(57)【要約】      （修正有）【課題】停車状態で操舵した場合の操舵反力の作用を、システムを大型化することなく正確にシミュレーションできるステアリング装置用試験システムを提供する。【解決手段】ステアリングホイール２から入力される操舵力を、車輪に接続される左右の操舵力出力部7a′、7b′へ伝達するステアリング装置１のための試験システムである。一方の操舵力出力部7a′に接続される車輪Ｗを車輪載置面Ｆに予め設定した力により押し付け、停車状態での操舵反力に対応する目標負荷を、一方の操舵力出力部7a′への作用負荷Ｆ1 とゲインとの積から求める。負荷付与機構30のアクチュエータ31により他方の操舵力出力部7b′に負荷を作用させ、目標負荷と他方の操舵力出力部7b′への作用負荷Ｆ2 との偏差をなくすようアクチュエータ31を制御する。目標負荷の作用方向は一方の操舵力出力部7a′への作用負荷Ｆ1 の作用方向と左右方向に関し逆に設定される。【選択図】図１
2008111785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪に接続される左右の操舵力出力部と、ステアリングホイールから入力される操舵力を各操舵力出力部へ伝達する伝達系とを備えるステアリング装置のための試験システムにおいて、
一方の操舵力出力部に接続される車輪を車輪載置面に予め設定した力により押し付ける押し付け機構と、
他方の操舵力出力部に負荷を付与するアクチュエータを含む負荷付与機構と、
一方の操舵力出力部に作用する負荷を検出する第１負荷センサと、
他方の操舵力出力部に作用する負荷を検出する第２負荷センサと、
停車状態での操舵反力に対応する目標負荷をＦ* 、前記第１負荷センサの検出値をＦ1 、予め定めたゲインをＫａとして、Ｆ* ＝Ｋａ・Ｆ1 の関係を記憶する手段と、
その記憶した関係と前記第１負荷センサの検出値とに基づき目標負荷を求める演算手段と、
前記負荷付与機構により他方の操舵力出力部に負荷を作用させると共に目標負荷Ｆ* と前記第２負荷センサの検出値との偏差をなくすように、前記アクチュエータを制御する制御手段とを備え、
目標負荷Ｆ* の作用方向は前記第１負荷センサによる検出負荷の作用方向と左右方向に関して逆に設定されることを特徴とするステアリング装置用試験システム。
【請求項２】
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する角度センサと、
一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向くか否かを判定する手段とを備え、
一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向いていると判定される時、前記ゲインＫａは前記角度センサによる検出操舵角の関数とされる請求項１に記載のステアリング装置用試験システム。
【請求項３】
一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向いていると判定されない時、前記ゲインＫａは一定とされる請求項２に記載のステアリング装置用試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、停車状態で操舵した場合における操舵反力の作用状態をシミュレーションするのに適したステアリング装置用試験システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
左右の車輪それぞれに接続される左右の操舵力出力部と、ステアリングホイールから入力される操舵力を各操舵力出力部へ伝達する伝達系とを備えるステアリング装置においては、停車状態で操舵した場合における操舵反力が如何にドライバーに伝達されるかが重要な性能の一つである。そのため、ステアリング装置の開発過程においては、実車搭載前に、停車状態で操舵した場合における操舵反力をシミュレーションした負荷を作用させる試験システムを用いて性能評価が行われている。しかし、ステアリング装置における左右の操舵力出力部ぞれぞれに車輪を接続し、かつ、操舵反力を作用させようとすると、試験システムが大型化するためにタイヤの種類の相違に容易に対応できない。そこで、操舵角と操舵反力との関係を含むシミュレーションモデルに基づき、ステアリング装置のステアリングホイールの検出操舵角に応じた操舵反力を求め、その求めた操舵反力に対応する負荷をステアリング装置の操舵力出力部に付与する試験システムを用いることで、左右の操舵力出力部に車輪を接続することなく操舵反力の作用をシミュレーションすることが考えられる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１７２５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
左右の操舵力出力部に車輪を接続することなく操舵反力を付与する場合、車輪と接地面との間の摩擦に基づく操舵反力を演算のみでしかシミュレーションできない。しかし、車輪と接地面との間の摩擦に基づく操舵反力はタイヤ特性に応じて変化するため、演算のみでは正確なシミュレーションは困難であった。本発明は、そのような問題を解決することのできるステアリング装置用試験システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、車輪に接続される左右の操舵力出力部と、ステアリングホイールから入力される操舵力を各操舵力出力部へ伝達する伝達系とを備えるステアリング装置のための試験システムにおいて、一方の操舵力出力部に接続される車輪を車輪載置面に予め設定した力により押し付ける押し付け機構と、他方の操舵力出力部に負荷を付与するアクチュエータを含む負荷付与機構と、一方の操舵力出力部に作用する負荷を検出する第１負荷センサと、他方の操舵力出力部に作用する負荷を検出する第２負荷センサと、停車状態での操舵反力に対応する目標負荷をＦ* 、前記第１負荷センサの検出値をＦ1 、予め定めたゲインをＫａとして、Ｆ* ＝Ｋａ・Ｆ1 の関係を記憶する手段と、その記憶した関係と前記第１負荷センサの検出値とに基づき目標負荷を求める演算手段と、前記負荷付与機構により他方の操舵力出力部に負荷を作用させると共に目標負荷Ｆ* と前記第２負荷センサの検出値との偏差をなくすように、前記アクチュエータを制御する制御手段とを備え、目標負荷Ｆ* の作用方向は前記第１負荷センサによる検出負荷の作用方向と左右方向に関して逆にに設定されることを特徴とする。
実車における操舵反力は、左方の車輪と接地面との間の摩擦に基づき左方の操舵力出力部に作用する反力と、右方の車輪と接地面との間の摩擦に基づき右方の操舵力出力部に作用する反力との和に基づく。そのため、一方の操舵力出力部に接続される車輪と車輪載置面との間の摩擦に基づく反力のみに対応する負荷の大きさは、操舵反力に対応する負荷よりも小さい。本発明によれば、第１負荷センサの検出値Ｆ1 に予め定めたゲインＫａを乗じることで、停車状態での操舵反力に対応する目標負荷Ｆ* を求めている。これにより、左右の操舵力出力部に車輪を接続した場合の操舵反力の大きさに対応する大きさの目標負荷Ｆ* を求めることができる。さらに、一方の操舵力出力部に接続される車輪を車輪載置面に押し付けることで、車輪と車輪載置面との間の摩擦に基づく反力に対応する負荷を第１負荷センサにより検出している。よって、第１負荷センサの検出値Ｆ1 にゲインＫａを乗じることで求める目標負荷Ｆ* を、タイヤ特性に応じて変化する操舵反力に対応させることができる。目標負荷Ｆ* の作用方向を第１負荷センサによる検出負荷の作用方向と左右方向に関して逆に設定し、目標負荷Ｆ* と第２負荷センサの検出値との偏差をなくすようにアクチュエータを制御することで、負荷付与機構により他方の操舵力出力部に目標負荷Ｆ* に対応する負荷を作用させることができる。
【０００５】
操舵角の大きさが小さい時は操舵角に対して操舵反力は略比例するが、操舵角の大きさが大きくなると操舵角に対する操舵反力の増加割合が大きくなる。これは、操舵角の大きさが大きくなると、ホイールアラインメントに基づき、車輪の前部が車両内方側に向く場合は車両外方側に向く場合よりも操舵角に対する操舵反力の増加割合が大きくなることによる。そのため、車輪と車輪載置面との間の摩擦に基づく反力に対応する第１負荷センサの検出値Ｆ1 に乗じるゲインＫａが一定であっても、操舵角の大きさが大きくなく、一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向いている状態でなければ、目標負荷Ｆ* を操舵反力に精度良く対応させることができる。しかし、一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向く場合、そのゲインＫａが一定であると、操舵角の大きさが大きくなると目標負荷Ｆ* が操舵反力に正確に対応しなくなる。
そこで、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する角度センサと、一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向くか否かを判定する手段とを備え、一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向いていると判定される時、前記ゲインＫａは前記角度センサによる検出操舵角の関数とされるのが好ましい。これにより、一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向く時に、目標負荷Ｆ* が操舵反力に精度良く対応するようにゲインＫａを検出操舵角に応じて設定できる。この場合、一方の操舵力出力部に接続される車輪の前部が車両内方側に向いていると判定されない時、前記ゲインＫａは一定とされるのが好ましい。これによって制御構成を簡単化できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のステアリング装置用試験システムによれば、停車状態で操舵した場合における操舵反力の作用を、システムを大型化することなく正確にシミュレーションでき、車種の相違によるタイヤの種類の相違に容易に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置用試験システムを示す。試験対象の電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を舵角が変化するように車輪に伝達する機構を備える。本実施形態の電動パワーステアリング装置１は公知のラックピニオン型とされ、ステアリングホイール２の回転をステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達し、ピニオン５に噛み合うラック６を移動させ、そのラック６の動きを左右タイロッド７ａ、７ｂを介して車輪に伝達することで舵角を変化させる。ラック６にボールジョイント等の自在継手９を介して一端部が連結された各タイロッド７ａ、７ｂの他端部が左右操舵力出力部７ａ′、７ｂ′とされている。実車においては、両操舵力出力部７ａ′、７ｂ′に自在継手、ナックルアーム等を介して車輪が接続される。車輪と接地面との間の摩擦に基づき、操舵力に応じた操舵力出力部７ａ′、７ｂ′からの出力に対する操舵反力が操舵力出力部７ａ′、７ｂ′に作用する。ステアリングシャフト４、ピニオン５、ラック６、タイロッド７ａ、７ｂが、ステアリングホイール２の操舵力を操舵力出力部７ａ′、７ｂ′へ伝達する伝達系αを構成する。
【０００８】
伝達系αに作用する操舵補助力の発生用モータ１０が設けられている。モータ１０の出力シャフトの回転が減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達されることで操舵補助力が付与される。モータ１０は車載用コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。制御装置２０に、ステアリングホイール２の操舵トルクを検出するトルクセンサ２２が接続される。なお、実車への組込時においては制御装置２０に車速センサが接続される。制御装置２０は、トルクセンサ２２により求めた操舵トルクと車速とに応じた操舵補助力を発生するようにモータ１０を制御する。本実施形態のステアリングシャフト４は、ステアリングホイール２側とピニオン５側とに分割されると共にトーションバーにより連結され、ステアリングホイール２の操舵角とピニオン５の回転角の差であるトーションバーの捩れ角に、トーションバーのバネ定数を乗じることで得られる操舵トルクがトルクセンサ２２により検出される。
【０００９】
電動パワーステアリング装置１は、ラック６を覆うハウジング６ａとステアリングシャフト４を支持するステアリングコラム（図示省略）を介して試験システムの支持台６０に取り付けられる。支持台６０に取り付けられた電動パワーステアリング装置１の一方の操舵力出力部７ａ′に車輪Ｗが接続される。車輪Ｗは、支持台６０に車両のサスペンション機構と同様の連結機構６１を介して連結され、押し付け機構６２によって車輪載置面Ｓに予め設定した力により押し付けられる。押し付け機構６２は、例えば流体圧シリンダ６２ａにより連結機構６１を介して車輪Ｗを車輪載置面Ｓに押し付ける力を発生する。その押し付ける力は実車の前輪荷重に応じて定めればよい。
【００１０】
他方の操舵力出力部７ｂ′に負荷を付与するＡＣサーボモータ３１（アクチュエータ）を含む負荷付与機構３０が設けられている。負荷付与機構３０は、操舵力出力部７ｂ′にボールジョイント等の自在継手３２を介して連結されるボールナット３３にねじ合わされるボールスクリュー３４を、減速ギヤ機構３５を介してモータ３１により駆動することで、操舵力出力部７ｂ′に負荷を付与する。
【００１１】
モータ３１はコンピュータにより構成される試験制御装置４０に駆動回路４３を介して接続される。試験制御装置４０は、ステアリングホイール２の操舵角θを求める角度センサ２３にＡ／Ｄ変換器４２を介して接続され、さらに、車速を入力する車速入力部４４に接続されている。車速入力部４４は、例えばキーボードスイッチやペダル状の入力スイッチ等により構成できる。なお、電動パワーステアリング装置１が操舵補助力発生用モータ１０を操舵角に応じて制御する場合、角度センサ２３として電動パワーステアリング装置１に備えられるものを用いればよい。
【００１２】
試験制御装置４０に第１負荷センサ６４と第２負荷センサ６５が接続される。本実施形態では、一方のタイロッド７ａの軸方向に沿う軸力Ｆ1 が一方の操舵力出力部７ａ′に作用する負荷として第１負荷センサ６４により検出され、他方のタイロッド７ｂの軸方向に沿う軸力Ｆ2 が他方の操舵力出力部７ｂ′に作用する負荷として第２負荷センサ６５により検出される。
【００１３】
試験制御装置４０は、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの前部が車両内方側に向くか否かを判定する手段として機能する。本実施形態においては、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの車両外方側が右方とされ、角度センサ２３による検出操舵角θの符号は、右方への操舵時に正、左方への操舵時に負とされ、一方のタイロッド７ａの軸力Ｆ1 の符号は、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの前部が車両外方に向く時（右操舵時）に正、車両内方に向く時（左操舵時）に負とされる。よって、検出操舵角θの符号が負であり、第１負荷センサ６４の検出軸力Ｆ1 の符号が負である時、試験制御装置４０は一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの前部が車両内方側に向くと確実に判定できる。
【００１４】
試験制御装置４０は、車速が零すなわち停車状態での操舵反力に対応する目標負荷をＦ* 、第１負荷センサ６４の検出値をＦ1 、予め定めたゲインをＫａとして、Ｆ* ＝Ｋａ・Ｆ1 の関係を記憶する手段として機能すると共に、その記憶した関係と第１負荷センサ６４の検出値Ｆ1 とに基づき目標負荷Ｆ* を求める演算手段として機能する。ここで、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの前部が車両内方側に向くと判定される時、目標負荷Ｆ* の演算に用いるゲインＫａは角度センサ２３による検出操舵角の関数とされ、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの前部が車両内方側に向いていると判定されない時、そのゲインＫａは一定とされる。その一定のゲインＫａおよび操舵角の関数であるゲインＫａは、予め実験により求めて記憶すればよい。
すなわち図２に示すように、操舵角θと操舵反力Ｒとの関係は、操舵角θの大きさが小さい時は操舵角θに対して操舵反力Ｒは略比例するが、操舵角θの大きさが大きくなると操舵角θに対する操舵反力Ｒの増加割合が大きくなる。これは、操舵角θの大きさが大きくなると、ホイールアラインメントに基づき、車輪の前部が車両内方側に向く場合は車両外方側に向く場合よりも操舵角に対する操舵反力の増加割合が大きくなることによる。そのため、車輪Ｗと車輪載置面Ｓとの間の摩擦に基づく反力に対応する第１負荷センサ６４の検出値Ｆ1 に乗じるゲインＫａが一定であっても、操舵角θの大きさが大きくなく、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの前部が車両内方側に向いている状態でなければ、目標負荷Ｆ* を操舵反力Ｒに精度良く対応させることができる。また、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗの前部が車両内方側に向く場合、そのゲインＫａが一定であると、操舵角θの大きさが大きくなると目標負荷Ｆ* が操舵反力Ｒに正確に対応しなくなる。この場合、ゲインＫａを検出操舵角θの関数とすることで、目標負荷Ｆ* を操舵反力Ｒに精度良く対応させることができる。これにより、操舵角θと操舵反力Ｒとの関係を、ゲインＫａが一定であれば図２において実線で示すように車輪前部が車両内方側に向く場合は車両外方側に向く場合と相異するのに対し、ゲインＫａを検出操舵角θの関数とすることで、車輪前部が車両内方側に向く場合も破線で示すように車両外方側に向く場合と同様にできる。
【００１５】
試験制御装置４０は、負荷付与機構３０により他方の操舵力出力部７ａ′に負荷を作用させると共に求めた目標負荷Ｆ* と第２負荷センサ６５の検出軸力Ｆ2 との偏差をなくすように、モータ３１を制御する。図３は試験制御装置４０によるモータ３１の制御ブロック線図であり、第１負荷センサ６４の検出値Ｆ1 に応じた目標負荷Ｆ* をゲインＫａに基づき求め、目標負荷Ｆ* と第２負荷センサ６５の検出値Ｆ2 との偏差ΔＦに対応する目標電流Ｉ* を本実施形態ではＰＩＤ制御演算により求め、目標電流Ｉ* が印加されるように駆動回路４３を介してモータ３１を例えばＰＷＭ駆動することで、負荷付与機構３０により他方の操舵力出力部７ｂ′に負荷を付与する。他方の操舵力出力部７ｂ′に付与される負荷の方向は、一方のタイロッド７ａに作用する軸力Ｆ1 が引っ張り力であれば他方のタイロッド７ｂに作用する軸力Ｆ2 は圧縮力になり、一方のタイロッド７ａに作用する軸力Ｆ1 が圧縮力であれば他方のタイロッド７ｂに作用する軸力Ｆ2 は引っ張り力になるように定められる。すなわち目標負荷Ｆ* の作用方向は、第１負荷センサ６４による検出負荷の作用方向と左右方向に関して逆に設定される。
【００１６】
車速入力部４４により入力される車速が制御装置２０に入力可能なように、制御装置２０と試験制御装置４０が接続される。制御装置２０は、トルクセンサ２２により求めた操舵トルクと入力車速とに応じた操舵補助力を発生するように、記憶した操舵補助プログラムに基づきモータ１０を制御する。停車状態で操舵した場合におけるシミュレーションを行う場合、入力車速は零とされる。
【００１７】
図４のフローチャートは上記試験システムによる負荷の付与手順を示す。
まず、車速入力部４４からの入力により車速を零に設定し（ステップＳ１）、トルクセンサ２２による検出操舵トルクＴｈ、角度センサ２３による検出操舵角θ、各負荷センサ６４、６５による検出軸力Ｆ1 、Ｆ2 を読み込み（ステップＳ２）、検出操舵角θの符号と第１負荷センサ６４の検出軸力Ｆ1 の符号が負であるか否かにより、車輪Ｗの前部が車両内方側に向くか否かを判定し（ステップＳ３）、車輪Ｗの前部が車両内方側に向くと判定される場合は検出操舵角θの関数ｆ（θ）であるゲインＫａを求める（ステップＳ４）。ステップＳ３において車輪Ｗの前部が車両内方側に向くと判定されない場合、ゲインＫａを一定値に設定する（ステップＳ５）。次に、求めたゲインＫａを用いて目標負荷Ｆ* を求め（ステップＳ６）、目標負荷Ｆ* と第２負荷センサ６５の検出軸力Ｆ2 との偏差ΔＦを求め（ステップＳ７）、その偏差ΔＦを低減するようにモータ３１を制御することで負荷付与機構３０により他方の操舵力出力部７ｂ′に負荷を付与し（ステップＳ８）、検出操舵トルクＴｈに応じた操舵補助力をモータ１０の制御により付与し（ステップＳ９）、制御を終了するか否か判断し（ステップＳ１０）、終了しない場合はステップＳ２に戻る。
【００１８】
上記実施形態の試験システムによれば、第１負荷センサ６４の検出値Ｆ1 に予め定めたゲインＫａを乗じることで、停車状態での操舵反力に対応する目標負荷Ｆ* を求めている。これにより、左右の操舵力出力部７ａ′、７ｂ′に車輪を接続した場合の操舵反力の大きさに対応する大きさの目標負荷Ｆ* を求めることができる。さらに、一方の操舵力出力部７ａ′に接続される車輪Ｗを車輪載置面Ｓに押し付けることで、車輪Ｗと車輪載置面Ｓとの間の摩擦に基づく反力に対応する軸力Ｆ1 を第１負荷センサ６４により検出している。よって、第１負荷センサ６４の検出値Ｆ1 にゲインＫａを乗じることで求める目標負荷Ｆ* を、タイヤ特性に応じて変化する操舵反力に対応させることができる。目標負荷Ｆ* の作用方向を第１負荷センサ６４による検出負荷の作用方向と左右方向に関して逆に設定し、目標負荷Ｆ* と第２負荷センサ６５の検出値との偏差をなくすようにモータ３１を制御することで、負荷付与機構３０により他方の操舵力出力部７ｂ′に目標負荷Ｆ* に対応する負荷を作用させることができる。
【００１９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、目標負荷Ｆ* を実際の操舵反力に一層精度良く対応させるため、車輪Ｗの前部の向きに関わらずゲインＫａを検出操舵角θの関数としてもよい。また、目標負荷Ｆ* を実際の操舵反力にそれ程精度良く対応させる必要がない場合、車輪Ｗの前部の向きに関わらずゲインＫａを一定としてもよい。また、本発明の試験システムによる試験対象のステアリング装置は電動パワーステアリング装置に限定されず、例えばマニュアルタイプのステアリング装置にも本発明を適用できる。さらに、負荷付与機構や押し付け機構の構成は、負荷や押し付け力を作用させることができれば特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態のステアリング装置用試験システムの構成説明図
【図２】操舵角と操舵反力との関係を示す図
【図３】本発明の実施形態のステアリング装置用試験システムにおける試験制御装置によるモータの制御ブロック線図
【図４】本発明の実施形態のステアリング装置用試験システムによる負荷の付与手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２１】
１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、７ａ′、７ｂ′…操舵力出力部、２０…制御装置、２３…角度センサ、３０…負荷付与機構、３１…ＡＣサーボモータ（アクチュエータ）、４０…試験制御装置（演算手段、制御手段、記憶手段、判定手段）、６２…押し付け機構、６４…第１負荷センサ、６５…第２負荷センサ、α…伝達系、Ｓ…車輪載置面、Ｗ…車輪
【図１】
2008111785.tif 000003
【図２】
2008111785.tif 000004
【図３】
2008111785.tif 000005
【図４】
2008111785.tif 000006