JPH05213222A - 電気式パワーステアリング装置のハンドル復元制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 路面摩擦係数が大きくても小さくても、運転
者が同等な操舵フィーリングでハンドルを戻し操作でき
るようにする。 【構成】 トルクセンサ３１は操舵軸１２に作用するト
ルクを検出し、操舵角センサ３２はハンドル１１の操舵
角を検出する。マイクロコンピュータ３３は検出操舵角
に基づいて基準セルフアライニングトルクを決定し、同
基準セルフアライニングトルクと検出トルク（路面から
の実際のセルフアライニングトルクを表す）とを比較す
ることにより、路面摩擦係数の大小を判定する。そし
て、前記判定結果を基に、路面摩擦係数が小さいとき電
動モータの出力トルクを大きく制御し、同係数が大きい
とき同出力トルクを小さく制御する。これにより、路面
摩擦係数が小さくて操舵軸に付与されるセルフアライニ
ングトルクが小さいとき、ハンドルの戻し操作に対する
電動モータ２２のアシスト力が大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動モータの回転を伝
達機構を介して操舵機構に伝達してハンドルの回動操作
をアシストする電気式パワーステアリング装置に係り、
特にハンドルの中立位置への戻し時にハンドルを中立位
置へ戻す方向へ電動モータを回転させる電気式パワース
テアリング装置のハンドル復元制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置は、例えば特開平１
−１７５５６９号公報に示されているように、駆動輪と
従動輪との回転数差を利用して走行路面とタイヤとの間
の摩擦係数（以下、単に路面摩擦係数という）を検出
し、前記検出した路面摩擦係数が大きければ、ハンドル
の中立位置への戻し時に、ハンドルを中立位置へ戻す方
向であって大きな出力トルクを電動モータに発生させる
ための制御信号を同モータに対して出力するようにして
いる。また、前記検出した路面摩擦係数が小さければ、
小さな出力トルクを電動モータに発生させるための制御
信号を同モータに対して出力するようにしている。これ
により、路面摩擦係数が大きければ大きなアシスト力で
ハンドルが中立位置へ戻され、また路面摩擦係数が小さ
ければ小さなアシスト力でハンドルが中立位置へ戻され
るようになり、滑り易い路面を走行中の車両におけるハ
ンドルの戻り速度があまり大きくならないように対処し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、路面摩擦係
数が小さい場合には、操舵されている操向車輪のタイヤ
が路面から受けるセルフアライニングトルクは、路面摩
擦係数が大きい場合に比べて小さく、ハンドルが路面か
ら受ける復元力は小さなものとなる。しかし、上記従来
の装置においては、このような路面摩擦係数が小さい場
合に、電動モータによるアシスト力を小さくしているの
で、路面摩擦係数が大きい場合にはハンドルの戻し操作
が軽く感じられ、同摩擦係数が小さい場合にはハンドル
の戻し操作が重く感じられ、両場合における操舵フィー
リングに差が生じるので、運転者はハンドルの戻し操作
に違和感を感じる。本発明は上記問題に対処するために
なされたもので、その目的は、路面摩擦係数が大きくて
も小さくても、運転者が同等な操舵フィーリングでハン
ドルを戻し操作できる電気式パワーステアリング装置の
ハンドル復元制御装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成上の特徴は、入力制御信号によって出
力トルクの制御される電動モータを備え、ハンドルの回
動操作を操舵軸を介して操向車輪へ伝達して同車輪を操
舵する操舵機構に、電動モータの回転駆動力を付与して
ハンドルの回動操作をアシストする電気式パワーステア
リング装置に適用され、ハンドルの中立位置への戻し時
に電動モータへ制御信号を出力して同ハンドルを中立位
置へ戻す方向へ同電動モータを回転させるハンドル復元
制御装置において、操舵軸に作用するトルクを検出する
トルクセンサと、ハンドルの操舵角を検出する操舵角セ
ンサと、前記検出された操舵角に基づいて同操舵角と予
め決めた関係にある基準セルフアライニングトルクを決
定する基準セルフアライニングトルク決定手段と、前記
検出されたトルクの大きさを前記決定した基準セルフア
ライニングトルクを基準に判定して前記検出されたトル
クが小さいとき同トルクが大きいときに比べて電動モー
タの出力トルクを大きく制御する制御信号を同電動モー
タへ出力する制御信号出力手段とを設けたことにある。

【０００５】

【発明の作用・効果】上記のように構成した本発明にお
いては、トルクセンサが操舵軸に作用するトルクを検出
する。この場合、ハンドルが中立位置へ戻る状態にあれ
ば、操向車輪のタイヤが路面から受けるセルフアライニ
ングトルクが操舵軸に作用しており、前記検出トルクは
実際のセルフアライニングトルクを表すことになる。一
方、路面摩擦係数が所定の値（例えば、乾燥路に対応し
た路面摩擦係数値）に設定されれば、セルフアライニン
グトルクと操向車輪の操舵角との間には所定の関係があ
り、基準セルフアライニングトルク決定手段は、前記関
係を用いて、操舵角センサによって検出されたハンドル
の操舵角に基づいて基準セルフアライニングトルクを推
定する。そして、制御信号出力手段は、前記検出された
トルクの大きさを前記決定した基準セルフアライニング
トルクを基準に判定して、同判定結果に基づいて電動モ
ータの出力トルクの大きさを制御する。

【０００６】この場合、路面摩擦係数が大きければ、操
向車輪が路面から受ける実際のセルフアライニングトル
クは大きく、基準セルフアライニングトルクを基準にし
た前記検出トルクは大きいと判定されるので、制御信号
出力手段は電動モータの出力トルクを小さく制御する。
また、路面摩擦係数が小さければ、操向車輪が路面から
受ける実際のセルフアライニングトルクは小さく、基準
セルフアライニングトルクを基準にした前記検出トルク
は小さいと判定されるので、制御信号出力手段は電動モ
ータの出力トルクを大きく制御する。したがって、路面
摩擦係数が小さくて操向車輪が路面から受けるセルフア
ライニングトルクが小さくても、ハンドルには、路面摩
擦係数が大きい場合と同様な復元力が作用して、路面摩
擦係数が小さくても大きくても、ハンドルの戻し操作は
同等な力となるようにアシストされることになる。

【０００７】その結果、本発明によれば、走行路面の路
面摩擦係数とは無関係に運転者は常に同等な操舵フィー
リングでハンドルを戻し操作できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
すると、図１は本発明に係る車両の電気式パワーステア
リング装置を概略的に示している。

【０００９】このパワーステアリング装置においては、
ハンドル１１が操舵軸１２、ピニオン１３、ラックバー
１４、タイロッド１５ａ，１５ｂおよびナックルアーム
１６ａ，１６ｂからなる操舵機構を介して操向車輪とし
ての前輪１７ａ，１７ｂに接続されている。操舵軸１２
の中間部には、大歯車２１が固定されており、同歯車２
１には電動モータ２２の回転軸２２ａに固定された小歯
車２３が噛合している。これらの大歯車２１および小歯
車２３は電動モータ２２の回転を操舵軸１２に減速して
伝達する伝達機構を構成している。電動モータ２２は回
転方向および出力トルクが入力制御信号によって制御さ
れるブラシレスモータなどで構成されている。

【００１０】操舵軸１２の中間部にはトルクセンサ３１
が組み付けられ、電動モータ２２には操舵角センサ３２
が組み付けられている。トルクセンサ３１は歪ゲージで
構成され、操舵軸１２に作用する操舵トルクＴs を検出
して同トルクＴs を表す検出信号を出力する。操舵角セ
ンサ３２は回転角センサで構成され、電動モータ２２の
回転軸の回転角を測定することによってハンドル１１の
操舵角θs （および前輪１７ａ，１７ｂの操舵角）を検
出して、同操舵角θs を表す検出信号を出力する。な
お、これらの操舵トルクＴs および操舵角θs はハンド
ル１１の右方向の回転を正で表し、左方向の回転を負で
表す。

【００１１】これらのトルクセンサ３１および操舵角セ
ンサ３２はマイクロコンピュータ３３に接続されてお
り、同コンピュータ３３には車速センサ３４も接続され
ている。マイクロコンピュータ３３は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏなどから構成されており、図２に示
すフローチャートに対応したプログラムを実行して電動
モータ２２の回転を制御する。また、マイクロコンピュ
ータ３３のＲＯＭ内には、図３〜７に示すような特性で
変化するアシストトルクＴa、第１車速係数Ｋv1、戻し
トルクＴr、第２車速係数Ｋv2および基準セルフアライ
ニングトルクＴsaがマップの形で記憶されている。車速
センサ３４は車速Ｖを検出して、同車速Ｖを表す検出信
号を出力する。

【００１２】次に、上記のように構成した実施例の動作
を説明する。イグニッションスイッチ（図示しない）が
投入されると、マイクロコンピュータ３３は図２のステ
ップ４０にてプログラムの実行を開始し、ステップ４１
〜４８，５１〜５７からなる循環処理を繰り返し実行す
る。この循環処理においては、ステップ４１にてトルク
センサ３１、操舵角センサ３２および車速センサ３４か
ら操舵トルクＴs 、操舵角θs および車速Ｖが読み込ま
れ、ステップ４２にて操舵角θs を微分演算（dθs/d
t） することによって操舵角速度θm が計算され、ステ
ップ４３，４４にてハンドル１１が戻し状態にあるか否
かが判定される。

【００１３】この場合、ハンドル１１が中立位置へ戻し
状態にあることは、ステップ４３，４４の各処理にそれ
ぞれ対応した下記の条件によって判定される。 ハンドル１１が中立位置に対して右回転位置にあるこ
とを操舵角θs が表し（θs＞０） 、かつハンドル１１
が右方向に移動していないことを操舵速度θm が表す
（θm≦０）。 ハンドル１１が中立位置に対して左回転位置にあるこ
とを操舵角θs が表し（θs＜０） 、かつハンドル１１
が左方向に移動していないことを操舵速度θm が表す
（θm≧０）。

【００１４】いま、ハンドル１１が戻し状態になけれ
ば、すなわち前輪１７ａ，１７ｂを左右に操舵している
状態にあれば、ステップ４３，４４にて共に「ＮＯ」と
判定され、ステップ４５にて前記検出された操舵トルク
Ｔs に基づいてアシストトルクＴa のマップ（図３参
照）が参照されて同操舵トルクＴs に対応したアシスト
トルクＴa が決定され、ステップ４６にて車速Ｖに基づ
いて第１車速係数Ｋv1のマップ（図４参照）が参照され
て同車速Ｖに対応した第１車速係数Ｋv1が決定される。
次に、ステップ４７にて前記決定したアシストトルクＴ
a に前記決定した第１車速係数Ｋv1を乗算することによ
って出力トルク値Ｔ0（ ＝Ｋv1・Ｔa）が計算される。そ
して、ステップ４８にて前記計算した出力トルク値Ｔ0
を表す制御信号が電動モータ２２へ出力される。電動モ
ータ２２は前記制御信号により制御されて回転し、その
回転方向は前記出力トルク値Ｔ0 の正負に対応するとと
もに、その出力トルクの大きさは前記出力トルク値Ｔ0
の絶対値｜Ｔ0｜に対応する。

【００１５】この場合、図３からも明らかなように、ハ
ンドル１１が右方向（または左方向）に回動されて操舵
軸１２に右回転方向（または左回転方向）の操舵トルク
Ｔsが作用すれば、アシストトルクＴa は正（または
負）となるとともに、同トルクＴaの絶対値｜Ｔa｜は操
舵トルクＴsの絶対値｜Ｔs｜の増加にしたがって大きく
なる。一方、このとき、第１車速係数Ｋv1は車速Ｖの増
加にしたがって小さくなる。したがって、これらの値Ｔ
a,Ｋv1を乗算した出力トルク値Ｔ0 に対応した制御信号
によって制御される電動モータ２２は、操舵軸２１をハ
ンドル１１の回動方向に、操舵トルクＴsの絶対値｜Ｔs
｜が大きいほど大きくかつ車速Ｖが大きいほど小さい駆
動トルクで回転させる。その結果、ハンドル１１の回動
操作は常にその操作力に応じて適切にアシストされると
ともに、車両の低速走行時には前記回動操作が軽快にな
り、車両の高速走行時には回動操作が適度に重くなり前
輪１７ａ，１７ｂの直進性が増加して車両の走行安定性
が良好になる。

【００１６】一方、ハンドル１１が戻し状態にあれば、
ステップ４３，４４のいずれかにて「ＹＥＳ」と判定さ
れ、ステップ５１にて前記検出された操舵角θs に基づ
いて戻しトルクＴr のマップ（図５参照）が参照されて
同操舵角θs に対応した戻しトルクＴr が決定され、ス
テップ５２にて車速Ｖに基づいて第２車速係数Ｋv2のマ
ップ（図６参照）が参照されて同車速Ｖに対応した第２
車速係数Ｋv2が決定される。

【００１７】次に、ステップ５３にて操舵角θs に基づ
いて基準セルフアライニングトルクＴsaのマップ（図７
参照）が参照されて同操舵角θs に対応した基準セルフ
アライニングトルクＴsaが決定される。このマップは、
路面摩擦係数が大きな乾燥路上に前輪１７ａ，１７ｂが
あることを条件に、操舵角θs を変化させながら、路面
から前輪１７ａ，１７ｂのタイヤに与えられるセルフア
ライニングトルクを操舵軸１２に作用するトルクとして
実験的に測定した結果を基に作成したものであり、基準
セルフアライニングトルクＴsaは前記測定結果より若干
小さな値に設定されている。この基準セルフアライニン
グトルクＴsaの決定後、ステップ５４にて前記決定した
基準セルフアライニングトルクＴsaの絶対値｜Ｔsa｜と
前記ステップ４１の処理によりトルクセンサ３１から入
力した検出トルクＴsの絶対値｜Ｔs｜とが比較される。

【００１８】この場合、前記検出トルクＴs は、前輪１
７ａ，１７ｂのタイヤが路面から受けて操舵軸に作用し
ている実際のセルフアライニングトルクを表しているの
で、走行路面の路面摩擦係数が大きければ、検出トルク
Ｔsの絶対値｜Ｔs｜は前記決定基準セルフアライニング
トルクＴsaの絶対値｜Ｔsa｜以上であり、ステップ５４
にて「ＮＯ」と判定されて、ステップ５５にてトルク係
数Ｋt は「1.0」 に設定される。また、走行路面の路面
摩擦係数が小さければ、検出トルクＴs の絶対値｜Ｔs
｜は前記決定基準セルフアライニングトルクＴsa の絶
対値｜Ｔsa｜未満になり、ステップ５４にて「ＹＥＳ」
と判定されて、ステップ５６にてトルク係数Ｋt は「1.
5」 に設定される。

【００１９】これらのステップ５５，５６の処理後、ス
テップ５７にて前記決定した戻しトルクＴr に前記決定
した第２車速係数Ｋv2およびトルク係数Ｋt を乗算する
ことによって出力トルク値Ｔ0（ ＝−Ｋt・Ｋv2・Ｔr）が
計算される。なお、前記出力トルク値Ｔ0 の計算におい
て、負号（−）を付したのは、ハンドル１１の回転位置
と反対方向の回転トルクを操舵軸１２に付与するためで
ある。そして、ステップ４８にて、上記場合と同様にし
て、前記計算した出力トルク値Ｔ0 を表す制御信号が電
動モータ２２へ出力される。電動モータ２２も上記場合
と同様に回転駆動される。その結果、ハンドル１１には
電動モータ２２からの前記出力トルク値Ｔ0 に対応した
駆動力が付与されて、ハンドル１１は同出力トルク値Ｔ
0 の絶対値｜Ｔ0｜に対応した力で中立位置へ付勢され
る。

【００２０】この場合、図５に示すように、操舵角θs
が２０〜１００度にある範囲において、戻しトルクＴr
は大きな値となるので、大きな駆動力が電動モータ２２
からハンドル１１に付与される。これは、この領域で
は、通常、路面から前輪１７ａ，１７ｂに与えられる操
舵反力が小さく、ナックルアーム１６ａ，１６ｂ、タイ
ロッド１５ａ，１５ｂ、ラックバー１４およびピニオン
１３を介して操舵軸１２に逆行する前記反力が小さいた
めに、ハンドル１１が前記機械連結によって自然に復元
する力が小さいことを補正するためである。また、図６
に示すように、第２車速係数Ｋv1は、車速Ｖが増加する
にしたがって小さくなるようになっている。これは、車
両が高速走行中に、電動モータ２２による大きな駆動力
でハンドル１１を中立位置に復帰させると、この中立位
置への復帰時にハンドル１１の回転がオーバーシュート
として、車両の走行を不安定にするおそれがあるためで
ある。

【００２１】また、前述のように、路面摩擦係数が大き
い場合にはトルク係数Ｋtは「1.0」に設定されていると
ともに、同係数が小さい場合にはトルク係数Ｋtは「1.
5」に設定されているので、路面摩擦係数が小さいとき
には、電動モータ２２は、同係数が大きい場合に比べて
大きな出力トルクを発生する。これにより、路面摩擦係
数が小さいために、路面から前輪１７ａ，１７ｂに付与
されるセルフアライニングトルクが小さくて操舵軸１２
に作用するセルフアライニングトルクが小さくても、操
舵軸１２に路面および電動モータ２２から付与される合
成駆動トルクは、路面摩擦係数が大きい場合と同等とな
り、路面摩擦係数が大きくても小さくても、ハンドル１
１の戻し操作は同等な力となるようにアシストされる。

【００２２】その結果、上記実施例によれば、運転者
は、前輪１７ａ，１７ｂの操舵状態および車両の走行状
態に応じた適切な力でハンドル１１を中立位置に戻し操
作できるとともに、走行路面の摩擦係数が大きくても小
さくても同等な操舵フィーリングでハンドル１１を戻し
操作できる。

【００２３】なお、上記実施例においては、路面摩擦係
数を大小の２種に判別して同判別結果に応じて電動モー
タ２２の出力トルクの大きさを大小の２種に制御した
が、路面摩擦係数が小さくなるにしたがって前記出力ト
ルクを徐々に大きく変化させるように制御してもよい。
この場合、基準セルフアライニングトルクＴsaのマップ
（図７参照）を路面摩擦係数が最大にある状態の測定結
果を基に作成しておき、上記ステップ５４〜５６の処理
に代えて、決定基準セルフアライニングトルクＴsaの絶
対値｜Ｔsa｜から検出トルクＴsの絶対値｜Ｔs｜を減算
し、同減算結果｜Ｔsa｜−｜Ｔs｜ に比例して増加する
トルク係数Ｋt を決定するようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す電気式パワーステア
リング装置の全体概略図である。

【図２】 図１のマイクロコンピュータにて実行される
プログラムのフローチャートである。

【図３】 操舵トルクＴs に対するアシストトルクＴa
の変化特性グラフである。

【図４】 車速Ｖに対する第１車速係数Ｋv1の変化特性
グラフである。

【図５】 操舵角θs に対する戻しトルクＴr の変化特
性グラフである。

【図６】 車速Ｖに対する第２車速係数Ｋv2の変化特性
グラフである。

【図７】 操舵角θs に対する基準セルフアライニング
トルクＴsaの変化特性グラフである。

【符号の説明】

１１…ハンドル、１２…操舵軸、１４…ラックバー、１
７ａ，１７ｂ…前輪、２１…大歯車、２２…電動モー
タ、２３…小歯車、３１…トルクセンサ、３２…操舵角
センサ、３３…マイクロコンピュータ、３４…車速セン
サ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力制御信号によって出力トルクの制御
   される電動モータを備え、ハンドルの回動操作を操舵軸
   を介して操向車輪へ伝達して同車輪を操舵する操舵機構
   に、前記電動モータの回転駆動力を付与してハンドルの
   回動操作をアシストする電気式パワーステアリング装置
   に適用され、ハンドルの中立位置への戻し時に前記電動
   モータへ制御信号を出力して同ハンドルを中立位置へ戻
   す方向へ同電動モータを回転させるハンドル復元制御装
   置において、操舵軸に作用するトルクを検出するトルク
   センサと、ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサ
   と、前記検出された操舵角に基づいて同操舵角と予め決
   めた関係にある基準セルフアライニングトルクを決定す
   る基準セルフアライニングトルク決定手段と、前記検出
   されたトルクの大きさを前記決定した基準セルフアライ
   ニングトルクを基準に判定して前記検出されたトルクが
   小さいとき同トルクが大きいときに比べて前記電動モー
   タの出力トルクを大きく制御する制御信号を同電動モー
   タへ出力する制御信号出力手段とを設けたことを特徴と
   する電気式パワーステアリング装置のハンドル復元制御
   装置。