JPH07125643A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はステアリングホイールと前輪操舵用
ギヤボックスとを機械的に分離してなるステアバイワイ
ヤ式操舵装置を主構成部とする操舵制御装置に関し、全
油圧パワーステアリング装置（全油圧ＰＳ）によりフェ
ールセーフ機構を構成することにより設計上の自由度を
確保することを目的とする。 【構成】 第１及び第２の油圧室２８ｂ，２８ｃの差圧
に応じてラックバー２６を操舵するシリンダ２８を設け
る。第２切替バルブ２２を介してＰＳバルブ２４と全油
圧ＰＳ３４をシリンダ２８に連通する。第１切替バルブ
２０を介してＰＳバルブ２４と全油圧ＰＳ３４をＰＳポ
ンプ３０に連通する。正常時はＰＳバルブ２４を経由す
る油圧経路を形勢して、操舵モータ１８による操舵制御
を行う。異常時には全油圧ＰＳ３４に油圧経路を切替え
てフェールセーフを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操舵制御装置に係り、
特にステアリングホイールと前輪操舵用ギヤボックスと
を機械的に分離してなるステアバイワイヤ式操舵装置
に、フェールセーフ機構として全油圧パワーステアリン
グ装置を組み合わせた操舵制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両の操舵輪を制御する装置
として、例えば特開平４−２６６５３８号公報に開示さ
れるように、ステアリングホイールと、操舵輪である前
輪に連結する操舵用ギヤボックスとを機械的に分離して
なるいわゆるステアバイワイヤ式操舵装置が知られてい
る。

【０００３】この装置は、運転者の意思を阻害すること
なく熟練者と同様のステアリング制御を実現することを
主目的とし、ステアリングホイールと操舵用ギヤボック
スとを直結せず、ステアリングホイールの操舵角を検出
し、検出した操舵角に適当な補正を加えてアクチュエー
タを介して操舵用ギヤボックスを駆動する構成である。

【０００４】この場合、例えば車両がスピン状態となっ
た場合、またはアンダーステア若しくはオーバーステア
状態となった場合に、適正な状態が復帰されるよう適切
なステアリング制御が実行されることとなり、高い安定
性を確保することが可能である。

【０００５】ところで、ステアリングホイールと操舵用
ギヤボックスとを機械的に切り離すことを必須とするス
テアバイワイヤ式操舵装置を実用化するに際しては、装
置の故障時に確実にステアリング操作が続行できるよ
う、何らかのフェールセーフ機能を設ける必要がある。

【０００６】このため、上記公報記載の装置は、ステア
リングホイールと、操舵用ギヤボックスとの間を、クラ
ッチ機構を備えたステアリングシャフトで連結し、通常
時にはクラッチを切り離して所望を機能を確保し、異常
が生じた際には、ステアリングホイールと操舵用ギヤボ
ックスとを機械的に連結させる構成としている。

【０００７】この場合、ステアバイワイヤ式操舵装置に
機能上の異常が生じると、その後は一般的な機械式操舵
装置が構成されることとなり、フェールセーフとして十
分な機能が確保される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ステアバイワイヤ式操舵装置において、フェールセーフ
機構を考慮する必要がないとすれば、ステアリングホイ
ールと操舵用ギヤボックスとの間にステアリングシャフ
トを配設する必要はなく、車両の軽量化、組み付け作業
性の容易化が図れることは明らかである。

【０００９】更に、かかる構成が実現できるとすれば、
ステアリングホイールの搭載位置と操舵用ギヤボックス
の搭載位置とを相互独立に設定することが可能であり、
設計上の自由度が拡大し、搭載スペースの確保も容易と
なるという効果を享受し得る。 言い換えれば、ステア
バイワイヤ式操舵装置の如く本来的にステアリングホイ
ールと操舵用ギヤボックスとを機械的に分離して構成す
る装置においては、その構造上の利点を損なわないよう
にフェールセーフ機構を構成すれば、運転者の操作と切
り離して理想的なステアリング制御を実現できるという
本来の効果に加え、上記したような種々の効果をも享受
することができる。

【００１０】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、ステアバイワイヤ式操舵装置のフェールセーフ
機構として、ステアリングホイールの操舵角に応じた油
圧で操舵輪を操舵する全油圧パワーステアリング装置を
組み合わせることにより上記の課題を解決し得る操舵制
御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は、上記の目的を達
成する操舵制御装置の原理構成図を示す。すなわち、上
記の目的は、同図に示すように、左右の操舵輪に連結す
るラックバーＭ０に固定されたピストンＭ１ａを備え、
該ピストンＭ１ａによって仕切られた第１の油圧室Ｍ１
ｂ又は第２の油圧室Ｍ１ｃに適当な油圧が供給された際
に操舵輪を操舵するシリンダＭ１と、所定の油圧を発生
する油圧供給手段Ｍ２と、前記シリンダＭ１の第１の油
圧室Ｍ１ｂ及び第２の油圧室Ｍ１ｃにそれぞれ連通する
第１及び第２の油圧ポートＭ３ａ，Ｍ３ｂと、前記油圧
供給手段Ｍ２より油圧の供給を受ける油圧供給ポートＭ
３ｃとを備え、作動軸Ｍ３ｄに加えられたトルクの向き
及び大きさに応じて、前記油圧供給ポートＭ３ｃに供給
された油圧を元に、前記第１及び第２の油圧ポートＭ３
ａ，Ｍ３ｂに差圧を発生させる油圧制御弁Ｍ３と、ステ
アリングホイールの回転角を検出する操舵角検出手段Ｍ
４と、該操舵角検出手段Ｍ４の検出した回転角に基づい
て、前記油圧制御弁Ｍ３の作動軸Ｍ３ｄが適当な向きに
適当な回転角だけ回転するように該作動軸Ｍ３ｄに対し
てトルクを与える油圧制御弁駆動手段Ｍ５と、前記シリ
ンダＭ１の第１の油圧室Ｍ１ｂ及び第２の油圧室Ｍ１ｃ
にそれぞれ連通する第１及び第２の油圧ポートＭ６ａ，
Ｍ６ｂと、前記油圧供給手段Ｍ２より油圧の供給を受け
る油圧供給ポートＭ６ｃとを備え、該油圧供給ポートＭ
６ｃに供給された油圧を元に、前記ステアリングホイー
ルの回転角に応じた油圧を前記第１又は第２の油圧ポー
トＭ６ａ，Ｍ６ｂに発生させる全油圧パワーステアリン
グ装置Ｍ６と、前記油圧供給手段Ｍ２と、前記油圧制御
弁Ｍ３の油圧供給ポートＭ３ｃ及び前記全油圧パワース
テアリング装置Ｍ６の油圧供給ポートＭ６ｃとの間に介
在し、前記油圧制御弁Ｍ３が正常に機能している場合
は、前記油圧供給手段Ｍ２と前記油圧制御弁Ｍ３の油圧
供給ポートＭ３ｃとを導通させ、前記油圧制御弁Ｍ３の
機能に異常が生じた場合は、前記油圧供給手段Ｍ２と前
記全油圧パワーステアリング装置Ｍ６の油圧供給ポート
Ｍ６ｃとを導通させるべく油圧経路の切替えを行う切替
え手段Ｍ７とを有する操舵制御装置により達成される。

【００１２】

【作用】本発明に係る操舵制御装置において、前記油圧
制御弁Ｍ３が正常に機能している場合は、前記油圧供給
手段Ｍ２で発生した油圧は前記切替え手段Ｍ７を介して
前記油圧制御弁Ｍ３の油圧供給ポートＭ３ｃに導かれ
る。従って、ステアリングホイールが操作され、前記油
圧制御弁駆動手段Ｍ５によって前記油圧制御弁Ｍ３の作
動軸Ｍ３ｄにトルクが与えられると、前記シリンダＭ１
の第１及び第２の油圧室Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃにそのトルクに
応じた差圧が導かれ、前記ラックバーＭ０が操舵され
る。

【００１３】また、前記油圧制御弁Ｍ３に異常が生ずる
と、前記油圧供給手段Ｍ２で発生した油圧は、前記切替
え手段Ｍ７を介して前記全油圧パワーステアリング装置
Ｍ６の油圧供給ポートＭ６ｃに導かれる。従って、かか
る状況下でステアリングホイールが操作されると、その
回転角に応じた大きさの油圧が、前記シリンダＭ１の第
１又は第２の油圧室Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃに供給され、前記ラ
ックバーＭ０が操舵される。

【００１４】この場合、操舵用ギヤボックスに相当する
前記油圧制御弁Ｍ３は、前記油圧制御弁駆動手段Ｍ５に
よって駆動されるため、ステアリングホイールと前記油
圧制御弁Ｍ３との間にステアリングシャフトを配設する
必要はない。

【００１５】更に、フェールセーフ機能を前記全油圧パ
ワーステアリング装置によって確保しているため、前記
油圧制御弁Ｍ３に異常が生じた場合にも、ステアリング
ホイールと前記油圧制御弁Ｍ３とを直結する必要がな
く、かかる観点からもステアリングホイールと前記油圧
制御弁Ｍ３との間にステアリングシャフトを配設する必
要がない。

【００１６】

【実施例】図２は、本発明の一実施例である操舵制御装
置の全体構成図を示す。同図に示すように、ステアリン
グホイール１０に連結するステアリングシャフト１２に
は、操舵反力モータ１４と操舵角センサ１５が連結され
ている。

【００１７】この操舵角センサ１５は、前記した操舵角
検出手段Ｍ４に相当し、ステアリングシャフト１２の回
転角を検出し、その検出値をコントローラ１６に出力す
る。また、操舵反力モータ１４は、ステアリングシャフ
ト１２に対して適当なトルクを加える機能をも備えてお
り、コントローラ１６が後述の如く演算するトルクを、
操舵反力としてステアリングシャフト１２に伝達する。

【００１８】コントローラ１６はマイクロコンピュータ
を主体に構成され、後述の操舵モータ１８と共に前記し
た油圧制御弁駆動手段Ｍ５を、第１切替バルブ２０及び
第２切替バルブ２２と共に前記した切替え手段Ｍ７を構
成する本実施例の操舵制御装置の要部である。

【００１９】操舵モータ１８は、コントローラ１６から
供給される指令信号に応じて、適当な向きに、適当な回
転角だけ回転するモータであり、その回転軸にはパワー
ステアリングバルブ（以下ＰＳバルブと称す）２４の作
動軸２４ａが連結されている。

【００２０】このＰＳバルブ２４は、前記した油圧制御
弁Ｍ３に相当し、本実施例の操舵制御装置における操舵
用ギヤボックスを構成している。ここで、本実施例のＰ
Ｓバルブ２４は、車両の操舵輪である左右前輪を操舵す
るラックバー２６を駆動するピニオンギヤを備え、上記
した操舵モータ１８に連結される作動軸２４ａに加えら
れたトルクをラックバー２６に伝達する機能と、作動軸
２４ａに加えられたトルクに応じたパワーアシストを実
現すべく油圧制御を行う機能とを併せ持つ部材である。

【００２１】すなわち、ＰＳバルブ２４は、前記した油
圧供給ポートＭ３ｃに相当するポートとして、外部から
必要な油圧の供給を受ける油圧流入ポート２４ｂ及びＰ
Ｓバルブ２４内を流通してきた油液を外部に排出する油
圧流出ポート２４ｃと、前記した第１及び第２の油圧ポ
ートＭ３ａ，Ｍ３ｂに相当する油圧ポート２４ｄ，２４
ｅを備えている。

【００２２】油圧ポート２４ｄ，２４ｅは、ＰＳバルブ
２４内部で油圧流入ポート２４ｂ及び油圧流出ポート２
４ｃと導通しており、油圧流入ポート２４ｂに適当な油
圧の供給を受けた状態で作動軸２４ａに何らトルクが加
えられていない場合には、両油圧ポート２４ｄ，２４ｅ
には共に油圧流入ポート２４ｂに供給された油圧がその
まま発生する。

【００２３】そして、作動軸２４ａに何れかの向きのト
ルクが生ずると、ＰＳバルブ２４内部にそのトルクに応
じた変位が生じ、そのバルブ内の相対変位によりバルブ
内の絞りが機能して２つの油圧ポート２４ｄ，２４ｅに
差圧が生ずる。

【００２４】ところで、ＰＳバルブ２４の油圧ポート２
４ｄ，２４ｅは、共にシリンダ２８に連通している。シ
リンダ２８は、その内部に、ラックバー２６に連結する
ピストン２８ａを備えており、上記油圧ポート２４ｄ，
２４ｅは、それぞれピストン２８ａの左側の空間（以
下、第１の油圧室と称す）２８ｂ、及び右側の空間（以
下第２の油圧室と称す）２８ｃに連通している。

【００２５】従って、ＰＳバルブ２４の作動軸２４ａに
何らトルクが印加されていない場合には、シリンダ２８
において第１の油圧室２８ｂの内圧と第２の油圧室２８
ｃの内圧とが均衡し、ラックバー２６が操舵されること
はない。

【００２６】一方、ＰＳバルブ２４の作動軸２４ａに何
らかのトルクが印加されると、そのトルクがピニオンギ
ヤを介してラックバーに伝達されると共に、油圧ポート
２４ｄ，２４ｅ間に生じた差圧が第１及び第２の油圧室
２８ｂ，２８ｃに伝達されてピストン２８ａにラックバ
ー２６の操舵力をアシストする推力が加わる。

【００２７】このため、かかる状況でステアリングホイ
ール１０が操作され、コントローラ１６の指令に従って
操舵モータが回転すると、その回転量に応じてラックバ
ー２６に連結する左右前輪が適切に操舵されることにな
る。

【００２８】ここで、本実施例の操舵制御装置は、ラッ
クバー２６に、ラックバー２６に生ずる歪みを検出する
ラックバー軸力センサ（図示せず）を備え、その検出結
果に基づいて操舵時における反力の演算を行っている。
そして、かかる演算により求められた反力に対応するト
ルクを操舵反力モータ１４によって発生させる構成とし
ている。

【００２９】このため、ステアリングホイール１０とＰ
Ｓバルブ２４とが機械的に分離されているにも関わら
ず、ステアリングホイール１０には、操舵量、操舵速度
等に応じた反力が発生することになり、運転者に対して
違和感のない操舵感覚を与えることができる。

【００３０】第１切替バルブ２０は、前記した油圧供給
手段Ｍ２に相当するＰＳポンプ３０、及びＰＳポンプ３
０が汲み上げる油液をリザーブするリザーバタンク３２
と、ＰＳバルブ２４の油圧流入ポート２４ｂ、及び油圧
流出ポート２４ｃとの導通、及び全油圧パワーステアリ
ング装置３４の油圧流入ポート３４ａ，油圧流出ポート
３４ｂとの導通を制御する３位置の電磁切替弁であり、
その制御はコントローラ１６によって行われる。

【００３１】第２切替バルブ２２は、ＰＳバルブ２４の
油圧ポート２４ｄ，２４ｅとシリンダ２８との導通、及
び油圧ポート３４ｃ，３４ｄとシリンダ２８との導通を
制御する３位置の電磁切替弁であり、上記第１切替バル
ブ２０と同様コントローラ１６によって制御される。

【００３２】ここで、これら第１及び第２切替バルブ２
０，２２は、常態では図２に示すようにＰＳポンプ３０
及びシリンダ２８をＰＳバルブ２４に導通させるように
制御される一方、ＰＳバルブ２４の動作に異常が検出さ
れた場合は、図３に示す如くその位置が切替えられる。

【００３３】すなわち図３は、ＰＳポンプ３０及びシリ
ンダ２８が、本実施例の操舵制御装置のフェールセーフ
機構を司る全油圧パワーステアリング装置（以下、全油
圧ＰＳと称す）３４に連通された状態を示す。この場
合、ＰＳバルブ２４は、その油圧流入ポート２４ｂと油
圧流出ポート２４ｃが導通され、また２つの油圧ポート
２４ｄ，２４ｅが導通された状態となり、以後操舵モー
タ１８にトルクが発生しても、その影響でピストン２８
ａに推力が生ずることはない。

【００３４】全油圧ＰＳ３４は、ＰＳポンプ３０及びリ
ザーバタンク３２に連通して前記した油圧供給ポートＭ
６ｃを構成する油圧流入ポート３４ａ、油圧流出ポート
３４ｂと、シリンダ２８の第１及び第２の油圧室２８
ｂ，２８ｃにそれぞれ連通して前記した第１及び第２の
油圧ポートＭ６ａ，Ｍ６ｂを構成する油圧ポート３４
ｃ，３４ｄを備えている。

【００３５】そして、油圧流入ポート３４ａに適当な油
圧の供給を受けた状態でステアリングホイール１０が操
舵されると、その回転角に応じた油量の油液を何れかの
油圧ポート３４ｃ，３４ｄから流出させる。

【００３６】すなわち、全油圧ＰＳ３４はステアリング
シャフト１２の回転に伴って切替え操作の行われるロー
タリバルブ３６と、このロータリバルブ３６と機械的に
連動し、油圧流入ポート３４ａからロータリバルブ３６
を経由して供給された油液を、ステアリングシャフト１
２の回転角に対応する油量でシリンダ２８に供給するメ
ータリング装置３８とから構成されている。

【００３７】つまり、上記構成においてステアリングホ
イール１０が右に操舵されると、ロータリバルブ３６は
中立位置から図中（ａ）位置に切り替わり、またステア
リングホイールが左に操舵されると、ロータリバルブ３
６が図中（ｂ）位置に切り替わり、ＰＳポンプ３０から
ロータリバルブ３６を経てメータリング装置３８に至
り、ここでステアリングホイール１０の回転角に対応す
る油量に制御された油液が、それぞれシリンダ２８の第
１の油圧室２８ｂ、又は第２の油圧室２８ｃに流入する
ことになる。

【００３８】この結果、ピストン２８ａには右方向、又
は左方向に推力が発生し、ラックバー２６を介して左右
前輪が操舵される。この際、ピストン２８ａの変位に従
ってシリンダ２８から押し出された油液は、ロータリバ
ルブ３６を経て油圧流出口３４ｂに導かれ、以後リザー
バタンク３２へと還流する。

【００３９】ところで、上記した全油圧ＰＳ３４は、ロ
ータリバルブ３６とメータリング装置３８とを主構成要
素とする比較的簡単な構成の装置である。更に、ＰＳバ
ルブ２４におけるピニオンギヤの如き機械的連結部も必
要としないことから必要な剛性確保も容易であり、その
体格を小さく実現することができる。

【００４０】つまり、全油圧ＰＳ３４は、その構成上操
舵反力の確保が困難なため操舵感覚に違和感が生じた
り、ステアリングホイール１０のニュートラル位置にず
れを生じたり等の課題は有するものの、簡単な構成で確
実にステアリングホイール１０の動作を左右前輪に伝達
することができる。

【００４１】従って、本実施例の操舵制御装置の如くス
テアバイワイヤ式操舵装置のフェールセーフ機構を全油
圧ＰＳ３４によって構成する場合、従来必要とされてい
たステアリングシャフトを設けることなく確実に機能す
るフェールセーフ機構を実現することができ、大幅な車
両の軽量化が実現できると共に、ステアリングシャフト
を廃止することができるため、衝突時におけるステアリ
ングホイール１０の後退を防止できて安全性を高めるこ
とができる。

【００４２】更に、全油圧ＰＳ３４が比較的小型である
こと、全油圧ＰＳ３４とシリンダ２８との位置関係は両
者を連通する油圧配管によって任意に設定できること等
から、操舵制御装置の組み付け作業性が向上すると共
に、設計の自由度が向上して搭載スペースの確保が容易
となるという特長をも有している。

【００４３】このように、本実施例の操舵制御装置によ
れば、ステアバイワイヤ式操舵装置のもつ本来的な効
果、すなわち現実に運転者によって成されたステアリン
グ操作を補正して理想的な操舵量を確保し得る効果を確
保しつつ、そのフェールセーフ機構を全油圧ＰＳ３４に
より実現することで、ステアバイワイヤ式操舵装置のも
つ付随的な効果として、ステアリングホイール１０と操
舵用ギヤボックスたるＰＳバルブ２４との位置関係につ
いて高い設計上の自由度を確保することができるという
効果をも享受することができる。

【００４４】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、ステアリ
ングホイールと操舵用ギヤボックスに相当する油圧制御
弁とが機械的に分離された状態で、正常時にはステアバ
イワイヤ式操舵装置として機能する。そして、ステアバ
イワイヤ式操舵装置としての機能に異常が生じた場合に
は、全油圧パワーステアリングによってフェールセーフ
が行われ、ステアリングホイールとシリンダとの間にス
テアリングシャフトを配設することなく所望の機能を確
保することができる。

【００４５】このため、ステアリングホイールと操舵用
ギヤボックスに相当する油圧制御弁との位置関係は、両
者間に全油圧パワーステアリング装置とその油圧経路さ
え確保できれば任意に設定することができ、高い設計上
の自由度を確保することができる。このため、従来の装
置に比べて搭載スペースの有効利用、組み付け作業性の
改善に資することができる。更に、従来の装置において
必要とされていたステアリングシャフト、及びその連結
状態を制御するクラッチ等が不要となり、大幅に車両を
軽量化することができるという特長をも有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る操舵制御装置の原理構成図であ
る。

【図２】本発明の一実施例である操舵制御装置の正常機
能時の状態を表す全体構成図である。

【図３】本発明の一実施例である操舵制御装置のフェー
ルセーフ時の状態を表す全体構成図である。

【符号の説明】

Ｍ１，２８ シリンダ Ｍ２ 油圧供給手段 Ｍ３ 油圧制御弁 Ｍ４ 操舵角検出手段 Ｍ５ 油圧制御弁駆動手段 Ｍ６，３４ 全油圧パワーステアリング装置（全油圧Ｐ
Ｓ） Ｍ７ 切替え手段 １０ ステアリングホイール １２ ステアリングシャフト １６ コントローラ １８ 操舵モータ ２０ 第１切替バルブ ２２ 第２切替バルブ ２４ パワーステアリングバルブ（ＰＳバルブ） ２６ ラックバー ３０ ＰＳポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左右の操舵輪に連結するラックバーに固
   定されたピストンを備え、該ピストンによって仕切られ
   た第１の油圧室又は第２の油圧室に適当な油圧が供給さ
   れた際に操舵輪を操舵するシリンダと、 所定の油圧を発生する油圧供給手段と、 前記シリンダの第１の油圧室及び第２の油圧室にそれぞ
   れ連通する第１及び第２の油圧ポートと、前記油圧供給
   手段より油圧の供給を受ける油圧供給ポートとを備え、
   作動軸に加えられたトルクの向き及び大きさに応じて、
   前記油圧供給ポートに供給された油圧を元に、前記第１
   及び第２の油圧ポートに差圧を発生させる油圧制御弁
   と、 ステアリングシャフトの回転角を検出する操舵角検出手
   段と、 該操舵角検出手段の検出した回転角に基づいて、前記油
   圧制御弁の作動軸が適当な向きに適当な回転角だけ回転
   するように該作動軸に対してトルクを与える油圧制御弁
   駆動手段と、 前記シリンダの第１の油圧室及び第２の油圧室にそれぞ
   れ連通する第１及び第２の油圧ポートと、前記油圧供給
   手段より油圧の供給を受ける油圧供給ポートとを備え、
   該油圧供給ポートに供給された油圧を元に、前記ステア
   リングシャフトの回転角に応じた油圧を前記第１又は第
   ２の油圧ポートに発生させる全油圧パワーステアリング
   装置と、 前記油圧供給手段と、前記油圧制御弁の油圧供給ポート
   及び前記全油圧パワーステアリング装置の油圧供給ポー
   トとの間に介在し、前記油圧制御弁が正常に機能してい
   る場合は、前記油圧供給手段と前記油圧制御弁の油圧供
   給ポートとを導通させ、前記油圧制御弁の機能に異常が
   生じた場合は、前記油圧供給手段と前記全油圧パワース
   テアリング装置の油圧供給ポートとを導通させるべく油
   圧経路の切替えを行う切替え手段とを有することを特徴
   とする操舵制御装置。