JP4433183B2

JP4433183B2 - パワーステアリング装置

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Publication number: JP4433183B2
Application number: JP2004310717A
Authority: JP
Inventors: 好美小竹; 雅人堀田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: EP1652751B1; DE602005017234D1; EP1652751A3; JP2006123580A; EP1652751A2

Description

本発明は、操舵トルクに応じたトーションバーの捩れに応じて操舵補助特性を変化させるパワーステアリング装置に関する。

ステアリングホイールに接続される入力シャフトと、操舵用車輪にラックピニオン式ステアリングギヤ等を介して接続される出力シャフトを、トーションバーにより操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう同軸心に連結し、筒状のアウターバルブエレメントに対して同軸心に嵌め合わされたインナーバルブエレメントを、入出力シャフトの相対回転角度に応じて相対回転させ、その相対回転角度に応じて操舵補助力発生用油圧アクチュエータを制御する油圧パワーステアリング装置が従来から用いられている。

上記のような油圧パワーステアリング装置において、出力シャフトと同行回転すると共にシャフト径方向に変位可能な押し付け部材と、この押し付け部材をトーションバーの外周に設けられた被押し付け部に押し付ける弾力を付与する弾性体を設けることが提案されている（特許文献１参照）。この従来技術においては、操舵トルクが設定値未満である場合は、押し付け部材による被押し付け部の押し付けにより、トーションバーの一端と被押し付け部との間での捩れが規制され、トーションバーの有効長さが短くされる。操舵トルクが設定値以上である場合は、その押し付けが解除され、トーションバーの有効長さが長くされる。これにより、操舵トルクが設定値以下である場合は設定値を超える場合よりも、トーションバーの剛性を実質的に大きくし、車両の直進走行時における走行安定性を向上できる。

あるいは、上記のような油圧パワーステアリング装置において、入出力シャフトが相対回転すると、その相対回転を阻止する方向の弾力を、その相対回転角が大きくなる程に大きくなるように作用させる機構を設けることが提案されている（特許文献２参照）。この従来技術においては、操舵トルクが大きくなる程にトーションバーの剛性を実質的に大きくし、操舵時における車両の走行安定性を向上できる。
特開平１０−３２９７３３号公報特表平８−５０５３３６号公報

上記従来技術においては、トーションバーの剛性を実質的に大きくできるのは入出力シャフトの相対回転角が小さい場合と大きい場合の何れかにおいてのみである。そのため、車両の直進時および操舵時の何れにおいても走行安定性を向上することはできなかった。また、トーションバーの剛性を単純に大きくするだけでは、操舵トルクの変化に対する操舵補助力の変化割合が小さくなり、迅速な操舵補助をできないために操舵フィーリングが低下する。本発明は、上記従来技術の課題を解決することのできるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明のパワーステアリング装置は、入力シャフトと、出力シャフトと、前記入力シャフトと前記出力シャフトを操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう同軸心に連結するトーションバーと、操舵補助力発生用アクチュエータと、前記入力シャフトと前記出力シャフトとに対して同軸心に相対回転可能な第１回転エレメントと、前記入力シャフトと同行回転する第２回転エレメントと、前記出力シャフトに対する前記入力シャフトの回転を、前記出力シャフトに対する前記第１回転エレメントの回転に変換する回転変換機構と、前記両回転エレメントの相対回転角に応じた操舵補助力が発生するように前記アクチュエータを制御する制御機構とを備え、前記回転変換機構は前記出力シャフトにより支持される反転エレメントを有し、前記出力シャフトに対する前記入力シャフトの回転を前記出力シャフトに対する前記第１回転エレメントの回転に変換する際に、その回転方向が前記反転エレメントにより反転され、前記入出力シャフトの相対回転量に対する前記両回転エレメントの相対回転量の比率が、不変の一定値とされていることを特徴とする。
本発明によれば、操舵トルクに応じて入力シャフトが出力シャフトに対して回転すると、その回転が回転変換機構により第１回転エレメントの出力シャフトに対する回転に変換され、この際、その回転方向が前記反転エレメントにより反転される。すなわち、出力シャフトに対する入力シャフトの回転方向と出力シャフトに対する第１回転エレメントの回転方向とが互いに逆方向とされる。よって、第１回転エレメントは入力シャフトと同行回転する第２回転エレメントに対して相対回転する。両回転エレメントの相対回転角に応じた操舵補助力が発生するように操舵補助力発生用アクチュエータが制御機構により制御される。両回転エレメントの相対回転角は、第１回転エレメントが出力シャフトと同行回転するのに比べて、第１回転エレメントの出力シャフトに対する回転量だけ多くなる。よって、入出力シャフトの相対回転角を大きくすることなく両回転エレメントの相対回転角を大きくできるので、トーションバーの剛性を大きくして直進時と操舵時の何れにおいても車両の走行安定性を向上することができ、しかも、操舵トルクの変化に対して操舵補助力の変化割合が小さくなることはないので、迅速な操舵補助により操舵フィーリングを向上できる。さらに、入出力シャフトの相対回転量に対する両回転エレメントの相対回転量の比率が不変の一定値とされるので、回転変換のための構造をシンプルにして回転変換を円滑に行い、操舵補助を迅速に行い操舵フィーリングを向上できる。

前記第１回転エレメントは筒状とされ、前記第２回転エレメントは前記第１回転エレメントに同軸心に相対回転可能に嵌め合わされ、前記回転変換機構は、前記入力シャフトと同行回転する第１支持部と、前記出力シャフトと同行回転する第２支持部と、前記第１回転エレメントと同行回転する第３支持部とを有し、各支持部は前記入出力シャフトの軸方向において相互に離隔され、前記反転エレメントとして揺動部材が設けられ、前記揺動部材は、前記入出力シャフトの相対回転に応じて揺動するよう前記第１支持部により支持されると共に前記第２支持部を介して前記出力シャフトにより支持され、さらに、その揺動により前記第１回転エレメントを前記第２回転エレメントに対して相対回転させるよう前記第３支持部により支持され、前記入出力シャフトの軸方向において前記第２支持部が前記第１支持部と前記第３支持部との間に配置されているのが好ましい。これにより、入出力シャフトの相対回転によって、入力シャフトと同行回転する第１支持部が出力シャフトと同行回転する第２支持部に対して周方向に相対変位し、第１支持部と第２支持部により支持される揺動部材が揺動する。この揺動部材の揺動により、揺動部材を支持する第３支持部と同行回転する第１回転エレメントが、入力シャフトと同行回転する第２回転エレメントに対して相対回転する。

前記回転変換機構は、前記入力シャフトと同行回転する入力側歯車と、前記第１回転エレメントと同行回転する従動側歯車とを有し、前記反転エレメントとして、前記入力側歯車と前記従動側歯車に噛み合うと共に前記出力シャフトにより回転可能に支持される中間歯車が設けられ、前記中間歯車により、前記出力シャフトに対する前記入力シャフトの回転を前記出力シャフトに対する前記第１回転エレメントの回転に変換する際に、その回転方向が反転されるのが好ましい。これにより、入力シャフトと同行回転する入力側歯車に噛み合う中間歯車は出力シャフトにより回転可能に支持されているので、入出力シャフトの相対回転により中間歯車が回転し、中間歯車に噛み合う従動側歯車が第１回転エレメントと同行回転する。すなわち、中間歯車により出力シャフトに対する入力シャフトの回転が出力シャフトに対する第１回転エレメントの回転に変換され、この際、その回転方向が反転される。よって、第１回転エレメントは第２回転エレメントに対して相対回転する。

本発明によれば、トーションバーの捩れ角に応じた操舵補助力を付与するパワーステアリング装置において、部品点数や製造コストを大幅に増大させることなくトーションバーのばね剛性を大きくできるので、車両の直進時および操舵時に操舵が不安定になるのを防止し、安定した走行状態を実現し、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

図１に示す本発明の第１実施形態のラックピニオン式油圧パワーステアリング装置１は、車両のステアリングホイール（図示省略）に接続される筒状入力シャフト２と、出力シャフト３と、入力シャフト２と出力シャフト３を操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう同軸心に連結するトーションバー６とを備えている。トーションバー６は入力シャフト２を貫通し、一端側はピン４を介して入力シャフト２に同軸中心に同行回転するよう連結され、他端側は出力シャフト３の一端に形成された凹部に挿入されると共にセレーション５を介して出力シャフト３に同軸中心に同行回転するよう圧入連結され、これにより入力シャフト２と出力シャフト３は軸方向相対移動が規制されている。

入力シャフト２の一端側はハウジング７によりベアリング８を介して支持され、他端側は出力シャフト３の凹部の内周によりブッシュ１２を介して支持される。出力シャフト３は図外ラックピニオン式ステアリングギヤのハウジングにより回転可能に支持される。出力シャフト３の他端側外周にピニオン１５が一体的に形成される。ステアリングギヤはピニオン１５に噛み合うラック１６を有し、ラック１６の各端にタイロッド、ナックルアーム等を介し車輪が接続される。これにより、操舵による入力シャフト２の回転がトーションバー６を介して出力シャフト３に伝達されることでピニオン１５が回転し、ラック１６が車両幅方向に移動することで舵角が変化する。

操舵補助力発生用アクチュエータとして油圧シリンダ２０が設けられている。油圧シリンダ２０は、シリンダチューブ２０ａと、ラック１６に一体化されるピストン２１を備え、シリンダチューブ内２０ａにピストン２１により仕切られる油室２２、２３が形成される。

油圧シリンダ２０に供給される圧油の油圧を制御するロータリー式油圧制御バルブ３０が設けられている。制御バルブ３０は、第１回転エレメントとして筒状アウターバルブエレメント３１と、アウターバルブエレメント３１に同軸心に相対回転可能に嵌め合わされる第２回転エレメントとしてインナーバルブエレメント３２を有する。アウターバルブエレメント３１は、入力シャフト２と出力シャフト３とに対して同軸心に相対回転可能にハウジング７に挿入される。インナーバルブエレメント３２は、入力シャフト２と一体的に成形されることで入力シャフト２と同軸中心に同行回転する。

油圧シリンダ２０に供給される圧油の油圧は両バルブエレメント３１、３２の相対回転角に応じて変化する。これにより、両バルブエレメント３１、３２の相対回転角に応じた操舵補助力が発生するように油圧シリンダ２０を制御する制御機構が制御バルブ３０により構成されている。すなわち、ハウジング７に、圧油吐出用ポンプ４２に接続されるポートと、タンク４３に接続されるポートと、油圧シリンダ２０の一方の油室２２に接続されるポートと、他方の油室２３に接続されるポートが設けられ、各ポートはアウターバルブエレメント３１とインナーバルブエレメント３２の間の流路を介して互いに連通する。両バルブエレメント３１、３２間の流路における絞り部の開度が両バルブエレメント３１、３２の相対回転角に応じて変化する。例えば図２に示すように、アウターバルブエレメント３１の内周における複数の第１溝４８の軸方向縁と、インナーバルブエレメント３２の外周における複数の第２溝４９の軸方向縁との間が絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされる。一方の油室２２に通じる第１溝４８と、他方の油室２３に通じる第１溝４８とが、周方向において交互に配置される。ポンプ４２に通じる第２溝４９と、入力シャフト２に形成された通孔２ａおよびトーションバー６と入力シャフト２との間の空間を介してタンク４３に通じる第２溝４９とが、周方向において交互に配置される。これにより、図３に示す油圧回路が構成される。操舵が行なわれていない時は、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが開き油圧は上昇しないので操舵補助力は発生しない。右操舵時は、両バルブエレメント３１、３２の相対回転角に応じて絞り部Ａ、Ｄの開度が大きくなり、絞り部Ｂ、Ｃの開度が小さくなり、一方の油室２２に圧油が供給され、他方の油室２３からタンク４３に油が還流し、その相対回転角に応じた右方向への操舵補助力を油圧シリンダ２０は発生する。左操舵時は、両バルブエレメント３１、３２の相対回転方向が右操舵時と逆になり、これにより絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度が右操舵時と逆になり、その相対回転角に応じた左方向への操舵補助力を油圧シリンダ２０は発生する。

出力シャフト３に対する入力シャフト２の回転を、出力シャフト３に対するアウターバルブエレメント３１の回転に変換する回転変換機構５０が設けられている。図１、図４に示すように、回転変換機構５０は、入力シャフト２と同行回転する第１支持部５１と、出力シャフト３と同行回転する第２支持部５２と、アウターバルブエレメント３１と同行回転する第３支持部５３と、反転エレメントとして揺動部材５４とを有する。入出力シャフト２、３の軸方向において、各支持部５１、５２、５３は相互に離隔され、第２支持部５２が第１支持部５１と第３支持部５３との間に配置され、第１支持部５１は、入力シャフト２の外周に一体化された環状部材２″の一端に設けられた凹部により構成され、その凹部の内面は球面に沿うものとされている。

第２支持部５２は、出力シャフト３の外周に圧入等により一体化された筒状部材５２ａと、筒状部材５２ａに取り付けられた支持シャフト５２ｂを有する。なお、筒状部材５２ａは出力シャフト３と一体で成形されてもよい。支持シャフト５２ｂは筒状部材５２ａに、入出力シャフト２、３の軸心に対して直交する自身の軸中心に回転可能に取付けられ、ピンや止め輪等の抜け止め部材５２ｂ′により抜け止めされている。

第３支持部５３は、アウターバルブエレメント３１の外周に圧入等により一体化された筒状部材５３ａと、筒状部材５３ａにおける環状部材２″との対向端部に形成された凹部５３ｂ内に配置される受け部材５３ｃを有する。受け部材５３ｃの外周一部は凹部５３ｂの内面に相対回転可能に接する球面とされている。

揺動部材５４は、入出力シャフト２、３の相対回転に応じて揺動するよう第１支持部５１に支持されると共に第２支持部５２を介して出力シャフト３により支持され。さらに、その揺動によりアウターバルブエレメント３１をインナーバルブエレメント３２に対して相対回転させるよう第３支持部５３により支持される。すなわち、揺動部材５４の外周部は円柱面とされ、一端部は球面とされ、他端部は平坦面とされる。揺動部材５４の一端部は、第１支持部５１を構成する凹部に嵌め合わされ、その凹部の内面に接することで第１支持部５１と同行回転する。揺動部材５４の他端部は、第３支持部５３を構成する受け部材５３ｃを貫通する保持孔５３ｃ′に挿入され、受け部材５３ｃの外周球面が凹部５３ｂの内面に接することで、第３支持部５３と同行回転する。揺動部材５４の両端部間は、第２支持部５２の支持シャフト５２ｂに一体化されている。入出力シャフト２、３の相対回転により揺動部材５４が円滑に揺動するように、揺動部材５４の外周と保持孔５３ｃ′との間に微小な隙間が設けられ、支持シャフト５２ｂは筒状部材５２ａにより微小な隙間を介して回転可能に支持されている。

上記第１実施形態によれば、操舵トルクに応じた入出力シャフト２、３の相対回転によって、入力シャフト２と同行回転する第１支持部５１が出力シャフト３と同行回転する第２支持部５２に対して周方向に相対変位し、第１支持部５１と第２支持部５２により支持される揺動部材５４が揺動する。この揺動部材５４の揺動により、揺動部材５４を支持する第３支持部５３と同行回転するアウターバルブエレメント３１が、入力シャフト２と同行回転するインナーバルブエレメント３２に対して相対回転する。すなわち、入力シャフト２が出力シャフト３に対して回転すると、その回転が回転変換機構５０によりアウターバルブエレメント３１の出力シャフト３に対する回転に変換され、この際、その回転方向が揺動部材５４により反転される。これにより、出力シャフト３に対する入力シャフト２の回転方向と出力シャフト３に対するアウターバルブエレメント３１の回転方向とが互いに逆方向とされる。よって、アウターバルブエレメント３１は入力シャフト２と同行回転するインナーバルブエレメント３２に対して相対回転する。両バルブエレメント３１、３２の相対回転角に応じた操舵補助力が発生するように油圧シリンダ２０が制御バルブ３０により制御される。両バルブエレメント３１、３２の相対回転角は、アウターバルブエレメント３１が出力シャフト３と同行回転するのに比べて、アウターバルブエレメント３１の出力シャフト３に対する回転量だけ多くなる。よって、入出力シャフト２、３の相対回転角を大きくすることなく両バルブエレメント３１、３２の相対回転角を大きくできるので、トーションバー６の剛性を大きくして直進時と操舵時の何れにおいても車両の走行安定性を向上することができ、しかも、操舵トルクの変化に対して操舵補助力の変化割合が小さくなることはないので、迅速な操舵補助により操舵フィーリングを向上できる。
また、入出力シャフト２、３の相対回転量に対する両バルブエレメント３１、３２の相対回転量の比率が不変の一定値とされる。例えば図４に示すように、第１支持部５１と第２支持部５２との距離をＬ１、第２支持部５２と第３支持部５３との距離をＬ２とする。入出力シャフト２、３が相対回転すると、入力シャフト２と一体のインナーバルブエレメント３２は出力シャフト３に対して、入力シャフト２と同一方向に同一角度だけ相対回転する。一方、アウターバルブエレメント３１は、その入出力シャフト２、３の相対回転が揺動部材５４を介して伝達されることで、出力シャフト３に対して、入力シャフト２と逆方向に比率Ｌ２／Ｌ１に応じた角度だけ相対回転する。すなわち、両バルブエレメント３１、３２の相対回転量の比率はＬ２／Ｌ１によって定まる不変の一定値となる。よって、回転変換のための構造をシンプルにして回転変換を円滑に行い、操舵補助を迅速に行い操舵フィーリングを向上できる。

図５、図６は、上記回転変換機構５０とは異なる変形例に係る回転変換機構５０′を示し、第１実施形態と同様部分は同一符号で示す。本変形例の回転変換機構５０′は、入力シャフト２と同行回転する入力側歯車５１′と、アウターバルブエレメント３１と同行回転する従動側歯車５３′を有する。入力側歯車５１′は、入力シャフト２の外周に一体的に形成される外歯平歯車とされている。本変形例の従動側歯車５３′は、アウターバルブエレメント３１に圧入等により一体化される筒状部材５２ａ′の内周に一体的に形成される内歯平歯車とされている。回転変換機構５０′は、反転エレメントとして入力側歯車５１′と従動側歯車５３′に噛み合う平歯車により構成される中間歯車５４′を有する。中間歯車５４′は、出力シャフト３により軸受５６′を介して回転可能に支持される支持シャフト５２′に一体化されることで、入出力シャフト２、３の軸心と平行な軸中心に回転可能に出力シャフト３により支持されている。これにより、入力シャフト２と同行回転する入力側歯車５１′に噛み合う中間歯車５４′が出力シャフト３により回転可能に支持されるので、入出力シャフト２、３の相対回転により中間歯車５４′が回転し、中間歯車５４′に噛み合う従動側歯車５３′がアウターバルブエレメント３１と同行回転する。すなわち、中間歯車５４′により出力シャフト３に対する入力シャフト２の回転が出力シャフト３に対するアウターバルブエレメント３１の回転に変換され、この際、その回転方向が反転される。これにより、出力シャフト３に対する入力シャフト２の回転方向と出力シャフト３に対するアウターバルブエレメント３１の回転方向とが互いに逆方向とされる。よって、アウターバルブエレメント３１はインナーバルブエレメント３２に対して相対回転する。また、入出力シャフト２、３の相対回転量に対する両バルブエレメント３１、３２の相対回転量の比率は、各歯車５１′、５３′、５４′の歯数により定まる不変の一定値となる。他の構成は第１実施形態と同様である。なお、各歯車５１′、５３′、５４′を転位歯車とし、転位量を歯すじ方向に沿って連続的に変化させることで、入力側歯車５１′と従動側歯車５３′の歯底円直径を回転軸方向一方に向かうに従い漸次大きくし、中間歯車５４′の歯底円直径を回転軸方向他方に向かうに従い漸次大きくし、これにより、各歯車５１′、５３′、５４′の軸方向における相対位置を調節することで噛み合い間のバックラッシュを解消可能とし、制御バルブ３０の作動の円滑化と操舵特性の最適化を図るのが好ましい。

上記変形例によれば、中間歯車５４′の支点となる出力シャフト３に対して、力点となる入力シャフト２の回転方向と作用点となるアウターバルブエレメント３１の回転方向とが互いに逆方向となる。よって、入出力シャフト２、３の相対回転角を大きくすることなく両バルブエレメント３１、３２の相対回転角を大きくできるので、トーションバー６の剛性を大きくして直進時と操舵時の何れにおいても車両の走行安定性を向上することができ、しかも、操舵トルクの変化に対して操舵補助力の変化割合が小さくなることはないので、迅速な操舵補助により操舵フィーリングを向上できる。さらに、入出力シャフト２、３の相対回転量に対する両バルブエレメント３１、３２の相対回転量の比率が不変の一定値とされるので、回転変換のための構造をシンプルにして回転変換を円滑に行い、操舵補助を迅速に行い操舵フィーリングを向上できる。

図７、図８に示す本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置１０１は、入力シャフト１０２と、出力シャフト１０３と、入力シャフト１０２と出力シャフト１０３を操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう同軸心に連結するトーションバー１０６とを備えている。入力シャフト１０２と出力シャフト１０３は磁性材製とされている。入力シャフト１０２は、ハウジング１０７によりベアリング１０５を介して回転自在に支持され、車両のステアリングホイール（図示省略）に連結シャフト１０８を介して接続される。出力シャフト１０３は、ハウジング１０７によりベアリング１０６を介して回転自在に支持され、図外ステアリングギヤを介して自動車の車輪に接続される。入力シャフト１０２と出力シャフト１０３の中心孔に挿入されたトーションバー１０６は、一端側が入力シャフト１０２と連結シャフト１０８にピン１０９により連結され、他端側が出力シャフト１０３に図外ピン等により連結される。これにより、入力シャフト１０２と出力シャフト１０３はトーションバー１０６により操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能に同軸心に連結されている。出力シャフト１０３の外周にウォームホイール１１０ａが取り付けられ、このウォームホイール１１０ａに噛み合うウォーム１１０ｂが、ハウジング１０７に取り付けられるモータ（操舵補助力発生用アクチュエータ）１２０により駆動される。

入力シャフト１０２の外周を覆う磁性材製の第１検出筒（第１回転エレメント）１１１が、ベアリング１２２を介してハウジング１０７により入出力シャフト１０２、１０３と同心に回転可能に支持され、これにより第１検出筒１１１は入力シャフト１０２と出力シャフト１０３に対して同軸心に相対回転可能とされている。入力シャフト１０２の外周に非磁性材製の筒状磁気漏れ防止部材１２１が一体化され、磁気漏れ防止部材１２１の外周に磁性材製の第２検出筒（第２回転エレメント）１１２が一体化され、これにより第２検出筒１１２は入力シャフト１０２と同行回転する。入力シャフト１０２の外周に磁性材製の第３検出筒１１５が圧入等により同行回転するように一体化される。第２検出筒１１２の一端は第１検出筒１１１の一端に隙間δ１をおいて対向するように配置されている。第２検出筒１１２の他端は第３検出筒１１５の一端に隙間δ２をおいて対向するように配置されている。第１検出筒１１１の一端、第２検出筒１１２の一端、および第３検出筒１１５の一端に、周方向に沿って並列する複数の歯１１１ａ、１１２ａ、１１５ａが設けられている。第２検出筒１１２の他端は平坦面とされている。なお、磁気漏れ防止部材１２１は、成形型に合成樹脂材を注入することで型成形され、入力シャフト１０２と第２検出筒１１２は、その成形型内に合成樹脂材の注入前に挿入されることで、型成形される磁気漏れ防止部材１２１と同行回転するように一体化されている。

ハウジング１０７により保持される磁性材製のホルダー１１７に、入出力シャフト１０２、１０３を覆う第１コイル１１６と第２コイル１１８が収納されている。第１コイル１１６が第１検出筒１１１の一端と第２検出筒１１２の一端を通過する磁束を発生することで第１磁気回路が構成されている。第２コイル１１８が第２検出筒１１２の他端と第３検出筒１１５の一端とを通過する磁束を発生することで第２磁気回路が構成されている。

各コイル１１６、１１８に接続される検出回路が回路基板１３０に設けられている。図８は検出回路の一例を示すもので、第１コイル１１６は抵抗１４２を介して発振器１４３に接続され、第２コイル１１８は抵抗１４４を介して発振器１４３に接続される。また、第１コイル１１６は演算増幅器１４５の反転入力端子に接続され、第２コイル１１８は演算増幅器１４５の非反転入力端子に接続される。両シャフト１０２、１０３によるトルクの伝達時においては、そのトルクに応じてトーションバー１０６がねじれ、第１検出筒１１１と第２検出筒１１２とが同軸中心に相対回転する。この相対回転により第１検出筒１１１の一端の歯１１１ａと第２検出筒１１２の一端の歯１１２ａとの軸方向において重合する部分の面積が変化することから、その第１磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗は、そのトルク変化による両シャフト１０２、１０３の弾性的な相対回転量に応じて変化する。その変化に応じて第１コイル１１６の出力が変化する。第２検出筒１１２と第３検出筒１１５とは同行回転するので、第２磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗は、両シャフト１０２、１０３による伝達トルクの変化によっては変動することがない。その第１磁気回路における磁気抵抗は、両シャフト１０２、１０３によるトルクの非伝達時にあっては第２磁気回路における磁気抵抗と等しくされる。これにより、第１磁気回路における磁気抵抗の変化による第１コイル１１６の出力に基づき、入出力シャフト１０２、１０３により伝達されるトルクの検出信号が検出回路により生成される。さらに、第２コイル１１８の発生磁束が通過する第２磁気回路における磁気抵抗は、入出力シャフト１０２、１０３による伝達トルクの変化によっては変動しないので、温度変動による第１コイル１１６の出力変動と第２コイル１１８の出力変動とが演算増幅器１４５において打ち消される。すなわち、第１磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化に対応する値と第２磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化に対応する値との偏差に基づき、両シャフト１０２、１０３により伝達されるトルクが検出され、また、検出トルクの温度変動が補償される。そのトルク検出信号が回路基板１３０上の検出回路に接続される制御装置１３１に送られ、制御装置１３１が検出トルクに応じて操舵補助力発生用モータ１２０を駆動することで操舵補助力が付与される。これにより、回路基板１３０上の検出回路と制御装置１３１により、操舵トルクによる両検出筒１１１、１１２の相対回転角に応じた操舵補助力が発生するようにモータ１２０を制御する制御機構が構成されている。なお、制御装置１３１に車速や舵角等の車両運転条件の検出センサを接続し、操舵トルク以外の車両運転条件に応じても操舵補助力を制御し、高車速での走行安定性と低車速での操舵性能の向上を図ってもよい。

出力シャフト１０３に対する入力シャフト１０２の回転を、出力シャフト１０３に対する第１検出筒１１１の回転に変換する回転変換機構１５０が設けられている。回転変換機構１５０は上記変形例と同様に、入力側歯車１５１、従動側歯車１５３および反転エレメントとしての中間歯車１５４を有する。入力側歯車１５１は、入力シャフト１０２の外周に一体的に形成される外歯平歯車により構成されることで入力シャフト１０２と同行回転する。従動側歯車１５３は、第１検出筒１１１の内周に一体的に形成される内歯平歯車により構成されることで第１検出筒１１１と同行回転する。入力側歯車１５１と従動側歯車１５３に噛み合う平歯車により構成される中間歯車１５４は、出力シャフト１０３により軸受１５６を介して回転可能に支持される支持シャフト１５２に一体化されることで、入出力シャフト１０２、１０３の軸心と平行な軸中心に回転可能に出力シャフト１０３により支持されている。これにより、入力シャフト１０２と同行回転する入力側歯車１５１に噛み合う中間歯車１５４は出力シャフト１０３により回転可能に支持されているので、入出力シャフト１０２、１０３の相対回転により中間歯車１５４が回転し、中間歯車１５４に噛み合う従動側歯車１５３が第１検出筒１１１と同行回転する。すなわち、中間歯車１５４により出力シャフト１０３に対する入力シャフト１０２の回転が出力シャフト１０３に対する第１検出筒１１１の回転に変換され、この際、その回転方向が反転される。これにより、出力シャフト１０３に対する入力シャフト１０２の回転方向と出力シャフト１０３に対する第１検出筒１１１の回転方向とが互いに逆方向とされる。よって、第１検出筒１１１は第２検出筒１１２に対して相対回転する。また、入出力シャフト１０２、１０３の相対回転量に対する両検出筒１１１、１１２の相対回転量の比率は、各歯車１５１、１５３、１５４の歯数により定まる不変の一定値となる。

上記第２実施形態によれば、中間歯車１５４の支点となる出力シャフト１０３に対して、力点となる入力シャフト１０２の回転方向と作用点となる第１検出筒１１１の回転方向とが互いに逆方向となる。よって、入出力シャフト１０２、１０３の相対回転角を大きくすることなく両検出筒１１１、１１２の相対回転角を大きくできるので、トーションバー１０６の剛性を大きくして直進時と操舵時の何れにおいても車両の走行安定性を向上することができ、しかも、操舵トルクの変化に対して操舵補助力の変化割合が小さくなることはないので、迅速な操舵補助により操舵フィーリングを向上できる。さらに、入出力シャフト１０２、１０３の相対回転量に対する両検出筒１１１、１１２の相対回転量の比率が不変の一定値とされるので、回転変換のための構造をシンプルにして回転変換を円滑に行い、操舵補助を迅速に行い操舵フィーリングを向上できる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば第１実施形態や変形例において、アウターバルブエレメントとインナーバルブエレメントの間の流路における絞り部を、閉鎖されるまでの両バルブエレメントの相対回転角である閉鎖角度が互いに異なる複数種類設け、閉鎖角度の大きな絞り部とタンクとの間に可変絞り弁を設け、低車速時は操舵力が軽減されると共に中高速時は操舵力が増大されるようにその可変絞り弁の開度を車速に応じて制御する公知の技術を付加することで、低車速時に操舵力を軽減し、低車速から高車速にわたり直進時および操舵時の車両の走行安定性を向上し、どっしりとした安定感のある操舵フィーリングを得るようにしてもよい。また第２実施形態において、回転変換機構として第１実施形態と同様の構成のものを用いてもよい。

本発明の第１実施形態の油圧パワーステアリング装置の縦断面図本発明の第１実施形態の油圧パワーステアリング装置における制御バルブの横断面図本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置における油圧回路本発明の第１実施形態の油圧パワーステアリング装置における要部の縦断面図本発明の第１実施形態の変形例における油圧パワーステアリング装置の要部の縦断面図本発明の第１実施形態の変形例における油圧パワーステアリング装置の要部の横断面図本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置における要部の縦断面図本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置におけるトルク検出回路の構成説明図

符号の説明

２、１０２入力シャフト
３、１０３出力シャフト
６、１０６トーションバー
２０油圧シリンダ（操舵補助力発生用アクチュエータ）
３０制御バルブ（制御機構）
３１アウターバルブエレメント（第１回転エレメント）
３２インナーバルブエレメント（第２回転エレメント）
５０、５０′、１５０回転変換機構
５１第１支持部
５１′、１５１入力側歯車
５２第２支持部
５３第３支持部
５３′、１５３従動側歯車
５４揺動部材（反転エレメント）
５４′、１５４中間歯車（反転エレメント）
１１１第１検出筒（第１回転エレメント）
１１２第２検出筒（第２回転エレメント）
１２０モータ（操舵補助力発生用アクチュエータ）
１３１制御装置（制御機構）

Claims

入力シャフトと、
出力シャフトと、
前記入力シャフトと前記出力シャフトを操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう同軸心に連結するトーションバーと、
操舵補助力発生用アクチュエータと、
前記入力シャフトと前記出力シャフトとに対して同軸心に相対回転可能な第１回転エレメントと、
前記入力シャフトと同行回転する第２回転エレメントと、
前記出力シャフトに対する前記入力シャフトの回転を、前記出力シャフトに対する前記第１回転エレメントの回転に変換する回転変換機構と、
前記両回転エレメントの相対回転角に応じた操舵補助力が発生するように前記アクチュエータを制御する制御機構とを備え、
前記回転変換機構は前記出力シャフトにより支持される反転エレメントを有し、
前記出力シャフトに対する前記入力シャフトの回転を前記出力シャフトに対する前記第１回転エレメントの回転に変換する際に、その回転方向が前記反転エレメントにより反転され、
前記入出力シャフトの相対回転量に対する前記両回転エレメントの相対回転量の比率が、不変の一定値とされているパワーステアリング装置。
前記第１回転エレメントは筒状とされ、
前記第２回転エレメントは前記第１回転エレメントに同軸心に相対回転可能に嵌め合わされ、
前記回転変換機構は、前記入力シャフトと同行回転する第１支持部と、前記出力シャフトと同行回転する第２支持部と、前記第１回転エレメントと同行回転する第３支持部とを有し、
各支持部は前記入出力シャフトの軸方向において相互に離隔され、
前記反転エレメントとして揺動部材が設けられ、
前記揺動部材は、前記入出力シャフトの相対回転に応じて揺動するよう前記第１支持部により支持されると共に前記第２支持部を介して前記出力シャフトにより支持され、さらに、その揺動により前記第１回転エレメントを前記第２回転エレメントに対して相対回転させるよう前記第３支持部により支持され、
前記入出力シャフトの軸方向において前記第２支持部が前記第１支持部と前記第３支持部との間に配置されている請求項１に記載のパワーステアリング装置。
前記回転変換機構は、前記入力シャフトと同行回転する入力側歯車と、前記第１回転エレメントと同行回転する従動側歯車とを有し、
前記反転エレメントとして、前記入力側歯車と前記従動側歯車に噛み合うと共に前記出力シャフトにより回転可能に支持される中間歯車が設けられ、
前記中間歯車により、前記出力シャフトに対する前記入力シャフトの回転を前記出力シャフトに対する前記第１回転エレメントの回転に変換する際に、その回転方向が反転される請求項１に記載のパワーステアリング装置。