JPH08175402A

JPH08175402A - ステアリング装置

Info

Publication number: JPH08175402A
Application number: JP32768894A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mori; 宏毛利; Hiroyuki Kosho; 裕之古性; Fukashi Sugasawa; 深菅沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ステアリング系の剛性を制御することで車両の
旋回安定性と操舵応答性を確保する。【構成】ステアリング系の剛性値Ｋが、可変剛性弾性体
で形成されるステアリングホイール１の回転を伝えるコ
ラムカップリング３と、その回転を直線運動に変換し車
輪９を転舵させるラック軸６を支持するラックハウジン
グ１０を車体１８に固定する可変剛性弾性体で形成され
たインシュレータ１１との剛性を可変制御されることに
より車両の旋回安定性を確保しつつ、操舵応答性を向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステアリング系の剛性
をステアリングホイールの回転によるハンドル角速度に
応じて制御し、操舵応答性及び旋回安定性を向上させる
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステアリング装置では、ステアリングホ
イールの回転に伴って軸方向移動するラック軸を収納す
るラックハウジングと車体との間に設けられたラックイ
ンシュレータや、ステアリングホイールの回転をラック
軸に伝えるステアリングシャフト間に設けられたコラム
カップリングといった弾性体で、路面からステアリング
系に伝わるキックバックの解消、ステアリングシャフト
に生じるシミーの軽減、もしくは走行中の異音低減がな
されている。

【０００３】また、これら弾性体の剛性を可変制御にす
るステアリング装置として、例えば、実開昭６０−２５
５７６号公報に記載されるものがある。

【０００４】これは、運転者によるステアリングホイー
ルの回転に伴って軸方向に移動するラック軸を収納する
ためのハウジング部材と車体との間に可変剛性弾性体を
設けたステアリング装置が、車速に応じてハウジング部
材の軸方向におけるステアリング剛性を変化させること
で、車輪のコンプライアンスアンダーステア量を制御
し、車両のステアリング特性をアンダーステア傾向に
し、車両安定性の向上を図ろうとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ステアリング装置にあっては、高速時にステアリング剛
性を減少させて、ステア特性をアンダーステア化させる
構成になっていたため、ハンドル角速度には依存せず、
例えば、ステアリング剛性を高くする制御に設定する
と、高ハンドル角速度時の操舵応答性は向上するが、低
ハンドル角速度時の旋回安定性は確保できない。逆に、
ステアリング剛性を低くする制御に設定すると、低ハン
ドル角速度時の旋回安定性は確保できるが、高ハンドル
角速度時の操舵応答性は向上しない。以上のように、両
者は相反するものであり、共に満足できないという問題
点があった。

【０００６】そこで、本発明は、このような従来の問題
点に着目してなされたもので、ハンドル角速度検出手段
の検出信号に基づき、ステアリング剛性を制御可能なス
テアリング装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の内、請求項１に係るステアリング装置
は、運転者の操縦に応じたステアリングホイールの回転
に基づき前輪を転舵させるステアリング系と、該ステア
リング系の剛性を可変制御する可変剛性弾性体と、ハン
ドル角速度を検出するハンドル角速度検出手段と、前記
ステアリング系の剛性が、前記ハンドル角速度検出手段
の検出信号を入力し、ハンドル角速度の増加に応じて高
くなるよう制御する剛性制御手段を具えたことを特徴と
するものである。

【０００８】また、本発明の内、請求項２に係るステア
リング装置において、前記剛性制御手段は、前記ハンド
ル角速度の増加に対するステアリング剛性の増加割合
を、車速増加に伴い大きくすることを特徴とするもので
ある。

【０００９】さらに、本発明の内、請求項３に係るステ
アリング装置において、所定車速以下では、前記剛性制
御手段を禁止し、前記ステアリング系の剛性は一定に保
たれることを特徴とするものである。

【００１０】加えて、本発明の内、請求項４に係るステ
アリング装置において、前記剛性制御手段は、シミ−発
生車速近傍域で、前記ハンドル角速度の増加に対するス
テアリング剛性の増加割合を小さくすることを特徴とす
るものである。

【００１１】さらに加えて、本発明の内、請求項５に係
るステアリング装置において、前記剛性制御手段は、前
記ハンドル角速度が所定値以上では、前記ハンドル角速
度の増加に対するステアリング剛性の増加割合を制限す
ることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】上述した構成により、本発明の内、請求項１に
係るステアリング装置は、ハンドル角速度検出手段によ
り、運転者が操作したハンドル角速度を検出し、該ハン
ドル角速度検出手段の検出信号に応じて、剛性制御手段
により、高ハンドル角速度操作時には高いステアリング
剛性として操舵応答性を確保し、低ハンドル角速度操作
時には低いステアリング剛性として旋回安定性を確保す
るようにステアリング系の可変剛性弾性体を制御する。

【００１３】また、本発明の内、請求項２に係るステア
リング装置は、前記ハンドル角速度の増加に対するステ
アリング剛性の増加割合を、車速増加に伴い大きくする
ことで、高速旋回時の車両の位相遅れに対して操舵応答
性を向上することができる。

【００１４】さらに、本発明の内、請求項３に係るステ
アリング装置は、所定車速以下では、前記剛性制御手段
を禁止し、前記ステアリング系の剛性を一定に保つこと
で、運転者のハンドル操作に対する車輪の操舵応答性の
影響を受けにくい低車速域のみ前記剛性制御手段を禁止
して制御の簡略化を図り、さらに低車速域では大きな操
舵力を生ずるため、ステアリング剛性を一定値にして音
の伝達率を低下させることで、パワーステアリング制御
の頻繁な油圧循環による不快な流体音の発生を低減す
る。

【００１５】加えて、本発明の内、請求項４に係るステ
アリング装置において、前記剛性制御手段は、シミ−発
生車速近傍域で、前記ハンドル角速度の増加に対するス
テアリング剛性の増加割合を小さくすることで操舵応答
性の向上に加えシミーの発生も軽減できる。

【００１６】さらに加えて、本発明の内、請求項５に係
るステアリング装置において、前記剛性制御手段は、前
記ハンドル角速度が所定値以上では、前記ハンドル角速
度の増加に対するステアリング剛性の増加割合を制限す
るから、ハンドル操作に対する車輪の過敏な操舵応答に
よって運転者が受ける違和感を解消する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、添付した図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明であるステアリング装置の
一実施例を示すシステム図である。図１において、１は
運転者の操舵により回転するステアリングホイール、２
はステアリングホイール１と嵌合されて一緒に回転する
コラムシャフト、３はコラムシャフト２と連結するコラ
ムカップリングで、コラムシャフト２の回転を反対側で
連結するインターミディエイトシャフト４に伝える。

【００１９】このインターミディエイトシャフト４には
コラムカップリング３側とは反対にピニオンギア５が取
り付けてあり、ラック軸６と噛み合って、ステアリング
ホイール１の回転をラック軸６の軸心に沿った直線移動
に変換する直動機構を形成する。このラック軸６の直線
運動が、可動するサイドロッド７，ナックルアーム８を
経て再び回転運動に変換されて車輪９を転舵する。ま
た、ラック軸６は軸方向の摺動を可能にするラックハウ
ジング１０で支持され、そのラックハウジング１０は、
インシュレータ１１を介して車体に固定するよう取り付
けられている。

【００２０】これら上記した構成をステアリング系とす
る。このステアリング系の剛性は、剛性値を変更可能に
する可変剛性弾性体で形成されるコラムカップリング３
及びインシュレータ１１でほぼ決定される。

【００２１】次に、ステアリング系の剛性値を制御する
剛性制御手段を添付した図面を基に説明する。

【００２２】図２は剛性制御手段の構成を示す電子−油
圧制御系のシステム図を示したものである。図２におい
て、１２はステアリングホイール１の回転角度θを検出
するハンドル角センサ、１３は車速Ｖを検出する車速セ
ンサ、１４は制御用コントローラ、１５はエンジンまた
は別に設けたモータの駆動により油圧を発生するポン
プ、１６はポンプ１５からの油圧をコントローラ１４の
指令に応じて増圧もしくは減圧してコラムカップリング
３及びインシュレータ１１に供給する圧力制御弁、１７
は圧力制御弁１６での増圧もしくは減圧時に不要となっ
た作動油を、ポンプ１５に戻すために一時的に蓄積する
リザーバタンクである。

【００２３】図３はインシュレータ１１の構成を示す図
で、１１ａはインシュレータ１１内に設けた油圧室，１
１ｂは圧力制御弁１６と油圧室１１ａとを連通する油路
で、共に作動油が充填されている。また図３（ｂ）に示
すように、インシュレータ１１は、車体１８に溶接した
ブラケット１９ａとボルト締結されるブラケット１９ｂ
に、ラックハウジング１０を弾性支持するよう固定され
ている。

【００２４】図４はコラムカップリング３の構成を示す
図で、２０はコラムシャフト２と嵌合する入力軸，２１
は入力軸２０に溶接されるコラムカップリング３のケー
シング、２２はインターミディエイトシャフト４に接続
され、内部に圧力制御弁１６と連通する油路２２ａを具
える出力軸、２３はケーシング２１と出力軸２２との間
に設けた弾性体で、油路２２ａを介して圧力制御弁１６
と連通する油圧室２３ａを具えている。

【００２５】ここで、制御方法を説明する。図２におい
て、コントローラ１４は、運転者がステアリングホイー
ル１をステップ操作した時のハンドル角θをハンドル角
センサ１２から周期的に演算し、その演算サイクル間の
差でハンドル角速度Δθを求めて、ステアリング系の剛
性値Ｋをハンドル角速度Δθの増加とともに二次曲線的
に増加する図５に従って選定する。さらに、このステア
リング系の剛性値Ｋを指令電流Ｉとして圧力制御弁１６
に出力し、ポンプ１５からの油圧を増圧もしくは減圧制
御してコラムカップリング３及びインシュレータ１１に
供給して剛性値Ｋを制御する。

【００２６】ここで、ステアリング系の剛性値Ｋとハン
ドル角速度Δθとの関係を示す図５では、剛性値Ｋが二
次曲線的に増加しているが、この関係は直線的な増加で
あっても構わない。また、２箇所に設けられているイン
シュレータ１１のうち、制御する対象となるインシュレ
ータ１１は一つでよい。

【００２７】次に、剛性制御手段による作用効果を図面
を基に説明する。図６（ａ）は、ステアリングホイール
１をステップ操作した場合のハンドル角θ、図６（ｂ）
は、ステップ操作に対する車輪の実舵角δを示したもの
である。ここで、図５において、点Ａを低速側ハンドル
角速度として剛性値Ｋ0 、点Ｂを高速側ハンドル角速度
として剛性値Ｋ1 にし、それらを固定値とした場合、車
輪の実舵角δは図６（ｂ）に示すように、剛性値Ｋ０で
は破線ａ，剛性値Ｋ1 では一点鎖線ｂで示される様に転
舵する。

【００２８】運転者がステアリングホイール１を図６
（ａ）のようにハンドル角θをステップ操作した場合、
車輪の実舵角δは図６（ｂ）の実線ｃで示すように、ま
ず、高速側ハンドル角速度の一点鎖線ｂで制御を始め、
ハンドル角速度が減少すると共に低速側ハンドル角速度
の破線ａに移行するように制御される。

【００２９】従って、高速側ハンドル角速度ではステア
リング剛性を上げてステアリング系に微分要素を付加
し、ハンドル角θに対する車輪の実舵角δの位相遅れを
小さくして車両の操舵応答性を向上させ、低速側ハンド
ル角速度ではステアリング剛性を下げて旋回安定性を確
保する。

【００３０】加えて、従来の通りに、インシュレータ１
１は、転舵した車輪９に発生するコーナリングフォース
がサイドロッド３を経てラックハウジング１０にもたら
す振れの解消もしくは走行中の異音を低減し、また、コ
ラムカップリング３は、コラムシャフト２とインターミ
ディエイトシャフト４との間で捩じれによるシミーの発
生を軽減する。

【００３１】また、図７のようにハンドル角速度の増加
に対するステアリング系の剛性値Ｋの増加割合を車速Ｖ
の増加に伴って大きくすることで、高速旋回時の車両の
位相遅れに対して操舵応答性を向上する。

【００３２】さらに、所定車速Ｖ0 以下では剛性制御手
段を禁止してステアリング剛性を剛性値Ｋ0 に保つこと
で、運転者のハンドル操作に対する車輪の操舵応答性の
影響を受けにくい反面、大きな操舵力を生ずるためパワ
ーステアリング制御が頻繁に行われる低車速域では剛性
制御手段を禁止して、ステアリング剛性を一定値Ｋ0に
して音の伝達率を低下させることで、パワーステアリン
グ制御の頻繁な油圧循環による不快な流体音の発生を低
減する。

【００３３】しかし、ハンドル角速度Δθに応じてステ
アリング剛性Ｋを増加することは動ばね定数を増加させ
ることになるためシミーを発生しやすくなる。そこで、
シミーを発生する車速はサスペンション前後の共振周波
数から推定できることを考慮して、図８（ａ）に示すハ
ンドル角速度Δθに対するステアリング剛性Ｋの増加割
合αを、図８（ｂ）に示すように、シミー発生車速領域
Ｘでは減少するよう制御を行い車両の操舵応答性の向上
とシミー発生の軽減を図る。

【００３４】加えて、図９に示すように、ハンドル角速
度Δθに対するステアリング剛性Ｋの増加割合αを所定
ハンドル角速度ΔΘで制限することにより、ハンドル操
作に対する車輪の過敏な操舵応答によって運転者が受け
る違和感を解消する。

【００３５】さらに、コラムカップリング３の剛性を電
気粘性流体で制御する他の実施例の構成を図１０に基づ
いて説明する。まず、２４ａはコラムシャフト２側に、
２４ｂはインターミディエイトシャフト４側に各々ボル
トで締結されているパイプ状のスペーサ，２５は弾性体
であり、スペーサ２４ａと２４ｂは弾性体２５に接着さ
れている。弾性体２５は内部に液室２５ａとオリフィス
２６を備えるとともに電気粘性流体が充填され、オリフ
ィス２６の周りには電極２７が備わり、二つの液室２５
ａと連通している。

【００３６】ここで、剛性制御手段の構成を示す図２の
電子−油圧制御系システム図の符号１６を電極２７とす
る。つまり、制御方法は第一実施例と同様に行われて、
コントローラ１４によって電極２７の電圧を制御するこ
とで、コラムカップリング３の捩じれにより、一方の液
室２５ａが膨張し他方の液室２５ａが収縮する時、オリ
フィス２６に流れる電気粘性流体の粘度が変化してコラ
ムシャフト２側とインターミディエイトシャフト４側と
の捩じれに対する拘束力つまり等価的にコラムカップリ
ング３の剛性が変化し、第１実施例のコラムカップリン
グ３と同様の作用効果を得られる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の内、請求項１に係るステアリン
グ装置は、運転者の操縦に応じたステアリングホイール
の回転を直動機構を介して車輪を転舵させるステアリン
グ系と、ステアリング系の剛性を可変制御する可変剛性
弾性体とを有するステアリング装置において、剛性制御
手段が、前記ステアリング系の剛性をステアリングホイ
ールの回転によるハンドル角速度の増加に応じて高くす
る制御を行う。

【００３８】従って、ステアリングホイールをステップ
操作した場合、車両の旋回安定性が確保されるととも
に、ハンドル操作に対する車輪の操舵応答性を向上させ
ることができる。

【００３９】また、本発明の内、請求項２に係るステア
リング装置において、前記剛性制御手段では、前記ハン
ドル角速度の増加に対するステアリング剛性の増加割合
を、車速増加に伴い大きくすることで、高速旋回時の車
両の位相遅れに対して操舵応答性を向上することができ
る。

【００４０】さらに、本発明の内、請求項３に係るステ
アリング装置において、所定車速以下では、前記剛性制
御手段を禁止し、前記ステアリング系の剛性を一定に保
つことで、運転者のハンドル操作に対する車輪の操舵応
答性の影響を受けにくい低車速域のみ前記剛性制御手段
を禁止して制御の簡略化を図り、さらに低車速域では大
きな操舵力を生ずるため、ステアリング剛性を一定値に
して音の伝達率を低下させることで、パワーステアリン
グ制御の頻繁な油圧循環による不快な流体音の発生を低
減する。

【００４１】加えて、本発明の内、請求項４に係るステ
アリング装置において、前記剛性制御手段は、シミ−発
生車速近傍域で、前記ハンドル角速度の増加に対するス
テアリング剛性の増加割合を小さくすることで操舵応答
性の向上に加えてシミーの発生も軽減できる。

【００４２】さらに加えて、本発明の内、請求項５に係
るステアリング装置において、前記剛性制御手段は、前
記ハンドル角速度が所定値以上では、前記ハンドル角速
度の増加に対するステアリング剛性の増加割合を制限す
るから、ハンドル操作に対する車輪の過敏な操舵応答に
よって運転者が受ける違和感を解消する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明であるステアリング装置の一実施例を示
すシステム図である。

【図２】同例における電子−油圧制御系のシステム図で
ある。

【図３】同例におけるインシュレータ１１を示す構成図
である。

【図４】同例におけるコラムカップリング３を示す構成
図である。

【図５】本発明の剛性制御手段における剛性値Ｋとハン
ドル角速度Δθの関係を示す図である。

【図６】（ａ）は、ステアリングホイール１をステップ
操作した場合のハンドル角θを示す図である。（ｂ）
は、図６（ａ）のステップ操作に対する車輪の実舵角δ
を示す図である。

【図７】本発明の剛性制御手段における剛性値Ｋとハン
ドル角速度Δθの関係を車速に基づき示した図である。

【図８】車速と、ハンドル角速度Δθに対する剛性値Ｋ
の増加割合αとの関係を示す図である。

【図９】増加割合αに基づいた剛性値Ｋとハンドル角速
度Δθの関係を車速に基づき示した図である。

【図１０】本発明のコラムカップリング３の他の実施例
を示す構成図である。

【符号の説明】

１ステアリングホイール２コラムシャフト３コラムカップリング４インターミディエイトシャフト５ピニオンギア６ラック軸７サイドロッド８ナックルアーム９車輪１０ラックハウジング１１インシュレータ１２ハンドル角センサ１３車速センサ１４制御用コントローラ１５ポンプ１６圧力制御弁１７リザーバタンク１８車体１９ブラケット２０入力軸２１ケーシング２２出力軸２３弾性体２４スペーサ２５弾性体２６オリフィス２７電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転者の操縦に応じたステアリングホイ
ールの回転に基づき前輪を転舵させるステアリング系
と、該ステアリング系の剛性を可変制御する可変剛性弾性体
と、ハンドル角速度を検出するハンドル角速度検出手段と、前記ステアリング系の剛性が、前記ハンドル角速度検出
手段の検出信号を入力し、ハンドル角速度の増加に応じ
て高くなるよう制御する剛性制御手段を具えたことを特
徴とするステアリング装置。
【請求項２】請求項１において、前記剛性制御手段
は、前記ハンドル角速度の増加に対するステアリング剛
性の増加割合を、車速増加に伴い大きくすることを特徴
とするステアリング装置。
【請求項３】請求項１または２において、所定車速以
下では、前記剛性制御手段を禁止し、前記ステアリング
系の剛性は一定に保たれることを特徴とするステアリン
グ装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項におい
て、前記剛性制御手段は、シミ−発生車速近傍域で、前
記ハンドル角速度の増加に対するステアリング剛性の増
加割合を小さくすることを特徴とするステアリング装
置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項におい
て、前記剛性制御手段は、前記ハンドル角速度が所定値
以上では、前記ハンドル角速度の増加に対するステアリ
ング剛性の増加割合を制限することを特徴とするステア
リング装置。