JPS61218437A - 路面状況検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
動力舵取装置の動作特性を利用して、自動車のタイヤと
路面との間の摩擦係数即ち、路面状況を検出する装置に
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」ど言
う）を、車速、操舵角、操舵角速度、路面の状態、等の
条件によって変量させ操舵フィーリング、操舵安定性を
向上させている。

特に路面状況は、雨、雪、舗装、砂利道等、天候、環境
、によって変量するものであり、操舵性を向上させるに
は、この路面状況を如何にして的確に検出するかが大き
な問題である。この路面状況は、動力舵取装置のみなら
ず、サスペンションの自動制御、車高の自動制御、前輪
、後輪の制動力分配の自動制御等に於いても重要なパラ
メータであるので、使用し得る路面状況検出装置の開発
が切望されている。

［発明の解決しようとする問題点］ この路面状況を検出するには、レーザによる路面での反
射係数を測定したり、湿度セン１ノーなどの特別な検出
装置を必要とした。本発明は、このにうな欠点を改良す
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
、操舵角、車速を検出することににっで、それらの変量
の相Ｕ関係から、自動車の走行する路面状況を適切且つ
簡便に検出することを目的とする。

［問題点を解決するだめの技術的手段］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。

本発明は、自動車の操舵角を検出する操舵角検出器（２
７）と、 自動車の車速を検出する車速検出器（２６）と、ステア
リングシヤフトに入力されるマニュアル操舵ツノを検出
し、該マニュアル操舵力に応じて電動ＩＩ　（１６）に
負荷電流を流し、補助操舵力を発生させるにうにした電
気式動力舵取装置の具備する電動ＩＩ（１６）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（２
８）と、 基準の路面状態に於ける、車速、操舵角、補助操舵力に
関連に物理量、の３変量（Ｓｌ、Ｓ２゜８３）の関係を
定めた標準設定手段（２４２＞と、前記操舵角検出器（
２７）から操舵角信号θを、前記車速検出器（２６）か
ら車速信号Ｖを、前記検出装置く２８）から補助操舵ノ
コに関連する物理量を示す物理量信＠Ｐを、それぞれ入
力し、そのうち測定された２変間（８１，８２，）を用
いて、前記標準設定手段（２４２＞から、その２変吊（
８１，８２）によって特定される他の変＠（Ｓ３）の基
準値（ＳＤ３）を求め、該基準値（ＳＤ３）とその変量
に対応する他の測定された変量（Ｓ３）との偏差（△）
を求める偏差算出装置＜２４／ｌ）と、 該偏差算出装置（２４４）によって求められた（△）に
応じて、自動車の走行する路面の状態を判定する路面状
態判定装置（２４，６）と、から成る路面状況検出装置
である。

上記記載において、Ｓｌ、Ｓ２，８３は、上記３変量と
任意に対応させたものであって、車速、操舵角、物理量
をその順序で特定したものではない。

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１ｍ１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、Ｔ　ｓ　＝　Ｔ
　ｍ　＋　Ｔ　ａと書ける。又、系の利得Ｇは、Ｇ＝Ｔ
ｓ／Ｔｍと定義でき、マニュアル操舵力Ｔｍに対する電
動機の発生ずる補助操舵力Ｔａの比（電動機の増幅度、
以下単に「増幅度」と言う）をＡとお（）ば、Ｇ＝１＋
Ａと衣用できる。

総合操舵力ＴＳが操舵輪の復元力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ｉｎでは、一般に各種の条件によって
決定され変量する復元力Ｔｒと定常状態で釣り合う総合
トルクＴＳをマニュアル操舵力Ｔｍと電動機の補助操舵
力１’−ａ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量させている。

ここで各種の条件とは、車速Ｖ１操舵角θ、タイヤと路
面との摩擦係数μ（路面状態）、操舵角速度、等である
。そこで特に、車速Ｖ１操舵角θ、摩擦係数μ、に注目
すれば、上記の各操舵力ＴＳ。

”１ｍ、Ｔａ及び、系の利得Ｇ１増幅度Ａは、これらの
関数となる。

一方、自動車の操舵輪の復元力Ｔｒは、■、θ。

μ、操舵角の絶対値の速度ｄｌ　θｌ　／ｄｔが分れば
実験的に求めることができる。今ｄｉ　θｌ　／ｄｔを
無視すればＷ（Ｔｒ、Ｖ、θ、μ）＝０の関係を満たす
。例えば、操舵角の絶対値の速度ｄｌ　θ１／旧が一定
（一定速度の切込み時）車速、摩擦係数がｖＯ１μＯと
、一定の時は、内輪、外輪の復元力は、それぞれ第５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」という）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であるから、Ｕ　（Ｔａ、Ｖ、
θ）＝　・・・・・・（１）の関係が存在する。従って
、Ｔａ、Ｖ、０のうち２変量が定まれば、他の変量は、
摩擦係数μと一意的な関係にあり、−次近似としては、
比例する。

よって、μの偏差Δμは、他の一変１ｉＳ３例えば、操
舵角θの偏差へ〇に比例し、 Δμ＝Ｋ・△θ　　　　・・・・・・（２）となる。基
準の路面状態μ０を決めれば、Ｕ　　（Ｔａ、　　Ｖ、
　　θ　）　　−μ　Ｏ・　　（３）となるＴａ、Ｖ、
θの関係を実験的に定める事ができる。この関係を設定
したのが、標準設定手段□であり、データマツプを記憶
した記憶装置、計算によって求める計算装置等である。

よって、例えば、測定された変１１Ｔａ、Ｖから（３）
式を用いて、基準の路面状態における操舵角θＯが求ま
り、（１）式からその路面状態における操舵角θ（測定
値）が求まる。故に、 Δμ＝μ−μＯ−Ｋ・（θ−θＯ）・・・（４）として
Δμが求まる。上記の理論では、簡単のため操舵角速度
ｄθ／ｄｔを無視したが、このパラメータを加味すれば
、さらに精度が高くなる。このようにΔμを求めるのが
偏差算出装置である。

他の変量Ｓ３を上記では、操舵角θとしたが、これに限
定されることなく、補助操舵力、車速でもよい。さらに
、補助操舵力Ｔａは、これに関連する物理量であっても
良い。

路面状態判定装置は、この偏差に基づいて路面の状態、
例えば、雪、雨、舗装、砂利道等の判定を行なう。

前配電動機の発生する補助操舵力に関連する物理…は、
電動機の発生する補助操舵力Ｔａ（出力１〜ルク）を支
配する吊、即ち・電動機″）負荷電流゛励磁電流、ステ
アリングシャフトに入ツノされるマニュアル操舵力Ｔｍ
　（Ｔａ＝Ａ　−Ｔｍ）等である。

［作用］ 検出装置は、補助操舵力に関連する物理量を検出し、車
速検出装置は車速を検出ｌノ、操舵角検出装置は、操舵
角を検出する。これらのデータは、偏差算出装置へ入力
し、標準設定手段によつて設定された基準の路面状態で
の３変量の関係から、測定された２変間に基づいて、他
の変量の基準値を求め、測定された他の変量との偏差が
求められる。この偏差に基づいて路面状態が判定される
。

その結果は、例えば、動力舵取装置の系の利（り特性。

制ｔｌｌ１．−ユペンションの制御、車高制御、制動制
御に使用することができる。

［実施例］ 以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明ス、。

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、トを示し、
このステアリングシャツ１．１０の一端には操向ハンド
ル１１が取付けられ、他端にはギヤボックス１２に軸承
されたビニオン軸１３が結合されている。ビニオン軸１
３はギヤボックス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１〜等を介して操舵輪に連結されている。

前記ステアリングシャフト１０上には、操向ハンドル１
１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。ステ
アリングシャフト１０には、操舵角検出器２７が配設さ
れており、それは、ステアリングシャフト１０の回転と
共に回転するスリット板２７１と、ホトインタラプタ２
７２と、その出力パルスを計数するカウンタ２７３とか
ら成る。

エンジンの駆動軸（図示路）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Ｆ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、操舵角
検出器２７から操舵角信号θ、電動機１６から負荷電流
ｒｄを入力している。補助力制御装置２４は、車速信＠
Ｖ１操舵角θに応じて増幅度△を変量させ、マニュアル
操舵力’１ｍに依存した補助操舵力Ｔａ　（＝Ａ　−Ｔ
ｍ）を発生させるように負荷電流ｒｄ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
ＥＯ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、操舵角θ、車速Ｖ
１重電機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Δ／Ｄ変換器６
５、ＣＰＵ６０、制御プログラム、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ＲＡＭ６
２、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ｒｄを制御値にコン
トロールするための誤差増幅回路７“４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。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１ｄを、他
の変１８３を操舵角θとしている。第４図のプログラム
は、一定量の操舵角の絶対値の増加（一定量の切込み）
が検出される毎に操舵角検出器２７からの割込みによっ
て実行される。ステップ１００では、マニュアル操舵力
Ｔｍ、操舵角θ、車速ｖ１負荷電流Ｉｄが読込まれる。

ステップ１０２では、負荷電流Ｉｄと、車速Ｖを２変量
として、基準状態の特性、Ｕ（Ｉｄ。

■、θ）−μ０をマツプとして記憶した標準設定手段２
４２を内包するＲＯＭ６３から、基準値θ０がザーヂさ
れる。ステップ１０４では、測定値θと基準値θ０との
偏差△θが計算される。ステップ１０６では、その偏差
が所定値Ｃと比較され、路面の状態が判定される。ここ
で偏差△θは、摩擦係数の基準値からの偏差Δμに対応
しているので、路面の摩擦係数が判別されたことになる
。摩擦係数が基準値よりも大きい時は、ステップ１０８
で、小さい時は、ステップ１１０でそれに対応して増幅
度がＡ２．ＡＩに設定される。そしてステップ１１２で
、求められた電圧ＥＯ倍信号Ｄ／Ａ変換器６４に出力し
、誤差増幅器７４は、電動機１６に印加すべき電圧ＥＯ
に対応した信号Ｍをチョッパ回路２５に出力する。

このようにして、路面状態に適した系の利得が制御され
、最適な操舵フィーリングが得られる。

増幅度が変量した後のステップ１００での負荷電流ｉｄ
の入力値は、基準の増幅度に対応する値に補正される。

［発明の効果］ 以」−述べたように、本発明は、補助操舵力に関連する
物理量、車速、操舵角を検出し、これらのデータの測定
された２変量に基づいて、１ｆｌｆｊの路面状態での３
変量の関係から、他の変量の基準値を求める標準設定手
段を有しており、測定された他の変量との偏差を求める
偏差算出装置、この偏差に基づいて路面状態を判定する
路面判定装置を有したものである。従って自動車の走行
中の路面の状態を迅速且つ簡便に求めることができる。

その結果は、例えば、動力舵取装置の系の利１ｑ特性の
制御、サスペンションの制御、車高制御、制動制御に使
用することができる。

【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Ｕ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、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。 １０・・・ステアリングシャフト １２・・・ギヤボックス　　１３・・・ビニオン軸１４
・・・ラック　　　　　１５・・・トルクセンサ１６・
・・電動機　　　　　２４・・・補助力制御装置２６・
・・車速検出器 特許出願人　　　豊田工機株式会社 代理人　　　　弁理士　大川　宏 同　　　　　弁理士　藤谷　修 同　　　　　弁理士　丸山明夫 第３図 第４図 ＴＡＲＴ ｍ、ｅ、Ｖ、Ｉｄ読跋れ Ｉｄヒｖ１ｚ某っ、 獅珀ｅ○１導出 Δｅ＝０−００ 輔＞　ｃＹｅｓ １凸ｐ 操舵角θ （ｂ） 操舵角θ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）自動車の操舵角を検出する操舵角検出器と、自動
   車の車速を検出する車速検出器と、 　ステアリングシヤフトに入力されるマニュアル操舵力
   を検出し、該マニュアル操舵力に応じて電動機に負荷電
   流を流し、補助操舵力を発生させるようにした電気式動
   力舵取装置の具備する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、 　基準の路面状態に於ける、車速、操舵角、補助操舵力
   に関連する物理量、の３変量の関係を定めた標準設定手
   段と、 　前記操舵角検出器から操舵角信号を、前記車速検出器
   から車速信号を、前記検出装置から補助操舵力に関連す
   る物理量を示す物理量信号を、それぞれ入力し、そのう
   ち測定された２変量を用いて、前記標準設定手段から、
   その２変量によって特定される他の変量の基準値を求め
   、該基準値とその変量に対応する他の測定された変量と
   の偏差を求める偏差算出装置と、 　該偏差算出装置によって求められた偏差に応じて、自
   動車の走行する路面の状態を判定する路面状態判定装置
   と、から成る路面状況検出装置。
2. （２）前記電動機の発生する補助操舵力に関連する物理
   量は、前記電動機に流れる負荷電流であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の路面状況検出装置。
3. （３）前記電動機の発生する補助操舵力に関連する物理
   量は、前記電動機に流れる励磁電流であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の路面状況検出装置。
4. （４）前記電動機の発生する補助操舵力に関連する物理
   量は、前記ステアリングシヤフトに入力されるマニュア
   ル操舵力であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の路面状況検出装置。
5. （５）前記偏差検出装置に於ける、測定された２変量は
   、車速と前記電動機の負荷電流であり、他の測定値と基
   準値との偏差の対象となる前記他の変量は、操舵角であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の路面状
   況検出装置。