JPH0569843A

JPH0569843A - 油圧型パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH0569843A
Application number: JP25966291A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yamamoto; 真規山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】操舵反力を舵取り車輪に発生する復元トルク
との関係において適正に制御するパワーステアリング装
置を提供する。【構成】舵取り車輪１６に発生する復元トルクＴt
が、パワーシリンダ１４の右切り圧Ｐr と左切り圧Ｐl
との差圧に基づく作動力とナックルアーム８０の長さＬ
との積と、操舵トルクＴh と全ステアリングギヤ比Ｎと
の積との和に等しいという事実に基づき、操舵トルクＴ
h ，右切り圧Ｐr および左切り圧Ｐl を検出してそれら
から復元トルクＴtを演算する。さらに、復元トルクＴt
が大きいほどアシスト量を少なくすることにより、操
舵反力が復元トルクＴt に対してほぼリニアに変化する
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両の油圧型パワーステ
アリング装置に関するものであり、特に、操舵トルクの
アシスト量を制御する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧型パワーステアリング装置は一般
に、車両にそれの舵取り車輪と連結されて設けられ、ド
ライバによりステアリングホイールに加えられる操舵ト
ルクを、オイルポンプを動力源とする倍力装置でアシス
トしつつ、ステアリングホイールの操舵角に応じて舵取
り車輪を変向させるように構成される。そして、この種
のパワーステアリング装置においては、操舵トルクとア
シストトルクとの和が、舵取り車輪の、路面との接触面
に発生するコーナリングフォースに基づいて舵取り車輪
に発生する復元トルクと等しくされて、操舵トルクが倍
力装置なしの場合より軽減され、結局、操舵トルクと復
元トルクとの差がアシストトルクとされる。

【０００３】なお、このパワーステアリング装置の一態
様として、操舵トルクのアシスト量を操舵トルクのみな
らず他のパラメータによっても変化させるものが既に存
在する。実開昭５８−１８０３８１号公報に記載されて
いるように、車速に応じてアシスト量を変化させる車速
感応型のパワーステアリング装置や、エンジン回転数に
応じてアシスト量を変化させる回転数感応型のパワース
テアリング装置などがそれの一例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】油圧型パワーステアリ
ング装置においては、復元トルクと操舵反力との間に例
えば図６にグラフで表すような関係がある。この関係は
倍力装置の油圧特性によって決まってしまい、同図のグ
ラフから明らかなように、復元トルクを小トルク域，中
トルク域および大トルク域という３つの領域に分割する
と、小トルク域では、操舵反力が復元トルクに対してほ
ぼリニアに増加するのに対し、車両のレーンチェンジの
ための操舵のときなど、中トルク域にある場合には操舵
反力の復元トルクに対する変化がやや鈍感となり、ま
た、舵取り車輪が旋回能力の限界（スキッド限界）に近
いときなど、大トルク域にある場合には操舵反力の復元
トルクに対する変化がかなり鈍感となる。

【０００５】しかし、復元トルクと操舵反力との間の関
係は上述の、倍力装置の油圧特性によって決まる関係で
あることが必ずしも望ましいとは限らず、それ以外の関
係とすることが望ましい場合がある。例えば、小トルク
域にあると中トルク域にあると大トルク域にあるとを問
わず、操舵反力が復元トルクに対してほぼリニアに変化
する関係が望ましいとされる場合があるのである。ま
た、復元トルクと操舵反力との間の関係を複数種類設定
することが望ましい場合もある。そのため、復元トルク
と操舵反力との間の関係を倍力装置の油圧特性とは無関
係に自由に決定することを可能にして、操舵反力を復元
トルクとの関係において適正に制御したいという要望が
ある。

【０００６】本発明はこの要望を満たすことを課題とし
て為されたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして、本発明の要旨
は、車両にそれの舵取り車輪と連結されて設けられ、ド
ライバによりステアリングホイールに加えられる操舵ト
ルクを倍力装置でアシストしつつ、ステアリングホイー
ルの操舵角に応じて舵取り車輪を変向させる油圧型パワ
ーステアリング装置に、(a) そのパワーステアリング装
置が舵取り車輪を変向させる車輪変向トルクを電気的に
検出する車輪変向トルク検出手段と、(b)検出された車
輪変向トルクに応じて操舵トルクのアシスト量を変化さ
せる操舵トルクアシスト量制御手段とを設けたことにあ
る。

【０００８】

【作用】パワーステアリング装置が舵取り車輪を変向さ
せる車輪変向トルクは舵取り車輪に発生する復元トルク
に対応するという事実に基づき、本発明に係る油圧型パ
ワーステアリング装置においては、車輪変向トルク検出
手段により車輪変向トルクが電気的に検出され、操舵ト
ルクアシスト量制御手段により、その車輪変向トルクに
応じて操舵トルクのアシスト量が変化させられる。車輪
変向トルクに対して精度よく想定される復元トルクに応
じてアシスト量ひいては操舵反力が変化させられるので
ある。

【０００９】

【発明の効果】このように、本発明に従えば、復元トル
クが精度よく想定されるとともに、それに応じて操舵反
力が適正に制御されるから、使い勝手の良好なパワース
テアリング装置が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例である油圧型および
車速感応型のパワーステアリング装置を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１１】本パワーステアリング装置においては図２
に示すように、リザーバタンク１０内のオイルがオイル
ポンプとしての、図示しない車両のエンジンによって駆
動されるベーンポンプ１２によって汲み上げられてパワ
ーシリンダ１４に供給される。ベーンポンプ１２は図示
しないフローコントロールバルブを内蔵していて、ベー
ンポンプ１２の回転数すなわちエンジンの回転数とは無
関係にベーンポンプ１２からの吐出油量が一定に保たれ
るようになっている。パワーシリンダ１４は、ベーンポ
ンプ１２から供給されたオイルの油圧を機械力に変換し
て車両の左右の舵取り車輪１６（図１参照）の操舵力を
アシストするものであって、車両の左右方向に移動して
左右の舵取り前輪１６の舵角を変化させるコントロール
ラック１８に固定のパワーピストン２０と、そのパワー
ピストン２０に、舵取り前輪を右方向に操舵するための
右切り圧および左方向に操舵するための左切り圧をそれ
ぞれ作用させるシリンダ右室２２およびシリンダ左室２
４とを備えている。

【００１２】上述のリザーバタンク１０，ベーンポンプ
１２およびパワーシリンダ１４の間にステアリングギヤ
ボックス（以下、単にギヤボックスという）３０が設け
られている。このギヤボックス３０においては、一端が
ステアリングホイール３１（図１参照）に一体的に回転
可能に連結されたトーションバー３２の他端がピニオン
ギヤ３４に一体的に回転可能に連結され、そのピニオン
ギヤ３４の歯部が前記コントロールラック１８の歯部に
噛み合わされている。すなわち、本パワーステアリング
装置のステアリングギヤ機構はラックアンドピニオン型
なのである。

【００１３】ギヤボックス３０内には、いずれも複数の
半径方向油路を持つコントロールバルブシャフト３６お
よびロータリバルブ３８を主体とするコントロールバル
ブ４０が、リザーバタンク１０，ベーンポンプ１２，シ
リンダ右室２２およびシリンダ左室２４に接続された状
態で設けられている。コントロールバルブシャフト３６
は、円筒状を成してトーションバー３２の外側に適当な
隙間を隔てて挿通され、それの一端部はピン４２により
トーションバー３２に固定されているが、他端部はトー
ションバー３２から浮かされている。ロータリバルブ３
８は、円筒状を成していて、それの内周面においてはコ
ントロールバルブシャフト３６の外周面に、外周面にお
いてはギヤハウジング４４の内壁面にそれぞれ油密かつ
摺動回転可能に嵌合されている。また、ロータリバルブ
３８はピニオンギヤ３４にそれと一体的に回転可能に連
結されている。

【００１４】そして、コントロールバルブ４０は、ドラ
イバによる操舵によってトーションバー３２が捩じられ
ればその捩じられた分だけロータリバルブ３８に対する
コントロールバルブシャフト３６の相対的な位相が変化
するという現象を利用して、リザーバタンク１０，ベー
ンポンプ１２，シリンダ右室２２およびシリンダ左室２
４の間の油路の切り換えおよび各油路の絞り面積の制御
を行い、これにより、ステアリングホイール３１の操舵
方向および操舵力に応じてパワーシリンダ２０の作動方
向（すなわち操舵力のパワーアシスト方向）および作動
力（すなわち操舵力のパワーアシスト量）を制御する。
すなわち、本パワーステアリング装置においては、ベー
ンポンプ１２，パワーシリンダ２０，トーションバー３
２，コントロールバルブ４０等が油圧型の倍力装置を構
成しているのである。

【００１５】ギヤボックス３０内にはさらに、ステアリ
ングホイール３１にそれの回転を抑制する力を油圧反力
として作用させる油圧反力作用装置５０も設けられてい
る。油圧反力作用装置５０は、コントロールバルブシャ
フト３６の外周面からそれの直径方向に互いに逆向きに
延び出させられた一対のレバー５２の各々の両側面にそ
れぞれ対向させられた４個のプランジャ５４と、各レバ
ー側面に油圧反力を作用させるべく各プランジャ５４の
背面に油圧を作用させる４個の油圧反力室５８と、各油
圧反力室５８に発生する油圧（以下、反力圧という）を
変化させるソレノイドバルブ６０とを備えている。な
お、プランジャ５４および油圧反力室５８は前記ピニオ
ンギヤ３４に組み込まれている。すなわち、本パワース
テアリング装置は、油圧反力の制御によって実質的なア
シスト量を制御する反力制御型なのである。

【００１６】ギヤボックス３０内にはさらに分流弁６４
も設けられている。分流弁６４は、ベーンポンプ１２か
ら吐き出されたオイルをコントロールバルブ４０側とソ
レノイドバルブ６０側とに分流するとともに、コントロ
ールバルブ４０側の油圧とソレノイドバルブ６０側の油
圧との差が変動してもベーンポンプ１２からのオイルを
常に一定流量でソレノイドバルブ６０側に供給するもの
である。そして、分流弁６４からソレノイドバルブ６０
に供給されたオイルがソレノイドバルブ６０で絞られる
ことにより、各油圧反力室５８に反力圧が発生させられ
る。なお、ソレノイドバルブ６０はそれへの供給電流が
小さいほど開口面積を小さくするように（分流弁６４と
リザーバタンク１０との間の流路面積を小さくするよう
に）設計されているため、結局、供給電流が小さいほど
各油圧反力室５８に高い反力圧が発生することとなる。

【００１７】なお、コントロールバルブ４０側と油圧反
力室５８側とは固定オリフィス６８を経て互いに接続さ
れている。コントロールバルブ４０側の圧力の上昇時
（操舵時）に、オイルを油圧反力室５８側へ流してそれ
の油圧を増加させ、これにより、中・高速域の操舵時に
手応えのある操舵フィーリングが実現されるようになっ
ているのである。

【００１８】上記ソレノイドバルブ６０はパワーステア
リングコンピュータ（以下、単にコンピュータという）
７０によって制御される。コンピュータ７０には、車速
Ｖを検出する車速センサ７２，ドライバによりステアリ
ングホイール３１に加えられる操舵トルクＴh を検出す
る操舵トルクセンサ７４，パワーシリンダ１４のシリン
ダ右室２２に発生する右切り圧Ｐr を検出する右切り圧
センサ７６，シリンダ左室２４に発生する左切り圧Ｐl
を検出する左切り圧センサ７８等の各種センサが接続さ
れている。

【００１９】上記コンピュータ７０のＲＯＭには、(a)
舵取り車輪１６に発生する復元トルクＴt を検出し、そ
れと車速Ｖとに応じて操舵トルクＴh のアシスト量を制
御する操舵アシスト制御プログラム（図３のフローチャ
ートで表されるプログラム）を含む各種プログラムと、
(b) 車速Ｖとソレノイドバルブ６０への供給電流ｉの基
準値（以下、基準電流という）ｉ₀との間の関係（図４
のグラフで表される関係）を規定する基準電流マップ、
および復元トルクＴt の絶対値と、基準電流ｉ ₀から差
し引かれて真の供給電流ｉを算出するために用いられる
補正電流ｉ₁との間の関係（図５のグラフで表される関
係）を規定する補正電流マップを含む各種マップとが記
憶されている。

【００２０】なお、基準電流マップは図４に示すよう
に、車速Ｖが高いほど基準電流ｉ₀が小さくなり、油圧
反力が大きくなって本パワーステアリング装置の実質的
なアシスト量（コントロールバルブ４０等の作動に基づ
くアシスト量から油圧反力作用装置５０の作動に基づく
油圧反力を差し引いたものであって、以下、単にアシス
ト量という）が少なくなる関係を規定するものとされて
いる。そのため、低速時および据え切り時にはアシスト
量が多くなって軽快な操舵フィーリングが実現される一
方、中・高速時にはアシスト量が少なくなって手応えの
ある操舵フィーリングが実現される。

【００２１】また、補正電流マップは図５に示すよう
に、復元トルクＴt の絶対値が１〜０．５（kgfm）の範
囲にある場合には補正電流ｉ₁が０から０．２（Ａ）ま
で直線的に増加し、それ以外の範囲では０．２（Ａ）で
一定に保たれる関係を規定するものとされている。つま
り、復元トルクＴt の絶対値が１〜０．５（kgfm）の範
囲にある場合には、復元トルクＴt の絶対値が大きいほ
ど補正電流ｉ₁が大きくなり、真の供給電流ｉが小さく
なり、油圧反力が大きくなってアシスト量が少なくなる
関係を規定するものとされている。そのため、復元トル
クＴt と操舵反力との間の、コントロールバルブ４０の
油圧特性に基づく関係（図６に示す）と、復元トルクＴ
t と補正電流ｉ₁との間の関係との共同により、復元ト
ルクＴt と操舵反力との間の実際の関係が、復元トルク
Ｔt の絶対値が１〜０．５（kgfm）の範囲にある場合に
は、操舵反力が復元トルクＴt に対してほぼリニアに変
化し、それ以外の範囲にある場合には、操舵反力が復元
トルクＴt に対して緩やかに増加することになる。

【００２２】次にコンピュータ７０の作動を詳細に説明
する。

【００２３】車両のイグニションスイッチがＯＮ状態に
操作されてコンピュータ７０の電源が投入されれば、コ
ンピュータ７０は図３の操舵アシスト制御プログラムを
実行する。本プログラムにおいてはまず、ステップＳ１
（以下、単にＳ１で表す。他のステップについても同
じ）において初期設定が行われ、続いて、Ｓ２において
車速センサ７２により車速Ｖが検出される。その後、Ｓ
３において、図４に示す基準電流マップを用いてその車
速Ｖに対応する基準電流ｉ₀が決定される。

【００２４】続いて、Ｓ４において、操舵トルクセンサ
７４，右切り圧センサ７６および左切り圧センサ７８に
より操舵トルクＴh ，右切り圧Ｐr および左切り圧Ｐl
がそれぞれ検出される。なお、操舵トルクセンサ７４
は、右回りを正、左回りを負として検出する。

【００２５】その後、Ｓ５において、操舵トルクＴh ，
右切り圧Ｐr および左切り圧Ｐl から復元トルクＴt が
演算される。

【００２６】ところで、本パワーステアリング装置にお
いては、図１に示すように、ステアリングホイール３１
がステアリングギヤボックス３０，コントロールラック
１８，パワーシリンダ１４，ナックルアーム８０および
スピンドル８２を経て舵取り車輪１６に連結されてい
る。スピンドル８２の基端部もナックルアーム８０の先
端部もキングピン８４に回動自在に連結されているが、
スピンドル８２とナックルアーム８０とは一体的に回動
するようにされている。

【００２７】本実施例においては、左，右舵取り車輪１
６に発生する復元トルクＴtl，Ｔtrがそれぞれ、各舵取
り車輪１６に発生するコーナリングフォースによる各キ
ングピン８４の軸線回りのモーメントとして検出され、
そして、それら復元トルクＴtl，Ｔtrの和が復元トルク
Ｔt とされる。この復元トルクＴt は、パワーシリンダ
１４からコントロールラック１８（いわゆるタイロッド
として機能する要素）に加えられる作動力によるキング
ピン８４の軸線回りのモーメントＭp と、ステアリング
ギヤボックス３０からコントロールラック１８に加えら
れる作動力によるキングピン８４の軸線回りのモーメン
トＭg との和に等しい。また、モーメントＭp は、左切
り圧Ｐl と右切り圧Ｐr との差圧とパワーピストン２０
の受圧面積Ａとナックルアーム８０の長さＬとの積に等
しく、モーメントＭg は操舵トルクＴh と全ステアリン
グギヤ比Ｎとの積に等しい。以上要するに、操舵トルク
Ｔh ，右切り圧Ｐr ，左切り圧Ｐl および復元トルクＴ
t の間には、Ｔt ＝Ｎ・Ｔh ＋Ｌ・Ａ・〔Ｐr−Ｐl 〕
なる式で表される関係が成立するのであり、本ステップ
においては、この式を用いて復元トルクＴt が演算され
るのである。すなわち、本実施例においては、モーメン
トＭp とモーメントＭg との和が、本発明における「パ
ワーステアリング装置が舵取り車輪を変向させる車輪変
向トルク」の一態様なのである。

【００２８】続いて、Ｓ６において、図５に示す補正電
流マップを用いて、復元トルクＴtの絶対値に対応する
補正電流ｉ₁が決定され、Ｓ７において、Ｓ３において
決定された基準電流ｉ₀から補正電流ｉ₁を差し引くこ
とによって真の供給電流ｉが決定される。その後、Ｓ８
において、その真の供給電流ｉがソレノイドバルブ６０
に供給され、これにより、操舵反力が適当な大きさとな
るようにソレノイドバルブ６０が制御される。その後、
Ｓ２に戻る。

【００２９】したがって、本実施例においては、コント
ロールバルブ４０等の油圧特性とは無関係に、操舵反力
が復元トルクＴt に対してリニアに変化するようにアシ
スト量が制御されるから、車両のレーンチェンジを行う
ための操舵のときにも舵取り車輪が旋回限界に近いとき
にも手応えのある操舵フィーリングが得られるという効
果が得られる。

【００３０】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、操舵トルクセンサ７４，右切り圧センサ７
６および左切り圧センサ７８と、コンピュータ７０の、
図３のＳ４およびＳ５を実行する部分とが、車輪変向ト
ルク検出手段を構成し、油圧反力作用手段５０と、コン
ピュータ７０の、同図のＳ２，Ｓ３およびＳ６〜Ｓ８を
実行する部分とが、アシスト量を車速Ｖと復元トルクＴ
t の絶対値とに基づいて変化させる形式の操舵トルクア
シスト量制御手段を構成しているのである。

【００３１】なお、本実施例においては、ステアリング
ホイール３１の操舵トルクＴh とパワーシリンダ１４に
発生する右切り圧Ｐr および左切り圧Ｐl とを検出して
それらから舵取り車輪１６の車輪変向トルクを検出する
形式が採用されていたが、例えば、タイロッドとしての
コントロールラック１８に発生する軸力を検出してそれ
から車輪変向トルクを検出する形式とすることもでき
る。

【００３２】また、本実施例においては、パワーステア
リング装置が反力制御型とされていたが、例えば、コン
トロールバルブ４０内を流れるオイルの流量を制御する
流量制御型とすることもできる。

【００３３】また、本実施例においては、パワーステア
リング装置が車速感応型とされていたが、例えば、エン
ジン回転数感応型とすることもできる。

【００３４】また、本実施例においては、本発明の適用
により操舵反力が復元トルクＴt に対してほぼリニアに
変化するようにされていたが、操舵反力と復元トルクＴ
t との間の関係はその他の関係とすることができる。

【００３５】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、この他にも、特許請求の範囲を逸脱
することなく、当業者の知識に基づいて種々の変形，改
良を施した態様で本発明を実施することができるのはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である油圧型パワーステアリ
ング装置において舵取り車輪に発生する復元トルクを検
出する原理を説明するための図である。

【図２】図１のパワーステアリング装置を示すシステム
図である。

【図３】図１のパワーステアリング装置が用いる操舵ア
シスト制御プログラムを示すフローチャートである。

【図４】図１のパワーステアリング装置が用いる車速Ｖ
と基準電流ｉ₀との間の関係を示すグラフである。

【図５】図１のパワーステアリング装置が用いる復元ト
ルクＴt の絶対値と補正電流ｉ₁との間の関係を示すグ
ラフである。

【図６】従来の油圧型パワーステアリング装置における
復元トルクと操舵反力との間の関係を説明するためのグ
ラフである。

【符号の説明】

１２ベーンポンプ１４パワーシリンダ３２トーションバー３８ロータリバルブ４０コントロールバルブ５０油圧反力作用装置６０ソレノイドバルブ７０パワーステアリングコンピュータ７２車速センサ７４操舵トルクセンサ７６右切り圧センサ７８左切り圧センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両にそれの舵取り車輪と連結されて設
けられ、ドライバによりステアリングホイールに加えら
れる操舵トルクを倍力装置でアシストしつつ、ステアリ
ングホイールの操舵角に応じて前記舵取り車輪を変向さ
せる油圧型パワーステアリング装置において、そのパワーステアリング装置が前記舵取り車輪を変向さ
せる車輪変向トルクを電気的に検出する車輪変向トルク
検出手段と、検出された車輪変向トルクに応じて前記操舵トルクのア
シスト量を変化させる操舵トルクアシスト量制御手段と
を設けたことを特徴とする油圧型パワーステアリング装
置。