JP2772108B2 - 動力舵取装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、アシスト力を与える増力装置に関連して設
けられ、車速、操舵角、ハンドルトルク等の走行状態に
基づき演算される印加電流に応じて増力装置によるアシ
スト力を制御する制御装置を備えた動力舵取装置の制御
装置に関する。

（従来の技術） 例えば油圧式の動力舵取装置の制御装置においては、
車速や操舵角等に応じた制御電流を制御装置の電磁制御
弁に印加して動力舵取装置のハンドルトルクを制御する
ことは知られている。この技術によれば、ハンドル切込
み時の特性に関しては満足する結果が得られるが、ハン
ドル戻り時あるいは保舵状態においてハンドルが重く感
じられるという問題がある。

これを解決するために、特開昭62−279170号の技術で
は、反力機構による操舵力制御装置を有する動力舵取装
置において、操舵角が中立位置に近づく方向に変化して
いることを検出する戻り判定手段を設け、この戻り判定
手段の出力に応答して電磁制御弁への印加電流を減少さ
せ反力機構に供給する油圧を増加させて、ハンドル戻り
の際の操舵が良好に感じられるようにしている。これは
低速走行の場合であるが、中・高速走行の場合にはハン
ドル戻り及び保舵状態の際に反力機構に供給する油圧を
逆に減少させることにより、ハンドル戻り及び保舵状態
における操舵が軽く感じられるようにすることも考えら
れる。

（発明が解決しようとする課題） 中高速走行のハンドル戻り状態においては比較的速や
かに印加電流を増大させ反力油圧を減少させて操舵感を
軽くすることが好ましいが、そのようにすると保舵状態
においても第７図（ｂ）の破線に示すように印加電流が
速やかに増大して操舵感が急に軽くなり、このため操舵
に異和感を受ける。

本発明はハンドル戻り状態における操舵感は速やかに
軽くするが、保舵状態における操舵感はゆっくりと軽く
なるようにしてこのような問題を解決することを目的と
する。

（課題を解決するための手段） このために、本発明による動力舵取装置の制御装置
は、第１図に示すように、作動部材11を介して操向車輪
を操向する操舵ハンドル46と、前記作動部材11にアシス
ト力を与える増力装置12と、前記操舵ハンドル46に加わ
るトルクに応じたアシスト力を生じるように前記増力装
置12を制御する制御装置15と、自動車の走行状態に応じ
た印加電流を演算しこれを前記制御装置15に出力して前
記アシスト力を変化させる演算出力手段２を備えてなる
動力舵取装置において、前記操舵ハンドル46の操舵角を
検出する操舵角センサ45と、この操舵角センサ45により
検出された操舵角の変化に基づき前記操舵ハンドル46の
状態が切込み状態と戻り状態と保舵状態の何れであるか
を判定する判定手段１と、前記操舵角に応じた補正電流
を演算する補正電流演算手段と、前記判定手段１が戻り
状態と判定している場合には前記操舵ハンドル46に加わ
るトルクの向きに作用している前記アシスト力が速やか
に増大する方向に変化するように前記演算出力手段２に
より演算された印加電流に前記補正電流を付加する第１
付加演算手段３と、前記判定手段１が保舵状態と判定し
ている場合には前記操舵ハンドル46に加わるトルクの向
きに作用している前記アシスト力が前記戻り状態の場合
よりもゆっくりと増大する方向に変化するように前記演
算出力手段２により演算された印加電流に前記補正電流
を付加する第２付加演算手段４を備えたことを特徴とす
るものである。

（作用） ハンドル切込み時には、演算出力手段２は自動車の走
行状態に応じた印加電流を演算して制御装置15に出力
し、これにより増力装置12が作動部材11に適度なアシス
ト力を与えて動力操舵がなされる。判定手段１がハンド
ル戻り状態と判定している時には、演算出力手段２は自
動車の走行状態に応じた印加電流を同様に演算し、第１
付加演算手段３はこの印加電流を、そのとき操舵ハンド
ル46に加わっているハンドルトルクの向きである戻り方
向に作用しているアシスト力が速やかに増大する方向に
変化させて制御装置15に出力する。これによりハンドル
戻り時のハンドルトルクは速やかに減少し、ハンドル戻
りが軽く感じられる方向に速やかに変化する。判定手段
１が保舵状態と判定している時には、演算出力手段２は
自動車の走行状態に応じた印加電流を同様に演算し、第
２付加演算手段４はこの印加電流を、そのとき操舵ハン
ドル46に加わっているハンドルトルクの向きである切込
み方向に作用しているアシスト力がハンドル戻り状態の
場合よりもゆっくりと増大する方向に変化させて制御装
置15に出力する。これにより保舵時のハンドルトルクは
ゆっくりと減少し、ハンドル戻りが軽く感じられる方向
にゆっくりと変化する。

（発明の効果） 上述のように、本発明によれば、ハンドル戻り状態に
おいてはハンドル戻りが軽く感じられる方向に速やかに
変化し、一方保舵状態においてはハンドル戻りが軽く感
じられる方向にゆっくりと変化するので、ハンドル戻り
状態においても保舵状態においても好ましいハンドルト
ルクの変化状態が得られる。

（実施例） 以下に、第１図〜第７図に示す実施例により、本発明
の説明をする。

第１図及び第２図に示すように、動力舵取装置10は、
操舵リンク機構を介して図略の操向車輪に連結された作
動ロッド（作動部材）11に設けたパワーシリンダ（増力
装置）12と、制御装置15よりなり、この制御装置15は、
ラック・ピニオン機構13とハンドル軸47を介して作動ロ
ッド11と操舵ハンドル46を連結する回転軸16に設けたサ
ーボ弁17と、電磁制御弁30を備えた反力機構18により構
成されている。

自動車エンジンにより駆動されるベーンポンプ等の供
給ポンプ20にはバイパス弁21が内蔵され、これにより一
定流量Ｑの作動流体が、吐出通路23を経て分流弁22に供
給される。分流弁22は一定流量Ｑの作動流体を、サーボ
弁通路23a及び反力制御通路23bへそれぞれ一定流量Q1及
びQ2ずつ分配する。サーボ弁通路23aはサーボ弁17を介
してパワーシリンダ12に接続され、また反力制御通路23
bには反力機構18及び電磁制御弁30が接続されている。
供給ポンプ20として電動式ポンプを使用した場合は、バ
イパス弁21は不要である。

サーボ弁17は公知のロータリータイプのオープンセン
タ形４ポート絞り切換弁よりなり、操舵ハンドル46に加
わるハンドルトルクに基づく回転軸16（中間部にトーシ
ョンバーが設けられている）の捩れにより作動して各ポ
ート18a〜18d間の絞りを制御するものである。ハンドル
トルクが生じない操舵中立状態においては、サーボ弁17
の両分配ポート17c,17dは等しい低圧となるのでパワー
シリンダ12は作動されない。操舵ハンドル46が一方に回
動されてハンドルトルクが生じれば、サーボ弁17は中立
状態から偏位して供給ポート17aからの作動流体のギヤ
発生圧力が増大して一方の分配ポート17c（または17d）
から一方の分配通路24a（または24b）を経てパワーシリ
ンダ12の一方の作動室に流入してアシスト力を発生さ
せ、他方の作動室の作動流体は、他方の分配通路24b
（または24a）から他方の分配ポート17d（または17c）
及び排出ポート17bを経てリザーバ25に排出される。こ
のアシスト力により作動ロッド11に作用する操舵力が増
大し、図略の操舵リンク機構を介して操向車輪に伝達さ
れる。

反力機構18は、回転軸16の出力側に形成した挿通孔18
cに嵌合されたプランジャ18bと、回転軸16の入力側に形
成されてプランジャ18bの先端と係合する円周方向両側
に傾斜した傾斜面18dを主要な構成要素とする公知のも
のである。そして、ポート18aを介してプランジャ18bの
後部に導入される作動流体の圧力を電磁制御弁30により
変化させて回転軸16の入出力側の間の捩りばね特性を変
え、これによりパワーシリンダ12の両作動室に対する作
動流体の給排を制御するサーボ弁17の作動特性を変える
ものである。電磁制御弁30は通常は全閉となっており、
ソレノイド30aへの印加電流の増大に応じて開度が増加
し、遂には全開となる。

第２図に示すように、電子制御装置50は中央処理装置
（以下単にCPUという）51と、読出し専用メモリ（以下
単にROMという）52と、書込み可能メモリ（以下単にRAM
という）53を主要構成要素とし、このCPU51には図略の
インターフェイス並びにソレノイド駆動回路を介して前
記電磁制御弁30のソレノイド30aが接続されて印加電流
を制御するようになっている。また、CPU51には図略の
インターフェイスを介して車速センサ40、操舵角センサ
45及びタイマ48が接続されている。この操舵角センサ45
はハンドル軸47に設けられ、所定の小操舵角毎に舵角パ
ルスを発生して操舵ハンドル46の操舵角θを検出するも
のであり、車速センサ40はエンジン41の駆動力を後輪に
伝達するトランスミッション42の出力軸43に設けられて
車速ｖを検出するものである。タイマ48は操舵角センサ
45が舵角パルスを発生する毎にリセットされて計時を開
始するものである。

ROM52には、電磁制御弁30のソレノイド30aへ出力する
印加電流Ｉの車速ｖ、操舵角θ及び操舵角速度ｄθ/dt
に対する特性が記憶されている。印加電流Ｉの特性は基
底電流I₀の特性と、第１及び第２補正電流i₁,i₂の特性
と、第１〜第３補正係数k₁,k₂,k₃の特性よりなり、各特
性は第４図〜第６図に特性マップとして示されている。

基底電流I₀は、第４図の（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、車速ｖ及び操舵角θの絶対値の増大に対してある値
から減少するように変化する。ハンドル戻り時及び保舵
時に特別な制御を行っていない従来技術においては、こ
の基底電流I₀のみを電磁制御弁30に印加しており、この
場合はハンドル戻り及び保舵が重く感じられる。

第１補正電流i₁は第５図（ａ）に示すように、車速ｖ
がある値までは０であり、それから速やかに増大してか
ら２段折れで０に戻り、それ以後は０となるように変化
する。第２補正電流i₂は第５図（ｂ）に示すように、第
１補正電流i₁が０となる車速までは０であり、その後は
車速の増大に応じて速やかである値まで増大してその値
に保持されるように変化する。第１補正係数k₁は第６図
（ａ）に示すように、操舵角θの増大につれてある値か
ら次第に減少して０となる。第２補正係数k₂は第６図
（ｂ）に示すように、操舵角速度ｄθ/dtの増大につれ
て速やかに０からある値まで増大しその値に保持され
る。第３補正係数k₃は第６図（ｃ）に示すように、操舵
角θの増大に応じてある値までは０であるがそれから速
やかにある値まで増大してその値に保持される。後述の
ように、第１補正電流i₁,第１補正係数k₁及び第２補正
係数k₂は低速走行状態で採用されるものであり、第２補
正電流i₂及び第３補正係数k₃は中高速走行状態で採用さ
れるものである。これらの各特性は、本実施例ではROM5
2に特性マップとして記憶させたが、実験式または関数
式として記憶させてもよい。

ROM52には、操舵角θの任意の極大位置からの戻し角
を演算する制御プログラムが記憶されている。この戻し
角は、次に述べるハンドル戻りフラグＦが１になったと
きからの操舵角センサ45による舵角パルスを計数するこ
とにより得られる。この戻し角は低速走行時の戻し制御
（第３図の210参照）に使用する。

またROM52には、時々刻々変化する操舵角θに基づき
演算した操舵角速度ｄθ/dtの値が負（すなわち戻り状
態）の場合はハンドル戻りフラグＦを１にする制御プロ
グラムが記憶されている。ROM52には更に、車速ｖ、操
舵角θ及び操舵角速度ｄθ/dtに基づき第４図〜第６図
の特性から基底電流I₀、第１及び第２補正電流i₁,i₂並
びに第１〜第３補正係数k₁,k₂,k₃を演算し、低速走行の
場合においては、Ｆ＝１でないとき及びＦ＝１であって
前述のハンドル戻し角が所定の角度α以下のときはＩ＝
I₀なる印加電流を電磁制御弁30に出力し、Ｆ＝１であっ
てハンドル戻し角が所定の角度αを越えたときは Ｉ＝I₀−i₁×k₁×k₂ なる印加電流Ｉを電磁制御弁30に出力する制御プログラ
ムが記憶されている。またこの制御プログラムは、中高
速走行の場合には、Ｆ＝１（ハンドル戻り状態）のとき
は Ｉ＝I₀＋i₂×k₃ となるまで印加電流Ｉを速やかに増大させ、Ｆ＝１でな
くかつタイマ48により計時される時間が所定の時間T₃を
越える（保舵状態）ときは Ｉ＝I₀＋i₂×k₃ となるまで印加電流ＩをＦ＝１のときよりもゆっくりと
増大させ、Ｆ＝１でなくかつタイマ48により計時される
時間が所定の時間T₃を越えない（切込み状態）ときは印
加電流Ｉを基底電流I₀として電磁制御弁30に出力するも
のである。

次に、上記実施例の制御動作を、第３図のフローチャ
ートにより説明する。

自動車のメインスイッチを入れれば、電子制御装置50
は各変数を０または所定の初期値に設定する。自動車の
走行状態において時々刻々変化する車速ｖ及び操舵角θ
は車速センサ40及び操舵角センサ45により検出されてそ
れぞれの現在値が図略のレジスタに入力される。CPU51
は図略の制御プログラムに基づきハンドル戻しフラグＦ
を演算し、所定の小時間毎に割込み信号が入力される都
度、第３図のフローチャートに示す制御プログラムに基
づいて処理動作を実行する。

CPU51は、先ず第３図のフローチャートのステップ101
において、レジスタに記憶された現在の車速ｖ及び操舵
角θを読み込んだのち、ステップ102においてROM52に記
憶された各特性マップにより車速ｖ及び操舵角θに基づ
いて基底電流I₀を演算する。続くステップ103においてC
PU51は車速ｖを所定値V₁と比較し、ｖ＜V₁であれば（低
速走行であれば）戻し制御210に制御動作を進め、ｖ＜V
₁でなければ（中高速走行であれば）保舵力制御120に制
御動作を進める。

本発明の要部をなす保舵力制御120では、別途演算し
た戻しフラグＦが１、すなわち戻り状態であれば、CPU5
1は制御動作をステップ130に進め、フラグＦが１でな
い、すなわちハンドル切込みまたは保舵状態であれば、
制御動作をステップ122に進める。

ステップ122において、CPU51は操舵角センサ45による
操舵パルスの発生毎にリセットされるタイマ48により計
時される時間t₃を所定の時間T₃と比較する。切込み状態
では操舵角センサ45から連続して入力される舵角パルス
によりタイマ48は絶えずリセットされ、t₃がT₃に達する
ことはないので、CPU51は制御動作をステップ122から12
3に進め、印加電流Ｉの値を基底電流I₀としてステップ1
05において電磁制御弁30のソレノイド30aに出力し、こ
れにより中高速走行時のハンドル切込みの際に適切なア
シスト力が得られる。この場合のハンドルトルクは従来
と同様の値となる。なお本実施例では印加電流Ｉを直ち
に基底電流I₀としたが、ある変化速度で印加電流Ｉを基
底電流I₀に近づけるようにしてもよい。

ハンドル戻り状態の場合は、CPU51は制御動作をステ
ップ121からステップ130に進め、所定の小時間T₁毎に１
回ずつ制御動作をステップ131〜135を経て、またそれ以
外は直接、ステップ105に制御動作を進める。CPU51はス
テップ132において次式 I_H＝i₂×k₃ により印加電流Ｉの増加限度I_Hを演算し、次のステップ
133から135により、印加電流Ｉの値がＩ＋I_Hになるまで
所定の小時間T₁毎に印加電流Ｉを微小値ΔＣずつ増加さ
せる。この印加電流Ｉの増加は比較的速やかであり、こ
れがステップ105において電磁制御弁30のソレノイド30a
に出力されるので、中高速走行時のハンドル戻しの際の
印加電流Ｉはハンドル切込みの場合よりも速やかに増大
し、これにより操舵感は速やかに軽くなる。なお本実施
例では、ハンドル戻り後に保舵状態にした場合は、ハン
ドル漏り状態のまま印加電流Ｉは増大するようになって
いる。

操舵角速度ｄθ/dtが０またはきわめて小さくて保舵
状態と判断される場合には、タイマ48がリセットされる
前にt₃がT₃に達するので、CPU51は制御動作をステップ1
22から140に進める。CPU51はステップ140,141により小
時間T₁よりも長い所定の小時間T₂毎に１回ずつ制御動作
をステップ141〜145を経て、またそれ以外は直接、ステ
ップ105に制御動作を進める。CPU51はステップ142にお
いて次式 I_H＝i₂×k₃ により印加電流Ｉの増加限度I_Hを演算し、次のステップ
143から145により、印加電流Ｉの値がＩ＋I_Hになるまで
所定の小時間T₂毎に印加電流Ｉを微小値ΔＤずつ増加さ
せる。この保舵状態における印加電流Ｉの増加はハンド
ル戻り状態よりもゆっくりであり、これがステップ105
において電磁制御弁30のソレノイド30aに出力されるの
で、中高速走行時の保舵状態の印加電流Ｉはハンドル戻
りの場合よりもゆっくりと増大し、これにより操舵感は
ゆっくりと軽くなる。

ステップ103においてｖ＜V₁であれば、CPU51は戻し制
御210に示す制御動作を実行して印加電流Ｉを演算し、
ステップ105においてこれを電磁制御弁30のソレノイド3
0aに出力する。この場合は、ハンドル戻しの際の印加電
流Ｉはハンドル切込みの際よりも減少する。なおこの戻
し制御210は本発明の要部でないので、フローチャート
のみを示し詳細な説明は省略する。

ステップ105が終了すれば、CPU51は第３図のフローチ
ャートによる処理動作の実行を一時停止する。以後、所
定の小時間毎に割込信号が出力される都度、CPU51は第
３図のフローチャートによる処理動作を繰り返して実行
して、車速ｖ、操舵角θ、操舵角速度ｄθ/dt及びハン
ドル切込みか戻しか保舵か等に応じて演算した印加電流
Ｉを電磁制御弁30のソレノイド30aに出力してハンドル
トルクを制御する。

なお、アシスト力は、操舵ハンドル46に加わるハンド
ルトルクと同じ向き（ハンドルトルクを助ける向き）に
作用してこのハンドルトルクを減少させるものであり、
このハンドルトルクの向きは、操舵ハンドルを切り込ん
でいる状態及び操舵ハンドルの戻りに逆らって操舵ハン
ドルを保舵している状態では切込み方向であり、操舵ハ
ンドルを自由なハンドル戻り速度よりも速く戻している
状態では戻り方向である。従って、ハンドル戻り状態の
ときは、アシスト力の向きはハンドル戻り方向であり、
保舵状態では、アシスト力の向きは切込み方向である。

すなわち、中高速走行時におけるハンドルを戻し状態
では、アシスト力の向きは自由なハンドル戻り速度を境
として、それよりも速ければ戻し方向となり、それより
も遅ければ切込み方向となるが、何れの場合にも印加電
流Ｉはハンドル切込み時よりも速やかに増大するのでア
シスト力も速やかに増大し、操舵感は速やかに軽くな
る。また中高速走行時における保舵状態では、アシスト
力の向きは切込み方向でアシスト力はゆっくりと増大
し、操舵感もゆっくりと軽くなるので、保舵状態の間に
操舵感が急に軽くなって操舵に異和感を与えることはな
い。

なお、特許請求の範囲との関連において、図３に示す
フローチャートを実行するプログラムが演算出力手段２
を、そのステップ132及びステップ142とそれらに関連す
る部分が補正電流演算手段を、ステップ130〜ステップ1
35とそれらに関連する部分が第１付加演算手段３を、ス
テップ140〜ステップ145とそれらに関連する部分が第２
付加演算手段４を、時々刻々変化する操舵角θに基づき
演算した操舵角速度ｄθ/dtの値が負（すなわち戻り状
態）の場合はハンドル戻りフログＦを１にするプログラ
ムが判定手段１をそれぞれ構成し、これらは全てROM52
に記憶されている。

なお、第８図は出願人における従来の技術（公知では
ない）の一例を示すフローチャートであり、その保舵力
制御220によれば、ハンドル戻り状態と保舵状態におけ
る印加電流Ｉの変化速度は同一となっている。ところで
ハンドル戻り状態における印加電流Ｉの変化速度はかな
り早くすることが好ましいので、保舵状態における印加
電流Ｉの変化速度、従ってハンドルトルクの変化速度
も、第７図（ｂ）の破線に示すように大となり、保舵状
態になってからの操舵感が急に軽くなり、操舵に異和感
を受ける。しかしながら本実施例によれば、第７図
（ｂ）の実線に示すように、保舵状態における印加電流
Ｉの変化速度がハンドル戻り状態における値よりも小と
なり、各状態において好ましいハンドルトルクの変化状
態が得られる。

なお上記実施例では、反力式の操舵力制御装置を用い
た場合について説明したが、本発明はサーボ弁17の両分
配ポート17c,17d間あるいはポンプの吐出側と吸込側と
の間をバイパスする電磁制御弁を設けたバイパス式の操
舵力制御装置を用いたものにも実施することができる。
更に、本実施例は操舵角センサ45によりハンドル戻りフ
ラグＦを判定しているが、操舵角センサとハンドルトル
クを検出するトルクセンサにより判定を行ってもよい。
また、各特性マップは、実施例のように連続的に変化す
るものの代わりに、段階的に変化するものとしてもよ
い。

また本発明は、電気式の動力舵取装置に実施すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による動力舵取装置の制御装置の構成を
示す図、第２図〜第７図は本発明の一実施例を示し、第
２図は全体の説明図、第３図は制御プログラムのフロー
チャート、第４図は基底電流の特性図、第５図は各補正
電流の特性図、第６図は各補正係数の特性図、第７図は
時間に対する操舵角と印加電流の変化状態を示す図であ
る。第８図は出願人における従来技術の制御プログラム
のフローチャートである。 符号の説明 １……判定手段、２……演算出力手段、３……第１付加
演算手段、４……第２付加演算手段、11……作動部材
（作動ロッド）、12……増力装置（パワーシリンダ）、
15……制御装置、16……回転軸、45……操舵角センサ、
46……操舵ハンドル。

フロントページの続き (72)発明者 大久保 拓哉 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田 工機株式会社内 (72)発明者 小玉 和正 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田 工機株式会社内 (72)発明者 木庭 壽 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 窪田 雄三 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−86685（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−127167（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−312268（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 6/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作動部材を介して操向車輪を操向する操舵
   ハンドルと、前記作動部材にアシスト力を与える増力装
   置と、前記操舵ハンドルに加わるトルクに応じたアシス
   ト力を生じるように前記増力装置を制御する制御装置
   と、自動車の走行状態に応じた印加電流を演算しこれを
   前記制御装置に出力して前記アシスト力を変化させる演
   算出力手段を備えてなる動力舵取装置において、前記操
   舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、この操
   舵角センサにより検出された操舵角の変化に基づき前記
   操舵ハンドルの状態が切込み状態と戻り状態と保舵状態
   の何れであるかを判定する判定手段と、前記操舵角に応
   じた補正電流を演算する補正電流演算手段と、前記判定
   手段が戻り状態と判定している場合には前記操舵ハンド
   ルに加わるトルクの向きに作用している前記アシスト力
   が速やかに増大する方向に変化するように前記演算出力
   手段により演算された印加電流に前記補正電流を付加す
   る第１付加演算手段と、前記判定手段が保舵状態と判定
   している場合には前記操舵ハンドルに加わるトルクの向
   きに作用している前記アシスト力が前記戻り状態の場合
   よりもゆっくりと増大する方向に変化するように前記演
   算出力手段により演算された印加電流に前記補正電流を
   付加する第２付加演算手段を備えたことを特徴とする動
   力舵取装置の制御装置。