JP2004155418A - 車速感応型パワーステアリングシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】車速に応じた適切な補助力の形成によって運転者が容易かつ安全に操向操作を遂行するようにした車速感応型パワーステアリングシステムを提供する。
【解決手段】上記のような目的を達成するための本発明は、コントロールバルブのバルブスリーブとバルブスプールとの間に設けられて提供される圧力によって前記バルブスリーブに対するバルブスプールの相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と;パワーステアリングポンプから提供されるオイルの流量を制御して前記連結手段に提供するソレノイドバルブと;車速に応じて前記ソレノイドバルブを制御するコントローラと;前記連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバにリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブと;を含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】上記のような目的を達成するための本発明は、コントロールバルブのバルブスリーブとバルブスプールとの間に設けられて提供される圧力によって前記バルブスリーブに対するバルブスプールの相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と;パワーステアリングポンプから提供されるオイルの流量を制御して前記連結手段に提供するソレノイドバルブと;車速に応じて前記ソレノイドバルブを制御するコントローラと;前記連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバにリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブと;を含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は車両のパワーステアリングシステムに関し、より詳しくは、油圧を利用し、車速に応じて操舵力が可変されるようにする車速感応型パワーステアリングシステムに関する技術である。
車両のパワーステアリング装置は運転者の操舵力を補助する装置であり、車両が低速で運転される間は比較的大きい補助力を発生して運転者が少ない操舵力で手軽に車両の走行方向を調節することができ、車両が高速で運転される間は比較的少ない補助力を発生させて急激な操向を防止して安定した走行状態を確保できるようにすることが非常に重要である。
特開2002−362398号公報
本発明の目的は、比較的低い車速では運転者が容易に操向ができるように比較的大きい補助力を発生させるようにし、比較的高速の車速では操向操作の安定性を確保するために比較的少ない補助力を発生させて、車速に応じた適切な補助力の形成によって運転者が容易かつ安全に操向操作を遂行するようにした車速感応型パワーステアリングシステムを提供することにある。
上記のような目的を達成するための本発明は、コントロールバルブのバルブスリーブとバルブスプールとの間に設けられて提供される圧力によって前記バルブスリーブに対するバルブスプールの相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と;パワーステアリングポンプから提供されるオイルの流量を制御して前記連結手段に提供するソレノイドバルブと;車速に応じて前記ソレノイドバルブを制御するコントローラと;前記連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバにリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブと;を含んで構成されることを特徴とする。
本発明により、比較的低い車速では運転者が容易に操向をできるように比較的大きい補助力を発生させるようにし、比較的高速の車速では操向操作の安定性を確保するために比較的少ない補助力を発生させることで、車速に応じた適切な補助力が形成され、運転者が容易かつ安全に操向操作できる。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図によって詳述する。
図1は本発明による車速感応型パワーステアリングシステムを示したものである。運転者の操舵力を入力してラック(図示なし)を直線移動させることによりラックに連結されたタイロッドを移動させて操向がなされるようにするパワーステアリングギヤ1と、オイルリザーバ3からオイルをポンピングしてパワーステアリングギヤ1に提供するパワーステアリングポンプ5と、パワーステアリングギヤ1のコントロールバルブ7の作動によって提供された油圧でラックの直線移動を助けるパワーシリンダ9などが備えられている。
パワーステアリングギヤ1は一端に運転者のステアリングホイール回転力を伝達するトーションバー11と、トーションバー11の他端に連結されて回転することによってラックを直線移動させるように設けられたピニオン13と、トーションバー11の一端と一体に連結されたバルブスプール15及びピニオン13と一体に連結されたバルブスリーブ17からなるコントロールバルブ7と、コントロールバルブ7に出入りする流路を備えてコントロールバルブ7及びピニオン13を回動可能な状態に支持するギヤボディ19などを備えている。
さらに、パワーステアリングギヤ1は図2と図3に示すように、コントロールバルブ7のバルブスリーブ17とバルブスプール15との間に設けられて提供される圧力によってバルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と;パワーステアリングポンプ5から提供されるオイルの流量を制御して連結手段に提供するソレノイドバルブ21と;車速に応じてソレノイドバルブ21を制御するコントローラ23と;連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバ3にリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブ25とを含んで構成されている。
本実施例における連結手段は、バルブスリーブ17に一体に連結されたエクステンションリング27と;バルブスプール15の外周にバルブスプール15に対する相対回転が制限され、バルブスプール15に対する軸方向直線運動が可能なように設けられたリアクションリング29と;リアクションリング29をエクステンションリング27の側面に圧着するように設けられたスプリング31及びスプリングシート33と;エクステンションリング27とリアクションリング29との間に互いに向き合うように形成されてエクステンションリング27に対するリアクションリング29の相対回転が制御されるように形成された制御溝35と;制御溝35に挿入された制御ボール37と;スプリング31及びスプリングシート33を間に置いてリアクションリング29のスプリング31を向く面と互いに向き合うように設けられ、提供される油圧によってリアクションリング29に作用する圧力を形成するリアクションチャンバ39をなすバルブキャップ41を含んで構成される。
リアクションチャンバ39はギヤボディ19とリアクションリング29及びバルブキャップ41によって形成される空間であって、その内部にスプリング31及びスプリングシート33が位置し、ソレノイドバルブ21から提供されるオイルが供給される供給油路43及びカットオフバルブ25と連通するように形成された排出油路45が連結されている。
スプリングシート33は図3に示されたようにバルブスプール15の外周に差し込まれた円形プレートから構成される。
リアクションリング29とバルブスプール15との連結状態を見ると、リアクションリング29の内周面にバルブスプール15の軸方向に形成された係止溝47と、係止溝47に対応するようにバルブスプール15の外周面にバルブスプール15の軸方向に形成された固定溝49と、係止溝47と固定溝49との間に挿入された固定ボール51によって、リアクションリング29のバルブスプール15に対する相対回転は制限され、バルブスプール15に対する軸方向直線運動は可能なようになっている。
リアクションリング29とバルブスプール15との連結状態を見ると、リアクションリング29の内周面にバルブスプール15の軸方向に形成された係止溝47と、係止溝47に対応するようにバルブスプール15の外周面にバルブスプール15の軸方向に形成された固定溝49と、係止溝47と固定溝49との間に挿入された固定ボール51によって、リアクションリング29のバルブスプール15に対する相対回転は制限され、バルブスプール15に対する軸方向直線運動は可能なようになっている。
カットオフバルブ25はリアクションチャンバ39に連通するように形成された小径流入口53と大径流入口55及びオイルリザーバ3と連通するように形成された流出口57を備えたカットオフボディ59と、大径流入口55に作用する圧力の大きさが上昇することによって小径流入口53と流出口57とを連通させた状態を大径流入口55と流出口57とを連通させる状態に転換させるように設けられたカットオフスプール61及びカットオフスプリング63とを含んで構成される。
流出口57と小径流入口53及び大径流入口55はカットオフボディ59に一列にその順番で形成され;カットオフスプール61は小径流入口53を流出口57と常時連通するようにする最大直径を有し、小径流入口53側から大径流入口55側方向に最大直径が小くなる形状に形成された円錐状ランド65を備え;カットオフボディ59の小径流入口53と大径流入口55との間の内部は円錐状ランド65が移動することによって小径流入口53と大径流入口55とが連通される状態が調節されるように調節端部67を備えている。
カットオフスプリング63は円錐状ランド65部を調節端部67側に押す弾性力を発揮するように設けられている。
コントローラ23は電子制御ユニットとして車速センサ69によって現在の車速を持続的に入力されて、入力された車速信号に応じてソレノイドバルブ21に提供しなければならない電流値が図7のように記憶されている。
コントローラ23は電子制御ユニットとして車速センサ69によって現在の車速を持続的に入力されて、入力された車速信号に応じてソレノイドバルブ21に提供しなければならない電流値が図7のように記憶されている。
ソレノイドバルブ21は図7から分かるように、車両の停止状態では1アンペアの電源が供給され、車速が増すに従って1アンペアより小さな電流が供給されながら、リアクションチャンバ39に提供される流量を0から徐々に増加させるようになっている。
次に本発明の作用について説明する。
停車時には、ソレノイドバルブ21はパワーステアリングポンプ5から提供されたオイルをリアクションチャンバ39に送らない。
従って、リアクションチャンバ39には油圧が形成されず、この状態では一般的な油圧式パワーステアリングシステムのように、運転者の操舵力がトーションバー11の一端を通じて提供されれば、トーションバー11はねじれながらバルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対回転を起こし、これによってパワーステアリングポンプ5から供給されたオイルがパワーシリンダ9に提供されて運転者の操舵力を補助する補助力が発生するようになる。
停車時には、ソレノイドバルブ21はパワーステアリングポンプ5から提供されたオイルをリアクションチャンバ39に送らない。
従って、リアクションチャンバ39には油圧が形成されず、この状態では一般的な油圧式パワーステアリングシステムのように、運転者の操舵力がトーションバー11の一端を通じて提供されれば、トーションバー11はねじれながらバルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対回転を起こし、これによってパワーステアリングポンプ5から供給されたオイルがパワーシリンダ9に提供されて運転者の操舵力を補助する補助力が発生するようになる。
この時、バルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対回転が起きるには、バルブスプール15に対して回転が制限されるように設けられたリアクションリング29の制御溝35から制御ボール37が抜け出なければならない。リアクションリング29の制御溝35から制御ボール37が抜け出すためにはリアクションリング29はスプリング31を圧縮させながらバルブスプール15の軸方向に移動しなければならないため、バルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対回転を抑制する力はリアクションリング29がスプリング31を圧縮させながら制御溝35から制御ボール37が抜け出そうとする力とトーションバー11のねじれ弾性力との和となる。
もちろん、この力は運転者の操舵力によって克服されるものであり、停車時であるため非常に少なく設定するようにして、運転者が少ない操舵力を提供してもバルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対回転が容易に成り立ち、必要とする補助力を容易に生成できるようにする。
車両の低速走行時には図7に示すようにコントローラ23はソレノイドバルブ21に1アンペアより小さな電流を提供するが、もちろんこの時の電流は相対的に比較される高速での電流よりは大きい電流である。
従って、ソレノイドバルブ21は停止状態よりは多くて高速状態よりは少ない量のオイルをリアクションチャンバ39に供給するようになる。
従って、ソレノイドバルブ21は停止状態よりは多くて高速状態よりは少ない量のオイルをリアクションチャンバ39に供給するようになる。
リアクションチャンバ39に供給されたオイルはリアクションチャンバ39に油圧を形成し、この油圧は排出油路45に連結されたカットオフバルブ25によって制御されるが、カットオフバルブ25は、所定の油圧(例えば、5bar)以下では小径流入口53を通じてオイルが流入して流出口57を通じてオイルリザーバ3にリターンするようにし、所定の油圧以上になれば、カットオフスプール61がカットオフスプリング63を圧縮させながら移動してリアクションチャンバ39のオイルが大径流入口55を通じて流入して流出口57を通じてオイルリザーバ3にリターンされるようにする。
上記のようにリアクションチャンバ39に油圧が形成された状態で運転者が提供する操舵力がトーションバー11の一端に供給されれば、トーションバー11の一端に一体に連結されたバルブスプール15はピニオン13と一体に連結されたバルブスリーブ17に対して相対回転をし、パワーステアリングポンプ5から提供された油圧によってパワーシリンダ9が作動するようにする。
この時、バルブスプール15がバルブスリーブ17に対して相対回転をするためには、上記のようにバルブスプール15に対して回転が制限されるように設けられたリアクションリング29の制御溝35から制御ボール37が抜け出なければならない。リアクションリング29の制御溝35から制御ボール37が抜け出すためにはリアクションリング29はリアクションチャンバ39の油圧を勝ってスプリング31を圧縮させながらバルブスプール15の軸方向に移動しなければならない。バルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対回転を抑制する力はリアクションチャンバ39の油圧と、リアクションリング29がスプリング31を圧縮させながら制御溝35から制御ボール37が抜け出るようにする力及びトーションバー11のねじれ弾性力の和となる。
即ち、停車時に比べてリアクションチャンバ39に形成された油圧を克服するだけの力がさらに運転者の操舵力として提供されてこそバルブスプール15がバルブスリーブ17に対して相対回転してパワーシリンダ9による補助力が発生するようになる。
従って、停車時よりはさらに強い力によってステアリングホイールを回転させることによって、希望する操向がなされるようになる。
従って、停車時よりはさらに強い力によってステアリングホイールを回転させることによって、希望する操向がなされるようになる。
車両の高速走行時には図7を見れば、ソレノイドバルブ21には低速走行時よりさらに少ない電流が供給される。従って、ソレノイドバルブ21はパワーステアリングポンプ5からのオイルがリアクションチャンバ39に供給される流量をさらに大きくする。
リアクションチャンバ39には低速走行時より相対的にさらに大きい油圧が形成され、このように形成された油圧はカットオフバルブ25によって制御される。
リアクションチャンバ39には低速走行時より相対的にさらに大きい油圧が形成され、このように形成された油圧はカットオフバルブ25によって制御される。
上記のようにリアクションチャンバ39に油圧が形成された状態で運転者が提供する操舵力がトーションバー11の一端に供給されれば、トーションバー11の一端に一体に連結されたバルブスプール15はピニオン13と一体に連結されたバルブスリーブ17に対して相対回転をし、パワーステアリングポンプ5から提供された油圧によってパワーシリンダ9が作動する。
この時、バルブスプール15がバルブスリーブ17に対して相対回転をするためには、上記のようにバルブスプール15に対して回転が制限されるように設けられたリアクションリング29の制御溝35から制御ボール37が抜け出なければならない。リアクションリング29の制御溝35から制御ボール37が抜け出すためにはリアクションリング29はリアクションチャンバ39の油圧に耐えてスプリング31を圧縮させながらバルブスプール15の軸方向に移動しなければならないため、バルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対回転を抑制する力は、リアクションチャンバ39の油圧と、リアクションリング29がスプリング31を圧縮させながら制御溝35から制御ボール37が抜け出るようにする力及びトーションバー11のねじれ弾性力の和となる。
スプリングの圧縮力とトーションバー11のねじれ力は低速時も停車時の場合と同様で、リアクションチャンバ39の油圧は相対的にさらに大きいため、運転者はそれ同等のさらに大きい力でステアリングホイールを操作することによってこそパワーシリンダ9による補助力が生成されるようになる。
即ち、コントローラ23は車速にしたがってソレノイドバルブ21を制御し、ソレノイドバルブ21はリアクションチャンバ39に提供される流量を制御し、リアクションチャンバ39に形成される油圧はバルブスリーブ17に対するバルブスプール15の相対的な回動を可能にする回転力を可変させて、車速に応じて運転者の操舵力を補助するパワーシリンダ9の補助力を形成できるようにしたものである。
カットオフバルブ25がリアクションチャンバ39の油圧を制御する作用を見ると、所定の油圧(例えば5bar)以下ではソレノイドバルブ21を通じて供給されるオイルのうち一定量が小径流入口53と流出口57を通じてオイルリザーバ3にリターンされる状態を維持する。ソレノイドバルブ21がオイルを提供しない停車状態になれば、リアクションチャンバ39の油圧を解除できるようにし、所定の油圧以上になれば、大径流入口55を通じてもリアクションチャンバ39からのオイルが迅速に流出口57を通じてオイルリザーバ3にリターンされるようにすることによって、リアクションチャンバ39に行き過ぎた大きい油圧が形成されないようにする。
従って、ソレノイドバルブ21が完全に開放されてリアクションチャンバ39に最高の流量が供給される状態(車両が非常に早い高速走行中であるか、ソレノイドバルブ21が故障した時)でもリアクションリング29がスプリング31を圧縮させながら移動することができて動力操向がなされる。
図8にはカットオフバルブ25の小径流入口53直径が変化することによって形成されるリアクションチャンバ39の油圧によって運転者が操向するのに必要な操舵力(トルク)の関係をグラフに示す。直線区間の傾きが小さいほど小径流入口53の直径が大きい場合を表わしており、直線区間から急激に圧力が増加する部分は大径流入口55を通じてもリアクションチャンバ39のオイルがドレインされる状態を意味する。
従って、小径流入口53の直径に応じてパワーステアリングシステムの特性を変化させることができる。
従って、小径流入口53の直径に応じてパワーステアリングシステムの特性を変化させることができる。
本発明は全ての車両に適用できる可能性がある。
1 パワーステアリングギヤ
3 オイルリザーバ
5 パワーステアリングポンプ
7 コントロールバルブ
9 パワーシリンダ
11 トーションバー
13 ピニオン
15 バルブスプール
17 バルブスリーブ
19 ギヤボディ
21 ソレノイドバルブ
23 コントローラ
25 カットオフバルブ
27 エクステンションリング
29 リアクションリング
31 スプリング
33 スプリングシート
35 制御溝
37 制御ボール
39 リアクションチャンバ
41 バルブキャップ
43 供給油路
45 排出油路
47 係止溝
49 固定溝
51 固定ボール
53 小径流入口
55 大径流入口
57 流出口
59 カットオフボディ
61 カットオフスプール
63 カットオフスプリング
65 円錐状ランド
67 調節端部
69 車速センサ
3 オイルリザーバ
5 パワーステアリングポンプ
7 コントロールバルブ
9 パワーシリンダ
11 トーションバー
13 ピニオン
15 バルブスプール
17 バルブスリーブ
19 ギヤボディ
21 ソレノイドバルブ
23 コントローラ
25 カットオフバルブ
27 エクステンションリング
29 リアクションリング
31 スプリング
33 スプリングシート
35 制御溝
37 制御ボール
39 リアクションチャンバ
41 バルブキャップ
43 供給油路
45 排出油路
47 係止溝
49 固定溝
51 固定ボール
53 小径流入口
55 大径流入口
57 流出口
59 カットオフボディ
61 カットオフスプール
63 カットオフスプリング
65 円錐状ランド
67 調節端部
69 車速センサ
Claims (6)
- コントロールバルブのバルブスリーブとバルブスプールとの間に設けられて提供される圧力によって前記バルブスリーブに対するバルブスプールの相対的な回動を可能にする回転力を可変させる連結手段と;
パワーステアリングポンプから提供されるオイルの流量を制御して前記連結手段に提供するソレノイドバルブと;
車速に応じて前記ソレノイドバルブを制御するコントローラと;
前記連結手段に提供されたオイルの圧力変化に従ってオイルリザーバにリターンされるオイルの流量を制御するカットオフバルブと;
を含んで構成されることを特徴とする車速感応型パワーステアリングシステム。 - 前記連結手段は、前記バルブスリーブに一体に連結されたエクステンションリングと;
前記バルブスプールの外周にバルブスプールに対する相対回転が制限され、バルブスプールに対する軸方向直線運動は可能なように設けられたリアクションリングと;
前記リアクションリングを前記エクステンションリングの側面に圧着するように設けられたスプリング及びスプリングシートと;
前記エクステンションリングとリアクションリングとの間に互いに向き合うように形成されて前記エクステンションリングに対するリアクションリングの相対回転が制御されるように形成された制御溝と;
前記制御溝に挿入された制御ボールと;
前記スプリング及びスプリングシートを間に置いて、前記リアクションリングの前記スプリングに向かう面と互いに向き合うように設けられ、提供される油圧によって前記リアクションリングに作用する圧力を形成するリアクションチャンバをなすバルブキャップと;
を含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。 - 前記スプリングシートは前記バルブスプールの外周に差し込まれた円形プレートから構成されたことを特徴とする請求項2に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。
- 前記リアクションリングの内周面にバルブスプールの軸方向に形成された係止溝と;
前記係止溝に対応するように前記バルブスプールの外周面にバルブスプールの軸方向に形成された固定溝と;
前記係止溝と固定溝の間に挿入された固定ボールと;
によって前記リアクションリングの前記バルブスプールに対する相対回転は制限され、バルブスプールに対する軸方向直線運動は可能になっていることを特徴とする請求項2に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。 - 前記カットオフバルブは、前記リアクションチャンバに連通するように形成された小径流入口及び大径流入口及び前記オイルリザーバと連通するように形成された流出口を備えたカットオフボディと;
前記大径流入口に作用する圧力の大きさが上昇することによって前記小径流入口と流出口とを連通させた状態を大径流入口と前記流出口とを連通させる状態に転換させるように設けられたカットオフスプール及びカットオフスプリングと;
を含んで構成されることを特徴とする請求項2に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。 - 前記流出口と小径流入口及び大径流入口は前記カットオフボディに一列にその順番で形成され;
前記カットオフスプールは前記小径流入口を流出口と常時連通するようにする最大直径を有し、前記小径流入口側から大径流入口側方向に前記最大直径が小さくなる形状で形成された円錐状ランドを備え;
前記バルブボディの前記小径流入口と大径流入口との間の内部は前記円錐状ランドが移動することによって前記小径流入口と大径流入口とが連通される状態が調節されるように調節端部を備えたこと;
を特徴とする請求項5に記載の車速感応型パワーステアリングシステム。
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