JPS6246772A - 自動車のステアリング装置 - Google Patents

自動車のステアリング装置

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JPS6246772A
JPS6246772A JP60186387A JP18638785A JPS6246772A JP S6246772 A JPS6246772 A JP S6246772A JP 60186387 A JP60186387 A JP 60186387A JP 18638785 A JP18638785 A JP 18638785A JP S6246772 A JPS6246772 A JP S6246772A
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Hirotaka Kanazawa
金澤 啓隆
Maki Watanabe
真樹 渡辺
Akihiko Miyoshi
三好 晃彦
Hitoshi Nakajima
中嶋 仁志
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、自動1工のハンドル舵角に対する車輪舵角の
伝達比〈減速比)を変化させ(qるようにしたステアリ
ング装置に関するものである。
(従来の技術) 一般に、自動車のステアリング装置は、ステアリングハ
ンドルの回転運動をラックアンドビニオン等のステアリ
ングギヤ装置を介してタイロッドの横方向の変位運動に
変換し、該タイロッドの両端部に連結された左右の操舵
車輪の向きを変化させるものであるが、上記ステアリン
グハンドルの回転量(ハンドル舵角)と車輪のきれ角(
車輪舵角)とは通常、常に一定の対応関係に保持されて
いる。しかし、例えば自動車の高速走行時には−[記ハ
ンドル舵角に対する車輪舵角の伝達比を大きくして一定
ハンドル舵角に対する車輪舵角の大きさを小さくするこ
とが走行安定性を確保する上で望ましく、一方、低速走
行時には、自動車の挙動を俊敏化させて良好な運転フィ
ーリングを得たり、あるいは車庫入れを容易化する等の
見地から、上記伝達比を逆に小さくして一定ハンドル舵
角に対する車輪舵角を大きくすることが望ましい。
そこで、かかる要求を満たすために、従来、例えば特開
昭58−224852号公報に開示されているように、
自動車の車速に応じて上記のハンドル舵角に対する車輪
舵角の伝達比を変化させるようにした車速感応型のステ
アリング装置が提案されている。これは、ステアリング
ハンドルとステアリングコラムとの間に、対向する一対
の可変ピッチブーりと両ブーり間に巻き掛けられたVベ
ルトとからなるベルト式無段変速機構を設けるとともに
、被駆動側のブーりのピッチ径を車速が上昇するほど大
きくなるようにステッピングモータにより制御するよう
にしたものである。これによれば、ハンドルからステア
リングコラムへの回転伝達比が車速の高速時はど大きく
なり、その結果、一定のハンドル舵角に対する車輪の転
舵角が高速時には小さく、低速時には大ぎくなり、車速
に対応した良好なステアリング特性が得られることとな
る。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、こうしてハンドル舵角に対する車輪舵角の伝
達比を車速等に応じて可変制御する伝達化可変システム
を備えたステアリング装置に、操舵力をアシストするパ
ワーステアリング機構を装備した場合、例えば伝達比の
小さくなる低車速時に運転者がハンドルを素早く操舵し
たときには、上記伝達比の小さい分だけパワーステアリ
ング機構におけるパワーシリンダのピストン速度が速ま
ることになる。しかし、油圧ポンプからパワーシリンダ
へ供給される圧油の流■には限度があるので、その圧油
流量が上記ピストン速度に対応せずに相対的に不足し、
この圧油の流用不足によりパワーステアリング機構が脱
調状態となって車輪の転舵遅れが生じるという問題があ
る。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、上記の如く、ハンドル舵角に対する車輪
舵角の伝達比を変化させる伝達比可変手段とパワーステ
アリング機構との両方をステアリング装置に適用した場
合において、ハンドル操舵への抵抗力の付与によりその
操舵速度の上昇を抑えて、操舵速度をパワーステアリン
グ機構の作動速度と対応させるようにすることにより、
操舵速度が速いときに圧油流量不足に起因して生じる車
輪の転舵遅れを防止できるようにすることにある。
(問題点を解決するICめの手段) 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ステ
アリングハンドルとタイロッドとの間の操舵力伝達経路
中に伝達比可変手段を設け、該伝達比可変手段によりハ
ンドル舵角に対する車輪舵角の伝達比を変化させるよう
にする。この伝達比可変手段は、例えば遊星歯車機構や
差動歯車機構と、その歯車機構を作動制御するステッピ
ングモータ等のアクチュエータとで構成される。また、
自動車の車速等の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、該検出手段からの出力信号に応じて上記伝達比可変
手段を制御するコントローラとを設ける。
さらに、上記伝達比可変手段とタイロッドとの間の操舵
力伝達経路中に操舵アシスト力を発生するパワーステア
リング機構を設(プるとともに、上記ハンドルの操舵速
度に応じてハンドル操舵に対する手応え力を変化させる
手応え装置を設りた構成とする。
(作用) したがって、上記の構成により、本発明では、ステアリ
ングハンドルを操舵して車輪を転舵すると、該ハンドル
の操舵に伴ってパワーステアリング機構が作動して操舵
力がアシストされながら車輪が転舵されるとともに、運
転状態検出手段の信号を受けたコントローラにより伝達
比可変手段が作動制御され、ハンドル舵角に対する車輪
舵角の伝達比が可変制御される。
そのとき、上記ハンドルの操舵速度に応じて手応え8i
置によるハンドル操舵に対する手応え力が可変制御され
る。それ故、この手応え装置による手応え力の可変制御
をハンドルの操舵速度が速くなるほど手応え力が大きく
なるように行うと、ハンドルを素♀く操舵してもその操
舵速度は実質的に低く抑えられてパワーステアリング機
構への圧油流量が十分に確保され、圧油流量不足に起因
する車輪の転舵遅れが有効に回避できることになる。
〈実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例に係る自動車のステアリング装
置の全体構成を示し、1はステアリングハンドル、3は
該ステアリングハンドル1の回転運動を車輪8,8の転
舵運動に変換するラックピニオン式のステアリングギヤ
装置であって、該ステアリグギヤ装置3は、第5図に拡
大詳示するように、ステアリングギヤボックス3a内に
ビニオン3bと、該ビニオン3bに噛み合う車体幅方向
に延びるランク3Cとを有し、上記ビニオン3bは第1
おJ:び第2の中間軸4.5ならびにハンドル軸2を介
して上記ハンドル1に連結され、一方、ラック3Cは各
タイロッド6およびナックルアーム(図示せず)を介し
て各車輪8に連結されている。
また、上記ハンドル1とステアリングギヤ装置3つまり
タイロッド6,6との間の操舵力伝達経路の途中には、
ハンドル舵角θHに対する車輪舵角θWへの伝達比Rを
変化させる伝達比可変手段9が設けられている。該伝達
比可変手段9は、第、2図ないし第4図に拡大詳示する
ように、上記第1の中間軸4と同一軸線上に対向配置さ
れかつ中間軸4と反対側の端部において上記ハンドル軸
2に対し互いに噛み合う入カギへ710.11を介して
駆動連結された入力軸12と、該入力軸12と中間軸4
との間に配設された遊星歯車式゛の差動歯車機構13と
を備えてなる。上記差動歯車機構13は、上記ハンドル
1側に連結される入力軸12に固着された入力ギヤ要素
としてのサンギヤ14と、上記車輪8,8側に連結され
る中間軸4に固着された出力ギヤ要素としてのリングギ
ヤ15と、該両ギヤ14.15間に両ギヤ14.15と
それぞれ噛み合うように等角度間隔で介在された反力ギ
ヤ要素としての例えば3個のプラネタリビニオン16,
16.・・・とからなり、該ビニオン16゜16、・・
・は上記入力軸12上に回転自在に外嵌合したビニオン
キャリア18にビニオン軸17,17、・・・を介して
担持されている。また、上記ビニオンキャリア18には
セクタギヤ19が形成され、該セクタギr19にはステ
ッピングモータ20の回転出力軸20aに固着したビニ
オン21が噛み合わされており、ステッピングモータ2
0の回転により差動歯車機構13の反力ギヤ要素として
のプラネタリピニオン16,16.・・・を作動制御し
、つまりビニオンキャリア18を入力軸12回りに回転
させて該キャリア18に担持されたプラネタリピニオン
16.16.・・・をサンギA714とリングギヤ15
との間で転勤させながら移動させ、このビニオン16,
16.・・・の移動によりハンドル軸2ないしサンギヤ
14からリングギヤ15および中間軸4に至る回転黴を
増減制御することにより、ハンドル舵角θHに対する車
輪舵角θWの伝達比Rを変化させるように構成されてい
る。
さらに、上記伝達比可変手段つとタイロッド6゜6との
間の操舵力伝達経路中にはハンドル1から車輪8.8に
伝達される操舵力に対しアシスト力を発生するパワース
テアリング機構22が装備されている。該パワーステア
リング機構22は、第5図に示すように、上記ステアリ
ング装置3のラック3Cと一方(図では車体左側)のタ
イロッド6との間に介在されかつランク3Cおよびタイ
ロッド6に連結されたピストン23aにより区画形成さ
れるシリンダ室23b、23bを内部に有する油圧式の
パワーシリンダ23と、ステアリングギヤ装置3のギヤ
ボックス3aに連設され、ハンドル1の操舵に応じて油
圧ポンプ(図示せず)から上記パワーシリンダ23のシ
リンダ室23b。
23bへ供給される圧油の供給方向を切り換えるととも
にその圧力を制御するロータリ式のコントロールバルブ
24とを備えてなり、油圧ポンプからの圧油をハンドル
1の操舵入力に応じてコントロールバルブ24で制御し
ながらパワーシリンダ23に供給し、そのパワーシリン
ダ23の出力により操舵力をアシストして車輪8,8を
転舵するようになされている。
また、上記ステアリングハンドル1と伝達比可変手段9
との間の操舵力伝達経路中には、ハンドル操舵に対し手
応え力を付与する手応え装置25が配設されている。該
手応え装置25は、第6図に拡大詳示するように、上記
ハンドル軸2に固着されたビニオン26と、該ビニオン
26に噛み合うラック27と、該ラック27と車体28
との間に介設された減衰力可変ダンパ29とを備えてな
る。上記可変ダンパ29は、内筒30とその外側に所定
の空間をあけて配置された外f7J31とからなる内外
2重構造のシリンダ32を備え、該シリンダ32はその
一端部に同軸状に一体的に結合した連結ロッド33を介
して上記ラック27に連結されている。また、上記内筒
3Q内にはピストン34が往復動自在に嵌挿され、該ビ
スl−ン34により内筒30内は油液で充満された第1
および第2の2つの油室35.36に区画されている。
また、上記ビス1〜ン34には軸方向に1通する中心孔
37aを有するピストンロッド37の一端部が一体的に
固定され、該ピストンロッド37はシリンダ32の他端
部に配設したロッドガイド38を摺動自在に貫通してシ
リンダ32外に延出され、その他端部はゴムブツシュ3
9を介して中休28にナツト40により固定されている
また、上記ピストン34には上記第1および第2油室3
5,36を連通させる油通孔4.1.41が形成されて
いるとともに、該8油通孔41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42.42が取
り付けられている。また、上記ピストンロッド37には
上記各油通孔41をバイパスして両油室35.36を連
通させるバイパス油通路43が形成され、該バイパス油
通路43はその内部に回転自在に液密1へ装した弁体4
4により開閉゛されるようになっている。すなわち、上
記弁体44は上記ピストンロッド37の中心孔37a内
に回転自在に嵌挿「しめたコントロールロッド45の一
端部に一体に固定されているとともに、連通孔46を有
しており、この連通孔46が第7図にも示すように上記
バイパス油通路43の第2油室36に対する間口部43
aと合致したときには、バイパス油通路43が開かれて
両油室35.36が連通され、一方、弁体44が第7図
に示す位置から例えば90’回転してその連通孔46が
上記間口部43aと合致しなくなったときには、バイパ
ス油通路43が閉じられて、両油室3’5.36のバイ
パス油通路43による連通が遮断される。よって、上記
バイパス油通路43が閏となっている状態では、ピスト
ン34が内筒30内を往復動する伸びおよび縮みの両行
程で両油室35.36f’、lを往来する油液が油通孔
41゜41のみを通って流れるために、ダンパ29はデ
ィスクバルブ42.42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43
が間となっている状態では、伸びおよび縮みの両行稈で
両油室35,36間を往来する油液が油通孔41,41
のみならずバイパス油通路43をも通って流れるために
、ダンパ29は減衰力の小さいソフト状態となるように
構成されている。
なお1.V記外筒31と内筒30との間の空間には内筒
30を取り巻くゴムチューブ47が配設され、該ゴムチ
ューブ47と内fi530との間の空間は加圧ガスが封
入されたガス室48に、また該ガス室48以外の外筒3
1と内筒30との間の空間は油液が充満されたリザーバ
室49にそれぞれ構成され、上記リザーバ室4つは内局
30の一端部内に配設したバルブ機構50を介して上記
第1油室35に連通されており、上記ピストンロッド3
7の変位に伴う内筒30内の容積変化をリザーバ室49
と第1油室35との間で油液が11−来することによっ
て補償し、またガス室48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づるようにしている。また、
51はシリンダ32を保護する保護筒である。
上記ダンパ29のビス1ヘンロッド37他端部を固定し
た中休28には該ピストンロッド37と共にブラケット
52が一体的に固定され、該ブラケツ[−52には、ダ
ンパ29の減衰力を調整する正逆回転可能な直流モータ
43が取り付りられている。該モータ53は、上記ダン
パ29のコントロールロッド45の他端部に回転一体に
係合された出力軸54と、該出力軸54に固定された回
転子55と、該回転子55と一体に回転する一対の円弧
状の1習動子56.57とを備えている。上記一方の摺
動子56はケース58に取り付けた固定接点59に対し
て常に接触し、他方の回動子57はケース58に取り付
けた2つの固定接点60,61に対して、そのストロ−
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づるように配設されており、
摺動子57が固定接点60(61)に接触している状態
で固定接点5つ、60(61)間に正負の電圧が印加さ
れると、出力軸54が回転し、この出力軸54の回転角
度が所定角磨く例えば90°)に達して上記摺動子57
と固定接点60 (61>との接触が遮断されると、出
力軸54の回転が停止されるように、すなわち出力軸5
4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53の出力軸54と上記ダンパ29
の二]ントロールロツド45との係合間係は、モータ5
3の出力軸54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、ダンパ29の弁体44がピストンロ
ッド37のバイパス油通路43を問いて、ダンパ29が
ソフ[へ状態になり、また出力軸54が回転ストローク
の他側端に位置付けられたときには、弁体44がバイパ
ス油通路43を閉じて、ダンパ29がハード状態になる
ように設定されている。
一方、第1図における70は、上記伝達比可変手段9の
ステッピングモータ2oおよび手応え装置25における
可変ダンパ駆動用のモータ53に制御信号を出力してそ
れらを制御するコンピュータよりなるコントローラであ
って、該]ン1−ローラ70には上記ステアリングハン
ドル1のハンドル舵角θHを検出するハンドル舵角セン
サ71と、自動車の車速を検出する車速センサ72との
各出力信号が入力されており、これら両センサ71゜7
2により自動車の運転状態を検出する運転状態検出手段
が構成される。上記コントローラ70は、第8図に詳示
するように、上記ハンドル舵角センサ゛71および車速
センサ72によりそれぞれ検出されたハンドル舵角θト
(および車速Vを、予め設定されて特性記憶部77に記
憶されている特性マツプに照合比較して伝達比可変手段
9で制御すべき目標伝達比Rを演f1する目標転舵比演
算部73ど、該演0部73の出力信号に基づいてステッ
ピングモータ20を、モータ回転角センサ74により検
出されたステッピングモータ20の実際の回転角が上記
演算された目標伝達比Rに対応するモータ20の制御最
に一致するようにパルス信号にて駆動するモータ駆動部
75と、上記車速センサ72により検出された車速Vに
応じて上記手応え装置25におけるモータ53を作動制
御して可変ダンパ29の減衰力特性つまり手応え装置2
5の手応え力持性を可変制御し、第9図に示すように、
車速Vが低いときには、可変ダンパ29をハード状態に
してハンドル操舵に対しその操舵速度θト(の低速時か
ら大きな減衰力を作用させる一方、車速Vが高いときに
は、可変ダンパ29をラフ1〜状態にて操舵速度υHが
ある程度上界したのらに減衰j>を作用させるように制
御するダンパ駆動制御311部76とからなる。尚、上
記演算部73で読み込まれる特性マツプは、ハンドル舵
角θト1に対する車輪舵角θWの伝達比Rが高Φ速時に
は大さく、低車速時には小さくなるように設定されてい
る。
、 よって、以上により、ハンドル1の操舵速度θHに
ヰづいて手応え装置25の手応え力を可変制御し、操舵
速度OHが速いときには手応え力)q、 lpi大させ
るように構成されている。
したがって、上記実施例においては、自動車の走行中、
ステアリングハンドル1を操舵づると、その動きはハン
ドル軸2を介して伝達化可変f段9における入力軸12
に伝達されて差動歯車機Ga513のサンギヤ14が回
転する。また、[記ハンドル1の操舵に伴って変化する
ハンドル舵角θHがハンドル舵角センサ71により検出
されるとともに、そのときの車速Vが車速センサ72に
よって検出され、これら両センサ71.72の出力信号
を受けたコントローラ7oから上記差動歯車機構13を
作動制御するステッピングモータ20に制御信号が出力
されて該モータ20が回転制御され、このモータ20の
回転によりピニオン21およびセクタギヤ19を介して
ビニオンキャリア18が回転駆動される。すなわち、上
記差動歯車機構13では、サンギヤ14がハンドル1の
舵角θHに比例した角度だけ回転すると同時に、ビニオ
ンキャリア18がコントローラ40により制御されるス
テッピングモータ20の回転角に応じて回転されるよう
になる。このため、差動歯車機構13のリングギヤ15
およびそれと一体の中間軸4は上記ハンドル舵角θHに
対しビニオンキャリア18の回転角を増減した角度だけ
回転ゴることになり、この中間軸4の回転により車輪8
.8が転舵され、このことによって車速Vが上昇するほ
どハンドル舵角θHに対する車輪舵角θWの伝達比Rが
大きくなるように可変制御される。
また、上記ハンドル1の操舵に連動する中間軸4.5の
回転に伴いパワーステアリング機構22が作動して、そ
の油圧ポンプからの吐出圧油がパワーシリンダ23に供
給され、このパワーシリンダ23の出力により上記ハン
ドル1から車輪8゜8に至る操舵力がアシストされる。
その場合、上記ハンドル1と伝達比可変手段9との間の
操舵力伝達経路中に可変ダンパ29よりなる手応え装置
25が配設され、その手応え装置25によりハンドル1
の操舵速度θHが速くなるほどハンドル操舵に対して大
きな手応え力が付与されるため、例えば伝達比Rの小さ
くなる低車速時、運転者がハンドル1を素速く操舵して
もその操舵速度θHは実質的に抑えられて一定以下に保
たれる。その結果、パワーステアリング機構22のパワ
ーシリンダ23への圧油流量は不足することなく十分な
流量に確保され、そのビス1ヘン23aをハンドル操舵
に対応して正確に移動さ1!:ることができ、よって車
輪8.8の転舵遅れを防止してそのハンドル操舵に対す
る応答性を高めることができる。
しかも、上記手応え装置25における可変ダンパ29の
減衰力(手応え力)の特性は車速Vに応じてソフトまた
はハードの状態に可変制御され、車速Vが上昇するほど
操舵速度θHの上昇変化に対する手応え力の変化率が緩
やかになるので、低車速時には、操舵速度θHが遅くて
も手応え力を増大させて、ハンドル操舵に対する車輪転
舵の過敏な働きを防ぐことができる一方、高車速時には
、操舵速度b +−1が遅い範囲での手応え力を低く保
って、機敏なハンドル操舵を可能とすることができる。
また、上記手応え装置25がハンドル1と伝達比可変手
段9との間の操舵力伝達経路中に設けられているため、
手応え装置25による手応え力をハンドル1の操舵に対
してのみ作用させることができ、その手応え力が伝達比
可変手段9のステッピングモータ20に負荷として作用
することはない。
尚、上記実施例では、手応え装置・25を可変ダンパ2
9で構成し、その可変ダンパ29の減衰力特性を車速V
に応じて変化させるようにしたが、固定ダンパを使用し
て、車速Vの変化に拘らず減衰力特性を一定に維持する
ようにしてもよい。
(発明の効果) 以上の如く、本発明ににれば、ハンドル舵角に対する車
輪舵角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、パワー
ステアリング機構とを備えた自動車のステアリング装置
において、ハンドル操舵に対して可変の手応え力を付与
する手応え装置を設けたことにより、ハンドルの操舵速
度の高速時、そのハンドル操舵に対する手応え力を増大
させ、その操舵速度を実質的に一定以下に保ってパワー
ステアリング機構への圧油流量を十分に確保することが
でき、中輪の転舵遅れを有効に防止してステアリング装
置における車輪転舵の応答性を向上させることができる
そして、上記手応答え装置における手応え力持性を車速
に応じて変化させるようにすれば、低車速時には、操舵
駆動に対する手応え力の変化率を大にして、ハンドル操
舵に対づる実舵角の過敏な動きを抑制できる一方、高車
速時には、操舵速度に対する手応えツノの変化率を小に
して機敏なハンドル操舵を可能とすることができる。
また、上記手応え装置をハンドルと伝達比可変手段との
間の操舵力伝達経路中に設けると、手応え装置による手
応え力が伝達比可変手段に負荷として加わることがなく
て有利である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示し、第1図はステアリング装
置の全体構成を示す斜視図、第2図は伝達比可変手段の
構成を示す断面図、第3図および第4図はそれぞれ第2
図の■−■線およびrV−IV線断面図、第5図はステ
アリングギヤ装置およびパワーステアリング機構の拡大
断面図、第6図は手応え装置の構成を示す断面図、第7
図は第6図のvI−■線拡大断面図、第8図はコントロ
ーラの構成を示すブロック図、第9図は車速に応じて変
化する可変ダンパの減衰力特性を示す特性図4である。 1・・・ステアリングハンドル、3・・・ステアリング
ギヤ装置、6・・・タイロッド、8・・・車輪、9・・
・伝達比可変手段、13・・・差i1J@車機構、20
・・・ステッピングモータ、22・・・パワーステアリ
ング機構、25・・・手応え装置、29・・・可変ダン
パ、53・・・モータ、70・・・コントローラ、71
・・・ハンドル舵角センサ、72・・・車速センサ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ステアリングハンドルとタイロッドとの間の操舵
    力伝達経路中に設けられ、ハンドル舵角に対する車輪舵
    角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、自動車の運
    転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段から
    の信号に応じて上記伝達比可変手段を制御するコントロ
    ーラとを備えた自動車のステアリング装置において、上
    記伝達比可変機構とタイロッドとの間の操舵力伝達経路
    中に操舵アシスト力を発生するパワーステアリング機構
    を設けるとともに、ハンドルの操舵速度に応じてハンド
    ル操舵に対する手応え力を変化させる手応え装置を設け
    たことを特徴とする自動車のステアリング装置。
  2. (2)手応え装置は、自動車の車速に応じて手応え力特
    性が変化するように構成されている特許請求の範囲第(
    1)項記載の自動車のステアリング装置。
  3. (3)手応え装置は、ステアリングハンドルと伝達比可
    変手段との間の操舵力伝達経路中に設けられている特許
    請求の範囲第(1)項または第(2)項記載の自動車の
    ステアリング装置。
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