JPH0415169A - パワー・ステアリング・アンド・リミッテッド・スリップ・ディファレンシャル・システム - 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、自動車、特に、トラック・バスに適すると
ころのパワー・ステアリング・アンド・リミッテッド・
スリップ・ディファレンシャル・システムに関する。

背景技術 一般に、自動車の操舵応答のフェーズ・ラグとゲインと
は、高速になる程、大きくなってしまう。

そして、そのフェーズ・ラグが大きいとドライパーツ狙
ったコースへの到達が遅れるので、ハンドルの切り過ぎ
が生じ、一方、そのゲインが大きすぎると、その切り過
ぎが増幅されて車両がふらつく。

さらに、そのフェーズ・ラグが大きいと、路面不整など
の外乱が、ハンドルの手応えとして顕われて来るのにも
時間がかかるので、修正操舵の開始が遅れ、このことに
よってもハンドルがふらつく。トラックおよびバスの場
合、特に、そのフェース・ラグは、乗用車のそれの４な
いし５倍にもなっている。

また、深夜の高速道路は、トランクの群れによって埋め
つくされた巨大なベルト・コンベアの様である。それら
トラックは、首部東京に向かって高速で流れ、そして、
早朝に卸売市場などに入る。

そのトラック群の車間距離は概して狭く、そして、車速
は高い。また、都市間高速バスが、脚光を浴びている。

それは、安い料金と気軽さ、ハイセンス・ハイクォリテ
ィな居住空間、行き届いたサービスなどの魅力から当初
の鉄道の補完的位置付けの夜行便のみではなく、昼間の
運行便も増加している。この様に、そのトラックおよび
バスの高速長距離運行が活況を呈する一方、特に、その
トラックに関しては、ドライバネ足が深刻化し、また、
ドライバの年令が上昇している。

そのような理由で、女性ドライバの進出の兆しが出てき
ている。

さらに、高速になる程、車両の応答性能は低下する。そ
して、高令ドライバおよび女性ドライバの運転に関する
生理的機能は、青年男子のそれに比べて相対的に低い（
第１図参照）。

従って、その高速域での応答性能の低下とドライバの生
理的機能差とを車両側で補償するシステムの実現が望ま
れる。加えて、乗用車に比べて相対的に広い走行道路ス
ペースを必要とする大型車は、むしろ乗用車よりも優れ
た応答性能を備える必要がある。

また、望ましい車両応答特性について、車両の操縦性・
安定性の向上は、ドライバの操舵に対する車両応答性能
と、路面不整などによる外乱に対する車両応答性能との
両面から検討される必要がある。

先ず、操舵応答性について、時定数とヨー・ゲインとの
積に相当するＴβファクタを定義し、これが小さくなる
程、ドライバの主観的評価が高くなるとの報告があり、
また、時定数が小さくヨー加速度ゲインのある値の範囲
に進路保持性の最適域があるとする報告もある。

これらは、乗用車のデータであるが、その傾向は、トラ
ンクおよびバスについても同様である。

第２図には、トランクおよびバスの応答性能の例が示さ
れた。

そのトラックは、フロント・エンジンのリーフ・サスペ
ンション車、そのバスは、リア・エンジンのエア・サス
ペンション車であるが、そのトラックのゲインおよびフ
ェーズ・ラグが、そのバスのそれらよりも小さい。また
、そのトラックの方が、その主観的評価に関してそのバ
スよりも優れている。

そのゲインおよびフェーズ・ラグは、車速の上昇に伴い
共に大きくなり、それに伴ってドライバの負担が増加す
る。

その結果から、そのゲインおよびフェーズ・ラグの両方
を現状よりも小さくする方向に望ましい操舵応答域があ
る。

この傾向は、フェーズ・ラグを時定数に属するものとみ
なせば、先の乗用車のデータの傾向に合致する。フェー
ズ・ラグが大きいと、ドライバの狙ったコースへの到達
が遅れるので、ハンドルの切り過ぎが生じ、また、ゲイ
ンが大きすぎると、その切り過ぎが増幅されて車両がふ
らつく。また、生理的機能差については、ステアリング
系の時定数を小さくすることによって吸収できる。

次いで、外乱応答性能について、外乱による影響は、小
さい方が望ましい。例えば、路面不整によってアクスル
および車体が順次変位され、それが、ドライバに体感と
して感じられて修正操舵が行なわれる。その間の遅れが
小さく、そして、減衰することが望まれるが、それ以前
に外乱の侵入を許さず、その入口で抑制することが出来
れば、それはベストである。

また、その操舵応答性について、トラックおよびバスの
操舵応答性を乗用車のそれに比較してみると、フェーズ
・ラグに関しては大きな違いがあり、そして、そのトラ
ックおよびバスのそれは非常に大きい（第３図参照）。

何が原因でこの様に大きくなってしまっているのか。そ
の分析のために、操舵を加えてから車両に進路変化が生
じるまでの時間の遅れをその伝達経路に沿って計測した
（第４および７図参照）。

その結果は、ステアリング系の時間遅れが全体の５０％
を占めている。そして、車体系に関しては、そのバスの
時間遅れがそのトラックのそれよりも大きくなっており
、これは、サスペンション構造および前後軸荷重配分な
どの影響であると思われる。

そして、そのトラックおよびバスは、共通のステアリン
グを使用しているので、ステアリング系の時間遅れにつ
いては両者に差がない。

さらに、その６０％を占めるステアリング系の遅れを縮
める研究が、幾つか行なわれた。それらの研究の中には
、具体的システム構造にまで言及しているが実用化に至
っていない。

その理由には、２つあると推定する。１つは、フェーズ
・ラグの縮小は出来たが、同時に、ゲインが大きくなっ
てしまっており、そのためにハンドルが過敏になり、そ
して、操舵フィーリングを悪化させたところにある。も
う１つは、ステアリング・ホイールと前輪との間の機械
的結合が断たれてしまっており、安全上の問題が未解決
であったところにある。

上述の観点から、それは、ゲインを大きくせずにフェー
ズ・ラグを小さくし、そして、機械的結合を断つことな
く適用できる技（ネテである必要がある。

一方、その外乱応答性について、前述されたように、外
乱は入口で断つことである。換言すれば、その外乱が侵
入して来るタイヤでそれの侵入が抑制されるのが望まし
い。そして、それの方策は、後輪のコンプライアンス・
ステア・コントロールおよび後輪左右のトルク・スプリ
ット・コントロールで、特に、大型商業車の多くが採用
しているリーフ・スプリング付きリジッド・リア・アク
スル構造の場合には、そのトルク・スプリット・コント
ロールが望ましい。

発明の目的・課題 この発明の目的・課題は、操舵応答性能および外乱応答
性能を向上させて自動車の操縦安定性を向上するところ
のパワー・ステアリング・アンド・リミッテッド・スリ
ップ・ディファレンシャル・システムの提供にある。

目的・課題に係る発明の開示： 請求する発明の内容 上述の目的・課題に関連して、この発明のパワー・ステ
アリング・アンド・リミッテッド・スリップ・ディファ
レンシャル・システムは、前輪の操舵力を発生ずる主ブ
ースタと、その前輪の補正操舵力を発生する補助ブース
タと、一対の反力室を有し、そして、油圧ポンプからそ
の主ブースタに供給され、同時的に、その主ブースタか
らオイル・リザーバに排出される作業圧油を方向制御す
る方向制御弁と、その主ブースタに供給されるその作業
圧油の圧力、および、その補助ブースタおよび方向制御
弁の反力室に供給される補正圧油の圧力をセットする圧
油設定弁と、操舵の切り始めおよび切り戻しの際、車速
および操舵力に応じて、その補正圧油をその方向制御弁
の反力室および補助ブースタに注入し、同時に、その注
入される補正圧油の圧力を制御する注入圧制御弁と、差
動歯車機構のディファレンシャル・ケースおよび後輪の
ための駆動輪車軸の間に配置されるフリクション・クラ
ッチと、そのフリクシジン・クラッチを断続させるクラ
ッチ・コントロール・エア・シリンダと、車速および前
輪舵角に応じて、および、低車速で後輪の片側および両
側スリップに応じて、作業圧縮空気をそのクラッチ・コ
ントロール・エア・シリンダに給排し、そのクラッチ・
コン１−ロール・エア・シリンダの空気圧を制御する空
気圧制御弁とを含むところにある。

そして、この発明のパワー・ステアリング・アンド・リ
ミッテッド・スリップ・ディファレンシャル・システム
では、その方向制御弁の反力室および補助ブースタに注
入されるその補正圧油の圧力が、車速の上昇と操舵力の
微分値の増大とに応じて、その注入圧制御弁で高められ
、ゲインを大きくせずにフェーズ・ラグを小さくすると
ころの操舵の切遅れ補正が行なわれ、同時に、そのクラ
ッチ・コントロール・エア・シリンダの空気圧が、その
空気圧制御弁によって低速域で車速の増加および前輪舵
角の増大に応じて低められ、高速域で車速の増加および
前輪舵角の減少に応じて高められ、低車速で後輪の片側
スリップに応じて高められ、そして、低車速で後輪の両
側スリップに応じて低められ、車両の進路の乱れを抑制
し、路面摩擦係数μの小さい路面から車両を脱出させ、
そして、横すべりを少なくするところの差動作用の制限
および駆動力の増減が行なわれる。

具体例の説明 以下、この発明のパワー・ステアリング・アンド・リミ
ッテッド・スリップ・ディファレンシャル・システムの
特定された具体例について、図面を参照して説明する。

第６．１３．１４．１５．１６、および、１７図は、リ
ア・エンジン・バスに適用されたこの発明のパワー・ス
テアリング・アンド・リミッテッド・スリップ・ディフ
ァレンシャル・システムの具体例ＩＯを示している。

そのシステムＩＯは、パワー・ステアリングＩＩおよび
リミッテッド・スリップ・ディファレンシャル１２から
成り立ち、そのパワー・ステアリング１工は、主ブース
タ１４、補助ブースタ１５、方向制御弁Ｉ６、圧油設定
弁１７、注入圧制御弁１８、Ｉ９、反力調整弁２０、オ
イル・リザーバ２２を備えた油圧ポンプ２Ｉ、および、
その方向制御弁１６に操舵入力を与えるステアリング・
ホイール２３などを含み、一方、そのリミッテンド・ス
リップ・ディファレンシャル１２は、減速歯車機構９１
に組み合わせられた差動歯車機構２５、フリクション・
クラッチ２６、クラッチ・コントロール・エア・シリン
ダ２７、空気圧制御弁２日、エア・タンク２９、および
、安全弁３０などを含み、そして、そのパワー・ステア
リング１１およびリミソテッド・スリップ・ディファレ
ンシャル１２が、マイクロコンピュータ１３で電子的に
制御されるところに組み立てられた。そして、そのマイ
クロコンピュータ１３は、車速センサ３１、操舵力セン
サ３２、車輪回転センサ３３，３４３５．３６、圧力セ
ンサ３７、手動スイッチ３８、および、ブレーキ・スイ
ッチ３９に入力側を、その注入圧制御弁１８．１９のソ
レノイド・コイル（図示せず）、反力調整弁２０の電気
アクチュエータ（図示せず）、および、空気圧制御弁２
８のソレノイド・コイル（図示せず）に出力側をそれぞ
れ電気的に接続し、そのパワー・ステアリング１１には
、ゲインを大きくさせずにフェーズ・ラグを小さくする
切遅れ補正が加えられた操舵を行なわせ、同時に、その
リミッテッド・スリップ・ディファレンシャル１２には
、差動作用を制限して駆動力（伝達トルク）の増減を行
なわせ、さらに、同時的に、そのパワー・ステアリング
１１には、据え切り時や低速走行時、ハンドル操舵力を
軽くし、また、高速走行時、ハンドル操舵力を亜目にす
るところにハンドルの手応えを変えさせる。

その主ブースタ１４は、その方向制御弁１６を組み込み
、前輪１２１，１２２の操舵力を発生し、そして、マニ
ュアル・ステアリングを可能にするところのインテグラ
ル型に製作された。

その主ブースタ１４は、内部にシリンダ・ボア４１を形
成し、たシリンダ・ボディ４０と、そのシリンダ・ボア
４１内に往復摺動可能に嵌め合わせられて一対のシリン
ダ室４３．４４をそのシリンダ・ポア４１内に形成した
ラック・ピストン４２と、そのラック・ピストン４２の
ラックに噛み合わせられたセクタ・ギア（図示せず）と
を含み、そして、そのセクタ・ギアのシャフト（図示せ
ず）に固定的に結合されたピットマン・アーム４５およ
びリンク機構４６を介してその前輪１２１，１２２にリ
ンク結合された。勿論、オイル・ボート４７゜４８が、
その対応するシリンダ室４３．４４に開口されてそのシ
リンダ・ボディ４０に形成された。

その補助ブースタ１５は、その前輪１２１，１２２の補
正操舵力を発生ずるところの複動型シリンダに製作され
た。

その補助ブースタ１５は、内部にシリンダ・ボア（図示
せず）を形成したシリンダ・ボディ４９と、そのシリン
ダ・ボア内に往復摺動可能に嵌め合わせられて一対のシ
リンダ室（図示せず）をそのシリンダ・ボア内に形成し
たピストン（図示せず）と、一端をそのピストンに固定
的に連結させて他端側をそのシリンダ・ボディ４９の外
側に出し入れ可能に伸長させたピストン・ロンド５０と
を含み、リンク機構４６ａを介してそのピストン・ロン
ド５０の他端をその前輪１２１，１２２にリンク結合さ
せた。勿論、オイル・ボート５１５２が、その一対のシ
リンダ室に対応して開口されてそのシリンダ・ボディ４
９に形成された。

その方向制御弁１６は、一対の反力室５６．５７を備え
てその主ブースタ１４のシリンダ・ボディ４０に組み込
まれ、スプール５５がステアリング・シャフト２４に連
結されたところの入力軸（図示せず）に固定されたシフ
ト・シャフト（図示せず）でシフトされ、そして、供給
側油圧配管７４を経てその油圧ポンプ２１からその主ブ
ースタ１４に供給され、同時的に、戻り側油圧配管７５
を経てその主ブースタ１４からそのオイル・リザーバ２
２に排出される作業圧油を方向制御するところの油圧反
力型スプール・バルブに製作された。

その方向制御弁１６は、内部にバルブ・ボア５４を備え
てその主ブースタ１４のシリンダ・ボディ４０に組み込
まれたバルブ・ボディ５３と、そのバルブ・ボア５４内
に往復摺動可能に嵌め合わせられてその一対の反力室５
６．５７をそのバルブ・ボア５４内に形成したそのスプ
ール５５とを含み、そして、そのスプール５５が、その
ステアリング・シャフト２４、入力軸、およびシフト・
シャフトを介してそのステアリング・ホイール２３でそ
のバルブ・ボア５４内に摺動され、その供給側油圧配管
７４を経てその油圧ポンプ２１からその主ブースタ１４
のシリンダ室４３．４４の何れか一方に、同時的に、そ
の戻り側油圧配管７５を経てその主ブースタ１４のシリ
ンダ室４３．４４の何れか他方からそのオイル・リザー
バ２２にそれぞれ流れる作業圧油を方向制御し、その際
、その主ブースタ１４の操舵量がフィード・バンクされ
る。

また、その方向制御弁１６は、所定の位置において、そ
のバルブ・ボア５４に開口されたポンプ・ボート５８、
タンク・ボート５９，６０、シリンダ・ボート６１，６
２、リアクション・ボート６３．６４、および、注入ボ
ート６５．６６をそのバルブ・ボディ５３に形成し、そ
のポンプ・ボート５８をその供給側油圧配管７４に、そ
のタンク・ボー１−５９．６０をその戻り側油圧配管７
５にそれぞれ接続させ、そして、そのシリンダ・ボー）
６１．６２をその対応するオイル・ボート４７゜４８に
連通路６７．６８で接続させである。

さらに、その方向制御弁１６は、そのスプール５５がそ
のバルブ・ボア５４内にシフトされる際、そのスプール
５５のシフト方向に応じてその油圧ポンプ２１からその
反力室５６．５７の何れか一方に作業圧油を供給し、同
時的に、その反力室５６５７の何れか他方からそのオイ
ル・リザーバ２２に作業圧油を戻すところの反力連通ボ
ート６９゜７０をそのスプール５５に形成させである。

その圧油設定弁１７は、その方向制御弁１６の上流側に
おいて、その供給側油圧配管７４に配置され、その主ブ
ースタ１４に供給される作業圧油の圧力、および、その
補助ブースタ１５および方向制御弁１６の反力室５６．
５７に供給される補正圧油の圧力をセントする。

その注入圧制御弁１８．１９は、リニア・ソレノイド・
バルブで、その補助ブースフ１５の一対のシリンダ室お
よび方向制御弁１６の一対の反力室５６．５７をその油
圧ポンプ２１およびオイル・リザーバ２２に接続させた
補正油圧配管７６゜７７．７８，７９，８０，８１．８
２．８３に配置され、そして、ソレノイド・コイル（図
示せず）をそのマイクロコンピュータ１３の出力側に１
９気的に接続させである。

そして、その注入圧制御弁１８．１９は、操舵の切り始
めおよび切り戻しの際、そのバスの走行速度とそのステ
アリング・ホイール２３に加えられる操舵力に応じてそ
のマイクロコンピュータ１３で与えられる電流でバルブ
動作され、その操舵の切り始めでは、その方向にあるそ
の補助ブースタ１５のシリンダ室および方向制御弁１６
の反力室５６．５７にその補正圧油を注入し、また、そ
の操舵の切り戻しでは、その方向にあるその補助ブース
タ１５のシリンダ室および方向制御弁１６の反力室５６
，５７にその補正圧油を注入し、同時に、その注入され
る補正圧油の圧力を制御する。

勿論、常態では、その注入圧制御弁１８．１９は、その
補助ブースタ１５のシリンダ室をそのオイル・リザーバ
２２に接続され、同時に、その方向制御弁１６の反力室
５６，５７をその油圧ポンプ２１およびオイル・リザー
バ２２から遮断゛させている。

さらに、その注入圧制御弁１８．１９は、その補正圧油
をその補助ブースタ１５のシリンダ室および方向制御弁
１６の反力室５６．５７に注入する構造であるので、そ
の補助ブースタ１５のシリンダ室とその方向制御弁１６
の反力室５６，５７との関係でその補正油圧配管８０．
８１に絞り７１゜７２が配置された。

その反力調整弁２０は、その方向制御弁１６の一対の反
力室５６．５７を互いに連絡させた側路７３に配置され
、その電気アクチュエータをそのマイクロコンピュータ
１３に電気的に接続されである。

そして、この反力調整弁２０は、そのマイクロコンピュ
ータ１３で与えられる電流でその電気アクチュエータが
駆動されてその電気アクチュエータで絞り調整され、据
え切り時や低速走行時には、ハンドル操舵力を軽くする
ように、また、高速走行時には、ハンドル操舵力を乗口
にするように、ハンドルの手応えを変える。

その差動歯車機構２５は、ディファレンシャル・キャリ
ア８４内に互いに噛み合わせられたドライブ・ビニオン
９２およびリング・ギア９３を含むところのその減速歯
車機構９１に組み合わせられ、そして、その減速歯車機
構９１に関連してディファレンシャル・ケース８６内に
配置された４個のディファレンシャル・ビニオン８８．
８Ｂおよび一対のディファレンシャル・サイド・ギア８
９゜８９を含んでいる。勿論、そのディファレンシャル
・ビニオン８８．８８は、スパイダ９０の両端に回転可
能に嵌め合わせられ、一方、そのディファレンシャル・
サイド・ギア８９．８９は、後輪１２３．１２４のため
の駆動輪車軸１１９，１２０にスプライン結合されてそ
のディファレンシャル・ビニオン８８．８８に噛み合わ
せられた。

そのフリクション・クラッチ２６は、そのディファレン
シャル・ケース８６とその駆動軸車軸１１９との間に配
置され、そして、そのディファレンシャル・ケース８６
に形成されたボア９４と、その駆動輪車軸１１９にスプ
ライン結合されてそのディファレンシャル・ケース８６
のボア９４をリング・チャンバ９５に形成したクラッチ
・リング９６と、そのリング・チャンバ９５内に交互に
並べられた多数の外歯クラッチ・プレート９７および内
歯クラッチ・プレート９日と、それら外歯および内歯ク
ラッチ・プレート９７．９８を押すプレッシャ・リング
９９とを含んで組み立てられた。勿論、このフリクショ
ン・クラッチ２６は、その外歯クラッチ・プレート９７
がそのディファレンシャル・ケース８６に、その内歯ク
ラッチ・プレート９８がそのクラッチ・リング９６にそ
れぞれスプライン結合され、その差動歯車機構２５の差
動作用を制限し、その駆動輪車軸１１９，１２０の伝達
トルクを増減制御するところに組み立てられである。

そのクラ・ンチ・コントロール・エア・シリンダ２７は
、そのディファレンシャル・ケース８６に組み込まれ、
空気圧配管１１１でそのエア・タンク２９に接続され、
そして、そのエア・タンク２９から供給される作業圧縮
空気を給排することによってそのフリクション・クラッ
チ２６を断続させる。

このクラッチ・コントロール・エア・シリンダ２７は、
そのリング・チャンバ９５に開口されてそのディファレ
ンシャル・ケース８６に形成されたリング・シリンダ１
００と、そのフリクション・クラッチ２６のプレッシャ
・リング９９に向かい合わせられてそのリング・シリン
ダ１００に往復摺動可能に嵌め合わせられ、そして、そ
のリング・シリンダ１００内にシリンダ室１０１を形成
したリング・ピストン１０２とを含んだ内径案内型構造
に具体化され、そして、そのシリンダ室１０１に開口さ
れたエア・ボート１０３がその空気圧配管１１１に空気
圧カップリング１０４で接続され、その作業圧縮空気が
そのエア・タンク２９からそのシリンダ室１０１に、ま
た、そのシリンダ室１０１から大気中に給排され、その
プレッシャ・リング９９を介してその外歯および内歯ク
ラッチ・プレート９７．９８を互いに押し付けおよび引
き離し、そのフリクション・クラッチ２６にクラッチ断
続動作を行なわせるところに組み立てられた。

勿論、その空気圧カップリング１０４は、そのディファ
レンシャル・ケース８６のボス８７に相対的に回転可能
に嵌め合わせられ、そして、そのディファレンシャル・
キャリア８４のリング・ギア・ボス８５に回り止めされ
たシールド・スリップ・リング１０５と、そのディファ
レンシャル・キャリア８４の外側でそのシールド・スリ
ップ・リング１０５をその空気圧配管１１１に接続させ
たエア・リード・バイブ１０６とより組み立てられ、そ
して、そのエア・リード・バイブ１０６はバイブ・コネ
クタ１０７を備え、そのバイブ・コネクタ１０７でその
空気圧配管１１１に接続された。

その空気圧制御弁２８は、そのクラッチ・コントロール
・エア・シリンダ２７をそのエア・タンク２９に接続さ
せたその空気圧配管１１１に配置され、車速および前輪
舵角に応じて、および、低車速でその後輪１２３，１２
４の片側および両側スリップに応じて、そのマイクロコ
ンピュータ１３で与えられる電流で駆動され、その作業
圧縮空気をそのクラッチ・コントロール・エア・シリン
ダ２７に給排し、そのクラッチ・コントロール・エア・
シリンダ２７の空気圧を制御する。

この空気圧制御弁２８は、常閉型２方向ソレノイド・バ
ルブ１０９および常開型２方向ソレノイド・バルブ１１
０の組み合わせで、特に、その常開型２方向ソレノイド
・バルブ１１０がその常閉型２方向ソレノイド・バルブ
１０９の下流に位置されて互いに組み合わせられ、そし
て、その常閉型および常開型２方向ソレノイド・バルブ
１０９゜１１０のソレノイド・コイル（図示せず）をそ
のマイクロコンピュータ１３の出力側に電気的に接続さ
せである。

そして、この空気圧制御弁２８では、その常閉型２方向
ソレノイド・バルブ１０９は、そのエア・タンク２９か
らそのクラッチ・コントロール・エア・シリンダ２７に
その作業圧縮空気供給するために使用され、一方、その
常開型２方向ソレノイド・バルブ１１０は、そのクラッ
チ・コントロール・エア・シリンダ２７から大気中にそ
の作業圧縮空気を排出するために使用される。

その車速センサ３１は、そのバスに搭載されたディーゼ
ル・エンジン（図示せず）に配置された。

その操舵力センサ３２は、そのステアリング・ホイール
２３に加えられた操作力を検出するものであって、その
ステアリング・ホイール２３に組み込まれた。

そして、その操舵力センサ３２は、第１５図に示された
ように、そのステアリング・ホイール２３が、ハブ１１
２と、そのハブ１１２にスポーク１１４を介して一体化
されたリム・コア１１３と、そのリム・コア１１３にロ
ーラ１１６を介在させて操舵角方向に微少量を自由にス
ライド可能に被せられたリム外殻１１５とを含んで組み
立てられたので、そのリム・コア１１３側に根元を固定
させ、そして、先端をそのリム外殻１１５例の溝１１８
に嵌め合わせてその微少スライド量を撓みに顕わすとこ
ろのベンディング・ビーム１１７と、そのベンディング
・ビーム１１７の撓みを検出する電磁誘導型センサ（図
示せず）とを含み、その電磁誘導型センサがそのマイク
ロコンピュータ１３の入力側に電気的に接続された。

その車輪回転センサ３３，３４，３５．３６は、その前
輪１２１．１２２および後輪１２３，１２４に対応され
て配置され、そして、そのマイクロコンピュータ１３に
電気的に接続された。

その圧力センサ３７は、そのクラッチ・コントロール・
エア・シリンダ２７の空気圧を感知できる箇所において
、その空気圧制御弁２８に組み合わせられ、そして、そ
のマイクロコンピュータ１３に電気的に接続された。

上述のように、そのパワー・ステアリング・アンド・リ
ミッテッド・スリップ・ディファレンシャル・システム
１０が組み立てられたので、次には、最適制御を決定す
るために、そのシステム１０をシミュレートできる計算
プログラムを作成し、そして、それを実車のデータと照
合検証した後、何時、どのような制御を加えれば、ゲイ
ンを大きくせずにフェーズ・ラグを小さくすることがで
きるかを調べた。

このシミュレーションには、第５図に示された車両のモ
デルが使用され、また、第６図に示されたステアリング
系のモデルが使用された。

そして、運動方程式および油圧計算式を作成し、それを
ＣＳ　Ｓ　Ｌ　（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｓｙｓｔｅｍ
　ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅ　）を用いて
計算した。その計算結果は、実測値とほぼ同一の傾向を
示しているので、これを用いて最適制御の検討を行なっ
た。

その最適制御の検討について述べる。

先ず、ステアリング系の制御について述べるに、第７図
によると、パワー・ステアリングの油圧の発生は、ステ
アリング・ホイールに加えられた操舵力に対し０．１秒
から０．２秒遅れている。その操舵信号をとらえ、即、
油圧を発生すれば、少なくとも０．１秒の遅れを縮小可
能になる。また、この縮小分の０．１秒は、第７図から
、バスが、トラックのレベルに、あるいは、車速１００
ｋｉ／ｈにおける遅れが、車速６０ｋｍ／ｈ以下のレベ
ルに向上させることに相当する。そのような期待から、
第６図に示されたモデルにおいて、色々な制御法を計算
によりサーベイの結果、そのステアリング・ホイールの
リムに加えられた力を検出し、機械系を介しての操舵に
先廻りしてパワー・シリンダに油圧を供給し、前輪実舵
を開始させると同時に、その圧油を方向制御弁の油圧反
力室にも供給して操舵反力を発生させるように制御すれ
ば良いことが判った（第８図番ｗｌ）。

また、そのパワー・シリンダに圧油、所謂、補正油圧の
供給は、操舵の切り始め時と切り戻し時とに、パルス油
圧で加えるのが肝要であり、切り始めだけに加えたので
は、ゲインの悪化、所謂、増大を招いてしまった（第９
図参照）。

さらに、そのパルス油圧の幅には最適値があり、パルス
圧０．５　ＭＰａの場合、切り始めのパルス幅は、０、
０７５波長パルス、切り戻しのパルス幅は、０．２５波
長パルスが良いことも判った（第１０図参照）。

そして、その圧油を同時にその油圧反力室にも供給する
のは、そのパワー・シリンダに圧油を供給することによ
ってハンドルが引っ張られ操舵反力が無くなることを防
止するところにある。

また、そのパルス油圧のパルス幅およびパルス圧は、そ
のステアリング・ホイールに加えられた操舵力の微分値
に比例させて決定するのが望ましく、操舵の違和感は、
そのように、その方向制御弁の反力室にそのパルス油圧
を加えることによって回避される。

一方、ディファレンシャル系の制御について述べるに、
車両が、平坦路を直進する場合、ディファレンシャルの
動作は必要とされない筈であるが、実際には、そのディ
ファレンシャルは動作しているのである（第１１図参照
）。そのディファレンシャルの動作に抵抗するトルクＴ
Ｄを加えると、そのトルク１゛ゎをタイヤ半径で除し、
リア・アクスル・トレッドを乗じた値のトルクＴｓ　（
第１２図参照）は、車両の進路の乱れを抑制する機能を
発揮する。

したがって、前輪回転速度から車速か、前輪左右の回転
速度差から、舵角が、そして、前輪との回転速度差から
後輪のスリップ率が検出され、それら検出値に基づいて
、そのトルクＴＤは、直進安定性向上のため小舵角域に
て高速走行時に大きくなるように、かつ、スピン限界で
は零になり、タイヤの横力グリップが確保されるように
制御され、また、路面摩擦係数μの小さい道路での発進
性を向上させ、かつ、横すべりを少なくするため後輪が
片側スリップした時には、増加するように、また、その
後輪が両側スリップした時には、減少するように制御さ
れる。

そのようにして得られた最適制御の検討結果に基づいて
、このシステム１０は、操舵応答性能の向上のためのス
テアリング系の制御と外乱応答性能の向上のためのディ
ファレンシャル系の制御Ｂとを統合し、具体化した（第
１３図参照）。

そのステアリング系の構造は、第１４図に示され、その
圧油設定弁１７によって回路圧に対し上流圧が、常に、
５ｋｇ／ｃ＋ｄ（圧油）高（なるようにセットされであ
る。

そのステアリング・ホイニル２３のリム外殻１１５に加
えられる操舵力は、そのベンディング・ビーム１１７の
撓みとばね定数とからそのマイクロコンピュータ１３で
把握される。そして、その操舵力がそのステアリング・
ホイールに作用すると、そのステアリング・ホイール２
３に内蔵したその電磁誘導型センサがそれを検出し、そ
のマイクロコンピュータ１３で選択的に与えられる電流
でその注入圧制御弁１８．１９が、選択的に開かれ、そ
の補助ブースタ１５の一対のシリンダ室に補正圧油が選
択的に注入され、機械系に先廻りしてその前輪１２１，
１２２に実舵を開始させる。

それとほぼ同時に、その方向制御弁１６の反力室５６．
５７にも補正圧油が注入され、その補助ブースタ１５に
補正圧油を供給することによってそのステアリング・ホ
イール２３が引っ張られ、操舵違和感が生じることを防
止する。

その操舵力センサ３２は、そのステアリング・ホイール
２３の慣性マスであるリム・コア１１３よりもドライバ
寄りに位置させであるので、この慣性によって影響され
ないところの真の操舵力が検出可能になると同時に、そ
のリム・コア！１３によるマス・ダンパ効果と、そのマ
イクロコンピュータ１３側に備えた高応答のアクティブ
・ローパス・フィルタとによってキック・ハックなどの
高周波外乱の影響を受けに（いようになし、専ら、ドラ
イバの操舵力のみに反応するようになっている（第１６
回参照）。

一方、そのディファレンシャル系の構造は、第１７図に
示され、このディファレンシャル系では、そのフリクシ
ジン・クラッチ２６が、そのディファレンシャル・ケー
ス８６内に組み込まれ、そのクラッチ・コントロール・
エア・シリンダ２７が、また、そのフリクション・クラ
ッチ２６に関連してそのディファレンシャル・ケース８
６内に配置され、そして、そのクラッチ・コントロール
・エア・シリンダ２７に供給された作業圧縮空気でその
リング・ピストン１０２をそのフリクション・クラッチ
２６の多数の外歯および内歯クラッチ・プレート９７．
９８にそのプレッシャ・リング９９を介して押し付けて
ディファレンシャルの差動を制限するトルクを発生させ
る。

次には、上述のように設計されたそのパワー・ステアリ
ング・アンド・リミッテッド・スリップ・ディファレン
シャル・システム１０の動作について説明する。

このパワー・ステアリング・アンド・リミッテンド・ス
リップ・ディファレンシャル・システム１０では、操舵
応答性制御、外乱応答性制御、および、速度感応制御が
、互いに関連して同時的に行なわれる。

その操舵応答性制御は、操舵力がそのステアリング・ホ
イール２３に加えられると、その操舵力センサ３２がそ
の操舵力を検出し、電気信号でその操舵力をそのマイク
ロコンピュータ１３に与え、同時に、車速がその車速セ
ンサ３１からそのマイクロコンピュータ１３に電気信号
で与えられるので、そのマイクロコンピュータ１３は、
その操舵力センサ３２および車速センサ３１から入力さ
れた信号に応じて、その注入圧制御弁１８．１９のソレ
ノイド・コイルに流れる電流を制御してその注入圧制御
弁１８．１９を選択的に開閉する。

その注入圧制御弁１８．１９が選択的に開閉されるので
、機械系を介してその方向制御弁１６がバルブ切り換え
されて作業圧油がその主ブースタ１４のシリンダ室４３
．４４に選択的に供給されるのに先廻りして、補正圧油
がその供給側油圧配管７４のその圧油設定弁１７の上流
側からその補助ブースタ１５の一対のシリンダ室に選択
的に供給され、前輪実舵を開始させ、同時に、その補正
圧油がその方向制御弁１６の反力室５６，５７に選択的
に注入されて操舵反力を発生させ、操舵に対しゲインを
大きくせずにヨー・レートおよびフェーズ・ラグの増大
を制御する。勿論、この操舵応答性制御では、そのステ
アリング・ホイール２３が切り込まれる際、その補正圧
油が、そのステアリング・ホイール２３の切り込み始め
から０．０７５波長のパルス油圧でその補助ブースタ１
５の一対のシリンダ室および方向制御弁１６の一対の反
力室５６，５７の切込み方向に供給され、また、そのス
テアリング・ホイール２３が戻される際、その補正圧油
が、そのステアリング・ホイール２３の戻し始めから０
．２５波長のパルス油圧でその補助ブースタ１５の一対
のシリンダ室および方向制御弁１６の一対の反力室５６
．５７の戻し方向に供給された。

一方、その外乱応答性制御は、そのマイクロコンピュー
タ１３で決定される車速、舵角、および後輪スリップ率
に基づいて行なわれる。そして、それらについては、そ
の車輪回転センサ３３，３４゜３５．３６がその前輪１
２１，１２２および後輪１２３．１２４の回転速度を検
出し、電気信号でそれらをそのマイクロコンピュータ１
３に与えるので、そのマイクロコンピュータ１３は、そ
の前輪１２１．１２２の回転速度からその車速、その左
右の前輪１２１，１２２の回転速度差からその舵角を、
そして、その前輪１２１，１２２とその後輪１２３，１
２４との回転速度差からその後輪１２３．１２４のスリ
ップ率をそれぞれ演算して決定する。

今、そのハスが低速域で走行されると、車速の増加、前
輪舵角の増大、および、そのクラッチ・コントロール・
エア・シリンダ２７の空気圧に応じて、その空気圧制御
弁２日において、その常閉型および常開型２方向ソレノ
イド・パルプ１０９１１０がそのマイクロコンピュータ
１３で開閉制御され、その作業圧縮空気が、そのエア・
タンク２９からそのクラッチ・コントロール・エア・シ
リンダ２７に、また、そのクラッチ・コントロール・エ
ア・シリンダ２７から大気中に給排されてそのクラッチ
・コントロール・エア・シリンダ２７内の空気圧が低め
られ、そのフリクション・クラッチ２６を押すそのクラ
ッチ・コントロール・エア・シリンダ２７の力が弱めら
れ、そして、その差動歯車機構２５の差動を制限するた
めにそのフリクション・クラッチ２６に発生される摩擦
トルクが減少される。

そのようにして、その差動歯車機構２５の差動制限トル
クが制御されて、そのバスのレーン・チェンジが円滑に
行なわれた。

また、そのバスが高速域で走行されると、車速の増加、
前輪舵角の減少、および、そのクラッチ・コントロール
・エア・シリンダ２７の空気圧に応じて、その空気圧制
御弁２日が前述のように、そのマイクロコンピュータ１
３で開閉制御されてそのクラッチ・コントロール・エア
・シリンダ２７内の空気圧が高められ、そのフリクショ
ン・クラッチ２６を押すそのクラッチ・コントロール・
エア・シリンダ２７の力が強められ、そして、その差動
歯車機構２５０差動を制限するためにそのフリクション
・クラッチ２６に発生される摩擦トルクが増大される。

そのようにして、その差動歯車機構２５の差動制限トル
クが制御されて、そのバスの直進走行が安定され、そし
て、タイヤの横力グリップが確保された。

さらに、そのバスが路面摩擦係数μの低い路面で、その
後輪１２３．１２４の片側がスリップされると、その空
気圧制御弁２８がそのマイクロコンピュータ１３で開閉
制御されてそのクラッチ・コントロール・エア・シリン
ダ２７内の空気圧が高められ、そのフリクション・クラ
ッチ２６を押すそのクラッチ・コントロール・エア・シ
リンダ２７のカが強められ、そして、その差動歯車機構
２５の差動を制限するためにそのフリクション・クラッ
チ２６に発生されるトルクが増大される。

そして、そのように、そのバスが、その後輪１２３１２
４の片側スリップから両側スリップに変わると、その空
気圧制御弁２８がそのマイクロコンピュータ１３で開閉
制御されてそのクラッチ・コントロール・エア・シリン
ダ２７内の空気圧が低められ、そのフリクション・クラ
ッチ２６を押すそのクラッチ・コントロール・エア・シ
リンダ２７の力が弱められ、そして、その差動歯車機構
２５の差動を制限するためにそのフリクション・クラッ
チ２６に発生されるトルクが減少される。

そのようにして、そのバスは、その路面摩擦係数μの低
い路面において、発進および走破が円滑に行なわれた。

また、その速度感応制御は、そのマイクロコンピュータ
１３がその車速センサ３１からの信号に応じてその反力
調整弁２０の電気アクチュエータに流れる電流を制御し
、車速の上昇に応じてその反力調整弁２０を絞り調整す
ることによって、その方向制御弁１６の反力室５６．５
７間に流れ圧油に抵抗を変化させて据え切り時や低速走
行時には、ハンドル操舵力を軽（し、また、高速走行時
には、ハンドル操舵力を本口にしてハンドルの手応えが
十分に得られた。

上述のように行なわれたそれら制御の結果は、第１８な
いし２０図に示された。

第１８図には、このシステム１０のレーン・チェンジ・
データの一例と従来型システムのそれとの比較が示され
、その比較から操舵力に対する実舵の発生が早く、かつ
、小さ目になり、加えて、横加速度、ヨー、および、ロ
ールの発生も早く、そして、少な目になった。

第１９図には、車速と横加速度とを軸にゲインとフェー
ズ・ラグが示された。

車速１１００ｋ／ｈでのこのシステム１０のデータは、
従来型システムの６０ｋｉｉ／ｈのそれ以下に改善され
た。

第２０図には、ハイウェーにおける操舵角波形と頻度と
が示された。

このシステム１０の操舵角頻度は、従来型システムのそ
れに対し標準偏差で約５０％小さくなった。

発明の利便・利益 上述から理解されるように、この発明のパワー・ステア
リング・アンド・リミッテンド・スリップ・ディファレ
ンシャル・システムは、前輪の操舵力を発生する主ブー
スタと、その前輪の補正操舵力を発生する補助ブースタ
と、一対の反力室を有し、そして、油圧ポンプからその
主ブースタに供給され、同時的に、その主ブースタから
オイル・リザーバに排出される作業圧油を方向制御する
方向制御弁と、その主ブースタに供給されるその作業圧
油の圧力、および、その補助ブースタおよび方向制御弁
の反力室に供給される補正圧油の圧力をセットする圧油
設定弁と、操舵の切り始めおよび切り戻しの際、車速お
よび操舵力に応じて、その補正圧油をその方向制御弁の
反力室および補助ブースタに注入し、同時に、その注入
される補正圧油の圧力を制御する注入圧制御弁と、差動
歯車機構のディファレンシャル・ケースおよび後輪のた
めの駆動輪車軸の間に配置されるフリクション・クラッ
チと、そのフリクション・クラッチを断続させるクラッ
チ・コントロール・エア・シリンダと、車速および前輪
舵角に応じて、および、低車速で後輪の片側および両側
スリップに応じて、作業圧縮空気をそのクラッチ・コン
トロール・エア・シリンダに給排し、そのクラッチ・コ
ントロール・エア・シリンダの空気圧を制御する空気圧
制御弁とを含むところにあるので、この発明のパワー・
ステアリング・アンド・リミソテッド・スリップ・ディ
ファレンシャル・システムでは、ゲインの増加を抑えな
がらフェーズ・ラグが小さ（され、また、外乱の進入が
抑止され、それに伴って、そのフェーズ・ラグおよびゲ
インが減少され、路面摩擦係数μの低い道路や不整地に
おける自動車の発進および走破が円滑になり、さらに、
高速域において、ヨー、ロール、横加速度、およびハン
ドルのふらつきの発生が、その時の車速よりも約４０ｋ
ｍ／ｈ低い車速で走行した場合のレベルにまで抑制され
、そのようにして、操舵応答性能および外乱応答性能が
向上されて自動車の操縦安定性が向上され、そのような
ことから、種々の自動車への適用性があり、特に、大型
商業車にとって非常にを用で、実用的である。

発明と具体例との関係 先のように、図面を参照しながら説明されたこの発明の
具体例からして、この発明の属する技術の分野における
通常の知識を有する者にとって、種々の設計的修正や変
更は容易に行われることであり、さらには、この発明の
内容が、その発明の課題を遂行ならしめる発明の成立に
必須であり、その発明の性質であるその発明の技術的本
質に由来し、そして、それを内在させると客観的に認め
られる態様に容易に置き換えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、性別および年令について、光および音の刺激
に対する応答時間差を示す図、第２図は、トラックおよ
びバスのヨー・レート応答差を示す図、第３図は、トラ
ック、バス、および、乗用車のヨー・レート応答の時間
遅れ差を示す図、第４図は、ステアリング系およびシャ
シの時間遅れの配分を示す図、第５図は、車両シミュレ
ーション・モデルを示す図、第６図は、この発明のパワ
ー・ステアリング・アンド・リミッテッド・スリップ・
ディファレンシャル・システムのステアリング系を示す
概説図、第７図は、実車のデータとシミュレーション結
果との照合検証を示す図、第８図は、シミュレーション
による圧油注入タイミングの考察を示す図、第９図は、
シミュレーションによる圧油性大幅の考察を示す図、第
１０図は、圧油の注入タイミングおよび注入幅の最終シ
ミュレーション結果を示す図、第１１図は、実路におけ
るディファレンシャルの動作状況を示す図、第１２図は
、リミ・ンテッド・スリ・ンブ・ディファレンシャルの
トルクによる外乱抑制トルクを示す図、第１３図は、制
御システム・ダイアグラム、第１４図は、この発明のパ
ワー・ステアリング・アンド・リミッテッド・スリップ
・ディファレンシャル・システムの全体概説図、第１５
図は、ステアリング・ホイールの構造を一部断面して示
した平面図、第１６図は、マス・ダンパ効果およびアク
ティブ・ローパス・フィルタを示す図、第１７図は、こ
の発明のパワー・ステアリング・アンド・リミッテッド
・スリップ・ディファレンシャル・システムのディファ
レンシャル系を示す断面図、第１８図は、レーン・チェ
ンジ・データを示す図、第１９図は、ゲインおよび時間
遅れ効果を示す図、および、第２０図は、操舵修正頻度
を示す図である。 １１・・・パワー・ステアリング、１２・・・リミッテ
ッド・スリップ・ディファレンシャル、１４・・・主ブ
ースタ、１５・・・補助ブースタ、１６・・・方向制御
弁、１７・・・圧油設定弁、１８．１９・・・注入圧制
御弁、２５・・・差動歯車機構、２６・・・フリクショ
ン・クラッチ、２７・・・クラッチ・コントロール・エ
ア・シリンダ、２８・・・空気圧制御弁。 特許出願人　　日野自動車工業株式 ％式％） 角　　度　（Ａり４り へ゛ス 阜 匙 （Ｔｈ／＃） 第 乙 凹 第 関 第 回 １寺　　　Ｍ（ｓぐ（） 実　　７１ １琶「ｒ１Ｆノ（為Ｖ（ノ シｊ−し一〇、−１ツ ノでルズｍ／撞　＆〃 の（長（Ｗ、／Ｌ　） 角度 時ＷＩ遁に短縮か クト（ＩＪルク 渾／３凹 一積審ベルーＹ ″電圧ルー） −ａ−空（し壬ルート 一◆　Ｖ　テルート 第７７国

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）前輪の操舵力を発生する主ブースタと、その前輪
   の補正操舵力を発生する補助ブースタと、 一対の反力室を有し、そして、油圧ポンプからその主ブ
   ースタに供給され、同時的に、その主ブースタからオイ
   ル・リザーバに排出される作業圧油を方向制御する方向
   制御弁と、その主ブースタに供給されるその作業圧油の
   圧力、および、その補助ブースタおよび方向制御弁の反
   力室に供給される補正圧油の圧力をセットする圧油設定
   弁と、 操舵の切り始めおよび切り戻しの際、車速および操舵力
   に応じて、その補正圧油をその方向制御弁の反力室およ
   び補助ブースタに注入し、同時に、その注入される補正
   圧油の圧力を制御する注入圧制御弁と、 差動歯車機構のディファレンシャル・ケースおよび後輪
   のための駆動輪車軸の間に配置されるフリクション・ク
   ラッチと、 そのフリクション・クラッチを断続させるクラッチ・コ
   ントロール・エア・シリンダと、車速および前輪舵角に
   応じて、および、低車速で後輪の片側および両側スリッ
   プに応じて、作業圧縮空気をそのクラッチ・コントロー
   ル・エア・シリンダに給排し、そのクラッチ・コントロ
   ール・エア・シリンダの空気圧を制御する空気圧制御弁 とを含むパワー・ステアリング・アンド・リミッテッド
   ・スリップ・ディファレンシャル・システム。