JP5799576B2

JP5799576B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5799576B2
Application number: JP2011109013A
Authority: JP
Inventors: 秀偉桜木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: JP2012240429A

Description

本発明は、油圧によりアシスト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のシミー対策として、パワーアシストバルブ（制御弁）のバルブシャフトとバルブボディとの間に、作動油を絞り制御する第１および第２の制御部を設けた構造が公知である（例えば、特許文献１参照）。第１制御部は、センタオープンバルブとなる４箇所の可変絞りで構成してあり、第２制御部は、センタクローズバルブとなる２箇所の可変絞りと、セミセンタオープンバルブとなる２箇所の可変絞りと、で構成してある。また、第２制御部には、パワーシリンダの両油室を連通および遮断するバイパス用電磁弁を設けてある。

特開平７−１００２７号公報

しかしながら、かかる従来のパワーステアリング装置では、パワーアシストバルブに、センタオープンバルブ、センタクローズバルブおよびセミセンタオープンバルブの３種類の可変絞りを設けてある。また、これ以外にバイパス用電磁弁を設けてパワーシリンダの両油室に供給する油路および油圧をコントロールするため、構造が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は、従来の問題点に鑑みて、簡単な構造でシミーを効率的に抑制することができるパワーステアリング装置を提供するものである。

本発明のパワーステアリング装置にあっては、ハンドル操作に応じてオイルポンプから送られる作動油の油圧を制御するパワーアシストバルブと、前記パワーアシストバルブとパワーシリンダにピストンを介して分割された２つの油室とにそれぞれ連通し、前記パワーアシストバルブの制御油圧をハンドルの転舵方向に応じて前記両油室のうち一方の油室に供給してアシスト力を発生させるとともに、他方の油室の作動油をリザーバタンク側に戻す２経路のシリンダ配管と、を備えている。前記２経路のシリンダ配管の途中に、所定の制御油圧以下のときに油路を遮断する遮断機構を設け、該遮断機構は、前記第１および第２シリンダ配管を同時に開閉する２連式開閉バルブであり、該２連式開閉バルブは、前記第１および第２シリンダ配管を開閉する第１および第２のスプールと、該第１および第２のスプールの間に位置し、該第１および第２のスプールと連結されて回転により該第１および第２のスプールを同時に移動させるカムリンクと、車速および制御油圧によって前記カムリンクを回転させることにより開閉制御するアクチュエータと、を備えたことを主要な特徴とする。

本発明によれば、２経路のシリンダ配管の途中に設けた遮断機構で、所定の車速以上かつ所定の制御油圧以下のときに油路を遮断することにより、パワーシリンダの両油室に作動油を封じ込めてステアリングギアをロック状態にできる。これにより、簡単な構造でシミーを効率的に抑制することができる

図１は、本発明にかかるパワーステアリング装置の一実施形態を概略的に示す正面図である。図２は、本発明に用いられる遮断機構の作動状態を示し、（ａ）は２経路のシリンダ配管を全開した状態の断面図、（ｂ）は２経路のシリンダ配管を全閉した状態の断面図である。図３は、図２に示す遮断機構を開閉する信号を示し、（ａ）はシリンダ配管に送られる作動油の圧力を示すグラフ、（ｂ）は車速センサでの速度を示すグラフである。図４は、図２に示す遮断機構で２経路のシリンダ配管を全閉した状態での作動油の流れを示す説明図である。図５は、図２に示す遮断機構で２経路のシリンダ配管を全開した状態での作動油の流れを示し、（ａ）は一方のシリンダ配管に圧力が発生した場合の説明図、（ｂ）は他方のシリンダ配管に圧力が発生した場合の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明にかかるパワーステアリング装置１を示し、本実施形態ではラックアンドピニオン式のパワーステアリング装置１に例をとって説明するものとする。

即ち、本実施形態のパワーステアリング装置１は、ステアリングギア２がラック２１とピニオン２２を有するラックアンドピニオン式となっており、ハンドル３の転舵（回転）を、ステアリングシャフト３１とピニオン２２を介してラック２１の車幅方向移動に変換するようになっている。ラック２１の車幅方向移動は、タイロッド４およびナックルアーム５を介して操舵輪６に伝達して、この操舵輪６を操舵するようになっている。このとき、ステアリングシャフト３１には、オイルポンプ７から送られる作動油を制御するパワーアシストバルブ８が備わっている。

一方、ステアリングギア２には、ラックハウジング２３内にパワーシリンダ２Ｐを有している。このパワーシリンダ２Ｐは、ラック２１に固定されたピストン２Ｐ１の車両左側に配置した第１油室２Ｐ２と、車両右側に配置した第２油室２Ｐ３とを備える。そして、パワーアシストバルブ８とパワーシリンダ２Ｐの両油室２Ｐ２、２Ｐ３とを、２経路となる第１および第２の２本のシリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２で連通してある。即ち、第１シリンダ配管２Ｃ１は、パワーアシストバルブ８と第１油室２Ｐ２とを連通し、第２シリンダ配管２Ｃ２は、パワーアシストバルブ８と第２油室２Ｐ３とを連通している。

パワーアシストバルブ８は、ハンドル３の転舵方向、転舵速度および転舵負荷等に応じて、オイルポンプ７から送られる作動油を制御するようになっている。

即ち、ハンドル３を左旋回する左転舵時（図１中矢印Ｌ）には、オイルポンプ７から送られる作動油を制御したのち第１シリンダ配管２Ｃ１を介して第１油室２Ｐ２に供給する。これにより、ピストン２Ｐ１は第２油室２Ｐ３側に押圧され、ラック２１を車両右側（図中左方）に移動させるアシスト力を付与する。このとき、第２油室２Ｐ３内の作動油は、第２シリンダ配管２Ｃ２からパワーアシストバルブ８を経由してリザーバタンク９に戻される。

これとは逆に、右旋回時（図１中矢印Ｒ）には、パワーアシストバルブ８の制御油圧を第２シリンダ配管２Ｃ２を介して第２油室２Ｐ３に供給し、ラック２１を車両左側（図中右方）に移動させるアシスト力を付与する。このとき、第１油室２Ｐ２内の作動油は、第１シリンダ配管２Ｃ１からパワーアシストバルブ８を経由してリザーバタンク９に戻される。

また、パワーアシストバルブ８の制御油圧は、転舵速度および転舵負荷が大きい程高くなるように制御して、大きなアシスト力が得られるようになっている。

これに対して、詳細に後述するように、例えば８０Ｋｍ／ｈ以上での高速走行時でハンドル３が中立状態、つまりハンドル３を切っていないときは、制御油圧は０．５Ｐａ以下になっていずれの方向にもアシスト力を発生しないようになっている。これにより、ステアリングギア３４をマニュアルギア状態としてハンドル３を重くし、高速直進走行でのふらつきを抑えることができるようになっている。

ところが、このマニュアルギア状態では、操舵輪６から入力される路面振動が、ナックルアーム５およびタイロッド４からラック２１に伝わり、更に、このラック２１からピニオン２２およびステアリングシャフト３１を介してハンドル３に伝わって、これがシミーの原因となる。

ここで、本実施形態では、パワーアシストバルブ８とパワーシリンダ２Ｐとを連通した２本のシリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２の途中に、所定の車速および所定の制御油圧で油路を遮断する遮断機構としての２連式開閉バルブ１０を設けてある。本実施形態では、この２連式開閉バルブ１０がシミー対策用のユニットとなる。

２連式開閉バルブ１０は、図２に示すように、第１シリンダ配管２Ｃ１と第２シリンダ配管２Ｃ２とに跨がって取り付けられ、両シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２を同時に開閉するようになっている。この２連式開閉バルブ１０は、第１スプール１１と第２スプール１２とを備えており、これら２つのスプール１１、１２を同軸上に配置して、中空円筒状のバルブハウジング１３内に形成したスリーブに摺動自在に収納した構造となっている。

バルブハウジング１３は、第１スプール１１を配置した一端側（図中上部）に、第１シリンダ配管２Ｃ１を接続する第１連通孔１３ａをバルブハウジング１３の径方向に貫通して設けてある。また、第２スプール１２を配置した他端側（図中下部）に、同様に、第２シリンダ配管２Ｃ２を接続する第２連通孔１３ｂをバルブハウジング１３の径方向に貫通して設けてある。そして、第１連通孔１３ａを第１スプール１１の摺動により開閉し、第２連通孔１３ｂを第２スプール１２の摺動により開閉するようになっている。

即ち、第１、第２スプール１１、１２は、それぞれの軸方向中間部に、第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂの開口径に略相当する幅をもって周溝部１１ａ、１２ａを形成してある。そして、図２（ａ）に示すように、周溝部１１ａ、１２ａが第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂと合致することにより、第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂがそれぞれ連通（開弁）状態となる。

一方、図２（ｂ）に示すように、周溝部１１ａ、１２ａに隣接したランド部１１ｂ、１２ｂが第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂに位置することにより、これら第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂがそれぞれ遮断（閉弁）状態となる。

第１スプール１１および第２スプール１２は、それらの間に配置したカムリンク１４の回転により、第１連通孔１２ａおよび第２連通孔１３ａを同期して同時に開閉するようになっている。即ち、カムリンク１４は、それの中心部を、アクチュエータとしてのモータ１５で回転する回転軸１５ａに固定してある。この場合、モータ１５の回転は、適宜な減速比を有する図示省略した減速機構を介して回転軸１５ａに伝達される。尚、アクチュエータは、モータ１５に限ることなくカムリンク１４を回転させることが可能な手段、例えば、シリンダ装置等であってもよい。

また、カムリンク１４の両端部は、第１スプール１１と第２スプール１２の端部にピン１４ａによって回転自在に連結してある。このとき、カムリンク１４は、バルブハウジング１３の中心軸Ｃに対して傾斜した状態で取り付けてある。

更に、中空筒体として形成したバルブハウジング１３の両端は、エンドプレート１３Ｅ１、１３Ｅ２によって液密に閉止してある。そして、一方のエンドプレート１３Ｅ１と第１スプール１１との間、および他方のエンドプレート１３Ｅ２と第２スプール１２との間には、第１スプール１１および第２スプール１２を互いに近づける方向に付勢するスプリング１６、１６ａを配設してある。

また、二連式開閉バルブ１０を第１および第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２に取り付けるには、両シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２を互いに対応した位置で分断し、それぞれの端部をコネクタ１３ｃを介して第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂに接続してある。

従って、二連式開閉バルブ１０は、図２（ａ）に示すように、カムリンク１４が、図示状態で時計回り方向に回転した時は、第１、第２スプール１１、１２がスプリング１６、１６ａの付勢力に抗して互いに離れる方向に移動する。これにより、周溝部１１ａ、１２ａが第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂとそれぞれ合致して、これら第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂが同時に連通状態となる。

一方、図２（ｂ）に示すように、カムリンク１４が、図示状態で反時計回り方向に回転した時は、第１、第２スプール１１、１２が互いに近接する方向に移動する。これにより、ランド部１１ｂ、１２ｂが第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂに位置して、これら第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂが同時に遮断状態となる。

このとき、カムリンク１４を回転するモータ１５は、図３に示すように、制御油圧（図３（ａ）参照）と車速（図３（ｂ）参照）の各信号によって回転方向を制御するようになっている。制御油圧は、パワーアシストバルブ８で発生する制御油圧を図示省略した圧力センサで電圧値として検出し、車速は、図示省略した車速センサで電流値として検出するようになっている。

本実施形態では、高速直進走行時に第１、第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２を二連式開閉バルブ１０によって遮断するようになっている。具体的には、図３（ａ）に示すように制御油圧は所定値（０．５ＭＰａ）以下で、かつ、図３（ｂ）に示すように車速が所定値（８０Ｋｍ／ｈ）以上の高速走行時に、第１、第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２を二連式開閉バルブ１０によって遮断するようになっている。

このように、制御油圧が０．５Ｐａ以下、かつ、車速が８０Ｋｍ／ｈ以上では、モータは、カムリンク１４が図２（ｂ）に示すように回転して、二連式開閉バブル１０の第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂを共に閉弁する。これにより、図４に示すように、第１および第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２は、二連式開閉バルブ１０によって遮断され、パワーシリンダ２Ｐの第１、第２油室２Ｐ２、２Ｐ３内の作動油を封じ込めてラック２１をロック状態とする。なお、車速が８０Ｋｍ／ｈ未満は中速や低速であるとしてある。

そして、ハンドル３を転舵して制御油圧が０．５ＭＰａ以上の時は、車速が高速、中速、低速のいずれであっても、モータは、カムリンク１４を図２（ａ）に示すように回転して、二連式開閉バブル１０の第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂを共に開弁する。また、ハンドル３が中立状態で制御油圧が０．５Ｐａ以下であっても、車速が８０Ｋｍ／ｈ未満（中速、低速）である場合は、同様に二連式開閉バブル１０の第１、第２連通孔１３ａ、１３ｂを共に開弁する。

これにより、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、二連式開閉バルブ１０は、第１および第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２をそれぞれ連通し、パワーシリンダ２Ｐとパワーアシストバルブ８との間で作動油の移動を許容する。

尚、図４および図５中、左方がパワーアシストバルブ８側、右方がパワーシリンダ２Ｐ側となる。また、同図中、制御油圧が０．５Ｐａ以下の状態を、便宜上圧力０として示し、油圧が０．５Ｐａ以上の状態を＋で示してある。

図５（ａ）は、左旋回時の作動油の流れを矢印で示したものである。即ち、ハンドル３の左転舵によってパワーアシストバルブ８に発生した制御油圧は、第１シリンダ配管２Ｃ１を通って二連式開閉バルブ１０を図中矢印ａに示すように流れ、第１油室２Ｐ２に流入する。このとき、第２油室２Ｐ３内の作動油は、第２シリンダ配管２Ｃ２を通って二連式開閉バルブ１０を図中矢印ｂに示すように流れ、パワーアシストバルブ８からリザーバタンク９へと戻される。

図５（ｂ）は、右旋回時の作動油の流れを矢印で示したものである。即ち、ハンドル３の右転舵によってパワーアシストバルブ８に発生した制御油圧は、第２シリンダ配管２Ｃ２を通って二連式開閉バルブ１０を図中矢印ｃに示すように流れ、第２油室２Ｐ３に流入する。このとき、第１油室２Ｐ２内の作動油は、第１シリンダ配管２Ｃ１を通って二連式開閉バルブ１０を図中矢印ｄに示すように流れ、パワーアシストバルブ８からリザーバタンク９へと戻される。

つまり、本実施形態では、パワーアシストバルブ８の制御油圧が所定圧（０．５ＭＰａ）以下の場合、かつ、車速が所定車速（８０Ｋｍ／ｈ）以上の場合に、二連式開閉バルブ１０を閉弁する。これは高速直進走行状態であり、二連式開閉バルブ１０が閉弁されることにより、第１および第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２の作動油の流れを遮断し、第１、第２油室２Ｐ２、２Ｐ３内にそれぞれ作動油を封じ込める。

一方、それ以外の条件、即ち、ハンドル３を転舵してパワーアシストバルブ８の制御油圧が所定圧（０．５ＭＰａ）以上の場合、または、所定車速（８０Ｋｍ／ｈ）未満になった時に、二連式開閉バルブ１０を開弁する。これにより、第１および第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２の作動油の流れを許容し、通常のパワーステアリング機能に戻される。

従って、シミーが特に問題となる高速直進走行時には、第１、第２油室２Ｐ２、２Ｐ３内に非圧縮性の作動油が封じ込められるため、パワーシリンダ２Ｐはロック状態となってラック２１をロックする。これにより、操舵輪６に路面振動が入力された場合に、その振動でラック２１が軸方向（車幅方向）に移動（振動）するのを阻止し、ひいては、ピニオン２２を介してハンドル３に路面振動が伝達されるのを抑制する。

以上説明したように本実施形態のパワーステアリング装置１によれば、パワーアシストバルブ８とパワーシリンダ２Ｐの両油室２Ｐ２、２Ｐ３とを連通するシリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２に、これら両配管２Ｃ１、２Ｃ２を開閉する二連式開閉バルブ１０を設けてある。そして、この二連式開閉バルブ１０によって、制御油圧が所定値以下のハンドル３が中立状態での高速走行時に、第１および第２の両シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２を同時に遮断するようになっている。

これにより、パワーシリンダ２Ｐの両油室２Ｐ２、２Ｐ３に作動油を封じ込めて、ステアリングギアをロック状態にできる。従って、高速直進走行時に、操舵輪６に入力した路面振動がハンドル３に伝達されるのを阻止して、シミーを抑制することができる。

また、二連式開閉バブル１０は、２本のシリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２の油路を単に遮断する構造でよいため、簡単な構造とすることができる。そして、その二連式開閉バルブ１０を、既存のパワーステアリング装置に備わる２本のシリンダ配管に単に組み込むことにより、後付けでシミー対策用のユニットを設けることができる。

更に、二連式開閉バルブ１０は、２本のシリンダ配管２Ｃ１，２Ｃ２を同時に開閉するのみでよく、これにより、バルブ（スプール１１、１２）の数も少なくて済むため小型化を達成できる。また、バルブ（スプール１１、１２）は絞り弁ではなく単なる開閉弁で良いことから、作動油のリーク量を減少することができ、アシスト効率の低下を抑えることができる。

更にまた、二連式開閉バルブ１０は、高速直進走行以外で、ハンドル３の転舵時または８０Ｋｍ／ｈ未満となる中速、低速走行時では、２本のシリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２を連通状態とする。これにより、パワーアシストバルブ８の制御油圧を通常通りパワーシリンダ２Ｐに送ることができるため、直ちに通常のパワーステアリング装置１としての機能を取り戻すことができる。従って、ハンドル３の据え切りや急激なハンドル３操作等の通常の運転に支障を来すことは無く、また、ハンドル３を転舵した後の戻り性能にも影響が及ぼされることは無い。

また、本実施形態のパワーステアリング装置１によれば、第１および第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２の油路を遮断する遮断機構として、これら第１および第２シリンダ配管２Ｃ１、２Ｃ２を同時に開閉する二連式開閉バルブ１０を用いてある。従って、遮断機構（シミー対策用のユニット）をコンパクトに構成できるとともに、パワーシリンダ２Ｐの両油路２Ｐ２、２Ｐ３の作動油封じ込めおよび開放を同時に行うことができる。これにより、シミーの防止性能およびアシスト力を再付与した時の性能を高めることができる。

更に、本実施形態のパワーステアリング装置１によれば、二連式開閉バルブ１０を、車速および制御油圧に応じてアクチュエータによって開閉制御するようにしてある。これにより、二連式開閉バルブ１０の開閉タイミングを、車両の運転状態に応じて的確に行うことができ、シミーの防止およびアシスト力の再付与を精度良く制御することができる。

ところで、本発明のパワーステアリング装置は、上記実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能である。

例えば、ステアリングギア２がラックアンドピニオン式である場合を示したが、これに限ることなくパワーシリンダでステアリングギアに直接アシスト力を付与するタイプのパワーステアリング装置であれば本発明を適用することができる。

また、本実施形態では、二連式開閉バルブ１０の閉弁タイミングを、制御油圧が０．５Ｐａ以下かつ車速８０Ｋｍ／ｈ以上としてあるが、これらの値は車両に応じて任意に設定することができる。

１パワーステアリング装置
２ステアリングギア
２１ラック
２Ｐパワーシリンダ
２Ｐ２第１油室
２Ｐ３第２油室
２Ｃ１第１シリンダ配管
２Ｃ２第２シリンダ配管
３ハンドル
６操舵輪
７オイルポンプ
８パワーアシストバルブ
９リザーバタンク
１０二連式開閉バルブ（遮断機構）
１５モータ（アクチュエータ）

Claims

ハンドル操作に応じてオイルポンプから送られる作動油の油圧を制御するパワーアシストバルブと、
パワーシリンダを有するステアリングギアと、
前記パワーアシストバルブとステアリングギアとを繋ぐ第１および第２シリンダ配管と、を備え、
前記パワーシリンダでは、油室がピストンを介して第１および第２油室に画成され、この第１油室に前記第１シリンダ配管が接続され、前記第２油室に第２シリンダ配管が接続され、前記パワーアシストバルブの制御油圧をハンドルの転舵方向に応じて前記両油室のうち一方の油室に供給してアシスト力を発生させるとともに、他方の油室の作動油をリザーバタンク側に戻すパワーステアリング装置であって、
前記第１および第２シリンダ配管の途中に、所定の制御油圧以下のときに油路を遮断する遮断機構を設け、
該遮断機構は、前記第１および第２シリンダ配管を同時に開閉する２連式開閉バルブであり、
該２連式開閉バルブは、前記第１および第２シリンダ配管を開閉する第１および第２のスプールと、該第１および第２のスプールの間に位置し、該第１および第２のスプールと連結されて回転により該第１および第２のスプールを同時に移動させるカムリンクと、車速および制御油圧によって前記カムリンクを回転させることにより開閉制御するアクチュエータと、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
前記２連式開閉バルブは、所定の車速未満のときには開弁されることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。