JPH0613303B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車の操舵を行なうためのパワーステアリン
グ装置に係り、とくにステアリングハンドルの操作に連
動して油圧制御弁を切換め、油圧を用いて操舵機構を作
動させて操舵を行なうようにした装置に関する。

本発明は、操舵力の微分値を得るための微少時間のほぼ
１／２の時間遅れた時点での操舵力と上記微分値と組合
わせ、これらの情報に基いてパワーステアリング装置を
構成する油圧制御弁を制御するようにしたものであっ
て、微分の計算による時間遅れに伴う位相ずれを抑え、
制御の乱れを防止するようにしたものである。

車両の操舵を行なうためのステアリングハンドルの操作
力を軽減するために、パワーステアリング装置が広く用
いられている。パワースレアリング装置は、ステアリン
グハンドルを回転操作することによって油圧制御弁を切
換え、油圧を用いて操舵機構を作動させて操舵を行なう
ようにしたものである。

このようなパワーステアリング装置においては、ステア
リングハンドルを回転操作しても油圧が操舵機構に加わ
るまでは操舵の動作が行なわれず、切遅れの現象が発生
する。そこでステアンリングハンドルの回転操作を操舵
力センサによって検出するとともに、この検出に連動し
て電磁弁を開いて油圧制御弁のスプールを切換え方向に
押すことによって、切遅れの補正を行なうことが可能に
なる。このようにしてパワーステアリング装置の応答性
が向上するようになる。

このような切遅れの補正の制御を行なう場合には、ステ
アリングハンドルに生ずる操舵力を操舵力センサによっ
て検出するとともに、操舵力とその微分値とを用いて制
御を行なう。すなわち操舵力の微分値が極値になったと
きに切始めの補正制御を行ない、操舵力が極値になった
ときに切戻しの補正の制御を行なう。ところが操舵力の
微分値は微少時間における操舵力の変化量から求める。
そして上記の微少時間は通常信号よりも高い周波数のノ
イズをキャンセルするために、１０〜１００ｍsecの時
間を設定することになる。従って操舵力に対してその微
分値が微少時間の１／２だけ遅れることになる。従って
操舵の周波数が高くなると、位相遅れが無視できなくな
り、上記微少時間の１／２に相当する時間が操舵周期の
１／４に等しくなると、操舵力と微分値との位相がπ／
２ずれた状態で一致した制御共振を起す可能性を生ず
る。制御共振は極端な例であるが、操舵力とその微分値
との間に位相ずれが生ずると、これによって制御に乱れ
を生ずることになる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、操舵力の微分値を計算するための微少時間によって
生ずる位相ずれを押え、制御の乱れを防止するようにし
たパワーステアリング装置を提供することを目的とする
ものである。

本発明は第１図に示すように、ステアリングハンドルの
操作に連動して油圧制御弁を切換え、油圧を用いて操舵
機構を作動させて操舵を行なうとともに、前記ステアリ
ングハンドルの回転操作によって生ずる力を操舵力セサ
によって検出し、これによって得られた操舵力とその微
分値とを用いて前記油圧制御弁を制御するようにした装
置において、前記操舵力の微分値を得るための微少時間
のほ１／２の時間遅れた時点での操舵力と前記微分値と
を組合わせて制御を行なうようにしたものである。

従って本発明によれば、微分値を計算するための微少時
間のほぼ１／２の時間遅れた時点での操舵力と上記微分
値とを組合わせて油圧制御弁の制御が行なわれることに
なる。従って操舵力とその微分値の間での位相ずれがほ
ぼなくなるようになり、位相ずれに伴う制御乱れが防止
されることになる。

第２図は本発明の一実施例に係るパワーステアリング装
置を示すものであって、このステアリング装置はステア
リングハンドル１０を備えている。ステアリングハンド
ル１０はステアリングコラム１１に連結されるととも
に、コラム１の先端側にはステアリングシャフト１２が
連結されている。ステアリングシャフト１２は操舵用シ
リンダ１３のピストン４を軸線方向に貫通するととも
に、先端部に設けられている雄ねじがボールねじ１５と
螺合されるようになっている。そしてボールねじ１５を
介してステアリングシャフト１２はスリーブ１６に係合
されるようになっている。スリーブ１６はアーム１７を
備えており、このアーム１７が油圧制御弁１８のスプー
ル１９の下部に係合されるようになっている。

第２図においては、油圧制御弁１８を操舵用シリンダ１
３に連結して示すとともに、便宜上その断面を油圧管路
を介して操舵用シリンダ１３の上部に独立に配するよう
にして示している。そしてこの断面から明らかなよう
に、油圧制御弁１８のスプール１９の外周面には４つの
ランド２１、２２、２３、２４が設けられている。これ
らのランド２１〜２４の間には３つの溝２５、２６、２
７が形成されるようになっている。さらに油圧制御弁１
８においては、そのシリンダの上部に２つのポート２
８、２９が設けられている。またその下側には３つのポ
ート３０、３１、３２が設けられている。そして上側の
ポート２８、２９はそれぞれリザーバ３５およびオイル
ポンプ３４と連通されるようになっている。これに対し
て油圧制御弁１８の下側の中央のポート３１は操舵用シ
リンダ１３の一方のチャンバに連通されるようになって
おり、またその両側のポート３０、３２は操舵用シリン
ダ１３の他方のチャンバと連通されるようになってい
る。

上記操舵用シリンダ１３内に摺動可能に配されているピ
ストン１４の外周面には歯３６が形成されるとともに、
この歯３６がセクタギヤ３７と噛合うようになってい
る。そしてセクタギヤ３７にはピットマンアーム３８が
設けられるとともに、ピットマンアーム３８はドラッグ
リング３９と連結されている。オラッグリング３９はさ
らにナックルアーム４０と連結されており、ナックルア
ーム４０を介してナックルを動かすことにより、キング
ピン４１を中心として車輪４２を旋回させるようにして
いる。

つぎにこのパワーステアリング装置の制御装置について
説明すると、ステアリングハンドル１０には操舵力セン
サ４５が設けられている。そして操舵力センサ４５の出
力はマイクロコンピュータ４７に入力されるようになっ
ている。マイクロコンピュータ４７はステップモータ４
８を制御するようにしている。ステップモータ４８は油
圧制御弁１８の両側のチャンバを連通させる連通路４９
に設けられている絞り５０の絞り量を調整するようにし
ている。なお連通路４９は油圧制御弁１８の下側の両端
のポート５１、５２を連通させるように接続されてい
る。

さらに上記油圧制御弁１８の上部には、その両端であっ
てスル１９の両端のチャンバに連通するポート５５、５
６が設けられている。これらのポート５５、５６へは、
オイルポンプ３４によって加圧されたオイルが供給され
るように、電磁弁５７、５８がそれぞれ接続されるよう
になっている。電磁弁５７、５８はオイルポンプ３４か
らのオイルの管路に互いに分岐して接続されるようにな
っており、その吐出側が上記ポート５５、５６と接続さ
れている。そして電磁弁５７、５８はマイクロコンピュ
ータ４７によってその開閉が制御されるようになってい
る。

以上のような構成において、ステアリングハンドル１０
が中立位置にある場合には、第２図に示す油圧制御弁１
８のポート２８、２９はそれぞれスプール１９のランド
２２、２３によって閉塞されており、オイルポンプ３４
によって加圧されたオイルは直接リザーバ３５に戻るよ
うになっている。従ってこの場合には油圧が操舵用シリ
ンダ１３に供給されることはなく、この操舵装置は作動
しない。

つぎにステアリングハンドル１０を右または左に回転操
作すると、この運動がステアリングコラム１１を介して
ステアリングシャフト１２に伝達され、ピストン１４内
においてシャフト１２が回転する。ところがピストン１
４の歯３６はセクタギヤ３７と噛合っており、しかもセ
クタギヤ３７がピットマンアーム３８、ドラッグリング
３９、およびナックルアーム４０を介して車輪４２に連
結されているために、ピストン１４の軸線方向の移動が
阻止される。従ってステアリングハンドル１０の回転に
伴うステアリングシャフト１２の回転運動は、ボールね
じ１５を介してスリーブ１６に伝達され、スリーブ１６
がステアリングシャフト１２の軸線を中心として回転さ
れる。これによってスリーブ１６のアーム１７がシャフ
ト１２の軸線を中心として回転される。そしてアーム１
７は油圧制御弁１８のスプール１９と係合しているため
に、アーム１７の回動によってスプール１９が油圧制御
弁１８内において軸線方向に移動するようになる。

いまスプール１９が断面で示す制御弁１８内を左方に移
動した場合について考えると、これによってポート２９
が溝２７と連通されることになる。従ってオイルポンプ
３４が加圧されたオイルはポート２９、溝２７、ポート
３２を通って操舵用シリンダ１３のピストン１４の右側
のチャンバに流入する。このときにピストン１４の左側
のチャンバのオイルは制御弁１８のポート３１、溝２
６、ポート２８を通ってリザーバ３５に戻されることに
なる。

これに対して断面で示す油圧制御弁１８内をスプール１
９が右方に移動されると、ポート２９が中央の溝２６と
整合されることになる。従ってオイルポンプ３４で加圧
されたオイルはポート２９、スプール１９の溝２６、ポ
ート３１を通って制御用シリンダ１３のピストン１４の
左側のチャンバに流入することになる。そしてピストン
１４の右側のチャンバのオイルは制御弁１８のポート３
０、スプール１９の溝２５、ポート２８を通ってリザー
バ３５に戻されることになる。

操舵用シリンダ１３内においてピストン１４が右方また
は左方へ移動されると、このピストン１４の歯３６と噛
合うセクタギヤ３７が回転されることになる。このセク
タギヤ３７の回転によってピットマンアーム３８が回動
される。そしてアーム３８の回動運動がドラッグリング
３９およびナックルアーム４０を介して車輪４２に伝達
されることになり、これによって車輪４２がキングピン
４１を中心として左方あるいは右方に旋回されることに
なり、車両の操舵が達成されるようになる。

このようにして操舵を行なうステアリング装置のステア
リングハンドル１０には操舵力センサ４５が設けられて
おり、センサ４５によってハンドル１０に生ずる操舵力
を常時検出している。そしてこの操舵力に関する情報が
マイクロコンピュータ４７に供給されるようになってお
り、マイクロコンピュータ４７はセンサ４５の出力に応
じてステップモータ４８を介して連通路４９の絞り５０
を調整するようにしている。

絞り５０は上述の如く油圧制御弁１８のスプール１９の
両側の反力室を構成するチャンバを連通する連通路４９
に設けられているために、絞り５０によってスプール１
９の動き易さを調整することになる。そして油圧制御弁
１８のスプール１９が上述の如くスリーブ１６のアーム
１７を介してステアリングシャフト１２に係合されてい
るために、絞り５０によってステアリングハンドル１０
の重さを調整することが可能になり、ステアリングハン
ドル１０に対して低速では軽く、高速では重くなるよう
に、常に適正な負荷を与え、操作し易いパワーステアリ
ング装置としている。

つぎにマイクロコンピュータ４７によって制御される電
磁弁５７、５８による切遅れの補正の動作について説明
する。油圧式の操舵用シリンダ１３を用いたパワーステ
アリング装置においては、ステアリングハンドル１０を
回転操作しても、シリンダ１３に油圧が加わるまでは操
舵が行なわれず、切遅れ現象が発生する。そこでステア
リングハンドル１０を回転操作することによって生ずる
操舵力を操舵力センサ４５によって速やかに検出すると
ともに、この検出出力をマイクロコンピュータ４７が読
込む。そしてこの読込みに連動して、対応する方向の電
磁弁５７、５８を開くことによって、オイルポンプ３４
で加圧されたオイルをポート５５、５６を通して油圧制
御弁１８のスプール１９の左側または右側のチャンバに
加えるようにしており、これによってスプール１９を右
方あるいは左方に押すようにしている。

従ってステアリングシャフト１２によってスリーブ１６
のアーム１７を介してスプール１９が押される前に、電
磁弁５７、５８を介して加えられる油圧によってスプー
ル１９が移動されるようになり、これによって速やかに
油圧制御弁１８の切換えが行なわれる。このようにして
ステアリングハンドル１０の回転操作の開始時における
切遅れの補正を行なうことが可能になる。

上記のような切遅れの補正は、操舵力センサ４５によっ
て得られる操舵力とその微分値を用いて行なう。すなあ
ち微分値が極値になった場合に切始めの補正を行なうと
ともに、操舵力が極値になったときに切戻しの補正を行
なうようにしている。そして操舵力は電圧で出力される
センサ４５を用いて検出するようにしており、コンピュ
ータ４７によって制御を行なうようにしている。コンピ
ュータ４７の内部における操舵力の算出は、センサ４５
の出力をＡ／Ｄ変換して得られる。また操舵力の微分値
は微少時間における操舵力の変化量から求めるが、この
微少時間は一般的には通常信号よりも高い周波数のノイ
ズをキャンセルする必要があることから、１０〜１００
ｍsec程度とする場合が多い。このために操舵力の真値
はほぼその瞬間の値に等しい（Ａ／Ｄ変換の時間は通常
無視できるほど小さい）が、その微分値は微少時間△ｔ
の１／だけ遅れたデータになる。

このためにステアリングハンドル１０の操舵周波数が高
くなると、位相遅れが波長に対して無視できなくなって
しまう。例えば上記微少時間が操舵周期の１／２の値に
等しくなると、微分値は半波長遅れて操舵力と位相が一
致してしまう。このような場合には制御共振を起す可能
性がある。そしてこのような共振はその対策が不可能で
ある。制御共振は極端な場合であるが、一般に操舵力と
その微分値との間に位相ずれが起ると、制御に乱れを生
ずることになる。そこでこの問題を解決するために、本
実施例においては、操舵力のデータを微少時間の半分の
時間、すなわち△ｔ／２だけ遅らせ、操舵とその微分値
の位相補償を行なうようにしている。すなわち操舵力の
データとして△ｔ／２前のデータを用いるようにしてお
り、これによって操舵力とそ微分値の位相差を補償する
ようにして制御共振を防止するようにしている。

コンピュータ４７による上述の演算の動作を第３図およ
び第４図によって説明する。マイクロコンピュータ４７
は操舵力センサ４５によってある時点の操舵力を読込む
とともに、この値をｔ−△ｔの操舵力とする。そしてこ
の後に△ｔ／２の時間のカウントを行なうとともに、カ
ウントアップした時点で再び操舵力をセンサ４５から読
込む。そしてさらに△ｔ／２の時間カウントを行なうと
ともに、カウントアップしたならばセンサ４５から操舵
力を読込む。そして微少時間△ｔの間の操舵力の変化か
ら微分値を求める。コンピュータ４７はこの微分値とと
もに、ｔ／△ｔ／２時間、すなわち微少時間のほぼ１／
２の時間遅れた時点での操舵力を読込む。よって第４図
に示すように、操舵力はｔ−△ｔ／２時間遅れた値が用
いられる。また微分値としては、点線で示す真値に対し
て△ｔ／２時間遅れた実線で示す内部値が用いられるこ
とになる。

このような制御にると、上述の如く操舵力とその微分値
との間に位相遅れがなくなる。ところが現実の操舵に対
して操舵力の位相が遅れることになる。しかし操舵力と
その微分値とを用いた制御の場合には、内部データの位
相差の方がはるかに重要であり、制御乱れに対する影響
が大である。操舵力の真値と内部値の位相ずれは、操舵
力およびその微分値の内部値に操舵力の真値を組合わせ
て制御することによって、対策が可能になる。例えば操
舵力の真値と内部値の位相差が大きい場合は、最初から
制御が間に合わないのであるから、あえて制御を行なわ
ない等の対策をとることができる。

以上のように本発明は、操舵力の微分値を得るための微
少時間のほぼ１／２遅れた時点での操舵力と微分値とを
組合わせてパワーステアリングの油圧制御弁を制御する
ようにしている。従って操舵力とその微分値との間に位
相ずれを生ずることがなく、位相ずれによる制御乱れが
防止されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要旨を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例に係るパワーステアリング装置のブロック
図、第３図は操舵力とその微分値とを求める動作のフロ
ーチャート、第４図は同グラフである。 なお図面に用いた符号において、 １０……ステアリングハンドル １３……操舵用シリンダ １８……油圧制御弁 ４５……操舵力センサ ４７……マイクロコンピュータ ５７、５８……電磁弁 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングハンドルの操作に連動して油
   圧制御弁を切換え、油圧を用いて操舵機構を作動させて
   操舵を行なうとともに、前記ステアリングハンドルの回
   転操作によって生ずる力を操舵力センサによって検出
   し、これによって得られた操舵力とその微分値とを用い
   て前記油圧制御弁を制御するようにした装置において、
   前記操舵力の微分値を得るための微少時間のほぼ１／２
   の時間遅れた時点での操舵力と前記微分値とを組合わせ
   て制御を行なうようにしたことを特徴とするパワーステ
   アリング装置。