JP3007220B2 - 操舵反力制御装置 - Google Patents

操舵反力制御装置

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JP3007220B2
JP3007220B2 JP8269892A JP8269892A JP3007220B2 JP 3007220 B2 JP3007220 B2 JP 3007220B2 JP 8269892 A JP8269892 A JP 8269892A JP 8269892 A JP8269892 A JP 8269892A JP 3007220 B2 JP3007220 B2 JP 3007220B2
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末晴 名切
悟 松島
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の走行状況を実
験室内で模擬するドライビングシミュレータや、操舵輪
とステアリングホイールとが直結されていない車両にお
いて、ドライバーがステアリングホイールを操舵すると
きに受ける操舵反力を付与する装置の制御装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】ドライビングシミュレータにおいて、ド
ライバーがステアリングホイールを操舵するときに受け
る操舵反力を付与する装置として、特願平2−2335
33号がある。この従来技術は、ドライバーに与える操
舵反力を操舵角度、車速及びスリップ角とに基づいて演
算し、操舵感の向上を図っているが、パワーステアリン
グのアシスト力を充分に考慮していないため、操舵反力
の模擬が完全には行なわれていなかった。また、操舵反
力のヒステリシスの模擬においても不完全なものであっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の課題
は、ドライバーがステアリングホイールを操舵するとき
に受ける操舵反力を付与する装置において、パワーステ
アリングのアシスト力を充分に考慮した操舵反力の模擬
を行なうことにある。また、本発明の第2の課題は、操
舵反力のヒステリシスの模擬をより正確に行なうことに
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の第1発明は、ステアリングホイールの操舵角度を検出
する操舵角度検出手段と、車両の車速を検出または演算
する車速検出演算手段と、該車速と前記操舵角度とに基
づいて操舵輪のスリップ角を演算するスリップ角演算手
段と、前記操舵角度、前記車速及び前記スリップ角とに
基づいて仮想操舵反力を演算する仮想操舵反力演算手段
と、該仮想操舵反力に対し前記スリップ角に基づいて重
み付けを行い操舵反力を演算する操舵反力演算手段とか
ら成り、該操舵反力に基づいてステアリングホイールに
付与する操舵反力を制御することを特徴とする。
【0005】
【作用】本第1発明は、以下に述べるような作用を奏す
る。まず、ステアリングホイールの操舵角度と、車両の
車速とに基づいて操舵輪のスリップ角を演算する。次
に、前記操舵角度、前記車速及び前記スリップ角とに基
づいて仮想操舵反力を演算する。更に、該仮想操舵反力
に対し前記スリップ角に基づいて重み付けを行い操舵反
力を演算する。
【0006】パワーステアリングのアシスト力は、操舵
輪が直進状態に戻ろうとする力であるセルフアライニン
グトルクと均衡する。このセルフアライニングトルク
は、操舵輪の前記スリップ角の影響が支配的である。そ
のため、前記仮想操舵反力に対し前記スリップ角に基づ
いて重み付けを行うことによって操舵反力をより的確に
演算することができる。該操舵反力に基づいてステアリ
ングホイールに付与する操舵反力を制御し、操舵反力の
模擬を的確に行なうことができる。
【0007】
【発明の効果】本第1発明は、前記仮想操舵反力に対し
前記スリップ角に基づいて重み付けを行うことによって
操舵反力をより的確に演算し、該操舵反力に基づいてス
テアリングホイールに付与する操舵反力を制御し、操舵
反力の模擬を的確に行なうことができる。
【0008】(その他の発明)請求項2に記載の本発明
の第2発明は、前記第1発明の操舵反力演算手段を、前
記仮想操舵反力に対し前記操舵角度、前記車速及び操舵
角速度に基づいて操舵反力のヒステリシスを考慮して操
舵反力を演算する操舵反力演算手段に置き換えたことに
特徴がある。 実車において、操舵反力のヒステリシス
は、操舵角度、車速及び操舵角速度の影響を強く受け
る。本第2発明は、操舵角度、車速及び操舵角速度の影
響を考慮できるため、操舵反力のヒステリシスの模擬を
より正確に行なうことができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明をドライビングシミュレータに
用いた場合を実施例として説明する。本実施例の構成を
図1に示す。本実施例のドライビングシミュレータは、
ドライバーが、ステアリングホイール1及びアクセル
6、ブレーキ7を操作した場合、これらの操作量に基づ
いてパーソナルコンピュータ11内で車両の運動を計算
する構成となっている。本実施例は前輪に関するセルフ
アライニングトルクやキャスター効果による操舵反力を
求め、この操舵反力を前輪のスリップ角βf の関数によ
り重み付けを行い、実車のパワーステアリング機構の装
備された模擬操舵反力をドライバーに付与することに特
徴がある。この操舵反力を付与するアクチュエータ2
は、電気モータであり、このモータのトルクは、パーソ
ナルコンピュータからの反力指令に応じてモータ駆動回
路8でコントロールされる。
【0010】一方、ステアリングホイール1とアクチュ
エータ2の間に設けられた平ベルト車3と、この平ベル
ト5により平ベルト車3と連結されたパウダブレーキ4
により操舵反力模擬装置の摩擦付与機構を構成してい
る。パウダブレーキ4のブレーキ力は、車速、操舵角、
操舵速度に応じてパーソナルコンピュータ11により求
められ、この演算値をブレーキ駆動回路9によって制御
された電流がパウダブレーキ4に加えられる。
【0011】ステアリングホイール1の回転角すなわち
操舵角は、電気モータ2に装備されたパルスジェネレー
タ10により検出される。この操舵角は、パーソナルコ
ンピュータ11に付属するI/Oインターフェースによ
りデジタル値に変換される。
【0012】また、アクセル開度は、アクセルペダル6
のストロークを、ポテンショメータによりアナログ的に
検出し、この信号をパーソナルコンピュータ11に付属
するアナログ/デジタル変換器によってデジタル値に変
換される。
【0013】ブレーキ信号は、ブレーキペダル7のスト
ロークを、アクセル開度の場合と同様にポテンショメー
タによりアナログ的に検出し、パーソナルコンピュータ
11のアナログ/デジタル変換器によってデジタル値に
変換される。
【0014】次に、パーソナルコンピュータ11内で行
われる演算処理について図3を用いて説明する。まず、
ステップ30において、ドライバーの運転動作すなわ
ち、アクセル、ブレーキ、操舵のデジタル化された各信
号から車両の走行状態を計算する車両モデルについて簡
単に説明する。車両の前後方向の速度Uは、 U=A
*VA −B*VB −C*U2 −D*U (1) で近似的に求められる。ここで、VA :アクセル開度、
B :ブレーキストローク、A、B、C、Dは適切に設
定された定数である。
【0015】次に、ステップ31において、(1)式に
よって求められた車速と操舵角によって、次に車両の横
方向とヨー方向の運動が次式で求められる。
【0016】
【数1】
【0017】ここで、 m:車両の重量 β:車両の横すべり角 r:車両のヨーレート kf :前輪のコーナリングパワー kr :後輪のコーナリングパワー lf :前輪から車両重心までの距離 lr :後輪から車両重心までの距離 θh :操舵角度 G:操舵系のギヤ比(ステアリングホイール角/前輪実
舵角) I:車両のヨー慣性モーメント
【0018】更に、ステップ32において、(2)、
(3)の連立微分方程式を解いて求められた車両の横す
べり角β、ヨーレートrと検出された操舵角度θh とか
ら、前輪のスリップ角βf は次式で求められる。 βf =β+(lf /u)r−θh /G (4)
【0019】ステップ33において、前輪のセルフアラ
イニングトルクMは、前輪の横すべり角が小さい範囲で
は、次式で近似することができる。 M=ξkf βf (5)
【0020】従って、(1)〜(3)式によって車両の
走行状況が、アクセル、ブレーキ、操舵の各信号によっ
て求められ、次に前輪に関するセルフアライニングトル
クが(4)、(5)式で求められる。
【0021】また、ステップ35、36、37において
キャスター効果による走行抵抗に伴うトルクMC は、θ
h が |θh |≦GC *G (6) までは MC =kC (θh /G) (7) で求められ、 |θh |>GC *G (8) では、 MC =GC *kC (9) で求められる。(6)〜(9)式をまとめて表すと、図
2のようになる。
【0022】最後に、ステップ39において、(5)式
で求められたセルフアライニングトルクMと(7)ある
いは(9)式で求められるキャスター効果によるトルク
Cとが加えられる。この加算されたトルクは、パワー
ステアリング機構を具備しないマニュアルステアリング
車の操舵反力である。
【0023】ところで、前述したようにパワーステアリ
ングシステムは、ドライバーの操舵トルクすなわち作
用、反作用の関係にある操舵反力に応じてアシスト力が
作用し、このドライバーの操舵力とアシスト力との和
が、前輪が直進状態に戻ろうとする力とを均衡する。従
って、(5)式で求められるセルフアライニングトルク
と(7)あるいは(9)式で求められるキャスター効果
によるトルクとの和、すなわち合成トルクの一部分をド
ライビングシミュレータにおける操舵反力としてドライ
バーに付与すれば、パワーステアリング機構を模擬する
ことが可能となる。
【0024】この合成トルクを前輪スリップ角の関数f
(βf )で重み付けすれば、パワーステアリング機構を
効果的に模擬することができる。この関数f(βf
は、例えば図4のようなものである。すなわち、前輪の
スリップ角βf が小さい範囲では、f(βf )はほぼ1
であり、βf が大きくなるに従って、f(βf )は小さ
くなるような関数である。このようにして求められた操
舵反力指令は次式のようになる。 Th * =f(βf )*(M+MC ) (10)
【0025】ところで、車速感応型パワーステアリング
の操舵反力を模擬する場合には、(10)式で示される
操舵反力指令Th * を車速の関数g(u)を用いて重み
付けすれば良いことがわかる。この関数g(u)は、図
5に示すようなものである。
【0026】従って、図1における操舵反力を付与する
ためのアクチュエータである電気モータ2を駆動するモ
ータ駆動回路8に与えられる反力指令Th は、次式とな
る。 Th =g(u)*f(βf )(M+MC ) (11)
【0027】(11)式で求められた操舵反力Th は、
ステアリングホイールをドライバーが切り込んでいく場
合と戻していく場合とで同じ値になってしまう。しか
し、実車の場合は、ステアリングを切り込む場合の方が
戻す場合より重くなっている。すなわち、操舵角と操舵
反力の関係は、図6に示すようなヒステリシスが存在す
る。
【0028】図6のようなヒステリシス特性は、図1に
示したように、アクチュエータ2とステアリングホイー
ル1との間に設けられた摩擦機構すなわちパウダブレー
キ4によって作り出すことができる。このパウダブレー
キ力が常に一定であれば図6に示すヒステリシスの幅B
が操舵角によらず一定となる。しかし、実際の車におい
ては、このヒステリシスの幅は、車速、操舵角、操舵角
速度によって異なる。
【0029】図7は、車速によるブレーキ力指令TBU
示すものである。また、図8は、操舵角度によるブレー
キ力指令TBaを示すものである。さらに、図9は操舵角
速度によるブレーキ力指令TBVを示すものである。
【0030】これまで述べてきたモータ駆動回路8への
操舵反力指令Th 、およびブレーキ駆動回路9への指令
(TBU+TBa+TBV)は、図1に示すパーソナルコンピ
ュータ11によって計算され、これに付属するデジタル
/アナログ変換器によってアナログ値に変換される。こ
のアナログ信号に基づいて電気モータ2のトルクおよび
パウダブレーキ4のブレーキ力が制御される。
【0031】以上のように本実施例は、前輪に関するセ
ルフアライニングトルク及びキャスター効果による操舵
反力を求め、この操舵反力を前輪のスリップ角βf の関
数により重み付けを行い、実車のパワーステアリング機
構の装備された模擬操舵反力を発生することができる。
【0032】また、本実施例は、車速の関数により重み
付を行うことによって車速感応パワーステアリングの操
舵反力を良好に模擬できる。さらに本実施例は、パウダ
ブレーキ力を車速、操舵角、操舵角速度を考慮して決定
し、操舵反力のヒステリシス特性を良好に模擬できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の全体構成を示す図
【図2】本発明の実施例のキャスター効果による走行抵
抗に伴うトルクMc と操舵角度θh との関係を表す線図
【図3】本発明の実施例のセルフアライニングトルクM
とキャスター効果による走行抵抗に伴うトルクMc とを
演算するフローチャート
【図4】本発明の実施例の操舵輪スリップ角による重み
付けのための関数を表す線図
【図5】本発明の実施例において、速度感応型パワース
テアリングの操舵反力を演算するときに、車速による重
み付けを行なうための関数を表す線図
【図6】本発明の実施例の操舵反力のヒステリシスを表
す線図
【図7】本発明の実施例の車速によるブレーキ力指令T
buを表す線図
【図8】本発明の実施例の操舵角度によるブレーキ力指
令Tbaを表す線図
【図9】本発明の実施例の操舵角速度によるブレーキ力
指令Tbvを表す線図
【符号の説明】
1 ステアリングホイール 2 電気モータ 3 平ベルト車 4 パウダブレーキ 5 平ベルト 6 アクセル 7 ブレーキ 8 モータ駆動回路 9 ブレーキ駆動回路 10 パルスジェネレータ 11 パーソナルコンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−176781(JP,A) 特開 昭62−12461(JP,A) 特開 平3−157272(JP,A) 特開 昭62−15170(JP,A) 特開 平3−153462(JP,A) 特開 平4−112997(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 6/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステアリングホイールの操舵角度を検出
    する操舵角度検出手段と、 車両の車速を検出または演算する車速検出演算手段と、 該車速と前記操舵角度とに基づいて操舵輪のスリップ角
    を演算するスリップ角演算手段と、 前記操舵角度、前記車速及び前記スリップ角とに基づい
    て仮想操舵反力を演算する仮想操舵反力演算手段と、 該仮想操舵反力に対し前記スリップ角に基づいて重み付
    けを行い操舵反力を演算する操舵反力演算手段とから成
    り、 該操舵反力に基づいてステアリングホイールに付与する
    操舵反力を制御することを特徴とする操舵反力制御装
    置。
  2. 【請求項2】 ステアリングホイールの操舵角度を検出
    する操舵角度検出手段と、 車両の車速を検出または演算する車速検出演算手段と、 該車速と前記操舵角度とに基づいて操舵輪のスリップ角
    を演算するスリップ角演算手段と、 前記操舵角度、前記車速及び前記スリップ角とに基づい
    て仮想操舵反力を演算する仮想操舵反力演算手段と、 該仮想操舵反力に対し前記操舵角度、前記車速及び操舵
    角速度に基づいて操舵反力のヒステリシスを考慮して操
    舵反力を演算する操舵反力演算手段とから成り、 該操舵反力に基づいてステアリングホイールに付与する
    操舵反力を制御することを特徴とする操舵反力制御装
    置。
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DE19600139C1 (de) * 1996-01-04 1997-05-07 Daimler Benz Ag Bedienelementanordnung zur Steuerung des Lenkwinkels eines Kraftfahrzeuges
JP3788106B2 (ja) * 1999-06-02 2006-06-21 三菱電機株式会社 電動式ステアリング装置
JP5239801B2 (ja) * 2008-12-06 2013-07-17 日産自動車株式会社 車両用操舵装置

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