JP2006306239A

JP2006306239A - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2006306239A
Application number: JP2005130502A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ohata; 貴史大畑; Shuzo Hiragushi; 周三平櫛; Osamu Sano; 修佐野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】操舵補助用のパワーシリンダの作動油圧を方向を含めて高精度に制御することができる単一の油圧制御弁を備え、大なる操舵補助力が得られるパワーシリンダを使用しながら、走行状態に応じた補助力特性の変更制御に高精度に対応し得るパワーステアリング装置を簡素な構成にて提供する。
【解決手段】固定フランジ52に連設された筒形のバルブボディー5aをトーションバー53により固定フランジ52に連結されたバルブスプール5bに外嵌し、アクチュエータによりバルブスプール5bに回転力を加え、バルブボディー5aとバルブスプール5bとを相対角変位させて、これらの嵌合周上に並設された絞り部5cの絞り面積を変える構成とした油圧制御弁５により操舵補助用のパワーシリンダの作動油圧を給排制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出し、この検出結果に基づいて動作する油圧制御弁により操舵補助用のパワーシリンダの作動油圧を給排制御する構成としたパワーステアリング装置に関する。

近年の自動車には、ステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて操舵機構に操舵補助力を加え、操舵に要する労力負担を軽減して快適な操舵感を得ることを目的としてパワーステアリング装置が広く装備されている。このパワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源として復動式の油圧シリンダ（パワーシリンダ）を用いる油圧式と、同じく電動モータを用いる電動式とに大別される。

油圧式のパワーステアリング装置は、操舵補助用のパワーシリンダの発生力が大きく、コンパクトな構成にて十分な操舵補助力が得られるという利点を有する一方、前記パワーシリンダに送給される作動油を操舵部材の操作に応じて給排制御する油圧制御弁が、前記操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸の捩れを利用した機械的な動作をなす弁であるために、車速、操舵角度等の走行状態に応じて補助力特性を変更することが難しいという不具合がある。

一方電動式のパワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出し、この検出トルクに基づいて操舵補助用の電動モータを駆動する構成となっており、検出トルクと電動モータの発生力との対応関係を自在に変更可能であり、走行状態に応じた補助力特性の変更制御が容易であるという利点を有する一方、操舵補助用の電動モータの発生力が小さく、十分な操舵補助力を得ようとした場合、前記電動モータ及び該電動モータから操舵機構への伝動手段が大型化するという難点を有している。

このような事情により、油圧式と電動式とを組み合わせ、両者の利点を活かすべく構成されたパワーステアリング装置が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。このパワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源としてパワーシリンダを用いると共に、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出し、この検出トルクに基づいてステアリング軸と別体に設けた油圧制御弁を動作させ、前記パワーシリンダへの作動油の給排を制御する構成となっている。この構成によれば、パワーシリンダの発生力により十分な操舵補助力を得ることができる上、トルクセンサによる検出トルクと油圧制御弁の動作量との対応関係を変えて、走行状態に応じた補助力特性の変更制御への対応が可能となる。
特開平１１−１８０３３２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたパワーステアリング装置においては、前記油圧制御弁として、筒形のバルブボディーと、該バルブボディーの内部に軸長方向への移動自在に嵌合保持されたバルブスプールと、該バルブスプールの両端に面して配されたソレノイドとを備えるソレノイド弁が用いられており、この種の油圧制御弁においては、両側のソレノイドにより押圧されて移動するバルブスプールの位置決め精度が低く、補助力特性の変更制御を高精度に実施することは難しい。

この問題を解消するために、パワーシリンダの作動油圧の高低制御のために高精度での圧力制御が可能な圧力制御弁を用いることが可能であるが、この場合、操舵方向に応じて作動油圧の方向を切り換えるための方向切換弁を並設する必要があり、２つの弁を制御するための制御系を含めて構成の複雑化を招来するという新たな問題が発生する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵補助用のパワーシリンダの作動油圧を方向を含めて高精度に制御することができる単一の油圧制御弁を備え、簡素な構成にて補助力特性の変更制御に高精度に対応可能な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発明に係るパワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出し、この検出結果に基づいて動作する油圧制御弁により操舵補助用のパワーシリンダの作動油圧を給排制御する構成としたパワーステアリング装置において、前記油圧制御弁は、トーションバーにより固定部に連結されたバルブスプールと、前記固定部に連設され、前記バルブスプールに外嵌された筒形のバルブボディーと、該バルブボディーと前記バルブスプールとの嵌合周上に並設され、前記バルブボディーと前記バルブスプールとの間の相対角変位に応じて絞り面積を変える絞り部と、前記操舵トルクの検出結果に基づいて駆動され、前記バルブスプールに回転力を加えるアクチュエータとを備えることを特徴とする。

また本発明の第２発明に係るパワーステアリング装置は、第１発明におけるアクチュエータが、前記バルブスプールの延長部に一体形成されたロータと、該ロータを同軸的に囲繞するステータとを備えるモータであることを特徴とする。

第１発明に係るパワーステアリング装置においては、固定部にトーションバーを介して連結されたバルブスプールに回転力を加え、前記固定部に連設されたバルブボディーとの間に相対角変位を生ぜしめ、バルブボディーとバルブスプールとの嵌合周上に並ぶ絞り部の絞り面積を変更する構成としたから、バルブスプールに回転力を加えるアクチュエータの発生力を操舵トルクの検出結果に基づいて制御することにより、補助力特性を高精度に変更することができ、簡素な構成にて補助力特性の変更制御を高精度に実施することが可能となる。

また第２発明に係るパワーステアリング装置においては、バルブスプールの延長部に一体形成されたロータと、該ロータを囲繞するステータとを備えるモータによりバルブスプールに回転力を加えるアクチュエータを構成したから、該アクチュエータを含めてコンパクトに構成された単一の油圧制御弁により補助力特性の変更制御に対応することが可能となる等、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、本発明に係るパワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。なお本図には、操舵部材としてのステアリングホイール１の操作に応じたピニオン10の回動を車体の左右方向に延設されたラック軸11の軸長方向の移動に変換し、この移動を左右の操舵用の車輪12，12に伝えて操舵を行わせるようにしたラックピニオン式の操舵機構を備える車両への適用例が示されているが、以下に述べる本発明の特徴的な構成は、ラックピニオン式以外の形式の操舵機構を備える車両への適用も可能であることは言うまでもない。

本発明に係るパワーステアリング装置は、ラック軸11の中途に復動式の油圧シリンダとして構成された操舵補助用のパワーシリンダ２と、該パワーシリンダ２の作動油圧の発生源としての油圧ポンプ３及び排油先としての油タンク４と、これらの間に介装された油圧制御弁５とを備えており、更に、ステアリングホイール１とピニオン10とを連絡するステアリング軸13の中途に構成され、ステアリングホイール１の操作に応じてステアリング軸13に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ８を備えている。

油圧制御弁５には、アクチュエータとしてのモータ6 が後述の如く付設されている。該モータ６は、マイクロプロセッサを用いてなる操舵制御部７から駆動回路70を介して与えられる制御指令に応じて後述の如く駆動され、この駆動に応じて油圧制御弁５は、油圧ポンプ３から送給される作動油をパワーシリンダ２に送給し、またパワーシリンダ２から戻される作動油を油タンク４に排出する給排制御動作をなす。操舵制御部７には、前記トルクセンサ８による操舵トルクの検出値が与えられており、また、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。

図２は、油圧制御弁５の縦断面図である。油圧制御弁５は、筒形をなすハウジング50の内部にバルブボディー5a及びバルブスプール5bを備えて構成されている。ハウジング50の内部には、中空軸として構成されたスプール軸51が、同軸上での回転自在に支承されている。スプール軸51の一側端部は、ハウジング50の同側の開口部を液密に封止する固定フランジ52の中央に突き合わせてあり、固定フランジ52とスプール軸51とは、該スプール軸51の中空部に挿通されたトーションバー53を介して同軸上に連結されている。

バルブボディー5aは、ハウジング50に内嵌保持された円筒形の部材であり、周方向の一か所に打設されたダウエルピン54により、固定フランジ52と一体に連結されている。このようなバルブボディー5aの内側には、スプール軸51の同側部分が相対回転自在に嵌め合わされており、この嵌め合わせ部にバルブスプール5bが構成されている。

以上の構成により、スプール軸51に回転力が加えられた場合、該スプール軸51と固定フランジ52とを連結するトーションバー53に前記回転力の方向及び大きさに対応する捩れが生じ、スプール軸51に一体形成されたバルブスプール5bと、固定フランジ52に連結されたバルブボディー5aとの間に周方向の相対角変位が生じる。

バルブボディー5aの内周面とバルブスプール5bの外周面とには、軸長方向に延びる各複数の油溝が周方向に略等配をなして並設されており、これらの油溝は、嵌合周上にて周方向に千鳥配置されて、相隣する油溝間に前記相対角変位に応じて絞り面積を変える複数の絞り部5cを形成している。このようにバルブボディー5a及びバルブスプール5bの嵌合周上に並設される絞り部5cは、一般的な油圧パワーステアリング装置においてステアリング軸13の中途に装備されるロータリ弁における絞り部として広く知られた構成であり、詳細な説明は省略する。

給油源となる油圧ポンプ３は、ハウジング50を内外に貫通するポンプポート55を介して前記油溝のいずれか（給油溝）に連通させてあり、これらの給油溝の両側に相隣する油溝（送油溝）は、ハウジング50を内外に貫通する各別のシリンダポート56，57を介して、ラック軸11の中途に構成されたパワーシリンダ２の左右のシリンダ室２_L，２_Rに夫々連通させてある。更に、これらの送油溝の他側に相隣する油溝（排油溝）は、スプール軸51の中空部を経て、バルブボディー5aの一側に並べてハウジング50の内部に形成された排油室58に連通されており、この排油室58の該当位置にてハウジング50を内外に貫通するタンクポート59を介して排油先となる油タンク４に連通させてある。

一方ハウジング50の内部には、前記排油室58の他側をオイルシール61により液密に封止してモータ室60が形成されている。スプール軸51は、モータ室60の内部にまで延長されており、この延長部には、外周にマグネットを固設してロータ62が一体形成されている。またモータ室60には、前記ロータ62と軸長方向に整合するように複数のコイルが内嵌保持されてステータ63が構成されており、これらのロータ62及びステータ63により、スプール軸51、及び該スプール軸51に一体形成されたバルブスプール5bに回転力を加えるモータ６が構成されている。

以上の如く構成された油圧制御弁５において、バルブボディー5aとバルブスプール5bとは、トーションバー53に捩れが生じていない中立状態において、嵌合周上の各油溝間の絞り部5cが互いに略等しい絞り面積を有するように周方向に位置調整（センタリング調整）されている。このとき、油圧ポンプ３からポンプポート55を経て給油溝に供給される作動油は、両側に相隣する送油溝に均等に配分されて導入され、更にこれらの他側に相隣する排油溝に導入されて、スプール軸51の中空部、排油室58及びタンクポート59を経て油タンク４に排出される。このとき、前記送油溝の夫々に連通されたシリンダ室２_L，２_R間に圧力差は生じず、パワーシリンダ２は何らの力も発生しない。

これに対し、前記モータ６が回転駆動され、スプール軸51に回転力が加えられた場合、前述の如く、スプール軸51に一体形成されたバルブスプール5bと、固定フランジ52に連設されたバルブボディー5aとの間に、トーションバー53の捩れを伴って前記回転力の方向及び大きさに応じた相対角変位が生じ、バルブボディー5aとバルブスプール5bとの嵌合周上に並ぶ絞り部5cの絞り面積が変化する。

この絞り面積の変化は、公知の如く、各油溝の両側において、一側の絞り面積を減じ、他側の絞り面積を増すように生じ、油圧ポンプ３からポンプポート55を経て給油溝に供給される作動油は、絞り面積を増した側の絞り部5cを通過して一方の送油溝に主として導入されるようになり、この送油溝にシリンダポート56（又は57）を介して連通された一方のシリンダ室２_L（又は２_R）と、他方の送油溝にシリンダポート57（又は56）を介して連通された他方のシリンダ室２_R（又は２_L）との間に圧力差が生じ、パワーシリンダ２は、この圧力差に応じた油圧力を発生し、この油圧力が操舵補助力として操舵機構中のラック軸11に加えられる。

またこのとき、他方のシリンダ室２_R（又は２_L）から作動油が押し出され、対応するシリンダポート57（又は56）を経て他方の送油溝に還流し、この送油溝の一側にて絞り面積を増した絞り部5cを経て排油溝に導入されて、スプール軸51の中空部、排油室58及びタンクポート59を経て油タンク４に排出される。

このようにしてパワーシリンダ２が発生する操舵補助力の方向は、モータ６によりバルブスプール5bに加えられる回転力の方向に対応し、また操舵補助力の大きさは、前記回転力の大きさに対応する。ここでモータ６が発生する回転力の大きさは、例えば、ステータ63に供給される駆動電流の増減により、簡易にしかも高精度に制御することができ、このような制御により、パワーシリンダ２が発生する操舵補助力を自在に変更制御するとができる。

前記モータ６は、操舵制御部７からの制御指令に従って駆動される。図１に示す如く操舵制御部７には、トルクセンサ８による操舵トルクの検出値が与えられ、また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。また操舵制御部７には、操舵補助力と操舵トルクとの対応関係、より詳しくは、操舵補助力と一義に対応するモータ６の回転力と操舵トルクとの対応関係が、例えば、制御マップの形態を有して記憶させてある。

操舵制御部７は、トルクセンサ８から与えられる操舵トルクの検出値を前記制御マップに適用し、現状において必要な操舵補助力、及びこの操舵補助力の発生に必要なモータ６の回転力を求め、この回転力を発生すべく制御指令を発して前記モータ６を回転駆動せしめる制御動作をなす。またこのとき、走行状態センサ９から与えられる走行状態の検出結果は、前述の如く求められる操舵補助力の補正に使用される。この補正は、例えば、車速の検出結果に応じて、低速走行時には操舵補助力を増し、軽快な操舵を実現する一方、高速走行時には操舵補助力を減じ、中立剛性を高めるべく行われる。

以上の操舵制御部７の動作によりモータ６は、所望の回転力を高精度に発生することができ、この回転力の付加に応じてバルブスプール5bとバルブボディー5aとの間に相対角変位が生じる。従って、単一の油圧制御弁５の使用により操舵補助用のパワーシリンダ２の作動油圧を方向を含めて高精度に制御することができ、簡素な構成でありながら、補助力特性の変更制御を高精度に実施することが可能となる。また、操舵補助力の発生源は、ラック軸11の中途に構成されたパワーシリンダ２であるから、コンパクトな構成により十分な操舵補助力が得られる。

また以上の実施の形態においては、油圧制御弁５のアクチュエータとなるモータ６が、バルブスプール5bを一側に備えるスプール軸51の他側に一体形成されたロータ62と、該ロータ62の外側を囲繞するステータ63とを備え、油圧制御弁５と共通のハウジング50内に構成されており、アクチュエータを含めた油圧制御弁５をコンパクト化することができる。

なお油圧制御弁５のアクチュエータは、バルブスプール5bに回転力を加え得る適宜の構成にて実現することができ、例えば、ハウジング50の外側に取り付けたモータをアクチュエータとして用い、該モータの回転力を、歯車伝動．タイミングベルトを用いたベルト伝動等の適宜の手段によりバルブスプール5bに伝える構成としてもよく、またアクチュエータとして電磁シリンダを用い、該電磁シリンダが発生する進退力をバルブスプール5bに突設されたアームに作用させて、バルブスプール5bに回転力を加える構成とすることができる。これらの場合においても、パワーシリンダ２が発生する操舵補助力は、モータ又は電磁シリンダの発生力の増減制御により変更可能であり、走行状態に応じた補助力特性の変更制御を、簡易に、しかも高精度に実施することができることは言うまでもない。

本発明に係るパワーステアリング装置において、作動油圧の発生源となる油圧ポンプ３は、操舵の状態及び走行状態の如何に拘らず略一定の圧力及び油量を確保し得るものであればよく、電動モータを駆動源とする電動ポンプに限らず、車両走行用のエンジンを駆動源とするエンジン駆動ポンプを用いることができ、自動変速機等、車両に搭載された他の油圧使用機器用の油圧ポンプと兼用することもできる。

本発明に係るパワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。本発明に係るパワーステアリング装置に用いられる油圧制御弁の縦断面図である。

符号の説明

１ステアリングホイール（操舵部材）
２パワーシリンダ
５油圧制御弁
5a バルブボディー
5b バルブスプール
5c 絞り部
６モータ（アクチュエータ）
51 スプール軸（延長部）
52 固定フランジ（固定部）
53 トーションバー
62 ロータ
63 ステータ

Claims

操舵部材に加えられる操舵トルクを検出し、この検出結果に基づいて動作する油圧制御弁により操舵補助用のパワーシリンダの作動油圧を給排制御する構成としたパワーステアリング装置において、
前記油圧制御弁は、トーションバーにより固定部に連結されたバルブスプールと、
前記固定部に連設され、前記バルブスプールに外嵌された筒形のバルブボディーと、
該バルブボディーと前記バルブスプールとの嵌合周上に並設され、前記バルブボディーと前記バルブスプールとの間の相対角変位に応じて絞り面積を変える絞り部と、
前記操舵トルクの検出結果に基づいて駆動され、前記バルブボディーに回転力を加え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。
前記アクチュエータは、前記バルブスプールの延長部に一体形成されたロータと、該ロータを同軸的に囲繞するステータとを備えるモータである請求項１記載のパワーステアリング装置。