JPH0617108B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の分野〕 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装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、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ようにしたパ
ワーステアリング装置において、操舵力センサによって
検出される操舵力またはその微分値が極値になったら切
遅れの補正を開始するとともに、操舵力またはその微分
値が極値に対して一定の比率になったら切遅れの補正を
終了するようにしたものであって、操舵周期に応じた時
間切遅れの補正を行なうことによって、常に適正な補正
が行なわれるようにし、操舵フィーリングの悪化を防止
するようにしたものである。

〔従来の技術〕

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。パワーステアリング装置は、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を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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような切遅れの補正は、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、
この操舵力およびその微分値によって油圧制御弁の反力
を制御するようにしたものである。ところが従来のこの
ような切遅れの補正は、その開始から一定の時間を経過
した後に終了するようにしていた。すなわち制御のタイ
ミングが操舵周期によらずほぼ一定であった。従って切
遅れの補正が不足になったり、過補正になったりするこ
とがあり、これによって操舵フィーリングの悪化を招い
ていた。

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、切遅れ補正時間が操舵周期に応じた時間となるよう
にし、これによって補正不足や過補正を防止して操舵フ
ィーリングの悪化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。

〔問題点を解決するための手段〕

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ン
サによって検出し、この検出に連動して電磁弁を開いて
前記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ようにした装置において、前
記操舵力センサによって検出される操舵力またはその微
分値が極値になったら前記切遅れの補正を開始する手段
と、前記操舵力またはその微分値が極値に対して一定の
比率の値になったら前記切遅れの補正を終了する手段と
を設けるようにしたものである。

〔作用〕

従って本発明によれば、操舵力またはその微分値が極値
になった時点で切遅れの補正が開始されるとともに、操
舵力またはその微分値が極値に対して一定の比率になっ
たら切遅れの補正が終了することになる。従って操舵力
あるいはその微分値が正弦波状に変化するものであれ
ば、操舵周期に応じた時間切遅れの補正が行なわれるこ
とになる。

〔実施例〕

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１１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１４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なかよう
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内の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。ドラッグリング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し、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
てスプール１９の両端のチャンバに連通するポート５
５、５６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、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動される。そしてアーム１７
は油圧制御弁１８のスプール１９を係合しているため
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で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が回転
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に湯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５
７、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１
８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。

このような切遅れの補正の動作は、ステアリングハンド
ル１０の切始め時と切戻し時において、油圧制御弁１８
のスプール１９の両側の油圧反力室へ接続されている電
磁弁５７、５８へ信号を与えることによって達成され
る。そしてマイクロコンピュータ４７から電磁弁５７、
５８への信号送出時間は操舵周期に対して一定の割合と
することが望ましいことが種々のシュミレーションの検
討により明らかになった。このような条件を満足するた
めに、切始めの補正は、操舵力の微分値が極値になった
ときに開始し、切戻しの補正は操舵力が極値になったと
きに開始するようにしている。しかも操舵力あるいはそ
の微分値が正弦波状あるいは余弦波状に変化することを
利用して、操舵周期を推定して制御を行なうようにして
おり、ステアリングハンドル１０の操舵周期に対して一
定の値となるような時間補正を行なうようにしている。

この動作を第３図によって説明すると、マイクロコンピ
ュータ４７は操舵力センサ４５によって操舵力を読込
む。そしてこの操舵力から微分値の演算を行なう。そし
て微分値が極値の場合には、切始め時における切遅れの
補正動作を開始する。そして補正を開始した後に再び操
舵力をセンサ４５の出力を読込むとともに、その微分値
を計算し、微分値が極値に対して一定の割合まで低下し
たかどうかの判断を行なう。一定の値に低下した場合に
は、その時点で切遅れの補正を終了する。なおこの動作
は切始め時における補正動作を示すものであるが、切戻
し時の補正の動作も同様であって、この場合には操舵力
の微分値でなく操舵力そのものが極値かどうかによって
補正が開始される。

第４図に示すように一般に操舵力は正弦波状に変化す
る。またその微分値は一般に余弦波状に変化する。従っ
て切始めの補正は操舵力の微分値が極値になった状態で
開始する。そして微分値が開始したときの値に対して一
定の比率の値ａになったときに終了する。また切戻しの
際における補正は、操舵力が極値になった状態で開始
し、その停止は操舵力が開始したときの値に対して一定
の比率の値ｂとなったときに行なう。これによって補正
時間はその操舵周期に対応した時間となる。

いま切始め時の補正時間の角度および切戻し時の補正期
間の角度をそれぞれθ_１、θ_２とすると、切始め時の補
正については、 cos θ_１＝ａ また切戻し時の補正については、 cos θ_２＝ｂ となる。例えばａ＝３／４とし、操舵力の微分値が１０
kg／secのときに切始めの補正を開始したとすると、 ３／４×１０＝７．５Kg／sec となり、微分値が７．５Kg／secに低下した時点で補正
が停止される。そして補正が行なわれている角度は cos θ_１＝３／４ よってθ_１＝４１度となる。この計算は右方への切始め
についての動作であるが、同様のことが左方についても
言える。またこの方式は切始め時の補正と切戻し時の補
正の内のどちらか片方についてだけでも利用可能であ
る。

このように本実施例に係るパワーステアリング装置にお
いては、操舵力とその微分値が正弦波状あるいは余弦波
状に変化することを利用し、操舵周期を推定するととも
に、極値に対して一定の比率になった段階で補正を終了
するようにしている。従って制御タイミングが操舵周期
に応じて変化することになり、これによって補正が不足
したり過補正になったりすることが防止され、常に適正
な切遅れの補正が行なわれることになる。このようにし
て切遅れ補正のフィーリングの悪化を防止することが可
能になる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、操舵力センサによって検出され
る操舵力またはその微分値が極値になったら切遅れの補
正を開始するとともに、操舵力またはその微分値が極値
に対して一定の比率になったら切遅れの補正を終了する
ようにしたものである。従ってこのような構成によれ
ば、操舵周期に応じて切遅れの補正を行なう時間を調整
することが可能になり、補正不足や過補正のなくしてフ
ィーリングの悪化を防止することが可能になる。

【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を示すブロ
ック図、第３図はこのパワーステアリング装置の切始め
時の補正の開始と終了の動作を示すフローチャート、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 １９……スプール 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、この検出に連動して電磁弁を開いて前記油圧制御弁
   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
   正を行なうようにした装置において、前記操舵力センサ
   によって検出される操舵力またはその微分値が極値にな
   ったら前記切遅れの補正を開始する手段と、前記操舵力
   またはその微分値が極値に対して一定の比率の値になっ
   たら前記切遅れの補正を終了する手段とを設けるように
   したことを特徴とするパワーステアリング装置。