JPH1148998A

JPH1148998A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH1148998A
Application number: JP20771797A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tokunaga; 裕之徳永
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 1999-02-23
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: JP3640508B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造及び制御により、タイヤと
路面との間の摩擦係数が低い状態でも不用意にステアリ
ングを切り過ぎないような操舵を促すことが可能であ
り、かつ通常走行時の操舵フィーリングも悪化すること
のないパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】入力された操舵速度に応じて、操舵付
加反力を変化させることにより、操舵入力速度が速い場
合にも、それに応じて、車両の応答遅れを考慮した操舵
抵抗力を発生させることができ、切り過ぎ抑制効果を向
上することが可能となるばかりでなく、切り増し時に比
較して切り戻し時の操舵抵抗力を小さくして操舵力を軽
減することで、切り過ぎ抑制効果向上及び操舵フィーリ
ング向上の両立を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操向車輪に舵角を
与える操舵系に対し、操舵力を軽減する操舵補助力と、
操舵力に対抗する操舵抵抗力とを共に与えることができ
るように構成された電動パワーステアリング装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】積雪路など、タイヤと路面間の摩擦係数
が極めて低い状態の路面では、路面からの操舵抵抗（セ
ルフアライニングトルク）が小さくなる。特に、パワー
ステアリング装置を具備する場合、このパワーステアリ
ング装置が、路面からの反力に対して、これを打ち消す
方向にアシスト力を発生させ、操舵時の負荷を軽減する
ものであるため、上記したようなタイヤと路面間の摩擦
係数が極めて低い状態の路面では場合によっては不用意
に切りすぎないように微妙な操舵が必要となり、運転者
に大きな負担を与えるという問題がある。

【０００３】このような不都合を改善するために、車
速、操舵角、および路面摩擦係数に応じた擬似的な操舵
抵抗力を設定し、これによって通常のパワーステアリン
グ装置の操舵補助力を補正するようにした操舵装置を、
例えば特願平７−３３７７７０号明細書において本出願
人は提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では車両の定常走行時の特性に応じて擬似的な操舵
抵抗力の算出を行っているため、過渡的な操舵入力時、
特に比較操舵入力速度の速い場合には、上記操舵抵抗力
による切り過ぎ抑制効果が十分に発揮できない場合があ
った。

【０００５】一般的に、通常の操舵周波数領域に於て
は、操舵角の入力に対して、車両の応答特性は一次遅
れ、操舵力特性は一次進みにそれぞれ近似することがで
きる。ここで、上記したように運転者の操舵入力速度が
速い場合には、遅い場合に比べて車両の応答が遅れてく
るため、必要な応答ゲインを得るために入力舵角を大き
くしてしまいがちである。そのため、最終的に定常状態
になった場合のゲインが過大になってしまう。特にタイ
ヤのグリップ力の限界に近い領域に於ては、結果的にこ
の限界を超えてしまうことになる。

【０００６】従って、操舵入力速度が速い場合には、そ
れだけ速いタイミングで操舵付加反力を立ち上げなけれ
ば、タイヤのグリップ力の限界を超える操舵入力を効果
的に抑制することができない。

【０００７】操舵角入力に対する車両の応答は、以下の
ように表される。

【０００８】

【数１】Ｇ_θ ^γ(0)：ヨーレートゲイン定数Ｇ_θ ^β(0)：横すべり角ゲイン定数Ｇ_θ ^Th(0)：操舵トルクゲイン定数Ｔγ：ヨーレート時定数Ｔβ：横すべり角時定数Ｔｓ：操舵トルク時定数 θ：操舵角 γ：ヨーレート β：横すべり角Ｔｈ：操舵トルクｓ：ラプラス演算子

【０００９】上記したように操舵入力速度が速い場合に
は、入力舵角に対する操舵付加反力の進み時定数を増加
させることが効果的である。この進み時定数を増加させ
るための手段として、操舵入力速度に応じた反力成分、
即ちダンピング成分を操舵反力に付加することが考えら
れる。

【００１０】ところで、横方向グリップ力の使用率が減
少する方向、即ち転舵方向に対して切り戻す操舵を行う
場合には、横方向グリップ力の使用率が増加する方向、
即ち転舵方向に対して切り増す操舵を行う場合と同じダ
ンピング成分を操舵反力に付加すると、ステアリングの
戻りが遅くなり、操舵フィーリングの悪化を招くことに
なる。また、横方向グリップ力の使用率が小さい領域で
は、通常の操舵力特性よりもダンピング成分を増加した
操舵反力を発生させることは、操舵フィーリングの悪化
を招く虞がある。

【００１１】本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑
み案出されたものであり、その目的は、簡単な構造及び
制御により、タイヤと路面との間の摩擦係数が低い状態
でも不用意にステアリングを切り過ぎないような操舵を
促すことが可能であり、かつ通常走行時の操舵フィーリ
ングも悪化することのないパワーステアリング装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した目的は、本発明
によれば、操向車輪に舵角を与える操舵系に動力を付加
するモータと、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出
する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段
の出力に基づいて操舵補助力と操舵抵抗力とを前記モー
タに発生させるための制御手段とを有する電動パワース
テアリング装置であって、操舵入力速度を検出する手段
と、転舵方向に対して入力操舵方向が切り増しているか
切り戻しているかを判断する手段とを有し、前記制御手
段は、入力操舵速度の大きいときには前記操舵抵抗力を
大きくするようになっていると共に前記切り増し方向へ
の操舵時に比較して前記切り戻し方向への操舵時の前記
操舵抵抗力を小さくするようになっていることを特徴と
する電動パワーステアリング装置を提供することにより
達成される。特に、前記操向車輪が現在発生している横
方向グリップ力に対応する値を算出する演算手段を更に
備え、前記制御手段は、前記横方向グリップ力対応値が
タイヤの能力限界に近づくに連れて前記操舵抵抗力を大
きくするようになっていると良い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
例を参照して本発明の構成について詳細に説明する。

【００１４】図１及び図２は、本発明に基づく電動パワ
ーステアリング装置の操舵力制御装置の全体構成を示し
ている。本制御装置は、ラック／ピニオン式操舵装置２
１のラック軸２２に作用する軸力Ｆｒを算出するラック
軸力演算手段１と、路面摩擦係数μを算出する路面摩擦
係数演算手段２と、路面摩擦係数μ、車速及び前後方向
加速度に基づいて最大舵角を設定する最大舵角設定手段
３と、操向車輪（前輪）２３の実横方向グリップ力（以
下、実横力と記す）Ｆｙを算出する横力演算手段４と、
例えば車速と吸気管負圧との関係から求めた駆動力、並
びにブレーキ液圧から求めた制動力に基づいて前輪２３
の実前後力Ｆｘを算出する前後力演算手段５と、最大舵
角データ、前輪実横力Ｆｙ、および前輪実前後力Ｆｘか
ら、現在の横方向グリップ力利用率（以下、実横力利用
率と記す）ξを算出する横力利用率演算手段６と、車速
及び横力利用率ξに応じて、操舵抵抗トルク指令値（操
舵反力）Ｔｃのうちの操舵角成分反力指令値Ｔｃａを設
定するための舵角成分反力指令値設定手段７と、後記す
る手順で転舵方向に対して入力操舵方向が切り増してい
るか切り戻しているかを判断する操舵方向判別手段８
と、車速、操舵角速度及び操舵方向の判別結果に応じて
操舵抵抗トルク指令値（操舵反力）Ｔｃのうちの操舵角
速度成分反力指令値Ｔｃｂを設定するための舵角成分反
力指令値設定手段９と、非駆動輪（後輪）２４の回転速
度センサ２５の出力で得た車速Ｖ並びに操舵トルクセン
サ２６の出力で得たステアリングホイール２７を介して
ステアリングシャフト２８に作用する手動操舵トルクＴ
ｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｔａを設定する操舵
補助トルク設定手段１０と、操舵抵抗トルク指令値Ｔｃ
および操舵補助トルク指令値Ｔａに基づいてモータＭの
出力を制御するモータ駆動制御手段９とからなってお
り、操舵補助トルク指令値Ｔａに、操舵角成分反力指令
値Ｔｃａと操舵角速度成分反力指令値Ｔｃｂとを加算し
てなる操舵抵抗トルク指令値Ｔｃを加算した値Ｔｍをも
って、通常のパワーステアリング装置のモータＭの出力
制御を行うようになっている。

【００１５】なお、各信号の処理や演算は、コンピュー
タを用いた電子制御装置（ＥＣＵ）２９で一括して行わ
れる。

【００１６】タイヤのコーナリングパワーＣｐは、図３
に示すように、路面摩擦係数μが低いほど減少するの
で、ラック／ピニオン式操舵装置の場合、同一舵角での
ラック軸力Ｆｒは、路面摩擦係数μの低下に応じて小さ
くなる。従って路面摩擦係数μは、前輪舵角δに対する
実ラック軸力Ｆｒｃと、車両の設計値や実験による計測
値の同定結果に基づいて内部モデルとして予め設定され
た基準ラック軸力Ｆｒｍとを比較すれば推定できる。

【００１７】路面からの転舵抵抗につり合うラック軸力
Ｆｒは、ステアリングシャフト２８回りの粘性項、慣性
項、フリクション項およびモータＭ回りのフリクション
項は微小なので省略すると、ピニオンからのラック軸力
Ｆｐとモータからのラック軸力Ｆｍとの和、つまり、

【００１８】

【数２】Ｆｒ＝Ｆｐ＋Ｆｍ

【００１９】で表されるが、以下に図４を参照してこの
推定方法について説明する。

【００２０】先ず、ピニオンからのラック軸力Ｆｐは、
操舵トルクＴｓをピニオンのピッチ円半径ｒｐで割った
値、つまり、

【００２１】

【数３】Ｆｐ＝Ｔｓ／ｒｐ

【００２２】で表されるので、ピニオン軸力演算手段１
２に操舵トルクセンサ２６の出力Ｔｓを入力して得る。

【００２３】次にモータＭからのラック軸力Ｆｍは、モ
ータＭの出力軸トルクＴｍにモータ出力ギヤ比Ｎをかけ
た値、つまり、

【００２４】

【数４】Ｆｍ＝Ｎ・Ｔｍ

【００２５】で表されるので、モータの電流Ｉｍを検出
する電流センサ３０、並びに電圧Ｖｍを検出する電圧セ
ンサ３１の出力をモータ軸力演算手段１３に入力して得
る。

【００２６】ここでモータの出力軸トルクＴｍは次式で
与えられる。

【００２７】

【数５】Ｔｍ＝Ｋｔ・Ｉｍ−Ｊｍ・θｍ”−Ｃｍ・θｍ’±ＴｆＫｔ：モータトルク定数Ｉｍ：モータ電流（電流センサ３０の出力）Ｊｍ：モータの回転部分の慣性モーメント（設計値・定
数） θｍ’：モータ角速度 θｍ”：モータ角加速度（モータ角速度θｍ’の微分
値）Ｃｍ：モータ粘性係数Ｔｆ：フリクショントルク

【００２８】なお、モータ角速度θｍ’は、モータ逆起
電力から次式により求める。

【００２９】

【数６】θｍ’＝（Ｖｍ−Ｉｍ・Ｒｍ）／ＫｍＶｍ：モータ電圧（電圧センサ３１の出力）Ｒｍ：モータ抵抗（設計値・定数）Ｋｍ：モータの誘導電圧定数

【００３０】または、ステアリングシャフト２８の回転
角度を検出する操舵角センサ３２の出力θｓの微分値θ
ｓ’から次式により求める。

【００３１】

【数７】θｍ’＝（θｓ’−Ｔｓ’／Ｋｓ）ＮＫｓ：トルクセンサ２６のばね定数ｓ’：操舵トルクの微分値

【００３２】以上により求めたピニオンからのラック軸
力Ｆｐとモータからのラック軸力Ｆｍとは、実用上は位
相補償フィルタ１４を通すことにより、Ｆｐ・Ｆｍ間の
位相ずれを補正すると良い。

【００３３】上記のようにして求めた実ラック軸力値Ｆ
ｒｃと予め設定されたモデルラック軸力値Ｆｒｍとか
ら、ステアリングホイール舵角θｓの増加に対する実並
びにモデルラック軸力の増加率を求め（図５参照）、車
両の応答が線形に近似した舵角範囲内において、実ラッ
ク軸力増加率ΔＦｒｃ／Δθｓと、モデルラック軸力増
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（図６参照）を
参照して路面摩擦係数μを推定することができる。

【００３４】タイヤの最大グリップ力Ｆｍａｘは、タイ
ヤと路面との間の摩擦係数μとタイヤの接地面に加わる
垂直荷重Ｗとの積（Ｆｍａｘ＝μＷ）で与えられる。従
って、路面摩擦係数μが分かれば、タイヤの特性に基づ
いて予め設定しておいた摩擦円基本形状と、横加速度値
で補正された旋回時の輪重値とに基づいて、摩擦円の大
きさが設定でき、最大操舵角が設定できる。この摩擦円
上に前後力Ｆｘを置けば、その時の最大横力Ｆｙｍａｘ
が得られる。

【００３５】次に図７、８を参照して前輪２３の接地点
に加わる実横力Ｆｙの推定方法について説明する。先
ず、実ラック軸力Ｆｒｃと実横力Ｆｙとのつり合いは、
次式で与えられる。

【００３６】

【数８】Ｆｒｃ・Ｌａ＝Ｆｙ・Ｔ・ｃｏｓδ すなわち、

【００３７】

【数９】Ｆｙ＝Ｆｒｃ・Ｌａ／Ｔ・ｃｏｓδ Ｌａ：ラック軸２２とキングピン軸３３との軸心間距離
（設計値・定数）Ｔ：トレール δ：前輪舵角（舵角センサ３４の出力）

【００３８】ここでトレールＴは、ホイールアライメン
トの機械的な設定で定まるキャスタートレールＴｃに、
車速Ｖに応じて変化するニューマチックトレールＴｐ成
分を加えた値であり、予め設定したマップ１３をＥＣＵ
２９のメモリに格納しておき、車速Ｖに基づいて検索す
る。

【００３９】このようにして求めた実横力Ｆｙと上記の
摩擦円から求めた最大横力Ｆｙｍａｘとから、横力利用
率演算手段６で次式から前輪の横力利用率ξを算出す
る。

【００４０】

【数１０】ξ＝Ｆｙ／Ｆｙｍａｘ

【００４１】次いで、操舵角成分反力指令値設定手段７
にて予め設定されたマップを参照し、横力利用率ξに対
応した操舵角成分反力指令値Ｔｃａを求める。このマッ
プは、横力利用率ξが１までは横力利用率ξと共に増大
する特性が与えられている。

【００４２】尚、実ラック軸力Ｆｒｃ並びに実横力Ｆｙ
は、上記の計算によらずに操舵系の適所にロードセルを
設け、その出力から求めるようにしても良い。また路面
μに対する旋回性の限界の指標としてコーナリングフォ
ースを用いる例を述べたが、これは横加速度値や前輪横
滑り角によっても判断できる。

【００４３】一方、操舵方向判別手段８による操舵方向
の判別は、操舵角θの絶対値の増減により以下の式から
行われる。

【００４４】

【数１１】ａｂｓ（θ_h0）−ａｂｓ（θ_h1）＞０：切り
増し時ａｂｓ（θ_h0）−ａｂｓ（θ_h1）＜０：切り戻し時 θ_h0：操舵角サンプリング今回値 θ_h1：操舵角サンプリング前回値

【００４５】また、車両の状態を考慮して操舵抵抗力を
設定する場合には、車両状態量、例えば、車両のヨーレ
ートγの絶対値の増減により判別できる。

【００４６】

【数１２】ａｂｓ（γ₀）−ａｂｓ（γ₁）＞０：切り増
し時ａｂｓ（γ₀）−ａｂｓ（γ₁）＜０：切り戻し時 γ₀：操舵角サンプリング今回値 γ₁：操舵角サンプリング前回値

【００４７】上記のように求められた操舵方向の判別値
Ｄ（例えば切り増し時を０、切り戻し時を１）に応じ
て、操舵角速度成分反力指令値設定手段９にて操舵角速
度成分反力指令値Ｔｃｂが求められる。詳細には、図９
に示すように、切り増し時には、操舵角速度ωに対し
て、係数（Ｋ_d1）を掛け合わせ、更に予め設定されたレ
シオマップより、上記横力使用率算出手段６により算出
された横力使用率に応じてレシオを算出し、この値を更
に上記算出値Ｋ_d1（ω）に掛け合わせて、操舵角速度成
分反力指令値Ｔｃｂが求められる。また、切り戻し時に
は操舵角速度ωに対して、係数（Ｋ_d2＜Ｋ_d1）を掛け合
わせ、更に予め設定されたレシオマップより、上記横力
使用率算出手段６により算出された横力使用率に応じて
レシオを算出し、この値を更に上記算出値Ｋ_d2（ω）値
に掛け合わせて、操舵角速度成分反力指令値Ｔｃｂが求
められる。

【００４８】尚、切り戻し時に於ては、切り過ぎ抑制効
果は必要なく、また、切り増し時と同等のダンピングを
与える必要がないことから、操舵フィーリングを向上す
るべくその係数Ｋ_d2は切り増し時の係数Ｋ_d1よりも小さ
く設定されている。

【００４９】これにより求められた操舵角速度成分反力
指令値Ｔｃｂを上記操舵角成分反力指令値Ｔｃａに加え
て操舵抵抗トルク指令値Ｔｃを得、操舵補助トルク指令
値Ｔａに操舵抵抗トルク指令値Ｔを加算した値Ｔｍをも
って、通常のパワーステアリング装置のモータＭの出力
制御を行う。

【００５０】尚、上記構成では操舵角成分反力指令値Ｔ
ｃａを横方向グリップ力の使用率から求めたが、これに
限定されず、例えばヨーレートから求めても良い。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、入力された操舵速度に
応じて、操舵付加反力を変化させることにより、操舵入
力速度が速い場合にも、それに応じて、車両の応答遅れ
を考慮した操舵抵抗力を発生させることができ、切り過
ぎ抑制効果を向上することが可能となるばかりでなく、
切り増し時に比較して切り戻し時の操舵抵抗力を小さく
して操舵力を軽減することで、切り過ぎ抑制効果向上及
び操舵フィーリング向上の両立を図ることができる。ま
た、横方向グリップ力の使用率が高くなるに従い上記入
力操舵速度に応じた操舵抵抗力を大きくすることによ
り、特に横方向グリップ力の使用率が低い場合にはその
影響が少なくなるため、一層操舵フィーリングを向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパワーステアリング装置の制御系
の概略構成図。

【図２】本発明が適用された車両のパワーステアリング
装置に関わる機器の配置図。

【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】ラック軸力演算手段のブロック図。

【図５】舵角に対するラック軸力の増加線図。

【図６】路面摩擦係数の判定マップ。

【図７】横力演算手段のブロック図。

【図８】横力演算に関わる説明図。

【図９】操舵角速度成分反力指令値設定手段のブロック
図。

【符号の説明】

１ラック軸力演算手段２路面摩擦係数演算手段３等価摩擦円設定手段４横力演算手段５前後力演算手段６横力利用率演算手段７操舵角成分反力指令値設定手段８操舵方向判別手段９操舵角速度成分反力指令値設定手段１０操舵補助トルク設定手段１１モータ駆動制御手段１２ピニオン軸力演算手段１３モータ軸力演算手段１４位相補償フィルタ１５トレールマップ２１ラック／ピニオン式操舵装置２２ラック軸２３前輪２４後輪２５回転速度センサ２６操舵トルクセンサ２７ステアリングホイール２８ステアリングシャフト２９電子制御装置（ＥＣＵ）３０電流センサ３１電圧センサ３２操舵角センサ３３キングピン軸３４舵角センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ６２Ｄ 137:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操向車輪に舵角を与える操舵系に動力を
付加するモータと、前記操舵系に作用する手動操舵力を
検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出
手段の出力に基づいて操舵補助力と操舵抵抗力とを前記
モータに発生させるための制御手段とを有する電動パワ
ーステアリング装置であって、入力操舵速度を検出する手段と、転舵方向に対して入力操舵方向が切り増しているか切り
戻しているかを判断する手段とを有し、前記制御手段は、入力操舵速度の大きいときには前記操
舵抵抗力を大きくするようになっていると共に前記切り
増し方向への操舵時に比較して前記切り戻し方向への操
舵時の前記操舵抵抗力を小さくするようになっているこ
とを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】前記操向車輪が現在発生している横方
向グリップ力に対応する値を算出する演算手段を更に備
え、前記制御手段は、前記横方向グリップ力対応値がタイヤ
の能力限界に近づくに連れて前記操舵抵抗力を大きくす
るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の
電動パワーステアリング装置。