JPS62155170A

JPS62155170A - 操舵反力制御装置

Info

Publication number: JPS62155170A
Application number: JP60293025A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 健伊藤; Taketoshi Kawabe; 川辺　武俊
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-10
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: US4830127A; JPH0615340B2

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、車両の旋回運動に対応して、ステアリング
ハンドルの操舵反力を制御するようにした操舵反力制御
装置に関する。

（従来の技術）近年の車両は、ステアリング装置にパワーステアリング
装置を搭載するものが多（なってきている。このパワー
ステアリング装置は、運転者によるステアリングハンド
ルの操舵力に油圧式倍力装置等によってアシストトルク
を付加し、操舵を援助するように働く。

また、パワーステアリング装置には、従来の油圧式パワ
ーステアリング装置の他に、例えば、特開昭５９−６８
２６４号に示されるような、電動式パワーステアリング
装置も提案されている。

この電動式パワーステアリング装置は、第８図に示すよ
うな構成になっている。

ステアリングハンドル１には、第１のステアリングシャ
フト２が接続されており、この第１のステアリングシャ
フト２は、第１のユニバーサルジヨイント番を介して第
２のステアリングシャフト５に接続されている。

第２のステアリングシャフト５には、減速機９を介して
直流サーボモータＤＭが装着されている。

また、第２のステアリングシャフト５には、ステアリン
グハンドルｌに加わるトルク（以下「ハンドル操舵トル
ク」と言う）　Ｔｃを検出する操舵トルクセンサ８が取
付けられている。

上記第２のステアリングシャフト５には、第２のユニバ
ーサルジヨイント６を介して、第８のステアリングシャ
フト７が接続されている。この第８のステアリングシャ
フト７の先端は、ラック・ビニオン式のギヤボックス８
に接続されている。

なお、第１のステアリングシャフト２と第２のステアリ
ングシャフト５の傾きｒｌおよび第２のステアリングシ
ャフト５と第８のステアリングシャフト７の傾きｒは等
しく設定されている。

上記ギヤボックス８は、タイロッド１７に接続されてお
り、タイロッド１７は車輪１２のナックルアーム１６に
接続されている。

そして、コントローラ１０は、操舵トルクセンサ８で検
出されるステアリングツ１ンドル１の操舵トルクの検出
値ＴＯを電気信号として入力し、この操舵トルクの検出
値Ｔ。に対応したアシストトルクＴＡを発生させるよう
に１サ一ボモータＤＭの駆動電流Ｉｐを制御する。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記のような従来のパワーステアリング
装置においては、主として、運転者にとってのステアリ
ングハンドルの操舵力の負担軽減を目的としているため
、車両の旋回運動情報をステアリングハンドルの操舵反
力から得ている運転者にとって、充分に情報が得られな
いという不満感が生じる。

すなわち、一般に運転者は、ステアリングツ・ンドルを
操舵する際に、操舵反力を感じるとともに、ヨーレート
や横加速度等の車両運動状態針の変化を体感し、これら
の感覚に基づいて、運転のしやすさを評価している。

また、運転者は、一般に、中低速域では、車両のヨーレ
ート、高速域では横加速度を重視した運転操作を行って
いる。

このように、運転者は、ヨーレートや横加速度等の旋回
運動情報を必要としているにも拘らず、これらの情報は
、運転者臼らの感覚に依らざるを４ない状態である。

（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。

運動状態量推定手段１００は、所望の運動性能を備える
車両を数学モデル化した車両モデルに基づいて、操舵時
に該車両モデルが呈する運動状態針を少なくとも１つ推
定する。

操舵反力目標値決定手段１０１は、運動状態量推定手段
１００で推定された運動状態量の推定値Ｍ’　Ｋ基づい
て、ステアリングハンドル１０Ｂの操舵反力の目標値Ｆ
を決定する。

操舵反力発生手段１０２は、ステアリングツ・ンドル１
０８に、前記操舵反力の目標値Ｆに等しくなるように、
操舵反力を発生させる。

（作用）本発明は、運動状態量推定手段１００で推定された運動
状態量の推定値Ｍ　に応じて、ステアリングハンドル１
０Ｂの操舵反力を調整することにより、前述したような
、ヨーレートや横加速度等の旋回運動情報をステアリン
グハンドル操作系に発生させることが可能となり、操縦
性の向上を図ることが可能になる。

（実施例）本発明の第１実施例の構成を第２図に示す。なお、同図
において、前記第８図に示した従来例と同一構成部分に
は、同一符号を付して説明は省略する。

本実施例は、ステアリングハンドルｌの操舵反力を、車
両の横加速度αに応じて調整するようにしたものである
。

この操舵反力の調整を司るのは、マイクロコンピュータ
あるいは他の電気回路で構成されたコントローラ８０で
ある。

このコントローラ８１Ｃは、操舵トルクセンサ８で検出
されるステアリングツ・ンドル１の操舵トルクの検出値
Ｔ＋、Ｍの他、第１のステアリングシャフト２に取付ゆ
られた操舵角センサ２１で検出されるステアリングハン
ドルｌの操舵角の検出値θＳと、車速センサ２２で検出
される車速の検出値Ｖが入力されている。

そして、コントローラ３０は、上記の各人力情釉’Ｉ’
Ｃ、θ８．■に基づいて、所定の演算を行うことで、自
軍の横加速度αに応じた操舵反力を発生させるために必
要なサーボモータＤＭの駆動電流工、を出力する。

コントローラ８０は、機能的に示すと第８図に示すよう
な構成になっている。

運動状態ヤ推定部８１は、自車の運動状態をシミュレー
トするための数学モデル（以下「車両モデル」と言う）
を備えており、この車両モデルに、前記操舵角θ８と車
速Ｖを与えたときに車両モデルが呈する横加速度を推定
する。このとき推定された横加速度の推定値α′は、自
軍に実際に発生している横加速度αに相当する値である
。

この運動状態量推定部８１では、以下の演算によって横
加速度推定値α“を求める。

β、　＝　’Ｅｊ−（ｖｙ＋ＬＩＦろ）／Ｖ　　　　・
・・　（３）βＲ−（ＶｙＬＲ↓）／Ｖ　　　　　・・
・　（４）ＣＦ　−ｅＫＦＨβＦ　　　　　　　　　　
・・−（５）ＯＨ−ＫＲ・βＲ・・・　（６） ’（Ｐ　＝　（２ＬＦＯＦ　　２　ＬＲＣＲ）　／　Ｉ
２　　　　・・・　（７）α’　−（２０Ｆ＋２　ａＲ
）／Ｍ　　　　　　・・・　（８）ｖｙ−α−Ｖ・ψ　
　　　　　　　・・・　（９）ここで、 φ：車両モデルのヨーレートｖ二車側モデルのヨー角加速度 ■ｙ＝車両モデルの横方向速度 ■ｙ＝車両モデルの横方向並進加速度ＬＦ：車両モデルの前軸と重心間の距離ＬＲ：車両モデ
ルの後軸と重心間の距離βＦ二二車モモデル前輪横すべ
り角 βＲ：車両モデルの後輪横すべり角ＣＦ：車両モデルの前輪コーナリングフォースＯＲ：　
車両モデルの後輪コーナリングフォースｅＫｙ　：車両
モデルの前輪等価コーナリングパワーＫＲ：車両モデル
の後輪コーナリングパワーエｚ：車両モデルのヨー慣性Ｍ：車両モデルの車体ｌＢシである。

こうして求められた咲加速度推定値α８は、操舵反力目
標値決定部８２へ与えられる。この操舵反力目標値決定
部８２は、与えられた横加速度α７に、予め設定された
比例定数Ｋを乗じて、この値を操舵反力目標値Ｔｃとす
る。すなわち、〒＝　ＫＬ！＊　　　　　　　　　　・
・・　（ｌＯ）である。この比例定数には、予め実験や
計算によって、横加速度と操舵反力との相関が最も適正
となるような値を求めて、この値を上記コントローラ８
０内に設定したものである。

こうして決定された操舵反力目標値Ｔ。は、モータ制＃
部８８へ与えられる。

なお、上記運動状態量推定部８１と操舵反力目標値決定
部ａ２をマイクロコンビエータを用いた演算回路で構成
することも可能であり、この場合には、マイクロコノピ
ュータによって第４図に示すようなフローチャートに従
って、上述の演算を行う。

ステップ４ｚでは、上記運動状態量推定部８１で行われ
る演算を実行し、ステップ４Ｂでは、上記操舵反力目標
値決定部８２で行われる演算を実行する。

モータ制御部３８は、上記操舵反力目標イ１＾゛ｒ。

に操舵トルク検出値Ｔ、が一致するようにサーボモータ
ＤＭの駆動電流ＩＰを制御する。

モータ制御部８８内の電流コントローラ３４は、操舵反
力目標（１１Ｔ。と操舵トルク検出値Ｔ。との偏差Ｔ。

−Ｔｏに所定のゲインＧを乗じて得られた電流目標値〒
Ｐに従って、サーボモータＤＭの駆動電流工、を調整し
ている。

以上の制御によって、ステアリングツ・ンドル１の操航
トルク゛ｒｏは、上記操舵反力目標１１＾Ｔｏに等しく
なるように、サーボモータＩ）Ｍにより内整される。こ
のとき、サーボモータＤＭＫよって第２のステアリング
シャフト５に加えられる付加トルクＴＦは、上記操舵反
力目標値Ｔ。の大きさにより、アシストトルクＴＡを加
減するように働く他、サーボモータＤＭを逆回転させる
ことで、運転者によって操舵されたステアリングハンド
ルｌの回転方向とは逆方向のトルクを発生させるように
動くこともある。

このように、本実施例では、車両モデルを用いて指定し
た口車の横加速度の推定値α　Ｋ比例するようにステア
リングツ・ンドル１の操舵反力、すなわち操舵トルクＴ
Ｏを調整する。

これによって、運転者は、操舵反力の変化から、自軍の
横加速度変化を感知することができるので、運転者にと
って、より正確な車両の旋回運動情報を得ることができ
るようになる。

また、車両モデルを用いて自軍の横加速度を推定によっ
て求めるようにしたことで、旋回過渡運動時（ステアリ
ングハンドル１の操舵角θＳが変化して定常旋回運動あ
るいは直進走行に至るまでの状態を言う）のように、横
加速度の実測が困難な状態でも、横加速度変化を知るこ
とができ、操舵反力の調整が旋回過渡運動時でも不安定
となることがない。

次に、上記第１実施例では、ステアリングツ・ンドルｌ
の操舵反力を、車両の運動状態量のうちのひとつである
横加速度αに応じて調整する例を示したが、本発明は、
さらに、２以上の運動状態量に対応させて操舵反力を調
整することも可能である。その−例として、車両の横加
速度αとヨーレート↓の２つの運動状態量に対応して操
舵反力を調整する例を以下に示す（これを「第２実施例
」とする）。

本実施例の全体構成は、第２図に示した第１実施例の構
成と同一であり、第１実施例と異なるところは、コント
ローラ８０で行われる処理である。

本実施例におけるコントローラ８０を機能的に示すと第
５図に示すような構成になっている。

すなわち、運動状態量推定部８５では、前記第１実施例
における運動状態量推定部８１と同様の自車を数学モデ
ル化した車両モデルを用いて、ステアリングハンドルの
操舵角θＳと車速Ｖに対応する自軍の横加速度とヨーレ
ートを推定し、これらを横加速度推定値α９とヨーレー
ト推定値−として操舵反力目標値決定部８６へ与える。

これらの横加速度推定値α′とヨーレート推定値−は、
前記式（１１〜（９）の演算を行って、式（１１と式（
８）から求められる。

操舵反力目標値決定部８６では、上記横加速度推定値α
”とヨーレート推定値−に対して所定の加重平均を施し
て、操舵反力目標値Ｔｏを決定する。すなわち、＊ＴＯ＝　０Ｈ（Ｖｌ・ｑ　　＋０２（Ｖｌ・ａ　　　　
　　・・・（１１）なる演算によってＴ。を求める。

ここで、Ｃ１（Ｖ）　、　０２ＣＶ）ハ、重み係数テア
リ、ａ　（ｖ）＋ｃ２（ｖ）−ｔの関係を有している。

また、これらの重み係数ｃ１（Ｖ）　ｌ　Ｃｇ（Ｖ）は
、車速Ｖの関数となっており、例えば、第７図に示すよ
うな関係を有する。

モータ制御部８Ｂは、前記第１実施例におけるモータ制
御部８Ｂと同一であり、操舵反力目標値ＴｏＫ操舵トル
ク検出ｋＴｏが一致するように、サーボモータＤＭの駆
動電流ＩＰを制御する。

このような制御により、本実施例では、操舵反力、すな
わち操舵トルクＴｃを、車両の横加速度αとヨーレート
↓に対応して調整することができる。しかも、操舵反力
と横加速度αおよびヨーレート↓の相関を重み付けによ
って調整しているので、横加速度αと操舵反力の相関を
を重視したり、あるいはヨーレート↓と操舵反力の相関
を重視したりすることが可能である。

例えば、上記の第７図に示したような車速Ｖとの相関を
持つ重み係数を用いれば、低速走行時には、操舵反力と
ヨーレートの相関を重視した制御を行い、高速走行時に
は、操舵反力と横加速度との相関を重視した制御を行う
ことができる。すなわち、車速の高低によって運転者が
要求する旋回運動情報を重視した操舵反力制御が行える
。

なお、上記各実施例では、本発明を電動式パワーステア
リング搭載車に適用した例を示したが、この他に、油圧
式パワーステアリング搭載車にも同様に適用できるし、
パワーステアリング装置を搭載しない車両や、ステア・
パイ・ワイヤ式の車両でも適用できる。

イμし、パワーステアリング装置を搭載しない車両やス
テア・パイ・ワイヤ式の車両の場合には、ステアリング
シャフトに、上記実施例で示したサーボモータＤＭを装
着させたり、あるいは、ブレーキ装置によってステアリ
ングシャフトに回転制動力を与える等の方法で、操舵反
力を発生させる装置を付加する必要がある。

（発明の効果）以上計則に説明したように、本発明は、車両運動を推定
する車両モデルを用いて、操舵時に該車両モデルが呈す
る運動状態量を少なくとも１つ推定するとともに、この
運動状態量の推定値に対応してステアリングハンドルの
操舵反力をｆＡ整するようにしたことによって、ヨーレ
ートや横加速度等の旋回運動情報をステアリングハンド
ル操作系に発生させることが可能となり、操縦性を向上
させることが可能になる。

また、上記車両モデルを用いて車両の運動状態量を推定
によって求めるようＫしたことで、当該運動状態量を実
測する場合に比べて、安定した誤差の少−ない運動状態
量を得ることができる。特に車両の旋回過渡運動時には
、前記運動状態量を実測することが困難なため、本発明
のように車両モデルを用いることは効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の第１実施例の構成図、第８因は第２図
中のコントローラの構成を示すブロック線図、第４図は同コントローラをマイクロコンピュータを用い
て構成したときに実行される処理を示すフローチャート
、第５図は本発明の第２実施例におけるコントローラの構
成を示すブロック線図、第６図は同コントローラをマイクロコンピュータを用い
て構成した場合に実行される処理を示すフローチャート
、第７図は同笑施例で用いられるｌみ係数と車速の関係を
示す図、第８図は従来の電動式パワーステアリング装置の構成図
である。１００・・・運動状態ψ推定手段ｉｌｌ・・・操舵反力目標値決定手段１０２・・・操舵反力発生手段１０８・・・ステアリングシャフト・・ステアリングハンドル２・・・第１のステアリングシャフト５・・・第２のステアリングシャフト８・・・操舵トルクセンサ　９・・・減速器２１・・・
操舵角センサ　　　２２・・・車速センサ８０・・・コ
ントローラ８１　、８５・・・運動状態量推定部Ｈ，８６・・・操舵反力目標値決定部８８・・・モータ制御部Ｔｏ・・・操舵トルク　　　　θＳ・・・操舵角Ｉｐ・
・・駆動電流　　　　　Ｖ・・・車速α札・・横加速度
推定値　　−・・・ヨーレート推定（＋１Ｔｏ・・・操
舵反力目標値Ｃ（Ｖｌ　、　０２（Ｖ）−ｋｌ　ミ係数特許出願人　
日産自動車株式会社第１図第２図第３図Ｃ第４図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】１、所望の運動性能を備える車両を数学モデル化した車
両モデルに基づいて、操舵時に該車両モデルが呈する運
動状態量を少なくとも１つ推定する運動状態量推定手段
と、該運動状態量推定手段によって推定された運動状態量の
推定値に基いて、ステアリングハンドルの操舵反力の目
標値を決定する操舵反力目標値決定手段と、前記ステアリングハンドルに、前記操舵反力の目標値に
等しくなるように、操舵反力を発生させる操舵反力発生
手段とを具備することを特徴とする操舵反力制御装置。２、前記運動状態量推定手段は、複数の運動状態量を推
定するとともに、前記操舵反力目標値決定手段は、前記
複数の運動状態量の推定値に、所定の加重平均を施して
操舵反力の目標値を決定することを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の操舵反力制御装置。