記各通路８，９内の作動油圧をバルブボディ２３，２４底部側の背圧室３０，３１内から受ける大径な各後端部２５ｂ、２６ｂとから主として構成されている。また、各弁部２５ａ、２６ａの対向する先端部には、前記フリーピストン２７の中央軸２７ａの両端面に当接する当接軸２５ｃ、２６ｃがそれぞれ一体に設けられている。
【００２４】
また、該各ポペット弁体２５，２６は、バルブボディ２３，２４の底面と後端部２５ｂ、２６ｂとの間に弾装されたコイルスプリング２８，２９のばね力によって前記フリーピストン２７の方向へ付勢されて、前記オイルポンプ１１の非作動時には中立位置を保持し、この状態で各弁部２６ａ、２７ａがバルブボディ２３，２４先端のシート面に着座して各排出通路１３，１４を閉塞する、いわゆる常閉型になっている。
【００２５】
前記フリーピストン２７は、前記各通路８，９間の差圧、つまり各通路８，９から各排出通路１３，１４の途中に形成された圧力室３２、３３間の差圧により図中左右方向に摺動して、いずれか一方のポペット弁体２５，２６を対応するコイルスプリング２８，２９のばね力に抗して前後方向へ相対的に切り換え摺動させるようになっている。
【００２６】
さらに、前記各補償通路１６，１７の途中には、前記第１、第２リザーバ１８，１９内の作動油を各通路８，９方向へのみ流入させる第１、第２逆止弁３４，３５が設けられている。
【００２７】
なお、前記オイルポンプ１１の吸入通路３６には、リザーバ１２からの作動油をオイルポンプ１１方向へのみ流入を許容するチェック弁３７が設けられている。
【００２８】
以下、本実施形態の作用について説明する。まず、車両の直進走行中などで、運転者がステアリングホイールを回転操作せずに中立状態を維持し、電子コントローラからポンプモータ１０へ制御電流が出力されず、オイルポンプ１１が非作動状態になっている。この場合は、図１に示すように、各通路８，９に差圧が発生しないため、各ポペット弁体２５，２６は、各コイルスプリング２８，２９のばね力でフリーピストン２７を介して中立位置を維持している。したがって、各弁部２５ａ、２６ａが各シート面に着座して各排出通路１３，１４を閉塞した状態になっている。
【００２９】
その後、ステアリングホィールを、例えば右方向へ回転操作すると、電子コントローラからの制御電流によってポンプモータ１０を介してオイルポンプ１１が例えば正転駆動される。かかるポンプ作用により、図２に示すように、第２通路９の作動油が吸入されて第１通路８内に吐出される。そして、第１通路８内の作動油は、その大部分が背圧室３０を通って第１油圧室６に流入すると共に、その一部が第１排出通路１３を通って第１受圧室３２内に流入する。同時に、第１リザーバ１８内の作動油もオイルポンプ１１を介して第１通路８及び第１作動油圧室６に流入して不足分を補償する。
【００３０】
このため、第１受圧室３２が高圧になると共に、第２受圧室３３が低圧になることから、フリーピストン２７は、図示のように第２ポペット弁体２６方向（左方向）へ摺動して第２ポペット弁体２６をコイルスプリング２９のばね力に抗して背圧室３１方向へ後退させと共に、第１ポペット弁体２５から離間する。
【００３１】
したがって、第１排出通路１３は閉塞された状態を維持するが、第２排出通路１４は受圧室３３側が開成され、第２通路９内の作動油の一部が、矢印で示すように、リザーバ１２内にチェック弁２１を介して速やかに排出する。このため、該第２通路９側の圧力低下速度が速くなって、残圧の発生が防止される。
【００３２】
一方、かかる右方向の回転操作状態からステアリングホィールを元の状態に戻し、さらに左方向へ回転操作を行なうと、電子コントローラによってポンプモータ１０を介してオイルポンプ１１を逆転させる。
【００３３】
このため、今度は、図３に示すように、前述とは逆に、第１通路８側の作動油及び第２リザーバ１９内の作動油が第２通路９に吐出されて背圧室３１を介して第２油圧室７に供給される。
【００３４】
したがって、第１受圧室３２の内圧が低下すると共に、第２受圧室３３の内圧が高くなって、フリーピストン２７は、図示のように右方向へ摺動して第１ポペット弁体２５をコイルスプリング２８のばね力に抗して背圧室３０方向へ後退させと共に、第２ポペット弁体２６から離間する。
【００３５】
これによって、第２排出通路１４は閉塞されるが、第１排出通路１３は第１受圧室３２側が開成されて、第１通路８内の作動油の一部が、矢印で示すように、リザーバ１２内にチェック弁２１を介して速やかに排出する。このため、該第１通路８側の圧力低下速度が速くなって、前述と同じく残圧の発生が防止される。
【００３６】
このように、ステアリングホイールの左右回転操作時には、低圧となる一方の通路８，９の内圧を速やかに低下させることができることから、ステアリングホイールの操舵アシストが速やかに行われ、ステアリングホイールでの急激なトルク変動の発生が防止されて、良好な操舵フィーリングを得ることが可能になる。
【００３７】
また、前記各ポペット弁体２５，２６の作動を、第１、第２通路８，９の差圧、すなわち、各受圧室３２，３３の差圧によって制御するようにしたため、電磁弁などの電気的手段を用いた場合に比較して制御の簡素化が図れると共に、機械的な簡単な構造であることから、製造が容易になり、コストの高騰を抑制できる。
【００３８】
また、弁部２５ａ、２６ａの先端面が円錐状（傾斜面状）の一対のポペット弁体２５，２６によって構成したため、例えばコンタミなどの異物が噛み込みにくくなるので、各弁部２５ａ、２６ａのロックの発生を防止できる。
【００４４】
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下の（イ）（ロ）に記載する。
【００４５】
（イ）前記切換弁は、前記第１、第２通路をそれぞれ横切って形成され、互いに連通した中央側に前記各排出通路が連通した一対の弁孔と、該両弁孔の内部に摺動自在に設けられて、前記第１、第２通路の差圧に基づいて前記各排出通路を相対的に開閉する一対の弁体と、前記両弁孔間を中央で連通する連通孔内に各弁体方向へ摺動自在に設けられて、前記各排出通路を介して前記各通路の差圧を受けて前記各弁体の作動位置を制御するフリーピストンとを備えたことを特徴とする請求項２に記載のパワーステアリング装置。
【００４６】
この発明によれば、切換弁の全体を機械的に構成したため、高価な電磁式による場合に比較して、コストの高騰を抑制できることは勿論のこと、特に各通路の差圧を直接フリーピストンが受けて、該フリーピストンの摺動に伴って各弁体を作動位置を制御するようにしたため、全体の構造が簡素化すると共に、前記弁体の良好な作動制御が得られる。
【００４９】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、フリーピストン２７を用いずに、各ポペット弁２５，２６の後端部２５ｂ、２６ｂの背圧室３０，３１の内圧を受ける受圧面積と弁体２５ａ、２６ａの各受圧室３２，３３の内圧を受ける受圧面積を変えて、その受圧差によって各ポペット弁体２５、２６を直接作動させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に供される油圧シリンダと油圧回路を示す概略図である。
【図２】本実施形態における作用を示す概略図である。
【図３】本実施形態における作用を示す概略図である。
【符号の説明】
１…油圧シリンダ
２…油圧回路
６・７…第１、第２油圧室
８・９…第１，第２通路
１０…ポンプモータ
１１…オイルポンプ
１２…リザーバ
１３・１４…第１、第２排出通路
１５…切換弁
１８・１９…第１、第２リザーバ
２５・２６…ポペット弁体
２７…フリーピストン
２８・２９…コイルスプリング

Claims (3)

  1. ピストンで隔成された第１、第２液圧室を有する液圧シリンダと、
    操舵入力手段から出力された入力トルクに応じて、第１通路と第２通路を介して前記第１、第２液圧室に作動油を選択的に供給する可逆式ポンプと、
    作動油を貯留するリザーバタンクと、
    前記第１通路と前記リザーバタンクとを接続する第１排出通路と、
    前記第２通路と前記リザーバタンクとを接続する第２排出通路と、
    前記可逆式ポンプの非作動時には前記第１排出通路及び第２排出通路を閉塞し、前記可逆式ポンプの作動によって液圧が前記第１通路に供給されるときに、前記第１排出通路を閉塞すると共に前記第２排出通路を開成し、前記可逆式ポンプの液圧が前記第２通路に供給されるときに、前記第２排出通路を閉塞すると共に前記第１排出通路を開成する切換弁と、
    を備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。
  2. ピストンで隔成された第１、第２液圧室を有する液圧シリンダと、
    操舵入力手段から出力された入力トルクに応じて、第１通路と第２通路を介して前記第１、第２液圧室に作動油を選択的に供給する可逆式ポンプと、
    作動油を貯留するリザーバタンクと、
    前記第１通路と前記リザーバタンクとを接続する第１排出通路と、
    前記第２通路と前記リザーバタンクとを接続する第２排出通路と、
    前記第１排出通路に設けられ、前記可逆式ポンプの非作動時において前記第１排出通路を閉塞する常閉型の第１弁部と、前記第２排出通路に設けられ、前記可逆式ポンプの非作動時おいて前記第２排出通路を閉塞する常閉型の第２弁部と、前記第１弁部と第２弁部との間に設けられ、前記可逆式ポンプの作動によって液圧が前記第１通路に供給されるときに前記第２弁部を開成し、前記可逆式ポンプの液圧が前記第２通路に供給されるときに前記第１弁部を開成するフリーピストンと、から構成される切換弁と、
    を備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。
  3. 前記切換弁は、前記各排出通路を開閉する弁体をポペット弁体によって構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーステアリング装置。
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