JPH03112775A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ステアリングのハンドル操作力がアシスト
されるパワーステアリング装置に関するものである。

［従来の技術］ 例えば特開昭６２−１６８７６０号公報には、数学モデ
ル化された車両モデルを用い、ステアリング操作時にお
ける車両モデルの運動状態量を推定し、この推定値に応
じてハンドル操作力に対する反力を調整するパワーステ
アリングの制御Ｈｆｆｌが開示されている。この構成に
よれば、例えば高速走行域における横加速度などの旋回
運動情報がステアリング操作系に与えられ、そのときの
操作性が向上する。

またステアリング装置においては、操作性の向上に加え
て車両の走行中に操舵輪からステアリング操作系を通じ
てハンドルに伝わる微娠動を低減するための対策も重要
である。この対策の一例が第５図に示されている。この
第５図においてパワーシリンダ２１及びこれと一体のギ
ヤボックス２０は、車両ボディー３８に対し弾性体くゴ
ムなど）６０によってマウンティングされ、かつステア
リング操作系の中間シャフト１４にはゴムカップリング
６２が使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記公報のもの、あるいはステアリング操作系の剛性が
充分に確保されたステアリング装置においては、ステア
リング操作が安定しており、車両の走行安定性が得られ
る。しかしその反面、路面からステアリング操作系に入
る微振動が吸収されにくく、これがハンドルにまで伝わ
ることとなる。

また第５図のステアリング装置においては、前記弾性体
６０やゴムカップリング６２が、路面から入ってくる微
振動の吸収に有効であるものの、その分ハンドル１０の
操作剛性も低下する。この結果、ハンドル１０の操作量
と操舵輪３４の実操舵角との間に位相遅れ（ずれ）が生
じ、車両の走行安定性が悪くなる。

このように微振動低減と走行安定性といった二つの要求
の両立は困難とされている。そこで従来は第６図で示さ
れているように、前記両要求の妥協点を求め、これに基
づいてステアリング操作系の剛性が設定されている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記課題を解決するための手段として、コント
ロールバルブの機械的な作動剛性を下げることでステア
リング操作のアシスト比を大きく設定するとともに、ス
テアリング操作の安定性を高めるようにハンドル操作力
に対して反力トルクを与えることを特徴とする。

すなわち本発明のパワーステアリング装置は、第１図か
ら明らかなようにハンドル１０の操作がステアリング操
作系を通じて操舵輪３４に伝えられ、かつハンドル１０
の操作に伴うコントロールバルブ２２の作動によって制
御されるパワーシリンダなどのパワー手段２１によりス
テアリング操作力がアシストされる構成となっている。

そしてコントロールバルブ２２０作動剛性（トーション
バーの捩れ剛性など）を小さくすることで、前記ステア
リング操作のアシスト比は大きく設定されている。また
前記ステアリング操作系に対しては、直流モータなどの
アクチュエータ４０によってハンドル１０の操作力に対
抗する反力トルクを与えることが可能である。

一方、センサーなどの検出器５０（５２）は車速あるい
はハンドル１０の操作量のうち、少なくともいずれか一
つを検出してその値に応じた信号を出力可能となってい
る。この検出器５０（５２）からの信号が入力されるコ
ントローラ４２は、その信号に応じた反力トルク値を求
め、それに基づいて前記アクチュエータ４０に駆動信号
を出力するようになっている。

［作　用］ 前記構成によれば、コントロールバルブ２２の作動剛性
が低いので、操舵輪３４からステアリング操作系に入っ
てくる高周波・微振幅の振動が減衰され、また低周波の
振動はパワーステアリング装訂のアシスト機能によって
充分に抑制される。

一方、ハンドル１０の操作に対するステアリング操作系
の剛性は、前記コントローラ４２からの出力信号に基づ
くアクチュエータ４０の反力トルクによって常に適性値
に維持される。

［実施例］ 次に本発明の一実施例を第１図〜第４図によって説明す
る。

まず第１図に油圧式パワーステアリング装置がスケルト
ン図で示されている。この第１図においてステアリング
操作系について説明すると、ステアリングのメインシャ
フト１２上端部にはハンドル（ステアリングホイール）
１０が設けられ、このハンドル１０の操作によってメイ
ンシャフト１２はその軸心回りに回転操作される。また
メインシャフト１２の下端部には、中間シャフト１４が
ユニバーサルジヨイント１６によって結合されている。

ステアリング装置のギヤボックス２０と油圧式のパワー
シリンダ２１とは一体的に構成されている。これらのギ
ヤボックス２０及びパワーシリンダ２１は車両のボディ
ー３８に対し、グロメットなどの振動吸収部材を用いる
ことなく直接に固定されている。なおパワーシリンダ２
１内のピストン３２とラックパー３０とは、第１図の左
右方向へ共に移動し、このラックパー３０の移動によっ
て左右の操舵輪３４に操舵力が伝達される。

前記ギヤボックス２０の内部には、コントロールバルブ
２２が設けられている。このコントロールバルブ２２は
入力部材２４と出力部材２６とがトーションバー２８に
よって連結された構成となっている。そして、このトー
ションバー２８の捩れ吊の範囲で前記両部材２４．２６
に回転方向のずれが生じ、これによって前記パワーシリ
ンダ２１内のピストン２７の左右室に対する油圧の給排
が制御されるようになっている。

なお前記入力部材２４は前記中間シャフト１４に対し、
ユニバーサルジヨイント２５によってトルク伝達可能に
連結されており、出力部材２６には前記ラックパー３０
のラック歯と噛合うビニオン２７が一体に形成されてい
る。

前記ハンドル１０の回転操作力は前記メインシャフト１
２、中間シャフト１４及びコントロールバルブ２２を通
じてビニオン２７に伝えられる。

このビニオン２７の回転は、前記ラッパー３０の軸線に
沿った方向へのスライド動作に変換されて前記操舵輪３
４に伝えられる。

これと並行して前記コントロールバルブ２２の機能によ
り、前述したようにパワーシリンダ２１内のピストン３
２の左右室に対する油圧の給排が制御される。これによ
りラックパー３０のスライド動作が油圧で補助され、も
ってハンドル１０の操作力がアシストされる。

前記メインシャフト１２及び中間シ１１フト１４はそれ
ぞれ高い剛性に設定されている。またギヤボックス２０
及びパワーシリンダ２１は、すでに説明したように車両
ボディー３８に対して剛性の高い支持構造となっている
。このためステアリング操作系の剛性は、前記トーショ
ンバー２８のばね定数（捩り剛性）によってコントロー
ルされる。

そこで前記トーションバー２８の剛性を、操舵輪３４か
らステアリング操作系に入力される高周波（１０ヘルツ
以上）・微振幅（１ｊＩＩ＋以下）の振動減衰に有効な
低い値に設定する。したがって、この種の振動はトーシ
ョンバー２８によって吸収されて前記ハンドル１０には
伝達されにくい。

一方、すでに説明したように前記パワーシリンダ２１の
アシスト機能により、操舵輪３４の実舵角は安定する。

これに加えてギヤボックス２０及びパワーシリンダ２１
が車両ボディー３８に対して高い剛性の支持構造となっ
ているため、操舵輪３４から入力される低周波（５ヘル
ツ以下）の振動に対するステアリング操作系も剛性の高
いものとなる。

しかしながら前記トーションバー２８のばね定数（捩り
剛性）を、前述したように高周波・微振幅の振動減衰に
適した値に設定すると、第２図の点線で示されているよ
うに前記パワーシリンダ２１によるアシスト比が非常に
高くなる。すなわち、このときの操舵力は第２図の実線
で示されている必要操舵力に対して著しくかけ離れた特
性となる。

そこで本実施例では、前記ハンドル１０の操作力に対抗
する反力トルクを前記メインシャフト１２に与える構成
となっている。この反力トルクを発生させるためのアク
チュエータとしては直流モータ４０が用いられている。

この直流モータ４０は歯車などを用いた減速機構を通じ
てメインシャフト１２にトルクを増大して伝達するよう
に構成してもよい。

前記直流モータ４０によってメインシャフト１２に与え
られる反力トルクをＴＡとし、前記コントロールバルブ
２２のトーションバー２８の捩り剛性による反力トルク
をＴＢとしたとき、ハンドル１０での操作トルクＴＨは ＴＨ−ＴＢ　＋ＴＡ となる。したがって直流モータ４０によって得られる反
力トルクＴＡを制御することで、運転者に対し適正な操
舵反力が得られる。

さて前記直流モータ４０は、第１図で示されているよう
にステアリングの操舵量及び車速に基づき前記反力トル
クＴＡを決定するコントローラ４２で電流制御が行なわ
れる。このコントローラ４２はマイクロコンピュータ４
３及び直流モータ４０の電源回路４７とから構成されて
いる。そしてマイクロコンピュータ４３は、ステアリン
グの操舵角を検出する舵角センサー５０及び車速を検出
する車速センサー５２からのそれぞれの信号が入力され
る入力インターフェース４４、これらの信号に基づいて
前記反力トルクＴＡの目標値を算出するプロセッサー４
５及びこの口出された目標値に対応する電気信号を前記
電源回路４７に出力する出力インターフェース４６とを
備えている。

第３図に前記マイクロコンピュータ４３によるソフトウ
ェア処理の内容がフローチャートで示されている。この
第３図のステップ８１０において前記各センサー５０．
５２で検出された車速Ｖ及び舵角θを入力し、ステップ
８１１において車速に応じた増幅率Ｇ　（Ｖ）を算出す
る。なお、このステップ８１１における増幅率Ｇ　（Ｖ
）は、第４図で示されているように車速Ｖによって一意
に決定される値である。

前記ステップ８１１の処理を終えた後はステップＳ１２
に移行し、ここで直流モータ４０による反力トルクＴ＾
の目標値ＴＡ９を ＴＡ　　−Ｇ（Ｖ）Ｘθ によって算出する。そしてこの算出された目標値Ｔ＾　
をステップ８１３において前記電源回路４７に電気信号
として出力する。

これにより車両の走行及び操舵状態に応じた反力トルク
ＴＡが前記メインシセフト１２に与えられる。したがっ
て、ハンドル１０での操作トルクＴＨは、第２図の実線
で示されている必要操舵力に倣った特性となる。

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明はこの実
施例に限定されるものではなく、種々の実施態様が考え
られる。

例えば前記舵角センサー５０はパワーシリンダ２１内に
おけるピストン３２の左右室の油圧差を検出するセンサ
ーに代えてもよい。また反力トルクＴＡの目標値ＴＡ”
はマツプ方式で求めてもよく、あるいはアナログの電気
回路で求める構成にしてもよい。

［発明の効果］ 本発明は、コントロールパルプの作動剛性を下げてステ
アリング操作のアシスト比を大きく設定するとともに、
ステアリング操作の安定性を高めるようにハンドル操作
力に対して反力トルクを与えることにより、ステアリン
グ操作系の剛性を振動低減と走行安定性との個々の要求
に応じた値に設定でき、これによって両要求の両立が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は油
圧式パワーステアリング装置をコントローラの構成と共
に表したスケルトン図、第２図はパワーステアリング装
置におけるステアリング操作系のトルクとステアリング
出力との関係を表した特性図、第３図はマイクロコンピ
ュータのソフトウェア処理の内容を表したフローチャー
ト、第４図は車速と増幅率との関係を表した特性図であ
る。 第５図は従来の油圧式パワーステアリング装置を表した
スケルトン図、第６図はステアリング操作系の剛性に基
づく車両の走行安定性及び振動吸収特性の関係において
従来の剛性設定範囲を表した特性図である。 １０・・・ハンドル ２１・・・パワー手段（パワーシリンダ）２２・・・コ
ントロールパルプ ３４・・・操　舵　輪 ４０・・・アクチュエータ（直流モータ）４２・・・コ
ントローラ ５０．５２・・・検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ハンドル操作がステアリング操作系を通じて操舵輪に伝
   えられ、かつハンドル操作に伴うコントロールバルブの
   作動によって制御される所定のパワー手段によりステア
   リング操作力がアシストされるパワーステアリング装置
   において、 前記コントロールバルブの作動剛性を小さくすることで
   ステアリング操作のアシスト比が大きく設定されている
   とともに、 前記ステアリング操作系に対しハンドル操作力に対抗す
   る反力トルクを与えるアクチュエータと、車速あるいは
   ハンドル操作量のうち少なくともいずれか一つを検出し
   てその値に応じた信号を出力する検出器と、 前記検出器から入力される信号に応じて反力トルク値を
   求め、それに基づいて前記アクチュエータに駆動信号を
   出力するコントローラとを備えたパワーステアリング装
   置。