JP3176899B2 - 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、
特に電動機によって補助操舵トルクを発生させる操舵装
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
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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路と称す）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不都合があった。

【０００５】これに加えて、一般のパワーステアリング
装置は、通常走行時に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。

【０００６】また、ステアリングホイールの戻りは路面
反力によるものであることから雪道などの低μ路の走行
時や低速走行などで路面反力が減少するとステアリング
ホイールの戻りが鈍くなってしてしまい、運転者自身で
ステアリングホイールを戻す動作が必要となり、ステア
リングホイール操作負荷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、車両の操向車輪とステアリングホイールと
を機械的に連結し、前記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の値を決
定する補助操舵トルク決定手段と、前記操向車輪に補助
操舵トルクを加えるための電動機と、該補助操舵トルク
決定手段の決定値に基づい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おいて、前記車両の実
際の車両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実際の車両挙動の検出
値に基づいてこの車両挙動検出値を打ち消す方向に操向
車輪に作用する補助反力トルクの値を決定する補助反力
トルク決定手段とを有し、前記制御手段が、前記補助反
力トルク決定手段の決定値と前記補助操舵トルク決定手
段の決定値とに基づいて前記電動機の駆動トルクを制御
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。

【０００９】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、これに対向する向きのトルクを補助操舵
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、雪道などの低μ路や低速で走行した際でもヨーレイ
ト或いは横加速度から決定した補助反力トルクによって
ステアリングホイールを戻すことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】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、手動操舵手段としての手動
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、手動操舵力発生装置１は、ステアリングホ
イール３と一体結合するステアリングシャフト４に自在
継手を有する連結軸５を介して連結されたピニオン６
と、このピニオン６に噛合して車幅方向に往復動し得る
ラック７とを有し、ラック７の両端には、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】一方、ラック７と同軸的にその外周に電動
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を挿通すると共に該ロータに駆動ヘリ
カルギア１１が取付けられたものであり、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１３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。これにより電動式補助操舵力発生装置２が構
成されている。

【００１３】ステアリングシャフト４には、操舵トルク
検出手段として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１５と、ス
テアリングホイール３の回転角から回転角速度に対応し
た信号を出力するための角速度センサ１６とが取付けら
れている。

【００１４】また、車体の適所には、車両挙動検出手段
として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、及び車両の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、トルクセンサ１５、ハンドル角速度センサ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、それぞれ補助操舵トルク決定手段２２並び
に補助反力トルク決定手段２３に入力され、それぞれが
処理されて、電動機１０の出力トルク目標値が決定され
る。この出力トルク目標値は目標電流決定手段２４にて
電動機１０の目標電流値に換算され、駆動回路２１を介
して電動機１０を制御するようになっている。

【００１７】補助操舵トルク決定手段２２においては、
通常の操舵力アシストに関する補助操舵トルクの目標値
の決定が行われる。本決定手段については、例えば、望
ましい操舵トルクを実現す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】補助反力トルク決定手段２３においては、
入力された上記各センサ１６〜１９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補助反力
トルクを求めるようになっている。

【００１９】目標電流決定手段２４内では、電動機１０
の電流と出力トルクの既知の特性（トルク定数）に応じ
て、出力トルク目標値を目標駆動電流値に換算する。

【００２０】制御ユニット２０内の補助反力トルク算出
手段２３においては、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
において、各センサの出力信号を読込み、ステップ２に
おいて補助反力トルクＴＡを決定し、ステップ３におい
て目標補助反力トルク決定値を出力する。

【００２１】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。先ず上記ステップ１においては、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）、横加速度Ｇ
(ステップ１３）、ヨーレイトγ(ステップ１４）をそれ
ぞれ読み込む処理が行われる。

【００２２】次に上記ステップ２においては、図５のフ
ローチャートに示すように、図７（ａ）、図７（ｂ）、
図７（ｃ）に示すような操舵角速度ω、横加速度Ｇ、ヨ
ーレイトγのそれぞれをアドレスとし、車速Ｖごとに設
定されている各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（横
Ｇトルク成分）・Ｔ3（ヨーレレイトトルク成分）を求
め（ステップ２１〜２３）、これら補助反力トルクの成
分Ｔ1・Ｔ2・Ｔ3を加算する（ステップ２４）。更に、
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（−Ｔｍ
ａｘ）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２
５）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２１〜２５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２４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、横風を受けて車両２６が走行ライン２７から外れる
ようになった際には、この時の車両２６のヨーレイトγ
または横加速度Ｇを検出し、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２６
の偏向を走行ライン２７に戻す向きに電動機１０が駆動
される。

【００２６】本発明が適用された操舵装置が組み込まれ
た車両の走行時に横風を受けた場合における特性（実
線）と従来の操舵装置の特性（破線）とを対比して図９
（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す。横風などの外
乱を受けた場合、上記制御が行われない従来の操舵装置
を搭載する車両の挙動に対し、本発明が適用された操舵
装置を搭載する車両では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
がわかる。

【００２７】このため、横風などの外乱で車両２６にヨ
ーレイトγまたは横加速度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２６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
補助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。

【００２８】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または横加速度Ｇが車両２６
に発生するので、上記制御を実行することによって車両
２６を直進させるように自動的に軌道修正が行われる。

【００２９】また、通常の旋回走行時などにおいてヨー
レイトγまたは横加速度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同様な役目を果たし、特に雪道
などの低μ路や低速走行時に路面からの反力が少なくな
った場合でも補助反力トルクによってステアリングホイ
ールをニュートラルに戻すことができるので運転者の操
舵負荷、特に切り戻し時の操舵負荷が低減でき、直進走
行に戻す際の操舵が楽に行えるようになる。

【００３０】更に、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る。

【００３１】加えて、一般的な走行での操舵に於ても、
補助反力トルク決定手段によって補助反力を路面反力に
加え、補助操舵トルク決定手段によって操舵トルクの軽
減度を調整することができるので運転者に対する操舵フ
ィールを向上させることができる。

【００３２】尚、上記構成では車両挙動検出手段を横加
速度センサとヨーレイトセンサの両方にて車両挙動検出
手段としたが、横加速度センサとヨーレイトセンサのど
ちらか一方でも同様の作用・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
抑制する方向への補助反力トルクが、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
風や轍路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。しかも車両挙動
検出手段の検出値に基づく補助反力トルクが路面反力に
加えられるのでステアリング操作の負荷、特にステアリ
ングを戻す操作を軽減できる。

【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）、（ｃ）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）、（ｂ）、（ｃ）共に本発明が適用され
た車両操舵装置を搭載する車両の特性と従来構成の操舵
装置を搭載する車両の特性とを比較するグラフ。

【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 トルクセンサ １６ 角速度センサ 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 補助操舵トルク決定手段 ２３ 補助反力トルク決定手段 ２４ 目標電流決定手段 ２６ 車両 ２７ 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 (56)参考文献 特開 平１−311957（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の操向車輪とステアリングホイー
   ルとを機械的に連結し、前記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の値
   を決定する補助操舵トルク決定手段と、前記操向車輪に
   補助操舵トルクを加えるための電動機と、該補助操舵ト
   ルク決定手段の決定値に基づい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おいて、 前記車両の実際の車両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実際の車両挙
   動の検出値に基づいてこの車両挙動検出値を打ち消す方
   向に操向車輪に作用する補助反力トルクの値を決定する
   補助反力トルク決定手段とを有し、 前記制御手段が、前記補助反力トルク決定手段の決定値
   と前記補助操舵トルク決定手段の決定値とに基づいて前
   記電動機の駆動トルク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。
2. 【請求項２】 前記車両挙動検出手段がヨーレイトセ
   ンサを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用操
   舵装置。
3. 【請求項３】 前記車両挙動検出手段が横加速度セン
   サを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の車両用操舵装置。