JP4484746B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリングホイールなどから入力されたトルクに応じて油圧シリンダを作動させることにより、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ものである。

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に記載されたものが知られている。

このパワーステアリング装置は、第１、第２圧力室に隔成され、ラックバーが軸方向に移動するのをアシストする油圧シリンダと、前記油圧シリンダに作動油を供給するオイルポンプと、オイルポンプを駆動するモータと、作動油をリザーバタンク側に供給するのを許容すると共に、油圧が所定値よりも大きくなるまで作動油を油路内に保持しておく背圧弁を備えており、前記第１、第２圧力室の油圧量を調節することによって車両の進行方向を変更するものである。

そして、この装置は、作動油の前記リザーバタンクへ流出経路はすべて前記背圧弁を通過するようになっているため、常時ポンプユニット内の油圧回路に油圧による一定の負荷が加わるようになっている。
特開２００４−３０６７２１号公報

しかしながら、前記パワーステアリング装置は、前記背圧弁が油圧回路内を一定の負荷に保持していることによって、例えば前記オイルポンプから作動油がリークするのを規制するシールにも常時油圧が掛かるようになっている。その結果、常時掛かっている油圧によってシールが緊迫するため、シールの耐久性が低下するおそれがある。また、例えば前記モータの駆動軸に摺動するシールが緊迫することによって、駆動軸に摺動する際の摩擦力が増加するため、オイルポンプの駆動効率が低下してしまうおそれがある。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、シールに掛かる油圧を小さくすることによって前記シールの耐久性を向上できるようにすると共に、駆動軸に対するシールの摩擦力を小さくできるようにしたパワーステアリング装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、車両の進行方向を変更する操舵機構と、第１、第２圧力室に隔成され、前記操舵機構の操舵力を作動油によってアシストする油圧シリンダと、前記第１、第２圧力室にそれぞれ接続された第１，第２油路と、駆動軸を有し、該駆動軸の回転によって前記第１、第２油路を介して前記第１、第２圧力室へ選択的に作動油を供給する可逆式のオイルポンプと、前記可逆式のオイルポンプの駆動軸を回転駆動させるモータと、前記駆動軸の外周側に設けられ、前記可逆式オイルポンプから前記モータの内部方向への作動油のリークを規制するシールと、前記作動油を貯溜するリザーバタンクと、前記シールの前記駆動軸の軸方向に位置する両端部のうち、前記可逆式オイルポンプ側の端部側と前記リザーバタンクとを直接的に連通する連通路と、前記第１油路とリザーバタンクの間に設けられ、前記可逆式オイルポンプから前記第２圧力室に供給される油圧に基づき開弁することによって前記第１油路とリザーバタンクとを連通させ、前記可逆式オイルポンプからの油圧が作用しないときに閉弁することによって前記第１油路と前記リザーバタンクとの連通を遮断する第１バイパス弁と、前記第２油路とリザーバタンクとの間に設けられ、前記可逆式オイルポンプから前記第１圧力室に供給される油圧に基づき開弁することによって前記第２油路とリザーバタンクとを連通させ、前記可逆式オイルポンプからの油圧が作用しないときに閉弁することによって前記第２油路とリザーバタンクとの連通を遮断する第２バイパス弁と、前記第１バイパス弁と第２バイパス弁及びリザーバタンクとの間に設けられ、所定値よりも大きな油圧が作用したときに、前記第１バイパス弁側または第２バイパス弁側から前記リザーバタンク側への作動油の流れを許容する背圧弁と、前記第１油路とリザーバタンクとの間に設けられ、前記リザーバタンク側から前記第１油路側への作動油の流れのみを許容する第１チェック弁と、前記第２油路とリザーバタンクとの間に設けられ、前記リザーバタンク側から前記第２油路側への作動油の流れのみを許容する第２チェック弁と、を備えたことを特徴している。

この発明によれば、前記シールのオイルポンプ側の前端側とリザーバタンクと直接的に連通する連通路を設けたことによって、作動油が連通路を通過しリザーバタンクに流出する。その結果、前記シールに大きい油圧が掛かることなくシールが緊迫しないため、前記シールの耐久性を向上させることができる。

また、シールに大きな油圧が掛からないことから、シールの緊迫力を小さくしてもオイルポンプから作動油がモータの内部方向にリークしないため、前記シールの緊迫力を予め小さく設定することができる。その結果、前記駆動軸が回転する際に駆動軸と駆動軸の外周側に設けられたシールの摩擦力を低下させることが可能であり、前記オイルポンプの駆動効率を向上させることができる。

以下、本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

前記パワーステアリング装置は、図１に概略図で示すように、車両の進行方向を変更する操舵機構１と、該操舵機構１が駆動するのを作動油によってアシストするポンプユニット２と、から構成されている。

前記操舵機構１は、両端側が左右操舵輪ＦＬ、ＦＲに連係され軸方向に移動するラックバー３と、該ラックバー３に噛合したピニオン軸４と、該ピニオン軸４に連係したステアリングホイール５と、前記ラックバー２の外周に設けられたピストン６によって第１圧力室７ａと第２圧力室７ｂに隔成された油圧シリンダ７と、を備えており、前記ステアリングホイール５が転舵されることによって、ピニオン軸４を介して前記ラックバー３が軸方向に移動するようになっている。

前記ポンプユニット２は、前記第１、第２圧力室７ａ，７ｂへ選択的に作動油を供給する可逆式のオイルポンプ８と、駆動軸９が設けられ該駆動軸９によって前記オイルポンプ８を正逆回転させるモータ１０と、前記第１、第２圧力室７ａ，７ｂにそれぞれ連通する第１、第２油路１２，１３と、該第１、第２油路１２，１３にそれぞれ連通する第１、第２バイパス弁１４，１５と、該第１、第２バイパス弁１４，１５の下流側に設けられたチェック弁である背圧弁１６と、作動油が貯溜されたリザーバタンク１８と、作動油をリザーバタンク１８側から前記第１、第２油路１２，１３側に流入するのを許容する第１、第２チェック弁１９，２０と、前記オイルポンプ８とリザーバタンク１８を直接的に連通する連通路２２とをそれぞれ備えている。

なお、前記ピニオン軸４にはトルクセンサ１１が付設されており、このトルクセンサ１１が検出した前記ステアリングホイール５のトルクが出力信号として制御回路１７に送信されると共に、この制御回路１７によって前記駆動軸９の回転数が制御されている。

前記ポンプユニット２は、図２、図３に示すように、前記リザーバタンク１８側に設けられたリアカバー２３と、前記モータ１０側に設けられたケーシング２４をそれぞれ備えており、リアカバー２３とケーシング２４を共締め固定することによって一体化されている。

前記リアカバー２３には、前記オイルポンプ８の上端側からリザーバタンク１８に直接的に連通し、作動油をリザーバタンク１８に流出させる第２連通路２２ｂと、作動油がリザーバタンク１８に流出するのを許容する背圧弁１６がそれぞれ設けられている。

前記背圧弁１６は、前記第１、第２圧力室７ａ，７ｂから流出した作動油の油圧が所定値よりも大きくなった場合に、前記第１、第２バイパス弁１４，１５側からリザーバタンク１８側に作動油を流出させるようになっている。

一方、前記ケーシング２４には、前記オイルポンプ８の下端側からリザーバタンク１８に直接的に連通し、作動油をリザーバタンク１８に流出させる第１連通路２２ａと、前記駆動軸９の外周側に設けられ、前記オイルポンプ８からモータ１０の内部方向への作動油のリークを規制する円環状のシール２５と、該シール２５を収容する円環状のシール室２６と、開弁または閉弁することによって前記背圧弁１６側に選択的に作動油を供給する第１、第２バイパス弁１４，１５と、該第１、第２バイパス弁１４，１５に連通する第１、第２排出油路３０，３１とがそれぞれ設けられている。

前記第１連通路２２ａは、横断面Ｌ字状に形成され、一端側が前記オイルポンプ８の下端側、すなわち前記シール２５のオイルポンプ８側の前端側に接続されている一方、他端側がリザーバタンク１８の下端側に接続されており、オイルポンプ８とリザーバタンク１８を連結している。そして、前記オイルポンプ８の下端側からリークした作動油を直接的にリザーバタンク１８に流出させるようになっている。

前記シール２５は、例えばソリッドゴム製で断面ほぼコ字状に形成されており、前記シール室２６に収容固定されていると共に、前記オイルポンプ８の下端側と第１連通路２２ａの一端側との接続部の下端側に設けられ、前記駆動軸９が回転する際にはシール２５の内周面に駆動軸９の外周面が摺動するようになっている。

そして、前記シール２５は、前記シール室２６内に設けられた円環状のサポートリング２７によって駆動軸９側に付勢されていて、作動油が駆動軸９とシール２５との間からモータ１０の内部側にリークするのを効果的に規制している。また、前記オイルポンプ８の下端側と第１連通路２２ａの一端側との接続部近傍に、前記シール室２６によって形成された段差部２９に前記シール２５は密着しており、作動油がこの段差部２９からモータ１０の内部側にリークするのも規制している。

前記第１、第２排出油路３０，３１は、前記第１、第２バイパス弁１４，１５が開弁状態または閉弁状態になることによって選択的に作動油が通過し、第１排出油路３０または第２排出油路３１を介して前記第１バイパス弁１４または第２バイパス弁１５側からリザーバタンク１８側に作動油が流出するようになっている。そして、第１、第２排出油路３０，３１は、前記第１、第２連通路２２ａ，２２ｂとはそれぞれ別々に設けられている。

前記オイルポンプ８は、前記リアカバー２３およびケーシング２４に渡って設けられ、このオイルポンプ８の駆動軸９の外周側には、駆動軸９を回転支持する軸受であるニードルベアリング２８，２８がそれぞれ設けられている。

なお、図２、図３では、図１での前記第１、第２チェック弁１９，２０および第１、第２油路１２，１３は図外となっている。また、図１の連通路２２は、図２では第１、第２連通路２２ａ，２２ｂとしてオイルポンプ８の上下両端側に接続されている。

以下、本発明に係るパワーステアリング装置の作用について述べる。

前記パワーステアリング装置は、図１に示すように、前記ピストン６が油圧シリンダ７の軸方向ほぼ中央位置にある状態（中立状態）から、前記ステアリングホイール５が右方向に転舵された場合には、前記ピストン６が図中右方向に移動すると共にラックバー２も図中右方向に移動し、車両の進行方向を変更することができる。

詳しくは、前記ステアリングホイール５が右方向に転舵された場合には、前記オイルポンプ８によって第２圧力室７ｂの作動油が吸入され、作動油が第２油路１３および前記第１油路１２を通過して第１圧力室７ａに流入する。

前記第１圧力室７ａに作動油が流入する場合には、前記第１バイパス弁１４が閉弁状態になっている一方、第２バイパス弁１５が開弁状態となっている。第２圧力室７ｂの作動油はピストン６の移動に伴い第２油路１３を介してオイルポンプ８に供給された後、このオイルポンプ８から第１油路１２に吐出される。この第１油路１２へ吐出された作動油は、第１圧力室７ａに供給され、油圧シリンダ７が操舵アシスト力を発生する。また、第２圧力室７ｂから排出される作動油の液量がオイルポンプ８から吐出される作動油の液量より多いとき、その差分は第２バイパス弁１５の下流側に設けられた背圧弁１６を介して作動油がリザーバタンク１８に流出する。

そして、前記ステアリングホイール５が反転された場合、すなわちステアリングホイール５が左方向に転舵された場合には、前記モータ１０が逆回転し、前記オイルポンプ８によって第１圧力室７ａから作動油が吸入されると共に、作動油が第１油路１２および第２油路１３を通過して第２圧力室７ｂに流入する。

前記第２圧力室７ｂに作動油が流入する場合には、前記第１バイパス弁１４が開弁状態になっている一方、第２バイパス弁１５が閉弁状態となっていて、第２圧力室７ｂに作動油が流入するに伴い、第１圧力室７ａの作動油が連通する第１油路１２を介して第１バイパス弁１４を通過する。そして、前記第１バイパス弁１４の下流側に設けられた背圧弁１６を介してリザーバタンク１８に流出する。

また、前記オイルポンプ８からリークした作動油は、前記第１、第２連通路２２ａ，２２ｂを介してリザーバタンク１８に流出される。第１、第２連通路２２ａ，２２ｂからリークした分の作動油、および第１、第２排出油路３０，３１を介してリザーバタンク１８に流出した分の作動油は、オイルポンプ８によって前記第１、第２チェック弁１９，２０を介してリザーバタンク１８から油路内に汲み上げられることによって補償される。

ここで、前記オイルポンプ８からリークした作動油は、前記第１、第２連通路２２ａ，２２ｂを介して直接的にリザーバタンク１８に流出されるため、前記第１、第２連通路２２ａ，２２ｂ内には油圧が作用しないようになっている。つまり、前記ピストン６が中立状態で停止している場合には、前記オイルポンプ８から作動油が徐々にリークすると共にリザーバタンク１８に流出し、前記ポンプユニット２内の回路の油圧が減圧される。すなわち、シール２５より下流側は常にリザーバタンク１８と連通し大気圧となっているため、前記シール２５には大きな油圧がかからないようになっている。

また、前記第１、第２連通路２２ａ，２２ｂと第１、第２排出油路３０，３１が別々の油路として設けられているため、前記背圧弁１６を介してリザーバタンク１８に流出する第１、第２排出油路３０，３１内の作動油のみに油圧が掛かるようになっている。

以下に、前記オイルポンプ８からリークした作動油が背圧弁１６を介してリザーバタンク１８に流出する構造と、前記オイルポンプ８からリークした作動油が直接的にリザーバタンク１８に流出する構造との比較を図４によって示す。なお、図４の縦軸は前記第１、第２圧力室７ａ，７ｂおよび第１、第２圧力室７ａ，７ｂの油圧によって操舵をアシストする油圧ｐ（それぞれの単位はＭＰａ）を示しており、横軸は時間ｔ（単位は秒）を示している。

前記オイルポンプ８からリークした作動油が背圧弁１６を介してリザーバタンク１８に流出する構造では、図４（ａ）に示すように、ステアリングホイール５が転舵されていない状態、すなわち前記ピストン６が油圧シリンダ７の軸方向ほぼ中心にある状態（中立状態）においては、前記第１、第２圧力室７ａ，７ｂにほぼ均等な油圧ｐが作用し、この油圧ｐがそれぞれ釣り合うことによってラックバー２の移動が規制されている。

前記ステアリングホイール５が転舵され、図１に示す前記ピストン６が図中左方向に移動する際には、前記第２圧力室７ｂの油圧ｐが上昇する一方、第１圧力室７ａの油圧ｐが低下し、前記ラックバー２が軸方向左側に移動するのをアシストする。

そして、時間ｔ＝１４の状態においてステアリングホイール５が逆方向に転舵され、前記ピストン６が図中右方向に移動する際には、前記第２圧力室７ｂの油圧ｐが低下する一方、第１圧力室７ａの油圧ｐが上昇し、前記ラックバー２が軸方向右側に移動するのをアシストする。

時間ｔ＝２０の状態において第１、第２圧力室７ａ，７ｂの油圧ｐが釣り合うと共に前記ピストン６が中立状態となり、前記時間ｔ＝２０の状態以降も第２圧力室７ｂの油圧ｐの低下、および第１圧力室７ａの油圧ｐの上昇に伴い前記ラックバー２が軸方向右側に移動する。

一方、前記オイルポンプ８からリークした作動油が直接的にリザーバタンク１８に流出する構造では、図４（ｂ）に示すように、前記ピストン６の中立状態においては、第１、第２圧力室７ａ，７ｂには油圧ｐが作用していない。

前記ステアリングホイール５が転舵され、図１に示す前記ピストン６が図中左方向に移動する際には、第２圧力室７ｂの油圧ｐが上昇する一方、第１圧力室７ａの油圧ｐが０のまま一定で、主に第２圧力室７ｂの油圧上昇によって前記ラックバー２が軸方向左側に移動するのをアシストする。

そして、時間ｔ＝１４の状態においてステアリングホイール５が逆方向に転舵され、前記ピストンが図中右方向に移動する際には、第２圧力室７ｂの油圧ｐが低下する一方、第１圧力室７ａの油圧ｐが上昇し、前記ラックバー２が軸方向右側に移動するのをアシストする。

時間ｔ＝２０の状態において第１、第２圧力室７ａ，７ｂの油圧が釣り合うと共に前記ピストン６が中立状態となり、前記時間ｔ＝２０の状態以降も第２圧力室７ｂの油圧ｐの低下、および第１圧力室７ａの油圧ｐの上昇に伴い、前記ラックバー２が軸方向右側に移動する。なお、時間ｔ＝２０の状態においては、前記ステアリングホイール５が反転された状態であるので、時間ｔ＝０の状態のときとは異なり前記ピストン６が中立状態にあっても第１、第２圧力室７ａ，７ｂに油圧ｐが作用する。

以上のことから、予めポンプユニット２内に油圧が掛かっていない構造であっても、ステアリングホイールの切り返し時には、予めポンプユニット２内に油圧が掛かっている構造のものとほぼ同時間にほぼ同じ大きさの操舵アシスト力が得られるため、前記ステアリングホイール５の操舵フィーリングに違和感は発生しないといえる。

したがって、本実施の形態によれば、前記オイルポンプ８からリークする作動油を第１、第２連通路２２ａ，２２ｂを介して直接的にリザーバタンク１８に流出できるようにしたことによって、前記モータ１０の外周側に設けられたシール２５に大きい油圧が掛かかることがなくなるため、前記シール２５の耐久性を向上させることができる。

また、前記シール２５に大きい油圧が掛からないようにしたことによって、シール２５の緊迫力を小さく設定することが可能となり、前記駆動軸９に対するシール２５の摩擦力が小さくなるため、前記オイルポンプ８の駆動効率を向上させることができる。

前記第１、第２バイパス弁１４，１５と背圧弁１６とを連通する第１、第２排出油路３０，３１と、前記オイルポンプ８からリークする作動油をリザーバタンク１８に直接的に流出させる第１、第２連通路２２ａ，２２ｂとをそれぞれ別々の油路にしたことによって、前記シール２５への影響を考慮する必要なく背圧弁１６のセット荷重を設定することができるため、操舵アシスト力の設定の自由度が向上する。

加えて、前記駆動軸９を回転支持するニードルベアリング２６が設けられ、前記オイルポンプ８からリークする作動油が前記ニードルベアリング２６を介してリザーバタンク１８に流出することによって、さらに前記シール２５に掛かる油圧が小さくなるため、前記シール２５の耐久性およびオイルポンプ８の駆動効率をより効果的に向上させることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体概略図である。 図１のポンプユニットの詳細図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）はオイルポンプからリークした作動油が背圧弁を介してリザーバタンクに流出される場合の油圧、（ｂ）はオイルポンプからリークした作動油が直接的にリザーバタンクに流出される場合の油圧を示した図である。

符号の説明

１…操舵機構
７…油圧シリンダ
７ａ…第１圧力室
７ｂ…第２圧力室
８…オイルポンプ
９…駆動軸
１０…モータ
１２…第１油路
１３…第２油路
１４…第１バイパス弁
１５…第２バイパス弁
１６…背圧弁（チェック弁）
１８…リザーバタンク
２２ａ…第１連通路
２２ｂ…第２連通路
２５…シール
２６…ニードルベアリング（軸受）

Claims (1)

1. 車両の進行方向を変更する操舵機構と、
   第１、第２圧力室に隔成され、前記操舵機構の操舵力を作動油によってアシストする油圧シリンダと、
   前記第１、第２圧力室にそれぞれ接続された第１，第２油路と、
   駆動軸を有し、該駆動軸の回転によって前記第１、第２油路を介して前記第１、第２圧力室へ選択的に作動油を供給する可逆式のオイルポンプと、
   前記可逆式のオイルポンプの駆動軸を回転駆動させるモータと、
   前記駆動軸の外周側に設けられ、前記可逆式オイルポンプから前記モータの内部方向への作動油のリークを規制するシールと、
   前記作動油を貯溜するリザーバタンクと、
   前記シールの前記駆動軸の軸方向に位置する両端部のうち、前記可逆式オイルポンプ側の端部側と前記リザーバタンクとを直接的に連通する連通路と、
   前記第１油路とリザーバタンクの間に設けられ、前記可逆式オイルポンプから前記第２圧力室に供給される油圧に基づき開弁することによって前記第１油路とリザーバタンクとを連通させ、前記可逆式オイルポンプからの油圧が作用しないときに閉弁することによって前記第１油路と前記リザーバタンクとの連通を遮断する第１バイパス弁と、
   前記第２油路とリザーバタンクとの間に設けられ、前記可逆式オイルポンプから前記第１圧力室に供給される油圧に基づき開弁することによって前記第２油路とリザーバタンクとを連通させ、前記可逆式オイルポンプからの油圧が作用しないときに閉弁することによって前記第２油路とリザーバタンクとの連通を遮断する第２バイパス弁と、
   前記第１バイパス弁と第２バイパス弁及びリザーバタンクとの間に設けられ、所定値よりも大きな油圧が作用したときに、前記第１バイパス弁側または第２バイパス弁側から前記リザーバタンク側への作動油の流れを許容する背圧弁と、
   前記第１油路とリザーバタンクとの間に設けられ、前記リザーバタンク側から前記第１油路側への作動油の流れのみを許容する第１チェック弁と、
   前記第２油路とリザーバタンクとの間に設けられ、前記リザーバタンク側から前記第２油路側への作動油の流れのみを許容する第２チェック弁と、
   を備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。

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