JPH04243665A - パワーステアリング装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、操縦者の操舵に対す
る負担を軽減するパワーステアリング装置に関し、特に
、タイヤ特性や路面の摩擦係数等が変化しても、適切な
操舵補助力を付与できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のパワーステアリング装置としては
、例えば、１９８９年５月　　日産自動車株式会社発行
「サービス周報　　第６２２号」のＣ−９２〜９５に記
載されたものが知られている。この従来の技術は、油圧
によって操舵系に操舵補助力を付与する油圧式パワース
テアリング装置に関し、操舵補助力の方向及び大きさを
調整するためのコントロールバルブとは別個に、車速に
感応して作動油の流量を変化させるソレノイドバルブを
設けていて、高速時には、ソレノイドバルブから比較的
多くの作動油をリザーバタンク側に戻すことにより、大
きな操舵補助力の発生を抑制し、転舵輪のふらつきをな
くして車両の走行安定性の向上を図る一方、低速時には
、比較的多くの作動油をパワーシリンダ側に供給して、
大きな操舵補助力を発生させ、操縦者の操舵に対する負
担の軽減を図るようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のパワーステアリング装置にあっては、車速の
みに応じてソレノイドバルブに供給する電流を制御して
いた、即ち、パワーステアリング装置の操舵補助特性は
車速のみに依存していたため、タイヤの劣化や交換等に
よるタイヤ特性の変化や、路面の摩擦係数の変化に追従
して操舵補助特性を変えることはできず、最適な操舵補
助力を常に得ることは不可能であった。

【０００４】この発明は、このような従来の技術におけ
る未解決の課題に着目してなされたものであって、タイ
ヤ特性や路面の摩擦係数等に変化が生じても、適切な操
舵補助力を付与できるパワーステアリング装置を提供す
ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のパワーステアリング装置は、図１の基本
構成図に示すように、操舵力を検出する操舵力検出手段
１００と、車速を検出する車速検出手段１０１と、操舵
系に操舵補助力を付与する操舵補助力付与手段１０２と
、前記操舵力及び前記車速に基づいて前記操舵補助力付
与手段１０２の特性を変化させる操舵補助特性制御手段
１０３と、を備え、前記操舵補助特性制御手段１０３は
、前記操舵力を予め設定された操舵力判断ファジィメン
バーシップ関数１０４に照合し、前記車速を予め設定さ
れた車速判断ファジィメンバーシップ関数１０５に照合
する２変数の前件部１０６と、予め設定された操舵補助
力増減決定ファジィメンバーシップ関数１０７からなる
１変数の後件部１０８とを有している。

【０００６】

【作用】操舵力検出手段１００が検出した操舵力及び車
速検出手段１０１が検出した車速が、操舵補助特性制御
手段１０３の前件部１０６に供給され、その前件部１０
６において、操舵力が、操舵力判断ファジィメンバーシ
ップ関数１０４に照合され、車速が、車速判断ファジィ
メンバーシップ関数１０５に照合され、それぞれの適合
度が求められる。

【０００７】そして、それら適合度が後件部１０８に供
給され、操舵補助力増減決定ファジィメンバーシップ関
数１０７を経て操舵補助力の増減が決定されて、操舵補
助力付与手段１０２の特性が変化する。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図２乃至図１４は、本発明の一実施例を示す図
であり、この実施例は、本発明を、油圧式のパワーステ
アリング装置に適用したものである。先ず、構成を説明
すると、図２は、車両操舵系の概略構成図であって、ス
テアリングホイール１と一体に回転するステアリングコ
ラム２の先端が、ステアリングギヤボックス３内におい
て車両左右方向に延びるラック軸４と噛合していて、そ
のラック軸４の両端部に、公知の転舵機構を介して転舵
輪５，５が取り付けられている。

【０００９】また、ステアリングコラム２の中途部には
、トーションバー等の捩じれを利用して作動する公知の
パワーステアリング用のコントロールバルブ７が設けら
れている。コントロールバルブ７は、エンジン８の回転
駆動力によって駆動する油圧ポンプ９から吐出される作
動油を、操舵系の操舵トルクの方向及び大きさに応じて
、ラック軸４を含んで構成されたパワーシリンダ１０の
左右の油圧室１０Ｌ又は１０Ｒの一方に供給し、且つ、
油圧室１０Ｌ又は１０Ｒの他方内の作動油をリザーバタ
ンク１１に戻すように動作するバルブであり、このよう
な動作によってパワーシリンダ１０に進退力が発生する
と、それがラック軸４に伝達されて、操舵系に操舵補助
力が付与されたことになる。

【００１０】そして、油圧ポンプ９の吐出側とコントロ
ールバルブ７との間の油路には、油圧ポンプ９が吐出し
た作動油を、コントロールバルブ７とリザーバタンク１
１とに分流するソレノイドバルブ１３が介在している。 即ち、このソレノイドバルブ１３は、図示しないマイク
ロコンピュータ，インタフェース回路，駆動回路等から
構成され且つ後述する所定の演算処理を実行するコント
ローラ１５から供給される制御電流Ｉによって作動する
ものであり、このソレノイドバルブ１３の動作によって
、コントロールバルブ７側に供給される流量（制御流量
ＱＣ　）が変化する。

【００１１】また、コントローラ１５には、ステアリン
グコラム２に設けられた操舵力センサ１７が検出した操
舵力と、例えばトランスミッション１８に設けられた車
速センサ１９が検出した車速とが供給されていて、これ
ら各検出値に応じて所定の演算処理を実行し、最適な操
舵補助特性が得られるように、ソレノイドバルブ１３に
制御電流Ｉを供給する。

【００１２】図３は、コントローラ１５に記憶されてい
る３種のメンバーシップ関数からなる操舵力判断ファジ
ィメンバーシップ関数であって、横軸は操舵力、縦軸は
適合度を示している。ここで、この操舵力判断ファジィ
メンバーシップ関数においては、ＮＬは「軽い」を示す
メンバーシップ関数、ＺＲは「程良い」を表すメンバー
シップ関数、ＰＬは「重い」を表すメンバーシップ関数
である。

【００１３】図４は、コントローラ１５に記憶されてい
る３種のメンバーシップ関数からなる車速判断ファジィ
メンバーシップ関数であって、横軸は車速、縦軸は適合
度を示している。ここで、この車速判断ファジィメンバ
ーシップ関数においては、ＮＬは「低速」を表すメンバ
ーシップ関数、ＺＲは「中速」を表すメンバーシップ関
数、ＰＬは「高速」を表すメンバーシップ関数である。

【００１４】そして、図５は、コントローラ１５に記憶
されている７種のメンバーシップ関数からなる操舵補助
力増減決定ファジィメンバーシップ関数としての流量増
減決定ファジィメンバーシップ関数であって、横軸はソ
レノイドバルブ１３に供給する制御電流Ｉの増減量、縦
軸は適合度を示している。ここで、この流量増減決定フ
ァジィメンバーシップ関数においては、ＮＬは「とても
たくさん減らす」を表すメンバーシップ関数、ＮＭは「
たくさん減らす」を表すメンバーシップ関数、ＮＳは「
すこし減らす」を表すメンバーシップ関数、ＺＲは「ほ
どんど変えない」を表すメンバーシップ関数、ＰＳは「
すこし増やす」を表すメンバーシップ関数、ＰＭは「た
くさん増やす」を表すメンバーシップ関数、ＰＬは「と
てもたくさん増やす」を表すメンバーシップ関数である
。

【００１５】図６（１）及び（２）は、ソレノイドバル
ブ１３に供給する制御電流Ｉと、コントロールバルブ７
側への制御流量ＱＣ　との関係を示すグラフ及び表であ
り、また、図７は、このパワーステアリング装置の入力
トルクと出力との関係の制御流量ＱＣ　による変化を示
したグラフである。次に、本実施例の動作を説明する。

【００１６】図２において、ステアリングホイール１を
操舵すると、ステアリングコラム２の先端が、ステアリ
ングギヤボックス３内でラック軸４に噛合しているため
、操舵系には、転舵輪５と路面との間の摩擦力等に応じ
た操舵トルクが生じるが、コントロールバルブ７が左右
の油圧室１０Ｌ，１０Ｒ内の圧力を適宜調整してパワー
シリンダ１０に進退力を発生させるから、操舵系に操舵
補助力が付与されて、操縦者の負担が軽減される。

【００１７】そして、図６及び図７から、例えば入力ト
ルクが０．５（ｋｇｆ・ｍ）の時、３（ｌ／ｍｉｎ）の
制御流量ＱＣ　であったとすると、出力（操舵補助力）
は１６０（ｋｇ）になり、この時、油圧ポンプ９の吐出
流量が８．５（ｌ／ｍｉｎ）であれば、ソレノイドバル
ブ１３には、約０．７６（Ａ）の制御電流Ｉが流れて、
制御流量ＱＣ　を３（ｌ／ｍｉｎ）に制御していること
が判る。

【００１８】ここで、後述するような推論の結果として
、仮に制御電流Ｉを０．１８（Ａ）減少させる制御が実
行されたものとすると、制御電流Ｉは０．５８（Ａ）と
なり、制御流量ＱＣ　は６（ｌ／ｍｉｎ）となる。図７
から、制御流量ＱＣ　が６（ｌ／ｍｉｎ）になれば、同
じ操舵補助力の１６０（ｋｇｆ）を発生するためのトル
ク入力は０．４（ｋｇｆ・ｍ）になるため、操舵トルク
は０．１（ｋｇｆ・ｍ）減少したことになる。

【００１９】また、この時、ステアリングホイール１の
直径を４００（ｍｍ）とすると、０．１（ｋｇｆ・ｍ）
の操舵トルクを操舵力に換算すれば、０．５（ｋｇ）に
なり、１．２５（ｋｇ）の操舵力が０．７５（ｋｇ）に
減少したことになる。次に、このような推論の結果を得
るための手順を説明する。図３に示した操舵力判断ファ
ジィメンバーシップ関数と図４に示した車速判断ファジ
ィメンバーシップ関数とを前件部とし、図５に示した流
量増減決定ファジィメンバーシップ関数を後件部とする
ファジィプロダクションルール（ルール１からルール９
まで）を、下記のように設定する。ただし、ＰＷＲは操
舵力判断ファジィメンバーシップ関数から得られた適合
度、ＳＰＥＥＤは車速判断ファジィメンバーシップ関数
から得られた適合度、ＤＥＬＯＷは前件部の結果から選
択された後件部のメンバーシップ関数を示している。

【００２０】 　　ルール　　　　　　　　　　　　　　前件部　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　後件部　　　
　１：　　　　　　ＩＦ　ＰＷＲ＝ＮＬ　＆　ＳＰＥＥ
Ｄ＝ＮＬ　　　　　　　　　　　　ＴＨＥＮ　ＤＥＬＯ
Ｗ＝ＺＲ　　　　　２：　　　　　　ＩＦ　ＰＷＲ＝Ｎ
Ｌ　＆　ＳＰＥＥＤ＝ＺＲ　　　　　　　　　　　　Ｔ
ＨＥＮ　ＤＥＬＯＷ＝ＰＭ　　　　　３：　　　　　　
ＩＦ　ＰＷＲ＝ＮＬ　＆　ＳＰＥＥＤ＝ＰＬ　　　　　
　　　　　　　ＴＨＥＮ　ＤＥＬＯＷ＝ＰＬ　　　　　
４：　　　　　　ＩＦ　ＰＷＲ＝ＺＲ　＆　ＳＰＥＥＤ
＝ＮＬ　　　　　　　　　　　　ＴＨＥＮ　ＤＥＬＯＷ
＝ＮＳ　　　　　５：　　　　　　ＩＦ　ＰＷＲ＝ＺＲ
　＆　ＳＰＥＥＤ＝ＺＲ　　　　　　　　　　　　ＴＨ
ＥＮ　ＤＥＬＯＷ＝ＺＲ　　　　　６：　　　　　　Ｉ
Ｆ　ＰＷＲ＝ＺＲ　＆　ＳＰＥＥＤ＝ＰＬ　　　　　　
　　　　　　ＴＨＥＮ　ＤＥＬＯＷ＝ＰＳ　　　　　７
：　　　　　　ＩＦ　ＰＷＲ＝ＰＬ　＆　ＳＰＥＥＤ＝
ＮＬ　　　　　　　　　　　　ＴＨＥＮ　ＤＥＬＯＷ＝
ＮＬ　　　　　８：　　　　　　ＩＦ　ＰＷＲ＝ＰＬ　
＆　ＳＰＥＥＤ＝ＺＲ　　　　　　　　　　　　ＴＨＥ
Ｎ　ＤＥＬＯＷ＝ＮＭ　　　　　９：　　　　　　ＩＦ
　ＰＷＲ＝ＰＬ　＆　ＳＰＥＥＤ＝ＰＬ　　　　　　　
　　　　　ＴＨＥＮ　ＤＥＬＯＷ＝ＺＲ　例えば、ルー
ル１は、もし、操舵力が「軽く」、車速が「低速」なら
ば、制御流量は「ほどんど変えない」、ルール８は、も
し、操舵力が「重く」、車速が「中速」ならば、制御流
量は「たくさん減らす」ことを示す。

【００２１】ここで、２．０（ｋｇ）の操舵力が操舵力
センサ１７において検出され、８０（ｋｍ／ｈ）の車速
が車速センサ１９において検出され、それら検出値がコ
ントローラ１５に供給されたものとする。２．０（ｋｇ
）の操舵力を、操舵力判断ファジィメンバーシップ関数
に照合すると、図８に示すように、メンバーシップ関数
ＮＬ及びメンバーシップ関数ＺＲに対応していることが
判り、メンバーシップ関数ＮＬに対しては適合度０．２
８、メンバーシップ関数ＺＲに対しては適合度０．６０
である。

【００２２】また、８０（ｋｍ／ｈ）の車速を、車速判
断ファジィメンバーシップ関数に照合すると、図９に示
すように、メンバーシップ関数ＺＲ及びメンバーシップ
関数ＰＬに対応していることが判り、メンバーシップ関
数ＺＲに対しては適合度０．５０、メンバーシップ関数
ＰＬに対しては適合度０．３３である。これより、２．
０（ｋｇ）の操舵力及び８０（ｋｍ／ｈ）の車速は、上
記ファジィプロダクションルールのうち、ルール２，ル
ール３，ルール５，ルール６に関わっていることが判る
。

【００２３】以下、それら関わっているルール毎に推論
を行うが、この実施例での推論法は、ＭＡＸ−ＭＩＮ論
理積とする。ルール２による推論では、操舵力判断ファ
ジィメンバーシップ関数のＮＬと、車速判断ファジィメ
ンバーシップ関数のＺＲとの論理積であるから、それら
二つの関数から得られる適合度のうち、小さい方の適合
度、即ち、０．２８が前件部の適合度となる。

【００２４】そして、このルール２における後件部のフ
ァジィメンバーシップ関数はＰＭであるから、このメン
バーシップ関数ＰＭが前件部の適合度０．２８でカット
されて、図１０に斜線で示す集合ｐｍが得られる。ルー
ル３の推論では、操舵力判断ファジィメンバーシップ関
数のＮＬと、車速判断ファジィメンバーシップ関数のＰ
Ｌとの論理積であるから、前件部の適合度は、０．２８
となる。

【００２５】そして、このルール３における後件部のフ
ァジィメンバーシップ関数はＰＬであるから、このメン
バーシップ関数ＰＬが前件部の適合度０．２８でカット
されて、図１１に斜線で示す集合ｐｌが得られる。ルー
ル５の推論では、操舵力判断ファジィメンバーシップ関
数のＺＲと、車速判断ファジィメンバーシップ関数のＺ
Ｒとの論理積であるから、前件部の適合度は、０．５０
となる。

【００２６】そして、このルール５における後件部のフ
ァジィメンバーシップ関数はＺＲであるから、このメン
バーシップ関数ＺＲが前件部の適合度０．５０でカット
されて、図１２に斜線で示す集合ｚｒが得られる。最後
に、ルール６の推論では、操舵力判断ファジィメンバー
シップ関数のＺＲと、車速判断ファジィメンバーシップ
関数のＰＬとの論理積であるから、前件部の適合度は０
．３３となる。

【００２７】そして、このルール６における後件部のフ
ァジィメンバーシップ関数はＰＳであるから、このメン
バーシップ関数ＰＳが前件部の適合度０．３３でカット
されて、図１３に斜線で示す集合ｐｓが得られる。これ
ら４つのルールから得た流量の増減決定ファジィ集合ｐ
ｍ，ｐｌ，ｚｒ及びｐｓの論理和は、図１４に斜線で示
す集合となり、重心法でデファジィ化（確定）すると、
−０．０６２（Ａ）となる。

【００２８】従って、２．０（ｋｇ）の操舵力（操舵ト
ルクに換算すると０．４（ｋｇｆ・ｍ）である。）が生
じている時に、制御流量ＱＣ　が６（ｌ／ｍｉｎ）に制
御されていたものとすると、制御電流Ｉは０．５８（Ａ
）で操舵補助力は１４０（ｋｇ）であったが、推論の結
果、制御電流は０．５１８（Ａ）になって、流量は約６
．５（ｌ／ｍｉｎ）に増加するから、図７から、同じ１
４０（ｋｇ）の出力を得るには、入力トルクは０．３８
（ｋｇｆ・ｍ）に減少する。これを操舵力に換算すると
、１．９５（ｋｇ）に減少することになり、ステアリン
グはやや軽くなる。

【００２９】このように、本実施例にあっては、操舵力
及び車速に応じて制御流量ＱＣ　を制御する構成である
ため、車速に応じて制御流量ＱＣ　が変化することによ
り高速走行時の走行安定性及び低速走行時の大きさ操舵
補助力が得られるとともに、タイヤの劣化や交換等によ
りタイヤ特性が変わっても、或いは路面の摩擦係数が変
化しても、操舵力の変化を通じて制御流量ＱＣ　、即ち
操舵補助特性が変化するから、多くの状況において適切
な操舵補助特性を得ることができる。

【００３０】ここで、本実施例では、操舵力センサ１７
が操舵力検出手段に対応し、車速センサ１９が車速検出
手段に対応し、コントロールバルブ７，油圧ポンプ９，
パワーシリンダ１０及び油圧回路によって操舵補助力付
与手段が構成され、ソレノイドバルブ１３及びコントロ
ーラ１５によって操舵補助特性制御手段が構成されてい
る。

【００３１】なお、上記実施例では、油圧式のパワース
テアリング装置に本発明を適用した場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、電動モータを用
いた電動式のパワーステアリング装置であっても、本発
明の適用は可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
操舵力を操舵力判断ファジィメンバーシップ関数に照合
し、車速を車速判断ファジィメンバーシップ関数に照合
する２変数の前件部と、操舵補助力増減決定ファジィメ
ンバーシップ関数からなる１変数の後件部とを有する操
舵補助特性制御手段を設け、この操舵補助特性制御手段
での推論結果に応じて操舵補助力付与手段の特性を変化
させる構成としたため、高速走行時の走行安定性及び低
速走行時の大きさ操舵補助力が得られるとともに、タイ
ヤの劣化や交換等によりタイヤ特性が変わっても、或い
は路面の摩擦係数が変化しても、操舵力の変化を通じて
操舵補助特性が変化するから、多くの状況において適切
な操舵補助特性を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例における操舵系の概略構成図
である。

【図３】操舵力判断ファジィメンバーシップ関数の一例
を示すグラフである。

【図４】車速判断ファジィメンバーシップ関数の一例を
示すグラフである。

【図５】制御流量増減決定ファジィメンバーシップ関数
（操舵補助力増減決定ファジィメンバーシップ関数）の
一例を示すグラフである。

【図６】制御電流と制御流量との関係を示すグラフ及び
表である。

【図７】パワーステアリング装置の入力トルクと出力と
の関係の制御流量による変化を示したグラフである。

【図８】操舵力判断ファジィメンバーシップ関数への照
合を説明するグラフである。

【図９】車速判断ファジィメンバーシップ関数への照合
を説明するグラフである。

【図１０】ルール２による推論を説明する図である。

【図１１】ルール３による推論を説明する図である。

【図１２】ルール５による推論を説明する図である。

【図１３】ルール６による推論を説明する図である。

【図１４】推論結果を示す図である。

【符号の説明】 ７　　　　　　コントロールバルブ ９　　　　　　油圧ポンプ １０　　　　パワーシリンダ １３　　　　ソレノイドバルブ １５　　　　コントローラ １７　　　　操舵力センサ １９　　　　車速センサ １００　　操舵力検出手段 １０１　　車速検出手段 １０２　　操舵補助力付与手段 １０３　　操舵補助特性制御手段 １０４　　操舵力判断ファジィメンバーシップ関数１０
５　　車速判断ファジィメンバーシップ関数１０６　　
前件部 １０７　　操舵補助力増減決定ファジィメンバーシップ
関数 １０８　　後件部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　操舵力を検出する操舵力検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、操舵系に操舵補助力を
   付与する操舵補助力付与手段と、前記操舵力及び前記車
   速に基づいて前記操舵補助力付与手段の特性を変化させ
   る操舵補助特性制御手段と、を備え、前記操舵補助特性
   制御手段は、前記操舵力を予め設定された操舵力判断フ
   ァジィメンバーシップ関数に照合し、前記車速を予め設
   定された車速判断ファジィメンバーシップ関数に照合す
   る２変数の前件部と、予め設定された操舵補助力増減決
   定ファジィメンバーシップ関数からなる１変数の後件部
   とを有することを特徴とするパワーステアリング装置。