JPH0335145B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、パワー装置による助力効果を車両
の走行速度に応じて制御するパワーステアリング
装置に関する。

従来のステアリング装置としては、例えば第１
図に示すようなものがある。この図は、ラツクア
ンドピニオン式パワーステアリング装置を示すも
のであり、まず、構成を説明すると、ステアリン
グホイール１の回転がステアリングシヤフト２を
介して、パワー装置たるパワーシリンダ３６のギ
ヤ部３に伝達され、ここでラツク軸４の往復運動
に変換される。このラツク軸４の往復運動は、ナ
ツクルアーム５を介して車輪７側に伝達され、こ
れにより、キングピン６の回りを車輪７が回転し
て操舵が行われる。

なお、前記ギヤ部３は、ステアリングホイール
１の操作に応じてパワーシリンダ３６内の作動流
体の流れの方向およびその流量を制御する弁装置
を内蔵しており、ステアリングホイール１の回転
量に応じて、操舵力を補助する液圧をパワーシリ
ンダ３６に作用させている。また、パワーシリン
ダ３６による助力効果は、車両の走行速度などに
応じて制御できるようになつており、かかるパワ
ーステアリング装置の操舵力と保舵力との関係を
調べてみると、第２図で示すような特性のグラフ
（ａは操舵力線、ｂは保舵力線をそれぞれ示す。）
となる。同図において、縦軸がアシスト液圧値
（助力効果を得る液圧値）を示し、横軸が操舵力
および保舵力Ｆの大きさを示している。

一般に操舵力は、車両速度が遅いときには重
く、車両速度が速いときには軽い傾向にあり、こ
のため、車両速度に応じて操舵力の最適値を求
め、かつ値が得られるようにアシスト液圧を制御
させることが操舵フイーリングを良くする上で必
要である。この操舵フイーリングの良否は、操舵
力と保舵力との大きさの比によつて大きく影響さ
れるため、保舵力の大きさも、前記操舵力の変化
に応じて変えることが好ましい。殆んどの車両に
おいては、保舵力の理想値Ｃ（最適な操舵フイー
リングを得る保舵力の目標値）は、第２図に示し
たように、同一アシスト液圧時における操舵力F_S
に対する保舵力F_HからΔFだけずれたところにあ
る。これは、保舵状態におけるパワーシリンダ３
６による助力効果（アシスト液圧）が、理想値よ
りも高すぎることを意味する。このように保舵状
態における助力効果が高すぎると、保舵力が軽過
ぎて、運転者の手ごたえが少なく安定した走行を
行ない難い、または、操舵力との差が大きいため
に操舵力が実際の値は十分小さくても、操舵する
際に操舵力を大きく感じてしまう等の操舵フイー
リングの異和感を運転者に与えてしまう。

しかしながら、前述のような従来のパワーステ
アリング装置にあつては、その操舵力と保舵力と
の大きさの差は、このパワーステアリング装置を
構成している各構成部材の固有の慣性力、各構成
部材相互間の摩擦力等によつて決定される構造と
なつていた。そして、前記慣性力や前記摩擦力の
大きさを調整することが困難であるため、操舵力
と保舵力との大きさの比が固定的に決まつてしま
い、異なる車種の場合にはもちろんのこと、同一
車種の場合であつても、操舵力と保舵力との大き
さの比を好ましい値とすることが難しく、前述し
た操舵フイーリングを良くすることが困難であつ
た。また、操舵力と保舵力との大きさの比を良く
しようとすれば、各構成部品相互間の係合関係の
単なる調整だけでは不可能であり、このステアリ
ング装置の構造上の変更も必要とされ、その改善
に要する費用も高いものになるという問題があつ
た。

この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたものであり、パワー装置による助力効
果を車両の走行速度に応じて制御し、もつて、所
望の操舵力を得るパワーステアリング装置におい
て、前記パワー装置の助力効果の大きさを制御す
る制御部と、前記車両が保舵状態にあるか否かを
検出する検出部とを設け、前記制御部を、前記車
両が保舵状態にあるときには、前記所望の操舵力
を得る助力効果と異なる大きさの助力効果を発生
させる制御をするよう構成することにより、保舵
時には通常の保舵力をさらに調整し、もつて、上
記問題を解決することを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第３図は、この発明の基本的な実施例を示すブ
ロツク図である。

まず、構成を説明すると、図中３０が検出部で
あり、この検出部３０は、車両が保舵状態にある
か否かを検出するものであり、通常、ステアリン
グホイール１の位置およびこのステアリングホイ
ール１の回転角速度を検出する検出センサ３２
と、この検出センサ３２からの信号により車両が
保舵状態にあるか否かを検出する検出回路３１と
から構成している。ここで保舵状態とは、車両が
直進状態にない場合で、しかも、ステアリングホ
イール１の回転角度が一定値以下の状態をいうも
のとする。

制御部３３は、通常、制御回路３４と液圧シス
テム３５とにより構成されるが、これに限られる
ものではない。ここでは、液圧システム３５が制
御回路３４の制御信号を受けて、パワー装置たる
パワーシリンダ３６に供給する作動液の量を制御
し、もつて、パワーシリンダ３６のアシスト量と
しての助力効果の大きさを制御している。なお、
３７はパワーシリンダ３６へ作動液を供給し、か
つ、その流れの方向および流量を制御するサーボ
弁である。

前記制御回路３４は、入力端子３４ａより入力
される車両速度の検出信号と、前記検出部３０に
よつて検出された、ステアリングホイール１の回
転角度が時間的に変化しているか否か、または、
本例について後述するようなその時間的変化率を
検出した信号との、パワーシリンダ３６に助力効
果を発生させる条件信号が入力され、かつ、その
条件に応じた所望の操舵力を得る助力効果を発生
させるための制御信号を前記液圧システム３５に
送出する。

つぎにその動作を説明すると、制御部３３で
は、車両速度に相当する信号を受け、これに応じ
た助力効果を発生する作動液量を、液圧システム
３５を介してパワーシリンダ３６に供給するため
の制御をする。この制御は、ステアリングホイー
ル１の回転角度およびその回転角速度も加味して
行われるので、操舵中は、パワーシリンダ３６の
助力効果により所望の操舵力を得ることができ
る。

ここで、操舵状態から保舵状態に変つたものと
すると、検出部３０の検出センサ３２においてそ
の状態に相当する信号が発生し、この信号が検出
回路３１に供給される。検出回路３１では、検出
センサ３２が検出した信号に基づき車両が保舵状
態にあることを検出すると共に、その検出信号を
制御部３３の制御回路３４に送出する。

制御回路３４が検出回路３１からの検出信号を
受けると、そのとき入力端子３４ａから受けてい
る車速に応じて発生すべき制御値に対して、この
とき、前記制御値よりも所定率低い助力効果が発
生するような制御値を算出し、この制御値を新た
な制御信号として液圧システム３５に供給する。
その結果、パワーシリンダ３６に供給される作動
液圧量が減少し、所期の車速に応じた助力効果よ
り所定率低い助力効果が生じる。これにより、あ
る負荷の操舵力に対応する保舵状態における保舵
力を大きくして、この保舵力を操舵力に対して所
定の比率に制御することができる。

このときの所定率は、経験上から、通常の多く
の車両においては操舵力に対して８割程度が良い
ものと考えられるが、車速に応じてより適切な値
を採ることができ、特に、第２図に示す保舵力の
目標値Ｃに適合するような値に制御することがで
きる。以上のようにして、保舵時には操舵力より
低いある適切な保舵力を得ることができる。

つぎに、このようなことを考慮し、この発明の
さらに具体的な実施例について第４図、第５図を
用いて説明する。

第４図は、この発明を適用したパワーステアリ
ング装置の全体的構成図である。図中３５は液圧
システムであり、この液圧システム３５は、定吐
出量型液圧ポンプ４０から吐出される作動液を循
環路３８によつてサーボ弁３７に供給すると共
に、前記作動液の一部を循環路３８の途中に設け
たバイパス路３９に分流させ、このバイパス路３
９に設けた圧力補償型可変絞り部４１によつてそ
の分流量を制御し、もつて、パワーシリンダ３６
の作動液量を制御するという構成を採つている。

液圧制御回路部４３は、前記検出回路３１と前
記制御回路３４とを包含した回路であり、具体的
には第５図に示す如き回路で構成してあり、この
液圧制御回路４３からの出力制御信号４４（駆動
電流として）が、前記圧力補償型可変絞り部４１
に内蔵した、例えばサーボモータまたはソレノイ
ドのコイル部に供給され、バイパス部３９に流れ
る液量を、サーボモータ（またはソレノイド）を
介して制御するものである。

パワーシリンダ３６と弁装置３７とで構成され
る組立体は、２つの画成されたパワーピストン部
を有し、ステアリングホイール１の回転角度およ
びステアリングホイール１の操舵力（トルク）に
応じて前記パワーピストン部の一方の流体室を液
圧ポンプ４０の吐出側に連通すると共に、他方の
流体室を前記液圧ポンプ４０の吸入側に選択的に
連通させ、もつて、異なる方向の操舵補助力、す
なわち助力効果を生じさせる。なお、このような
弁装置３７は公知のパワーステアリング装置で用
いられているものと同様のものを用いることがで
きる。

また、液圧制御回路４３は、ステアリングホイ
ール１の回転角速度を検出する転舵角速度検出器
４５および車輪の向きが直進方向にあるか否かを
検出する直進方向検出器４６（これは弁装置３７
に配設している。）と、車両の走行速度を検出す
る車速センサ４７との信号を受け、これらの信号
に基づいて前記出力制御信号４４を発生する。か
かる液圧制御回路４３の具体的な例を、第５図を
用いて説明する。この実施例に示す液圧制御回路
４３は、検出回路３１と制御回路３４とにより構
成している。なお、同図において液圧システム３
５は、電気的制御に関係する要部のみを示してお
り、この液圧システム３５と前記制御回路３４と
が、この発明の制御部３３を構成する。そして、
第５図においては、液圧制御回路４３と各センサ
との関係を明らかにするために、前記検出部３０
の検出センサ３２と、車両の走行速度を検出する
車速センサ４７とを示しており、前記検出センサ
３２の一例として、直進方向検出器４６の１つで
ある中立位置センサ４６ａおよび転舵角速度検出
器４５を示している。

前記中立位置センサ４６ａの具体的な一例を第
６図に示す。ラツク軸４のラツク４ａとは反対側
の面には、リテーナブツシユ２１が接しており、
このリテーナブツシユ２１をラツクリテーナ２２
が支持している。ラツクリテーナ２２は、ギヤハ
ウジング２３に摺動可能に嵌合しており、リテー
ナカバー２４との間に形成された室２５内に縮設
したリテーナスプリング２２ａによつてラツク軸
４側に付勢される。リテーナカバー２４は、ギヤ
ハウジング２３に固定したナツト２３ａに螺合し
ており、このリテーナカバー２４の進退により、
ラツクリテーナ２２の付勢力が変化する。

また、前記ラツク軸４のリテーナブツシユ２１
側の面には凹部４ｂを設けると共に、該リテーナ
ブツシユ２１の中央部分を貫通するロツド２６ａ
の一端が前記凹部４ｂに当接している。ロツド２
６ａの他端は、ラツクリテーナ２２の室２５側に
着座するスライダ２６に固定しており、また、こ
のスライダ２６のロツド２６ａとは反対側には導
電板２６ｂが貼着してある。２７はコネクタであ
り、このコネクタ２７の室２５側には、２つの可
動接点２７ａ，２７ｂを設けると共に、このコネ
クタ２７と前記スライダ２６との間にはスプリン
グ２７ｃを縮設し、これにより、通常状態では２
つの可動接点２７ａ，２７ｂと前記導電板２６ｂ
とを離間させている。２８ａ，２８ｂは、前記可
動接点２７ａ，２７ｂにそれぞれ個別に接続され
た端子であり、また、２７は各可動接点２７ａ，
２７ｂのリターンスプリングである。

なお、前記凹部４ｂの位置は、車両が直進状態
にあるときに、前記ロツド２６ａ先端がこの凹部
４ｂに係合するように設定する。かくして、ステ
アリングホイール１を回転してラツク軸４を進退
させると、ラツク軸４がその凹部４ｂからロツド
２６ａ先部を押し出し、これにより、スライダ２
６がスプリング２７ｃの付勢力に抗してコネクタ
２７側に移動する。そして、導電板２６ｂが２つ
の可動接点２７ａ，２７ｂに当接すると、２つの
端子２８ａ，２８ｂが導通され、このときの電気
信号により、直進状態から車両が旋回状態に移行
したことを知ることができる。したがつて、この
ときの電気信号の有無により、車両が直進状態に
あるのか否かが検出される。

また、前記転舵角速度検出器４５の具体的な一
例を第７図に示す。ステアリングホイール１は、
弾性部材８０を介してステアリングシヤフト２の
先端部にナツト８１により固定している。ステア
リングシヤフト２は、ベアリング８２を介して、
このステアリングシヤフト２に同軸に装着された
コラムチユーブ８３に回転可能に支持しており、
また、このステアリングシヤフト２の外周には、
Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に配置して環状に形
成した磁石部８４を設ける。そして、前記磁石部
８４に対応してコラムチユーブ８３に、磁気ヘツ
ド等の磁電変換素子８５を配設している。

かくして、ステアリングホイール１を回転する
と、このステアリングホイール１が固定されたス
テアリングシヤフト２が同様に回転して、前記磁
石部８４が磁電変換素子８５の感知部に対して前
記回転角度を角変位する。このとき、磁電変換素
子８５には、磁石部８４の回転角度に応じた信号
が発生し、この信号が前記検出回路３１に入力さ
れ、これにより、ステアリングホイール１の転舵
角速度、または、その回転量の時間的変化率を検
出することができる。

而して、検出回路３１は、Ｄ／Ａ変換器５０に
より転舵角速度検出器４５のデジタル検出信号を
アナログ値に変換し、コンパレータ５１にその出
力を送出する。転舵角速度検出器４５の信号を
Ｄ／Ａ変換するのは、回転速度に対応して磁気セ
ンサ等によるパルス出力（デジタル値）としてそ
の回転速度を検出することが実際上多く行われる
からであり、前記回転速度を直接にアナログ値で
検出するものにあつては、前記Ｄ／Ａ変換器５０
は不必要となる。

コンパレータ５１は、Ｄ／Ａ変換器５０の出力
値が一定値以下になつたときに出力信号を発生す
るものであり、基準電圧発生回路４８より出力さ
れる基準値が正相側に入力されると共に、Ｄ／Ａ
変換器５０からの信号が逆相側に供給される。し
たがつて、転舵角速度が一定値以下になつたとき
にのみ論理値“１”（ハイレベル）の信号を出力
する。

コンパレータ５１の出力信号はAND回路５２
に供給され、ここで中立位置センサ４６ａの出力
信号との論理積が採られる。この中立位置センサ
４６ａは、車輪に一定値以上の実舵角がある場
合、すなわち、ステアリングホイール１を切つて
いる時に論理値“１”の信号を発生する。この結
果、AND回路５２の出力は、転舵操作が行われ
て車輪が直進方向から何度か回転した状態で、し
かも、そのときの転舵角速度が一定値以下に低下
したとき、すなわち、保舵状態に入つたときに論
理値“１”の出力信号を発生する。

こうして発生したAND回路５２の出力信号は、
制御回路３４の演算回路５３にダイオード抵抗を
介して印加される。なお、AND回路５２の出力
信号（論理値“１”）は、保舵状態にあるときに
のみ発生し、転舵状態にあるときにはその値が論
理値“０”が保持される。以上が、検出回路３１
の動作である。

一方、車両の走行速度を検出する車速センサ４
７の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器５４でデジタル値
検出量がアナログ値に変換され、これが車速−液
圧制御値変換回路５５に入力されて、ここで車速
に応じた制御電圧値が取り出され、この値が差動
増幅器５７に入力される。また、前記検出回路３
１のＤ／Ａ変換器５０の検出信号は、前記コンパ
レータ５１側へ出力されると同時に、転舵角速度
−液圧制御値変換回路５６側にも出力され、ここ
で転舵角速度に応じた制御電圧値として取り出さ
れて、この制御電圧値が前記差動増幅器５７に入
力される。そして、この差動増幅器５７におい
て、車速に対応した制御電圧値から転舵角速度に
対応した制御電圧値が減算され、この減算値が前
記演算回路５３に入力される。

演算回路５３では、差動増幅器５７から入力さ
れた信号値と、前記AND回路５２から入力され
た信号値とを加算し、これにより、保舵状態にあ
るときの、所望の操舵力を得る助力効果よりも所
定率低い助力効果を発生させる制御をする制御信
号が算出される。このようにして得られた演算回
路５３の出力信号が、液圧制御電圧−駆動電流変
換回路５８に送出され、ここで先の入力信号に応
じた所定の駆動電流値を出力制御値信号４４とし
て発生し、第４図に示す圧力補償型可変絞り部４
１に内蔵されたサーボモータの駆動コイル５９に
所定の電流を流して、バイパス路３９の流量を調
整することにより、パワーシリンダ３６に向かう
作動液の量を減少して、所定率低い助力効果を発
生させる。したがつて、保舵状態にあるときに
は、演算回路５３の出力信号が増加されるため、
助力効果もこれに応じて低減することができ、こ
の結果、第２図のグラフに示すように、保舵状態
における保舵力を、その理想値Ｃ（通常は操舵力
の0.8倍程度）にすることができる。一方、操舵
状態にあるときには、AND回路５２の出力値が
論理値“０”となるため、この場合には、所望の
操舵力が必要とされる通常の助力効果を得ること
ができる。なお、上述した実施例は、保舵時に操
舵時よりも低い助力効果とするよう制御して、適
切な保舵力と操舵力の大小関係を得るものである
が、本発明によれば、上述した実施例と同様の回
路構成で、保舵力と操舵力との差をより拡大すべ
く、保舵時に操舵時よりも高い助力効果となるよ
う制御することもできる。すなわち、操舵力と保
舵力との差が小さく、運転者に手ごたえとして操
舵時、保舵時の感覚を与えられない車両にあつて
は、このような制御によつて、安定した走行が可
能となる。なお、この回路構成は、第５図の演算
回路５３を減算回路とすれば良く、別個に図示す
ることは省く。

第８図Ａ，Ｂ，Ｃには、検出回路３１の他の実
施例を示す。

第８図Ａの実施例は、第５図に示した実施例か
ら単にＤ／Ａ変換器５０を除外したものであり、
転舵角速度検出器４５から直接にアナログ信号を
得るようにしている。他の構成は、第５図の検出
回路３１と同様である。

第８図Ｂの実施例は、検出センサ３２の機能を
転舵角度検出器６１のみで行なうようにしたもの
であり、コンパレータ６３で転舵角度検出器６１
の出力と基準電圧発生回路６２の出力とを比較す
ることにより、操舵輪が中立位置にあるか否か、
換言すれば、車両の進行方向が直進状態にあるか
否かを検出して、その信号をAND回路５２に入
力している。また、転舵角速度が一定値以下であ
ることを検出するために、転舵角度検出器６１の
出力信号を一旦微分回路６４に入力させ、これを
角速度に変換してコンパレータ５１に入力する構
成を採つている。なお、基準電圧回路４８と
AND回路５２とは、第６図Ａで示したものと同
様の機能を持つものである。

第８図Ｃの実施例は、ピツトマンアームもしく
はナツクルアームもしくはアイドラアームの各揺
動速度またはラツク軸の摺動速度を検出する第１
の転舵状態検出器６５を設け、この検出信号と基
準電圧発生回路６２の基準値信号とをコンパレー
タ６３で比較して、AND回路５２の一方の入力
信号とすると共に、車両のピツチング角度もしく
はヨーイング角度もしくはローリング角度を検出
する第２の転舵状態検出器６６を設け、この検出
信号と基準電圧発生回路４８の基準値信号とをコ
ンパレータ５１で比較して、AND回路５２の他
方の入力信号としたものである。この場合、各基
準電圧発生回路４８，６２の電圧は、前記ピツト
マンアーム等の揺動速度およびピツチング角度等
に応じて変更する必要がある。

第９図Ａ，Ｂには、それぞれこの発明の他の実
施例を示す。

第９図Ａの実施例は、助力効果の制御を液圧制
御部７０で電気的に直接行なうようにしたもので
あり、制御回路３４からの出力電流値を加減し
て、その助力効果量を調整するようにしたもので
ある。この実施例においては、操舵トルク検出装
置７１、シリンダ差圧検出装置７２の２つの検出
信号を液圧制御回路３４にフイードバツクさせ、
目標とする保舵力を得る制御をする。他の構成お
よび動作は、第４図におけるものと同様であり、
このようにしても前記実施例と同様の効果を得る
ことができる。

第９図Ｂの実施例は、反力機構７３を独立して
電気的に変化させることにより、目標値の保舵力
を得るようにしたものである。他の構成およびそ
の動作は、第４図におけるものと同様であり、こ
のようにしても前記実施例と同様の効果を得るこ
とができる。

以上説明してきたように、この発明では、パワ
ー装置による助力効果を車両の走行速度に応じて
制御し、所望の操舵力を得るパワーステアリング
装置において、前記パワー装置の助力効果の大き
さを制御する制御部と、前記車両が保舵状態にあ
るか否かを検出する検出部とを設け、前記制御部
を、前記車両が保舵状態にあるときには、前記所
望の操舵力を得る助力効果と異なつた大きさの助
力効果を発生させる制御をするよう構成した。こ
のため、ステアリング装置を構成する各部材の固
有の慣性力、各部材相互間の摩擦力によつて決定
される、操舵力に対する保舵力の大きさの差を調
整することができる。したがつて、ステアリング
操舵時に感ずる操舵力と、ステアリング保舵時に
感ずる保舵力との大きさの比を車両の種類に係ら
ず理想的な比率に設定することができ、好ましい
操舵フイーリングが得られるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のラツクアンドピニオン式パワー
ステアリング装置の概略構成図、第２図は液圧パ
ワーシリンダを用いたパワーステアリング装置の
操舵力と保舵力との特性を示すグラフ図、第３図
はこの発明を適用したパワーステアリング装置の
実施例の基本的構成図、第４図はこの発明の具体
的実施例であるパワーステアリング装置の概略構
成図、第５図は第４図に示す実施例における構成
要素である液圧制御回路部の具体的な回路構成
図、第６図は同じく中立位置センサの具体的な構
成を示す断面図、第７図は同じく転舵角速度検出
器の具体的な構成を示す断面図、第８図Ａ，Ｂ，
Ｃはそれぞれ第５図の構成要素である検出回路の
他の具体例を示す図、第９図Ａ，Ｂはそれぞれこ
の発明を適用した他のパワーステアリング装置に
おける実施例の全体構成図である。 １……ステアリングホイール、２……ステアリ
ングシヤフト、３……ギヤ部、４……ラツク軸、
３０……検出部、３１……検出回路、３２……検
出センサ、３３……制御部、３４……制御回路、
３５……液圧システム、３６……パワーシリン
ダ、３７……サーボ弁、４０……液圧ポンプ、４
１……可変絞り部、４３……液圧制御回路、４５
……転舵角速度検出器、４６ａ……中立位置セン
サ（直進方向検出器）、４７……車速センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パワー装置による助力効果を車両の走行速度
   に応じて制御し、所望の操舵力を得るパワーステ
   アリング装置において、前記パワー装置の助力効
   果の大きさを制御する制御部と、前記車両が保舵
   状態にあるか否かを検出する検出部とを設け、前
   記制御部を、前記車両が保舵状態にあるときに
   は、前記所望の操舵力を得る助力効果と異なる大
   きさの助力効果を発生させる制御をするよう構成
   したことを特徴とするパワーステアリング装置。