JP2000025630A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 横風や轍路走行などの外乱が車両に作用した
際の偏向抑制性能を高め、直進安定性を向上することが
でき、また雪道などの低μ路走行や低速走行時など路面
反力が少なくなってもステアリングホイール操作負荷が
軽減されるように改良された車両用操舵装置を提供す
る。 【解決手段】 車両の操向車輪を手動転舵する手段の操
舵トルク検出値に基づいた補助操舵トルクを操向車輪に
加えるための電動機を備える車両用操舵装置において、
車両挙動検出手段の検出値に基づく補助反力トルクを電
動機にて発生させることで、車両挙動を抑制する方向へ
の補助反力トルクが、運転者の操舵の有無に関わりなく
操向車輪に作用するようになるので、横風や轍路などの
外乱に基因した車両の不整挙動が運転者の積極的な操舵
を要せずに抑制されることとなり、車両の走行安定性を
向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は車両の操舵装置、
詳しくは、車両の車体挙動に応じ車体挙動を抑制する方
向に転舵させる操舵トルクを操向ハンドルに加えるよう
にした操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は例えば特公昭５０−３３５８４号
公報に記載されたものが知られる。これは電気式倍力装
置に関するもので、人力による操舵トルクの検出信号の
増幅度を車速や道路状況等の検出信号により可変するこ
とにより操舵トルク助成用電動機の出力を増減し、常に
最適な操舵トルクを得るようにしたものである。即ち、
操向ハンドルを人力で操舵した場合に前記電動機の出力
増減機能が作動するよう構成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、車両に横風
等の外乱が加わった場合、前記操舵装置において、人力
による操舵トルクは発生しないため、横風等の外乱に対
しては抑制効果はなく、また、倍力装置を備えないマニ
ュアル操舵装置でも同様である。従って、このような外
乱を受けた場合運転者はこの外乱を抑える方向に操向ハ
ンドルを操舵しなければならなかった。そこで、本発明
の目的は横風等の外乱に対する車両の外乱抑制性能を高
めることができる車両の操舵装置を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の車両の操舵装置では、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、該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補助操舵トルク決定手段と、前記
操向車輪に補助操舵トルクを加えるための電動機と、該
補助操舵トルク決定手段の決定値に基づいて前記電動機
を制御する制御手段とを有する車両用操舵装置におい
て、前記車両の挙動を検出する車両挙動検出手段と、前
記車両挙動検出手段によって検出された検出値に基づい
て補助反力トルクを決定する補助反力トルク決定手段と
を有し、前記制御手段が、前記補助反力トルク決定手段
の決定値と前記補助操舵トルク決定手段の決定値とに基
づいて前記電動機の駆動トルクを制御するようになって
いることを特徴とする車両用操舵装置を提供する。

【０００５】この発明にかかる車両の操舵装置は、車体
挙動に基づき決定されるトルク値を操舵アクチュエータ
に加算することにより操向ハンドルは車速やラック反力
により決定されるトルク値にだけではなく、更に、正か
ら負に渡るトルク値を操舵アクチュエータによって加算
されるため、ハンドルの切増し、切減らしが容易に可能
となる。換言すれば、外乱によるトルク値を操舵アクチ
ュエータに加算することにより、操向ハンドルは外乱を
抑制する方向に操舵可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図１から図６はこの発明の一実施例
にかかる車両の操舵装置を示し、図１が模式全体構成
図、図２が制御系の回路ブロック図、図３が制御ブロッ
ク図、図４がフローチャート、図５が制御処理に用いら
れるデータテーブル、図６が従来との比較において作用
を説明するためのグラフである。

【０００７】図１において、１１は運転者が操舵可能な
操向ハンドルであり、操向ハンドル１１はステアリング
シャフト１１ａに設けられる。ステアリングシャフト１
１ａは、車両の車体に回転自在に支持され、反力モータ
（操舵トルク発生手段）１２と連結されている。反力モ
ータ１２は、制御装置１３に接続され、この制御装置１
３から通電されて操向ハンドル１１に加える操舵トル
ク、換言すれば、操向ハンドル１１の操舵に対する抵抗
力を生じる。

【０００８】上述のステアリングシャフト１１ａにはポ
テンショメータ等のアナログ式センサからなる第１の舵
角センサ１４、エンコーダ等のディジタル式センサから
なる第２の舵角センサ１５および差動トランス等からな
る操舵トルクセンサ１６が設けられ、また、反力モータ
１２には通電電流値を検出する電流センサ４１が設けら
れ、これらセンサ１４，１５，１６，４１が制御装置１
３に接続されている。

【０００９】第１の舵角センサ１４は、操向ハンドル１
１の所定位置（例えば、中立位置）を基準としてステア
リングシャフト１１ａの回転角、すなわち操向ハンドル
１１の操舵角θを検出し、操舵角θを表す検知信号を制
御装置１３に出力する。また、第２の舵角センサ１５は
操向ハンドル１１の単位操舵角について所定のパルス数
のパルス信号を制御装置１３に出力し、同様に、操舵ト
ルクセンサ１６は操舵トルクを検出して操舵トルクを表
す検知信号を出力し、電流センサ４１は反力モータ１２
の通電電流、すなわち出力トルクと対応した検知信号を
出力する。詳細な説明は割愛するが、制御装置１３はセ
ンサ１４，１５の出力信号から操向ハンドル１１の操舵
角を、センサ１６の出力信号から操舵トルクを算出す
る。

【００１０】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１８Ｌ，１８Ｒを介し転舵機構１９と連結さ
れている。転舵機構１９は螺旋状の溝が形成されたウォ
ームシャフト２０、このウォームシャフト２０の溝に多
数のボールを介し螺合するボールナット２１およびボー
ルナット２１と一体回転可能に結合された伝達ギア２２
を有する。

【００１１】ウォームシャフト２０は、図示しないハウ
ジング等に回転を禁止かつ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，１７Ｒに連結されている。このウォームシャフ
ト２０は、溝をボールが転動してボールナット２１との
間で循環し、ボールナット２１の回転で軸方向に移動し
て操向車輪１７Ｌ，１７Ｒを転舵する。伝達ギア２２は
駆動ギア２３に噛合して駆動ギア２３の回転でボールナ
ット２１と一体に回転する。

【００１２】駆動ギア２３は回転軸２４に固設され、回
転軸２４は２つの転舵モータ２５Ｌ，２５Ｒの出力軸に
一体かつ同心状に結合している。転舵モータ２５Ｌ，２
５Ｒはそれぞれ制御装置１３に接続され、これら転舵モ
ータ２５Ｌ，２５Ｒには通電電流値を検出する電流セン
サ４０Ｌ，４０Ｒが設けられている。これら電流センサ
４０Ｌ，４０Ｒは、制御装置１３に接続され、転舵モー
タ２５Ｌ，２５Ｒへの通電電流値を表す検知信号を出力
する。

【００１３】さらに、タイロッド１８Ｌ，１８Ｒにはそ
れぞれ軸力センサ２６Ｌ，２６Ｒが、ボールナット２１
にはポテンショメータ等のアナログ式センサからなる絶
対位置センサ２７（図１中ではボールナット２１に内包
されて明示されず）が、転舵モータ２５Ｌ，２５Ｒには
それぞれエンコーダ等のディジタル式センサからなる転
舵角センサ２８Ｌ，２８Ｒが設けられている。図２にも
示すように、これらセンサ２６Ｌ，２６Ｒ，２７，２８
Ｌ，２８Ｒが制御装置１３に接続されている。

【００１４】軸力センサ２６Ｌ，２６Ｒはそれぞれ操向
車輪１７Ｌ，１７Ｒの転舵反力を検出して転舵反力を表
す検知信号を制御装置１３に出力する。同様に、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ボールナット２１の回転角、す
なわち操向車輪１７Ｌ，１７Ｒの中立位置を基準とする
転舵角度を表す検知信号を出力し、転舵角センサ２８
Ｌ，２８Ｒは第２の操舵角センサ１５と同様に各転舵モ
ータ２５Ｌ，２５Ｒの出力軸の単位回転角、すなわち操
向車輪１７Ｌ，１７Ｒの単位転舵角について所定のパル
ス数のパルス信号を制御装置１３に出力する。操向ハン
ドル１１の操舵角と同様に、操向車輪１７Ｌ，１７Ｒの
転舵角もこれらセンサ２７，２８の検知信号から算出さ
れる。

【００１５】なお、図１中、２９は表示器、３０はイグ
ニッションスイッチ、３１はバッテリである。表示器２
９は制御装置１３に接続されて制御装置１３の出力信号
を基に操向ハンドル１１の操舵角θと操向車輪１７Ｌ，
１７Ｒの転舵角δとの相対的なずれを表示する。

【００１６】制御装置１３は、図２に示すように、ワン
チップマイコン、メモリ、Ａ／Ｄコンバータおよびクロ
ック等を内蔵した２つのコントローラ１３ａ，１３ｂを
有し、これらコントローラ１３ａ，１３ｂが相互に接続
される。これらコントローラ１３ａ，１３ｂは、それぞ
れにウォッチドグタイマ３２ａ，３２ｂが接続し、ま
た、前述した各センサ１４，１５，１６，２６，２７，
２８，４０，４１（英字の添字は省略している）が接続
される。さらに、これらコントローラ１３ａ，１３ｂに
は、車速センサ３３、ヨーレイトセンサ３４および横加
速度センサ８８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３６Ｌ，３６Ｒおよび前述の
表示器２９が並列に接続される。

【００１７】周知のように、車速センサ３３は車速Ｖを
検出して車速Ｖを表す検知信号を出力し、ヨーレイトセ
ンサ３４は車両のヨー角速度（ヨーレイト）を検出して
ヨー角速度を表す信号を出力し、横加速度センサ８８は
車体に車幅方向に作用する横加速度（横Ｇ）を検出して
横Ｇを表す検知信号を出力する。これらヨーレイトセン
サ３４および横加速度センサ８８は車体挙動検知手段に
相当する。

【００１８】コントローラ１３ａ，１３ｂ（以下、添字
の無い番号で代表する）はそれぞれが、上述の各センサ
の検知信号を所定のルーチンに従い並行して処理し、各
モータ駆動回路３５，３６Ｌ，３６ＲにＰＷＭ駆動信号
を、表示器２９に駆動信号を出力する。ウォッチドグタ
イマ３２ａ，３２ｂはそれぞれ、コントローラ１３ａ，
１３ｂのルーチンの実行間隔あるいは内蔵タイマの周期
等を監視し、コントローラ１３ａ，１３ｂの異常を判定
する。詳細な説明は割愛するが、これらコントローラ１
３ａ，１３ｂは、互いに故障診断を行って、また、ウォ
ッチドグタイマ３２ａ，３２ｂの判定結果により故障を
判断し、故障発生時には故障と診断された部分を切り放
して制御を続行する。

【００１９】モータ駆動回路３５，３６Ｌ，３６Ｒはそ
れぞれＦＥＴをブリッジ状に結線して構成され、反力モ
ータ駆動回路３５が反力モータ１２に、転舵モータ駆動
回路３６Ｌ，３６Ｒが転舵モータ２５Ｌ，２５Ｒに接続
されている。これらモータ駆動回路３５，３６Ｌ，３６
Ｒは、コントローラ１３からＰＷＭ信号が入力し、この
ＰＷＭ信号に応じたデューティファクタの電流をモータ
１２，２５Ｌ，２５Ｒに通電する。

【００２０】この実施例は操向ハンドル１１と操向車輪
１７Ｌ，１７Ｒとが機械的に分離されたＣＢＷ(CONTROL
BY WIRE)式の操舵装置について例示し、その制御方式
は図３のブロック図に示される。同図に示すように、こ
の操舵装置は、操向ハンドル１１の操舵状態を検出し、
操向ハンドル１１の操舵角θに基づき操向車輪１７Ｌ，
１７Ｒの転舵角を帰還制御し、また、車体のヨーレイ
ト、横Ｇおよび操向車輪１７Ｌ，１７Ｒの転舵反力を検
出し、これらヨーレイト、横Ｇ、転舵反力および操向ハ
ンドル１１の操舵角θに基づき操向ハンドル１１の操舵
反力を制御する。

【００２１】ここで、操舵反力の制御においては、操舵
角θから関数ｆ１で変換して操舵反力の舵角成分Ｔ１を
算出し、以下同様に、操舵速度dθ/dtから関数ｆ２で決
定されるダンピング成分Ｔ２、ヨーレイトγから関数ｆ
３によって第１の車体挙動抑制成分Ｔ３、横Ｇから関数
ｆ４で第２の車体挙動抑制成分Ｔ４、操向車輪１７Ｌ，
１７Ｒの転舵反力Ｒから関数ｆ５で路面成分Ｔ５を算出
する。これら関数は図５Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに示すよう
な車速により傾きが変化する一次関数を採用するが、車
速により変化しない一次関数や他の特性の関数を採用す
ることも可能である。なお、Ｓはラプラス演算子であ
る。

【００２２】そして、これら操舵反力の成分Ｔ１，Ｔ
２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を基に下式から目標操舵反力を決
定し、反力モータの出力トルク、すなわち操向ハンドル
の操舵反力を目標操舵反力Ｔｓに帰還制御する。 Ｔｓ＝Ｔ１＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ２ ただし、上式では、操向ハンドル１１の正方向の操舵に
対する抵抗力の方向を正として表す。

【００２３】なお、図３において、関数Ｌはリミッタを
示し、リミッタＬは後述するように絶対値としての目標
操舵反力の大きさを所定値以下に規定する。また、上述
の各関数はそれぞれ図３からは伝達関数として理解され
るが、伝達関数は一次関数でも達成でき、また、その値
は実用に際しては車両の諸元等に応じた適当な重み付け
を与えて適宜設定でき、さらに、テーブルあるいはマッ
プ等で表してマップ検索により決定するように構成でき
る。

【００２４】そして、この実施例の操舵装置は、図４の
フローチャートに示す処理を制御装置１３において所定
の周期で繰り返し実行し、上記操舵反力の制御を行う。
同図に示すように、ステップ１において各センサの出力
信号を読み込み、ステップ２でセンサの出力信号から車
体のヨーレイト、横Ｇ、転舵反力、車速、操舵トルクお
よび操舵角等を算出する。続いて、ステップ３におい
て、図５に示すようなデータテーブルによって各操舵反
力成分Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を算出した後、ス
テップ４で上式に従い目標操舵反力Ｔｓを算出する。

【００２５】次に、ステップ５において目標操舵反力Ｔ
ｓが所定値Ｔmaxを越えているか否かを判断し、目標操
舵反力Ｔｓが所定値Ｔmaxを越えていればステップ６で
上限値として上記値Ｔmaxに規定する。また次のステッ
プ７では、同様に、目標操舵反力Ｔｓが所定値(−Ｔma
x)より小さいか否かを判断し、目標操舵反力Ｔｓが小さ
い場合は下限値として上記値(−Ｔmax)に規定する。こ
れらステップ５からステップ８までの処理が上述した図
３におけるリミッタＬと対応する。

【００２６】続いて、ステップ９において、反力モータ
１２へ通電し、反力モータ１２の出力トルク、すなわち
操向ハンドル１１に作用させる操舵反力を目標操舵反力
Ｔｓに帰還制御する。

【００２７】上述のように、この実施例の操舵装置は、
反力モータ１２によって操向ハンドル１１に加えられる
操舵トルクが車体のヨーレイトに対応した操舵反力成分
Ｔ３と、横Ｇに対応した操舵反力成分Ｔ４とを有し、こ
の反力モータ１２の操舵トルク（操舵反力）が操向ハン
ドル１１をヨーレイトと横Ｇとを抑制する方向に操舵し
ようとする。このため、横風等の外乱で車体にヨーレイ
トあるいは横Ｇ等の車体挙動が発生した場合、仮に運転
者が手放し状態であっても操向ハンドル１１は操舵さ
れ、車体挙動を安定化させることができる。また、運転
者が操向ハンドル１１を保持している場合も、その作用
で運転者はそのトルクによる操向ハンドル１１の動きに
任せておいても同様の効果が得られる。

【００２８】詳細には、通常の直進時においては運転者
が操向ハンドル１１を中立で軽く保持しており、横風を
受けると車両の進行方向が変るのを車体挙動検出手段が
検知して、直進状態へ復帰する操舵トルクが発生し、操
向ハンドル１１が動かされ、実舵角が発生して車両が直
進に戻ることになる。そして、このような場合も含め一
般的な走行での操舵においても、運転者は反力モータ１
２から操向ハンドル１１に作用する操舵トルクで車体の
挙動、すなわち車体に発生するヨーレイト、横Ｇを体感
でき、よりよい操舵感が得られる。また、運転者がこの
トルクに反して操舵あるいは保舵すれば車両の動きは運
転者により自由にできる。

【００２９】従前のものと対比して説明すると、本願発
明の操舵装置は、横風外乱で車体挙動が発生すると、操
舵反力に車体挙動としてヨーレイト成分のみを包含させ
た場合および操舵反力に横Ｇのみを包含させた場合に運
転者が操作を全く行わなくとも、すなわち手放し運転の
状態でもそれぞれ図６（ａ）に示すような軌跡を維持で
きる。しかしながら、通常の車両は同図に示すように外
乱によって進行方向が大きな影響を受ける。

【００３０】また、図６（ｂ）に示すように、運転者が
操向ハンドル１１を把持した状態でも、本願発明はヨー
レイトのみに基づき制御した場合および横Ｇのみに基づ
き制御した場合に横風等の外乱で進行方向が受ける影響
は通常車両と比較して小さくできる。なお、図６は車両
直進時を表し、横軸は車両の直進進行方向、縦軸は進行
方向と直交する方向への偏位量を示す。

【００３１】さらに、通常の旋回走行時等においても、
旋回により横Ｇおよびヨーレイトが発生し、これら横Ｇ
等を抑制する方向に反力モータ１２が操舵トルクが発
生、すなわち車両を直進状態に復帰させるように操舵ト
ルクが発生する。このため、直進走行に戻る際には、運
転者が操舵トルクに従い徐々に操向ハンドル１１を戻す
ことで、車両は直進状態に復帰する。加えて、車両が急
激にオーバステア傾向を示した場合は強い戻り力が作用
するため、カウンタステアが容易となり、ドリフト傾向
では戻り力が弱く切り増しが容易となる。

【００３２】なお、上述の実施例では、車体のヨーレイ
トと横Ｇとの双方に基づく操舵反力を操向ハンドル１１
に付与するが、いずれか一方に基づく操舵反力を付与す
ることでも本願発明は達成できることは述べるまでもな
い。

【００３３】図７および図８にはこの発明の他の実施例
にかかる操舵装置を示し、図７が全体構成の模式図、図
８が制御ブロック図である。なお、この実施例について
は、前述の実施例と同一の部分には同一の番号を付して
説明を省略する。

【００３４】この実施例は、操向ハンドル１１がステア
リングシャフト１１ａおよびジョイント９１等を介し転
舵機構１９に接続し、操向ハンドル１１と操向車輪１７
Ｌ，１７Ｒとが機械的に連結する。転舵機構１９は、ラ
ックアンドピニオン式の機構から構成され、ピニオンに
操舵トルクと操舵角とを検出するセンサ９４が設けら
れ、ラックが電動機９５とボールスクリュ機構９０を介
し双方向の動力伝達可能に連結する。電動機９５は、モ
ータ駆動回路９６と接続され、このモータ駆動回路９６
から通電されて操舵補助トルクを発生する。この電動機
９５が操舵トルク発生手段に相当する。

【００３５】モータ駆動回路９６はコントローラ１３と
接続され、このコントローラ１３にヨーレイトセンサ３
４と横加速度センサ８８とが接続される。前述の実施例
でも述べたように、ヨーレイトセンサ３４は車体のヨー
レイトを検出し、横加速度センサ８８は横Ｇを検出し、
コントローラ１３は各センサから入力する検知信号に基
づきモータ駆動回路９６に制御信号を出力して電動機９
５を通電する。

【００３６】この実施例にあっては、操向ハンドル１１
と操向車輪１７とが機械的に連結し、また、電動機９５
の通電を制御して電動機９５の出力トルクで操舵の補助
を行う。このため、この操舵装置は、電動機９５の制御
で操舵補助特性のみならず、操向ハンドル１１の操舵反
力も決定される。

【００３７】そして、この実施例でも、図８に示すよう
に、操舵トルク、ヨーレイトおよび横Ｇを検出し、これ
らの検出値に基づき電動機９５の出力トルクを制御す
る。すなわち、操舵トルクから決定される２つの成分
と、ヨーレイトから伝達関数で決定される成分と、横Ｇ
から伝達関数で決定される成分とを加算して求められる
和として目標トルクを規定し、この目標トルクに電動機
９５の出力トルクを帰還制御する。このため、前述した
実施例と同様に、車体のヨーレイト、横Ｇが発生する
と、操向ハンドル１１の操舵の有無にかかわりなく、こ
れらヨーレイト、横Ｇを抑制する方向に操向車輪１７が
転舵され、すなわち操向ハンドル１１が操舵され、車両
挙動の安定化が図れる。

【００３８】なお、この実施例においても、舵角に対応
した（操舵反力）成分にかかる伝達関数ｂをヨーレイ
ト、横Ｇで変えるため、従来技術として記載した公報に
も述べられているようにより安定化を図ることができ
る。同様に、前述の図５に示すように、伝達関数として
一次関数を採用する場合、その傾きを変えることで、操
舵トルク成分を調整できるため、その特性の選択の自由
度も大きくなり、安定化を図ることが容易である。な
お、その他の構成および作用は前述の実施例と同様であ
り、その詳細な説明は割愛するが、第１実施例と比較し
てシステムが簡略化できる。

【００３９】上述の図８において、Ｊ１は操向ハンドル
１１のイナーシャ、Ｊ２は操向車輪１７のイナーシャ、
Ｊ３はロータイナーシャ、Ｊは（Ｊ２＋Ｊ３）、ａは操
向ハンドル１１の操舵速度ゲイン、ｂはトルクゲイン、
Ｋ１はトルク定数、Ｋ２はタイヤ定数、ＫEは誘起電圧
定数、Ｋγはヨーレイト反力係数、ＫGは横Ｇ反力係
数、Ｓはラプラス演算子である。

【００４０】なお、上述した各実施例では、力系の制御
のみについて述べるが、力系の制御に併せて操舵角度の
制御を行うことも可能であり、また、電動機式の操舵装
置のみならず油圧シリンダを採用する操舵装置にも本願
発明が適用できることは述べるまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
車両の操舵装置によれば、車体の挙動を抑制する方向に
転舵させる操舵トルクが運転者の操舵の有無に関わりな
く操向ハンドルに作用するため、運転者の積極的な操舵
の有無に関わりなく横風等の外乱に起因した車体の挙動
を抑制して車両の安定性を向上でき、また、運転者の意
思で操向ハンドルに作用する操舵トルクに反して操向ハ
ンドルを保持あるいは操舵することもでき運転の自由度
が低下することもなく、さらに、運転者は車両の挙動を
操向ハンドルのトルクで感知できるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる車両の操舵装置を
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】同操舵装置の制御ブロック図

【図４】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート

【図５】同制御処理に用いられるデータテーブル

【図６】従来との比較において本願発明の作用を説明す
るグラフ

【図７】この発明の他の実施例にかかる車両の操舵装置
を示す模式全体図

【図８】同操舵装置の制御ブロック図

【符号の説明】

１１・・・操向ハンドル、１２・・・反力モータ（操舵トルク
発生手段）、１３・・・制御装置（制御手段）、１７Ｌ，
１７Ｒ・・・操向車輪、３３・・・車速センサ、３４・・・ヨー
レイトセンサ（車体挙動検出手段）、８８・・・横加速度
センサ（車体挙動検出手段）、９５・・・電動機（操舵ト
ルク発生手段）。

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月２４日（１９９９．６．２
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 車両用操舵装置

【特許請求の範囲】

【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、
特に電動機によって補助操舵トルクを発生させる操舵装
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
の検出信号の増幅度を、車速や道路状況などの検出信号
に応じて変化させることによって補助電動機の出力トル
クを増減し、常に最適な操舵トルクが得られるようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、走行中に車
両が強い横風を受けたり、轍路を走行したりすると目標
走行ラインから外れる向きに車両が偏向してしまうこと
がある。また、雪道などタイヤと路面との摩擦係数(μ)
が低い路面（以下低μ路と称す）での走行時や低速走行
時には路面反力が減少する。

【０００４】上記した従来のパワーステアリング装置の
場合、運転者が操舵して初めて電動機が補助操舵トルク
を発生するものであるため、走行中に横風を受けること
によって車両が偏向しても、電動機は補助操舵トルクを
発生しない。従って、車両の偏向を抑えるためには、運
転者自身がステアリングホイールを操作しなければなら
ないが、他方で上記パワーステアリング装置は一般的に
車両の横加速度並びにヨーレイトが大きくなるほど大き
な操舵力を必要とするようになっているため、外乱によ
る車両の偏向の場合には、それが大きいほど、修正に要
する操舵トルクが大きなものとなる不都合があった。

【０００５】これに加えて、一般のパワーステアリング
装置は、通常走行時には運転者の操舵力が小さくて済む
反面、ステアリングホイールからの車両挙動に関する情
報の伝達が得にくくなるため、車両挙動が急激に変化し
たような場合の情報は、専ら運転者の視覚、体感などか
らしか得られなかった。そのため、修正操作が遅れぎみ
となり、操作量が大きくなりがちであった。

【０００６】また、ステアリングホイールの戻りは路面
反力によるものであることから雪道などの低μ路の走行
時や低速走行などで路面反力が減少するとステアリング
ホイールの戻りが鈍くなってしてしまい、運転者自身で
ステアリングホイールを戻す動作が必要となり、ステア
リングホイール操作負荷が大きくなりがちであった。

【０００７】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、その主な目的は、
横風や轍路走行などの外乱が車両に作用した際の偏向抑
制性能を高め、車両の安定性を向上することができ、雪
道などの低μ路や低速走行時にもステアリング操作負荷
が軽減されるように改良された車両用操舵装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、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、該操舵トルク検
出手段の検出値に基づいて補助操舵トルクを決定する補
助操舵トルク決定手段と、前記操向車輪に補助操舵トル
クを加えるための電動機と、該補助操舵トルク決定手段
の決定値に基づいて前記電動機を制御する制御手段とを
有する車両用操舵装置において、前記車両の挙動を検出
する車両挙動検出手段と、前記車両挙動検出手段によっ
て検出された検出値に基づいて補助反力トルクを決定す
る補助反力トルク決定手段とを有し、前記制御手段が、
前記補助反力トルク決定手段の決定値と前記補助操舵ト
ルク決定手段の決定値とに基づいて前記電動機の駆動ト
ルクを制御す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。

【０００９】このようにすれば、外乱によって引き起こ
される車両の不整挙動を車両のヨーレイト或いは横加速
度から検出し、これに対向する向きのトルクを補助操舵
トルク発生用の電動機にて発生させることができるの
で、外乱による車両挙動を抑制することができる。ま
た、雪道などの低μ路や低速で走行した際でもヨーレイ
ト或いは横加速度から決定した補助反力トルクによって
ステアリングホイールを戻すことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、添付の図
面に示された具体的な実施例に基づいて詳細に説明す
る。

【００１１】本発明が適用された車両用操舵装置の構成
を図１に示す。この装置は、手動操舵手段としての手動
操舵力発生装置１と電動式補助操舵力発生装置２とから
なっており、手動操舵力発生装置１は、ステアリングホ
イール３と一体結合するステアリングシャフト４に自在
継手を有する連結軸５を介して連結されたピニオン６
と、このピニオン６に噛合して車幅方向に往復動し得る
ラック７とを有し、ラック７の両端には、タイロッド８
を介して左右の前輪９のナックルアームが連結されてい
る。これにより、通常のラック・アンド・ピニオン式の
転舵操作を行うことができるようになっている。

【００１２】一方、ラック７と同軸的にその外周に電動
機１０が設けられている。この電動機１０は、中空のロ
ータ内にラック７を挿通すると共に該ロータに駆動ヘリ
カルギア１１が取付けられたものであり、駆動ヘリカル
ギア１１には、ラック７と平行に延設されたボールスク
リュー機構のスクリューシャフト１２の軸端に取付けら
れた被動ヘリカルギア１３が噛合している。そして、ボ
ールスクリュー機構のナット１４は、ラック７に固定さ
れている。これにより電動式補助操舵力発生装置２が構
成されている。

【００１３】ステアリングシャフト４には、操舵トルク
検出手段としてステアリングシャフト４の操舵トルクに
対応した信号を出力するためのトルクセンサ１５と、ス
テアリングホイール３の回転角から回転角速度に対応し
た信号を出力するための角速度センサ１６とが取付けら
れている。

【００１４】また、車体の適所には、車両挙動検出手段
として車両の横加速度に対応した信号を出力するための
横加速度センサ１７、及び車両のヨーイング角速度に対
応した信号を出力するためのヨーレイトセンサ１８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セ
ンサ１９とが取付けられている。

【００１５】本実施例にあっては、ステアリングホイー
ル３と操向車輪である前輪９とが機械的に連結されてお
り、上記各センサ１５〜１９の出力を制御ユニット２０
で処理して得られた制御信号を、駆動回路２１を介して
電動機１０に与えることによって電動機１０の出力トル
クを制御するようになっている。

【００１６】図２は、本発明が適用された制御システム
を示す模式的ブロック図である。制御ユニット２０に
は、トルクセンサ１５、ハンドル角速度センサ１６、横
加速度センサ１７、ヨーレイトセンサ１８、及び車速セ
ンサ１９の各信号出力がそれぞれ入力される。これらの
信号入力は、それぞれ補助操舵トルク決定手段２２並び
に補助反力トルク決定手段２３に入力され、それぞれが
処理されて、電動機１０の出力トルク目標値が決定され
る。この出力トルク目標値は目標電流決定手段２４にて
電動機１０の目標電流値に換算され、駆動回路２１を介
して電動機１０を制御するようになっている。

【００１７】補助操舵トルク決定手段２２においては、
通常の操舵力アシストに関する補助操舵トルクの目標値
の決定が行われる。本決定手段については、例えば、望
ましい操舵トルクを実現する公知の電動式パワーステア
リング制御を適用し得るので、ここでの詳細な説明は省
略する。

【００１８】補助反力トルク決定手段２３においては、
入力された上記各センサ１６〜１９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目標補助反力
トルクを求めるようになっている。

【００１９】目標電流決定手段２４内では、電動機１０
の電流と出力トルクの既知の特性（トルク定数）に応じ
て、出力トルク目標値を目標駆動電流値に換算する。

【００２０】制御ユニット２０内の補助反力トルク算出
手段２３においては、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、ステップ１
において、各センサの出力信号を読込み、ステップ２に
おいて補助反力トルクＴＡを決定し、ステップ３におい
て目標補助反力トルク決定値を出力する。

【００２１】この処理を図４〜図７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においては、図
４のフローチャートに示すように、車速Ｖ（ステップ１
１）、ハンドル角速度ω（ステップ１２）、横加速度Ｇ
(ステップ１３）、ヨーレイトγ(ステップ１４）をそれ
ぞれ読み込む処理が行われる。

【００２２】次に上記ステップ２においては、図５のフ
ローチャートに示すように、図７（ａ）、図７（ｂ）、
図７（ｃ）に示すような操舵角速度ω、横加速度Ｇ、ヨ
ーレイトγのそれぞれをアドレスとし、車速Ｖごとに設
定されている各データテーブルから、各成分についての
補助反力トルクＴ1（ダンピングトルク成分）・Ｔ2（横
Ｇトルク成分）・Ｔ3（ヨーレレイトトルク成分）を求
め（ステップ２１〜２３）、これら補助反力トルクの成
分Ｔ1・Ｔ2・Ｔ3を加算する（ステップ２４）。更に、
必要以上の補助反力トルクを排除するために目標操舵反
力値ＴＡが最大値（Ｔｍａｘ）を超えているか否かを判
断し、目標操舵反力値ＴＡが最大値を超えている場合は
目標操舵反力値ＴＡを上記Ｔｍａｘとし、また、目標操
舵反力値ＴＡが最大値（Ｔｍａｘ）を超えていない場合
には、同様に目標操舵反力値ＴＡが負の最大値（−Ｔｍ
ａｘ）を超えているか否か判断し、目標操舵反力値ＴＡ
が負の最大値を超えている場合には目標操舵反力値ＴＡ
を上記−Ｔｍａｘ値とするリミッタ処理（ステップ２
５）を行い、目標補助反力トルク決定値ＴＡを決定す
る。

【００２３】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２１〜２５は図６の各ブロック
に対応する。

【００２４】このようにして決定された目標補助反力ト
ルク決定値ＴＡは、別に求めた目標補助操舵トルク決定
値と加算されて目標電流決定手段２４にて目標電流値に
変換され、出力される。

【００２５】上記処理を行うことで、図８に示すよう
に、横風を受けて車両２６が走行ライン２７から外れる
ようになった際には、この時の車両２６のヨーレイトγ
または横加速度Ｇを検出し、これらヨーレイトγ並びに
横加速度Ｇを打ち消す方向に、即ち、その時の車両２６
の偏向を走行ライン２７に戻す向きに電動機１０が駆動
される。

【００２６】本発明が適用された操舵装置が組み込まれ
た車両の走行時に横風を受けた場合における特性（実
線）と従来の操舵装置の特性（破線）とを対比して図９
（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す。横風などの外
乱を受けた場合、上記制御が行われない従来の操舵装置
を搭載する車両の挙動に対し、本発明が適用された操舵
装置を搭載する車両ではステアリングが逆方向に切られ
てヨーレイト並びに横ずれ量が共に抑制されていること
がわかる。

【００２７】このため、横風などの外乱で車両２６にヨ
ーレイトγまたは横加速度Ｇが発生した場合、仮に運転
者が手放し状態であっても、外乱に対して車両２６を常
に直進走行させるように前輪９が自動的に操舵され、不
整挙動を安定化させることができる。また、運転者がス
テアリングホイール３を保持している場合も、運転者は
補助反力トルクによるステアリングホイール３の動きに
任せておけば同様の効果が得られる。

【００２８】ところで、轍のある路面、あるいは水溜ま
りのある路面を走行する場合には、ステアリングホイー
ル３が取られ易くなるが、そのような場合にも、横風走
行時と同様にヨーレイトγまたは横加速度Ｇが車両２６
に発生するので、上記制御を実行することによって車両
２６を直進させるように自動的に軌道修正が行われる。

【００２９】また、通常の旋回走行時などにおいてヨー
レイトγまたは横加速度Ｇが発生した場合にも、これら
を抑制する方向、即ち車両を直進状態に復帰させる向き
に電動機１０が操舵トルクを発生するので、これがセル
フアライニングトルクと同様な役目を果たし、特に雪道
などの低μ路や低速走行時に路面からの反力が少なくな
った場合でも補助反力トルクによってステアリングホイ
ールをニュートラルに戻すことができるので運転者の操
舵負荷、特に切り戻し時の操舵負荷が低減でき、直進走
行に戻す際の操舵が楽に行えるようになる。

【００３０】更に、車両が急激にオーバステア傾向を示
した場合には、その時のヨーレイトγに対応して強い戻
り力が作用するため、カウンタステアが容易となる。

【００３１】加えて、一般的な走行での操舵に於ても、
補助反力トルク決定手段によって補助反力を路面反力に
加え、補助操舵トルク決定手段によって操舵トルクの軽
減度を調整することができるので運転者に対する操舵フ
ィールを向上させることができる。

【００３２】尚、上記構成では車両挙動検出手段を横加
速度センサとヨーレイトセンサの両方にて車両挙動検出
手段としたが、横加速度センサとヨーレイトセンサのど
ちらか一方でも同様の作用・効果が得られる。

【００３３】

【発明の効果】このように本発明によれば、車両挙動を
抑制する方向への補助反力トルクが、運転者の操舵の有
無に関わりなく操向車輪に作用するようになるので、横
風や轍路などの外乱に基因した車両の不整挙動が運転者
の積極的な操舵を要さずに抑制されることとなり、車両
の走行安定性を向上することができる。しかも車両挙動
検出手段の検出値に基づく補助反力トルクが路面反力に
加えられるのでステアリング操作の負荷、特にステアリ
ングを戻す操作を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された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）、（ｃ）は、同制御処理に用い
られるデータテーブルの拡大図。

【図８】直進走行時に横風を受けた場合の車両の動きを
示す模式図。

【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）共に本発明が適用され
た車両操舵装置を搭載する車両の特性と従来構成の操舵
装置を搭載する車両の特性とを比較するグラフ。

【符号の説明】 １ 手動操舵力発生装置 ２ 電動式補助操舵力発生装置 ３ ステアリングホイール ４ ステアリングシャフト ５ 連結軸 ６ ピニオン ７ ラック ８ タイロッド ９ 前輪 １０ 電動機 １１ 駆動ヘリカルギヤ １２ スクリューシャフト １３ 被動ヘリカルギヤ １４ ナット １５ トルクセンサ １６ 角速度センサ １７ 横加速度センサ １８ ヨーレイトセンサ １９ 車速センサ ２０ 制御ユニット ２１ 駆動回路 ２２ 補助操舵トルク決定手段 ２３ 補助反力トルク決定手段 ２４ 目標電流決定手段 ２６ 車両 ２７ 直進走行ライン

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、該操舵トル
   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
   る補助操舵トルク決定手段と、前記操向車輪に補助操舵
   トルクを加えるための電動機と、該補助操舵トルク決定
   手段の決定値に基づいて前記電動機を制御する制御手段
   とを有する車両用操舵装置において、 前記車両の挙動を検出する車両挙動検出手段と、 前記車両挙動検出手段によって検出された検出値に基づ
   いて補助反力トルクを決定する補助反力トルク決定手段
   とを有し、 前記制御手段が、前記補助反力トルク決定手段の決定値
   と前記補助操舵トルク決定手段の決定値とに基づいて前
   記電動機の駆動トルクを制御するようになっていること
   を特徴とする車両用操舵装置。
2. 【請求項２】 前記車両挙動検出手段がヨーレイトセ
   ンサを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用操
   舵装置。
3. 【請求項３】 前記車両挙動検出手段が横加速度セン
   サを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の車両用操舵装置。