JPH0478770A - 自動車の操舵装置 - 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〕 本発明は自動車の操舵装置に係り、詳しくは、キックバ
ック等のステアリングホイールへの車輪からの反力の影
響を抑制するようにした自動車の操舵装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近時、自動車等の車両においては、ステアリング操作に
おけるレスポンスや安定性の向上を図るために、ステア
リングギヤの噛合比率を低下させることが多い。ギヤ比
を低下させた場合には、ステアリングホイールの操作力
を補助するために、パワーステアリング装置が採用され
る。例えば、油圧式のものでは、油ポンプから吐出され
るオイルを、ステアリングホイールの操作と連動するパ
ワステバルブ等の制御手段を介して、操舵ランクを作動
させるパワーシリンダに、そのときの走行状態に応じて
制御供給させるようにしている。例えば、実開昭６２−
１０８１７４号公報には、この種のパワーシリンダ装置
が記載されている。

このような油圧式のものでは、装置が比較的複雑で高価
なものとなり、かつ重量が大で嵩高くなるという難点が
あり、特に軽自動車等では、このような難点を解消した
電動式のパワーステアリング装置が採用されるようにな
った。この電動式パワーステアリング装置では、ステア
リングシャフトに舵角センサとトルクセンサとを設け、
これらにより求めた操舵トルクに応じたパワーアシスト
力を電動モータから得るように構成されることか多い。

この場合、電動モータは直流モータか採用され、電動ク
ラッチを介した歯車機構によって、ステアリングシャフ
トが駆動される。

Ｊ発明が解決しようとする課題］ ところで、走行中に、車輪が比較的大きな衝撃反力を受
けると、いわゆるキックハックと称されるように、ステ
アリングホイールにかなりのショックを与えることがあ
る。これは、車輪からの反力かタイロッドを介して操舵
ラックに入力され、それと噛み合っているピニオンを介
してステアリングホイールに回動を伴う衝撃として伝達
されるもので、ステアリングギヤのギヤ比が低い程、キ
ックハックの影響を受けやすい。

とりわけ、電動式のパワーステアリング装置を採用した
場合には、キックハックが発生する程の大きな外力が車
輪側からステアリングシャフトに入力されると、そのス
テアリングシャフトに取り付けられた歯車機構と電動モ
ータとの間に設けられている電動クラッチにトラブルが
発生することが懸念される。電動クラッチは、噛み合い
歯車式のものが採用されることか多く、大きな逆入力か
歯車に作用したときには、その歯先が衝撃力によって破
損することがあるからである。このようなことから、車
輪側からステアリングホイールに大きな逆入力があった
ときには、それを抑制じて、キ・７クハソクの発生を防
止できるような対策が施されることが望まれる。また、
パワーステアリング装置を設けていない場合においても
、このようなキックバンクの発生を回避できることが望
ましい。

本発明はこのような事情を考慮してなされ、マニュアル
操舵式の車両にも、レイアウトを制約することなく設け
ることができ、効果的にキックハックを防止できる自動
車の操舵装置を提供することを課題としている。

〔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に、車輪からステア
リングホイールに入力される逆入力を検出する外力検出
手段と、ステアリングシャフトを車体に対して回転規制
する制動手段と、前記外力検出手段により所定以上の逆
入力が検出されると上記制動手段を作動させてステアリ
ングシャフトの回転を規制させる制御手段とを設けてい
る。

〔作　　　用］ 外力検出手段によって所定以上の外力が車輪に入力され
たことが検出されると、つまり、キックバックがおこり
うると判断したときには、コントロールユニット等より
なる制御手段によって、制動手段が作動され、ステアリ
ングシャフトが車体に対して回転規制される。これによ
り、車輪からの反力が抑制される。例えば、外力検出手
段として、舵角センサとトルクセンサとをステアリング
シャフトに設け、それら各センサからの検出信号ムこよ
り、そのときの舵角速度とトルクとが所定値を超えてい
ると、キックバックが起りうると判断し、制御手段から
の指令で、電磁ブレーキ等の制動手段を作動させればよ
い。ディスク式の電磁ブレーキを採用した場合、ステア
リングシャフトにコンパクトに取り付けることができる
。また、この制動手段は、パワーステアリング装置と別
に設けられるものであり、したがって、パワーステアリ
ング装置を装備しない車両にも本操舵装置を採用するこ
とができる。

〔発明の効果］ 本発明の自動車の操舵装置は、車輪からステアリングホ
イールに入力される逆入力を検出する外力検出手段と、
ステアリングシャフトを車体に対して回転規制する制動
手段と、前記外力検出手段により所定以上の逆入力が検
出されると、上記制動手段を作用させてステアリングシ
ャフトの回転を規制させる制御手段とを設けているので
、パワステ車のみならず、マニュアル操舵式の車両にも
レイアウトを制約することなく設けることができ、効果
的にキックバックを防止することができる。

〔実　施　例〕

以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

本例に示す自動車の操舵装置は、車速対応の電動式パワ
ーアシスト機能を有し、キックハックを防止できるよう
に、以下の如く構成される。

第１図に示すように、車速センサ１、舵角センサ２によ
って検出される車速Ｖや舵角θ□、およびその舵角θ、
から演算により求められる舵角速度θＨ、トルクセンサ
３により検出される操舵トルクＴｍ等に基づいて、コン
トロールユニット４内のパワステ回路５により、そのと
きに必要とされるアシストトルクＴＡが求められ、かつ
そのトルク値が得られるように直流モータ６が制御駆動
され、操舵力のパワーアシスト制御がおこなわれる。そ
の間に、外力検出手段７である舵角センサ２とトルクセ
ンサ３からの検出信号により得られる舵角速度θ□と逆
入力トルクＴｍとがともに所定値を超えると、所定以上
の外力が車輪８（第５図参照）に入力されたものと判断
し、パワステ回路５に設けた制御手段（ブレーキ回路）
１１によって制動手段（電磁ブレーキ）１２を作動させ
、ステアリングシャフト１３の回転を規制してキックハ
ックの発生を防止するブレーキ制御（第２図参照）がお
こなわれる。

詳しく説明すると、第５図に示すように、ドライバーに
よって操作されるステアリングホイール９に直結固定さ
れて下方に延びるステアリンクシャフト１３は、その下
端部に出力軸部１３Ａを形成し、その出力軸部１３Ａか
ジヨイント部材１５を介して中間軸１６の上端と連結さ
れており、その中間軸１６の下端がジヨイント部材１７
を介してステアリングギヤ１８を駆動させるピニオン軸
１９と連結されている。つまり、そのピニオン軸１９に
固定されたピニオン２０が、車幅方向に移動自在に配置
されるラック軸２１に形成されたラックギヤ２２と噛み
合い、これらがステアリングギヤ１８を構成している。

そのラック軸２１の両端は、車輪８を支持する車軸２５
と一体となっているナックルアーム２６と、タイロッド
２４を介して連結されている。

外力検出手段７を構成する舵角センサ２は、摺動抵抗型
のトランスジューサよりなり、ステアリングシャフト１
３を支持するステアリングコラム（図示省略）に固定し
て設けられ、ステアリングシャフト１３の舵角θ□を電
気信号として検出することができる。一方、トルクセン
サ３は、トションハーに摺動抵抗型のトランスジューサ
を付加したもので、舵角センサ２よりも下方のステアリ
ングシャフト１３の下部に設けられ、その下部をトーシ
ョンバーを介して出力軸部１３Ａと連結し、そのトーシ
ョンバーの弾性捩り変形による回転変位をトランスジュ
ーサにより検出するようにしている。これにより、その
ステアリングシャフト１３にかかるトルクＴｍ、つまり
操舵トルクおよび車輪８からの逆入力トルクを電気信号
として検出することができる。なお、信頼性向上のため
に、両センサ２，３は各一対設けられる。また、車速■
を検出するための車速センサ１は、例えば自動変速機の
出力軸の回転速度を電気信号として検出するロークリエ
ンコーダ等が採用される。

ステアリングシャフト１３の出力軸部１３Ａにアシスト
トルクを付加する直流モータ６の出力軸は、ステアリン
グシャフト１３に固定されたホイールギヤ３２と噛み合
うウオームギヤ３３に電磁クラッチ３１を介して連結さ
れており、電磁クシッチ３１を継続させて、直流モータ
６を正転又は逆転駆動させることにより、出力軸部１３
Ａを右旋回方向又は左旋回方向へ回動させるアシストト
ルクＴＡを付加することができるようになっている。

このステアリングシャフト１３の回転を規制する制動手
段１２は、第４図に示すような摩擦式の電磁ブレーキが
採用され、ホイールギヤ３２と出力軸部１３Ａ（第５図
参照）間におけるステアリングシャフト１３にコンパク
トに取り付けられる。

この電磁ブレーキ１２は、ステアリングシャフト１３に
固定された円板３４の内側周縁部にリング状のブレーキ
パッド３５が貼着されており、このブレーキバッド３５
に対向して、ブレーキディスク３６をステアリングシャ
フト１３の軸方向に摺動自在かつ軸まわりに回転不能に
設けている。そのブレーキディスク３６は、中央部の軸
孔３７にステアリングシャフト１３を摺動自在に貫通さ
せるとともに、その軸孔３７のまわりに軸方向に固定し
たスライドピン３８を、ケーシング３９と一体となって
いるリング状のリテーナ４０に穿設したピン穴に摺動自
在に挿入させる一方、そのブレーキディスク３６の背面
と、リテーナ４０の内周段部４２との間にコイルスプリ
ング４３を介装させている。そして、そのリテーナ４０
の外周部にはリング状のソレノイド４４を巻装固定し、
ブレーキディスク３６の背面に対向させている。

このような構成により、コイルスプリング４３によって
ブレーキディスク３６がブレーキパッド３５に押圧され
ると、両者間の摩擦力で円板３４の回転を規制して、ス
テアリングシャフト１３が車体側に対して回転規制され
る一方、ソレノイド４４が励磁されると、コイルスプリ
ング４３の付勢力に抗してブレーキディスク３６がブレ
ーキパッド３５から離され、ブレーキ状態が解除される
こととなる。したがって、イグニッションスイッチオン
でソレノイド４４は励磁状態とされ、キックハックが発
生するときには消磁状態とされる。

なお、ブレーキ力はソレノイド４４の電磁力に逆比例し
て無段階の調整が可能である。

この電磁ブレーキ１２を作動させる制御手段１１である
ブレーキ回路は、後述するようなパワーアシスト制御を
おこなうパワステ回路５内に設けられ、舵角センサ２か
ら得に舵角θ□を微分演算して求めた舵角速度θ□と、
トルクセンサ３かち得たトルク値Ｔｍとを、同回路５内
でそれぞれ所定価θＨＯ＋　Ｔｏと比較し、双方共にそ
の所定値を超えているときには、キックバックが発生す
ると見做して、ブレーキ回路１１から電磁ブレーキ１２
に規制信号を送出させる。この場合、その規制信号によ
り、ソレノイド４４を消磁させてもよく、また、そのと
きのトルク値Ｔｍに応じたブレーキ力を発生させてもよ
い。

パワステ回路５でおこなわれるパワーアシスト制御は、
第３図のフローチャートに示すように、おこなわれる。

すなわち、まず、車速信号Ｖと舵角信号θ、およびトル
ク信号ＴｌＴｌが読み込まれ（ステップｌ、以下３１等
という）、次いで、基本アシストトルクＫ　、Ｘ　Ｔ　
ｍが演算される（Ｓ２）。

この基本アシストトルクに、ＸＴｍは、車速Ｖの増大に
応じて小さくなるように、またトルクＴｍの増大に応じ
て大きくなるように設定されている。

次に、舵角θ、を微分することにより求めた舵角速度ｂ
Ｈから、舵角速度補正項に２×ｂＨが演算される（Ｓ３
）。この補正項Ｋｚｘ＃ｏは特に舵角速度θ□が大きい
ときにアシストトルクＴＡを減少側に補正して操舵の安
全性を確保しようとするものである。さらに、舵角速度
Ｍ、を微分して舵角加速度もが演算され、舵角加速度補
正項に３×ｉＨが演算される（Ｓ４）。この補正項に３
Ｘθ１は直流モータ６のロータのイナーシャによる応答
遅れを補正しようとするものである。次いで、舵角信号
で与えられる舵角θ１により、舵角補正項に４　Ｘθ工
が演算される（Ｓ５）。この補正項に４ｘθ、はステア
リングホイール９をセンターポジションに復帰させるた
めの復帰トルクを付加するためのものである。

以上の各補正項より、下記の算定式に基づき、アシスト
トルクＴＡが演算される（Ｓ６）。

ＴＡ　＝に、　　ＸＴｍ　　−に２　　Ｘθ、＋に３　
Ｘθ□−に４　×θ□ なお、Ｋ、、に２はマツプとして予め格納されている関
数であり、−に、、に、は所定の定数である。

このアシストトルクＴＡに対応するモータ駆動電流制御
信号、つまり電流の大きさと方向を指令する信号がＤ／
Ａ変換器等を介して直流モータ６に送出されるとともに
、電磁クラッチ３１と電磁ブレーキ１２とにオン信号が
送出され、車速■を加味して操舵力に応じたパワーアシ
ストが実行される（Ｓ７）。

以上のようなパワーアシスト制御と並行して、第２図の
フローチャートに示すようなブレーキ制御がおこなわれ
る。つまり、パワーアシスト制御がおこなわれている間
に、所定以上の外力が車輪８に入力されると、ブレーキ
回路１１から電磁ブレーキ１２に規制信号が送出され、
ソレノイド４４が消磁される。これにより、コイルスプ
リング４３の付勢力でブレーキディスク３６をブレーキ
パット３５に密接押圧させてステアリングシャフト１３
の回転を規制し、キックハックの発生を未然に防ぐこと
ができる。

上記所定以上の外力とは、キックバンクを発生させる程
の大きさの外力をいい、これは舵角センサ２からの検出
信号より得られる舵角θ□を微分して得られる舵角速度
θ□とトルクセンサ３からの検出信号より得たトルクＴ
ｍとが共に所定値θＨｏｔＴ、を超えていることを条件
として検出することができる（第２図の３１４参照）。

この舵角速度θ８の演算および舵角速度θ□とトルク値
Ｔｍの所定値θ、。、Ｔｏとの比較等（８１１〜５１４
）は、パワステ回路５により、パワーアシスト制御（Ｓ
ｌ−Ｓ７）と並行しておこなわれ、上記条件が満される
と、ブレーキ回路１１から規制信号を送出させるように
している。この規制信号（電流値ゼロ）により、ソレノ
イド４４を消磁させ、電磁ブレーキ１２に所定のブレー
キ力を発生させ（第２図の３１５参照）、ステアリング
シャフト１３の回転を規制し、キックバックの発生を未
然に防止することができる。なお、そのときのトルク値
Ｔｍ−に応したブレーキ力を発生させるべく、そのトル
ク値Ｔｍに応じてソレノイド４４の電磁力を低減させる
ような規制信号を電磁ブレーキ１２に送出してもよい。

かくすれば、ステアリングシャフト１３を適度に回転規
制して、より良好な操舵フィーリングを得ることができ
る。

このようなキックハック防止のためのブレーキ制御（第
２図のＳｌｌ−５１５）を、上述したように、パワーア
シスト制御（第３図の８１〜Ｓ７）と併せおこなわせる
ことにより、車輪が所定以上の外力を受けたときには、
ステアリングシャフトを車体に対して適度に回転規制さ
せ、キックハックの発生を効果的に防止して操舵安定性
の向上を図ることができる。なお、パワーアシスト制御
がおこなわれない場合、つまり、パワーステアリング装
置を有しないマニュアル式の操舵装置にも、第２図のフ
ローチャート（８１１〜５１５）に示されるようなブレ
ーキ制御機能を付加することにより、キックハックの発
生を防止することができる。また、実施例のように、制
動手段としてディスク型の電磁ブレーキを採用した場合
、ステアリングシャフトにコンパクトに取り付けること
ができるが、本発明の制動手段は電磁ブレーキに特定さ
れるものでなく、その他の例えば油圧ブレーキ等であっ
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動車の操舵装置の一実施例における
ブロック構成図、第２図はブレーキ制御を説明するため
のフローチャート、第３図はパワーアシスト制御を説明
するためのフローチャート、第４図は電磁ブレーキの要
部構成図、第５図は装置の模式的な要部構成図である。 ２−舵角センサ、３−・トルクセンサ、７−外力検出手
段、８−車輪、９−ステアリングホイール、１１−制御
手段（ブレーキ回路）、１２−制動手段（電磁ブレーキ
）、１３−ステアリングシャフト。 特許出願人　　　　　マ　ツ　ダ　株式会社代　理　人
　弁理士　吉村　勝俊（ほか１名）第２図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）車輪からステアリングホィールに入力される逆入
   力を検出する外力検出手段と、 ステアリングシャフトを車体に対して回転規制する制動
   手段と、 前記外力検出手段により所定以上の逆入力が検出される
   と、上記制動手段を作動させてステアリングシャフトの
   回転を規制させる制御手段とが設けられていることを特
   徴とする自動車の操舵装置。