JPS6325180A - 動力操舵装置 - Google Patents

動力操舵装置

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Publication number
JPS6325180A
JPS6325180A JP16928486A JP16928486A JPS6325180A JP S6325180 A JPS6325180 A JP S6325180A JP 16928486 A JP16928486 A JP 16928486A JP 16928486 A JP16928486 A JP 16928486A JP S6325180 A JPS6325180 A JP S6325180A
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JP
Japan
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steering
hydraulic
electric motor
force
power
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Application number
JP16928486A
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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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Publication date
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  • Auxiliary Drives, Propulsion Controls, And Safety Devices (AREA)

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11図〜第13図に基づき説
明する。
(1)油圧式(第11図参照) 第11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量
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)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。
口)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。
ハ)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。
二)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。
ホ)機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。
へ)油圧をポンプ吐出流量、絞りおよび配管等で決定す
るため、急操舵時において油圧が下がり補助力が低下す
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
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21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では、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。
へ)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。
ト)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N)、(II)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勅カ    −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13図参照)第13
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機33の出力
を制御し、電動機33の駆動により前記(1)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。
また、上記(1)、(II)、(I[I)の方式におい
て操舵による路面反力を制御に作用させないため、特に
高速走行時の急操舵が不安定となる。
(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とともに、ハンドルの
回転速度を検出し、電動機の出力を補正することにより
、ハンドルの回転速度に拘らず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、操舵安定性
の向上、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、ハンドルの回転速度
を検出する操舵速度検出手段すと、操作状態検出手段の
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C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、該出力制御値を操舵速度に応じて補正
する制御手段d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e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
fと、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、操舵力、回転速度が
検出され、この検出結果に応じて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、電動機出力が
ハンドルの回転速度に応じて補正される。したがって、
ハンドルの回転速度に拘らず、操舵力に応じた適切な油
圧が発生し、適切な動力補助、操舵安定性の向上、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2〜10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TM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
するピニオン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を噛
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48の直線変位に変換される。上記ピニオン
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にそれぞれポート59.60を    介
してメイン油路61.62に接続されており、メイン油
路61.62は正逆回転可能な油圧ポンプ63に接続さ
れる。メイン油路61.62の各途中にはそれぞれ分岐
油路64.65が接続されており、分岐油路64.65
は油タンク66に接続される。これら各分岐油路の通路
途中にはそれぞれチェック弁67.68および固定絞り
69.70が配設されており、固定絞り69.70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。
油圧ポンプ63は電動機71により駆動されており、電
動機71は制御回路72からの駆動信号V、によって回
転する。制御回路72には操舵力センサ73からの信号
vI、操舵速度センサ74からの信号S9、St、車速
センサ75からの信号■、および油温センサからの信号
T0が入力される。
操舵力センサ73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み量を電気量に検出す
る歪ゲージ式のもの、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式のもの、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。
操舵速度センサ74は操舵力センサ73とともにステア
リングシャフト42に装着され、ハンドル41の回転速
度および回転加速度を検出するものである。、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76は油タンク66に接続される通路
途中に設けられ、作動油の温度T0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
応じて駆動信号V、を電動機71に出力する。電動機7
1は駆動信号■、に応じた回転力を発生して油圧ポンプ
63を正転あるいは逆転させる。油圧ポンプ63の正逆
回転可能なタイプが用いられており、電動機71の回転
駆動力に応じた圧力の油圧を発生させ、メイン油路61
.62を通して油圧シリンダ51に供給する。油圧シリ
ンダ51は各室55.56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75を介して操向輪76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、メイン油路61.62、分岐油路64.65、
油タンク66、チェック弁67.68および固定絞り6
9.70は全体として油圧アクチュエータ79を構成し
、油圧アクチュエータ79は油圧ポンプ63からの吐出
圧に基づいてハンドル41の操舵力T□を補助(アシス
ト)す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T、の付与は操舵力センサ73により検出され、
操舵力センサ73はこれを信号■、として制御回路72
に出力する。制御回路72は信号増幅処理回路81、演
算回路(CPU等)82および電動機駆動回路83によ
り構成される。信号増幅処理回路81は信号■1を必要
量だけ増幅し信号■2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操舵速度セン
サ74からの回転速度信号Sl、回転加速度信号S2、
車速センサ75からの車速信号V、および油温センサ7
6からの油温信号T0がそれぞれ入力される。演算回路
82はこれら各信号Vz、S+、St、Vz、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を電動機駆動回路83に出力する。
電動機駆動回路83は信号■4に基づき電動機71を駆
動するのに必要なレベルに変換した信号V、を電動機7
1に出力する。電動機71は信号V、に応じて正転ある
いは逆転し、油圧ポンプ63は電動機71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79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73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72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TH%ハンドル41
の回転速度SI、ハンドル41の回転加速度S2、車速
■3および油温T0を読み込む。次いで、操舵力T、を
表す操舵力センサ73の出力■、を変換、増幅して信号
■2を得る。P3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、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■、が出力されず
、電動機71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77
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、これは駆動電力の軽減につながる。
一方、上記ステップP、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■2は操舵方向と操舵力の大きさ
を表しており、V2〉oのときは右に操舵されている旨
を、v2くoのときは左に操舵されている旨を表す。
■よ〉0のときはP、で右操舵時における制御信号子v
4を算出し、また、Vz<OのときはPあて左操舵時に
おける制御信号−■、を算出する。
制御信号子V4、−V、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。
psあるいはP、を得ると、次いで、P、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■、を電動機71に出力する。制御信号子V4、 V
aと駆動信号V、との関係は、第6図に示すように、直
線性をもっているが、この特性は制御態様に応じて任意
に設定してもよい。
また、このステップP、においては前述の回転速度S3
、回転加速度S2、車速■、および油温T0という各情
報による補正を加える。各補正値の説明は後述する。
このように、正負の値に区別される制御信号子v4、−
■、に基づいて駆動信号V、が電動機71に出力される
から、電動機71は第7図に示すように操舵方向と操舵
力の大きさに対応した回転数Nで回転し、油圧ポンプ6
3を正転あるいは逆転に駆動する。これにより、油圧ポ
ンプ63が電動機71の回転数Nに対応して駆動され、
第8図に示すようなポンプ吐出量Qを発生させて油圧ア
クチュエータ77に供給する。
この油圧ポンプ63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。
油圧ポンプ63においてメイン油路61を吐出側とした
場合、作動油はA室55に流入するとともに、分岐油路
64、固定絞り69を通って油タンク66に戻る。
一方、メイン油路62は吸込側となり、作動油がチェッ
ク弁68、固定絞り70、分岐油路65を通過し、メイ
ン油路62により再び油圧ポンプ63内へ吸込まれる。
そして、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、吐出側と吸込側が逆になった場合は、
作動油の通過ルートが逆になる。
上記の場合、油圧ポンプ63により吐出された作動油が
固定絞り69、(70)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66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69、(70)を通過する流量
Qによって決まり、その特性は第9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69、(70)を通過する
流量Qは概略油圧ポンプ63の吐出流量であるから、こ
の流量Q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8図のようになる。
一方、急操舵時において圧力PDは操舵速度センサ74
より出力される回転速度S、を基に補正される。例えば
、圧力PDは一定のポンプ吐出流量のもとてハンドルの
回転速度が早くなるほど、固定絞り69、(70)を通
過する流量が減少するため低下する。この状態において
、制御回路72は操舵速度センサの回転速度信号S1に
応じて電動機71の回転速度を増加させ、固定絞り69
、(70)の通過流量を一定に保ち所望の圧力PDを得
ることができる。
また、作動油は油圧アクチュエータ79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69、(70)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69、(70)
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63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P
D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、油圧アクチェエータ77は電動機71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75の出力を制御回路71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。
さらに、油圧PDは車速信号V、によって補正される。
その特性は第10図に示すようになり、車速の増大にと
もない油圧PDは低くなる。したがって、低速走行時お
よび据切り時は補助力が太きく、高速走行時は補助力が
小さくなるよう制御される。また、高速走行時の急操舵
により車両に大きな横向き加速度が加わり、該加速度に
応じた路面反力が発生する。この場合、上述の車速信号
V、および操舵速度センサ74によって検出された回転
加速度S2の情報を基に制御回路72によって横向き加
速度を演算する。制御回路72は演算値をもとに路面反
力に応じた操舵感覚が得られるよう電動機63を制御す
る。このとき、電動機71の回転速度は一定車速のもと
て回転加速度Stが大きいほど小さくなる。したがって
、補助動力が小さくなり重い操舵力となり、安定した操
舵ができる。
以上のことから、操舵力T、に応じた油圧PDは回転速
度SI、回転加速度S2、車速V、および油温T0によ
って適切に補正され、操舵状態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79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63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71で駆動している
ので、操舵しないときは油圧ポンプ63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要な高速
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(ロ)の解消を意味する。
(B)従来のような精密加工が要求される油圧サーボ弁
や流量制御弁が不要となり、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(イ)、(ハ)、(
ニ)および(TI[)を解消することができる。
(C)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(ホ)を解消することができる
(D)ハンドルの回転速度を制御に作用させることによ
り、操舵速度に拘らず所望の油圧が得られる。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71と油圧ポンプ63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
の連結装置が不要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。
また、車速およびハンドルの回転加速度を基に路面反力
に応じた動力補助をすることにより高速走行時等の急操
舵による不安定感が解消される。
なお、本実施例では油圧ポンプとして正逆回転可能のも
のを用いているが、これに限るものではない。要はハン
ドルの操舵状態に応じて一定の作動圧を発生させるもの
であればよい。したがって、一定方向へのみ回転する油
圧ポンプを用い、その吐出作動圧を所定の油圧機構で切
換えて油圧シリンダを作動させるようにしてもよい。
(効果) 本発明によれば、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しているので、操舵力に応
じた所望の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、操舵安定性の向上、装置取付性の
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2〜10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図はその駆動信号の特性を示す図、
第7図はその電動機回転数の特性を示す図、第8図はそ
のポンプ吐出量の特性を示す図、第9図はその油圧をポ
ンプ吐出量との関係で示す図、第10図はその油圧を操
舵力との関係で示す図、第11〜13図は従来の動力操
舵装置を説明するための図であり、第11図はその油圧
式動力操舵装置を示す概略構成図、第12図はその電気
式動力操舵装置を示す概略構成図、第13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・・・・・・油圧ポンプ、 71・・・・・・電動機、 72・・・・・・制御回路(判別手段、制御手段)、7
3・・・・・・操舵力センサ(操舵状態検出手段)、7
4・・・・・・操舵速度センサ(操舵速度検出手段)、
77・・・・・・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)ハンドルの回転速度を検出する操舵速度検出手段と
    、 c)操作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、d)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、該出力制御
    値を操舵速度に応じて補正する制御手段と、 e)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、 f)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、 g)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。
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