JPH1076968A - 操舵装置の電動機制御装置 - Google Patents

操舵装置の電動機制御装置

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JPH1076968A
JPH1076968A JP25557296A JP25557296A JPH1076968A JP H1076968 A JPH1076968 A JP H1076968A JP 25557296 A JP25557296 A JP 25557296A JP 25557296 A JP25557296 A JP 25557296A JP H1076968 A JPH1076968 A JP H1076968A
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康夫 清水
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恒彦 深津
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 操舵装置の電動機制御装置を、ステアリング
ホイールの操舵角速度に関わりなく適切な操舵反力を手
動操舵系に加えることができるように改良する 【解決手段】 車両の操向車輪に手動にて舵角を与える
手動操舵系に補助操舵力を付加するべく、少なくとも手
動操舵系に加わる操舵力に基づいて設定された出力目標
値によって電動機の出力を制御するようにしてなる操舵
装置の電動機制御装置に於いて、タイヤと路面間の摩擦
係数を検出する路面状態検出手段の出力に基づいて手動
操舵系の最大許容操舵角を設定する最大許容操舵角設定
手段と、手動操舵系の操舵角を検出する操舵角検出手段
と、手動操舵系の操舵角速度を検出する操舵角速度検出
手段とを設け、最大許容操舵角設定手段と操舵角検出手
段と操舵角速度検出手段との出力に基づいて電動機の出
力目標値を補正するものとする。これにより、手動操舵
系に与える付加反力を操舵角速度に応じて変化させるこ
とができるので、ステアリングホイールを急速に操舵し
た際の切り過ぎに対する抑止力を十分に発揮することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の操向車輪を
操舵する手動操舵系に補助操舵力を付加する電動機を制
御するための操舵装置の電動機制御装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】ステアリングホイールの回転角をタイヤ
切れ角に変換する手動操舵系に電動機を設け、電動機の
駆動力を操舵系に付加することによって運転者の操舵力
を軽減するようにした電動パワーステアリング装置が知
られているが、この従来の電動パワーステアリング装置
は、積雪路など摩擦係数の低い路面での操舵の際に、路
面反力が小さいために補助操舵力が過剰傾向となり、運
転者に違和感を与えるという点が問題であった。
【0003】このような不都合、つまり滑り易い路面で
ステアリングホイールを切りすぎてしまう傾向となるこ
とを改善するために、本出願人は特願平7−24540
8号明細書に於いて、手動操舵系に付加する電動機の出
力の制御条件に、路面摩擦係数を含ませるようにした電
動機制御装置を提案した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記出願の
技術に於いては、操舵系の慣性質量を考慮していないた
め、エアバッグを装着した慣性質量の大きなステアリン
グホイールを急速に操舵した際の切り過ぎの抑制効果が
不十分であることが判明した。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
には、車両の操向車輪に手動にて舵角を与える手動操舵
系に補助操舵力を付加するべく、少なくとも手動操舵系
に加わる操舵力に基づいて設定された出力目標値によっ
て電動機の出力を制御するようにしてなる操舵装置の電
動機制御装置を、ステアリングホイールの操舵角速度に
関わりなく適切な操舵反力を手動操舵系に加えることが
できるように改良する必要がある。そのために本発明に
於いては、タイヤと路面間の摩擦係数を検出する路面状
態検出手段の出力に基づいて手動操舵系の最大許容操舵
角を設定する最大許容操舵角設定手段と、手動操舵系の
操舵角を検出する舵角検出手段と、手動操舵系の操舵角
速度を検出する操舵角速度検出手段とを設け、最大許容
舵角設定手段と舵角検出手段と操舵角速度検出手段との
出力に基づいて電動機の出力目標値を補正するものとし
た。これにより、手動操舵系に与える付加反力を操舵角
速度に応じて変化させることができるので、ステアリン
グホイールを急速に操舵した際の切り過ぎに対する抑止
力を十分に発揮することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して本発
明の構成を詳細に説明する。
【0007】図1は、本発明が適用される電動パワース
テアリング装置を示している。この電動パワーステアリ
ング装置は、ステアリングホイール1に一体結合された
ステアリングシャフト2に自在継手3a・3bを有する
連結軸3を介して連結されたピニオン4、及び、ピニオ
ン4に噛合して車幅方向に往復動し得ると共に、タイロ
ッド5を介して左右の前輪6のナックルアーム7にその
両端が連結されたラック軸8で構成されたラック/ピニ
オン機構からなる手動操舵力発生手段9と、この手動操
舵力発生手段9による操舵力を軽減するための補助操舵
力を発生するべく、ラック軸8と同軸的に配設され、か
つ回転力を軸力に変換するボールねじ機構10aを内蔵
した電動機10と、ステアリングホイール1を介してピ
ニオン4に加えられる手動操舵力を検出するための操舵
力検出手段11と、ステアリングホイール1の回転角度
を検出するための舵角検出手段12と、これらからの検
出値Tp・θsに基づいて電動機10の出力を制御する
ための制御装置13とからなっている。
【0008】制御装置13は、大別して補助操舵力制御
系と過剰操舵抑制制御系との二つに分けられ、図2に示
すように、補助操舵力制御系は、操舵力検出手段11の
出力Tpに基づいて電動機10に発生させるべき出力ト
ルクを設定する出力目標値設定手段21と、これによっ
て生成される出力目標値に基づいて電動機10の出力を
制御する電動機出力制御手段22と、電動機10に流れ
る電流を検出してフィードバックする電動機電流検出手
段23とからなっている。また過剰操舵抑制制御系は、
路面とタイヤ間の摩擦係数μを検出する路面状態検出手
段24と、路面状態検出手段24および舵角検出手段1
2の出力μ・θsに基づいてステアリングホイール1に
加えるべき付加反力を設定する付加反力設定手段25と
からなっている。
【0009】ここで路面状態検出手段24による路面摩
擦係数μの推定方法について説明しておく。先ず、タイ
ヤのコーナリングパワーCpは、FIALAの式(第2
項まで)から、以下のように表される。 Cp=K(1−0.0166K/μL) 但し、K:コーナリングスティフネス μ:路面摩擦係数 L:接地荷重
【0010】即ち、路面摩擦係数μが低いほどタイヤの
コーナリングパワーCpが減少する(図3参照)ので、
ラック/ピニオン式の操舵装置の場合、同一舵角での路
面から受けるラック軸反力は、路面摩擦係数μの低下に
応じて小さくなる。従って、操舵角並びにラック軸反力
を実測し、操舵角に対する実ラック軸反力と、予め内部
モデルとして設定された基準ラック軸反力とを比較すれ
ば、路面摩擦係数μを推定することができる。
【0011】実ラック軸反力Frc、即ち路面反力は、
操舵トルクTs、電動機電圧Vm、及び電動機電流Im
から、以下のようにして推定することができる。
【0012】先ず、電動パワーステアリング装置に於け
る補助操舵力発生用電動機の出力軸トルクTmは次式で
与えられる。 Tm=Kt・Im−Jm・θm”−Cm・θm’±Tf 但し、Kt:電動機トルク定数 Im:電動機電流 Jm:電動機の回転部分の慣性モーメント θm’:電動機角速度 θm”:電動機角加速度 Cm:電動機粘性係数 Tf:フリクショントルク
【0013】ステアリングシャフト回りの粘性項、慣性
項、フリクション項および電動機回りのフリクション項
は微小なので省略すると、ラック軸上の力の釣り合い
は、近似的に次式で表される。 Fr=Fs+Fm =Ts/rp+N(Kt・Im−Jm・θm”−Cm・
θm’) 但し、Fr:路面からのラック軸反力 Fs:ピニオンからのラック軸力 Fm:電動機からのラック軸力 Ts:ステアリングシャフトに加わる操舵トルク検出値 rp:ピニオン半径 N:電動機出力ギヤ比
【0014】なお、電動機角速度θm’は、ステアリン
グホイール舵角θsを微分するか、あるいは電動機逆起
電力から次式により求める。 θm’=(Vm−Im・Rm)/Km 但し、Vm:電動機電圧 Rm:電動機抵抗 Km:電動機の誘導電圧定数
【0015】ここで電動機角速度θm’とステアリング
ホイール角速度θs’とは、厳密に言うと異なるもので
あり、電動機角速度θm’は、ステアリングホイール操
舵角θsを微分して得たステアリングホイール角速度θ
s’を基にして、次式から求められる。 θm’=θs’−Ts’/Ks 但し、Ks:トルクセンサのばね定数 Ts’:操舵トルクの微分値
【0016】また、電動機角加速度θm”は、電動機角
速度θm’を微分することにより得られる。
【0017】次に、実ラック軸反力Frcの比較基準と
なる内部モデルは、以下のようにして設定する。
【0018】図4に示すように、ステアリングホイール
1から入力された操舵角θsは、ピニオン4との伝達比
Nを介してラック軸8のストローク量に変換される。こ
のラック軸8のストローク量に応じて前輪横滑り角φs
が生ずる。ここでラック軸8のストローク量に対する前
輪横滑り角φsの伝達関数Gβ(s)は、路面摩擦係数
μの変化に伴うスタビリティファクタの変化によって変
化する。
【0019】前輪横滑り角φsにコーナリングパワーC
pとトレールξ(キャスタトレール+ニューマチックト
レール)とをかけることにより、キングピン回りのモー
メントが得られる。ここでコーナリングパワーCp及び
ニューマチックトレールは、路面摩擦係数μおよび接地
荷重Lによって変化する。
【0020】キングピン回りのモーメントを、タイヤ回
転中心とラック軸中心間距離、即ちナックルアーム長r
kで割ることで、モデルラック軸反力Frmが得られ
る。
【0021】以上から、ステアリングホイール操舵角θ
sに対するモデルラック軸反力Frmの応答は、各諸元
に基づく計算結果、或いは実車計測値からの同定結果か
ら導き出した1つの伝達関数Gf(s)をもって置換可
能であることが分かる。
【0022】上記のようにして求めた実ラック軸反力値
Frcおよびモデルラック軸反力値Frmから、ステア
リングホイール操舵角θsの増加に対する実並びにモデ
ルラック軸反力の増加率を求め(図5参照)、車両の応
答が線形に近似した舵角範囲内に於いて、実ラック軸反
力増加率ΔFrc/Δθsと、モデルラック軸反力増加
率ΔFrm/Δθsとの比ΔFrc/ΔFrmから、予
め設定された路面摩擦係数判定マップを参照して路面摩
擦係数μを推定することができる(図6参照)。
【0023】なお、ラック軸8の反力は、ナックルアー
ム7〜タイロッド5〜ラック軸8の適所にロードセルな
どの力検出器を設け、これにより直接的に検出すること
もできる。
【0024】次に本発明装置の作動要領について図7を
併せて参照して説明する。
【0025】先ず上述した路面状態検出手段24によっ
て路面摩擦係数μを検出し、予め定められた路面摩擦係
数μと最大許容操舵角θmaxとの関係マップ31から
その時の路面摩擦係数μに対応する最大許容操舵角θm
axを求める。次いでこの値と実操舵角θsとの比を演
算器32で求め、これに対する付加反力Cの関係を、操
舵角検出手段12の出力θsを微分器33を通すことで
得た操舵角速度θs’を加味して定めた付加反力マップ
34から付加反力Cを読み出す。これを補助操舵力制御
系の出力目標値設定手段21が生成した出力目標値から
減算する。このようにして、ステアリングホイール1に
加わる補助操舵力を運転者は操舵抵抗として感知し、そ
れ以上の切り増しを停止するので、滑り易い路面上での
安定走行が確保できる。
【0026】操舵角速度θs’が高い急速な操舵の場合
は、操舵系の慣性力による操舵エネルギが大きくなるた
め、一定の付加反力のみであると切り過ぎを十分に抑制
できなくなる場合があり得る。そこで本発明に於いて
は、θ/θmaxに対する付加反力Cの関係値を、操舵
角速度θs’に応じて変化するようにした。従って、操
舵角速度θs’が高くなるほど付加反力Cの増大率が高
まってステアリングホイール1に加わる操舵抵抗が大き
くなるので、操舵の緩急に関わりなく適切な操舵反力を
ステアリングホイール1に与えることができることとな
り、いかなる状態でも走行安定性が損なわれずに済む。
【0027】
【発明の効果】このように本発明によれば、路面状態お
よび操舵の緩急に応じて電動操舵装置の操舵補助力が調
節されるので、いかなる運転状況に於いてもステアリン
グホイールに適切な操舵反力を与えることができる。従
って、ステアリングホイールの操舵角速度に関わりな
く、過度な操舵に対して警告を与え、かつ抑止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される操舵装置の概略構成図。
【図2】本発明による電動機制御装置のブロック図。
【図3】コーナリングパワーと路面摩擦係数との関係線
図。
【図4】内部モデルの設定に関わるフロー図。
【図5】舵角量に対する車両状態量の増加線図。
【図6】路面摩擦係数の判定マップ。
【図7】付加反力設定手段のブロック図。
【符号の説明】
1 ステアリングホイール 2 ステアリングシャフト 3 連結軸 4 ピニオン 5 タイロッド 6 前輪 7 ナックルアーム 8 ラック軸 9 手動操舵力発生手段 10 電動機 11 操舵力検出手段 12 舵角検出手段 13 制御装置 21 出力目標値設定手段 22 電動機出力制御手段 23 電動機電流検出手段 24 路面状態検出手段 25 付加反力設定手段 31 許容最大操舵角設定マップ 32 演算器 33 微分器 34 付加反力マップ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両の操向車輪に手動にて舵角を与える
    手動操舵系に補助操舵力を付加する電動機を、少なくと
    も前記手動操舵系に加わる操舵力に基づいて設定された
    出力目標値によって制御する操舵装置の電動機制御装置
    であって、 タイヤと路面間の摩擦係数を検出する路面状態検出手段
    の出力に基づいて前記手動操舵系の最大許容操舵角を設
    定する最大許容操舵角設定手段と、前記手動操舵系の操
    舵角を検出する舵角検出手段と、前記手動操舵系の操舵
    角速度を検出する操舵角速度検出手段とを有し、 前記最大許容操舵角設定手段と前記舵角検出手段と前記
    操舵角速度検出手段との出力に基づいて前記出力目標値
    を補正するようにしてなることを特徴とする操舵装置の
    電動機制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6527079B2 (en) 2000-03-29 2003-03-04 Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Control unit for an electrical-motor-driven power steering apparatus
GB2414454A (en) * 2004-05-26 2005-11-30 Ford Global Tech Llc Adjustable steering limit
JP2007326460A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Toyota Motor Corp 車両の操舵装置

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