JPS61220967A

JPS61220967A - 電気式動力舵取装置

Info

Publication number: JPS61220967A
Application number: JP60062960A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Hayashi; 正明林; Shigeo Iwashita; 岩下　成夫
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1986-10-01
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH0678068B2

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Ｕ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１ノる抗力、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
向く切込み、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東に行なえる。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ｔＩＩＩ
ＩＮ＋シ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＠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１ｏ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ｉ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２２００と、が
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
理量を検出する検出器Ｍ２８と、前記車速検出器２６に
よって検出された車速及び、前記検出装置２８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
する前記電動機１６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２２と、がら成る電気式
動力舵取装置である。

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＋Ｔ
ａと１ける。又、系の利得ＧＧ、ｔ、Ｇ−１°６／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。

電気式の動力舵取装置では、一般に８梗の条件によって
決定され変化する復元力Ｔｒと定常状態で釣り合う総合
操舵カフ’ｓ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■、操舵角の絶対値１θ１
　（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ｄ１θ１／ｄｔ（中立点に対して対称
であるので単に［操舵角速度ｄθ／ｄｔＪと表す）、等
である。従って、Ｔｓ、Ｔｍ、ｔａ及び、系の利ＩＧ、
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、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）−〇の関係
を満たす。例えば、車速、＊＊係数、操舵角速度が■０
１μ０、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Ｔ
ｓ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
回転しているときく定常状態）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（
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＆ｌＪ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
支配する吊、即ち、電動機の負荷電流、励磁電流、ステ
アリングシャフトに入力されるマニュアル操舵力Ｔｍ　
（Ｔａ＝Ａ　−Ｔｍ）等である。

［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１ｏ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
たビニオン軸１３が結合されている。ビニオン軸１３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、ボールジヨ
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ｌ！１７を介して連結されている。

エンジンの駆動軸（図示略）に結合した発ｉｆ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ｖ１１電動
１６から負荷電流１（１を入力している。補助力制御装
置２４は、車速信号ｖ１負荷電流［ｄ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１ｄ
を制御する信＠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図は補助カーＪａｌｌ装置ｅｌ１２４の詳しい構成
を示したブロックダイヤグラムである。

補助力側ａｌｌ装ｆｆ１２４は、主に計棹機システムに
より構成されている。マニュアル操舵力Ｔ　ｍ　、車速
Ｖ１電動ｅｌ１１６の負荷電流１ｄ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、ＣＰＬＩ６０、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［
ｄ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、低重速度、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１ｄ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■と、負荷電流１ｄ１マニユアル
操舵力Ｔｍとが読込まれる。ステップ１０２で車速Ｖが
所定１ｉＩＣと比較され、低速の場合には、ステップ１
０４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Ａ
２に設定されているので、ステップ１００．１０２．１
０４．１０５．１０６．１１４．１１０．１１２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１
０４でＹＥＳと判定され、増幅度は、初期値として、基
準１ｍＡ２に設定されているので、ステップ１０５でＮ
ｏと判断され、ステップ１０６でＹＥＳと判定され、ス
テップ１０８で増幅度ＡがＡ２より大きなＡ３に設定さ
れる。ステップ１１０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ＥＯ
が算出され、ステップ１１２でその旨のＥＯ他信号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０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に設定され続ける。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、より清らか
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１ｄは、１２よりも小さくなり、ステップ１０
４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＃機の
増幅度がＡ２になり、その結果、負荷電流Ｉｄは、減少
し増幅度曲線Ｘ線上の点ずに至る。

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１
００でデータが人力され、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１ｉ！ｉＡ２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Ｏ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の増幅度面ＪＩＸに沿って点Ｐまで
移動する。すると負荷電流１ｄは、■３よりも大きくな
り、ステップ１２０でＹＥＳと判定され、ステップ１２
２で１１準増幅［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２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１
２６．１１０．１１２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１
２４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Ｏ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
操舵りの特性を第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、曲線り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■を
検出する検出ｖｔ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、路面状態に対応した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ａＡｍ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ｉｌＪ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＄１１１１１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・・・ビニオン軸１４
・・・ラック　　　　　１５・・・トルクセンサ１６・
・・電動１ａ　　　　　　２４・・・補助力制ｔＩＩｌ
装置２６・・・車速検出器特許出願人　　　　豊田工機株式会社第５図ｉｄ　　　　　　（ｂ　）

Claims

【特許請求の範囲】

（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つ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
生させる制御を行なう制御装置と、から成る電気式動力
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を検出する
検出装置と、前記車速検出器によつて検出された車速及
び、前記検出装置によつ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前記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
、から成る電気式動力舵取装置。
（２）前記増幅度制御装置は、前記車速の大きさを判定
する車速判定部と、前記物理量の大きさを判定する物理
量判定部とを有し、前記車速判定部によつて前記車速が高速と判定され、前
記物理量判定部によつて前記物理量が所定値より大きく
なる範囲に存在すると判定された時は、前記増幅度を低
下させ、前記車速判定部によつて前記車速が低速と判定され、前
記物理量判定部によつて前記物理量が所定値より大きく
なる範囲に存在すると判定された時は、前記増幅度を増
大させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
電気式動力舵取装置。
（３）前記電動機の発生する補助操舵力の関連する物理
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項記載の電気式動力舵取装置。
（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項記載の電気式動力舵取装置。
（５）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ャ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
記載の電気式動力舵取装置。