JPH0678068B2

JPH0678068B2 - 電気式動力舵取装置

Info

Publication number: JPH0678068B2
Application number: JP6296085A
Authority: JP
Inventors: 正明林; 成夫岩下
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS61220967A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電気的に補助操舵力を発生させるようにした
動力舵取装置の操舵フィーリング特に、車速をパラメー
タとする操舵角に対するマニュアル操舵力の動作特性を
向上させたものに関する。

［従来の技術］従来、動力舵取装置においては、入力されたマニュアル
操舵力に対する総合操舵力の比（以下「系の利得」と言
う）を、車速、操舵角、操舵角速度、路面の状態、等の
条件によって変化させ操舵フィーリング、操舵安定性を
向上させている。操舵に必要な総合操舵力は、路面から
のステアリングシャフトが受ける抗力、即ち、第６図
（ａ）（ｂ）に示すように操舵輪の復元力の操舵角依存
性によって変化する。この総合操舵力の操舵角依存性
は、車速、タイヤと路面との摩擦係数、操舵角速度、操
舵角絶対値の変化方向（切込み、戻し）等によって変化
する。特に車速によって最大操舵角は制限されるので、
マニュアル操舵力は、低速時程、軽く操舵角の増加方向
に対しても大きく増加しない方が操舵が楽に行なえる。
それに対し、高速時には、操舵角の増加方向に対して、
大きく増加、即ち、操舵を重くした方が走行安定性が良
い。このため、回転角センサを用いて、操舵角を測定
し、操舵角に応じて、系の利得を制御する方法が提案さ
れている。

［発明の解決しようとする問題点］しかしながら、上記方法は、特に、回転角センサを設け
る必要がある。さらには、操舵に必要な総合操舵力は、
単に、操舵角だけの関数ではなく、路面の摩擦係数によ
っても変化するので、操舵角だけで系の利得を制御して
いたのでは十分な操舵フィーリングの改善が得られな
い。これをさらに改善するには、路面の摩擦係数を知る
ための特別なセンサ例えば、レーザ、湿度センサなどを
必要とした。

本発明は、このような欠点を改良するためになされたも
のであり、電気式の動力舵取装置が具備した電動機の出
力する補助操舵力に関連する物理量を検出することによ
って、直接的には、操舵に必要とされる総合操舵力を、
間接的には、基準路面状態における操舵角を検出し、車
速との関係において、最適な操舵フィーリングを得るこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための技術的手段及び作用］第１図は本発明の概念を示したブロックダイヤグラムで
ある。

自動車のステアリングシャフト10に入力されるマニュア
ル操舵力を検出するトルクセンサ15と、補助操舵力を発生する電動機16と、前記トルクセンサ15によって検出されたマニュアル操舵
力に応じて前記電動機16に負荷電流を流し、補助操舵力
を発生させる制御を行なう制御装置200と、から成る電
気式動力舵取装置において、前記制御装置200は、車速を検出する車速検出器26と、
前記電動機16の発生する補助操舵力に関連する物理量と
しての電動機16の負荷電流を検出する物理量検出装置28
と、前記車速検出器26によって検出された車速が高速
で、かつ前記物理量検出装置28で検出された物理量が所
定値より大きい場合に、前記マニュアル操舵力に対する
前記電動機16の発生する補助操舵力の比（増幅度）を低
下させ、前記車速検出器26によって検出された車速が低
速で、かつ前記物理量検出装置28で検出された物理量が
所定値より大きい場合に、前記マニュアル操舵力に対す
る前記電動機16の発生する補助操舵力の比（増幅度）を
増大させる増幅度制御装置22と、からなる電気式動力操
舵取装置である。

今、ステアリングシャフトに入力されるマニュアル操舵
力をTm、電動機の発生する補助操舵力をTa、操舵輪に作
用する総合操舵力をTsとすれば、Ts＝Tm＋Taと書ける。
又、系の利得Ｇは、Ｇ＝Ts/Tmと定義でき、マニュアル
操舵力Tmに対する電動機の発生する補助操舵力Taの比
（電動機の増幅度、以下単に「増幅度」と言う）をＡと
おけば、Ｇ＝１＋Ａと表現できる。総合操舵力Tsが操舵
に対する抗力である操舵論の復元力Trと釣り合う時、ス
テアリングシャフトは一定の速度で回転して操舵される
か、一定の角度に保持される。

電気式の動力舵取装置では、一般に各種の条件によって
決定され変化する復元力Trと定常状態で釣り合う総合操
舵力Tsをマニュアル操舵力Tmと電動機の補助操舵力Taと
の合成によって得ている。そして各種の走行条件に於い
て最適な操舵フィーリングと安定性を得るために、マニ
ュアル操舵力Tmが最適となるように、増幅度Ａを各種の
条件に応じて変化させる必要がある。

ここで各種の条件とは、車速Ｖ、操舵角の絶対値｜θ｜
（中立点に対して対称であるので単に「操舵角θ」と表
す）、タイヤと路面との摩擦係数μ（路面状態）、絶対
値操舵角の速度d|θ|/dt（中立点に対して対称であるの
で単に「操舵角速度ｄθ/dt」と表す」、等である。従
って、Ts,Tm,ta及び、系の利得Ｇ、増幅度Ａは、これら
の関数となる。

一方、自動車の操舵論の復元力Trは、V,θ，μ,dθ/dt
が分れば実験的に求めることができ、従って、Ｗ（Tr,
V,θ，μ,dθ/dt）＝０の関係を満たす。例えば、車
速、摩擦係数、操舵角速度がV0、μ０、ｄθ/dt＝ｃ≧
０と、一定の時は、内輪、外輪の復元力は、それぞれ第
６図（ａ）（ｂ）に示すようになる。操舵操作の行なわ
れている時は、総合操舵力Tsは、内輪外輪復元力の平均
値（単に「復元力」と言う）Trよりも大きく一定速度で
ステアリングシャフトが回転しているとき（定常状態）
では、Tr＝Tsとみなされる。又、補助操舵力Taは、Ta＝
A/G・Tsである。よって操舵角以外の変数が既知であり
さえすれば、補助操舵力Taから復元力Trが求まり例えば
第６図の特性図から操舵角θを知ることができる。

一般に、車速が低くなる程、使用する操舵角範囲は広く
なり、マニュアル操舵力は操舵角の増加に対して緩やか
に増加する程望ましく操舵が楽になる。これに対して車
速が高くなる程、使用する操舵角範囲は狭くなり、マニ
ュアル操舵力は、操舵角の増加に対して急勾配で増加す
るのが走行安定性を高める上で望ましい。

本発明の増幅度制御装置は、上記の特性を実現するよう
に増幅度を制御するものである。このため車速を検出
し、電動機の発生する補助操舵力に関連した物理量を操
舵角に対応する量として検出している。基準の路面状態
では、このように操舵角の変化に対する増幅度が制御さ
れ、最適なマニュアル操舵力特性が得られる。一方、雪
道等の摩擦係数が小さい場合には、車速は低いが、自ず
とマニュアル操舵力も小さいため電動機の補助操舵力も
大きくならないので操舵角の増加に対する増幅度の増加
が抑制される。従狩って、単に操舵角のみによって増幅
度を変化させるのと異なり、路面の状態も考慮された適
切な操舵フィーリングが得られる。

又、前記電動機の発生する補助操舵力に関連する物理量
は、電動機の発生する補助操舵力Ta（出力トルク）を支
配する量、即ち、電動機の負荷電流である。

［実施例］以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。
第２図は、電気式動力舵取装置の構成を示したブロック
ダイヤグラムである。

第２図において、10はステアリングシャフトを示し、こ
のステアリングシャフト10の一端には操向ハンドル11が
取付けられ、他端にギヤボックス12に軸承されたピニオ
ン軸13が結合されている。ピニオン軸13はボヤボックス
12に嵌装されたラック14に噛合され、このラック14の両
端は図示していないが、ポールジョイント等を介して操
舵輪18に連結されている。

前記ステアリングシャフト10上には、操向ハンドル11に
加えられたマニュアル操舵力Tmを検出するトルクセンサ
15が設けられている。又、ステアリングシャフト10には
操舵力をアシストし補助操舵力Taを出力する電動機16が
歯車17を介して連結されている。

エンジの駆動軸（図示略）に結合した発電機により、エ
ンジンの回転によって発電された電圧Ｅは、チョッパ回
路25に入力する。

補助力制御装置24は、トルクセンサ15からマニュアル操
舵力Tm、車速検出器26から車速信号Ｖ、電動機16から負
荷電流Idを入力している。補助力制御装置24は、車速信
号Ｖ、負荷電流Idに応じて増幅度Ａを変化させ、マニュ
アル操舵力Tmに依存した補助操舵力Ta（＝Ａ・Tm）を発
生させるように負荷電流Idを制御する信号Ｍをチョッパ
回路25に出力している。チョッパ制御回路25はこの信号
を受けて、電動機16に変調された電圧E0を供給し、負荷
電流を目標値に制御している。

第３図は補助力制御装置24の詳しい構成を示したブロッ
クダイヤグラムである。

補助力制御装置24は、主に計算機システムにより構成さ
れている。マニュアル操舵力Tm、車速Ｖ、電動機16の負
荷電流Idを入力するマルチプレクサ61と、それらの信号
をA/D変換するA/D変換器65、CPU60、制御プログラム、
増幅度の制御データテーブルを記憶したROM63、入力デ
ータを記憶するRAM62、CPU60からの制御信号をD/A変換
するD/A変換器64、電動機16の負荷電流Idを制御値にコ
ントロールするための誤差増幅回路74とから成る。

第４図はCPU60の処理を示したフローチャートである。
又、第５図は、増幅度制御の様子をグラフ化したもので
ある。そのうち第５図（ａ）は、低速速度、第５図
（ｂ）は、高車速度の場合を示したものである。本実施
例では、電動機の発生する補助操舵力Taに関連した物理
量として電動機16の負荷電流Idを用いている。第４図の
プログラムは、一定時間毎にタイマからの割込みによっ
て実行される。まず低車速に於いて操舵が行なわれた場
合について説明する。

ステップ100で車速Ｖと、負荷電流Id、マニュアル操舵
力Tmとが読込まれる。ステップ102で車速Ｖが所定値Ｃ
と比較され、低速の場合には、ステップ104へ移行す
る。ここで操舵されると操向ハンドルは中立点ａから回
転し、増幅度Ａは、初期値として基準値A2に設定されて
いるので、ステップ100、102、104、105、106、114、11
0、112をサイクルとして、増幅度A2の増幅度曲線Ｘ上の
ｂ点に対応する操舵角θ（ｂ）まで回転する。すると、
ステップ104でYESと判定され、増幅度は、初期値とし
て、基準値A2に設定されているので、ステップ105でNO
と判断され、ステップ106でYESと判定され、ステップ10
8で増幅度ＡがA2より大きなA3に設定される。ステップ1
10では、入力されたマニュアル操舵力Tmに増幅度Ａを掛
けて補助操舵力Taを求め、Taを発生するのに必要な電動
機16に印加すべき電圧E0が算出され、ステップ112でそ
の旨のE0信号がD/A変換器64を介して、誤差増幅回路74
に出力される。その結果増幅度曲線Ｙ上のＣ点に達し、
負荷電流は増加し電動機の補助操舵力Taが増加しマニュ
アル操舵力は減少する。そして、さらに操舵角が増加す
ると、ステップ104でNOと判定されステップ108で増幅度
がA3に限定され続ける。その結果、負荷電流、マニュア
ル操舵力は、操舵角の増加に伴って増幅度の大きな増幅
度曲線Ｙ上に沿って増加するので、増幅度を変化させな
い時に比べて、操舵角の増加に対するマニュアル操舵力
の増加度が減少する。従って、低速時には、より滑らか
な操舵を行なうことが出来る。

操舵角が中立点方向に向かう時は（ハンドルの戻し）増
幅度曲線Ｙ上の点ｄから出発し、ｅ点に達した時には、
負荷電流Idは、I2よりも小さくなり、ステップ104でYES
と判定されステップ105でYESと判定されステップ114で
増幅度が小さい方向の基準値A2に選択される。そして、
ステップ110、112を経て現実に電動機の増幅度がA2によ
り、その結果、負荷電流Idは、減少し増幅度曲線Ｘ線上
の点ｆに至る。その結果マニュアル操舵力は、増加し、
さらに増幅度曲線Ｘ上を移動して中立点ａに至る。即
ち、中立点に向かうにつれてマニュアル操舵力の軽減さ
れる程度が大きくなり、直線走行時の操舵安定性が保障
される。

次に、高速走行時の操舵について説明する。ステップ10
0でデータが入力され、ステップ102でYES、ステップ120
でNOと判定されステップ124でYESと判定され増幅度がま
ず、基準値A2に選択され、ステップ110、112により電動
機の増幅度がA2になる。その結果、操舵角が中立点０か
らθ（Ｐ）まで増加すると、それに伴って負荷電流、マ
ニュアル操舵力は、基準増幅度A2の増幅度曲線Ｘに沿っ
て点Ｐまで移動する。すると負荷電流Idは、I3よりも大
きくなり、ステップ120でYESと判定され、ステップ122
で基準増幅度A2より小さい増幅度A1が選択され、ステッ
プ110、112によって、電動機の増幅度は現実にA1に設定
される。その結果、負荷電流は減少し、増幅度曲線Ｚ上
の点ｑに至り、マニュアル操舵力は増加する。さらに操
舵角が増加すると、ステップ124でNOと判断されるので
負荷電流、マニュアル操舵力は、基準増幅度A2より増幅
度の小さな増幅度曲線Ｚ上を移動し、マニュアル操舵力
の操舵角に対する増加の程度が大きくなり、増幅度を変
化させない場合に比べて操舵が重くなる。従って高速時
の走行性が向上する。

又、操舵角が減少する場合には、点ｒから始まり、点ｓ
に至るとステップ124でYESと判断されステップ126、11
0、112によって増幅度が基準値A2に復元する。その結
果、負荷電流が増加し、マニュアル操舵力が減少する。
さらに、操舵角が減少するとステップ124での判定に拘
わらず増幅度はA2であるので、増幅度曲線Ｘに沿って、
中立点０に復帰する。

これらの制御を行なった時の操舵角に対するマニュアル
操舵力の特性を第７図に示す。高速時は、曲線Ｈのよう
になり操舵角に対するマニュアル操舵力の増加度を大き
くして直線走行性を向上させることが出来る。又、低速
時には、曲線Ｌのようになり操舵角に対するマニュアル
操舵力の増加度を小さく出来るので、操舵が楽になる。

上記実施例装置では、操舵角が零の時の基準増幅度A2、
又は変化させる増幅度A1、A3の大きさを車速によらず一
定としたが、基準増幅度又は、変化させる増幅度の大き
さは車速に応じて変化させた車速感応型であってもよ
い。

［発明の効果］以上述べたように、本発明は、車速を検出する車速検出
器と、電動機の発生する補助操舵力に関連する物理量を
検出する検出装置と、前記車速検出器によって検出され
た車速及び、前記検出装置によって検出された物理量に
応じて、前記マニュアル操舵力に対する電動機の発生す
る補助操舵力の比（増幅度）を変化させる増幅度制御装
置と、を有することを特徴とする電気式動力舵取装置で
ある。従って、操舵角センサを設けることなしに、操舵
角に応じた制御が可能となる利点がある。又、電動機の
補助操舵力に関連する物理量を制御のパラメータにして
いるので、路面の状態を検出するセンサを特に設けなく
とも、路面状態に対応して制御を行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概念を示したブロックダイヤグラム
である。第２図は電気式動力舵取装置を示す構成図、第
３図は同実施例装置のうち補助力制御装置の構成を示し
たブロック図、第４図は、同装置のCPUの処理を示した
フローチャートである。第５図は、マニュアル操舵力に
対する負荷電流の制御特性（増幅度の制御特性）を示し
たものであり、（ａ）図は、低車速時、（ｂ）図は高車
速時のそれを示した特性図である。第６図は、操舵輪の
復元力の操舵角との関係を示した特性図である。第７図
は、本実施例装置の制御による操舵角に対するマニュア
ル操舵力の特性を示した特性図である。 10……ステアリングシャフト 12……ギヤボックス、13……ピニオン軸 14……ラック、15……トルクセンサ 16……電動機、24……補助力性制御装置 26……車速検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭50−38228（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−35664（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−122078（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−8467（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−209365（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−156863（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−35663（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−177774（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−38274（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4471278（ＵＳ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車のステアリングシャフトに入力され
るマニュアル操舵力を検出するトルクセンサと、補助操舵力を発生する電動機と、前記トルクセンサによって検出されたマニュアル操舵力
に応じて前記電動機に負荷電流を流し、補助操舵力を発
生させる制御を行う制御装置と、からなる電気式動力舵
取装置において、前記制御装置は、車速を検出する車速検出器と、前記電
動機の発生する補助操舵力に関連する物理量としての前
記電動機の負荷電流を検出する物理量検出装置と、前記
車速検出器によって検出された車速が高速で、かつ前記
物理量検出装置に検出された物理量が所定値より大きい
場合に、前記マニュアル操舵力に対する前記電動機の発
生する補助操舵力の比（増幅度）を低下させ、前記車速
検出器によって検出された車速が低速で、かつ前記物理
量検出装置に検出された物理量が所定値より大きい場合
に、前記マニュアル操舵力に対する前記電動機の発生す
る補助操舵力の比（増幅度）を増大させる増幅度制御装
置と、からなる電気式動力舵取装置。