JP4842000B2 - 操舵反力装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両挙動に応じて操舵反力を制御する操舵反力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電動ステアリング装置には、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補助反力を発生させる操舵反力装置を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
従来の操舵反力装置は、例えば車両の挙動をヨーレートから判定し、ヨーレート値と車速に応じて補助反力を決定している。
特許第３１１０８９１号公報

しかしながら、従来のようにヨーレート（車両挙動）と車速に応じて一律に補助反力を決定すると、車両を定常旋回させるときの操舵力を軽くすることに重きを置くと、車両に外乱が作用したときの車両偏向抑制性能が低下してしまい、一方、車両に外乱が作用したときの車両偏向抑制性能を向上させることに重き置くと、車両を定常旋回させるときの操舵力が重くなってしまう。
つまり、従来の操舵反力装置では、操舵力の軽減と車両偏向抑制性能の向上を両立させることが困難であった。
そこで、この発明は、操舵力の軽減と車両偏向抑制性能の向上を両立させることができる操舵反力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（例えば、後述する実施例におけるヨーレート）に応じて操舵反力を制御する操舵反力装置（例えば、後述する実施例における補助反力トルク決定手段３２）において、車両の不安定度合いを検出する不安定度検出手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０４）と、前記不安定度検出手段で検出した車両の不安定度合いに応じて前記操舵反力を補正する補正手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０６）と、を備え、前記補正手段は、車両の不安定度合いが大きいほど前記操舵反力が大きくなるように前記操舵反力に対する補正量を大きくすることを特徴とする。
このように構成することにより、車両挙動の状態が同じであっても、車両の不安定度合いが大きいときには操舵反力を大きくし、車両の不安定度合いが小さいときには操舵反力を小さくすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記車両の不安定度合いは横滑り角の微分値であることを特徴とする。
横滑り角の微分値は、車体速と車両の横加速度とヨーレートから推定演算することができるので、車両の不安定度合いを容易に検出することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記補正手段による補正量は、操舵角速度が大きくなるにしたがって大きくなることを特徴とする。
操舵角速度が大きいときには車両が不安定になる可能性が大きいので、操舵角速度が大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくすることにより、車両の走行安定性をより向上することができる。

請求項１に係る発明によれば、車両挙動の状態が同じであっても、車両の不安定度合いが大きいときには操舵反力を大きくすることができるので、車両偏向抑制性能が高まって車両の走行安定性が向上し、車両の不安定度合いが小さいときには操舵反力を小さくすることができるので、車両偏向抑制性能を低減して操舵アシスト量を大きくすることができる。
請求項２に係る発明によれば、車両の不安定度合いを容易に検出することができる。
請求項３に係る発明によれば、操舵角速度が大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくすることにより、車両の走行安定性をより向上することができる。

以下、この発明に係る操舵反力装置の実施例を図１から図４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、この発明を四輪車両の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。
初めに、図１を参照して、電動パワーステアリング装置の構成を説明する。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が連結されている。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電動機１０が配設されている。この電動機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を挿通させた電動機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の操舵角速度を検出するための操舵角速度センサ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１６が設けられている。操舵角速度センサ１５は検出した操舵角速度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２０に出力する。

また、車体の適所には、車両の車幅方向に加わる横加速度を検出するための横加速度センサ１７と、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ（車両挙動検出手段）１８と、車体速を検出するための車体速センサ１９とが取り付けられている。横加速度センサ１７は検出した横加速度に対応する電気信号を、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、車体速センサ１９は検出した車体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１５〜１９からの入力信号を処理して得られる制御信号により電動機１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路２１を介して電動機１０に供給することにより電動機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電動機１０の出力トルク制御を説明する。
ステアリング制御装置２０は、補助操舵トルク決定手段３１、補助反力トルク決定手段（操舵反力装置）３２、目標電流決定手段３３，出力電流制御手段３４を備えている。
補助操舵トルク決定手段３１は、操舵角速度センサ１５、操舵トルクセンサ１６および車体速センサ１９の出力信号に基づいて、補助操舵トルクを決定する。補助操舵トルク決定手段３１における補助操舵トルクの決定方法は公知の電動パワーステアリングと同じであるので詳細説明は省略するが、概略、操舵角速度が大きくなるにしたがって補助操舵トルクが小さくなり、操舵トルクが大きくなるにしたがって補助操舵トルクが大きくなり、車体速が大きくなるにしたがって補助操舵トルクが小さくなるように設定される。

補助反力トルク決定手段３２は、操舵角速度センサ１５、横加速度センサ１７、ヨーレートセンサ１８、車体速センサ１９の各出力信号に基づいて、補助反力トルクＴＡを決定する。補助反力トルクＴＡの決定処理については後で詳述する。
目標電流決定手段３３は、補助操舵トルク決定手段３１により決定された補助操舵トルクから、補助反力トルク決定手段３２により決定された補助反力トルクを減算して電動機１０の目標出力トルクを算出し、電動機１０の既知の出力特性に基づいて前記目標出力トルクに応じた目標電流を決定する。
出力電流制御手段３４は、電動機１０の実電流が目標電流決定手段３３により決定された目標電流に一致するように電動機１０への出力電流を制御し、駆動回路２１に出力する。

次に、補助反力トルク決定手段３２による補助反力トルクＴＡの決定処理について詳述する。
補助反力トルク決定手段３２は、基本的には車体速Ｖと操舵角速度ωと車両のヨーレートγに基づいて車両挙動（この実施例ではヨーレート）に応じた操舵反力を決定するが、この操舵反力を車両の不安定度合いに応じて補正し、車両の不安定度合いが大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくする。また、操舵角速度ωが大きいほど車両が不安定になる可能性が大きいので、操舵角速度ωが大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくする。

そして、車両の不安定度合いのパラメータとして車両の横滑り角微分値Δβを採用する。車両の横滑り角βとは車両の進行方向と車両の前後軸とのなす角度をいい、この横滑り角βを時間微分したものが横滑り角微分値Δβである。なお、車両の不安定度合いのパラメータとしては横滑り角βよりも横滑り角微分値Δβの方が適している。
ところで、車両運動の状態量の物理的関係から、車両の横加速度Ｇｙは、車速Ｖと車両のヨーレートγと車両の横滑り角微分値Δβに基づいて式（１）から推定することができることが知られている（例えば、特開２００３−１４６１５４号公報参照）。
Ｇｙ＝Ｖ（γ＋Δβ） ・・・ 式（１）
これに基づき、横滑り角微分値Δβは式（２）から演算することができる。
Δβ＝（Ｇｙ／Ｖ）−γ ・・・ 式（２）
この実施例では、操舵角速度センサ１５，ヨーレートセンサ１８，車体速センサ１９の出力信号に基づいて横滑り角微分値Δβを推定演算する。これにより、車両の不安定度合いを容易に検出することができる。

次に、補助反力トルク決定手段３２において実行される補助反力トルク決定処理について、図３に示すフローチャートと図４に示すブロック図に従って説明する。なお、図３のフローチャートに示す補助反力トルク決定処理ルーチンは、ステアリング制御装置２０によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１において、図４に示す第１補助反力トルクテーブル４１を参照して、操舵角速度センサ１５と車体速センサ１９の各出力信号に基づき、操舵角速度ωに関する補助反力トルク（以下、補助反力トルク角速度成分という）Ｔ１を求める。第１補助反力トルクテーブル４１は、車体速Ｖ毎に設定された操舵角速度ωをアドレスとするテーブルからなり、操舵角速度ωが大きくなるほど補助反力トルク角速度成分Ｔ１が大きくなり、車体速Ｖが大きくなるほど補助反力トルク角速度成分Ｔ１が大きくなるように設定されている。

次に、ステップＳ１０２に進み、図４に示す第２補助反力トルクテーブル４２を参照して、ヨーレートセンサ１８と車体速センサ１９の各出力信号に基づき、ヨーレートγに関する補助反力トルク（以下、補助反力トルクヨーレート成分という）Ｔ２を求める。第２補助反力トルクテーブル４２は、車体速Ｖ毎に設定されたヨーレートγをアドレスとするテーブルからなり、ヨーレートγが大きくなるほど補助反力トルクヨーレート成分Ｔ２が大きくなり、車体速Ｖが大きくなるほど補助反力トルクヨーレート成分Ｔ２が大きくなるように設定されている。
つまり、この実施例では、ヨーレートγを車両挙動のパラメータとして、ヨーレートγが大きいほど、換言すると車両挙動が大きいほど補助反力トルク（挙動反力）Ｔ２が大きくなるようにしている。

次に、ステップＳ１０３に進み、横加速度センサ１７と車体速センサ１９の各出力信号に基づき、Ｇｙ／Ｖを演算する。
次に、ステップＳ１０４に進み、横滑り角βの微分値Δβを演算する｛Δβ＝（Ｇｙ／Ｖ）−γ｝。

次に、ステップＳ１０５に進み、図４に示す補正係数テーブル４３を参照して、ステップＳ１０４で求めた横滑り角微分値Δβに応じた補正係数Ｋを求める。補正係数テーブル４３は、操舵角速度ω毎に設定された横滑り角微分値Δβをアドレスとするテーブルからなり、横滑り角微分値Δβの絶対値が大きくなるほど補正係数Ｋが大きくなり、操舵角速度ωが大きくなるほど補正係数Ｋが大きくなるように設定されている。詳述すると、横滑り角微分値Δβがゼロにおいて補正係数Ｋは最小値となり、横滑り角微分値Δβの絶対値が所定値に達するまでは横滑り角微分値Δβの絶対値が大きくなるにしたがって補正係数Ｋは徐々に増大し、横滑り角微分値Δβの絶対値が所定値に達した後は補正係数Ｋが一定に設定されている。また、横滑り角微分値Δβが同じ場合には、操舵角速度ωが大きいほど補正係数Ｋが大きい値に設定されている。

次に、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０１で求めた補助反力トルク角速度成分Ｔ１と、ステップＳ１０２で求めた補助反力トルクヨーレート成分Ｔ２と、ステップＳ１０５で求めた補正係数Ｋから、補助反力トルクＴＡを次の式（３）により演算する。
ＴＡ＝（Ｔ１＋Ｔ２）Ｋ ・・・ 式（３）
このように補助反力トルクＴＡを演算すると、車体速Ｖ、操舵角速度ω、ヨーレートγが同じ条件下であっても、横滑り角微分値Δβが小さいとき、すなわち車両の不安定度合いが小さいときには、補正係数Ｋが小さくなるので補助反力トルクＴＡが小さく設定され、横滑り角微分値Δβが大きいとき、すなわち車両の不安定度合いが大きいときには、補正係数Ｋが大きくなるので補助反力トルクＴＡが大きく設定される。その結果、車両安定時には車両偏向抑制性能を低減して電動機１０による操舵アシスト量を大きくすることができ、車両不安定時には車両偏向抑制性能を高めて車両の走行安定性を高めることができる。
また、操舵角速度ωが大きいほど補正係数Ｋが大きくなるので補助反力トルクＴＡが大きく設定され、車両の走行安定性をより向上することができる。

次に、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０６で演算された補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最大値Ｔｍａｘよりも大きいか否かを判定し、ステップＳ１０７における判定結果が「ＮＯ」（ＴＡ≦Ｔｍａｘ）である場合はステップＳ１０８に進み、ステップＳ１０７における判定結果が「ＹＥＳ」（ＴＡ＞Ｔｍａｘ）である場合はステップＳ１０９に進み、補助反力トルク最大値Ｔｍａｘを補助反力トルクＴＡにして、ステップＳ１０８に進む。すなわち、ステップＳ１０９の処理は、補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最大値Ｔｍａｘを超えないようにするリミッタとして機能する。

ステップＳ１０８においては、ステップＳ１０６で演算された補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最小値−Ｔｍａｘよりも小さいか否かを判定し、ステップＳ１０８における判定結果が「ＮＯ」（ＴＡ≧−Ｔｍａｘ）である場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、ステップＳ１０８における判定結果が「ＹＥＳ」（ＴＡ＜−Ｔｍａｘ）である場合はステップＳ１１０に進み、補助反力トルク最小値−Ｔｍａｘを補助反力トルクＴＡにして、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、ステップＳ１１０の処理は、補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最小値−Ｔｍａｘより小さくならないようにするリミッタとして機能する。
なお、この実施例において、ステアリング制御装置２０がステップＳ１０４の処理を実行することにより不安定度検出手段が実現され、ステップＳ１０６の処理を実行することにより補正手段が実現される。

〔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、この実施例では車両のヨーレートを車両挙動のパラメータとして用いているが、ヨーレートに代えて、あるいはこれに加えて、車両の横加速度を車両挙動のパラメータとして用いてもよい。
また、この発明に係る操舵反力装置は、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・システムの操舵装置（ＳＢＷ）にも適用可能である。ＳＢＷ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（反力装置）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。

この発明に係る操舵反力装置の一実施例である電動パワーステアリング装置の構成図である。 前記電動パワーステアリング装置における電動機出力トルク制御のブロック図である。 前記電動機出力トルク制御における補助反力トルク決定処理を示すフローチャートである。 前記補助反力トルク決定処理のブロック図である。

符号の説明

３２ 補助反力トルク決定手段（操舵反力装置）
Ｓ１０４ 不安定度検出手段
Ｓ１０６ 補正手段

Claims (3)

1. 車両挙動に応じて操舵反力を制御する操舵反力装置において、
   車両の不安定度合いを検出する不安定度検出手段と、
   前記不安定度検出手段で検出した車両の不安定度合いに応じて前記操舵反力を補正する補正手段と、を備え、
   前記補正手段は、車両の不安定度合いが大きいほど前記操舵反力が大きくなるように前記操舵反力に対する補正量を大きくすることを特徴とする操舵反力装置。
2. 前記車両の不安定度合いは横滑り角の微分値であることを特徴とする請求項１に記載の操舵反力装置。
3. 前記補正手段による補正量は、操舵角速度が大きくなるにしたがって大きくなることを特徴とする請求項２に記載の操舵反力装置。

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