資料

チェックバルブによる油圧パワーステアリングのキックバックの低減
橋本亨

Reduction of Kickback by Attaching a Check Valve to Hydraulic Power Steering
T. HASHIMOTO

Automotive engineering has been rapidly improving in recent years. And requirements from customers
toward vibration and noise reduction of steering system are getting severer.
Kickback is one of the causes of steering system vibration. We have succeeded in reducing this kickback byattaching a check valve to hydraulic power steering gear, and herein show the results.

1．はじめに
2．キックバックの発生メカニズム
3．キックバックの発生要因
4．チェックバルブ装着による対策と効果
4.1

チェックバルブの構造と作動原理

4.2
4.3

チェックバルブの装着方法
実車でのキックバック低減

5．チェックバルブ装着による背反問題と対策
6．おわりに効果
4.4

台上でのキックバック低減
効果1．はじめに

2．キックバックの発生メカニズム

近年，自動車技術の進歩に伴い「走る」「曲が車両が凹凸路面を走行した時にタイヤからの入る」「止まる」といった基本性能はじめ，各種の力がサスペンションシステムとステアリングシス

性能面において目ざましい向上が見られる．そう

テムを通してハンドルホイールに伝達され振動がした状況において，振動，騒音に対する顧客の要発生する ．その現象がキックバックである．今

求も高度化してきており，ステアリング系の振動，回は，ステアリングシステムの伝達特性に着目し騒音においても例外ではない．

た．

１）

ステアリング系の振動の一つにキックバックとステアリングシステムにおけるキックバックの呼ばれる現象がある．キックバックは車両が凹凸発生の一例として，車両が左旋回中にタイヤが路路面を走行した時にタイヤからの入力がハンドル面段差に落ち込んだ時の計測データを図1に示す．

ホイールに伝達され振動が発生する現象であり，①最初に，タイヤが路面段差に落ち込む．

ステアリングシステム以外に車両側のサスペンシ②一瞬タイヤの接地荷重が抜けタイロッド軸力

ョンシステムの要因も大きい．今回，ラック＆ピが減少する．
（Ａポイント）

ニオン式パワーステアリングギヤにチェックバル

③次に，タイヤが路面段差を乗り越える時，タブを装着することで車両側の設計を変更することイヤの接地荷重が回復しタイロッド軸力が増なくキックバックを低減することができたのでそ加する．の内容を報告する．

④タイロッド軸力の増加により，シリンダ内の作動油が押し出され，プレッシャポートより逆流し，その結果アシスト側のシリンダに十66

KOYO Engineering Journal No.157 (2000)

資料−チェックバルブによる油圧パワーステアリングのキックバックの低減−

分な作動油が供給されず，タイロッドからの・キャスタ角の最適化

入力がハンドルホイールに伝達されキックバ・サスペンション横剛性の軽減

ックとして感じられる．
（Ｂポイント）②ステアリングシステムでの対策
・ポンプ流量の増加

Rタイロッド軸力，kN

圧縮・バルブ特性の最適化

50ms

・ホース膨張量の低減−8・ステアリング系の剛性低減
0時間，ms

しかし，上記対策方法のほとんどは車両あるい8はステアリングシステムの設計を大きく変更しな引張りければならない内容であり，車両の操安性に大きLシリンダ圧力，MPaく影響を及ぼす内容でもある．
そこで，現状の車両およびステアリングシステ
ムの設計変更を最小限に抑える対策方法として，
2.5

油圧パワーステアリングギヤにチェックバルブを時間，ms0装着することに着目した．

ハンドル周方向加速度，G4．チェックバルブ装着による対策と効果
4.1−4時間，ms0

チェックバルブの構造と作動原理

今回，キックバック対策としてステアリングギヤに装着したチェックバルブは図2に示すように
シート，ポペット，コイルバネ，ケースの４部品

4AB

図1 キックバック発生時の実車計測データ（左旋回時）
Data on actual vehicle at kickback occurrence(Steering wheel is turned to the left )から構成されている．

シート

ラック＆ピニオン式ステアリングギヤはボールスクリュー式ステアリングギヤと比較し，ステア

ポペット

リング系の剛性が高く，路面からの入力に対して敏感であるため，キックバックに対しては不利である．

ポペットの上方向から力が加わるとシート・ポペット間が開き油路ができる

コイルバネ
F

3．キックバックの発生要因
キックバックは凹凸路面走行時のタイヤ接地荷重の変化が起因となり，タイヤ→ステアリングギヤ→ハンドルホイールと伝達される．

ケース

図2 チェックバルブ構成部品
Check valve components

サスペンションシステムおよびステアリングシステム各々にそれぞれの要因があり，サスペンシ

プレッシャポートに装着されたチェックバルブ

ョンシステムにおいては，凹凸路面走行時のタイは，通常，作動油の流れにより，ポペットがコイヤからタイロッドへの入力をいかに低減できるルバネを押し付けており，作動油はポンプからシか，ステアリングシステムにおいては，タイロッリンダの方向に抵抗なく流れる．キックバック発

ドからの入力をステアリングギヤでいかに吸収で生時にはステアリングギヤのシリンダから押し出きるかがキックバック対策のポイントとなる．

された作動油がプレッシャポートより逆流しよう

キックバックの対策については一般に下記の方法が考えられる．
①サスペンションシステムでの対策とするが，チェックバルブが閉じて作動油の逆流を防止する．シリンダ内の閉じこめられた作動油がダンパとなりキックバックを低減する．

・キングピン傾角の最適化
・キングピンオフセット量の削減

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資−チェックバルブによる油圧パワーステアリングのキックバックの低減−伝達された荷重を，シリンダの油圧で受ける

チェックバルブ装着時の作動油の流れを図3にことができ，キックバックを低減できる．

示す．
入力

ＰＳギヤ
シリンダ

キックバック

リザーバタンク

図3 作動油の流れ
Flow of hydraulic oil

4.20

チェックバルブの装着方法

チェックバルブは，図4に示すようにバルブハウジングのプレッシャポート部に圧入装着する．
この方法では，バルブハウジングにチェックバルブ装着部の追加工を施すだけで大きな設計変更をすることなく装着することができる．

時間，ms
チェックバルブ無し
チェックバルブ有り

8引張り

Lシリンダ圧力，MPa

通常
キックバック時

50ms

−82.5
時間，ms

0

ハンドル周方向加速度，G

チェックバルブ

Rタイロッド軸力，kN

圧縮出力ポンプ料−4時間，ms04
Ａ Ｂ

図5 実車でのキックバック低減効果
Kickback reduction effect of actual vehicle

チェックバルブ

バルブハウジング

プレッシャポート

4.4

台上でのキックバック低減効果

台上でのキックバック低減効果確認方法として，図6に示すように，ステアリングギヤの入力配管

軸を固定しタイロッドより繰り返し負荷を与えた
ときのハンドル保舵トルク，シリンダ部の圧力，プレッシャ圧力，負荷荷重を測定する．

図4 チェックバルブ装着方法
Mounting method of a check valveT

4.3

実車でのキックバック低減効果
PRPL

TPout

チェックバルブ装着時の実車計測データ例を図Pin5に示す．走行状態は２項に例として挙げた左旋
回中にタイヤが路面段差に落ち込んだ時と同じ状F態のものである．
①チェックバルブ装着なしの状態と同じように，タイヤが路面段差に落ち込む．
②一瞬，タイヤの接地荷重が抜けタイロッド軸

図6 台上試験方法
Bench test method

力が減少する．
（Ａポイント）③次に，タイヤが路面段差を乗り越える時，タ試験条件を表1に示す．

イヤの接地荷重が回復しタイロッド軸力が増

ステアリングギヤの設定流量，設定圧力は実車加するが，プレッシャポートにチェックバルと同条件とし，タイロッドの加振周波数を変化さブを装着することによりタイロッドからの入せた．タイロッドからの入力は，実車における旋力に対して，チェックバルブが閉じるため，回時の凹凸路走行を想定し，２kN（圧縮）を中心シリンダ圧力が増加する．
（Ｂポイント）に±２kNの繰り返し負荷を与えた．

④この結果から，作動油がチェックバルブによ

台上での試験結果を図7〜9に示す．ってシリンダ内に閉じ込められていることが確認できる．タイヤからステアリングギヤに

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資料−チェックバルブによる油圧パワーステアリングのキックバックの低減−

ンダ圧力がチェックバルブなしでのシリンダ部の

表1 台上試験条件
Condition of bench test
項目

圧力より高くなる．

設定流量，r／min

５設定圧力，MPa8.3

あり，なしともほぼ同等である．
以上のことより，チェックバルブ装着の効果として，タイロッドの加振周波数が５Hzを超える

２±２（圧縮）タイロッド軸力，kN
負荷波形

正弦波

周波数，Hz1, 5, 10, 15, 20

タイロッド角度

ハンドル保舵トルク，N・m

プレッシャ側圧力については，チェックバルブ

設定値とタイロッドからの負荷に対しシリンダ内の作動油が排出されプレッシャポートより逆流しようとするが，チェックバルブが閉じることにより作動実車相当油の逆流を防ぐ．その結果，タイロッドからの負荷はシリンダ油圧で吸収でき，実車での計測デー

25タと同様にハンドル保舵トルクが軽減される．

チェックバルブ無し

20155．チェックバルブの装着による背反問
題と対策

105

チェックバルブ有り

キックバック対策として，チェックバルブの装0510
加振周波数，Hz1520

クバルブ装着による背反問題も考えなければなら

図7 加振周波数とハンドル保舵トルク
Oscillation frequency and input torqueない．
チェックバルブを装着したステアリングギヤについて実車での縁石衝突試験を実施したところシシリンダ部圧力，MPa5リンダ内の作動油が排出されないため，タイヤか4らの入力荷重をシリンダで受けることになりタイ

3チェックバルブ有り

21510加振周波数，Hz15ロッドの発生軸力が増大し，タイロッドが曲がる問題が発生した．
その対策として，チェックバルブのポペット部チェックバルブ無し
0着効果が台上および実車で確認できたが，チェッ20にオリフィス穴を設けた．
オリフィス穴を設けたチェックバルブについて台上評価した結果，キックバック低減率とタイロ

図8 加振周波数とシリンダ部圧力
Oscillation frequency and cylinder pressure

ッド軸力低減率は図10に示すように相反する結プレッシャ圧力，MPa果が得られた．
5（良）
キックバック低減率32

チェックバルブ無し

10（良）

チェックバルブ有り

4510加振周波数，Hz1520

図9 加振周波数とプレッシャ圧力
Oscillation frequency and inport pressure
周波数とハンドル保舵トルクの関係について

キック
バ
ック
低減率

タイロッド軸力低減率（悪）無しとなるが，チェックバルブなしではハンドル保舵トルクが周波数とともに上昇する．
シリンダ部の圧力は，タイロッドの加振周波数が５Hzを超えるとチェックバルブありでのシリKOYO Engineering Journal No.157 (2000)

（悪）
2.0

オリフィス穴径，mm

は，チェックバルブありではタイロッド加振周波数が５Ｈｚを超えるとハンドル保舵トルクが一定

1.0

タ
イ
ロ
ッド
軸力低減率

図10 キックバック低減率とオリフィス穴径
Reduction ratio of kickback and diameter of orifice
この結果を基に，実車での評価も行い，性能，強度面でバランスのとれたオリフィス径（φ1.0）を決定した．

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−チェックバルブによる油圧パワーステアリングのキックバックの低減−

資料

6．おわりにステアリングギヤのプレッシャポート部にチェックバルブを装着することで，車両側及びステアリング系の大きな設計変更をすることなく，コスト面においても安価なキックバックの対策を行うことができた．
また，チェックバルブ装着による背反問題である縁石衝突時のタイロッド軸力の上昇についてもオリフィス穴を設けることで解消でき，装着する車両に応じた最適な仕様を設定することができる．

参考文献
１) 小 高 賢 二 ・ 皆 川 正 明 ： HONDA R&D
Technical Review，vol. 11，no. １（1999）
．

筆 者

橋本 亨*
T. HASHIMOTO*

ステアリング事業本部

ステアリング技術センター

ステアリング実験部

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