JP5012196B2

JP5012196B2 - パワーステアリング装置

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Publication number: JP5012196B2
Application number: JP2007131739A
Authority: JP
Inventors: 理山本; 隆明野田; 靖人柳田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: JP2008284997A

Description

この発明は、パワーステアリング装置に関し、特に車両のハンドル操作時に電動モータと油圧ポンプを用いて操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置に関する。

従来、パワーステアリング装置としては、電動モータと油圧ポンプを用いて車両のハンドル操舵力を軽減するものがある(例えば、特許第２７３５７４３号(特許文献１)参照)。このパワーステアリング装置では、エンジンによって油圧ポンプを駆動しないで、ハンドルの操作方向に応じて必要なときに電動モータによって油圧ポンプを駆動するので、エンジンの動力損失を少なくできる。

このような従来のパワーステアリング装置の構成を図１１の模式図に示している。このパワーステアリング装置は、車両ＥＣＵ(電子制御ユニット)１０１と、インバータ１０２と、モータ１０３と、油圧ポンプ１０４と、コントロールバルブ１０５と、パワーシリンダ１０６と、油を貯えるタンク１０７とを備えている。上記コントロールバルブ１０５を介して油圧ポンプ１０４から供給された油によりピストン１２６が駆動されて操舵補助力を発生する。

また、上記パワーステアリング装置は、ハンドル１１１が一端に連結され、トーションバー１１３の一方に他端が接続された入力軸１１２と、トーションバー１１３の他方に一端が接続された図示しないウォームシャフトを備えている。ウォームシャフトはピストン１２６へ軸方向に挿入され、図示しないボールねじ機構によりピストン１２６と嵌合している。ピストン１２６は、出力軸１１４と連結もしくは一体成形されており、ピストン１２６の軸方向に移動可能である。上記トーションバー１１３を介してハンドル１１１の操舵方向の動きがコントロールバルブ１０５に伝達され、ハンドル１１１の操舵方向に応じてコントロールバルブ１０５を切り換える。

上記パワーステアリング装置の出力軸１１４は、ラック１２１を有し、そのラック１２１にセクタギヤ１１６が噛合している。上記セクタギヤ１６の軸に連結されたリンク機構によって、両側のタイヤ１３０,１３０の角度を同時に変える。

上記パワーステアリング装置の油圧ポンプ１０４とコントロールバルブ１０５は、ポンプポートとの間の油供給通路１３１を介して接続している。また、コントロールバルブ１０５の一方のシリンダポートとパワーシリンダ１０６の一方のシリンダ室に油通路１３２を介して接続すると共に、コントロールバルブ１０５の他方のシリンダポートとパワーシリンダ１０６の他方のシリンダ室に油通路１３３を介して接続している。そして、上記コントロールバルブ１０５の排出ポートを、油通路１３４を介してタンク１０７に接続している。なお、操舵の中立状態では、ポンプポートと両シリンダポートの連通およびポンプポートと排出ポートの連通を閉止している。

また、上記油供給通路１３１にアキュムレータ１０９を配設している。また、パワーシリンダ１０６の２つのシリンダ室に選択弁１０８を接続し、その選択弁１０８により選択される高圧側の圧力と油供給通路１３１内の圧力との差圧を差圧検出器１１０により検出する。

上記パワーステアリング装置では、操舵時の応答性を維持するため、シリンダ室(高圧側)の油圧と油供給通路１３１の油圧との差圧を検出して、検出された差圧に基づいてモータ１０３をオンオフ制御して、油供給通路１３１の油圧が所定圧力になるようにアキュムレータ１０９により蓄圧している。このため、上記パワーステアリング装置では、構造が複雑になって大型化することにより、重量増加や設置スペースが増えて、コストが高くなるという問題がある。
特許第２７３５７４３号

そこで、この発明の課題は、簡単な構成で応答性を維持しつつ小型で低コストなパワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のパワーステアリング装置は、
油圧ポンプと、
上記油圧ポンプを駆動する電動モータと、
上記電動モータに駆動信号を出力するインバータと、
上記油圧ポンプから供給される油の流路を切り換えるコントロールバルブと、
上記コントロールバルブを介して上記油圧ポンプから供給された油によりピストンが駆動されて操舵補助力を発生するパワーシリンダと、
上記インバータの上記駆動信号を制御する制御部と
を備え、
上記コントロールバルブは、
上記油圧ポンプからの油が供給されるポンプポートと、上記ピストンの一方の側の第１シリンダ室に接続された第１シリンダポートと、上記ピストンの他方の側の第２シリンダ室に接続された第２シリンダポートと、排出ポートを有し、
一方向に操舵された状態では、上記第１シリンダポートを上記ポンプポートに連通させると共に、上記第２シリンダポートを上記排出ポートに連通させ、他方向に操舵された状態では、上記第１シリンダポートを上記排出ポートに連通させると共に、上記第２シリンダポートを上記ポンプポートに連通させ、
上記コントロールバルブが中立状態のとき、上記ポンプポートと上記第１シリンダポートとの間および上記ポンプポートと上記第２シリンダポートとの間に夫々隙間を設け、
上記油圧ポンプから上記コントロールバルブに供給される油の圧力を検出する油圧センサを備え、
上記制御部は、上記コントロールバルブが中立状態のとき、上記油圧センサにより検出された上記油の圧力が、上記第１シリンダ室および上記第２シリンダ室から抜けた油を補給できるように予め設定された目標圧になるように、上記インバータの上記駆動信号を制御する
ことを特徴とする。

上記構成のパワーステアリング装置によれば、一方向に操舵されたとき、コントロールバルブの第１シリンダポートをポンプポートに連通させると共に、第２シリンダポートを排出ポートに連通させて、油圧ポンプからポンプポートに供給された油を第１シリンダポートからパワーシリンダの第１シリンダ室に供給する。そうして、上記コントロールバルブを介して油圧ポンプから供給された油によりパワーシリンダのピストンを駆動して操舵補助力を発生させる。このとき、パワーシリンダの第２シリンダ室内の油は、排出ポートから排出される。また、他方向に操舵されたときは、コントロールバルブの第１シリンダポートを排出ポートに連通させると共に、第２シリンダポートをポンプポートに連通させて、油圧ポンプからポンプポートに供給された油を第２シリンダポートからパワーシリンダの第２シリンダ室に供給する。そうして、上記コントロールバルブを介して油圧ポンプから供給された油によりパワーシリンダのピストンを逆方向に駆動して操舵補助力を発生させる。このとき、パワーシリンダの第１シリンダ室内の油は、排出ポートから排出される。

そして、上記コントロールバルブが中立状態のとき、ポンプポートと第１シリンダポートとの間およびポンプポートと第２シリンダポートとの間に夫々隙間を設けることによって、ハンドルが中立位置で操舵されないときは、上記制御部によりインバータの駆動信号を制御して、例えばパワーシリンダの第１,第２シリンダ室内に油が充填された状態を維持する程度で油圧ポンプを駆動させる。そうすることによって、上記油圧ポンプから油をコントロールバルブに供給して、ポンプポートと第１シリンダポートとの間の隙間、および、ポンプポートと第２シリンダポートとの間の隙間を介してパワーシリンダの第１,第２シリンダ室に常に油を供給することが可能となる。ここで、中立状態のコントロールバルブでは、排出ポートと２つの第１,第２シリンダポートは、ハンドルをいずれの方向にも操舵できるように互いに連通している。
さらに、上記コントロールバルブが中立状態のとき、制御部によって、上記油圧センサにより検出された油の圧力が予め設定された上記目標圧になるようにインバータを制御することにより、パワーシリンダの第１,第２シリンダ室から抜けた油を補給するのに必要な圧力の油が油圧ポンプからパワーシリンダに供給されて、コントロールバルブが中立状態から操舵状態に移ったときの応答性を低消費電力で維持することができる。

このように、簡単な構成でパワーシリンダのシリンダ室内に油が充填された状態を保って応答性を維持しつつ、小型化と低コスト化を実現できる。

また、一実施形態のパワーステアリング装置では、上記コントロールバルブがロータリバルブである。

上記実施形態によれば、上記コントロールバルブにロータリバルブを用いることによって、ハンドルの操舵時の回転をそのままコントロールバルブの切り換え動作に利用でき、回動運動を直動運動に変換する必要がなく、構成をより簡略化でき、小型化が図れる。

また、一実施形態のパワーステアリング装置では、
上記ロータリバルブは、スリーブと、上記スリーブ内に回転自在に嵌合された円柱形状のロータとを有し、
上記ロータの回転に応じて上記スリーブに設けられた複数のポートのうちの所定のポート間が連通するように、上記ロータの外周に溝が設けられ、
上記ロータの溝が、上記ロータの外周面に接する平面に沿って母線方向に対して傾斜して設けられており、
上記ロータの溝の上記母線方向に対する傾斜角は、上記スリーブにおける上記各ポートに連通する油通路の開口の母線方向に対する傾斜角とは異なる角になっている。

上記実施形態によれば、上記ロータリバルブのスリーブ内に回転自在に嵌合されたロータの外周に、ロータの外周面に接する平面に沿って母線方向に対して傾斜した溝を設けると共に、上記溝の上記母線方向に対する傾斜角を上記スリーブにおける上記各ポートに連通する油通路の開口の母線方向に対する傾斜角とは異なる角にすることによって、ロータの回転に応じてスリーブに設けられた複数のポートのうちの所定のポート間が上記溝により連通するときに、ロータの回転に伴って上記溝とその溝に対向するポートとの間の開口面積が徐々に広がり、ロータリバルブの切換時に油圧がスムーズに変化するので、油圧が急変してハンドル操作に違和感が生じるということがない。

また、一実施形態のパワーステアリング装置では、上記油圧ポンプがギヤポンプである。

上記実施形態によれば、上記油圧ポンプにギヤポンプを用いることによって、コントロールバルブが中立状態のときにパワーシリンダの第１,第２シリンダ室から抜けた油を補給するために極めて低速回転で油を供給することが可能となり、低消費電力化が図れる。また、パワーステアリング装置に通常使用されるベーンポンプに比べて、自吸性などの点で低速動作に適しており、構造が簡単で小型化と低コスト化に適している。

また、一実施形態のパワーステアリング装置では、
上記制御部は、上記中立状態のときの上記目標圧を車速を表す信号または操舵角を表す信号の少なくとも一方に応じた目標値に変更すると共に、上記油圧センサによって検出された上記油の圧力が上記変更された目標値になるように、上記インバータの上記駆動信号の周波数を制御する。

上記実施形態によれば、上記制御部は、インバータから出力される駆動信号の周波数を制御して、油圧センサにより検出された油の圧力を、車速を表す信号または操舵角を表す信号の少なくとも一方に応じた目標値にすることによって、車速や操舵角に応じた最適な操舵補助力を発生させることが可能となり、操舵性を向上できる。例えば、高速走行のときは操舵補助力を弱くし、低速走行または停車時は操舵補助力を強くしたり、操舵角が小さいときは操舵補助力を弱くし、操舵角が大きいときは操舵補助力を強くしたりする。

以上より明らかなように、この発明のパワーステアリング装置によれば、簡単な構成でパワーシリンダの第１,第２シリンダ室内に油が充填された状態を保って応答性を維持しつつ、小型で低コストなパワーステアリング装置を実現することができる。

さらに、コントロールバルブが中立状態のとき、制御部によって、上記油圧センサにより検出された油の圧力が、上記第１シリンダ室および上記第２シリンダ室から抜けた油を補給できるように予め設定された上記目標圧になるように、インバータを制御することにより、パワーシリンダの第１,第２シリンダ室から抜けた油を補給するのに必要な圧力の油が油圧ポンプからパワーシリンダに供給されて、コントロールバルブが中立状態から操舵状態に移ったときの応答性を低消費電力で維持することができる。

また、一実施形態のパワーステアリング装置によれば、上記コントロールバルブにロータリバルブを用いることによって、ハンドルの操舵時の回転をそのままコントロールバルブの切り換え動作に利用でき、回動運動を直動運動に変換する必要がなく、構成をより簡略化でき、小型化が図れる。

また、一実施形態のパワーステアリング装置によれば、上記ロータリバルブのスリーブ内に回転自在に嵌合されたロータの外周に、ロータの外周面に接する平面に沿って母線方向に対して傾斜した溝を設けると共に、上記溝の上記母線方向に対する傾斜角を上記スリーブにおける上記各ポートに連通する油通路の開口の母線方向に対する傾斜角とは異なる角にすることによって、ロータの回転に応じてスリーブに設けられた複数のポートのうちの所定のポート間が上記溝により連通するときに、ロータの回転に伴って上記溝とその溝に対向するポートとの間の開口面積が徐々に広がり、ロータリバルブの切換時に油圧がスムーズに変化するので、油圧が急変してハンドル操作に違和感が生じるということがない。

また、一実施形態のパワーステアリング装置によれば、上記油圧ポンプにギヤポンプを用いることによって、コントロールバルブが中立状態のときにパワーシリンダの第１,第２シリンダ室から抜けた油を補給するために極めて低速回転で油を供給することが可能となり、低消費電力化が図れる。

また、一実施形態のパワーステアリング装置によれば、上記制御部は、インバータから出力される駆動信号の周波数を制御して、油圧センサにより検出された油の圧力を、車速を表す信号または操舵角を表す信号の少なくとも一方に応じた目標値にすることによって、車速や操舵角に応じた最適な操舵補助力が発生させることが可能となり、操舵性を向上できる。

以下、この発明のパワーステアリング装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１はこの発明の実施の一形態のパワーステアリング装置の構成を示す模式図である。

この実施の形態のパワーステアリング装置は、図１に示すように、制御部の一例としての車両ＥＣＵ(電子制御ユニット)１と、上記車両ＥＣＵ１からの制御信号を受けて、駆動信号を出力するインバータ２と、上記インバータ２からの駆動信号により回転する電動モータ３と、上記電動モータ３により駆動される油圧ポンプ４と、上記油圧ポンプ４からの油がポンプポートに供給されるコントロールバルブ５と、上記コントロールバルブ５を介して油圧ポンプ４から供給された油によりピストン２６が駆動されて操舵補助力を発生するパワーシリンダ６と、油を貯えるタンク７とを備えている。上記油圧ポンプ４には、ギヤポンプを用いている。

また、上記パワーステアリング装置は、ハンドル１１が一端に連結され、トーションバー１３一方に他端が接続された入力軸１２と、トーションバー１３の他方に一端が接続された図示しないウォームシャフトを備えている。ウォームシャフトはピストン２６へ軸方向に挿入され、図示しないボールねじ機構によりピストン２６と嵌合している。ピストン２６は、出力軸１４と連結もしくは一体成形されており、ピストン２６の軸方向に移動可能である。
上記トーションバー１３を介してハンドル１１の操舵方向の動きがコントロールバルブ５に伝達され、ハンドル１１の操舵方向に応じてコントロールバルブ５を切り換える。

上記パワーステアリング装置の出力軸１４の他端側にラック１５を有し、そのラック１５にセクタギヤ１６が噛合する。セクタギヤ１６の軸に一端が連結されたピットマンアーム２１が揺動し、ドラグリンク２２、ナックルアーム２３、タイロッドアーム２４、および、タイロッド２５と連動して、両側のタイヤ３０,３０の角度を同時に変える。

上記車両ＥＣＵ１は、例えばトーションバー１３の歪を歪センサにより検出して、その歪センサの出力信号に基づいて、コントロールバルブ５の左右いずれかに操舵されたときの状態かまたは中立状態かを判別する。または、ハンドル部に取り付けられた図示しない舵角センサーの出力信号から、操舵状態か中立状態かを判別する。

上記パワーステアリング装置の油圧ポンプ４とコントロールバルブ５は、ポンプポートとの間の油供給通路３１を介して接続している。この油供給通路３１内の油の圧力を検出する油圧センサ１０を油供給通路３１に配設している。また、コントロールバルブ５の第１シリンダポートとパワーシリンダ６の第１シリンダ室ＣAに油通路３２を介して接続すると共に、コントロールバルブ５の第２シリンダポートとパワーシリンダ６の第２シリンダ室ＣBに油通路３３を介して接続している。そして、上記コントロールバルブ５の排出ポートを、油通路３４を介してタンク７に接続している。

図２は上記パワーステアリング装置のコントロールバルブ５とパワーシリンダ６が一体となったパワーステアリング本体の断面図を示している。なお、図２において、図１に示すパワーステアリング装置と同一の構成部は、同一参照番号を付している。また、図１は模式的にパワーステアリング装置の構成を示しており、この図２に示すパワーステアリング本体では、ピストン２６が出力軸１４に相当する。

このパワーステアリング本体は、図２に示すように、ボディ４１のシリンダ部４１a内にピストン２６を摺動自在に配置している。上記ピストン２６はシリンダ部４１aを２つの第１,第２シリンダ室ＣA, ＣBに区画している。上記ピストン２６の一側面に形成されたラック１５にセクタギヤ１６が噛合している。

上記ピストン２６の軸部に形成された穴に、複数のボール４５を介してウォームシャフト４３の小径部４３aが螺合している。そのウォームシャフト４３の大径部４３bを、ボディ４１に固定されたバルブハウジング４２により回転自在に支持している。上記ウォームシャフト４３の回転によりピストン２６がシリンダ部４３a内を軸方向に摺動する。

上記ウォームシャフト４３の大径部４３bにスリーブ５１を一体成形している。上記スリーブ５１内に、入力軸１２に一端が連結されたロータ５２を回転自在に配置している。入力軸１２は、トーションバー１３の一端と図示しない止めピンにより固定しており、ウォームシャフト４３はトーションバー１３の他端と止めピン４４により固定している。

上記バルブハウジング４２には、ポンプポート６１と、２つの第１,第２シリンダポート６２,６３と、排出ポート６４とを設けている。各ポート６１〜６４は、ウォームシャフト４３の大径部４３bのスリーブ５１に設けられた複数の油通路を介してロータ５２側に開口している。また、第１シリンダポート６２は、ボディ４１に設けられた油通路６５を介して第１シリンダ室ＣAに連通し、第２シリンダポート６３は、第２シリンダ室ＣBに連通している。

上記入力軸１２の回転に伴ってロータ５２が回転すると共に、トーションバー１３がねじれながらウォームシャフト４３に回転を伝える。このトーションバー１３のねじれ分、ロータ５２がスリーブ５１に対して相対的に回転して、所定のポートが連通する。

図３は上記パワーステアリング装置のコントロールバルブ５の動作を説明する模式図を示しており、図３(a)は左操舵時のスリーブ５１とロータ５２を示し、図３(b)は中立時(直進時)のスリーブ５１とロータ５２を示し、図３(c)は右操舵時のスリーブ５１とロータ５２を示し、図３(d)はコントロールバルブ５の記号を示している。図３(d)において、Ａは第１シリンダポート、Ｂは第２シリンダポート、Ｐはポンプポート、Ｔは排出ポートである。

図３(a)に示すように、左操舵時は、ロータ５２がスリーブ５１に対して反時計回りに所定角度回転して、第１シリンダポートＡとポンプポートＰが連通すると共に、第２シリンダポートＢと排出ポートＴが連通する。

また、図３(b)に示すように、中立時は、第１シリンダポートＡとポンプポートＰとの間に微小な隙間(微小開口部)を有すると共に、第２シリンダポートＢとポンプポートＰとの間に微小な隙間(微小開口部)を有する。これにより、ポンプポートＰが、第１,第２シリンダポートＡ,Ｂおよび排出ポートＴと微小な隙間(微小開口部)を介してつながっている。

また、図３(c)に示すように、右操舵時は、ロータ５２がスリーブ５１に対して時計回りに所定角度回転して、第１シリンダポートＡと排出ポートＴが連通すると共に、第２シリンダポートＢとポンプポートＰが連通する。

これに対して、比較例としてパワーステアリング装置のコントロールバルブの動作を説明する模式図を図４に示しており、図４(a)は左操舵時のスリーブ５１とロータ５２を示し、図４(b)は中立時(直進時)のスリーブ５１とロータ５２を示し、図４(c)は右操舵時のスリーブ５１とロータ５２を示し、図４(d)はこのコントロールバルブの記号を示している。

この図４に示す比較例と図３に示すコントロールバルブとの違いは、中立時にポンプポートＰと第１,第２シリンダポートＡ,Ｂとの間に隙間がなく完全に閉じている点にある。したがって、この比較例の状態でコントロールバルブは、中立時は油圧ポンプから油を第１,第２シリンダポートＡ,Ｂを介して第１,第２シリンダ室ＣA,ＣBに補給することはできない。

図５は図２,図３に示すコントロールバルブ５の中立位置における要部の拡大図を示しており、図６は上記比較例としてのパワーステアリング装置の中立位置における要部の拡大図を示している。

上記実施の形態のパワーステアリング装置では、非操舵時(中立時)に、外部からタイヤ３０に路面の轍や凹凸により左右に振れる力が働くと、リンク機構(２１〜２５)を介してパワーシリンダ６のピストン２６が動かされ、第１,第２シリンダ室ＣA,ＣBの油がコントロールバルブ５を介してタンク７に抜ける。このとき、電動モータ３により油圧ポンプ４を低速で駆動することにより、抜けた油に相当する量の油を、ポンプポートＰと第１,第２シリンダポートＡ,Ｂとの微小な隙間を介して常時補給させる。これにより、アキュムレータなどの蓄圧手段を用いることなく、ハンドル操作の応答性を確保できる。

このとき、油圧センサ１０により検出された圧力が目標圧Ｐ_Ｓになるように、インバータ２を制御して電動モータ３により油圧ポンプ４を駆動する。この目標圧Ｐ_Ｓは、ポンプポートＰと第１,第２シリンダポートＡ,Ｂとの微小な隙間の圧損を考慮して、
Ｐ_Ｓ＞Ｐ_Ａ
Ｐ_Ｓ＞Ｐ_Ｂ
の関係を保ちながら設定する。また、急操舵時に必要な圧力や据え切り時に必要な圧力に基づき、ピストン２６の受圧面積と、パワーシリンダ６からタイヤ３０に至るまでのリンク機構の構成により決定することもできる。

次に、コントロールバルブ５が中立状態であるときに、油圧センサ１０により検出された圧力に基づいて、車両ＥＣＵ１がインバータ２の駆動信号を制御するときの目標圧Ｐ_Ｓの算出方法について説明する。

バルブの漏れ量Ｑと、微小開口部での圧力損失ΔＰの関係は、
Ｑ＝ (ΔＰ／１２μS )×Ｌ×δ^３
で表される。ここで、
δ：中立状態における微小開口部の隙間長さ(バルブ形状により決まる)
μ：油の粘度(使用する油により固有の値)
S：流れ方向(円周方向)の隙間長さ(バルブ形状により決まる)
Ｌ：流れと垂直方向の隙間長さ(バルブ形状により決まる)
としている。これを変形して
ΔＰ＝１２ＱμS ／Ｌδ^３ ……… (１)
とする。また、バルブの漏れ量Ｑは、微小開口部の隙間をオリフィスと考えると、
Ｑ＝ＣＡ(２ｇ(Ｐ１−Ｐ２)／γ)^１／２ ……… (２)
で表される。ここで、
Ｃ：流量係数(配管形状などにより決まる)
Ａ：微小開口部の隙間の面積(バルブ形状により決まる(＝δ×Ｌ))
ｇ：重力加速度
γ：液体の密度(使用する油により固有の値)
Ｐ１：隙間より上流の圧
Ｐ２：隙間より下流の圧
上記(１)式に(２)式を代入すると、
ΔＰ＝１２μS ／Ｌδ^３・ＣＡ(２ｇ(Ｐ１−Ｐ２)／γ)^１／２
が得られる。また、微小開口部での圧力損失(Ｐ１−Ｐ２)とΔＰには、
Ｐ１−Ｐ２＝ ΔＰ
の関係が成り立つので、上の式は
ΔＰ＝１２μS ／Ｌδ^３・ＣＡ(２ｇΔＰ／γ)^１／２
となる。両辺を二乗して
ΔＰ^２＝ (１２μS ／Ｌδ^３・ＣＡ)^２×(２ｇΔＰ／γ)
∴ΔＰ＝２ｇ(１２μS /Ｌδ^３・ＣＡ)^２／γ ……… (３)
の関係となる。

ここで、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２の関係式を(３)式に戻すと、
Ｐ１−Ｐ２＝２ｇ(１２μS /Ｌδ^３・ＣＡ)^２／γ ……… (４)
となる。パワーステアリング装置用のコントロールバルブでは、
Ｐ１＝Ｐ_Ｓ(供給回路の圧力)
Ｐ２＝Ｐ_Ａ(第１シリンダポートＡの圧力)
＝Ｐ_Ｂ(第２シリンダポートＢの圧力)
＝Ｐ_Ｔ(排出ポートＴの圧力)
となる。

また、中立状態では、
Ｐ_Ａ＝Ｐ_Ｂ＝Ｐ_Ｔ
となっており、さらに排出ポートＴを、タンク７を介して大気開放しているので、
Ｐ_Ａ＝Ｐ_Ｂ＝Ｐ_Ｔ＝１気圧(＝１ａｔｍ＝０.１０１３２５ＭＰａ)
で一定となる。

よって(４)式は下記のようになる。
Ｐ_Ｓ−０.１０１３２５(ＭＰａ) ＝２ｇ(１２μS ／Ｌδ^３・ＣＡ)^２／γ
∴ Ｐ_Ｓ＝２ｇ(１２μS ／Ｌδ^３・ＣＡ)^２／γ＋０.１０１３２５(ＭＰａ) ……… (５)

以上のとおり、目標圧力として用いるＰ_Ｓの値は、(５)式により他の箇所の圧力などを用いることなく算出できる。

図９は上記ロータ５２の従来の形態の側面図を示しており、このロータ５２は、図９に示すように、周方向に所定の間隔をあけて複数の溝７０が設けられている。また、溝７０の両側の縁部に沿って段部７１,７１を設けている。この段部７１,７１によって、ポンプポートＰと第１シリンダポートＡ(または第２シリンダポートＢ)間の開口面積を徐々に変化させる。上記溝７０の両側の縁部に沿って段部７１,７１によって、操舵によりロータリバルブのロータ５２が回転するとき、油が油圧ポンプから第１シリンダポートＡ(または第２シリンダポートＢ)に急激に供給されることなく、油圧がスムーズに変化する。これにより、操舵への違和感(ショック)や油圧のサージによる異音が生じるのを防止できる。

図１０は他の実施の形態のロータの側面図を示している。図１０に示すように、ロータ８０の溝８１を、外周面に接する平面に沿って母線方向に対して傾けている。これにより、平面を加工することなく、ポンプポートＰと第１,第２シリンダポートＡ,Ｂとの間の開口面積を徐々に変化させることができる。なお、ロータの溝の母線方向に対する角度θは、バルブの構成などに応じて適宜設定される。

上記構成のパワーステアリング装置によれば、簡単な構成でパワーシリンダ６の第１,第２シリンダ室ＣA,ＣB内に油が充填された状態を保って応答性を維持しつつ、小型で低コストなパワーステアリング装置を実現することができる。

また、上記コントロールバルブ５が中立状態のとき、車両ＥＣＵ１によりインバータ２を制御することにより、電動モータ３を操舵時よりも低速で回転させて、パワーシリンダ６の第１,第２シリンダ室内に油が充填された状態を維持することによって、コントロールバルブ５が中立状態から操舵時に移ったときの応答性を低消費電力で維持することができる。ここで、電動モータ３により駆動される油圧ポンプ４の操舵時の回転数は、例えば、２０００〜４０００rpmとし、中立時は４００rpmとする。

また、上記コントロールバルブ５にロータリバルブを用いることによって、ハンドルの操舵時の回転をそのままコントロールバルブ５の切り換え動作に利用でき、回動運動を直動運動に変換する必要がなく、構成をより簡略化でき、小型化が図れる。

また、図１０に示すように、ロータリバルブのスリーブ内に回転自在に嵌合されたロータ８０の外周に、ロータ８０の外周面に接する平面に沿って母線方向に対して傾斜した溝８１を設けることによって、ロータ８０の回転に応じてスリーブに設けられた複数のポートのうちの所定のポート間が上記溝８１により連通するときに、ロータ８０の回転に伴って上記溝８１とその溝８１に対向するポートとの間の開口面積が徐々に広がり、ロータリバルブの切換時に油圧がスムーズに変化するので、油圧が急変してハンドル操作に違和感が生じるということがない。

また、上記ロータ８０の外周に傾斜した溝８１を形成する場合、図９に示す溝７０の両側の縁部に沿って段部７１,７１を加工する工程が必要なくなり、製造コストを低減することができる。

また、上記油圧ポンプ４に低回転から高い自吸性が得られるギヤポンプを用いることによって、コントロールバルブ５が中立状態のときにパワーシリンダ６の第１,第２シリンダ室内に油が充填された状態を維持するために極めて低い回転数で油を供給することが可能となり、低消費電力化が図れる。また、ギヤポンプは、ベーンポンプに比べて構成が簡単なため、同一性能では価格が安く、さらに、パワーシリンダ６の第１,第２シリンダ室内に油を補給する程度の低速運転が可能である。なお、ベーンポンプを同様に低速運転した場合、遠心力不足によりベーンが充分に張り出さないために油を十分に吸い込めず、所定の油量を供給できない。

また、上記油圧センサ１０により検出された油の圧力に基づいて、制御部である車両ＥＣＵ１によりインバータ２の駆動信号を制御することによって、操舵補助力に必要な圧力の油を油圧ポンプ４からパワーシリンダ６に供給することができる。具体的には、車両ＥＣＵ１は、油圧センサ１０により検出された油の圧力が、目標圧Ｐ_Ｓになるようにインバータ２の駆動信号の周波数を制御するフィードバック制御を行っている。

また、上記車両ＥＣＵ１は、インバータ２から出力される駆動信号の周波数を制御して、油圧センサ１０により検出された油の圧力を、車速を表す信号または操舵角を表す信号の少なくとも一方に応じた目標値にすることによって、車速や操舵角に応じた最適な操舵補助力が発生させることが可能となり、操舵性を向上できる。

例えば、車速が一定値以上でかつ操舵角が一定以下の状態で、所定の時間が継続したときは、直進走行しているものとして、目標圧Ｐ_Ｓを低圧側にシフトさせることによって、操舵角がゼロの付近で操舵に対する応答を鈍らせ、操舵角に対するタイヤ３０の傾き角度を通常よりも小さくすることができる。これにより、高速直進走行時に必要な安定性を実現することができる。

また、車速が一定値以下でかつ操舵角が一定以上の状態であれば、車庫入れや据え切りしているものとして、目標圧Ｐ_Ｓを高圧側にシフトさせることによって、小さな操舵角に対する応答性が向上し、必要な操舵補助力を応答性よく供給できる。

上記実施の形態では、コントロールバルブ５にロータリバルブを用いたパワーステアリング装置について説明したが、コントロールバルブはこれに限らず、他の構成のコントロールバルブを用いたパワーステアリング装置にこの発明を適用してもよい。

また、上記実施の形態では、油圧センサ１０により検出された圧力を車両ＥＣＵ１に入力し、車両ＥＣＵ１がインバータ２の駆動信号を制御する構成を示したが、油圧センサ１０により検出された圧力を直接インバータ２に入力して電動モータ３を制御運転することも可能である。

また、上記実施の形態のパワーステアリング装置では、コントロールバルブ５の中立時に電動モータ３の回転数が極めて低速であり、
目標圧Ｐ_Ｓ＝１ＭＰａ
油圧ポンプ４の押しのけ容積ｑ＝５cm³／rev
電動モータ３の回転速度Ｎ＝４００／min (吐出流量＝２リットル／min)
とした場合、消費電力は０．０３ｋＷとモータ駆動に必要な電力は非常に小さい。

したがって、必要なときのみモータを駆動させる従来のパワーステアリング装置に比べて、この発明のパワーステアリング装置は、構成を簡略化することにより小型化,軽量化が図れ、重量増加による燃費悪化を解消できるメリットがあり、このような小型化,軽量化および低コスト化による相乗効果に比べて、コントロールバルブの中立時にもモータを低速で駆動することによる消費電力の増加というデメリットは小さなものであり、問題とならない。

図１はこの発明の実施の一形態のパワーステアリング装置の構成を示す模式図である。図２は上記パワーステアリング装置のコントロールバルブとパワーシリンダが一体となったパワーステアリング本体の断面図である。図３は上記パワーステアリング装置のコントロールバルブの動作を説明する模式図である。図４は比較例としてパワーステアリング装置のコントロールバルブの動作を説明する模式図である。図５は上記実施の形態のパワーステアリング装置の中立位置における要部の拡大図である。図６は上記比較例としてのパワーステアリング装置の中立位置における要部の拡大図である。図７は上記実施の形態のパワーステアリング装置のロータとスリーブの各部の寸法を示す図である。図８は上記ロータの溝の寸法を示す図である。図９は上記ロータの側面図である。図１０は他の実施の形態のロータの側面図である。図１１は従来のパワーステアリング装置の構成を示す模式図である。

１…車両ＥＣＵ
２…インバータ
３…電動モータ
４…油圧ポンプ
５…コントロールバルブ
６…パワーシリンダ
７…タンク
１０…油圧センサ
１１…ハンドル
１２…入力軸
１３…トーションバー
１４…出力軸
１５…ラック
１６…セクタギヤ
２１…ピットマンアーム
２２…ドラグリンク
２３…ナックルアーム
２４…タイロッドアーム
２５…タイロッド
２６…ピストン
３０…タイヤ
３１…油供給通路
３２〜３４…油通路
４１…ボディ
４１a…シリンダ部
４２…バルブハウジング
４３…ウォームシャフト
４３a…小径部
４３b…大径部
４４…止めピン
４５…ボール
５１…スリーブ
５２…ロータ
６１,Ｐ…ポンプポート
６２,Ａ…第１シリンダポート
６３,Ｂ…第２シリンダポート
６４,Ｔ…排出ポート
ＣA…第１シリンダ室
ＣB…第２シリンダ室

Claims

油圧ポンプ(４)と、
上記油圧ポンプ(４)を駆動する電動モータ(３)と、
上記電動モータ(３)に駆動信号を出力するインバータ(２)と、
上記油圧ポンプ(４)から供給される油の流路を切り換えるコントロールバルブ(５)と、
上記コントロールバルブ(５)を介して上記油圧ポンプ(４)から供給された油によりピストン(２６)が駆動されて操舵補助力を発生するパワーシリンダ(６)と、
上記インバータ(２)の上記駆動信号を制御する制御部(１)と
を備え、
上記コントロールバルブ(５)は、
上記油圧ポンプ(４)からの油が供給されるポンプポートと、上記ピストン(２６)の一方の側の第１シリンダ室に接続された第１シリンダポートと、上記ピストン(２６)の他方の側の第２シリンダ室に接続された第２シリンダポートと、排出ポートを有し、
一方向に操舵された状態では、上記第１シリンダポートを上記ポンプポートに連通させると共に、上記第２シリンダポートを上記排出ポートに連通させ、他方向に操舵された状態では、上記第１シリンダポートを上記排出ポートに連通させると共に、上記第２シリンダポートを上記ポンプポートに連通させ、
上記コントロールバルブ(５)が中立状態のとき、上記ポンプポートと上記第１シリンダポートとの間および上記ポンプポートと上記第２シリンダポートとの間に夫々隙間を設け、
上記油圧ポンプ(４)から上記コントロールバルブ(５)に供給される油の圧力を検出する油圧センサ(１０)を備え、
上記制御部(１)は、上記コントロールバルブ(５)が中立状態のとき、上記油圧センサ(１０)により検出された上記油の圧力が、上記第１シリンダ室および上記第２シリンダ室から抜けた油を補給できるように予め設定された目標圧(Ｐｓ)になるように、上記インバータ(２)の上記駆動信号を制御する
ことを特徴とするパワーステアリング装置。
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
上記コントロールバルブ(５)がロータリバルブである
ことを特徴とするパワーステアリング装置。
請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
上記ロータリバルブは、スリーブ(５１)と、上記スリーブ(５１)内に回転自在に嵌合された円柱形状のロータ(８０)とを有し、
上記ロータ(８０)の回転に応じて上記スリーブ(５１)に設けられた複数のポートのうちの所定のポート間が連通するように、上記ロータ(８０)の外周に溝(８１)が設けられ、
上記ロータ(８０)の溝(８１)が、上記ロータ(８０)の外周面に接する平面に沿って母線方向に対して傾斜して設けられており、
上記ロータ(８０)の溝(８１)の上記母線方向に対する傾斜角は、上記スリーブ(５１)における上記各ポートに連通する油通路の開口の母線方向に対する傾斜角とは異なる角になっている
ことを特徴とするパワーステアリング装置。
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のパワーステアリング装置において、
上記油圧ポンプ(４)がギヤポンプであることを特徴とするパワーステアリング装置。
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
上記制御部(１)は、上記中立状態のときの上記目標圧(Ｐｓ)を車速を表す信号または操舵角を表す信号の少なくとも一方に応じた目標値に変更すると共に、上記油圧センサ(１０)によって検出された上記油の圧力が上記変更された目標値になるように、上記インバータ(２)の上記駆動信号の周波数を制御する
ことを特徴とするパワーステアリング装置。