JPH0692252A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 横風などの外乱が車両に作用した際の偏向抑
制性能を高め、直進安定性を向上することができるよう
に改良された車両用操舵装置の提供。 【構成】 車両の操向車輪を手動により転舵するための
手動操舵手段と、補助操舵トルクを操行車輪に加えるた
めの電動機と、車両挙動検出手段の検出値に基づいて電
動機の駆動トルクを制御する制御手段とを有する車両用
操舵装置に於て、車両挙動検出手段の検出値の単位時間
当たりの変化率値を検出し、該値を打ち消す向きに電動
機が駆動されるように構成することにより、車両の直進
走行安定性の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用操舵装置に関
し、特に、横風などの外乱が加わった際に発生する車両
挙動を抑制する方向についての操舵トルクを発生可能な
ように構成された操舵装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】運転者の操舵力を軽減するための所謂パ
ワーステアリング装置として、例えば特公昭５０−３３
５８４号公報に記載されたような形式のものが知られて
いる。これは、ステアリングホイールの操舵力を電動機
の出力トルクにて補助するように構成されたものであ
り、ステアリングホイールに運転者が加える操舵トルク
の検出信号の増幅度を、車速や道路状況などの検出信号
に応じて可変することによって補助電動機の出力トルク
を増減し、常に最適な操舵トルクが得られるようにした
ものである。

【０００３】ところで、直進走行中に車両が強い横風を
受けると、目標直進走行ラインから外れる向きに車両が
偏向してしまうことがある。このような場合に直進走行
を保つためには、その外乱に対向する反力を操向車輪に
与えねばならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来の
パワーステアリング装置の場合、運転者が操舵して初め
て補助電動機が転舵トルクを発生するものであるため、
直進走行中に横風を受けることによって車両が偏向して
も、電動機は補助トルクを発生しない。

【０００５】従って、車両の偏向を抑えるためには、運
転者自身がステアリングホイールを操作しなければなら
ないが、従来のパワーステアリング装置の場合、一般的
に車両の横加速度並びにヨーレイトが大きくなるにつれ
て操舵力が大きくなるため、外乱による車両の偏向の場
合には、それが大きいほど、修正に要する操舵力はむし
ろより大きなものとなる不都合があった。

【０００６】これに加えて、一般のパワーステアリング
装置は、運転者の操舵力が小さくて済む反面、ステアリ
ングホイールからの車両挙動に関する情報の伝達が得に
くくなるため、車両挙動が急激に変化したような場合の
情報は、専ら運転者の視覚、体感などからしか得られな
かった。そのため、修正操作が遅れぎみとなり、操作量
が大きくなりがちであった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の不都合を
改善するべく案出されたものであり、その主な目的は、
横風などの外乱が車両に作用した際の偏向抑制性能を高
め、直進安定性を向上することができるように改良され
た車両用操舵装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、車両の操向車輪を手動により転舵するため
の手動操舵手段と、補助操舵トルクを操向車輪に加える
ための電動機と、車両挙動検出手段の検出値に基づいて
電動機の駆動トルクを制御する制御手段とを有する車両
用操舵装置に於て、電動機に与える操舵トルク指令値
が、車両挙動検出手段の検出値の単位時間当たりの変化
率値を打ち消す向きの成分を含むことを特徴とする車両
用操舵装置を提供することによって達成される。

【０００９】

【作用】このようにすれば、外乱によって引き起こされ
る車両の不整挙動を車両のヨーレイト或いは横加速度か
ら検出し、これに対抗する向きの力を補助転舵トルク発
生用の電動機にて発生させることができるので、外乱に
よる車両挙動を抑制することができる。また車両挙動検
出手段の検出値の微分値によるトルク指令を加算するこ
とにより、特に車両挙動の過渡成分に対して作用するた
め、車両挙動変化の抑制応答性が高められる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明について、添付の図面に示され
た具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１１】本発明が適用された車両用操舵装置の構成
を図１に示す。この装置は、手動操舵力発生装置１と電
動式補助操舵力発生装置２とからなっており、ステアリ
ングホイール３に一体結合されたステアリングシャフト
４に自在継手を有する連結軸５を介してラック・アンド
・ピニオン機構のピニオン６が連結され、ピニオン６に
噛合して車幅方向に往復動し得るラック７の両端に、タ
イロッド８を介して左右の前輪９のナックルアームが連
結されている。これにより、通常のラック・アンド・ピ
ニオン式の転舵操作を行うことができるようになってい
る。

【００１２】ラック７を軸方向に貫通させるようにし
て、ラック７と同軸的に電動機１０が設けられている。
この電動機１０は、中空のロータ内にラック７を挿通す
ると共に、そのロータに駆動ヘリカルギア１１が取付け
られており、この駆動ヘリカルギア１１には、ラック７
と平行に延設されたボールスクリュー機構のスクリュー
シャフト１２の軸端に取付けられた被動ヘリカルギア１
３が噛合している。そして、ボールスクリュー機構のナ
ット１４は、ラック７に固定されている。

【００１３】ステアリングシャフト４には、ステアリン
グホイール３の回転角度に対応した信号を出力するため
の舵角センサ１５と、ステアリングシャフト４の操舵ト
ルクに対応した信号を出力するためのトルクセンサ１６
とが取付けられている。

【００１４】また、車体の適所には、車両の横加速度に
対応した信号を出力するための横加速度センサ１７と、
車両のヨーレイト（ヨーイング角速度）に対応した信号
を出力するためのヨーレイトセンサ１８と、車両の走行
速度に対応した信号を出力するための車速センサ１９と
が取付けられている。

【００１５】本実施例にあっては、ステアリングホイー
ル３と操向車輪である前輪９とが機械的に連結されてお
り、上記各センサ１５〜１９の出力を制御ユニット２０
で処理して得られた制御信号を、駆動回路２１を介して
電動機１０に与えることによって電動機１０の出力トル
クを制御するようになっている。

【００１６】図２は、本発明が適用された制御システム
を示す模式的ブロック図である。制御ユニット２０に
は、舵角センサ１５、トルクセンサ１６、横加速度セン
サ１７、ヨーレイトセンサ１８、及び車速センサ１９の
各信号出力がそれぞれ入力される。これらの信号入力
は、それぞれ電動パワーステアリング制御手段２２並び
にアクティブ操舵反力算出手段２３に入力され、それぞ
れが処理されて出力電流決定手段２４にて電動機１０に
与える目標電流値が決定される。

【００１７】電動パワーステアリング制御手段２２に於
ては、通常の操舵力アシストに関する制御が行われる。
本制御手段については、例えば、横加速度及びヨーレイ
トに応じて望ましい目標操舵トルク値を求める公知の電
動式パワーステアリング制御を適用し得るので、ここで
の詳細な説明は省略する

【００１８】アクティブ操舵反力算出手段２３に於て
は、入力された上記各センサ１５〜１９からの各信号出
力に基づいて、後記するアルゴリズムによって目標操舵
トルク値を求めるようになっている。

【００１９】出力電流決定手段２４内では、目標操舵ト
ルク値とトルクセンサ１６からの実操舵トルク値との偏
差に対応し、かつ正負を逆転させて増減する目標駆動電
流信号を求めるようになっている。

【００２０】このようにして求められた目標駆動電流値
は、駆動回路２１に入力される。この駆動回路２１は、
例えばＰＷＭ制御によって電動機１０を駆動制御する
が、駆動回路２１の入力信号である目標駆動電流値に電
流検出センサによる実電流検出値がフィードバックされ
るようになっている。

【００２１】制御ユニット２０内のアクティブ操舵反力
算出手段２３に於ては、図３のフローチャートに示す処
理が所定の周期で繰り返し実行される。先ず、ステップ
１に於て各センサの信号出力を読込み、かつ操舵角速度
及びヨー角加速度を算出し、ステップ２に於て操舵反力
ＴＡを決定し、続いてステップ３に於て目標操舵反力に
リミッタをかけ、ステップ４に於て電動パワーステアリ
ング制御手段２２にこの制御信号を加算する。

【００２２】この処理を図４〜図７を併せて参照して更
に詳しく説明する。上記ステップ１に於ては、先ず舵角
θを読込み（ステップ２１）、これを微分して操舵角速
度ｄθ／ｄｔを算出する（ステップ２２）。そして車速
Ｖ、横加速度Ｇ、及びヨーレイトγを共に読み込む（ス
テップ２３〜２５）。さらにヨーレイトγは微分して単
位時間当たりのヨーレイト変化率（ヨー角加速度）ｄγ
／ｄｔを求める（ステップ２６）。

【００２３】次に上記ステップ２に於ては、図８に示す
ような車速Ｖをアドレスとするデータテーブルから操舵
角速度ｄθ／ｄｔ、横加速度Ｇ、ヨーレイトγ、及びヨ
ー角加速度ｄγ／ｄｔにそれぞれ対応する係数ｆ1・ｆ2
・ｆ3・ｆ4をそれぞれ求め（ステップ３１）、これらか
ら各成分についての操舵反力Ｔ1・Ｔ2・Ｔ3・Ｔ4を算出
し（ステップ３２）、これら操舵反力の成分Ｔ1・Ｔ2・
Ｔ3・Ｔ4を加算して目標操舵反力ＴＡを決定する（ステ
ップ３３）。

【００２４】ここで、ヨーレイトγ及びヨー角加速度ｄ
γ／ｄｔについての係数ｆ3・ｆ4は、車速Ｖに応じて増
大する１次関数を採用するが、これは車速Ｖが高いほど
外乱の影響が大きいので、車速Ｖの高い領域ではその重
みを増やすことによって効果を大きくするためである。

【００２５】次に上記ステップ３に於ては、目標操舵反
力ＴＡが所定値（Ｔｍａｘ）を超えているか否かを判断
し（ステップ４１）、目標操舵反力ＴＡが所定値を超え
ている場合は目標操舵反力ＴＡとして上記Ｔｍａｘ値を
規定する（ステップ４２）。また、目標操舵反力ＴＡが
所定値（Ｔｍａｘ）を超えていない場合には、同様に目
標操舵反力ＴＡが所定値（−Ｔｍａｘ）より小さいか否
かを判断し（ステップ４３）、目標操舵反力ＴＡが所定
値より小さい場合は目標操舵反力ＴＡとして上記−Ｔｍ
ａｘ値を規定する（ステップ４４）。これらステップ４
１からステップ４４までの処理が、図７に於けるリミッ
タＬと対応する。

【００２６】このようにして決定された目標操舵反力Ｔ
Ａは、別に求めた目標補助操舵トルクに加算されて出力
電流決定手段２４にて目標電流値に変換され、駆動回路
２１に出力される。

【００２７】このようにして、図９に示すように、横風
を受けて車両２５が直進走行ライン２６から外れるよう
になった際には、この時の車両２５のヨーレイトγ並び
に横加速度Ｇを検出し、ステアリングホイール３の操舵
の有無に関わらず、これらヨーレイトγ並びに横加速度
Ｇを打ち消す方向に、即ち、その時の車両２５の偏向を
直進走行ライン２６に戻す向きに電動機１０が駆動され
る。

【００２８】このため、横風などの外乱で車両２５にヨ
ーレイトγ並びに横加速度Ｇが発生した場合、仮に運転
者が手放し状態であっても、外乱に対して車両２５を常
に直進走行させるように前輪９が自動的に操舵され、不
整挙動を安定化させることができる。また、運転者がス
テアリングホイール３を保持している場合も、運転者は
操舵反力トルクによるステアリングホイール３の動きに
任せておけば同様の効果が得られる。更に一般的な走行
での操舵に於ても、運転者は電動機１０が発生する操舵
反力からステアリングホイール３に作用する操舵トルク
で車体の挙動を体感でき、より良い操舵感が得られる。
これに加えて、運転者がこの操舵トルクに対抗して操舵
あるいは保舵すれば、車両は運転者にとって自由に取り
回すことができるようになる。

【００２９】従来のものと対比した特性を図１０に示
す。横風などの外乱を受けた場合、点線で示す本発明制
御が実施されない車両の挙動に対し、ステアリングが逆
方向に切られてヨーレイト並びに横ずれ量が共に抑制さ
れていることが分かる。

【００３０】ところで、轍のある路面、あるいは水溜ま
りのある路面を走行する場合には、ステアリングホイー
ル３が取られ易くなるが、そのような場合にも、横風走
行時と同様にヨーレイトγ並びに横加速度Ｇが車両２５
に発生するので、上記制御を実行することによって車両
２５を直進させるように自動的に軌道修正が行われる。

【００３１】これに加えて、通常の旋回走行時などに於
てヨーレイトγ並びに横加速度Ｇが発生した場合にも、
これらを抑制する方向、即ち車両を直進状態に復帰させ
る向きに電動機１０が操舵トルクを発生するので、これ
がセルフアライニングトルクとなり、直進走行に戻す際
の操舵が楽に行えるようになる。また、車両が急激にオ
ーバステア傾向を示した場合には、その時のヨーレイト
γに対応して強い戻り力が作用するため、カウンタステ
アが容易となり、ヨーレイトγが低いドリフト傾向では
戻り力が弱いため、切り増しが容易となる。

【００３２】なお、上記した一連の処理に於ては、ヨー
レイト値γを微分処理するものとしたが、横加速度値Ｇ
に同様の処理を加えても同等の効果が得られる。

【００３３】

【発明の効果】このように本発明によれば、車両挙動を
抑制する方向への操舵トルクが、運転者の操舵の有無に
関わりなく操向車輪に作用するようになるので、横風な
どの外乱に基因した車両の不整挙動が運転者の積極的な
操舵を要さずに抑制されることとなり、車両の走行安定
性を向上することができる。しかもステアリングホイー
ルに作用する補助電動機による操舵トルクに対して運転
者の意志でステアリングホイールを保持あるいは操舵す
ることもできるので、運転の自由度が低下することもな
く、更に、ステアリングホイールに加わる操舵反力トル
クで車両の挙動を運転者が感知できるという効果も得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された車両用操舵装置を模式的に
示す全体構成図。

【図２】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。

【図３】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図４】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図５】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図６】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図７】同操舵装置の制御系の回路ブロック図。

【図８】同制御処理に用いられるデータテーブル。

【図９】直進走行時に横風を受けた場合の車両の動きを
示す模式図。

【図１０】従来構成との比較に於て本発明の作用を説明
するためのグラフ。

【符号の説明】

１ 手動操舵力発生装置 ２ 電動式補助操舵力発生装置 ３ ステアリングホイール ４ ステアリングシャフト ５ 連結軸 ６ ピニオン ７ ラック ８ タイロッド ９ 前輪 １０ 電動機 １１ 駆動ヘリカルギヤ １２ スクリューシャフト １３ 被動ヘリカルギヤ １４ ナット １５ 舵角センサ １６ トルクセンサ １７ 横加速度センサ １８ ヨーレイトセンサ １９ 車速センサ ２０ 制御ユニット ２１ 駆動回路 ２２ 電動パワーステアリング制御手段 ２３ アクティブ操舵反力算出手段 ２４ 出力電流決定手段 ２５ 車両 ２６ 直進走行ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 119:00 137:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の操向車輪を手動により転舵するた
   めの手動操舵手段と、補助操舵トルクを前記操向車輪に
   加えるための電動機と、車両挙動検出手段の検出値に基
   づいて前記電動機の駆動トルクを制御する制御手段とを
   有する車両用操舵装置であって、 前記電動機に与える操舵トルク指令値が、前記車両挙動
   検出手段の検出値の単位時間当たりの変化率値に対する
   反力成分を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 【請求項２】 前記反力成分の全体制御量に対する割合
   が、車速の大きさに比例して増大することを特徴とする
   請求項１に記載の車両用操舵装置。