JP4561638B2

JP4561638B2 - 油圧パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4561638B2
Application number: JP2006003993A
Authority: JP
Inventors: 勝之大口
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP2007186012A

Description

本発明は、操舵補助力の発生源としての複動式の油圧シリンダ（パワーシリンダ）を用いてなる油圧パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵を油圧により補助する油圧パワーステアリング装置は、操舵機構の一部に設けたパワーシリンダと油圧源としての油圧ポンプ及び排油先となる油タンクとの間に、操舵部材の操作に応じて油圧の給排動作をなす油圧制御弁を配し、この油圧制御弁を経て送給される油圧によりパワーシリンダが発する油圧力（操舵補助力）を操舵機構に加える構成となっている。

前記油圧制御弁としては、操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に構成されたロータリ式の油圧制御弁が一般的に用いられている。この油圧制御弁は、ステアリング軸の中途部を操舵部材の側の入力軸と操舵機構の側の出力軸とに分割し、既知の捩れ特性を有するトーションバーを介して同軸的に連結して、両軸の一方と一体形成されたバルブスプールを他方に連設された筒形のバルブボディーに内嵌し、これらの嵌合周上に複数の絞り部を並設してなり、操舵部材に操舵トルクが加えられたとき、トーションバーの捩れを伴ってバルブスプールとバルブボディーとの嵌合周上の絞り部の絞り面積が変化し、この変化に応じてパワーシリンダへの送給油圧が制御される構成となっている。

以上の如く構成された油圧パワーステアリング装置においては、操舵部材に加えられる操舵トルクとパワーシリンダが発生する操舵補助力との間の対応関係（補助力特性）が、油圧制御弁に備えられたトーションバーの捩れ特性により一義的に決定されることから、車速、操舵角度等の走行状態の変化に応じた補助力特性の変更制御に対応し得ないという問題がある。

このような問題に対応するために従来から、前述の如く構成された油圧制御弁の一側に油圧反力部を並設し、この油圧反力部が発生する反力の作用によりトーションバーの捩れに伴うバルブスプールとバルブボディーとの相対角変位を制限して、走行状態に応じた補助力特性の変更に対応するように構成された油圧パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

前記油圧反力部は、バルブスプールとバルブボディーとの嵌合部を一側に延長し、バルブボディーの延長部に半径方向の貫通孔を複数設け、これらの貫通孔の夫々に摺動自在に保持させた反力プランジャの先端を内側に対向するバルブスプールの延長部に係合せしめると共に、各貫通孔の外側を共通の導圧室により連通した構成となっている。

このように構成された油圧反力部において、例えば、車速の高低に応じて高低となる油圧を導圧室に導入すると、この油圧が夫々の貫通孔内の反力プランジャに作用し、夫々の先端がバルブスプールの延長部に押し付けられて、バルブスプールとバルブボディーとの相対角変位、即ち、油圧制御弁の動作が制限される。これにより高速走行時には、油圧反力部における押し付け力を超える大きさの操舵トルクが加わらない限り操舵補助が行われず、操舵部材に適度の剛性が付与されて直進安定性が確保される一方、停止時及び低速走行時には、小さい操舵トルクの作用下において操舵補助力が発生し、操舵部材の操作に要する力が低減されることとなり、望ましい補助力特性を得ることができる。
特開平６−３０３７５２号公報

ところが以上の如く構成された油圧反力部においては、複数の反力プランジャ及びこれらを保持する貫通孔に高精度の加工が要求される上、導圧室への導入油圧を発生するために、例えば、車速の高低に応動する圧力制御弁が必要となり、装置構成が複雑であってコスト高となるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により補助力特性の変更に対応可能な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。

本発明の第１発明に係る油圧パワーステアリング装置は、操舵部材の側の入力軸と操舵機構の側の出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結し、車両の操舵のために前記操舵部材に加えられる操舵トルクの作用により前記トーションバーの捩れを伴って生じる前記入力軸と前記出力軸との間の相対角変位に応じて操舵補助用のパワーシリンダへの送給油圧を制御する油圧制御弁を備える油圧パワーステアリング装置において、前記トーションバーは、前記出力軸に一端部を固定し、前記入力軸に相対回転可能に嵌合された他端部に前記操舵トルクが加わるように連結構成してあり、前記入力軸の一部に一体回転可能に固定支持され、前記トーションバーの他端部に前記相対角変位を助勢する回転トルクを加える助勢手段を備えることを特徴とする。

また本発明の第２発明に係る油圧パワーステアリング装置は、前記車両の走行状態を検出する走行状態センサと、該走行状態センサの検出結果に基づいて前記回転トルクを増減すべく前記助勢手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の第１発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーが、操舵のために操舵部材に加えられる操舵トルクと、モータ等を用いて構成可能な助勢手段により加えられる回転トルクとの合成トルクの作用により捩れるから、この捩れに伴う入力軸と出力軸との相対角変位に応じて送給される油圧によりパワーシリンダが発生する操舵補助力と、前記操舵部材に加えられる操舵トルクとの対応関係を助勢手段により加えられる回転トルクの増減により変更することができ、簡素な構成により所望の補助力特性を実現することができる。

また第２発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、車両の走行状態の検出結果に基づいて助勢手段を制御し、トーションバーに加える回転トルクを増減するから、種々の走行状態に適合した補助力特性を実現することができ、またこの制御は、モータ等を用いてなる助勢手段の直接的な制御により簡易に実施することができる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る油圧パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図であり、本図に示すパワーステアリング装置は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング10の一側端部近傍に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを有するラックピニオン式の操舵機構を備えている。

ラックハウジング10の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド11，11を介して操舵輪としての左右の前輪12，12に連結されている。またピニオンハウジ
ング20の上部に突出するピニオン軸２の上端は、両端に自在継手を備える中間軸４を介してステアリング軸３の一端に後述の如く連結されており、上方に延長されたステアリング軸３の他端には、操舵部材としてのステアリングホイール30が固着されている。ピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸２の下部には、ピニオン21（図２参照）が形成されており、該ピニオン21は、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯13（図２参照）に噛合させてある。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転が、ステアリング軸３及び中間軸４を介してピニオン軸２に伝達され、更に、ピニオン21とラック歯13との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このラック軸１の移動により、左右の前輪12，12が各別のタイロッド11，11を介して押し引きされて操舵がなされる。

本発明に係る油圧パワーステアリング装置は、このようになされる操舵を油圧により補助するものであり、ラック軸１を支持するラックハウジング10の他側半部に所定の長さ範囲に亘って設けられたパワーシリンダ５と、ピニオン軸２を支持するピニオンハウジング20の内部に設けられた油圧制御弁６（図２参照）とを備え、更に、この油圧制御弁６の動作を助勢すべく、ピニオンハウジング20の上部へのピニオン軸２の突出部に後述の如く取付けられた助勢手段としての助勢モータ７を備えている。

図２は、油圧制御弁６及び助勢手段７の構成例を示す図１のII−II線による縦断面図である。本図に示す如くピニオン軸２は、筒形をなすピニオンハウジング20の内部に同軸上に支持された出力軸2aと中空の入力軸2bとを備えている。下位置にある出力軸2aの下半部にはピニオン21が一体形成されており、このピニオン21は、ラックハウジング10との交叉部においてラック軸１の外面に形成されたラック歯13に噛合させてある。

上位置にある入力軸2bの中空部には、トーションバー22が内挿されている。このトーションバー22は、捩れ特性が既知の中間部の両側に連設された大径の連結端部23，24を備えており、下側の連結端部23は、出力軸2aの上端部の軸心位置に穿設された嵌合孔に内嵌され、スプライン及びピン結合により周方向及び軸方向の移動を拘束して同軸的に固定されている。

一方、トーションバー22の上側の連結端部24は、入力軸2bの上端部に相対回転可能に嵌合され、上方に適長突出させてある。この突出部には、円筒形をなす連結筒70が同軸をなして外嵌されており、この連結筒70は、トーションバー22の上端と共に、図２中に２点鎖線により示す中間軸４の下端部に連結ピン25によりピン結合されている。また連結筒70の下部には、外周に歯を備える歯車筒71が一体に連設されており、この歯車筒71は、ピニオンハウジング20の上部に突出する入力軸2bの上端部に、滑りブッシュ72を介して相対回転可能に外嵌されている。

またピニオンハウジング20の上方への入力軸2bの突出部には、歯車筒71よりも下位置にモータブラケット73が外嵌固定されており、このモータブラケット73には、助勢手段としての助勢モータ７が固定支持されている。この助勢モータ７は、上向きに突出するモータ軸の先端に小歯車74を備えており、この小歯車74は歯車筒71に噛合させてある。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、これに伴うステアリング軸３の回転は、中間軸４及び連結筒70を介してトーションバー22の上端に伝達され、このトーションバー22の下端に連結された出力軸2aに伝達され、該出力軸2aの下半部のピニオン21と噛合するラック歯13を備えるラック軸１の移動に変換されて前述の如く操舵がなされる。

ここでピニオン軸２の上半部を構成する入力軸2bの回転状態は、助勢モータ７の回転の有無により変化する。助勢モータ７が非回転状態にある場合、該助勢モータ７は、モータブラケット73に突設されたレバー杆としての作用をなし、連結筒70の回転が互いに噛合する歯車筒71及び小歯車74を介して助勢モータ７に伝わり、更にモータブラケット73を介して入力軸2bに伝えられ、該入力軸2bは、連結筒70及びトーションバー22の上端部と一体をなして回転する。このときトーションバー22には、ステアリングホイール30に加えられた操舵トルクのみに応じた捩れが生じ、入力軸2bと出力軸2aとの間には、トーションバー22の捩れ、即ち、ステアリングホイール30に加えられた操舵トルクに対応する相対角変位が生じる。

一方、助勢モータ７が回転駆動された場合、この助勢モータ７が発生する回転トルクが小歯車74及び歯車筒71を介して連結筒70及びトーションバー22の上端部に加わるため、トーションバー22には、ステアリングホイール30に加えられた操舵トルクと助勢モータ７の回転トルクとの合成トルクに対応する捩れが生じる。このとき、入力軸2bと出力軸2aとの間の相対角変位は、ステアリングホイール30に加えられた操舵トルクに対応する相対角変位よりも大きくなる。

なお助勢モータ７が操舵トルクの方向と逆方向に回転駆動された場合、この助勢モータ７の回転トルクをトーションバー22の捩れを減じるように作用させることもできるが、以下の説明においては、助勢モータ７をトーションバー22の捩れを増す方向に回転させる場合について述べる。この場合、入力軸2bと出力軸2aとの間の相対角変位は、助勢モータ７が非駆動状態にあるとき最小となり、助勢モータ７が発生する回転トルクの増大に応じて増加する。

油圧制御弁６は、入力軸2bと出力軸2aとの間に以上の如く生じる相対角変位を利用してパワーシリンダ５への送給油圧を制御する公知のロータリ弁であり、ピニオンハウジング20の内部に同軸回動自在に内嵌された円筒形のバルブボディー60と、これの内側に嵌合するバルブスプール61とを備えてなる。バルブボディー60は、出力軸2aの上端に、これの外周に打設されたダウエルピン62を介して連結され、出力軸2aと一体回転するようになしてある。またバルブスプール61は、バルブボディー60の内側に嵌合する入力軸2bの中途部外周に一体的に構成されている。これにより、油圧制御弁６のバルブボディー60とバルブスプール61との間には、入力軸2bと出力軸2aとの間と同一の相対角変位が生じる。

このような油圧制御弁６には、図示しない油圧ポンプにより昇圧された作動油が、ピニオンハウジング20の該当位置に設けられたポンプポート26を経て導入されている。またピニオンハウジング20には，一対のシリンダポート27，28が開設されており、これらのシリンダポート27，28は、各別の送油管14，15（図１参照）を介して操舵補助用のパワーシリンダ５の左右のシリンダ室5L，5Rに接続されている。更にピニオンハウジング20の内側には、油圧制御弁６の上位置に還流室63が設けてあり、この還流室63は、ピニオンハウジング20に開設されたタンクポート29を介して図示しない油タンクに連通されている。

バルブボディー60とバルブスプール61との嵌合周上には、これらの相対角変位に応じて絞り面積を変える複数の絞り部が並設されており、油圧制御弁６は、ポンプポート26を経て導入される作動油を、前述した絞り部の絞り面積の変化によって振り分け、シリンダポート27，28を介してパワーシリンダ５の左右のシリンダ室Ｓ_L，Ｓ_Rのいずれか一方に送給すると共に、この送給により他方のシリンダ室Ｓ_L，Ｓ_Rから還流する作動油を、還流室63及びタンクポート29を介して油タンクに排油させる給排動作をなす。なおシリンダ室Ｓ_L又はＳ_Rから油圧制御弁６に還流する作動油は、入力軸2bの中空部を経て還流室63に導入される。

この動作によりパワーシリンダ５は、作動油が送給される一方のシリンダ室Ｓ_L，Ｓ_Rから他方に向かう油圧力を発生し、この油圧力がラック軸１に加えられて前述した操舵が補助される。このときパワーシリンダ５が発生する油圧力（操舵補助力）の方向及び大きさは、バルブボディー60とバルブスプール61との間の相対角変位の方向及び大きさに対応し、本発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、バルブボディー60とバルブスプール61との間の相対角変位は、前述の如くステアリングホイール30に加えられる操舵トルクと助勢モータ７が発生する回転トルクとの合成トルクに対応するから、運転者がステアリングホイール30に加える操舵トルクとパワーシリンダ５が発生する操舵補助力との対応関係（補助力特性）は、助勢モータ７の駆動制御により自在に変更することができる。

図示の如く助勢モータ７は、アシスト制御部８から図示しない駆動回路に与えられる制御指令に従って駆動されるように構成されている。アシスト制御部８には、車両の各部に配した走行状態センサ９から、走行速度、操舵角度等、操舵に影響を与える各種の走行状態の検出結果が与えられている。

アシスト制御部８は、例えば、車速の検出値に基づいて、低速走行時には助勢モータ７を駆動し、高速走行時には助勢モータ７を非駆動とする制御動作を行う。これにより低速時には、助勢モータ７が発生する回転トルクにより油圧制御弁６の動作が助勢されて軽快な操舵感を実現することができる。これに対し高速走行時には、助勢モータ７による助勢がなされず、ステアリングホイール30に加えられる操舵トルクのみによりトーションバー22に捩れが生じ、この捩れに応じて油圧制御弁６の前述した給排動作がなされるから、操舵補助力の増加率が小さい補助力特性が実現され、適度の中立剛性下にて安定した操舵を行わせることができる。

アシスト制御部８による助勢モータ７の駆動制御は、以上のような駆動、非駆動の切換え制御に限らず、車速の増加に応じて助勢モータ７の駆動電流を段階的又は無段階に減じるように行わせることもできる。これにより、車速の遅速に応じて増減する操舵補助力が得られ、より良好な操舵感を達成することができる。

更に走行状態センサ９により検出される他の走行状態も同様に助勢モータ７の駆動制御に用いることができ、操舵角度の増大に応じて操舵補助力が減少する特性等、適宜の補助力特性を実現することができる。

本発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、以上のような補助力特性の変更に、トーションバー22の入力端に回転トルクを加えるべく配された助勢モータ７の駆動制御により対応することができ、このような駆動制御は、例えば、走行状態センサ９による走行状態の検出結果をアシスト制御部８に予め格納されたマップに適用し、助勢モータ７の駆動電流を増減制御することにより実現可能であるから、アクチュエータ及び制御部を含めた簡素な構成により補助力特性の変更を実現することができる。

なお助勢手段としては、実施の形態に示す助勢モータ７に限らず、適宜の回転又は非回転アクチュエータを採用することができるが、トーションバー22への伝動系を簡素化するためには回転アクチュエータを採用するのが望ましく、更に制御の容易性を考慮に入れた場合、実施の形態に示すモータを採用するのが望ましい。

なお本実施の形態においては、ラックピニオン式の操舵機構を備える車両への適用例について述べたが、本発明の適用範囲はこれに限らず、ボールねじ式等、他の形式の操舵機構においても適用可能であることは言うまでもない。

本発明に係る油圧パワーステアリング装置の模式図である。油圧制御弁及び助勢手段の構成例を示す図１のII−II線による縦断面図である。

符号の説明

2a 出力軸
2b 入力軸
５パワーシリンダ
６油圧制御弁
７助勢モータ（助勢手段）
８アシスト制御部（制御手段）
９走行状態センサ
22 トーションバー
30 ステアリングホイール（操舵部材）

Claims

操舵部材の側の入力軸と操舵機構の側の出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結し、車両の操舵のために前記操舵部材に加えられる操舵トルクの作用により前記トーションバーの捩れを伴って生じる前記入力軸と前記出力軸との間の相対角変位に応じて操舵補助用のパワーシリンダへの送給油圧を制御する油圧制御弁を備える油圧パワーステアリング装置において、
前記トーションバーは、前記出力軸に一端部を固定し、前記入力軸に相対回転可能に嵌合された他端部に前記操舵トルクが加わるように連結構成してあり、
前記入力軸の一部に一体回転可能に固定支持され、前記トーションバーの他端部に前記相対角変位を助勢する回転トルクを加える助勢手段を備えることを特徴とする油圧パワーステアリング装置。
前記車両の走行状態を検出する走行状態センサと、該走行状態センサの検出結果に基づいて前記回転トルクを増減すべく前記助勢手段を制御する制御手段とを備える請求項１記載の油圧パワーステアリング装置。