JP3694148B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、操向車輪に舵角を与える操舵系に対し、操舵力を軽減する操舵補助力と、操舵力に対抗する操舵抵抗力とを共に与えることができるように構成された電動パワーステアリング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
積雪路など、タイヤと路面間の摩擦係数が極めて低い状態の路面では、路面からの操舵抵抗(セルフアライニングトルク)が小さくなるため、場合によっては不用意に切りすぎないように微妙な操舵が必要となり、運転者に大きな負担を与えるという問題があった。
【0003】
このような不都合を改善するために、タイヤと路面間の摩擦係数と車速とに基づいて操向車輪の横力利用率を算出し、横力利用率値に基づいて手動操舵系に加える操舵抵抗を制御するようにした電動パワーステアリング装置を本出願人は提案している(特願平8−309496号明細書参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この技術によると、横力利用率が1、つまり摩擦円上での最大横力が得られる舵角を最大許容舵角とし、舵角が増えるのに連れて操舵抵抗が増えるようにすると、最大許容舵角が大きいと舵角の変化量に対する操舵抵抗の増大率が緩慢になり、最大許容舵角が小さいと舵角の変化量に対する操舵抵抗の増大率が急峻になる。つまり最大許容舵角によって操舵抵抗の増大率が変化してしまう。ところが、舵角の変化量に対する操舵抵抗の変化率が低いと、運転者に路面の情報が伝わり難くなり、この変化率が高すぎると、操舵時の違和感が大きくなる上、操舵抵抗制御がハンチングを起こすことが懸念される。
【0005】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、運転者への路面情報の伝達性を損なわず、かつ通常操舵領域の操舵感に及ぼす影響が最小限で済むように改良された電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明は、最大横力が得られる舵角に近づくと相対的な操舵抵抗を増大させる制御を行うにあたり、舵角の変化量と操舵抵抗の変化量との関係を一定とし、操舵抵抗の増大制御を開始する舵角を路面状態および車速に応じて変えるものとした。これにより、良好な操舵感と路面情報の伝達性とを両立させるものとした。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された実施例を参照して本発明の構成について詳細に説明する。
【0008】
図1及び図2は、本発明に基づく電動パワーステアリング装置の操舵力制御装置の全体構成を示している。本制御装置は、ラック/ピニオン式操舵装置21のラック軸22に作用する軸力Frを算出するラック軸力演算手段1と、路面摩擦係数μを算出する路面摩擦係数演算手段2と、実験などで予め求めておいた前輪23の摩擦円上で最大横力を発生し得る最大舵角θmaxから、操舵抵抗付加制御を行う舵角領域を差し引いた舵角オフセット値θpを、路面摩擦係数μと非駆動輪(後輪)24の回転速度センサ25の出力で得た車速Vとに基づいて求めるためのオフセット舵角設定手段3と、車速V並びに操舵トルクセンサ26の出力で得たステアリングホイール27を介してステアリングシャフト28に作用する手動操舵トルクTsに基づいて操舵補助トルク指令値Taを設定する操舵補助トルク設定手段4と、ステアリングシャフト28の回転角度を検出する舵角センサ32の出力θsがオフセット舵角θpを超えた領域からの操舵角θsに応じた操舵抵抗トルク指令値Tcを設定する操舵抵抗トルク設定手段5と、操舵抵抗トルク指令値Tcおよび操舵補助トルク指令値Taに基づいてモータMの出力を制御するモータ駆動制御手段6とからなっており、操舵補助トルク指令値Taに操舵抵抗トルク指令値Tcを加算した値Tmをもって、通常のパワーステアリング装置のモータMの出力制御を行うようになっている。
なお、各信号の処理や演算は、コンピュータを用いた電子制御装置(ECU)29で一括して行われる。
【0009】
タイヤのコーナリングパワーCpは、図3に示すように、路面摩擦係数μが低いほど減少するので、ラック/ピニオン式操舵装置の場合、同一舵角でのラック軸力Frは、路面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って路面摩擦係数μは、前輪舵角に対する実ラック軸力Frcと、車両の設計値や実験による計測値の同定結果に基づいて内部モデルとして予め設定された基準ラック軸力Frmとを比較すれば推定できる。
【0010】
路面からの操舵抵抗につり合うラック軸力Frは、ステアリングシャフト28回りの粘性項、慣性項、フリクション項およびモータM回りのフリクション項は微小なので省略すると、ピニオンからのラック軸力FpとモータMからのラック軸力Fmとの和、つまり、
Fr=Fp+Fm
で表されるが、以下に図4を参照してこの推定方法について説明する。
【0011】
先ず、ピニオンからのラック軸力Fpは、操舵トルクTsをピニオンのピッチ円半径rpで割った値、つまり、
Fp=Ts/rp
で表されるので、ピニオン軸力演算手段10に操舵トルクセンサ26の出力Tsを入力して得る。
【0012】
次にモータMからのラック軸力Fmは、モータMの出力軸トルクTmにモータ出力ギヤ比Nをかけた値、つまり、
Fm=N・Tm
で表されるので、モータの電流Imを検出する電流センサ30、並びに電圧Vmを検出する電圧センサ31の出力をモータ軸力演算手段11に入力して得る。
【0013】
ここでモータの出力軸トルクTmは次式で与えられる。
但し、Kt:モータトルク定数
Im:モータ電流(電流センサ30の出力)
Jm:モータの回転部分の慣性モーメント(設計値・定数)
θm’:モータ角速度
θm”:モータ角加速度(モータ角速度θm’の微分値)
Cm:モータ粘性係数
Tf:フリクショントルク
【0014】
なお、モータ角速度θm’は、モータ逆起電力から次式により求める。
θm’=(Vm−Im・Rm)/Km
但し、Vm:モータ電圧(電圧センサ31の出力)
Rm:モータ抵抗(設計値・定数)
Km:モータの誘導電圧定数
【0015】
または、操舵角センサ32の出力θsの微分値θs’から次式により求める。
θm’=(θs’−Ts’/Ks)N
但し、Ks:トルクセンサ26のばね定数
Ts’:操舵トルクの微分値
【0016】
以上により求めたピニオンからのラック軸力Fpとモータからのラック軸力Fmとは、実用上は位相補償フィルタ12を通すことにより、Fp・Fm間の位相ずれを補正すると良い。
【0017】
上記のようにして求めた実ラック軸力値Frcと予め設定しておいたモデルラック軸力値Frmとから、ステアリングホイール舵角θsの増加に対する実並びにモデルラック軸力の増加率を求め(図5参照)、車両の応答が線形に近似した舵角範囲内において、実ラック軸力増加率ΔFrc/Δθsと、モデルラック軸力増加率ΔFrm/Δθsとの比ΔFrc/ΔFrmから、予め設定しておいた路面摩擦係数判定マップ(図6参照)を参照して路面摩擦係数μを推定することができる。
【0018】
タイヤの最大グリップ力Fmaxは、タイヤと路面との間の摩擦係数μとタイヤの接地面に加わる垂直荷重Wとの積(Fmax=μW)で与えられる。従って、路面摩擦係数μが分かれば、車両諸元およびタイヤの特性によって定まる摩擦円上での最大横力を発生し得る最大舵角θmaxが得られる。
【0019】
一方、運転者に過剰操舵を的確に認識させるには、舵角の変化量に対する擬似的な操舵抵抗の増大率を最適に設定する必要があるが、これは操舵抵抗トルク設定手段5内にマップの形で予め設定されている。そしてオフセット舵角設定手段3内に予め設定しておいたオフセットマップを参照して得た舵角オフセット値θpを超えた位置から操舵抵抗付加制御を開始する。つまり、操舵抵抗付加制御領域での舵角と操舵抵抗との関係を一定とし、操舵抵抗付加制御を開始する舵角が路面摩擦係数μと車速Vとに応じて変わるようになっている。この結果、横力最大となる舵角に近づいたことを運転者に知らせるための操舵抵抗のかかり具合は一定となり、横力最大となる舵角が大きければ大きいほど通常制御の領域が大きくなる。
【0020】
このようにして決定された操舵抵抗トルク指令値Tcを、操舵補助トルク設定手段8に予め設定されたマップを車速Vと手動操舵トルクTsとに基づいて検索して得られる通常のパワーステアリング装置の補助操舵トルク指令値Taに加算することによって得られた制御指令値TmでモータMを制御することにより、コーナリングフォースが限界に達する以前にステアリングホイールを重くするなどして、運転者が不用意に過大な舵角で転舵することを防止し得る最適な補助操舵トルクが発生するようにモータMを駆動することができる。
【0021】
【発明の効果】
このように本発明によれば、操舵力が重くなる感じが常に一定となるので、通常操舵領域の操舵感に及ぼす影響を最小限に止めた上で、前輪のグリップ力が飽和しつつあることを運転者に的確に認識させることができる。また、操舵抵抗指令値の制御勾配、つまり制御の応答性に関わる設定は一定なので、横力に関わる演算が不要となるために構成を簡略化でき、しかもハンチングの発生の心配も皆無にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるパワーステアリング装置の制御系の概略構成図。
【図2】本発明が適用された車両のパワーステアリング装置に関わる機器の配置図。
【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】ラック軸力演算手段のブロック図。
【図5】舵角に対するラック軸力の増加線図。
【図6】路面摩擦係数の判定マップ。
【符号の説明】
1 ラック軸力演算手段
2 路面摩擦係数演算手段
3 オフセット舵角設定手段
4 操舵補助トルク設定手段
5 操舵抵抗トルク設定手段
6 モータ駆動制御手段
7 操舵抵抗トルク設定手段
10 ピニオン軸力演算手段
11 モータ軸力演算手段
12 位相補償フィルタ
21 ラック/ピニオン式操舵装置
22 ラック軸
23 前輪
24 後輪
25 回転速度センサ
26 操舵トルクセンサ
27 ステアリングホイール
28 ステアリングシャフト
29 電子制御装置(ECU)
30 電流センサ
31 電圧センサ
32 操舵角センサ
Claims (2)
- 最大横力が得られる舵角に近づくのに応じて相対的な操舵抵抗を増大させる操舵抵抗付加制御を行う電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵抵抗付加制御の開始舵角を路面状態および車速に対応して算出するオフセット舵角設定手段と、
舵角の変化量に対する操舵抵抗の増大率を設定する操舵抵抗トルク設定手段とを有し、
前記操舵抵抗付加制御を行う領域での舵角と操舵抵抗との関係を一定として前記操舵抵抗付加制御の開始舵角を変えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 操舵抵抗の増大を開始する舵角を、車速が高いほど小さくすることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
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- 1997-06-24 JP JP16721697A patent/JP3694148B2/ja not_active Expired - Fee Related
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