JPS6325178A - 動力操舵装置 - Google Patents

動力操舵装置

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Publication number
JPS6325178A
JPS6325178A JP16928586A JP16928586A JPS6325178A JP S6325178 A JPS6325178 A JP S6325178A JP 16928586 A JP16928586 A JP 16928586A JP 16928586 A JP16928586 A JP 16928586A JP S6325178 A JPS6325178 A JP S6325178A
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JP
Japan
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steering
hydraulic
electric motor
hydraulic pump
power
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JP16928586A
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English (en)
Inventor
Koichi Komatsu
浩一 小松
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Atsugi Motor Parts Co Ltd
Original Assignee
Atsugi Motor Parts Co Ltd
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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、動力操舵装置に係り、例えば自動車等車両の
パワーアシストを行う動力操舵装置に関する。
(従来の技術) 自動車の普及に伴い、特に都市部では駐車および車庫環
境の悪い状態での使用が避けられなくなり、据切り、幅
よせ、切返しなどの操舵頻度が多く、女性や老人の運転
者も増している。運転者の負担軽減は疲労の軽減、すな
わち、安全運転に対する余裕の増加につながる。
タイヤの幅増大の傾向から操舵力そのものが増える傾向
にある。このような背景下、操縦性、安定性の面からも
近時はいわゆるパワーステアリング装置が車両に装着さ
れ、その普及も著しいものがある。
パワーステアリングの目的は操舵に関する運転者の負担
軽減にあり、要求される諸機能としては、操舵力の軽減
、操舵に応じる適切な反力のフィードバック、操舵のな
めらかさ等がある。また、これらの諸機能を実現する装
置についての所要動力が少ないことも要求される。
従来のこの種のパワーステアリング装置に適用される動
力操舵装置としては、例えば次のような3つの方式のも
のがあり、以下これらを第10図〜第12図に基づき説
明する。
(1)油圧式(第10図参照) 第10図において、1はハンドルであり、ハンドル1の
操舵力はステアリングシャフト2を介して油圧サーボ弁
3に伝達されるとともに、ステアリングギア機構4に伝
達される。ステアリングギア機構4ではハンドル1の回
転変位がロッド5の直線変位に変換され、この直線変位
は油圧シリンダ6を介して所定のリンケージ機構7 (
図示せず)から操向輪8(図示せず)に伝達され、操向
輪8がハンドル1の回転変位に応じて操舵される。
一方、油圧サーボ弁3にはエンジン10により常時駆動
される油圧ポンプ11からの吐出油が導かれており、油
圧サーボ弁3はハンドル1の操舵方向に従って油圧シリ
ンダ6に供給する吐出油圧の切換制御を行って油圧シリ
ンダ6のピストンを移動させ、いわゆる油圧力を操作に
作用させて操舵力の増大を図る。なお、12は戻りタン
クである。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような油圧式のものにあっては、エ
ンジンの動力により油圧ポンプを駆動しポンプの吐出油
を油圧サーボ弁によって方向および圧力を制御してステ
アリング装置の油圧シリンダへ送り動力を補助する構成
となっているため、次のような問題点がある。
−イ)低速走行時に大きなパワーアシストを必要とする
ため、油圧ポンプに低回転高吐出量のものが要求される
。したがって、油圧ポンプが大型化しかつ重量も大きく
なる。
口)油圧ポンプをエンジンで常時駆動するため、その流
量を制御するために流量制御弁を設ける必要がある。
ハ)動力補助が不必要な高速域においてもポンプが駆動
して大流量を吐出させるため、エンジンの動力損失が大
きい。
二)油圧制御を行うサーボ弁に高精度な加工が要求され
、コスト高となる。 。
ホ)油圧特性を設定するため、油圧サーボ弁におけるス
プール弁に特殊なエッヂ加工が要求される。この場合、
加工上限界もあり、特性の自由度にも限界がある。
へ)m械的な油圧制御のため、車両走行条件に適した制
御を実施するのに限界がある。
一方、上記(I)のような油圧式の欠点をいくらかでも
解決するため、次のような電気式のものが提案されてい
る。
(n)電気式(第11図参照) 第11図においてステアリングシャフト2の変位は操舵
力検出器21により検出され、制御回路22に入力され
る。制御回路22はこの操舵力検出器2Iからの情報、
すなわちハンドル1の回転方向および操舵力の大きさに
応じて電動機23の出力を制御し、電動機23の動力は
減速機構24を介してステアリングギア機構25に伝達
される。このように、電動機23の機械的な動力により
操舵力の増大が図られる。
しかしながら、このような電気式のものにあっては、上
記油圧式のもつ欠点は解決されるが、次のような新たな
問題点が生じ、これが実用化の妨げとなっている。
ト)電動機および電動機の回転をステアリングギア機構
へ連結する減速機等の連結装置がステアリング装置に取
り付けられるため、装置が大型となる。
チ)ステアリング装置の取付スペースは一般に非常にせ
まい部分に設置されており、電気式をこのスペースに置
くことは車体との干渉が生じ困難である。また、取付け
のため車体の大幅な変更が必要となる。
さらに、上記(り、(I[)の欠点を改良するため、次
のようなモータ駆動ポンプ式が提案されており、これは
、(I)油圧式の欠点である動力損失の改善、(II)
電気式の欠点である取付性の改善をねらいとするもので
ある。
(III)モータ駆動ポンプ式(第12図参照)第12
図において、ステアリングシャフト2の変位は操舵スイ
ッチ31により検出されて制御回路32に入力される。
制御回路32はこの検出情報、すなわち、ハンドル1の
操舵がなされたという情報に基づいて電動m33の出力
を制御し、電動[33の駆動により前記(I)油圧ポン
プ方式と同様の油圧ポンプ11が駆動される。
しかしながら、このような方式は、ポンプ駆動を電動機
により0N−OFF制御するのみで、圧力制御は従来の
油圧サーボ弁を共用しており、この点に関する前述の欠
点は解消されない。
(発明の目的) そこで本発明は、操舵状態に応じて油圧ポンプを必要な
場合だけ電動機によって駆動することにより、操舵力に
応じた油圧を発生させて、適切な動力補助を図るととも
に、装置の取付性の向上、パワーアシストに必要な動力
の軽減を図ることを目的としている。
(問題点を解決するための手段) 本発明による動力操舵装置は上記目的達成のため、その
基本概念図を第1図に示すように、ハンドルの操舵状態
を検出する操舵状態検出手段aと、操舵状態検出手段の
出力に基づいてハンドルの操舵方向および操舵力を判別
する判別手段すと、ハンドルの操舵方向および操舵力に
応じて油圧ポンプを駆動する電動機への出力制御値を演
算するとともに、ハンドルの操舵方向に応じて油路の切
換制御値を出力する制御手段Cと、制御手段からの出力
制御値に応じた駆動力を出力する電動機dと、電動機に
より駆動され、該電動機の出力に対応する油圧を発生さ
せる油圧ポンプeと、制御手段からの切換制御値に応じ
て、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間における油
路の給排方向を切換える切換手段fと、切換手段により
切換えられた油圧ポンプからの吐出圧に基づいてハンド
ルの操舵力を補助する補助動力を発生させる油圧アクチ
ュエータgと、を備えている。
(作用) 本発明では、ハンドルの操舵方向および操舵力が検出さ
れ、この検出結果に応じて一定回転方向の電動機により
油圧ポンプが必要な場合だけ駆動されるとともに、操舵
方向に応じて作動油の給排油路が切換えられて油圧アク
チュエータが作動する。
したがって、操舵力に応じた適切な油圧が発生し、適切
な動力補助、装置の取付性の向上、所要動力の軽減が図
られる。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2〜9図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を自動車等車両のパワーステアリング装置に適用した例
である。
まず、構成を説明する。第2図において、41はハンド
ルであり、ハンドル41の操舵力T、はステアリングシ
ャフト42を介してステアリング装置43の一部を構成
するビニオン44に伝達される。ピニオン44はハウジ
ング45に固定されたベアリング46.47によって回
動自在に支持されており、その中央部はラック48と噛
合している。したがって、ハンドル41を操舵するとピ
ニオン44が回り、ラック48が噛み合って該ラック4
8が図中左右に動く。すなわち、ハンドル41の回転変
位がラック4日の直線変位に変換される。上記ビニオン
44、ハウジング45、ベアリング46.47およびラ
ック48はステアリング装置43を構成する。なお、4
9はダストシールである。
ステアリング装置43の図中右方には一体として油圧シ
リンダ51が配設されており、油圧シリンダ51はラッ
ク48と一体に形成されたロフト52を有する。ロッド
52にはピストン53が固定されており、ピストン53
は油圧シリンダ51の外筒54内を摺動自在に移動可能
である。また、外筒54内はピストン53によってA室
55およびB室56に区画されており、各室55.56
の側方にはそれぞれシール57.58が設けられる。各
室55.56はそれぞれポート59.60を介してシリ
ンダ油路61.62に接続されており、シリンダ油路6
1.62は電磁方向切換弁(切換手段)63に接続され
る。電磁方向切換弁63は両端にソレノイド63a、6
3bを有しており、ソレノイド63a163bは後述す
る制御回路70からの駆動信号V、によって駆動される
。電磁方向切換弁63には供給油路64および戻り油路
65が接続されており、供給油路64および戻り油路6
5は油圧ポンプ66に接続される。電磁方向切換弁63
は前記駆動信号■5に応じてシリンダ油路61.62と
供給油路64との相互の接続を切換えて作動油の流れ方
向を変える。供給油路64および戻り油路65の通路途
中には固定絞り67が配設されており、固定絞り67は
作動油を通過させるときその前後に圧力差を生じさせる
。また、戻り油路65の通路途中には油タンク68が配
設される。
油圧ポンプ66は電動機69により駆動されており、電
動1ti69は制御回路70からの駆動信号■6によっ
て回転する。制御回路70には操舵力センサ71、車速
センサ72および油温センサ73からの信号Vl、V、
 、Toが人力される。操舵センサ71はステアリング
シャフト42に装着され、ハンドル41の操舵力の方向
および大きさを検出するものである。このような操舵力
を検出するものとしては例えばトルクにより生じる歪量
を電気量に検出する歪みゲージ式のもの、トルクによる
捩れを変位量として電気的に検出するポテンショ弐のも
の、あるいは捩れ変位を磁界の変化量として検出するホ
ール素子を利用するものが用いられる。また、操舵角を
検出するものとしては、例えば回転板のスリットを通過
する光をパルス信号として検出する方式のものが用いら
れる。
一方、車速センサ74は車両のスピード(車速)■、を
検出するもので、例えばスピードメータの信号等が利用
される。また、油温センサ73は戻り油路65の通路途
中に設けられ、作動油の温度を検出する。
制御回路72は判別手段および制御手段としての機能を
有し、マイクロコンピュータにより構成される。そして
、制御回路72は内部に格納されているプログラムに従
って車両の操舵力補助に必要な処理値を演算し、必要に
応じて電磁方向切換弁63に駆動信号■、を出力すると
ともに、電動機69ニ駆動信号■、を出力する。電磁方
向切換弁63は駆動信号■、に応じてソレノイド63a
、63bをそれぞれ作動させ、前述の通り作動油の流れ
方向を切換える。また、電動機69は駆動信号Vhに応
じた回転力を発生して油圧ポンプ66を回転させる。油
圧ポンプ66は一方向に回転するターイブが用いられて
おり、電動機69の回転駆動力に応じた圧力の油圧を発
生させ、供給油路64を通して電磁方向切換弁63によ
って選択されたシリンダ油路61.62により油圧シリ
ンダ51に供給する。油圧シリンダ51は各室55.5
6に供給される油圧に応じてピストン53を図中左右に
直線運動させ、ロッド52に連結されるリンケージ機構
74を介して操向輪75を操舵する。
上記油圧シリンダ(ピストンや外筒を含む)51、ロッ
ド52、シリンダ油路61.62、供給油路64、戻り
油路65、固定絞り67および油タンク68は全体とし
て油圧アクチュエータ76を構成し、油圧アクチュエー
タ76は油圧ポンプ66からの吐出圧に基づいてハンド
ル41の操舵力Telを補助(アシスト)スるための補
助動力を発生させる。
第3図は上述した全体的な構成をブロック的に表した図
である。
この図において、運転手によるハンドル41を介しての
操舵力THの付与は操舵力センサ71により検出され、
操舵力センサ71はこれを信号■、として制御回路70
に出力する。制御回路70は信号増幅処理回路81、演
算回路(CPU等)82、ソレノイド駆動回路83およ
び電動機駆動回路84により構成される。信号増幅処理
回路81は信号v1を必要量だけ増幅し信号V2として
演算回路82に出力し、演算回路82にはさらにその他
の入力として車速センサ72からの車速信号■3および
油温センサ73からの油温信号T0が入力される。演算
回路82はこれら各信号V、、Vユ、Toに基づき前述
したプログラムに従って車両の操舵力補助の制御に必要
な信号■4をソレノイド駆動回路83および電動機駆動
回路84に出力する。ソレノイド駆動回路83は信号V
イに基づき電磁方向切換弁63のソレノイド53a、6
3bを駆動するのに必要なレベルに変換した信号V、を
出力する。電磁方向切換弁63は信号■、に応じて駆動
されるソレノイド53a、63bによって油の流れを切
換えることにより、油圧シリンダ51の移動方向すなわ
ち補助操舵方向を切換える。また、電動機駆動回路84
は信号■4に基づき電動機69を駆動するのに必要なレ
ベルに変換した信号■6を電動機69に出力する。電動
機69は信号V6に応じて回転し、油圧ポンプ66は電
動機69の駆動力に応じた油圧Pを発生させて油圧シリ
ンダ51を含むステアリング装置43(本図では油圧ア
クチュエータ76で示す)を作動させ、補助操舵力Fを
発生させる。そして、この補助操舵力Fはステアリング
シャフト42の回転変位として再び操舵力センサ71に
より検出され、操向輪が所望の位置まで操舵されるよう
にフィードバック制御される。
次に、作用を説明する。
第4図は制御回路70により実行される操舵力補助のプ
ログラムを示すフローチャートである。本プログラムは
所定時間毎に一度実行される。
まず、P、でハンドル41の操舵力TH1車速■3およ
び油温T0を読み込む。次いで、操舵力T8を表す操舵
力センサ71の出力V、を変換、増幅して信号V2を得
る。P、では今回の操舵力変換値■2を所定値■。と比
較する。ここに、所定値■。はハンドル41の操舵力T
、が極めて小さく、いわゆるパワーアシストを必要とし
ない場合に対応する値に設定され、例えば車両等の振動
および操舵装置を構成している各部材の摩耗によるガタ
などを考慮したものとなっている。
V、<V、のときはハンドル41の操舵力Tイを補助す
る必要がないと判断し、今回のルーチンを終了する。し
たがって、この場合は後述の駆動信号V、 、V、が出
力されず、電磁方向切換弁63、電動機69に電力が供
給されない。これは、パワーアシストを行う必要のない
場合、油圧アクチュエータ76を駆動するために常時油
圧を発生させる必要のないことを意味する。因に、従来
の油圧式のタイプではパワーアシストを行わない場合で
も、油圧ポンプが回転していた。したがって、これは駆
動動力の軽減につながる。
一方、上記ステップP3でv2≧■。のときはパワーア
シストが必要であると判断し、P4で操舵方向(転舵方
向)を判別する。信号v2は操舵方向と操舵力の大きさ
を表しており、v z > Qのときは右に操舵されて
いる旨を、v、<Qのときは左に操舵されている旨を表
す。
v2〉0のときはP、で右操舵時における制御信号子■
4を算出し、また、v2〈0のときはP6で左操舵時に
おける制御信号−v4を算出する。
制御信号子■4、−■4は第5図に示すように操舵開始
時より、一定の範囲内は操舵を補助しないように設定さ
れ、ハンドルの遊び量を考慮したものとなっている。そ
して、該一定の範囲を超えると、操舵力変換値v2の増
大(絶対値の増大)に伴ってその値(これも絶対値)が
大きくなっていく。
P、あるいはP、を得ると、次いで、P7で上述の演算
結果に対応する制御信号子v4、−V4に応じて駆動信
号■、を電磁方向切換弁63に出力する。これにより、
駆動信号V、に応じて電磁方向切換弁63のソレノイド
63aもしくはソレノイド63bが作動してアシストの
方向が切換えられる。
P、ではP、あるいはP、の演算結果に応じた駆動信号
v6を電動機69に出力する。このため、電動機69が
操舵力の大きさに対応した回転数Nで回転し、油圧ポン
プ66が駆動される。ここで、駆動信号■6と電動機回
転数Nとの関係は第6図に示すように直線性をもってい
る。したがって、油圧ポンプ66は電動機69の回転数
Nに応じて駆動され、第7図に示すようなポンプ吐出量
Qが発生して油圧アクチュエータ76に供給される。そ
して、この油圧ポンプ66から吐出された作動油により
、油圧シリンダ51が第2図において左右に摺動する。
また、このステップP8において前述の車速V3および
油温T0の情報による補正を加える。なお、補正値v3
は具体的には後述の第9図で示す。
補正値T0は温度によって変化する作動油の圧力を一定
にするものである。
ここで、油圧アクチュエータ76のロッド52が第2図
において右側に移動する場合を例にとって作動油の流れ
の作用を説明する。
この場合は、まず制御回路70からの信号■、によりソ
レノイド63bが作動し、電磁方向切換弁63が中立状
態から図中右側に移動する。これにより、供給油路64
にシリンダ油路61が接続されるとともに、戻り油路6
5にシリンダ油路62が接続される。
したがって、油圧ポンプ66から吐出された作動油は供
給油路64、電磁方向切換弁63およびシリンダ油路6
1を通ってポート59よりA室55に流入するとともに
、固定絞り67を通って油タンク68に戻る。
一方、B室56の作動油はポート60からシリンダ油路
62、電磁方向切換弁63および戻り油路65を通って
油圧ポンプ66に吸い込まれる。このとき、ロッド52
はピストン53が油圧を受けることにより図中右側に移
動し、操舵力が補助される。これに対して、ロッド52
が左側へ移動する場合は電磁方向切換弁63が図中左側
へ切換わり、供給油路64にシリンダ油路62が接続さ
れ前述の動きと逆になる。
上記の場合、油圧ポンプ66により吐出された作動油が
固定絞り67を通過するとき、絞りの前後に圧力差が生
じる。例えば、絞りの下流側を略大気圧(油タンク68
に開放されているから)とすれば、その上流側には圧力
PDが発生する。この圧力PDは固定絞り67を通過す
る流量Qによって決まり、その特性は第8図に示すよう
にポンプ吐出量が大きくなるに従って急激に大きくなる
という傾向を示す。なお、固定絞り67を通過する流量
Qは概略油圧ポンプ66の吐出流量であるから、この流
iQはポンプ回転数N (=電動機回転数)に比例し、
この特性は前記第7図のようになる。
また、作動油は油圧アクチュエータ76を構成する各部
材を通過することにより、摩擦熱および外気温度等の影
響を受は粘性が変化する。このとき、油圧PDを発生さ
せる固定絞り67がオリフィスの場合は粘性の変化の影
響を受けにくいが、固定絞り67の前後の油路は粘性の
影響を受ける。したがって、油圧ポンプ66の吐出流量
が一定でも、温度により油圧PDは変化する。一般に、
作動油の温度が上昇すると油圧PDは下がり、逆に作動
油の温度が下降すると油圧PDは上がる。これにより、
油圧アクチュエータ76は電動機69の回転数Nに対応
した動力補助ができない。そこで、油温センサ73の出
力を制御回路70にデータとして与え、このデータ情報
を吐出圧のフィードバック制御に用いることにより、操
舵力T、に応じた油圧PDが出力される。
以上のことから、操舵力THに応じた作動圧PDが決定
され、特性は第9図に示すように前記車速V3によって
適切に補正される。したがって、操舵力T、および車速
V3に応じたパワーアシストがステアリングの際に油圧
アクチュエータ76によって付与される。
以上の作用に基づき、本実施例の効果について、前記問
題点(イ)〜(チ)の観点から従来例との比較を行う。
(A)油圧ポンプ66を電動機69で駆動し、アシスト
方向を電磁方向切換弁63で切換えているので、ポンプ
の吐出方向が一方向でしかもエンジン回転より高回転で
駆動できるため固有吐出量を小さくでき、装置を小型、
軽量化することができる。したがって、前記問題点(イ
)、(ト)、(チ)を解消することができる。
(B)油圧ポンプ66をハンドル41に応じてパワーア
シストを必要とするときのみ電動機69で駆動している
ので、操舵しないときは油圧ポンプ66が停止している
。これのみならず、例えばパワーアシストの不用な高速
域で操舵力のいかんにかかわらずポンプを停止すること
もでき、エンジン動力損失がなく省エネ効果が大きい。
これは前記問題点(ハ)の解消を意味する。
(C)従来のような精密加工が要求される油圧サーボ弁
や流量制御弁が不用となり、制御を全て電気的に処理実
施できる。したがって、前記問題点(ロ)、(ニ)、(
ホ)および(III)を解ン肖することができる。
(D)電気的制御により、車両の種々の走行条件に最適
な操舵特性を簡単に作ることができる。
したがって、前記問題点(へ)を解消することができる
(E)電動機69と油圧ポンプ66で構成される油圧発
生源は油圧配管によりステアリング装置の油圧シリンダ
に連結されるので、車両の空いているスペースにどこで
も設置することができる。
すなわち、装着性が極めて良い。したがって、減速機等
の連結装置が不用であるから前記問題点(ト)を解消で
き、また、問題点(チ)も同様に解消することができる
(効果) 本発明によれば、操舵状態に応じて一定回転方向の油圧
ポンプを必要な場合だけ電動機によって駆動するととも
に、切換手段によってアシスト方向を切換えているので
、操舵力に応じた油圧を発生させて適切な動力補助を図
ることができる。その結果、装置の取付性の向上、パワ
ーアシストに必要な動力軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念図、第2〜9図は本発明の一
実施例を示す図であり、第2図はその全体構成図、第3
図はそのブロック図、第4図はその操舵力補助のプログ
ラムを示すフローチャート、第5図はその制御信号の特
性を示す図、第6図はその電動機回転数の特性を示す図
、第7図はそのポンプ吐出量の特性を示す図、第8図は
その油圧をポンプ吐出量との関係で示す図、第9図はそ
の油圧を操舵力との関係で示す図、第10〜12図は従
来の動力操舵装置を説明するための図であり、第10図
はその油圧式動力操舵装置を示す概略構成図、第11図
はその電気式動力操舵装置を示す概略構成図、第12図
はそのモータ駆動ポンプ式駆動式動力操舵装置を示す概
略構成図である。・ 63・・・・・・電磁方向切換弁(切換手段)、66・
・・・・・油圧ポンプ、 69・・・・・・電動機、 70・・・・・・制御回路(判別手段、制御手段)、7
1・・・・・・操舵力センサ(操舵状態検出手段)76
・・・・・・油圧アクチュエータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 a)ハンドルの操舵状態を検出する操舵状態検出手段と
    、 b)操舵状態検出手段の出力に基づいてハンドルの操舵
    方向および操舵力を判別する判別手段と、c)ハンドル
    の操舵方向および操舵力に応じて油圧ポンプを駆動する
    電動機への出力制御値を演算するとともに、ハンドルの
    操舵方向に応じて油路の切換制御値を出力する制御手段
    と、 d)制御手段からの出力制御値に応じた駆動力を出力す
    る電動機と、 e)電動機により駆動され、該電動機の出力に対応する
    油圧を発生させる油圧ポンプと、 f)制御手段からの切換制御値に応じて、油圧ポンプと
    油圧アクチュエータとの間における油路の給排方向を切
    換える切換手段と、 g)切換手段により切換えられた油圧ポンプからの吐出
    圧に基づいてハンドルの操舵力を補助する補助動力を発
    生させる油圧アクチュエータと、を備えたことを特徴と
    する動力操舵装置。
JP16928586A 1986-07-18 1986-07-18 動力操舵装置 Pending JPS6325178A (ja)

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