JP2005343338A - ステアリングダンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪側からの作用力の減衰度合いを制御することにより、ハンドル操作に走行条件に合ったステアリング特性を与えるようにする。
【解決手段】 ステアリング装置８のステアリングラック５に車輪６からの作用力を減衰するステアリングダンパ１０を併設し、このステアリングダンパ１０に液圧媒体２５の流動を制御して前記作用力の減衰度合いを制御する制御機構９を設ける。前記制御機構９はダンパシリンダ１７内で液圧媒体２５の流動を制御する減衰力制御弁１１と、この減衰力制御弁１１の制御量を調節する弁駆動手段１２と、この弁駆動手段１２に走行条件に応じた制御信号を与える電子制御手段５０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のステアリング装置に併設可能なステアリングダンパ装置に関するものである。

自動車のステアリング装置は、ハンドルと、操舵用のアクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系とを備え、車速とハンドル操作量（操舵角）との演算結果で操舵用アクチュエータをフィードバック制御してその応答性を高め、低速走行時などであっても旋回性能だけでなく直進性をも向上させることができるようにしている（特許文献１参照）。
特開２００３−１２７８８４号公報

前記従来技術では、車速、舵角等の走行条件で、操舵に必要なトルク、操舵速度等を変化させ、ハンドル側からの入力するときのステアリング特性を良好にすることは可能であるが、衝撃、コーナリング等の車輪側から入力される作用力に対しては、ステアリング特性を良好にすることは考慮されていない。
車輪側から入力される作用力に対しては、ステアリング装置に車輪、サスペンションを通じた路面からの入力による衝撃やステアリング系の振動（シミー）等の作用力を減衰するステアリングダンパを設け、衝撃がハンドルにそのまま伝達されないようにしている。

しかし、このステアリングダンパ装置は衝撃を吸収することは可能であるが、例えば、車速、舵角、操舵速度又は横Ｇ（横方向加速度）等の走行条件に応じて減衰力を変化させることは困難であり、ステアリング特性（ハンドリングの味付け）は常に略一定になっている。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにしたステアリングダンパ装置を提供することを目的とする。
本発明は、走行条件に応じて車輪側からの作用力の減衰度合いを制御することにより、ハンドル操作に走行条件に合ったステアリング特性が与えられるようにしたステアリングダンパ装置を提供することを目的とする。

本発明における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
第１に、ステアリング装置８のステアリングラック５に車輪６からの作用力を減衰するステアリングダンパ１０を併設し、このステアリングダンパ１０に液圧媒体２５の流動を制御して前記作用力の減衰度合いを制御する制御機構９を設けており、
前記制御機構９はステアリングダンパ１０のダンパシリンダ１７内で液圧媒体２５の流動を制御する減衰力制御弁１１と、この減衰力制御弁１１の制御量を調節する弁駆動手段１２と、この弁駆動手段１２に走行条件に応じた制御信号を与える電子制御手段５０とを有することである。

これによって、走行条件に応じてステアリングダンパ１０における車輪側からの作用力の減衰度合いを制御することができ、走行条件に合うステアリングトルクに変更して、ハンドル操作に適正なステアリング特性を与えることができる。
第２に、前記減衰力制御弁１１は、ダンパシリンダ１７内の液圧媒体２５を２室に区画するピストン２０に液圧媒体流動用の流通孔４２を形成し、かつ前記ピストン２０に弁駆動手段１２によって駆動されて流通孔４２の開度を調整する可動弁体４０を設けていることである。

これによって、ステアリングダンパ１０の２室間を流動する液圧媒体２５を簡単な構造で流量制御することができる。
第３に、前記電子制御手段５０は、車速を検出する車速センサ５１と、舵角を検出する舵角センサ５２、操舵を検出する操舵速度センサ５３及び横Ｇを検出する横Ｇセンサ５４の内の少なくともひとつとを有することである。
これによって、車速を基準にして、舵角、操舵速度又は横Ｇ等の走行条件を加味した上で、ステアリングダンパ１０の減衰力を所要のステアリング特性を得るように変化させることができる。

第４に、前記電子制御手段５０は、車速センサ５１からの高速信号と、舵角センサ５２からの角度減少信号、操舵速度センサ５３からの操舵低速信号及び横Ｇセンサ５４からの横Ｇ増大信号の内の少なくともひとつとで、前記減衰力制御弁１１を減衰力上昇側に制御する設定であることである。
これによって、ステアリングダンパ１０の減衰力を上昇させて、ステアリングトルクを高くして、どっしりとした安心感のあるステアリング特性を得ることができる。
第５に、前記ステアリングダンパ１０は、ダンパシリンダ１７内に液圧媒体２５に加わる作用力を吸収するガスダンパ手段１８を併設していることである。

これによって、ガスダンパ手段１８による衝撃吸収作用を複合させて、所要のステアリング特性を得ながら衝撃の少ないステアリング特性にすることができる。

本発明によれば、走行条件に応じてステアリングダンパ１０における車輪側からの作用力の減衰度合いを制御することができ、走行条件に合うステアリングトルクに変更して、ハンドル操作に所要のステアリング特性を与えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１〜２において、ステアリングダンパ装置１を付設した自動車用のステアリング装置８を例示している。ステアリング装置８は、ハンドル２を設けたハンドル軸３の回転をステアリングギヤ装置４に伝達し、このステアリングギヤ装置４でステアリングラック５を介してステアリングロッドを左右移動させて車輪６を操舵する。
ステアリングギヤ装置４は、ハンドル軸３の回転に連動して回転されるピニオンギヤと、このピニオンギヤと噛合するステアリングラック５とを有しており、ステアリングラック５にステアリングロッドが連結されている。

前記ステアリングダンパ装置１は、ダンパシリンダ１７内の液圧媒体（圧油）２５をピストン２０で２室に区画したステアリングダンパ１０と、前記２室間での液圧媒体２５の流動を制御する制御機構９と、ダンパシリンダ１７の端部に設けられたガスダンパ手段１８とを有している。
ステアリングダンパ１０は、ダンパシリンダ１７がステアリングギヤ装置４のステアリングラック５と平行に固定されており、可動側がステアリングラック５から出たステアリングロッドと連動する棒に接続されている。

前記ステアリングダンパ１０にはスラットシリンダを採用することが好ましく、ピストン２０は流通孔（オリフィス）４２が形成されていて、ダンパシリンダ１７内に摺動自在に設けられ、このピストン２０にはピストンロッド２１の一端が連結されている。
ピストンロッド２１は管材（パイプ）で形成されていて、その内部には相対回動自在に制御ロッド２２が挿通されている。前記ピストンロッド２１の他端は、ダンパシリンダ１７の一方端部から外部へ突出していて可動側となっていて、ステアリングロッドと連動する棒に接続されている。

従って、ステアリングダンパ１０はステアリングラック５側に設けら連結部材１５とステアリングロッド側に設けた連結部材１６との間に伸縮自在に連結されていて、車輪６の振動等の作用力によって、ダンパシリンダ１７とピストン２０との間に相対的な移動が生じると、ピストン２０の流通孔４２を介してその両側の室の流体（油又はその他の液体）を流動させる。
前記制御機構９はダンパシリンダ１７内で液圧媒体２５の流動を制御する減衰力制御弁１１と、この減衰力制御弁１１の制御量を調節する弁駆動手段１２と、この弁駆動手段１２に走行条件に応じた制御信号を与える電子制御手段５０とを有している。

前記減衰力制御弁１１は、ピストン２０に形成された流通孔４２と、ピストン２０の端面凹部４４内に配置されていて前記流通孔４２の開度を調整する可動弁体４０とを有する。可動弁体４０はピストン２０に対して相対回転自在にかつ重合状に配置され、ピストンロッド２１内に挿通された制御ロッド２２の端部に固定されて、弁駆動手段１２によって回転駆動可能になっている。
図３に示すように、ピストン２０に摺動方向貫通状に形成された流通孔４２は、周方向に三等配置となる三箇所に扇形に形成され、可動弁体４０にも各流通孔４２に対応する位置に略対応する形状で絞り孔４３が形成されており、可動弁体４０を回動することにより、流通孔４２を開度を調整することができる。

前記絞り孔４３により流通孔４２の開度を大小に調整することによって、ダンパシリンダ１７とピストン２０とが相対摺動するときの流通孔４２を通り抜ける液圧媒体２５の流量を調整できることになる。
この減衰力制御弁１１による液圧媒体２５の流量制限は、車輪６からの作用力を減衰することになり、その流量を調整する（制御量を調節）ことは減衰力を調整することになり、減衰力を調整すればハンドル２にかかるステアリングトルクが制御され、ハンドル２を操作する運転者が受けるステアリング特性が制御され、ハンドリングの味付けを変更できる。

弁駆動手段１２は電磁式又は電動式アクチュエータであり、例えば電動モータ、特に、可動弁体４０の回転角度を高精度で制御できるようステッピングモータを用いるのが好ましく、連結部材１６に固定されていて、その出力軸はピストンロッド２１内の制御ロッド２２に連結されている。
前記ダンパシリンダ１７の両端は、ピストンロッド２１が挿通されている蓋部材２７と、その反対側のキャップ２９とで閉鎖されており、ダンパシリンダ１７とキャップ２９との間には仕切り弁２８が挟み込み状態で設けられていて、ガスダンパ手段１８を構成している。

キャップ２９内にはガス室３０が形成されており、このガス室３０にはガス（又は空気）が充満されており、仕切り弁２８は可撓性を有したダイヤフラムによって形成され、ダンパシリンダ１７内の液圧媒体２５とガス室３０のガスとを仕切り、両側の圧力差で撓みを生じるようになっている。
前記ガスダンパ手段１８は、仕切り弁２８に面する液圧媒体２５の圧力が急激に変動したときに、その圧力変動を仕切り弁２８が撓むことによりダンパシリンダ１７内の容積を変動させて吸収することができる。

前記弁駆動手段１２には電子制御手段５０が接続されており、電子制御手段５０からの駆動信号（検出信号）に基づいてリアルタイムで制御される。
この電子制御手段５０には、制御因子の取り込み先として例えば車両の走行速度を検出する車速センサ５１、車輪６の切れ角を検出する舵角センサ５２、車輪６が操舵される速度を検出する操舵速度センサ５３、車体７に作用する横方向の加速度を検出する横Ｇセンサ５４などが接続されている。電子制御手段５０に接続される検出センサとしては、エンジン回転数検出センサ、路面状態検出センサ等を加えてもよい。

従って、この電子制御手段５０は、これら各センサ５１、５２、５３、５４からの検出信号で車両の走行条件を判別し、ステアリングダンパ１０に対する適切な減衰力を求め、弁駆動手段１２に対してこれに応じた適切な制御信号（駆動量）を与えるようになっている。
電子制御手段５０における減衰制御の基準値は、減衰力の大幅な変動が要求される車速で大まかに決定して、その上で、舵角、操舵速度及び横Ｇ等の内の少なくともひとつ走行条件を加えることにより、より走行状態に適合したステアリング特性を得ることができる。

車輪６からの作用力を吸収緩和するというステアリングダンパ１０を、制御機構９によってアクティブ制御することができ、運転者の好みにあったステアリング特性に設定することが可能になる。、
要求されるステアリング特性は３種類以上あるが、装置をより簡単に構成し設定できるように、２つに大別することが好ましく、例えば、中立の普通状態を基準にして、第１種をどっしりかつ安心感のある安定重視の状態とし、第２種をキビキビしかつ速度感のある応答重視の状態とし、安定重視のときはステアリングダンパ１０の減衰力を上げ、応答重視のときはステアリングダンパ１０の減衰力を下げる。

ステアリングダンパ１０は流体を使用しているので、基本的機能として、路面外乱を緩和し、外乱による入力がハンドル２に伝達し難くしており、その上で、減衰力を上げたときには外乱に強く、ハンドリングの手応えが重くなり、自己直進性が良くなり、反対に、減衰力を下げたときには適度に外乱を吸収しつつ、ハンドリングの手応えが軽めでキビキビとしたものになる。
減衰力を上げるには、減衰力制御弁１１においてピストン２０の各流通孔４２と可動弁体４０の絞り孔４３との一致量を少なくする方向へ可動弁体４０を回動させて、各流通孔４２の開度を小さくする。要するに液圧媒体２５の通過量を少なく絞る。

これとは反対に減衰力を下げるには、減衰力制御弁１１においてピストン２０の各流通孔４２と可動弁体４０の絞り孔４３との一致量を多くする方向へ可動弁体４０を回動させて、各流通孔４２の開度を大きくする。要するに液圧媒体２５の通過量を多くする。
このような構成のステアリングダンパ装置１を具備した車両を走行させたときの具体的な操舵状況は次のようになる。
車両走行中にリアルタイムで、走行速度、車輪切れ角、操舵速度及び／又は横Ｇ等の検出信号が、車速センサ５１、舵角センサ５２、操舵速度センサ５３、横Ｇセンサ５４によって電子制御手段５０に入力されていて、この電子制御手段５０はこれらの検出信号から弁駆動手段１２の適切な駆動量を求め、弁駆動手段１２を動作させて減衰力制御弁１１の制御量を増減調節する。

走行する車輪６が路面から抵抗、衝撃、横Ｇ、スリップ等の作用力がステアリングラック５に伝達されてステアリングダンパ１０に入力されると、その作用力に対応した減衰度合いになっている減衰力制御弁１１によって、作用力が減衰され、ハンドル２にはその制御されたステアリングトルクが関与することになる。
例えば図４（ａ）に例示するように、車速センサ５１からの検出信号（車速）が高速を示すときには減衰力を上げ、反対に検出信号が低速を示すときには減衰力を下げるようにする。

これにより、高速時にはステアリングラック５の左右動が鈍重になって直進性が安定すると共に、低速時にはステアリングラック５の左右動が俊敏，軽快になって旋回性（車庫入れ等）が容易になる。
図４（ｂ）に例示するように、舵角センサ５２からの検出信号（舵角）が大きいことを示すときには減衰力を下げ、反対に検出信号が小さいことを示すときには減衰力を上げるようにする。これで舵角が大きいときには応答性が速くなり、主として大降りのハンドル操作を満足させることができる。

図４（ｃ）に例示するように、操舵速度センサ５３からの検出信号（操舵速度）が速いことを示すときには減衰力を下げ、反対に検出信号が遅いことを示すときには減衰力を上げるようにする。これで操舵速度が速いときには応答性が速くなり、主として急激なハンドル操作を満足させることができる。
図４（ｄ）に例示するように、横Ｇセンサ５４からの検出信号（横Ｇ）が高いことを示すときには減衰力を上げ、反対に検出信号が低いことを示すときには減衰力を下げるようにする。これで横Ｇが高いときにはステアリングラック５の左右動が鈍重になって直進性が安定することになる。

ハンドル操作は車速が最も大きな制御因子であるので、車速センサ５１からの高速信号検出信号を基本として、舵角センサ５２からの角度減少信号、操舵速度センサ５３からの操舵低速信号及び横Ｇセンサ５４からの横Ｇ増大信号の内の少なくともひとつの検出信号を加えて演算し、その結果を前記減衰力制御弁１１に減衰力を制御する制御信号として与えるように設定されている。
車速信号による減衰力の高低指示とその他の信号による減衰力の高低指示とは、車速信号を主としかつ他の信号を従として、車速信号による減衰力高低度合いから他の信号による減衰力高低度合いの何割かを加減して、弁駆動手段１２への制御量とする。前記その他の信号の加減する比率は、経験則から適宜設定され、調整もできるようにしておくことが好ましい。

例えば、車速が速く（１００ｋｍ／ｈなど）舵角が小さいときには高速走行時であると予測されることから、直進安定性を増すための制御とする。また車速が遅く（４０ｋｍ／ｈ前後乃至それ以下）舵角が大きく、更に横Ｇが低いときには市街地の走行時であると予測されることから、応答性を高めキビキビしたハンドル操作が得られるようにする。そして車速が中速（８０ｋｍ／ｈ前後）で舵角が大きく、横Ｇも高いときには、直進安定性と応答性とをバランスさせる、といった具合である。
なお、本発明は前記実施形態における各部材の形状及びそれぞれの前後・左右・上下の位置関係は、図１〜４示すように構成することが最良である。しかし、前記実施形態に限定されるものではなく、部材、構成を種々変形したり、組み合わせを変更したりすることもできる。

例えば、ステアリングギヤ装置４は、油圧又は電動モータ等によってアシストされたパワーシリンダが装備されていてもよく、ステアリングダンパ１０において、前記実施形態ではダンパシリンダ１７の一端側にガスダンパ手段１８を併設する構造としたが、このようなガスダンパ手段１８は省略することもできる。
また、ダンパシリンダ１７をステアリングロッド側に、ピストンロッド２１をステアリングラック５側にそれぞれ連結してもよい。
電子制御手段５０ではエンジンの回転数、変速段数等を制御因子として取り入れることも可能である。その他、車両形態や道路の種類、路面状況、タイヤの種類、ドライバーの趣向などを加味することも可能である。

減衰力制御弁１１において、可動弁体４０は前記したディスク型とする他、ニードル型、バタフライ型などに置換することが可能である。これらの場合、弁駆動手段１２は可動弁体４０を軸移動させる方式にすればよい。

本発明の実施の形態を示す全体説明図である。 ステアリングダンパの断面図である。 減衰力制御弁を分解して示した斜視図である。 電子制御手段による制御例を説明した説明図である。

符号の説明

１ ステアリングダンパ装置
２ ハンドル
３ ハンドル軸
５ ステアリングラック
６ 車輪
９ 制御機構
１０ ステアリングダンパ
１１ 減衰力制御弁
１２ 弁駆動手段
１７ ダンパシリンダ
１８ ガスダンパ手段
２０ ピストン
２１ ピストンロッド
２５ 液圧媒体
４０ 可動弁体
４２ 流通孔
５０ 電子制御手段
５１ 車速センサ
５２ 舵角センサ
５３ 操舵速度センサ
５４ 横Ｇセンサ

Claims (5)

1. ステアリング装置（８）のステアリングラック（５）に車輪（６）からの作用力を減衰するステアリングダンパ（１０）を併設し、このステアリングダンパ（１０）に液圧媒体（２５）の流動を制御して前記作用力の減衰度合いを制御する制御機構（９）を設けており、
   前記制御機構（９）はステアリングダンパ（１０）のダンパシリンダ（１７）内で液圧媒体（２５）の流動を制御する減衰力制御弁（１１）と、この減衰力制御弁（１１）の制御量を調節する弁駆動手段（１２）と、この弁駆動手段（１２）に走行条件に応じた制御信号を与える電子制御手段（５０）とを有することを特徴とするステアリングダンパ装置。
2. 前記減衰力制御弁（１１）は、ダンパシリンダ（１７）内の液圧媒体（２５）を２室に区画するピストン（２０）に液圧媒体流動用の流通孔（４２）を形成し、かつ前記ピストン（２０）に弁駆動手段（１２）によって駆動されて流通孔（４２）の開度を調整する可動弁体（４０）を設けていることを特徴とする請求項１に記載のステアリングダンパ装置。
3. 前記電子制御手段（５０）は、車速を検出する車速センサ（５１）と、舵角を検出する舵角センサ（５２）、操舵を検出する操舵速度センサ（５３）及び横Ｇを検出する横Ｇセンサ（５４）の内の少なくともひとつとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリングダンパ装置。
4. 前記電子制御手段（５０）は、車速センサ（５１）からの高速信号と、舵角センサ（５２）からの角度減少信号、操舵速度センサ（５３）からの操舵低速信号及び横Ｇセンサ（５４）からの横Ｇ増大信号の内の少なくともひとつとで、前記減衰力制御弁（１１）を減衰力上昇側に制御する設定であることを特徴とする請求項３に記載のステアリングダンパ装置。
5. 前記ステアリングダンパ（１０）は、ダンパシリンダ（１７）内に液圧媒体（２５）に加わる作用力を吸収するガスダンパ手段（１８）を併設していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステアリングダンパ装置。

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