JP4433179B2 - 油圧パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車速等の運転状態に応じて操舵補助特性を変更可能な油圧パワーステアリング装置に関する。

操舵補助力発生用油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、操舵トルクに応じた入力シャフトと出力シャフトの弾性的な相対回転量に応じて制御する制御バルブを備える油圧パワーステアリング装置においては、操舵トルクに応じて操舵補助特性を変化させることができる。そのような油圧パワーステアリング装置において、出力シャフトにより移動可能に支持されるプランジャを介して入力シャフトを押し付ける油圧を、車両の運転状態に応じて調節する油圧パワーステアリング装置が知られている（特許文献１参照）。これにより、入力シャフトと出力シャフトの相対回転量を車速等の運転状態に応じて規制することで操舵補助力を変化させ、高車速での走行安定性や低車速での操舵に対する応答性を向上することができる。
実登第２５０９９３９号公報

上記従来の油圧パワーステアリング装置を最高速度が大きな車両において用いる場合、車速が大きくなる程にプランジャを介して出力シャフトを押し付ける油圧を大きくするため、プランジャに作用する最大油圧を大きくする必要がある。そのため、圧油吐出用ポンプを含む装置全体が大型化し、重量、製造コストが増大するという問題がある。また、従来のパワーステアリング装置においては、入力シャフトを押し付ける油圧はプランジャを介してシャフト径方向に沿って作用する。そのため、入出力シャフトの相対回転方向の動きがプランジャの径方向の動きに変換される際、入力シャフトと押し付け部との間における滑りが大きくなる。そのような滑り部における摩擦に基づき、図１０に示すように、操舵トルクの変化に対する操舵補助力発生用油圧の変化時におけるヒステリシスＨが大きくなり、操舵フィーリングが悪化するという問題がある。本発明は、そのような問題を解決することの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。

本発明は、入力シャフトと、前記入力シャフトに、操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう連結される出力シャフトと、操舵補助力発生用油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転量に応じて制御する制御バルブと、前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転を車両の運転状態に応じて規制する規制手段とを備え、前記規制手段は、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方により移動可能に支持されるプランジャと、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方を押し付けるための油圧を車両の運転状態に応じて調節する油圧調節機構とを有する油圧パワーステアリング装置において、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方によって支持される梃子部材が設けられ、前記梃子部材は、前記油圧調節機構により調節される油圧を前記プランジャを介して受ける受圧部と、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方に対して近接する方向と離隔する方向とに往復移動可能な押し付け部とを有し、前記油圧調節機構により調節される油圧に基づき前記受圧部に作用する力よりも、この受圧部に作用する力に基づき前記押し付け部が前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方を押し付ける力の方が大きくされることを特徴とする。
本発明によれば、油圧調節機構により調節される油圧に基づき梃子部材の受圧部にプランジャを介して力が作用することで、入力シャフトと出力シャフトの中の他方が梃子部材の押し付け部により押し付けられる。その押し付け力は梃子部材の受圧部に作用する力よりも大きくされる。これにより、プランジャに作用する最大油圧を大きくすることなく、入出力シャフトの相対回転を規制する力を大きくできる。よって、最高速度が大きな車両の高速走行時における安定性を装置を大型化することなく向上できる。

前記梃子部材は、前記入出力シャフトの軸方向に沿う支軸中心に揺動可能に支持され、前記受圧部は前記プランジャに対して、前記入出力シャフトの径方向外方から内方に向かう油圧の作用を受けるように相対配置されるのが好ましい。これにより、梃子部材とプランジャを入出力シャフトの周囲にコンパクトに配置し、組み立ての煩雑さや装置の大型化を防止できる。

さらに、少なくとも一対の前記梃子部材が、前記入出力シャフトの周方向に沿って間隔をおいて並列され、その対の梃子部材における前記押し付け部の間に、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方に設けられるストッパー部と、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方に設けられる被押し付け部とが設けられ、その対の梃子部材の中の一方の押し付け部は、右操舵時に前記被押し付け部に押し付けられると共に、左操舵時に前記ストッパー部に押し付けられ、その対の梃子部材の中の他方の押し付け部は、左操舵時に前記被押し付け部に押し付けられると共に、右操舵時に前記ストッパー部に押し付けられるのが好ましい。これにより、入出力シャフトの相対回転を規制する力を入出力シャフトの相対回転方向に略沿うように作用させることができ、押し付け部と被押し付け部との間に大きな滑りを生じることなく、入出力シャフトの相対回転方向の動きをプランジャの動きに変換できる。よって、そのような滑り部における摩擦の影響を低減し、図９に示すように、操舵トルクの変化に対する操舵補助力発生用油圧の変化時におけるヒステリシスＨを小さくできる。

本発明によれば、車速等の運転状態に応じて操舵補助力を変化させる油圧パワーステアリング装置において、装置を大型化することなく低コストで簡単な構造により高速走行に対応できると共に良好な操舵フィーリングを得ることができる。

図１に示す本発明の実施形態のラックピニオン式油圧パワーステアリング装置１は、車両のステアリングホイール（図示省略）に連結される金属製入力シャフト２と、入力シャフト２に操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するようトーションバー６を介して連結される金属製出力シャフト３を備えている。すなわち、トーションバー６は、ピン４を介して入力シャフト２に連結され、セレーション５を介して出力シャフト３に連結され、これにより入力シャフト２と出力シャフト３は同軸中心に弾性的に相対回転する。入力シャフト２の一端側はベアリング８を介してハウジング７により支持される。入力シャフト２の他端側は、出力シャフト３の一端側の端部に形成された凹部に挿入されると共にブッシュ１２を介して支持されている。出力シャフト３は、ベアリング１０、１１を介してハウジング７により回転可能に支持されている。出力シャフト３にピニオン１５が一体的に形成され、ピニオン１５に噛み合うラック１６に車輪（図示省略）が連結される。これにより、操舵による入力シャフト２の回転は、トーションバー６を介してピニオン１５に伝達され、ピニオン１５の回転によりラック１６は車両幅方向に移動し、ラック１６の移動により車両の舵角が変化する。なお、ラック１６を支持するサポートヨーク４０がバネ４１の弾力によりラック１６に押し付けられている。

操舵補助力発生用油圧アクチュエータとして油圧シリンダ２０が設けられている。油圧シリンダ２０は、ハウジング７と一体のシリンダチューブと、ラック１６に一体化されるピストン２１を備え、シリンダチューブ内にピストン２１により仕切られる油室２２、２３が形成されている。

油圧シリンダ２０に供給される圧油の油圧を、入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転量に応じて制御するロータリー式油圧制御バルブ３０が設けられている。制御バルブ３０は、ハウジング７に回転可能に挿入されている筒状の第１バルブ部材３１と、第１バルブ部材３１に同軸中心に相対回転可能に挿入されている第２バルブ部材３２を備えている。第１バルブ部材３１は出力シャフト３にピン３３を介して同軸中心に同行回転するよう連結されている。第２バルブ部材３２は入力シャフト２の外周に一体的に成形され、これにより第２バルブ部材３２は入力シャフト２と同軸中心に同行回転する。ハウジング７に、圧油吐出用ポンプ４２に接続されるポートと、タンク４３に接続されるポートと、油圧シリンダ２０の一方の油室２２に接続されるポートと、他方の油室２３に接続されるポートが設けられ、各ポートは第１バルブ部材３１と第２バルブ部材３２の間における弁間流路２７を介して互いに連通する。弁間流路２７における絞り部の開度が入出力シャフト２、３の相対回転量に応じて変化する。例えば図２に示すように、制御バルブ３０は、第１バルブ部材３１の内周における複数の第１溝４８の軸方向縁と、第２バルブ部材３２の外周における複数の第２溝４９の軸方向縁との間が絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされ、一方の油室２２に通じる第１溝４８と他方の油室２３に通じる第１溝４８とが周方向において交互に配置され、ポンプ４２に通じる第２溝４９とトーションバー６と入力シャフト２との間を介してタンク４３に通じる第２溝４９とが周方向において交互に配置される。これにより、図３に示す油圧回路が構成される。操舵が行なわれていない時は、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが開き油圧は上昇しないので操舵補助力は発生しない。右操舵時は、入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転量に応じて絞り部Ａ、Ｄの開度が大きくなり、絞り部Ｂ、Ｃの開度が小さくなり、一方の油室２２に圧油が供給され、他方の油室２３からタンク４３に油が還流し、その相対回転量に応じた右方向への操舵補助力を油圧シリンダ２０は発生する。左操舵時は、絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度が右操舵時と逆になり、その相対回転量に応じた左方向への操舵補助力を油圧シリンダ２０は発生する。

入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転を車両の運転状態に応じて規制する規制手段５０が設けられている。図４〜図６に示すように、規制手段５０は、出力シャフト３に形成された複数（本実施形態では２つ）のガイド孔５１と、各ガイド孔５１に挿入されたプランジャ５２と、入出力シャフト２、３の周方向に沿って間隔をおいて並列される一対の梃子部材５３と、油圧調節機構６０を有する。

各ガイド孔５１の一端は出力シャフト３の内周において梃子部材５３に対向するように開口し、他端は出力シャフト３の外周において開口する。各ガイド孔５１の内周は円柱面に沿うものとされている。

各プランジャ５２は円柱形とされ、出力シャフト３によりガイド孔５１の内周を介して移動可能に支持されている。すなわち、各プランジャ５２は梃子部材５３に対して近接する方向と離隔する方向とに入出力シャフト２、３の径方向に沿って往復移動可能にガイド孔５１に挿入されている。なお、ガイド孔５１の内周とプランジャ５２の外周との間にオイルシールを介在させてもよい。さらに、ガイド孔５１の内周とプランジャ５２の外周との間に例えばポリテトラフルオロエチレンのような摩擦低減材製リングを介在させたり、プランジャ５２を摩擦低減材によりコーティングしてもよい。

図４に示すように、出力シャフト３の外周とハウジング７の内周との間を油密状にシールする一対のシール部材５５、５６が軸方向間隔をおいて設けられ、両シール部材５５、５６の間に各プランジャ５２が位置される。これにより、各プランジャ５２の他端とハウジング７の内周との間は油室５７とされ、各油室５７は周溝３″を介して連通する。油室５７はポンプ４２に油圧調節機構６０を介して接続される。油圧調節機構６０は、プランジャ５２と梃子部材５３を介して入力シャフト２を押し付けるための油圧を車両の運転状態に応じて調節する。

図５に示すように、各梃子部材５３は、入出力シャフト２、３の軸方向から見て略円弧形状を有し、その外周は出力シャフト３の一端側凹部３′の内周よりも内方に配置され、その内周は入力シャフト２の外周よりも外方に配置される。各梃子部材５３における外周面の一端側は、油圧調節機構６０により調節される油圧をプランジャ５２を介して受ける受圧部５３ａとされている。すなわち、受圧部５３ａはプランジャ５２に対して、入出力シャフト２、３の径方向外方から内方に向かう油圧の作用を受けるように相対配置される。

各梃子部材５３は両端間において出力シャフト３により支持される。すなわち、出力シャフト３に入出力シャフト２、３の軸方向に沿う中心軸を有するピン５４が固定され、ピン５４に梃子部材５３が揺動可能に嵌め合わされる。これにより、各梃子部材５３は出力シャフト３によりピン５４の中心軸である支軸５４ａ中心に揺動可能に支持されている。本実施形態では、出力シャフト３は一端側凹部３′内にボルト等により一体化されるリング部材３ａを有し、リング部材３ａにピン５４が設けられている。

各梃子部材５３における他端面に突起状の押し付け部５３ｂが設けられている。各押し付け部５３ｂは、梃子部材５３が支軸５４ａ中心に揺動することで出力シャフト３に対して近接する方向と離隔する方向とに往復移動する。各押し付け部５３ｂの先端は凸曲面とされている。入力シャフト２に径方向外方に突出する被押し付け部２ａが一体成形されている。また、出力シャフト３にリング部材３ａから軸方向に突出するストッパー部３ｃが設けられている。被押し付け部２ａとストッパー部３ｃは入出力シャフト２、３の軸方向において並列すると共に、両押し付け部５３ｂの間に位置される。なお、被押し付け部２ａを入力シャフト２とは別部材により設けて入力シャフト２に連結してもよいし、ストッパー部３ｃを出力シャフト３と一体成形するようにしてもよい。

右操舵時においては、操舵トルクに応じて入力シャフト２と出力シャフト３とが相対回転すると、一対の梃子部材５３の中の一方の押し付け部５３ｂは被押し付け部２ａに押し付けられ、他方の押し付け部５３ｂはストッパー部３ｃに押し付けられる。左操舵時においては、操舵抵抗により入力シャフト２と出力シャフト３とが相対回転すると、一対の梃子部材５３の中の一方の押し付け部５３ｂはストッパー部３ｃに押し付けられ、他方の押し付け部５３ｂは被押し付け部２ａに押し付けられる。これにより、入出力シャフト２、３が相対回転すると、その相対回転が梃子部材５３の支軸５４ａ中心の揺動によりプランジャ５２に伝達され、プランジャ５２は入出力シャフト２、３の径方向に沿って移動する。よって、各プランジャ５２と各梃子部材５３を介して油圧により入力シャフト２が押し付けられ、入力シャフト２と出力シャフト３との相対回転を規制することができる。

各梃子部材５３において、支軸５４ａから受圧部５３ａまでの距離は支軸５４ａから押し付け部５３ｂまでの距離よりも大きくされている。これにより、油圧調節機構６０により調節される油圧に基づき各梃子部材５３の受圧部５３ａに作用する力よりも、この受圧部５３ａに作用する力に基づき押し付け部５３ｂが入力シャフト２を押し付ける力の方が大きくされる。

図７に示すように、本実施形態の油圧調節機構６０は、ハウジング７に形成された保持孔６１に相対回転しないように挿入された筒状スリーブ６２と、スリーブ６２に自身の軸中心に相対回転可能に挿入されたスプール６３を備えている。スリーブ６２に、制御バルブ３０を介してポンプ４２に通じる圧油導入ポート６２ａと、油室５７に通じる圧油送り出しポート６２ｂが形成されている。スプール６３に、圧油導入ポート６２ａに通じる外周溝６３ａと、圧油送り出しポート６２ｂと重なる位置に配置される通孔６３ｂと、外周溝６３ａと通孔６３ｂを接続する圧油通路６３ｃとが形成される。油室５７は、図５に示すように出力シャフト３に形成される絞り通路３ｂを介して入出力シャフト２、３間に通じ、図外ドレン流路を介してタンク４３に通じる。図８に示すように、スリーブ６２の圧油送り出しポート６２ｂとスプール６３の通孔６３ｂとの重なり部分（図においてハッチングで示す）は可変絞り６０ａを構成し、可変絞り６０ａの開度はスプール６３の回転量に応じて変化する。スプール６３は減速機構６５を介してモータ６６に接続され、モータ６６の回転量は制御装置６７により制御される。モータ６６として例えばステッピングモータを用いることができる。制御装置６７は、車両の運転状態を検知するセンサからの信号に応じてモータ６６を制御する。本実施形態の制御装置６７は、車両の運転状態として車速を検出するセンサからの車速信号に基づき、車速が高速になる程に可変絞り６０ａの開度が大きくなるようにモータ６６を制御する。すなわち、高速走行時には可変絞り６０ａの開度を大きくすることで入力シャフト２を押し付ける油圧を大きくし、入出力シャフト２、３の相対回転の規制力を増加させる。車速が低下する程に可変絞り６０ａの開度を小さくして入力シャフト２を押し付ける油圧を小さくし、入出力シャフト２、３の相対回転の規制を緩和する。これにより、高車速時は入力シャフト２と出力シャフト３の相対回転量に応じた操舵補助力発生用油圧の増加が規制されて走行安定性が図られ、低車速時は舵補助力発生用油圧の増加規制が緩和されて操舵の高応答性が図られる。

上記実施形態によれば、油圧調節機構６０により調節される油圧に基づき梃子部材５３の受圧部５３ａにプランジャ５２を介して力が作用することで、入力シャフト２が梃子部材５３の押し付け部５３ｂにより押し付けられる。その押し付け力は受圧部５３ａに作用する力よりも大きくされる。これにより、プランジャ５２に作用する最大油圧を大きくすることなく、入出力シャフト２、３の相対回転を規制する力を大きくできる。よって、最高速度が大きな車両の高速走行時における安定性を向上できる。また、梃子部材５３とプランジャ５２を入出力シャフト２、３の周囲にコンパクトに配置し、組み立ての煩雑さや装置の大型化を防止できる。さらに、入出力シャフト２、３の相対回転を規制する力を入出力シャフト２、３の相対回転方向に略沿うように作用させることができ、押し付け部５３ｂと被押し付け部２ａとの間に大きな滑りを生じることなく、入出力シャフト２、３の相対回転方向の動きをプランジャ５２の動きに変換できる。よって、そのような滑り部における摩擦の影響を低減し、操舵トルクの変化に対する操舵補助力発生用油圧の変化時におけるヒステリシスを小さくできる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、梃子部材やプランジャの数は限定されない。梃子部材における押し付け部を梃子部材の支持位置である支軸と受圧部との間に配置し、その押し付け部により入力シャフトの外周を径方向から押し付けるようにし、被押し付け部やストッパーをなくしてもよい。プランジャと梃子部材を上記実施形態の出力シャフトに代えて入力シャフトにより支持し、油圧調節機構により調節される油圧によりプランジャと梃子部材を介して上記実施形態の入力シャフトに代えて出力シャフトを押し付けるようにしてもよい。車両の運転状態として車速以外の例えば舵角に応じて油圧調節機構により油圧を調節するようにしてもよい。本発明はラックピニオン式以外の油圧パワーステアリング装置にも適用でき、例えば出力シャフトがボールスクリューシャフトに一体化されているボールスクリュー式油圧パワーステアリング装置に適用してもよい。

本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置の縦断面図 本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置における制御バルブの横断面図 本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置における油圧回路 本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置における規制手段の要部の側断面図 本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置における規制手段の要部の平断面図 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図 本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置における油圧調節機構の断面図 本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置における油圧調節機構の作用説明図 本発明の油圧パワーステアリング装置における操舵トルクと操舵補助力発生用の圧油の油圧との関係を示す図 従来の油圧パワーステアリング装置における操舵トルクと操舵補助力発生用の圧油の油圧との関係を示す図

符号の説明

２ 入力シャフト
２ａ 被押し付け部
３ 出力シャフト
３ｃ ストッパー部
２０ 油圧シリンダ（操舵補助力発生用油圧アクチュエータ）
３０ 制御バルブ
５０ 規制手段
５２ プランジャ
５３ 梃子部材
５３ａ 受圧部
５３ｂ 押し付け部
５４ａ 支軸
６０ 油圧調節機構

Claims (3)

1. 入力シャフトと、
   前記入力シャフトに、操舵トルクに応じて弾性的に相対回転するよう連結される出力シャフトと、
   操舵補助力発生用油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転量に応じて制御する制御バルブと、
   前記入力シャフトと前記出力シャフトの相対回転を車両の運転状態に応じて規制する規制手段とを備え、
   前記規制手段は、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方により移動可能に支持されるプランジャと、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方を押し付けるための油圧を車両の運転状態に応じて調節する油圧調節機構とを有する油圧パワーステアリング装置において、
   前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方によって支持される梃子部材が設けられ、
   前記梃子部材は、前記油圧調節機構により調節される油圧を前記プランジャを介して受ける受圧部と、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方に対して近接する方向と離隔する方向とに往復移動可能な押し付け部とを有し、
   前記油圧調節機構により調節される油圧に基づき前記受圧部に作用する力よりも、この受圧部に作用する力に基づき前記押し付け部が前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方を押し付ける力の方が大きくされることを特徴とする油圧パワーステアリング装置。
2. 前記梃子部材は、前記入出力シャフトの軸方向に沿う支軸中心に揺動可能に支持され、
   前記受圧部は前記プランジャに対して、前記入出力シャフトの径方向外方から内方に向かう油圧の作用を受けるように相対配置される請求項１に記載の油圧パワーステアリング装置。
3. 少なくとも一対の前記梃子部材が、前記入出力シャフトの周方向に沿って間隔をおいて並列され、
   その対の梃子部材における前記押し付け部の間に、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の一方に設けられるストッパー部と、前記入力シャフトと前記出力シャフトの中の他方に設けられる被押し付け部とが設けられ、
   その対の梃子部材の中の一方の押し付け部は、右操舵時に前記被押し付け部に押し付けられると共に、左操舵時に前記ストッパー部に押し付けられ、
   その対の梃子部材の中の他方の押し付け部は、左操舵時に前記被押し付け部に押し付けられると共に、右操舵時に前記ストッパー部に押し付けられる請求項２に記載の油圧パワーステアリング装置。

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