JPH06107211A

JPH06107211A - 動力舵取装置

Info

Publication number: JPH06107211A
Application number: JP28390392A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Eto; 邦彦衛藤; Yoshiyuki Shibata; 由之柴田; Akihiro Ono; 明浩大野
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1994-04-19
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JP3104435B2

Abstract

(57)【要約】【目的】切込み時と戻し時におけるハンドル操作のフィ
ーリングの向上【構成】操舵の切込み状態にあるか操舵の戻し状態にあ
るかの操舵状態を検出する操舵状態検出手段Ｘ２と、車
速及び操舵角から成る状態量と操舵状態と操舵角速度と
マニュアルトルクとの理想的な関係を示す第１特性を記
憶した第１特性記憶手段Ｘ４と、状態量と操舵出力トル
クとの関係を示す第２特性を記憶した第２特性記憶手段
Ｘ５と、制御量とマニュアルトルクと操舵出力トルクと
の関係を示する第３特性を記憶した第３特性記憶手段Ｘ
６とを有する。第１特性により切込み時と戻し時とで別
の理想特性によりマニュアルトルクが決定され、第２特
性にて操舵に必要な操舵出力トルクが決定され、この２
つに基づいて第３特性にてアシストトルクが決定され
る。それに基づいて必要なアシストトルクが発生するの
で、切込み及び戻しの２つの状態で最適な操舵フィーリ
ングが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の動力舵取装置
において、ステアリングホイールの切込み、戻りの特性
を考慮してハンドルの操舵フィーリングを向上させた操
舵力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、操舵者によりステアリングシャフ
トに入力されるマニュアルトルクに応じてアシストトル
クを発生させて操舵に必要なマニュアルトルクを減少さ
せた動力舵取装置が知られている。そして、そのアシス
トトルクを油圧により発生させる油圧方式と電気モータ
により発生させる電気方式とが知られている。又、油圧
方式にはパワーシリンダに供給する油の圧力を電磁弁で
制御する方式と油を供給する電動ポンプの回転速度を制
御する方式とがある。

【０００３】そして、操舵フィーリングが車速、操舵
角、操舵角速度等の走行及び操舵条件に対応して最適と
なるようにハンドルの操舵抵抗を変化させることが提案
されている。しかしながら、走行及び操舵条件に対して
どのような特性でアシストトルクを発生させれば良いか
が極めて重要な問題となっている。その１つの方法とし
て、走行及び操舵条件に対して理想的なマニュアルトル
ク特性を与えておいて、操舵出力トルクを予め測定され
た特性から予測し、現実の走行及び操舵条件に対して理
想的なマニュアルトルクが得られるようにアシストトル
クを発生させる方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の動力舵取装置で
は、理想的なマニュアルトルク特性が車速及び操舵角に
依存して与えられており、ハンドルの切込み時も戻し時
も同一特性としている。しかしながら、ハンドルの戻し
時には、操行中はハンドルは復元力を受けて自然に中立
点に復帰する。この時、車速が大きいと復元力が強く作
用し、操舵者は復元力の作用方向と反対方向にハンドル
にトルクを与えることによって復元力を弱めて、ハンド
ルが急速に中立点に復帰しないようなハンドル操作が行
われていることが経験的に知られている。この場合に
は、ハンドルの復元力が強いと操舵者が逆方向に抵抗力
として加えるトルクも大きくなる。しかし、このトルク
は戻し時には、軽い方が操舵し易いことも経験的に知ら
れている。このような事情があるにも係わらず、切込み
時と戻し時の操舵者が加えるマニュアルトルクの特性を
同一として制御すると、戻り時のハンドルに作用する復
元力が大きくなりすぎ、それに抗する大きなマニュアル
トルクを必要として操舵フィーリングが悪いという問題
があった。本発明は、上記課題を解決するために成され
たものであり、ハンドルの切込み時、及び、戻し時の操
舵フィーリングを向上させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、図１に示すように、操舵者によりステ
アリングシャフトに印加されるマニュアルトルクに関連
してアシストトルクを発生する動力舵取装置において、
少なくとも車速、操舵角及び操舵角速度から成る状態量
を検出する状態量検出手段Ｘ１と、操舵の切込み状態に
あるか、操舵の戻し状態にあるかの操舵状態を検出する
操舵状態検出手段Ｘ２と、状態量と操舵状態とマニュア
ルトルクとの理想的な関係を示す第１特性を記憶した第
１特性記憶手段Ｘ４と、状態量と操向車輪の向きを変え
るに必要な操舵出力トルクとの関係を示す第２特性を記
憶した第２特性記憶手段Ｘ５と、アシストトルクとマニ
ュアルトルクと操舵出力トルクとの関係を示す第３特性
を記憶した第３特性記憶手段Ｘ６と、状態量検出手段Ｘ
１により検出された状態量及び操舵状態検出手段Ｘ２に
より検出された操舵状態に対応したマニュアルトルクを
第１特性から演算する第１演算手段Ｘ７と、状態量検出
手段Ｘ１により検出された状態量に対応した操舵出力ト
ルクを第２特性から演算する第２演算手段Ｘ８と、第１
演算手段Ｘ７により演算されたマニュアルトルクと第２
演算手段Ｘ８により演算された操舵出力トルクとに対応
するアシストトルクを第３特性から演算する第３演算手
段Ｘ９と、第３演算手段Ｘ９により求められたアシスト
トルクを発生させるトルク発生手段Ｘ１０とを設けたこ
とである。

【０００６】

【作用】第１特性は、操舵の切込み状態と戻し状態とで
別々に設定された特性である。即ち、第１特性は、ハン
ドルの切込み状態における車速、操舵角、操舵角速度に
対する理想的な切込みマニュアルトルクを設定した特性
と、ハンドルの戻し状態において、車速、操舵角、操舵
角速度に対する復元力に抗する理想的な抗力を設定した
特性とを有する。この特性は、例えば、操舵者が操舵し
易いように、車速、操舵角、操舵角速度等に応じて、人
間工学的に決定される特性である。

【０００７】第２特性は、車速、操舵角と操舵出力トル
クとの関係を、例えば、通常路面を通常走行している場
合に、アシストトルクを零とした状態での操舵力の実測
値によって決定された特性である。第３特性は、操舵出
力トルク、マニュアルトルク、及び、アシストトルクと
の関係を規定した特性である。例えば、マニュアルトル
クとアシストトルクとの和が操舵出力トルクとなるよう
に決定される特性である。

【０００８】第１演算手段Ｘ７は、第１特性を参照し
て、検出された車速、操舵角、操舵角速度及び操舵状態
に応じて、その状態における理想的なマニュアルトルク
を決定する。第２演算手段Ｘ８は、第２特性を参照し
て、検出された車速及び操舵角に応じて、その時の現実
の操舵出力トルクを予測演算する。第３演算手段Ｘ９
は、第３特性を参照して、第１演算手段Ｘ７及び第２演
算手段Ｘ８により求められた理想的なマニュアルトルク
及び予測演算された現実の操舵出力トルクに応じて、ア
シストトルクを演算する。即ち、このアシストトルクを
発生させると、現実の走行状態及び操舵状態において、
操舵者が操舵に必要なマニュアルトルクは理想値とな
る。従って、上記のように、現実の走行状態及び操舵状
態に関連して連続的にアシストトルクを変化させれば、
操舵者の必要とするマニュアルトルク特性は予め人間工
学的に設定された理想的な特性となる。

【０００９】

【発明の効果】本発明は、ハンドルの切込み状態と戻し
状態とにおいて、個別に、車速、操舵角、操舵角速度に
対する理想的なマニュアルトルク特性を設定した第１特
性と、車速、操舵角に対するアシストトルクを零とした
場合の現実の操舵出力トルク特性を設定した第２特性
と、制御量とマニュアルトルクと操舵出力トルクとの関
係を示した第３特性を設定し、車速、操舵角、切込み状
態か戻し状態かを示す操舵状態に応じて理想的なマニュ
アルトルクを求め、そのマニュアルトルクが得られるよ
うにアシストトルクを発生させるようにした装置であ
る。

【００１０】従って、ハンドルの切込み状態と戻し状態
の２つの状態に対して、個別的に、例えば、人間工学的
又は経験的に予め設定された理想特性から、現実の車
速、操舵角に対応した最適なマニュアルトルクを決定す
ることができる。そして、その最適なマニュアルトルク
が得られるようにアシストトルクが発生されるので、本
発明では、ハンドルの切込み状態と戻し状態の２つの状
態において最適な操舵フィーリングを得ることができ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１、図２において、動力舵取装置１０は、入
力軸７０及びステアリングシャフト５４を介してハンド
ル５３と連結されたサーボ弁１１と、ラックピニオン機
構により出力軸７１に連結されたパワーシリンダ１４
と、サーボ弁１１に連結された反力機構４０により構成
されている。

【００１２】図２において、サーボ弁１１は、操舵者に
よりハンドル５３に印加されるマニュアルトルクにより
発生される入力軸７０と出力軸７１との間の位相差（ね
じれ）に応答して開度が変化する。１１ａはサーボ弁１
１の供給ポート、１１ｂ，１１ｃ，１１ｄはそれぞれ吐
出ポートである。吐出ポート１１ｂ，１１ｃから吐出さ
れる流体は通路１２，１３を通ってパワーシリンダ１４
の供給ポート１６，１７に供給される。吐出ポート１１
ｄからの余剰流体はリザーバ２５に帰還される。１５は
パワーシリンダ１４のピストンであり、その端部は図示
しない所要の操舵リンク機構を介して操向車輪に連結さ
れている。

【００１３】２０は自動車エンジンによって駆動される
供給ポンプを示し、この供給ポンプ２０の吐出ポートは
流量制御弁２１と供給通路２７及び分流制御弁２８を介
してサーボ弁１１の供給ポート１１ａに接続されてい
る。流量制御弁２１は、その吐出ポート２３と分流制御
弁２８とを接続する供給通路２７中に設けられたメータ
リングオリフィス２６と、このメータリングオリフィス
２６の前後圧に応じて作動され、この前後の差圧を常に
一定に保持するようにバイパス通路２４を開口制御する
バイパス弁２２とによって構成されている。この流量制
御弁２１によって、余剰流体がバイパス通路２４を介し
てリザーバ２５に帰還されることで、一定量Ｑの流体が
分流制御弁２８に供給される。

【００１４】分流制御弁２８は、一定流量Ｑの作動流体
を固定絞り３０の前後の差圧に応じて作動する制御スプ
ール２９により、サーボ弁通路３１及び反力制御通路３
２へそれぞれ一定流量Ｑ₁及びＱ₂を分配するものであ
る。そして、サーボ弁通路３１は上述のように供給ポー
ト１１ａに接続され、反力制御通路３２は反力機構４０
の導入ポート４１に接続されている。その反力機構４０
は反力ピストン４２の先端部４３を流体の圧力によりス
テアリングシャフト５４のピニオン軸の係合溝５５に押
圧して反力である操舵抵抗を得るものである。

【００１５】反力機構４０の導入ポート４１に通じる反
力制御通路３２には反力を調整する圧力制御弁３５が接
続されている。その圧力制御弁３５は、ソレノイド３６
とそのソレノイド３６への通電により開度が変化する可
変絞り弁３７とにより主に構成されており、反力制御通
路３２に連通する導入ポート３８と吐出ポート３９を有
し、その吐出ポート３９からの余剰流体はリザーバ２５
に帰還される。

【００１６】６０は圧力制御弁３５を開閉制御して反力
機構４０の反力ピストン４２に発生する油圧反力を制御
する操舵力制御装置である。この操舵力制御装置６０は
ＣＰＵ６１とＲＯＭ６２とＲＡＭ６３とを主要構成と
し、ＣＰＵ６１はソレノイド駆動回路６４を介して圧力
制御弁３５に接続されている。そして、操舵力制御装置
６０のＣＰＵ６１には車速検出器５１、操舵角検出器５
２が接続されている。

【００１７】ＲＯＭ６２には、図３に示す第１特性のデ
ータがマップ化されて記憶されている。図３の（ａ）
は、車速Ｖと操舵角θに関する理想的なマニュアルトル
クの基準値Ｔ_MOの特性を示している。基準値Ｔ_MOは操舵
角速度ωが零の時の理想値であり、人間工学的、経験的
に設定される値である。図３の（ｂ）は車速Ｖと操舵角
速度ωに関するハンドルの戻し時のマニュアルトルクの
補正値Ｔ_MAの特性を示している。又、図３の（ｃ）はそ
の補正値に関する補正係数Ｋ_Aの車速Ｖ及び操舵角θに
対する特性を示している。図３の（ｄ）は車速Ｖと操舵
角速度ωに関するハンドルの切込み時のマニュアルトル
クの補正値Ｔ_MBの特性を示している。又、図３の（ｅ）
はその補正値に関する補正係数Ｋ_Bの車速Ｖと操舵角速
度ωに対する特性を示している。これらの補正値Ｔ_MA，
Ｔ_MB及び補正係数Ｋ_A,Ｋ_Bの各特性は、人間工学的又は
経験的に、理想的な操舵フィーリングが得られるような
特性に設定されている。

【００１８】尚、ハンドルの戻し状態とは、自動車の走
行状態においてハンドルに中立点方向に作用する復元力
と操舵者がハンドルに印加するマニュアルトルクとが反
対方向であって、ハンドルが中立点方向に回転している
状態を言う。又、ハンドルの切込み状態とは、ハンドル
が中立点から遠ざかる方向に回転されており、操舵者が
ハンドルに印加するマニュアルトルクとハンドルの回転
向が同一向きである場合を言う。

【００１９】戻し時のマニュアルトルクＴ_Mは次式で求
められる。

【数１】Ｔ_M＝Ｔ_MO（Ｖ，θ）−Ｔ_MA（Ｖ，ω）・Ｋ_A（Ｖ，θ）一方、切込み時のマニュアルトルクＴ_Mは次式で求めら
れる。

【数２】Ｔ_M＝Ｔ_MO（Ｖ，θ）＋Ｔ_MB（Ｖ，ω）・Ｋ_B（Ｖ，θ）

【００２０】このように、ハンドルの戻し時と切込み時
とで、マニュアルトルク特性が別々に設定される。上記
の特性は、定性的に言えば、切込み時にはマニュアルト
ルクは基準値Ｔ_MO（Ｖ，θ）に対して増加補正して、操
舵フィーリングを重い方向に補正したことを意味してい
る。又、戻し時には、マニュアルトルクは基準値Ｔ
_MO（Ｖ，θ）に対して減少補正して、操舵フィーリング
を軽い方向に補正したことを意味している。即ち、戻し
時には、復元力を弱めるように復元力と反対方向にアシ
ストトルクが増加補正され、その結果、操舵者が復元力
に抗して入力すべきマニュアルトルクが小さくて滑らか
なハンドルの戻り操作が実現できるように補正されてい
る。

【００２１】尚、ＲＯＭ６２には、第１特性として、図
３の（ａ）〜（ｅ）に示す特性がデータマップ化されて
別々に記憶されているが、数１、数２に定義されるよう
に、車速Ｖ、操舵角θ、操舵角速度ωに関するマニュア
ルトルク特性をデータマップ化してＲＯＭ６２に記憶す
るようにしても良い。

【００２２】又、ＲＯＭ６２には、図４の（ａ）に示す
ような、車速Ｖ、操舵角θに関する操舵出力トルク特性
が第２特性としてデータマップ化されて記憶されてい
る。ここで、操舵出力トルクＦは、自動車の走行状態に
おいて、現実に、操向車輪の向きを変更するのに必要な
トルクである。この操舵出力トルク特性は、アシストト
ルクを零とした状態で実際に車両を走行させて操舵した
時に、操舵者が操舵に必要なトルクの車速Ｖと操舵角θ
に関する特性を測定することにより得られる。

【００２３】又、ＲＯＭ６２には、図４の（ｂ）に示す
ような、マニュアルトルクＴ_M及び操舵出力トルクＦに
関するアシストトルクＴ_Aに関連する制御電流Ｉの特性
が第３特性としてデータマップ化されて記憶されてい
る。

【００２４】次に、本装置の作動をＣＰＵ６１の処理手
順を示した図５に示すフローチャートに従って説明す
る。図５に示すプログラムは所定の制御サイクルで繰り
返し実行されている。ステップ100 において、車速検出
器５１の出力信号から現時点での車速Ｖ_aが読み込まれ
る。次に、ステップ102 に移行して、操舵角検出器５２
の出力信号から現時点での操舵角θ_aが読み込まれる。
次に、ステップ104 において、次式により、現時点での
操舵角速度ω_aが演算される。

【００２５】

【数３】ω_a＝｜θ_a｜−｜θ_O｜／ｔ

【００２６】数３で定義される操舵角速度ω_aは、その
絶対値が操舵角速度の絶対値を表し、操舵角速度ω_aの
正符号はハンドルが中立点から遠ざかる方向に操舵され
ており、操舵角速度ω_aの負符号はハンドルが中立点に
近づく方向に操舵されていることを表している。従っ
て、操舵角速度ω_aの正符号は、ハンドルが切込み状態
にあることを意味し、操舵角速度ω_aの負符号は、一般
的にはハンドルが戻り状態にあることを意味している。
尚、ハンドルが中立点に向かう方向に回転している場合
でも、切込み状態の場合、即ち、マニュアルトルクの向
きがハンドルを中立点に回転させる方向に作用させる場
合が存在する。しかし、この場合には、操舵角速度ω_a
の絶対値｜ω_a｜が、ハンドルが単に復元力だけで中立
点方向に回転する時の角速度よりも大きくなる。ハンド
ルが復元力だけで中立点方向に回転する時の角速度(以
下、この角速度を「しきい値角速度」という) は、一般
に車速Ｖの関数となる。よって、このしきい値角速度を
−ｇ（Ｖ）（負値）とすると、ω_a＜−ｇ（Ｖ）を満た
すとき、ハンドルは中立点方向に回転していても切込み
状態である。尚、関数ｇ（Ｖ）は実験的に決定すること
かできる。

【００２７】ステップ106 では、第１特性のマップａ
（図３の（ａ））を参照して、現時点での車速Ｖ_aと操
舵角θ_aとから、そられの値に対応するマニュアルトル
クの基準値Ｔ_MOが決定される。尚、データマップにはサ
ンプリング点における特性曲線上の値が記憶されている
ので、サンプリング点間の点における値は、補間演算に
より求められる。

【００２８】次に、ステップ108 において、ω_a＜−ｇ
（Ｖ）,or,0 ≦ω_aの関係式が成立するか否かが判定さ
れ、判定結果がYES の場合には、上述したように、ハン
ドルの操舵状態は切込み状態であると判断することがで
きる。又、逆に、上記の不等式が成立しない場合には、
ハンドルの操舵状態は戻り状態であると判断することが
できる。

【００２９】ハンドルが切込み状態であると判定された
場合には、ステップ110 において、第１特性のマップ
ｄ，ｅ（図３の（ｄ），（ｅ））を参照して、現時点で
の車速Ｖ_aと操舵角速度ω_aとから対応する補正値Ｔ_MB
が決定され、車速Ｖ_aと操舵角θ_aとから対応する補正
係数Ｋ_Bが決定される。この場合にも補間演算が行われ
る。そして、ステップ112 において、数２に従って、そ
の時の走行及び操舵状態に対応した理想的なマニュアル
トルクＴ_Maが決定される。

【００３０】一方、ハンドルが戻り状態であると判定さ
れた場合には、ステップ114 において、第１特性のマッ
プｂ，ｃ（図３の（ｂ），（ｃ））を参照して、現時点
での車速Ｖ_aと操舵角速度ω_aとから対応する補正値Ｔ
_MAが決定され、車速Ｖ_aと操舵角θ_aとから対応する補
正係数Ｋ_Aが決定される。この場合にも補間演算が行わ
れる。そして、ステップ116 において、数１に従って、
その時の走行及び操舵状態に対応した理想的なマニュア
ルトルクＴ_Maが決定される。

【００３１】このように、理想的なマニュアルトルクＴ
_Maは、ハンドルの切込み状態と戻し状態とで別の値に決
定される。次に、ステップ118 において、第２特性のマ
ップ（図４の（ａ））を参照して、現時点での車速Ｖ_a
と操舵角θ_aとから対応する現時点での操舵出力トルク
Ｆ_aが決定される。この演算も補間演算が適用される。

【００３２】次に、ステップ120 において、第３特性の
マップ（図４の（ｂ））を参照して、現時点での理想的
なマニュアルトルクＴ_Ma及び操舵出力トルクＦ_aとから
対応する現時点において発生させるべきアシストトルク
に関連した現時点での制御電流Ｉa が決定される。この
制御電流Ｉa の決定にも補間演算が適用される。

【００３３】次に、ステップ122 に移行して、制御電流
Ｉ_aに対応する制御信号がソレノイド駆動回路６４に出
力され、本プログラムが終了する。そして、ソレノイド
駆動回路６４の制御電流Ｉ_aにより圧力制御弁３５のソ
レノイド３６が駆動され反力機構４０が作動し、結果的
にアシトストルクが変化される。即ち、マニュアルトル
ク対アシストトルクとの利得特性がこの反力機構４０に
より変化することになる。

【００３４】このようにして、ハンドルの切込み状態と
戻し状態の２つの状態においても、操舵フィーリングが
理想的な特性となるように制御される。尚、上記実施例
では反力機構を用いた動力舵取装置を例としたが、本願
はこれに限られるものでなく、供給ポンプの流量を直接
制御するようなものにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかる動力舵取装置の全体の構成を
示した構成図。

【図２】同装置の構成を示した構成図。

【図３】同装置における第１特性を示した特性図。

【図４】同装置における第２特性及び第３特性を示した
特性図。

【図５】同装置のＣＰＵによる処理手順を示したフロー
チャート。

【符号の説明】

１１─サーボバルブ１４─パワーシリンダ２０─供給ポンプ２１─流量制御弁２８─分流制御弁３５─圧力制御弁４０─反力機構５１─車速検出器５２─操舵角検出器５３─ハンドル５４─ステアリングシャフト６０─操舵力制御装置６１…ＣＰＵ６２…ＲＯＭ６３…ＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 119:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングシャフトに印加されるマニ
ュアルトルクに関連してアシストトルクを発生する動力
舵取装置において、少なくとも車速、操舵角及び操舵角速度から成る状態量
を検出する状態量検出手段と、操舵の切込み状態にあるか操舵の戻し状態にあるかの操
舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記状態量と前記操舵状態と前記マニュアルトルクとの
理想的な関係を示す第１特性を記憶した第１特性記憶手
段と、前記状態量と操向車輪の向きを変えるに必要な操舵出力
トルクとの関係を示す第２特性を記憶した第２特性記憶
手段と、前記アシストトルクに関連した制御量と前記マニュアル
トルクと前記操舵出力トルクとの関係を示す第３特性を
記憶した第３特性記憶手段と、前記状態量検出手段により検出された前記状態量及び前
記操舵状態検出手段により検出された前記操舵状態に対
応した前記マニュアルトルクを前記第１特性から演算す
る第１演算手段と、前記状態量検出手段により検出された前記状態量に対応
した前記操舵出力トルクを前記第２特性から演算する第
２演算手段と、前記第１演算手段により演算された前記マニュアルトル
クと前記第２演算手段により演算された前記操舵出力ト
ルクとに対応する前記制御量を前記第３特性から演算す
る第３演算手段と、前記第３演算手段により求められた前記制御量に基づい
て前記アシストトルクを発生させるトルク発生手段とを
有する動力舵取装置。