JP2894006B2

JP2894006B2 - 車両の操舵反力制御装置

Info

Publication number: JP2894006B2
Application number: JP15252691A
Authority: JP
Inventors: 真規山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1991-05-27
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH04349072A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハンドル操作に対する
反力を車両の走行状態に応じて変更制御する車両の操舵
反力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置は、例えば特開昭６
２−１７３３７１号公報に示されているように、前輪の
操舵角、車速、及び操舵ハンドルに作用している操舵ト
ルクを検出して、所望の運動性能を実現する車両モデル
を想定することにより、前記検出操舵角及び検出車速に
基づいて、ヨーレート、横加速度などの車両の運動状態
量を推定すると共に、路面からステアリング系に入力さ
れる路面入力トルクを推定し、その後、前記推定運動状
態量に基づいて操舵反力目標値を決定すると共に、この
決定操舵反力目標値に、前記推定した路面入力トルクと
前記検出した操舵トルクとを加味してアシストトルクを
決定して、同アシストトルクにしたがって操舵装置の反
力発生を制御するようにしている。これにより、ヨーレ
ート、横加速度などの車両の旋回運動情報を操舵ハンド
ルの運転操作に反映させるようにして、車両の操縦性を
良好にしようとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置にあっては、操舵反力目標値は車両の運動状態量に基
づいて決定されるが、この運動状態量は操舵角及び車速
に基づいて推定されたものであるので、車両が走行して
いる路面の状態、横風などの外乱などの影響が操舵反力
目標値に反映されない。また、検出された操舵トルクを
前記操舵反力目標値に加味してアシストトルクを決定す
ることにより、前記外乱が操舵装置の反力発生に間接的
に多少考慮されるものの、この操舵トルクの測定は、同
トルクによるステアリング系の歪が僅かであるために難
しく、この測定精度を高めることができないので、車両
の旋回運動情報を操舵ハンドルの運転操作に充分に反映
させることができない。本発明は上記問題に対処するた
めになされたもので、その目的は、車両に作用するヨー
レートを検出すると共に同検出ヨーレートを利用して操
舵反力を制御することにより、操舵トルクの検出を不要
にし、かつ車両が受ける外乱を操舵ハンドルの運転操作
に直接的に反映させるようにした車両の操舵反力制御装
置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成上の特徴は、図１に示すように、ハン
ドル操作に対する反力を変更可能な車両の操舵装置１を
制御して同反力を車両の走行状態に応じて変更制御する
車両の操舵反力制御装置において、前輪の操舵角を検出
する操舵角センサ２と、車速を検出する車速センサ３
と、前記検出された操舵角及び車速に基づいて車両の目
標ヨーレートを決定する目標ヨーレート決定手段４と、
車両に発生しているヨーレートを検出するヨーレートセ
ンサ５と、前記決定目標ヨーレートと前記検出ヨーレー
トとに基づき同検出ヨーレートの同決定目標ヨーレート
に対するずれに応じて車両のステアリング特性を表す判
定値を計算する判定値計算手段６と、前記計算された判
定値に応じた制御信号を操舵装置１に出力して前記判定
値が車両のオーバステアリング傾向を表すとき操舵装置
１による反力を大きく制御しかつ前記判定値が車両のア
ンダステアリング傾向を表すとき操舵装置１による反力
を小さく制御する反力制御手段７とを備えたことにあ
る。

【０００５】

【作用】上記のように構成した本発明においては、目標
ヨーレート決定手段４が、操舵角センサ２により検出し
た前輪の操舵角と、車速センサ３により検出された車速
とに基づいて車両の理想とする目標ヨーレートを決定す
る。一方、ヨーレートセンサ５は車両に実際に作用して
いるヨーレートを検出し、判定値計算手段６がこの実際
のヨーレートの目標ヨーレートに対するずれに応じて車
両のステアリング特性を表す判定値を計算するので、同
判定値は、路面の状態、横風などの外乱の影響を受けた
車両の運動状態量を直接的に考慮して車両のステアリン
グ特性（オーバステアリング又はアンダステアリング）
を表すことになる。そして、前記判定値が車両のオーバ
ステアリング傾向を表すとき、反力制御手段７が操舵装
置１による反力を大きく制御し、かつ前記判定値が車両
のアンダステアリング傾向を表すとき、反力制御手段７
が操舵装置１による反力を小さく制御するので、車両が
オーバステアリング傾向にあればハンドル操作が重くな
り、車両がアンダステアリング傾向にあればハンドル操
作が軽快になる。

【０００６】

【発明の効果】上記作用説明のように、本発明によれ
ば、車両がオーバステアリング傾向にあればハンドル操
作が重くなるように制御されると共に、車両がアンダス
テアリング傾向にあればハンドル操作が軽快になるよう
に制御されるので、車両のステアリング特性がハンドル
操作により是正されると同時に、この制御に利用した判
定値は、路面の状態、横風などの外乱の影響を直接的に
考慮した車両の運動状態に基づくものであるので、前記
外乱の影響がハンドル操作に充分に反映され、車両の操
縦性が良好となる。また、本発明によれば、上記従来装
置のように操舵トルクの検出を不要とするので、前記反
力制御の精度も良好となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
すると、図２は操舵ハンドル１１の回動に応じて前輪１
２，１２を操舵する操舵装置を概略的に示している。操
舵ハンドル１１は操舵軸１３の上端に固定され、同軸１
３の下端部はハウジング１４内にてラックバー１５に噛
合している。ラックバー１５はハウジング１４内に軸方
向に変位可能に支持されると共に、両端にてタイロッド
１６，１６を介して前輪１２，１２を操舵可能に連結し
ている。ハウジング１４内には、パワーシリンダ１７及
び反力機構付き制御バルブ１８が設けられている。パワ
ーシリンダ１７は、作動油の給排に応じて、操舵ハンド
ル１１の回動に応じた前輪１２，１２の操舵を助勢す
る。

【０００８】反力機構付き制御バルブ１８は油圧ポンプ
２１及びリザーバ２２に接続されていて、操舵軸１３に
作用する操舵トルクに応じてパワーシリンダ１７に対す
る作動油の給排を制御するロータリバルブと、操舵ハン
ドル１１の操作に対して供給油圧に比例した反力を付与
する油圧反力室と、同油圧反力室への供給油圧を制御す
る圧力制御バルブとを備えた公知のものである。また、
この反力機構付き制御バルブ１７は前記圧力制御バルブ
を制御する電磁ソレノイド１８ａを備えており、同ソレ
ノイド１８ａへの通電量が大きくなるにしたがって、油
圧反力室への供給油圧を小さくすることにより、操舵ハ
ンドル１１の操作に対する反力を小さくする（操舵アシ
スト力を大きくする）。

【０００９】反力機構付き制御バルブ１８の電磁ソレノ
イド１８ａの通電量は、操舵角センサ２３、車速センサ
２４、ヨーレートセンサ２５及びマイクロコンピュータ
２６からなる電気制御回路により制御されるようになっ
ている。操舵角センサ２３は操舵軸１３に組付けられた
回転角センサで構成され、操舵軸１３の基準位置からの
回転角を測定することにより前輪１２，１２の操舵角θ
を検出して、同操舵角θ表す検出信号を出力する。な
お、操舵角θは正により前輪１２，１２の右操舵を表
し、負により同前輪１２，１２の左操舵を表している。
車速センサ２４は回転速度センサで構成され、従動輪と
しての前輪１２，１２の回転速度を測定することにより
車速Ｖを検出して、同車速Ｖを表す検出信号を出力す
る。ヨーレートセンサ２５は回転角速度センサで構成さ
れ、車体の重心垂直軸回りの回転角速度を測定すること
によりヨーレートγを検出して、同ヨーレートγを表す
検出信号を出力する。なお、ヨーレートγは正により右
回転を表し、負により左回転を表している。

【００１０】マイクロコンピュータ２６はＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどからなり、図３のフローチャー
トに対応したプログラムを記憶していると共に、係数γ
₀,τ及び電流値Ｉ₀,ΔＩをテーブルの形で記憶してい
る。係数γ₀,τは、前輪１２，１２の操舵と同操舵に応
答して車両に発生すべき目標ヨーレートγ* との関係を
示す下記数１の伝達関数Ｇ(ｓ)に用いられる係数であ
り、図４，５のグラフに示すように、車速Ｖに応じて変
化する関数である。

【数１】Ｇ(ｓ)＝γ₀/(１＋τ・ｓ) なお、前記数１中、ｓはラプラス演算子である。電流値
Ｉ₀,ΔＩは、図６，７に示すように、車速Ｖ及びステア
リング特性判定値Δγ_C に応じて変化する関数である。

【００１１】次に、上記のように構成した実施例の動作
をフローチャートに沿って説明する。イグニッションス
イッチが投入されると、マイクロコンピュータ２６は図
３のステップ３０にてプログラムの実行を開始し、ステ
ップ３２〜４６からなる循環処理を繰り返し実行して、
反力機構付き制御バルブ１８の電磁ソレノイド１８ａの
通電を制御する。

【００１２】この循環処理においては、ステップ３２に
て操舵角センサ２３、車速センサ２４及びヨーレートセ
ンサ２５から操舵角θ、車速Ｖ及びヨーレートγを表す
各検出信号をそれぞれ入力し、ステップ３４にて前記車
速Ｖに基づいて係数γ₀,τをテーブルから読み出し（図
４，５参照）、ステップ３６にて前記係数γ₀,τ及び前
記入力した前輪操舵角θを用いて、前記数１の伝達関数
Ｇ(ｓ)に基づく下記数２の演算の実行により目標ヨーレ
ートγ* を計算する。

【数２】γ*＝Ｇ(ｓ)・θ＝γ₀・θ/(１＋τ・ｓ) この場合、目標ヨーレートγ* も正により右回転方向を
表し、負により左回転方向を表している。

【００１３】次に、ステップ３８にて、前記目標ヨーレ
ートγ* と検出したヨーレートγとに基づいて、下記数
３の演算の実行により、ステアリング特性判定値Δγ_C
を計算する。

【数３】Δγ_C＝γ・（γ*−γ）

【００１４】この場合、検出ヨーレートγと目標ヨーレ
ートγ* とが同一回転方向を表していて、検出ヨーレー
トγの絶対値｜γ｜が目標ヨーレートγ*の絶対値｜γ*
｜より小さければ、すなわち車両がアンダステアリング
傾向であれば、ステアリング特性判定値Δγ_Cは必ず正
になると共に、同判定値Δγは前記両ヨーレートγ,γ*
の差が大きくなるに従って大きくなる。また、検出ヨ
ーレートγと目標ヨーレートγ* とが同一回転方向を表
していて、検出ヨーレートγの絶対値｜γ｜が目標ヨー
レートγ*の絶対値｜γ*｜より大きければ、すなわち車
両がオーバステアリング傾向であれば、ステアリング特
性判定値Δγ_C は必ず負になると共に、同判定値Δγは
前記両ヨーレートγ,γ*の差が大きくなるにしたがって
小さくなる。さらに、車両の左旋回から右旋回又は右旋
回から左旋回への移行時、カウンタステアリング時に
は、前記両ヨーレートγ,γ*の正負の符号が反対になる
が、この場合には、ステアリング特性判定値Δγ_C は必
ず負になると共に、その絶対値｜Δγ｜は方向をも考慮
した前記両ヨーレートγ,γ*の差に対応する。このよう
に、車体に発生しているヨーレートγが目標ヨーレート
γ* の方向と異なることは車両が安定されるべき状態、
すなわち車両がオーバステアリング傾向にある状態と同
等のことを意味するので、前記移行時、カウンタステア
リング時にステアリング特性判定値Δγ_C が負に設定さ
れることは、車両のステアリング特性を前記場合と同様
な方法で表していることになる。したがって、ステアリ
ング特性判定値Δγ_Cはその正の値により車両のアンダ
ステアリング傾向を表し、かつその負の値により車両の
オーバステアリング傾向を表している。

【００１５】前記ステアリング特性判定値Δγ_C の計算
後、ステップ４０にて前記入力した車速Ｖに基づいて電
流値Ｉ₀ をテーブルから読み出すと共に（図６参照）、
ステップ４２にて前記計算したステアリング特性判定値
Δγ_C に基づいて電流値ΔＩをテーブルから読み出し
（図７参照）、ステップ４４にて両電流値Ｉ₀,ΔＩを用
いた下記数４に示す演算の実行によって通電電流値Ｉを
計算する。

【数４】Ｉ＝Ｉ₀＋ΔＩ

【００１６】次に、ステップ４６にて通電電流値Ｉを表
す制御信号を反力機構付き制御バルブ１８の電磁ソレノ
イド１８ａに出力して、同ソレノイド１８ａに前記電流
値Ｉに比例した大きさの電流を流す。その結果、反力機
構付き制御バルブ１８には通電電流値Ｉに反比例した操
舵反力が発生するようになる。

【００１７】このようなマイクロコンピュータ２６によ
る反力機構付き制御バルブ１８の制御中、運転者が操舵
ハンドル１１を回動すると、前輪１２，１２はパワーシ
リンダ１７及び反力機構付き制御バルブ１８の作用によ
り助勢されながら同ハンドル１１の回動に応じて操舵さ
れる。

【００１８】このとき、車速Ｖが小さければ、電流値Ｉ
₀ は大きな値に設定されて電磁ソレノイド１８ａの通電
電流値Ｉを大きくするので（図６参照）、操舵ハンドル
１１の操作に対する反力は小さくなり（操舵アシストト
ルクが大きくなり）、軽快なハンドル操作が可能となる
ので、低速走行時の車両の小回り操縦性が良好となる。
逆に、車速Ｖが大きければ、電流値Ｉ₀ は小さな値に設
定されて電磁ソレノイド１８ａの通電電流値Ｉを小さく
するので（図６参照）、操舵ハンドル１１の操作に対す
る反力は大きくなり（操舵アシストトルクが小さくな
り）、ハンドル操作が重くなるので、高速走行時の車両
の走行安定性が良好となる。

【００１９】一方、ステアリング特性判定値Δγ_C が小
さな値（負の値）であれば、すなわち同判定値Δγ_C が
車両のオーバステアリング傾向を表していれば、電流値
ΔＩは小さな値に設定されて電磁ソレノイド１８ａの通
電電流値Ｉを小さくするので（図７参照）、操舵ハンド
ル１１の操作に対する反力は大きくなり（操舵アシスト
トルクが小さくなり）、ハンドル操作が重くなるので、
前記車両のオーバステアリング傾向はアンダステアリン
グ側へ是正される。逆に、ステアリング特性判定値Δγ
_C が大きな値（正の値）であれば、すなわち同判定値Δ
γ_C が車両のアンダステアリング傾向を表していれば、
電流値ΔＩは大きな値に設定されて電磁ソレノイド１８
ａの通電電流値Ｉを大きくするので（図７参照）、操舵
ハンドル１１の操作に対する反力は小さくなり（操舵ア
シストトルクが大きくなり）、ハンドル操作が軽快にな
るので、前記車両のアンダステアリング傾向はオーバス
テアリング側へ是正される。その結果、車両の操縦性が
良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上記特許請求の範囲の項に記載した本発明の
構成に対応するクレーム対応図である。

【図２】本発明の一実施例に係る車両の操舵装置の概
略図である。

【図３】図２のマイクロコンピュータにて実行される
プログラムに対応したフローチャートである。

【図４】図２のマイクロコンピュータに記憶されてい
て演算に利用される係数γ₀ の特性グラフである。

【図５】図２のマイクロコンピュータに記憶されてい
て演算に利用される係数τの特性グラフである。

【図６】図２のマイクロコンピュータに記憶されてい
て演算に利用される電流値Ｉ₀ の特性グラフである。

【図７】図２のマイクロコンピュータに記憶されてい
て演算に利用される電流値ΔＩの特性グラフである。

【符号の説明】

１１…操舵ハンドル、１２…前輪、１７…パワーシリン
ダ、１８…反力機構付き制御バルブ、１８ａ…電磁ソレ
ノイド、２３…操舵角センサ、２４…車速センサ、２５
…ヨーレートセンサ、２６…マイクロコンピュータ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハンドル操作に対する反力を変更可能な
車両の操舵装置を制御して同反力を車両の走行状態に応
じて変更制御する車両の操舵反力制御装置において、前
輪の操舵角を検出する操舵角センサと、車速を検出する
車速センサと、前記検出された操舵角及び車速に基づい
て車両の目標ヨーレートを決定する目標ヨーレート決定
手段と、車両に発生しているヨーレートを検出するヨー
レートセンサと、前記決定目標ヨーレートと前記検出ヨ
ーレートとに基づき同検出ヨーレートの同決定目標ヨー
レートに対するずれに応じて車両のステアリング特性を
表す判定値を計算する判定値計算手段と、前記計算され
た判定値に応じた制御信号を前記操舵装置に出力して前
記判定値が車両のオーバステアリング傾向を表すとき前
記操舵装置による反力を大きく制御しかつ前記判定値が
車両のアンダステアリング傾向を表すとき前記操舵装置
による反力を小さく制御する反力制御手段とを備えたこ
とを特徴とする車両の操舵反力制御装置。