JP3229077B2 - 車輌用操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車輌用操舵装置に関
し、特に、横風などの外乱が加わった際に発生する、車
輌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、直進走行中に車輌が強い横風を受け
ると、目標直進走行ラインから外れる向きに車輌が偏向
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輌が偏向しても、電動機は補助ト
ルクを発生しない。

【０００５】従って、車輌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
に車輌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、外乱による車輌の偏向の場
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。

【０００６】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輌の不整挙動を車輌のヨーレイト
から検出し、これを打ち消す向きの反力を操舵トルク発
生用の電動機にて発生させることにより、外乱による車
輌挙動を抑制し得るようにすることが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電動機制御によると、例えば横加速度センサやヨーレ
イトセンサや反力発生用の制御装置が故障した場合、電
動機の作動を停止させることが一般的であるため、操舵
トルクも得られなくなることから、運転者に違和感を生
じさせると共に操舵装置の操作性が低下する問題があっ
た。

【０００８】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輌に作用した際の偏向抑制性能を高
め、しかも横加速度センサやヨーレイトセンサなどの旋
回挙動検出手段または反力発生制御装置の故障時の操舵
装置の操作性が低下することを防止することが可能な車
輌用操舵装置を提供することにある。

【０００９】

【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、車輌の操向車輪に操舵トルクを加えるため
のトルク発生用電動機と、運転者の操舵により発生する
操舵トルクを検出して前記電動機に補助操舵トルクを発
生させるための指令を出力する補助操舵トルク発生用制
御手段と、前記車輌の旋回挙動に応じて前記トルク発生
手段に前記旋回挙動に対する反力を発生させるための指
令を出力する反力発生用制御手段とを有する車輌用操舵
装置であって、前記補助操舵トルク発生用制御手段と前
記反力発生用制御手段とが互いに独立したユニットとし
て構成され、前記反力発生用制御手段の故障を検出する
故障検出手段を有し、前記故障検出手段により前記反力
発生用制御手段の故障が検出されたときには、前記反力
発生用制御手段からの反力発生指令の出力を禁止して前
記補助操舵トルク発生用制御手段から補助操舵トルクを
発生させるための指令のみ前記電動機に入力させること
を特徴とする車輌用操舵装置を提供することによって達
成される。特に前記故障が検出されたときには、前記補
助操舵トルク発生指令により発生する操舵トルクを正常
時よりも小さくすると良い。

【００１０】

【作用】このように、横加速度センサやヨーレイトセン
サや反力発生用の制御装置が故障した場合には、補助操
舵トルク発生用制御手段により補助操舵トルクのみを発
生可能とすることで、補助操舵トルク発生用制御手段は
反力発生用制御手段と物理的に独立した別ユニットとな
っていることからその影響を受けず操舵装置の操作性が
低下することがない。また、そのときの操舵トルクを各
センサなどの正常時よりも小さくすることで、より正常
時に近い操舵装置の操作性を確保できる。

【００１１】

【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。

【００１２】本発明が適用された車輌用操舵装置の構成
を図１に示す。この装置は、手動操舵装置１と電動式パ
ワーステアリング装置２とから構成され、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の輌端に、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
ン式の転舵を行うことができるようになっている。

【００１３】ラック７を軸方向に貫通させるようにし
て、ラック７と同軸的にトルク発生手段としての電動機
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１３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。

【００１４】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。

【００１５】また、車体の適所には、車輌のヨーレイト
（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１７と、車輌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１８とが取付けられてい
る。

【００１６】ステアリングホイール３と操向車輪である
前輪９とは機械的に連結されており、上記各センサ１５
〜１８の出力を制御ユニット２０ａ、２０ｂで処理して
得られた制御信号を、出力電流決定手段２４及び駆動回
路２１を介して電動機１０に与えることによってその出
力トルクを制御するようになっている。

【００１７】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２０ａに
は、補助操舵トルク発生用制御手段２２が設けられ、こ
れに舵角センサ１５、トルクセンサ１６及び車速センサ
１８の各信号出力がそれぞれ入力される。また、制御ユ
ニット２０ｂには、アクティブ反力発生用制御手段２３
が設けられ、これにヨーレイトセンサ１７及び車速セン
サ１８の各信号出力がそれぞれ入力される。そして、こ
れらの信号入力はそれぞれ補助操舵トルク発生用制御手
段２２及びアクティブ反力発生用制御手段２３にて独立
して信号処理されて出力電流決定手段２４にて電動機１
０に与える目標電流値が決定される。ここで、本構成で
は補助操舵トルク発生用制御手段とアクティブ反力発生
用制御手段とが別の制御ユニット内に組み込まれている
ことから、一方の制御手段が故障した場合に他方の制御
手段も同時に故障することがなく、例えばアクティブ反
力発生用制御手段自体が故障しても補助操舵トルク発生
用制御手段のみによる制御が確実に行われる。

【００１８】操舵補助用制御手段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。

【００１９】アクティブ反力発生用制御手段２３に於て
は、入力された上記各センサ１５〜１８からの各信号出
力に基づいて所定のアルゴリズムによって目標反力値を
求めるようになっている。また、このアクティブ反力発
生用制御手段２３には故障検出手段２３ａが付設され、
各センサまたはアクティブ反力発生用制御手段２３自体
の故障診断を行い、その診断結果に応じてアクティブ反
力発生用制御手段２３からの目標反力値の出力を禁止
し、代わりに後記する固定目標反力値を出力するように
なっている。

【００２０】ここで、トルクセンサ１６及びヨーレイト
センサ１７の故障診断は、その出力値（電圧値）が接地
レベルと電源電圧との間の所定範囲にあるか否か、また
その出力値の時間変化が実際の車輌で起こり得る範囲に
あるか否か、更にステアリングホイールの操舵角と車速
とから推定されるヨーレートとセンサ出力値とが所定の
比例関係の範囲内にあるか否か（ヨーレートセンサ）を
判断することにより行う。また、アクティブ反力発生用
制御手段２３自体の故障診断は、公知のウォッチドッグ
回路によるフェイル信号や、制御手段２３からの出力値
が実際に発生し得るヨーレートに対応した範囲内にある
か否かを判断することにより行う。

【００２１】出力電流決定手段２４内では、目標操舵ト
ルク値と目標反力値との加算値とセンサ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。

【００２２】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。

【００２３】制御ユニット２０内のアクティブ反力発生
用制御手段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。まず、ステッ
プ１に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にて電動式パ
ワーステアリング装置２の故障診断がなされ、故障が発
生していなければステップ３からステップ４に進み、目
標操舵反力ＴＡを決定し、続いてステップ５にて目標操
舵反力ＴＡにリミッタをかけ、ステップ６にて補助操舵
トルク発生用制御手段２２からの操舵トルク値にこの制
御信号を加算する。

【００２４】一方、故障が発生した場合、ステップ３か
らステップ７に進み、ヨーレイトセンサ１７及びアクテ
ィブ反力発生用制御手段２３などの反力発生系の故障で
あるか否かが判別され、反力発生系の故障であればステ
ップ８にて目標操舵反力ＴＡを０とし、ステップ９にて
操舵トルク値を正常時よりも低めに設定する。また、故
障が反力発生系の故障でない場合、またはその判別がで
きない場合にはステップ６からステップ１０に進み、電
動式パワーステアリング装置２全体の制御を停止して処
理を終了する。この処理に対応する制御ブロック図を図
４に示す。

【００２５】上記ステップ１、ステップ４及びステップ
５の処理を図５〜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、まず舵角θを読込み
（図５のステップ２１）、これを微分して操舵角速度ｄ
θ／ｄｔを算出する（ステップ２２）。そして車速Ｖ及
びヨーレイトγを共に読み込む（ステップ２３、２
４）。

【００２６】次に上記ステップ４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、ヨ
ーレイト反力係数Ｋｒ及びダンピング反力係数Ｋｄをそ
れぞれ求め（図６のステップ３１）、これらから各成分
についての操舵反力Ｔｒ、Ｔｄを算出し（ステップ３
２）、これら操舵反力の成分Ｔｒ、Ｔｄを加算して目標
操舵反力ＴＡを決定する（ステップ３３）。

【００２７】ここで、図８（ａ）に於て、車速Ｖが０の
ときにヨーレイト反力係数Ｋｒを０とすることにより車
輌停止時若しくは超低速時にはヨーレートが発生しても
反力を発生させないようにしている（駐車場のターンテ
ーブルによる回転時など）。

【００２８】図８（ｂ）に於て、図示されないアルゴリ
ズムにより運転者がハンドルをしっかりと保持し保舵し
ているか、殆ど保持せず手放し若しくはそれに近い状態
となっているかを判別し、殆ど手放しであればダンピン
グ反力係数を大きく（Ｋｄ′）して横風発生時などのハ
ンドルの動きを抑制し、保舵していればダンピング反力
係数を小さく（Ｋｄ）して操舵し易くしている。また、
車輌停止時若しくは低速時にダンピング反力係数Ｋｄま
たはＫｄ′を０とすることにより低速時にはハンドルの
操作を戻りを含めて軽くできるようにしている。

【００２９】

【数１】

【００３０】次に上記ステップ５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（図７のステップ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Ｔｍａ
ｘ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
−Ｔｍａｘ値を規定する（ステップ４４）。

【００３１】上記のように決定された目標操舵反力ＴＡ
は、別に求めた目標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。

【００３２】このようにして、直進時に横風を受けて車
輌が直進走行ラインから外れるようになった際には、こ
の時の車輌のヨーレイトγを打ち消す方向に、即ちその
時の車輌の偏向を直進走行ラインに戻す向きに電動機が
駆動される。

【００３３】ここで、上記ステップ２、３、７にてヨー
レイトセンサ１７及びアクティブ反力発生用制御手段２
３などの反力発生系の故障であると判断された場合、Ｔ
Ａ＝０とすると共に図４に於けるＫｐをＫｐ′（Ｋｐ＞
Ｋｐ′）とすることにより、通常の運転時に生じるＴＡ
が加わった状態と同程度に操舵をやや重くして操作性が
急激に変化することを防止している。

【００３４】

【発明の効果】このように本発明によれば、横加速度セ
ンサやヨーレイトセンサや反力発生用の制御装置が故障
した場合には、これらと独立して構成された補助操舵ト
ルク発生用制御手段により補助操舵トルクのみ発生可能
とすることで、反力発生制御装置の故障時にも補助操舵
トルク発生用制御手段が物理的に独立した別ユニットと
なっていることからその影響を受けず、操舵装置の操作
性が低下することを防止し、操舵装置の操作性が低下す
ることがない。また、そのときの操舵トルクを各センサ
などの正常時よりも小さくすることで、より正常時に近
い操舵装置の操作性を確保できる。

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された第１の実施例に於ける車輌
用操舵装置を模式的に示す全体構成図。

【図２】本発明が適用された車輌用操舵装置を模式的に
示す全体構成図。

【図３】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図４】同操舵装置の制御ブロック図。

【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】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図８】同制御処理に用いられるデータテーブル。

【符号の説明】

１ 手動操舵力発生装置 ２ 電動式パワーステアリング装置 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 ヨーレイトセンサ １８ 車速センサ ２０ａ、２０ｂ 制御ユニット ２１ 駆動回路 ２２ 補助操舵トルク発生用制御手段 ２３ アクティブ反力発生用制御手段 ２３ａ 故障検出手段 ２４ 出力電流決定手段

フロントページの続き (72)発明者 徳永 裕之 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平５−105100（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−227770（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−58326（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147473（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】 車輌の操向車輪に操舵トルクを加える
   ためのトルク発生用電動機と、運転者の操舵により発生
   する操舵トルクを検出して前記電動機に補助操舵トルク
   を発生させるための指令を出力する補助操舵トルク発生
   用制御手段と、前記車輌の旋回挙動に応じて前記トルク
   発生手段に前記旋回挙動に対する反力を発生させるため
   の指令を出力する反力発生用制御手段とを有する車輌用
   操舵装置であって、前記補助操舵トルク発生用制御手段と前記反力発生用制
   御手段とが互いに独立したユニットとして構成され、 前記反力発生用制御手段の故障を検出する故障検出手段
   を有し、 前記故障検出手段により前記反力発生用制御手段の故障
   が検出されたときには、前記反力発生用制御手段からの
   反力発生指令の出力を禁止して前記補助操舵トルク発生
   用制御手段から補助操舵トルクを発生させるための指令
   のみ前記電動機に入力させることを特徴とする車輌用操
   舵装置。
2. 【請求項２】 前記故障が検出されたときには、前記
   補助操舵トルク発生指令により発生する操舵トルクを正
   常時よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載
   の車輌用操舵装置。