JP4628829B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、移動体（例えば、車両）の操舵装置に関し、特に、反力成分制御手段を備えた操舵装置に関するものである。

運転者の操舵力を軽減するための操舵装置には、車両に横風等の外乱が作用したときの車両偏向抑制性能を高めるために操舵反力成分（例えば、ステアリングモータに対する補正電流）を発生させる反力成分制御手段を備えたものがある。
従来の反力成分制御手段としては、車両挙動（例えばヨーレート）に応じて操舵反力成分を制御するもの（例えば、特許文献１参照）や、ハンドルの操舵角に応じて操舵反力成分を制御するもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
特許第３１７６９００号公報 特許第３５９３８９８号公報

しかしながら、車両挙動（ヨーレート）に応じて操舵反力成分を制御する場合は、車両挙動が発生しないことには操舵反力成分も発生しないので、例えば車輪と路面との摩擦係数（路面μ）が小さい所謂低μ路などのようにヨーレートの位相遅れが大きい状況では、操舵反力成分の発生が遅れるため、操舵フィーリングを向上させるのには不十分であった。
また、操舵角に応じて操舵反力成分を制御する場合は、直進付近での操舵のしっかり感（安定感）については十分に満足できるが、車両挙動に対する車両偏向抑制作用がないので、車両挙動に対する安定性に満足が得られない。
そこで、この発明は、操舵フィーリングの向上と車両挙動に対する安定性向上を同時に図ることができる操舵装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両挙動に応じて車両挙動反力成分を制御する車両挙動反力成分制御手段（例えば、後述する実施例におけるヨーレート反力補正電流算出部３５）と、操舵角に応じて操舵角反力成分を制御する操舵角反力成分制御手段（例えば、後述する実施例における操舵角反力補正電流算出部３６）と、を備え、前記車両挙動反力成分制御手段の出力に第１の係数を乗じた値と、前記操舵角反力成分制御手段の出力に第２の係数を乗じた値との和に基づいて操舵反力を決定し、操舵角が小さいほど前記第２の係数を大きくし、前記第１の係数を小さくしたことを特徴とする操舵装置（例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置）である。
このように構成することにより、操舵角が小さいときほど、操舵角反力成分による影響を大きくすることができるので、路面μにかかわらず直進付近の操舵のしっかり感（安定感）を向上することができる。
また、操舵角が大きいときには、車両挙動反力成分による影響を大きくすることができるので、操舵角が比較的に大きいときの車両の安定性を向上することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の係数と前記第２の係数の和は常に一定であることを特徴とする。

請求項１および請求項２に係る発明によれば、操舵角が小さいほど、路面μにかかわらず直進付近の操舵のしっかり感（安定感）を向上させることができるとともに、操舵角が比較的に大きい場合の車両の安定性を向上させることができる。

以下、この発明に係る操舵装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した態様で説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置は手動操舵力発生機構１を備えており、この手動操舵力発生機構１は、ステアリングホイール（操作子）３に一体結合されたステアリングシャフト４が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されて構成されている。ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック歯７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連係されている。この構成により、ステアリングホイール３の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構を構成する。

また、ラック軸７と同軸上に、手動操舵力発生機構１による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給するステアリングモータ１０が配設されている。このステアリングモータ１０により供給される補助操舵力は、ラック軸７に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。そのために、ラック軸７を挿通させたステアリングモータ１０のロータに駆動側ヘリカルギヤ１１を一体的設け、この駆動側ヘリカルギヤ１１に噛合する従動側ヘリカルギヤ１３を、ボールねじ機構１２のスクリューシャフト１２ａの一端に設け、ボールねじ機構１２のナット１４をラック７に固定している。

ステアリングシャフト４には、ステアリングシャフト４の操舵角を検出するための操舵角センサ（操舵角検出手段）１５が設けられ、前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１６が設けられている。操舵角センサ１５は検出した操舵角に対応する電気信号を、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号を、それぞれステアリング制御装置（ＥＣＵ）２０に出力する。
また、車体の適所には、車両のヨーレート（車両挙動）を検出するヨーレートセンサ（車両挙動検出手段、ヨーレート検出手段）１８と、車速を検出する車速センサ１９とが取り付けられている。ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車速センサ１９は車速に対応した電気信号を、それぞれステアリング制御装置２０に出力する。

そして、ステアリング制御装置２０は、これらセンサ１５，１６，１８，１９からの入力信号を処理して得られる制御信号によりステアリングモータ１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路５０を介してステアリングモータ１０に供給することによりステアリングモータ１０の出力トルクを制御し、ステアリング操作における補助操舵力を制御する。

次に、図２の制御ブロック図を参照して、この実施例におけるステアリングモータ１０に対する電流制御を説明する。
ステアリング制御装置２０は、ベース電流算出部３１と、イナーシャ補償電流算出部３２と、ダンパ補償電流算出部３３と、反力補正電流算出部３４とを備えている。
ベース電流算出部３１においては、操舵トルクセンサ１６および車速センサ１９の出力信号に基づき、ベース電流テーブル（図示略）を参照して、操舵トルクと車速に応じたベース電流値が決定される。ここで、ベース電流テーブルは、操舵トルクが大きくなるにしたがってベース電流が大きくなり、車速が大きくなるにしたがってベース電流が小さくなるように設定されている。

イナーシャ補償電流算出部３２は、操舵トルクセンサ１６の出力信号を時間微分して得た微分値（すなわち、操舵トルクの時間微分値）と車速センサ１９で検出された車速に基づき、イナーシャ補償電流マップ（図示略）を参照して、操舵トルクの時間微分値と車速に応じたイナーシャ補償電流を算出する。このイナーシャ補償電流は、モータ１０およびこのステアリングシステムの慣性モーメントを打ち消すためにステアリングモータ１０に流す電流である。

ダンパ補償電流算出部３３は、操舵角センサ１５の出力信号を時間微分して得た微分値（すなわち、操舵角速度）と車速センサ１９で検出された車速に基づいて、ダンパ補償電流マップ（図示略）を参照して、操舵角速度と車速に応じたダンパ補償電流を算出する。この実施例のダンパ補償電流マップでは、操舵角速度が大きくなるにしたがってダンパ補償電流が大きくなるように設定されている。
反力補正電流算出部３４は、ヨーレートと操舵角と車速に基づいて反力補正電流Ｉｒを算出する。反力補正電流算出部３４については後で詳述する。

そして、ステアリング制御装置２０は、ベース電流算出部３１で算出したベース電流に、イナーシャ補償電流算出部３２で算出したイナーシャ補償電流を加算し、ダンパ補償電流算出部３３で算出したダンパ補償電流を減算し、反力補正電流算出部３４で算出した反力補正電流Ｉｒを減算して目標電流Ｉｔを算出する。この目標電流Ｉｔは駆動回路５０に入力され、駆動回路５０はステアリングモータ１０に流れる電流が目標電流Ｉｔと一致するように制御し、これによりステアリングモータ１０の出力トルクを制御して、補助操舵力を制御する。
したがって、この実施例の電動パワーステアリング装置においては、反力補正電流算出部３４において設定される反力補正電流Ｉｒは操舵アシスト力に対する反力成分（つまり、操舵反力成分）ということができる。

反力補正電流算出部３４について詳述する。反力補正電流算出部３４は、ヨーレート反力補正電流算出部（車両挙動反力成分制御手段）３５と、操舵角反力補正電流算出部（操舵角反力成分制御手段）３６とを備えている。
ヨーレート反力補正電流算出部３５は、ヨーレートセンサ１８の出力信号に基づき、ヨーレート反力補正電流テーブル（図示略）を参照して、ヨーレート反力補正電流Ｉｙを算出する。ここで、ヨーレート反力補正電流テーブルは、ヨーレートが大きくなるにしたがってヨーレート反力補正電流Ｉｙ（車両挙動反力成分）が大きくなるように設定されている。

操舵角反力補正電流算出部３６は、図３に示すように、操舵角センサ１５の出力信号（操舵角）に基づき操舵角反力ゲインテーブル３６ａを参照してゲインＧｓを算出し、車速センサ１９の出力信号（車速）に基づき車速係数テーブル３６ｂを参照して車速係数Ｋｓを算出し、これらを乗じて操舵角反力補正電流Ｉｓを求める（Ｉｓ＝Ｇｓ×Ｋｓ）。操舵角反力ゲインテーブル３６ａは操舵角が大きくなるほどゲインＧｓが大きくなるように設定されており、車速係数テーブル３６ｂは車速が大きくなるほど係数Ｋｓが大きくなるように設定されている。したがって、操舵角が大きいほど、また、車速が大きいほど、操舵角反力補正電流Ｉｓ（操舵角反力成分）が大きくなる。

また、反力補正電流算出部３４では、操舵角センサ１５の出力信号（操舵角）に基づき配分比テーブル３７を参照して、ヨーレート反力補正電流Ｉｙと操舵角反力補正電流Ｉｓの配分比（レシオ）Ｒを算出する。
この実施例の配分比テーブル３７では、操舵角が所定値以下のときは配分比Ｒは「０．５」で一定であり、操舵角が前記所定値を超えると操舵角の増大にしたがって配分比Ｒが徐々に減少し、操舵角が別の所定値以上になると配分比Ｒが「０．１」で一定に設定されている。ただし、配分比Ｒの前記数値は一例であり、これら数値に限定されるものではない。

そして、配分比テーブル３７により算出された配分比Ｒを操舵角反力補正電流Ｉｓの比率とし、「１」に対する「Ｒ」の補数「１−Ｒ」をヨーレート反力補正電流Ｉｙの比率として、反力補正電流Ｉｒを次の式（１）に基づいて算出する。
Ｉｒ＝Ｉｓ・Ｒ ＋ Ｉｙ・（１−Ｒ） ・・・ 式（１）
そして、反力補正電流算出部３４は、式（１）で求めた反力補正電流Ｉｒを操舵反力成分として出力する。

このように反力補正電流Ｉｒを設定しているので、実施例の電動パワーステアリング装置では、操舵角が小さいほどヨーレート反力補正電流Ｉｙに対する操舵角反力補正電流Ｉｓの割合を大きくすることができる。
その結果、操舵角が小さいときほど、操舵角反力補正電流Ｉｓが反力補正電流Ｉｒに大きく影響を与えるので、低μ路などのようにヨーレートの位相遅れが大きい状況でも、直進付近の操舵のしっかり感（安定感）が向上する。特に、高速域では車速係数Ｋｓが大きくなり、操舵角反力補正電流Ｉｓが大きくなることから、高速時の直進安定性向上の効果が大きい。
また、操舵角が大きいときには、ヨーレート反力補正電流Ｉｙが反力補正電流Ｉｒに大きく影響を与えるので、操舵角が比較的に大きいときの車両の安定性が向上する。
したがって、この電動パワーステアリング装置によれば、直進安定性の向上と、路面μにかかわらない車両の安定性向上を同時に達成することができる。

次に、この発明に係る操舵装置に関連する技術の参考例を図４および図５の図面を参照して説明する。電動パワーステアリング装置の構成は前記実施例と同じであるので、説明を省略する。
参考例の電動パワーステアリング装置が前記実施例のものと相違する点は、ステアリングモータ１０の電流制御における反力補正電流Ｉｒの算出方法にあり、これについて図４の制御ブロック図を参照して説明する。
参考例の電動パワーステアリング装置におけるステアリング制御装置２０の反力補正電流算出部３４が、ヨーレート反力補正電流算出部（車両挙動反力成分制御手段）３５と、操舵角反力補正電流算出部（操舵角反力成分制御手段）３６とを備える点、および、ヨーレート反力補正電流算出部３５におけるヨーレート反力補正電流Ｉｙの算出方法については前記実施例と同じである。

参考例における操舵角反力補正電流算出部３６では、操舵角センサ１５の出力信号（操舵角）に基づき図５の操舵角反力補正電流テーブル３６ｃを参照して、操舵角反力補正電流Ｉｓを算出する。操舵角反力補正電流テーブル３６ｃは操舵角が大きくなるほど操舵角反力補正電流（ゲイン）Ｉｓが大きくなるように設定されている。

また、参考例における反力補正電流算出部３４では、車速センサ１９の出力信号（車速）に基づき配分比テーブル３８を参照して、ヨーレート反力補正電流Ｉｙと操舵角反力補正電流Ｉｓの配分比（レシオ）Ｒを算出する。
この参考例の配分比テーブル３８では、車速が所定値以下のときは配分比Ｒは「０．１」で一定であり、車速が前記所定値を超えると車速の増大にしたがって配分比Ｒが徐々に増大し、車速が別の所定値以上になると配分比Ｒが「０．５」で一定に設定されている。ただし、配分比Ｒの前記数値は一例であり、これら数値に限定されるものではない。

そして、配分比テーブル３８により算出された配分比Ｒを操舵角反力補正電流Ｉｓの比率とし、「１」に対する「Ｒ」の補数「１−Ｒ」をヨーレート反力補正電流Ｉｙの比率として、反力補正基本電流Ｉｒｂを次の式（２）に基づいて算出する。
Ｉｒｂ＝Ｉｓ・Ｒ ＋ Ｉｙ・（１−Ｒ） ・・・ 式（２）
さらに、参考例における反力補正電流算出部３４では、車速センサ１９の出力信号（車速）に基づき車速係数テーブル３９を参照して、車速係数Ｋｖを算出する。この参考例の車速係数テーブル３９では、車速が所定値に達するまでは車速の増大にしたがって車速係数が増大し、車速が前記所定値以上になると車速係数は一定になるように設定されている。
そして、反力補正電流算出部３４は、式（２）で求めた反力補正基本電流Ｉｒｂに、車速係数テーブル３９で求めた車速係数Ｋｖを乗じて反力補正電流Ｉｒを算出し（Ｉｒ＝Ｉｒｂ・Ｋｖ）、これを操舵反力成分として出力する。

このように反力補正電流Ｉｒを設定しているので、参考例の電動パワーステアリング装置では、車速が高いほどヨーレート反力補正電流Ｉｙに対する操舵角反力補正電流Ｉｓの割合を大きくすることができる。
これにより、車速が高いときほど、操舵角反力補正電流Ｉｓが反力補正電流Ｉｒに大きく影響を与えるので、この操舵角反力補正電流Ｉｓによって、高速時のヨーレートの位相遅れによるヨーレート反力補正電流Ｉｙの発生遅れを補償することができる。その結果、高速直進付近での車両の安定性を向上させることができ、且つ、操舵フィーリングを向上させることができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では車両挙動のパラメータとしてヨーレートを用いたが、ヨーレートの代わりに横加速度や車体スリップ角を用いて車両挙動反力成分を制御することも可能である。
また、この発明に係る操舵装置は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステア・バイ・ワイヤ・システムの車両用操舵装置（ＳＢＷ）、アクティブ・ステアリング・システムの車両用操舵装置、バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムの車両用操舵装置（ＶＧＳ）にも適用可能である。
なお、ステア・バイ・ワイヤ・システムとは、操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。
アクティブ・ステアリング・システムとは、前輪舵角および後輪舵角を運転者のステアリング操作や車両の運動状況に応じて制御する操舵システムである。
バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムとは、操舵角の大きさに応じてステアリング・ギヤ・レシオを変更可能な操舵システムである。

この発明に係る操舵装置としての電動パワーステアリング装置の実施例における構成図である。 前記実施例における電動パワーステアリング装置のステアリングモータに対する電流制御のブロック図である。 前記実施例の電動パワーステアリング装置における操舵角反力補正電流算出部のブロック図である。 この発明に関連する技術の参考例における電動パワーステアリング装置のステアリングモータに対する電流制御のブロック図である。 前記参考例の電動パワーステアリング装置における操舵角反力補正電流算出部のブロック図である。

符号の説明

３５ ヨーレート反力補正電流算出部（車両挙動反力成分制御手段）
３６ 操舵角反力補正電流算出部（操舵角反力成分制御手段）

Claims (2)

1. 車両挙動に応じて車両挙動反力成分を制御する車両挙動反力成分制御手段と、
   操舵角に応じて操舵角反力成分を制御する操舵角反力成分制御手段と、
   を備え、前記車両挙動反力成分制御手段の出力に第１の係数を乗じた値と、前記操舵角反力成分制御手段の出力に第２の係数を乗じた値との和に基づいて操舵反力を決定し、操舵角が小さいほど前記第２の係数を大きくし、前記第１の係数を小さくしたことを特徴とする操舵装置。
2. 前記第１の係数と前記第２の係数の和は常に一定であることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。

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