(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操向車輪に舵角を与える操舵系に動力を付加するモータと、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段の出力に基づいて操舵補助力と操舵抵抗力とを前記モータに発生させるための制御手段とを有し、ラック／ピニオン式操舵装置に用いられる電動パワーステアリング装置であって、
前記ラック／ピニオン式操舵装置のラック軸に加わる負荷の基準値を予め設定し且つその時の操舵角と車速とに応じた前記操向車輪の基準ラック軸負荷を出力する手段と、
前記操向車輪の実際のラック軸負荷を検出する手段とを有し、
前記制御手段が、基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差に応じて前記操舵抵抗力を設定するようになっており、
前記基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差が大きくなるに従い前記操舵抵抗力を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記実際のラック軸負荷の変化率を検出する手段を更に有し、
前記制御手段が、前記ラック軸負荷の変化率が大きくなるに従い前記操舵抵抗力を大きくするようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記制御手段が、操舵角速度が高くなるに従い前記操舵抵抗力を小さくするようになつていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック／ピニオン式操舵装置に用いられ、操向車輪に舵角を与える操舵系に対し、操舵力を軽減する操舵補助力と、操舵力に対抗する操舵抵抗力とを共に与えることができるように構成された電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両が部分凍結路のごとき路面反力が変動する路面を走行中、特に旋回時に於ては、凍結部分に操舵輪が進入した時点で、タイヤと路面との摩擦係数が急激に低下することによって、路面反力が急減し、それまでの保舵力と路面反力とのバランスが崩れることによって、舵角が切れ込んでしまう。タイヤと路面との摩擦係数が低いままであれば、舵角が切れ込んでも操舵輪の横力は大きく変化しないため、車両挙動の変化は大きくならないが、操舵輪が凍結部分から脱出してタイヤと路面との摩擦係数が増加した時点でタイヤのグリップ力が回復し、舵角が切れ込んでしまう。
【０００３】
上記した急激な舵角変化を抑えるべく、従来は操舵角速度に比例して操舵抵抗を大きくするダンピング制御を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に操舵角速度に比例して操舵抵抗を大きくするのみでは俊敏な操舵を行いたいときの操舵フィーリングが低下する問題があった。
【０００５】
上記したような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、操舵フィーリングの低下を伴うことなく路面抵抗の急変に対する車両の安定性を向上することを目的として案出されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、操向車輪に舵角を与える操舵系に動力を付加するモータと、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段の出力に基づいて操舵補助力と操舵抵抗力とを前記モータに発生させるための制御手段とを有するラック／ピニオン式操舵装置に用いられる電動パワーステアリング装置に於いて、前記ラック／ピニオン式操舵装置のラック軸に加わる負荷の基準値を予め設定し且つその時の操舵角と車速とに応じた前記操向車輪の基準ラック軸負荷を出力する手段と、前記操向車輪の実際のラック軸負荷を検出する手段とを有し、前記制御手段が、基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差に応じて前記操舵抵抗力を設定するようになっており、前記基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差が大きくなるに従い前記操舵抵抗力を大きくするようにした。特に前記実際のラック軸負荷の変化率を検出する手段を更に有し、前記制御手段にて前記ラック軸負荷の変化率が大きくなるに従い前記操舵抵抗力を大きくすると良く、更に操舵角速度が高くなるに従い前記操舵抵抗力を小さくすると良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された実施例を参照して本発明の構成について詳細に説明する。
【０００８】
図１及び図２は、本発明に基づく電動パワーステアリング装置の操舵力制御装置の全体構成を示している。本制御装置は、ラック／ピニオン式操舵装置２１のラック軸２２に作用する標準的な負荷を基準ラック軸負荷Ｆｒｍとして予め設定しておくと共に、その時の車速Ｖ及び操舵角θｓに対応した基準ラック軸負荷Ｆｒｍを算出する基準ラック軸負荷算出手段１と、操舵トルクセンサ２６の出力で得たステアリングホイール２７を介してステアリングシャフト２８に作用する手動操舵トルクＴｓ、モータ回転速度センサ３１からのモータＭの回転速度Ｓｍ及び電流・電圧センサ３０からのモータＭの電流Ｉｍ、電圧Ｖｍから実際のラック軸の負荷を実ラック軸負荷Ｆｒとして算出（推定）する実ラック軸負荷推定手段２と、基準ラック軸負荷Ｆｒｍと実ラック軸負荷Ｆｒとの偏差に応じて、操舵抵抗トルク指令値（操舵反力）Ｔｃのうちのラック軸負荷偏差成分反力指令値Ｔｃａを設定するためのラック軸負荷偏差成分反力指令値設定手段３と、複数回の実ラック軸負荷Ｆｒからラック軸負荷の変化率を算出するラック軸負荷変化率算出手段４と、ラック軸負荷の変化率に応じて、操舵抵抗トルク指令値（操舵反力）Ｔｃのうちのラック軸負荷変化率成分反力指令値Ｔｃｂを設定するためのラック軸負荷変化率成分反力指令値設定手段５と、非駆動輪（後輪）２４の回転速度センサ２５の出力で得た車速Ｖ並びに操舵トルクＴｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｔａを設定する操舵補助トルク設定手段６と、操舵抵抗トルク指令値Ｔｃ及び操舵補助トルク指令値Ｔａに基づいてモータＭの出力を制御するモータ駆動制御手段７とからなっており、操舵補助トルク指令値Ｔａに、ラック軸負荷偏差成分反力指令値Ｔｃａとラック軸負荷変化率成分反力指令値Ｔｃｂとを加算してなる操舵抵抗トルク指令値Ｔｃを加算した値Ｔｍをもって、通常のパワーステアリング装置のモータＭの出力制御を行うようになっている。
【０００９】
なお、各信号の処理や演算は、コンピュータを用いた電子制御装置（ＥＣＵ）２９で一括して行われる。
【００１０】
基準ラック軸負荷Ｆｒｍは、車両の設計上の理論値や実験による計測値の同定結果に基づいて予め求められており、操舵角θｓ及び車速Ｖに対応する値が基準ラック軸負荷算出手段１に内部モデルとして設定されている。
【００１１】
路面からの転舵抵抗につり合うラック軸負荷Ｆｒは、ステアリングシャフト２８回りの粘性項、慣性項、フリクション項およびモータＭ回りのフリクション項は微小なので省略すると、ピニオンからのラック軸力Ｆｐとモータからのラック軸力Ｆｍとの和、つまり、
【００１２】
【数１】
Ｆｒ＝Ｆｐ＋Ｆｍ
【００１３】
で表されるが、以下に図３を参照してこの推定方法について説明する。
【００１４】
先ず、ピニオンからのラック軸力Ｆｐは、操舵トルクＴｓをピニオンのピッチ円半径ｒｐで割った値、つまり、
【００１５】
【数２】
Ｆｐ＝Ｔｓ／ｒｐ
【００１６】
で表されるので、ピニオン軸力演算手段８に操舵トルクセンサ２６の出力Ｔｓを入力して得る。
【００１７】
次にモータＭからのラック軸力Ｆｍは、モータＭの出力軸トルクＴｍにモータ出力ギヤ比Ｎをかけた値、つまり、
【００１８】
【数３】
Ｆｍ＝Ｎ・Ｔｍ
【００１９】
で表されるので、モータの電流Ｉｍ、電圧Ｖｍを検出する電流・電圧センサ３０の出力をモータ軸力演算手段９に入力して得る。
【００２０】
ここでモータの出力軸トルクＴｍは次式で与えられる。
【００２１】
【数４】
Ｔｍ＝Ｋｔ・Ｉｍ−Ｊｍ・θｍ”−Ｃｍ・θｍ’±Ｔｆ
Ｋｔ：モータトルク定数
Ｉｍ：モータ電流（電流センサ３０の出力）
Ｊｍ：モータの回転部分の慣性モーメント（設計値・定数）
θｍ’：モータ角速度
θｍ”：モータ角加速度（モータ角速度θｍ’の微分値）
Ｃｍ：モータ粘性係数
Ｔｆ：フリクショントルク
【００２２】
なお、モータ角速度θｍ’は、モータ逆起電力から次式により求める。
【００２３】
【数５】
θｍ’＝（Ｖｍ−Ｉｍ・Ｒｍ）／Ｋｍ
Ｖｍ：モータ電圧（電圧センサ３１の出力）
Ｒｍ：モータ抵抗（設計値・定数）
Ｋｍ：モータの誘導電圧定数
【００２４】
または、ステアリングシャフト２８の回転角度を検出する操舵角センサ３２の出力θｓの微分値θｓ’から次式により求める。
【００２５】
【数６】
θｍ’＝（θｓ’−Ｔｓ’／Ｋｓ）Ｎ
Ｋｓ：トルクセンサ２６のばね定数
ｓ’：操舵トルクの微分値
【００２６】
以上により求めたピニオンからのラック軸力Ｆｐとモータからのラック軸力Ｆｍとは、実用上は位相補償フィルタ１０を通すことにより、Ｆｐ・Ｆｍ間の位相ずれを補正すると良い。
【００２７】
上記のようにして求めた実ラック軸負荷Ｆｒと、その時のステアリングホイールの操舵角θｓ及び車速Ｖに対応した基準ラック軸負荷Ｆｒｍとの偏差εから、ラック軸負荷偏差成分反力指令値設定手段３にて予め設定されたマップを参照し、偏差εに対応したラック軸負荷偏差成分反力指令値Ｔｃａを求める。このマップは、偏差εが大きくなる、即ち路面反力が基準よりも小さくほどＴｃａが増大する特性が与えられている（図４）。また、このマップは偏差εの関数で表され、例えば一定ゲインとしても良い。
【００２８】
尚、実ラック軸負荷力Ｆｒは、上記の計算によらずに操舵系の適所にロードセルを設け、その出力から求めるようにしても良い。
【００２９】
一方、図５に示すように、ラック率負荷変化率算出手段４では、複数回の実ラック軸負荷Ｆｒから、その微分値、即ちラック軸負荷変化率を求め、ラック軸負荷変化率成分反力指令値設定手段５にて予め設定されたマップを参照してラック軸負荷変化率に対応したラック軸負荷変化率成分反力計算値Ｔｃｂ１を求める。このマップは、ラック軸負荷変化率の絶対値が大きくなる、即ち路面状態が急変するほどＴｃｂ１が増大する特性が与えられている。また、ラック軸負荷変化率成分反力指令値設定手段５では、予め設定されたマップを参照して操舵角速度ωに対応した係数ａをも求める。このマップは操舵角速度ωが大きくなる、即ち運転者のハンドル操作が急激なほど係数ａが減少する特性が与えられている。そして、ラック軸負荷変化率成分反力指令値Ｔｃｂ１にこの係数ａを乗じてラック軸負荷変化率成分反力指令値Ｔｃｂ（Ｔｃｂ＝ａ＊Ｔｃｂ１）を求める。
【００３０】
ここで、路面状態の急変に対応するラック軸負荷変化率成分反力計算値Ｔｃｂ１に係数ａを乗じることにより、運転者の意志による操舵を路面状態の急変による転舵と区別して制御できる。
【００３１】
上記のように求められたラック軸負荷変化率成分反力指令値Ｔｃｂを上記ラック軸負荷偏差成分反力指令値Ｔｃａに加えて操舵抵抗トルク指令値Ｔｃを得、操舵補助トルク指令値Ｔａに操舵抵抗トルク指令値Ｔを加算した値Ｔｍをもって、通常のパワーステアリング装置のモータＭの出力制御を行う。
【００３２】
なお、本明細書中ではラック／ピニオン式の操舵装置についてのみ述べたが、他の形式の操舵装置に於いても実際に操舵輪を転舵させるロッドの負荷を検出して上記同様の制御が可能であることは云うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、操向車輪の基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差が大きくなるほど操舵抵抗力を大きくすることで、ラック軸負荷が変化、即ち路面反力が変化しても操舵抵抗力を調節して保舵力の変化を小さくし、保舵力と路面反力とのバランスが崩れることによる舵角の切れ込みを抑制でき、車両の安定性を向上できる。特に、実際のラック軸負荷の変化率が大きくなるほど操舵抵抗力を大きくすることで、路面反力の急変にも容易に対応でき、路面反力の変化、特に急変時の操舵力、保舵力への影響を低減でき、操舵フィーリングを向上することが可能となると共に特に不整路面走行中の車両安定性を向上することができる。また、運転者による操舵角速度が高くなるほど操舵抵抗力を小さくすることで、運転者の意志による操舵と路面状態の急変による転舵とを区別して制御でき、通常時の操舵フィーリングを阻害することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパワーステアリング装置の制御系の概略構成図。
【図２】本発明が適用された車両のパワーステアリング装置に関わる機器の配置図。
【図３】実ラック軸負荷算出手段のブロック図。
【図４】ラック軸負荷偏差成分反力指令値設定手段のブロック図。
【図５】ラック軸負荷変化率成分反力指令値設定手段のブロック図。
【符号の説明】
１  基準ラック軸負荷算出手段
２  実ラック軸負荷推定手段
３  ラック軸負荷偏差成分反力指令値設定手段
４  ラック率負荷変化率算出手段
５  ラック軸負荷変化率成分反力指令値設定手段
６  操舵補助トルク設定手段
７  モータ駆動制御手段
８  ピニオン軸力演算手段
９  モータ軸力演算手段
１０  位相補償フィルタ
２１  ラック／ピニオン式操舵装置
２２  ラック軸
２３  前輪
２４  後輪
２５  回転速度センサ
２６  操舵トルクセンサ
２７  ステアリングホイール
２８  ステアリングシャフト
２９  電子制御装置（ＥＣＵ）
３０  電流・電圧センサ
３１  モータ回転速度センサ
３２  操舵角センサ
３３  キングピン軸
３４  舵角センサ
【図１】
0003676543.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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