JPH0446966Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、車両の走行状態に応じてトー角を
自動的に可変することができる、トーイン可変式
ステアリングシステムに関するものである。

（従来の技術） 車両において、サスペンシヨンの固さやトー角
（サスペンシヨンアライメント）等のサスペンシ
ヨン特性は、定常走行等の一定の走行状態に最適
となるように調整されるので、車両の走行状態が
変化すると乗り心地や操縦安定性が低下する。こ
れを改善するために、車両の走行状態に応じてサ
スペンシヨンの固さやトー角等のサスペンシヨン
特性を変化させる技術が種々知られている。

例えば、特開昭59−23716号公報に記載された
後輪のホイールアライメント制御装置は、車速に
応じて後輪のトー角を変化させることによつて、
車両の車線乗り移り特性を最適化するものであ
る。

また、実開昭58−63440号公報に記載された油
圧緩衝器は、油圧による減衰力調整手段と空気圧
による車高調整手段を制御することによつて、サ
スペンシヨンの固さを調整するとともに、動的な
荷重変化と静的な荷重変化とに対応できるように
したものである。

さらに、実開昭59−35105号公報に記載された
車両のサスペンシヨン装置は、車速あるいは操舵
速度が所定値より大きくなつたときにはサスペン
シヨンを固く、通常時は柔らかく調整することに
よつて、高速走行時及び急旋回時の操縦安定性と
良好な乗り心地とを両立させたものである。

（考案が解決しようとする課題） しかし、上記従来の技術のうち、第一の技術は
後輪のトー角を車速のみに応じて変化させるもの
であり、また後二つの技術はサスペンシヨンの固
さを調整するのみである。これに対して、車両の
旋回、加速、減速を判別して、これに応じてトー
角を変化させることによつて、旋回時及び加速・
減速時の走行性能を向上させる技術は存在しなか
つた。このため、車両の旋回・加速・減速時には
走行性能が低下するという問題点があつた。

そこで本考案においては、車両の旋回性能及び
加減速性能を向上させることができるステアリン
グシステムを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） そこで本考案においては上記課題を解決するた
めに、車両のタイロツドを伸縮させるためのアク
チユエータと、前記タイロツドにかかる軸力を検
出する軸力検出手段と、車両が旋回中か非旋回中
かを判別する旋回判別手段と、車両が加速中か非
加速中かを判別する加速判別手段と、車両が減速
中か非減速中かを判別する減速判別手段と、前記
アクチユエータを作動させて前記タイロツドを伸
縮させる制御手段であつて、前記旋回判別手段に
よつて旋回中と判別されたときには前記軸力が最
大になるトー角となるように、前記旋回判別手段
によつて非旋回中と判別され前記加速判別手段に
よつて加速中と判別されたときには加速度が最大
になるトー角となるように、前記旋回判別手段に
よつて非旋回中と判別され前記減速判別手段によ
つて減速中と判別されたときには減速度が最大に
なるトー角となるように、前記タイロツドを伸縮
させる制御手段とを有することを特徴とするトー
イン可変式ステアリングシステムを創出した。

（作用） さて上記構成のトーイン可変式ステアリングシ
ステムによると、車両のタイロツドの長さがアク
チユエータによつて伸縮させられるようになつて
いる。

そして、旋回判別手段によつて車両が旋回中と
判別されたときには、軸力検出手段により検出さ
れるタイロツドにかかる軸力が最大となるトー角
が得られるように、アクチユエータによつてタイ
ロツド長さが変化させられる。つまり、横方向加
速度が増すようにトー角が変化させられることに
なり、これによつてコーナリングフオース並びに
セルフアライニングトルクが増加して、旋回時の
操縦性が向上する。

また、加速判別手段によつて車両が加速中と判
別されたときには、加速度が最大となるトー角が
得られるようにタイロツドが伸縮させられる。す
なわち走行抵抗が最小となるトー角に調整され、
これによつて車両の加速性が向上する。

さらに減速判別手段によつて車両が減速中と判
別されたときには、減速度が最大となるトー角が
得られるようにタイロツドが伸縮させられる。す
なわち走行抵抗が最大となるトー角に調整され、
これによつて車両の減速性が向上する。

このようにして、本考案のトーイン可変式ステ
アリングシステムによつて、車両の旋回性能及び
加減速性能が向上させられるのである。

（実施例） 以下、本考案の一実施例を図面により詳細に説
明する。

まず、第１図において、５５はステアリング装
置を示している。このステアリング装置５５は、
ステアリングギヤボツクス１と、（本例ではこの
ステアリングギヤボツクス１はラックアンドピニ
オン式のものが用いられている。ただし、これは
ラックアンドピニオン式のものを限定するもので
はなく、他にセンターアーム式のものや対称リン
グ式のものやクロスリング式のもの等どのような
方式のものであつてもよいことは勿論である。）
これの両側に設けられたタイロツド２０及びタイ
ロツド２１と、このタイロツド２０及び２１の間
にそれぞれ介在されたアクチユエータ２及びアク
チユエータ３と、タイロツド２０及び２１のタイ
ロツドエンド２０ａ及び２１ａに接続されたナツ
クルアーム４及び５と、このナツクルアーム４及
び５の先端に設けられたタイヤ６及び７を主体と
して構成されている。

前記アクチユエータ２及び３は第２図に示すよ
うに構成されている。（第２図では右側のアクチ
ユエータ２のみについて図示している。従つて、
以下の説明ではこの右側のアクチユエータ２につ
いて説明するが、左側のアクチユエータ３につい
ても同様に構成されている。）すなわち、前記ス
テアリングギヤボツクス１側より延出されている
タイロツド２１の先端には、円筒状のシリンダ２
１ｂが一体形成されており、又前記タイロツドエ
ンド２１ａと接続されているタイロツド２１の図
示左端部にはピストン２１ｃが一体形成されてい
る。そして、ピストン２１ｃはシリンダ２１ｂの
内部に摺動可能に挿入されており、また、このピ
ストン２１ｃは、これの両側に設けられたリター
ンスプリング２２及びリターンスプリング２３に
よつて同ピストン２１ｃの初期状態の位置決めが
なされるようになつている。

シリンダ２１ｂには油圧用のポートＳ１，Ｓ２
が設けられており、このＳ１及びＳ２はそれぞれ
油圧チユーブ２５及び２６を介してサーボバルブ
８と接続されている。なお、ピストン２１ｃと一
体形成されたタイロツド２１が挿通されているシ
リンダ２１ｂの開孔部には、シリンダ２１ｂ内の
オイル漏れを防ぐためのＯリング２４が取付けら
れている。

一方、前記アクチユエータ２の図示右側のタイ
ロツド２１には、応力検出センサの一例を示すひ
ずみゲージ１９が設けられている。このひずみゲ
ージ１９はタイロツド２１に加わる応力を図示前
後左右の４方向で検知するためのものであつて、
この４方向に加わる応力を検知することによつて
次のようなデータを得ようとするものである。

すなわち、セルフアライニングトルク（これ
は、車両のコーナーリング時にハンドルを元に戻
そうとする力である）は、第１図に示されるタイ
ヤ６及び７に発生するコーナリングフオースに比
例し、またこのセルフアライニングトルクはタイ
ロツド２０及び２１に加わる応力（特に軸力）に
比例するという関係を有することから、このタイ
ロツド２１に加わる応力を検知することによつ
て、コーナリングフオースを得ようとするもので
ある。

なお、ひずみゲージ１９，１９は本例では４ゲ
ージより構成されており、これらはそれぞれタイ
ロツド軸力信号ライン２７及び２８を介してロー
パスフイルタ２９及び３０と接続されている。

次に、制御回路５６について説明する。この制
御回路５６はＡ／Ｄ変換器４６、Ｄ／Ａ変換器４
７、Ａ／Ｄ変換器４８、入力インターフエイス４
９、Ｉ／Ｏポート５０、CPU５２、RAM５３及
びROM５４を主体として構成されている。前記
Ａ／Ｄ変換器４８、入力インターフエイス４９、
Ｉ／Ｏポート５０、CPU５２、RAM５３及び
ROM５４の間は、バス５１によつて接続されて
いる。

前記Ａ／Ｄ変換器４６及びＤ／Ａ変換器４７
は、油圧コントロールアンプ１７及び１８によつ
てサーボバルブ８とサーボバルブ９をコントロー
ルするためのものであつて、本例ではＡ／Ｄ変換
器４６とＤ／Ａ変換器４７及び油圧コントロール
アンプ１７及び１８によつてフイードバツク制御
系を形成している。

すなわち、Ｉ／Ｏポート５０からの信号は、
Ｄ／Ａ変換器４７及び油圧コントロールアンプ１
７，１８を介してサーボバルブ８とサーボバルブ
９へそれぞれ伝達されるが、この油圧コントロー
ルアンプ１７及び１８へ伝達された信号は、逆に
Ａ／Ｄ変換器４６を介してＩ／Ｏポート５０に入
力されてフイードバツクされるようになつてい
る。

なお、その他に１６はサーボバルブ８，９に油
圧を供給するための油圧発生ユニツト、１４，１
５は油圧ラインを示している。

次に、Ａ／Ｄ変換器４８にはこの前記ひずみゲ
ージ１９からの信号が入力されている。前記ひず
みゲージ１９からの信号は、タイロツド軸力信号
ライン２７，２８を介してローパスフイルタ２
９，３０へそれぞれ入力され、高域部がカツトさ
れてからストレインアンプ３１，３２によつて増
幅されてＡ／Ｄ変換器４８へ入力されている。

一方、本例では図示しない車両には各種のセン
サーが設けられている。これらは、横Ｇセンサ３
３及び前後Ｇセンサ３６からなる加速度センサ
と、ブレーキセンサの一例を示すブレーキ油圧セ
ンサ３９と、エンジンの負圧を検出するＥ／Ｇバ
キユームセンサ４１と車速検出センサの一例を示
す車速パルス発生器４３と、変速機の変速段数を
検出するためのシフト信号パルス発生器４５とか
らなるものであつて、それぞれＡ／Ｄ変換器４８
または入力インターフエース４９へ信号を入力し
ている。

横Ｇセンサ３３は、車両の横方向の加速度を検
知するものであつて、ローパスフイルタ３４によ
つて高域部がカツトされ、さらにストレインアン
プ３５によつて増幅されてからＡ／Ｄ変換器４８
へ入力されている。

前後Ｇセンサ３６は、車両の前後方向の加速度
を検知するためのものであつて、ローパスフイル
タ３７によつて高域部がカツトされ、さらにスト
レインアンプ３８によつて増幅されてからＡ／Ｄ
変換器４８へ入力されている。

ブレーキ油圧センサ３９は車両のブレーキが作
動したか否かを検出するためのセンサであつて、
ストレインアンプ４０を介してＡ／Ｄ変換器４８
へ入力されている。

Ｅ／Ｇバキユームセンサ４１は、エンジンの吸
気管の圧力を検出することによつて車両が加速し
ているか否かを検出するためのセンサであつて、
ストレインアンプ４２を介してＡ／Ｄ変換器４８
へ入力されている。

車速パルス発生器４３は車両の速度を検出する
ためのセンサであつて、車両の速度に比例して周
波数が高くなるパルスを出力するようになつてい
る。そして、このパルスはパルス成形器４４によ
つて波形成形されてから、入力インターフエイス
４９へ入力されている。

シフト信号パルス発生器４５は車両の現在の変
速段を検出するためのセンサであつて、入力イン
ターフエイス４９に対して信号を送るようになつ
ている。

制御回路５６は本例では以上のような構成にな
つている。

次に作用及び効果について説明する。まず、前
記アクチユエータ２，３についてその動作を説明
する。

第２図に示すように油圧チユーブ２５及び２６
からシリンダ２１ｂの内部に油圧が作用しない時
には、ピストン２１ｃはリターンスプリング２２
とリターンスプリング２３によつて中立位置に保
たれている。すなわちこれがタイロツド２１の初
期状態の長さとなる。

次に、前記サーボバルブ８が作動して油圧チユ
ーブ２６側の油圧より油圧チユーブ２５側の油圧
の方が高くなると、タイロツド２１は図示左方へ
移動してタイロツド２１の全長は短くなる。ま
た、油圧がその逆に作用する場合は、タイロツド
２１は図示右方向へ移動して、タイロツド２１の
全長は長くなる。

次に、各走行状態における具体的な制御を第３
図に基づいて説明する。まず、制御がスタートす
ると、ステツプ100で車両が旋回状態にあるかど
うかが判定される。これは前記横Ｇセンサ３３か
らの信号が所定値以上になつたときに旋回状態に
あると判断するようになつている。

このステツプ100での判定がYESであれば、ス
テツプ101へ進んで、今度は車両が定常走行状態
にあるか否かの判定がなされる。この判定は前記
前後Ｇセンサ３６からの信号が所定値以内であれ
ば定常走行状態であると判断するようになつてい
る。

そして、このステツプ101での判断がYESであ
ればステツプ102へ進んで、前記タイヤ６及び７
のトー角をコーナリングフオースが大となるよう
に調整する。

これについて具体的に説明すると、まず、タイ
ロツド２１に加わる応力（特に軸力）はひずみゲ
ージ１９によつて検出されている。そしてこのひ
ずみゲージ１９によつて検出された応力に関する
信号は、ローパスフイルタ２９を通りストレイン
アンプ３１、Ａ／Ｄ変換器４８及びCPU５２を
経てRAM５３に記憶される。また、この時の横
方向への加速度も、前記横Ｇセンサ３３よりロー
パスフイルタ３４を通りストレインアンプ３５、
Ａ／Ｄ変換器４８及びCPU５２を経てRAM５３
へメモリされる。そしてこのメモリされた値を
CPU５２が所定時間毎に読み取り、その値に基
づいて所定の演算を行なつてＩ／Ｏポート５０、
Ｄ／Ａ変換器４７及び油圧コントロールアンプ１
７，１８を経てサーボバルブ８及び９を制御する
ようになつている。そして、このサーボバルブ８
及び９より前記アクチユエータ２及び３に対して
油圧が供給されることにより、トー角が増加又は
減少される。

一方、タイヤ６及び７のトー角が制御される
と、これによつてタイロツド２０，２１及びリタ
ーンスプリング２２，２３に加わる軸力も変化す
るので、この変化をRAM５３に記憶させてCPU
５２で所定時間毎に読み取ることにより、軸力が
最大（即ち、コーナリングフオースが最大）とな
るトー角を得ることができるわけである。

ただし、上述した制御では、タイヤ６及び７の
トー角を変えることによつて横Ｇセンサ３３から
の信号が減少した場合には、CPU５２によつて
アクチユエータ２及び３を逆方向へ作動させる信
号が出力されるようになつている。

次に、前記ステツプ101での判定がNOの場合
にはステツプ103へ進んで、現在車両が加速状態
にあるか否かの判定がなされる。これは、前後Ｇ
センサ３６及びＥ／Ｇバキユームセンサ４１から
の信号が所定値以上であるか否かによつて判定が
なされる。

この判定がYESであればステツプ104へ進ん
で、前方向へのＧが大となるようにトー角を調整
して加速度が最大となるようにする。この調整は
次のようにして行われる。

まず、前後Ｇセンサ３６及びＥ／Ｇバキユーム
センサ４１によつて、加速時の加速度が算出され
る。これによつて、図示しないサスペンシヨンア
ームの支持部に設けられた図示しないブツシユの
撓み量を演算によつて求める。そして、予め
ROM５４内に記憶されているブツシユの撓み量
とトー角の変化量の対応関係のデータを用いて、
トー角変化量を求める。これによつて実際のトー
角が求められるので、後はステツプ102の説明で
述べた方法と同様にして、アクチユエータ２及び
３を動作させることによつて少しずつトー角を変
化させていき、そのときの加速度を前後Ｇセンサ
３６で検出してRAM５３に記憶させることによ
つて、加速度が最大となるトー角に調整されるの
である。

ただし、この場合には車両は旋回しながら加速
しているので、旋回性能を優先した制御が行われ
る。すなわち、加速度が大きくなるようにトー角
を調整することによつてコーナリングフオースが
小さくなる場合には、その制御をキヤンセルして
コーナリングフオースを大とするトー角調整が行
われるのである。

次に、前記ステツプ103での判定がNOである
場合にはステツプ105へ進んで車両ブレーキング
されているか否かの判定がなされる。この、ブレ
ーキングされたか否かは、前記ブレーキ油圧セン
サ３９からの信号が所定値以上であつて、かつ前
記前後Ｇセンサ３６からの信号が所定値以上の時
にブレーキングされたと判断するようになつてい
る。

このステツプ105での判定がYESの場合にはス
テツプ106へ進んで、後方向へのＧが大となるよ
うにタイヤ６及び７のトー角を調整して、ブレー
キング時の減速度が最大となるようにする。この
調整は前述したステツプ104でのトー角調整と同
様に、次のようにして行われる。

まず、前後Ｇセンサ３６及びブレーキ油圧セン
サ３９によつて、減速時の減速度が算出される。
これによつて、前記図示しないブツシユの撓み量
を演算によつて求める。そして、予めROM５４
内に記憶されているブツシユの撓み量とトー角の
変化量の対応関係のデータを用いて、トー角の変
化量を求め、実際のトー角が求める。後はアクチ
ユエータ２及び３を動作させることによつて少し
ずつトー角を変化させていき、そのときの減速度
を前後Ｇセンサ３６で検出してRAM５３に記憶
させることによつて、減速度が最大となるトー角
に調整されるのである。

ただし、この場合にも車両は旋回しながら減速
しているので、旋回性能を優先した制御が行われ
る。すなわち、減速度が大きくなるようにトー角
を調整することによつてコーナリングフオースが
小さくなる場合には、その制御をキヤンセルして
コーナリングフオースを大とするトー角調整が行
われるのである。

引き続いて、直進時の制御について説明する。
前記ステツプ100での判定がNOの場合にはステ
ツプ107へ進む。そして、ここでの直進か否かの
判定がYESであればステツプ108へ進み、NOで
あつた場合にはそのままリターンする。（これは
例えば車両がバツクしている時等に対応するもの
である。） 次に、ステツプ108へ進むと、車両が定常走行
状態にあるか否かの判定がなされる。そして、こ
の判定がYESの場合には、ステツプ109へ進んで
タイヤ６及び７のトー角は何等調整することなく
そのままリターンする。すなわち、車両が直進し
ておりかつ定常走行状態にある場合にはシステム
は作動しないわけである。

一方、ステツプ108での判定がNOの場合には、
ステツプ110へ進んで、車両が加速状態にあるか
否かの判定がなされる。そして、このステツプ
110での判定がYESの場合には、ステツプ111へ
進んで車両の前方向へのＧが大となるようにタイ
ヤ６及び７のトー角を調整する。（なお、ステツ
プ108と110の判定は、前記ステツプ101と103の判
定と同様のものである。） 一方、ステツプ110での判定がNOの場合には、
ステツプ112へ進んで車両がブレーキングしてい
るか否かの判定がなされる。そしてこれがNOで
あれば何にもせずにリターンし、YESであれば
ステツプ113へ進んで車両の後方向へのＧが大と
なるように（すなわち減速度が最大となるよう
に）タイヤ６及び７のトー角を調整する。

なお、上述したステツプ111とステツプ113での
制御は前述したステツプ104及びステツプ106での
前方向へのＧが大となるようにトー角を調整する
制御と、後方向へのＧが大となるようにトー角を
調整する制御と同様の制御がなされるようになつ
ている。

このようにして、本例では車両の各走行状態に
対応した、最適なトー角の調整を行なうことがで
きるわけである。

なお、第３図に示すフローチヤートには示され
ていないが、車両が微速で旋回している時にはこ
れを車速パルス発生器４３によつて検知してサー
ボバルブ８及び９の作動をキヤンセルするように
なつている。これは、サーボバルブ８及び９の作
動をキヤンセルすることによつてアツカーマン率
を初期設定されている状態に戻し、タイヤ６及び
７の最小回転半径の増加を防ぐためのものであ
る。また、車両が後退している時にも、これをシ
フト信号パルス発生器４５からの信号によつて検
知してサーボバルブ８及び９の作動をキヤンセル
するようになつている。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案では車両の走行状
態に合わせてタイロツドの長さを制御回路によつ
て増減させることにより、常に最適なトー角を得
ることができるという特徴がある。

このため、車両のコーナリング特性をより一層
向上できるとともに、車両の加速時における加速
性能と、ブーキング時等における減速性能といつ
た相反する要素を常に最適な状態に設定すること
ができるという、本考案特有の優れた特徴を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案でのステアリング装置と制御回
路を主体として示す説明図、第２図はアクチユエ
ータを示す一部破断側面図、第３図は本例での制
御回路による制御の内容を示すフローチヤートで
ある。 １……ステアリングギヤボツクス、２，３……
アクチユエータ、４，５……ナツクルアーム、
６，７……タイヤ、８，９……サーボバルブ、１
４，１５……油圧ライン、１６……油圧発生ユニ
ツト、１７，１８……油圧コントロールアンプ、
１９，１９……ひずみゲージ、２０，２１……タ
イロツド、２１ｂ……シリンダ、２１ｃ……ピス
トン、２２，２３……リターンスプリング、２４
……Ｏリング、２５，２６……油圧チユーブ、２
７，２８……タイロツド軸力信号ライン、２９，
３０……ローパスフイルタ、３１，３２……スト
レインアンプ、３３……横Ｇセンサ、３４……ロ
ーパスフイルタ、３５……ストレインアンプ、３
６……前後Ｇセンサ、３７……ローパスフイル
タ、３８……ストレインアンプ、３９……ブレー
キ油圧センサ、４０……ストレインアンプ、４１
……Ｅ／Ｇバキユームセンサ、４２……ストレイ
ンアンプ、４３……車速パルス発生器、４４……
パルス成形器、４５……シフト信号パルス発生
器、４６，４８……Ａ／Ｄ変換器、４７……Ｄ／
Ａ変換器、４９……入力インターフエイス、５０
……Ｉ／Ｏポート、５１……バス、５２……
CPU、５３……RAM、５４……ROM、５５…
…ステアリング装置、５６……制御回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 車両のタイロツドを伸縮させるためのアクチユ
   エータと、 前記タイロツドにかかる軸力を検出する軸力検
   出手段と、 車両が旋回中か非旋回中かを判別する旋回判別
   手段と、 車両が加速中か非加速中かを判別する加速判別
   手段と、 車両が減速中か非減速中かを判別する減速判別
   手段と、 前記アクチユエータを作動させて前記タイロツ
   ドを伸縮させる制御手段であつて、前記旋回判別
   手段によつて旋回中と判別されたときには前記軸
   力が最大になるトー角となるように、前記旋回判
   別手段によつて非旋回中と判別され前記加速判別
   手段によつて加速中と判別されたときには加速度
   が最大になるトー角となるように、前記旋回判別
   手段によつて非旋回中と判別され前記減速判別手
   段によつて減速中と判別されたときには減速度が
   最大になるトー角となるように、前記タイロツド
   を伸縮させる制御手段、 とを有することを特徴とするトーイン可変式ステ
   アリングシステム。