JP2006312410A - 油圧パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動パワーステアリング装置と同等の精度にて補助力特性の変更制御に容易に対応することができる油圧パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 操舵部材に連なる入力軸２と操舵機構に連なる出力軸３とを第１トーションバー5aを介して同軸上に連結し、この連結部に油圧制御弁１を構成してある油圧パワーステアリング装置において、入力軸２を、第２のトーションバー5bを介して同軸上に連結された油圧制御弁１の側の第１軸2aと操舵部材の側の第２軸2bとに分割し、この連結部に入力軸２に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ８を備え、またこのトルクセンサ８の検出トルクに基づいて駆動され、第１軸2aに回転力を加える補助モータ６とを備える構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操舵部材の操作に応じてなされる車両の操舵を、操舵機構中に配した油圧シリンダの発生力により補助する構成とした油圧パワーステアリング装置に関する。

油圧パワーステアリング装置は、操舵機構中に配した複動式の油圧シリンダ（パワーシリンダ）が発生する油圧力により操舵を補助し、操舵部材としてのステアリングホイールの操作に要する運転者の労力負担を軽減して快適な操舵感覚を得ようとするものであり、前記パワーシリンダの両シリンダ室と、油圧源としての油圧ポンプ及び排油先としての油タンクとの間に、ステアリングホイールの操作に応じて油圧の給排制御を行う油圧制御弁を介装して構成されている。

前記油圧制御弁としては、ステアリングホイールと操舵機構とを連結するステアリング軸の回転を直接的に利用するロータリ式の油圧制御弁が一般的に用いられている。この油圧制御弁は、ステアリングホイールに連なる入力軸と操舵機構に連なる出力軸とをトーションバーを介して同軸に連結して前記ステアリング軸を構成し、出力軸の連結端に係合された筒形のバルブボディーの内側に入力軸の連結端部に一体に形成されたバルブスプールを相対回転自在に嵌め合わせてなる。

バルブボディーとバルブスプールとの嵌合周（前者の内周と後者の外周）上には、軸長方向に延びる各複数の油溝が周方向に並設してあり、バルブボディーとバルブスプールとは、夫々の油溝が周方向に千鳥配置され、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を形成するように組み付けられている。前記油溝の夫々は、油圧源及び排油先に夫々連なる給油溝及び排油溝と、給油溝の両側にて排油溝との間に夫々位置し、送油先となるパワーシリンダの両シリンダ室に各別に連なる一対の送油溝とを構成している。

以上の構成により、ステアリングホイールの操作によるステアリング軸の回転により、トーションバーの捩れを伴って入力軸及びバルブスプールと出力軸及びバルブボディーとの間に相対角変位が生じ、両者の嵌合周上に並ぶ絞り部の絞り面積が変化し、油圧源から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を経て一方の送油溝に導入され、該送油溝に連通された一方のシリンダ室と他方の送油溝に連通された他方のシリンダ室との間に圧力差が生じ、この圧力差に応じてパワーシリンダが発生する油圧力が操舵機構に加えられて操舵が補助される。また、この動作により他方のシリンダ室から押し出される作動油は、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を経て排油溝に導入され、排油先に排出される。

このように構成された油圧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上、この操舵補助力が操舵機構に直接に加えられるために操舵感が良好であるという利点を有する一方、ステアリングホイールの操作に応じてパワーシリンダの作動油を給排制御する油圧制御弁が、前記トーションバー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問題がある。

このような問題を解消することを目的として従来から、トーションバーの捩れを伴う油圧制御弁の動作、即ち、バルブスプールとバルブボディーとの相対角変位を走行状態に応じて制限し、補助力特性の変更に対応し得るようにした油圧パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この油圧パワーステアリング装置は、油圧制御弁の一側に油圧反力部を並設し、この油圧反力部が導入油圧の作用により発生する反力をバルブスプールとバルブボディーとの間に加え、両者の相対角変位を制限する構成となっており、車速、操舵角等の走行状態の検出結果に基づいて前記導入油圧を高低に制御し、補助力特性の変更を実現するように構成されている。
特開平９−２７２４５３号公報

ところが、この種の油圧パワーステアリング装置においては、油圧反力部の導入油圧を制御するために圧力制御弁を備える油圧制御回路が必要であり、この油圧制御回路を含めた制御系の構成が複雑となる上、このような制御下での油圧反力部の動作による前記相対角変位の制限は不確かであり、高精度での補助力特性の変更に対応することは難しい。

一方、操舵補助力の発生源として電動モータを用い、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した電動パワーステアリング装置においては、トルクセンサによる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に容易に対応することができるが、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おり、また前記伝動手段の介在により、油圧パワーステアリング装置と同等の操舵感を実現することは難しい。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置と同等の精度にて補助力特性の変更制御に容易に対応することができる油圧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発明に係る油圧パワーステアリング装置は、操舵部材に連なる入力軸と操舵機構に連なる出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結し、この連結部に、前記操舵部材の操作に応じて前記トーションバーの捩れを伴って前記入力軸及び出力軸間に生じる相対角変位を利用して前記操舵機構に操舵補助力を加えるパワーシリンダの作動油圧を給排制御する油圧制御弁を構成してある油圧パワーステアリング装置において、前記入力軸を、第２のトーションバーを介して同軸上に連結された前記油圧制御弁の側の第１軸と前記操舵部材の側の第２軸とに分割し、前記操舵部材の操作に応じて前記入力軸に加わる操舵トルクを前記第２のトーションバーの捩れを伴って前記第１，第２軸間に生じる相対角変位によって検出するトルクセンサと、該トルクセンサの検出トルクに基づいて駆動され、前記第１軸に回転力を加える補助モータとを備えることを特徴とする。

また本発明の第２発明に係る油圧パワーステアリング装置は、第１発明における第２のトーションバーが、前記第１軸との連結部において前記トーションバーと一体に連設してあることを特徴とする。

更に本発明の第３発明に係る油圧パワーステアリング装置は、第１又は第２発明における第２のトーションバーの捩りばね定数が、前記トーションバーの捩りばね定数よりも小さく設定してあることを特徴とする。

本発明の第１発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、操舵部材に操舵トルクが加えられたとき、この操舵トルクが第２のトーションバーの捩れに伴う第１軸及び第２軸の相対角変位を媒介としてトルクセンサにより検出され、この検出結果に基づいて駆動される補助モータの回転力が第１軸に加えられるから、入力軸と出力軸との間にトーションバーの捩れを伴って生じる相対角変位による油圧制御弁の動作が、前記操舵トルクと補助モータの回転力との相乗作用により生じ、前記補助モータの駆動制御により補助力特性の変更制御に、容易に、しかも高精度に対応することが可能となる。

また第２発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、第２のトーションバーをトーションバーと一体に連設したから、部品点数の削減による構成の簡素化を図ることができ、更に第３発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、第２のトーションバーの捩りばね定数をトーションバーの捩りばね定数よりも小さくしたから、トルクセンサによる操舵トルクの検出を油圧制御弁の動作に先行して生じさせ、補助モータによる油圧制御弁の動作補助が確実となり、補助力特性の変更制御を良好に行わせ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、本発明に係る油圧パワーステアリング装置の要部の構成を示す縦断面図である。

図中２は入力軸、３は出力軸であり、入力軸２は、軸長方向に第１軸2aと第２軸2bとに２分割されている。これらの各軸は、第１，第２軸2a，2bの一端部同士を突き合わせ、また第１軸2aの他端部と出力軸３の一端部とを突き合わせて、筒形をなすハウジング４の内部に同軸回りでの回動自在に支承されており、中空軸として構成された入力軸２（第１軸2a及び第２軸2b）の内側に挿通された第１のトーションバー5aと第２のトーションバー5bにより相互に連結されている。

入力軸２を構成する第２軸2bの他端部（上端部）は、ハウジング４の外側に突出させてあり、この突出端は図示しないステアリングホイールに連結されている。また出力軸３の他側半部（下半部）には、ピニオン31が形成されており、該ピニオン31は、ハウジング４の下部に出力軸３と交叉するように支承されたラック軸32に噛合され、ピニオン31の回転をラック軸32の軸長方向の移動に変換して操舵を行わせるラックピニオン式の操舵機構が構成されている。

第１，第２のトーションバー5a，5bは、夫々の一側を大径化してなる中間連結部50を介して一体に連設されており、また第１，第２のトーションバー5a，5bの他側端部には、中間連結部50と同様に大径化された連結部51，52が設けられている。このような第１，第２のトーションバー5a，5bにより入力軸２（第１軸2a及び第２軸2b）と出力軸３とは、第１軸2aの第２軸2bとの突き合わせ端部に中間連結部50を結合し、出力軸３の第１軸2aとの突き合わせ端部に第１のトーションバー5aの連結部51を、また第２軸2bの上端部に第２のトーションバー5bの連結部52を夫々結合して連結されている。

第１軸2aと出力軸３との連結部には、バルブボディー10及びバルブスプール11を備える油圧制御弁１が構成されている。バルブボディー10は、ハウジング４の該当部位に同軸上での回転自在に保持された円筒形の部材であり、出力軸３の上端に打設された連結ピン33により、該出力軸３と一体回転可能に連結されている。バルブスプール11は、バルブボディー10の内側に嵌め合わされた第１軸2aの外周に一体に形成されている。

バルブボディー10の内周面とバルブスプール11の外周面とには、公知の如く、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を形成している。

給油源となる油圧ポンプＰは、ハウジング４を内外に貫通するポンプポート40を介して前記油溝のいずれか（給油溝）に連通させてある。またこれらの給油溝の両側に相隣する油溝（送油溝）は、ラック軸32の中途に構成された図示しないパワーシリンダの両シリンダ室Ｓ_L ，Ｓ_R に、ハウジング４を内外に貫通する各別のシリンダポート41，42を介して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、第１軸2aの中空部を経て、バルブボディー10の一側において第１軸2aの外側に形成された排油室43に連通されており、この排油室43の該当位置にてハウジング４を内外に貫通するタンクポート44を介して排油先となる油タンクＴに連通させてある。

ハウジング４は、排油室43の他側を拡径し、オイルシール49により液密に封止されたギヤ室45を備えている。第１軸2aは、ギヤ室45の内部に延設されており、この延設部には、２つの玉軸受46，47による支持部間にウォームホイール61が嵌着固定されている。該ウォームホイール61の外周の歯部には、周方向の一か所にウォーム60が噛合されており、該ウォーム60は、ギヤ室45の外側に取り付けられた補助モータ６の出力端に連結されている。

該補助モータ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回転駆動される。この回転は、ウォーム60及びウォームホイール61により減速（増力）されて第１軸2aに伝達され、該第１軸2aに回転力が加えられる。

更にハウジング４は、ギヤ室45の他側を縮径して形成されたセンサ室48を備えている。第１軸2aと第２軸2bとは、センサ室48の内部において突き合わせてあり、この突き合わせ部にトルクセンサ８が構成されている。図示のトルクセンサ８は、第１軸2aの端部に圧入固定され、該第１軸2aと一体回転するヨークリング80と、該ヨークリング80の内側に面して第２軸2bに外嵌固定され、該第２軸2bと一体回転する円筒磁石81と、前記ヨークリング80の外側に面してセンサ室48に内嵌固定された集磁リング82と、該集磁リング82の対向面間に配されたホール素子等の磁気検知素子83とを備えてなる。

このように構成されたトルクセンサ８においては、第１，第２軸2a，2bを備える入力軸２に回転トルクが加えられた場合、第１，第２軸2a，2bの夫々と一体回転するヨークリング80と円筒磁石81との間に第２のトーションバー5bの捩れを伴って相対角変位が生じ、これに応じてヨークリング80に発生する磁束変化が集磁リング82により集められ、磁気検知素子83の出力が変化することなり、該磁気検知素子83の出力に基づいて入力軸２に加えられる回転トルクを算出することができる。なおこの種のトルクセンサは、前記相対角変位の検出手段の構成を変えて種々実用化されており、これらのトルクセンサを図示のトルクセンサ８に代えて用い得ることは言うまでもない。

トルクセンサ８の出力、即ち、磁気検知素子83の出力は、前記操舵制御部７に与えられており、該操舵制御部７において回転トルクの算出がなされる。操舵制御部７にはまた、車速センサ、舵角センサ等、操舵に影響を与える走行状態を検出する走行状態センサ71の出力が与えられており、操舵制御部７は、トルクセンサ８による検出トルク及び走行状態センサ71による走行状態に基づいて補助モータ６が発生すべき回転力を決定し、該補助モータ６に制御指令を発する動作をなす。

以上の如く構成された本発明に係る油圧パワーステアリング装置の動作について説明する。油圧制御弁１を構成するバルブボディー10とバルブスプール11とは、第１のトーションバー5aに捩れが生じていない中立状態にあるとき、嵌合周上の各油溝間の絞り部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）されており、油圧ポンプＰからポンプポート40を経て給油溝に供給される圧油は、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、第１軸2aの中空部、排油室43及びタンクポート44を経て油タンクＴに排出される。このとき、前記送油溝に夫々連通されたシリンダ室Ｓ_L ，Ｓ_R 間に圧力差は生じず、パワーシリンダは何らの力も発生しない。

一方、図示しないステアリングホイールに操舵トルクが加えられた場合、この操舵トルクが入力軸２に伝わり、更に第１のトーションバー5aを介して出力軸３に伝達されて、下半部のピニオン31と噛合するラック軸32の軸長方向の移動に変換されて操舵が行われる。このときラック軸32の移動は、図示しない操向用の車輪に作用する路面からの反力に抗して行われるから、入力軸２と出力軸３との間、即ち、バルブスプール11とバルブボディー10との間に、第１のトーションバー5aの捩れを伴って相対角変位が生じ、バルブボディー10とバルブスプール11との嵌合周上に並ぶ絞り部の絞り面積が変化する。

この絞り面積の変化は、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、給油溝に供給される圧油は、絞り面積を増した側の絞り部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41（又は42）を介して連通された一方のシリンダ室Ｓ_L （又はＳ_R ）と、他方の送油溝にシリンダポート42（又は41）を介して連通された他方のシリンダ室Ｓ_R （又はＳ_L ）との間に圧力差が生じ、パワーシリンダは、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32に加えられることとなり、ステアリングホイールの操作に応じて前述の如くなされる操舵が補助される。

またこのとき、他方のシリンダ室Ｓ_R （又はＳ_L ）から作動油が押し出され、対応するシリンダポート42（又は41）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を経て排油溝に導入されて、第１軸2aの中空部、排油室43及びタンクポート44を経て油タンクＴに排出される。

ここで本発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、以上の如く操舵トルクが加えられる入力軸２が、第２のトーションバー5bにより連結された第１軸2aと第２軸2bとに分割構成されており、これらの第１，第２軸2a，2b間にも第２のトーションバー5bの捩れを伴って相対角変位が生じ、第１，第２軸2a，2bの連結部に前述の如く構成されたトルクセンサ８の出力が変化し、この出力が与えられる操舵制御部７において前記操舵トルクが求められる。

操舵制御部７においては、例えば、求められた操舵トルクの方向に、該操舵トルクを予め設定された制御マップに適用して得られる回転力を発生すべく補助モータ６を駆動制御する動作をなす。このような制御により補助モータ６が発生する回転力は、ウォーム60及びウォームホイール61を介して第１軸2aに加えられ、該第１軸2aと出力軸３とを連結する第１のトーションバー5aの捩れによるバルブスプール11とバルブボディー10との相対角変位を助長すべく作用することとなり、この結果、パワーシリンダが発生する操舵補助力が増加せしめられる。

このように本発明に係る油圧パワーステアリング装置においては、バルブスプール11とバルブボディー10とを備える油圧制御弁１が、運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクと、補助モータ６が発生する回転力との相乗作用によりパワーシリンダの作動油を給排する動作をなすこととなり、補助モータ６の発生力の増減により、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクとパワーシリンダが発生する操舵補助力との対応関係、即ち、補助力特性を自在に変更することができる。

例えば、操舵制御部７において補助モータ６の回転力の決定に用いる制御マップを、操舵トルクが小さい範囲では回転力が漸増し、操舵トルクが大きい範囲では回転力が急増するように設定した場合、直進走行時には、ステアリングホイールに大なる剛性を付与してふらつきのない安定した走行を実現することができ、ステアリングホイールに所定値を超える操舵トルクが加えられたとき補助モータ６による大なる回転力の付加により操舵補助力が急増せしめられ、軽快な操舵感を実現することができる。

更に操舵制御部７には、走行状態センサ71による検出結果が与えられており、操舵制御部７は、この検出結果に応じて補助力特性を変更する動作を併せて行う。例えば、車速センサによる検出車速が大きく、舵角センサによる検出舵角が小さいときに補助モータ６の回転力を小さくし、検出車速が小さく、検出舵角が大きいとにきに補助モータ６の回転力を大きくすることにより、高速走行時の直進性の向上と、停車時及び低速時になされる大転舵における軽快な操舵感とを併せて達成することが可能となる。

なお補助モータ６が駆動されない場合、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクのみによる油圧制御弁１の動作により操舵補助がなされ、これにより最大の剛性感が得られるから、操舵制御部７は、例えば、高速走行時及び小転舵時に補助モータ６を駆動しない制御動作を行うようにしてもよい。

以上の如き補助力特性の変更制御は、例えば、補助モータ６の駆動電流の増減制御により、容易に、しかも高精度に実現することができ、本発明に係る油圧パワーステアリング装置によれば、大なる操舵補助力が得られ、また操舵感が良好であるという利点を維持しながら、走行状態に応じた補助力特性の変更に自在に対応することが可能となる。

このとき補助モータ６が発生する回転力は、第１軸2aと出力軸３とを連結する第１のトーションバー5aに捩じりを加え得る大きさを有しておればよく、この回転力は、ウォーム60及びウォームホイール61により増力されて第１軸2aに加えられるから、大型の補助モータ６は不要である。

なお、以上の動作を良好に行わせるためには、第２のトーションバー5bの捩りばね定数を第１のトーションバー5aの捩りばね定数よりも小とし、ステアリングホイールの操作に応じてトルクセンサ８による操舵トルクの検出が先行して生じるようにするのが望ましい。図１においては、第２のトーションバー5bを第１のトーションバー5aよりも小径として図示してあり、前述した捩りばね定数の設定がなされていることがわかる。

また図１においては、第２のトーションバー5bが第１のトーションバー5aと一体に連設されているが、第１，第２のトーションバー5a，5bは、別体に構成してあってもよいことは言うまでもない。

図２は、本発明に係る油圧パワーステアリング装置の他の実施の形態を示す縦断面図である。本図と図１との相違点は、第１軸2aに回転力を加える補助モータ６の構成のみであり、他の部分の構成については、対応する構成部材に図１と同一の参照符号を付して説明を省略する。

図２に示す補助モータ６は、第１軸2aに外嵌され、外周にマグネットを固着してなるロータ筒6aと、該ロータ筒6aの外側に面してハウジング４に内嵌されたステータコイル6bとを備え、該ステータコイル6bへの通電によりロータ筒6aに発生する回転力が第１軸2aに直接的に加えられるように構成されている。

この実施の形態によれば、ウォーム60及びウォームホイール61を備える伝動手段が不要であり、ハウジング４の外側への補助モータ６の取り付けが不要となり、構成の簡素化及びコンパクト化が達成される。

本発明に係る油圧パワーステアリング装置の要部の構成を示す縦断面図である。 本発明に係る油圧パワーステアリング装置の他の実施の形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 油圧制御弁
２ 入力軸
2a 第１軸
2b 第２軸
３ 出力軸
5a 第１のトーションバー（トーションバー）
5b 第２のトーションバー
６ 補助モータ
８ トルクセンサ

Claims (3)

1. 操舵部材に連なる入力軸と操舵機構に連なる出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結し、この連結部に、前記操舵部材の操作に応じて前記トーションバーの捩れを伴って前記入力軸及び出力軸間に生じる相対角変位を利用して前記操舵機構に操舵補助力を加えるパワーシリンダの作動油圧を給排制御する油圧制御弁を構成してある油圧パワーステアリング装置において、
   前記入力軸を、第２のトーションバーを介して同軸上に連結された前記油圧制御弁の側の第１軸と前記操舵部材の側の第２軸とに分割し、
   前記操舵部材の操作に応じて前記入力軸に加わる操舵トルクを前記第２のトーションバーの捩れを伴って前記第１，第２軸間に生じる相対角変位によって検出するトルクセンサと、
   該トルクセンサの検出トルクに基づいて駆動され、前記第１軸に回転力を加える補助モータと
   を備えることを特徴とする油圧パワーステアリング装置。
2. 前記第２のトーションバーは、前記第１軸との連結部において前記トーションバーと一体に連設してある請求項１記載の油圧パワーステアリング装置。
3. 前記第２のトーションバーの捩りばね定数は、前記トーションバーの捩りばね定数よりも小さく設定してある請求項１又は請求項２記載の油圧パワーステアリング装置。

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