JP2002029430A - 車両用操舵装置 - Google Patents

車両用操舵装置

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JP2002029430A
JP2002029430A JP2000212509A JP2000212509A JP2002029430A JP 2002029430 A JP2002029430 A JP 2002029430A JP 2000212509 A JP2000212509 A JP 2000212509A JP 2000212509 A JP2000212509 A JP 2000212509A JP 2002029430 A JP2002029430 A JP 2002029430A
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steering
hydraulic
actuator
valve
vehicle
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JP2000212509A
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English (en)
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Katsutoshi Nishizaki
勝利 西崎
Shiro Nakano
史郎 中野
Takanobu Takamatsu
孝修 高松
Masaya Segawa
雅也 瀬川
Ryohei Hayama
良平 葉山
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Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ステアバイワイヤシステムを採用した車両用操
舵装置において、油圧により操舵用電動アクチュエータ
の出力不足を補うと共に操作反力を付与でき、異常発生
時にその油圧により舵角を変化させるフェールセーフ機
構を提供する。 【解決手段】操作部材1の操作に応じて制御される操舵
用電動アクチュエータ2の動きを、その操作部材1を車
輪4に機械的に連結することなく、舵角が変化するよう
にその車輪4に伝達する。その操作部材1に機械的に連
結されるバルブ部材を有する油圧制御弁23は、その操
作部材1の操作量に応じたバルブ部材の変位により油圧
を制御する。その油圧制御弁23により制御される油圧
に応じて作動する操舵用油圧アクチュエータ18の動き
が、舵角が変化するように車輪4に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるステアバ
イワイヤシステムを採用した車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ステアバ
イワイヤシステムを採用した車両用操舵装置において
は、操作部材の操作に応じて駆動される操舵用電動アク
チュエータの動きを、その操作部材を車輪に機械的に連
結することなく、舵角が変化するようにその車輪に伝達
可能である。
【0003】しかし、操舵用電動アクチュエータのみで
舵角を変化させる場合、操舵用電動アクチュエータとし
て出力が大きなものが必要になる。
【0004】そこで、その操舵用電動アクチュエータに
機械的に連結されるバルブ部材を有すると共に、そのバ
ルブ部材の変位により油圧を制御する油圧制御弁と、そ
の油圧制御弁により制御される油圧に応じて作動する操
舵用油圧アクチュエータとを設け、その操舵用油圧アク
チュエータにより操舵補助力を付与することが提案され
ている(米国特許5893427号)。しかし、その油
圧制御弁のバルブ部材は操舵用電動アクチュエータに機
械的に連結されているため、その操舵用電動アクチュエ
ータの出力が故障により消失すると操舵用油圧アクチュ
エータの出力も消失する。
【0005】また、従来のステアバイワイヤシステムに
おいては、操作部材の操作反力を付与するために操作用
電動アクチュエータが用いられているため、その操作用
電動アクチュエータの出力が故障により消失すると操作
反力を付与できなくなる。
【0006】本発明は、上記問題を解決することのでき
る車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、操作部材の操
作に応じて制御される操舵用電動アクチュエータの動き
を、その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、
舵角が変化するようにその車輪に伝達可能な車両用操舵
装置において、その操作部材に機械的に連結されるバル
ブ部材を有すると共に、その操作部材の操作量に応じた
バルブ部材の変位により油圧を制御する油圧制御弁と、
その油圧制御弁により制御される油圧に応じて作動する
操舵用油圧アクチュエータとを備え、その操舵用油圧ア
クチュエータの動きが、舵角が変化するように前記車輪
に伝達されることを特徴とする。本発明の構成によれ
ば、操作部材の操作量に応じたバルブ部材の変位に応じ
て油圧制御弁は油圧を制御する。その油圧による操舵用
油圧アクチュエータの動きにより車輪の舵角を変化させ
ることができる。これにより、その操作部材の操作に応
じて操舵用電動アクチュエータが制御されている時は、
その操舵用電動アクチュエータが舵角変化のために発生
する出力に、その操舵用油圧アクチュエータが舵角変化
のために発生する出力が重畳される。その操舵用電動ア
クチュエータの出力が故障により消失しても、そのバル
ブ部材は操作部材に機械的に連結されているので操舵用
油圧アクチュエータの出力が消失することはなく、操作
部材の操作に応じた操舵用油圧アクチュエータの動きに
より舵角を変化させることができる。
【0008】本発明の車両用操舵装置において、その油
圧制御弁により制御される油圧に応じて作動する操作用
油圧アクチュエータを備え、その操作用油圧アクチュエ
ータの動きが、操作反力が作用するように前記操作部材
に伝達されるのが好ましい。これにより、操作部材の操
作に応じて油圧制御弁により制御される油圧により操作
用油圧アクチュエータを作動させることで、操作部材に
操作反力を付与できる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1に示す第1実施形態の車両用
操舵装置は、ステアリングホイール(操作部材)1の回
転操作に応じて駆動される操舵用電動アクチュエータ2
の動きを、そのステアリングホイール1を車輪4に機械
的に連結することなく、舵角が変化するようにステアリ
ングギヤ3を介して車輪4に伝達する。
【0010】その操舵用電動アクチュエータ2は、例え
ば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成で
きる。そのステアリングギヤ3は、その操舵用電動アク
チュエータ2の出力シャフトの回転運動をステアリング
ロッド7の直線運動に変換する運動変換機構を有する。
そのステアリングロッド7の動きは、タイロッド8とナ
ックルアーム9を介して車輪4に伝達される。そのステ
アリングギヤ3は公知のものを用いることができ、操舵
用電動アクチュエータ2の動きを車輪4の舵角の変化に
変換できれば構成は限定されない。
【0011】そのステアリングホイール1は、車体側部
材により軸受(図示省略)を介して回転可能に支持され
る入力シャフト10に接続されている。本実施形態で
は、そのステアリングホイール1と入力シャフト10と
は一体的に回転する。
【0012】そのステアリングホイール1の操作量とし
て、その入力シャフト10の回転角に対応する操作角δ
hを検出する角度センサ11が設けられている。また、
舵角δに対応するステアリングロッド7の動きを検出す
る舵角センサ13が設けられている。
【0013】上記操舵用電動アクチュエータ2、角度セ
ンサ11、舵角センサ13は、コンピュータにより構成
される制御装置20に接続される。その制御装置20
に、車速vを検出する速度センサ14が接続されてい
る。
【0014】その制御装置20は、舵角δを目標舵角δ
* にすることができるように、上記操舵用電動アクチュ
エータ2をステアリングホイール1の操作角δhに応じ
て制御する。例えばK2をゲインとして、δ* =K2・
δhにより目標舵角δ* を求め、そのゲインK2を予め
定めて制御装置20に記憶する。そのゲインK2に基づ
き検出操作角δhに応じて定まる目標舵角δ* から検出
舵角δを差し引いた偏差が零になるように、操舵用電動
アクチュエータ2を制御する。また、そのゲインK2を
車速の関数とし、ステアリングホイール1の操作量に対
する舵角δの割合を車速vに応じて変更できるようにし
ている。すなわち、操作角δhに対する舵角δの割合を
車速vが増加する程に小さくするように、その操作角δ
hに対する目標舵角δ* の比率δ* /δhを検出車速v
に応じて変更し、その比率δ* /δhを車速vが増加す
る程に小さくしている。これにより、ステアリングホイ
ール1の操作角変化に対する舵角変化を車速が増加する
程に小さくし、低速での車両旋回性と高速での走行安定
性の向上を図ることができる。
【0015】油圧により舵角を変化させる操舵用油圧ア
クチュエータとして油圧シリンダ18が設けられてい
る。その油圧シリンダ18は、上記ステアリングロッド
7を覆うシリンダチューブ18aと、そのステアリング
ロッド7に一体化されたピストン18bとを備え、その
ピストン18bにより仕切られる一対の油室R、Lが配
管を介してロータリー式油圧制御弁23に接続される。
【0016】図2、図3に示すように、その油圧制御弁
23は、筒状の第1バルブ部材24と、この第1バルブ
部材24に同軸中心に相対回転可能に挿入される第2バ
ルブ部材25と、両バルブ部材24、25を覆うバルブ
ハウジング51とを有し、そのバルブハウジング51は
車体側部材に固定される。その第1バルブ部材24は、
上記入力シャフト10にトーションバー52を介して弾
性的に相対回転可能に連結される支持シャフト54にピ
ン26を介して同行回転可能に取り付けられている。図
1に示すように、その支持シャフト54はバネ等の弾性
部材55を介して車体側56にシャフト軸中心に弾性的
に相対回転可能に連結されている。その第2バルブ部材
25は入力シャフト2の外周に一体的に形成されてい
る。これにより、その第2バルブ部材25はステアリン
グホイール1に機械的に連結される。そのステアリング
ホイール1の回転操作により支持シャフト54の車体側
56に対する相対回転量が増大する程に、弾性部材55
の弾力が増大する。その弾性部材55の弾力が増大する
程に、トーションバー52の弾性的な捩じれ量が増大す
るので、第1バルブ部材24に対する第2バルブ部材2
5の弾性的な相対回転量が増大する。ステアリングホイ
ール1は、操作力が作用しない状態では、その弾性部材
55の弾力により直進操舵位置に復帰する。
【0017】その第1バルブ部材24の内周と第2バル
ブ部材25の外周とに軸方向に沿う複数の凹部が周方向
等間隔に形成されている。その第1バルブ部材側凹部
は、互いに周方向等間隔に位置する4つの右操舵用凹部
27と、互いに周方向等間隔に位置する4つの左操舵用
凹部28とで構成される。その第2バルブ部材側凹部
は、互いに周方向等間隔に位置する4つの圧油供給用凹
部29と、互いに周方向等間隔に位置する4つの圧油排
出用凹部30とで構成される。各右操舵用凹部27と各
左操舵用凹部28とは周方向に交互に配置され、各圧油
供給用凹部29と各圧油排出用凹部30とは周方向に交
互に配置される。各右操舵用凹部27は、第1バルブ部
材24に形成された第1流路31およびバルブハウジン
グ51の外周に形成された第1ポート32に接続される
配管を介して、上記油圧シリンダ18の一方の油室Rに
通じ、各左操舵用凹部28は、第1バルブ部材24に形
成された第2流路33およびバルブハウジング51の外
周に形成された第2ポート34に接続される配管を介し
て油圧シリンダ18の他方の油室Lに通じる。各圧油供
給用凹部29は、第1バルブ部材24に形成された第3
流路35およびバルブハウジング51の外周に形成され
た入口ポート36に接続される配管を介して、ポンプP
に通じる。各圧油排出用凹部30は第2バルブ部材25
に形成された第1排出路38、入力シャフト2とトーシ
ョンバー52の内外周間の通路47、入力シャフト2に
形成された第2排出路39、及びバルブハウジング51
の外周に形成された排出ポート40に接続される配管を
介しタンクTに通じる。これにより、そのポンプP、タ
ンクT、及び油圧シリンダ18の各油室R、Lが第1バ
ルブ部材24と第2バルブ部材25の内外周間の弁間流
路42を介して通じる。
【0018】その第1バルブ部材24の内周と第2バル
ブ部材25の外周との間の弁間流路42において、第1
バルブ部材側凹部と第2バルブ部材側凹部の間は絞り部
A、B、C、Dとされている。各絞り部A、B、C、D
の開度は、第1バルブ部材24に対する第2バルブ部材
25の相対的な回転方向への変位により変化する。各絞
り部A、B、C、Dは、そのポンプP、タンクT、及び
油圧シリンダ18の各油室R、Lに通じ、各絞り部A、
B、C、Dの開度変化により油圧シリンダ18に作用す
る油圧が制御される。すなわち、ステアリングホイール
1の操作量に応じた第1バルブ部材24に対する第2バ
ルブ部材25の変位により油圧が制御される。図3は、
直進運転状態での両バルブ部材24、25の相対位置を
示している、この状態においては各圧油供給用凹部29
と各圧油排出用凹部30とが全絞り部A、B、C、Dを
介して通じるため、ポンプPから供給された圧油は直接
タンクTへ還流し操舵力は発生しない。直進運転状態か
ら右方へステアリングホイール1を操作すると、操作量
に応じて第1バルブ部材24に対して第2バルブ部材2
5は相対的に回転方向に変位する。この変位により絞り
部Aの開度および絞り部Bの開度が大きくなり、絞り部
Cの開度および絞り部Dの開度が小さくなる。これによ
り、ポンプPから油圧シリンダ18の一方の油室Rへ圧
油が供給され、油圧シリンダ18の他方の油室Lからタ
ンクTへ圧油が還流され、車両の右方への操舵力がステ
アリングロッド7に作用する。直進運転状態から左方へ
操舵すると、各絞り部A、B、C、Dの開度は右方へ操
舵した場合と逆に変化するので、車両の左方への操舵力
がステアリングロッド7に作用する。これにより、油圧
制御弁23により制御される油圧に応じて作動する油圧
シリンダ18の動きが、舵角が変化するように車輪4に
伝達される。
【0019】図1に示すように、その入力シャフト10
にピニオン61が同軸心に同行回転するように設けられ
ている。そのピニオン61に噛み合うラック62が車体
側により長手方向に往復移動可能に支持されている。そ
のラック62を覆うシリンダチューブ63aと、そのラ
ック62に一体に形成されたピストン63bとを備える
油圧シリンダ63が、その油圧制御弁23により制御さ
れる油圧に応じて作動する操作用油圧アクチュエータと
して設けられている。そのシリンダチューブ63aは車
体側に固定される。そのピストン63bにより仕切られ
る一対の油室R′、L′が、配管を介して上記油圧制御
弁23に接続される。その油圧制御弁23により圧油が
右操舵時においては一方の油室R′に、左操舵時におい
ては他方の油室L′に供給されることで、油圧シリンダ
63のピストン63bと一体のラック62の動きが抑制
される。これにより、その油圧シリンダ63の動きが、
操作反力が作用するようにラック62とピニオン61を
介してステアリングホイール1に伝達される。
【0020】上記構成によれば、ステアリングホイール
1の操作量に応じた第1バルブ部材24に対する第2バ
ルブ部材25の相対的な回転方向への変位により、油圧
制御弁23は油圧を制御する。その油圧による操舵用油
圧シリンダ18の動きにより車輪4の舵角を変化させる
ことができる。これにより、そのステアリングホイール
1の操作に応じて操舵用電動アクチュエータ2が制御さ
れている時は、その操舵用電動アクチュエータ2が舵角
変化のために発生する出力に、その操舵用油圧シリンダ
18が舵角変化のために発生する出力が重畳される。そ
の操舵用電動アクチュエータ2の出力が故障により消失
しても、その第2バルブ部材25はステアリングホイー
ル1に機械的に連結されているので操舵用油圧シリンダ
18の出力が消失することはなく、ステアリングホイー
ル1の操作に応じた操舵用油圧シリンダ18の出力によ
り舵角を変化させることができる。さらに、ステアリン
グホイール1の操作に応じて油圧制御弁23により制御
される油圧により操作用油圧シリンダ63を作動させる
ことで、ステアリングホイール1に操作反力を付与でき
る。
【0021】図4、図5は本発明の第2実施形態の車両
用操舵装置であり、第1実施形態と同様部分は同一符号
で示す。この第2実施形態は、第1実施形態と相異する
油圧制御弁23′と操作用油圧シリンダ63′とを備え
る。
【0022】すなわち、車体側に固定されるハウジング
71が設けられ、このハウジング71に移動体72が入
力シャフト10の軸方向に移動可能に挿入されている。
その移動体72は、ステアリングホイール1に近い一端
側が他端側よりも小径の円筒状で、入力シャフト10と
同軸心に配置されている。その移動体72の内周に形成
された雌ねじ72aに入力シャフト10の外周に形成さ
れた雄ねじ10aがねじ合わされている。入力シャフト
10は軸方向移動しないように車体側に支持されること
から、入力シャフト10の回転操作に応じて移動体72
は軸方向移動する。
【0023】その移動体72の外周に、一対の環状バネ
受け73a、73bと、両バネ受け73a、73bの間
に配置される圧縮コイルバネ74とが嵌め合わされる。
一方のバネ受け73aは、ハウジング71の内周と移動
体72の外周とに形成された突出部71b、72bによ
りステアリングホイール1側へ向かう移動が阻止され、
他方のバネ受け73bは、ハウジング71の内周と移動
体72の外周とに形成された突出部71c、72cによ
りステアリングホイール1側から離反する移動が阻止さ
れる。これにより、ステアリングホイール1の直進操舵
位置からの操作による移動体72の移動を抑制する弾力
がバネ74により付与される。また、そのステアリング
ホイール1は、操作力が作用しない状態では、そのバネ
74の弾力により直進操舵位置に復帰する。
【0024】その移動体72の他端側に、車体側に支点
75a中心に揺動可能に支持されたリンク部材75の一
端がリンク結合されている。そのリンク部材75の他端
は、油圧制御弁23′を構成するスプール状のバルブ部
材80の一端にリンク結合されている。そのバルブ部材
80は、油圧制御弁23′のバルブハウジング81に軸
方向移動可能に挿入されている。これにより、そのバル
ブ部材80はステアリングホイール1に機械的に連結さ
れ、そのステアリングホイール1の操作量に応じた移動
体72の移動により変位する。そのバルブ部材80に、
軸方向間隔をおいた2位置に第1、第2周溝80a、8
0bが形成され、第1周溝80aはバルブハウジング8
1に形成された第1ポート81Rを介して操舵用油圧シ
リンダ18の一方の油室Rに配管接続され、第2周溝8
0bはバルブハウジング81に形成された第2ポート8
1Lを介して操舵用油圧シリンダ18の他方の油室Lに
配管接続される。両周溝80a、80bに連なるバルブ
部材80の外周はランド部とされている。そのバルブハ
ウジング81に、タンクTに配管接続される第1、第2
タンクポート81c、81dと、両タンクポート81
c、81d間においてポンプPに配管接続されるポンプ
ポート81eとが形成されている。第1タンクポート8
1cと第1周溝80aとの間と、ポンプポート81eと
第2周溝80bとの間は、ステアリングホイール1の操
作により変位するバルブ部材80のランド部により開閉
される絞り部とされ、その開度は左操舵につれて増大
し、右操舵につれて減少する。ポンプポート81eと第
1周溝80aとの間と、第2タンクポート81dと第2
周溝80bとの間は、ステアリングホイール1の操作に
より変位するバルブ部材80のランド部により開閉され
る絞り部とされ、その開度は左操舵につれて減少し、右
操舵につれて増大する。すなわち、ステアリングホイー
ル1の操作量に応じたバルブ部材80の変位により、油
圧シリンダ18に作用する油圧が制御される。図5は、
直進運転状態でのバルブ部材80の位置を示している。
この状態においてはポンプPから供給された圧油は直接
タンクTへ還流し操舵力は発生しない。直進運転状態か
ら右方へステアリングホイール1を操作すると、操作量
に応じてポンプPから油圧シリンダ18の一方の油室R
へ圧油が供給され、油圧シリンダ18の他方の油室Lか
らタンクTへ圧油が還流され、車両の右方への操舵力が
ステアリングロッド7に作用する。直進運転状態から左
方へ操舵すると、操作量に応じてポンプPから油圧シリ
ンダ18の他方の油室Lへ圧油が供給され、油圧シリン
ダ18の一方の油室RからタンクTへ圧油が還流され、
車両の左方への操舵力がステアリングロッド7に作用す
る。これにより、油圧制御弁23′により制御される油
圧に応じて作動する油圧シリンダ18の動きが、舵角が
変化するように車輪4に伝達される。
【0025】その油圧制御弁23′により制御される油
圧に応じて作動する操作用油圧シリンダ63′は、上記
ハウジング71に一体化されると共に移動体72の小径
部を囲むシリンダ63a′と、その移動体72の小径部
に一体化されるピストン63b′とを有する。そのシリ
ンダ63a′の内面と移動体72の小径部の外周との間
の空間が、ピストン63b′により仕切られる一対の油
室R″、L″とされ、各油室R″、L″が配管を介して
上記油圧制御弁23′に接続される。なお、移動体72
とシリンダ63a′との間から漏れた油は、ハウジング
71とシリンダ63a′と移動体72とで囲まれる空間
79に至り、ハウジング71に形成された抜き孔71e
から取り出し可能とされている。その油圧制御弁23′
により圧油が右操舵時においては一方の油室R″に、左
操舵時においては他方の油室L″に供給されることで、
油圧シリンダ63′のピストン63b′と一体の移動体
72の動きが抑制される。その移動体72の動きが抑制
されることでステアリングホイール1の操作が抑制され
る。すなわち、その油圧シリンダ63′の動きが、操作
反力が作用するように移動体72、入力シャフト10を
介してステアリングホイール1に伝達される。他は第1
実施形態と同様の構成とされ、第1実施形態と同様の作
用効果を奏する。
【0026】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、操舵用電動アクチュエータが制御系の故障等によ
り異常作動をしたか否かを、例えば目標舵角と検出舵角
との偏差から判断し、異常作動をした場合は操舵用電動
アクチュエータの出力を電源供給の遮断等により消失さ
せる回路を設けるようにしてもよい。これにより、操舵
用電動アクチュエータ自体の故障による出力消失だけで
なく、制御系の故障にも対応できる。また、油圧制御
弁、操舵用電動アクチュエータ、操舵用油圧アクチュエ
ータ、操作用油圧アクチュエータの構造は本発明を構成
できるものであれば特に限定されない。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、ステアバイワイヤシス
テムを採用した車両用操舵装置において、油圧により操
舵用電動アクチュエータの出力不足を補うと共に操作反
力を付与でき、異常発生時にその油圧により舵角を変化
させると共に操作反力を付与することができるフェール
セーフ機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の車両用操舵装置の構成
説明図
【図2】本発明の第1実施形態の車両用操舵装置の油圧
制御弁の縦断面図
【図3】本発明の第1実施形態の車両用操舵装置の油圧
制御弁の横断面図
【図4】本発明の第2実施形態の車両用操舵装置の構成
説明図
【図5】本発明の第2実施形態の車両用操舵装置の油圧
制御弁と操作用油圧シリンダの構成説明図
【符号の説明】
1 ステアリングホイール 2 操舵用電動アクチュエータ 4 車輪 18 操舵用油圧シリンダ 20 制御装置 23、23′ 油圧制御弁 25 第2バルブ部材 63、63′ 操作用油圧シリンダ 80 バルブ部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高松 孝修 大阪府大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 瀬川 雅也 大阪府大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 葉山 良平 大阪府大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋精工株式会社内 Fターム(参考) 3D032 CC32 DA03 DA04 DA23 EB05 EC01 EC21 3D033 CA02 CA13 CA16 CA17 CA18 CA21 DC01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】操作部材の操作に応じて制御される操舵用
    電動アクチュエータの動きを、その操作部材を車輪に機
    械的に連結することなく、舵角が変化するようにその車
    輪に伝達可能な車両用操舵装置において、その操作部材
    に機械的に連結されるバルブ部材を有すると共に、その
    操作部材の操作量に応じたバルブ部材の変位により油圧
    を制御する油圧制御弁と、その油圧制御弁により制御さ
    れる油圧に応じて作動する操舵用油圧アクチュエータと
    を備え、その操舵用油圧アクチュエータの動きが、舵角
    が変化するように前記車輪に伝達されることを特徴とす
    る車両用操舵装置。
  2. 【請求項2】その油圧制御弁により制御される油圧に応
    じて作動する操作用油圧アクチュエータを備え、その操
    作用油圧アクチュエータの動きが、操作反力が作用する
    ように前記操作部材に伝達される請求項1に記載の車両
    用操舵装置。
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