JP3594768B2

JP3594768B2 - Vehicle steering system

Info

Publication number: JP3594768B2
Application number: JP17863797A
Authority: JP
Inventors: 伸夫杉谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: JPH1120728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置に関し、特に操舵角等に応じて電動機により補助操舵トルクを操向車輪に加える操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者の操舵力を軽減するための所謂パワーステアリング装置として、例えば特公昭５０−３３５８４号公報に記載されたような形式のものが知られている。これは、ステアリングホイールの操舵力を電動機の出力トルクにて補助するように構成されたものであり、ステアリングホイールに運転者が加える操舵力をトルクセンサ等で検知して、これに車速や道路状況などの検出信号に応じて適正な補助操舵トルクを加えることにより運転者の操舵力を軽減するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のパワーステアリング装置に於ては、操舵力が軽減された結果、従来よりも操舵速度を高くすることが可能となり、特に氷上路などの低μ路に於ては操舵力が軽くなることに伴う路面情報低減とも相俟って過剰操舵によるアンダーステアを誘発することが懸念される。
【０００４】
また、この問題を解決するために、そのときのタイヤの摩擦円に於けるサイドフォースを推定し、それを越えそうなときには操舵反力を発生させ、即ち補助操舵トルクを小さくして、それ以上の操舵に対して注意を促すことが考えられていたが、このためには難度の高い路面μの推定処理を行わなければならず、その実用化の妨げとなっていた。
【０００５】
上記したような従来技術の問題点を解決するべく、本発明はパワーステアリング装置を具備する操舵装置に於ける特に低μ路での過剰操舵によるアンダーステアの発生を抑制または防止するべく案出されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、車両の操向車輪を手動により転舵するための手動操舵手段と、補助操舵トルク及び操舵反力トルクを前記操向車輪に加えるための電動機と、車両に作用する実ヨーレイト値を検出するヨーレイトセンサと、操舵角及び車速に対応した規範ヨーレイト値を予め記憶すると共に前記電動機の駆動トルクを制御する制御手段とを有する車両用操舵装置において、前後方向加速度及び左右方向加速度から前記操向車輪の旋回中の垂直荷重値を算出し、該垂直荷重値に基づいて前記規範ヨーレイト値を修正し、該修正規範ヨーレイト値と前記実ヨーレイト値とを比較してアンダーステアの有無及び程度を判断し、該アンダーステアの程度が大きくなるに従い前記電動機に与える操舵トルク指令値の操舵反力トルク成分を大きくするものとした。
【０００７】
これにより、アンダーステアの程度の判定精度をより一層高めて操舵反力制御を最適化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
本発明が適用された車両用操舵装置の構成を図１に示す。この装置は、ステアリングホイール１に一体結合されたステアリングシャフト２に自在継手３ａ・３ｂを有する連結軸３を介して連結されたピニオン４、及びピニオン４に噛合して車幅方向に往復動し得ると共に、タイロッド５を介して左右の前輪６のナックルアーム７にその両端が連結されたラック軸８で構成されたラック・アンド・ピニオン機構からなる手動操舵力発生手段９と、この手動操舵力発生手段９による操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するべくラック軸８と同軸的に配設された電動機１０と、ステアリングホイール１の回転角を検出するための舵角センサ１１と、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１２と、車体の適所に設けられた車両の前後方向加速度に対応した信号を出力するための加速度センサ１３と、同じく車両の左右方向加速度に対応した信号を出力するための加速度センサ１４と、車両のヨーレイト（ヨーイング角速度）に対応した信号を出力するためのヨーレイトセンサ１５と、車両の走行速度に対応した信号を出力するための車速センサ１６と、これらの検出値に基づいて電動機１０の出力を制御するための制御ユニット１７とから構成されている。
【００１０】
図２は、本発明が適用された制御システムを示す模式的ブロック図である。制御ユニット１７には、舵角センサ１１、トルクセンサ１２、加速度センサ１３、１４と、ヨーレイトセンサ１５及び車速センサ１６の各信号出力がそれぞれ入力される。これらの信号入力は、それぞれ補助操舵力算出手段１８並びに操舵反力算出手段１９に入力され、それぞれが処理されて出力電流決定手段２０にて電動機１０に供給するべき駆動電流値が決定される。この電流値は、目標操舵トルク値とトルクセンサ１２からの実操舵トルク値との偏差に対応し、かつ操舵方向に応じて正負を逆転させるようになっている。求められた駆動電流値は、駆動回路２１に入力される。この駆動回路２１は、例えばＰＷＭ制御によって電動機１０を駆動制御するが、駆動回路２１の入力信号である駆動電流値に電流検出センサ（図示せず）による実電流検出値がフィードバックされるようになっている。
【００１１】
補助操舵力算出手段１８に於ては、通常の操舵力アシストに関する計算が行われる。この計算は、例えばヨーレイト等に応じて望ましい目標操舵トルク値を求める公知の電動式パワーステアリング制御にて行われる計算を適用し得るので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１２】
操舵反力算出手段１９に於ては、入力された上記各センサ１１〜１６からの各信号出力に基づいて、後記するアルゴリズムによって目標操舵反力トルク値を求めるようになっている。
【００１３】
制御ユニット１７内の操舵反力算出手段１９に於ては、図３のフローチャートに示す処理が所定の周期で繰り返し実行される。先ず、ステップ１に於て操舵角θ及び車速Ｖをセンサ１１、１６から読込み、ステップ２にて規範ヨーレイトγ０を下式から求める。
【００１４】
【数１】

【００１５】
ここで、
ｘ１，ｘ２：初期値を０とする変数
Ｌｆ，Ｌｒ：車両の重心点から前軸、後軸までの距離（ｆは前、ｒは後ろ）
ｋｆ，ｋｒ：タイヤの等価コーナリングパワー
Ｊｚ：ヨー慣性モーメント
Ｍｓ：車重
Ｎｓ：ステアリングギヤ比
である。尚、本構成では状態方程式で記載したが、実際の演算時には離散化して伝達関数で求めることができる。
【００１６】
そして、ステップ３にて車両の前後加速度ＶＧ及び左右方向、即ち横加速度ＬＧをセンサ１３、１４から読込み、ステップ４にて左前輪の垂直荷重ＦＬ _０並びに右前輪の垂直荷重ＦＲ _０を下式から求める。
【００１７】
【数２】

【００１８】
ここで、
ｐ，ｑ：補正係数
β ：重量配分係数
ｍ：車重
である。
【００１９】
次に、ステップ５にて修正規範ヨーレイトγＴを下式より求める。
【００２０】
【数３】

【００２１】
そして、ステップ６にて実ヨーレイトγをセンサ１５から読み込み、ステップ７に進んで実ヨーレイトγと修正規範ヨーレイトγＴとからヨーレイト偏差Δγを求める。ステップ８にて、求められたヨーレイト偏差Δγを用いて、リアルタイム同定によりアンダーステアの程度を求め、その判定を行う。
【００２２】
【数４】

【００２３】
ステップ８に於けるアンダーステアの判定結果に応じて、目標操舵反力トルク値Ｔｒ（＝ｕｓ（ｎ）＊ｃ（ｃは係数））を求め、必要に応じてリミッタをかけた後、これをステップ９にて補助操舵力算出手段１８による目標操舵トルク値Ｔａから減じ、修正目標操舵トルク値Ｔａａを求める（Ｔａａ＝Ｔａ−Ｔｒ）。そして、実際に出力電流決定手段２０にてこの修正目標操舵トルク値Ｔａａとトルクセンサ１２からの実操舵トルク値Ｔとの偏差に対応して目標電流値に変換され、駆動回路２１に出力される。
【００２４】
図４は、上記車両用操舵装置の要部作動を示すタイムチャートである。まず、Ａ部に於いて例えば過大なハンドル操作により操舵中にアンダーステア傾向が強くなると、実ヨーレイトγと修正規範ヨーレイトγＴとの偏差Δγが大きくなり、アンダーステア度ｕｓが大きくなる。このとき、瞬時に目標操舵反力トルク値Ｔｒが増大することから結果的に操舵力アシストが減少または０になり、運転者の注意を促す。図に於いてはハンドルを戻していないが、このときにハンドルを戻せば実ヨーレイトγと修正規範ヨーレイトγＴとの偏差Δγが小さくなり、アンダーステアは解消し、アンダーステア度ｕｓが小さくなることから、通常の操舵力アシストが得られるようになる。また、Ｂ部に示すように、ブレーキを作動させる等して前輪（操舵輪）荷重が大きくなった場合もグリップ力が向上することから実ヨーレイトγが大きくなって修正規範ヨーレイトγＴに近づき、アンダーステアは解消し、アンダーステア度ｕｓが小さくなることから、目標操舵反力トルク値Ｔｒが減少し、通常の操舵力アシストが得られるようになる。
【００２５】
尚、実際には急激な操舵力アシストが変化することを防止するために目標操舵反力トルク値Ｔｒにダンピング成分を含ませると良い。また、軽操舵時の応答性などを考慮してアンダーステア度ｕｓが所定の閾値を越えたら目標操舵反力トルク値Ｔｒが増大するようにしても良い。更に、アンダーステア度ｕｓが大きい場合に修正目標操舵トルク値Ｔａａよりも目標操舵反力トルク値Ｔｒを大きくしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
このように本発明によれば、アンダーステアが発生した際に運転者にそれ以上操舵しないように注意を促すための操舵反力付加制御において、前後方向加速度及び横方向加速度を加速度センサから得ることにより前輪（操向輪）荷重の変化を推定し、その結果から操向輪のグリップ力の変化を推定して規範ヨーレイト値を修正することにより、アンダーステアの程度の判定精度をより一層高めて操舵反力制御を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された車両用操舵装置を模式的に示す全体構成図。
【図２】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。
【図３】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図４】本発明が適用された車両用操舵装置の作動要領を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１手動操舵力発生装置
２電動式補助操舵力発生装置
３ステアリングホイール
４ステアリングシャフト
５連結軸
６ピニオン
７ラック
８タイロッド
９前輪
１０電動機
１１舵角センサ
１２トルクセンサ
１３前後方向加速度センサ
１４横加速度センサ
１５ヨーレイトセンサ
１６車速センサ
１７制御ユニット
１８補助操舵力算出手段
１９操舵反力算出手段
２０出力電流決定手段
２１駆動回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering system, and more particularly to a steering system that applies an auxiliary steering torque to a steered wheel by an electric motor according to a steering angle or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As a so-called power steering device for reducing a driver's steering force, for example, a device described in Japanese Patent Publication No. 50-35884 is known. This is designed to assist the steering force of the steering wheel with the output torque of the electric motor. The steering force applied by the driver to the steering wheel is detected by a torque sensor, etc. The steering force of the driver is reduced by applying an appropriate auxiliary steering torque in accordance with a detection signal such as the above.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional power steering device, as a result of the reduced steering force, the steering speed can be increased as compared with the conventional power steering device, and the steering force is reduced particularly on a low μ road such as an icy road. There is a concern that understeering due to excessive steering may be induced in conjunction with the accompanying reduction in road surface information.
[0004]
Also, in order to solve this problem, the side force in the friction circle of the tire at that time is estimated, and when it is likely to exceed it, a steering reaction force is generated, that is, the auxiliary steering torque is reduced, and It was conceived to call attention to the steering, but for this purpose, it was necessary to perform a highly difficult estimation process of the road surface μ, which hindered its practical use.
[0005]
In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention has been devised to suppress or prevent the occurrence of understeer caused by excessive steering in a steering device having a power steering device, particularly on a low μ road . Things.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention provides a manual steering means for manually turning a steered wheel of a vehicle, and an electric motor for applying an auxiliary steering torque and a steering reaction torque to the steered wheels. And a yaw rate sensor that detects an actual yaw rate value acting on the vehicle, and a control unit that previously stores a reference yaw rate value corresponding to a steering angle and a vehicle speed and controls a driving torque of the electric motor. Calculate a vertical load value during turning of the steered wheel from the longitudinal acceleration and the lateral acceleration, correct the reference yaw rate value based on the vertical load value, and calculate the corrected reference yaw rate value and the actual yaw rate value. The presence or absence and degree of understeer are determined by comparison, and as the degree of understeer increases, the steering reaction force of the steering torque command value applied to the electric motor increases. Also Noto increase the torque component.
[0007]
This makes it possible to optimize the steering reaction force control by further increasing the accuracy of determining the degree of understeer.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a configuration of a vehicle steering system to which the present invention is applied. This device can reciprocate in the vehicle width direction by meshing with a pinion 4 connected to a steering shaft 2 integrally connected to a steering wheel 1 via a connecting shaft 3 having universal joints 3a and 3b. A manual steering force generating means 9 comprising a rack and pinion mechanism comprising a rack shaft 8 having both ends connected to knuckle arms 7 of the left and right front wheels 6 via tie rods 5; A motor 10 arranged coaxially with the rack shaft 8 to generate an auxiliary steering force for reducing the steering force by the means 9, a steering angle sensor 11 for detecting a rotation angle of the steering wheel 1, and a pinion And a torque sensor 12 for detecting a manual steering torque acting on the vehicle 4, and outputs a signal corresponding to the longitudinal acceleration of the vehicle provided at an appropriate position on the vehicle body. An acceleration sensor 13 for outputting a signal corresponding to the lateral acceleration of the vehicle, a yaw rate sensor 15 for outputting a signal corresponding to the yaw rate (yawing angular velocity) of the vehicle, It comprises a vehicle speed sensor 16 for outputting a signal corresponding to the traveling speed, and a control unit 17 for controlling the output of the electric motor 10 based on these detected values.
[0010]
FIG. 2 is a schematic block diagram showing a control system to which the present invention is applied. Each signal output of the steering angle sensor 11, the torque sensor 12, the

acceleration sensors

13 and 14, the yaw rate sensor 15 and the vehicle speed sensor 16 is input to the control unit 17. These signal inputs are input to the auxiliary steering force calculation means 18 and the steering reaction force calculation means 19, respectively, and are processed to determine the drive current value to be supplied to the electric motor 10 by the output current determination means 20. This current value corresponds to the deviation between the target steering torque value and the actual steering torque value from the torque sensor 12, and reverses the sign according to the steering direction. The obtained drive current value is input to the drive circuit 21. The drive circuit 21 controls the drive of the electric motor 10 by, for example, PWM control. An actual current detection value by a current detection sensor (not shown) is fed back to a drive current value which is an input signal of the drive circuit 21. ing.
[0011]
In the auxiliary steering force calculating means 18, calculation relating to normal steering force assist is performed. For this calculation, for example, a calculation performed by a known electric power steering control that obtains a desired target steering torque value according to a yaw rate or the like can be applied, and thus a detailed description thereof is omitted.
[0012]
In the steering reaction force calculating means 19, a target steering reaction torque value is obtained by an algorithm described later based on each signal output from each of the sensors 11 to 16 inputted.
[0013]
In the steering reaction force calculating means 19 in the control unit 17, the processing shown in the flowchart of FIG. 3 is repeatedly executed at a predetermined cycle. First, in step 1, the steering angle θ and the vehicle speed V are read from the

sensors

11 and 16, and in step 2, the reference yaw rate γ0 is obtained from the following equation.
[0014]
(Equation 1)

[0015]
here,
x1, x2: Variables Lf, Lr whose initial values are 0: distances from the center of gravity of the vehicle to the front and rear axes (f is front, r is rear)
kf, kr: tire equivalent cornering power Jz: yaw moment of inertia Ms: vehicle weight Ns: steering gear ratio. Note that, in this configuration, the state equation is used. However, at the time of an actual operation, it can be discretized and obtained by a transfer function.
[0016]
The longitudinal acceleration VG and lateral direction of the vehicle at Step 3, i.e. reads the lateral acceleration LG from

sensors

13 and 14, the vertical load FL ₀ and vertical load FR ₀ of the right front wheel of the left front wheel from the following equation at Step 4 Ask.
[0017]
(Equation 2)

[0018]
here,
p, q: correction coefficient β: weight distribution coefficient m: vehicle weight.
[0019]
Next, in step 5, a modified norm yaw rate γT is obtained from the following equation.
[0020]
(Equation 3)

[0021]
Then, in step 6, the actual yaw rate γ is read from the sensor 15, and in step 7, the yaw rate deviation Δγ is obtained from the actual yaw rate γ and the modified reference yaw rate γT. In step 8, the degree of understeer is determined by real-time identification using the determined yaw rate deviation Δγ, and the determination is made.
[0022]
(Equation 4)

[0023]
A target steering reaction torque value Tr (= us (n) * c (c is a coefficient)) is determined according to the result of the understeer determination in step 8, and a limiter is applied as necessary. in step 9 subtracted from the target steering torque value T a by the auxiliary steering force calculating means 18 calculates the corrected target steering torque value Ta a (Taa = Ta-Tr ). Then, the output current determining means 20 actually converts the corrected target steering torque value Ta a from the actual steering torque value T from the torque sensor 12 into a target current value corresponding to the deviation, and outputs the target current value to the drive circuit 21. You.
[0024]
FIG. 4 is a time chart showing the operation of the main part of the vehicle steering system. First, if the understeer tendency becomes strong during steering due to, for example, an excessive steering operation in the portion A, the deviation Δγ between the actual yaw rate γ and the modified reference yaw rate γT increases, and the understeer degree us increases. At this time, the target steering reaction torque value Tr increases instantaneously, and as a result, the steering force assist decreases or becomes zero, thereby urging the driver's attention. In the figure, the steering wheel is not returned, but if the steering wheel is returned at this time, the deviation Δγ between the actual yaw rate γ and the corrected reference yaw rate γT decreases, understeering is eliminated, and the degree of understeering us decreases. Steering force assist can be obtained. Also, as shown in part B, when the load on the front wheels (steering wheels) is increased by actuating the brake, etc., the grip force is also improved, so that the actual yaw rate γ increases and approaches the modified reference yaw rate γT, and the understeer Is resolved, and the understeer degree us decreases, so that the target steering reaction torque value Tr decreases, and normal steering force assist can be obtained.
[0025]
In practice, it is preferable to include a damping component in the target steering reaction torque value Tr in order to prevent a sudden change in the steering force assist. Further, the target steering reaction torque value Tr may be increased when the understeer degree us exceeds a predetermined threshold value in consideration of the response at the time of light steering and the like. Furthermore, it may also be larger target steering reaction force torque T r than the corrected target steering torque value Ta a when a large understeer degree us.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the steering reaction force adding control for urging the driver not to further steer when understeer occurs, the longitudinal acceleration and the lateral acceleration are obtained from the acceleration sensor. front wheels to estimate the changes in the (steering wheel) load, Ri by the modifying the reference yaw rate value to estimate the change in the grip of the steering wheel from the results, further increasing the accuracy of determining the degree of a Ndasutea Thus, steering reaction force control can be optimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing a vehicle steering system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a circuit block diagram of a control system of the steering device.
FIG. 3 is a flowchart showing a control process of the steering device.
FIG. 4 is a time chart showing the operation of the vehicle steering system to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manual steering force generator 2 Electric auxiliary steering force generator 3 Steering wheel 4 Steering shaft 5 Connecting shaft 6 Pinion 7 Rack 8 Tie rod 9 Front wheel 10 Electric motor 11 Steering angle sensor 12 Torque sensor 13 Front-rear direction acceleration sensor 14 Lateral acceleration sensor 15 Yaw rate sensor 16 Vehicle speed sensor 17 Control unit 18 Auxiliary steering force calculation means 19 Steering reaction force calculation means 20 Output current determination means 21 Drive circuit

Claims

Manual steering means for manually turning the steered wheels of the vehicle, an electric motor for applying auxiliary steering torque and steering reaction torque to the steered wheels, and a yaw rate sensor for detecting an actual yaw rate value acting on the vehicle And a control means for storing a reference yaw rate value corresponding to a steering angle and a vehicle speed in advance and controlling a driving torque of the electric motor,
Calculate a vertical load value during turning of the steered wheel from the longitudinal acceleration and the lateral acceleration, and correct the reference yaw rate value based on the vertical load value,
Comparing the corrected reference yaw rate value with the actual yaw rate value to determine the presence or absence and degree of understeer, and increasing the steering reaction torque component of the steering torque command value given to the electric motor as the degree of understeer increases; A vehicle steering system characterized by the above-mentioned.