JPS61232963A - ステアリングギア比制御装置 - 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） この発明は、ステアリングギア比を可変制御することで
、操舵特性を自在に制御できるようにしたステアリング
ギア比制御装置に関する。

（従来の技？１ｆ） 一般的な車両においては、ステアリングギア比には、Ｈ
＝２０前後に設定されており、Ｕ　Ｓ　−Ｏ８特性（Ｕ
Ｓはアンダーステア、ｏＳはオーバーステアの略称、以
下同じ）の指標となるスタビリテイファクタムは、Ａ　
＝　０．００１ＮＯ，００２程度（弱アンダーステア特
性）に設定されている。このような設定がなされた車両
の車速に対する定常操舵ゲイン変化を第１２図に示す。

同図中の破線ムで示す特性がＮ＝２０、Ａ　＝　０．０
０１のとき、同じく破１１Ｂｒ示す特性がＮ＝２０、Ａ
　＝　０．００２１７）ときである。ここで、定常操舵
ゲインは、（定常ヨーレート／操舵角）で表わされる変
数である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のように、ステアリングギア比Ｎを
一定とし、弱アンダーステア特性に設定された従来の車
両にあっては、高速域（約１００ｋＶ′に１以上）では
、ステアリングハンドルの操舵角に対するヨーイング運
動や並進運動の応答（以下、「操舵応答」と言う）特性
が振動的になり、急峻にハンドルを切ると車体がふらつ
き、進行方向が定まらなくなる。

また、中低速域（５０〜６０７ｍ／ｈ以下）では、旋回
動作を機敏とするために、定常操舵ゲインは高い方が好
ましい。

すなわち、理想的な定常操舵ゲインの変化特性は、第１
２図中の実線Ｏで示すような特性（例えば、Ｎ＝　１０
、Ａ＝０．００５　）である。

ところで１この理想特性Ｃを従来車両で実現しようとす
ると、種々の困難が生じる。

すなわち、先ず、ステアリングギア比Ｎを従来車両の半
分のＮ＝１０にすると、ステアリングハンドルの操作が
重くなる。ただし、これは、近年−膜化したパワーステ
アリング装置を用いることでステアリングハンドルの操
作が重くなることを解消することが可能である。

しかし、スタビリテイ７アクタＡを０．００５として車
両のＵＳ−Ｏ８特性をアンダーステア側にチューニング
するには、以下のような手段が通常考えられるが、各々
問題を有している。

第１に、車体の前荷重を大として、タイヤの荷重依存性
（非ｌｌ形性）を利用する手段を用いることが考えられ
るが、これは限界性能の低下を招き〜好ましくない。

第２に、ステアリング剛性を低下させ、フロント等価コ
ーナリングパワーを下げることが考えられるが、これは
、ステアリングハンドルの操舵感覚が緩慢となり、やは
り好ましくない。

第８に、リア等価コーナリングパワーを上げる手段が考
えられる（代表的なものとして、リア・四−ル・アンダ
ーステア特注がある）が、これは、車両のジオメトリ−
変化を利用するので、設計の自由度が減少し、また、構
造的にも限界がある。

さらに、高速での車体の挙動が振動的となり、制、励時
や駆動時のトー変化が大となって、やはり、車体の挙動
が不安定になる。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、第１図に示す
手段を備える〇 定常操舵ゲイン目標値設定手段１０１は、予め設定され
た目標とする操舵特性に従って、車速検出手段１００で
検出される車速Ｖに対応する定常操舵ゲイン目標値Ｇを
設定する。

ステアリングギア比目標値演算手段１０２は、前記定常
操舵ゲイン目標値Ｇに対応するステアリングギア比の目
標値Ｎを、自車（本発明装置搭載車）の車両諸元を用い
た演算により求める。

ステアリングギア比可変機９１０３は、自車のステアリ
ングギアにおける実際のステアリングギア比を前記ステ
アリングギア比目標値Ｎに設定するＯ （作用） 定常操舵ゲイン目標値設定手段１０１で求められた車速
Ｖに対応する定常操舵ゲイン目標値Ｇは、例えば、第１
２図に示した理想特性のように、自車で実現させようと
する目標操舵特性上の定常操舵ゲインであり、この定常
操舵ゲイン目標値Ｇを実現するためのステアリングギア
比の目標値Ｎが求められ、実際のステアリングギア比が
可変設定される。

すなわち、自車のステアリングギア比を制御することで
、定常操舵ゲイン特性を自在に制御することができる〇 （実施例） 本発明の第１実施例の構成ご第２図に示す。

演算処理装置ｌｌは、マイクロコンピュータあるいは他
の電気回路によって構成されており、車速センサ２で検
出される車速Ｖを入力して所定の演算を行い、ステアリ
ングギア比目標値Ｎを算出して出力する。

パワーステアリングフントローラ８は、前輪６゜７の転
舵を行うパワーステアリング装置５の作動油圧を制御す
ることで、ステアリングギア比Ｎを可変設定するもので
、演算処理装置１から供給されるステアリングギア比目
標値Ｎの大小に対応して、上記作動油圧を大小変化させ
る。すなわち、ステアリングハンドル４の操舵角θ８が
同一でも１上記ステアリングギア比目標値Ｎが大きい程
、前輪６，７の実舵角δＦが大となるように制御される
。

なお、パワーステアリング装置の油圧制御を行う技術の
一例としては、実開昭５９−２４６６５号に示される装
置がある。

後輪８，９については、従来車両と同様に、プ四ベラシ
ャフト１０を介して伝達されるエンジン出力によって駆
動される非操舵駆動輪となっている。なお、前輪駆動車
の場合には、後輪８．９は、単なる非操舵輪である。

第８図は、上記演算処理装置１をマイクワコンピュータ
を用いて構成した場合に、この演算処理装置ｌで実行さ
れる処理を示すフローチャートである。

ステップ１１では、前記車速センサ２で検出される車速
Ｖが読込まれ、次のステップ１２の処理によって、前記
読込んだ車速Ｖに対応する定常操東ゲイン（本実施例で
は、定常ヨーレートゲインを用いる）の目標値Ｇが求め
られる。

このＧは、以下の式（１）によって求められる。

ここで、Ａ□　ｅ　Ｎ□　ｅ　Ｌｏは、目標とする操舵
特性を備える車両を想定した場合において、この想定し
た車両が備えるスタビリテイ７アクタム。と、ステアリ
ングギア比ＮＯ１およびホイールベースＬ０である。

上記目標とする操舵特性を、１Ｅ１２図の理想特性Ｏと
すれば、ム。＝　０．００５、Ｎ０＝　Ｉ　Ｑであり、
Ｌｏとして例えば２．６が設定される。これらの値は、
予めメモリ内に記憶されており、上記ステップ１２の処
理を実行する際に読み出される。

なお、上記定常ヨーレートゲイン目標値Ｇが式（１）で
表わされる理自を次に述べる。

一般に、定常ヨーレー）　９）　０Ｏｎ１３ｔは、ステ
アリングハンドルの操舵角θ８に比例して変化し、の関
係がある。ここで、Ａ工はスタビリテイ７アクタ、）１
１はステアリングギア比、Ｌｘはホイールベースである
。

従って、右辺の０８を変数とした場合の係数が定常ヨー
レートゲインであり１、前記（１）式が求められる。

次に、ステップ１３の処理では、上記定常ヨーレートゲ
インＧＦ自車（本実施例搭載車）で実現するための自車
におけるステアリングギア比の目標値Ｎを求める演算が
行われる０この演算は次の式（３）によって求められる
。

ｘ ここで、 Ｘ＝　（ｉ＋ＡＢＡ３ＥＶ　　）　Ｎ ＬＫｓ であり、さらに である。また、ここで用いる自車車両諸元は、ＫＦ：自
車の前輪コーナリングパワー ＫＲ：自車の後輪コーナリングパワー Ｌ　：自車のホイールベース ＬＦ：自車の前軸と重心間の距離 ＬＲ，を自車の後軸と重心間の距離 Ｍ　：自車の車体質量 ξ　：自車のトレール（キャスターニューマチツクンに
８：自車のステアリング剛性 である＠ なお、上記式（８）は、次のようにして導かれる。

車両のスタビリテイファクタＡは、フロント等価コーナ
リングパワーをｅＫＦとすると、２Ｌ”　　　ｅＫｙ−
Ｋｌ 、で表わされる。

ここで、 であるから、（５）式を（４）式に代入して、が得られ
、右辺の第１項がＡＢムｓＥであるＯところで、前記（
２）式から定常ヨーレートゲイン（これをｒＧＪとする
）は、 Ｇ　＝ θ８ ここで、自車についての関係に書替えると１、となり、
さらに、自車で上記定常目−レートゲイを代入して変形
すると、 となる。この式（９）の両辺にＮ３を掛け、さらに、前
記式（６）を代入すると、 Ｇ・Ｌ すなわち１ ＸＩ　　−ＹＮ＋Ｚ＝０　　　　　　　・（１１）と表
わせる。

従って、式（１１）からＮを求めると、Ａｘ となり、Ｎ〉０であるから ｘ ガ得られる０この（１２）式で求められるステアリング
ギア比Ｎが、上記定常ヨーレートゲイン目標値Ｇを自車
で実現するための自車のステアリングギア比である。

こうして求められたステアリングギア比目標値ｉは、ス
テップ１４の処理によって、パワーステアリングコント
ローラ８へ出力される。これにより、パワーステアリン
グ装ｆ５の作動油圧が可変制御されて、自車の実際のス
テアリングギア比Ｎが上記ステアリングギア比目標値Ｎ
に等しくなるように制御される。

このように、本実施例は、所定周期で上記第８図に示す
処理を実行し、その都度、その時点の車速ｖ　ニオｉｔ
　６定常ヨーレートゲイン目標値Ｇを実現するように自
車のステアリングギア比Ｎを制御することで、自車は恰
も、第１２図の理想特性Ｃを有する車両のような操舵応
答性能を呈することになる。

なお、上記理想特性Ｏは、自由に設定することができ、
車種によって必要とされる特性を想定することか可能で
ある。この場合には、上記式（，１）で用いる想定車両
のスタビリテイファクタＡ０、ステアリングギア比Ｎ□
　、ホイールベースＬ０を理想特性に対応して変更すれ
ば良い。ム。を変えることで、定常ヨーレートゲインの
車速依存性を変化させることができ、またＮｏを変える
ことで全域に亘る定常ヨーレートゲインを変えることが
できる。

次に、本発明の第２実施例の構成を第４図に示すＯ 本実施例における演算処理装置２１は、前記第１実、施
例における演算処理装置１で行われる処理に加えて、実
際の自車の運動変数、をフィードバックして自車車両諸
元を補正することにより、路面状態変化やタイヤの消耗
等による運動特性変化を補償するための処理を行う。

本実施例装置は、第２図に示した第１実施例の構成に加
えて、ステアリングハンドル４の操舵角θ８を検出する
ハンドル操舵角センサ１１と、車体重心に配置されて自
車のヨーレートψを検出するヨーレートセンサ１２と、
前輪車軸中央部に取付４すられて自車の前輪横加速αＦ
を検出する加速度センサ１３と、後輪車軸中央部に取付
けられて自車の後輪横加速度αＲを検出する加速度セン
サ１４とを備えている。

第５図１第７図〜第１１図は、上記演算処理装置２１で
実行される処理を示すフローチャートであり、以下、こ
れらのフローチャートの説明とともに、本実施例の動作
を説明する。

第５図に示す操舵状態判別処理は、ハンドル操舵角θ８
を所定周期Δを毎に読込んで、このθ８の変化によって
車両が直進中であるか、旋回動作が開始されたか、旋回
動作開始から定常旋回運動に入るまでの過渡連動中であ
るかを判別する。そして、直進中であれば直進フラグＦ
０をセットし、旋回動作開始であれば直進終了フラグＦ
、をセットし、過渡運動中であれば過渡フラグＦ、をセ
ットする。

例えば、ハンドル操舵角θ８が第６図に示すように変化
した場合、初期状態では、各フラグ２０〜Ｆ８が全てリ
セットされているものとすると、Δを毎に０８が読込ま
れ、ステップ２０８の処理によって１θ８１が直進走行
範囲θ、にあるか否かを判・別しく１θ８１が中立位置
（θ８＝０）の前後で微変動している場合には、操舵が
なされていないことになり、車両は直進走行状態にある
）、１θ　ｌくθ、の判定がｍ回行なわれたときに、直
進走行中であると判定して直進７ラグＦ工をセットする
（ステップ２０９）。第６図中では時点ｔ　において２
０のセットがなされる。

その後、ステアリングハンドルの操舵がなされ１１０１
が０１を越えると、ステップ２０６の判定゛がＹＫＳと
なって、直進終了フラグＦ、のセットがなされる（ステ
ップ２０７）。これにより、操舵が開始されたことが記
憶される。８６図中では時点ｔ、においてＦ、のセット
が行われる。

そして、時間Δを間のθ　の変化量Δθ８の絶対値１５
１Δθ８１の値が所定値θ、よりも大であるか否かを判
別しくステップ２０２）、ＩΔθｓＩ＞θ、であれば、
過渡運動中であると判定して過渡フラグＦ８をセットす
る（ステップ２０８）。第６図中では時点ｔ。

においてＦ８がセットされる。

第７図に示す定常旋回運動判舅処理は、２つの加速度セ
ンサ６．７で検出される前輪横加速度αＦと後輪横加速
度αＲと、ヨーレートセンサ８で検出されるヨーレート
÷と、車速センサδで検出される車速に基づいて、車両
２０が定常旋回運動中であるか否かを判別する（ステッ
プ２１１，２１２）。

そして、定常旋回運動中であると判別したときには、定
常フラグＦ、をセットしくステップ２１８入その旨を記
憶する。また、定常旋回運動中でないと判定した場合に
は定常フラグＦ、をリセットする（ステップ２１４）。

第８図に示す連動状態量実際値検出処理は、自車におけ
るヨーレートの実際値ψ。と、同じく自車におけるヨー
角加速度の実際値°Ｊｍ　　を求める処理である。

過渡フラグＦ、がセットされているときは、ヨー角加速
度実際値ψｍをαＦ、α、から求める（ステップ２２８
）。この蔓。は次式によって算出される０、　　αＦ−
αＲ ９ｍ０□　　　　　　　　　　　　　・・・（１８）！ 、ここで、ｌは、車両のトレールである。

ヨー角加速度は、過渡運動時に主として変化し、かつ、
上記のように前輪横加速度αＦと後輪横加速度αＲを検
出して、簡単な演算を行うことで、殆んど誤差なく求め
ることができるので、求められたヨー角加速度実際値￥
。は・極めて実際のヨー角加速度に近い値となる。

また、定常フラグＦ４がセットされているときには、ヨ
ーレートセンサ８で検出されるヨーレートψをそのまま
、ヨーレート実際値−６とする（ステップ２２５　）。

第９図に示す運動状態推定処理は、ハンドル操舵角θ６
と車速Ｖとに対応する運動状態量を予め設定された車両
モデルに関する演算から求める。

車両モデルは、自車（本実施例装置搭載車）の車両諸元
と運動方程式によって設定されたシミュレーシ旨ンモデ
ルであり、変数としてハンドル操舵角θ　と車速Ｖを与
えることにより、これらθ８とＶに対応する運動状態量
が推定できる。

上記運動状態量の推定値には、ヨーレートの推定値÷と
ヨー角加速度の推定値Ｖとが含まれている（ステップ２
８８）ａ また、運動状態量の推定値の精度を向上させるために、
後述する比較・補正処理で補正された前輪コーナリング
パワーＫＦと後輪コーナリングバフ　−ＫＲオよび後述
するステアリングギア比制御処理で求められたステアリ
ングギア比目標値Ｎを車両モデルの車両諸元として用い
る（ステップ２Ｂ２）。

第１０図（４）、ａ３）に示す比較・補正処理は、定常
フラグＦ　と過渡フラグＦ、の何れがセットされている
かによって、ステップ２４１〜２４８の処理とステップ
２５１〜２５８の処理の何れか一方を実行する。

例えば、車両が過渡運動中であれば、前記操舵状態判別
処理（第５図に示した処理）において過渡フラグＦ８が
セットされている（定常フラグ？。

はリセットされている）ため１．ステップ２５１〜２５
８の処理が、１度の過渡運動状態に付き１回の割合で実
行される＠ 車両が直進走行状態から旋回運動に移ると１旋回開始直
後には、前輪にのみコーナリングフォースが発生し、こ
れがヨー角加速度を生じさせる。

そして、前輪コーナリングフォースが大きい程、同一操
舵角θ８におけるヨー角加速度の発生が大となる特徴が
ある〇 そこで、ヨー角加速度実際値“φ□とヨー角加速度推定
値ゲとの比較を行って、この比較結果に基づいて車両モ
デルの過渡特性を補正する。

すなわち、ｌ”ｉｌ＞Ｉ″７′Ｉ１１であれば車両モデ
ルの前輪コーナリングパワーに！を減じ（ステップ２５
７）、逆に１°？　Ｉ＜ｌ；！ｎ１であればＫｙ　ｆ増
加させる（ステップ２５８）。このとき、後輪コーナリ
ングパワーＫＲもＫＦと同様に増減させることによって
、車両モデルの定常ＵＳ−Ｏ８特性には影響を及ぼさず
に過渡特性のみを補正できる。

ここでｌ”ＵＳＪはアンダーステア、ｒＱＳＪはオーバ
ステアを意味する。

なお、ステップ２５８．２５１５．２５６の処理、は、
判断の確実性を高めるための処理であり、ステップ２５
８は、°ケとψの偏差が所定値ｉ嬰以上であるか否かに
よって補正を必要とするか否かを判断する処理であり、
ステップ２５５およびステップ２５６は、ステップ２５
４の判定が連続してｎ回ＹＥＳあるいはＮＯとなること
を判別して、補正の必要性を判断する。

他方、車両が定常旋回運動中であれば、前記定常旋回運
動判別処理（第５図に示す処理）において定常フラグＦ
、がセットされている（過渡フラグＦ８はリセットされ
ている）ため、ステップ２４１〜２４８の処理が実行さ
れる。

定常旋回連動時に問題となるのは、定常ＵＳ−Ｏ８特性
であり、ヨーレート実際値ψ。とヨーレーτ ト推定値ψの比較を行って、この結果に基づいて定常ｕ
ｓ−ｏｓ特性を補正する。

＋ｔｐ＋＜＋φ。１のときは、旋回時、車両モデルでは
前輪が外側に滑っていると判断している為前輪コーナリ
ングパワーＫＦを増加させ、後輪フーナリングパワーＫ
Ｒを減少させる（ステップ２４８）。

・これにより、車両モデルの定常ｔｒｓ−ｏｓ特性はオ
ーバーステア方向に補正される。

また、Ｉｊｌ＞Ｉｖ　　ｌのときには、旋回時、車両モ
デルでは後輪が外側に滑っていると判断している為前輪
コーナリングパワーに、を減少させ、後輪コーナリング
フォースーを増加させる（ステップ２４７）。これによ
り、車両モデルの定常ＵＳ−Ｏ８特性はアンダーステア
方向に補正される。

これは、スタビリテイファクタＡが、 のように定−され、このスタビリテイ７アクタＡが正に
大なほどアンダーステア傾向が強くなる。

従って、上記（１４）式の分子（ＬｙＫｙ　−ＬＲＫＲ
）を変えることで定常ＵＳ−Ｏ８特性が変えられること
が判る。

ここで、Ｍ　、　Ｌ　、　Ｉ７−　Ｌ’Ｂは、前述した
ように、Ｍ：車両の質量 Ｌ：ホイールベース ＬＦ：前軸と重心間の距離 ＬＲｚ後軸と重心間の距離 である〇 なお、ステップ２４３，２４５，２４６の処理は、前記
ステップ２５８．ｆｆ１５５，２５８と同様に判断の確
実性を高めるための処理である。

そして、第１１図に示すステアリングギア比制御処理は
、前記第１実施例において行われる処理（＠８図に示し
た処理）と同様に、その時点での車速Ｖから定常ヨーレ
ートゲイン目標値Ｇを算出して、この定常ヨーレートゲ
イン目標値Ｇを自車で実現するためのステアリングギア
比目標値Ｎを演算する。なお、第１１図中において、第
８図中の処理と同一処理を行うステップには同一符号を
付しである。

ここで、本実施例では、前記第１実施例とは異なり、ス
テアリングギア比目標値Ｎを算出する際に用いる自車車
両諸元のうち、前、後輪コーナリングパワーに、　、　
ＫＲとして、前記比較・補正処理によって補正された後
のＫＦ　、　ＫＲを用いる（ステップ２６０）。

これにより１求められるステアリングギア比目標値Ｎは
、路面状態変化等による自車の運動特性変化を補償した
ものとなり、目標とする操舵特性の実現精度が常に安定
して得られることになる。

なお、上記各実施例において行われる演算処理のうち、
定常ヨーレート目標値Ｇあるいはステアリングギア比目
標値■の演算は、その都度式（１）。

（８）の演算を行う方式の他に、予め、石の場合は車速
Ｖに対して、Ｎの場合はＧに対して、求めておいた値を
データテーブルとして設定しておき、テ１−プル・ルッ
クアップ処理によって適正な値を求めるようにしても良
い。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、予め設定された
目標とする操舵特性を、ステアリングギ■５ア比を制御
することで自車で実現することが可能になる。

これにより、例えば従来車両では不可能な操舵特性をも
自車で保持Ｔることかでき、車両の運動性能を自在に制
御することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図１ 第２図は本発明のｔａ１実施例の構成図１第８図は第２
図中の演算処理装置で実行される処理を示すフルーチャ
ート、 第４図は本発明の第２実施例の構成図１第５図は第２実
施例における演算処理装置で実行される処理の一部を示
すフローチャート、−第６図は第５図に示す処理中の新
刊動作をステアリングハンドルの操舵角変化に関連させ
て示すタイミングチャート、 第７図〜第１１図は第２実施例における演算処理装置で
実行される処理の一部を示すフローチャート、 第１２図は従来車両の操舵特性と理想の操舵特性とを比
較して示す特性図である。 １００・・・車速検出手段 １０１・・・定常操舵ゲイン目標値設定手段１０２・・
・ステアリングギア比目標値演算手段１０３・・・ステ
アリングギア比’５Ｔ変ｔｌＡ構１．２１・・・演算処
理装置　　２・・・車速センサ８・・・パワーステアリ
ングコントローラ（ステアリングギア比可変機構） ４・・・ステアリングハンドル ５・・・パマーステアリング装置 ６．７・・・前輪　　　　　　８，９・・・後輪ｖ・・
・車速 Ｇ・・、定常ヨーレートゲイン目標値（定常操舵ゲイン
目標値）　・ Ｎ・・・ステアリングギア比目標値 第１図 第４図 第５図 第６図 第８図 第１Ｏ図 （Ａ） 第ｗ図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車速を検出する車速検出手段と、 予め設定された目標とする操舵特性に従つて前記車速に
   対応する定常操舵ゲインの目標値を設定する定常操舵ゲ
   イン目標値設定手段と、 前記定常操舵ゲイン目標値に対応するステアリングギア
   比の目標値を自車の車両諸元を用いた演算により求める
   ステアリングギア比目標値演算手段と、 自車の実際のステアリングギア比を前記演算により求め
   られたステアリングギア比目標値に設定するステアリン
   グギア比可変機構とを具備することを特徴とするステア
   リングギア比制御装置。 ２、前記ステアリングギア比目標値演算手段で用いられ
   る自車の車両諸元には、ステアリングギア比変化に伴つ
   て変化する自車のフロント等価コーナリングパワーを含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のステ
   アリングギア比制御装置。