JP3039103B2 - パワーステアリング装置のための電気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反力機構付きのパワー
ステアリング装置を制御するための電気制御装置に係
り、特に反力機構を電気的に制御してパワーステアリン
グ装置の操舵アシスト量を変更することにより、ハンド
ルに付与される操舵トルクを目標操舵トルクに追従させ
るパワーステアリング装置のための電気制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の装置としては、例え
ば特開昭６０−２１５４７１号公報に示されているよう
に、車両の走行状態に応じて決定した目標操舵トルクか
ら実際に検出した検出操舵トルクを減算し、同減算結果
に応じてスプールバルブを中立状態から左右に変位させ
ることにより、パワーシリンダの左右油室に対する作動
油の給排を制御して、このパワーシリンダのアシスト作
用によってハンドルに付与される操舵トルクが目標操舵
トルクに追従するようにしたものは知られている。

【０００３】また、他の従来装置として、例えば実開平
２−１４２３７８号公報に示されているように、反力機
構を備え、同機構を電気的に制御することにより反力の
大きさを可変制御して、パワーステアリング装置の操舵
アシスト量を変更するようにした反力機構付きのパワー
ステアリング装置もよく知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記前者の従
来装置にあっては、パワーシリンダに作動油の給排を制
御するスプールバルブを基準位置を境に操舵トルクの方
向に依存して左右に変位させるものであり、その構造自
体が複雑化すると同時に、左右の対称性に誤差が生じる
と、操舵フィーリングに大きく影響する。また、後者の
従来装置にあっては、構造が簡単であるものの、トルク
の方向に応じた反力付与の制御が不能であるので、目標
操舵トルクと実際の操舵トルクとの差に応じた制御が不
能であり、実際の操舵トルクを目標操舵トルクに追従さ
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、反力機構付きのパワー
ステアリング装置を用いてハンドルに付与する操舵トル
クを目標操舵トルクに追従させることができるパワース
テアリング装置のための電気制御装置を提供することに
ある。

【０００５】

【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、ハンドルに連結されたバ
ルブ部材と車輪に連結されたバルブスリーブとの相対変
位によりパワーシリンダに対する作動油の給排を制御す
るバルブを設け、前記バルブ部材と前記バルブスリーブ
との相対変位に対抗する反力を付与する反力機構を設け
たパワーステアリング装置に適用され、反力機構を電気
的に制御してパワーステアリング装置の操舵アシスト量
を変更することにより、ハンドルに付与される操舵トル
クを目標操舵トルクに追従させるパワーステアリング装
置のための電気制御装置であり、ハンドルに付与される
べき目標操舵トルクであってその方向を正負の符号で表
しかつその大きさを絶対値で表した目標操舵トルクを決
定する目標操舵トルク決定手段と、ハンドルに付与され
ている操舵トルクを検出してその方向を目標操舵トルク
の方向と正負の符号との関係を同じにした正負の符号で
表しかつその大きさを絶対値で表す検出信号を出力する
操舵トルクセンサと、目標操舵トルクと検出操舵トルク
との差に検出操舵トルクを乗算する演算手段と、演算手
段による演算結果に応じた制御信号を反力機構に出力し
て同演算結果に応じた反力を発生させる反力制御手段と
を備えたことにある。

【０００６】

【作用】上記のように構成した本発明においては、目標
操舵トルクにより決定された目標操舵トルクをＴ＊とす
るとともに、ハンドルに実際に付与されていてトルクセ
ンサにより検出された操舵トルクをＴとすると、演算手
段は演算結果としてＴ（Ｔ＊−Ｔ）［またはＴ（Ｔ−Ｔ
＊）］を計算する。この場合、両トルクＴ＊，Ｔは同符
号であるので、パワーステアリング装置によるハンドル
操舵に対するアシスト量が過大であれば（Ｔ＞０のとき
Ｔ＊＞Ｔ、またＴ＜０のときＴ＊＜Ｔ）、前記演算結果
Ｔ（Ｔ＊−Ｔ）［または演算結果Ｔ（Ｔ−Ｔ＊）］は必
ず正［または負］となり、その絶対値｜Ｔ（Ｔ＊−Ｔ）
｜は両トルクＴ＊，Ｔの偏差が大きくなるにしたがって
大きくなる。また、パワーステアリング装置によるハン
ドル操舵に対するアシスト量が不足であれば（Ｔ＞０の
ときＴ＊＜Ｔ、Ｔ＜０のときＴ＊＞Ｔ）、前記演算結果
Ｔ（Ｔ＊−Ｔ）［または前記演算結果Ｔ（Ｔ−Ｔ＊）］
は必ず負［または正］となり、その絶対値｜Ｔ（Ｔ＊−
Ｔ）｜は両トルクＴ＊，Ｔの偏差が大きくなるにしたが
って大きくなる。すなわち、前記演算結果Ｔ（Ｔ＊−
Ｔ）［または前記演算結果Ｔ（Ｔ−Ｔ＊）］は、アシス
ト量が不足から過大に変化するのに伴って、小さな値
（負の値）から大きな値（正の値）に変化する［または
大きな値（正の値）から小さな値（負の値）に変化す
る。］。そして、反力制御手段が前記演算結果Ｔ（Ｔ＊
−Ｔ）［またはＴ（Ｔ−Ｔ＊）］に応じた制御信号を反
力機構に出力して、同演算結果に応じた反力を発生させ
るので、パワーステアリング装置によるアシスト量の過
不足が是正されて、ハンドルに付与される操舵トルクが
目標操舵トルクに追従する。

【０００７】

【発明の効果】上記作用説明からも理解できるように、
本発明によれば、反力機構によりアシスト量を変更可能
な簡単な構成のパワーステアリング装置を用いて、目標
操舵トルクＴ＊と操舵トルクＴとの簡単な演算結果によ
り、ハンドルに付与される操舵トルクを目標操舵トルク
に追従させることができる。

【０００８】

【実施例】

ａ．第１実施例 以下、本発明の第１実施例を図面を用いて説明すると、
図１はハンドル１１の回動に応じて前輪１２，１２を操
舵する操舵装置を概略的に示している。

【０００９】ハンドル１１は上側操舵軸１３の上端に固
定され、下側操舵軸１４の下端部は両端にて前輪１２，
１２を操舵可能に連結したラックバー１５に噛合してい
る。上側操舵軸１３と下側操舵軸１４との間には、反力
機構付きパワーステアリング装置を構成するロータリバ
ルブ１６が介装されている。ロータリバルブ１６は上側
操舵軸１３と一体回転するバルブロータ１６ａと下側操
舵軸１４と一体回転するバルブスリーブ１６ｂとからな
り、バルブロータ１６ａとバルブスリーブ１６ｂとはト
ーションバー１７により連結されている。このロータリ
バルブ１６はバルブロータ１６ａとバルブスリーブ１６
ｂとの相対的な変位に応じてラックバー１５の外周上に
設けたパワーシリンダ１７に対する作動油の給排を制御
するもので、同バルブ１６には油圧ポンプ２１から圧送
される高圧油が油圧コントロールユニット２２および導
管Ｐ１を介して供給されるようになっている。また、余
分な作動油はリザーバ２３に排出されるようになってい
る。

【００１０】ロータリバルブ１６はプランジャ２４を内
蔵しており、同プランジャ２４は導管Ｐ２を介して供給
される油圧に比例してバルブロータ１６ａの回転に対す
る反力を付与する。導管Ｐ２を介して供給される前記油
圧は電磁ソレノイド２５と油圧コントロールユニット２
２との協働により設定されるようになっており、同油圧
は電磁ソレノイド２５への通電量に反比例するようにな
っている。

【００１１】この電磁ソレノイド２５は車速センサ３
１、ハンドル舵角センサ３２、ハンドルトルクセンサ３
３およびマイクロコンピュータ３４からなる電気制御装
置３０により通電制御されるようになっている。車速セ
ンサ３１は変速機（図示しない）の出力軸の回転速度を
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。ハンドル舵角センサ３２は操舵軸
１３の回転角を測定することによりハンドル１１の舵角
θを検出して、同舵角θを表す検出信号を出力する。ハ
ンドルトルクセンサ３３は操舵軸１３に作用するトルク
を測定することによりハンドル１１に付与されている操
舵トルクＴを検出して、同トルクＴを表す検出信号を出
力する。なお、これらのハンドル舵角θおよび操舵トル
クＴはハンドル１１の右回転方向を正とし、かつ左回転
方向を負とする。マイクロコンピュータ３４はＣＰＵ、
ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどからなり、図２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、図
３，４に示す特性の係数Ｋ₀,Ｃ₀および初期電流値Ｉ₀を
テーブルの形で記憶している。

【００１２】次に、上記のように構成した実施例の動作
を説明する。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３４は図２のステップ４０にてプ
ログラムの実行を開始し、ステップ４１の初期設定処理
後、ステップ４２〜４９からなる循環処理を繰り返し実
行して、電磁ソレノイド２５の通電を制御する。

【００１３】この循環処理においては、ステップ４２に
て車速センサ３１、ハンドル舵角センサ３２およびハン
ドルトルクセンサ３３から車速Ｖ、ハンドル舵角θおよ
び操舵トルクＴを表す検出信号をそれぞれ入力し、ステ
ップ４３にてハンドル舵角θを微分演算することにより
ハンドル操舵速度dθ/dtを計算する。次に、ステップ４
４にて車速Ｖに基づいてテーブル（図３(Ａ)(Ｂ)）を参
照することにより係数Ｋ0,Ｃ0 を決定し、ステップ４５
にてこれらのハンドル舵角θ、ハンドル操舵速度dθ/dt
および係数Ｋ0,Ｃ0を用いた下記数１の演算の実行によ
り目標操舵トルクＴ＊を計算する。

【００１４】

【数１】Ｔ＊＝Ｋ₀・θ＋Ｃ₀・dθ/dt なお、前記数１からも理解できるとおり、係数Ｋ₀ はハ
ンドル舵角θの比例係数であってバネ定数に相当するも
のであり、係数 Ｃ₀はハンドル操舵速度dθ/dtの比例係
数であって減衰係数に相当するものである。これによ
り、目標操舵トルクＴ＊は、車速Ｖ、ハンドル舵角θお
よびハンドル操舵速度dθ/dtの増加にしたがって増加す
る値に設定される。

【００１５】前記ステップ４５の処理後、ステップ４６
にて前記計算した目標操舵トルクＴ＊と前記入力した検
出操舵トルクＴとに基づいて下記数２の演算の実行によ
り補正電流値Ｉa を計算する。

【００１６】

【数２】Ｉa＝Ｋ・Ｔ・（Ｔ＊−Ｔ） なお、係数Ｋは正の定数である。

【００１７】次に、ステップ４７にて車速Ｖに基づいて
テーブル（図４）を参照することにより初期電流値Ｉ₀
を決定し、ステップ４８にてこの初期電流値Ｉ₀ と前記
計算した補正電流値Ｉa とに基づいて下記数３の演算の
実行により通電電流値Ｉを計算して、ステップ４９にて
この通電電流値Ｉに等しい通電電流を電磁ソレノイド２
５に流す。

【００１８】

【数３】Ｉ＝Ｉ₀−Ｉa 電磁ソレノイド２５は油圧コントロールユニット２２と
協働して導管Ｐ２を介して前記通電電流値Ｉに反比例し
た油圧をロータリバルブ１６に供給する。プランジャ２
４は前記供給油圧に比例した力でバルブロータ１６ａの
回転を阻止するので、すなわちバルブロータ１６ａに通
電電流値Ｉに反比例した反力を付与するので、ロータリ
バルブ１６、パワーシリンダ１７などからなる本件実施
例のパワーステアリング装置は、通電電流値Ｉが大きく
なるにしたがって大きな力でハンドル１１の操舵操作を
アシストする、すなわち同パワーステアリング装置のア
シスト量は通電電流値Ｉが大きくなるにしたがって大き
くなる。

【００１９】この場合、初期電流値Ｉ₀ は車速Ｖの増加
にしたがって減少するので、基本的には、車速Ｖが大き
くなるほどハンドル１１の操舵に対するアシスト量は小
さくなり、低速走行時にはハンドル１１が軽快に操作さ
れるようになると同時に、高速走行時にはハンドル１１
の操作が手ごたえのあるものとなる。

【００２０】また、ハンドル１１が右方向に操舵されて
いる場合、目標操舵トルクＴ＊も検出操舵トルクＴも正
であり、このとき、パワーステアリング装置によるアシ
スト量が過大であれば、目標操舵トルクＴ＊と検出操舵
トルクＴとの関係はＴ＊＞Ｔ＞０となり、補正電流値Ｉ
a（＝Ｋ・Ｔ・(Ｔ＊−Ｔ)） は正となると同時に、両トル
クＴ＊，Ｔの偏差が大きくなるにしたがって大きくな
る。また、ハンドル１１が左方向に操舵されている場
合、目標操舵トルクＴ＊も検出操舵トルクＴも負であ
り、このとき、パワーステアリング装置によるアシスト
量が過大であれば、目標操舵トルクＴ＊と検出操舵トル
クＴとの関係はＴ＊＜Ｔ＜０となり、この場合も、補正
電流値Ｉa（＝Ｋ・Ｔ・(Ｔ＊−Ｔ)） は正となると同時
に、両トルクＴ＊，Ｔの偏差が大きくなるにしたがって
大きくなる。そして、通電電流値Ｉは初期電流値Ｉ₀ か
ら前記補正電流値Ｉa を減算したものであるので、操舵
ハンドル１１が右方向に操舵されている場合でも左方向
に操舵されている場合でも、通電電流値Ｉはアシスト量
が過大になるほど小さな値に設定されるようになり、パ
ワーステアリング装置によるアシスト量は小さくなる側
に制御される。その結果、操舵トルク（検出操舵トルク
Ｔ）は目標操舵トルクＴ＊に一致するように制御され
る。

【００２１】一方、ハンドル１１が右方向に操舵されて
いる場合であって、パワーステアリング装置によるアシ
スト量が不足していれば、目標操舵トルクＴ＊と検出操
舵トルクＴとの関係はＴ＞Ｔ＊＞０となり、補正電流値
Ｉa（＝Ｋ・Ｔ・(Ｔ＊−Ｔ)）は負となると同時に、その
絶対値｜Ｉa｜ は両トルクＴ＊，Ｔの偏差が大きくなる
にしたがって大きくなる。また、ハンドル１１が左方向
に操舵されている場合であって、パワーステアリング装
置によるアシスト量が不足していれば、目標操舵トルク
Ｔ＊と検出操舵トルクＴとの関係はＴ＜Ｔ＊＜０とな
り、この場合も、補正電流値Ｉa（＝Ｋ・Ｔ・(Ｔ＊−
Ｔ)）は負となると同時に、その絶対値｜Ｉa｜は両トル
クＴ＊，Ｔの偏差が大きくなるにしたがって大きくな
る。したがって、操舵ハンドル１１が右方向に操舵され
ている場合でも左方向に操舵されている場合でも、通電
電流値Ｉはアシスト量が不足するほど大きな値に設定さ
れるようになり、パワーステアリング装置によるアシス
ト量は大きくなる側に制御される。その結果、操舵トル
ク（検出操舵トルクＴ）は目標操舵トルクＴ＊に一致す
るように制御される。

【００２２】このように上記実施例によれば、操舵トル
クの方向を考慮できない反力機構付きのパワーステアリ
ング装置にあっても、目標操舵トルクＴ＊から検出操舵
トルクＴを減算した結果に検出操舵トルクＴを乗算する
という簡単な演算を用いて、ハンドル１１に付与される
操舵トルクＴを車両の走行状態に応じて決定した目標操
舵トルクＴ＊に追従させることができる。

【００２３】そして、この目標操舵トルクＴ＊の絶対値
｜Ｔ＊｜は、ハンドル舵角θおよびハンドル操舵速度d
θ/dtが同符号である場合に大きくかつ異符号である場
合に小さくなるような値に決定されるので、ハンドル１
１を切り込む場合とハンドル１１を切り戻す場合とで
は、その絶対値｜Ｔ＊｜は切り込む場合が大きくかつ切
り戻す場合が小さく設定される。これにより、ハンドル
１１の操舵トルクＴには、図５に示すように、適度なヒ
ステリシスが付与されて、ハンドル１１の操作性が良好
となる。

【００２４】なお、上記第１実施例においては、ハンド
ル１１が右方向（または左方向）に操舵された場合にお
ける目標操舵トルクＴ＊および操舵トルクＴを正（また
は負）で表すようにしたが、これらの関係を逆にして、
ハンドル１１が右方向（または左方向）に操舵された場
合における目標操舵トルクＴ＊および操舵トルクＴを負
（または正）で表すようにしてもよい。この場合も、両
トルクＴ＊，Ｔの正負の符号さえ一致していれば、パワ
ーステアリング装置によるアシスト量が過大であれば補
正電流値Ｉa（＝Ｋ・Ｔ・(Ｔ＊−Ｔ)） は必ず正になり、
同アシスト量が不足していれば補正電流値Ｉa は必ず負
になるからである。

【００２５】また、上記第１実施例においては、ステッ
プ４６における上記数２の演算処理によって補正電流値
Ｉa を決定するようにしたが、この補正電流値Ｉaを下
記数４の演算の実行により決定するようにしてもよい。

【００２６】

【数４】Ｉa＝Ｋ・Ｔ・（Ｔ−Ｔ＊） ただし、この場合、係数Ｋは負の定数とする。このよう
に、目標操舵トルクＴ＊と操舵トルクＴの減算における
関係を逆にしても、前記数４は下記数５のように書き換
えられ、同数５は上記数２と等価であるからである。

【００２７】

【数５】Ｉa＝｜Ｋ｜・Ｔ・（Ｔ＊−Ｔ） また、上記第１実施例においては、ステップ４３にてハ
ンドル舵角θを微分演算することによりハンドル操舵速
度dθ/dtを得るようにしたが、操舵軸１３の回転角速度
を測定することによりハンドル操舵速度dθ/dtを検出す
る操舵速度センサを別途設けて同操舵速度dθ/dtを得る
ようにしてもよい。この場合、前記ステップ４３にてこ
の操舵速度センサにより検出されたハンドル操舵速度d
θ/dtを表す検出信号を入力するようにすればよい。

【００２８】ｂ．第２実施例 次に、本発明の第２実施例について説明する。この第２
実施例も、上記第１実施例と同様、図１に示すように構
成されるとともに、マイクロコンピュータ３４も図２の
フローチャートに対応したプログラムを実行して電磁ソ
レノイド２５の通電を制御するが、この実施例の場合に
は、同コンピュータ３４は上記第１実施例と異なる特性
の係数Ｋ₀,Ｃ₀ をテーブルの形で記憶している。ただ
し、初期電流値Ｉ₀ に関しては、上記第１実施例の場合
と同じである。

【００２９】これらの係数Ｋ₀,Ｃ₀ は、図６(Ａ)(Ｂ)に
示すように、上記第１実施例と同様に、車速Ｖの増加に
したがって増加するようになっているが、それに加え
て、ハンドル舵角θとハンドル操舵速度dθ/dtとの積θ
・dθ/dt が正であるとき、同積θ・dθ/dt が負であると
きに比べて大きな値を示している。そして、この第２実
施例においては、上記第１実施例のステップ４４にて、
係数Ｋ₀,Ｃ₀ は車速Ｖおよび前記積θ・dθ/dt に応じて
決定される。この場合、前記積θ・dθ/dt が正であるこ
とは、ハンドル舵角θとハンドル操舵速度dθ/dtとが同
符号であること、すなわちハンドル１１の切込み状態を
表す。また、前記積θ・dθ/dt が負であることは、ハン
ドル舵角θとハンドル操舵速度dθ/dtとが異符号である
こと、すなわちハンドル１１の切り戻し状態を表す。し
たがって、ハンドル１１の切込み時には、バネ定数およ
び減衰力が大きくなり、ハンドル１１の操作に手ごたえ
感が付与される。また、ハンドル１１の切り戻し時に
は、バネ定数および減衰力が小さくなり、ハンドルの戻
り性が向上する。

【００３０】このことを目標操舵トルクＴ＊（操舵トル
クＴ）に着目して説明すると、ハンドル１１の切込み状
態では、係数Ｋ₀,Ｃ₀ が大きくなる結果、図２のステッ
プ４５で計算される目標操舵トルクＴ＊（＝Ｋ₀・θ＋Ｃ
₀・dθ/dt ） の絶対値｜Ｔ＊｜は大きくなる。また、ハ
ンドル１１の切り戻し状態では、係数Ｋ₀,Ｃ₀ が小さく
なる結果、図２のステップ４５で計算される目標操舵ト
ルクＴ＊の絶対値｜Ｔ＊｜は小さくなる。そして、目標
操舵トルクＴ＊は、図７に示すように、行き帰りの差が
大きなヒステリシス特性で変化し、かつ操舵トルクＴは
目標操舵トルクＴ＊に追従するので、ハンドル１１の切
込み時には手ごたえ感が得られるとともに、ハンドル１
１の戻り性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１および第２実施例に係る前輪操
舵装置の全体概略図である。

【図２】 図１のマイクロコンピュータにて実行される
プログラムを表すフローチャートである。

【図３】 前記第１実施例に係る車速Ｖと係数Ｋ₀,Ｃ₀
との関係を示すグラフである。

【図４】 前記第１および第２実施例に係る車速Ｖと初
期電流値Ｉ₀ との関係を示すグラフである。

【図５】 前記第１実施例に係るハンドル舵角θと操舵
トルクとの関係を示すグラフである。

【図６】 前記第２実施例に係る車速Ｖと係数Ｋ₀,Ｃ₀
との関係を示すグラフである。

【図７】 前記第２実施例に係るハンドル舵角θと操舵
トルクとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１１…ハンドル、１２…前輪、１３，１４…操舵軸、１
５…ラックバー、１６…ロータリバルブ、１７…パワー
シリンダ、２２…油圧コントロールユニット、２４…プ
ランジャ、２５…電磁ソレノイド、３０…電気制御装
置、３１…車速センサ、３２…ハンドル舵角センサ、３
３…ハンドルトルクセンサ、３４…マイクロコンピュー
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 119:00 137:00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンドルに連結されたバルブ部材と車輪
   に連結されたバルブスリーブとの相対変位によりパワー
   シリンダに対する作動油の給排を制御するバルブを設
   け、前記バルブ部材と前記バルブスリーブとの相対変位
   に対抗する反力を付与する反力機構を設けたパワーステ
   アリング装置に適用され、前記反力機構を電気的に制御
   してパワーステアリング装置の操舵アシスト量を変更す
   ることにより、ハンドルに付与される操舵トルクを目標
   操舵トルクに追従させるパワーステアリング装置のため
   の電気制御装置であり、 ハンドルに付与されるべき目標操舵トルクであってその
   方向を正負の符号で表しかつその大きさを絶対値で表し
   た目標操舵トルクを決定する目標操舵トルク決定手段
   と、 ハンドルに付与されている操舵トルクを検出してその方
   向を前記目標操舵トルクの方向と正負の符号との関係を
   同じにした正負の符号で表しかつその大きさを絶対値で
   表す検出信号を出力する操舵トルクセンサと、 前記目標操舵トルクと前記検出操舵トルクとの差に前記
   検出操舵トルクを乗算する演算手段と、 前記演算手段による演算結果に応じた制御信号を前記反
   力機構に出力して同演算結果に応じた反力を発生させる
   反力制御手段とを備えたことを特徴とするパワーステア
   リング装置のための電気制御装置。