JP3676542B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に対し、電動機による補助操舵力を付加することによって操舵力を軽減するようにしてなる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールに与える操舵角を操向車輪の転舵角に変換する操舵系にモータを設け、路面反力に対抗する操舵補助力をモータに発生させることで運転者の操舵力を軽減するようにした電動パワーステアリング装置が知られている。そのような電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに与える操舵角を操向車輪の転舵角に変換する操舵系に電動機を設け、旋回走行中の路面μに対応する限界に近い旋回状態（横Ｇ）になったとき、パワーステアリングの操舵力を変更して運転者に旋回状態の限界が近付いたことを気付かせるようにした電動パワーステアリング装置がある（特開平４−２３０４７２号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の技術においては、旋回走行中の限界に近い旋回状態を横Ｇで判断しているため横Ｇセンサを用いているが、横Ｇセンサは高価であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術における問題点を解消するべく、旋回走行中の車両の挙動に応じた操舵力の制御を行うための手段を低廉化し得る電動パワーステアリング装置を提供することを目的に案出されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に操舵力を付加する電動機と、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段からの信号に基づいて前記電動機を駆動する制御信号を発生する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、路面状態及び前記舵角によって定められた規範操舵力と前記操舵力検出手段により検出された実操舵力との偏差を算出し、該偏差の増大に応じて増加する反力制御値を前記制御信号に付加する補正手段を有するものとした。
【０００６】
このように、旋回走行中の限界を判断し得る横Ｇに相当する検出を、路面状態（路面摩擦係数）及び舵角により定めた規範操舵力と、実操舵力との偏差を算出し、その偏差に応じた付加反力をもって電動機駆動制御信号を補正することにより、横Ｇセンサを用いることなく、旋回走行時の操縦安定性を向上する制御を行い得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に基づく電動パワーステアリング装置の操舵力制御装置の構成を示している。本制御装置には、ステアリングホイールに作用する操舵トルクＴＳと車速Ｖとに基づいて補助操舵トルク指令値ＴＡを設定する補助操舵トルク設定手段１が設けられていると共に、操舵系に作用する手動操舵力を検出するべく設けられた図示されない操舵力検出手段により求めた実操舵力と、舵角演算手段２にて演算した前輪舵角と、路面μ演算手段３にて演算した路面摩擦係数μとに基づいて付加反力トルク指令値ＴＣを設定する付加反力トルク設定手段４が設けられている。
【０００９】
さらに、補助トルク発生用電動機Ｍの出力を制御する電動機駆動制御手段５が設けられており、上記した補助操舵トルク指令値ＴＡに付加反力トルク指令値ＴＣを加算した制御基準値ＴＭを電動機駆動制御手段５に入力し、電動機駆動制御手段５にて、通常のパワーステアリング装置の電動機Ｍの出力制御を行う制御信号ＩＭを演算するようになっている。
【００１０】
なお、上記補助操舵トルク設定手段１で算出する補助操舵トルク指令値ＴＡは、車速Ｖが増大するに連れて減少するようになっている。
【００１１】
上記付加反力トルク設定手段４にあっては、図２に示されるように、路面摩擦係数μと舵角とに基づいて規範操舵力を算出する規範操舵力算出手段４ａと、その算出された規範操舵力と実操舵力との操舵力偏差に基づいて付加反力トルク指令値ＴＣを求めるための付加反力トルク算出手段４ｂとが設けられている。
【００１２】
ここで、上記路面摩擦係数μを求める例を以下に示す。
【００１３】
路面摩擦係数μは、タイヤのコーナリングパワーＣｐとの間に、ＦＩＡＬＡの式（第２項まで）から、以下のように表される関係がある。
Ｃｐ＝Ｋ（１−０．０１６６Ｋ／μＷ）
但し、Ｋ：コーナリングスティフネス
μ：路面摩擦係数
Ｗ：接地荷重
【００１４】
したがって、タイヤのコーナリングパワーＣｐは、図３に示すように、路面摩擦係数μが低いほど減少するので、ラック／ピニオン式操舵装置の場合、同一舵角でのラック軸力Ｆｒは、路面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って路面摩擦係数μは、前輪舵角δに対する実ラック軸反力Ｆｒｃと、車両の設計値や実験による計測値の同定結果に基づいて内部モデルとして予め設定された基準ラック軸反力Ｆｒｍとを比較すれば推定できる。
【００１５】
即ち、路面摩擦係数μが低いほどタイヤのコーナリングパワーＣｐが減少する（図３参照）ので、ラック／ピニオン式の操舵装置の場合、同一舵角での路面から受けるラック軸反力は、路面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って、前輪舵角並びにラック軸反力を実測し、前輪舵角に対する実ラック軸反力と、予め内部モデルとして設定された基準ラック軸反力とを比較すれば、路面摩擦係数μを推定することができる。
【００１６】
次に、実ラック軸反力Ｆｒｃの比較基準となる内部モデルは、以下のようにして設定する。
【００１７】
図４に示すように、ステアリングホイールから入力された舵角θｓは、ピニオンとの伝達比Ｎｐを介してラック軸のストローク量に変換される。このラック軸のストローク量に応じて前輪横すべり角βが生ずる。ここでラック軸のストローク量に対する前輪横すべり角βの伝達関数Ｇβ（ｓ）は、路面摩擦係数μの変化に伴うスタビリティファクタの変化によって変化する。
【００１８】
前輪横すべり角βにコーナリングパワーＣｐとトレールζ（キャスタトレール＋ニューマチックトレール）とをかけることにより、キングピン回りのモーメントが得られる。ここでコーナリングパワーＣｐ及びニューマチックトレールは、路面摩擦係数μおよび接地荷重Ｗによって変化する。
【００１９】
キングピン回りのモーメントを、タイヤ回転中心とラック軸中心間距離、即ちナックルアーム長ｒｋで割ることで、モデルラック軸反力Ｆｒｍが得られる。
【００２０】
以上から、ステアリングホイール舵角θｓに対するモデルラック軸反力Ｆｒｍの応答は、各諸元に基づく計算結果、或いは実車計測値からの同定結果から導き出した１つの伝達関数Ｇｆ（ｓ）をもって置換可能であることが分かる。
【００２１】
上記のようにして求めた実ラック軸反力値Ｆｒｃおよびモデルラック軸反力値Ｆｒｍから、ステアリングホイール舵角θｓの増加に対する実並びにモデルラック軸反力の増加率を求め（図５参照）、車両の応答が線形に近似した舵角範囲内に於いて、実ラック軸反力増加率ΔＦｒｃ／Δθｓと、モデルラック軸反力増加率ΔＦｒｍ／Δθｓとの比ΔＦｒｃ／ΔＦｒｍから、予め設定された路面摩擦係数判定マップ（図６）を参照して路面摩擦係数μを推定することができる。
【００２２】
このようにして求めた路面摩擦係数μとステアリングホイール舵角θｓとに基づいて、前記した図２に示されるように、規範操舵力算出手段４ａにて規範操舵力を算出し、その規範操舵力と実操舵力との偏差（操舵力偏差）を算出する。その操舵力偏差に基づいて、付加反力トルク算出手段４ｂにより付加反力トルク値を算出する。なお、この付加反力トルク算出手段４ｂにより算出される付加反力トルク値は、図２に示されるように操舵力偏差の増大に応じて、増加率が大きくなって増加するようになっている。したがって、偏差が大きいほど、制御値に付加する反力トルク値が大きくなる。
【００２３】
そして、補助操舵トルク設定手段１で求めた補助操舵トルク指令値ＴＡと、付加反力トルク設定手段４で求めた付加反力トルク指令値ＴＣとの偏差からなる制御信号基準値ＴＭを求め、その制御信号基準値ＴＭに基づいてモータＭを駆動する制御信号ＩＭを電動機駆動制御手段５から発生する。これにより、路面状況に応じて車両特性が限界に至る以前に操舵力を重くするなどして運転者に知らしめ、かつ操舵力の制御範囲を拡大することにより、運転者の意図しない過大な舵角で転舵されることを防止し得る最適な補助操舵トルクが発生するように、電動機が駆動される。
【００２４】
このように、旋回中の限界を知るために従来例で示した横Ｇセンサによる横Ｇを用いることなく、規範操舵力と実操舵力との偏差から補助制御量を設定することで制御が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、手動操舵力に対する反力付与制御を、高価な横Ｇセンサを用いることなく実現でき、路面状況に応じた最適な操舵力制御を実行し、操縦安定性を高め、運転者の負担を軽減する上に多大な効果を奏すると共に、そのような制御を行い得る高機能な電動パワーステアリング装置を低廉化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパワーステアリング装置の制御系の概略構成図。
【図２】本発明に基づく付加反力トルク設定手段４の説明図。
【図３】コーナリングパワーと路面摩擦係数との関係線図。
【図４】内部モデルの設定に関わるフロー図。
【図５】舵角量に対する車両状態量の増加線図。
【図６】路面摩擦係数の判定マップ。
【符号の説明】
１ 補助操舵トルク設定手段
２ 舵角演算手段
３ 路面μ演算手段
４ 付加反力トルク設定手段
４ａ 規範操舵力算出手段
４ｂ 付加反力トルク算出手段
５ 電動機駆動制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に対し、電動機による補助操舵力を付加することによって操舵力を軽減するようにしてなる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールに与える操舵角を操向車輪の転舵角に変換する操舵系にモータを設け、路面反力に対抗する操舵補助力をモータに発生させることで運転者の操舵力を軽減するようにした電動パワーステアリング装置が知られている。そのような電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに与える操舵角を操向車輪の転舵角に変換する操舵系に電動機を設け、旋回走行中の路面μに対応する限界に近い旋回状態（横Ｇ）になったとき、パワーステアリングの操舵力を変更して運転者に旋回状態の限界が近付いたことを気付かせるようにした電動パワーステアリング装置がある（特開平４−２３０４７２号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の技術においては、旋回走行中の限界に近い旋回状態を横Ｇで判断しているため横Ｇセンサを用いているが、横Ｇセンサは高価であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術における問題点を解消するべく、旋回走行中の車両の挙動に応じた操舵力の制御を行うための手段を低廉化し得る電動パワーステアリング装置を提供することを目的に案出されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に操舵力を付加する電動機と、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段からの信号に基づいて前記電動機を駆動する制御信号を発生する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、路面状態及び前記舵角によって定められた規範操舵力と前記操舵力検出手段により検出された実操舵力との偏差を算出し、該偏差の増大に応じて増加する反力制御値を前記制御信号に付加する補正手段を有するものとした。
【０００６】
このように、旋回走行中の限界を判断し得る横Ｇに相当する検出を、路面状態（路面摩擦係数）及び舵角により定めた規範操舵力と、実操舵力との偏差を算出し、その偏差に応じた付加反力をもって電動機駆動制御信号を補正することにより、横Ｇセンサを用いることなく、旋回走行時の操縦安定性を向上する制御を行い得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に基づく電動パワーステアリング装置の操舵力制御装置の構成を示している。本制御装置には、ステアリングホイールに作用する操舵トルクＴＳと車速Ｖとに基づいて補助操舵トルク指令値ＴＡを設定する補助操舵トルク設定手段１が設けられていると共に、操舵系に作用する手動操舵力を検出するべく設けられた図示されない操舵力検出手段により求めた実操舵力と、舵角演算手段２にて演算した前輪舵角と、路面μ演算手段３にて演算した路面摩擦係数μとに基づいて付加反力トルク指令値ＴＣを設定する付加反力トルク設定手段４が設けられている。
【０００９】
さらに、補助トルク発生用電動機Ｍの出力を制御する電動機駆動制御手段５が設けられており、上記した補助操舵トルク指令値ＴＡに付加反力トルク指令値ＴＣを加算した制御基準値ＴＭを電動機駆動制御手段５に入力し、電動機駆動制御手段５にて、通常のパワーステアリング装置の電動機Ｍの出力制御を行う制御信号ＩＭを演算するようになっている。
【００１０】
なお、上記補助操舵トルク設定手段１で算出する補助操舵トルク指令値ＴＡは、車速Ｖが増大するに連れて減少するようになっている。
【００１１】
上記付加反力トルク設定手段４にあっては、図２に示されるように、路面摩擦係数μと舵角とに基づいて規範操舵力を算出する規範操舵力算出手段４ａと、その算出された規範操舵力と実操舵力との操舵力偏差に基づいて付加反力トルク指令値ＴＣを求めるための付加反力トルク算出手段４ｂとが設けられている。
【００１２】
ここで、上記路面摩擦係数μを求める例を以下に示す。
【００１３】
路面摩擦係数μは、タイヤのコーナリングパワーＣｐとの間に、ＦＩＡＬＡの式（第２項まで）から、以下のように表される関係がある。
Ｃｐ＝Ｋ（１−０．０１６６Ｋ／μＷ）
但し、Ｋ：コーナリングスティフネス
μ：路面摩擦係数
Ｗ：接地荷重
【００１４】
したがって、タイヤのコーナリングパワーＣｐは、図３に示すように、路面摩擦係数μが低いほど減少するので、ラック／ピニオン式操舵装置の場合、同一舵角でのラック軸力Ｆｒは、路面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って路面摩擦係数μは、前輪舵角δに対する実ラック軸反力Ｆｒｃと、車両の設計値や実験による計測値の同定結果に基づいて内部モデルとして予め設定された基準ラック軸反力Ｆｒｍとを比較すれば推定できる。
【００１５】
即ち、路面摩擦係数μが低いほどタイヤのコーナリングパワーＣｐが減少する（図３参照）ので、ラック／ピニオン式の操舵装置の場合、同一舵角での路面から受けるラック軸反力は、路面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って、前輪舵角並びにラック軸反力を実測し、前輪舵角に対する実ラック軸反力と、予め内部モデルとして設定された基準ラック軸反力とを比較すれば、路面摩擦係数μを推定することができる。
【００１６】
次に、実ラック軸反力Ｆｒｃの比較基準となる内部モデルは、以下のようにして設定する。
【００１７】
図４に示すように、ステアリングホイールから入力された舵角θｓは、ピニオンとの伝達比Ｎｐを介してラック軸のストローク量に変換される。このラック軸のストローク量に応じて前輪横すべり角βが生ずる。ここでラック軸のストローク量に対する前輪横すべり角βの伝達関数Ｇβ（ｓ）は、路面摩擦係数μの変化に伴うスタビリティファクタの変化によって変化する。
【００１８】
前輪横すべり角βにコーナリングパワーＣｐとトレールζ（キャスタトレール＋ニューマチックトレール）とをかけることにより、キングピン回りのモーメントが得られる。ここでコーナリングパワーＣｐ及びニューマチックトレールは、路面摩擦係数μおよび接地荷重Ｗによって変化する。
【００１９】
キングピン回りのモーメントを、タイヤ回転中心とラック軸中心間距離、即ちナックルアーム長ｒｋで割ることで、モデルラック軸反力Ｆｒｍが得られる。
【００２０】
以上から、ステアリングホイール舵角θｓに対するモデルラック軸反力Ｆｒｍの応答は、各諸元に基づく計算結果、或いは実車計測値からの同定結果から導き出した１つの伝達関数Ｇｆ（ｓ）をもって置換可能であることが分かる。
【００２１】
上記のようにして求めた実ラック軸反力値Ｆｒｃおよびモデルラック軸反力値Ｆｒｍから、ステアリングホイール舵角θｓの増加に対する実並びにモデルラック軸反力の増加率を求め（図５参照）、車両の応答が線形に近似した舵角範囲内に於いて、実ラック軸反力増加率ΔＦｒｃ／Δθｓと、モデルラック軸反力増加率ΔＦｒｍ／Δθｓとの比ΔＦｒｃ／ΔＦｒｍから、予め設定された路面摩擦係数判定マップ（図６）を参照して路面摩擦係数μを推定することができる。
【００２２】
このようにして求めた路面摩擦係数μとステアリングホイール舵角θｓとに基づいて、前記した図２に示されるように、規範操舵力算出手段４ａにて規範操舵力を算出し、その規範操舵力と実操舵力との偏差（操舵力偏差）を算出する。その操舵力偏差に基づいて、付加反力トルク算出手段４ｂにより付加反力トルク値を算出する。なお、この付加反力トルク算出手段４ｂにより算出される付加反力トルク値は、図２に示されるように操舵力偏差の増大に応じて、増加率が大きくなって増加するようになっている。したがって、偏差が大きいほど、制御値に付加する反力トルク値が大きくなる。
【００２３】
そして、補助操舵トルク設定手段１で求めた補助操舵トルク指令値ＴＡと、付加反力トルク設定手段４で求めた付加反力トルク指令値ＴＣとの偏差からなる制御信号基準値ＴＭを求め、その制御信号基準値ＴＭに基づいてモータＭを駆動する制御信号ＩＭを電動機駆動制御手段５から発生する。これにより、路面状況に応じて車両特性が限界に至る以前に操舵力を重くするなどして運転者に知らしめ、かつ操舵力の制御範囲を拡大することにより、運転者の意図しない過大な舵角で転舵されることを防止し得る最適な補助操舵トルクが発生するように、電動機が駆動される。
【００２４】
このように、旋回中の限界を知るために従来例で示した横Ｇセンサによる横Ｇを用いることなく、規範操舵力と実操舵力との偏差から補助制御量を設定することで制御が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、手動操舵力に対する反力付与制御を、高価な横Ｇセンサを用いることなく実現でき、路面状況に応じた最適な操舵力制御を実行し、操縦安定性を高め、運転者の負担を軽減する上に多大な効果を奏すると共に、そのような制御を行い得る高機能な電動パワーステアリング装置を低廉化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパワーステアリング装置の制御系の概略構成図。
【図２】本発明に基づく付加反力トルク設定手段４の説明図。
【図３】コーナリングパワーと路面摩擦係数との関係線図。
【図４】内部モデルの設定に関わるフロー図。
【図５】舵角量に対する車両状態量の増加線図。
【図６】路面摩擦係数の判定マップ。
【符号の説明】
１ 補助操舵トルク設定手段
２ 舵角演算手段
３ 路面μ演算手段
４ 付加反力トルク設定手段
４ａ 規範操舵力算出手段
４ｂ 付加反力トルク算出手段
５ 電動機駆動制御手段
Claims (1)
- 車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に操舵力を付加する電動機と、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段からの信号に基づいて前記電動機を駆動する制御信号を発生する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、
路面状態及び前記舵角によって定められた規範操舵力と前記操舵力検出手段により検出された実操舵力との偏差を算出し、該偏差の増大に応じて増加する反力制御値を前記制御信号に付加する補正手段を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20774997A JP3676542B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20774997A JP3676542B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 電動パワーステアリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1148999A JPH1148999A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3676542B2 true JP3676542B2 (ja) | 2005-07-27 |
Family
ID=16544916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20774997A Expired - Fee Related JP3676542B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 電動パワーステアリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3676542B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106741544A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-31 | 北京小米移动软件有限公司 | 车辆助力输出的控制方法及装置 |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2002104222A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-10 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 操舵装置および操舵トルク制御方法 |
| JP4660947B2 (ja) * | 2001-03-21 | 2011-03-30 | 株式会社ジェイテクト | 電動パワーステアリング装置 |
| JP4545055B2 (ja) * | 2005-06-29 | 2010-09-15 | 株式会社ショーワ | 電動パワーステアリング装置 |
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| US8972113B2 (en) * | 2010-11-29 | 2015-03-03 | Honda Motor Co., Ltd. | Electric power steering system |
-
1997
- 1997-08-01 JP JP20774997A patent/JP3676542B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106741544A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-31 | 北京小米移动软件有限公司 | 车辆助力输出的控制方法及装置 |
| CN106741544B (zh) * | 2016-12-20 | 2019-04-16 | 北京小米移动软件有限公司 | 车辆助力输出的控制方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1148999A (ja) | 1999-02-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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