JP2006192981A - ４輪駆動車のパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前後駆動力配分が可変制御され、セルフアライニングトルクが変化しても、それに応じたアシスト力を発生し、違和感のない自然な操舵感を維持する。
【解決手段】現在の車両挙動で生じているセルフアライニングトルクを第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1として推定し、今後の車両挙動に反映させられるセルフアライニングトルクを第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnとして推定して、第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnと第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1との差をセルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴとして演算し、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴに基づいてステアリング操作に対して発生させるアシスト力の補正値（修正舵力）Ｆpsを設定出力する。
【選択図】図６

Description

本発明は、様々に変化される前後駆動力配分に対し、適切な操舵反力を発生する４輪駆動車のパワーステアリング装置に関する。

従来より、車両のパワーステアリング装置については、ドライバに適切な操舵反力を与えるために様々なものが開発されている。

例えば、実開平２−４３７６５号公報では、車速と繰舵角を基に車両の運動モデルに基づいて操舵時に発生する車両の横すべり角を推定し、車速と横すべり角に基づいてステアリングホイールに発生する操舵反力目標値を決定し、この操舵反力目標値に応じた操舵反力を発生させるように制御する車両のパワーステアリング制御装置が開示されている。
実開平２−４３７６５号公報

一般に、車両においては制駆動力が変化するとセルフアライニングトルクが変化し、操舵反力が変化することが知られている。従って、前後駆動力配分が可変される４輪駆動車においては、前後駆動力配分が可変制御されると、それに応じてセルフアライニングトルクが変化し、結果として、舵力が変化してしまうことになり、操舵時に違和感を与えることがある。例えば、前輪駆動力が増加された場合、前輪側のセルフアライニングトルクが減少し、相対的に舵力が軽くなってドライバに違和感を与えることがある。上述の特許文献１の技術では、このようなセルフアライニングトルクの影響が考慮されていないため、特許文献１の技術を４輪駆動車に採用する場合、操舵時に違和感を生じてしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、前後駆動力配分が可変制御され、セルフアライニングトルクが変化しても、それに応じたアシスト力を発生し、違和感のない自然な操舵感を維持することができる４輪駆動車のパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンからの駆動力を前輪と後輪とに配分制御する４輪駆動車において、現在の車両挙動で生じているセルフアライニングトルクを第１のセルフアライニングトルクとして推定する第１のセルフアライニングトルク推定手段と、今後の車両挙動に反映させられるセルフアライニングトルクを第２のセルフアライニングトルクとして推定する第２のセルフアラニングトルク推定手段と、上記第２のセルフアライニングトルクと上記第１のセルフアライニングトルクとの差をセルフアライニングトルク変化量として演算するセルフアライニングトルク変化量演算手段と、上記セルフアライニングトルク変化量に基づいてステアリング操作に対して発生させるアシスト力の補正値を設定出力するアシスト力補正手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による４輪駆動車のパワーステアリング装置によれば、前後駆動力配分が可変制御され、セルフアライニングトルクが変化しても、それに応じたアシスト力を発生し、違和感のない自然な操舵感を維持することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図６は本発明の実施の一形態を示し、図１はパワーステアリング装置を搭載した車両の概略構成図、図２はフローコントロールバルブの構造を示す断面図、図３はパワーステアリング制御部の機能ブロック図、図４は制駆動力と横すべり角に応じたセルフアライニングトルクの特性の説明図、図５はセルフアライニングトルクに対する修正舵力の特性の説明図、図６はパワーステアリング制御部で実行されるパワーステアリング制御プログラムのフローチャートである。

図１において、符号１は４輪駆動車（以下、「車両」と略す）を示し、この車両１のエンジン２による駆動力は、トルクコンバータ３、変速装置４を経て、トランスミッション出力軸５から油圧多板クラッチ等で構成される伝達容量可変のトランスファ装置６に伝達される。

トランスファ装置６に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸７、プロペラシャフト８、ドライブピニオン軸９を介して後輪終減速装置１０に入力される一方、フロントドライブ軸１１を介して前輪終減速装置１２に伝達される。

トランスファ装置６は、駆動軸としてのフロントドライブ軸１１とリヤドライブ軸７とに伝達する駆動力の配分比を、前後駆動力配分制御部６１からの制御信号により、例えば、１００：０〜５０：５０の間で可変に制御可能な構成となっている。この前後駆動力配分制御部６１は、公知のものであり、例えば、トランスミッション出力軸５から出力されるトランスミッション出力トルクに比例したトルク感応トルクと、前軸と後軸との間で生じている実際のスリップ量と理論的な車両モデルから設定される目標値との差に比例した差回転感応トルクと、実際のヨーレートと目標ヨーレートとの偏差に応じたヨーレートフィードバックトルク等を加算し、更に、様々な補正を加えて制御量が設定される。

後輪終減速装置１０に入力された駆動力は、後輪左アクスル軸１３rlを経て左後輪１４rlに伝達される一方、後輪右アクスル軸１３rrを経て右後輪１４rrに伝達される。また、前輪終減速装置１２に入力された駆動力は、前輪左アクスル軸１３flを経て左前輪１４flに伝達される一方、前輪右アクスル軸１３frを経て右前輪１４frに伝達される。

一方、符号２０は、パワーステアリング装置を示し、該パワーステアリング装置２０は、ステアリングホイール２１と、このステアリングホイール２１から延出されたステアリングシャフト２２と、ステアリングギヤボックス２３と、パワーステアリング油圧制御系２４と、パワーステアリング制御部２５から主要に構成されている。

ステアリングギヤボックス２３からは、左前輪１４flに向けてタイロッド２６ｌが延出される一方、右前輪１４rrに向けてタイロッド２６ｒが延出されている。

タイロッド２６ｌ，２６ｒのタイロッドエンドは、ナックルアーム２７ｌ，２７ｒを介して、それぞれの側の車輪１４fl，１４rrを回転自在に支持するアクスルハウジング２８ｌ，２８ｒと連結されている。

ステアリングギヤボックス２３内には、ステアリングシャフト２２の回転により、ラック・ピニオンの機構で、車幅方向に移動自在なラック軸（図示せず）が格納されており、このラック軸にはラックピストン２９が設けられている。そして、パワーステアリング油圧制御系２４からの油圧が、左側の作動室３０ｌ、或いは、右側の作動室３０ｒに加えられることにより舵力に対するアシスト力が発生されるように構成されている。

パワーステアリング油圧制御系２４は、オイルポンプ３１と、コントロールバルブ３２と、オイルポンプ３１からコントロールバルブ３２への吐出管路中に介装したフローコントロールバルブ３３と、これらオイルポンプ３１、コントロールバルブ３２、フローコントロールバルブ３３からのオイルを回収し、オイルポンプ３１に戻すためのオイルリザーバー３４とを有して主要に構成されている。

オイルポンプ３１は、例えば、エンジン２により駆動されるベーンポンプであり、本パワーステアリング装置２０は、エンジン回転数感応式のパワーステアリング装置となっている。

オイルポンプ３１から吐出された作動油は、オイルポンプ３１内の図示しない制御バルブにより、エンジン回転数に応じて適量に制御され、フローコントロールバルブ３３を介してコントロールバルブ３２に供給される。

コントロールバルブ３２は、ステアリング操舵により作動され、転舵方向に従った作動油の回路が形成されて、作動油は管路３５ｌ、或いは、管路３５ｒを通り、ステアリングギヤボックス２３の作動室３０ｌ、或いは、作動室３０ｒに供給される。そして、作動室３０ｌ、或いは、作動室３０ｒに入った作動油は、ラックピストン２９に作用し、ラック軸に対して右、或いは、左への押圧力（アシスト力）を発生させ、操舵力を補助軽減させる。このラックピストン２９の移動により、作動室３０ｒ、或いは、作動室３０ｌの作動油は押し出され、管路３５ｒ、或いは、管路３５ｌ、コントロールバルブ３２を経由してオイルリザーバー３４へと戻される。

フローコントロールバルブ３３は、図２に示すように、ケーシング４０内に、コイルバネ４１と電磁コイル４２により付勢力が可変されるスプール４３が配設されており、このスプール４３の先端面にはニードルバルブ４４が当接され、オイルポンプ３１からコントロールバルブ３２へと連通されるバルブ通路４５の開度が可変制御される。電磁コイル４２は、パワーステアリング制御部２５から常に所定電流がバイアス電流Ａ０として印加されており、この電磁コイル４２に印加される制御電流は、後述するセルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴの正負に応じて可変され、コントロールバルブ３２への油量の増減が可変制御されるように構成されている。

パワーステアリング制御部２５は、前後駆動力配分制御部６１から駆動トルクの配分比（前輪側のトルク配分比Ｓｆ，後輪側のトルク配分比Ｓｒ）が、エンジン制御部６２からエンジン回転数Ｎｅ，エンジン出力トルクＴｅが、トランスミッション制御部６３からトルクコンバータ３のタービン回転数Ｎｔ，変速装置４のギヤ比ｉが入力される。また、各車輪速センサ５１fl，５１fr，５１rl，５１rrから各車輪１４fl，１４fr，１４rl，１４rrの車輪速ωfl，ωfr，ωrl，ωrrが、ヨーレートセンサ５２から実際に車両１に生じているヨーレートγが、横加速度センサ５３から実際に車両１に生じている横加速度Ｇｙが入力される。

そして、これらの入力信号に応じて、現在の車両挙動で生じているセルフアライニングトルクＳＡＴn-1（第１のセルフアライニングトルク）と、今後の車両挙動に反映させられるセルフアライニングトルクＳＡＴn（第２のセルフアライニングトルク）を演算し、第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnと第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1との差をセルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴとして演算し、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴに基づいてステアリング操作に対して発生させるアシスト力の補正値（修正舵力）Ｆpsを設定し、パワーステアリング装置２０のフローコントロールバルブ３３に対して出力する。

すなわち、パワーステアリング制御部２５は、図３に示すように、前輪側駆動力配分比演算部２５ａ、トランスミッション出力トルク演算部２５ｂ、前輪側駆動トルク演算部２５ｃ、前輪横すべり角演算部２５ｄ、セルフアライニングトルク演算部２５ｅ、セルフアライニングトルク変化量演算部２５ｆ、修正舵力設定部２５ｇから主要に構成されている。

前輪側駆動力配分比演算部２５ａは、前後駆動力配分制御部６１から駆動トルクの配分比（前輪側のトルク配分比Ｓｆ，後輪側のトルク配分比Ｓｒ）が入力される。そして、以下の（１）式により、全駆動力に対する前輪側の駆動力配分比ｒｆを演算し、前輪側駆動トルク演算部２５ｃに出力する。
ｒｆ＝Ｓｆ／（Ｓｆ＋Ｓｒ） …（１）

トランスミッション出力トルク演算部２５ｂは、エンジン制御部６２からエンジン回転数Ｎｅとエンジン出力トルクＴｅが、トランスミッション制御部６３からトルクコンバータ３のタービン回転数Ｎｔと変速装置４のギヤ比ｉが入力される。

そして、以下（２）式によりトランスミッション出力トルクＴｏを演算し、このトランスミッション出力トルクＴｏを前輪側駆動トルク演算部２５ｃに出力する。
Ｔｏ＝Ｔｅ・ｔ・ｉ …（２）
ここで、ｔはトルクコンバータのトルク比であり、予め設定されている、トルクコンバータの回転速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｅ）とトルクコンバータのトルク比ｔとのマップを参照することにより求められる。

前輪側駆動トルク演算部２５ｃは、前輪側駆動力配分比演算部２５ａから全駆動力に対する前輪側の駆動力配分比ｒｆが、トランスミッション出力トルク演算部２５ｂからトランスミッション出力トルクＴｏが入力される。そして、以下の（３）式により、今回の前輪側駆動トルクＴfnを演算し、セルフアライニングトルク演算部２５ｅに出力する。尚、今回、新たに前輪側駆動トルクＴfnを演算した時には、今まで演算し記憶しておいた前輪側駆動トルクＴfnは、前回の前輪側駆動トルクＴfn-1としてメモリし、セルフアライニングトルク演算部２５ｅに出力する。
Ｔfn＝ｒｆ・Ｔｏ …（３）
すなわち、この前輪側駆動トルク演算部２５ｃは、前輪側駆動トルク推定手段として設けられている。

前輪横すべり角演算部２５ｄは、各車輪速センサ５１fl，５１fr，５１rl，５１rrから各車輪１４fl，１４fr，１４rl，１４rrの車輪速ωfl，ωfr，ωrl，ωrrが、ヨーレートセンサ５２から実際に車両１に生じているヨーレートγが、横加速度センサ５３から実際に車両１に生じている横加速度Ｇｙが入力される。

そして、各車輪１４fl，１４fr，１４rl，１４rrの車輪速ωfl，ωfr，ωrl，ωrrの平均値等から車両１の車速Ｖ（＝（ωfl＋ωfr＋ωrl＋ωrr）／４）を演算し、例えば、以下の（４）式により、前輪横すべり角βを演算してセルフアライニングトルク演算部２５ｅに出力する。
β＝∫（γ−（Ｇｙ／Ｖ））ｄｔ …（４）

セルフアライニングトルク演算部２５ｅは、前輪側駆動トルク演算部２５ｃから今回の前輪側駆動トルクＴfnと前回の前輪側駆動トルクＴfn-1とが入力され、前輪横すべり角演算部２５ｄから前輪横すべり角βが入力される。

そして、予め車種毎の車両諸元により設定しておいた、例えば、図４に示すような、制駆動力と横すべり角βに応じたセルフアライニングトルクＳＡＴの特性マップを参照し、前回の前輪側駆動トルクＴfn-1と前輪横すべり角βとから、現在の車両挙動で生じているセルフアライニングトルクＳＡＴn-1（第１のセルフアライニングトルク）を演算する。また、今回の前輪側駆動トルクＴfnと前輪横すべり角βとから、今後の車両挙動に反映させられるセルフアライニングトルクＳＡＴn（第２のセルフアライニングトルク）を演算する。尚、図４の例では、横すべり角βが２°で、前回の前輪側駆動トルクＴfn-1がＴ１であり、第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1がＳＡＴ１であった状態が、横すべり角βが２°で、今回の前輪側駆動トルクＴfnがＴ２であり、第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnがＳＡＴ２の状態となった場合を示している。

すなわち、前回演算される第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1は、前回の制御により設定されたものの、そのタイミングの遅れから、現在の車両挙動で生じていると予測する一方、今回演算される第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnは、そのタイミングの遅れから、今後の車両挙動に反映されるとして予測するのである。尚、より厳密に、セルフアライニングが車両の挙動に反映される遅れ時間を推定し、遅延処理等を行って制御することも可能である。

こうして、演算された第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1と、第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnは、セルフアライニングトルク変化量演算部２５ｆに出力される。すなわち、セルフアライニングトルク演算部２５ｅは、第１のセルフアライニングトルク推定手段、及び、第２のセルフアラニングトルク推定手段としての機能を有して構成されている。

セルフアライニングトルク変化量演算部２５ｆは、セルフアライニングトルク演算部２５ｅから第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1と第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnが入力される。そして、以下、（５）式により、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴを演算し、修正舵力設定部２５ｇに出力する。
ΔＳＡＴ＝ＳＡＴn−ＳＡＴn-1 …（５）

すなわち、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴは、前後駆動力配分制御部６１による前後駆動力配分制御の変化により今後、車両に生じるであろうセルフアライニングトルクの変化量となっている。こうして、セルフアライニングトルク変化量演算部２５ｆは、セルフアライニングトルク変化量演算手段として設けられている。

修正舵力設定部２５ｇは、セルフアライニングトルク変化量演算部２５ｆからセルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴが入力される。そして、例えば、図５に示すように、予め設定しておいたマップを基に、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴに基づいてステアリング操作に対して発生させるアシスト力の補正値（修正舵力）Ｆpsを設定し、パワーステアリング装置２０のフローコントロールバルブ３３に対して出力する。すなわち、修正舵力設定部２５ｇは、アシスト力補正手段として設けられている。

次に、上述のパワーステアリング制御部２５で実行される制御を、図６のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要なパラメータ、すなわち、前後駆動力配分制御部６１から駆動トルクの配分比（前輪側のトルク配分比Ｓｆ，後輪側のトルク配分比Ｓｒ）、エンジン制御部６２からエンジン回転数Ｎｅ，エンジン出力トルクＴｅ、トランスミッション制御部６３からトルクコンバータ３のタービン回転数Ｎｔ，変速装置４のギヤ比ｉ、各車輪速センサ５１fl，５１fr，５１rl，５１rrから各車輪１４fl，１４fr，１４rl，１４rrの車輪速ωfl，ωfr，ωrl，ωrr、ヨーレートセンサ５２から実際に車両１に生じているヨーレートγ、横加速度センサ５３から実際に車両１に生じている横加速度Ｇｙを読み込む。

次に、Ｓ１０２に進み、前輪側駆動力配分比演算部２５ａは、前述の（１）式により、全駆動力に対する前輪側の駆動力配分比ｒｆを演算する。

次いで、Ｓ１０３に進み、トランスミッション出力トルク演算部２５ｂは、前述の（２）式により、トランスミッション出力トルクＴｏを演算する。

次に、Ｓ１０４に進み、前輪側駆動トルク演算部２５ｃは、前述の（３）式により、今回の前輪側駆動トルクＴfnを演算する。

次いで、Ｓ１０５に進み、前輪横すべり角演算部２５ｄは、前述の（４）式により、前輪横すべり角βを演算を演算する。

次に、Ｓ１０６に進み、セルフアライニングトルク演算部２５ｅは、予め車種毎の車両諸元により設定しておいた、例えば、図４に示すような特性マップを参照し、前回の前輪側駆動トルクＴfn-1と前輪横すべり角βとから、現在の車両挙動で生じているセルフアライニングトルクＳＡＴn-1（第１のセルフアライニングトルク）を演算する。

次に、Ｓ１０７に進み、セルフアライニングトルク演算部２５ｅは、同様に図４に示すような特性マップを参照し、今回の前輪側駆動トルクＴfnと前輪横すべり角βとから、今後の車両挙動に反映させられるセルフアライニングトルクＳＡＴn（第２のセルフアライニングトルク）を演算する。

次いで、Ｓ１０８に進むと、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴは、Ｓ１０７で演算した第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnとＳ１０６で演算した第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1に基づき、前述の（５）式により、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴを演算する。

次いで、Ｓ１０９に進み、前輪側駆動トルク演算部２５ｃは、今回の前輪側駆動トルクＴfnを前回の前輪側駆動トルクＴfn-1として、メモリする（Ｔfn-1＝Ｔfn）。

そして、Ｓ１１０に進み、修正舵力設定部２５ｇは、例えば、図５に示すように、予め設定しておいたマップを基に、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴに基づいてステアリング操作に対して発生させるアシスト力の補正値（修正舵力）Ｆpsを設定し、Ｓ１１１に進んで、この修正舵力Ｆpsを出力してプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の形態によれば、現在の車両挙動で生じているセルフアライニングトルクを第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1として推定し、今後の車両挙動に反映させられるセルフアライニングトルクを第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnとして推定して、第２のセルフアライニングトルクＳＡＴnと第１のセルフアライニングトルクＳＡＴn-1との差をセルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴとして演算し、セルフアライニングトルク変化量ΔＳＡＴに基づいてステアリング操作に対して発生させるアシスト力の補正値（修正舵力）Ｆpsを設定出力する。従って、前後駆動力配分制御部６１により前後駆動力配分が可変制御され、セルフアライニングトルクが変化しても、それに応じたアシスト力を発生し、違和感のない自然な操舵感を維持することが可能となる。また、修正舵力Ｆpsを付与をするのは、オイルポンプ３１とコントロールバルブ３２との間に介装したフローコントロールバルブ３３で簡単に実現できるので、汎用性に優れている。

パワーステアリング装置を搭載した車両の概略構成図 フローコントロールバルブの構造を示す断面図 パワーステアリング制御部の機能ブロック図 制駆動力と横すべり角に応じたセルフアライニングトルクの特性の説明図 セルフアライニングトルクに対する修正舵力の特性の説明図 パワーステアリング制御部で実行されるパワーステアリング制御プログラムのフローチャート

符号の説明

１ ４輪駆動車
２ エンジン
６ トランスファ装置
２０ パワーステアリング装置
２１ ステアリングホイール
２２ ステアリングシャフト
２３ ステアリングギヤボックス
２４ パワーステアリング油圧制御系
２５ パワーステアリング制御部
２５ａ 前輪側駆動力配分比演算部
２５ｂ トランスミッション出力トルク演算部
２５ｃ 前輪側駆動トルク演算部（前輪側駆動トルク推定手段）
２５ｄ 前輪横すべり角演算部
２５ｅ セルフアライニングトルク演算部（第１のセルフアライニングトルク推定手段、第２のセルフアラニングトルク推定手段）
２５ｆ セルフアライニングトルク変化量演算部（セルフアライニングトルク変化量演算手段）
２５ｇ 修正舵力設定部（アシスト力補正手段）
３３ フローコントロールバルブ
６１ 前後駆動力配分制御部
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (2)

1. エンジンからの駆動力を前輪と後輪とに配分制御する４輪駆動車において、
   現在の車両挙動で生じているセルフアライニングトルクを第１のセルフアライニングトルクとして推定する第１のセルフアライニングトルク推定手段と、
   今後の車両挙動に反映させられるセルフアライニングトルクを第２のセルフアライニングトルクとして推定する第２のセルフアラニングトルク推定手段と、
   上記第２のセルフアライニングトルクと上記第１のセルフアライニングトルクとの差をセルフアライニングトルク変化量として演算するセルフアライニングトルク変化量演算手段と、
   上記セルフアライニングトルク変化量に基づいてステアリング操作に対して発生させるアシスト力の補正値を設定出力するアシスト力補正手段と、
   を備えたことを特徴とする４輪駆動車のパワーステアリング装置。
2. 前輪側に作用する前輪側駆動トルクを推定する前輪側駆動トルク推定手段を有し、
   上記第１のセルフアライニングトルク推定手段は、少なくとも上記前輪側駆動トルク推定手段で前回推定した前輪側駆動トルクを基に上記第１のセルフアライニングトルクを推定し、
   上記第２のセルフアライニングトルク推定手段は、少なくとも上記前輪側駆動トルク推定手段で今回推定した前輪側駆動トルクを基に上記第２のセルフアライニングトルクを推定することを特徴とする請求項１記載の４輪駆動車のパワーステアリング装置。

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