(57)【要約】【課題】  車速に応じた所望のヨーレートゲイン特性が得られるステアリング装置を提供する。【解決手段】  ステアリングホイール１へのドライバの操舵入力に応じて前輪１０ａ，１０ｂを転舵させる舵取り機構２と、この舵取り機構２のステアリングラック軸７に加わるラック軸力を可変するラック軸力可変手段（電動モータ６）と、車速を検出する車速検出手段と、車速に基づいてラック軸力可変手段を制御するラック軸力制御手段と、を備え、ラック軸力制御手段は、目標ヨーレートゲインに応じて、低速走行時にはラック軸力を大きく、高速走行時にはラック軸力を小さくする。【選択図】      図１
2006159960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング操作手段へのドライバの操舵入力に応じて操向輪を転舵させる舵取り機構と、
この舵取り機構のステアリングラック軸に加わるラック軸力を可変するラック軸力可変手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車速に基づいて前記ラック軸力可変手段を制御するラック軸力制御手段と、
を備えることを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリング装置において、
前記ラック軸力制御手段は、低速走行時には前記ラック軸力を大きく、高速走行時にはラック軸力を小さくすることを特徴とするステアリング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のステアリング装置において、
車速に応じて車両の目標ヨーレートゲインを設定する目標ヨーレートゲイン設定手段と、
車両のヨーレートゲインを推定するヨーレートゲイン推定手段と、
設定された目標ヨーレートゲインと推定されたヨーレートゲインとの差に基づいて、前記ステアリングラック軸の目標ラック軸力を設定する目標ラック軸力設定手段と、
を備え、
前記ラック軸力制御手段は、設定された目標ラック軸力に基づいて前記ラック軸力可変手段を制御することを特徴とするステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のステアリング装置において、
前記目標ヨーレートゲイン設定手段は、低速走行時には目標ヨーレートゲインを大きく、高速走行時には目標ヨーレートゲインを小さくすることを特徴とするステアリング装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
前記ラック軸力可変手段は、前記舵取り機構に対し操舵アシスト力を出力するアシストアクチュエータであることを特徴とするステアリング装置。
【請求項６】
請求項５に記載のステアリング装置において、
前記ステアリングラック軸のラック軸力を検出するラック軸力検出手段と、
設定された目標ラック軸力と検出されたラック軸力との偏差に基づいて、補正アシスト力を設定する補正アシスト力設定手段と、
を備え、
前記ラック軸力制御手段は、設定された補正アシスト力に基づいて前記アシストアクチュエータを制御することを特徴とするステアリング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のステアリング装置において、
前記ラック軸力制御手段は、補正アシスト力を所定範囲内に制限することを特徴とするステアリング装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のステアリング装置において、
前記補正アシスト力設定手段は、目標ラック軸力と、あらかじめ車速毎に設定された目標ラック軸に対する補正アシスト力マップとに基づいて補正アシスト力を設定することを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング操作手段に対するドライバの操舵入力に応じて車両の操向輪を転舵させるステアリング装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置では、車速が高いほどアシスト力を低減することで、低速走行時には軽快な操舵を、高速走行時には良好な操縦安定性を確保しているが、高速走行時では、アシスト力が低下するため、旋回保舵時に必要な保舵力が大きくなり、ドライバに負担がかかる。これを防止するために、高速走行時であっても保舵状態の場合には、アシスト力の低減量を小さくしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、一般ドライバは、低速走行時（30〜80km/h）には車両の回頭性が良い方が走りやすく、高速走行時（100km/h以上）ではスタビリティが高い方が恐怖感はないため走りやすい。ここで、回頭性が良いとは、定常ヨーレートゲインが大きなことをいい、スタビリティが高いとは、定常ヨーレートゲインが小さなことをいう。
【特許文献１】特開平６−１２７４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電動パワーステアリング装置にあっては、低速走行時にアシスト力を大きくし、高速走行時にアシスト力を小さくすることで、上記のようなコンプライアンス特性を得ようとしているが、操舵トルクと車速に基づいてアシスト力を制御するだけでは、充分な特性が得られず、さらなる向上が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、車速に応じた所望のヨーレートゲイン特性が得られるステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明では、
ステアリング操作手段へのドライバの操舵入力に応じて操向輪を転舵させる舵取り機構と、
この舵取り機構のステアリングラック軸に加わるラック軸力を可変するラック軸力可変手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車速に基づいて前記ラック軸力可変手段を制御するラック軸力制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にあっては、車速に基づいてステアリングラック軸のラック軸力を可変することで、横力に対するトー角変化、すなわち、横力コンプライアンスステアを変化させることができるため、車速に応じた所望のヨーレートゲイン特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のステアリング装置を示す全体構成図である。
【００１０】
ドライバの舵取り操作用のステアリングホイール（ステアリング操作手段）１と、舵取り動作を行う舵取り機構２とを連結する操舵軸３に、ステアリングホイール１に加わる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４と、ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ５と、ドライバの操舵力を補助する電動モータ（アシストアクチュエータでありラック軸力可変手段に相当する）６とが配置されている。
【００１１】
ステアリングホイール１は、図示しない車室内部のドライバと対向する位置に、軸周りに回動可能に設けられている。舵取り機構２は、操舵軸３の下端に一体形成された図外のピニオンと、これに噛合するステアリングラック軸７とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置８により構成されている。ステアリングラック軸７は、図示しない車両前部に、左右方向摺動可能に固定されており、その両端は、左右のタイロッド９ａ，９ｂを介して操向用の前輪（操向輪）１０ａ，１０ｂに連結されている。
【００１２】
電動モータ６は、その発生トルクを操舵軸３の回転トルクに変換する減速器６ａを介して、操舵軸３に結合されている。このモータ６に供給されるモータ電流は、パワーアシストコントロールユニット（以下、PSコントロールユニットと略記する。）１１により制御される。
【００１３】
PSコントロールユニット１１には、操舵トルクセンサ４により検出される操舵トルクと、操舵角センサ５により検出される操舵角と、左右前輪１０ａ，１０ｂおよび左右後輪１２ａ，１２ｂの回転軸にそれぞれ設けられた車輪速センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにより検出される各車輪速とが入力される。
【００１４】
PSコントロールユニット１１は、各センサからの入力に基づいて、電動モータ６の目標電流値を算出し、電動モータ６の実電流値が、算出された目標電流値と一致するように、電動モータ６を駆動制御する。
【００１５】
また、PSコントロールユニット１１は、各車輪速センサ１３ａ〜１３ｄにより検出される各車輪速と、ラック軸力センサ（ラック軸力検出手段）１４により検出されるラック軸力と、ヨーレートセンサ１５により検出される車両のヨーレートとに基づいて、電動モータ６の補正電流値を算出し、目標電流値を補正することで、車速に応じてステアリングラック軸７のラック軸力を制御する。
【００１６】
次に、作用を説明する。
［アシスト制御処理］
図２は、PSコントロールユニット１１で実行されるアシスト制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００１７】
ステップS1では、各車輪速センサ１３ａ〜１３ｄにより検出された各車輪速の平均値を、車速（車体速）として読み込み（車速検出手段に相当）、ステップS2へ移行する。
【００１８】
ステップS2では、操舵角センサ５から操舵角を読み込み、ステップS3へ移行する。
【００１９】
ステップS3では、ステップS2で読み込んだ操舵角が操舵判定しきい値θ0以上であるかどうかを判定する。YESの場合にはステップS4へ移行し、NOの場合にはステップS1へ移行する。ここで、操舵判定しきい値θ0は、操舵不感帯を超えて、ドライバが操舵していると判断できる角度であり、例えば、操舵中立位置から左右に5〜10°とする。
【００２０】
ステップS4では、ステップS1で読み込んだ車速と、ステップS2で読み込んだ操舵角とから、図３に示す車速毎の操舵角に応じた基本電流指令値マップを参照して電動モータ６の基本電流指令値を算出し、ステップS5へ移行する。図３に示すように、基本電流指令値は、車速が低いほど大きく、かつ、操舵角が大きいほど大きくなるように設定されている。
【００２１】
ステップS5では、操舵入力に対するヨーレート出力の関係を示す（定常）ヨーレートゲインを推定し（ヨーレートゲイン推定手段に相当）、ステップS6へ移行する。ここで、ヨーレートゲインの推定方法は任意であるが、実施例１では、ステップS1で読み込んだ車速と、ステップS2で読み込んだ操舵角と、ヨーレートセンサ１５により検出される車両のヨーレートとを用い、車両諸元に基づく運動方程式によって設定された車両モデルに基づく演算により推定する。
【００２２】
ステップS6では、ラック軸力センサ１４からラック軸力を読み込み、ステップS7へ移行する。
【００２３】
ステップS7では、ステップS6で読み込んだラック軸力に基づいて、ステアリング剛性を算出し、ステップS8へ移行する。ここで、ラック軸力に応じたステアリング剛性は、あらかじめ実験等により求めた値を記憶しておき、ラック軸力に応じた値を読み込むことで、容易に算出できる。
【００２４】
ステップS8では、ステップS7で算出したステアリング剛性およびサスペンション剛性に基づき、基本横力コンプライアンスステア（実際の基本横力コンプライアンスステア）を算出し、ステップS9へ移行する。ここで、サスペンション剛性および基本横力コンプライアンスステアについても、あらかじめ実験等により求めた値を記憶しておくことで容易に算出できる。
【００２５】
ステップS9では、ステップS1で読み込んだ車速から、図４に示す車速に応じた目標ヨーレートゲインマップを参照して目標ヨーレートゲインを算出し（目標ヨーレート設定手段に相当）、ステップS10へ移行する。図４に示すように、目標ヨーレートゲイン特性は、低速走行時（例えば、30〜80km/h）では大きく、高速走行時（例えば、100km/h以上）では小さくなるような非線形に設定されている。
【００２６】
ステップS10では、ステップS9で算出した目標ヨーレートゲインが得られるような目標横力コンプライアンスステアを算出し、ステップS11へ移行する。
【００２７】
ステップS11では、ステップS10で算出した目標横力コンプライアンスステアと、ステップS8で算出した基本横力コンプライアンスステアとの差分を補正横力コンプライアンスステアとして算出し、ステップS12へ移行する。
【００２８】
ステップS12では、ステップS11で算出した補正横力コンプライアンスステアに基づいて目標ラック軸力を算出し（目標ラック軸力設定手段に相当）、ステップS13へ移行する。
【００２９】
ステップS13では、ステップS12で算出した目標ラック軸力とステップS6で読み込んだラック軸力との差分である補正ラック軸力を算出し、ステップS14へ移行する。
【００３０】
ステップS14では、ステップS14で算出した補正ラック軸力から、図５に示す車速毎の補正ラック軸力に応じた補正電流値マップ（補正アシスト力マップに相当）を参照して補正電流値を算出し（補正アシスト力設定手段に相当）、ステップS15へ移行する。図５に示すように、補正電流値は、補正ラック軸力の絶対値が大きいほど大きくなるように設定されている。また、補正電流値は、アシスト力の変動によりドライバに違和感を与えないよう、上限値ＩLおよび下限値−ＩLが設定されている。
【００３１】
ステップS15では、ステップS4で算出した基本電流指令値にステップS14で算出した補正電流値を加算した値を目標電流指令値として算出し、ステップS16へ移行する。
【００３２】
ステップS16では、電動モータ６の実電流値がステップS15で算出した目標電流指令値と一致するように電動モータ６を駆動し（ラック軸力制御手段に相当）、リターンへ移行する。
【００３３】
すなわち、ステップS9では車速に応じた目標ヨーレートゲインが設定され、ステップS10では目標ヨーレートゲインを実現する目標横力コンプライアンスステアが算出され、ステップS12では目標横力コンプライアンスステアに応じた目標ラック軸力が算出される。続いて、ステップS13では目標ラック軸力と実際のラック軸力との偏差から補正ラック軸力が算出され、ステップS15では補正ラック軸力に基づく補正電流値により基本電流指令値が補正される。
【００３４】
そして、ステップS9で設定される目標ヨーレートゲインは、図４のマップに示したように、低速走行時には大きく、反対に高速走行時には小さくなるため、低速走行時にはオーバーステア方向への横力コンプライアンスステアが発生し、高速走行時にはアンダーステア方向への横力コンプライアンスステアが発生する。これにより、図６に示すように、低速走行時には前輪１０ａ，１０ｂの実舵角が大きくなるオーバーステア傾向となり、高速走行時には前輪１０ａ，１０ｂの実舵角が小さくなるアンダーステア傾向となる。なお、図６において、τは、操舵角検出（ステップS2）からラック軸力検出（ステップS6）までの遅れ時間を表す時定数であり、この時定数τは、制御側の中で数値としてパラメータ設定しておく。
【００３５】
［車速に応じた横力コンプライアンス制御作用］
従来のステアリング装置では、パワーステアリング装置のアシスト力を車速に応じて変化させることにより、低速走行時の回頭性向上と高速走行時の操舵安定性向上との両立を実現しようとしている。ところが、操舵トルクと車速に基づいてアシスト力を制御するのみでは、上記のような操舵特性を実現する定常ヨーレートゲイン特性を得るのは困難である（図７）。
【００３６】
これに対し、実施例１のステアリング装置では、低速走行時には定常ヨーレートゲインが高く、高速走行時には定常ヨーレートゲインが低くなるように、車速に応じて横力コンプライアンスステアを制御することにより、低速走行時の回頭性向上と高速走行時の操舵安定性向上との両立を実現している。
【００３７】
定常ヨーレートゲインＧyは、下記の式(1)に示すように、スタビリティファクタＡの大きさに依存し、スタビリティファクタＡが大きいほど定常ヨーレートゲインＧyは大きくなる。
Ｇy＝（１/ｍ）・（１／（１＋Ａ・Ｖ2））・（Ｖ／ｌ）…(1)
ここで、ｍは車体質量、Ｖは車速、ｌはホイールベースである。
【００３８】
定常円旋回時のスタビリティファクタＡは、下記の式(2)で表すことができる。
Ａ＝−（ｍ／２ｌ2）・（（ｌfＫf−ｌrＫr）／ＫfＫr）  …(2)
ここで、ｌfは前車軸重心点間距離、ｌrは後車軸重心点間距離、Ｋfは前輪タイヤコーナリングフォース、Ｋrは後輪タイヤコーナリングフォースである。
【００３９】
また、前輪タイヤコーナリングフォースＫfは、下記の式(3)で表すことができる。
Ｋf＝Ｋf'／（１−ξＫf'）  …(3)
ここで、Ｋf'は等価コーナリングパワー、ξはトー角量である。
【００４０】
上記式(1)〜(3)から、スタビリティファクタＡは、トー角量ξに依存するため、このトー角量ξを調整することにより、スタビリティファクタＡが変化し、定常ヨーレートゲインＧyの特性を制御できることがわかる。
【００４１】
トー角量ξを制御するためには、ロールステア、横力コンプライアンスステアおよび転舵角等を制御すれば良い。これらのうち、横力コンプライアンスステアは、ステアリング剛性およびサスペンション剛性に依存しており、ステアリング剛性は、ステアリングラック軸７に加わるラック軸力により変化する。
【００４２】
本発明では、車速に応じてラック軸力を可変することで、サスペンション剛性やステアリング剛性に依存せず、横力コンプライアンスステア、すなわちトー角量ξを制御し、低速走行時の回頭性向上と高速走行時の操縦安定性向上とを両立する操舵特性を実現している。
【００４３】
さらに、ラック軸力を制御するアクチュエータとして、電動パワーステアリング装置の電動モータ６を用いているため、ラック軸力を制御するためラック軸力可変手段を別途車載することなく、ラック軸力を制御できる。言い換えると、電動パワーステアリング装置が車載された車両であれば、可変ギア比システム等を用いることなく、車速に応じて定常ヨーレートゲインを制御可能である。
【００４４】
図７は、車速に応じたヨーレートゲインを示す図であり、実施例１では、操舵トルクと車速のみに基づいてアシスト力を制御する従来の電動パワーステアリング装置と比較して、低速走行時の定常ヨーレートゲインがより高く、高速走行時の定常ヨーレートゲインがより低下している。すなわち、従来例と比較して、低速走行時の回頭性重視と高速走行時のスタビリティ重視をより顕著に実現することができる。
【００４５】
次に、効果を説明する。
実施例１のステアリング装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００４６】
(1) ステアリングホイール１へのドライバの操舵入力に応じて前輪１０ａ，１０ｂを転舵させる舵取り機構２と、この舵取り機構２のステアリングラック軸７に加わるラック軸力を可変するラック軸力可変手段（電動モータ６）と、車速を検出する車速検出手段と、車速に基づいてラック軸力可変手段を制御するラック軸力制御手段と、を備えるため、車速に応じて横力コンプライアンスステアを制御でき、車速に応じた所望のヨーレートゲイン特性が得られる。
【００４７】
(2) ラック軸力制御手段は、低速走行時にはラック軸力を大きく、高速走行時にはラック軸力を小さくするため、低速走行時の回頭性重視と高速走行時のスタビリティ重視をより顕著に実現するコンプライアンス特性が得られる。
【００４８】
(3) 車速に応じて車両の目標ヨーレートゲインを設定する目標ヨーレートゲイン設定手段と、車両のヨーレートゲインを推定するヨーレートゲイン推定手段と、設定された目標ヨーレートゲインと推定されたヨーレートゲインとの差に基づいて、ステアリングラック軸７の目標ラック軸力を設定する目標ラック軸力設定手段と、を備え、ラック軸力制御手段は、設定された目標ラック軸力に基づいてラック軸力可変手段（電動モータ６）を制御するため、ヨーレートゲインのフィードバック制御により、ヨーレートゲインを目標ヨーレートゲインにより近づけることができる。
【００４９】
(4) 目標ヨーレートゲイン設定手段は、低速走行時には目標ヨーレートゲインを大きく、高速走行時には目標ヨーレートゲインを小さくする（図４参照）ため、低速時の回頭性向上と高速時の操縦安定性とを両立する操舵特性を実現できる。
【００５０】
(5) ラック軸力可変手段は、舵取り機構２に対し操舵アシスト力を出力する電動モータ６であるため、電動パワーステアリング装置を搭載した車両において、可変ギア比アクチュエータ等を搭載することなくヨーレートゲインを制御できる。
【００５１】
(6) ステアリングラック軸７のラック軸力を検出するラック軸力センサ１４と、設定された目標ラック軸力と検出されたラック軸力との偏差に基づいて、補正アシスト力（補正電流値）を設定する補正アシスト力設定手段と、を備え、ラック軸力制御手段は、設定された補正アシスト力に基づいて電動モータ６を制御するため、ラック軸力のフィードバック制御により、ラック軸力を目標ラック軸力により近づけることができる。
【００５２】
(7) ラック軸力制御手段は、補正アシスト力を所定範囲内（±ＩL）に制限するため、過大な補正アシスト力によりドライバに違和感を与えるのを防止できる。
【００５３】
(8) 補正アシスト力設定手段は、目標ラック軸力と、あらかじめ車速毎に設定された目標ラック軸に対する補正アシスト力マップ（図５参照）とに基づいて補正アシスト力を設定するため、車両毎に、より最適なアシスト力を算出し、車両毎により適切な低速走行時の回頭性、高速走行時の操縦安定性を得ることができる。
【００５４】
（他の実施例）
以上、本発明のステアリング装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５５】
例えば、実施例１では、ラック軸力を可変するラック軸力可変手段として、電動パワーステアリング装置の電動モータ６を用いた例を示したが、本発明は、ステアリングラック軸に加わるラック軸力を可変するラック軸力可変手段を備えたステアリング装置であれば適用できる。例えば、ステアリングホイールと前輪とが機械的に切り離されたステア・バイ・ワイヤ（SBW）システムに適用する場合には、ラック軸力可変手段として、前輪を転舵させる転舵モータを用い、車速に応じて転舵モータの指令電流値を補正することで、ラック軸力を制御する。
【００５６】
実施例１では、アシストアクチュエータとして電動モータを用いた例を示したが、パワーシリンダの油圧を電動モータやソレノイド等を用いて任意に制御可能な油圧パワーステアリング装置にも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１のステアリング装置を示す全体構成図である。
【図２】PSコントロールユニット１１で実行されるアシスト制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】操舵角に応じた基本電流指令値マップである。
【図４】車速に応じた目標ヨーレートゲインマップである。
【図５】補正ラック軸力に応じた補正電流値マップである。
【図６】実施例１の車速に応じた横力コンプライアンス制御作用を示す操舵角に対する前輪実舵角の特性図である。
【図７】実施例１の車速に応じた横力コンプライアンス制御作用を示す車速に対する定常ヨーレートゲインの特性図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ステアリングホイール
２  舵取り機構
３  操舵軸
４  操舵トルクセンサ
５  操舵角センサ
６  電動モータ
６ａ  減速器
７  ラック軸
８  舵取り装置
９ａ，９ｂ  タイロッド
１０ａ，１０ｂ  前輪
１１  パワーアシストコントロールユニット
１２ａ，１２ｂ  後輪
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  車輪速センサ
１４  ラック軸力センサ
１５  ヨーレートセンサ
【図１】
2006159960.tif 000003
【図２】
2006159960.tif 000004
【図３】
2006159960.tif 000005
【図４】
2006159960.tif 000006
【図５】
2006159960.tif 000007
【図６】
2006159960.tif 000008
【図７】
2006159960.tif 000009