JP2006213087A - ステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の操作性を向上させること。
【解決手段】 油圧式パワーステアリングのステアリング制御装置であって、キングピン軸に沿って配設されたショックアブソーバと、ショックアブソーバの外周に、ショックアブソーバ軸周りに回転可能に配設された回転部材と、車両本体に支持され車幅方向に延在するトーション部と、トーション部の両端に夫々接続され車両前後方向に延在する一対のアーム部と、を有するスタビライザと、下端がアーム部に連結され、上端が回転部材に連結され車両上下方向に延在するリンク部材と、回転部材を回転させる駆動手段と、車速を検出する車速検出手段と、車速検出手段からの車速に基づいて、駆動手段の回転を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油圧式パワーステアリングに搭載されるステアリング制御装置に関する。

車両が高速で走行する場合には車両挙動が低速走行時と比較して敏感になるため、ステアリング系に更に大きな減衰特性が必要とされる。この問題を解決すべく以下の提案がなされている。

操舵角速度に基づいてダンパ補償に係る操舵に必要なダンパ補償トルクを算出するダンパ補償制御器を備える電動パワーステアリング装置の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該制御装置により、少ない定数で実際の現象に近い非線形特性であるダンパ補償必要トルクを求めている。
特開２００２−１６６８４４号公報

しかしながら、上記従来の電動式パワーステアリングの制御装置は、電動式パワーステアリング用であり、油圧式パワーステアリングに対して適用は困難である。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、油圧式パワーステアリングにおいて、車速に応じて最適なステアリングの減衰力を付加し、車両の操作性を向上させることを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、油圧式パワーステアリングのステアリング制御装置であって、キングピン軸に沿って配設されたショックアブソーバと、上記ショックアブソーバの外周に、上記ショックアブソーバ軸周りに回転可能に配設された回転部材と、車両本体に支持され車幅方向に延在するトーション部と、上記トーション部の両端に夫々接続され車両前後方向に延在する一対のアーム部と、を有するスタビライザと、下端が上記アーム部に連結され、上端が上記回転部材に連結され車両上下方向に延在するリンク部材と、上記回転部材を回転させる駆動手段と、車速を検出する車速検出手段と、上記車速検出手段からの上記車速に基づいて、上記駆動手段の回転を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするステアリング制御装置である。

なお、この一態様において、上記ショックアブソーバの軸は、例えば上記キングピン軸に対して車両内側にずれていていもよく、一致していてもよい。

この一態様によれば、上記スタビライザの上記アーム部に生じる車両下方向の力が上記リンク部材を介して、上記回転部材の回転力として作用する。この回転力が上記ショックアブソーバ軸周り（キングピン軸周り）の回転モーメントとして作用し、ステアリングの減衰力となる。また、上記リンク部材の上端の位置により、上記ショックアブソーバ軸周りの回転モーメントは変化し、ステアリングの減衰力も変化する。さらに、上記制御手段は上記車速検出手段からの上記車速に基づいて、上記駆動手段の回転を制御し、上記リンク部材の上端の位置を調整する。これにより、上記制御手段は上記ショックアブソーバ軸周りの回転モーメントを調整し、車速に応じた最適なステアリングの減衰力を付加することができる。したがって、低速走行および高速走行を問わず広範な速度領域で、ステアリングの減衰特性が最適な状態に制御される。すなわち、ステアリングの収束性が向上し、車両の操作性を向上させることができる。

また、この一態様において、上記制御手段は、上記車速検出手段からの上記車速が増加すると、当該ステアリングの減衰力が増加するように制御するのが好ましい。

さらに、この一態様において、上記制御手段は上記車速検出手段からの車速が増加するにしたがって、上記リンク部材の上端が車両前方側へ位置するように上記回転部材を回転させるのが好ましい。これにより、ショックアブソーバに作用する巻き戻し方向の回転モーメントが増加し、減衰力が増加する。したがって、高速走行時等に最適な減衰力が付加され、ステアリングの収束性が向上する。

なお、この一態様において、上記制御手段は上記車速検出手段からの車速が減少するにしたがって、上記リンク部材の上端が車両後方側へ位置するように上記回転部材を回転させてもよい。これにより、ショックアブソーバに作用する巻き戻し方向の回転モーメントが減少し、減衰力が減少する。

本発明によれば、車両の操作性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、車両用ステアリング制御装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１は、本発明の一実施例に係るステアリング制御装置の概略図である。なお、図１において、前方右側のステアリング機構のみを図示し、前方左側のステアリング機構は前右側機構のステアリングと対称となり、略同一構成および作用となる為、省略する。本実施例に係るステアリング制御装置１は、キングピン軸（ＫＰ軸）に略沿って配設され、車両の振動を抑制する一対のショックアブソーバ３を備える。なお、ショックアブソーバ３はキングピン軸に対して、やや車両内側に配設されているが、ショックアブソーバ３軸とキングピン軸とが一致していてもよい。また、キングピン軸とはショックアブソーバ３の上端の回転中心とロアアームのボールジョイント中心とを結ぶ線をいい、車輪が操向されるときの回転軸をいう。また、キングピン軸は車輪の直進性を向上させる為に、所定角度（キャスター角度）で車両後方に傾倒している。さらに、キングピン軸は所定角度（キングピン角度）で車両内方に傾倒している。

ショックアブソーバ３の上端部は車両バネ上部材に連結され、下端部はステアリングナックル５に連結されている。また、ステアリングナック５の下端部には、ロアアームが連結されている。さらに、ショックアブソーバ３の上方外周にはコイルスプリング７が配設されている。ショックアブソーバ３の外周でコイルスプリング７の下方には、回転機構９がショックアブソーバ軸（ショックアブソーバ３の中心軸であり、ＫＰ軸であってもよい。）の周りに回転可能に配設されている。

車両本体には、ラバーブッシュを介してスタビライザ１１のトーション部１１ａが支持されている。トーション部１１ａは車幅方向に延在すると共にその両端に、車両前方（又は後方）に延在する一対のアーム部１１ｂの一端が連続一体で接続されている。各アーム部１１ｂの他端には、車両上下方向に延在するリンク部材１３の下端がボールジョイント等により回動可能に連結されている。また、リンク部材１３の上端は回転機構９にボールジョイント等の連結部材１５により回動可能に連結されている。

スタビライザ１１は旋回中の車両のロール（傾斜）を抑制する機能を有している。例えば、旋回中の車両にロールが発生すると、ショックアブソーバ３およびコイルスプリング７等は遠心力によって外輪側が収縮し、内輪側が伸張する。この内輪側と外輪側との差によって、スタビライザ１１のトーション部１１ａに捻りが生じる。さらに、この捻りの復元力が、外輪側のアーム部１１ｂを介してリンク部材１３に対して車両下方の力Ｆとして作用する。

図２（ａ）は図１に示す回転機構９を直線Ａ−Ａ′で切断した際の断面図である。また、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す回転機構９を直線Ｂ−Ｂ′で切断した際の断面図である。

図２（ａ）および（ｂ）に示す如く、回転機構９は内周面がショックアブソーバ３の外周面に接合固定され外周に歯を有するウォームホイール９ａと、ウォームホイール９ａに噛合うウォームギア９ｂと、を有している。また、ウォームホイール９ａおよびウォームギア９ｂはハウジング９ｃ内に収容され、リンク部材１３の上端はハウジング９ｃに連結部材１５を介して連結されている。さらに、ハウジング９ｃはウォームホイール９ａの両側面に設けられた軸受により、ショックアブソーバ３軸を中心に回転可能に支持され、ウォームギア９ｂはハウジング９ｃに設けられた軸受により回転可能に軸支されている。ハウジング９ｃにはモータ等の駆動手段１７が固定され、モータ１７の駆動軸がウォームギア９ｂに連結されている。モータ１７の駆動軸が回転するとウォームギア９ｂが回転し、ショックアブゾーバ３に固定されたウォームホイール９ａに対して、ハウジング９ｃ及び連結部材１５が相対回転する。

モータ１７には、モータ１７の回転を制御するＥＣＵ等の制御手段１９が接続されている。モータ１７はＥＣＵ１９からの制御信号に基づいて、時計方向又は反時計方向へ回転し、ハウジング９ｃに設けられた連結部材１５の位置を調整する。なお、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１９はマイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムを格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイスを有している。

ＥＣＵ１９には車速を検出する車速センサ２１が接続されている。ＥＣＵ１９は車速センサ２１により検出された車速に基づいて、モータ１７に制御信号を送信し、モータ１７の回転を制御する。

ところで、車速が増加するにしたがってステアリングの減衰係数（減衰力）を増加させるのが車両操作性上、最適となる。

図３は最適な減衰係数と車速との関係の一例を示す図である。なお、減衰係数が増加すると減衰力は増加し、減衰係数が減少すると減衰力は減少する。また、図３において、縦軸は減衰係数を示し、横軸は車速を示している。

すなわち、図３に示すようなステアリングの減衰係数と車速との関係になるように、ステアリング制御装置１は、車速センサ２１からの車速に基づいて、モータ１７を制御し、回転機構９の連結部材１５の位置を調整する。

次に、ステアリング制御装置１の減衰力の付加方法について説明する。

車両旋回状態において、スタビライザ１１のトーション部１１ａの捻りにより生じたアーム部１１ｂの車両下方への力Ｆは、リンク部材１３を介して連結部材１５に伝達される。また、連結部材１５に作用する車両下方への力Ｆは、回転機構９を介してショックアブソーバ３に対し、反時計方向又は時計方向の回転モーメントＴとして作用する。この反時計方向又は時計方向の回転モーメントＴが、ステアリングが切られショックアブソーバ３が回転する際、この回転と反対方向へ作用する減衰力となる。例えば、ショックアブソーバ３が巻き込み側に操舵された位置から中立位置へ戻る（ショックアブソーバ軸が時計方向へ回転する）際に、反時計方向の回転モーメントＴが減衰力としてショックアブソーバ３に作用する。

図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は回転モーメントＴを模式的に示す図であり、図４（ａ）は車両後方から見た図である。また、図４（ｂ）は図４（ａ）の模式図をＣ方向から見た図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）の模式図をＤ方向から見た図である。

図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す如く、回転モーメントＴは以下（１）式により算出される。

Ｔ＝Ｌ×ｓｉｎθ×Ｆ （１）式
上記（１）式において、Ｌはショックアブソーバ軸とリンク部材１３の延長線との最短距離（以下、軸間距離と称す。）であり、θはショックアブソーバ３軸とリンク部材１３との成す角度である。なお、θは微小角度であることから、上記（１）式を近似した式Ｔ＝Ｌ×θ×Ｆにより回転モーメントＴを算出してもよい。

次にステアリング制御装置１の制御方法について、説明する。

例えば、車輪の舵角が切られた位置（例えば、巻き込み側）から中立位置に戻される際に、ＥＣＵ１９は車速センサ２１からの車速が増加するとモータ１７に制御信号を送信し、回転機構９を回転させ、連結部材１５の位置を車両前方側に移動させる。一方、ＥＣＵ１９は車速センサ２１からの車速が減少するとモータ１７に制御信号を送信し、回転機構９を回転させ、連結部材１５の位置を車両後方側に移動させる。このとき、ＥＣＵは予め記憶された減衰係数と車速との関係（図３）、および車速センサ２１からの車速に基づいて、最適な減衰係数を算出し、この減衰係数となるようにモータ１７を制御し、連結部材１５の位置を調整する。

図５（ａ）は車両後方からステアリング制御装置１を見た図であり、回転機構９の回転状態を模式的に示す図である。また、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すステアリング機構を車両内側からの見た図であり、高速走行時および低速走行時における連結部材１５の位置の一例を示す図である。なお、図５（ｂ）において、点線は高速走行時の連結部材１５およびリンク部材１３の位置の一例であり、実線は低速走行時の連結部材１５およびリンク部材１３の位置の一例を示している。

例えば、高速走行時において、ＥＣＵ１３はモータ１７を制御して、連結部材１５の位置を車両前方側（図５（ｂ）の点線位置側）に移動させる。これにより、Ｌ×θが増加し、上記（１）式よりショックアブソーバ３に作用する巻き戻し方向（反時計方向）の回転モーメントＴが増加し、減衰力（減衰係数）が増加する。一方、低速走行時において、ＥＣＵ１９はモータ１７を制御して、連結部材１５の位置を車両後方側（図５（ｂ）の実線位置側）へ移動させる。これにより、Ｌ×θが減少し、上記（１）式よりショックアブソーバ３に作用する巻き戻し方向（反時計方向）の回転モーメントＴが減少し、減衰力（減衰係数）が減少する。このようにして、ＥＣＵ１９は減衰係数と車速とが図３に示す関係となるように、車速に応じて、連結部材１５の位置を調整している。

以上のように、ＥＣＵ１９は車速センサ２１からの車速が増加するとモータ１７に制御信号を送信し、回転機構９を回転させ、連結部材１５の位置を車両前方側に移動させる。これにより、ショックアブソーバ３に作用する巻き戻し方向（反時計方向）の回転モーメントＴが増加し、減衰力（減衰係数）が増加する。一方、ＥＣＵ１９は車速センサ２１からの車速が減少するとモータ１７に制御信号を送信し、回転機構９を回転させ、連結部材１５の位置を車両後方側に移動させる。これにより、ショックアブソーバ３に作用する巻き戻し方向（反時計方向）の回転モーメントＴが減少し、減衰力（減衰係数）が減少する。したがって、車速に対して最適な減衰力（図３）が付加され、ステアリングの収束性を向上させることができ、車両操作性が向上する。

なお、上記説明において、右側車輪が旋回時の外輪となる場合について説明したが、左側車輪が旋回時の外輪となる場合は、右側車輪が旋回時の外輪となる場合と略同一となるので詳細な説明は省略する。

以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、油圧式パワーステアリングのステアリング制御装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。

本発明の一実施例に係るステアリング制御装置の概略図である。 （ａ）図１に示す回転機構を直線Ａ−Ａ′で切断した際の断面図である。（ｂ）図２（ａ）に示す回転機構を直線Ｂ−Ｂ′で切断した際の断面図である。 減衰係数と車速との関係を示す図である。 （ａ）回転モーメントを模式的に示す図であり、車両後方から見た図である。（ｂ）回転モーメントを模式的に示す図であり、図４（ａ）の模式図をＣ方向から見た図である。（ｃ）回転モーメントを模式的に示す図であり、図４（ｂ）の模式図をＤ方向から見た図である。 （ａ）は車両後方からステアリング制御装置を見た図であり、回転機構の回転状態を模式的に示す図である。（ｂ）図５（ａ）に示すステアリング機構を車両内側からの見た図であり、高速走行時および低速走行時における連結部材の位置の一例を示す図である。

符号の説明

１ ステアリング制御装置
３ ショックアブソーバ
５ ステアリングナックル
７ コイルスプリング
９ 回転機構
９ａ ウォームホイール
９ｂ ウォームギア
９ｃ ハウジング
１１ スタビライザ
１１ａ トーション部
１１ｂ アーム部
１３ リンク部材
１５ 連結部材
１７ モータ
１９ ＥＣＵ
２１ 車速センサ

Claims (3)

1. 油圧式パワーステアリングのステアリング制御装置であって、
   キングピン軸に沿って配設されたショックアブソーバと、
   該ショックアブソーバの外周に、該ショックアブソーバ軸周りに回転可能に配設された回転部材と、
   車両本体に支持され車幅方向に延在するトーション部と、該トーション部の両端に夫々接続され車両前後方向に延在する一対のアーム部と、を有するスタビライザと、
   下端が前記アーム部に連結され、上端が前記回転部材に連結され車両上下方向に延在するリンク部材と、
   前記回転部材を回転させる駆動手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   該車速検出手段からの前記車速に基づいて、前記駆動手段の回転を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするステアリング制御装置。
2. 請求項１記載のステアリング制御装置であって、
   前記制御手段は、前記車速検出手段からの前記車速が増加すると、当該ステアリングの減衰力が増加するように制御することを特徴とするステアリング制御装置。
3. 請求項１又は２記載のステアリング制御装置であって、
   前記制御手段は、前記車速検出手段からの車速が増加するにしたがって、前記リンク部材の上端が車両前方側へ位置するように前記回転部材を回転させることを特徴とするステアリング制御装置。

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