JPS58156456A - 電子式ステアリングコントロ−ル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車におけるステアリング装置に係り、％に
−にでも安全に平易に操作することに好適な電子式パワ
ーステアリング装置に関する。

パワーステアリングは、大型電量車で操舵力を人間が安
全に動かすことのできるレベルまで下げることを目的と
していた。

しかし近年においては、一般小聾車におけるよ）安全な
よ〉平易な運転操作に主眼を置いている。

そのためパワーステアリングの正確な動作４にさること
ながら、重量軽減１人間工学的に見え安全性。

省エネルギーから効率の向上なども要求されているのが
現状である。

従来の速度感応式パワーステアリングにおいては、車速
に対応してステアリングへの反力を積極的に作るもの、
車速に対応してピストンへ流れる作動油への流動抵抗を
増加するものがあるが、前者は、反力を作る丸めにどの
ような車速に対してでも圧力を必要としている。この丸
め、常にポンプを負荷状態で運転させエネルギー損失が
大きくなっている。また、後者においても、常にポンプ
を負荷状態で回すことを必要としているためエネルギー
損失が大きくなっている。

本発明の目的は、エネルギー効率の良い、人間工学的に
安全な、信頼性の高い電子式パワーステアリング装置を
提供することＫある。

このような目的を達成するため、本発明は、車速を電気
的信号で取シ出し、その車速に応じて、シリンダーにか
かる圧力管コントロールし、高速走行時においてポンプ
の負荷を小さくシ、エネルギー損失を小さくし九もので
ある。

以下、本発明の一実施例を図ｒＴＪｔ−用いて説明する
。

嬉ＩＩＩは信置の構成を示す図である。前輪１があ勤、
この前輪の方向は、前輪１に連結されているラック４の
左右の摺動によって決定されている。

フッタ４には、これと同軸上にシリンダー７が配置され
、前記前輪ＩＫは、地面からの抵抗力と、ビｓオン３か
らフッタ４が受ける力と、シリ／ダーツ内のピストン７
．０左右の受圧面に作用する圧力の葺によゐ力とを受け
ている。

まえ、ハンドル２があｐｌこのハンドル２０回転にとも
なって回転するステアリングシャフト２、及び８にの末
端には前記ラック４と噛み合うヒ＝オンＳが切られてい
る。

ステアリングシャフト２．及び２ｂとの間には操舵力セ
ンナ−１０が内藏されており、第２図（荀およびｇ意５
ｌｌ（ＩＩの１ｂ−１ｂＫおける断面図である第ｓ−に
示すように、ステアリングシャフト２、と２ｈとはスプ
ライン結合され、スプラインの１つの皺の両面に圧電素
子１０Ｃ及び１０ｄが挿入されている。

ハンドル２に回転力が与えられると、その回転力の方向
によって、圧電素子１０Ｃと１０ｄのどちらか一万に圧
力が加えられ、この結果起電力を発生し、第１図に示す
ように１信号１０ａＴｏるいは１０ｂとして制御回路９
に入力される。ハンドル２に回転力が与えられない場合
には、圧電素子１０Ｃと１０ｄＫは圧力は加えられずに
、どちらの圧電素子１０Ｃと１０ｄとも起電力を発生し
ない。またハンドル２に回転力が与えられていない場合
においても、前輪に運転者が意図しない力（横風による
舵行方、あるいは路面の変化によって車輪の受ける力）
が働く場合でも、ステアリングシャフト２−に回転力が
働き、どちらかの圧電素子１０Ｃまたは１０ｄＫ圧力が
加わシ、起電力が生じ、信号１０ｍ及び１０ｂとして制
御回路９に入力される。したがって、信号１ｏａと１０
ｂを検出すれば、単輪に加える操作力をどちらの方向に
働かせれば良いかを判断することができる。

一方、方向制御弁８があり、この方向制御弁８は、制御
ＩＩＫ回路９によって駆動されるソレノイド８ｍ及び８
ｂの吸引力で方向を決定する本のである。ソレノイド８
ｍ及び８ｂＫ励磁電流が流れていない場合、方向制御弁
８の方向け、シリンダー作用圧１６を塞ぎ、ドレイン圧
１７とシリンダー７の左右の圧力室器及び６とを連絡し
、ソレノイド８烏に励磁電流が印加されると、圧力室５
とシリンダー作用圧１６とが連絡し、圧力室６とドレイ
ン圧１７とが連絡する。逆に１ンレノイド８ｂに励磁電
流が印加されると圧力制御弁８は、圧力車重とドレイン
圧１７とを１圧力室６とシリンダー作用圧１６とが連絡
する。圧力室５と圧力室６に圧力の差ができるとその圧
力差にピストン７の受圧面積を掛は丸だけの力が２ツク
４及び前輪ｌに加わ如ステアリングの操舵力を助力する
ことがてきる。ま九その力の方向は制御回路９で決定で
きるように１にっている。

前記制御回路９の構成は第３図に示すようになつており
操舵力センサーからの信号１０１．１０ｂがそれぞれ入
力されるとトランジスターＴ、５及びＴ、′６がＯＮと
なシ、それぞれ方向制御弁８のソレノイド８ａ及び８ｂ
Ｋ励磁電流が流れるようになっている。

信号ＩＱｓ＋、及び１０ｂは同時にＯＮすることはない
丸め、方向制御弁８は２つのソレノイドによって３つの
方向を選択するようになっている。

すなわち、信号１０１がＯＮの時にシリンダー作用圧１
６と圧力室５を、一方信号１０ｂがＯＮの時にシリンダ
ー作用圧１６と圧力室６を連絡し、信号１０ｍと信号１
０ｂが両者と４ＯＦＦの時に１圧力室５と圧力１６とを
連絡する。このため、運転者がハンドルを切った方向に
カが働く様に作用力が働くため、運転者の必要な操舵力
は実際に前輪を転回させるに必要な力からピストン７、
・の作用力を差し引いた力となる。ま九、運転者がハン
ドルを切らない場合においても、前輪に予期せぬ力が加
わった時に、信号１０ｍ、１０ｂがＯＮＬその予期せぬ
力に対向する方向に１　ピストン７゜Ｋ圧力を自動的に
作用させ、ハンドルには大きな力が加えられず、車の方
向を自動的に直進方向に　−保つ１１に働くようＫなる
。

以上の様なシリ７ダー７の動作によって、ステアリング
の操作力は軽くすることができるが、人間工学的に見れ
ば、ハンドルを軽くすることだけが安全な自動車走行と
は言えない。つまり高速走行時においては、逆にハンド
ルが重い方が車の直進性が良くなり走行が安定する。し
たがって車速に比例して操舵力を小さくすることが必要
となる。

本発明では、シリンダー作用圧１６の圧力値を車速に比
例して小さくするように制御している。

１１４図は、シリンダー作用圧１６′に制御する圧力制
御弁１２を示している。

コイル２０がＴｏヤ、このコイル２０に励磁電流を印加
すると、前記コイル２０を内包するコア！！３．ケース
！Ｉ４．および中心軸上に配置されたプランジャ３１．
空隙、コア２３と通過し、コア２８とプランジャ３１と
の間に吸引力が働くように１にっている。プランジャ３
１は前記吸引力と前記プランジャ３１を押圧するスプリ
ング４７との反力が釣り合う位置で静止するようになっ
ている。

またプランジャ３１にはスプール３２が一体結合され、
吸引力によってスプール３２の位置が決定され巻ように
なっている。圧力ボート３５１にはドレイン圧１７が、
また圧力ボート３５　ｂＫはフィン圧１５が作用してい
るため、スプールの位置によシ各々の圧カポ−）３５ｍ
、３５ｂの開度が定まシ、圧力室４５の圧力が定まるよ
うになっている。従って励磁電流量によって吸引力を決
定し、スプールの位置を制御し、圧力室４５の圧力を制
御するものである。また、圧力室４５の圧力は、連絡穴
４６．圧力室４７．連絡穴４８を通って圧力Ｎ４９に伝
えられるようになっている。ピストン４９は、図中の右
側よシバネ力を受け、左側より圧力室４９の圧力とピス
トン４９の受圧面積を掛は合わせただけの力を受け、両
者が釣り合う位置で静止するよう罠なっている。このピ
ストン４９の位置は一次コイル２６．二次コイル２５゜
２７の磁気抵抗を変化させるようになっている。

従って、これらコイルに流れる電流を検出すればピスト
ンの位置を検知することができ、圧力室４９、圧力室４
ｓの圧力値を知ることができる。

このピストン４９の配置を電磁弁のスプール弁と反対側
とし、電磁弁と一体型とした丸め、圧力１１４９と圧力
ｉ［４５とを同じ圧力とする目的で、スプール３２とバ
ネオサエ２２に連絡路４６と連絡路４８を設ける必要が
生まれ九が、これは、圧力ｉ［４５と圧力ｍ４７と圧力
ｉ！４３と金等しい圧力とすることができ、プランジャ
８１．スプール４３の全周に加わる圧力が全て等しくな
シ、スプール４３０移動に関して圧力の操作力が働かな
いという利点が生まれ友、すなわち、スプール４３の位
置には、プランジャ３１の吸引力とバネ力だけが関与し
、圧力とは無関係となっ九、しかしながら、圧カポ−）
３５ａ、ａｓｂから流入する油の７０−フオースｔ−回
避することはできない。この丸め、圧力ボートの形状を
非常に小さくし圧カ富４５に流入する油の流量を小さく
しフローフォースの影響を′ｅ自るだけ低くおさえた。

この丸め、このスプールバルブ３２だけでは流量を多量
に流すことができないために、後段に新たなスプールバ
ルブ３３を配置した。

スプール３３では常にボート３７ｍが開いている。スプ
ール３３が図中の右側に動くとするとボー）３７ｂが開
き、右側に動くとボート３７ｂが塞がれる様になる。圧
力室３７の圧力はこのスプール３３の位置によって定ま
るが、スプール３３の位置は圧力室４０の圧力と圧力室
３６が等しいときに静止する丸め、圧力室３７と圧力室
３６とを結ぶ連絡路３３５１を設けると、圧力室４０と
圧力室３７．圧力室３６との圧力が等しくなる様にスプ
ールは移動し静止する。また、ボー）３７１゜３７ｂの
径を大きくとると、多量の流量を流しても圧力の降下が
起こらずに１圧力室４０の圧力すなわち、コイル２０に
流れる電ｆｌＬＫ対応した圧力が、シリンダー作用圧１
６に流れることきなる。

を九常にボート３７ｍが開いている丸め、シリンダー作
用圧１６をきわめて低く設定すると、ボー）３７ｂが＃
１とんど開いた状態となる。つｔ）、ポンプからのツイ
ン圧１５は、あたかもドレイン圧１７と直結された状態
とな９、ポンプは無負荷で作動することとなシ、ポンプ
の消費するエネルギーは極めて小さくなる。

次に制−回路９の圧力制御弁１２による駆動状−を説明
する。

第Ｓ図において発振器から出力されるパルス信号は、プ
リップフロップに入力され、フリップフロップの出力Ｑ
は、デユーティ比の極めて大きなパルス信号となる。Ｑ
がｒＬＪの時にトランジスターＴ、ｌがＯＮとな）、ト
ランジスターＴ、　２０ベース電圧はｒＨＪとな夛、Ｔ
、２けＯＦＦ’状ｍＫ＆る。この時、ＱはｒＨＪである
からトランジスターＴｔ３はＯＮとなり、コンデンサー
０１に加わる電圧は零となる。ＱがｒＬＪＯ時、トラン
ジスター７．３が閉じ、ＱがｒＨＪとなるのでトランジ
スターＴｔ１も閉じる。従ってトランジスターＴ、２０
ベース電圧は％ＶＣＣを抵抗Ｒ１゜Ｂ２で分割しえ電圧
値をとりこの電圧値が一定であるとすると、Ｔ、２の工
Ｚツターコレクタ関を流れる電流は一定値をとる。すな
わち、定電流である。この電流は、コンデンサｃ１に蓄
えられる。

従って、コンデンサｃ１の電圧値は第６図の８２の如く
なる。

一方、車速信号１１け、第５図の１１の様に車速に比例
して増加するが、抵抗Ｒ４，Ｒ５をＲ４＝Ｒ５と設定す
ると、オペアンプＯＰＩの出力波形Ｓ１は、第５図の如
くとなる。ここでＺｌけツェナーＺ１で規定される電圧
である。

また、シリンダー作用圧１６の圧力値を検出するソレノ
イド２５，２６．２７からの信号１２ｂは処理回路に入
力され、シリンダー作用圧１６にほぼ比カして増加する
信号８３に変換される。この信号８３はさらにオペアン
プＯＰ２で２倍に増幅されて、次段のオペアンプＯＰ３
で、次式の様に変換される。

オペアンプＯＰ４では、先に説明し良信号８２と信号８
４と比較することで、ｗｉ６図の８５の様なデユーティ
可変の信号に変換する。

これらの信号は、ソレノイド２０．シリンダー油圧１ｇ
、圧力変換ソレノイド２５，２６，２７゜信号１２ｂ、
処理回路、オペアンプＯＰ　２　、　ＯＦ２゜ＯＦ２の
間で閉ループの制御系を構成し、信号８３は次式の値で
安定する。

８３＝８１　　　　　　　　・・・・旧・・（２）すな
わち、シリンダー作用圧１６の圧力信号であるＢ３は、
常に指定値８１に追従して安定するのである。を九第５
図において、ｓｌは車速に対して、図の如くの特性を持
つため、シリンダー作用圧もまえ、車速に対応して、図
中の８１の如くＫする。つ塘）シリンダー作用圧１６は
、車速の増加に対して、その値がゼロになるまで減少し
続けるというむとである。

第１１１Ｋｊ！ｊ）、ハンドル２の操舵時におけるシリ
ンダー７の、圧力ｉ［ｓと圧力室６の圧力差による操舵
助力は、シリンダー作用圧１６が、車速に対して低くｅ
ゐ九め、車速に応じて弱くなるのである。このことは、
換言すれば、車速かパーキング時における速度、あるい
はそれに類し九速度の時に、大きな助力が得られ、ハン
ドルが軽くな〕、車が高速時においては全く助力が得ら
れずノ・ンドルが重くなり、＾迷走行中の車の安定性を
得ることを可能とするものである。

以上述べたように本実施例によれば、車の速度に対応し
てハンドルの操作力を助力する力を減少させ、低速時に
平易なハンドル操作を、高速時には車の安定性を増すこ
とに効果が１、さらに１人間の意志とは別に自動的に車
の直進性を増すことに効果がある。

また、ポンプの負荷を高速走行時にほとんど無くすこと
ができた丸め、ポンプのエネルギーロスを極めて低く押
えることに効果がある。

またさらに、構成部品を小製にすることができる丸め、
重量軽減に効果がある。

本発明によれば、ポンプの負荷を可変としたことで、エ
ネルギー効率を改善することができ、まえ、従来のステ
アリング装置に操舵力と援助力を、電子回路と油圧を使
って制御し九ことによシ、信頼性を失なうことなく安全
なステアリングができるようＫする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子式パワーステアリング装置の
一実施例を示す構成図、第２図（荀、（ｂ）Ｖｉ前記装
置に用いられる操舵力センサーの一実施例を示す構成図
及び断面図、第３図は前記装置に用いられる制御回路の
一実施例を示す図、第４図は前記装置に用いられる圧力
制御弁の一実施例金示す断面図、第５図は車速に対する
電圧値を示す特性図、第６図は前記制御回路の動作にお
けるタイムチャートである。 ｌ・・・前輪、２・・・ハンドル、３・・・ピニオン、
４・・・ラック、５．６・・・圧力室、７・・・シリン
ダー、８・・・方向制御弁、９−・・制御回路、１０・
・・操舵力センサー、１１・・・阜遮僅号、１２・・・
圧力制御弁、１３・・・ポンプ、１４・・・ダンク、１
５・・・ポンプライン圧、１６・・・シリンダー作用圧
％１７・・・ドレイン圧、２０゜２！ｊｅ　２ｍ、２７
−１４Ｊｖ（：／し／（）”）、２１・−ｉ４　＄、ｇ
　ｊｌ　、−、ｐ＜　＄オナエ、２３・・・コア、２４
・・・ケース、２９・・・ピストン、３０・・・ノ（ネ
、３１−・・プランジャ、３２．３３・・・スプール、
３４・・・ガイド、３６．３７．４Ｇ、４３，４５，４
７．４８・・・圧力室、８３ｍ、４１，４４．４６．４
８・・・連絡路。 ゛（６ ′ｆＪｌｆ］ ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ステアリングの操舵力の加わる方向を検知する操
   舵力センサーと、この操舵力センサーからの信号と車速
   に対応し良信号と現在シリンダーに流れている油の作用
   圧に対応した信号とが入力される制御回路と、この制御
   回路によってポンプから出力されるライン圧を得てシリ
   ンダ作用圧を任意の圧力に制御する圧力制御弁と、前記
   制御回路によって前記シリンダー作動圧の方向制御する
   方向制御弁と、ランクと同軸上に配置され前記方向制御
   弁に左右の圧力室が連絡されるシリンダーと、前記ラン
   クと噛み合うビニオンと、を有したステアリングシャフ
   トとによって構成されることを特徴とし圧電子式ステア
   リングコントロールｉｔ。 ２　操舵力センサーは互いにスプラ゛インで結合される
   ２つのスプラインシャフトの前記スプラインのある１つ
   の歯の両側に圧電素子を挿入した特許請求の範囲第１項
   記載の電子式ステアリングコントロール装置。 亀　圧力制御弁は、スプールパルプと反対側に配置し九
   圧力検出を一体化してなる特許請求の範四縞１項記載の
   電子式ステアリングコントロール装置。 表　圧力制御弁は、２つのスプールパルプを有しそのウ
   チー万のスプールパルプの１つの油の流入口をＩＩＫ開
   放状態とじ九特許請求の範囲第１項及び１１１３項記載
   の電子式ステアリングコントロール装置。