(57)【要約】【課題】電動モータにより駆動されるポンプの作動油をパワーシリンダ内に導いてアシスト力を発生させる油圧式パワーステアリング装置において、急操舵時の車両挙動を不安定にさせないステアリング構造を簡単な構造でコスト安価に提供する。【解決手段】操舵部材の操作に応じて回動するボールねじ軸にボールを介して螺合するボールナット９は、ピストン１０と一体に形成され、パワーシリンダ５内をその軸方向Ｘに沿って移動する。ボールナット９の平坦面９ａに特定形状部としての凸部２８を設ける。図３（ｂ）を参照して、車両の直進走行時にスイッチ３０が凸部２８を検知し制御部に信号を出力する。制御部は、操舵速度および車速の検出結果に基づいて電動モータの回転数を制御し、スイッチ３０からの信号の入力により、回転数を所定値以下に制限する。【選択図】  図３
2004352115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータにより駆動されるポンプの作動油をパワーシリンダ内に導いてアシスト力を発生させる油圧式パワーステアリング装置において、
操舵部材の操舵に応動する部材の所定の面に形成される特定形状部と、
上記操舵部材に応動する部材の所定の面に摺接し上記特定形状部を検出して信号を出力する信号出力手段と、
操舵部材の操舵速度および車速の検出結果に基づいて上記電動モータの回転数を制御する制御手段とを備え、
この制御手段は、信号出力手段からの信号に応じて電動モータの回転数を制限値以下に制限する機能を有することを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１において、上記信号出力手段が車両の直進走行に応じて信号を出力することを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記信号出力手段が上記操舵部材に応動する部材がそのストロークエンドの直前位置にあるときに信号を出力することを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３において、
上記操舵部材の操作に応じて回動するボールねじ軸と、
ボールねじ軸に多数の循環可能なボールを介して螺合する、上記操舵部材に応動する部材としてのボールナットとをさらに備え、
このボールナットに上記特定形状部が設けられることを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項４において、上記ボールナットと一体になって上記パワーシリンダ内を移動するピストンをさらに備えることを特徴とする油圧式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵部材の操作に応じた操舵軸の移動を、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧を用いてアシストするパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじ式のステアリング装置では、操舵部材（ステアリングホイール）に連なるボールねじ軸と舵取機構に連なるセクターシャフトとを、ギヤハウジングの内部に、互いに交叉させて支持している。操舵部材の操作に応じてボールねじ軸が回動されると、このボールねじ軸に螺合するボールナットが軸長方向に移動され、このボールナットの外周に形成されたラック歯と噛み合うセクタ歯車が揺動される。これにより、セクターシャフトが移動されて、ギヤハウジングの外側へ突出しているセクターシャフトの端部に連結されたピットマンアームを介して舵取機構が駆動されるようになっている。
【０００３】
この種のボールねじ式のステアリング装置に油圧式の操舵補助力発生機構を組み込む場合、パワーシリンダをギヤハウジング内に一体に組み込む、いわゆるインテグラル型とされるのが一般的である（例えば特許文献１）。
すなわち、ギヤハウジング内にボールナットを軸長方向に挟んで一対の油室が区画され、ボールナット自体がパワーシリンダのピストンとして構成されている。
【０００４】
そして、同じくハウジング内に配置されたコントロールバルブを介して、一対の油室の一方にポンプからの圧油が択一的に供給され、その結果、ボールナット、セクタ歯車、セクターシャフトおよびピットマンアーム等を介して舵取機構に油圧による操舵補助力が与えられるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００１−５２４９０５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、油圧式のパワーステアリング装置では、油圧による高いアシスト力を得られるという利点がある一方、アシスト力が高いことで不具合を生ずる場合がある。
例えば、油圧式パワーステアリング装置では、急操舵が可能であるが、この急操舵に伴って車両の挙動が不安定になるおそれがある。また、車速が高速であるほど、その挙動は不安定になりやすい。
【０００７】
そこで、操舵部材から舵取機構への動力伝達の伝達比を可変とする伝達比可変機構を組み込むことが考えられるが、構造が複雑となり、製造コストが高くなるという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、アシストに伴う不具合を簡単な構造にて解消することができる安価な油圧式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するための課題解決手段として、第１発明は、電動モータにより駆動されるポンプの作動油をパワーシリンダ内に導いてアシスト力を発生させる油圧式パワーステアリング装置において、操舵部材の操舵に応動する部材の所定の面に形成される特定形状部と、上記操舵部材に応動する部材の所定の面に摺接し上記特定形状部を検出して信号を出力する信号出力手段と、操舵部材の操舵速度および車速の検出結果に基づいて上記電動モータの回転数を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、信号出力手段からの信号に応じて電動モータの回転数を制限値以下に制限する機能を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、例えば、操舵部材が急激に切り返されるようなときに、特定形状部を検出してアシスト力を低減し、これによりアシスト遅れに近い状態を生じさせて、急操舵ができないようにすることができる。
具体的には、第２発明のように、上記信号出力手段が車両の直進走行に応じて信号を出力すれば良く、急な切り返しの中途で操舵部材が操舵中点を通過するときにアシスト力を低減することで、切り返しの速度を実質的に低減するわけである。
【００１０】
また、第３発明のように、上記信号出力手段が上記操舵部材に応動する部材がそのストロークエンドの直前位置にあるときに信号を出力する場合がある。
通例、操舵範囲を規制する構造は、ステアリング装置ではなく、車両側に設けられている。例えば、タイヤハウス内で車輪の内側のボルトが車両のフレームに当接することで、操舵範囲を規制しているため、車両側の操舵範囲規制構造として、アシスト力を受けるだけの充分な強度が必要となる。これに対して、第３発明では、車両側の操舵範囲規制構造によって操舵範囲が規制される直前にアシスト力を低下させることにより、車両側の操舵範囲規制構造への負荷を低減することができ、結果として、車両側の操舵範囲規制構造を簡素化し、スペースおよびコストの低減が可能となる。
【００１１】
また、第４発明のように、上記操舵部材の操作に応じて回動するボールねじ軸と、ボールねじ軸に多数の循環可能なボールを介して螺合する、上記操舵部材に応動する部材としてのボールナットとをさらに備え、このボールナットに上記特定形状部が設けられる場合がある。
本発明では、いわゆるボールねじ式機構を用いた油圧式パワーステアリング装置において、ボールナットが所定の位置にある場合にアシスト力を制限することで、例えば、急操舵防止や操舵範囲規制に寄与することができる。しかも、これをボールナットに特定形状部を設ける非常に簡単な構造にてコスト安価に実現することができる。また、第５発明のように、上記ボールナットと一体になって上記パワーシリンダ内を移動するピストンをさらに備える場合には、構造をより簡素化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい態様を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態としての油圧式パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。図１を参照して、本油圧式パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２の操作に応じて駆動されるポンプ３の発生油圧によってアシスト力を発生させる。ポンプ３は印加される電圧の増大に応じて回転速度が増大する電動モータ４により回転駆動される。
【００１３】
また、油圧式パワーステアリング装置１は、上記ポンプ３からコントロールバルブ５を介して作動油を供給されてアシスト力を発生するパワーシリンダ６と、操舵部材２の操作に応じて回動するボールねじ軸７と、ボールねじ軸７に多数の循環可能なボール８を介して螺合するボールナット９と、ボールナット９と一体に形成され上記パワーシリンダ５内を移動するピストン１０とを備える。ピストン１０と一体になった上記のボールナット９が操舵部材２に応動する部材を構成する。
【００１４】
油圧式パワーステアリング装置１のハウジング１１内に、上記ボールねじ軸７とセクターシャフト１２とが相互に所定間隔を隔てて交叉する状態で配置されている。これらボールねじ軸７とセクターシャフト１２はそれぞれの軸心回りに回動自在に支持されている。
ボールねじ軸７は、軸長方向への摺動自在にハウジング１１の内部に保持されたボールナット９に挿入されている。ボールねじ軸７とボールナット９とは、両者７，９間に介在する多数のボール８を介して互いに螺合することで、ボールねじ機構を構成している。ボールナット９の外面には、軸長方向の適宜の長さ範囲にわたってラック１３が形成されており、このラック１３は上記セクターシャフト１２の中途に設けられたセクタギヤ１４に噛合されている。
【００１５】
上記操舵部材２の回転を舵取機構に伝えるための操舵軸１５は、本油圧式パワーステアリング装置１の入力部材として操舵部材２に連なる第１操舵軸１５ａと、上記ボールねじ軸７と一体に形成される第２操舵軸１５ｂと、第１および第２操舵軸１５ａ，１５ｂの間を相対回転可能に連結するトーションバー１５ｃとを備える。
また、ハウジング１１の外側へ突出するセクターシャフト１２の端部には、本油圧式パワーステアリング装置１の出力部材としてのピットマンアーム１６が一体回転可能に設けられている。このピットマンアーム１６の端部１６ａはタイロッド１７を含むリンク機構からなる舵取機構１８を介して操向用の車輪１９に連結されている。
【００１６】
そして舵取りのために操舵部材２の回動操作が行われた場合、これに伴ってボールねじ軸７が回動し、この回動がハウジング１１の内部でのボールナット９の軸長方向の移動に変換され、この移動が、ラック１３とセクタギヤ１４との噛合部を介してセクターシャフト１２の回動に変換され、舵取機構１８に伝達されて舵取りが行われるようになっている。
上記パワーシリンダ６は、ボールナット９の外周溝に嵌め入れられたシール部材２０によりハウジング１１の内部を軸長方向に２分割し、ボールナット９と一体のピストン１０の両側に液密に封止された一対の作動室２１，２２を形成してなる油圧シリンダである。両作動室２１，２２間に生ずる圧力差によってピストン１０を押圧して、このボールナット９（ピストン１０）の移動に応じて前述の如く行われる舵取りをアシストする構成となっている。
【００１７】
上記のコントロールバルブ５は、操舵軸１５に加わる手動トルクに応じて作動して作動室２１，２２への作動油の給排を制御するサーボバルブからなる。コントロールバルブ５は、ハウジング１１の一側に同軸的に連結された筒形のバルブハウジング２３の内部に構成されている。具体的には、コントロールバルブ５は、バルブハウジング２３の内部に支承されて第２操舵軸１５ｂ（ボールねじ軸９）の端部に連結された筒形のバルブ５ａの内側に、第１操舵軸１５ａの外周に一体的に形成された弁体５ｂを遊嵌して構成される。
【００１８】
操舵部材２の操作がなされた場合、第１操舵軸１５ａに加わる操舵トルクに応じてトーションバー１５ｃに捩じれが生じ、これに伴って生ずるバルブボディ５ａと弁体５ｂとの間に相対角変位が生じる。コントロールバルブ５は、この相対角変位を利用して作動油の給排動作をなす公知のものである。
具体的には、電動モータ４により回転駆動されるポンプ３からポンプポート２４を介して送給される圧油を、ピストン１０両側の作動室２１，２２の一方に、上記相対角変位に応じて、すなわち、舵輪に加わる操舵トルクに応じて選択的に振り分け、これに伴って、他方の圧油室２１，２２から還流する油をタンクポート２５を経て油タンク２６に排出する動作をなす。
【００１９】
図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である図２を参照して、セクターシャフト１２中途のセクタギヤ１４は、軸長方向に対して傾斜した面に形成されている。
ハウジング１１の内側に配置されるセクターシャフト１２の一端部には、この一端部に対向してハウジング１１に螺合された調節ねじ２７の先端が突き当ててあり、組立時に調節ねじ２７の回転に応じてセクターシャフト１２を軸長方向に移動させてセクタギヤ１４とラック１３との初期の噛み合わせ調節を行ない得るようにしている。
【００２０】
ボールナット９は軸方向（図２において紙面と直交する方向）に延びる所定の面としての平坦面９ａを有している。図３（ｂ）を参照して、この平坦面９ａには、特定形状部としての凸部２８がボールナット９の移動方向である軸方向Ｘの中央部に形成されている。
また、ボールナット９が操舵中点とその近傍（例えば操舵部材の操舵角にて−０度〜１８０度の範囲）に相当する位置にあるときに上記の凸部２８を検出して信号を出力するための信号出力手段としてのスイッチ３０が設けられている。このとき、スイッチ３０がオンになり、それ以外の状態ではオフになる。図３（ａ）および図３（ｃ）は、ボールナット９が左右への最大操舵角に相当する位置にある状態を示している。
【００２１】
再び、図２を参照して、上記スイッチ３０は例えばプランジャ形であり、ハウジング１１の周壁に形成された保持孔２９に保持されている。
具体的には、スイッチ３０は、上記保持孔２９に保持される筒状のスイッチ本体３１と、このスイッチ本体内３１に進退自在に設けられる先端の丸い操作棒（シフトピン）３２と、この操作棒３２を進出方向に付勢する付勢部材３３と、操作棒３２の後端に対向して設けられ操作棒３２の後退時にその接点を閉じるスイッチ部３４とを備える。
【００２２】
前述したアシスト力の大きさはポンプ４を作動させる電動モータ３への印加電圧を制御することによって調整する。電動モータ３は電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる制御部３５によって回転制御される。制御部３５は、ＣＰＵ３６、ＣＰＵ３６のワークエリアなどを提供するＲＡＭ３７、およびＣＰＵ３６の動作プログラムなどを記憶したＲＯＭ３８を有している。
また、後述するように、ＲＯＭ３８には、操舵角速度θ’および車速Ｓと電動モータへの印加電圧Ｖ１との関係を示すデータ（図５参照）が記憶される他、出力すべき印加電圧Ｖの最大値を制限する場合の制限値Ｖｍａｘ  が記憶される。
【００２３】
上記スイッチ３０、車両の走行速度を検出するための車速センサ３９、および操舵部材２の操舵角を検出するための操舵角センサ４０からの各検出信号が制御部３５に与えられる。制御部３５では、後述するフローチャートにしたがって、電動モータ４を駆動回路４１を介して回転制御する。
次に、図４を参照して、上記実施の形態の作動の詳細を説明する。車両のメインのスイッチ（イグニッションスイッチ等）のオンにより制御部３５が立ち上げられると、先ず各変数を初期値にセットし、所定の小時間毎（例えば単位時間毎）に割り込み信号が入力される都度、図４に示す制御動作を繰り返して実行する。
【００２４】
まず、ステップＳ１にて、操舵角センサ４０から現在の操舵角θ１を入力してＲＡＭ３７に記憶する。次に、ステップＳ２にて読み込んだ現在の操舵角θ１と前回の処理で使用した操舵角θ０の差の絶対値を演算し、演算結果を操舵角速度θ’として、ＲＡＭ３７に記憶する。
次いで、ステップＳ３において、車速センサ３９から車速Ｓを入力してＲＡＭ３７に記憶する。
【００２５】
次に、ステップＳ４にて、ＲＯＭ３８に記憶された、操舵角速度θ’および車速Ｓと電動モータへの印加電圧Ｖ１との関係を示すデータ（図５参照）から、ＲＡＭ３７に記憶された車速Ｓおよび操舵角速度θ’に対応する印加電圧Ｖ１を求める。
次いで、ステップＳ５において、スイッチ３０がオンか否かを検出し、オンであって車両が概ね直進走行をしている場合には（ステップＳ５にてＹＥＳ）、ステップＳ４にて求められた印加電圧Ｖ１が予めＲＯＭに記憶されたＶｍａｘ  を超えること（ステップＳ６にてＹＥＳ）を条件として、ステップＳ７にて出力すべき印加電圧ＶをＶｍａｘ  に設定する。
【００２６】
ステップＳ４にて求められた印加電圧Ｖ１が上記のＶｍａｘ  以下である場合には（ステップＳ６にてＮＯ）、ステップＳ８にて、出力すべき印加電圧ＶをステップＳ４にて求められた印加電圧Ｖ１に設定する。
また、スイッチ３０がオフである場合にも（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ８にて、出力すべき印加電圧ＶをステップＳ４にて求めた印加電圧Ｖ１に設定する。
【００２７】
ステップＳ７又はステップＳ８にて設定された印加電圧ＶがステップＳ９において電動モータ４に印加される。そして、ステップＳ１０にて現在の操舵角θ１を前回の操舵角θ０としてＲＡＭ３７に記憶して処理を終了する。
以上説明した本実施の形態によれば、操舵部材２が例えば急激に操作されるようなときに、操舵中点とその近傍において、電動モータ４への印加電圧Ｖを制限する、すなわち電動モータ４の回転数を制限することでポンプ３の発生油圧を制限し、これによりアシスト遅れに近い状態を生じさせて、急操舵ができないようにすることができる。
【００２８】
いわゆるボールねじ式機構を用いた油圧式パワーステアリング装置１において、ボールナット９の位置を検出してアシスト力を制限することで、急操舵の防止に寄与することができる。しかも、これをボールナット９に特定形状部としての凸部２８を設ける非常に簡単な構造にてコスト安価に実現することができる。
上記実施の形態では、ボールナット９が操舵中点とその近傍位置にあるときにスイッチ３０をオンすることにより、電動モータ４の回転数を制限してアシスト力を低減したが、これに限らず、図６（ａ）および（ｃ）に示すように、ボールナット９がそのストロークエンドの直前に対応する位置にあるときにスイッチ３０をオンするようにし、アシスト力を低減するようにしても良い。
【００２９】
通例、車両側に設けられる操舵範囲規制構造によって操舵範囲が規制される直前に、アシスト力を低下させることができるので、車両側の操舵範囲規制構造への負荷を低減することができ、結果として、車両側の操舵範囲規制構造を簡素化し、スペースおよびコストの低減が可能となる。
なお、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して、スイッチ３０を作動させるための凸部２８Ａは、ボーナット９の平坦面９ａにおいてボールナット９の軸方向Ｘの両端部に設けられる。ボールナット９が左右のストロークエンドとその近傍に相当する位置にあることをスイッチ３０が凸部２８Ａを検出することで検出して信号を出力することになる。
【００３０】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、ボールナット９の軸方向Ｘの中央部の凸部２８を設けると共に両端部に凸部２８Ａを設けるようにしても良い。
また、特定形状部として凸部２８，２８Ａに代えて、凹部を設け、操作棒３２が進出したときに信号が出力されるようにしても良い。
また、操舵部材２に応動する部材として、ボールナット９に代えて、ハウジング１１に特定形状部を設けることもできる。
【００３１】
また、ボールねじ軸７を車両の左右方向に延在するラック軸等の操舵軸に設けることもできる。その他、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す一部破断模式図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】移動するボールナットとスイッチの概略図であり、（ａ）および（ｃ）はボールナットが左右のストロークエンドにある状態を示し、（ｂ）ボールナットがストロークの中央にある状態を示している。
【図４】制御部の動作を示すフローチャートである。
【図５】予めＲＯＭの記憶領域に記憶されたデータであり、操舵角速度θ’および車速Ｓと電動モータへの印加電圧Ｖ１との関係を示すデータのグラフ図である。
【図６】本発明の別の実施の形態において、移動するボールナットとスイッチの概略図であり、（ａ）および（ｃ）はボールナットが左右のストロークエンドにある状態を示し、（ｂ）ボールナットがストロークの中央にある状態を示している。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態におけるボールナットとスイッチの概略図である。
【符号の説明】
１    油圧式パワーステアリング装置
２    操舵部材
３    ポンプ
４    電動モータ
５    コントロールバルブ
５ａ  バルブボディ
５ｂ  弁体
６    パワーシリンダ
７    ボールねじ軸
８    ボール
９    ボールナット（操舵部材に応動する部材）
９ａ  平坦面
１０  ピストン
１１  ハウジング
１２  セクターシャフト
１３  ラック
１４  セクタギヤ
１５  操舵軸
１５ａ  第１操舵軸（入力部材）
１５ｂ  第２操舵軸
１５ｃ  トーションバー
１６  ピットマンアーム（出力部材）
１８  舵取機構
１９  車輪
２１，２２  作動室
２６  油タンク
２８，２８Ａ  凸部（特定形状部）
３０  スイッチ（信号出力手段）
３１  スイッチ本体
３２  操作棒
３３  付勢部材
３４  スイッチ部
３５  制御部（制御手段）
３６  ＣＰＵ
３７  ＲＡＭ
３８  ＲＯＭ
３９  車速センサ
４０  操舵角センサ
４１  駆動回路
θ１  現在の操舵角
θ２  前回の操舵角
θ’  操舵角速度
Ｓ    車速
Ｖ１  印加電圧
Ｖ    出力すべき印加電圧
Ｖｍａｘ  制限値
【図１】
2004352115.tif 000003
【図２】
2004352115.tif 000004
【図３】
2004352115.tif 000005
【図４】
2004352115.tif 000006
【図５】
2004352115.tif 000007
【図６】
2004352115.tif 000008
【図７】
2004352115.tif 000009