JP4484049B2 - 油圧パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車速等の運転状態に応じて操舵補助特性を変更可能な油圧パワーステアリング装置に関する。

操舵補助力発生用油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、操舵トルクに応じた入力シャフトと出力シャフトの弾性的な相対回転量に応じて制御する制御バルブを備える油圧パワーステアリング装置においては、操舵トルクに応じて操舵補助特性を変化させることができる。そのような油圧パワーステアリング装置において、出力シャフトに形成されるガイド孔にプランジャを挿入し、そのプランジャを介して入力シャフトを押し付ける油圧を車両の運転状態に応じて調節する油圧パワーステアリング装置が知られている（特許文献１参照）。これにより、入力シャフトと出力シャフトの相対回転量を車速等の運転状態に応じて規制することで操舵補助力を変化させ、高車速での走行安定性や低車速での操舵に対する応答性を向上することができる。
実登第２５０９９３９号公報

上記従来の油圧パワーステアリング装置においては、図１１に示すように、操舵トルクの変化に対する操舵補助力発生用油圧の変化のヒステリシスＨが大きく、操舵フィーリングが悪化するという問題があった。本発明は、そのような問題を解決することのできる油圧パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、入力シャフトと、前記入力シャフトに、操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう連結される出力シャフトと、操舵補助力発生用油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転量に応じて制御する制御バルブと、前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転を車両の運転状態に応じて規制する規制手段とを備え、前記規制手段は、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方に形成されるガイド孔と、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方に対して近接する方向と離隔する方向とに往復移動可能に前記ガイド孔に挿入されるプランジャと、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方と前記プランジャの一端との間に配置される球形の押し付け部材と、前記プランジャ及び前記押し付け部材を介して前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方を押し付ける油圧を車両の運転状態に応じて調節する油圧調節機構とを有し、前記プランジャの一端に、前記入出力シャフトの軸方向に沿う溝が、その深さが溝中央に向かうに従い深くなるように形成され、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方の外周において前記プランジャと対向する部分に、前記入出力シャフトの軸方向に沿う溝が、その深さが溝中央に向かうに従い深くなるように形成され、前記押し付け部材は両溝の底面に挟み込まれ、前記入出力シャフトが相対回転すると、前記押し付け部材と前記両溝の底面との接触位置が変化して前記プランジャが前記入出力シャフトの径方向に沿って移動するように、前記入出力シャフトが相対回転していない直進状態で、前記両溝の中央位置は前記入出力シャフトの径方向において互いに対向するように配置され、前記プランジャは前記ガイド孔の内周により、前記入出力シャフトの相対回転時に前記往復移動方向に案内される油圧パワーステアリング装置において、前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との間に摩擦低減部材が介在され、前記摩擦低減部材は、前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との間において転動する球体であり、前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との中の少なくとも一方に、前記プランジャの往復移動方向に沿う３列以上の軌道溝が前記ガイド孔の周方向の間隔をおいて形成され、前記各軌道溝それぞれに複数の前記球体が前記入出力シャフトの径方向に沿って並列するように配置されていることを特徴とする。
本件発明者は、従来の油圧パワーステアリング装置において操舵トルクの変化に対する操舵補助力発生用油圧の変化のヒステリシスが大きくなる原因は、ガイド孔の内周とプランジャの外周との間の摩擦に基づき、そのプランジャの移動が阻害されることに起因することを見い出した。これにより、そのガイド孔の内周とプランジャの外周との間に摩擦低減部材を配置することで、そのヒステリシスを低減することを想到した。その摩擦低減部材を介してプランジャはガイド孔の内周により往復移動方向に案内されるので、プランジャは円滑に移動し、図１０に示すように操舵トルクの変化に対する操舵補助力発生用の圧油の油圧の変化のヒステリシスＨを小さくできる。そのガイド孔の内周とプランジャの外周との間の摩擦は転がり摩擦になるので低減され、ガイド孔の内周により球体を介して支持されるプランジャが、その往復移動方向に対して傾くのを防止でき、ガイド孔の内周とプランジャの外周とは直接に接することなく確実に球体に接する。さらに、球体の数が多くなることで、各球体それぞれに接触するガイド孔の内周の負荷を低減できる。よって、ガイド孔の内周を硬化するための表面処理を簡単化したり不要にでき、コストの増大を阻止できる。さらに、前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との間にリテーナが挿入され、前記球体は前記リテーナにより保持されているのが好ましい。

本発明によれば、車速等の運転状態に応じて操舵補助力を変化させる油圧パワーステアリング装置において、低コストで簡単な構造により良好な操舵フィーリングを得ることができる。

比較例

図１に示す比較例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）に連結される金属製入力シャフト２と、入力シャフト２に操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するようトーションバー６を介して連結される金属製出力シャフト３を備えている。すなわち、トーションバー６は、ピン４を介して入力シャフト２に連結され、セレーション５を介して出力シャフト３に連結され、これにより入力シャフト２と出力シャフト３は同軸中心に弾性的に相対回転する。入力シャフト２の一端側はベアリング８を介してハウジング７により支持される。入力シャフト２の他端側は、出力シャフト３の一端側の端部に形成された凹部に挿入されると共に、その凹部の内周によりブッシュ１２を介して支持されている。出力シャフト３は、ベアリング１０、１１を介してハウジング７により回転可能に支持されている。出力シャフト３にピニオン１５が一体的に形成され、ピニオン１５に噛み合うラック１６に車輪（図示省略）が連結される。これにより、操舵による入力シャフト２の回転は、トーションバー６を介してピニオン１５に伝達され、ピニオン１５の回転によりラック１６は車両幅方向に移動し、ラック１６の移動により車両の舵角が変化する。なお、ラック１６を支持するサポートヨーク４０がバネ４１の弾力によりラック１６に押し付けられている。

操舵補助力発生用油圧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、ハウジング７と一体のシリンダチューブと、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にピストン２１により仕切られる油室２２、２３が形成されている。

油圧シリンダ２０に供給される圧油の油圧を、入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転量に応じて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、ハウジング７に回転可能に挿入されている筒状の第１バルブ部材３１と、第１バルブ部材３１に同軸中心に相対回転可能に挿入されている第２バルブ部材３２を備えている。第１バルブ部材３１は出力シャフト３にピン３３を介して同軸中心に同行回転するよう連結されている。第２バルブ部材３２は入力シャフト２の外周に一体的に成形され、これにより第２バルブ部材３２は入力シャフト２と同軸中心に同行回転する。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、各ポートは第１バルブ部材３１と第２バルブ部材３２の間における弁間流路２７を介して互いに連通する。弁間流路２７における絞り部の開度が入出力シャフト２、３の相対回転量に応じて変化する。例えば図２に示すように、制御バルブ３０は、第１バルブ部材３１の内周における複数の第１溝４８の軸方向縁と、第２バルブ部材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、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、ポンプ４２に通じる第２溝４９とトーションバー６と入力シャフト２との間を介してタンク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、入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転量に応じて絞り部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、その相対回転量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、絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度が右操舵時と逆になり、その相対回転量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。

入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転を車両の運転状態に応じて規制する規制手段５０が設けられている。規制手段５０は、出力シャフト３に形成された複数のガイド孔５１と、各ガイド孔５１に挿入されたプランジャ５２と、油圧調節機構６０を有する。

図４〜図６に示すように、各ガイド孔５１の一端は出力シャフト３の内周において入力シャフト２の外周に対向するように開口し、他端は出力シャフト３の外周において開口する。各ガイド孔５１の内周は円柱面に沿うものとされている。

各プランジャ５２は、入力シャフト２に対して近接する方向と離隔する方向とに入出力シャフト２、３の径方向に沿って往復移動可能とされている。各プランジャ５２の外周は段付き円柱面に沿うものとされ、出力シャフト３の内周側が外周側よりも小径とされている。プランジャ５２の外周の小径部分に環状部材５２ａが一体化するように嵌め合わされ、環状部材５２ａの外周にオイルシール５８が嵌め合わされている。各プランジャ５２の一端と入力シャフト２との間に球形の金属製押し付け部材５９が配置されている。各プランジャ５２の一端に入出力シャフト２、３の軸方向に沿う溝５２′が、その深さが溝中央に向かうに従い深くなるように形成されている。入力シャフト２の外周において各プランジャ５２と対向する部分に、入出力シャフト２、３の軸方向に沿う溝２′が、その深さが溝中央に向かうに従い深くなるように形成されている。押し付け部材５９は両溝２′、５２′の底面に挟み込まれる。入出力シャフト２、３が相対回転していない直進状態で、両溝２′、５２′の中央位置は入出力シャフト２、３の径方向において互いに対向するように配置される。これにより、入出力シャフト２、３が相対回転すると、押し付け部材５９と溝２′、５２′の底面との接触位置が変化し、プランジャ５２は入出力シャフト２、３の径方向に沿って移動する。

ガイド孔５１の内周とプランジャ５２の大径部分の外周との間に、摩擦低減部材として複数の鋼球（球体）５３が介在する。鋼球５３を介してプランジャ５２はガイド孔５１の内周により上記往復移動方向に案内され、この案内に際して鋼球５３は転動する。本比較例では、図６に示すように、ガイド孔５１の内周にプランジャ５２の往復移動方向に沿う２列の内周軌道溝５１″がガイド孔５１の周方向に１８０度の間隔をおいて形成され、プランジャ５２の外周に内周軌道溝５１″に対向する２列の外周軌道溝５２″がプランジャ５２の往復移動方向に沿いガイド孔５１の周方向に１８０度の間隔をおいて形成され、軌道溝５１″、５２″それぞれに複数の鋼球５３が配置される。各鋼球５３は円筒状リテーナ５４により保持される。リテーナ５４はガイド孔５１の内周とプランジャ５２の外周との間に挿入され、鋼球５３を保持孔５４ａの内周により保持する。図５に示すように、リテーナ５４の一端にフランジ５４ｂが形成され、ガイド孔５１の内周の段差に接することで内方への必要以上の移動が規制され、鋼球５３の脱落が防止されている。なお、球体として、鋼球５３に代えて合成樹脂等の他の材質のものを用いてもよい。

図４に示すように、出力シャフト３の外周とハウジング７の内周との間を油密状にシールする一対のシール部材５５、５６が軸方向間隔をおいて設けられ、両シール部材５５、５６の間に各プランジャ５２が位置される。これにより、各プランジャ５２の他端とハウジング７の内周との間は油室５７とされ、両油室５７は周溝７′を介して連通する。油室５７はポンプ４２に油圧調節機構６０を介して接続される。油圧調節機構６０は、プランジャ５２を介して入力シャフト２を押し付ける油圧を車両の運転状態に応じて調節する。これにより、各プランジャ５２を介して油圧により入力シャフト２を押し付け、入力シャフト２と出力シャフト３との相対回転を規制することができる。

図７に示すように、油圧調節機構６０は、ハウジング７に形成された保持孔６１に相対回転しないように挿入された筒状スリーブ６２と、スリーブ６２に自身の軸中心に相対回転可能に挿入されたスプール６３を備えている。スリーブ６２に、制御バルブ３０を介してポンプ４２に通じる圧油導入ポート６２ａと、油室５７に通じる圧油送り出しポート６２ｂが形成されている。スプール６３に、圧油導入ポート６２ａに通じる外周溝６３ａと、圧油送り出しポート６２ｂと重なる位置に配置される通孔６３ｂと、外周溝６３ａと通孔６３ｂを接続する圧油通路６３ｃと、通孔６３ｂを保持孔６１に接続する絞り通路６３ｄが形成される。保持孔６１内はドレン流路を介してタンク４３に通じる。図８に示すように、スリーブ６２の圧油送り出しポート６２ｂとスプール６３の通孔６３ｂとの重なり部分（図においてハッチングで示す）は可変絞り６０ａを構成し、可変絞り６０ａの開度はスプール６３の回転量に応じて変化する。スプール６３は減速機構６５を介してモータ６６に接続され、モータ６６の回転量は制御装置６７により制御される。モータ６６として例えばステッピングモータを用いることができる。制御装置６７は、車両の運転状態を検知するセンサからの信号に応じてモータ６６を制御する。制御装置６７は、車両の運転状態として車速を検出するセンサからの車速信号に基づき、車速が高速になる程に可変絞り６０ａの開度が大きくなるようにモータ６６を制御する。すなわち、高速走行時には可変絞り６０ａの開度を大きくすることでプランジャ５２を介して入力シャフト２を押し付ける油圧を大きくし、入出力シャフト２、３の相対回転の規制力を増加させる。車速が低下する程に可変絞り６０ａの開度を小さくして入力シャフト２を押し付ける油圧を小さくし、入出力シャフト２、３の相対回転の規制を緩和する。これにより、高車速時は入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転量に応じた操舵補助力発生用油圧の増加が規制されて走行安定性が図られ、低車速時は舵補助力発生用油圧の増加規制が緩和されて操舵の高応答性が図られる。

上記比較例によれば、入出力シャフト２、３の相対回転時にプランジャ５２はガイド孔５１の内周により鋼球５３を介して往復移動方向に案内され、ガイド孔５１の内周とプランジャ５２の外周との間の摩擦は転がり摩擦になるので低減され、プランジャ５２が円滑に移動し、操舵トルクの変化に対する操舵補助力発生用の圧油の油圧の変化のヒステリシスを小さくできる。

図９は本発明の実施形態を示す。上記比較例との相違は、ガイド孔５１の内周における内周軌道溝５１″とプランジャ５２の外周における外周軌道溝５２″が、それぞれガイド孔５１の周方向の間隔をおいて１０列形成され、軌道溝５１″、５２″それぞれに複数の鋼球５３が配置される点にある。これにより、ガイド孔５１の内周により鋼球５３を介して支持されるプランジャ５２が、その往復移動方向に対して傾くのを防止でき、ガイド孔５１の内周とプランジャ５２の外周とは直接に接することなく確実に鋼球５３に接する。さらに、鋼球５３の数が多くなることで、各鋼球５３それぞれに接触するガイド孔５１の内周の負荷を低減できる。よって、ガイド孔５１の内周を硬化するための表面処理を簡単化したり不要にでき、コストの増大を阻止できる。他は比較例と同様とされ、同一部分は同一符号で示す。なお、内周軌道溝５１″と外周軌道溝５２″を３列以上であれば１０列以外にしてもよいし、内周軌道溝５１″と外周軌道溝５２″の中の一方のみを形成するようにしてもよい。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態ではガイド孔とプランジャは２つとされているが、その数は特に限定されない。また入力シャフトにガイド孔を形成し、プランジャを介して出力シャフトを押し付ける油圧を作用させるようにしてもよい。車両の運転状態として車速以外の例えば舵角に応じて油圧調節機構により油圧を調節するようにしてもよい。本発明はラックピニオン式以外の油圧パワーステアリング装置にも適用でき、例えば出力シャフトがボールスクリューシャフトに一体化されているボールスクリュー式油圧パワーステアリング装置に適用してもよい。

本発明の比較例の油圧パワーステアリング装置の縦断面図 本発明の比較例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 本発明の比較例の油圧パワーステアリング装置における油圧回路 本発明の比較例の油圧パワーステアリング装置における規制手段の要部の側断面図 本発明の比較例の油圧パワーステアリング装置における規制手段の要部の平断面図 本発明の比較例の油圧パワーステアリング装置における規制手段の要部の正断面図 本発明の比較例の油圧パワーステアリング装置における油圧調節機構の断面図 本発明の比較例の油圧パワーステアリング装置における油圧調節機構の作用説明図 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規制手段の要部の正断面図 本発明の油圧パワーステアリング装置における操舵トルクと操舵補助力発生用の圧油の油圧との関係を示す図 従来の油圧パワーステアリング装置における操舵トルクと操舵補助力発生用の圧油の油圧との関係を示す図

２ 入力シャフト
３ 出力シャフト
２０ 油圧シリンダ（操舵補助力発生用油圧アクチュエータ）
３０ 制御バルブ
５０ 規制手段
５１ ガイド孔
５２ プランジャ
５３ 鋼球（摩擦低減部材）
５１″ 内周軌道溝
５２″ 外周軌道溝
６０ 油圧調節機構

Claims (2)

1. 入力シャフトと、
   前記入力シャフトに、操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう連結される出力シャフトと、
   操舵補助力発生用油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転量に応じて制御する制御バルブと、
   前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転を車両の運転状態に応じて規制する規制手段とを備え、
   前記規制手段は、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方に形成されるガイド孔と、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方に対して近接する方向と離隔する方向とに往復移動可能に前記ガイド孔に挿入されるプランジャと、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方と前記プランジャの一端との間に配置される球形の押し付け部材と、前記プランジャ及び前記押し付け部材を介して前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方を押し付ける油圧を車両の運転状態に応じて調節する油圧調節機構とを有し、
   前記プランジャの一端に、前記入出力シャフトの軸方向に沿う溝が、その深さが溝中央に向かうに従い深くなるように形成され、
   前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方の外周において前記プランジャと対向する部分に、前記入出力シャフトの軸方向に沿う溝が、その深さが溝中央に向かうに従い深くなるように形成され、
   前記押し付け部材は両溝の底面に挟み込まれ、
   前記入出力シャフトが相対回転すると、前記押し付け部材と前記両溝の底面との接触位置が変化して前記プランジャが前記入出力シャフトの径方向に沿って移動するように、前記入出力シャフトが相対回転していない直進状態で、前記両溝の中央位置は前記入出力シャフトの径方向において互いに対向するように配置され、
   前記プランジャは前記ガイド孔の内周により、前記入出力シャフトの相対回転時に前記往復移動方向に案内される油圧パワーステアリング装置において、
   前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との間に摩擦低減部材が介在され、
   前記摩擦低減部材は、前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との間において転動する球体であり、
   前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との中の少なくとも一方に、前記プランジャの往復移動方向に沿う３列以上の軌道溝が前記ガイド孔の周方向の間隔をおいて形成され、前記各軌道溝それぞれに複数の前記球体が前記入出力シャフトの径方向に沿って並列するように配置されていることを特徴とする油圧パワーステアリング装置。
2. 前記ガイド孔の内周と前記プランジャの外周との間にリテーナが挿入され、
   前記球体は前記リテーナにより保持されている請求項１に記載の油圧パワーステアリング装置。

Images