JPS62184970A - 車両用操舵系制御装置 - 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、ステアリングハンドルの操舵反力とステア
リングギア比を相互に関連を持たせて可変制御すること
で、操舵特性の適正な制御を行うようにした区画用操舵
系“制御装置に関する。

（従来の技術） 近年の東両は、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くなって来ている。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
ルの操舵力に油圧弐培力装置等によってアシストトルク
を付加し、操舵な援助するように働く。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のパワーステアリング装置は、主と
して、運転者にとってのステアリングツ・ンドルの操舵
力の負担軽減を目的としているため、ステアリングハン
ドルの操舵反力と区画運動状態債の変化とは無関係にな
っているものが一般的であり、せいぜい車速の高低に応
じて可変させるものが提案されている程度である。

ところが、運転者は、ステアリングハンドルを操舵する
際に、操舵反力を感じるとともに、ヨーレートや咲加速
度等の車両運動状態量の変化を体感し、これらの感覚に
基づいて、操舵力を調節している。

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
、運転者自らの感覚に依らざるを得ない。

そこで、操舵反力を上記亀岡運動状態敵の変化に応じて
調整し、ステアリングツ・ンドルを介して運転者に正確
な旋回運動情報を提供することが考えられる。

ここで、本願出願人は、先に、特願昭６０−７８８８９
号において、予め設定された操舵特性を自軍の操舵特性
として実現するために、目標とする操舵ゲインを決定し
、この操舵ゲインの目標値に対応してステアリングギア
比を調整する装置ｆを提案しており、この装置に上記の
操舵反力の調整機能を付加しようとしてステアリングギ
ア比を調整する場合に、考慮すべき点が存在する。

すなわち、ステアリングギア比を調整して所定の操舵ゲ
インを得ようとした場合、ステアリングギア比を変化さ
せると、タイヤ等価コーナリングパワーの変化により、
タイヤ側からステアリング系に入力されるトルクが変化
し、操舵トルクが変化してしまう。このとぎ、上述の操
舵反力の調整機能を優先してステアリングギア比を変化
させ、単純に操舵トルクの変化を補正してしまうと、逆
に、操舵ゲインが変化してしまう。

換言すれば、上記ステアリングギア比を調整する事によ
り得られる操舵ゲインと操舵反力とは、相互に干渉し合
う制御量なのである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するために、第１図に示す
手段を備える。

定常操舵ゲイン目＊ｒｔｉｒ設定手段１０Ｂ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ｌ
ＯＯで検出される車速の検出値Ｖに対応する定常操舵ゲ
インの目標値Ｇを股駕する。

相互関係設定手段１０Ｂは、ステアリングハンドルの操
舵トルクと所定の車両運動状態量との相互関係を設定す
る。

ステアリングギア比目標埴決足手段１０４は、前記重速
検出値Ｖ、定常操舵ゲイン目標値ｉ、および前記設定さ
れた相互関係Ｘに基ついて、前記目標とする操舵特性を
自軍で実現するために必要なステアリングギア比の目標
値百を決定する。

操舵反力目標値決定手段１０５は、操ｅ　）ルク検出手
段１０１で検出されたステアリングハンドルに生じる操
舵トルクの柳出値Ｔｃ、前記ステアリングギア比目標値
Ｎ、および前記決定された相互関係に基づいて、ステア
リングハンドルの操舵反力の目標値ＴＯを決定する。

ステアリングギア比可変機構１０６は、車両の実際のス
テアリングギア比を前記ステアリングギア比目漂値ＩＪ
ｆｃ設定する。

操舵反力発生機構１０７は、ステアリングハンドルに、
前記操舵反力目標値ＴＯに等しい操舵反力を発生させる
。

（作用） 本発明は、上記ステアリングギア比町俊＠構１０６によ
って、予め設定された目標とする操舵特性を操舵ゲイン
を調整する事により０鉦で実現するようにステアリング
ギア比を可変制御するとともに、上記操舵反力発生機ｍ
ｌ　０７によって、所定の車両運動状態量に依存してス
テアリングハンドルの操舵反力を可変制−する。

ここで、上記ステアリングギア比の可変制御におけるス
テアリングギア比の目標値Ｎを決定するステアリングギ
ア比目標値決定手段１０４は、操舵反力の可変制御に用
いられる操舵トルクと車両運動状態量との相互関係Ｘを
、上記目標値Ｎの決定に関与させていることで、ステア
リングギア比目標値百は、操舵反力の変化を考慮した値
となる。

他方、上記操舵反力の可変制御における操舵反力のｔＥ
４標値〒Ｃを決定する操舵反力目蛎値決定手段１０５は
、ステアリングギア比の可変制御に用いられるステアリ
ングギア比−標値Ｎを、上記目標値下。の決定に関与さ
せていることで、操舵反力目標値ＴＯは、ステアリング
ギア比の変化を考慮した値となる。

従って、不発明は、ステアリングギア比の可変制御と操
舵反力の可変制御を同時に行っても、相互に関連を持っ
て制御がなされることで、互いに干渉し合うことがなく
なり、各々の目標値ＮとＴＯを忠央に実現することが可
能になる。

（実施例） 本発明の一実施例の構成を第２図に示す。

本実施例は、ステアリングギア比を変速ギア１０と可変
速モータｌＩＫよって調整し、操舵反力の調整を減速歯
車９と直流サーボモータＤＭによって行うものである。

ステアリングハンドル１には、第１のステアリングシャ
ツ）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４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、減速歯車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
１に加わるトルク（以下「ハンドル操舵トルク」と言う
）ＴＯを検出する操舵トルクセンサｚ１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３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には、変速ギア１０が接続されており、この変速
ギア１０の出力ギアＤは、第４のステアリングシャフト
８に接続されている。この第４のステアリングシャフト
８の先端は、ラック・ピニオン式のステアリングギアボ
ックス８に接続されている。

ステアリングギアボックス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１ｚのナックルア
ーム１６に接続されている。

コントローラ８０＋ｔ、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制御回路であり、上記操舵ト
ルクセンサｚ１で検出される操舵トルクＴＯと、車速セ
ンサ２ｚで検出される車速Ｖを入力し、所定の演算を行
って、サーボモータＤＭの駆動電流Ｉｐと、可変速モー
タ１１の駆動′成流工。

を調整し、操舵反力とステアリングギア比を適正制御す
る。

上記変速ギア１０は、遊星歯１列を用いた一種の差動歯
車であり、２つのサンギアＡ及びＤと、これらに噛合す
るとともに互いに一体結合したピニオンＢ及びＣと、こ
れらピニオンＢ、Ｏを軸支し、かつサンギアＡ、Ｄと同
一軸線上で回＃＃ｉ可能なキャリアＥとで構成されてい
る。

そして、サンギアＡは、第８のステアリングシャツ）７
に結合されており、サンギアＤは、第４のステアリング
シャフト８に結合されている。

上記キャリアＥには、第４のステアリングシャフト８と
同一軸線上に設けた可変速モータ１１の回転軸が結合さ
れており、この可変速モータ１１の回転出力をキャリア
Ｅへ与えて、差動人力を発生させる。

上記サンギアＡ、ＤとピニオンＢ、Ｏとキャリアの回転
速度を順に、ωＡ、ωＤ、ωＢ、ωＣ９ωＥとし、各り
の歯数を順Ｋ　ＺＡ、　ＺＤ、　ＺＢ、　ｚｃ。

ｚＥとすれば、サンギアＡ、Ｄの回転速度ωＡ、ωＤの
間には以下の関係が成立つ。

すなわち、キャリアＥに与える差動入力（キャリアＥの
回転速度ωＥ）を変化させることで、サンギアＡ、Ｄの
回転速度比を変えることができる。

このことは、ステアリングギア比を変えることに等しい
。

コントａ−２８０は、機能的に示すと第３図に示すよう
な構成になっている。

ヨーレートゲイン目標値設定部８１は、車速の検出＠Ｖ
に対応して、操舵ゲインの目標値（本実施例では、ヨー
レートゲインの目標値を用いる）を、予め設定された操
舵特性に従って設定する。

操舵トルク比目標値設定部８８は、ステアリングハンド
ルの操舵トルクＴＯと嘱両の運動状態量との相互関係を
設定する動作を行うもので、本実施例では、操舵反力（
すなわち操舵トルクＴＯ）が県両の横加速度αに比例し
て変化するような相互関係を設定する。このため、本実
施例では、横加速度αと比例関係にあるタイヤを介して
入力される路面からのトルク（以下「路面入力トルク」
と言う）に対する操舵トルクの比（以下「操舵トルク比
」と言う）の目標値Ｘを設定する。

この操舵トルク比目標値Ｘは、予め本実施例装置の設計
段階で、横加速度αと操舵トルクＴ。の比を決定し、こ
の決定値に基づいて換算した操舵トルク比を、メモリ等
に記憶させておいたものを用いる。

ステアリングギア比目標値決定部８ｚは、車速の検出値
Ｖとヨーレートゲイン目標値Ｇと操舵トルク比目標値Ｘ
に基づいて、前記目標とする操舵特性を実現するのに必
要なステアリングギア比を求め、これをステアリングギ
ア出目ＦＪ（直Ｎとして出力する。

アシストトルク目標値決定部３４は、操舵トルクの検出
値Ｔ。と操舵トルク比目標値Ｘとステアリングギア比目
標値Ｎに基づいて、操舵反力が横加速度に比例して変化
するのに必要なアシストトルクを求め、これをアシスト
トルク目標値ＴＰｓとして出力する。

ここで、アシストトルクを変化させれば、当然に操舵反
力が変化することから、アシストトルク目標値ＴＰ８を
決定することは、換言すれば、操舵反力の目標値を決定
することに相当する。

モータ制御部８５は、ステアリングギア比目標値Ｎに従
って、可変速モータ１１の駆動Ｉ＋ｉｃ流Ｉ。

を出力するものであり、ステアリングギア比目標を形成
し、この電流目標値エラに等しい駆動電流エラを、電流
コントローラ３７で形成して出力する。

モータ制御部８６は、アシストトルク目標値下　に従っ
て、サーボモータＤＭの駆動電流ＩＰをＳ 出力するものであり、アシストトルク目標値ＴＰ８に所
定のゲインＫｐを掛けて、電流目標値Ｉｐを形成し、こ
の電流目標値ＩＰに等しい駆動電流ＩＰを、′電流コン
トローラ３８で形成して出力する。

第４図は、上記コントローラ８０をマイクロコンピュー
タを用いて構成した場合に、このコントローラ３０内で
実行される処理を示すフローチャートである。以下、こ
の）ａ−チャートに従って、コントローラ８０の動作を
より詳細に説明する。

第４図に示す処理は、所定時間毎に操返し実行され、イ
グニッションスイッチの投入時にイニシャライズが行わ
れる。

ステップ５１では、車速センサ２２で検出される車速の
検出値Ｖの読込みを行い、一時記憶する。

ステップ５２は、第８１Ａ中の操舵トルク比目標値設定
部８８に相当するもので、予めメモリ内に格納されてい
る操舵トルク比目標値Ｘを読込む処理を行う。

ステップ５８は、第８図中のヨーレートゲイン目標値設
定部８１に相当するもので、上記車速の検出値Ｖを用い
て、以下の演算を実行し、ヨーレートゲイン目標値Ｇを
算出する。

ここで、Ａｏ、　Ｎｏ、　Ｌｏは、目標とする操舵特性
を備える１両を想定した場合において、この想定した車
両が保有するスタビリテイファクタＡ。と、ステアリン
グギア比Ｎ。、およびホイールベースＬｏである。

次のステップ５４は、第８図中のステアリングギア出目
標値決定都８２に相当するものであり、車速検出値Ｖと
操舵トルク出目県債Ｘ、およびヨーレートゲイン目標値
Ｇを用いて、以下の演算を実行し、ステアリングギア比
目標１直Ｎを算出する。

ここで、 Ｋｓｃ　’コラム系ＩｌＩ！ｌｌ　性 ＫＳＲ’ラック系剛性 ξニドレール Ｌ：ホイールベース Ｍ：嘱体逝量 り、：前軸と点心間の距離 ＬＲ：後軸と踵心闇の距離 ＫＦ：前輪コーナリングパワー ＫＲ：後輪コーナリングパワー であり、これらは全て、自車の車両諸元である。

次のステップ５５では、操舵トルクセンサｚ１で検出さ
れる操舵トルクの検出値ＴＯの読込みを行い、一時記憶
する。

次のステップ５６は、第３図中のアシストトルク目標＋
＋１決足部８４に相当するものであり、操舵トルク検出
値Ｔｏと操舵トルク比目標値Ｘ、およびステアリングギ
ア比目標値Ｎを用いて以下の演算を実行し、アシストト
ルク目標値ＴＰｓを算出する。

そして、ステップ５７では、上記ステップ５４　゛とス
テップ５６で求められたステアリングギア比目標値Ｎと
アシストトルク目標値ＴＰｓを、同時に、モータ制御ｆ
ａ８５および８６へ出力する。

次に、上記演算式（Ｓ）、（８）が成立する理由を間車
に説明する。

今、ステアリング系を第５図のようにモデル化して考え
てみた場合に、各トルクの釣合いを考えると以下のよう
な関係が導かれる。

ＴＲ＝　２ξＯｙ　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（４）ＴＲ＝ＫＳＲ（δＧ十り→　　　　　　　　
　　・・・（６）ＴＯ＝　Ｋｓｏ（θＳ　−θＧ　　”
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・　　（？）ここで、 ＴＲニステアリングギアと車輪間のねじれトルクＴｃニ
ステアリングハンドルとギア間のねじれトルク（＝操舵
トルク） Ｔｐｓ　”アシストトルク θＧ＝（ハンドル側の）ステアリングギアの回転角 δＧ＝（ホイール側の）ステアリングギアの回転角 δＦ：車輪の実舵角 ＣＦ：タイヤコーナリングフォース であり、また、２ξＣＦは、路面人力トルクに相当する
。

そして、定常運動状態では、ｗ１面人カトルクは、横加
速度αに比例して変化することから、前述のように、操
舵反力（操舵トルクＴ。）を横加速度αに比例させよう
とすると、 （但し、ｘｏは定数）の関係を持つようにすれば良い。

今、アシストトルク比、すなわち、（アシストトルクＴ
Ｐａ）／（操舵トルクＴｃ）をＫ　（Ｎ）とすると、Ｔ
ｐＢ　＝　Ｋ（Ｎ）　・Ｔ□　　　　　　　　　　　　
＝　（１Ｇ）であるから、式（４）、　（５）　、　（
９）　、　（１Ｇ）より、が得られる。

他方、ホイール端から見たステアリング等価剛性をに８
とすると、式（６）　、　（））　、　（８）より、で
あるから、これを代入して、 と表わされる。

このような式（１８）で表わされる等価剛性Ｋｓが与え
られた場合に、亀両のヨーレートゲインＧを求めると、 ・・・（１４） となる。

従って、前記定数Ｘ。、すなわち、式（９）から判るよ
うに、操舵トルクＴｏと路面入力トルク（２ξＯ，）の
比を適宜な値（操舵トルク比目標値Ｘ）に設定すれば、
式（１１）からに８が決まり、これによって、このとき
のヨーレートゲインＧが式（１４）から判明する。

ここで、本実施例は、電画のヨーレートゲインＧを、目
標とする操舵特性に従って調整しようとするものである
から、Ｇ＝百としなければならない。また、このヨーレ
ートゲインＧの調整は、ステアリングギア比ＮをｒｉＪ
変調整して行うことから、前記式（１４）で表わされる
Ｇの式をｉＫ等しくするためのＮを求めれば、この求め
られたＮを表わ丁式がステアリングギア比の目標値Ｎを
決定するための演算式になる。このようにして得られた
演算式が前記式（２）である。

また、アシストトルクＴＰ８は、前記式（１０）を満足
するように、１４整しなければならないので、上記操舵
トルク比Ｘを決定し、ステアリングギア地目標値マとと
もに式（ｌＯ）へ与えれば、そのときの横加速度αに比
例した操舵反力を発生するのに必要なアシストトルクの
目標値ＴＰＳが求まる。このような理由から前記式（８
）が、ＴＰｓを決定する演算式として導かれる。

そして、上記式（ｓ）から判るように、ステアリングギ
ア地目４値Ｎを決定する演算においては、操舵トルク比
目標値Ｘおよびステアリング等価剛性に８を考慮した演
算を含むことで、ステアリングギア比を調整する際の操
舵トルク変化を考慮したステアリングギア比目標値Ｎが
決定される。すなわちヨーレートゲイン目標値Ｇを実現
するとともに、操舵トルクを変化させないような値がＮ
として与えられることになる。

同様に、上記式（８）から判るように、アシストトルク
目標値ＴＰ８を決定する演算においては、ス慮したアシ
ストトルク目標値Ｔ、８が決定される。

すなわち、操舵反力を横加速度に比例して変化させると
ともに、ステアリングギア比を変化させないような値が
Ｔ、ｓとして与えられることになる。

従って、本実施例は、実際には互いに干渉し合う操舵ゲ
インを調整する為のステアリングギア比制御と操舵反力
制御を、非干渉の状態で、独立して制御することができ
る。

なお、上記実施例では、ヨーレートゲイン目標値Ｇを、
式（１）に従って求めるようにして（・るが、これは、
任意の値に設定することが可能である。

例えば、上記式（１）中のＡ。に替えて、１速依存性を
決定する定数を与え、Ｎｏに替えて、全低速域で比例的
にゲインを決定する定数を与えることで、より高性能の
操舵特性を得ることができる。

また、上記実施例では、アシストトルクＴＰ８が、ステ
アリングギアより上のステアリングハンドル−に与えら
れる場合を示したが、第５図中の想像線で示す’Ｉ’ｐ
ｓ　’のように、ステアリングギアより下の電輪側へ与
えられる場合には、前記式（８）は、ＴＰｓ＝（Ｘ−Ｎ
）・Ｔ。

のような演算に置換える必要がある。

さらに、上記実施例では、ステアリングギア比よって、
逐次求める例を示したが、これは、予め、ヨーレートゲ
イン目標値Ｇと操舵トルク比目標値Ｘを用いて、異なる
諷速におけるＮとＴＰｓを計算しておぎ、これらの計算
値を車速Ｖに対応させたデータテーブルとしてメそりに
格納しておいて、制御を行う際にこのデータテーブルを
用いるようにすれば、その都度複雑な演算を実行する必
要がなくなる。

また、上記実施例では、操舵トルク出目韻値Ｘを、予め
設計段階で決定した値をメモリに格納させた固定値とし
であるが、これは、可変設定することもできる。例えば
、異なる槽数の値を予めメモリに格納しておぎ、運転席
側で、これらの格納された値から運転者の好みに応じて
所望の値を選択できるようにすることも可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、ステアリングギ
ア比を可変制御することで、予め設定された目標とする
操舵特性を１亀で実現でき、操縦性の向上を図ることが
できるとともに、ステアリングハンドルの操舵反力を所
定の車両運動状態量に依存して可変制御することで、ヨ
ーレートや噴加速度等の操舵時の車両運動の情報をステ
アリングハンドルを介して運転者に伝達することができ
る。

また、本発明は、操舵ゲインを調整する為の上記ステア
リングギア比の可変制御と操舵反力の可変制御を相互に
関連を持って制御することで、本来的には互いに干渉し
合う両制御を、互いに非干渉の状態で制御することがで
きる。従って、ステアリングギア比の可変制御と操舵反
力の可変制御を一つの車両において、同時に行うことが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構５！図、 第２図は本発明の一実施例の構成図、 笛８図は第２図中のコントローラの構成を機能ブロック
にて示す図、 第４図は同コントローラにおいて実行される処理を示す
フローチャート、 第５図は車両のステアリング系に働（力をモデル化して
示す図である。 １００・・・車速検出手段 １０１・・・操舵トルク検出手段 １０２・・・定常操舵ゲイン目標値設定手段１０Ｂ・・
・相互関係設定手段 １０４・・・ステアリングギア比目標値決定手段ｌ・・
・ステアリングハンドル ８・・・ステアリングギアボックス ９・・・減速−亀　　　　　ｌＯ・・・変速ギア１１・
・・可変速モータ　　　ＤＭ・・・直流サーボモータ１
２・・・車輪　　　　　　　ｚｌ・・・操舵トルクセン
サ２２・・・車速センサ　　　　８０・・・コントロー
ラＴＯ・・・操舵トルク（操舵反力） ＴＰｓ・・・アシストトルク目標１直 Ｘ・・・操舵トルク比目標値（相互関係）Ｇ・・・ヨー
レートゲイン目標値（操舵ゲイン目標値）ｉ・・・ステ
アリングギア比目標値 ＩＰ、　Ｘ、・・・駆動電流 ■・・・車速 特許出願人　日産自動車株式会社 第２図 第３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、 ステアリングハンドルに生じる操舵トルクを検出する操
   舵トルク検出手段と、 予め設定された目標とする操舵特性に従つて、前記車速
   の検出値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、ステアリングハンド
   ルの操舵トルクと所定の車両運動状態量との相互関係を
   設定する相互関係設定手段と、 前記車速検出値、定常操舵ゲイン目標値、および前記決
   定された相互関係に基づいて、前記目標とする操舵特性
   を自車で実現するために必要なステアリングギア比の目
   標値を決定するステアリングギア比目標値決定手段と、 前記操舵トルク検出値、ステアリングギア比目標値およ
   び前記決定された相互関係に基づいて、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、 車両の実際のステアリングギア比を前記ステアリングギ
   ア比目標値に設定するステアリングギア比可変機構と、 ステアリングハンドルに、前記操舵反力目標値に等しい
   操舵反力を発生させる操舵反力発生機構とを具備するこ
   とを特徴とする車両用操舵系制御装置。