KR100847723B1

KR100847723B1 - 차량의 조타 장치

Info

Publication number: KR100847723B1
Application number: KR1020077020689A
Authority: KR
Inventors: 다케시 고토; 유타카 오누마; 류우이치 구로사와
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2008-07-23
Also published as: US7810608B2; JP4314489B2; US20080142293A1; EP1925531A4; EP1925531A1; CN100486852C; KR20070102617A; WO2007032129A1; JP2007076582A; CN101061030A; EP1925531B1

Abstract

전자 제어 유닛은, 단계 S11 에서, 차체의 횡미끄럼각 (β) 을 입력한다. 다음으로, 단계 S13 에서, 차체의 횡미끄럼각 (β) 에서 기인하여 차량에 발생하는 횡력을 저감시키기 위한 동적인 제로점 (δo) 을, 차체의 횡미끄럼각 (β) 을 사용하여 계산한다. 다음으로, 단계 S14 에서, 전타각 센서에 의해 검출한 전타각 (δ) 과 동적인 제로점 (δo) 의 차분으로 표시되는 전타각 (δa) 을 계산한다. 다음으로, 단계 S15 에서, 전타각 (δa) 과 소정의 관계에 있는 반력 토크 (Tz) 를 계산한다. 그리고, 단계 S16 에서, 계산한 반력 토크 (Tz) 가 발생하도록 전동 모터를 구동 제어한다. 이로써, 운전자에 대하여 적정한 조타 핸들의 회전 운동 방향을 안내한다.

Description

차량의 조타 장치{STEERING DEVICE OF VEHICLE}

본 발명은, 운전자에 의해 회전 운동 조작되는 조타 핸들과, 상기 조타 핸들과 일체적으로 회전 운동하는 조타축과, 동 조타축과 차량의 전타륜을 서로 연결하여 상기 조타축의 회전 운동 조작에 따라 상기 차량의 전타륜을 전타(轉舵)하는 전타 유닛과, 상기 전타륜의 전타 동작에 대하여 소정의 토크를 부여하는 전동 모터를 구비한 차량의 조타 장치에 관한 것이다.

최근, 차량의 주행 환경, 특히, 노면 반력이 작은 설로나 빙로 등을 주행하는 경우라도, 항상 적절한 반응을 조타 핸들에 부여할 수 있는 차량의 조타 장치의 개발은 활발히 행해지고 있다. 그리고, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-211427호에는, 주행 환경에 따라 조타 핸들에 적절한 반력 토크를 부여하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치가 나타나 있다. 이 전동식 파워 스티어링 제어 장치는, 조타 핸들의 조타각을 검출하는 조타각 센서와, 조타계 반력 토크를 검출하는 반력 토크 센서와, 조타각 센서에 의해 검출한 조타각에 게인 (gain) 을 곱하여 조타 핸들의 복귀 방향의 중첩 반력 토크를 연산하는 중첩 반력 토크 연산부를 구비하고 있다. 그리고, 조타계 반력 토크가 클 때에는 중첩 반력 토크를 저감시키고, 조타계 반력 토크가 작을 때에는 중첩 반력 토크를 증대시키도록 상기 게인을 제어하도록 되어 있다.

그러나, 상기 종래의 전동식 파워 스티어링 제어 장치에 있어서는, 운전자가 적절한 조타를 한 경우에, 작은 반력 토크에 기초하여 조타 핸들에 적절한 반응 즉 중첩 반력 토크를 부여하는 것이다. 이 때문에, 예를 들어, 노면으로부터의 반력이 작은 주행 환경에 있어서, 운전자가 무리한 조타나 뜻하지 않게 키를 과도하게 꺾는 조타를 한 경우에는, 전타륜의 횡미끄럼각이 커져 상기 바퀴의 셀프 얼라이닝 토크가 급감하기 때문에, 노면으로부터의 작은 반력 토크 자체가 얻어지지 않게 될 가능성이 있다. 이와 같이, 작은 반력 토크가 얻어지지 않는 상황에서는 적절한 중첩 반력 토크를 형성하는 것이 어려워지고, 이 결과, 운전 중에 조타 핸들에서의 반응이 얻어지지 않아, 운전자는 의도대로 차량을 운전할 수 없는 경우가 있다.

이 문제에 대하여, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2003-154962호에는, 운전자의 조타에 저항하는 조타 반력을 제어하는 조타 반력 제어 장치가 나타나 있다. 이 조타 반력 제어 장치는, 조타륜 (전타륜) 을 전향시킬 수 있는 조타 수단 (예를 들어, 전동 파워 스티어링 장치) 과, 이 조작 수단에 대하여 조작력을 부가시킬 수 있는 액츄에이터와, 조타륜 (전타륜) 의 노면에 대한 횡미끄럼각을 검출하는 횡미끄럼각 검출 수단을 구비하고 있다. 그리고, 횡미끄럼각의 발생에 수반하여 조작 수단에 조타 반력을 부가하기 위하여, 조타륜 (전타륜) 의 횡미끄럼각이 발생하고 있는 방향으로, 또한, 횡미끄럼각이 커짐에 따라 조타 반력이 커지도록 액츄에이터를 제어하도록 되어 있다.

이 조타 반력 제어 장치에 의하면, 전타륜의 횡미끄럼각을 검출함으로써, 상기 바퀴의 횡미끄럼각이 클 때에 발생하는 셀프 얼라이닝 토크의 급감을 고려하여 액츄에이터의 작동을 제어할 수 있다. 이로써, 셀프 얼라이닝 토크가 급감하여 조타 핸들의 회전 운동 조작에 대한 반응이 작아지는 주행 환경이어도, 전타륜의 횡미끄럼각과 함께 증가되는 조타 반력을 별도로 발생시켜 조타 핸들에 부가시킬 수 있다. 따라서, 전타륜의 횡미끄럼각이 큰 경우라도, 운전자는 적절한 조타 반력을 감지할 수 있다.

발명의 개시

그런데, 노면으로부터의 반력이 작은 설로나 빙로를 주행하는 경우에는, 현재의 전타륜의 방향 (전타 방향) 을 아는 것에 더하여, 차량의 선회 거동을 안정화시키는 전타 방향을 아는 것이 중요해진다. 이 점에 관하여, 상기한 각 장치에 의하면, 전타륜의 횡미끄럼각이 허용 범위내이면 노면으로부터의 반력 토크 (조타 반력) 를 적절히 얻을 수 있다. 이 결과, 미끄러지기 쉬운 노면이어도, 적절한 조타를 하고 있는 한, 운전자는 조타 핸들에 부여되는 반력 토크 (조타 반력) 에 기초하여 현재의 전타륜의 방향을 알 수 있어 차량을 운전할 수 있다. 그러나, 이들 중 어떠한 장치라도, 노면 반력에 기초하여 조타 핸들에 부여되는 반력 토크 (조타 반력) 에 의해 운전자는 현재의 전타륜의 전타 방향을 감지할 뿐으로, 차량의 선회 거동을 안정화시키기 위한 전타륜의 전타 방향을 감지할 수 없다. 특히, 차량의 운전을 숙지하지 못한 운전자에 있어서는, 선회 거동을 안정시키는 전타륜의 전타 방향을 확실하게 감지할 수 있는 것이 중요하다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 차량의 선회 상태에서 작용하는 차체의 횡미끄럼각을 고려하여, 차량의 선회시에 있어서의 거동을 안정시키기 위한 전타륜의 전타 방향을 운전자에게 안내하는 차량의 조타 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징은, 운전자에 의해 회전 운동 조작되는 조타 핸들과, 상기 조타 핸들과 일체적으로 회전 운동하는 조타축과, 상기 조타축과 차량의 전타륜을 서로 연결하여 상기 조타축의 회전 운동 조작에 따라 상기 차량의 전타륜을 전타하는 전타 유닛과, 상기 전타륜의 전타 동작에 대하여 소정의 토크를 부여하는 전동 모터를 구비한 차량의 조타 장치에 있어서, 차량을 직진 상태로 유지하는 전타륜의 전타각을 제 1 기준점으로 하여, 상기 조타 핸들의 회전 운동 조작에 따라 전타하는 상기 전타륜의 전타각을 검출하는 전타각 검출 수단과, 차량이 선회 상태에 있을 때에 발생하는 차체의 횡미끄럼각을 검출하는 횡미끄럼각 검출 수단과, 상기 검출된 차체의 횡미끄럼각에 따라 변화되고, 상기 차체의 횡미끄럼각에서 기인하여 차량에 발생하는 횡력의 상기 차량의 선회 상태에 대한 영향을 저감시켜 차량을 선회시키는 전타각을 결정하기 위한 제 2 기준점을 계산하는 기준점 계산 수단과, 상기 전타각 검출 수단이 상기 제 1 기준점에 기초하여 검출된 상기 전타륜의 전타각을 상기 제 2 기준점에 기초하는 전타각으로 변환시키는 전타각 변환 수단과, 상기 변환된 전타각과 소정의 관계에 있는 토크로서, 상기 변환된 전타각을 상기 제 2 기준점에 일치시키는 방향으로 작용하는 반력 토크를 계산하는 반력 토크 계산 수단과, 상기 전동 모터를 회전 구동시켜, 상기 계산된 반력 토크를 발생시키는 구동 제어 수단을 구비한 것에 있다.

이에 따르면, 기준점 계산 수단은, 제 1 기준점 (정적인 제로점) 에 대하여, 횡미끄럼각 검출 수단에 의해 검출된 차체의 횡미끄럼각에 따라 변화되는 제 2 기준점 (동적인 제로점) 을 계산할 수 있다. 여기서, 이 계산되는 제 2 기준점은, 차체에 발생한 횡미끄럼각에서 기인하여 차량의 선회 상태에 영향을 미치는 횡력을 저감시키고, 차량이 안정적으로 선회할 수 있는 전타각을 결정하기 위한 기준점이다. 그리고, 전타각 변환 수단은, 전타각 검출 수단에 의해 제 1 기준점에 기초하여 검출된 전타각을 제 2 기준점에 기초하는 전타각으로 변환 (즉, 전타각을 검출하는 기준점을 변경) 시킬 수 있고, 반력 토크 계산 수단은, 이 변환된 전타각과 소정의 관계에 있는 반력 토크를 계산할 수 있다. 여기서, 이 반력 토크는, 변환된 전타각을 제 2 기준점에 일치시키는 방향으로 작용하는 토크이다. 그리고, 구동 제어 수단은, 계산된 반력 토크가 발생하도록 전동 모터를 구동 제어할 수 있다.

이와 같이, 반력 토크를 발생시킴으로써, 전타륜은 제 2 기준점을 향하여 전타됨과 함께, 전타 유닛에 연결된 조타축에 일체적으로 장착된 조타 핸들은 제 2 기준점에 대응하는 방향을 향하여 회전 운동 (안내) 된다. 이로써, 예를 들어, 노면 반력이 작은 설로나 빙로 등을 주행하는 경우라도, 운전자가 확실하게 감지할 수 있는 반력 토크를 발생시킬 수 있음과 함께, 상기 발생한 반력 토크에 의해 운전자가 조타 핸들을 회전 운동 조작해야 할 방향을 안내할 수 있다. 따라서, 특히, 차량의 운전을 숙지하지 못한 운전자가 설로나 빙로를 주행하는 경우라도, 선회 상태에 있는 차량의 거동을 안정시키기 위한 조타 핸들의 회전 운동 조작 방향, 즉, 제 2 기준점을 향한 회전 운동 조작 방향을 매우 용이하게 판단할 수 있다. 이로써, 차량의 선회시에 있어서의 거동을 안정시키기 위하여, 조타 핸들의 회전 운동 조작을 적절히 수정할 수 있어 차량을 매우 용이하게 선회 주행시킬 수 있다.

또한, 상기 기준점 계산 수단은, 상기 제 2 기준점을, 선회 상태에 있는 차량의 전후륜에 장착된 타이어와 노면 사이에 있어서의 마찰력에 기초하여 차량의 선회 중심 방향으로 작용하는 코너링 파워를 사용하여 계산한 계수와, 상기 검출한 차체의 횡미끄럼각에 따라 비선형으로 변화되는 상기 타이어의 변형 특성을 고려한 보정항을 상기 검출한 차체의 횡미끄럼각에 대하여 곱셈하여 계산하면 된다. 여기서, 상기 보정항은, 예를 들어, 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도 검출 수단에 의해 검출된 차량의 횡가속도에 따라 결정되면 된다.

이들에 따르면, 이 제 2 기준점의 계산에 있어서는, 차체의 횡미끄럼각에 대하여, 차량의 선회 중심 방향으로 작용하는 코너링 파워를 사용하여 계산되는 계수와, 차체의 횡미끄럼각에 따라 비선형으로 변화되는 타이어의 변형 특성을 고려한 보정항을 곱셈함으로써 계산할 수 있다. 여기서, 보정항은, 검출된 차량의 횡가속도에 따라 변화시킬 수도 있다. 이로써, 차량의 선회 상태 즉 발생된 차체의 횡미끄럼각에 따라 최적의 제 2 기준점을 계산할 수 있고, 이 제 2 기준점을 향하여 전타륜 및 조타 핸들이 안내됨으로써, 운전자는 차량을 매우 용이하게 또한 보다 안정적으로 선회 주행시킬 수 있다.

또한, 상기 기준점 계산 수단은, 상기 제 2 기준점을, 차량이 선회 상태에 있을 때에 발생하는 횡가속도와, 차량의 선회에 수반하여 차체에 발생된 롤링의 크기를 표시하는 롤각과, 상기 차체에 발생된 롤링에 수반하는 하중 이동량을 고려하여 산출한 차량의 선회 중심 방향으로 작용하는 코너링 파워를 사용한 계수를 상기 검출한 차체의 횡미끄럼각에 대하여 곱셈하여 계산하면 된다. 이에 따르면, 차량의 선회 상태를 양호하게 반영한 코너링 파워를 매우 정확하게 계산할 수 있고, 이 코너링 파워를 사용한 계수와 검출된 횡미끄럼각 (β) 으로부터 제 2 기준점을 계산할 수 있다. 따라서, 차체에 발생된 횡미끄럼각에서 기인하여 차량의 선회 상태에 영향을 미치는 횡력을 저감시키고, 차량이 안정적으로 선회할 수 있는 전타각을 결정하기 위한 제 2 기준점을 매우 정확하게 계산할 수 있다.

또한, 상기 변환된 전타각과 반력 토크 사이의 소정의 관계는, 상기 변환된 전타각의 절대치 증대에 따라 상기 반력 토크가 증대되는 관계이면 된다. 이 경우, 상기 변환된 전타각과 반력 토크 사이의 소정의 관계는, 예를 들어, 상기 변환된 전타각의 절대치 변화에 대하여, 상기 반력 토크가 비례하는 관계이면 된다. 이에 따르면, 변환된 전타각의 절대치가 큰 상황, 예를 들어, 제 1 기준점에 기초하여 검출한 전타각과 제 2 기준점의 차분이 큰 상황에 있어서, 차량의 선회 거동이 흐트러진 경우에는 큰 반력 토크를 발생시킬 수 있다. 그리고, 발생된 큰 반력 토크에 의해 전타륜이 전타됨과 함께, 조타 핸들의 회전 운동 방향이 안내되기 때문에, 운전자는 신속하게 또한 적절하게 조타 핸들의 회전 운동 조작을 수정할 수 있다.

또한, 상기 소정의 관계는 노면 반력에 관계없이 결정할 수 있다. 이 때문에, 운전자가 조타 핸들을 조타하기 쉽도록, 바꾸어 말하면, 차량의 선회 상태를 컨트롤하기 쉽도록, 변환된 전타각의 절대치 크기에 대하여 반력 토크를 증가시킬 수 있다. 이로써, 차량의 특성, 예를 들어, 스포티한 특성을 갖는 차량이면, 스포츠 주행시에 신속하게 조타 핸들의 회전 운동 조작을 수정할 수 있도록, 상기 소정의 관계를 변환된 전타각의 절대치 크기에 대하여 반력 토크가 보다 크게 증가되는 관계로 할 수 있다. 따라서, 운전자는 신속하게 또한 적절하게 조타 핸들의 회전 운동 조작을 수정할 수 있다.

또한, 변환된 전타각의 절대치 증대에 대하여 반력 토크가 증대되는 관계이면, 예를 들어, 제 1 기준점과 계산되는 제 2 기준점의 차분이 작을 때 (즉 차체의 횡미끄럼각이 작을 때) 에는, 반력 토크가 미소 증대되는 관계를 채용하고, 차이 분이 클 때 (즉 차체의 횡미끄럼각이 클 때) 에는, 반력 토크가 크게 증대되는 관계를 채용할 수도 있다. 이로써, 통상 주행시에는, 발생되는 차체의 횡미끄럼각이 작기 때문에, 작은 반력 토크를 발생시킴으로써 운전자는 위화감을 느끼지 않고 운전할 수 있다. 한편, 예를 들어, 고속 주행시 등에서 운전자가 예기치 못한 큰 차체의 횡미끄럼각이 발생하여 차량의 선회 거동이 흐트러진 경우에는 보다 큰 반력 토크를 발생시킬 수 있기 때문에, 운전자는 신속하게 조타 핸들의 회전 운동 조작을 수정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 특징은, 상기 조타축이, 상기 조타 핸들과 일체적으로 회전 운동하는 조타 입력축과, 상기 전타 유닛에 연결되는 전타 출력축으로 구성되어 있고, 상기 조타 입력축과 상기 전타 출력축이, 상기 조타 입력축의 회전량에 대하여 상기 전타 출력축의 회전량을 상대적으로 변경하는 가변 기어 기구에 의해 연결되는 것에도 있다. 이에 따르면, 반력 토크에 의해 전타륜이 전타될 때 즉 조타 핸들이 안내될 때에, 조타 핸들의 회전 운동량을 작게 하여, 상기 핸들이 회전 운동해야 할 방향을 안내할 수 있어 운전자가 느끼는 위화감을 작게 할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 차량의 조타 장치의 개략도이다.

도 2 는, 도 1 의 전자 제어 유닛에 의해 실행되는 제로점 변경 프로그램을 나타내는 플로우 차트이다.

도 3 은, 전타각과 반력 토크의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4 는, 본 발명의 변형예에 관련된 차량의 조타 장치의 개략도이다.

도 5 는, 본 발명의 변형예에 관련된 전타각과 반력 토크의 관계를 나타내는 그래프이다.

발명의 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 차량의 조타 장치에 대하여, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 도 1 은, 본 실시형태와 관련되어 차량의 조타 장치로서의 전동 파워 스티어링 장치를 개략적으로 나타내고 있다.

이 전동 파워 스티어링 장치는, 전타륜으로서의 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 전타하기 위하여, 운전자에 의해 회전 운동 조작되는 조타 핸들 (11) 을 구비하고 있다. 이 조타 핸들 (11) 은 조타축 (12) 의 상단에 고정되어 있고, 조타축 (12) 의 하단은 전타 기어 유닛 (20) 에 접속되어 있다.

전타 기어 유닛 (20) 은, 예를 들어, 랙 앤드 피니언 방식을 채용한 기어 유닛으로서, 조타축 (12) 의 하단에 일체적으로 장착된 피니언 기어 (21) 의 회전이 랙바 (22) 에 전달되도록 되어 있다. 또한, 전타 기어 유닛 (20) 에는, 운전자가 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 의해 입력되는 조타 토크 (t) 를 경감시키는 토크 (이하, 이 토크를 어시스트 토크 (Ta) 라고 한다) 를 발생시킴과 함께, 조타 토크 (t) 에 저항하는 방향으로 거의 동일한 토크 (이하, 이 토크를 반력 토크 (Tz) 라고 한다) 를 발생시키는 전동 모터 (23) 가 설치되어 있다. 그리고, 이 전동 모터 (23) 는, 발생된 어시스트 토크 (Ta) 와 반력 토크 (Tz) 를 랙바 (22) 에 대하여 전달 가능하게 장착되어 있다. 이 구성에 따라, 조타 핸들 (11) 로부터 조타축 (12) 에 입력된 조타 토크 (t) 가 피니언 기어 (21) 를 통하여 랙바 (22) 에 전달됨과 함께, 전동 모터 (23) 가 발생시킨 어시스트 토크 (Ta) 와 반력 토크 (Tz) 가 랙바 (22) 에 전달된다. 이와 같이 전달된 각 토크에 따라 랙바 (22) 는 축선 방향으로 변위되고, 랙바 (22) 의 양단에 접속된 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 좌우로 전타되도록 되어 있다.

다음으로, 전동 모터 (23) 의 작동을 제어하는 전기 제어 장치에 대하여 설명한다. 전기 제어 장치는, 차속 센서 (31), 조타 토크 센서 (32), 전타각 센 서 (33), 횡가속도 센서 (34) 및 횡미끄럼각 센서 (35) 를 구비하고 있다. 차속 센서 (31) 는, 차량의 차속 (V) 을 검출하여 출력한다. 조타 토크 센서 (32) 는 조타축 (12) 에 장착되어 있고, 상기 축 (12) 에 입력된 토크 (T) 를 검출하여 출력한다. 또한, 토크 (T) 는, 차량의 전진 방향에 대하여, 조타축 (12) 을 좌방향으로 회전시키는 토크 값을 양의 값으로 표시하고, 우방향으로 회전시키는 토크 값을 음의 값으로 표시한다.

전타각 센서 (33) 는, 전타 기어 유닛 (20) 에 장착되어 있어, 랙바 (22) 의 축선 방향으로의 변위량을 검출하고, 상기 검출된 변위량에 대응하는 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타각 (δ) 을 출력한다. 여기서, 전타각 센서 (33) 는, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 전타되어 있지 않고, 차량이 직진 상태가 되는 랙바 (22) 의 중립 위치 (이하, 이 중립 위치를 정적인 제로점이라고 한다) 를 기준으로 하여, 상기 정적인 제로점에 대응하는 전타각 (δ) 을 「0」으로서 출력한다. 그리고, 전타각 센서 (33) 는, 차량의 전진 방향에 대하여, 정적인 제로점에서 우방향으로의 랙바 (22) 의 변위량을 검출하면 즉 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 좌방향으로 전타되면 전타각 (δ) 을 양의 값으로서 출력하고, 좌방향으로의 랙바 (22) 의 변위량을 검출하면 즉 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 우방향으로 전타되면 전타각 (δ) 을 음의 값으로서 출력한다. 횡가속도 센서 (34) 는, 차량에 발생한 횡가속도 (G) 를 검출하여 출력하는 것이다. 차량의 전진 방향에 대하여, 좌방향의 횡가속도를 양의 값으로서 출력하고, 우방향의 횡가속도를 음의 값으로서 출력한다.

횡미끄럼각 센서 (35) 는, 선회 상태에 있는 차량의 차체에 발생한 횡미끄럼 각 (β) 을 검출하여 출력한다. 단, 차체의 횡미끄럼각 (β) 은, 차량의 전진 방향에 대하여, 좌방향으로 발생하는 횡미끄럼각을 음의 값으로 표시하고, 우방향으로 발생하는 횡미끄럼각을 양의 값으로 표시한다. 여기서, 차체의 횡미끄럼각 (β) 의 검출에 대해서는 여러 가지 방법을 생각할 수 있는데, 예를 들어, 이하에 나타내는 바와 같이 검출하면 된다. 즉, 현재, 차량의 전후 방향의 차속을 차속 (Vx) 으로 하고, 차량의 좌우 방향의 차속을 차속 (Vy) 으로 하면, 차체의 횡미끄럼각 (β) 은, 하기 식 1 에 따라 계산하여 검출할 수 있다.

β = tan^-1(Vy/Vx) … 식 1

또한, 차속 (Vx) 및 차속 (Vy) 은, 예를 들어, 광 또는 음향을 이용한 검출기를 사용하여 검출하면 된다.

이들의 센서 (31 ∼ 35) 는, 전자 제어 유닛 (36) 에 접속되어 있다. 전자 제어 유닛 (36) 은, CPU, ROM, RAM 등으로 이루어지는 마이크로 컴퓨터를 주요 구성 부품으로 하는 것으로서, 각 센서 (31 ∼ 35) 의 검출치를 사용하여 프로그램을 실행함으로써, 전타 기어 유닛 (20) 의 전동 모터 (23) 의 구동을 제어한다. 이 때문에, 전자 제어 유닛 (36) 의 출력측에는, 전동 모터 (23) 를 구동하기 위한 구동 회로 (37) 가 접속되어 있다. 이 구동 회로 (37) 내에는, 전동 모터 (23) 에 흐르는 구동 전류를 검출하기 위한 전류 검출기 (37a) 가 설치되어 있다. 그리고, 전류 검출기 (37a) 에 의해 검출된 구동 전류는, 전동 모터 (23) 의 구동을 제어하기 위하여, 전자 제어 유닛 (36) 에 피드백된다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 실시형태에 관련된 전동 파워 스티어링 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다. 운전자에 의해 도시하지 않은 이그니션 스위치가 온 상태로 되면, 전자 제어 유닛 (36) (보다 상세하게는, CPU) 은, 도 2 에 나타내는 반력 토크 제어 프로그램을 소정의 단시간마다 반복 실행한다.

즉, 전자 제어 유닛 (36) 은, 반력 토크 제어 프로그램의 실행을 단계 S10 에서 개시하고, 단계 S11 에서, 차속 센서 (31), 전타각 센서 (33), 횡가속도 센서 (34) 및 횡미끄럼각 센서 (35) 에 의해 검출된 각 검출치, 구체적으로는, 차속 (V), 전타각 (δ), 횡가속도 (G) 및 차체의 횡미끄럼각 (β) 을 입력한다. 그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 각 센서 (31, 33, 34, 35) 로부터 각각의 검출치를 입력하면 단계 S12 로 진행된다.

단계 S12 에 있어서는, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 단계 S11 에서 입력된 차체의 횡미끄럼각 (β) 의 절대치가 미리 설정된 양 (positve) 의 작은 차체의 횡미끄럼각 (βo) 보다 큰지의 여부를 판정한다. 여기서, 차체의 횡미끄럼각 (βo) 은, 차체에 발생한 횡미끄럼각 (β) 에 의해 차량의 선회 거동이 악화되는지의 여부를 판정하기 위한 값이다. 즉, 전자 제어 유닛 (36) 은, 차체의 횡미끄럼각 (β) 이 소정의 차체의 횡미끄럼각 (βo) 보다 크면, 발생된 차체의 횡미끄럼각 (β) 에 의해 악화된 차량의 선회 거동을 수정할 필요가 있기 때문에, 「Yes」로 판정하여 단계 S13 으로 진행된다.

한편, 전자 제어 유닛 (36) 은, 차체의 횡미끄럼각 (β) 이 소정의 차체의 횡미끄럼각 (βo) 이하이면, 차량의 선회 거동을 수정할 필요가 없기 때문에, 「No 」로 판정하여 단계 S17 로 진행되며, 반력 토크 제어 프로그램의 실행을 일단 종료된다.

이 경우에는, 전자 제어 유닛 (36) 은, 조타 토크 센서 (32) 에 의해 검출된 토크 (T) (즉, 조타 토크 (t)) 에 따라, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 의해 입력된 조타 토크 (t) 와 동(同) 방향으로 소정 크기의 어시스트 토크 (Ta) 를 전동 모터 (23) 에 발생시킨다. 여기서, 어시스트 토크 (Ta) 는, 그 크기가, 예를 들어, 검출 차속 (V) 이 작아짐에 따라서 커지고, 검출 차속 (V) 이 커짐에 따라서 작아지도록 설정되어 있다. 그리고, 전동 모터 (23) 가 발생시킨 어시스트 토크 (Ta) 는 랙바 (22) 에 대하여 전달된다.

이로써, 랙바 (22) 에는, 운전자에 의해 입력된 조타 토크 (t) 에 대하여 전동 모터 (23) 가 발생시킨 어시스트 토크 (Ta) 가 부여되어, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 전타시키기 위하여 필요한 조타 토크 (t) 는 대폭 경감된다. 따라서, 운전자는, 조타 핸들 (11) 을 회전 운동 조작함으로써, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 매우 용이하게 전타할 수 있다. 그리고, 소정의 단시간이 경과되면, 전자 제어 유닛 (36) 은, 다시 반력 토크 제어 프로그램의 실행을 단계 S10 에서 개시한다.

단계 S13 에서는, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 서술한 제 1 기준점으로서의 정적인 제로점에 대하여, 차체에 발생한 횡미끄럼각 (β) 의 영향을 가미하여 차량의 선회 거동을 안정시키기 위한 제 2 기준점으로서의 동적인 제로점 (δo)을 계산한다. 이하, 이 동적인 제로점 (δo) 의 계산에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이, 정적인 제로점을 기준으로 하여, 예를 들어, 전타각 (δc) 으로 전타되었을 때의 차량의 선회 거동에 대하여, 차체의 횡미끄럼각 (β) 이 미치는 영향에 대하여 설명한다. 좌우 전륜 (FW1, FW2) 은, 운전자에 의해 조타 핸들 (11) 이 회전 운동 조작되면, 전타 기어 유닛 (20) 의 랙바 (22) 가 축선 방향으로 변위되어, 전타각 (δc) 으로 전타된다. 이로써, 차량은 직진 상태에서 선회 상태로 이행되거나, 또는, 선회 상태를 유지한다. 이와 같이, 선회 상태에 있는 차량에는, 선회에 수반하여 발생하는 원심력과 선회의 중심 방향으로 발생하는 구심력이 작용하고 있다. 그리고, 선회 상태에 있는 차량에 작용하는 구심력은, 차량의 전후륜 (보다 상세하게는, 전후륜에 장착된 타이어) 과 노면 사이에서 선회 중심 방향으로 작용하는 횡력 (이하, 이 횡력을 코너링 포스라고 한다) 에 의해 부여된다.

구체적으로 설명하면, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타각 (δc) 에 기초하여 결정되는 소정의 선회원 위를 주행하는 (이하, 이 주행 방향을 진행 방향이라고 한다) 차량에 있어서는, 타이어가 진행 방향에 대하여 가로로 미끄러진다. 그리고, 타이어가 가로로 미끄러짐에 따라, 차량은 구심력을 얻어 선회원 위를 주행한다. 이 때문에, 선회 상태에 있는 차체에 있어서는, 진행 방향과 차체의 전후 방향의 각도차로 표시되는 차체의 횡미끄럼각 (β) 을 갖게 된다. 그런데, 전후륜은 차체에 일체적으로 장착되어 있기 때문에, 차체가 횡미끄럼각 (β) 을 갖는 상황에서는, 전후륜의 타이어는, 차량에 작용하는 관성력의 방향으로 노면에 대하여 상대적으로 변위되려고 한다.

그러나, 전후륜의 타이어가 노면에 대하여 상대적으로 변위되려고 하면, 전후륜의 타이어와 노면 사이에 마찰력이 발생하고, 이 결과, 차량은 관성력의 작용 방향이 아닌 선회 원 상을 진행 방향으로 주행한다. 바꾸어 말하면, 이 마찰력에 기초하여 코너링 포스가 발생하고, 이 발생된 코너링 포스에 의해 차량을 진행 방향으로 주행시키기 위한 구심력이 발생한다. 그리고, 발생된 좌우 전륜 (FW1, FW2) (보다 상세하게는, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 타이어) 의 코너링 포스가 조타 핸들 (11) 에 전달됨으로써, 운전자는 반력 토크를 감지함과 함께, 현재 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타 방향 (즉 전타각 (δc)) 도 감지할 수 있다.

따라서, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 전타각 (δc) 으로 전타되어 선회 상태에 있는 차량의 구심력은, 전후륜에 발생하는 코너링 포스, 보다 상세하게는, 단위 횡미끄럼각 (β) 당 코너링 포스인 코너링 파워를 사용한 하기 식 2 에 따라 계산할 수 있다.

M·α = 2·Kf·δc + 2·(Kf+Kr)·β + ε … 식 2

여기서, 상기 식 2 중의 M 은 차량의 질량이다. 또한, 상기 식 2 중의 α 는 선회의 중심 방향으로 작용하는 가속도 (이하, 이 가속도를 구심 가속도라고 한다) 이며, 하기 식 3 과 같이 표시할 수 있다.

α = V²·(1/R) … 식 3

단, R 은 전타각 (δc) 에 기초하여 결정되는 차량의 선회 반경을 표시하고 있고, 1/R 은 선회원의 곡률 (소위, 선회 곡률) 을 표시하는 것이다.

여기서, 전타각 (δc) 과 선회 곡률 1/R 사이에는, 하기 식 4 에 나타내는 관계가 성립된다.

δc = L·(1 + A·V²)·(1/R) … 식 4

단, 상기 식 4 중의 L 은 차량의 휠 베이스를 표시하는 미리 정해진 소정치이며, A 는 차량의 거동 안정성을 표시하는 미리 정해진 소정치이다. 그리고, 상기 식 4 를 변형시킴으로써, 선회 곡률 1/R 은 하기 식 5 에 의해 표시할 수 있다.

1/R = δc/(L·(1 + A·V²)) … 식 5

따라서, 구심 가속도 (α) 는, 상기 식 3 에 대하여 상기 식 5 를 대입함으로써, 하기 식 6 에 의해 표시할 수 있다.

α = (V²/(L·(1 + A·V²)))·δc … 식 6

또한, 상기 식 2 의 우변에 있어서, Kf 는 좌우 전륜 (FW1, FW2) 에 발생하는 코너링 파워를 표시하며, Kr 은 후륜에 발생하는 코너링 파워를 표시한다. 또한, 차체의 횡미끄럼각 (β) 은, 상기 서술한 바와 같이, 전타각 (δc) 이 양, 즉 차량이 좌방향으로 선회하고 있으면 우방향으로 발생하기 때문에 양의 값을 갖고, 전타각 (δc) 이 음, 즉 차량이 우방향으로 선회하고 있으면 좌방향으로 발생하기 때문에 음의 값을 갖는다. 또한, 상기 식 2 의 우변에 있어서, ε 는, 예를 들어, 차량의 선회시에 발생하는 요 레이트 (yaw rate) 등에 관련되어 발생하는 매우 작은 힘이기 때문에 무시할 수 있다. 따라서, 선회 상태에 있는 차량의 구심력은, 상기 식 2 대신에, 하기 식 7 에 나타내는 바와 같이 표시할 수 있다.

M·α = 2·Kf·δc + 2·(Kf + Kr)·β …식 7

상기 식 7 에 의하면, 차량에 발생하는 구심력 M·α 는, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타각 (δc) 에 비례하는 횡력 (이하, 이 횡력을 전타 횡력이라고 한다) 과, 차체의 횡미끄럼각 (β) 에 비례하는 횡력 (이하, 이 횡력을 미끄럼 횡력이라고 한다) 을 합산하여 계산된다. 그런데, 미끄럼 횡력은, 상기 식 7 에서도 알 수 있는 바와 같이, 차체에 횡미끄럼각 (β) 이 발생하는 상황에서 필연적으로 발생하는 횡력으로서, 운전자가 조타 핸들 (11) 을 회전 운동 조작하여 직접 제어하는 것이 어려운 횡력이다. 이와 같이, 필연적으로 미끄럼 횡력이 발생함으로써, 운전자가 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 의해 예상한 구심력보다 큰 구심력이 차량에 작용하게 된다.

이로써, 차량은 운전자가 예상한 선회 반경으로 선회할 수 없고, 운전자는, 예상한 선회 반경으로 차량이 선회하도록, 조타 핸들 (11) 을 적절하게 회전 운동 조작 (이하, 이 회전 운동 조작을 수정 조타라고 한다) 하여 전타각 (δc) 을 수정할 필요가 있다. 즉, 운전자는, 차량의 선회에 수반하여 필연적으로 발생할 미끄럼 횡력분만큼 구심력 (M·α) 이 작아지도록 조타 핸들 (11) 을 수정 조타할 필요가 있다. 이와 같이, 필연적으로 발생하는 차체의 횡미끄럼각 (β) 은, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 전타각 (δc) 으로 전타된 차량의 선회 거동에 대하여 영향을 미친다.

따라서, 전자 제어 유닛 (36) 은, 단계 S13 에서, 선회 상태에 있는 차량에 있어서 필연적으로 발생한 미끄럼 횡력 (보다 상세하게는, 차체의 횡미끄럼각 (β)) 의 영향을 배제하고, 차량의 선회 거동을 안정화시키기 위한 동적인 제로점 (δo) 을 계산한다.

즉, 상기 서술한 바와 같이, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 전타각 (δc) 으로 전타됨으로써 차체의 횡미끄럼각 (β) 이 발생하는 상황에서는, 구심력 (M·α) 은, 상기 식 7 에 따라 전타 횡력에 미끄럼 횡력이 합산되어 (추가되어) 계산된다. 바꾸어 말하면, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에서 기인하여 차량을 선회시키기 위하여 필요한 횡력은 전타 횡력이며, 미끄럼 횡력은 불필요한 횡력이 된다. 따라서, 운전자가 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 의해 예상한 선회 반경으로 차량을 선회시키기 위한 전타각을 목표 전타각 (δd) 으로 하면, 상기 전타각 (δd) 에 의해 발생하는 전타 횡력은, 상기 식 7 의 두변에서 미끄럼 횡력을 뺀 하기 식 8 에 의해 표시할 수 있다.

2·Kf·δd = M·α - 2·(Kf + Kr)·β … 식 8

이로써, 목표 전타각 (δd) 은, 상기 식 8 을 변형시킴으로써 얻어지는 하기 식 9 에 의해 표시할 수 있다.

δd = (M/(2·Kf))·α - (1 + Kr/Kf)·β … 식 9

그리고, 상기 식 6 을 사용하여 상기 식 9 를 변형시키면, 하기 식 10 이 성립된다.

δd = (M/(2·Kf))·(V²/(L·(1 + A·V²)))·δc - (1 + Kr/Kf)·β … 식 10

여기서, 상기 식 10 의 우변 제 1 항은, 운전자에 의한 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 의해 입력된 전타각 (δc) 에서 기인하는 항이기 때문에, 상기 항을 운전자에 의해 입력된 전타각 (δc1) 으로서 치환하면, 상기 식 10 은, 하기 식 11 에 나타내는 바와 같이 표시할 수 있다.

δd = δc1 - (1 + Kr/Kf)·β … 식 11

이 식 11 에 의하면, 목표 전타각 (δd) 은, 운전자에 의한 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 의해 입력된 전타각 (δc1) 에서 차체의 횡미끄럼각 (β) 에 비례하는 항을 뺌으로써 결정된다. 이 때문에, 운전자는, 상기 서술한 수정 조타를 실행하는 경우에는, 상기 식 9 에 따라 결정되는 목표 전타각 (δd) 이 되도록 조타 핸들 (11) 을 회전 운동 조작하게 된다. 바꾸어 말하면, 선회 상태에 있는 차량의 차체에 발생한 횡미끄럼각 (β) 의 영향을 배제하고, 차량의 선회 거동을 안정화시키기 위한 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타 방향은, 차체의 횡미끄럼각 (β) 의 발생 방향으로 좌우 전륜 (FW1, FW2) (즉, 랙바 (22)) 을 (1 + Kr/Kf)·β 로 표시되는 각도분만큼 복귀시킨 방향이 된다.

이것은, 선회 상태에 있는 차량에 있어서, 랙바 (22) 의 중립 위치 (정적인 제로점) 를 횡미끄럼각 (β) 의 발생 방향 (보다 구체적으로는, 현재 조타 핸들 (11) 의 복귀 방향) 으로 (1 + Kr/Kf)·β 만큼 이동시키고, 이 이동시킨 랙바 (22) 의 위치 (이하, 변경 중립 위치라고 한다) 를 동적인 제로점 (δo) 으로서 결정하고, 이 변경 중립 위치 (동적인 제로점 (δo)) 를 기준으로 하여 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 전타하는 것과 동일해진다. 이 때문에, 동적인 제로점 (δo) 은, 하기 식 12 와 같이 나타낼 수 있다.

δo = -(1 + Kr/Kf)·β·N … 식 12

여기서, 상기 식 12 중의 N 은, 차체의 횡미끄럼각 (β) 의 발생에 수반하여 비선형으로 변화되는 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 타이어의 변형 특성을 선형으로서 취급하기 위한 보정량이다. 그리고, 이 보정량 (N) 은, 예를 들어, 하기 식 13 에 나타내는 바와 같이, 검출되는 횡가속도 (G) 의 함수로서 계산된다.

N = (a + b·G²)/(c + d·G²) … 식 13

단, 상기 식 13 중의 a, b, c, d 의 값은, 차종과 타이어에 대응하여 결정되는 상수이다. 또한, 보정량 (N) 은, 상기 식 13 에 따라 계산되는 것에 한정되지 않고, 차량의 특성에 대응하여 미리 설정되는 것이나 운전자가 적절하게 변경하는 것이어도 된다. 그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 단계 S11 에서 입력된 횡가속도 (G) 및 횡미끄럼각 (β) 을 사용하여, 상기 식 12, 13 에 따라 동적인 제로점 (δo) 을 계산한다.

이와 같이, 동적인 제로점 (δo) 을 계산하면, 전자 제어 유닛 (36) 은, 단계 S14 및 단계 S15 를 실행함으로써, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 계산한 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 전타시키는, 바꾸어 말하면, 운전자의 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작 방향을 안내하기 위한 반력 토크 (Tz) 를 계산한다. 이하, 이 반력 토크 (Tz) 의 계산에 대하여 상세하게 설명한다.

상기 서술한 바와 같이, 동적인 제로점 (δo) 은, 횡미끄럼각 (β) 의 영향을 배제하고, 선회 상태에 있는 차량의 선회 거동을 안정화시키는 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타각의 기준점이다. 즉, 선회 상태에 있는 차량에 있어서, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 전타하면 차량의 선회 거동을 가장 안정시킬 수 있다. 이 때문에, 차체의 횡미끄럼각 (β) 의 발생에 의해 차량의 선회 거동이 흐트러진 상태에서는, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타각을, 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 하여 전타함으로써 차량의 선회 거동을 안정시킬 필요가 있다.

여기서, 차량이 좌방향으로 선회하고 있는 경우에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이, 차체의 횡미끄럼각 (β) 은 우방향 즉 양의 값으로서 발생하기 때문에, 동적인 제로점 (δo) 은, 상기 식 12 에 따라 음의 값이 된다. 또한, 차량이 우방향으로 선회하고 있는 경우에는, 차체의 횡미끄럼각 (β) 은 좌방향 즉 음의 값으로서 발생하기 때문에, 동적인 제로점 (δo) 은, 상기 식 12 에 따라 양의 값이 된다. 따라서, 계산된 동적인 제로점 (δo) 의 양음에 따라 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 전타할 때에는, 동적인 제로점 (δo) 이 음의 값이면 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 우방향으로 전타 (복귀) 되고, 양의 값이면 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 좌방향으로 전타 (복귀) 된다.

이 때문에, 전자 제어 유닛 (36) 은, 운전자의 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 의해 전타된 좌우 전륜 (FW1, FW2) 을 계산한 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 전타시키기 (복귀시키기) 위한 토크, 즉, 운전자에 의해 입력된 조타 토크 (t) 에 저항하여 동적인 제로점 (δo) 방향으로 조타 핸들 (11) 을 안내하기 위한 반력 토크 (Tz) 를 계산한다.

반력 토크 (Tz) 를 계산하는 데에 있어서, 전자 제어 유닛 (36) 은, 먼저, 단계 S14 에서, 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 하였을 때의 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타각 (δa) 을 하기 식 14 에 따라 계산한다.

δa = δ - δo … 식 14

단, 상기 식 14 중의 δ 은, 전타각 센서 (33) 에 의해 검출되는 전타각, 즉, 정적인 제로점을 기준으로 하여 검출된 전타각이다.

이와 같이, 상기 식 14 에 따라 계산된 전타각 (δa) 은, 전타각 (δ) 의 검출 기준점을, 정적인 제로점에서 동적인 제로점 (δo) 으로 변경하여 검출한 것과 동일해진다. 바꾸어 말하면, 전타각 (δa) 은, 정적인 제로점을 기준점으로 하여 전타각 센서 (33) 가 검출한 전타각 (δ) 을, 동적인 제로점 (δo) 을 기준점으로 한 전타각으로 변환시킨 것이 된다. 그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 단계 S15 에서, 계산된 (변환된) 전타각 (δa) 의 크기에 대응한 반력 토크 (Tz) 를 계산한다.

반력 토크 (Tz) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 동적인 제로점 (δo) 에서 「0」으로 설정됨과 함께, 좌우 방향으로의 전타각 (δa) 의 증대, 바꾸어 말하면, 전타각 (δa) 의 절대치에 비례하여 증대되는 변화 특성을 갖고 있다. 구체적으로는, 전타각 (δa) 의 절대치가 큰 경우, 즉, 검출 전타각 (δ) 과 동적인 제로점 (δo) 의 차분의 절대치가 큰 경우에는, 큰 반력 토크 (Tz) 가 계산된다. 또한, 전타각 (δa) 의 절대치가 작은 경우, 즉, 검출 전타각 (δ) 과 동적인 제로점 (δo) 의 차분의 절대치가 작은 경우에는, 작은 반력 토크 (Tz) 가 계산된다. 또한, 반력 토크 (Tz) 는, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 전타될 수 있는 (즉, 랙바 (22) 가 축선 방향으로 변위될 수 있는) 최대 전타각의 근방에서 반력 토크 (Tz) 의 최대치를 갖도록 설정되어 있다.

또한, 반력 토크 (Tz) 의 변화 특성에 관하여, 본 실시형태에 있어서는, 전타각 (δa) 의 절대치에 대하여 비례함과 함께, 최대 전타각 근방에서 일정치가 되는 변화 특성을 채용하여 실시한다. 그러나, 도 3 에서 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 최대 전타각에서 반력 토크 (Tz) 의 최대치가 되고, 전타각 (δa) 에 대하여 고르게 증대되는 변화 특성 (예를 들어, 위로 볼록해지는 함수 곡선 등) 을 채용하여 실시할 수도 있다.

여기서, 조타 핸들 (11) 에 부여되는 반력 토크 (Tz) 에 대하여 설명해 둔다. 일반적으로, 전동 파워 스티어링 장치에 있어서는, 스티어링계에 존재하는 점성 토크, 관성 토크 및 셀프 얼라이닝 토크 (이하, 간단히 SAT 라고 한다) 의 반력 토크 합과, 운전자에 의해 입력된 조타 토크 (t) 및 어시스트 토크 (Ta) 의 조타 토크 합이 동일해진다. 바꾸어 말하면, 운전자가 입력하는 조타 토크 (t) 가 커지지 않도록, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 수반하여 변화되는 SAT 의 크기에 따라, 전동 모터가 어시스트 토크 (Ta) 를 발생시킨다. 여기서, 스티어링계에 존재하는 점성 토크로는, 예를 들어, 전타 기어 유닛 (20) 에 채워진 오일의 유동 저항에 수반하여 발생하는 토크이고, 관성 토크로는, 예를 들어, 조타 핸 들의 관성 능률에 수반하여 발생하는 토크이다.

그런데, 본 실시형태에 있어서는, 조타 핸들 (11) 을 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 하여 안내하기 위해서, 전자 제어 유닛 (36) 이 전동 모터 (23) 를 구동 제어하여 반력 토크 (Tz) 를 부여한다. 이 때문에, 스티어링계에 존재하는 반력 토크 합은, 점성 토크, 관성 토크, SAT 및 반력 토크 (Tz) 가 된다. 즉, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 수반하여, 도 3 에서 1점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 차체의 횡미끄럼각 (β) 방향을 중심으로 노면 반력으로서 필연적으로 작용하는 SAT 와 동적인 제로점 (δo) 을 중심으로 작용하는 반력 토크 (Tz) 가 서로 중복되어 작용하기 때문에, 반력 토크 합이 커진다. 따라서, 전자 제어 유닛 (36) 은, 조타 토크 (t) 가 커지지 않도록, 전동 모터 (23) 를 구동 제어하여 어시스트 토크 (Ta) 의 크기를 적절하게 조정한다.

여기서, 전자 제어 유닛 (36) 에 의한 어시스트 토크 (Ta) 의 조정에 있어서는, 점성 토크, 관성 토크 및 SAT 의 합과 동일해지도록 어시스트 토크 (Ta) 를 조정하는 경우와, 점성 토크, 관성 토크, SAT 및 반력 토크 (Tz) 의 합과 동일해지도록 어시스트 토크 (Ta) 를 조정하는 경우를 생각할 수 있다.

먼저, 점성 토크, 관성 토크 및 SAT 의 합과 동일해지도록, 전자 제어 유닛 (36) 이 어시스트 토크 (Ta) 를 조정하는 경우에는, 반력 토크 (Tz) 와 조타 토크 (t) 가 동일한 상태가 된다. 바꾸어 말하면, 랙바 (22), 피니언 기어 (21) 및 조타축 (12) 을 통하여 조타 핸들 (11) 에 전달되는 반력 토크 (Tz) 에 의해, 조타 핸들 (11) 을 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 안내할 수 있다. 또한, 이 경 우, 조타 토크 (t) 가 운전자에 의해 입력되지 않은 상태에서는, 전자 제어 유닛 (36) 은, 점성 토크가 반력 토크 (Tz) 와 일치하도록 전동 모터 (23) 를 구동 제어 즉 어시스트 토크 (Ta) 를 조정하여, 조타 핸들 (11) 을 동적인 제로점 (δo) 으로 복귀시킨다.

또한, 점성 토크, 관성 토크, SAT 및 반력 토크 (Tz) 의 합과 동일해지도록, 전자 제어 유닛 (36) 이 어시스트 토크 (Ta) 를 조정하는 경우에는, SAT 및 반력 토크 (Tz) 와 조타 토크 (t) 가 동일한 상태가 된다. 이 상태에 있어서는, 랙바 (22), 피니언 기어 (21) 및 조타축 (12) 을 통하여 조타 핸들 (11) 에 전달되는 SAT 에 의해, 조타 핸들 (11) 이 차체의 횡미끄럼각 (β) 방향으로 안내됨과 함께, 동일하게 전달되는 반력 토크 (Tz) 에 의해, 조타 핸들 (11) 이 동적인 제로점 (δo) 방향으로 안내된다.

그런데, SAT 와 반력 토크 (Tz) 가 중복되어 작용하는 경우에 있어서는, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 수반하여 조타 토크 (t) 가 불연속적으로 변화되는 경우가 있다. 즉, SAT 와 반력 토크 (Tz) 의 합과 조타 토크 (t) 가 동일하기 때문에, SAT 가 「0」이 되는 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 위치 (횡미끄럼각 (β) 과 일치하는 회전 운동 위치) 와 반력 토크 (Tz) 가 「0」이 되는 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 위치 (동적인 제로점 (δo) 과 일치하는 위치) 에 있어서, 조타 토크 (t) 가 작아진다 (소위, 토크 골짜기가 발생한다).

이 경우에는, SAT 의 크기에 대하여 반력 토크 (Tz) 의 크기를 충분히 크게 설정함으로써, SAT 에 의한 토크의 골짜기의 영향을 작게 할 수 있다. 그리고, 이와 같이 토크 골짜기의 영향을 작게 한 경우에는, SAT 가 「0」이 되는 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 위치에서 약간 조타 토크 (t) 가 변화되게 된다. 바꾸어 말하면, 조타 토크 (t) 가 변화되는 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 위치에서 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 횡미끄럼각 (β) 방향으로 전타되어 있기 때문에, 운전자는, 조타 토크 (t) 의 변화에 기초하여 용이하게 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타 방향이 차량의 진행 방향과 일치된 것을 감지할 수 있다.

그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 식 14 에 기초하여 계산한 전타각 (δa) 을 사용하여, 도 3 에 나타낸 반력 토크 (Tz) 의 특성 테이블을 참조함으로써, 전동 모터 (23) 에 발생시키는 반력 토크 (Tz) 를 계산한다. 그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 반력 토크 (Tz) 를 계산하면 단계 S16 으로 진행된다.

단계 S16 에 있어서는, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 단계 S13 에서 계산한 반력 토크 (Tz) 를 발생시키기 위하여, 전타 기어 유닛 (20) 의 전동 모터 (23) 를 구동 제어한다.

구체적으로 반력 토크 (Tz) 를 발생시키는 구동 제어를 설명하면, 전자 제어 유닛 (36) 은, 조타 토크 센서 (32) 로부터 조타축 (12) (즉 랙바 (22)) 에 작용하고 있는 검출 토크 (T) 를 입력한다. 그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 검출 토크 (T) 가 상기 계산된 반력 토크 (Tz) 가 되도록 전동 모터 (23) 의 회전을 피드백 제어한다. 또한, 전자 제어 유닛 (36) 은, 구동 회로 (37) 로부터 전동 모터 (23) 로 흐르는 구동 전류도 입력하여, 반력 토크 (Tz) 에 대응한 크기의 구동 전류가 적절히 흐르도록 구동 회로 (37) 를 피드백 제어한다.

이와 같이, 전동 모터 (23) 가 구동 제어됨으로써, 상기 모터 (23) 가 발생시킨 반력 토크 (Tz) 가 전달된다. 또한, 랙바 (22) 에 반력 토크 (Tz) 가 전달됨으로써, 조타축 (12) 을 통하여 조타 핸들 (11) 에 반력 토크 (Tz) 가 전달된다. 이로써, 조타 핸들 (11) 은, 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 한 반력으로 회전 운동 (안내) 된다.

그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 조타 토크 센서 (32) 에 의해 검출된 토크 (T) 가 상기 계산된 반력 토크 (Tz) 와 동일해지면, 전동 모터 (23) 의 구동 제어를 중지시키고 단계 S17 로 진행된다. 그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 단계 S17 에서, 반력 토크 제어 프로그램의 실행을 일단 종료하고, 소정의 단시간이 경과되면, 다시 동일 프로그램의 실행을 개시한다.

이상의 설명에서도 이해할 수 있듯이, 이 실시형태에 의하면, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 단계 S13 에서, 제 1 기준점으로서의 정적인 제로점에 대하여, 횡미끄럼각 센서 (35) 에 의해 검출된 차체의 횡미끄럼각 (β) 에 따라 변화되는 제 2 기준점으로서의 동적인 제로점 (δo) 을, 상기 식 12 에 따라 계산할 수 있다. 또한, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 단계 S14 에서, 전타각 센서 (33) 에 의해 정적인 제로점을 기준으로 하여 검출한 전타각 (δ) 을, 상기 식 14 에 따라 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 하였을 때의 전타각 (δa) 으로 변환시킬 수 있다. 또한, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 단계 S15 에서, 이 변환된 전타각 (δa) 과 소정의 관계에 있는 반력 토크 (Tz) 를 계산할 수 있다. 그리고, 전자 제어 유닛 (36) 은, 상기 단계 S16 에서, 구동 회로 (37) 를 통하여, 계산된 반 력 토크 (Tz) 가 발생되도록 전동 모터 (23) 를 구동 제어할 수 있다.

이와 같이, 반력 토크 (Tz) 를 발생시킴으로써, 전타 기어 유닛 (20) 에 연결된 조타축 (12) 에 일체적으로 장착된 조타 핸들 (11) 은, 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 한 반력으로 회전 운동 (안내) 된다. 이로써, 예를 들어, 노면 반력이 작은 설로나 빙로 등을 주행하는 경우라도, 운전자가 확실하게 감지할 수 있는 반력 토크 (Tz) 를 발생시킬 수 있음과 함께, 상기 발생된 반력 토크 (Tz) 에 의해 운전자가 조타 핸들 (11) 을 회전 운동 조작해야 할 방향을 안내할 수 있다.

따라서, 특히, 차량의 운전을 숙지하지 못한 운전자가, 설로나 빙로를 주행하는 경우라도, 선회 상태에 있는 차량의 거동을 안정시키기 위한 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작 방향, 즉, 동적인 제로점 (δo) 을 향한 회전 운동 조작 방향을 매우 용이하게 판단할 수 있다. 이로써, 차량의 선회시에 있어서의 거동을 안정시키기 위하여, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작을 적절히 수정할 수 있어, 차량을 매우 용이하게 선회 주행시킬 수 있다.

또한, 상기 식 12 에서도 알 수 있는 바와 같이, 동적인 제로점 (δo) 의 계산에 있어서는, 차체의 횡미끄럼각 (β) 에 대하여, 차량의 선회 중심 방향으로 작용하는 코너링 파워 (Kf, Kr) 를 사용하여 계산되는 계수와, 상기 식 13 에 의해 표시되는 바와 같이 차체의 횡미끄럼각 (β) 에 따라 비선형으로 변화되는 타이어의 변형 특성을 고려한 보정항 (N) 을 곱셈함으로써 계산할 수 있다. 여기서, 보정항 (N) 은, 횡가속도 (G) 의 함수로서 표시된다. 이로써, 차량의 선회 상태 즉 발생된 차체의 횡미끄럼각 (β) 에 따라 최적이 되는 동적인 제로점 (δo) 을 계산할 수 있고, 이 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 하여 조타 핸들 (11) 이 안내됨으로써, 운전자는 차량을 매우 용이하게 또한 보다 안정적으로 선회 주행시킬 수 있다.

또한, 전타각 (δa) 의 절대치가 큰 상황에서, 차량의 선회 거동이 흐트러진 경우에는, 큰 반력 토크 (Tz) 를 발생시킬 수 있다. 그리고, 발생된 큰 반력 토크 (Tz) 에 의해, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 방향을 안내할 수 있기 때문에, 운전자는, 신속하게 또한 적절하게 조타 핸들의 회전 운동 조작을 수정할 수 있다. 또한, 반력 토크 (Tz) 의 크기를 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 예를 들어, 운전자가 조타 핸들 (11) 을 조타하기 쉽도록, 바꾸어 말하면, 차량의 선회 상태를 컨트롤하기 쉽도록, 전타각 (δa) 의 절대치 크기에 대하여 반력 토크 (Tz) 를 증가시킬 수도 있다. 이로써, 차량의 특성, 예를 들어, 스포티한 차량이면, 스포츠 주행시에 신속하게 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작을 수정할 수 있도록, 전타각 (δa) 의 절대치 크기에 대하여 반력 토크 (Tz) 가 보다 크게 증가되도록 할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 정적인 제로점에 대하여 동적인 제로점 (δo) 을 계산하고, 이 동적인 제로점 (δo) 을 기준으로 한 반력 토크 (Tz) 를 계산함으로써, 전동 모터 (23) 를 구동시키도록 하였다. 이것에 의해, 종래의 전동 파워 스티어링 장치에 대하여, 별도로 장치나 기구를 설치하지 않고, 전동 모터를 반력 토크 (Tz) 가 발생되도록 구동시킴으로써 실시할 수 있다. 따라서, 종래의 전동 파워 스티어링 장치에 대해서도, 매우 용이하게 적용할 수 있어 제조 비 용을 저감시킬 수 있다.

상기 실시형태에 있어서는, 상기 식 12 로 나타낸 바와 같이, 전륜의 코너링 파워 (Kf) 및 후륜의 코너링 파워 (Kr) 와, 차량의 선회 상태에 따라 변화되는 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 타이어의 변형 특성을 보정하기 위한 보정량 (N) 을 사용하여, 동적인 제로점 (δo) 을 계산하도록 실시하였다. 이와 같이, 보정량 (N) 을 사용하는 것은, 전후륜의 코너링 파워 (Kf, Kr) 는, 타이어의 변형 특성의 변화, 바꾸어 말하면, 차량의 선회 상태의 변화에 따라 다르지 않고 일정하게 하였기 때문이다. 따라서, 차량의 선회 상태에 따라 변화되는 전후륜의 코너링 파워 (Kf, Kr) 를 계산함으로써 보정량 (N) 을 생략할 수 있다. 이하, 이 변형예를 설명하는데, 상기 실시형태와 동일 부분에 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.

상기 실시형태에 있어서 설명한 바와 같이, 운전자에 의해 조타 핸들 (11) 이 회전 운동 조작되면, 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이, 예를 들어, 전타각 (δc) 으로 전타되고, 차량은, 직진 상태에서 선회 상태로 이행되거나, 또는, 선회 상태를 유지한다. 그리고, 선회 상태에 있는 차량에는, 상기 서술한 바와 같이, 상기 식 7 로 나타낸 구심력과 원심력이 작용한다.

그런데, 일반적으로, 전후륜측 (소위, 스프링 하부) 과 차체측 (소위, 스프링 상부) 은, 서스펜션 장치에 의해, 상하 방향으로 상대 변위 가능하게 결합되어 있다. 이 때문에, 특히, 선회 상태에서, 차량의 횡방향 운동에 수반하는 관성력 (원심력) 이 차체의 중심(重心)점에 작용하면, 차체는 관성력이 작용하는 방향 으로 기울어지고, 바꾸어 말하면, 차체에 롤링이 발생한다. 이와 같이, 차체에 롤링이 발생된 상황, 바꾸어 말하면, 차량에 롤각 (φ) 이 발생된 상황에서는, 전후륜 모두, 좌우륜의 일방은 하중이 증가되고 타방은 하중이 감소된다. 이 때문에, 차량이 선회 상태에 있는 경우에는, 발생한 롤링에 의한 하중 이동을 고려하여, 코너링 파워 (Kf, Kr) 를 계산할 필요가 있다.

즉, 이 변형예에 있어서는, 횡가속도 (G) 로 선회하는 차량에 있어서의 전후륜의 코너링 파워 (Kf, Kr) 를 하기 식 15, 16 에 따라 계산한다.

Kf = Kfo + ξ·((Nf·φ + mf·hf·G)/Tr)² … 식 15

Kr = Kro + ξ·((Nr·φ + mr·hr·G)/Tr)² … 식 16

단, 상기 식 15 중의 Kfo 와 상기 식 16 중의 Kro 는, 각각, 차량 정지시에 있어서의 전후륜 하중 (이하, 정지시 하중이라고 한다) 에 대한 전륜과 후륜의 코너링 파워를 표시한다. 또한, 상기 식 15, 16 중의 Nf, Nr 은, 각각, 전륜측과 후륜측의 롤 강성치를 표시하고, mf, mr 은, 각각, 전륜측과 후륜측의 차체 질량을 표시하며, hf, hr 은, 각각, 전륜측과 후륜측에 있어서의 노면과 롤 센터의 거리 (높이) 를 표시한다. 또한, 상기 식 15, 16 중의 ξ 는, 코너링 파워의 하중 의존 계수를 표시하고, Φ 는, 차체의 롤각을 표시하며, Tr 은, 전후륜의 트레드폭을 표시한다.

여기서, 롤링의 발생에 수반하는 하중 이동에 대하여 설명해 둔다. 횡가속도 (G) 로 선회하고 있는 차량에 발생하는 롤각 (Φ) 은, 하기 식 17 에 따라 계 산할 수 있다.

φ = (m·Gd·hs)/(Nf + Nr - m·g·hs) … 식 17

단, 상기 식 17 중의 m 은, 스프링 상부 질량을 표시하고, hs 는, 차량의 중심점과 롤 센터 사이의 거리를 표시한다.

그리고, 전후륜의 좌우 하중 이동량은, 롤각 (Φ) 에 의존한 하중 이동과, 롤 센터에 가해지는 횡력에 의한 하중 이동의 합으로서 계산할 수 있다. 이 때문에, 정지시의 전후륜의 하중을 Fo, Ro 로 하면, 하중 이동 후의 전후륜 하중 (Ff, Fr) 은, 각각 하기 식 18, 19 와 같이 나타낼 수 있다.

Ff = Fo ± (Nf·φ + mf·hf·G)/Tr … 식 18

Fr = Ro ± (Nr·φ + mr·hr·G)/Tr … 식 19

한편, 하중 (Ff, Fr) 이 전후륜에 작용하는 경우에 있어서의 코너링 파워 (Kf, Kr) 는, 하기 식 20, 21 에 의해 표시할 수 있다.

Kf = Ff·(nCp + ξ·(Ff - Fzo)) … 식 20

Kr = Fr·(nCp + ξ·(Fr - Fzo)) … 식 21

단, 상기 식 20, 21 중의 nCp 는, 코너링 파워 (Kf, Kr) 를 어느 순간의 하중으로 나눔으로써 얻어지는 코너링 파워 계수로서, 기준 하중시의 정규화 코너링 파워 계수를 표시한다. 또한, 상기 식 20, 21 중의 Fzo 는, 소정의 기준 하중을 표시한다.

이로써, 상기 식 20, 21 에 대하여, 상기 식 18, 19 를 각각 대입함과 함께, 정지시 하중에 있어서의 전후륜의 코너링 파워를 Kfo, Kro 로서 정리하면, 상기 식 15, 16 을 도출할 수 있다. 이와 같이, 상기 식 15, l6 에 따라 계산되는 코너링 파워 (Kf, Kr) 는, 차체에 발생된 롤각 (Φ) 을 고려하고 있기 때문에, 차량의 선회 상태를 반영한 적절한 값으로서 계산할 수 있다. 이로써, 상기 식 12 에서 보정량 (N) 을 생략하고, 동적인 제로점 (δo) 을 정확하게 계산할 수 있다. 따라서, 상기 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시에 있어서는, 상기 실시형태 및 변형예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서는, 조타 핸들 (11) 과 전타 기어 유닛 (20) 을 조타축 (12) 에 의해 연결하고, 랙바 (22) 의 전동 모터 (23) 에 의한 동적인 제로점 (δo) 방향으로의 변위를 직접 조타 핸들 (11) 에 전달하도록 실시하였다. 이로써, 조타 핸들 (11) 이 동적인 제로점 (δo) 에 대응한 회전 운동 조작 방향이 안내되고, 운전자는 차량의 선회 거동을 안정화시키는 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타 방향을 매우 용이하게 감지할 수 있도록 하였다.

그러나, 전타각 센서 (33) 에 의해 검출된 좌우 전륜 (FW1, FW2) 의 전타각 (δ) 과 동적인 제로점 (δo) 이 크게 떨어져 있는 경우 즉 전타각 (δa) 의 절대치가 큰 경우에는, 동적인 제로점 (δo) 까지의 랙바 (22) 의 축선 방향으로의 변위에 대응한 조타 핸들 (11) 의 회전 운동량이 커지고, 이 결과, 운전자가 위화감을 느끼는 경우도 있다. 이 때문에, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 조타 핸들 (11) 의 회전 방향으로의 변위와 랙바 (22) 의 축선 방향으로의 변위를 상대적으로 변위 가능하게 하는 가변 기어 기구 (40) 를 설치하도록 변경하여 실시할 수도 있 다. 또한, 가변 기어 기구 (40) 의 구조 및 작동에 대해서는, 주지되어 있기 때문에 그 상세한 설명을 생략한다.

이 경우, 차량의 조타 장치로서의 전동 파워 스티어링 장치에 있어서는, 상기 실시형태의 조타축 (12) 이, 조타 핸들 (11) 과 일체적으로 회전 가능한 조타 입력축 (12a) 과 전타 기어 유닛 (20) 에 접속된 전타 출력축 (12b) 으로 구성되어 있다. 그리고, 가변 기어 기구 (40) 는, 조타 입력축 (12a) 과 전타 출력축 (12b) 을 서로 접속시키고 있다. 이 가변 기어 기구 (40) 는, 전동 모터 (41) 및 감속기 (42) 를 구비하고 있고, 조타 입력축 (12a) 의 회전량과 감속기 (42) 에 접속된 전타 출력축 (12b) 의 회전량을 적절하게 상대적으로 변경시키는 것이다.

전동 모터 (41) 는, 그 모터 하우징이 조타 입력축 (12a) 과 일체적으로 접속되어 있어, 운전자에 의한 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작에 따라 일체적으로 회전하도록 되어 있다. 또한, 전동 모터 (41) 의 구동 샤프트 (41a) 는 감속기 (42) 에 접속되어 있고, 상기 전동 모터 (41) 의 회전력이 구동 샤프트 (41a) 를 통하여 감속기 (42) 에 전달되도록 되어 있다. 감속기 (42) 는, 소정의 기어 기구 (예를 들어, 유성 기어 기구 등) 에 의해 구성되어 있고, 전타 출력축 (12b) 은 이 기어 기구에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 가변 기어 기구 (40) 는, 전동 모터 (41) 의 구동 샤프트 (41a) 및 감속기 (42) 를 통하여, 조타 입력축 (12a) 과 전타 출력축 (12b) 을 상대 회전 가능하게 연결하고 있고, 조타 입력축 (12a) 의 회전량과 전타 출력축 (13) 의 회전량의 비를 적절하게 변경할 수 있다.

따라서, 반력 토크 (Tz) 에 의해 좌우 전륜 (FW1, FW2) 이 전타되는 경우에 는, 전타 출력축 (12b) 의 회전량에 대한 조타 입력축 (12a) 의 회전량의 비를 변경함으로써, 조타 핸들 (11) 의 회전 운동량을 작게 할 수 있어, 운전자가 느끼는 위화감을 작게 할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서의 그 외의 효과에 대해서는, 상기 실시형태 및 변형예와 동일한 효과를 기대할 수 있다.

또한, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서는, 전타각 (δa) 의 절대치 변화에 대하여, 반력 토크 (Tz) 가 비례하도록 실시하였다. 이에 대하여, 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 전타각 (δa) 의 절대치 크기에 따라, 반력 토크 (Tz) 를 단계적으로 변화시키도록 실시할 수도 있다.

이에 따르면, 통상 주행시에는, 발생되는 차체의 횡미끄럼각 (β) 이 작기 때문에, 작은 반력 토크 (Tz) 를 조타 핸들 (11) 에 부여함으로써, 운전자는 위화감을 느끼지 않고 운전할 수 있다. 또한, 이와 같이 부여하는 작은 반력 토크 (Tz) 로는, 예를 들어, 운전자가 조타 핸들 (11) 을 통하여 입력하는 조타 토크 (t) 와 전동 모터 (23) 가 부여하는 어시스트 토크 (Ta) 의 차분 (t - Ta) 이 되도록 결정할 수 있다. 이로써, 운전자는, 통상 주행시에 부여되는 반력 토크 (Tz) 에 대하여 위화감을 느끼지 않고 차량을 운전할 수 있다. 한편, 예를 들어, 고속 주행시 등에서, 운전자가 예기치 못한 큰 차체의 횡미끄럼각 (β) 이 발생하여 차량의 선회 거동이 흐트러진 경우에는, 보다 큰 반력 토크 (Tz) 를 조타 핸들 (11) 에 부여할 수 있기 때문에, 운전자는 신속하게 조타 핸들 (11) 의 회전 운동 조작을 수정할 수 있다.

또한, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서는, 횡미끄럼각 센서 (35) 가, 검출 기에 의해 검출된 차속 (Vx) 및 차속 (Vy) 을 사용한 상기 식 1 을 계산함으로써, 차체의 횡미끄럼각 (β) 을 검출하도록 실시하였다. 이것 대신에, 예를 들어, 차량에 발생된 횡가속도 (α) (구심 가속도 (α) 에 상당) 나 요레이트 (ω) 를 검출하기 위한 가속도 센서나 요레이트 센서가 미리 차량에 탑재되어 있는 경우에는, 이들 센서에 의한 검출치를 사용하여 차체의 횡미끄럼각 (β) 을 검출하여 실시할 수도 있다. 이 경우에는, 차체의 횡미끄럼각 (β) 은, 하기 식 22 에 따라 계산되어 검출되면 된다.

β = ∫(ω - α/V)dt … 식 22

단, 상기 식 22 중의 V 는, 차속 센서 (31) 에 의해 검출되는 차속 (V) 이다.

이에 따르면, 횡가속도 (α) 및 요레이트 (γ) 가 발생하기까지의 시간적인 지체 등에 의해, 차체의 횡미끄럼각 (β) 의 검출 정밀도가 약간 떨어지지만, 상기 실시형태 및 변형예와 같이, 별도로 검출기를 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 조타 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서는, 전타 기어 유닛 (20) 에 랙 앤드 피니언 식을 채용하여 실시하였는데, 예를 들어, 볼 나사 기구를 채용하여 실시해도 된다. 또한, 전동 모터 (23) 를 전타 기어 유닛 (20) 에 장착하고, 상기 모터 (23) 의 구동력을 랙바 (22) 에 전달하도록 실시하였다. 그러나, 전동 모터 (23) 의 구동력을 조타축 (12) 에 전달하도록 구성하여 실시할 수도 있다.

Claims

운전자에 의해 회전 운동 조작되는 조타 핸들과, 상기 조타 핸들과 일체적으로 회전 운동하는 조타축과, 상기 조타축과 차량의 전타륜을 서로 연결하여 상기 조타축의 회전 운동 조작에 따라 상기 차량의 전타륜을 전타(轉舵)하는 전타 유닛과, 상기 전타륜의 전타 동작에 대하여 소정의 토크를 부여하는 전동 모터를 구비한 차량의 조타 장치에 있어서,

차량을 직진 상태로 유지시키는 전타륜의 전타각을 제 1 기준점으로 하여, 상기 조타 핸들의 회전 운동 조작에 따라 전타하는 상기 전타륜의 전타각을 검출하는 전타각 검출 수단과,

차량이 선회 상태에 있을 때에 발생하는 차체의 횡미끄럼각을 검출하는 횡미끄럼각 검출 수단과,

상기 검출된 차체의 횡미끄럼각에 따라 변화되고, 상기 차체의 횡미끄럼각에서 기인하여 차량에 발생하는 횡력의 상기 차량의 선회 상태에 대한 영향을 저감시켜 차량을 선회시키는 전타각을 결정하기 위한 제 2 기준점을 계산하는 기준점 계산 수단과,

상기 전타각 검출 수단이 상기 제 1 기준점에 기초하여 검출된 상기 전타륜의 전타각을, 상기 제 2 기준점에 기초한 전타각으로 변환시키는 전타각 변환 수단과,

상기 변환된 전타각과 소정의 관계에 있는 토크로서, 상기 변환된 전타각을 상기 제 2 기준점에 일치시키는 방향으로 작용하는 반력 토크를 계산하는 반력 토크 계산 수단과,

상기 전동 모터를 회전 구동시켜, 상기 계산된 반력 토크를 발생시키는 구동 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기준점 계산 수단은,

상기 제 2 기준점을, 선회 상태에 있는 차량의 전후륜에 장착된 타이어와 노면 사이에서의 마찰력에 기초하여 차량의 선회 중심 방향으로 작용하는 코너링 파워를 사용하여 계산한 계수와, 상기 검출된 차체의 횡미끄럼각에 따라 비선형으로 변화되는 상기 타이어의 변형 특성을 고려한 보정항을 상기 검출한 차체의 횡미끄럼각에 대하여 곱셈하여 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 2 항에 있어서,

추가로, 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도 검출 수단을 구비하고,

상기 보정항은,

상기 횡가속도 검출 수단에 의해 검출된 차량의 횡가속도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기준점 계산 수단은,

상기 제 2 기준점을, 차량이 선회 상태에 있을 때에 발생하는 횡가속도와, 차량의 선회에 수반하여 차체에 발생된 롤링의 크기를 표시하는 롤각과, 상기 차체에 발생된 롤링에 수반하는 하중 이동량을 고려하여 산출한 차량의 선회 중심 방향으로 작용하는 코너링 파워를 사용한 계수를 상기 검출한 차체의 횡미끄럼각에 대하여 곱셈하여 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 변환된 전타각과 반력 토크 사이의 소정의 관계는,

상기 변환된 전타각의 절대치 증대에 따라, 상기 반력 토크가 증대되는 관계인 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 변환된 전타각과 반력 토크 사이의 소정의 관계는,

상기 변환된 전타각의 절대치 변화에 대하여, 상기 반력 토크가 비례하는 관계인 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 조타축은,

상기 조타 핸들과 일체적으로 회전 운동하는 조타 입력축과, 상기 전타 유닛 에 연결되는 전타 출력축으로 구성되어 있고,

상기 조타 입력축과 상기 전타 출력축이, 상기 조타 입력축의 회전량에 대하여 상기 전타 출력축의 회전량을 상대적으로 변경시키는 가변 기어 기구에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 변환된 전타각과 반력 토크 사이의 소정의 관계는,

상기 변환된 전타각의 절대치 증대에 따라, 상기 반력 토크가 단계적으로 증대되는 관계인 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 횡미끄럼각 검출 수단은,

광 또는 음향을 이용하여 검출한 차량의 전후 방향의 차속과 차량의 좌우 방향의 차속을 이용하여, 상기 차체의 횡미끄럼각을 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 횡미끄럼각 검출 수단을,

차량의 요 레이트 (yaw rate) 를 검출하는 요레이트 센서와,

차량의 횡가속도를 검출하는 가속도 센서와,

차량의 차속을 검출하는 차속 센서와,

상기 검출한 요 레이트, 횡가속도 및 차속을 이용하여, 상기 차체의 횡미끄럼각을 계산하는 횡미끄럼각 계산 수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 차량의 조타 장치.