JP4315881B2

JP4315881B2 - パワーステアリング装置

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Publication number: JP4315881B2
Application number: JP2004264575A
Authority: JP
Inventors: 淳添田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: DE102005042771B4; US20060070792A1; US7434655B2; JP2006076508A; DE102005042771A1

Description

本発明は、電動モータによりポンプを駆動し、操舵アシストするパワーステアリング装置に関する。

従来、特許文献１に開示されるようなパワーステアリング装置においては、例えば、オイルポンプが停止して油圧回路がロックするような場合、運転者の操舵操作に伴いシリンダのピストンが移動すると、このピストンによって加圧されたシリンダの一方の液圧室の作動油はリザーバタンクへ戻される。また、膨張する他方の液圧室は負圧となり、リザーバタンクから作動油を吸入する構成となっている。
特開２００３−２３７６０１号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、低温時のように作動油の油路抵抗が大きい場合には、リザーバタンクからの作動油の吸入が運転者の操舵操作に追従できず、運転者の操舵負荷が増大するという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、低温時のように作動油の油路抵抗が大きい場合であっても、運転者の操舵操作に対する作動油の追従性を確保し操舵負荷を低減したパワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願パワーステアリング装置においては、操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧シリンダと、前記油圧シリンダの両圧力室に対し第１及び第２油路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、前記操舵輪に与えるべき操舵アシスト力を検出する操舵アシスト力検出手段と、前記操舵アシスト力検出手段によって検出された操舵アシスト力に基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、前記第１油路と第２油路とを連通する第１、第２連通路と、前記第１連通路と第２連通路とを接続する第３連通路と、前記第３連通路に設けられ、この第３連通路の連通、遮断を切換える電磁切換弁と、前記第１連通路であって、前記第１連通路と前記第３連通路との接続部である第１接続部と前記第１油路との間に設けられ、前記第１油路から前記第１接続部への流れのみを許容する一方向弁と、前記第１連通路であって、前記第１接続部と前記第２油路との間に設けられ、前記第２油路から前記第１接続部への流れのみを許容する一方向弁と、前記第２連通路であって、前記第２連通路と前記第３連通路との接続部である第２接続部と前記第１油路との間に設けられ、前記第２接続部から前記第１油路への流れのみを許容する一方向弁と、前記第２連通路であって、前記第２接続部と前記第２油路との間に設けられ、前記第２接続部から前記第２油路への流れのみを許容する一方向弁とを備えることとした。

よって、低温時のように作動油の油路抵抗が大きい場合であっても、運転者の操舵操作に対する作動油の追従性を確保し操舵負荷を低減したパワーステアリング装置を提供できる。

以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

［パワーステアリング装置のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図４に基づき説明する。図１は、パワーステアリング装置のシステム構成図である。運転者がステアリングホイール１０を操舵すると、ステアリングシャフト２０及びコラムシャフト２１を介してピニオンシャフト３０が駆動され、所謂ラック&ピニオン機構によりラック軸４０が軸方向に移動し、前輪を操舵する。ステアリングシャフト２０には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ５０が設けられ、コントロールユニット６０に対し、トルク信号を出力する。

ラック軸４０には、運転者の操舵トルクに応じてラック軸４０の移動をアシストするパワーステアリング機構が設けられている。このパワーステアリング機構は、モータ７１により駆動する可逆式のポンプ７０と、ラック軸４０を左右に移動させるシリンダ８０が設けられている。このシリンダ８０の内部には軸方向移動可能なピストン８３が設けられ、このピストン８３により第１シリンダ室８１及び第２シリンダ室８２が画成される。

第１シリンダ室８１とポンプ７０は第１油路１１１を介して接続され、第２シリンダ室８２とポンプ７０は第２油路１１２を介して接続されている。また、第１、第２油路１１１，１１２はそれぞれ第１、第２吸入油路１０１，１０２を介してリザーバタンク１００と接続し、第１、第２吸入油路１０１，１０２にはそれぞれ吸入チェックバルブ２０１，２０２が設けられる。

吸入チェックバルブ２０１，２０２によりリザーバタンク１００側への逆流を防止するとともに、第１、第２油路１０１，１０２における作動油が不足した場合にはリザーバタンク１００から作動油を補給可能な構成となっている。

第１、第２油路１１１、１１２は第１、第２連通路１２１，１２２によりポンプ７０を介さずに接続され、第１、第２連通路１２１，１２２はそれぞれ第１、第２接続部１３１，１３２において第３連通路１２３により接続されている。この第３連通路１２３には常開の電磁切換弁３００が設けられて連通／遮断が行われる。

第１連通路１２１上であって第１接続部１３１と第１、第２油路１１１，１１２との間にはそれぞれ第１、第２チェックバルブ２１１，２１２が設けられている。第１チェックバルブ２１１は第１油路１１１から第１接続部１３１への流れのみを許容し、第２チェックバルブ２１２は第２油路１１２から第１接続部１３１への流れのみを許容するよう設けられている。

一方、第２連通路１２２上であって第２接続部１３２と第１、第２油路１１１，１１２との間にはそれぞれ第３、第４チェックバルブ２１３，２１４が設けられている。第３チェックバルブ２１３は第２油路１１２から第２接続部１３２への流れのみを許容し、第４チェックバルブ２１４は第１油路１１１から第２接続部１３２への流れのみを許容するよう設けられている。

コントロールユニット６０には、トルクセンサ５０からのトルク信号に加え、イグニッションスイッチからのスイッチ信号、エンジン回転数センサからのエンジン回転数信号、車速センサからの車速信号等が入力され、これら各種信号に基づいて操舵アシスト力を決定し、モータ７１及び電磁切換弁３００に対し指令信号を出力する。

［電磁切換弁の詳細］
図２は電磁切換弁３００の構成を表す拡大断面図である。電磁切換弁３００はポペット弁であり、コントロールユニット６０からの指令信号に基づいて電磁力を発生するソレノイド３１０と、ソレノイド３１０によりｙ軸負方向に吸引されるアーマチュア３２０とを収装するハウジング３３０と、ハウジング３３０と嵌合され、油圧回路内に挿入されるバルブハウジング３４０から構成されている。ポペット弁はスプール弁に比べコンタミ等異物の噛み込みが抑制され、噛み込んだとしても弁遮断状態で固着されないため、電磁切換弁３００をポペット弁として安全性を確保する。

バルブハウジング３４０内には、軸方向貫通孔３４１内に第１ポペット弁３５０及び第２ポペット弁３６０が格納され、第１ポペット弁３５０を上方に付勢する第１スプリング３５１と、第２ポペット弁３６０を上方に付勢する第２スプリング３６１が設けられている。

また、バルブハウジング３４０は第１、第３連通口３４２，３４３を有し、それぞれ第１、第３連通路１２１，１２３と接続する。また、軸方向貫通孔３４１のｙ軸負方向端部にはシート３４４が設けられ、第２ポペット弁３６０と当接する。また、第２ポペット弁３６０のｙ軸正方向端部には第１ポペット弁３５０が当接するシート部３６２が設けられている。このシート部３６２は、第２ポペット弁３６０において第１連通路１２１の作動油の液圧を受ける受圧部として機能する。

通電状態においてはソレノイド３１０の電磁力によりアーマチュア３２０がｙ軸負方向に吸引され、第１、第２スプリング３５１，３６１の付勢力に抗して第１、第２ポペット弁３５０，３６０がｙ軸負方向に押圧され、第２ポペット弁３６０がシート３４４と当接することで、第１連通路１２１と第３連通路１２３が遮断される構成となっている。

無通電状態においては第１、第２スプリング３５１，３６１の付勢力により第１、第２ポペット弁３５０，３６０がｙ軸上方に付勢されて第１、第３連通路１２１，１２３が互いに連通状態となる。フェールセーフ時には無通電状態とされ、電磁切換弁３００は連通状態とされる。

また、第２ポペット弁３６０における第３連通路１２３からの受圧部である第３受圧部３６３の面積は、第１連通路１２１からの受圧部である第１受圧部３６２の面積よりも小さく設けられている。第１連通路１２１上であって電磁切換弁３００の両側には第１、第２チェックバルブ２１１，２１２が設けられているため、第２ポペット弁３６０が遮断状態にある場合、一対の第１、第２チェックバルブ２１１，２１２間は通常時における操舵アシストによる所定の液圧が保持される。

この液圧は第２ポペット弁３６０を遮断させる方向、すなわちｙ軸負方向に作用する。さらに第１連通路１２１からの受圧部である第３受圧部３６３の面積は、第１連通路１２１からの受圧部である第１受圧部３６２の面積よりも小さく設けられている。このため、第１、第３連通路１２１，１２３の液圧が等しい場合であっても、第２ポペット弁３６０においては第３受圧部３６３から受けるｙ軸正方向の液圧よりも第１受圧部３６２から受けるｙ軸負方向の液圧が大きくなるため、液圧によっても第２ポペット弁３６０はｙ軸負方向に付勢されてシール性を向上させる構成となっている。

ソレノイド３１０が通電状態の場合第１、第２ポペット弁３５０，３６０は遮断状態となり、非通電状態であれば連通状態となるため、電源異常のときは電磁切換弁３００を連通状態としてマニュアルステアを確保する。また、通常の操舵アシスト時にあっては、第１、第２チェックバルブ２１１，２１２間の油路に作用する上記所定の液圧は第２ポペット弁３６０の遮断方向に作用する。そのため、この所定の液圧により第１、第２ポペット弁３５０，３６０を遮断するソレノイド３１０の消費電力を削減可能である。

［パワーステアリング装置内の作動油の流れ］
（操舵アシスト時）
図３は、操舵アシスト時におけるパワーステアリング装置内の作動油の流れを示す図である。運転者によりステアリングホイール１０の操舵が行われると、ステアリングシャフト２０を介してトルクセンサ５０により操舵トルクが検出される。検出された操舵トルクに基づき、コントロールユニット６０においてイグニッション信号、エンジン回転数、車速等を考慮して操舵アシスト量が決定され、この操舵アシスト量に基づいてモータ７１を駆動し、ポンプ７０を作動させる。

なお、以下では第１シリンダ室８１を増圧する場合について説明するが、本願パワーステアリング装置の油圧回路は左右対称であるため第２シリンダ室８２の増圧については省略する。

ポンプ７０により第２シリンダ室８２から汲み上げられて昇圧された作動油は、第１油路１１１に導入されて第１シリンダ室８１に導入されるとともに第１、第３チェックバルブ２１１，２１３に作用する。作動油の不足分はリザーバタンク１００から補給される。このとき、第３チェックバルブ２１３は第１油路１１１から第２油路１１２への流れは許容しないため、作動油は第３チェックバルブ２１３に閉塞されて第２接続部１３２には導入されない。

一方、第１チェックバルブ２１１は第１油路１１１から第１接続部１３１への流れのみを許容するため、作動油は第１チェックバルブ２１１を通過して第２チェックバルブ２１２、電磁切換弁３００に作用することとなる。このとき電磁切換弁３００は閉弁され、また第２チェックバルブ２１２は第１接続部１３１から第２油路１１２への流れを許容しないため、作動油は第２接続部１３２及び第２油路１１２には導入されない。

したがって、ポンプ７０により昇圧された作動油は第２、第３チェックバルブ２１２，２１３及び電磁切換弁３００により遮断されることで第１油路１１１から第２油路１１２への流れを遮断され、全て第１シリンダ室８１へ導入される。これにより第１シリンダ室８１が増圧されてピストン８３がｘ軸正方向へ移動し、操舵アシスト力を得る。

第２シリンダ室８２を増圧する場合においても、ポンプ圧を第１、第４チェックバルブ２１１，２１４及び電磁切換弁３００により遮断することで第２油路１１２から第１油路１１１への作動油の流れを遮断し、第２シリンダ室８２を増圧する。

（マニュアルステア時）
図４は、マニュアルステア時におけるパワーステアリング装置内の作動油の流れを示す図である。ポンプ７０やモータ７１の失陥、あるいは電気系統の失陥等により操舵アシスト力が付与されない場合、運転者の操舵力によって操舵を行う所謂マニュアルステアを行う。なお、以下ではラック軸４０をｘ軸正方向に移動させる場合について説明する。

運転者によりステアリングホイール１０に操舵力が付与されると、ステアリングシャフト２０及びピニオンシャフト３０を介してラック軸４０に操舵力が伝達され、ラック軸４０がｘ軸正方向移動を開始する。これに伴い、シリンダ８０内に設けられたピストン８３もラック軸４０とともに移動し、第１シリンダ室８１の容積を拡大し、第２シリンダ室８２の容積を縮小させる力が各シリンダ室８１，８２に働く。マニュアルステア時であるため、ポンプ７０による操舵アシスト力は発生しない。

このとき各シリンダ室８１，８２は作動油で満たされているため、第２シリンダ室８２には容積縮小に伴い加圧され、第２シリンダ室８２と連通する第２油路１１２は加圧傾向となり、作動油は第２、第４チェックバルブ２１２，２１４及びポンプ７０に作用する。

ここで、第４チェックバルブ２１４は第２油路１１２から第２接続部１３２への流れを許容せず、またポンプ７０はシールされ、リーク分だけでは第２シリンダ室８２において加圧された作動油を全て第１シリンダ室８１に導入することはできない。したがって、第２シリンダ室８２において加圧された作動油は、第２油路１１２から電磁切換弁３００方向への流れを許容する第２チェックバルブ２１２を介して電磁切換弁３００に導入される。

電磁切換弁３００は常開であり、フェール時には開弁される。そのためポンプ７０による操舵アシストが期待できないマニュアルステア時において常に開弁されており、第２チェックバルブ２１２から導入された作動油は電磁切換弁３００を通過して第３チェックバルブ２１３に作用する。また、第３チェックバルブ２１３は第２接続部１３２から第１油路１１１への流れを許容するため、作動油は第３チェックバルブ２１３を通過して第１油路１１１に導入される。

したがって、第１油路１１１から第２油路１１２へ作動油を導入する際には、第１チェックバルブ２１１、第１接続部１３１、電磁切換弁３００、第２接続部１３２、及び第４チェックバルブ２１４を介することによって作動油が導入される。また、第２油路１１２から第１油路１１１へ作動油を導入する際には、第２チェックバルブ２１２、第２接続部１３２、電磁切換弁３００、第１接続部１３１、及び第３チェックバルブ２１３を介することで作動油が導入される。

これにより、第２シリンダ室８２において加圧された作動油は過大な油路抵抗を受けることなく第１シリンダ室８１に供給され、第１シリンダ室８１を負圧傾向とすることなく各シリンダ室８１，８２間の作動油の移動を達成する。また、各シリンダ室８１，８２間の作動油の移動をスムーズに行うためリザーバタンク１００からの作動油の供給を受ける必要が少ない。したがってリザーバタンク１００から作動油を供給する際、運転者の操舵操作に対して作動油の供給が追従しないというおそれを回避する。

以上説明したように、マニュアルステア時においては、低温時など作動油の油路抵抗が大きい場合であっても各シリンダ室８１，８２間の作動油の流れをスムーズに行うことが可能となり、運転者の操舵操作に対する作動油の追従性を改善し、運転者に過大な操舵負荷をかけることなくラック軸４０のｘ軸方向移動を達成する。

なお、本願パワーステアリング装置の油圧回路は左右対称であるため、マニュアルステア時にラック軸４０をｘ軸負方向に移動させる場合、第１シリンダ室８１において加圧された作動油は、第１油路１１１、第１チェックバルブ２１１、電磁切換弁３００、及び第４チェックバルブ２１４を介して第２油路１１２に導入され、第２シリンダ室８２に供給されてラック軸４０のｘ軸負方向移動を達成する。

［従来例と本願実施例における作用効果の対比］
従来、パワーステアリング装置においては、例えば、オイルポンプが停止して油圧回路がロックするような場合、運転者の操舵操作に伴いシリンダのピストンが移動すると、このピストンによって加圧されたシリンダの一方の液圧室の作動油はリザーバタンクへ戻されるとともに、膨張する他方の液圧室は負圧となり、リザーバタンクから作動油を吸入する構成のものがある。しかしながら上記従来技術にあっては、低温時のように作動油の油路抵抗が大きい場合には、リザーバタンクからの作動油の吸入が運転者の操舵操作に追従できず、運転者の操舵負荷が増大するという問題があった。

これに対し本願実施例では、第１油路１１１と第２油路１１２とを連通する第１、第２連通路１２１，１２２と、第１、第２連通路１２１，１２２とを接続する第３連通路１２３と、第３連通路１２３に設けられて連通、遮断を切換える電磁切換弁３００と、第１接続部１３１と第１油路１１１との間に設けられ、第１油路１１１から第１接続部１３１への流れのみを許容する第１チェックバルブ２１１と、第１接続部１３１と第２油路１１２との間に設けられ、第２油路１１２から第１接続部１３１への流れのみを許容する第２チェックバルブ２１２と、第２接続部１３２と第１油路１１１との間に設けられ、第２接続部１３２から第１油路１１１への流れのみを許容する第３チェックバルブ２１３と、第２接続部１３２と第２油路１１２との間に設けられ、第２接続部１３２から第２油路１１２への流れのみを許容する第４チェックバルブ２１４とを備えることとした。

これにより、マニュアルステア時においては第２シリンダ室８２において加圧された作動油は第１シリンダ室８１に供給され、第１シリンダ室８１を負圧傾向とすることなく、またリザーバタンク１００からの作動油の供給を受けることなく各シリンダ室８１，８２間の作動油の移動を達成し、低温時など作動油の油路抵抗が大きい場合であっても各シリンダ室８１，８２間の作動油の流れをスムーズに行うことを可能とし、作動油の操舵操作に対する作動油の追従性を改善して運転者に過大な操舵負荷をかけることなくラック軸４０のｘ軸方向移動を達成することができる（請求項１に対応。）。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ）請求項１記載のパワーステアリング装置において、
前記電磁切換弁の弁部は、ポペット弁である。

スプール弁に比べてコンタミ等の異物の噛み込みが抑制される。また、異物を噛み込んだ場合であっても、遮断状態で固着することがないため、装置の安全性を向上させることができる。

（ロ）上記（イ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記ポペット弁は、遮断状態において前記第１連通路と連通する部分の受圧面積よりも、前記第３連通路と連通する部分の受圧面積のほうが小さい。

第１連通路におけるポペット弁の両側には一方向弁が設けられているため、ポペット弁が遮断状態にある場合、一対の一方向弁間には所定の液圧が保持される。この液圧はポペット弁の遮断方向に作用するため、ポペット弁のシール性が向上する。

（ハ）上記（ロ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記ポペット弁は、ソレノイドが通電状態のとき遮断状態となり、無通電状態のとき連通状態となる。

装置に電源異常が発生した場合にポペット弁が連通状態となるため、安全性を向上させることができる。また、一対の一方向弁間に保持される液圧がポペット弁の遮断方向に作用するため、ポペット弁を遮断させるのに用いられるソレノイドの電力消費量を削減することができる。

（ニ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
リザーバタンクと、前記第１油路とリザーバタンクとを接続する第４通路と、この第４通路に設けられ、リザーバタンクから第１油路側への作動油の流れのみを許容する一方向弁をさらに備える。

第１油路内が負圧状態となった場合、作動油の不足分を第４通路を介してリザーバタンクから補給することができる。

（ホ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
リザーバタンクと、前記第２油路とリザーバタンクとを接続する第５通路と、この第５通路に設けられ、リザーバタンクから第２油路側への作動油の流れのみを許容する一方向弁をさらに備える。

第２油路内が負圧状態となった場合、作動油の不足分を第５通路を介してリザーバタンクから補給することができる。

パワーステアリング装置を表す図である。電磁切替弁の拡大断面図である。操舵アシスト時における作動油の流れを示す図である。マニュアルステア時における作動油の流れを示す図である。

符号の説明

１０ステアリングホイール
２０ステアリングシャフト
２１コラムシャフト
３０ピニオンシャフト
４０ラック軸
５０トルクセンサ
６０コントロールユニット
７０ポンプ
７１モータ
８０シリンダ
８１，８２第１、第２シリンダ室
８３ピストン
１００リザーバタンク
１０１，１０２第１、第２吸入油路
１１１、１１２第１、第２油路
１２１〜１２３第１〜第３連通路
１３０接続部
２０１，２０２第１、第２吸入チェックバルブ
２１１〜２１４第１〜第４チェックバルブ
２１５固定弁
３００電磁切換弁
３１０ソレノイド
３２０アーマチュア
３３０ハウジング
３４０バルブハウジング
３４１軸方向貫通孔
３４２，３４３第１、第３連通口
３４４シート
３５０，３６０第１、第２ポペット弁
３５１，３６１第１、第２スプリング
３６２シート部
３６２、３６３第１、第３受圧部

Claims

操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダの両圧力室に対し第１及び第２油路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、
前記操舵輪に与えるべき操舵アシスト力を検出する操舵アシスト力検出手段と、
前記操舵アシスト力検出手段によって検出された操舵アシスト力に基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、
前記第１油路と第２油路とを連通する第１、第２連通路と、
前記第１連通路と第２連通路とを接続する第３連通路と、
前記第３連通路に設けられ、この第３連通路の連通、遮断を切換える電磁切換弁と、
前記第１連通路であって、前記第１連通路と前記第３連通路との接続部である第１接続部と前記第１油路との間に設けられ、前記第１油路から前記第１接続部への流れのみを許容する一方向弁と、
前記第１連通路であって、前記第１接続部と前記第２油路との間に設けられ、前記第２油路から前記第１接続部への流れのみを許容する一方向弁と、
前記第２連通路であって、前記第２連通路と前記第３連通路との接続部である第２接続部と前記第１油路との間に設けられ、前記第２接続部から前記第１油路への流れのみを許容する一方向弁と、
前記第２連通路であって、前記第２接続部と前記第２油路との間に設けられ、前記第２接続部から前記第２油路への流れのみを許容する一方向弁と
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。