(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、該手動操舵手段に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵角速度を検出するための操舵角速度検出手段と、車速検出手段と、該車速検出手段及び前記操舵トルク検出手段の検出値に基づいて補助操舵トルクを決定すると共に前記車速検出手段及び前記操舵角速度検出手段の検出値に基づいて補助反力トルクを決定し、決定した補助操舵トルク値及び補助反力トルク値から補助トルク値を決定する補助トルク決定手段と、前記操向車輪に決定した前記補助トルク値に基づく補助トルクを加えるための電動機とを有する車両用操舵装置に於いて、
運転者の操舵状態を判別する手段を有し、
検出された運転者の操舵状態が手放しの状態と判別した場合には前記補助操舵トルク値を大きくさせるようになってい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、特に電動機により操舵時に適正な操舵補助を行うと共に外乱発生時に車両挙動を抑制する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５０−３３５８４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トルクを軽減するべく、該操舵トルクの検出結果から車速等に応じて上記操舵トルクを軽減するための補助操舵トルク（アシストトルク）と、ステアリングホイールの急峻な回転を抑制し、運転者に適度な抵抗感を与えると共にステアリングの収斂性を向上するべく、操舵角速度の検出結果から車速等に応じた反力成分としての補助反力トルク（ダンピングトルク）とを発生させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両が轍路や不整路面等を走行したりするとキングビン回りにモーメントが生じる場合があるが（外乱入力）、その程度によってはハンドル取られを生じる。
【０００４】
上記したような電動パワーステアリング装置では、通常このような外乱入力が発生した場合に、トルクセンサがハンドル取られによるトルクを検知し、外乱に対抗するようにアシストトルクを生じると共に外乱により生じる操舵角速度を検知し、ハンドル取られを抑える方向にダンピングトルクを生じるようになっている。
【０００５】
しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置にあっては、操舵感を適切にするようにのみアシストトルク及びダンピングトルクが設定されているため、手放し時におけるハンドル取られ抑制効果が充分でないという問題があった。
【０００６】
このハンドル取られを抑制する効果は、アシストトルク及びダンピングトルクをできるだけ大きく設定することにより高めることができるが、アシストトルクをあまり大きく設定すると、通常操舵時の操舵トルクが必要以上に軽くなってしまい、またダンピングトルクをあまり大きく設定すると、操舵時に強い粘性感が生じてしまうため、いずれの場合も操舵感が不自然となるという問題がある。
【０００７】
一方、操舵感は運転者が積極的に操舵しようとする場合には重要であるが、手放しに近い状想ではその重要度は低い。逆にハンドル取られを抑制する効果は、運転者が積極的に操舵している場合に比べて手放しに近い場合の方が重要である。これは、手放しに近い方が急峻なハンドル取られに対する運転者の修正操舵が遅れることによる。
【０００８】
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、その目的は、外乱作用時の偏向抑制性能を高め、かつ通常旋回時の操舵感を適切に設定することが可能な車両用操舵装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、本発明によれば、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、該手動操舵手段に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵角速度を検出するための操舵角速度検出手段と、車速検出手段と、該車速検出手段及び前記操舵トルク検出手段の検出値に基づいて補助操舵トルクを決定すると共に前記車速検出手段及び前記操舵角速度検出手段の検出値に基づいて補助反力トルクを決定し、決定した補助操舵トルク値及び補助反力トルク値から補助トルク値を決定する補助トルク決定手段と、前記操向車輪に決定した前記補助トルク値に基づく補助トルクを加えるための電動機とを有する車両用操舵装置に於いて、運転者の操舵状態を判別する手段を有し、検出された運転者の操舵状態が手放しの状態と判別した場合には前記補助操舵トルク値を大きくさせるようになっていることを特徴とする車両用操舵装置を提供することによって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的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。
【００１１】
図１に、本発明が適用された第１の実施形態に於ける車両用操舵装置の概略構成を示す。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に自在継手を有する連結軸３を介して連結されたピニオン４と、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を介して操向車輪としての左右の前輪６のナックルアームにその両端が連結されたラック軸８とを有するラック・アンド・ピニオン機構からなる手動操舵手段を有している。また、ラック・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力に対して後記する補助操舵トルクから補助反力トルクを減じてなる補助トルクを付加するべく、電動パワーステアリング装置を構成する電動機９がラック軸８の中間部に同軸的に配設されている。
【００１２】
ラック・アンド・ピニオン機構のピニオン４の近傍にはステアリングホイール１の回転角から操舵角速度を検出するための操舵角速度検出手段としての操舵角速度センサ１１と、ピニオン４に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ１２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検出手段としての車速センサ１３とが設けられ、これら各センサは、その検出値に基づいて電動機９の出力を制御するための操舵制御ユニット１７に接続されている。
【００１３】
図２に示されるように、上記した操舵制御ユニット１７内には、電動パワーステアリング装置としての補助トルクを演算するための補助トルク決定手段１７ａが設けられている。補助トルク決定手段１７ａには、操舵角速度センサ１１・トルクセンサ１２・車速センサ１３の各検出信号が入力しており、それらの各検出信号に応じて通常のアシスト制御を行う補助操舵トルク（アシストトルク）及び補助反力トルク（ダンピングトルク）を決定するようになっている。また、補助トルク決定手段１７ａには運転者の操舵状態を判別するための操舵状態判別手段１８が接続され、上記操舵角速度センサ１１、トルクセンサ１２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。
【００１４】
操舵制御ユニット１７内には、補助トルク決定手段１７ａから出力される補助トルク値に応じて電動機９に対する目標電流を設定する目標電流決定手段１７ｂと、その目標電流に応じて電動機９に流す電流を制御する出力電流制御手段１７ｃとが設けられている。そして、出力電流制御手段１７ｃからの電流制御信号が、操舵制御ユニット１７と電動機９との間に設けられた駆動回路１９に入力され、該駆動回路１９は電動機９を例えばＰＷＭ制御によって駆動するようになっていると共に駆動回路１９と出力電流制御手段１７ｃとの間で出力電流のフィードバック制御が行われるようになっている。
【００１５】
操舵制御ユニット１７内の補助トルク決定手段１７ａに於いては、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、各センサの信号出力を読込み（ステップ１）、ステップ２にて補助操舵トルク値Ｔ１及び補助反力トルク値Ｔ２を決定し（ステップ２）、補助操舵トルク値Ｔ１から補助反力トルク値Ｔ２を減じ（ステップ３）、補助トルク値Ｔとして目標電流決定手段１７ｂに出力する（ステップ４）。
【００１６】
この処理を図４〜図１０を併せて参照して更に詳しく説明する。先ず上記ステップ１に於いては、図４のフローチャートに示すように、車速Ｖ（ステップ１１）、操舵角速度ω（ステップ１２）、操舵トルクＴｓ(ステップ１３）をそれぞれ読込む処理が行われる。
【００１７】
次に上記ステップ２に於いては、図５のフローチャートに示すように、まず、ステップ２１にて操舵トルクＴｓをアドレスとし、車速Ｖごとに異なる特性に設定されている２種類のデータテーブル（図７（ａ）、図７（ｂ））から、補助操舵トルク値（アシストトルク値）Ｔ1及びＴ1’を求める。ここで、図７（ａ）のデータテーブルに比較して図７（ｂ）のデータテーブルはその係数の傾きが急になっている。従って、Ｔ1を補助操舵トルク値として採用した場合よりもＴ1’を採用した場合の方が操舵トルクＴｓに対する補助操舵トルク成分が大きくなる。
【００１８】
次に、ステップ２２にて操舵角速度ωをアドレスとし、車速Ｖごとに異なる特性に設定されている２種類のデータテーブル（図７（ｃ）、図７（ｄ））から、補助反力トルク値（ダンピングトルク値）Ｔ2及びＴ2’を求める。ここで、図７（ｃ）のデータテーブルに比較して図７（ｄ）のデータテーブルはその係数の傾きが急になっている。従って、Ｔ2を補助反力トルク値として採用した場合よりもＴ2’を採用した場合の方が操舵角速度ωに対する補助反力トルク成分が大きくなる。
【００１９】
次に操舵状態判別手段１８にて運転者の操舵状態を判別する（ステップ２３、２４）。ここでは下式に基づき運転者の操舵状態を検出する。まず、ステアリングホイール回りの運動方程式は、
【００２０】
【数１】
0004018794.tif 000002
【００２１】
この式全体を時間積分すると、
【００２２】
【数２】
0004018794.tif 000003
【００２３】
これを変形して、
【００２４】
【数３】
0004018794.tif 000004
【００２５】
ここで、ＴS（ｋｇ・ｃｍ）はトルクセンサ値、ＴH（ｋｇ・ｃｍ）は保舵または操舵トルク、ω（ｄｅｇ・ｓｅｃ）は操舵角速度、ＪH（ｋｇ・ｍ）はステアリングホイールのイナーシャである。
【００２６】
上記ＴSとωとの実測値が得られることからＴHが求められる。即ち、（３）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。
【００２７】
実際には、（３）式の計算を時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝Ｘまでについて行う。
【００２８】
【数４】
0004018794.tif 000005
【００２９】
ただし、ωXは時刻Ｘに於ける操舵角速度である。
【００３０】
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、（４）式の第１項を時刻ｔ＝Ｘ−Ｎで２分して、
【００３１】
【数５】
0004018794.tif 000006
【００３２】
とし、更に（５）式の第１項を時刻ｔ＝Ｘ−Ｎに於ける操舵角速度ωX-Nに置き換えて、
【００３３】
【数６】
0004018794.tif 000007
【００３４】
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ＴHが求められる。
【００３５】
上記ステップ２３で求めたＴH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ステップ２４で判別する。そして、操舵力が低い（軽保舵時）か、または発生していない（手放し時）と判別した場合、上記ステップ２１で求めたＴ1’を補助操舵トルク値Ｔ1として採用し、かつ上記ステップ２２で求めたＴ2’を補助反力トルク値Ｔ2として採用し、その後の処理に用いる（ステップ２５）。また、運転者が補舵または操舵していると判別した場合、上記ステップ２１、２２で求めたＴ1、Ｔ2をそのままその後の処理に用いる（ステップ２６）。
【００３６】
そして、補助操舵トルク値Ｔ1から補助反力トルク値Ｔ2を減算して補助トルク値Ｔを求める（ステップ２７）。
【００３７】
上記ステップ２の制御ブロック図は図６に示すとおりで、ステップ２１〜２７は図６の各ブロックに対応する。
【００３８】
このようにして決定された補助トルク値Ｔを目標電流決定手段１７ｂにて電流値に変換し、電動機９に供給し、補助トルクを発生させる。
【００３９】
図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、例えば断面がＶ字状の轍路２１を車両２０が走行中、車輪６が斜面２１ａに接地している際に制動力Ｂを作用させると、接地点Ｐがキングピン軸Ｏとずれていることにより、キングピン軸Ｏ回りにモーメントＩが発生する。特に、操舵力が低いか、または発生していない場合、そのままではハンドル取られが生じるが、ハンドル取られによる操舵角速度ωが発生することから、上記処理を行うことで、通常よりも大きな補助反力トルク値Ｔ2が、操舵角速度ωが減速する方向に、即ち中立位置を維持するように発生する。また、同時に各部の慣性、摺動抵抗などにより操舵トルクＴｓが小さいながら発生することから通常よりも大きな補助操舵トルク値Ｔ1が、操舵トルクＴｓが軽減されるように、即ち中立位置を維持するように発生する。そして、これらにより車両２０の偏向を妨げる向きに電動機１０が駆動されるようになる。そして、運転者が車両の偏向に気づき、ハンドルを握ったら通常の補助トルクに戻ることから、運転者のハンドル操作に支障をきたすことはない。尚、車輪６が斜面２１ａに接地している際に制動力に代えて駆動力を作用させた場合も同様であることは言うまでもない。
【００４０】
尚、上記構成では補助操舵トルク値Ｔ1及び補助反力トルク値Ｔ2を求めるのに各々２種類のデータテーブルを用いたが、３種類以上のテーブルを用い、運転者の保舵の程度に応じて切り換えるようにしても良い。
【００４１】
図９は、上記実施形態の変形例を示す図６と同様な図であり、上記実施形態と同様な部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本例では、図５のステップ２４に相当するステップ２３’にて運転者の操舵または保舵力の程度ｙを０（操舵または保舵）〜１（手放し）の間で求め、ステップ２４’で、
ｙ・Ｔ1’＋（１−ｙ）・Ｔ1
を補助操舵トルク値Ｔ1とし、
ｙ・Ｔ2’＋（１−ｙ）・Ｔ2
を補助反力トルク値Ｔ2としてその後の処理に用いる（ステップ２５、２６は削除）。
【００４２】
即ち、操舵または保舵の程度が大きければ、補助操舵トルク値Ｔ1及び補助反力トルク値Ｔ2を小さくし、高速時等の操舵違和感を軽減し、操舵または保舵の程度が小さくなる程、その程度に応じて補助操舵トルク値Ｔ1及び補助反力トルク値Ｔ2を大きくし、外乱抑制効果を高くするようにしている。
その対応する部分を破線で囲んでステップ２４’、２５’として図９に記した。それ以外の構成、作用・効果は上記実施形態と同様である。
【００４３】
上記各実施形態では、操舵状態判別手段による運転者の操舵状態に応じて補助操舵トルク値Ｔ1及び補助反力トルク値Ｔ2を２段階以上に段階的、または連続的に変化させるようにしたが、助操舵トルク値Ｔ1及び補助反力トルク値Ｔ2のいずれか一方のみを変化させるようにしても良い。
【００４４】
例えば、操舵状態判別手段による運転者の操舵状態に応じて補助操舵トルク値Ｔ1のみを変化させるようにした場合、ハンドル取られが生じそうになったら、各部の慣性、摺動抵抗などにより操舵トルクＴｓが小さいながら発生することから通常よりも大きな補助操舵トルク値Ｔ1が、操舵トルクＴｓが軽減されるように、即ち中立位置を維持するように発生する。これにより車両２０の偏向を妨げる向きに電動機１０が駆動されるようになる。そして、運転者が車両の偏向に気づき、ハンドルを握ったら通常の補助トルクに戻るようになる。
【００４５】
また、操舵状態判別手段による運転者の操舵状態に応じて補助反力トルク値Ｔ2のみを変化させるようにした場合、ハンドル取られが生じそうになったら、操舵角速度ωが発生することから通常よりも大きな補助反力トルク値Ｔ2が、操舵角速度ωが減速する方向に、即ち中立位置を維持するように発生する。これにより車両２０の偏向を妨げる向きに電動機１０が駆動されるようになる。そして、運転者が車両の偏向に気づき、ハンドルを握ったら通常の補助トルクに戻るようになる。
【００４６】
【発明の効果】
このように本発明による車両用操舵装置によれば、手放しまたは軽保舵状態では、補助操舵トルク及び／または操舵角速度に基づく補助反力トルクの割合を高くして外乱作用時の偏向抑制性能を高め、それ以外の通常走行時には補助操舵トルク及び／または補助反力トルクの割合を、適切な操舵感が得られるように設定することで、運転者の操舵に関与する程度に応じて外乱作用時の偏向抑制性能及び通常旋回時の適正な操舵感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された第１の実施形態に於ける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】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】同操舵装置の制御系の回路ブロック図及び同制御処理に用いられるデータテーブル。
【図７】（ａ）、（ｂ）は共に同制御処理に用いられるデータテーブルの拡大図。
【図８】（ａ）は轍路走行時に制動力を受けた場合の車輪の動きを模式的に示す平面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線について見た図。
【図９】本発明が適用された第２の実施形態に於ける車両用操舵装置の制御系の回路ブロック図。
【符号の説明】
１  ステアリングホイール
２  ステアリングシャフト
３  連結軸
４  ピニオン
５  タイロッド
６  前輪
８  ラック軸
９  電動機
１１  操舵角速度センサ
１２  トルクセンサ
１3  車速センサ
１７  操舵制御ユニット
１７ａ  補助トルク決定手段
１７ｂ  目標電流決定手段
１７ｃ  出力電流制御手段
１８  操舵状態判別手段
１９  駆動回路
２０  車両
２１  轍路
２１ａ  斜面
【図１】
0004018794.tif 000008
【図２】
0004018794.tif 000009
【図３】
0004018794.tif 000010
【図４】
0004018794.tif 000011
【図５】
0004018794.tif 000012
【図６】
0004018794.tif 000013
【図７】
0004018794.tif 000014
【図８】
0004018794.tif 000015
【図９】
0004018794.tif 000016