(57)【要約】【課題】  この発明は、シリンダと電動モータとを併用して、シリンダの負担を軽くするとともに、装置全体を小型化できるようにする。【解決手段】  ステアリングバルブＶの切り換え方向に応じてシリンダ１の一方の圧力室３あるいは４をポンプに連通し、他方の圧力室４あるいは３をタンクに連通させる一方、ステアリングバルブの切り換え量に応じて、圧力室への供給流量を制御する構成にし、かつ、電動モータＭと、この電動モータの回転力を出力軸側に直接または間接的に伝達する伝達機構とを備えている。【選択図】  図１
2006273001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンによって左右の圧力室を区画するとともにこのピストンにピストンロッドを設けたシリンダと、上記ピストンロッドと連係するとともに、ピストンロッドと一体的に移動するラック軸と、ラック軸に形成したラックと、このラックにかみ合わせたピニオンギアと、このピニオンギアと連係した出力軸と、ステアリングホィールと連係した入力軸と、これら入力軸と出力軸とを連係させるとともにそれら両軸の相対回転量に応じて切り換え量が制御されるステアリングバルブと備え、上記ステアリングバルブの切り換え方向に応じてシリンダの一方の圧力室をポンプに連通し、他方の圧力室をタンクに連通させる一方、ステアリングバルブの切り換え量に応じて、圧力室への供給流量を制御する構成にしたパワーステアリング装置において、電動モータと、この電動モータの回転力を出力軸側に直接または間接的に伝達する伝達機構とを備えたパワーステアリング装置。
【請求項２】
上記電動モータを制御するコントローラと、上記圧力室の負荷圧を検出するとともに検出した負荷圧信号をコントローラに入力する負荷圧センサーとを備え、上記コントローラは、圧力室の設定負荷圧を記憶する機能と、圧力室の負荷圧が、上記設定負荷圧以上になったか否かを判定する機能と、圧力室の負荷圧が、設定負荷圧以上になったとき、電動モータを駆動させる機能とを備えた請求項１記載のパワーステアリング装置。
【請求項３】
上記電動モータを制御するコントローラと、ピニオンギアに作用する負荷に応じて操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備え、上記コントローラは、設定トルクを記憶する機能と、操舵トルクが設定トルク以上になったか否かを判定する機能と、操舵トルクが、設定トルク以上になったとき、電動モータを駆動させる機能とを備えた請求項１記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリンダを備えたパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この従来の装置は、シリンダのピストンロッドの両端にボールジョイントを介してナックルアームを連係するとともに、上記ピストンロッドにはラックを形成している。そして、このラックにピニオンギアをかみ合わるとともに、このピニオンギアと連係した出力軸と、ステアリングホィールと連係した入力軸と、これら入力軸と出力軸とを連係させるとともにその系統に設けたトルク検出手段とを備えている。そして、上記トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じてアシスト力を制御する構成にしている。
【特許文献１】特開平１１−３２１６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようにした従来の装置では、そのパワー源がシリンダだけなので、必要とするアシスト力は、すべてシリンダによる力でまかなわなければならなかった。このようにシリンダだけで、すべてのアシスト力をまかなうと、シリンダを大型化しなければならない。シリンダが大型化すれば、当然のこととして、装置全体が大型化するので、部品密度が高いエンジンルームには、設置できなくなるという問題があった。
【０００４】
また、パワーステアリング装置は、停車時のいわゆる据え切り時に最大アシスト力が必要とされる。このように据え切り時に必要とされる最大アシスト力に対応するためには、その分、シリンダやポンプを大型化せざるを得ない。しかも、ポンプはエンジンに直結しているので、アシスト力を必要としない場合でも、それは回転し続けることになる。したがって、上記のようにポンプを大型化すれば、アシスト力を必要としない場合でも、エネルギーロスが大きくなり、それだけ燃費も悪くなるという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、シリンダと電動モータとを組み合わせて、トータル的には小型化を達成できるパワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、ピストンによって左右の圧力室を区画するとともにこのピストンにピストンロッドを設けたシリンダと、上記ピストンロッドと連係するとともに、ピストンロッドと一体的に移動するラック軸と、ラック軸に形成したラックと、このラックにかみ合わせたピニオンギアと、このピニオンギアと連係した出力軸と、ステアリングホィールと連係した入力軸と、これら入力軸と出力軸とを連係させるとともにそれら両軸の相対回転量に応じて切り換え量が制御されるステアリングバルブと備え、上記ステアリングバルブの切り換え方向に応じてシリンダの一方の圧力室をポンプに連通し、他方の圧力室をタンクに連通させる一方、ステアリングバルブの切り換え量に応じて、圧力室への供給流量を制御する構成にしたパワーステアリング装置を前提にする。そして、この装置を前提にしつつ、第１の発明は、電動モータと、この電動モータの回転力を出力軸側に直接または間接的に伝達する伝達機構とを備えた点に特徴を有する。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、シリンダと電動モータとを組み合わせて、シリンダの出力不足を電動モータで補うようにしたので、トータル出力が同じにして、装置全体を小型化できる。なぜなら、シリンダの出力を大きくしようとすれば、そのピストン径を大きくしなければならないが、ピストン径を大きくすれば、当然のこととしてシリンダの直径も大きくしなければならない。
【０００８】
しかし、この発明のように、電動モータを併用すると、電動モータそのものは、それほど大きくなくても、トータル出力を確保できるとともに、電動モータは、その回転力を、伝達機構を介して出力軸側に伝達すればよいので、シリンダよりもエンジンルームにおける配置の自由度が高くなる。言い換えると、エンジンの配置に関して、設計の自由度が増すことになる。その上、シリンダ径も小さくできるので、エンジンルーム内の設計の自由度がさらに増すことになる。
【０００９】
さらに、電動モータがアシスト力を分担する分、ポンプやシリンダを小型化できるので、それらポンプやシリンダを駆動するための消費エネルギーを小さくできる。しかも、直進走行時のように操舵量が少ない状況で走行しているとき、電動モータは、ほとんど停止しているので、ポンプやシリンダを小型化できることと相まって、燃費がいっそう改善されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に示した第１実施形態は、装置本体Ｈにシリンダ１を設けるとともに、このシリンダ１にはピストン２を摺動自在に組み込んでいる。このようにシリンダ１にピストン２を組み込むことによって、シリンダ１内を左右の圧力室３，４に区画している。また、このピストン２には、ピストンロッド５を設け、このピストンロッド５の両端をシリンダ１から外方に突出させるとともに、その突出端にはボールジョイントを介して図示していないナックルアームを連係している。さらに、上記ピストンロッド５は、シリンダ１を挟んで一方の側にラック６を形成するとともに、このラック６を形成した部分をラック軸５ａとしている。
【００１１】
また、上記装置本体Ｈには、ステアリングバルブＶを組み込むとともに、このステアリングバルブＶは、入力軸７と出力軸８とを連係するトーションバーを備え、入力軸７と出力軸８との相対回転量を操舵トルクに比例させるようにしている。さらに、上記入力軸７と出力軸８とが相対回転すると、その相対回転量に応じてステアリングバルブＶの切り換え量が制御される。
【００１２】
なお、上記入力軸７はステアリングホィール９に連係され、出力軸８はピニオンギア１０に連係している。したがって、ステアリングホィール９を操作してそれをいずれかに回転すると、ピニオンギア１０側に作用している負荷の作用で、入力軸７と出力軸８とが、上記トーションバーをねじりながら相対回転するが、その相対回転量に応じて、ステアリングバルブＶの切り換え量が制御される。そして、このステアリングバルブＶの切り換え方向に応じて、圧力室３．４のいずれか一方の圧力室がエンジンＥに連係したポンプＰに連通し、いずれか他方の圧力室がタンクＴに連通する。
【００１３】
また、上記ステアリングバルブＶの切り換え量に応じて、上記のように圧力室３あるいは４に供給される流量が制御されることになる。言い換えると、入力軸７と出力軸８との相対回転量が大きいときには、操舵トルクも大きくなるので、圧力室３あるいは４に供給される流量が多くなるが、入力軸７と出力軸８との相対回転量が小さいときには、操舵トルクも小さくなるので、圧力室３あるいは４に供給される流量が少なくなる。
【００１４】
一方、上記ピニオンギア１０に連係した出力軸８は、この発明の伝達機構であるギア１１を介して、電動モータＭに連係しているが、この電動モータＭはコントローラＣによって制御される。電動モータＭを制御するコントローラＣには、負荷圧センサー１２，１３からの負荷圧信号が入力する関係にしているが、この負荷圧センサー１２，１３は、シリンダ１の両圧力室３，４の負荷圧を検出して、それをコントローラＣに入力する構成にしている。
【００１５】
さらに、上記コントローラＣは、シリンダ１の設定負荷圧を記憶する機能と、負荷圧センサー１２，１３で検出したシリンダ１の負荷圧が、上記設定負荷圧以上になったか否かを判定する機能と、シリンダ１の負荷圧が、上記設定負荷圧以上になったとき、電動モータＭを駆動させる機能とを備えている。
【００１６】
今、ステアリングホィール９を回すと、前記したようにそのときの操舵トルクに応じてステアリングバルブＶが切り換わるとともに、その切り換え量も制御される。そして、その切り換え量に応じた流量がポンプＰからシリンダ１のいずれかの圧力室３あるいは４に供給される。したがって、ピストン２はシリンダ１内を移動して、ピストンロッド５を移動し、車輪の転舵を行う。
【００１７】
このとき、負荷圧センサー１２，１３はシリンダ１の圧力室３，４内の負荷圧を検出するとともに、それをコントローラＣに入力する。コントローラＣは、負荷圧センサー１２，１３で検出した負荷圧が、自ら記憶している設定負荷圧以上か否かを判定し、負荷圧センサー１２，１３で検出した負荷圧が、設定負荷圧以上になったとき、コントローラＣは電動モータＭを駆動させる。
【００１８】
電動モータＭが駆動すれば、その駆動力で出力軸８が回転させられるので、その駆動力はピニオンギア１０を介してラック軸５ａすなわちピストンロッド５を移動させる力になる。言い換えれば、ピストンロッド５は、シリンダ１の駆動力と電動モータＭの駆動力とによって動かされることになる。このようにシリンダ１と電動モータＭとの合計駆動力がピストンロッド５を動かすことになるので、シリンダ１が負担すべき出力を小さくできる。このようにシリンダ１の出力を小さくできるので、シリンダ１の外径を小さくできる。
【００１９】
また、上記負荷圧センサー１２，１３が検出する負荷圧が、上記設定負荷圧よりも小さくなったときには、コントローラＣは電動モータＭの出力を停止して自由回転させる。このように電動モータＭが自由回転すれば、ピストンロッド５に伝達される駆動力は、シリンダ１の駆動力だけになる。
【００２０】
なお、上記第１実施形態では、電動モータＭを自由回転にして、電動モータＭの駆動力をピストンロッド５に伝達されないようにしたが、上記第１実施形態のギア１１に変えて、そこに伝達機構としてのクラッチを設けるようにしてもよい。このようにしたクラッチを切れば、電動モータＭの慣性モーメントや逆起電力の影響を排除することができる。
【００２１】
図２に示した第２実施形態は、第１実施形態の負荷圧センサー１２，１３に変えて操舵トルクを電気的に検出するトルク検出手段１５を採用したもので、その他は第１実施形態と同様である。ただし、以下には、第２実施形態のすべての構成を詳細に説明する。
【００２２】
図２に示した第１実施形態は、装置本体Ｈにシリンダ１を設けるとともに、このシリンダ１にはピストン２を摺動自在に組み込んでいる。このようにシリンダ１にピストン２を組み込むことによって、シリンダ１内を左右の圧力室３，４に区画している。また、このピストン２には、ピストンロッド５を設け、このピストンロッド５の両端をシリンダ１から外方に突出させるとともに、その突出端にはボールジョイントを介して図示していないナックルアームを連係している。さらに、上記ピストンロッド５は、シリンダ１を挟んで一方の側にラック６を形成するとともに、このラック６を形成した部分をラック軸５ａとしている。
【００２３】
また、上記装置本体Ｈには、ステアリングバルブＶを組み込むとともに、このステアリングバルブＶは、入力軸７と出力軸８とを連係するトーションバーを備え、入力軸７と出力軸８との相対回転量を操舵トルクに比例させるようにしている。さらに、上記入力軸７と出力軸８とが相対回転すると、その相対回転量に応じてステアリングバルブＶの切り換え量が制御される。
【００２４】
なお、上記入力軸７はステアリングホィール９に連係され、出力軸８はピニオンギア１０に連係している。したがって、ステアリングホィール９を操作してそれをいずれかに回転すると、ピニオンギア１０側に作用している負荷の作用で、入力軸７と出力軸８とが、上記トーションバーをねじりながら相対回転するが、その相対回転位相差に応じて、ステアリングバルブＶの切り換え量が制御される。そして、このステアリングバルブＶの切り換え方向に応じて、圧力室３．４のいずれか一方の圧力室がエンジンＥに連係したポンプＰに連通し、いずれか他方の圧力室がタンクＴに連通する。
【００２５】
また、上記ステアリングバルブＶの切り換え量に応じて、上記のように圧力室３あるいは４に供給される流量が制御されることになる。言い換えると、入力軸７と出力軸８との相対回転量が大きいときには、操舵トルクも大きくなるので、圧力室３あるいは４に供給される流量が多くなるが、入力軸７と出力軸８との相対回転量が小さいときには、操舵トルクも小さくなるので、圧力室３あるいは４に供給される流量が少なくなる。
【００２６】
一方、上記ピニオンギア１０に連係した出力軸８は、この発明の伝達機構であるギア１１を介して、電動モータＭに連係しているが、この電動モータＭはコントローラＣによって制御される。電動モータＭを制御するコントローラＣには、ステアリングホィール９と入力軸７とを連係するシャフト１４にトルク検出手段１５を設けているが、このトルク検出手段１５は、入力軸７の操舵トルクを検出して、それをコントローラＣに入力する構成にしている。なお、この電動モータを制御するトルク検出手段１５は、トーションバーのねじりによって発生する入力軸７と出力軸８との相対回転量に応じて操舵トルクを検出する構成のものを採用してもよい。要するに、トルク検出手段１５の具体的な構成は問わない。
【００２７】
さらに、上記コントローラＣは、設定トルクを記憶する機能と、トルク検出手段１５で検出した操舵トルクが、上記設定トルク以上になったか否かを判定する機能と、トルク検出手段１５で検出した操舵トルクが、上記設定トルク以上になったとき、電動モータＭを駆動させる機能とを備えている。
【００２８】
今、ステアリングホィール９を回すと、前記したようにそのときの操舵トルクに応じてステアリングバルブＶが切り換わるとともに、その切り換え量も制御される。そして、その切り換え量に応じた流量がポンプＰからシリンダ１のいずれかの圧力室３あるいは４に供給される。したがって、ピストン２はシリンダ１内を移動して、ピストンロッド５を移動し、車輪の転舵を行う。
【００２９】
このとき、トルク検出手段１５は、操舵トルクを検出するとともに、それをコントローラＣに入力する。コントローラＣは、トルク検出手段１５で検出した操舵トルクが、自ら記憶している設定トルク以上か否かを判定し、トルク検出手段１５で検出した操舵トルクが、設定トルク以上になったとき、コントローラＣは電動モータＭを駆動させる。
【００３０】
電動モータＭが駆動すれば、その駆動力で出力軸８が回転させられるので、その駆動力はピニオンギア１０を介してラック軸５ａすなわちピストンロッド５を移動させる力になる。言い換えれば、ピストンロッド５は、シリンダ１の駆動力と電動モータＭの駆動力とによって動かされることになる。このようにシリンダ１と電動モータＭとの合計駆動力がピストンロッド５を動かすことになるので、シリンダ１が負担すべき出力を小さくできる。このようにシリンダ１の出力を小さくできるので、シリンダ１の外径を小さくできる。
【００３１】
また、上記操舵トルク検出手段１５が検出する操舵トルクが、上記設定トルクよりも小さくなったときには、コントローラＣは電動モータＭの出力を停止して自由回転させる。このように電動モータＭが自由回転すれば、ピストンロッド５に伝達される駆動力は、シリンダ１の駆動力だけになる。
【００３２】
なお、上記第２実施形態では、電動モータＭを自由回転にして、電動モータＭの駆動力をピストンロッド５に伝達されないようにしたが、上記第１実施形態のギア１１に変えて、そこに伝達機構としてのクラッチを設けるようにしてもよい。このようにしたクラッチを切れば、電動モータＭの慣性モーメントや逆起電力の影響を排除することができる。
【００３３】
上記のようにシリンダ１と電動モータＭとを併用して、パワーステアリング装置の操舵補助を行うようにしたので、シリンダ１の外径を小さくしても、シリンダ１と電動モータＭとのトータル出力を、大型シリンダを用いた従来装置の出力と同じ出力に保つことができる。また、電動モータＭの出力負担分、シリンダ１の出力負担を小さくできるので、シリンダ１の強度を下げることができる。このようにシリンダ１の強度を下げることができるので、その分、シリンダ１の肉厚も薄くでき、コストダウンを実現できる。
【００３４】
さらに、上記したようにシリンダ径を小さくできるので、その分、使用する作動油の油量を少なくできる。このように作動油の油量を少なくできるので、環境対応型の装置を得ることができる。
【００３５】
一方、電動モータＭがアシスト力を分担する分、ポンプやシリンダ１を小型化できるので、それらポンプやシリンダ１を駆動するための消費エネルギーを小さくできる。しかも、直進走行時のように操舵量が少ない状況で走行しているとき、電動モータＭは、ほとんど停止しているので、ポンプやシリンダ１を小型化できることと相まって、燃費がいっそう改善されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態の概略図である。
【図２】第２実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      シリンダ
２      ピストン
３，４    圧力室
５      ピストンロッド
５ａ    ラック軸
６      ラック
Ｖ      ステアリングバルブ
７      入力軸
８      出力軸
９      ステアリングホィール
１０      ピニオンギア
１１      伝達機構としてのギア
Ｍ      電動モータ
Ｃ      コントローラ
１２      負荷圧センサー
１３      負荷圧センサー
１５      トルク検出手段
【図１】
2006273001.tif 000003
【図２】
2006273001.tif 000004