JPH06344936A

JPH06344936A - 車輌用操舵装置

Info

Publication number: JPH06344936A
Application number: JP5158081A
Authority: JP
Inventors: Raiju Yamamoto; 頼寿山本; Yutaka Nishi; 裕西; Takeshi Nishimori; 剛西森; Hiroyuki Tokunaga; 裕之徳永
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1994-12-20
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JP3172333B2; US5448482A

Abstract

(57)【要約】【目的】横風などの外乱が車輌に作用した際の偏向抑
制性能を高め、しかも操舵装置の操作性が低下しない車
輌用操舵装置を提供する。【構成】トルク発生用電動機と、操舵トルク発生用制
御手段と、車輌の旋回挙動によるステアリングホイール
の動きをダンピングする成分を含む反力の発生指令を出
力する手段とを有する車輌用操舵装置に於て、運転者が
ステアリングホイールをしっかりと保持し、保舵または
操舵しているときには速い操舵が行われる可能性が高い
ことからダンピング係数を小さくして機敏な操舵を容易
にし、逆の場合には、速い操舵が行われる可能性が低い
ことから、横風発生時などの車輌の不整挙動防止を重視
してダンピング係数を大きくすることで、必要に応じて
充分な収斂性が得られ、横風などの外乱が車輌に作用し
た際の偏向抑制性能を高めることができ、しかも操舵装
置の操作性が低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車輌用操舵装置に関
し、特に、横風などの外乱が加わった際に発生する車輌
挙動を抑制する方向についての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
じて可変す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たもの
である。

【０００３】一方、直進走行中に車輌が強い横風を受け
ると、目標直進走行ラインから外れる向きに車輌が偏向
してしまうことがある。このような場合に直進走行を保
つためには、その外乱に対向する反力を操向車輪に与え
ねばならない。

【０００４】他方、自動車の操舵装置には、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
ように構成されたパワーステアリング装置が設けられる
ことがあるが、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補助電動機が転舵トルクを発生
するものであるため、直進走行中に横風を受けることに
よって車輌が偏向しても、電動機は転舵トルクを発生し
ない。

【０００５】従って、車輌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、従来のパワーステアリング装置の場合、車速が
高いほど補助転舵トルクが小さく、かつ車輌の横加速度
並びにヨーレイトが大きくなるにつれて補助転舵トルク
が小さくなるように設定されているため、外乱による車
輌の偏向の場合には、それが大きいほど、修正に要する
操舵力はむしろより大きなものとなる不都合があった。

【０００６】このような不都合に対処するために、外乱
から引き起こされる車輌の不整挙動を車輌のヨーレイト
から検出し、これを打ち消す向きの反力を操舵トルク発
生用の電動機にて発生させることにより、外乱による車
輌挙動を抑制し得るようにすることが考えられる。

【０００７】上記した電動機制御を行う場合、車輌挙動
自体に対するヨーレイト反力成分と、ステアリングホイ
ールの動きを抑制するダンピング成分とを合成するが、
従来は操舵角速度に一定のダンピング係数を乗じてこの
ようなダンピング成分を得るようにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
強い横風が発生した場合でも充分な偏向抑制性を確保す
べくヨーレイト反力係数を大きくすると、ステアリング
ホイールの収斂性を向上するためにダンピング係数をも
大きくすることとなり、特に運転者が速い操舵を行った
時にこのダンピングにより強い抵抗を受け、運転者に違
和感を生じさせると共に操舵装置の操作性が低下する問
題があった。云うまでもなくダンピング係数を単に小さ
くすると収斂性が低下する。

【０００９】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、
横風などの外乱が車輌に作用した際の偏向抑制性能を高
め、しかも操舵装置の操作性が低下することのない車輌
用操舵装置を提供することにある。

【００１０】

【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、車輌の操向車輪に操舵トルクを加えるため
のトルク発生用電動機と、運転者の操舵により発生する
トルクを検出して前記電動機に操舵トルクを発生させる
ための指令を出力する操舵トルク発生用制御手段と、前
記車輌の旋回挙動に応じて前記トルク発生手段に、前記
旋回挙動によるハンドルの動きをダンピングする成分を
含む反力を発生させるための指令を出力する反力発生用
制御手段とを有する車輌用操舵装置であって、運転者の
ステアリングホイールに対する関与の状態を検出する手
段を有し、前記ステアリングホイール関与状態検出手段
による検出結果に応じて前記反力のダンピング成分を変
化させることを特徴とする車輌用操舵装置を提供するこ
とによって達成される。特に、前記ステアリングホイー
ル関与状態検出手段が、操舵角速度に基づく操舵系の慣
性モーメントから求められる操舵トルク予測値と、実際
に測定される実操舵トルクとを比較することにより運転
者のステアリングホイールに対する関与の状態を検出す
ると良い。

【００１１】

【作用】運転者がステアリングホイールをしっかりと保
持し、保舵または操舵しているときにはダンピング係数
を小さくして機敏な操舵を容易にし、運転者がステアリ
ングホイールをあまりしっかりと保持していないときに
は、ダンピング係数を大きくして横風発生時などの車輌
の不整挙動防止能力を向上できる。

【００１２】

【実施例】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。

【００１３】本発明が適用された車輌用操舵装置の構成
を図１に示す。この装置は、手動操舵装置１と電動式パ
ワーステアリング装置２とから構成され、ステアリング
ホイール３に一体結合されたステアリングシャフト４に
自在継手を有する連結軸５を介してラック・アンド・ピ
ニオン機構のピニオン６が連結され、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の輌端に、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
ン式の転舵を行うことができるようになっている。

【００１４】ラック７を軸方向に貫通させるようにし
て、ラック７と同軸的にトルク発生手段としての電動機
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、そのロータに駆動ヘ
リカルギア１１が取付けられており、この駆動ヘリカル
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。

【００１５】ステアリングシャフト４には、ステアリン
グホイール３の回転角度に対応した信号を出力するため
の舵角センサ１５と、ステアリングシャフト４に加わる
トルクに対応した信号を出力するためのトルクセンサ１
６とが取付けられている。

【００１６】また、車体の適所には、車輌のヨーレイト
（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１７と、車輌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１８とが取付けられてい
る。

【００１７】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１５〜１８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その出力トルクを制御
するようになっている。

【００１８】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、舵角センサ１５、トルクセンサ１６、ヨーレイトセ
ンサ１７及び車速センサ１８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、それぞれ操舵トルク発
生用制御手段２２並びにアクティブ反力発生用制御手段
２３に入力され、それぞれが処理されて出力電流決定手
段２４にて電動機１０に与える目標電流値が決定され
る。

【００１９】操舵補助用制御手段２２に於ては、通常の
操舵力アシストに関する制御が行われる。本制御手段に
ついては、例えばヨーレイトに応じて望ましい目標操舵
トルク値を求め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。

【００２０】アクティブ反力発生用制御手段２３に於て
は、入力された上記各センサ１５〜１８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反力値
を求めるようになっている。また、アクティブ反力発生
用制御手段２３には運転者のステアリングホイールに対
する関与の状態を検出するためのステアリングホイール
関与状態検出手段２３ａが付設され、上記各センサ１５
〜１８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。

【００２１】出力電流決定手段２４内では、目標操舵ト
ルク値と目標反力値との加算値とセンサ１６からの実操
舵トルク値との偏差に対応し、かつ正負を逆転させて増
減する目標駆動電流信号を求めるようになっている。

【００２２】このようにして求められた目標駆動電流値
は、駆動回路２１に入力される。この駆動回路２１は、
例えばＰＷＭ制御によって電動機１０を駆動制御する
が、駆動回路２１の入力信号である目標駆動電流値に電
流検出センサによる実電流検出値がフィードバックされ
るようになっている。

【００２３】制御ユニット２０内のアクティブ反力発生
用制御手段２３に於ては、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。まず、ステッ
プ１にて各センサの信号出力を読込み、かつ操舵角速度
及びヨーレイト偏差を算出し、ステップ２にて運転者の
ステアリングホイールに対する関与の状態が検出され、
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
る場合、目標操舵反力ＴＡのダンピング成分の計算に用
いるダンピング反力係数を小さい側（Ｋｄ）に設定し
（ステップ３→ステップ４→ステップ６）、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る場
合、ダンピング反力係数を大きい側（Ｋｄ′）に設定す
る（ステップ３→ステップ５→ステップ６）。次に、ス
テップ６にて目標操舵反力ＴＡを決定し、続いてステッ
プ７にて目標操舵反力ＴＡにリミッタをかけ、ステップ
８にて操舵トルク発生用制御手段２２からの操舵トルク
値にこの制御信号を加算する。

【００２４】上記ステップ１、ステップ２、ステップ
６、ステップ７の処理を図４〜図６を併せて参照して更
に詳しく説明する。上記ステップ１に於ては、まず舵角
θを読込み（図４のステップ２１）、これを微分して操
舵角速度ｄθ／ｄｔを算出する（ステップ２２）。そし
て車速Ｖ及びヨーレイトγを共に読み込む（ステップ２
３、２４）。

【００２５】次に上記ステップ２に於ては、下式に基づ
き運転者のステアリングホイールに対する関与の状態を
検出する。

【００２６】ステアリングホイール回りの運動方程式
は、

【００２７】

【数１】

【００２８】この式全体を時間積分すると、

【００２９】

【数２】

【００３０】これを変形して、

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、Ｔ_S（ｋｇ・ｃｍ）はトルクセン
サ値、Ｔ_H（ｋｇ・ｃｍ）は保舵または操舵トルク、ω
（ｄｅｇ・ｓｅｃ）は操舵角速度、Ｊ_H（ｋｇ・ｍ）は
ステアリングホイールのイナーシャである。

【００３３】上記Ｔ_Sとωとの実測値が得られることか
らＴ_Hが求められる。即ち、数３の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。

【００３４】実際には、数３の式の計算を時刻ｔ＝０か
ら時刻ｔ＝Ｘまでについて行う。

【００３５】

【数４】

【００３６】ただし、ω_Xは時刻Ｘに於ける操舵角速度
である。

【００３７】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、数４の式の第１項を時刻
ｔ＝Ｘ−Ｎで２分して、

【００３８】

【数５】

【００３９】とし、更に数５の式の第１項を時刻ｔ＝Ｘ
−Ｎに於ける操舵角速度ω_X-Nに置き換えて、

【００４０】

【数６】

【００４１】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Ｔ_Hが求められる。上記ス
テップ３ではこのＴ_H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
放ししているかを判別する。

【００４２】次に上記ステップ６に於ては、図７に示す
ような車速Ｖをアドレスとするデータテーブルから、ヨ
ーレイト反力係数Ｋｒ及びダンピング反力係数Ｋｄ（ま
たはＫｄ′）をそれぞれ求め（図５のステップ３１）、
これらから各成分についての操舵反力Ｔｒ、Ｔｄを算出
し（ステップ３２）、これら操舵反力の成分Ｔｒ、Ｔｄ
を加算して目標操舵反力ＴＡを決定する（ステップ３
３）。

【００４３】ここで、図７（ａ）に於て、車速Ｖが０の
ときにヨーレイト反力係数Ｋｒを０とすることにより車
輌停止時若しくは超低速時にはヨーレートが発生しても
反力を発生させないようにしている（駐車場のターンテ
ーブルによる回転時など）。

【００４４】図７（ｂ）に於て、上記の判断により殆ど
手放しであればダンピング反力係数を大きく（Ｋｄ′）
して手放し時のステアリングホイールの収斂性を向上
し、保舵していればダンピング反力係数を小さく（Ｋ
ｄ）して操舵し易くするようになっている。また、車輌
停止時若しくは低速時にダンピング反力係数Ｋｄまたは
Ｋｄ′を０とすることにより低速時にはステアリングホ
イールの操作を戻りを含めて軽くできるようにしてい
る。

【００４５】

【数７】

【００４６】次に上記ステップ７に於ては、目標操舵反
力ＴＡが所定値（Ｔｍａｘ）を超えているか否かを判断
し（図６のステップ４１）、目標操舵反力ＴＡが所定値
を超えている場合は目標操舵反力ＴＡとして上記Ｔｍａ
ｘ値を規定する（ステップ４２）。また、目標操舵反力
ＴＡが所定値（Ｔｍａｘ）を超えていない場合には、同
様に目標操舵反力ＴＡが所定値（−Ｔｍａｘ）より小さ
いか否かを判断し（ステップ４３）、目標操舵反力ＴＡ
が所定値より小さい場合は目標操舵反力ＴＡとして上記
−Ｔｍａｘ値を規定する（ステップ４４）。

【００４７】上記のように決定された目標操舵反力ＴＡ
は、別に求めた目標操舵トルクに加算されて出力電流決
定手段２４にて目標電流値に変換され、駆動回路２１に
出力される。

【００４８】このようにして、直進時に横風を受けて車
輌が直進走行ラインから外れるようになった際には、こ
の時の車輌のヨーレイトγを打ち消す方向に、即ちその
時の車輌の偏向を直進走行ラインに戻す向きに電動機が
駆動される。

【００４９】尚、本実施例では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殆ど手放ししている
かを判断してダンピング反力係数を選択したが、上記Ｔ
_Hに応じてダンピング反力係数を多数設定し、マップ制
御の形式を採っても良い。

【００５０】

【発明の効果】このように本発明によれば、運転者がス
テアリングホイールをしっかりと保持し、保舵または操
舵しているときには速い動きの操舵が行われる可能性が
高いことからダンピング係数を小さくして機敏な操舵を
容易にし、運転者がステアリングホイールをあまりしっ
かりと保持していないときには、速い動きの操舵が行わ
れる可能性が低いことから、横風発生時などの車輌の不
整挙動防止を重視してダンピング係数を大きくすること
で、必要に応じて充分な収斂性が得られ、横風などの外
乱が車輌に作用した際の偏向抑制性能を高めることがで
き、しかも操舵装置の操作性が低下することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された車輌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構成を示す回路ブロック
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】同操舵装置の制御処理を示すフローチャート。

【図７】同制御処理に用いられるデータテーブル。

【符号の説明】

１手動操舵力発生装置２電動式パワーステアリング装置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舵角センサ１６トルクセンサ１７ヨーレイトセンサ１８車速センサ２０制御ユニット２１駆動回路２２操舵トルク発生用制御手段２３アクティブ反力発生用制御手段２３ａステアリングホイール関与状態検出手段２４出力電流決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳永裕之埼玉県和光市中央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】車輌の操向車輪に操舵トルクを加える
ためのトルク発生用電動機と、運転者の操舵により発生
するトルクを検出して前記電動機に操舵トルクを発生さ
せるための指令を出力する操舵トルク発生用制御手段
と、前記車輌の旋回挙動に応じて前記トルク発生手段
に、前記旋回挙動によるハンドルの動きをダンピングす
る成分を含む反力を発生させるための指令を出力する反
力発生用制御手段とを有する車輌用操舵装置であって、運転者のステアリングホイールに対する関与の状態を検
出する手段を有し、前記ステアリングホイール関与状態検出手段による検出
結果に応じて前記反力のダンピング成分を変化させるこ
とを特徴とする車輌用操舵装置。
【請求項２】前記ステアリングホイール関与状態検
出手段が、操舵角速度に基づく操舵系の慣性モーメント
から求められる操舵トルク予測値と、実際に測定される
実操舵トルクとを比較することにより運転者のステアリ
ングホイールに対する関与の状態を検出することを特徴
とする請求項１に記載の車輌用操舵装置。