JP3638182B2 - 操舵装置の電動機制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操向車輪を操舵する手動操舵系に補助操舵力を付加する電動機を制御するための操舵装置の電動機制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ステアリングホイールの回転角をタイヤ切れ角に変換する手動操舵系に電動機を設け、電動機の駆動力を操舵系に付加することによって運転者の操舵力を軽減するようにした電動パワーステアリング装置が知られているが、この従来の電動パワーステアリング装置は、積雪路など摩擦係数の低い路面での操舵の際に、路面反力が小さいために補助操舵力が過剰傾向となり、運転者に違和感を与えるという点が問題であった。
【0003】
このような不都合、つまり滑り易い路面でステアリングホイールを切りすぎてしまう傾向となることを改善するために、本出願人は特願平7−245408号明細書に於いて、手動操舵系に付加する電動機の出力の制御条件に、路面摩擦係数を含ませるようにした電動機制御装置を提案した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記出願の技術に於いては、操舵系の慣性質量を考慮していないため、エアバッグを装着した慣性質量の大きなステアリングホイールを急速に操舵した際の切り過ぎの抑制効果が不十分であることが判明した。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するには、車両の操向車輪に手動にて舵角を与える手動操舵系に補助操舵力を付加するべく、少なくとも手動操舵系に加わる操舵力に基づいて設定された出力目標値によって電動機の出力を制御するようにしてなる操舵装置の電動機制御装置を、ステアリングホイールの操舵角速度に関わりなく適切な操舵反力を手動操舵系に加えることができるように改良する必要がある。そのために本発明に於いては、タイヤと路面間の摩擦係数を検出する路面状態検出手段の出力に基づいて手動操舵系の最大許容操舵角を設定する最大許容操舵角設定手段と、手動操舵系の操舵角を検出する舵角検出手段と、手動操舵系の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段とを設け、最大許容舵角設定手段と舵角検出手段と操舵角速度検出手段との出力に基づいて電動機の出力目標値を補正するものとした。これにより、手動操舵系に与える付加反力を操舵角速度に応じて変化させることができるので、ステアリングホイールを急速に操舵した際の切り過ぎに対する抑止力を十分に発揮することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【0007】
図1は、本発明が適用される電動パワーステアリング装置を示している。この電動パワーステアリング装置は、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3a・3bを有する連結軸3を介して連結されたピニオン4、及び、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を介して左右の前輪6のナックルアーム7にその両端が連結されたラック軸8で構成されたラック/ピニオン機構からなる手動操舵力発生手段9と、この手動操舵力発生手段9による操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するべく、ラック軸8と同軸的に配設され、かつ回転力を軸力に変換するボールねじ機構10aを内蔵した電動機10と、ステアリングホイール1を介してピニオン4に加えられる手動操舵力を検出するための操舵力検出手段11と、ステアリングホイール1の回転角度を検出するための舵角検出手段12と、これらからの検出値Tp・θsに基づいて電動機10の出力を制御するための制御装置13とからなっている。
【0008】
制御装置13は、大別して補助操舵力制御系と過剰操舵抑制制御系との二つに分けられ、図2に示すように、補助操舵力制御系は、操舵力検出手段11の出力Tpに基づいて電動機10に発生させるべき出力トルクを設定する出力目標値設定手段21と、これによって生成される出力目標値に基づいて電動機10の出力を制御する電動機出力制御手段22と、電動機10に流れる電流を検出してフィードバックする電動機電流検出手段23とからなっている。また過剰操舵抑制制御系は、路面とタイヤ間の摩擦係数μを検出する路面状態検出手段24と、路面状態検出手段24および舵角検出手段12の出力μ・θsに基づいてステアリングホイール1に加えるべき付加反力を設定する付加反力設定手段25とからなっている。
【0009】
ここで路面状態検出手段24による路面摩擦係数μの推定方法について説明しておく。先ず、タイヤのコーナリングパワーCpは、FIALAの式(第2項まで)から、以下のように表される。
Cp=K(1−0.0166K/μL)
但し、K:コーナリングスティフネス
μ:路面摩擦係数
L:接地荷重
【0010】
即ち、路面摩擦係数μが低いほどタイヤのコーナリングパワーCpが減少する(図3参照)ので、ラック/ピニオン式の操舵装置の場合、同一舵角での路面から受けるラック軸反力は、路面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って、操舵角並びにラック軸反力を実測し、操舵角に対する実ラック軸反力と、予め内部モデルとして設定された基準ラック軸反力とを比較すれば、路面摩擦係数μを推定することができる。
【0011】
実ラック軸反力Frc、即ち路面反力は、操舵トルクTs、電動機電圧Vm、及び電動機電流Imから、以下のようにして推定することができる。
【0012】
先ず、電動パワーステアリング装置に於ける補助操舵力発生用電動機の出力軸トルクTmは次式で与えられる。
Tm=Kt・Im
−Jm・θm”−Cm・θm’±Tf
但し、Kt:電動機トルク定数
Im:電動機電流
Jm:電動機の回転部分の慣性モーメント
θm’:電動機角速度
θm”:電動機角加速度
Cm:電動機粘性係数
Tf:フリクショントルク
【0013】
ステアリングシャフト回りの粘性項、慣性項、フリクション項および電動機回りのフリクション項は微小なので省略すると、ラック軸上の力の釣り合いは、近似的に次式で表される。
Fr=Fs+Fm
=Ts/rp
+N(Kt・Im−Jm・θm”−Cm・θm’)
但し、Fr:路面からのラック軸反力
Fs:ピニオンからのラック軸力
Fm:電動機からのラック軸力
Ts:ステアリングシャフトに加わる操舵トルク検出値
rp:ピニオン半径
N:電動機出力ギヤ比
【0014】
なお、電動機角速度θm’は、ステアリングホイール舵角θsを微分するか、あるいは電動機逆起電力から次式により求める。
θm’=(Vm−Im・Rm)/Km
但し、Vm:電動機電圧
Rm:電動機抵抗
Km:電動機の誘導電圧定数
【0015】
ここで電動機角速度θm’とステアリングホイール角速度θs’とは、厳密に言うと異なるものであり、電動機角速度θm’は、ステアリングホイール操舵角θsを微分して得たステアリングホイール角速度θs’を基にして、次式から求められる。
θm’=θs’−Ts’/Ks
但し、Ks:トルクセンサのばね定数
Ts’:操舵トルクの微分値
【0016】
また、電動機角加速度θm”は、電動機角速度θm’を微分することにより得られる。
【0017】
次に、実ラック軸反力Frcの比較基準となる内部モデルは、以下のようにして設定する。
【0018】
図4に示すように、ステアリングホイール1から入力された操舵角θsは、ピニオン4との伝達比Nを介してラック軸8のストローク量に変換される。このラック軸8のストローク量に応じて前輪横滑り角φsが生ずる。ここでラック軸8のストローク量に対する前輪横滑り角φsの伝達関数Gβ(s)は、路面摩擦係数μの変化に伴うスタビリティファクタの変化によって変化する。
【0019】
前輪横滑り角φsにコーナリングパワーCpとトレールξ(キャスタトレール+ニューマチックトレール)とをかけることにより、キングピン回りのモーメントが得られる。ここでコーナリングパワーCp及びニューマチックトレールは、路面摩擦係数μおよび接地荷重Lによって変化する。
【0020】
キングピン回りのモーメントを、タイヤ回転中心とラック軸中心間距離、即ちナックルアーム長rkで割ることで、モデルラック軸反力Frmが得られる。
【0021】
以上から、ステアリングホイール操舵角θsに対するモデルラック軸反力Frmの応答は、各諸元に基づく計算結果、或いは実車計測値からの同定結果から導き出した1つの伝達関数Gf(s)をもって置換可能であることが分かる。
【0022】
上記のようにして求めた実ラック軸反力値Frcおよびモデルラック軸反力値Frmから、ステアリングホイール操舵角θsの増加に対する実並びにモデルラック軸反力の増加率を求め(図5参照)、車両の応答が線形に近似した舵角範囲内に於いて、実ラック軸反力増加率ΔFrc/Δθsと、モデルラック軸反力増加率ΔFrm/Δθsとの比ΔFrc/ΔFrmから、予め設定された路面摩擦係数判定マップを参照して路面摩擦係数μを推定することができる(図6参照)。
【0023】
なお、ラック軸8の反力は、ナックルアーム7〜タイロッド5〜ラック軸8の適所にロードセルなどの力検出器を設け、これにより直接的に検出することもできる。
【0024】
次に本発明装置の作動要領について図7を併せて参照して説明する。
【0025】
先ず上述した路面状態検出手段24によって路面摩擦係数μを検出し、予め定められた路面摩擦係数μと最大許容操舵角θmaxとの関係マップ31からその時の路面摩擦係数μに対応する最大許容操舵角θmaxを求める。次いでこの値と実操舵角θsとの比を演算器32で求め、これに対する付加反力Cの関係を、操舵角検出手段12の出力θsを微分器33を通すことで得た操舵角速度θs’を加味して定めた付加反力マップ34から付加反力Cを読み出す。これを補助操舵力制御系の出力目標値設定手段21が生成した出力目標値から減算する。このようにして、ステアリングホイール1に加わる補助操舵力を運転者は操舵抵抗として感知し、それ以上の切り増しを停止するので、滑り易い路面上での安定走行が確保できる。
【0026】
操舵角速度θs’が高い急速な操舵の場合は、操舵系の慣性力による操舵エネルギが大きくなるため、一定の付加反力のみであると切り過ぎを十分に抑制できなくなる場合があり得る。そこで本発明に於いては、θ/θmaxに対する付加反力Cの関係値を、操舵角速度θs’に応じて変化するようにした。従って、操舵角速度θs’が高くなるほど付加反力Cの増大率が高まってステアリングホイール1に加わる操舵抵抗が大きくなるので、操舵の緩急に関わりなく適切な操舵反力をステアリングホイール1に与えることができることとなり、いかなる状態でも走行安定性が損なわれずに済む。
【0027】
【発明の効果】
このように本発明によれば、路面状態および操舵の緩急に応じて電動操舵装置の操舵補助力が調節されるので、いかなる運転状況に於いてもステアリングホイールに適切な操舵反力を与えることができる。従って、ステアリングホイールの操舵角速度に関わりなく、過度な操舵に対して警告を与え、かつ抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される操舵装置の概略構成図。
【図2】本発明による電動機制御装置のブロック図。
【図3】コーナリングパワーと路面摩擦係数との関係線図。
【図4】内部モデルの設定に関わるフロー図。
【図5】舵角量に対する車両状態量の増加線図。
【図6】路面摩擦係数の判定マップ。
【図7】付加反力設定手段のブロック図。
【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
7 ナックルアーム
8 ラック軸
9 手動操舵力発生手段
10 電動機
11 操舵力検出手段
12 舵角検出手段
13 制御装置
21 出力目標値設定手段
22 電動機出力制御手段
23 電動機電流検出手段
24 路面状態検出手段
25 付加反力設定手段
31 許容最大操舵角設定マップ
32 演算器
33 微分器
34 付加反力マップ
Claims (1)
- 車両の操向車輪に手動にて舵角を与える手動操舵系に補助操舵力を付加する電動機を、少なくとも前記手動操舵系に加わる操舵力に基づいて設定された出力目標値によって制御する操舵装置の電動機制御装置であって、
タイヤと路面間の摩擦係数を検出する路面状態検出手段の出力に基づいて前記手動操舵系の最大許容操舵角を設定する最大許容操舵角設定手段と、前記手動操舵系の操舵角を検出する舵角検出手段と、前記手動操舵系の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段とを有し、
前記最大許容操舵角設定手段と前記舵角検出手段と前記操舵角速度検出手段との出力に基づいて前記出力目標値を補正するようにしてなることを特徴とする操舵装置の電動機制御装置。
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25557296A JP3638182B2 (ja) | 1996-09-05 | 1996-09-05 | 操舵装置の電動機制御装置 |
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