JPH0542880A

JPH0542880A - パワーステアリングの操舵力制御装置

Info

Publication number: JPH0542880A
Application number: JP22501391A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Suzuki; 勝博鈴木; Kozo Murayoshi; 浩三村吉; Masayuki Sako; 正幸酒向; Shinji Naruse; 信治成瀬
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】ステアリングホィールの回転に応じて切換わ
るロータリバルブＶを備えるとともに、第１制御部Ｉ、
第３制御部III 及び固定絞りからなる第２制御部IIを設
けた操舵装置において、上記固定絞りから出る流体音を
小さくする。【構成】第２制御部IIを構成する固定絞り４２を第３
制御部III の上流側に形成し、同じく第２制御部IIを構
成する固定絞り４３〜４６を、シリンダＣへの供給流路
と第３制御部とを結ぶ流通過程に形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ステアリングホィー
ルの操舵角に応じて、操舵力を制御する操舵力制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４〜図９に示した従来の装置は、ケー
シング１に、ピニオンシャフト２とスタブシャフト３と
を同軸上に挿入するとともに、これら両シャフト２、３
をトーションバー４を介して連結している。上記ピニオ
ンシャフト２にはピニオン５を形成するとともに、この
ピニオン５を、操舵系のロッド６に形成したラック７に
かみ合わせている。したがって、ピニオンシャフト２が
回転してピニオン５が回ると、それにともなってロッド
６が移動して、図示していない前輪を転舵させる。

【０００３】上記スタブシャフト３は、図示していない
ステアリングホィールと一体的に回転するとともに、そ
の周囲にはロータリバルブＶを設けている。このロータ
リバルブＶは、スタブシャフト３と一体にしたロータ８
と、このロータ８に相対回転自在に嵌合したスリーブ９
とからなる。このスリーブ９はピン１０を介してピニオ
ンシャフト２に連結し、両者が一体回転するようにして
いる。さらに、ロータ８は、第５図に示すように、その
円周方向に所定の間隔を保って複数の凹部１１〜１８を
形成し、これら凹部１１〜１８間に位置する部分を制御
凸部１９〜２６としている。このようにした各凹部のう
ち、一つおきの凹部１２、１４、１６、１８のそれぞれ
は、ロータ８の中心部分に形成したタンク通路２７に連
通させている。

【０００４】また、スリーブ９の内周には、上記制御凸
部と同数の制御溝２８〜３５を形成している。そして、
制御溝２８、３０、３２、３４のそれぞれをパワーシリ
ンダＣの一方の圧力室３６に連通させ、制御溝２９、３
１、３３、３５を他方の圧力室３７に連通させている。
さらに、制御溝２９、３０間、３１、３２間、３３、３
４間、および３５、２８間のそれぞれにはポンプＰに連
通する供給ポート３８を開口させている。なお、図９は
等価回路図である。

【０００５】上記の構成のもとで、図示していないステ
アリングホィールを中立位置に保持していると、ロータ
リバルブＶは、図５に示すポジションを保つ。この状態
でポンプＰからの吐出された流体は、供給ポート３８→
凹部１１、１３、１５、１７→制御溝２８〜３５→凹部
１２、１４、１６、１８→タンク通路２７を経由してタ
ンクＴに戻され、パワーシリンダＣも中立位置に保たれ
る。上記の状態からステアリングホィールを操作する
と、スタブシャフト３が回転するとともに、その回転力
がトーションバー４を介してピニオンシャフト２にも伝
達される。しかし、ピニオンシャフト２は車輪の接地摩
擦等により回転が妨げられるので、その分だけトーショ
ンバー４がねじられる。そのためにスタブシャフト３
は、トーションバー４のねじれ角度分だけピニオンシャ
フト２よりも余分に回転する。つまり、両シャフト２、
３が相対回転することになる。

【０００６】このように両シャフト２、３が相対回転す
ることにより、ロータ８とスリーブ９も相対回転するの
で、当該ロータリバルブＶが切換わるが、例えば、ロー
タ８が図５右方向に回ったとすると次のようになる。図
５の状態からロータ８が右方向に回ると、供給ポート３
８と制御溝２８、３０、３２、３４とを連通させる通路
が拡大するとともに、これら制御溝２８、３０、３２、
３４と凹部１２、１４、１６、１８とを連通させる通路
が縮小される。したがって、ポンプＰからの吐出流体は
供給ポート３８→凹部１１、１３、１５、１７→制御溝
２８、３０、３２、３４を経由してパワーシリンダの一
方の圧力室３６に供給される。このとき制御溝２９、３
１、３３、３５と凹部１２、１４、１６、１８とを連通
させる通路が拡大するので、パワーシリンダＣの他方の
圧力室３７内の作動流体は、制御溝２９、３１、３３、
３５→凹部１２、１４、１６、１８→タンク通路２７を
経由してタンクに戻される。そして、これらの流れを、
図９の等価回路では矢印で示している。

【０００７】したがって、パワーシリンダＣのピストン
ロッド３９は移動するとともに、前記操舵系のロッド６
を移動して前輪を転舵する。そして、ステアリングホィ
ールを回し続ければ、ピニオンシャフト２とスタブシャ
フト３と相対回転角を維持しながら一体的に回転し、ピ
ニオン５がラック７上を転動する。この状態でステアリ
ングホィールを止めると、そのときの接地摩擦等による
タイヤ側の負荷とつり合った位置で、ロータリバルブは
切換わったままとなり、パワーシリンダＣもその切換え
位置で停止する。この状態でステアリングホィールから
手を離したり、それを戻す方向に操作すると、ロータリ
バルブＶは、トーションバーの捩り反力等により中立位
置に復帰し、タイヤ側からの戻し力等により、パワーシ
リンダＣも中立位置に復帰する。

【０００８】そして、この種の装置では、操舵角が小さ
いとき、言い換えれば、ロータリバルブＶの作動角が小
さいときには、パワーシリンダＣの圧力を低く抑え、パ
ワーアシスト力を小さくしている。一般には、操舵角が
小さければ、低速時でも小さな力でステアリングホィー
ルを切ることができる。逆に、高速走行時には、ステア
リングホィールを大きく切ると危険なので、そのような
ことはほとんどない。そこで、この装置の場合には、操
舵角が小さいときに、パワーアシスト力を小さくして操
安性を良くするようにしている。また、ステアリングホ
ィールを大きく切るのは、低速走行時しかないので、ロ
ータリバルブＶの作動角が大きいときにパワーシリンダ
Ｃの圧力を高くするようにしている。

【０００９】上記のようにバルブ作動角が小さいときに
パワーシリンダＣの圧力を低く保ってパワーアシスト力
を小さく抑えるために、この従来例では、図６に示すよ
うにロータ８の制御凸部１９〜２６のエッジに面取り加
工部を形成している。この面取り加工部は、エッジ先端
から水平に削った水平部ｈと、この水平部ｈから当該制
御凸部の中央部分に向う傾斜部ｉとからなる。このよう
にすることによって、例えば、図６においてロータ８が
矢印方向に相対回転したときに、制御凸部と制御溝とで
構成される開口部ｍの開口面積が徐々に小さくなる。そ
して、ロータリバルブＶの作動角と上記開口部ｍの開口
面積との関係を示したのが図７である。この図７からも
明らかなように、ロータ８が回って制御凸部１９〜２６
のエッジ部分が制御溝２８〜３５に近づくにしたがっ
て、直線(1) の特性に沿って開口面積が小さくなる。そ
して、上記水平部ｈ及び傾斜部ｉが制御溝から外れてス
リーブとラップすれば、直線(2) の特性に沿って開口面
積が小さくなる。

【００１０】上記開口面積の変化に応じたパワーシリン
ダＣの作動圧力の制御特性は、図８の実線で示したとお
りである。このように、パワーシリンダＣの制御圧力が
図８の実線に示す特性になるので、バルブ操舵角が小さ
いとき、例えば、図面ｘの範囲内での圧力変化が大きく
なりすぎてしまう。実際には、図８の一点鎖線で示す特
性が得られることが理想的である。つまり、バルブ作動
角が小さい範囲ｘでは、制御圧力の上昇が緩やかで、そ
の範囲ｘを超えた時点から制御圧力が急上昇するのが理
想的である。しかし、上記従来例では、バルブ操舵角が
小さい範囲ｘでの圧力変化が激しいので、特に、高速走
行時の操安性が保ちにくいという問題があった。

【００１１】この点を解決するものとして、本出願人
は、特願平２−１３６２３７号に係わる発明をすでに提
供しているが、それを示したのが図１０〜図１３で、以
下にはこの従来例を説明する。ロータリバルブＶには、
ロータ８に凹部１１〜１８と制御凸部１９〜２６を形成
し、スリーブ９には制御溝２８〜３５を形成している
が、これら凹部、制御凸部及び制御溝のそれぞれが相ま
って、図１０に示すように第１制御部Ｉと第３制御部II
I とを構成している。

【００１２】上記第１制御部Ｉは、その制御凸部のエッ
ジ部分に、図１１に示すように面取り加工を施して当該
部分を面取り部４０とするとともに、この面取り部４０
の長さをＬ₁ としている。そして、当該バルブＶが中立
位置にあるとき、面取り部４０のエッジ部分からスリー
ブ９の制御溝の端部までの距離すなわちアンダーラップ
量をＵ₁ としている。そして、ロータリバルブＶがいず
れかの方向に切換わることによって、タンク通路２７に
通じる通路の開口面積を小さくする一方、パワーシリン
ダＣに通じる通路の開口面積を大きくする構成にしてい
る。上記第３制御部III の制御凸部のエッジ部分にも、
図１１に示すように面取り部４１を形成するとともに、
この面取り部４１の長さをＬ₂ としている。また、当該
バルブＶが中立位置にあるとき、面取り部４１のエッジ
部分からスリーブ９の制御溝の端部までの距離すなわち
アンダーラップ量をＵ₂ としている。

【００１３】そして、上記面取り部４０の長さＬ₁ に対
して、面取り部４１の長さＬ₂ を十分に小さくするとと
もに、アンダーラップ量Ｕ₁ に対してアンダーラップ量
Ｕ₂を十分に大きくしている。このようにした第３制御
部III は、スリーブ９に形成した第２制御部IIとしての
固定絞り４２を介してポンプＰに接続している。なお、
この構成の等価回路を図１３に示している。

【００１４】ステアリングホィールを中立位置に保て
ば、ロータリバルブＶも図示の中立位置を保持するの
で、ポンプＰの吐出流体は、供給ポート３８から第１制
御部Ｉ及びタンク通路２７を経由してタンクＴに戻され
る。したがって、図１２の(a) で示すようにパワーシリ
ンダＣの圧力はほとんど発生しない。

【００１５】上記の状態からステアリングホィールを回
してロータリバルブＶを切換えると次のようになる。い
ま、中高速走行時のようにバルブ作動角が小さいときに
は、第１制御部Ｉの開口面積が小さくなるが、第３制御
部III の開口面積は、絞り効果に影響しない程度にしか
小さくならない。したがって、このときには第１制御部
Ｉと第２制御部IIとによって圧力制御されることになる
が、この第２制御部IIを構成する固定絞り４２からは所
定の流量がタンクに流出していることになるので、バル
ブ作動角とパワーシリンダの圧力との特性は図１２の
(b) のようになる。

【００１６】さらに、低速走行時のように、ステリアン
グホィールを大きく切ると、今度は第３制御部III の開
度が小さくなるので、タンクへの戻り流量が一気に少な
くなり、図１２の(c) で示すように、パワーシリンダＣ
の圧力が急上昇する。このように、直進走行時や微小操
舵状態である範囲(a) では、そのバルブ作動角が小さい
ので、ポンプＰの吐出量のほぼ全量が第１制御部Ｉを経
由してタンクに戻され、シリンダＣの圧力はほとんど上
昇しない。したがって、この従来例によれば、操舵トル
クがある一定以上になるまで、パワーシリンダＣの圧力
上昇が緩やかなので、直進走行時や中高速走行時におけ
る操舵特性が安定したものになる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記図１０〜図１３に
示した従来例では、第２制御部を一つの固定オリフィス
４２だけで構成しているので、そこを通過する流体のレ
イノルズ数が高くなり、それだけ流体音が大きくなると
いう問題があった。この発明の目的は、レイノルズ数を
低くして、流体音を低減させたパワーステアリングの操
舵力制御装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、ステアリン
グホィールと一体的に回転するスタブシャフトと、操舵
系のロッドに形成したラックにかみ合うピニオンを有す
るピニオンシャフトと、これら両シャフトを連結するト
ーションバーと、上記両シャフトの相対回転に応じて切
換わるロータとスリーブとからなるロータリバルブとを
備えている。また、ロータリバルブの上記ロータは、そ
の円周方向に所定の間隔を保って複数の凹部を形成する
とともに、これら凹部間に位置する部分を制御凸部とし
ている。さらに、上記スリーブも、その円周方向に所定
の間隔を保って、上記制御凸部と同数の制御溝を形成
し、上記制御凸部のエッジ部分に面取り部を形成する一
方、この制御凸部と制御溝とで第１あるいは第３制御部
を構成しする。第１制御部は、ポンプからの供給流体
を、パワーシリンダへ供給する流量とタンクへ戻す流量
とに分流制御する構成にし、これら第１、３制御部とは
別の固定絞りからなる第２制御部を上記スリーブ内に形
成するとともに、第３制御部は、ロータリバルブの作動
角が一定以上になったときに、その切換え量に比例した
絞り効果を発揮してタンクへの流出量を少なくする構成
にしたパワーステアリングの操舵力制御装置を前提にす
るものである。上記の装置を前提にしつつ、この発明
は、上記第２制御部を２つに分割し、一方を第３制御部
の上流側に位置させ、他方をシリンダへの供給通路と第
３制御部とを結ぶ流通過程に形成した点に特徴を有す
る。

【００１９】

【作用】この発明は、上記のように構成したので、ロー
タリバルブを切り換えることによって、初期の段階で
は、タンクに通じる第１制御部の流通路の開口面積がま
ず小さくなる。ただし、この段階では、第３制御部が十
分に開いているので、タンクへの流出量は、第１、２制
御部によって制御されることになる。この状態から、さ
らにロータリバルブの切換え量を多くすると、今度は、
第３制御部の開口面積が小さくなるので、パワーシリン
ダへの供給流量が一気に大きくなり、その制御圧力が急
激に上昇する。また、ポンプから供給される流量は、２
つの固定絞りからなる第２制御部を介してタンクに戻さ
れることになる。

【００２０】

【発明の効果】この発明のパワーステアリングの操舵力
制御装置によれば、ポンプから供給される流量が、２つ
の固定絞りからなる第２制御部を介してタンクに戻され
るので、例えば、この２つの絞りの開口面積の合計を、
従来の一つの固定絞りの開口面積と等しくすれば、それ
だけレイノルズ係数を低く抑えることができる。このよ
うにレイノルズ係数を低く抑えられるので、流体音も小
さくなる。

【００２１】

【実施例】図１〜３に示した実施例は、従来と同様のロ
ータリバルブを用いるとともに、その切換え原理は従来
とまったく同様である。そこで、従来と同様の構成要素
については、同一符号を用いて説明し、その詳細を省略
する。第２制御部IIを構成する第１の固定絞り４２は、
従来と同様の位置に形成している。また、、制御溝２
９、３０及び３３、３４のそれぞれに対応するスリーブ
位置に、第２の固定絞り４３〜４６を形成するととも
に、これら各固定絞りのうち、固定絞り４３と４５は、
パワーシリンダＣの一方の圧力室３７に連通し、固定絞
り４４と４６は他方の圧力室３６に連通している。そし
て、この構成の等価回路を示したのが図３である。上記
以外の構成は、図１０〜１２に示した従来と同様であ
る。

【００２２】次に、この実施例の作用を説明する。い
ま、ロータ８を図面矢印方向に回すと、ポンプＰからの
吐出流体は、第１制御部Ｉを経由してパワーシリンダＣ
の一方の圧力室３６に供給されるとともに、この供給流
体の一部が、第２の固定絞り４４、４６を経由してタン
クＴにも戻される。また、ポンプＰの吐出流体は、第２
制御部II第１の固定絞り４２を経由してもタンクＴに戻
されることになる。この流れの関係を図３の等価回路に
おいて矢印で示している。

【００２３】また、ロータ８を上記とは反対方向に回し
たときには、ポンプＰからの吐出流体が、第１制御部Ｉ
を経由してパワーシリンダＣの他方の圧力室３７に供給
されるとともに、この供給流体の一部が、第２の固定絞
り４３、４５を経由してタンクＴにも戻される。また、
ポンプＰの吐出流体は、第２制御部II第１の固定絞り４
２を経由してもタンクＴに戻されることになる。

【００２４】上記のようにこの実施例の第２制御部IIを
第１の固定絞りと第２の固定絞りとに分割したので、例
えば、それら両固定絞りの開口の合計面積を、従来の第
２制御部を構成する固定絞り４２の開口面積と等しくす
ることができる。このようにトータルの開口面積が同じ
であれば、絞りの多い方がレイノルズ数を低く抑えるこ
とができ、それだけ、流体音を小さくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロータリバルブとラックピニオンとの関係を示
した断面図である。

【図２】ロータリバルブを具体的に示した回路図であ
る。

【図３】等価回路図である。

【図４】従来の断面図である。

【図５】従来のロータリバルブを具体的に示した回路図
である。

【図６】従来のロータリバルブの制御部の拡大断面図で
ある。

【図７】従来のバルブ作動角とタンクへ連通する通路の
開口面積との関係を示したグラフである。

【図８】従来の操舵トルクとパワーシリンダの圧力との
関係を示したグラフである。

【図９】従来の等価回路図である。

【図１０】従来例のロータリバルブを具体的に示した回
路図である。

【図１１】従来例の第１〜３制御部の相対関係を示した
説明図である。

【図１２】従来の操舵トルクとパワーシリンダの圧力と
の関係を示したグラフである。

【図１３】従来の等価回路である。

【符号】

２ピニオンシャフト３スタブシャフト４トーションバー５ピニオン７ラックＶロータリバルブ８ロータ９スリーブ１１〜１８凹部１９〜２６制御凸部２８〜３５制御溝ＣパワーシリンダＴタンクＩ第１制御部 II 第２制御部 III 第３制御部４２固定絞り４３〜４６固定絞り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒向正幸岐阜県可児市土田2548 カヤバ工業株式会社岐阜北工場内 (72)発明者成瀬信治岐阜県可児市土田2548 カヤバ工業株式会社岐阜北工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングホィールと一体的に回転す
るスタブシャフトと、操舵系のロッドに形成したラック
にかみ合うピニオンを有するピニオンシャフトと、これ
ら両シャフトを連結するトーションバーと、上記両シャ
フトの相対回転に応じて切換わるロータとスリーブとか
らなるロータリバルブとを備えてなり、ロータリバルブ
の上記ロータは、その円周方向に所定の間隔を保って複
数の凹部を形成するとともに、これら凹部間に位置する
部分を制御凸部とし、上記スリーブも、その円周方向に
所定の間隔を保って、上記制御凸部と同数の制御溝を形
成し、上記制御凸部のエッジ部分に面取り部を形成する
一方、この制御凸部と制御溝とで第１あるいは第３制御
部を構成し、第１制御部は、ポンプからの供給流体を、
パワーシリンダへ供給する流量とタンクへ戻す流量とに
分流制御する構成にし、これら第１、３制御部とは別の
固定絞りからなる第２制御部を上記スリーブ内に形成す
るとともに、第３制御部は、ロータリバルブの作動角が
一定以上になったときに、その切換え量に比例した絞り
効果を発揮してタンクへの流出量を少なくする構成にし
たパワーステアリングの操舵力制御装置において、上記
第２制御部を２つに分割し、一方を第３制御部の上流側
に位置させ、他方をシリンダへの供給通路と第３制御部
とを結ぶ流通過程に形成したことを特徴とするパワース
テアリングの操舵力制御装置。