JPH10203389A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置全体を大型化することなく、操舵補助力発
生用油圧シリンダに圧油を供給するポンプのリリーフ圧
力を小さくし、ポンプ部品や圧油供給用ホース等の耐久
性を向上できるパワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】操舵補助力発生用油圧シリンダ１８にポン
プから供給される圧油の油圧を制御弁により操舵抵抗に
応じて制御する。その油圧シリンダ１８のシリンダチュ
ーブ１９内のピストン２０により仕切られる一方の油室
２１に供給される圧油の油圧によるピストン２０の一方
向移動により、右操舵補助力が付与され、他方の油室２
２に供給される圧油の油圧によるピストン２０の他方向
移動により、左操舵補助力が付与される。操舵角度が設
定値以上の状態でのピストン２０の受圧面積が、その設
定値未満の状態でのピストン２０の受圧面積よりも大き
くなるように、そのピストン２０の受圧面積が変化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧シリンダによ
り操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】車両の操舵に要する力は、操舵角度が大
きくなるとタイヤに作用する路面からの反力が大きくな
るため、左右操舵限界直前まで操舵した状態において最
大になる。

【０００３】そのため、ポンプからの圧油によって操舵
補助力を発生させる油圧シリンダを備えるパワーステア
リング装置においては、その操舵に要する力に見合った
操舵補助力を発生させるため、その油圧シリンダにポン
プから供給される圧油の油圧を操舵抵抗に応じて制御す
る制御弁を備えている。これにより、図８に示すよう
に、その油圧シリンダに作用する油圧は、操舵限界直前
において最大とされる。なお、操舵限界角度θまで操舵
した状態においては、その油圧シリンダに作用する油圧
を解除し、衝撃を防止することが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記パワーステアリン
グ装置におけるポンプのリリーフ圧力は、その油圧シリ
ンダに作用する油圧の最大値よりも大きくする必要があ
る。しかし、ポンプのリリーフ圧力を大きくすると、ポ
ンプ部品や圧油供給用ホース等の耐久性が低下する。

【０００５】また、その油圧シリンダに圧油を供給する
ポンプを電動モータにより駆動し、省エネルギーのため
に、そのモータの回転速度を操舵補助時に操舵補助速度
にすると共に操舵補助解除時に待機速度にするパワース
テアリング装置においては、その油圧シリンダに作用す
る油圧を大きくするには、モータの出力トルクを大きく
する必要があるため駆動電流値が大きくなり、省エネル
ギー化を充分に図ることができない。

【０００６】本発明は、上記課題を解決することのでき
るパワーステアリング装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ポンプからの
圧油によって操舵補助力を発生させる油圧シリンダと、
その油圧シリンダに供給される圧油の油圧を操舵抵抗に
応じて制御する制御弁とを備え、その油圧シリンダは、
シリンダチューブと、このシリンダチューブ内を仕切る
ことで一対の油室を形成するピストンとを有し、一方の
油室に供給される圧油の油圧によるピストンの一方向移
動により右操舵補助力が付与され、他方の油室に供給さ
れる圧油の油圧によるピストンの他方向移動により左操
舵補助力が付与されるパワーステアリング装置に適用さ
れる。

【０００８】本発明のパワーステアリング装置は、左右
操舵角度が設定値以上の状態でのピストンの受圧面積
が、その設定値未満の状態でのピストンの受圧面積より
も大きくなるように、そのピストンの受圧面積が変化す
ることを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、ピストンの受圧面積を、
左右操舵角度が設定値以上の状態ではその設定値未満の
状態よりも大きくすることで、油圧シリンダに供給され
る圧油の油圧を大きくすることなく、操舵補助力を増大
して操舵抵抗を低減できる。よって、その油圧シリンダ
に作用させる油圧の最大値を低減し、そのポンプのリリ
ーフ圧力を小さくできる。

【００１０】そのシリンダチューブは、一方の油室にお
いて内径が一端に向かうに従い漸次大きくなる部分と、
他方の油室において内径が他端に向かうに従い漸次大き
くなる部分とを有し、そのピストンは、ピストン本体
と、このピストン本体の外周に嵌め合わされるピストン
リングとを有し、そのピストンの移動により、そのピス
トンリングの外径がシリンダチューブの内径の変化に応
じて変化するように、そのピストンリングは径方向に弾
性変形可能とされ、そのピストンリングの外径の変化に
よりピストンの受圧面積が変化するのが好ましい。これ
により、そのピストンの受圧面積を簡単な構成で変化さ
せることができる。この場合、そのピストン本体の外周
にピストンの移動方向に並列する複数のピストンリング
が嵌め合わされ、各ピストンリングは一箇所において分
断されることで外径が変化するように弾性変形可能とさ
れ、各ピストンリングの周方向に関する分断端位置は互
いに異なるものとされているのが好ましい。これによ
り、両油室間の圧油の漏れを確実に防止できる。

【００１１】その油圧シリンダは、電動モータにより駆
動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生さ
せ、そのモータの回転速度を、操舵補助時に操舵補助速
度にすると共に、操舵補助解除時に待機速度にする手段
を備えるのが好ましい。この場合、その油圧シリンダに
作用させる油圧の最大値を低減できるので、そのポンプ
の駆動用モータの出力トルクを小さくできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１３】図１に示すラックピニオン式パワーステア
リング装置１は、ステアリングホイールＨに連結される
入力軸２と、この入力軸２にトーションバー３を介し連
結される出力軸４とを備えている。そのトーションバー
３はピン５を介し入力軸２に連結され、また、セレーシ
ョン６を介し出力軸４に連結されている。その出力軸４
にピニオン７が形成され、このピニオン７に噛み合うラ
ック８が操舵用車輪（図示省略）に連結されている。そ
の入力軸２はベアリング９を介しバルブハウジング１０
ａに支持され、また、ブッシュ１１を介し出力軸４に支
持されている。その出力軸４はベアリング１２、１３を
介しラックハウジング１０ｂに支持されている。これに
より、操舵による入力軸２の回転がトーションバー３を
介しピニオン７に伝達されてラック８が車両幅方向に移
動し、このラック８の移動により車輪が操舵される。な
お、その入出力軸２、４とバルブハウジング１０ａとの
間にオイルシール１４、１５が設けられている。また、
そのラック８を支持するサポートヨーク１６が設けら
れ、このサポートヨーク１６はバネ１７の弾性力により
ラック８に押し付けられている。

【００１４】ポンプ３７からの圧油によって操舵補助力
を発生する油圧シリンダ１８が設けられている。その油
圧シリンダ１８は、ラックハウジング１０ｂの一部によ
り構成されるシリンダチューブ１９と、ラック８に一体
に形成された円環状のピストン２０とを有する。そのピ
ストン２０は、そのシリンダチューブ１９内を仕切るこ
とで一対の油室２１、２２を形成する。各油室２１、２
２に、油圧シリンダ１８に供給される圧油の油圧を操舵
抵抗に応じて制御するロータリー式油圧制御弁２３が接
続されている。その制御弁２３は、筒状の第１バルブ部
材２４と、この第１バルブ部材２４に相対回転可能に挿
入される第２バルブ部材２５とを備えている。その第１
バルブ部材２４は出力軸４にピン２６を介し同行回転可
能に取り付けられている。その第２バルブ部材２５は入
力軸２の外周に一体に形成されている。

【００１５】図２に示すように、第１バルブ部材２４の
内周と第２バルブ部材２５の外周とに、軸方向に沿う複
数の凹部が周方向等間隔に形成されている。その第１バ
ルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つ
の右操舵用凹部２７と、互いに周方向等間隔に位置する
４つの左操舵用凹部２８とで構成される。その第２バル
ブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの
圧油供給用凹部２９と、互いに周方向等間隔に位置する
４つの圧油排出用凹部３０とで構成される。各右操舵用
凹部２７と各左操舵用凹部２８とは周方向に交互に配置
され、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０と
は周方向に交互に配置される。各右操舵用凹部２７は、
第１バルブ部材２４に形成された第１流路３１およびバ
ルブハウジング１０ａに形成された第１ポート３２を介
し、図１に示すように油圧シリンダ１８の一方の油室２
１に通じる。各左操舵用凹部２８は、第１バルブ部材２
４に形成された第２流路３３およびバルブハウジング１
０ａに形成された第２ポート３４を介し、油圧シリンダ
１８の他方の油室２２に通じる。各圧油供給用凹部２９
は、第１バルブ部材２４に形成された第３流路３５およ
びバルブハウジング１０ａに形成された入口ポート３６
を介し、図１に示すようにポンプ３７に通じる。そのポ
ンプ３７は電動モータ５０により駆動され、例えば、そ
のモータ５０の回転速度に応じた流量の圧油を吐出する
ベーンポンプやギヤポンプにより構成できる。なお、ポ
ンプ３７と入口ポート３６との間にはリリーフバルブ８
０が設けられている。各圧油排出用凹部３０は、第２バ
ルブ部材２５に形成された第１排出路３８、入力軸２と
トーションバー３の内外周間の通路４７、図１に示す入
力軸２に形成された第２排出路３９、及びバルブハウジ
ング１０ａに形成された排出ポート４０を介して、タン
ク４１に通じる。これにより、そのポンプ３７、タンク
４１、及び油圧シリンダ１８の各油室２１、２２は、第
１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５の内外周間の弁
間流路４２を通じ連絡する。その弁間流路４２における
第１バルブ部材側凹部と第２バルブ部材側凹部の間は、
両バルブ部材２４、２５の相対回転により開度が変化す
る絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされ、その絞り部Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄの開度変化により油圧シリンダ１８に作用する油
圧が制御される。

【００１６】図２は、操舵が行なわれていない直進操舵
状態での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示す。こ
の状態において、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用
凹部３０とは全絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを介し連絡するた
め、ポンプ３７から供給された圧油は直接タンク４１へ
還流し操舵補助力は発生せず、そのため、上記モータ５
０を操舵補助に必要な操舵補助速度で駆動する必要はな
い。

【００１７】直進操舵状態から右方へ操舵すると、操舵
抵抗に応じてトーションバー３は捩じれ、両バルブ部材
２４、２５は弾性的に相対回転する。その結果、各右操
舵用凹部２７と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ａ
の開度および各左操舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３
０との間の絞り部Ｂの開度が大きくなり、各左操舵用凹
部２８と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度
および各右操舵用凹部２７と各圧油排出用凹部３０との
間の絞り部Ｄの開度が小さくなる。これにより、ポンプ
３７から油圧シリンダ１８の一方の油室２１へ圧油が供
給され、その圧油の油圧によりピストン２０が一方向に
移動し、油圧シリンダ１８の他方の油室２２からタンク
４１へ圧油が還流され、車両の右方への操舵補助力がラ
ック８に付与される。

【００１８】直進操舵状態から左方へ操舵すると、各絞
り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に
変化するので、ポンプ３７から油圧シリンダ１８の他方
の油室２２へ圧油が供給され、その圧油の油圧によりピ
ストン２０が他方向に移動し、油圧シリンダ１８の一方
の油室２１からタンク４１へ圧油が還流され、車両の左
方への操舵補助力がラック８に付与される。

【００１９】図１に示すように、上記モータ５０はコン
トローラ６０に接続される。そのコントローラ６０は制
御回路６１と駆動回路６２とを有する。その制御回路６
１はコンピュータにより主構成され、ステアリングホイ
ールＨの直進操舵状態からの操舵角度を検出する舵角セ
ンサ５１と、車速センサ５３とに接続される。この制御
回路６１は記憶した制御プログラムに従って、操舵補助
時にはモータ５０の回転速度を操舵補助速度とする指示
信号を駆動回路６２に出力し、操舵補助解除時にはモー
タ５０の回転速度を待機速度とする指示信号を駆動回路
６２に出力する。すなわち、その制御回路６１は、予め
設定した基準操舵角度を記憶する。その基準操舵角度
は、例えば、ステアリングホイールＨの舵角中点からの
遊び角度とされる。上記舵角センサ５１によって検知さ
れるステアリングホイールＨの操舵角度が、その基準操
舵角度以上の場合に操舵補助時であると判断する。ま
た、その舵角の変化がない場合や、舵角が遊びの範囲に
戻ってから所定時間経過した場合は、操舵補助解除時で
あると判断する。その駆動回路６２は、上記モータ５０
とバッテリー電源６３とに接続され、電力制御用スイッ
チング素子としてＦＥＴ等のトランジスタを含む公知の
ものを用いることができる。この駆動回路６２は、制御
回路６１からのモータ５０の回転速度を操舵補助速度と
する指示信号により、モータ５０に駆動電流を流す。そ
の操舵補助速度は、上記ポンプ３７から送り出される圧
油の流量が操舵補助に必要な流量になるように予め設定
される速度である。そのモータ５０の操舵補助速度は、
設定車速に達するまでは車速に比例して減少するものと
される。これにより、低車速では操舵補助力を大きくし
て車両の旋回性能を向上し、高車速では操舵補助力を小
さくして車両の走行安定性を向上できる。その車速は上
記車速センサ５３により検知される。また、制御回路６
１からモータ５０の回転速度を待機速度とする指示信号
が駆動回路６２に出力されると、駆動回路６２はモータ
５０への電流を遮断し、これにより操舵補助は解除され
る。その待機速度は、上記操舵補助速度よりも小さな予
め設定される速度であって、本実施形態では零とされ
る。

【００２０】図３に示すように、上記油圧シリンダ１８
のシリンダチューブ１９の両端内周とラック８の外周と
の間は、シール部材８２、８３により閉鎖されている。
そのシリンダチューブ１９の内径は、両端間部分１９ａ
では一定とされ、一端近傍部分１９ｂでは一端に向かう
に従い漸次大きくされ、他端近傍部分１９ｃでは他端に
向かうに従い漸次大きくされている。

【００２１】その油圧シリンダ１８のピストン２０は、
ラック８の外周に嵌め合わされた状態で、そのラック８
の外周の周溝８′の内面に接する抜け止め部２０′を有
し、また、そのラック８との間に止め輪８１が嵌め込ま
れることで、そのラック８に一体化されている。このピ
ストン２０は、円環状のピストン本体２０ａと、図４に
示すように、そのピストン本体２０ａの外周の周溝２０
ａ′に隙間を介して嵌め合わされる単一の円環状ピスト
ンリング２０ｂとを有する。図５の（１）、（２）、
（３）に示すように、そのピストンリング２０ｂは一箇
所において分断され、径方向に弾性変形可能とされてい
る。その弾性変形により、ピストンリング２０ｂを図５
の（２）に示す径の大きな自然状態から、図５の（３）
に示す径の小さな状態にすることができる。このピスト
ンリング２０ｂの外径は、自然状態において上記シリン
ダチューブ１９の両端近傍部分１９ｂ、１９ｃの内径の
最大値よりも大きくされている。本実施形態では、その
ピストンリング２０ｂの各分断端近傍では、分断端に向
かうに従い肉厚が小さくされ、両分断端は径方向に対し
て傾斜する面２０ｂ′を介して互いに面接合するものと
されている。

【００２２】そのピストンリング２０ｂは、左右操舵角
度が設定値以上になると、そのシリンダチューブ１９の
内径が変化する両端近傍部分１９ｂ、１９ｃに至るもの
とされている。これにより、そのピストン２０の図３で
実線で示す直進操舵状態から２点鎖線で示す操舵限界近
傍までの移動により、そのピストンリング２０ｂの外径
はシリンダチューブ１９の両端近傍部分１９ｂ、１９ｃ
における内径の変化に応じて外径が変化する。そのピス
トンリング２０ｂの外径の変化により、そのピストン２
０の受圧面積は、操舵角度が設定値以上の状態では、そ
の設定値未満の状態よりも大きくなるように変化する。
なお、本実施形態では、ピストン２０が操舵限界まで操
舵された場合、そのピストンリング２０ｂはシリンダチ
ューブ１９における制御弁２３との配管接続口１９″を
通過し、これにより、両油室２１、２２が互いに連絡さ
れ、その油圧シリンダ１８に作用する油圧が解除可能と
されている。

【００２３】上記構成によれば、ピストン２０の受圧面
積を、左右操舵角度が設定値以上の状態では設定値未満
の状態よりも大きくすることで、油圧シリンダ１８に供
給される圧油の油圧を大きくすることなく、操舵補助力
を増大して操舵抵抗を低減できる。よって、その油圧シ
リンダ１８に作用させる油圧の最大値を低減し、ポンプ
３７のリリーフ圧力を小さくできる。これにより、その
ポンプ３７のリリーフ圧力を小さくし、ポンプ部品や圧
油供給用ホース等の耐久性を向上できる。さらに、その
ポンプ３７の駆動用モータ５０の出力トルクを小さくで
きるので、そのモータ駆動電流値を小さくして省エネル
ギー化を向上できる。

【００２４】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、ピストンの受圧面積が変化する操舵角度の
設定値は、上記作用効果を奏することができれば特に限
定されず、例えば、その設定角度を零とすることで、図
３において２点鎖線で示すように、シリンダチューブ１
９の内径がピストン２０の直進操舵位置から漸次変化す
るようにしてもよい。また、図６の（１）に示すよう
に、ピストン本体２０ａの外周にピストン２０の移動方
向に並列する一対の周溝２０ａ′を形成し、各周溝２０
ａ′それぞれにピストンリング２０ｂを嵌め合わせるよ
うにしたり、図６の（２）に示すように、ピストン本体
２０ａの外周に上記実施形態よりも幅の広い単一の周溝
２０ａ″を形成し、その周溝２０ａ″にピストン２０の
移動方向に並列する一対のピストンリング２０ｂをバッ
クアップワッシャ２０ｄを介して嵌め合わせてもよい。
その図６の（１）、（２）それぞれの変形例において
は、一対のピストンリング２０ｂの一方の分断端位置と
他方の分断端位置とは周方向に関して互いに異なる位置
とされ、両油室２１、２２間の圧油の漏れ防止を確実な
ものとしている。また、図７の（１）、（２）、（３）
に示すように、ピストンリング２０ｂの各分断端近傍で
段差２０ｂ′が形成されることで肉厚が小さくされ、両
分断端近傍部分は径方向に平行な面２０ｂ″を介して互
いに面接合するものとされてもよい。また、本発明が適
用されるパワーステアリング装置のポンプは車両のエン
ジンにより駆動されるものであってもよい。さらに、本
発明をラックピニオン式パワーステアリング装置以外に
適用してもよく、例えばボールスクリュー式パワーステ
アリング装置にも適用できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、装置全体を大型化する
ことなく、簡単な構成で操舵補助力発生用油圧シリンダ
に圧油を供給するポンプのリリーフ圧力を小さくし、ポ
ンプ部品や圧油供給用ホース等の耐久性を向上でき、ま
た、そのポンプを電動モータにより駆動する場合はモー
タ駆動電流値を小さくして省エネルギー化を向上できる
と共に、モータ及びその駆動回路の電流負荷を小さくで
き、耐久性を向上できるパワーステアリング装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のパワーステアリング装置の
縦断面図

【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図

【図３】本発明の実施形態のパワーステアリング装置に
おける油圧シリンダの断面図

【図４】本発明の実施形態のパワーステアリング装置に
おける油圧シリンダの要部の断面図

【図５】本発明の実施形態のパワーステアリング装置に
おける油圧シリンダのピストンリングの（１）は正面
図、（２）は自然状態での断面図、（３）は縮小状態で
の断面図

【図６】本発明の実施形態のパワーステアリング装置に
おける油圧シリンダの要部の（１）は変形例の断面図、
（２）は異なる変形例の断面図

【図７】本発明の実施形態のパワーステアリング装置に
おける油圧シリンダのピストンリングの変形例の（１）
は正面図、（２）は自然状態での断面図、（３）は縮小
状態での断面図

【図８】従来のパワーステアリング装置の操舵角と操舵
補助力発生用油圧シリンダに作用する油圧との関係を示
す図

【符号の説明】

１ パワーステアリング装置 １８ 油圧シリンダ １９ シリンダチューブ ２０ ピストン ２０ｂ ピストンリング ２１、２２ 油室 ２３ 制御弁 ３７ ポンプ ５０ モータ ６０ コントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプからの圧油によって操舵補助力を
   発生させる油圧シリンダと、 その油圧シリンダに供給される圧油の油圧を操舵抵抗に
   応じて制御する制御弁とを備え、 その油圧シリンダは、シリンダチューブと、このシリン
   ダチューブ内を仕切ることで一対の油室を形成するピス
   トンとを有し、 一方の油室に供給される圧油の油圧によるピストンの一
   方向移動により右操舵補助力が付与され、他方の油室に
   供給される圧油の油圧によるピストンの他方向移動によ
   り左操舵補助力が付与されるパワーステアリング装置に
   おいて、 左右操舵角度が設定値以上の状態でのピストンの受圧面
   積が、その設定値未満の状態でのピストンの受圧面積よ
   りも大きくなるように、そのピストンの受圧面積が変化
   することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 そのシリンダチューブは、一方の油室に
   おいて内径が一端に向かうに従い漸次大きくなる部分
   と、他方の油室において内径が他端に向かうに従い漸次
   大きくなる部分とを有し、 そのピストンは、ピストン本体と、このピストン本体の
   外周に嵌め合わされるピストンリングとを有し、 そのピストンの移動により、そのピストンリングの外径
   がシリンダチューブの内径の変化に応じて変化するよう
   に、そのピストンリングは径方向に弾性変形可能とさ
   れ、 そのピストンリングの外径の変化によりピストンの受圧
   面積が変化する請求項１に記載のパワーステアリング装
   置。
3. 【請求項３】 そのピストン本体の外周にピストンの移
   動方向に並列する複数のピストンリングが嵌め合わさ
   れ、各ピストンリングは一箇所において分断されること
   で外径が変化するように弾性変形可能とされ、各ピスト
   ンリングの周方向に関する分断端位置は互いに異なるも
   のとされている請求項２に記載のパワーステアリング装
   置。
4. 【請求項４】 その油圧シリンダは、電動モータにより
   駆動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生
   させ、 そのモータの回転速度を、操舵補助時に操舵補助速度に
   すると共に、操舵補助解除時に待機速度にする手段を備
   える請求項１〜３の何れかに記載のパワーステアリング
   装置。