JP3110892B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

車両用操舵装置

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JP3110892B2 JP27383092A JP27383092A JP3110892B2 JP 3110892 B2 JP3110892 B2 JP 3110892B2 JP 27383092 A JP27383092 A JP 27383092A JP 27383092 A JP27383092 A JP 27383092A JP 3110892 B2 JP3110892 B2 JP 3110892B2
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裕 西
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用操舵装置に関
し、特に、横風などの外乱が加わった際に発生する、車
両挙動を抑制する方向についての操舵トルクを発生可能
なように構成された操舵装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】運転者の操舵力を軽減するための所謂パ
ワーステアリング装置として、例えば特公昭50−33
584号公報に記載されたような形式のものが知られて
いる。これは、ステアリングホイールの操舵力を電動機
の出力トルクにて補助するように構成されたものであ
り、ステアリングホイールに運転者が加える操舵トルク
の検出信号の増幅度を、車速や道路状況などの検出信号
に応じて可変することによって補助電動機の出力トルク
を増減し、常に最適な操舵トルクが得られるようにした
ものである。
【0003】一方、直進走行中に車両が強い横風を受け
ると、目標直進走行ラインから外れる向きに車両が偏向
してしまうことがある。このような場合に直進走行を保
つためには、その外乱に対向する反力を操向車輪に与え
ねばならない。
【0004】ところが、上記従来のパワーステアリング
装置の場合、運転者が操舵して初めて補助電動機が転舵
トルクを発生するものであるため、直進走行中に横風を
受けることによって車両が偏向しても、電動機は補助ト
ルクを発生しない。
【0005】従って、車両の偏向を抑えるためには、運
転者自身がステアリングホイールを操作しなければなら
ないが、従来のパワーステアリング装置の場合、一般的
に車両の横加速度並びにヨーレイトが大きくなるにつれ
て操舵力が大きくなるため、外乱による車両の偏向の場
合には、それが大きいほど、修正に要する操舵力はむし
ろより大きなものとなる不都合があった。このような不
都合に対処するために、外乱から引き起こされる車両の
不整挙動を車両のヨーレイトから検出し、これを打ち消
す向きの反力を補助操舵トルク発生用の電動機にて発生
させることにより、外乱による車両挙動を抑制し得るよ
うにすることが考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記制御に
於ては、通常走行状態に於ける旋回時に発生したヨーレ
イトと外乱によるヨーレイトとを判別することができな
いため、ヨーレイトが発生すると、いかなる場合にもこ
れを抑制する方向、即ち車両を直進状態に復帰させる向
きの操舵トルクを電動機が発生するので、通常旋回時の
操舵反力が過大になることが考えられる。そこで通常旋
回時の操舵力を重視して反力トルクを決定づけるように
制御パラメータを設定すると、十分な外乱抑制効果を得
にくくなる。
【0007】本発明は、このような従来技術の不都合を
改善するべく案出されたものであり、その主な目的は、
横風などの外乱が車両に作用した際の偏向抑制性能を高
め、しかも通常旋回時の操舵力を適切に設定することが
できるように改良された車両用操舵装置を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、車両の操向車輪を手動により転舵するため
の手動操舵手段と、補助操舵トルクを前記操向車輪に加
えるための電動機と、ヨーレイトを含む車両挙動検出手
段の検出値に基づいて前記電動機の駆動トルクを制御す
る制御手段とを有する車両用操舵装置に於て、操舵角に
対応した基準ヨーレイト応答モデルを予め設定し、該基
準ヨーレイト応答モデルと実ヨーレイトとの偏差に基づ
いて電動機に与える操舵反力トルク指令値が決定される
ように構成することによって達成される。
【0009】
【作用】このようにすれば、通常走行時は、車両の基準
ヨーレイト応答モデルの絶対値と実ヨーレイトの絶対値
との偏差が小さいので、操舵反力トルク指令値が小さく
なり、一般のパワーステアリング装置に相当する操舵ト
ルクを発生させることができる。そして外乱時は、実ヨ
ーレイトの絶対値が基準ヨーレイト応答モデルの絶対値
よりも外乱分だけ大きくなるので、それに応じた操舵反
力トルクを発生させて外乱による車両挙動を抑制でき
る。従って、通常時の適正操舵力と外乱時の車両挙動抑
制力とを高いレベルで両立することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明について、添付の図面に示され
た具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
【0011】本発明が適用された車両用操舵装置の構成
を図1に示す。この装置は、手動操舵力発生装置1と電
動式補助操舵力発生装置2とからなっており、ステアリ
ングホイール3に一体結合されたステアリングシャフト
4に自在継手を有する連結軸5を介してラック・アンド
・ピニオン機構のピニオン6が連結され、ピニオン6に
噛合して車幅方向に往復動し得るラック7の両端に、タ
イロッド8を介して左右の前輪9のナックルアームが連
結されている。これにより、通常のラック・アンド・ピ
ニオン式の転舵操作を行うことができるようになってい
る。
【0012】ラック7を軸方向に貫通させるようにし
て、ラック7と同軸的に電動機10が設けられている。
この電動機10は、中空のロータ内にラック7を挿通す
ると共に、そのロータに駆動ヘリカルギア11が取付け
られており、この駆動ヘリカルギア11には、ラック7
と平行に延設されたボールスクリュー機構のスクリュー
シャフト12の軸端に取付けられた被動ヘリカルギア1
3が噛合している。そして、ボールスクリュー機構のナ
ット14は、ラック7に固定されている。
【0013】ステアリングシャフト4には、ステアリン
グホイール3の回転角度に対応した信号を出力するため
の舵角センサ15と、ステアリングシャフト4の操舵ト
ルクに対応した信号を出力するためのトルクセンサ16
とが取付けられている。
【0014】また、車体の適所には、車両の横加速度に
対応した信号を出力するための横加速度センサ17と、
車両のヨーレイト(ヨーイング角速度)に対応した信号
を出力するためのヨーレイトセンサ18と、車両の走行
速度に対応した信号を出力するための車速センサ19と
が取付けられている。
【0015】本実施例にあっては、ステアリングホイー
ル3と操向車輪である前輪9とが機械的に連結されてお
り、上記各センサ15〜19の出力を制御ユニット20
で処理して得られた制御信号を、駆動回路21を介して
電動機10に与えることによって電動機10の出力トル
クを制御するようになっている。
【0016】図2は、本発明が適用された制御システム
を示す模式的ブロック図である。制御ユニット20に
は、舵角センサ15、トルクセンサ16、横加速度セン
サ17、ヨーレイトセンサ18、及び車速センサ19の
各信号出力がそれぞれ入力される。これらの信号入力
は、それぞれ電動パワーステアリング制御手段22並び
にアクティブ操舵反力算出手段23に入力され、それぞ
れが処理されて出力電流決定手段24にて電動機10に
与える目標電流値が決定される。
【0017】電動パワーステアリング制御手段22に於
ては、通常の操舵力アシストに関する制御が行われる。
本制御手段については、例えば、横加速度及びヨーレイ
トに応じて望ましい目標操舵トルク値を求める公知の電
動式パワーステアリング制御を適用し得るので、ここで
の詳細な説明は省略する
【0018】アクティブ操舵反力算出手段23に於て
は、入力された上記各センサ15〜19からの各信号出
力に基づいて、後記するアルゴリズムによって目標操舵
トルク値を求めるようになっている。
【0019】出力電流決定手段24内では、目標操舵ト
ルク値とトルクセンサ16からの実操舵トルク値との偏
差に対応し、かつ正負を逆転させて増減する目標駆動電
流信号を求めるようになっている。
【0020】このようにして求められた目標駆動電流値
は、駆動回路21に入力される。この駆動回路21は、
例えばPWM制御によって電動機10を駆動制御する
が、駆動回路21の入力信号である目標駆動電流値に電
流検出センサによる実電流検出値がフィードバックされ
るようになっている。
【0021】制御ユニット20内のアクティブ操舵反力
算出手段23に於ては、図3のフローチャートに示す処
理が所定の周期で繰り返し実行される。先ず、ステップ
1に於て各センサの信号出力を読込み、かつ操舵角速度
及びヨーレイト偏差を算出し、ステップ2に於て操舵反
力TAを決定し、続いてステップ3に於て目標操舵反力
にリミッタをかけ、ステップ4に於て電動パワーステア
リング制御手段22にこの制御信号を加算する。
【0022】この処理を図4〜図7を併せて参照して更
に詳しく説明する。上記ステップ1に於ては、先ず舵角
θを読込み(ステップ21)、これを微分して操舵角速
度dθ/dtを算出する(ステップ22)。そして車速
Vを読み込む(ステップ23)と共に、予め実測して求
めておいた車両の伝達関数特性に基づいて基準ヨーレイ
ト応答モデルγ0を算出する(ステップ24)。そして
現在の実ヨーレイトγを読み込み(ステップ25)、こ
れと先に求めた基準ヨーレイト応答モデルγ0との偏差
γ−γ0を算出する(ステップ26)。
【0023】次に上記ステップ2に於ては、図8に示す
ような車速Vをアドレスとするデータテーブルから、操
舵角速度dθ/dt、実ヨーレイトγと基準ヨーレイト
応答モデルγ0との偏差γ−γ0、及び実ヨーレイトγに
それぞれ対応する係数f1・f2・f3をそれぞれ求め
(ステップ31)、これらから各成分についての操舵反
力T1・T2・T3を算出し(ステップ32)、これら操
舵反力の成分T1・T2・T3を加算して目標操舵反力T
Aを決定する(ステップ33)。但し、ここでT2>T3
の関係に設定する。
【0024】ここで、各係数は、車速Vに応じて増大す
る1次関数を採用するが、これは車速Vが高いほど外乱
の影響が大きいので、車速Vの高い領域ではその重みを
増やすことによって効果を大きくするためである。
【0025】次に上記ステップ3に於ては、目標操舵反
力TAが所定値(Tmax)を超えているか否かを判断
し(ステップ41)、目標操舵反力TAが所定値を超え
ている場合は目標操舵反力TAとして上記Tmax値を
規定する(ステップ42)。また、目標操舵反力TAが
所定値(Tmax)を超えていない場合には、同様に目
標操舵反力TAが所定値(−Tmax)より小さいか否
かを判断し(ステップ43)、目標操舵反力TAが所定
値より小さい場合は目標操舵反力TAとして上記−Tm
ax値を規定する(ステップ44)。これらステップ4
1からステップ44までの処理が、図7に於けるリミッ
タLと対応する。
【0026】このようにして決定された目標操舵反力T
Aは、別に求めた目標補助操舵トルクに加算されて出力
電流決定手段24にて目標電流値に変換され、駆動回路
21に出力される。
【0027】このようにして、図9に示すように、直進
走行中に横風を受けて車両25が直進走行ライン26か
ら外れるようになった際には、この時の車両25の実ヨ
ーレイトγと基準ヨーレイト応答モデルγ0との偏差γ
−γ0に応じ、ステアリングホイール3の操舵の有無に
関わらず、ヨーレイトγを打ち消す方向に、即ち、その
時の車両25の偏向を直進走行ライン26に戻す向きに
電動機10が駆動される。
【0028】このため、横風などの外乱で車両25にヨ
ーレイトγが発生した場合、仮に運転者が手放し状態で
あっても、外乱に対して車両25を常に直進走行させる
ように前輪9が自動的に操舵され、不整挙動を安定化さ
せることができる。また、運転者がステアリングホイー
ル3を保持している場合も、運転者は操舵反力トルクに
よるステアリングホイール3の動きに任せておけば同様
の効果が得られる。
【0029】一方、外乱を受けない状態に於て旋回操舵
した際にも車両にヨーレイトが発生するが、この時は実
ヨーレイトγと基準ヨーレイト応答モデルγ0との偏差
γ−γ0が小さいので、電動機10への反力トルク指令
の成分が相応に小さくなり、旋回操舵が楽に行えるよう
になる。
【0030】従来のものと対比した特性を図10に示
す。横風などの外乱を受けた場合、点線で示す本発明制
御が実施されない車両の挙動に対し、ステアリングが逆
方向に切られてヨーレイト並びに横ずれ量が共に抑制さ
れていることが分かる。
【0031】ところで、轍のある路面、あるいは水溜ま
りのある路面を走行する場合には、ステアリングホイー
ル3が取られ易くなるが、そのような場合にも、横風走
行時と同様に、基準ヨーレイト応答モデルγ0を外れた
ヨーレイトγが車両25に発生するので、上記制御を実
行することによって車両25を直進させるように自動的
に軌道修正が行われる。
【0032】
【発明の効果】このように本発明によれば、車両挙動を
抑制する方向への操舵トルクが、運転者の操舵の有無に
関わりなく操向車輪に作用するようになるので、横風な
どの外乱に基因した車両の不整挙動が運転者の積極的な
操舵を要さずに抑制されることとなり、車両の直進走行
安定性を向上することができる。しかも基準ヨーレイト
応答モデルと実ヨーレイトとを比較することにより、そ
の時に車両に発生しているヨーレイトが通常旋回による
ものか、あるいは外乱によるものかが判別できるので、
通常走行時の操舵反力を過大にせずに済む。従って、横
風などの外乱が車両に作用した際の偏向抑制性能と、通
常旋回時の操舵力軽減効果とをより一層高いレベルで両
立するうえに多大な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された車両用操舵装置を模式的に
示す全体構成図。
【図2】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。
【図3】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図4】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図5】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図6】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。
【図7】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。
【図8】同制御処理に用いられるデータテーブル。
【図9】直進走行時に横風を受けた場合の車両の動きを
示す模式図。
【図10】従来構成との比較に於て本発明の作用を説明
するためのグラフ。
【符号の説明】
1 手動操舵力発生装置 2 電動式補助操舵力発生装置 3 ステアリングホイール 4 ステアリングシャフト 5 連結軸 6 ピニオン 7 ラック 8 タイロッド 9 前輪 10 電動機 11 駆動ヘリカルギヤ 12 スクリューシャフト 13 被動ヘリカルギヤ 14 ナット 15 舵角センサ 16 トルクセンサ 17 横加速度センサ 18 ヨーレイトセンサ 19 車速センサ 20 制御ユニット 21 駆動回路 22 電動パワーステアリング制御手段 23 アクティブ操舵反力算出手段 24 出力電流決定手段 25 車両 26 直進走行ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B62D 119:00 137:00 (56)参考文献 特開 平3−16879(JP,A) 特開 昭62−155170(JP,A) 特開 平4−212673(JP,A) 特開 平4−212672(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 6/00 B62D 5/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両の操向車輪を手動により転舵するた
    めの手動操舵手段と、補助操舵トルクを前記操向車輪に
    加えるための電動機と、ヨーレイトを含む車両挙動検出
    手段の検出値に基づいて前記電動機の駆動トルクを制御
    する制御手段とを有する車両用操舵装置であって、 操舵角に対応した基準ヨーレイト応答モデルを予め設定
    し、 該基準ヨーレイト応答モデルと実ヨーレイトとの偏差に
    基づいて決定される反力成分を前記電動機に与える操舵
    トルク指令値に含ませることを特徴とする車両用操舵装
    置。
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DE102005044896B4 (de) * 2004-09-22 2008-12-18 Honda Motor Co., Ltd. Lenkvorrichtung
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