JPH06344935A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 横風などの外乱が車両に作用した際の偏向抑
制性能に於ける良好な収斂性が容易に得られるように改
良された車両用操舵装置を提供する。 【構成】 車両の操向車輪を手動により転舵するための
手動操舵手段と、操舵トルクを前記操向車輪に加えるた
めの電動機と、ヨーレイトを含む車両挙動検出手段及び
操舵角速度の検出値に基づいて前記電動機の駆動トルク
を制御する制御手段とを有し、前記車両挙動検出手段の
検出値に抑制係数を乗算して得られる旋回挙動抑制トル
クと、前記操舵角速度にダンピング係数を乗算して得ら
れるダンピングトルクとによって車両の挙動変化を抑制
するようにした車両用操舵装置に於て、抑制係数とダン
ピング係数とが互いに比例するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用操舵装置に関
し、特に、横風などの外乱が加わった際に発生する車両
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】直進走行中に車両が強い横風などのよう
な外乱を受けると、目標直進走行ラインから外れる向き
に車両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。

【０００３】他方、自動車の操舵装置には、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
ように構成されたパワーステアリング装置が設けられる
ことがあるが、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
よって車両が偏向しても、電動機は転舵トルクを発生し
ない。

【０００４】従って、車両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、車速が
高いほど補助転舵トルクが小さく、かつ車両の横加速度
並びにヨーレイトが大きくなるにつれて補助転舵トルク
が小さくなるように設定されているため、外乱による車
両の偏向の場合には、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。

【０００５】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両の不整挙動を車両のヨーレイト
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
両挙動を抑制し得るようにした操舵装置を本出願人は提
案している（特願平３−２７７０２３号明細書参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した外
乱による旋回挙動変化に対する抑制効果を高めるべくヨ
ーレイトの抑制係数を大きく設定すると、ステアリング
ホイール手放し走行時などのステアリングホイールの収
斂に対してオーバーシュートが発生し易くなるが、操舵
角速度に対するダンピング係数を適宜に設定することで
オーバーシュートを抑制し得る。そこで旋回挙動変化に
対する抑制効果と収斂性とを両立するには、ヨーレイト
の抑制係数と操舵角速度のダンピング係数とを共に適切
に設定する必要がある。

【０００７】しかるに、上記従来の制御装置にあって
は、ヨーレイトの抑制係数と操舵角速度のダンピング係
数とは個々に設定せねばならず、しかも両者が互いに影
響し合うため、一方の設定を変更すると他方の設定をも
変更する必要があった、そのため、実際には、旋回挙動
変化に対する抑制効果を十分に高め、かつ良好な収斂性
を得ることが困難であった。また、抑制係数は車速によ
って変化させる必要もある。

【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両に作用した際の偏向抑制性能に於
ける良好な収斂性が容易に得られるように改良された車
両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、車両の操向車輪を手動により転舵するため
の手動操舵手段と、操舵トルクを前記操向車輪に加える
ための電動機と、ヨーレイトを含む車両挙動検出手段及
び操舵角速度の検出値に基づいて前記電動機の駆動トル
クを制御する制御手段とを有し、前記車両挙動検出手段
の検出値に抑制係数を乗算して得られる旋回挙動抑制ト
ルクと、前記操舵角速度にダンピング係数を乗算して得
られるダンピングトルクとによって車両の挙動変化を抑
制するようにした車両用操舵装置であって、前記抑制係
数と前記ダンピング係数とが互いに比例するようにして
なることを特徴とする車両用操舵装置を提供することに
よって達成される。

【００１０】

【作用】このようにすれば、抑制係数とダンピング係数
との一方を設定するだけで済むので、制御パラメータを
削減でき、しかも各パラメータを単独に設定することが
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両用操舵装置の構成
を図１に示す。この装置は、手動操舵力発生装置１と電
動式操舵力発生装置２とからなっており、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の両端に、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
ン式の転舵操作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１
３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、車両の横加速度に
対応した信号を出力するための横加速度センサ１７と、
車両のヨーレイト（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１８と、車両の走行
速度に対応した信号を出力するための車速センサ１９と
が取付けられている。

【００１６】本実施例にあっては、ステアリングホイー
ル３と操向車輪である前輪９とが機械的に連結されてお
り、上記各センサ１５〜１９の出力を制御ユニット２０
で処理して得られた制御信号を、駆動回路２１を介して
電動機１０に与えることによって電動機１０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２０に
は、舵角センサ１５、トルクセンサ１６、横加速度セン
サ１７、ヨーレイトセンサ１８、及び車速センサ１９の
各信号出力がそれぞれ入力される。これらの信号入力
は、それぞれ電動パワーステアリング制御手段２２並び
にアクティブ操舵反力算出手段２３に入力され、それぞ
れが処理されて出力電流決定手段２４にて電動機１０に
与える目標電流値が決定される。

【００１８】電動パワーステアリング制御手段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、横加速度及びヨーレイ
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】アクティブ操舵反力算出手段２３に於て
は、入力された上記各センサ１５〜１９からの各信号出
力に基づいて、後記するアルゴリズムによって目標操舵
トルク値を求めるようになっている。

【００２０】出力電流決定手段２４内では、目標操舵ト
ルク値とトルクセンサ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。

【００２１】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。

【００２２】制御ユニット２０内のアクティブ操舵反力
算出手段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。先ず、ステップ
１に於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に於て操舵反
力ＴＡを決定し、続いてステップ３に於て目標操舵反力
にリミッタをかけ、ステップ４に於て電動パワーステア
リング制御手段２２にこの制御信号を加算する。

【００２３】この処理を図４〜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、先ず操舵
角θを読込み（ステップ２１）、これを微分して操舵角
速度ｄθ／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、
２４）。

【００２４】次に上記ステップ２に於ては、車速Ｖをア
ドレスとするデータテーブルから、操舵角速度ｄθ／ｄ
ｔ及びヨーレイトγにそれぞれ対応する係数ｆ1・ｆ2を
それぞれ求め（ステップ３１）、これらから各成分につ
いての操舵反力Ｔ1・Ｔ2を算出し（ステップ３２）、こ
れら操舵反力の成分Ｔ1・Ｔ2を加算して目標操舵反力Ｔ
Ａを決定する（ステップ３３）。

【００２５】次に上記ステップ３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（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Ｔｍａｘ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−Ｔｍ
ａｘ値を規定する（ステップ４４）。これらステップ４
１からステップ４４までの処理が、図７に於けるリミッ
タＬと対応する。

【００２６】このようにして決定された目標操舵反力Ｔ
Ａは、別に求めた目標補助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。

【００２７】さて、図８のモデルに於て、外乱入力ｕか
ら車両にヨーレイトγが発生するまでの伝達関数は、次
式で与えられる。

【００２８】 γ／ｕ＝１／［１＋｛Ｇ／ｓ（ｓ・Ｊ／Ｋｒ＋Ｋｄ／Ｋｒ）｝］ …１

【００２９】従来、ヨーレイトの抑制係数Ｋｒ及び操舵
角速度のダンピング係数Ｋｄは別々に設定しており、一
方を変えると、他方も変えねばならなかったが、ここで
１式中のＫｄ／Ｋｒに比してＪ／Ｋｒが極く小さいとい
うことが分かったので、１式は次式におきかえることが
できる。

【００３０】 γ／ｕ≒１／［１＋｛Ｇ／（ｓ・Ｋｄ／Ｋｒ）｝］ …２

【００３１】これにより、Ｋｄ／Ｋｒが一定であれば、
Ｋｄ、Ｋｒの各々の値によらず、一定の収斂性を示すこ
とができることが分かる。

【００３２】ここで、操舵反力ＴＡは、 ＴＡ＝γ・Ｋｒ＋Ｋｄ・（ｄθ／ｄｔ）＝（γ＋ａ・ｄ
θ／ｄｔ）Ｋｒ で表されるので、ヨーレイトの抑制係数Ｋｒと操舵角速
度のダンピング係数Ｋｄとの関係を、Ｋｄ＝ａ・Ｋｒで
表される関係に定めることにより、比例定数ａの値を変
更するのみで、ヨーレイトの抑制係数Ｋｒの変更に伴っ
て新たな操舵角速度のダンピング係数Ｋｄを設定せずに
最適な収斂が得られるようにすることができる。

【００３３】ところで、車速変化に対するヨーレイトの
抑制係数Ｋｒと比例定数ａとは、図９に示したように、
ヨーレイトの抑制係数Ｋｒは、車速Ｖが零の時はこれも
零であり、車速の増大に応じて直線的に立ち上がり、あ
る速度以上で一定になる特性に設定され、比例定数ａ
は、ある速度に達するまでの低速域は零であり、その後
車速の増大に応じて直線的に立ち上がり、ある速度以上
で一定になる特性に設定されている。このようにするこ
とにより、例えば立体駐車場などのターンテーブル上で
の旋回時に発生するヨーレイトで操舵反力トルクが発生
したり、低速域で補助操舵トルクがダンピングされてス
テアリング操作力が増大したりする不都合が生じないよ
うになる。

【００３４】このようにして、直進時に横風を受けて車
両が直進走行ラインから外れるようになった際には、こ
の時の車両のヨーレイトγを打ち消す方向に、即ち、そ
の時の車両の偏向を直進走行ラインに戻す向きに電動機
１０が駆動される。このため、横風などの外乱で車両に
ヨーレイトγが発生した場合、仮に運転者が手放し状態
であっても、外乱に対して車両を常に直進走行させるよ
うに前輪９が自動的に操舵され、不整挙動を安定化させ
ることができる。

【００３５】

【発明の効果】このように本発明によれば、車両挙動を
抑制する方向への操舵トルクを発生させるための制御則
が単純化されるため、各制御パラメータの設定が容易に
なり、操舵反力トルクの算出が容易になるので、ＣＰＵ
の容量を低減し得る。また、各パラメータを単独で設定
しても他への影響がないため、一方を変更しても他方を
変更せずに済む。これに加えて、各係数を車速零で零と
なるようにしておけば、極低速域での反力成分がなくな
り、またダンピング係数を低速域では立ち上げないよう
にすることにより、低速域でのパワーステアリング効果
が阻害されずに済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された車両用操舵装置を模式的に
示す全体構成図。

【図２】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。

【図３】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図４】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【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】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。

【図８】フィードバック系のモデル図。

【図９】同制御処理に用いられるデータテーブルの概念
的な特性線図。

【符号の説明】

１ 手動操舵力発生装置 ２ 電動式操舵力発生装置 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 横加速度センサ １８ ヨーレイトセンサ １９ 車速センサ ２０ 制御ユニット ２１ 駆動回路 ２２ 電動パワーステアリング制御手段 ２３ アクティブ操舵反力算出手段 ２４ 出力電流決定手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 137:00 (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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の操向車輪を手動により転舵するた
   めの手動操舵手段と、操舵トルクを前記操向車輪に加え
   るための電動機と、ヨーレイトを含む車両挙動検出手段
   及び操舵角速度の検出値に基づいて前記電動機の駆動ト
   ルクを制御する制御手段とを有し、前記車両挙動検出手
   段の検出値に抑制係数を乗算して得られる旋回挙動抑制
   トルクと、前記操舵角速度にダンピング係数を乗算して
   得られるダンピングトルクとによって車両の挙動変化を
   抑制するようにした車両用操舵装置であって、 前記抑制係数と前記ダンピング係数とが互いに比例する
   ようにしてなることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 【請求項２】 比例定数が車速に応じて変化することを
   特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。