JPS5963267A - 自動車のパワ−ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車のパワーステアリング装置に関し、特
に、反力室タイプのものの改良に関する。

一般に、自動車のパワーステアリング装置は、ステアリ
ングシャフトと連動するピストンおよび該ピストンの両
側に圧力室を有するパワーシリンダと、エンジンにより
駆動され、上記パワーシリンダのピストン両側の各圧力
室にそれぞれ一定圧の圧油を供給するメインポンプと、
上記ステアリングシャフトの操舵力に対する反力（路面
からの操舵抵抗）により上記パワーシリンダの各圧力室
への圧油供給をそれぞれ相反する方向に切り換える切換
バルブとを備え、操舵方向に応じて切換バルブを切換作
動させてパワーシリンダの一方の圧力室に圧油を供給す
ることにより操舵力にアシスト力を作用させて操舵力の
軽減を図るようにしたものである。

しかし、この種パワーステアリング装置では、切換バル
ブの作動初期セット荷重（切換バルブを切換作動させる
ための最小の荷重）を自動車の低速走行時に合せて小さ
い値に一定にセットしておくと、自動車の高速走行時の
軽操舵力に対しても切換バルブが感応してアシスト力が
作用してしまい、その結果自動車の高速安定性が損われ
る危険がある。

そのため、このよう庁問題を解消すべく、従来、例えば
特公昭５４−９’７６９号公報等に開示されているよう
に、上記した切換バルブのハウジング内に弁体の移動を
油圧によって規制する反力室を形成し、該反力室に、車
速に比例して回転変動する変速機の出力軸等により駆動
される制御ポンプから圧油を供給して、切換バルブの作
動初期セット荷重を車速に応じて増減変化させることに
より、自動車の高速走行時には切換バルブの作動初期セ
ット荷重を増大させて走行安定性を確保するようにした
ものが提案されている。

ところで、この提案のものでは、切換バルブの反力室内
に発生する油圧は、圧油をリザーバに還流させる圧油リ
ターン通路の途中に介設したオリフィスにより設定され
て圧油供給量の２乗に対応して増大する特性を有する。

そのため、制御ポンプを変速機の出力軸等で駆動すると
、該反力室内の油圧が車速の２乗に対応して変化するこ
とになり、このことによって自動車の高速走行時には操
舵力に対する切換バルブの作動初期セラ）４重が著しく
増大してしまい、好ましい操舵感が得られない嫌いがあ
った。

そこで、本発明は、上記の制御ポンプを、変速機の出力
軸等ではなくて電動モータで駆動するようにし、かつ該
電動モータの回転トルクを車速に応じて増減制御するよ
うにすることにょシ、切換バルブの反力室内の油圧を車
速に応じて適正に補正して車速が増大するに伴って切換
バルブの作動初期セット荷重が緩やかに増大するように
し、よって自動車の全走行域に亘って運転者に対して理
想の操舵感が得られるようにすることを目的とするもの
である。

この目的を達成するため、本発明の構成は、ステアリン
グシャフトと連動するピストンおよび該ピストン両側に
圧力室を有するパワーシリンダと、エンジンにより駆動
され、上記パワーシリンダのピストン両側の各圧力室に
それぞれ圧油を供給するメインポンプと、ステアリング
シャフトに対する反力により上記パワーシリンダの各圧
力室への圧油供給を切り換える切換バルブと、該切換バ
ルブに圧油を供給して切換バルブの作動初期セット荷重
を制御する制御ポンプと、該制御ポンプを駆動する電動
モータと、車速を検出する車速センサと、該車速センサ
の出力に応じて上記電動モータの回転トルクを制御する
コントローラとを備えたものであり、このことによって
制御ポンプから切換バルブに供給される圧油供給量を補
正制御して車速の増大に応じて操舵力に対する切換バル
ブの作動初期セット荷重を緩やかに増大させるようにし
たものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図ないし第３図はラックピニオン式のステアリング
装置に適用した例を示し、１はハンドル、２は一端に該
ハンドル１が、他端にピニオン３ａを有するピニオン軸
３がそれぞれ一体に取り付けられたステアリングシャフ
ト、４は上記ピニオン３ａと噛合するラック（図示せず
）を有するラックバ−であって、該ラックバー４の両端
にはそれぞれナックルアーム５，５を介して左右の前車
輪６．６が連結されており、ハンドル１の回し操作によ
りラックバー４を左右方向に移動させて前車輪６，６に
舵角を与えるものである。

上記ラックパー４上の中間位置にはラックバー４をピス
トンロッドとして摺動自在に貫通せしめたパワーシリン
ダ７が配設され、該パワーシリンダ７は内部に、ラック
バー４と一体的に固定されたピストン８と、該ピストン
８の両側に位置する左右の圧力室９，１０とを有してい
る。すなわち上記ピストン８は上記ステアリングシャフ
ト２と連動するように設けられている。

上記パワーシリンダ７のピストン８両側の各圧力室９，
１０はそれぞれ圧油通路１１．１２を介して後述する切
換バルブ２０に接続され、該切換バルブ２０は、圧油供
給通路１３を介してメインポンプ１４の吐出側に接続さ
れているとともに圧油リターン通路１５を介してリザー
バ１６に接続され、該リザーバ１６とメインポンプ１４
の吸入側とは接続通路１７によって接続されている。ま
た、上記メインポンプ１４は、駆動ベルト１８を介して
車載エンジン１９に駆動連結され、かつ内蔵した定流量
弁（図示せず）によりエンジン回転数の変動に拘らず一
定量の圧油を吐出するように設けられており、メインポ
ンプ１４から吐出された圧油を圧油供給通路１３、切換
バルブ２０および圧油通路１１．１２を介してパワーシ
リンダ７の一方の圧力室９，１０に供給するとともに、
他方の圧力室１０，９内の圧油を圧油通路１２，１１、
切換バルブ２０および圧油リターン通路１５を介してリ
ザーバ１６に還流させ、このことによってパワーシリン
ダ７内のピストン８を押動してステアリングシャフト２
　（）・ンドル１）の操舵力にアシスト力（補助力）を
付与するように構成されている。

一方、２０は上記ピニオン軸３近傍にピニオン軸３と直
交するように配設された４ポ一ト３位置のスプールバル
ブよシなる切換バルブであって、該切換バルブ２０は、
第２図に拡大詳示するように、ピニオン軸３のケーシン
グ３ｂに一体形成されたハウジング２１と、該ハウジン
グ２１内をピニオン軸３と直交する方向に摺動する弁体
２２とを備えている。上記ハウジング２１の一側部には
上記圧油供給通路１３に連通ずる圧力ボート２３と、該
圧力ポート２３の両側に上記各圧油通路１１．１２にそ
れぞれ連通ずる第１および第２ポート２４．２５と、該
第１ポート２４の側方に上記圧油リターン通路１５に連
通ずるリターンポート２６とがそれぞれ開設されている
。一方、上記弁体２２には、上記ハウジング２１の各ポ
ート２３〜２６に対応する一側部に、第１ポート２４が
圧力ボート２３に連通したとき第２ポート２５をリター
ンポート２６に連通させる連通路２７と、略中央部（ピ
ニオン軸３に近い部分）にピニオン軸３に向う方向の貫
通孔２８とが形成され、該貫通孔２８にはピニオン軸３
に回転自在に外嵌支持せしめたビニオンホルダ２９の一
端アーム部２９ａが保合され、該ピニオンホルダ２９の
ｆｔ［アーム部２９ｂは上記ピニオン軸３のケーシング
３ｂに係止されており、ピニオン軸３すなわちステアリ
ングシャフト２が操舵によって回転したとき、その操舵
力に対するラックパー４からの反力によりピニオンホル
ダ２９がその他端アーム部２９ｂ１７）ケーシング３ｂ
への係止位置を中心として揺動して弁体２２を所定スト
ローク量（例えば約１＋＋＋＋＋＋）だけ摺動させ、こ
の弁体２２の摺動により上記メインポンプ１４からパワ
ーシリンダ７の各圧力室９．１０に至る圧油の供給を切
り換え、弁体２２が第２図左側へ移動したときには圧力
ポート２３と第１ポート２４との連通およびリターンポ
ート２６と第２ポート２５との連通により左側の圧力室
９に圧油を供給するとともに右側の圧力室１０内の圧油
をリザーバ１６に還流し、逆に弁体２２が第２図右側へ
移動したときには圧力ポート２３と第２ポート２５との
連通およびリターンポート２６と第１ポート２４との連
通により右側の圧力室１０に圧油を供給するとともに左
側の圧力室９内の圧油をリザーバ１６に還流させるよう
に作動するものである。

また、上記弁体２２の他側部には、弁体２２に形成した
肩部２２ａによって第２図右方向への移動が規制される
第１スプリング受板３０と、該第１スプリング受板３０
より左側（端部側）へ所定距離能れた部位の弁体２２に
係止せしめたクリップ３１によって第２図左方向への移
動が規制される第２スプリング受板３２とが各々摺動可
能に外嵌され、該両スプリング受板３０．３２間のハウ
ジング２１内には反力室３３が形成され、該反力室３３
内には両スプリング受板３０．３２を互いに離隔する方
向に付勢するスプリング３４が配設されており、上記ラ
ックパー４から上記スプリング３４のバネ力より大きい
反力が弁体２２に作用したときにのみ該弁体２２を移動
させるように、すなわち切換バルブ２０の作動初期セッ
ト荷重を設定するように構成されている。

さらに、上記切換バルブ２０の反力室３３は圧油供給通
路３５を介して制御ポンプ３６の吐出側に連通され、−
上記圧油供給通路３５の途中部分はオリフィス３７ａｋ
有する圧油リターン通路３７を介して上記リザーバ１６
に接続され、該リザーバ１６と制御ポンプ３６の吸入側
とは接続通路３８によって接続されており、制御ポンプ
３６からの圧油を反力室３３に供給してその圧油圧で切
換バルブ２０の作動初期セット荷重を上記スプリング３
４のバネ力に対応する値以上に増大させるように制御し
、反力室３３内の油圧が低いときには作動初期セット荷
重を低く、また油圧が高いときには作動初期セット荷重
を高くするように構成されている。

また、上記制御ポンプ３６は、入力電力の変化に応じて
回転トルク（回転数）が変動する電動モータ３９に駆動
連結されている。該電動モータ３９はコントローラ４０
を介して車載バッテリ４１に接続され、また上記コント
ローラ４０には車速を検出する車速センサ４２の出力が
入力されている。そして、上記コントローラ４０は、第
３図に詳示するように、車速センサ４２からの出力パル
ス信号を波形整形する波形整形回路４３と、該波形整形
回路４３からの出力信号の周波数に応じて電圧を発生す
るＦ−Ｖ変換回路４４と、該Ｆ−Ｖ変換回路４４からの
出力電圧の平方根値を演算する関数演算回路４５と、該
関数演算回路４５からの出力を受けて電動モータ３９を
駆動するモータ駆動回路４６と、電動モータ３９の実際
の回転数を検出する回転数検出回路４７と、該回転数検
出回路４７からの出力信号を上記関数演算回路４５から
の出力信号と比較して両者に差異があるとき上記モータ
駆動回路４６に、モータ回転数を適正値に補正する補正
信号を出力する比較回路４８とからなり、車速センサ４
２の出力に応じて電動モータ３９の回転トルクをフィー
ドバック制御し、このことによって制御ポンプ３６の圧
油吐出量（切換パルプ２０の反力室３３への圧油供給量
）を車速の平方根に対応して変化させるものである。

尚、第２図中、４９は制御ポンプ３６から切換バルブ２
０に供給される圧油の最犬圧値を規制するように圧油供
給通路３５と圧油リターン通路３７のオリフィス３７ａ
下流側との間に介設されたリリーフパルプである。

次に、上記実施例の作動について説明するに、エンジン
１９の運転中メインポンプ１４が駆動され、このメイン
ポンプ１４から一定量の圧油が吐出されることによって
作動待機状態となる。

そして、自動車が停止状態ないしは低速走行状態にある
ときには、そのことを検出する車速センサ４２からの出
力信号によりコントローラ４０が作動して電動モータ３
９を低速回転させる。この電動モータ３９の低速回転に
より該モータ３９に連結された制御ポンプ３６も低速回
転して該制御ポンプ３６からの圧油吐出量は少なく、こ
のことによって切換バルブ２０の反力室３３内の圧力が
低く保たれて該切換バルブ２０の作動初期セット荷重が
減少する。その結果、ステアリングシャフト２（ハンド
ル１）に加えられる操舵力および該操舵力に対するラッ
クパー４からの反力が比較的小さいときにも切換バルブ
２０が作動して操舵方向と対応する方向に切り換わり、
上記メインポンプ１４からの圧油によるパワーシリンダ
７の作動により一定のアシスト力のもとての軽操舵力に
よッテパワーステアリング機能が発揮される。

一方、自動車の高速走行時には、そのことを検出する車
速センサ４２からの出力信号によりコントローラ４０が
作動して電動モータ３９を高速回転させる。このモータ
３９の高速回転により制御ポンプ３６も高速回転して該
制御ポンプ３６からの圧油吐出量が増大し、このことに
よって切換バルブ２０の反力室３３内の圧力が高まって
該切換バルブ２０の作動初期セット荷重が増大する。そ
の結果、ステアリングシャフト２に加えられる操舵力お
よびラックパー４からの反力がある程度大きくならない
と切換バルブ２０が作動せず、軽操舵力に対してはアシ
スト力が作用せず、よって走行安定性の向上が図られる
。

この場合、コントローラ４０の作動により制御ポンプ３
６から切換バルブ２０の反力室３３に供給される圧油の
量が車速の平方根に対応するように制御されるため、圧
油リターン通路３７のオリメイン３７ａで設定される」
二記反力室３３内の油圧特性は車速に略比例するように
補正され、このことによって操舵力に対する切換バルブ
２０の作動初期セット荷重が車速に比例するように増大
変化し、すなわち操舵力が車速の上昇に比例するように
増大変化することになり、その結果運転者に対する操舵
感を向上させることができる。

尚、上記実施例では、ラックピニオン式のステアリング
装置に適用した例を説明したが、本発明はその他、ウオ
ームピン式やボールスクリュ一式等各種方式のステアリ
ング装置に適用することができるのは勿論のことである
。

以上説明したように、本発明によれば、自動車のパワー
ステアリング装置において、ステアリングシャフトの操
舵力に対する反力によってアシスト用パワーシリンダの
各圧力室への圧油供給を切り換えるための切換バルブに
圧油を供給してその作動初期セット荷重を制御する制御
ポンプを、車速に応じて回転トルクが変化する電動モー
タによって駆動するようにしたことにより、制御ポンプ
から切換バルブに供給される圧油の圧力特性を車速に比
例するように補正して操舵力に対する切換バルブの作動
初期セット荷重を車速の上昇に伴って緩やかに増大させ
ることができ、よって運転者に対して理想的な操舵感を
与えることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は全体概略
説明図、第２図は要部拡大説明図、第３図はコントロー
ラの説明図である。 ２・・ステアリングシャフト、３・・ピニオン軸、４・
・ラックバ−１７・・パワーシリンダ、８・・ピストン
、９．’１０・・圧力室、１４・・メインポンプ、１９
・・エンジン、２０・・切換バルブ、２１・・ノ・ウジ
ング、２２・・弁体、２９・・ピニオンホルダ、３３・
・反力室、３４・・スプリング、３６・・制御ポンプ、
３７・・圧油リターン通路、３７ａ・・オリフィス、３
９・・電動モータ、４０・・コントローラ、４２・・車
速センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステアリングシャフトと連動するピストンおよび
   該ピストン両側に圧力室を有するパワーシリンダと、エ
   ンジンにより駆動され、上記パワーシリンダのピストン
   両側の各圧力室にそれぞれ圧油を供給するメインポンプ
   と、ステアリングシャフトの操舵力に対する反力により
   上記パワーシリンダの各圧力室への圧油供給を切り換え
   る切換バルブと、該切換バルブに圧油を供給して切換バ
   ルブの作動初期セット荷重を制御する制御ポンプと、該
   制御ポンプを駆動する電動モータと、車速を検出する車
   速センサと、該車速センサの出力に応じて上記電動モー
   タの回転トルクを制御するコントローラとを備えている
   ことを特徴とする自動車のパワーステアリング装置。