JP4350088B2 - 車両の電子制御式動力操向装置 - Google Patents

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Description

本発明は,車両の電子制御式動力操向装置に関し,より詳しくは,車速の変化に応じた操向感の変化を運転者に感じさせることができる圧力制御バルブを備えた,車両の電子制御式動力操向装置に関する。
一般に,車両の操向装置は,運転者の意志に応じて車両の進行方向を変更するための装置であり,車両の前輪が旋回する回転中心を任意に変更することで運転者が所望する方向に車両の進行方向を変更するための装置である。
一方,動力操向装置は,運転者が車両の操向ホイールを操作する場合,反力装置を用いて運転者による操向ホイールの操作力を補助することで,小さな力で容易に車両の進行方向を変更できる装置である。
かかる動力操向装置は,油圧式動力操向装置(HPS:
Hydraulic Power Steering Apparatus)と電気式動力操向装置(EPS: Electric Power Steering Apparatus)とに大別される。
油圧式動力操向装置は,エンジンの回転軸に連結された油圧ポンプが作動油をラックバーに連結された作動シリンダに供給し,作動油を供給された作動シリンダのピストンが作動して操作力を補助することにより,運転者が小さな力で操向操作できるようにする装置である。一方,電気式動力操向装置は,油圧ポンプおよび作動シリンダの代りにモータおよび電子制御装置(ECU: Electronic Control Unit)を含み,モータの力で操作力を補助する装置である。
最近では,電気式動力操向装置を搭載した車両が増加しているが,大半の車両では未だに油圧式動力操向装置が採用されている。
車両が低速で走行または停止している場合,タイヤの路面摩擦が大きいため大きな操向補助動力が要求される一方,高速で走行している場合,タイヤの路面摩擦が小さいため大きな操向補助動力は要求されない。ところが,一般的な油圧式動力操向装置では,車両が低速または高速で走行している場合とにかかわらず,同一の操向補助動力が供給されるため,高速走行時において必要以上に操向ホイールの操作が軽くなることで操向時の安全性が低下するという問題がある。
かかる問題を解決するために,最近では,車両の走行速度に応じて操向補助動力の供給を制御することにより,高速走行時においても操向時の安全性を確保できるようにする電子制御式動力操向装置(ECPS: Electronically Controllable Power Steering Apparatus)が導入されている。
図1は,従来技術に係る車両の電子制御式動力操向装置の構成図であり,図2aおよび2bは各々に従来技術に係る流路切換バルブの一側面,および他側面と圧力制御バルブ(PCV: Pressure Control Valve)の一側面を示す断面図である。
図1〜図2bで各々に示すように,従来技術に係る車両の電子制御式動力操向装置は,車両のエンジン(不図示)によって駆動される油圧ポンプ101を含む。また,トーションバー201が内蔵される中空形状の入力軸203と,トーションバー201を介して入力軸203と連結されるピニオン軸205と,油圧により入力軸203に接近または入力軸203から離隔する反力プランジャ(Plunger)207を通じて入力軸203とピニオン軸205との相対変位を規制する油圧反力部209とを有し,入力軸203とピニオン軸205との相対変位によって作動油の流路を切換える流路切換バルブ103とを含む。さらに,流路切換バルブ103から伝達される作動油によって操向補助動力を供給する作動シリンダ105と,車両の速度を感知する車速センサ107と,車速センサ107から電気的信号を伝達される電子制御装置109と,流路切換バルブ103の一側に備えられ,電子制御装置109によって油圧反力部209に対する作動油の供給を制御する圧力制御バルブ111とを含む。
圧力制御バルブ111は,供給ポート221,排出ポート223および反力ポート224をその外周側に備えた中空形状のバルブ本体211と,バルブ本体211の上部内側に内蔵されてスプール215に下向きの弾性力を作用させるスプリング213とを含む。また,上側のスプリング213と下側のソレノイド217とによってバルブ本体211の内側で摺動(sliding)可能に支持され,外周面上に所定の深さで互いに離間して形成されて流路孔229を通じて互いに連通される第1段差部225および第2段差部227を備えるスプール215を含む。さらに,スプール215をその下側で支持し,電子制御装置109によって制御されるソレノイド217を含む。
かかる構成を有する電子制御式動力操向装置では,運転者が操向ホイール113を操作することで,操向ホイール113と連結された操向軸115が回転し,ユニバーサルジョイント117を介して操向軸115と連結される入力軸203がピニオン軸205に対して相対変位しつつ回転する。これにより,作動油が作動シリンダ105の左右圧力室105a,105bに選択的に供給され,ラックバー119に操向補助動力が供給される。かかる基本的な作動原理は,一般的な油圧式動力操向装置の場合と同様である。
しかし,電子制御式動力操向装置は,車両の速度に応じて作動状態が変化する点で異なるため,以下で図3および図4を参照しつつ詳細に説明する。
図3は,車両が低速で走行している場合における従来技術に係る圧力制御バルブの作動状態を示す断面図であり,図4は,車両が高速で走行している場合における従来技術に係る圧力制御バルブの作動状態を示す断面図である。
車両が低速で走行または停止している場合,電子制御装置109は,車速センサ107で感知された車速信号を伝達され,圧力制御バルブ111のソレノイド217を制御してスプール215を上方に摺動させる。これにより,第1段差部225が上方に移動して供給ポート221と連通しなくなることで,作動油が流路孔229に伝達されなくなる。したがって,作動油が油圧反力部209に供給されず,反力プランジャ207が入力軸203から離隔するため,入力軸203が反力プランジャ207と摩擦せずに回転することになる。すなわち,この場合,操向ホイール113の操作が軽くなるため,運転者は一般的な油圧式動力操向装置が作動する場合と同様な操向感を得ることになる。
一方,車両が中高速で走行している場合,電子制御装置109は,車速センサ107で感知された車速信号を伝達され,圧力制御バルブ111を制御してスプール215を下方に摺動させる。これにより,第1段差部225が下方に移動して供給ポート221と連通することで,作動油が流路孔229に伝達される。流路孔229を経た作動油は,第2段差部227および反力ポート224を経て油圧反力部に供給される。したがって,作動油が油圧反力部209に供給され,作動油の圧力によって反力プランジャ207が入力軸203に密着するため,入力軸203が反力プランジャ207によってその回転を規制されることになる。すなわち,この場合,操向ホイール113の操作が重くなるため,運転者は一般的な油圧式動力操向装置が作動する場合と異なり,高速走行時でも安定した操向感を得ることになる。
図5は,従来技術に係る圧力制御バルブの作動時における入力トルクと油圧ポンプから供給される作動油の圧力との関係を示すグラフであり,図6は,油圧ポンプから供給される作動油の圧力(供給圧)と油圧反力部に作用する作動油の圧力(反力圧)との関係を示すグラフである。
図5および図6に示すように,従来技術に係る電子制御式動力操向装置では,車速の増加に応じて反力圧も増加し,特に車速の増加に伴う反力圧の増加比率が一定となる。
したがって,車速の変化に伴う反力圧の増加比率が一定であるため,車速が変化しても運転者は操向感の変化を感じられず,現在の走行状態を的確に感じられないという問題があった。
そこで,本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり,その目的は,車速の変化に応じた操向感の変化を運転者に感じさせることができる圧力制御バルブを備えた,新規かつ改良された車両の電子制御式動力操向装置を提供することにある。
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,入力軸とピニオン軸との相対変位を規制する油圧反力部と,油圧反力部に対する作動油の供給を制御する圧力制御バルブとを含む車両の電子制御式動力操向装置であって:圧力制御バルブが第1バルブおよび第2バルブを含み,第1バルブは,外周側に排出ポートおよび供給ポートが形成された中空形状の第1バルブ本体と,供給ポートと連通され,下側で開口した第1流路を内側に備え,第1バルブ本体の内側に摺動(sliding)可能に備えられる第1スプールと,第1スプールの上側に備えられる第1弾性部材とを含み,第2バルブは,外周側にラジアルポートが形成された中空形状の第2バルブ本体と,ラジアルポートと連通され,一側で開口した第2流路を内側に備え,第2バルブ本体の内側に摺動(sliding)可能に備えられる第2スプールと,第2スプールの一側に備えられる第2弾性部材と,第2スプールの他側に備えられるソレノイドとを含む,車両の電子制御式動力操向装置が提供される。
上記の第1バルブおよび第2バルブが中空形状のバルブハウジングの内側で互いに近接して内蔵され,バルブハウジングが第1バルブと第2バルブとの間に抑止突部を備えるようにしてもよい。
上記第1弾性部材の上側にはプラグが備えられるようにしてもよい。また,上記プラグが第1バルブ本体に圧入されて結合されるようにしてもよい。また,上記プラグが第1バルブ本体にねじ結合されるようにしてもよい。また,上記プラグの下側および第1弾性部材の上側の各々に接する支持体が備えられるようにしてもよい。
上記第1スプールの下側には第1流路と連通される中空形状のキャップが備えられるようにしてもよい。また,上記第2弾性部材の一側には第2流路と連通される中空形状のキャップが備えられるようにしてもよい。また,上記キャップの内側にはオリフィスが備えられるようにしてもよい。
上記供給ポートの入口にはフィルタが備えられるようにしてもよい。また,上記第1バルブ本体の外周面から供給ポートの内側まで所定の深さで溝が形成されるようにしてもよい。
上記の第1バルブおよび第2バルブが軸方向で互いに平行に備えられるようにしてもよい。また,上記の第1バルブおよび第2バルブが同軸上に備えられるようにしてもよい。また,上記第1バルブの軸方向に対して第2バルブが垂直方向に備えられるようにしてもよい。また,上記第2バルブが第1バルブの下側に備えられるようにしてもよい。
以上で説明したように,本発明によれば,車速の変化に応じた操向感の変化を運転者に感じさせることができる圧力制御バルブを備えた,車両の電子制御式動力操向装置が提供される。
以下に,添付した図面を参照しながら,本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお,本明細書および図面において,実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図7は,本発明の第1の実施形態に係る圧力制御バルブを示す断面図である。
図7に示すように,本発明の第1の実施形態に係る圧力制御バルブは,外周側に排出ポート223および供給ポート221が形成された中空形状の第1バルブ本体701と,外周側に反力(ラジアル)ポート224が形成された中空形状の第2バルブ本体711とを含み,両者がバルブハウジング730に内蔵される。また,第1バルブ本体701には,その内側に摺動(sliding)可能に備えられており,供給ポート221と連通され,下側で開口した第1流路707を内側に備える第1スプール703と,第1スプール703の上側に備えられる第1弾性部材705とを有する第1バルブ710を含む。さらに第2バルブ本体711には,その内側に摺動(sliding)可能に備えられており,反力(ラジアル)ポート224と連通され,上側で開口した第2流路717を内側に備える第2スプール713と,第2スプール713の上側に備えられる第2弾性部材715と,第2スプール713の下側に備えられるソレノイド217とを有する第2バルブ720を含む。
第1バルブ710は,第1バルブ本体701,第1スプール703および第1弾性部材705を含んで構成される。
第1バルブ本体701は,直径が略一定で円筒形状を有し,外周側に供給ポート221および排出ポート223を備えている。供給ポート221は,油圧ポンプから伝達される作動油が供給される通路であり,排出ポート223は,オイルタンクに伝達される作動油が排出される通路である。
図8は,本発明の第1の実施形態に係る第1バルブを示す部分断面図である。
図8に示すように,第1バルブ710の内部に作動油と共に流入する異質物を濾過するため,供給ポート221の入口にはフィルタ801を備えるようにしてもよい。
一方,フィルタ801によって供給ポート221が閉塞されることを防止するため,第1バルブ本体701の外周面から供給ポート221の内側まで所定の深さで閉塞防止溝803を形成するようにしてもよい。
かかるフィルタ801および閉塞防止溝803は,第1バルブ本体701の外周面に沿って円周方向に形成されるようにしてもよい。
第1スプール703は,円筒形状を有し,第1バルブ本体701の内側に摺動可能に備えられ,その内側に供給ポート221と連通される第1流路707が形成されている。
また,第1流路707が第1スプール703の下側で開口しており,供給ポート221を通じて供給される作動油は,第1流路707を経て第1スプール703の下側に備えられた第2バルブ720に供給される。第1流路707を経て第1バルブ710と第2バルブ720とを互いに連通する様式は様々であるが,第1流路707が第1バルブ710および第2バルブ720を互いに直列に連結するようにしてもよい。
第1弾性部材705は,第1スプール703の上側と第1バルブ本体701の内側上部との間に備えられ,第1スプール703に軸方向で下向きの弾性力(F)を作用させる。ここで,第1スプール703の下側に作用する作動油の圧力(P)と第1スプール703の断面積(A)との積(P×A)が第1弾性部材705の弾性力(F)より大きい場合,第1スプール703が軸方向で上側に移動し,逆の場合,下側に移動する。よって,第1スプール703が作動油の圧力に応じて軸方向で往復動し,第1流路707が供給ポート221と連通され,または連通されないことで,作動油の流れが制御される。
また,第1スプール703の下側に供給される作動油は,第2バルブ720を経て油圧反力部209に供給されて入力軸203の回転を制御するが,上述のように第1バルブ710の作動によって作動油の圧力が制御される。
すなわち,第1弾性部材705の弾性力を一定値に設定することで,第1スプール703の下側に作用する作動油の最大圧力を制御できる。
第1弾性部材705としては,一定の弾性力を有するスプリングを用いるようにしてもよいが,それに限定されるものではない。
また,第1弾性部材705の上側に第1弾性部材705を支持する支持体721を備え,支持体721の上側に第1バルブ本体701とねじ結合される調節プラグ723を備えることで,調節プラグ723を調節し,支持体721を上下に移動させて,第1弾性部材705の弾性力を調節することもできる。
一方,第1弾性部材705の上側に調節プラグ723の代わりに第1バルブ本体701に圧入される固定プラグを備えるようにしてもよい。
もちろん固定プラグでは,第1バルブ本体701に圧入された状態を維持するように第1弾性部材705の弾性力を一定値に保つのみで,その弾性力を調節することはできない。
しかし,固定プラグを用いる場合,本発明に係る圧力制御バルブの量産過程において,調節プラグ723を第1バルブ本体701にねじ結合する場合と比べて,生産時間を短縮できるという利点がある。
一方,第1スプール703の下側に第1流路707と連通される中空形状のキャップ709を備えることで,第1スプール703が第1弾性部材705の弾性力によって第1バルブ本体701の内側から跳ね出すことを防止できる。
キャップ709は,第1バルブ本体701の内側に圧入することもでき,キャップ709の外周面と第1バルブ本体701の内周面とに各々に備えられた雄ネジと雌ネジとによってねじ結合するようにしてもよい。
一方,油圧ポンプから伝達される作動油が脈動を伴う場合,この脈動を減衰させるためにキャップ709の内側にオリフィスを備えるようにしてもよい。
第1バルブ710および第2バルブ720は,バルブハウジング730に内蔵されるが,第1スプール703および第2スプール713が摺動過程で互いに衝突しないように,第1バルブ710の下側および第2バルブ720の上側の間でバルブハウジング730の内周面には,バルブハウジング730の内周面から直径方向に所定幅で突出する抑止突部731を備えるようにしてもよい。
第2バルブ720は,第1バルブ710と同軸上に備えられ,第2バルブ本体711,第2スプール713,第2弾性部材715およびソレノイド217を含んで構成される。
第2バルブ本体711は,直径が略一定で円筒形状を有し,外周側に反力ポート224が形成されている。反力ポート224は,油圧ポンプから伝達される作動油が油圧反力部209に供給される通路である。
第2スプール713は,円筒形状を有し,第2バルブ本体711の内側に摺動可能に備えられ,その内側に反力ポート224と連通される第2流路717が形成されている。第2流路717が第2スプール713の上側に開口しており,第1バルブ710を通じて供給される作動油が第2流路717を経て反力ポート224を経て油圧反力部209に伝達される。
第2弾性部材715は,第2バルブ本体711の内側上部と第2スプール713の上側との間に備えられ,第2スプール713に軸方向で下向きの弾性力を作用させる。第2弾性部材715としては,スプリングを用いるようにしてもよいが,それに限定されるものではない。
また,第2弾性部材715の上側と第2バルブ本体711の内側上部との間には,第2流路717と連通される中空形状のキャップ709を備えることで,後述するソレノイド217の作動によって第2スプール713が軸方向の上側に摺動する過程で,第2弾性部材715が第2バルブ本体711の内側から跳ね出さないように,第2弾性部材715を支持するようにしてもよい。キャップ709は,第2バルブ本体711の内側に圧入することができ,キャップ709の外周面と第2バルブ本体711の内周面とに各々に備えられた雄ネジと雌ネジとによってねじ結合することもできる。
ソレノイド217は,第2スプール713の下方で第2スプール713と同軸上に備えられる。ソレノイド217は,車速センサの車速信号が電子制御装置に伝達されて電子制御装置によって作動する。
すなわち,車両が低速で走行している場合,ソレノイド217が第2スプール713を軸方向で上側に移動させ,油圧反力部209に対する作動油の供給を少なくすることで,操向ホイールの操作を軽くし,車両が高速で走行している場合,第2スプール713を軸方向の下側に移動させ,油圧反力部209に対する作動油の供給を多くすることで,操向ホイールの操作を重くして操向時の安全性を確保する。
図9は,本発明の第1の実施形態に係る圧力制御バルブの作動時における入力トルクと油圧ポンプから供給される作動油の圧力との関係を示すグラフであり,図10は,油圧ポンプから供給される作動油の圧力(供給圧)と油圧反力部に作用する作動油の圧力(反力圧)との関係を示すグラフである。
図9および図10に示すように,本発明の第1の実施形態に係る圧力制御バルブが作動する場合,車速の増加に応じて反力圧も増加する点では従来技術と同様であるが,車速の増加に伴う反力圧の増加比率が変化する。したがって,車速の変化に伴う反力圧の増加比率が変化するため,運転者は操向感の変化を顕著に感じられ,操向感の変化によって現在の走行状態を的確に感じることができる。
図11は,本発明の第2の実施形態に係る圧力制御バルブを示す断面図である。
図11に示すように,本発明の第2の実施形態に係る圧力制御バルブは,外周側に排出ポート223および供給ポート221が形成された中空形状の第1バルブ本体701と,第1バルブ本体701の軸方向と垂直方向に形成され,外周側に連結(ラジアル)ポート1101が形成された中空形状の第2バルブ本体711とを含み,両者がバルブハウジング730に内蔵される。また,第1バルブ本体701には,その内側に摺動(sliding)可能に備えられており,供給ポート221と連通され,下側で開口した第1流路707を内側に備える第1スプール703と,第1スプール703の上側に備えられる第1弾性部材705とを有する第1バルブ710を含む。さらに第2バルブ本体711の内側には,摺動(sliding)可能に備えられており,連結(ラジアル)ポート1101と連通され,油圧反力部(図示していない)側で開口した第2流路717を内側に備える第2スプール713と,第2スプール713の一側に備えられる第2弾性部材715と,第2スプール713の他側に備えられるソレノイド217とを有する第2バルブ720を含む。
第2バルブ720は,第1バルブ710の軸方向と垂直方向に備えられるが,第2バルブ本体711の外周側に連結ポート1101が形成されており,第1バルブ710から供給される作動油が連結ポート1101を経て第2バルブ720の内部に伝達される。
かかる構成を有する本発明の第2の実施形態に係る圧力制御バルブでは,第1の実施形態とは異なり,第2バルブ720が第1バルブ710の軸方向と垂直方向に形成されるため,空間的な制約を受ける場合,それを克服することができる。
その他の構成および作用は本発明の第1の実施形態と同一であるので,同一な構成要素に対しては同一な符号を与えて,その詳細な説明および作用の説明は省略する。
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範疇に属するものと了解される。
従来技術に係る車両の電子制御式動力操向装置を示す構成図である。 従来技術に係る流路切換バルブの一側面を示す断面図である。 従来技術に係る流路切換バルブの他側面および圧力制御バルブ(PCV: Pressure Control Valve)の一側面を示す断面図である。 車両が低速で走行している場合の圧力制御バルブの作動状態を示す断面図である。 車両が高速で走行している場合の圧力制御バルブの作動状態を示す断面図である。 従来技術に係る圧力制御バルブの作動時における入力トルクと油圧ポンプから供給される作動油の圧力との関係を示すグラフである。 従来技術に係る圧力制御バルブの作動時における油圧ポンプから供給される作動油の圧力(供給圧)と油圧反力部に作用する作動油の圧力(反力圧)との関係を示すグラフである。 本発明の第1の実施形態に係る圧力制御バルブを示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る第1バルブを示す部分断面図である。 入力トルクと油圧ポンプから供給される作動油の圧力との関係を示すグラフである。 油圧ポンプから供給される作動油の圧力(供給圧)と油圧反力部に作用する作動油の圧力(反力圧)との関係を示すグラフである。 本発明の第2の実施形態に係る圧力制御バルブを示す断面図である。
符号の説明
101 油圧ポンプ
103 流路切換バルブ
105 作動シリンダ
107 車速センサ
109 電子制御装置
111 圧力制御バルブ
203 入力軸
205 ピニオン軸
207 反力プランジャ
209 油圧反力部
217 ソレノイド
221 供給ポート
223 排出ポート
224 反力ポート
701 第1バルブ本体
703 第1スプール
705 第1弾性部材
707 第1流路
709 キャップ
710 第1バルブ
711 第2バルブ本体
713 第2スプール
715 第2弾性部材
717 第2流路
720 第2バルブ
721 支持体
723 調節プラグ
730 バルブハウジング
731 抑止突部
801 フィルタ
803 閉塞防止溝
1101 連結ポート

Claims (5)

  1. 外周側に排出ポートおよび供給ポートが形成された中空形状の第1バルブ本体と,前記供給ポートと連通されて下側で開口した第1流路を内側に備え,前記第1バルブ本体の内側に摺動可能に備えられる第1スプールと,前記第1スプールの上側に備えられる第1弾性部材とを含む前記第1バルブと;
    外周側にラジアルポートが形成された中空形状の第2バルブ本体と,前記ラジアルポートと連通されて一側で開口した第2流路を内側に備え,前記第2バルブ本体の内側に摺動可能に備えられる第2スプールと,前記第2スプールの一側に備えられる第2弾性部材と,前記第2スプールの他側に備えられるソレノイドと,を含む前記第2バルブと;を含む圧力制御バルブにより,
    入力軸とピニオン軸との相対変位を規制する油圧反力部への作動油の供給を制御する,車両の電子制御式動力操向装置であって:
    前記第1バルブおよび前記第2バルブが中空形状のバルブハウジングの内側で互いに近接して内蔵され,
    前記バルブハウジングが前記第1バルブと前記第2バルブとの間に抑止突部を備え,
    前記第1スプールの下側には前記第1流路と連通される中空形状のキャップが備えられることを特徴とする,車両の電子制御式動力操向装置。
  2. 前記第2弾性部材の一側には前記第2流路と連通される中空形状のキャップが備えられることを特徴とする,請求項1に記載の車両の電子制御式動力操向装置。
  3. 前記キャップの内側にはオリフィスが備えられることを特徴とする,請求項に記載の車両の電子制御式動力操向装置。
  4. 前記供給ポートの入口にはフィルタが備えられることを特徴とする,請求項1に記載の車両の電子制御式動力操向装置。
  5. 前記第1バルブ本体の外周面から前記供給ポートの内側まで所定の深さで溝が形成されることを特徴とする,請求項4に記載の車両の電子制御式動力操向装置。
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