JPH0613302B2 - 自動車のステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車の車体と操舵系との間に減衰力可変式
の緩衝器（ダンパ）を架設してなるステアリング装置の
改良に関するものである。

（従来の技術） 従来より、自動車のステアリング装置として、例えば特
開昭５７−５７３１１号公報等に開示されているよう
に、自動車の車体と操舵系との間に減衰力可変式の緩衝
器を架設するとともに、該緩衝器の減衰力を自動車の走
行速度つまり車速に応じて変化させ、低車速時には減衰
力を小さくすることにより、ハンドルを切り易くしてハ
ンドルの操舵性を高める一方、高車速時には減衰力を大
きくすることにより、操舵系へのシミーやキックバック
等の外乱の入力を制御して走行安定性を向上させるよう
にしたものが知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、自動車は通常種々の複雑な走行態様をとるも
のであり、そのことを考慮すれば、上記従来例の如く、
緩衝器の減衰力を車速のみに応じて変化させたのでは上
記意図した効果を良好に得られなくなる場合がある。例
えば、自動車が中程度の速度で走行しているときにはハ
ンドルを大きく切ることもあれば小さく切ることもあ
り、緩衝器の減衰力を車速に応じて一律に設定したとき
にはこのようなハンドル操作の違いに十分に対応できな
い。

そこで、上記の緩衝器の減衰力を車速だけではなく、操
舵系の操作量（例えば操舵各）の大きさによっても変化
させるようにし、中車速時にハンドルを余り大きく切っ
ていないときには、緩衝器の減衰力を高車速時と同様に
大きく設定する一方、同じ中車速時でもハンドルを大き
く切ったときには、減衰力を低車速時と同様に小さく設
定するようにして、緩衝器の減衰力の大きさを自動車の
走行態様に対応させるようにすることが考えられる。し
かし、その場合でも、緩衝器の減衰力を正確に自動車の
走行態様に対応させるのに今一つ不十分であり、例えば
中車速時にハンドルを急激に大きく切ったときには減衰
力が小さいためにハンドルの切過ぎを招く等の不満が生
じる。

本発明はかかる諸点に鑑み、上記の考え方をさらに一歩
押し進めてなされたものであり、その目的は、上記した
自動車の車体と操舵系との間に設けられる減衰力可変式
緩衝器の減衰力を、車速、操舵系の操舵角及びその操舵
速度の３要素に応じて変化させるようにすることによ
り、緩衝器の減衰力を自動車の走行態様に可及的に正確
に対応させ得るようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、車体と
操舵系との間に設けられた減衰力可変式緩衝器と、該緩
衝器の減衰力を調整する減衰力調整手段と、自動車の走
行速度を検出する車速検出手段と、上記操舵系の操作量
を検出する操舵角検出手段と、上記操舵系の操作速度を
検出する操舵速度検出手段とを備える。さらに、自動車
の走行速度、操舵系の操作量及び操舵系の操作速度に対
する上記緩衝器の減衰力の特性が、任意に与えられた走
行速度に対しては操作量が小さいときの減衰力に比較し
て操作量が大きいときの減衰力を小さくするとともに各
々任意に与えられた走行速度及び操作量に対しては操作
速度が遅いときの減衰力に比較して操作速度が速いとき
の減衰力を大きくする特性に予め設定されていて、上記
車速検出手段、操舵角検出手段及び操舵速度検出手段の
各信号を受けて上記減衰力特性によって決まる減衰力と
する指令信号を上記減衰力調整手段に発する判別手段を
備えたものとする。

（作用） 上記の構成により、この発明では、判別手段において、
車速検出手段、操舵角検出手段及び操舵速度検出手段に
よりそれぞれ検出された自動車の走行速度、操舵系の操
作量及びその操作速度の各信号を受け、予めこれら要素
に基づいて設定されている緩衝器の減衰力特性によって
そのときの緩衝器の減衰力が求められ、この求められた
減衰力とする指令信号が減衰力調整手段に発せられる。
その際、上記減衰力特性は、任意に与えられた走行速度
に対しては操作量がさいときの減衰力に比較して操作量
が大きいときの減衰力を小さくするとともに各々任意に
与えられた走行速度及び操作量に対しては操作速度が遅
いときの減衰力に比較して操作速度が速いときの減衰力
を大きくする特性に設定されているので、例えば中車速
時にハンドルを急激に大きく切ったときでも、緩衝器の
減衰力が大きくなってハンドルの切過ぎが防止できる。

（発明の効果） したがって、本発明の自動車のステアリング装置によれ
ば、自動車の車体と操舵系との間に設けられた減衰力可
変式の緩衝器の減衰力を、車速、操舵系の操作量及びそ
の操作速度の３要素に応じて変化させ、操舵系の操作速
度が速くなるほど緩衝器の減衰力を大きくするようにし
たものであるので、緩衝器の減衰力を自動車の走行態様
に正確に対応させることができ、急操舵時のハンドルの
切過ぎ防止等を図ることができるものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図及び第２図は本発明を自動車のラックピニオン式
ステアリング装置に適用した実施例を示し、１は一端
（上端）にハンドル（図示せず）が結合されたステアリ
ングシャフトであって、該ステアリングシャフト１の他
端（下端）には車体左右方向に延びるリレーロッド２が
ステアリングギヤボックス３内にてラックアンドピニオ
ンギヤにより結合されている。該リレーロッド２の一端
部には左右一方の操舵車輪４を軸支するナックルアーム
５が、他端部には同じく図示しない左右他方の操舵車輪
を軸支するナックルアームがそれぞれタイロード６，６
を介して連結されており、ハンドルの回し操作によりリ
レーロッド２を左右に移動させて左右の操舵車輪の舵角
を与えるようにしたラックピニオン式の操舵系が構成さ
れている。尚、上記クラーム５の下端部はロアアーム７
を介して、上端部はショックアブソーバ８（緩衝器）と
その周りに配置されたコイルスプリング９とかならるス
トラット式サスペンション装置１０を介してそれぞれ車
体１１に支持されている。

上記操舵系の一部を構成するリレーロッド２には連結軸
部２ａが一体に突設され、該連結軸部２ａと車体１１と
の間には減衰力可変式の緩衝器１２（ダンパ）が架設さ
れ、該緩衝器１２はその緩衝力発生方向がリレーロッド
２の変位方向と極力一致するよう軸心がリレーロッド２
とほぼ平行に配置されている。

上記減衰力可変式の緩衝器１２は、第３図に拡大詳示す
るように、内筒１３とその外側に所定の空間をあけて配
置された外筒１４とからなる内外２重構造のシリンダ１
５を備え、該シリンダ１５はその一端部に同軸状に一体
的に結合した連結ロッド１６、ゴムブッシュク、軸受部
材１８等を介して上記リレーロッド２の連結軸部２ａに
連結されている。また、上記内筒１３内にはピストン１
９が往復動自在に嵌挿され、該ピストン１９により内筒
１３内は油液で充満された第１及び第２の２つの油室２
０，２１に区画されている。また、上記ピストン１９に
は軸方向に貫通する中心孔２２ａを有するピストンロッ
ド２２の一端部が一体的に固定され、該ピストンロッド
２２はシリンダ１５の他端部に配設したロッドガイド２
３を摺動自在に貫通してシリンダ１５外に延出され、そ
の他端部はゴムブッシュ２４を介して車体１１にナット
２５により固定されている。

また、上記ピストン１９には、上記第１及び第２油室２
０，２１を連通させる油通孔２６，２６が形成されてい
るとともに、該角油通孔２６の各開口端にそれぞれ対向
するように配置されたディスクバルブ２７，２７が取り
付けられている。また、上記ピストンロッド２２には上
記各油通孔２６をバイパスして両油室２０，２１を連通
させるバイパス油通路２８が形成され、該バイパス油通
路２８はその内部に回転自在に液密嵌装した弁体２９に
より開閉されるようになっている。すなわち、上記弁体
２９は上記ピストンロッド２２の中心孔２２ａ内に回転
自在に嵌挿せしめたコントロールロッド３０の一端部に
一体に固定されているとともに、連通孔３１を有してお
り、この連通孔３１が第４図にも示すように上記バイパ
ス油通路２８の第２油室２１に対する開口部２８ａと合
致したときには、バイパス油通路２８が開かれて両油室
２０，２１が連通され、一方、弁体２９が第４図に示す
位置から例えば９０゜回転してその連通孔３１が上記開
口部２８ａと合致しなくなったときには、バイパス油通
路２８が閉じられて、両油室２０，２１のバイパス油通
路２８による連通が遮断される。よって、上記バイパス
油通路２８が閉となっている状態では、ピストン１９が
内筒１３内を往復動する伸び及び縮みの両工程で両油室
２０，２１間を往来する油液が油通孔２６，２６のみを
通って流れるために、緩衝器１２はディスクバルブ２
７，２７により設定される大きな減衰力を持ってハード
状態となり、一方、バイパス油通路２８が開となってい
る状態では、伸び及び縮みの両工程で両油室２０，２１
間を往来する油液が油通孔２６，２６のみならずバイパ
ス油通路２８をも通って流れるために、緩衝器１２は減
水力の小さいソフト状態となるように構成されている。

尚、上記外筒１４と内筒１３との間の空間には内筒１３
を取り巻くゴムチューブ３２が配設され、該ゴムチュー
ブ３２の内筒１３との間の空間は加圧ガスが封入された
ガス室３３に、また該ガス室３３以外の外筒１４と内筒
１３との間の空間は油液が充満されたリザーバ室３４に
それぞれ構成され、上記リザーバ室３４は内筒１３の一
端部内に配設したバルブ機構３５を介して上記第１油室
２０に連通されており、上記ピストンロッド２２の変位
に伴う内筒１３内の容積変化をリザーバ室３４と第１油
室２０の間で油液が往来することによって補償し、また
ガス室３３による加圧作用によって油液のキャビテーシ
ョンを防止するようにしている。また、３６はシリンダ
１５を保護する保護筒である。

上記緩衝器１２のピストンロッド２２他端部を固定した
車体１１には該ピストンロッド２２と共にブラケット３
７が一体的に固定され、該ブラケット３７には、緩衝器
１２の減水力を調整する減衰力調整手段としての正逆回
転可能な直流モータ３８が取り付けられている。該モー
タ３８は、上記緩衝器１２のコントロールロッド３０の
他端部に回転一体に係合された出力軸３９と、該出力軸
３９に固定された回転子４０と、該回転子４０と一体に
回転する一対の円弧状の摺動子４１，４２とを備えてい
る。上記一方の摺動子４１はケース４３に取り付けた固
定接点４４に対して常に接触し、他方の摺動子４２はケ
ース４３に取り付けた２つの固定接点４５，４６に対し
て、そのストローク端位置においてはいずれか一方に、
中間ストローク端位置においては両方に接触するように
配設されており、摺動子４２が固定接点４５（４６）に
接触している状態で固定接点４４，４５（４６）間に正
負の電圧が印加されると、出力軸３９が回転し、この出
力軸１９の回転角度が所定角度（例えば９０゜）に達し
て上記摺動子４２と固定接点４５（４６）との接触が遮
断されると、出力軸３９の回転が停止されるように、す
なわち出力軸３９が所定回転角度だけ正逆回転可能に設
けられている。そして、このモータ３８の出力軸３９と
上記緩衝器１２のコントロールロッド３０との係合関係
は、モータ３８の出力軸３９がその回転ストロークの一
側端に位置付けられたときには、緩衝器１２の弁体２９
がピストンロッド２２のバイパス油通路２８を開いて、
緩衝器１２がソフト状態になり、また、出力軸３９が回
転ストロークの他端側に位置付けられたときには、弁体
２９がバイパス油通路８を閉じて、緩衝器１２がハード
状態になるように設定されている。

さらに、上記モータ３８（減衰力調整手段）を制御する
制御システムを第５図により説明する。４７は自動車の
走行速度Ｖつまり車速を検出する車速センサ、４８は上
記リレーロッド２の変位量等、操舵系の操舵量としての
ハンドル操舵角θ_Ｈを検出する操舵角センサ、４９は上
記両センサ４７，４８の出力を受けて上記モータ３８を
作動制御するコントロールユニットであって、該コント
ロールユニット４９は、上記モータ３８の固定接点４
４，４５（４６）への印加電圧極性を切り換えるための
切換リレー５０，５０（リレーコイルのみ図示する）を
内蔵している。各切換リレー５０は、そのリレーコイル
が消磁状態にあるときには緩衝器１２が減衰力の小さい
ソフト状態になるように、またリレーコイル通電により
例示されると緩衝器１２が減衰力の大きいハード状態に
なるようにそれぞれモータ３８を回動作動させるもので
ある。

また、上記コントロールユニット４９は、上記操舵角セ
ンサ４８からの実施操舵角信号を時間について微分する
微分回路５１を備えており、この微分回路５１により、
上記操舵系の操舵速度としての操舵速度θ_Ｈを検出する
操舵速度検出手段が構成される。

さらに、上記コントロールユニット４９は、上記車速セ
ンサ４７からの車速信号に上記微分回路５１からの操舵
速度信号を加算する加算回路５２と、車速Ｖ及び操舵系
の操舵角θ_Ｈにより予め設定された、緩衝器１２をソフ
ト状態とするソフト領域及びハード状態とするハード領
域の２つの領域をマップに図示の如く記憶し、上記加算
回路５２の出力信号を上記両領域の境界を示す境界ライ
ンｌと照合して該境界ラインｌに対応する基準の操舵角
を表す基準操舵角信号を出力する記憶部５３と、上記操
舵角センサ４８からお実測操舵角信号を上記記憶部５３
からの基準操舵角信号と比較して、実測操舵角信号が基
準操舵角信号よりも小さいときにＯＮ信号を出力する比
較器５４と、該比較器５４からＯＮ信号が出力されるお
ＯＮ作動して上記切換リレー５０，５０に通電するトラ
ンジスタ５５とを備えている。

そして、このコントロールユニット４９における加算回
路５２、記憶部５３、比較器５４、トランジスタ５５及
び切換リレー５０，５０により判別手段５６が構成さ
れ、この判別手段５６において、予め、車速Ｖ及び操舵
角θ_Ｈに基づいて上記緩衝器１２の減衰力を小さいソフ
ト状態に決定するソフト領域と大きいハード状態に決定
するハード領域との２つの領域を設定しているととも
に、上記領域を上記微分回路５１により求められる操舵
速度_Ｈが速いときにハード領域が拡大するように操舵
速度_Ｈに応じて可変とし、上記車速センサ４７及び操
舵角センサ４８の各出力信号を２つの領域の境界を示す
値と比較して、各センサ４７，４８の出力信号がいずれ
の領域にあるかを判別し、緩衝器１２の減衰力を該当領
域に応じた減衰力とする指令信号を上記モータ３８（減
衰力調整手段）に発するようにしている。

したがって、上記実施例においては、操舵角センサ４８
から出力された実測操舵角信号がコントロールユニット
４９の微分回路５１で微分されることにより操舵系の操
舵速度_Ｈが検出され、この微分回路５１から出力され
た操舵速度信号が加算回路５２において車速センサ４７
からの車速信号に加算されて該車速信号が補正され、さ
らに該加算回路５２から出力された加算信号（補正車速
信号）が、記憶部５３において緩衝器１２のソフト状態
及びハード状態をそれぞれ決定する２つの領域の境界ラ
インｌに照合されて該境界ラインｌに対応する基準操舵
角が求められ、しかる後、この記憶部５３から出力され
た基準操舵角信号が比較器５４で上記操舵角センサ４８
からの実施操舵角信号と比較される。そして、上記実測
操舵角信号が基準操舵角信号よりも大きいとき、すなわ
ち、上記記憶部５３のマップに示されるように、基本的
には、車速Ｖが低いときや車速Ｖが中程度であって操舵
系の操舵角_Ｈが大きいときには、比較器５４からＯＮ
信号が出力されずに切換リレー５０，５０がＯＦＦ状態
になり、この切換リレー５０，５０のＯＦＦ状態により
モータ３８が緩衝器１２の弁体２９を開弁させるように
作動して、緩衝器１２の両油室２０，２１が油通孔２
６，２６及びバイパス油通路２８の両方により連通され
ることにより、緩衝器１２は減衰力の小さいソフト状態
になる。その結果、ハンドルが切り易くなってその操舵
性の向上が図られる。

一方、上記実測操舵角信号が基準操舵角信号よりも小さ
いとき、すなわち、基本的には、車速Ｖが高いときや車
速Ｖが中程度であって操舵角_Ｈが小さいときには、比
較器５４からＯＮ信号が出力されて切換リレー５０，５
０がＯＮ状態になり、この切換リレー５０，５０のＯＮ
状態によりモータ３８が緩衝器１２の弁体２９を閉弁さ
せるように作動して、緩衝器１２の両油室２０，２１が
油通孔２６，２６のみによって連通されることにより、
緩衝器１２は減衰力の大きいハード状態となる。その結
果、シミーやキックバック等の外乱が操舵系に入力され
るのが防止され、自動車の走行安定性の向上が図られ
る。

その場合、上記のように、微分回路５１から出力された
操舵速度信号が加算回路５２において車速センサ４７か
らの車速信号に加算されるため、上記操舵系の操舵速度
_Ｈが速くなてその信号レベルが上昇する程、記憶部５
３が境界ラインｌと照合される補正車速信号及び該記憶
部５３から出力される基準操舵角信号の角信号レベルが
上昇し、逆に言えば実際の車速Ｖに対する境界ラインｌ
がマップで破線にて示すようにハード領域を増加させる
方向に補正されることになる。その結果、緩衝器１２を
ソフト状態又はハード状態に切り換える切換ライを操舵
系の操舵速度_Ｈに応じたものに設定できて、緩衝器１
２の減衰力を自動車の走行状態に正確に対応させること
ができ、急操舵時のハンドルの切過ぎ等の防止を図るこ
とができる。

第６図は制御システムの変形例を示し（尚、第５図と同
じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明を省
略する）、緩衝器１２の減衰力を決定する２つの領域を
第７図に示すとおり車速Ｖ、操舵角_Ｈ及び操舵速度
_Ｈの３要素で定め、実際に検出した信号が上記２つの領
域のいずれかに属するかを照合して緩衝器１２の減衰力
を該当領域の減衰力に決定するようにしたものである。
尚、第７図中ラインｌ_ｏ〜ｌ_ｒを含む面で上記した２つ
の領域が画設され、この面の図中手前の領域が減衰力の
高い領域である。

すなわち、この変形例では、車速センサ７及び操舵角セ
ンサ４８の各出力信号を受けてモータ３８を作動制御す
るコントロールユニット４９′は、所定周期の作動指令
パルス信号を発生するタイミングジェネレータ５７と、
該タイミングジェネレータ５７からの作動指令パルス信
号を受けて上記車速センサ４７からの車速信号を記憶す
る第１サンプルホールド回路５８と、同じくタイミング
ジェネレータ５７からの作動指令パルス信号を受けて上
記操舵角センサ４８からの操舵角信号を記憶する第２サ
ンプルホールド回路５９と、該第２サンプルホールド回
路５９の出力信号（操舵角信号）を時間について微分す
る微分回路５１と、該微分回路５１及び上記両サンプル
ホールド回路５８，５９の各出力信号により自動車の操
舵状態を表す数式 Ｋ_１・Ｖ^ｎ−Ｋ_２・_Ｈ ^ｍ＋Ｋ_３・_Ｈ ^ｌ （ただしＫ_１〜Ｋ_３，ｌ〜ｎは定数） を演算する演算回路６０と、該演算回路６０の出力信号
を予め設定された基準電圧値ａと比較して、演算回路０
の出力信号が基準電圧値aよりも大きいとき（Ｋ_１・Ｖ
^ｎ−Ｋ_２・_Ｈ ^ｍ＋Ｋ_３・_Ｈ ^ｌ＞ａのとき）にトラン
ジスタ５５にＯＮ信号を出力する比較器５４とを備えて
なるものである。

したがって、この場合、予め、車速Ｖ、操舵角_Ｈ及び
操舵速度_Ｈの３要素により演算される数式Ｋ_１・Ｖ^ｎ
−Ｋ_２・_Ｈ ^ｍ＋Ｋ_３・_Ｈ ^ｌについて、緩衝器１２を
ソフト状態にすべき領域とハード状態にすべき領域との
境界を示す基準電圧値ａを設定しておき、実測した上記
３要素により演算した数式Ｋ_１・Ｖ^ｎ−Ｋ_２・_Ｈ ^ｍ＋
Ｋ_３・_Ｈ ^ｌの値と上記基準電圧値aとの大小を判別し
て緩衝器１２の減衰力を決定するので、上記実施例と同
様の作用効果を奏することができる。

尚、上記実施例では、車速Ｖ、操舵角_Ｈ及び操舵速度
_Ｈにより緩衝器１２の減衰力を決定するための領域を
ソフト及びハードの２領域としたが、３領域以上に増や
して緩衝器の減衰力を３段階以上に制御するようにして
もよい。勿論、その場合には減衰力を３段階以上に変更
可能な緩衝器を用いることを前提とする。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は全体正面
図、第２図は同平面図、第３図は緩衝器の拡大縦断面
図、第４図は第３図のIV−IV線拡大断面図、第５図は制
御系のブロック回路図、第６図は変形例を示す第５図相
当図、第７図は同緩衝器の減衰力を決定するための２つ
の領域を示す説明図である。 １……ステアリングシャフト、２……リレーロッド、４
……操舵車輪、１１……車体、１２……緩衝器、１５…
…シリンダ、１９……ピストン、２０，２１……油室、
２２……ピストンロッド、２６……油通孔、２８……バ
イパス油通路、２９……弁体、３０……コントロールロ
ッド、３８……モータ、３９……出力軸、４７……車速
センサ、４８……操舵角センサ、４９，４９′……コン
トロールユニット、５０……切換リレー、５１……微分
回路、５２……加算回路、５３……記憶部、５４……比
較器、５５……トランジスタ、５６，５６′……判別手
段、５７……タイミングジェネレータ、５８，５９……
サンプルホールド回路、６０……演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体と操舵系との間に設けられた減衰力可
   変式緩衝器と、 該緩衝器の減衰力を調整する減衰力調整手段と、 自動車の走行速度を検出する車速検出手段と、 上記操舵系の操作量を検出する操作角検出手段と、 上記操舵系の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、 自動車の走行速度、操舵系の操作量及び操舵系の操作速
   度に対する上記緩衝器の減衰力の特性が、任意に与えら
   れた走行速度に対しては操作量が小さいときの減衰力に
   比較して操作量が大きいときの減衰力を小さくするとと
   もに各々任意に与えられた走行速度及び操作量に対して
   は操作速度が遅いときの減衰力に比較して操作速度が早
   いときの減衰力を大きくする特性に予め設定されてい
   て、上記車速検出手段、操舵角検出手段及び操舵速度検
   出手段の各信号を受けて上記減衰力特性によって決まる
   減衰力とする指令信号を上記減衰力調整手段に発する判
   別手段と を備えたことを特徴とする自動車のステアリング装置。