JPH04176781A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は車両用操舵装置に係り、詳しくは、運転者が
操向ハンドルに加える手動操作力を推定し、この手動操
作力が設定値以下の場合にのみ操向ハンドルに回動を阻
止する方向に作用する抵抗力を付与して操舵感の向上を
図る車両用操舵装置に関する。

（従来の技術） 従来の車両用操舵装置としては、例えば、特開昭６１−
２９１２８８号公報に記載されたものが知られる。この
車両用操舵装置は、操舵力センサて操向ハンドルと結合
した操舵軸のトルク（操舵反力）を検出して操舵反力に
応じた第１制御量を決定するとともに、操向車輪の転舵
反力を転舵反力センサで検出して転舵反力に応じた第２
制御量を決定し、第１制御量を操向ハンドルに操舵力の
作用方向へ作用する力として、また、′ｔＳ２制御量を
操向ハンドルに中立位置へ復帰させる力として付与し、
操向ハンドルに操舵反力を与える。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の車両用操舵装置にあって
は、運転者が操向ハンドルに加える手動操作力が小さい
場合、例えば運転者が操向ハンドルから手を放す手放し
時に路面状況および制御系の特性等の影響を強く受ける
ことがあるという不都合がある。

一方、上述のような不都合は操向ハンドルに振動を減衰
するダンピングトルクを付与することで解消できると考
えられるが、ダンピングトルクを付与することで操舵感
が損なわれるという新たな問題を生じることがある。

この発明は、上記不都合および問題に鑑みてなされたも
ので、操舵感を損なうこと無く操舵感を向上できる車両
用操舵装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、操向ハンドルの操舵に応じて出力される信
号に基づき電気的に操向車輪を転舵する車両用操舵装置
であって、操向ハンドルがほぼ中立位置に位置する走行
時において運転者が前記操向ハンドルに加える手動操作
力を推定する入力検知手段と、この入力検知手段により
推定された手動操作力を判別し、この手動操作力が設定
値以下の場合に操向ハンドルに回転方向と逆方向に作用
する抵抗力を付与する抵抗力発生手段と、を備えること
が要旨である。

そして、入力検知手段は、操向ハンドルの負荷トルクと
操舵角度とを検出し、これら検出された回転トルクと操
舵角度とから演算により手動操作力を求めるように構成
できる。

（作用） この発明にかかる車両用操舵装置は、手動操作力が設定
値以下の手放し時等においてのみ操向ハンドルにダンピ
ングトルクが付与されるため、手放し時等の操舵感を改
善でき、また、操舵時においては運転者の操舵負担の増
大を防止でき操舵感が損なわれることもない。

そして、この車両用操舵装置は、手動操作力を操向ハン
ドルの回転トルクと操舵角度とを基にして演算により求
めるように構成することで、検知系の簡素化も図れる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例にかかる車両用操舵装置の
模式構成図であり、第１図において、１１はシャフトｌ
ｌａに設けられた操向ハンドルを示し、シャフトｌｌａ
は図示しない車体に回転自在に支持され反力モータ（抵
抗力発生手段）１２と連結されている。反力モータ１２
は、コントローラ１３と接続され、このコントローラ１
３により制御されて操向ハンドル１１の操舵に対し操舵
反力τ２を生じる。後述するように、操舵反力でうは、
直進援助反力成分、転舵反力成分および減衰成分の合力
として規定される。

シャフトｌｌａには第１の舵角センサ１４、第２の舵角
センサ１５および操舵力センサ１６が、また、反力モー
タ１２には電流センサ４１が設けられ、これらセンサ１
４，１５，１６．４１がコントローラ１３と接続されて
いる。第１の舵角センサ１４は、ポテンシオメータ等の
アナログ式センサから成り、操向ハンドル１１の中立位
置を基準としてシャフトｌｌａの回転角度、すなわち操
舵角度θＨを検出する。第２の舵角センサ１５は、エン
コーダ等のデジタル式センサから成り、操向ハンドル１
１の単位操舵角について所定のパルス信号を出力する。

操舵力センサ１６は、シャフト１１ａのねじり歪を検出
するひずみゲージ等から成り、シャフトｌｌａの負荷ト
ルクをそのねじり歪で検出する。電流センサ４１は反力
モータ１２に通電される電流値を検出する。

また、１７Ｌ、１７Ｒは左右一対の操向車輪であり、こ
れら操向車輪１７Ｌ、１７Ｒはそれぞれがタイロッド１
８Ｌ、１８Ｒを介してボールねじ式の操舵機構１９と連
結されている。操舵機構１９は螺旋状の溝が形成された
ウオームシャフト２０、このウオームシャフト２０の溝
に多数のボールを介して螺合するボールナツト２１およ
びポールナツト２１と一体回転可能に結合された伝達ギ
ア２２を有する。

ウオームシャフト２０は、図示しないハウジング等に回
転を禁止されて軸方向移動可能に支持され、両端が上述
のタイロッド１８Ｌ、１８Ｒを介し操向車輪１７Ｌ、１
７１’ｌと連結されている。伝達ギヤ２２は駆動ギア２
３と噛合し、駆動ギア２３は転舵モータ２５の回転軸２
４に固設され転舵モータ２５により駆動される。転舵モ
ータ２５はコントローラ１３に接・続され制御される。

この操舵機構１９は、転舵モータ２５で伝達ギア２２が
駆動ギア２３を介して駆動され、ポールナツト２１がポ
ールをウオームシャフト２０の溝を転勤させつつ伝達ギ
ア２２と一体に回転し、このポールナツト２１の回転で
つオームシャフト２０が軸方向に移動して操向車輪１７
Ｌ、１７Ｒを転舵する。

タイロッド１８Ｌ、１８Ｒにはそれぞれ軸力センサ２６
Ｌ、２８Ｒが、ポールナツト２１にはアナログ式の絶対
位置センサ２７（第１図中では明示されず）が、転舵モ
ータ２５にはデジタル式の転舵角センサ２８と電流セン
サ４０（第２図参照）が設けられ、これらセンサ２８Ｌ
、２６Ｒ，２７，２８，４０がコントローラ１３に接続
されている。軸力センサ２８Ｌ、２８Ｒは操向車輪１７
Ｌ、１７Ｒの転舵反力を検出し、絶対位置センサ２７は
前述した第１の操舵角センサ１４と同様に中立位置を基
準とするホールナツト２１の回転角、すなわち操向車輪
１７Ｌ、１７Ｒの中立位置からの転舵角を検出し、転舵
角センサ２８は転舵モータ２５の回転軸２４の単位回転
角度当り所定のパルス信号を出力する。

なお、第１図中、２９は表示器、３ｏはイグニッション
スイッチ、３１はバッテリであり、表示器２９はコント
ローラ１３に接続されコントローラ１３の出力信号を基
に操向ハンドル１１の操舵角と操向車輪１７Ｌｊ７Ｒの
転舵角との相対的なずれを表示する。

コントローラ１３は、第２図に示されるように、前述し
た各センサ１４．　１５．　１６．２６Ｌ。

２６Ｒ，２７，２８，４０，４１および車速センサ３３
とヨーレイトセンサ３４とが接続され、また、反力モー
タ駆動回路３５、転舵モータ駆動回路３６および表示器
２９（第１図参照）と接続されている。車速センサ３３
は車速を検出し、ヨーレイトセンサ３４は車両のヨー角
速度を検出する。コントローラ１３は、マイクロコンピ
ュータ等から構成され、各センサ１４．１５，１６゜２
６Ｌ、２６Ｒ，２８，３３，３４，４０，４１の出力信
号を所定のプログラムに従い演算処理し、各モータ駆動
回路３５．３６にＰＷＭ信号を、また、表示器２９に指
令信号を出力する。反力モータ駆動回路３５は、ＦＥＴ
等をブリッジ状に結線して成り、コントローラ１３から
入力するＰＷＭ信号に応じたデユーティファクタの電流
を反力モータ１２に通電する。同様に、転舵モータ駆動
回路３６も、ＦＥＴをブリッジ状に結線して構成され、
ＰＷＭ信号に応じたデユーティファクタの電流を転舵モ
ータ２５に通電する。

この実施例の車両用操舵装置は、第３図のブロック図に
示すように、コントローラ１３において操舵角センサ１
４，１５等の検知信号を基に操向ハンドル１１の操舵角
θを、絶対位置センサ２７および転舵角センサ２８の検
知信号を基に操向車輪１７Ｌ、１８Ｒの転舵角δを算出
し、これら操舵角θと転舵角δとの偏差に転舵角δの角
速度δを加味して転舵モータ２５を制御し、転舵モータ
２５により操向車輪１７Ｌ、１７Ｒを転舵する。なお、
第３図および後述する各ブロック図において、Ｓはラプ
ラス演算子である。

また、この車両用転舵装置は、第４図のブロック図に示
すように、操向ハンドル１１の操舵角θに基づき直進援
助反力成分子ｔｌを、軸力センサ２６Ｌ、２６Ｒおよび
車速センサ３３の検知信号から転舵反力ＲＬ、ＲＲと車
速Ｖとを求めて転舵反力ＲＬ、ＲＲおよび車速Ｖに基づ
き転舵反力成分子ｔ２を、操舵角θの角速度（操舵速度
）ω８を求めて操舵速度ω□および車速Ｖに基づき減衰
力成分子ｔ３を算出し、さらに、操舵力センサ１６の検
知信号からシャフトｌｌａの負荷トルク、すなわち反力
で７を求め、反力τ丁と操舵速度ωＨとから運転者によ
る手動操作力τＨを推定する。そして、後に詳述するよ
うに、手動操作力τ□が０の手放し時において操向ハン
ドル１２に上述した直進援助反力成分子ｔ１、転舵反力
成分子ｔ２および減衰力成分子ｔ３の合力としての反力
Ｔを反力モータ１２により付与し、手動操作力で□がＯ
でない通常操舵時において直進援助反力成分子ｔｌと転
舵反力Ｔｔ２との合力としての反力Ｔを付与する。

なお、本出願人が先に提出した特願平２−１４０５３０
号にも記載されているように、上述の直進援助特性反力
成分子ｔｌは第９図に示す特性で操向ハンドル１１を中
立位置へ付勢する力として、転舵反力成分子２は第１０
図に示す特性で転舵反力ＲＬ、Ｒ。

と同方向に作用する力として、減衰成分子ｔ３第１０図
に示す特性で操向ハンドル１１の回転を阻げる方向に作
用する力として規定される。また、操舵速度ω□は操舵
角θを直接微分して後退差分近似により離散時間領域に
変化したものを用いる。

ここで、この車両用操舵装置の反力制御をより詳細に説
明すると、操向ハンドル１１廻りのカー変位系は第５図
のブロック図のように表わされ、手動操作力τＨ（式中
では推定値を讐□で表す）を擬似微分あるいは外乱推定
オブザーバによる方法で操舵速度ω□と反力τＴとから
推定する。まず、擬似微分による手動操作力τＨの推定
を説明すると、第５図に明らかなように、操舵速度ω□
、手動操作力τ、および反力τＴについて下式（１）の
状態方程式が成立し、この式（１）より式（２）が誘導
される。

ｆＨ＝τＴ　−（ＪＩＩＳ　（ＪＪ）ｌ”ＢＨωＨ）　
　　　　・・・（２）そして、下式（３）で示される擬
似微分を用いると、式（２）から式（４）で推定値ＴＨ
が得られる。

・・・（４） この式（４）は第６図のブロック図に表わされ、このア
ルゴリズムではβが設計パラメータとなりβを小さくす
れば推定器の応答速度が上がる。推定器の応答速度は推
定対象の応答速度に比べて十分に速くする必要があるが
、あまり速くしすぎると（βを小さくしすぎると）擬似
微分を使用しているのでノイズ成分を増幅するおそれが
ある。

そして、上式（４）は下式（５）に示される後退差分で
離散化すると、下式（６）が得られ、式（６）より手動
操作力τ８が決定される。

また、β＝０のときは直接微分となり、上式（４）から
下式（７）が得られ、式（７）から手動操作力なお、上
式（５）　（６）　（７）においてＴはサンプリングタ
イム［Ｓｅｅ］である。

一方、外乱推定オブザーバによる方法では、手動操作力
τイを未知外乱入力と考え、この手動操作力τ□がステ
ップ状に加わると仮定すると、手動操作力τ８は下式（
８）の線形自由系で表わされる。

また、前式（１）の状態方程式が下式（９）で表わされ
、式（８）　（９）より下式（１０）の拡大系が得られ
る。

である。

ここで、上式（１１）に対して状態χ。を推定するオブ
ザーバを構成する。χ。のうちηが分かれば式（８）よ
りτ８が計算でき、Ｃ０，Ａｏが可観測で状態χ。のう
ちω□は直接観測できるので、下式（１２）の最小次元
オブザーバが構成できる。

そして、Ｇｏｐｉｎａｔｈの方法でＡｏ　、　　Ｂｏ　
、　　Ｋｏ　。

Ｃｏ、Ｄｏを計算する。まず、１×２行列Ｃ８＝［０１
］と選び、式（１３）の正則な行列Ｓで式ＣＳ−’＝［
１０コ 次に、１×１行列りを考え、下式（１５）が安定となる
ようにＬを選び、下式（１６）を計算する。

Ａ　ｏ＝Ａ　２２−Ｌ　Ａ　１２−　Ｌ　／　Ｊｏ　　
　　　　　−（１５）なお、行列しは、最適レギュレー
タや極配置の手法を用いて計算され、この場合では負で
ある（Ｌ＜Ｏ）。

ここで、上述のように求められたλ。〜６゜を式（１４
）に代入して式（１７）の外乱推定オブザーバのそして
、上式（１７）をラプラス変換して式（１８）が得られ
、式（１８）からβ”　−（Ｊｓ／　Ｌ　）とおくと式
（１９）が得られる。

・・・（１９） ただし、β〉０である。

上式（１９）は第７図に表わされ、このアルゴリズムで
はβ（Ｌ）が設計パラメータであり、βを小さくすれば
（Ｌを大きくすれば）推定器の応答速度が上がる。通常
、推定器の応答速度は推定対象τＴの応答速度に対して
十分に速くする必要があるが、あまり速くしすぎると（
βを大、またはＬを小）、オブザーバのアンマツチ（推
定値がオーバシュートして一時的に真価と大暫くはずれ
る）が起こることがある。

この後、上式（１９）は前述した式（４）と同様にして
式（５）の後退差分で離散化すると式（２ｏ）が得られ
、また、β＝０のとぎは式（１７）と同様に直接微分と
なる。

そして、この車両用操舵装置は、′ｓ８図のフローチャ
ートに示すプログラムを実行し、上述の手動操作力そ、
で運転者の操舵状態を推定して操向ハンドル１１の反力
制御、すなわち反力モータ１２の制御を行う。同図に示
すように、このプログラムでは、ステップＰ１において
上述した擬似微分あるいは外乱推定オブザーバによる方
法で反力で７と操舵速度ω□とから手動操作カモＨを推
定し、この手動操作力で８のｎ回の移動平均値τ８を算
出しくステップＰ２）、まな、次回の移動平均値の算出
のために手動操作力τ８を更新して記憶する（ステップ
Ｐａ）。そして、移動平均値で８を判定値でＨ（Ｖ）と
比較して手放し中か否かを判断する（ステップＰ４）、
この判定値τｓ　　（Ｖ）は、手放し中か否かの判断に
適した値として理想的には０であるが、速い操舵時には
推定誤差が大きくなるためＯに近い所定の値に設定し、
また、この値も前述した他の成分子ｔ、、Ｔｔ２等が車
速に応じ変化するため車速に応じ変化する車速パラメー
タとして規定される。ここで、上述のステップＰ４で移
動平均値τ□が判定価τＨ（Ｖ）より小さいと判断され
ると、すなわち手放し時であると判断されると、減衰成
分子ｔ３が前述した第１０図に示す値を有し、反力モー
タ１２は各成分子　ｔｌ＋　Ｔ　ｔ２．　Ｔ　ｔｓの合
力としての反力を出力する。したがって、発振等の不都
合を防止できる。また、移動平均値τＨが判定値τＨ（
Ｖ）以上であると判断されると、減衰成分子ｔ３が０と
なり（ステップＰ６）、反力モータ１２は成分子ｔｌ、
　Ｔｔ２の合力を出力する。したがって、操舵時の抵抗
力が過度に大きくなることも無く軽快な操舵を行うこと
ができ、良好な操舵感を得られる。

なお、上述した実施例では、基本的構成が先に本出願人
により提出された特願平２−１４０５３０号に記載され
ているため説明を簡略し、また一部の説明を割愛してい
る。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明にかかる車両用操舵装置
によれば、運転者が手を操向ハンドルから放した手放し
時にのみ操向ハンドルに回転を阻げるように作用する抵
抗力を付与するため、操舵感を損なうこと無く制御系の
発振等の不都合を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１０図はこの発明の一実施例にかかる車両
用操舵装置を示し、第１図が模式構成図、第２図が制御
系のブロック図、第３図が操向車輪の転舵角制御ブロッ
ク図、第４図が操向ハンドルの反力制御ブロック図、第
５図が操向ハンドル廻りのカー変位系のブロック図、第
６図が１の方法による手動操作力推定のブロック図、第
７図が他の１の方法による手動操作力推定のブロック図
、第８図が制御処理のフローチャート、第９図および第
１０図が反力成分の特性図である。 １１・・・操向ハンドル １２・・・反力モータ（抵抗力発生手段）１３・・・コ
ントローラ １４・・・第１の操舵角センサ １５・・・第２の操舵角センサ １６・・・操舵力センサ １７Ｌ、１７Ｒ・・・操向車輪 ３３・・・車速センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）操向ハンドルの操舵に応じて出力される信号に基
   づき電気的に操向車輪を転舵する車両用操舵装置であっ
   て、 操向ハンドルがほぼ中立位置に位置する走行時において
   運転者が前記操向ハンドルに加える手動操作力を推定す
   る入力検知手段と、 この入力検知手段により推定された手動操作力を判別し
   、この手動操作力が設定値以下の場合に操向ハンドルに
   回転方向と逆方向に作用する抵抗力を付与する抵抗力発
   生手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. （２）前記入力検知手段は、操向ハンドルの負荷トルク
   と操舵角度とを検出し、これら検出された回転トルクと
   操舵角度とから演算により手動操作力を求めることを特
   徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。