(57)【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、補助操舵トルク及び操舵反力トルクを前記操向車輪に加えるための電動機と、車両に作用する実ヨーレイト値を検出するヨーレイトセンサと、操舵角及び車速に対応した規範ヨーレイト値を予め記憶すると共に前記電動機の駆動トルクを制御する制御手段とを有する車両用操舵装置であって、
前後方向加速度及び左右方向加速度から前記操向車輪の旋回中の垂直荷重値を算出し、該垂直荷重値に基づいて前記規範ヨーレイト値を修正し、
該修正規範ヨーレイト値と前記実ヨーレイト値とを比較してアンダーステアの有無及び程度を判断し、該アンダーステアの程度が大きくなるに従い前記電動機に与える操舵トルク指令値の操舵反力トルク成分を大きくすることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置に関し、特に操舵角等に応じて電動機により補助操舵トルクを操向車輪に加え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５０−３３５８４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力をトルクセンサ等で検知して、これに車速や道路状況などの検出信号に応じて適正な補助操舵トルクを加えることにより運転者の操舵力を軽減するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のパワーステアリング装置に於ては、操舵力が軽減された結果、従来よりも操舵速度を高くすることが可能となり、特に氷上路などの低μ路に於ては操舵力が軽くなることに伴う路面情報低減とも相俟って過剰操舵によるアンダーステアを誘発することが懸念される。
【０００４】
また、この問題を解決するために、そのときのタイヤの摩擦円に於けるサイドフォースを推定し、それを越えそうなときには操舵反力を発生させ、即ち補助操舵トルクを小さくして、それ以上の操舵に対して注意を促すことが考えられていたが、このためには難度の高い路面μの推定処理を行わなければならず、その実用化の妨げとなっていた。
【０００５】
上記したような従来技術の問題点を解決するべく、本発明はパワーステアリング装置を具備する操舵装置に於ける特に低μ路での過剰操舵によるアンダーステアの発生を抑制または防止するべく案出されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、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、補助操舵トルク及び操舵反力トルクを前記操向車輪に加えるための電動機と、車両に作用する実ヨーレイト値を検出するヨーレイトセンサと、操舵角及び車速に対応した規範ヨーレイト値を予め記憶すると共に前記電動機の駆動トルク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、前後方向加速度及び左右方向加速度から前記操向車輪の旋回中の垂直荷重値を算出し、該垂直荷重値に基づいて前記規範ヨーレイト値を修正し、該修正規範ヨーレイト値と前記実ヨーレイト値とを比較してアンダーステアの有無及び程度を判断し、該アンダーステアの程度が大きくなるに従い前記電動機に与える操舵トルク指令値の操舵反力トルク成分を大きくするものとした。
【０００７】
これにより、アンダーステアの程度の判定精度をより一層高めて操舵反力制御を最適化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適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。
【０００９】
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、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３ａ・３ｂを有する連結軸３を介して連結されたピニオン４、及びピニオン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を介して左右の前輪６のナックルアーム７にその両端が連結されたラック軸８で構成されたラック・アンド・ピニオン機構からなる手動操舵力発生手段９と、この手動操舵力発生手段９による操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するべくラック軸８と同軸的に配設された電動機１０と、ステアリングホイール１の回転角を検出するための舵角センサ１１と、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１２と、車体の適所に設けられた車両の前後方向加速度に対応した信号を出力するための加速度センサ１３と、同じく車両の左右方向加速度に対応した信号を出力するための加速度センサ１４と、車両のヨーレイト（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１５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１６と、これらの検出値に基づいて電動機１０の出力を制御するための制御ユニット１７とから構成されている。
【００１０】
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１７には、舵角センサ１１、トルクセンサ１２、加速度センサ１３、１４と、ヨーレイトセンサ１５及び車速センサ１６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、それぞれ補助操舵力算出手段１８並びに操舵反力算出手段１９に入力され、それぞれが処理されて出力電流決定手段２０にて電動機１０に供給するべき駆動電流値が決定される。この電流値は、目標操舵トルク値とトルクセンサ１２からの実操舵トルク値との偏差に対応し、かつ操舵方向に応じて正負を逆転させるようになっている。求められた駆動電流値は、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の入力信号である駆動電流値に電流検出センサ（図示せず）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。
【００１１】
補助操舵力算出手段１８に於ては、通常の操舵力アシストに関する計算が行われる。この計算は、例えばヨーレイト等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にて行われる計算を適用し得るので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１２】
操舵反力算出手段１９に於ては、入力された上記各センサ１１〜１６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操舵反力トルク値を求めるようになっている。
【００１３】
制御ユニット１７内の操舵反力算出手段１９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。先ず、ステップ１に於て操舵角θ及び車速Ｖをセンサ１１、１６から読込み、ステップ２にて規範ヨーレイトγ０を下式から求める。
【００１４】
【数１】
0003594768.tif 000002
【００１５】
ここで、
ｘ１，ｘ２：初期値を０とする変数
Ｌｆ，Ｌｒ：車両の重心点から前軸、後軸までの距離（ｆは前、ｒは後ろ）
ｋｆ，ｋｒ：タイヤの等価コーナリングパワー
Ｊｚ    ：ヨー慣性モーメント
Ｍｓ    ：車重
Ｎｓ    ：ステアリングギヤ比
である。尚、本構成では状態方程式で記載したが、実際の演算時には離散化して伝達関数で求めることができる。
【００１６】
そして、ステップ３にて車両の前後加速度ＶＧ及び左右方向、即ち横加速度ＬＧをセンサ１３、１４から読込み、ステップ４にて左前輪の垂直荷重ＦＬ０並びに右前輪の垂直荷重ＦＲ０を下式から求める。
【００１７】
【数２】
0003594768.tif 000003
【００１８】
ここで、
ｐ，ｑ  ：補正係数
β      ：重量配分係数
ｍ      ：車重
である。
【００１９】
次に、ステップ５にて修正規範ヨーレイトγＴを下式より求める。
【００２０】
【数３】
0003594768.tif 000004
【００２１】
そして、ステップ６にて実ヨーレイトγをセンサ１５から読み込み、ステップ７に進んで実ヨーレイトγと修正規範ヨーレイトγＴとからヨーレイト偏差Δγを求める。ステップ８にて、求められたヨーレイト偏差Δγを用いて、リアルタイム同定によりアンダーステアの程度を求め、その判定を行う。
【００２２】
【数４】
0003594768.tif 000005
【００２３】
ステップ８に於けるアンダーステアの判定結果に応じて、目標操舵反力トルク値Ｔｒ（＝ｕｓ（ｎ）＊ｃ（ｃは係数））を求め、必要に応じてリミッタをかけた後、これをステップ９にて補助操舵力算出手段１８による目標操舵トルク値Ｔａから減じ、修正目標操舵トルク値Ｔａａを求める（Ｔａａ＝Ｔａ−Ｔｒ）。そして、実際に出力電流決定手段２０にてこの修正目標操舵トルク値Ｔａａとトルクセンサ１２からの実操舵トルク値Ｔとの偏差に対応して目標電流値に変換され、駆動回路２１に出力される。
【００２４】
図４は、上記車両用操舵装置の要部作動を示すタイムチャートである。まず、Ａ部に於いて例えば過大なハンドル操作により操舵中にアンダーステア傾向が強くなると、実ヨーレイトγと修正規範ヨーレイトγＴとの偏差Δγが大きくなり、アンダーステア度ｕｓが大きくなる。このとき、瞬時に目標操舵反力トルク値Ｔｒが増大することから結果的に操舵力アシストが減少または０になり、運転者の注意を促す。図に於いてはハンドルを戻していないが、このときにハンドルを戻せば実ヨーレイトγと修正規範ヨーレイトγＴとの偏差Δγが小さくなり、アンダーステアは解消し、アンダーステア度ｕｓが小さくなることから、通常の操舵力アシストが得られるようになる。また、Ｂ部に示すように、ブレーキを作動させる等して前輪（操舵輪）荷重が大きくなった場合もグリップ力が向上することから実ヨーレイトγが大きくなって修正規範ヨーレイトγＴに近づき、アンダーステアは解消し、アンダーステア度ｕｓが小さくなることから、目標操舵反力トルク値Ｔｒが減少し、通常の操舵力アシストが得られるようになる。
【００２５】
尚、実際には急激な操舵力アシストが変化することを防止するために目標操舵反力トルク値Ｔｒにダンピング成分を含ませると良い。また、軽操舵時の応答性などを考慮してアンダーステア度ｕｓが所定の閾値を越えたら目標操舵反力トルク値Ｔｒが増大するようにしても良い。更に、アンダーステア度ｕｓが大きい場合に修正目標操舵トルク値Ｔａａよりも目標操舵反力トルク値Ｔｒを大きくしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
このように本発明によれば、アンダーステアが発生した際に運転者にそれ以上操舵しないように注意を促すための操舵反力付加制御において、前後方向加速度及び横方向加速度を加速度センサから得ることにより前輪（操向輪）荷重の変化を推定し、その結果から操向輪のグリップ力の変化を推定して規範ヨーレイト値を修正することにより、アンダーステアの程度の判定精度をより一層高めて操舵反力制御を最適化することができる。
【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】本発明が適用された車両用操舵装置の作動要領を示すタイムチャート。
【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  舵角センサ
１２  トルクセンサ
１３  前後方向加速度センサ
１４  横加速度センサ
１５  ヨーレイトセンサ
１６  車速センサ
１７  制御ユニット
１８  補助操舵力算出手段
１９  操舵反力算出手段
２０  出力電流決定手段
２１  駆動回路
【図１】
0003594768.tif 000006
【図２】
0003594768.tif 000007
【図３】
0003594768.tif 000008
【図４】
0003594768.tif 000009