JPH1029552A

JPH1029552A - 車両用操舵制御装置

Info

Publication number: JPH1029552A
Application number: JP18452996A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kageyama; 裕充景山; Yoshio Yamamoto; 純郎山本; Hiroki Kanbe; 弘樹神戸; Mitsusachi Ouchi; 三幸大内; Masaharu Yamashita; 正治山下; Seiki Tashiro; 盛己田代; Masaaki Chiga; 雅明千賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】所定のプリセット荷重を得ることができるの
みならず、高い組付位置精度を必要とすることなく段付
感のない良好な操舵フィーリングを得ることができる車
両用操舵制御装置を得る。【解決手段】制御弁１０では、バルブボディに固定さ
れたＶノッチリング４０に溝部４２が形成されており、
ボール５２が配置されている。バルブシャフトには、軸
線方向に変位可能な反力板５０が固定されており、ボー
ル５２を押圧保持している。ここで、ボール５２と溝部
４２、ボール５２と反力板５０との間の静止摩擦力が、
反力板５０がボール５２に付与する回転力よりも大きく
なるように、摩擦係数が設定されている。これにより、
バルブシャフトの回転に伴って反力板５０がボール５２
に回転力を付与し、ボール５２は滑りを生じることなく
溝部４２内で転がり移動し、これがプリセット荷重とし
て作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両用
の操舵制御装置に係り、特に、バルブシャフトとバルブ
ボディの相対変位によって液圧を給排制御する油圧制御
弁を有する車両用操舵制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両用の操舵制御装置（例え
ば、油圧式のパワーステアリング装置）において、油圧
制御弁を備えたパワーステアリング装置が知られている
（例えば、特開平６−３２１１２４号公報）。

【０００３】この公報に示されたパワーステアリング装
置では、油圧制御弁はバルブシャフトとバルブボディと
を備えた所謂ロータリー式バルブとされており、バルブ
シャフトとバルブボディとの相対変位によって液圧を給
排制御できるようになっている。また、この油圧制御弁
では、出力軸に設けられたフランジ部に軸線方向に貫通
する複数のガイド孔が形成されており、各ガイド孔には
それぞれボールが挿入されている。さらに、入力軸には
ボールに対向してＶ字形の溝が設けられており、それぞ
れボールが当接している。さらに、各ボールは、油圧ピ
ストンによって押圧付勢されており、各Ｖ字溝に保持さ
れている。

【０００４】ステアリング操作によりバルブシャフトが
回転する際には、各Ｖ字溝に保持されたボールがこれら
のＶ字溝の中を移動する必要があり、これにより、ボー
ルがＶ字溝の中を移動するための力が操舵開始時におけ
る初期操舵力（プリセット荷重）として作用する構成で
ある。

【０００５】しかしながら、このような油圧制御弁を用
いたパワーステアリング装置では、前述の如く操舵開始
時における初期操舵力（プリセット荷重）を付与するた
めのボールを保持するガイド孔及びＶ字溝が、入力軸
（バルブシャフト）と出力軸（バルブボディ）の対向部
分に周方向に等間隔に設けられた構成であるため、各ガ
イド孔（ボール）及びＶ字溝の位置決め（位置精度）が
正確に行われないと、ボールがＶ字溝の中を移動するた
めの力が不連続に変化し、操舵力に段付感が生じる。す
なわち、相対変位角θ−操舵トルクＴの特性が、操舵開
始時（Ｔ＝０）からプリセット荷重（Ｔ＝Ｔ₀）に達す
るまでの間において段付き状態で変化し、このため操舵
フィーリングが低下する問題があった。

【０００６】またさらに、ボールがガイド孔内に摺動可
能に収容された構成であるため、ガイド孔とボールの間
で摩擦が発生し、その大きさが反力圧によって変化する
ため、これによっても操舵フィーリングが低下する問題
があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、所定のプリセット荷重を得ることができるのみな
らず、高い組付位置精度を必要とすることなく段付感の
ない良好な操舵フィーリングを得ることができる車両用
操舵制御装置を得ることが目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の車
両用操舵制御装置は、ステアリングホイールと操舵輪を
機械的に連結する操舵機構の途中に配設されバルブシャ
フトとバルブボディの相対変位によって液圧を給排制御
する油圧制御弁を有し、油圧源からの油液を前記油圧制
御弁により制御する車両用操舵制御装置において、前記
バルブボディの軸線方向端面に設けられた溝部と、前記
溝部に配置された球状体と、前記バルブボディの軸線方
向端面に対向して前記バルブシャフトに回転不能でかつ
軸線方向に移動可能に固定され、前記球状体を前記溝部
へ向けて所定の付勢力で押圧して保持する環状部材と、
を備え、かつ、前記球状体と溝部との間の静止摩擦力、
及び前記球状体と環状部材との間の静止摩擦力を、前記
バルブシャフトとバルブボディの相対変位時における作
動トルクに基づいて前記球状体に作用する回転力よりも
大きくした、ことを特徴としている。

【０００９】請求項１に記載の車両用操舵制御装置で
は、ステアリングホイールの操舵に応じて油圧制御弁の
バルブシャフトとバルブボディが相対変位し、これによ
って油圧源からの液圧が給排制御される。

【００１０】この場合、バルブボディの軸線方向端面に
設けられた溝部には球状体が配置されると共に、この球
状体はバルブシャフトに固定された環状部材によって押
圧されて溝部内で保持されている。

【００１１】ステアリング操作によりバルブシャフトが
回転する際には、バルブシャフトに固定された環状部材
がバルブシャフトと共に回転し、これにより球状体に回
転力が作用する。

【００１２】ここで、このようなバルブシャフトとバル
ブボディの相対変位時における作動トルクに基づいて球
状体に作用する回転力よりも、球状体と溝部との間の静
止摩擦力、及び球状体と環状部材との間の静止摩擦力が
大きくされているため、溝部に位置する球状体は、環状
部材及び溝部との間で滑りを生じることなく転がりなが
ら溝部の中を移動する。この球状体が溝部の中を移動す
るための力が、操舵開始時における初期操舵力（プリセ
ット荷重）として作用する。

【００１３】この場合、このような操舵開始時における
初期操舵力（プリセット荷重）を付与するための球状体
を押圧して溝部内で保持する環状部材は、静止摩擦力に
よって球状体に回転力を付与する構成であり、従来の如
くガイド孔等によってボールを保持する構成ではないた
め、本来的に球状体の中立点の位置合わせが不要であ
り、球状体と溝部の位置決め（位置精度）が問題になる
ことがない。さらに、環状部材は、バルブボディの軸線
方向に沿って移動可能であるため、球状体と環状部材と
の間に隙間が生じることがない。

【００１４】この結果、球状体が溝部の中を移動するた
めの力は連続的に変化し、操舵力に段付感が生じること
がなく、操舵角に拘わらず操舵特性を安定させることが
できる。すなわち、相対変位角θ−操舵トルクＴの特性
が、操舵開始時（Ｔ＝０）からプリセット荷重（Ｔ＝Ｔ
₀）に達するまでの間において連続的に変化し、このた
め操舵フィーリングが低下することがない。またさら
に、球状体が溝部の中を移動しても球状体は均一に押圧
付勢され、球状体に作用する荷重の方向が変化すること
がなく、異音の発生を低減できる。

【００１５】このように、車両用操舵制御装置では、所
定のプリセット荷重を得ることができるのみならず、高
い組付位置精度を必要とすることなく段付感のない良好
な操舵フィーリングを得ることができる。

【００１６】また、車両用操舵制御装置では、環状部材
の付勢力（弾性力）を変更すれば、プリセット荷重を容
易に変更でき、操舵特性を容易に変更することができ
る。また、環状部材と球状体との間に滑りが生じないた
め、両者の間に滑り摩擦力が発生することがなく、した
がって相対変位角θ−操舵トルクＴの特性にヒステリシ
スが生じることがない。

【００１７】またさらに、車両用操舵制御装置では、単
一の環状部材によって球状体を押圧付勢してプリセット
荷重を得る構成であるため、部品点数を低減することが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１には本発明の実施の形態に係
る車両用操舵制御装置の全体構成が示されている。

【００１９】車両用操舵制御装置は制御弁１０を含んで
構成されている。この制御弁１０は円筒状をしたバルブ
ハウジング１２を有しており、バルブハウジング１２内
にはバルブボディ１４が相対回転可能に配置されてい
る。このバルブボディ１４は円筒状をしており、ピニオ
ン軸１５（出力軸）にピン１７を介して一体回転可能に
連結されている。

【００２０】バルブボディ１４には、バルブシャフト１
６が相対回転可能に嵌合されている。このバルブシャフ
ト１６は、図示しない入力軸に連結されている。

【００２１】また、バルブシャフト１６の軸芯部分に
は、トーションバー１８が配置されている。トーション
バー１８は一端がバルブシャフト１６に連結されると共
に、他端がピニオン軸１５に連結されている。すなわ
ち、バルブシャフト１６はトーションバー１８を介して
ピニオン軸１５に連結された構成であり、ステアリング
の回動操作によってトーションバー１８が捩じられる
と、ピニオン軸１５に連結されたバルブボディ１４とバ
ルブシャフト１６との間に相対的な角度変位を生じるよ
うになっている。

【００２２】バルブボディ１４の外周面には、環状溝２
０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが軸方向に所定間隔で形成されて
おり、中央の環状溝２０Ｂは油圧回路を介して図示しな
い油圧ポンプに連結され、軸方向上側の環状溝２０Ａは
パワーシリンダ（図示省略）の例えば右側の油室に連結
され、軸方向下側の環状溝２０Ｃはパワーシリンダの例
えば左側の油室に連結されている。

【００２３】図６に示す如く、バルブボディ１４の内周
面には、軸方向に延びるランド部２２と凹溝２４とが、
円周方向に沿って交互に形成されている。バルブボディ
１４には、中央の環状溝２０Ｂを介して油圧ポンプから
の油圧を制御弁１０内に導入するプレッシャ油孔２６が
ランド部２２の径方向に貫通形成されている。また、パ
ワーシリンダの例えば右側の油室に油圧を吸排する一方
の環状溝２０Ａに連通する吸排油孔２８が凹溝２４に形
成され、パワーシリンダの例えば左側の油室に油圧を吸
排する他方の環状溝２０Ｃに連通する吸排油孔３０が凹
溝２４に形成されている。

【００２４】また、バルブシャフト１６の外周面には、
軸方向に延びるランド部３２と凹溝３４とが円周方向に
沿って交互に形成されている。バルブシャフト１６に
は、バルブボディ１４のプレッシャ油孔２６の形成され
ていないランド部２２に対向する凹溝３４に、圧力油を
バルブシャフト１６の内周空間部３８に導く連通油孔３
６が貫通形成されている。

【００２５】さらに、バルブシャフト１６には、バルブ
ボディ１４に対応しない部位に圧力油をリザーバタンク
（図示省略）に導く戻し油孔１９が貫通形成されてい
る。

【００２６】このバルブシャフト１６とバルブボディ１
４とは、トーションバー１８が捩じれていない状態（ス
テアリングの中立状態）において、バルブボディ１４の
凹溝２４とバルブシャフト１６のランド部３２とが図６
に示すように周方向中心部を一致させて対向しており、
ランド部３２の周方向両側にはバルブボディ１４のラン
ド部２２との間に所定の隙間３９が形成されるようにな
っている。この隙間３９は、バルブシャフト１６とバル
ブボディ１４とが相対回転するときに絞部となる。

【００２７】一方、図２にも示す如く、バルブボディ１
４の軸線方向上端面には、Ｖノッチリング４０が一体的
に固定されている。このＶノッチリング４０には、図３
及び図４に詳細に示す如く、断面Ｖ字形の溝部４２が周
方向において互いに等間隔の位置に三箇所形成されてい
る。さらに、Ｖノッチリング４０のこれらの溝部４２に
は、それぞれボール５２が配置されている。

【００２８】また、Ｖノッチリング４０の上方には、環
状部材としての反力板５０がＶノッチリング４０に対向
して配置されている。図１及び図２に示す如く、反力板
５０は、バルブシャフト１６に回転不能に連結されて常
にバルブシャフト１６と一体に回転すると共に、バルブ
シャフト１６の軸線方向に沿って変位可能となってい
る。また、反力板５０の上面には、スプリング６８の一
端が連結されており、さらにスプリング６８の他端はバ
ルブシャフト１６に取り付けられたプレート７０に係止
されている。これにより、反力板５０はスプリング６８
によってバルブボディ１４の軸線方向上端面（溝部４
２）へ向けて付勢されてボール５２を押圧しており、ボ
ール５２は、反力板５０と溝部４２との間で挟持状態で
押圧付勢されて溝部４２内で保持されている。また、バ
ルブシャフト１６と共に反力板５０が回転した際には、
反力板５０の下面がボール５２を押圧してボール５２に
回転力（移動力）を作用させることができる構成であ
る。

【００２９】ここで、ボール５２と溝部４２との間の静
止摩擦力、及びボール５２と反力板５０との間の静止摩
擦力が、バルブシャフト１６とバルブボディ１４の相対
変位時における作動トルクに基づいて反力板５０がボー
ル５２に付与する回転力よりも大きくなるように、各部
の摩擦係数が設定されている。

【００３０】この場合、前記摩擦係数の設定値について
さらに詳細に説明すれば、図５に示す如く、溝部４２内
に位置するボール５２と反力板５０との関係において、
バルブシャフト１６とバルブボディ１４の相対変位時に
おける作動トルクに基づいて反力板５０がボール５２に
付与する回転力Ｆ₁が増加していくと、ボール５２は溝
部４２の一方の傾斜面に乗り上げ、Ｎ₂＝０となる。こ
こで、 φ ：溝部４２の傾斜角度 μ₁：ボール５２と反力板５０との間の摩擦係数 μ₂：ボール５２と溝部４２との間の摩擦係数とすると、上下方向の釣合い：Ｗ＝Ｎ₁cosφ＋Ｆ₂sinφ 左右方向の釣合い：Ｎ₁sinφ＝Ｆ₁＋Ｆ₂cosφ モーメントの釣合い：Ｆ₁＝Ｆ₂ の関係が成り立つ。これらにより、Ｎ₁＝ＷＦ₁＝（sin φ／１＋cos φ）・Ｗの関係が成り立つ。したがって、（sin φ／１＋cos φ）＜μ₁ （sin φ／１＋cos φ）＜μ₂ となるように設定すれば、反力板５０は静止摩擦力によ
ってボール５２に回転力を付与でき、溝部４２内に位置
するボール５２は、反力板５０及び溝部４２との間で滑
りを生じることなく転がりながら溝部４２の中を移動す
る構成である。

【００３１】次に、本実施の形態の作用を説明する。上
記構成の制御弁１０（車両用操舵制御装置）では、油圧
ポンプから供給される圧力油は、分流弁によって分流さ
れた後に、制御弁１０の中央の環状溝２０Ｂ、プレッシ
ャ油孔２６を介してバルブシャフト１６の凹溝３４に導
入され、凹溝３４の周方向両側の隙間３９を介して、両
側に隣接するバルブボディ１４の凹溝２４に導入され
る。凹溝２４に導入された圧力油は、この凹溝２４にお
ける前記凹溝３４とは反対側の隙間３９を介して連通油
孔３６に連通された凹溝３４に導入され、連通油孔３
６、内周空間部３８を介してリザーバタンクに戻され
る。

【００３２】ステアリングが中立状態である場合には、
トーションバー１８に捩じれが生じないので、図５に示
すようにプレッシャ油孔２６に対向する凹溝３４の周方
向両側に位置する隙間３９の開口面積は等しくなる。こ
のときには、プレッシャ油孔２６の形成されたランド部
２２の両側の凹溝２４間には圧力差が生じず、パワーシ
リンダの右側の油室の圧力と左側の油室の圧力とは等し
くなり、パワーシリンダにアシスト力は生じない。

【００３３】ステアリングホイールが回転操作されトー
ションバー１８に捩じれが生じると、バルブボディ１４
とバルブシャフト１６との間に相対的な角度変位を生
じ、凹溝３４の周方向両側の隙間３９の開口面積に差が
生じる。これにより、プレッシャ油孔２６の形成された
ランド部２２の両側の凹溝２４間に一方の隙間３９（回
転方向の反対側の隙間）が絞られることによって圧力差
が生じ、これらに連結するパワーシリンダの両油室間に
も圧力差が生じて操舵方向にアシスト力が生じる。

【００３４】ここで、バルブボディ１４の軸線方向端面
（Ｖノッチリング４０）に設けられた溝部４２にはボー
ル５２が配置されており、反力板５０によって押圧され
て溝部４２内に保持されている。ステアリング操作によ
りバルブシャフト１６が回転する際には、バルブシャフ
ト１６に固定された反力板５０がこれに連動し、ボール
５２を押圧しながら回転してボール５２に回転力（移動
力）が作用する。

【００３５】ここで、このようなバルブシャフト１６と
バルブボディ１４の相対変位時における作動トルクに基
づいてボール５２に作用する回転力よりも、ボール５２
と溝部４２との間の静止摩擦力、及びボール５２と反力
板５０との間の静止摩擦力が大きくされているため、溝
部４２内に位置するボール５２は、反力板５０及び溝部
４２との間で滑りを生じることなく転がりながら溝部４
２の中を移動する。このボール５２が溝部４２の中を移
動するための力が、操舵開始時における初期操舵力（プ
リセット荷重）として作用する。

【００３６】この場合、このような操舵開始時における
初期操舵力（プリセット荷重）を付与するためのボール
５２を押圧して溝部４２内で保持する反力板５０は、静
止摩擦力によってボール５２に回転力を付与する構成で
あり、従来の如くガイド孔等によってボール５２を保持
する構成ではないため、本来的にボール５２の中立点の
位置合わせが不要であり、ボール５２と溝部４２の位置
決め（位置精度）が問題になることがない。さらに、反
力板５０は、バルブボディ１４の軸線方向に沿って移動
可能であるため、ボール５２と反力板５０との間に隙間
が生じることがない。

【００３７】この結果、ボール５２が溝部４２の中を移
動するための力は連続的に変化し、操舵力に段付感が生
じることがなく、操舵角に拘わらず操舵特性を安定させ
ることができる。すなわち、図７に示す如く、相対変位
角θ−操舵トルクＴの特性が、操舵開始時（Ｔ＝０）か
らプリセット荷重（Ｔ＝Ｔ₀）に達するまでの間におい
て連続的に変化し、このため操舵フィーリングが低下す
ることがない。またさらに、ボール５２が溝部４２の中
を移動してもボール５２は均一に押圧付勢され、ボール
５２に作用する荷重の方向が変化することがなく、した
がって、操舵角に拘わらず操舵特性を安定させることが
でき、また異音の発生を低減できる。

【００３８】このように、制御弁１０（車両用操舵制御
装置）では、所定のプリセット荷重を得ることができる
のみならず、高い組付位置精度を必要とすることなく段
付感のない良好な操舵フィーリングを得ることができ
る。

【００３９】また、制御弁１０（車両用操舵制御装置）
における、プレート７０をバルブシャフト１６に対して
螺合することにより、軸線方向に調整可能としてスプリ
ング６８（反力板５０）の付勢力（弾性力）を変更すれ
ば、プリセット荷重を容易に変更でき、操舵特性を容易
に変更することができる。また、反力板５０とボール５
２との間に滑りが生じないため、両者の間に滑り摩擦力
が発生することがなく、したがって相対変位角θ−操舵
トルクＴの特性にヒステリシスが生じることがない。

【００４０】またさらに、制御弁１０（車両用操舵制御
装置）では、単一の反力板５０によってボール５２を押
圧付勢してプリセット荷重を得る構成であるため、部品
点数を低減することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る車両用
操舵制御装置は、所定のプリセット荷重を得ることがで
きるのみならず、高い組付位置精度を必要とすることな
く段付感のない良好な操舵フィーリングを得ることがで
きるという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る制御弁の全体構成を
示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る制御弁のＶノッチリ
ング、ボール、反力板等の対応関係を示す概略的な断面
図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る制御弁のバルブシャ
フト、反力板、ボール等の対応関係を示す平断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態に係る制御弁の反力板、ボ
ール、溝部等の対応関係を示す断面図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る制御弁の反力板、ボ
ール、溝部等に作用する力の対応関係を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態に係る制御弁の軸線に直角
な方向に沿った模式的な半断面図である。

【図７】本発明の実施の形態に係る制御弁による相対変
位角θ−操舵トルクＴの特性を示す線図である。

【符号の説明】

１０制御弁（車両用操舵制御装置）１２バルブハウジング１４バルブボディ１６バルブシャフト１８トーションバー４０Ｖノッチリング４２溝部５０反力板（環状部材）５２ボール（球状体）６８スプリング

フロントページの続き (72)発明者大内三幸愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山下正治愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者田代盛己愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者千賀雅明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングホイールと操舵輪を機械的
に連結する操舵機構の途中に配設されバルブシャフトと
バルブボディの相対変位によって液圧を給排制御する油
圧制御弁を有し、油圧源からの油液を前記油圧制御弁に
より制御する車両用操舵制御装置において、前記バルブボディの軸線方向端面に設けられた溝部と、前記溝部に配置された球状体と、前記バルブボディの軸線方向端面に対向して前記バルブ
シャフトに回転不能でかつ軸線方向に移動可能に固定さ
れ、前記球状体を前記溝部へ向けて所定の付勢力で押圧
して保持する環状部材と、を備え、かつ、前記球状体と溝部との間の静止摩擦力、及び前記
球状体と環状部材との間の静止摩擦力を、前記バルブシ
ャフトとバルブボディの相対変位時における作動トルク
に基づいて前記球状体に作用する回転力よりも大きくし
た、ことを特徴とする車両用操舵制御装置。