JPH11245836A

JPH11245836A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JPH11245836A
Application number: JP5539898A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Oyama; 泰晴大山; Yutaka Nishi; 裕西; Takeshi Nishimori; 剛西森; Kazue Sugamata; 和重菅俣; Hiroyuki Kawagoe; 浩行川越; Tatsuya Nishikawa; 達哉西川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-14
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JP4018794B2

Abstract

(57)【要約】【課題】外乱作用時の偏向抑制性能を高め、
かつ通常旋回時の操舵感を適切に設定することが可能な
車両用操舵装置を提供する。【解決手段】手放しまたは軽保舵状態では、補助
操舵トルク及び／または操舵角速度に基づく補助反力ト
ルクの割合を高くして外乱作用時の偏向抑制性能を高
め、それ以外の通常走行時には補助操舵トルク及び／ま
たは補助反力トルクの割合を、適切な操舵感が得られる
ように設定することで、運転者の操舵に関与する程度に
応じて外乱作用時の偏向抑制性能及び通常旋回時の適正
な操舵感を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用操舵装置に
関し、特に電動機により操舵時に適正な操舵補助を行う
と共に外乱発生時に車両挙動を抑制する操舵トルクを発
生可能なように構成された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
を軽減するべく、該操舵トルクの検出結果から車速等に
応じて上記操舵トルクを軽減するための補助操舵トルク
（アシストトルク）と、ステアリングホイールの急峻な
回転を抑制し、運転者に適度な抵抗感を与えると共にス
テアリングの収斂性を向上するべく、操舵角速度の検出
結果から車速等に応じた反力成分としての補助反力トル
ク（ダンピングトルク）とを発生させるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車両が轍路
や不整路面等を走行したりするとキングビン回りにモー
メントが生じる場合があるが（外乱入力）、その程度に
よってはハンドル取られを生じる。

【０００４】上記したような電動パワーステアリング装
置では、通常このような外乱入力が発生した場合に、ト
ルクセンサがハンドル取られによるトルクを検知し、外
乱に対抗するようにアシストトルクを生じると共に外乱
により生じる操舵角速度を検知し、ハンドル取られを抑
える方向にダンピングトルクを生じるようになってい
る。

【０００５】しかしながら、従来の電動パワーステアリ
ング装置にあっては、操舵感を適切にするようにのみア
シストトルク及びダンピングトルクが設定されているた
め、手放し時におけるハンドル取られ抑制効果が充分で
ないという問題があった。

【０００６】このハンドル取られを抑制する効果は、ア
シストトルク及びダンピングトルクをできるだけ大きく
設定することにより高めることができるが、アシストト
ルクをあまり大きく設定すると、通常操舵時の操舵トル
クが必要以上に軽くなってしまい、またダンピングトル
クをあまり大きく設定すると、操舵時に強い粘性感が生
じてしまうため、いずれの場合も操舵感が不自然となる
という問題がある。

【０００７】一方、操舵感は運転者が積極的に操舵しよ
うとする場合には重要であるが、手放しに近い状想では
その重要度は低い。逆にハンドル取られを抑制する効果
は、運転者が積極的に操舵している場合に比べて手放し
に近い場合の方が重要である。これは、手放しに近い方
が急峻なハンドル取られに対する運転者の修正操舵が遅
れることによる。

【０００８】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、その目的は、外乱
作用時の偏向抑制性能を高め、かつ通常旋回時の操舵感
を適切に設定することが可能な車両用操舵装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的は、本発明
によれば、車両の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、操舵角速度を検出
するための操舵角速度検出手段と、車速検出手段と、該
車速検出手段及び前記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を決定すると共に前記車速検出手
段及び前記操舵角速度検出手段の検出値に基づいて補助
反力トルクを決定し、決定した補助操舵トルク値及び補
助反力トルク値から補助トルク値を決定する補助トルク
決定手段と、前記操向車輪に決定した前記補助トルク値
に基づく補助トルクを加えるための電動機とを有する車
両用操舵装置に於いて、運転者の操舵状態を判別する手
段を有し、検出された運転者の操舵状態に応じて前記補
助操舵トルク値及び／または前記補助反力トルク値を２
段階以上に段階的、または連続的に変化させるようにな
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。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付の図面を参照して詳細に説明する。

【００１１】図１に、本発明が適用された第１の実施形
態に於ける車両用操舵装置の概略構成を示す。この装置
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に自在継手を有する連結軸３を介して連
結されたピニオン４と、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を介して操向車輪と
しての左右の前輪６のナックルアームにその両端が連結
されたラック軸８とを有するラック・アンド・ピニオン
機構からなる手動操舵手段を有している。また、ラック
・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力に対して
後記する補助操舵トルクから補助反力トルクを減じてな
る補助トルクを付加するべく、電動パワーステアリング
装置を構成する電動機９がラック軸８の中間部に同軸的
に配設されている。

【００１２】ラック・アンド・ピニオン機構のピニオン
４の近傍にはステアリングホイール１の回転角から操舵
角速度を検出するための操舵角速度検出手段としての操
舵角速度センサ１１と、ピニオン４に作用する操舵トル
クを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルク
センサ１２と、車両の走行速度に対応した信号を出力す
るための車速検出手段としての車速センサ１３とが設け
られ、これら各センサは、その検出値に基づいて電動機
９の出力を制御するための操舵制御ユニット１７に接続
されている。

【００１３】図２に示されるように、上記した操舵制御
ユニット１７内には、電動パワーステアリング装置とし
ての補助トルクを演算するための補助トルク決定手段１
７ａが設けられている。補助トルク決定手段１７ａに
は、操舵角速度センサ１１・トルクセンサ１２・車速セ
ンサ１３の各検出信号が入力しており、それらの各検出
信号に応じて通常のアシスト制御を行う補助操舵トルク
（アシストトルク）及び補助反力トルク（ダンピングト
ルク）を決定するようになっている。また、補助トルク
決定手段１７ａには運転者の操舵状態を判別するための
操舵状態判別手段１８が接続され、上記操舵角速度セン
サ１１、トルクセンサ１２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運転者がステアリングホ
イールを保持して保舵または操舵しているか、殆ど手放
しの状態であるかを推定（検出）するようになってい
る。

【００１４】操舵制御ユニット１７内には、補助トルク
決定手段１７ａから出力される補助トルク値に応じて電
動機９に対する目標電流を設定する目標電流決定手段１
７ｂと、その目標電流に応じて電動機９に流す電流を制
御する出力電流制御手段１７ｃとが設けられている。そ
して、出力電流制御手段１７ｃからの電流制御信号が、
操舵制御ユニット１７と電動機９との間に設けられた駆
動回路１９に入力され、該駆動回路１９は電動機９を例
えばＰＷＭ制御によって駆動するようになっていると共
に駆動回路１９と出力電流制御手段１７ｃとの間で出力
電流のフィードバック制御が行われるようになってい
る。

【００１５】操舵制御ユニット１７内の補助トルク決定
手段１７ａに於いては、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、各センサ
の信号出力を読込み（ステップ１）、ステップ２にて補
助操舵トルク値Ｔ１及び補助反力トルク値Ｔ２を決定し
（ステップ２）、補助操舵トルク値Ｔ１から補助反力ト
ルク値Ｔ２を減じ（ステップ３）、補助トルク値Ｔとし
て目標電流決定手段１７ｂに出力する（ステップ４）。

【００１６】この処理を図４〜図１０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に於いては、
図４のフローチャートに示すように、車速Ｖ（ステップ
１１）、操舵角速度ω（ステップ１２）、操舵トルクＴ
ｓ(ステップ１３）をそれぞれ読込む処理が行われる。

【００１７】次に上記ステップ２に於いては、図５のフ
ローチャートに示すように、まず、ステップ２１にて操
舵トルクＴｓをアドレスとし、車速Ｖごとに異なる特性
に設定されている２種類のデータテーブル（図７
（ａ）、図７（ｂ））から、補助操舵トルク値（アシス
トトルク値）Ｔ1及びＴ1’を求める。ここで、図７
（ａ）のデータテーブルに比較して図７（ｂ）のデータ
テーブルはその係数の傾きが急になっている。従って、
Ｔ1を補助操舵トルク値として採用した場合よりもＴ1’
を採用した場合の方が操舵トルクＴｓに対する補助操舵
トルク成分が大きくなる。

【００１８】次に、ステップ２２にて操舵角速度ωをア
ドレスとし、車速Ｖごとに異なる特性に設定されている
２種類のデータテーブル（図７（ｃ）、図７（ｄ））か
ら、補助反力トルク値（ダンピングトルク値）Ｔ2及び
Ｔ2’を求める。ここで、図７（ｃ）のデータテーブル
に比較して図７（ｄ）のデータテーブルはその係数の傾
きが急になっている。従って、Ｔ2を補助反力トルク値
として採用した場合よりもＴ2’を採用した場合の方が
操舵角速度ωに対する補助反力トルク成分が大きくな
る。

【００１９】次に操舵状態判別手段１８にて運転者の操
舵状態を判別する（ステップ２３、２４）。ここでは下
式に基づき運転者の操舵状態を検出する。まず、ステア
リングホイール回りの運動方程式は、

【００２０】

【数１】

【００２１】この式全体を時間積分すると、

【００２２】

【数２】

【００２３】これを変形して、

【００２４】

【数３】

【００２５】ここで、ＴS（ｋｇ・ｃｍ）はトルクセン
サ値、ＴH（ｋｇ・ｃｍ）は保舵または操舵トルク、ω
（ｄｅｇ・ｓｅｃ）は操舵角速度、ＪH（ｋｇ・ｍ）は
ステアリングホイールのイナーシャである。

【００２６】上記ＴSとωとの実測値が得られることか
らＴHが求められる。即ち、（３）式の左辺の演算結果
が０であれば運転者がステアリングホイールを殆ど手放
ししている状態であり、０でなければ運転者がステアリ
ングホイールを保舵または操舵していると判断する。

【００２７】実際には、（３）式の計算を時刻ｔ＝０か
ら時刻ｔ＝Ｘまでについて行う。

【００２８】

【数４】

【００２９】ただし、ωXは時刻Ｘに於ける操舵角速度
である。

【００３０】このとき、時刻ｔ＝０からの積分はオフセ
ットの影響を受けることから、（４）式の第１項を時刻
ｔ＝Ｘ−Ｎで２分して、

【００３１】

【数５】

【００３２】とし、更に（５）式の第１項を時刻ｔ＝Ｘ
−Ｎに於ける操舵角速度ωX-Nに置き換えて、

【００３３】

【数６】

【００３４】とすることで、時刻ｔ＝Ｘ−Ｎから時刻ｔ
＝Ｘまでの積分を行うことでＴHが求められる。

【００３５】上記ステップ２３で求めたＴHが０か否か
で運転者がステアリングホイールを保舵または操舵して
いるか、または殆ど手放ししているかをステップ２４で
判別する。そして、操舵力が低い（軽保舵時）か、また
は発生していない（手放し時）と判別した場合、上記ス
テップ２１で求めたＴ1’を補助操舵トルク値Ｔ1として
採用し、かつ上記ステップ２２で求めたＴ2’を補助反
力トルク値Ｔ2として採用し、その後の処理に用いる
（ステップ２５）。また、運転者が補舵または操舵して
いると判別した場合、上記ステップ２１、２２で求めた
Ｔ1、Ｔ2をそのままその後の処理に用いる（ステップ２
６）。

【００３６】そして、補助操舵トルク値Ｔ1から補助反
力トルク値Ｔ2を減算して補助トルク値Ｔを求める（ス
テップ２７）。

【００３７】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２１〜２７は図６の各ブロック
に対応する。

【００３８】このようにして決定された補助トルク値Ｔ
を目標電流決定手段１７ｂにて電流値に変換し、電動機
９に供給し、補助トルクを発生させる。

【００３９】図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、例
えば断面がＶ字状の轍路２１を車両２０が走行中、車輪
６が斜面２１ａに接地している際に制動力Ｂを作用させ
ると、接地点Ｐがキングピン軸Ｏとずれていることによ
り、キングピン軸Ｏ回りにモーメントＩが発生する。特
に、操舵力が低いか、または発生していない場合、その
ままではハンドル取られが生じるが、ハンドル取られに
よる操舵角速度ωが発生することから、上記処理を行う
ことで、通常よりも大きな補助反力トルク値Ｔ2が、操
舵角速度ωが減速する方向に、即ち中立位置を維持する
ように発生する。また、同時に各部の慣性、摺動抵抗な
どにより操舵トルクＴｓが小さいながら発生することか
ら通常よりも大きな補助操舵トルク値Ｔ1が、操舵トル
クＴｓが軽減されるように、即ち中立位置を維持するよ
うに発生する。そして、これらにより車両２０の偏向を
妨げる向きに電動機１０が駆動されるようになる。そし
て、運転者が車両の偏向に気づき、ハンドルを握ったら
通常の補助トルクに戻ることから、運転者のハンドル操
作に支障をきたすことはない。尚、車輪６が斜面２１ａ
に接地している際に制動力に代えて駆動力を作用させた
場合も同様であることは言うまでもない。

【００４０】尚、上記構成では補助操舵トルク値Ｔ1及
び補助反力トルク値Ｔ2を求めるのに各々２種類のデー
タテーブルを用いたが、３種類以上のテーブルを用い、
運転者の保舵の程度に応じて切り換えるようにしても良
い。

【００４１】図９は、上記実施形態の変形例を示す図６
と同様な図であり、上記実施形態と同様な部分には同一
の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本例では、
図５のステップ２４に相当するステップ２３’にて運転
者の操舵または保舵力の程度ｙを０（操舵または保舵）
〜１（手放し）の間で求め、ステップ２４’で、ｙ・Ｔ1’＋（１−ｙ）・Ｔ1 を補助操舵トルク値Ｔ1とし、ｙ・Ｔ2’＋（１−ｙ）・Ｔ2 を補助反力トルク値Ｔ2としてその後の処理に用いる
（ステップ２５、２６は削除）。

【００４２】即ち、操舵または保舵の程度が大きけれ
ば、補助操舵トルク値Ｔ1及び補助反力トルク値Ｔ2を小
さくし、高速時等の操舵違和感を軽減し、操舵または保
舵の程度が小さくなる程、その程度に応じて補助操舵ト
ルク値Ｔ1及び補助反力トルク値Ｔ2を大きくし、外乱抑
制効果を高くするようにしている。その対応する部分を
破線で囲んでステップ２４’、２５’として図９に記し
た。それ以外の構成、作用・効果は上記実施形態と同様
である。

【００４３】上記各実施形態では、操舵状態判別手段に
よる運転者の操舵状態に応じて補助操舵トルク値Ｔ1及
び補助反力トルク値Ｔ2を２段階以上に段階的、または
連続的に変化させるようにしたが、助操舵トルク値Ｔ1
及び補助反力トルク値Ｔ2のいずれか一方のみを変化さ
せるようにしても良い。

【００４４】例えば、操舵状態判別手段による運転者の
操舵状態に応じて補助操舵トルク値Ｔ1のみを変化させ
るようにした場合、ハンドル取られが生じそうになった
ら、各部の慣性、摺動抵抗などにより操舵トルクＴｓが
小さいながら発生することから通常よりも大きな補助操
舵トルク値Ｔ1が、操舵トルクＴｓが軽減されるよう
に、即ち中立位置を維持するように発生する。これによ
り車両２０の偏向を妨げる向きに電動機１０が駆動され
るようになる。そして、運転者が車両の偏向に気づき、
ハンドルを握ったら通常の補助トルクに戻るようにな
る。

【００４５】また、操舵状態判別手段による運転者の操
舵状態に応じて補助反力トルク値Ｔ2のみを変化させる
ようにした場合、ハンドル取られが生じそうになった
ら、操舵角速度ωが発生することから通常よりも大きな
補助反力トルク値Ｔ2が、操舵角速度ωが減速する方向
に、即ち中立位置を維持するように発生する。これによ
り車両２０の偏向を妨げる向きに電動機１０が駆動され
るようになる。そして、運転者が車両の偏向に気づき、
ハンドルを握ったら通常の補助トルクに戻るようにな
る。

【００４６】

【発明の効果】このように本発明による車両用操舵装置
によれば、手放しまたは軽保舵状態では、補助操舵トル
ク及び／または操舵角速度に基づく補助反力トルクの割
合を高くして外乱作用時の偏向抑制性能を高め、それ以
外の通常走行時には補助操舵トルク及び／または補助反
力トルクの割合を、適切な操舵感が得られるように設定
することで、運転者の操舵に関与する程度に応じて外乱
作用時の偏向抑制性能及び通常旋回時の適正な操舵感を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された第１の実施形態に於ける車
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）は共に同制御処理に用いられる
データテーブルの拡大図。

【図８】（ａ）は轍路走行時に制動力を受けた場合の車
輪の動きを模式的に示す平面断面図、（ｂ）は（ａ）の
ｂ−ｂ線について見た図。

【図９】本発明が適用された第２の実施形態に於ける車
両用操舵装置の制御系の回路ブロック図。

【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８ラック軸９電動機１１操舵角速度センサ１２トルクセンサ１3 車速センサ１７操舵制御ユニット１７ａ補助トルク決定手段１７ｂ目標電流決定手段１７ｃ出力電流制御手段１８操舵状態判別手段１９駆動回路２０車両２１轍路２１ａ斜面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菅俣和重埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者川越浩行埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者西川達哉埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の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、操舵角速度
を検出するための操舵角速度検出手段と、車速検出手段
と、該車速検出手段及び前記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を決定すると共に前記車速
検出手段及び前記操舵角速度検出手段の検出値に基づい
て補助反力トルクを決定し、決定した補助操舵トルク値
及び補助反力トルク値から補助トルク値を決定する補助
トルク決定手段と、前記操向車輪に決定した前記補助ト
ルク値に基づく補助トルクを加えるための電動機とを有
する車両用操舵装置に於いて、運転者の操舵状態を判別する手段を有し、検出された運転者の操舵状態に応じて前記補助操舵トル
ク値及び／または前記補助反力トルク値を２段階以上に
段階的、または連続的に変化させるようになっているこ
とを特徴とする車両用操舵装置。