JP3103049B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用操舵装置に
関し、特に電動機により適正な操舵反力トルク及び外乱
発生時に車両挙動を抑制する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
に応じて変化させ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、走行中に車両が強い横風を受け
たり、轍路を走行したりすると目標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。また、雪道
などタイヤと路面との摩擦係数(μ)が低い路面（以下低
μ路と記す）での走行時や低速走行時には路面反力が減
少する。

【０００４】上記した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電動機が補助操舵トルク
を発生するものであるため、走行中に横風を受けること
によって車両が偏向しても、電動機は補助操舵トルクを
発生しない。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、他方で上記パワーステアリング装置は一般的に
車両の横加速度並びにヨーレイトが大きくなるほど大き
な操舵力を必要とするようになっているため、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
する操舵トルクが大きなものとなるなどの不都合があっ
た。

【０００５】そこで、例えば特開平５−１０５１００号
公報には、ヨーレイト、横加速度などの車両挙動を検出
し、その検出値に基づいて補助反力トルク値を決定し、
この補助反力トルク値と操舵トルク等の検出値に基づい
て決定された補助操舵トルク値とに基づいて上記電動機
の駆動トルクを制御するものが提案されている。

【０００６】この構造によれば、横風や轍路走行などの
外乱が車両に作用した際の偏向抑制性能を高め、車両の
走行安定性を向上することができ、雪道などの低μ路や
低速走行時にもステアリング操作負荷が軽減される。

【０００７】上記した補助操舵反力トルクは、望ましい
範囲の反力トルクにするために、また各センサの故障時
等に対処するためにリミッタによりその上限が定めら
れ、該上限を越えた反力トルクは発生しないようになっ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た補助操舵反力トルクは、操舵角速度をパラメータとす
るダンピングトルクと、ヨーレイトをパラメータとする
ヨーレイトトルクとを含んでいるが、例えばダンピング
トルクの割合が大きくなると、全体の操舵反力トルクが
通常範囲内にあってもその粘性感による渋さが運転者の
操舵自由度を低くし、違和感を与えることがある。ま
た、ヨーレイトセンサから希に発生する異常信号に基づ
きヨーレイトトルクの割合が大きくなると、運転者の予
期しない操舵反力トルクが発生し、やはり運転者に違和
感を与えることが考えられる。

【０００９】特に、外乱時の車両挙動抑制効果を高める
べく、全操舵トルクに対して操舵角に対応したヨーレイ
ト及び操舵角速度に基づいて決定される反力成分の割合
α（＝補助操舵反力トルク／（補助操舵反力トルク＋セ
ルフアライニングトルク）＝（補助操舵反力トルク／全
操舵トルク））を大きくした場合に、上記問題が顕著に
なる。

【００１０】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、
外乱作用時の偏向抑制性能を高め、かつ通常旋回時の操
舵力を適切に設定することができ、しかも通常走行時の
操舵違和感が発生することのない車両用操舵装置を提供
することにある。

【００１１】

【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、該手動操舵手段に加えられた操舵ト
ルクを検出する操舵トルク検出手段と、該操舵トルク検
出手段の検出値に基づいて補助操舵トルクを決定する補
助操舵トルク決定手段と、前記車両の挙動を検出する車
両挙動検出手段と、前記車両挙動検出手段によって検出
された検出値に基づいて補助反力トルクを決定する補助
反力トルク決定手段と、前記操向車輪に補助トルクを加
えるための電動機と、前記補助操舵トルク決定手段によ
り決定された補助操舵トルク値に前記補助反力トルク決
定手段により決定された補助反力トルク値を加えた補助
トルク値をもって前記電動機を制御する制御手段とを有
する車両用操舵装置に於いて、前記補助反力トルク決定
手段により決定される補助反力トルクがヨーレイトに基
づいて決定される反力成分及び操舵角速度に基づいて決
定される反力成分を含み、前記制御手段が、前記補助反
力トルクのうちのヨーレイトに基づいて決定される反力
成分及び操舵角速度に基づいて決定される反力成分のい
ずれか一方若しくは両方に個別に上限を定め、その範囲
内で前記電動機を制御するようになっていることを特徴
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。

【００１２】このように、補助操舵反力トルクを構成す
るダンピングトルク及び／またはヨーレイトトルクに対
して個々に上限を定めることで、通常運転時の操舵感を
犠牲にすることなく走行時の速度全域に亘り適正な操舵
力及び外乱時の車両挙動抑制力を両立することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付の図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１に、本発明が適用された車両用操舵装
置の概略構成を示す。この装置は、ステアリングホイー
ル１に一体結合されたステアリングシャフト２に自在継
手を有する連結軸３を介して連結されたピニオン４と、
ピニオン４に噛合して車幅方向に往復動し得ると共にタ
イロッド５を介して操向車輪としての左右の前輪６のナ
ックルアームにその両端が連結されたラック軸８とを有
するラック・アンド・ピニオン機構からなる手動操舵力
発生手段を有している。また、ラック・アンド・ピニオ
ン機構を介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵
力を発生するべく、電動パワーステアリング装置を構成
する電動機９がラック軸８の中間部に同軸的に配設され
ている。

【００１５】ラック・アンド・ピニオン機構のピニオン
４の近傍にはステアリングホイール１の回転角から操舵
角速度を検出するための操舵角速度センサ１１と、ピニ
オン４に作用する手動操舵トルクを検出するためのトル
クセンサ１２とが設けられている。また、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１５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１６とが設けられ、
これら各センサは、その検出値に基づいて電動機９の出
力を制御するための操舵制御ユニット１７に接続されて
いる。

【００１６】図２に示されるように、上記した操舵制御
ユニット１７内には、電動パワーステアリング装置とし
ての補助操舵トルクを演算するための補助操舵トルク決
定手段１７ａと、補助反力トルクを演算するための補助
反力トルク決定手段１７ｂとが設けられている。補助操
舵トルク決定手段１７ａには、操舵角速度センサ１１・
トルクセンサ１２・車速センサ１６の各検出信号が入力
しており、それらの各検出信号に応じて通常のアシスト
制御を行う補助操舵トルクが決定される。

【００１７】また補助反力トルク決定手段１７ｂには、
車両挙動検出手段を構成する操舵角速度センサ１１・ヨ
ーレイトセンサ１５・車速センサ１６の各検出信号が入
力するようになっており、それらの各信号から後記する
アルゴリズムによって目標補助反力トルクを求めるよう
になっている。

【００１８】更に、操舵制御ユニット１７内には、補助
操舵トルク決定手段１７ａと補助反力決定手段１７ｂと
から出力される各トルク値に応じて電動機９に対する目
標電流を設定する目標電流決定手段１７ｃと、その目標
電流に応じて電動機９に流す電流を制御する出力電流制
御手段１７ｄとが設けられている。そして、出力電流制
御手段１７ｄからの電流制御信号が、操舵制御ユニット
１７と電動機９との間に設けられた駆動回路１９に入力
され、該駆動回路１９は電動機９を例えばＰＷＭ制御に
よって駆動するようになっていると共に駆動回路１９と
出力電流制御手段１７ｄとの間で出力電流のフィードバ
ック制御が行われるようになっている。

【００１９】操舵制御ユニット１７内の補助反力トルク
決定手段１７ｂに於いては、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に於いて各センサの信号出力を読込み、ステップ
２に於て目標操舵反力トルク値ＴＡを決定し、続いてス
テップ３に於いて目標操舵反力トルク値ＴＡにリミッタ
をかけ、ステップ４に於いて補助操舵トルク決定手段１
７ａからの出力信号にこの制御信号を加算する。

【００２０】この処理を図４〜図８を併せて参照して更
に詳しく説明する。先ず上記ステップ１に於いては、図
４のフローチャートに示すように、車速Ｖ（ステップ１
１）、ハンドル角速度ω（ステップ１２）、ヨーレイト
γ(ステップ１３）をそれぞれ読込む処理が行われる。

【００２１】次に上記ステップ２に於いては、図５のフ
ローチャートに示すように、図７（ａ）に示すような操
舵角速度ωをアドレスとし、車速Ｖごとに異なる特性に
設定されているデータテーブル及び図７（ｂ）に示すよ
うなヨーレイトγをアドレスとし、車速Ｖごとに異なる
特性に設定されているデータテーブルから、各成分につ
いての補助反力トルクＴ1（ダンピングトルク成分）・
Ｔ2（ヨーレイトトルク成分）を求める（ステップ２
１、２２）。そして、補助反力トルクの成分Ｔ1・Ｔ2に
ついて、その絶対値が上限値Ｔ1max、Ｔ2maxを超えてい
るか否かを判断し、操舵反力Ｔ1またはＴ2のいずれかま
たは両方が上限値（Ｔ1max、Ｔ2max）を超えている場合
はその操舵反力（Ｔ1またはＴ2）の絶対値として上記上
限値（Ｔ1max、Ｔ2max）を入力する（ステップ２３、２
４）。次に、これら操舵反力トルクの成分Ｔ1・Ｔ2を加
算して補助反力トルク値ＴＡを求める（ステップ２
５）。

【００２２】次に、必要以上の補助反力トルクを排除す
るために目標操舵反力値ＴＡが最大値（Ｔｍａｘ）を超
えているか否かを判断し、目標操舵反力値ＴＡが最大値
を超えている場合は目標操舵反力値ＴＡを上記Ｔｍａｘ
とし、また、目標操舵反力値ＴＡが最大値（Ｔｍａｘ）
を超えていない場合には、同様に目標操舵反力値ＴＡが
負の最大値（−Ｔｍａｘ）を超えているか否か判断し、
目標操舵反力値ＴＡが負の最大値を超えている場合には
目標操舵反力値ＴＡを上記−Ｔｍａｘ値とするリミッタ
処理（ステップ２６）を行い、目標補助反力トルク決定
値ＴＡを決定する。

【００２３】上記ステップ２の制御ブロック図は図６に
示すとおりで、ステップ２１〜２４は図６の各ブロック
に対応する。

【００２４】このようにして決定された目標補助反力ト
ルク決定値ＴＡは、別に求めた目標補助操舵トルク決定
値と加算されて目標電流決定手段１７ｃにて目標電流値
に変換され、出力される。

【００２５】上記処理を行うことで、図８に示すよう
に、前進時、横風を受けて車両２０が走行ライン２１か
ら外れるようになった際には、このときの車両２０のヨ
ーレイトγを検出し、これらヨーレイトγを打ち消す方
向に、即ち、その時の車両２０の偏向を走行ライン２１
に戻す向きに電動機９が駆動され、外乱に対して車両２
０を常に直進走行させるように前輪６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たり、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
も、車両２０を直進させるように自動的に軌道修正が行
われるなどの効果が得られる。

【００２６】ここで、上記補助反力トルクＴ1（ダンピ
ングトルク成分）を求めるのに、その上限を設定するこ
とにより、図９（ａ）に実線に示すように、通常操舵領
域の高周波域に於けるゲインが低くなり、即ち高周波域
に於けるハンドルの渋さ、粘性感が軽減され、軽快な操
舵感を得ることが可能となる。尚、図９（ｂ）は操舵周
波数と位相との関係を示す。

【００２７】また、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１
０（ｃ）に示すように、補助操舵反力トルクを発生しな
い電動パワーステアリング装置の場合（想像線）、ハン
ドルを切った場合の戻りが遅すぎて運転者が手でハンド
ルを戻さなければならず、また補助操舵反力トルクを発
生するがヨーレートトルク（Ｔ2）の上限を設定しない
電動パワーステアリング装置の場合、比較的大きくハン
ドルを切った場合の戻りが速すぎる（破線）が、ヨーレ
ートトルク（Ｔ2）の上限を設定することにより、特に
比較的大きくハンドルを切った場合の戻りが適切な速度
となり、操舵感が向上する（実線）。

【００２８】また、例えばセンサの異常等により過大な
ヨーレートトルク（Ｔ2）が出力されてもＴ2maxよりも
大きな部分がカットされ、通常操舵領域での予期せぬ操
舵反力による違和感の発生を防止することができる。

【００２９】尚、上記構成ではヨーレイトセンサをもっ
て車両挙動検出手段としたが、これに代えて、またはこ
れに加えて横加速度センサ用いても同様の作用・効果が
得られる。

【発明の効果】このように本発明による車両用操舵装置
によれば、補助操舵反力トルクを構成するダンピングト
ルク及び／またはヨーレイトトルクに対して個々に上限
を定めることで、ダンピングトルクの割合が大きくなる
と生じる粘性感による渋さの軽減または解消と、ヨーレ
イトトルクの割合が大きくなると生じるハンドルの急激
な戻り感や異常信号に基づく運転者の予期しない操舵反
力トルクの軽減または解消が可能となることから、通常
運転時の操舵感を犠牲にすることなく走行時の速度全域
に亘る適正な操舵及び外乱時の車両挙動抑制を高いレベ
ルで両立することができる。

【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】同操舵装置の制御系の回路ブロック図及び同制
御処理に用いられるデータテーブル。

【図７】（ａ）、（ｂ）は、同制御処理に用いられるデ
ータテーブルの拡大図。

【図８】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９】（ａ）は同操舵装置の操舵角に対する補助操舵
反力トルクの周波数とゲインとの関係を示すグラフ、
（ｂ）は周波数と位相との関係を示すグラフ。

【図１０】（ａ）は同操舵装置のハンドル戻り動作の時
間と操舵角との関係を示すグラフ、（ｂ）は時間とヨー
レイトとの関係を示すグラフ、（ｃ）は時間と補助操舵
反力トルクのうちのヨーレイトトルクとの関係を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ２ ステアリングシャフト ３ 連結軸 ４ ピニオン ５ タイロッド ６ 前輪 ８ ラック軸 ９ 電動機 １１ 操舵角速度センサ １２ トルクセンサ １５ ヨーレイトセンサ １６ 車速センサ １７ 操舵制御ユニット １７ａ 補助操舵トルク決定手段 １７ｂ 補助反力決定手段 １７ｃ 目標電流決定手段 １７ｄ 出力電流制御手段 １９ 駆動回路 ２０ 車両 ２１ 直進走行ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者 川越 浩行 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−10023（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−104249（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−67267（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−71253（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00 B62D 5/04

Claims (1)

(57)【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、該手動操舵手段に加えられた操
   舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該操舵トル
   ク検出手段の検出値に基づいて補助操舵トルクを決定す
   る補助操舵トルク決定手段と、前記車両の挙動を検出す
   る車両挙動検出手段と、前記車両挙動検出手段によって
   検出された検出値に基づいて補助反力トルクを決定する
   補助反力トルク決定手段と、前記操向車輪に補助トルク
   を加えるための電動機と、前記補助操舵トルク決定手段
   により決定された補助操舵トルク値に前記補助反力トル
   ク決定手段により決定された補助反力トルク値を加えた
   補助トルク値をもって前記電動機を制御する制御手段と
   を有する車両用操舵装置に於いて、 前記補助反力トルク決定手段により決定される補助反力
   トルクがヨーレイトに基づいて決定される反力成分及び
   操舵角速度に基づいて決定される反力成分を含み、 前記制御手段が、前記補助反力トルクのうちのヨーレイ
   トに基づいて決定される反力成分及び操舵角速度に基づ
   いて決定される反力成分のいずれか一方若しくは両方に
   個別に上限を定め、その範囲内で前記電動機を制御する
   ようになっていることを特徴とする車両用操舵装置。