(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に対する左右の操舵輪（ＷFL，ＷFR）の切れ角が同一になるパラレルジオメトリ式の操舵系と、この操舵系に操舵補助トルクを付加する電動パワーステアリング装置（Ｓ）と、この電動パワーステアリング装置（Ｓ）の作動を制御する制御手段（Ｕ）とを備えてなる車両の操舵制御装置において、
前記制御手段（Ｕ）は、操舵角（θ）の増加に応じて増加した後に所定の上限値に保持され且つ車速（Ｖ）が小さいほど前記上限値が大きくなるよう中立位置への復元方向トルクを設定して、前記操舵補助トルクから前記復元方向トルクを減算したトルクを前記操舵系に付加するよう電動パワーステアリング装置（Ｓ）の作動を制御することを特徴とする、車両の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体に対する左右の操舵輪の切れ角が同一になるパラレルジオメトリ式の操舵系を備えた車両の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は車両の操舵系として一般的に採用されているアッカーマンジオメトリを示すものである。図５（ｂ）に示すように、アッカーマンジオメトリは操舵輪である左右の前輪ＷFL，ＷFRを操舵したとき、左右の後輪ＷRL，ＷRRの共通の軸線ＬR に対して、左右の前輪ＷFL，ＷFRの軸線ＬFL，ＬFRが同一点Ｏで交差するものであり、該ジオメトリによって大操舵角での旋回をスムーズに行わせることができる。アッカーマンジオメトリでは、車両の左旋回時には左前輪ＷFLの切れ角が右前輪ＷFRの切れ角よりも大きくなり、車両の右旋回時には右前輪ＷFRの切れ角が左前輪ＷFLの切れ角よりも大きくなる。この左右の前輪ＷFL，ＷFRの切れ角の差異は、図５（ａ）に示すように、左右の前輪ＷFL，ＷFRの転舵中心となるキングピンＰ1 ，Ｐ1 と、ナックルおよびタイロッドの結合ピンＰ2 ，Ｐ2 とを結ぶラインを車体前後軸線に対してそれぞれ角度αだけ傾斜させ、両ラインの交点を左右の後輪ＷRL，ＷRRの共通の軸線ＬR 上に位置させることにより実現可能である。
【０００３】
図４は上記アッカーマンジオメトリと異なるパラレルジオメトリを示すものである。図４（ｂ）に示すように、パラレルジオメトリは操舵輪である左右の前輪ＷFL，ＷFRが同一の切れ角で操舵されるもので、左右の後輪ＷRL，ＷRRの共通の軸線ＬR に対して、左右の前輪ＷFL，ＷFRの軸線ＬFL，ＬFRが異なる２点ＯL ，ＯR で交差する。このパラレルジオメトリを実現するには、図４（ａ）に示すように、左右の前輪ＷFL，ＷFRの転舵中心となるキングピンＰ1 ，Ｐ1 と、ナックルおよびタイロッドの結合ピンＰ2 ，Ｐ2 とを結ぶラインを、車体前後軸線に対して平行にすれば良い。
【０００４】
ところで、上記アッカーマンジオメトリを採用した車両が最小旋回半径で旋回するとき、旋回内輪の切れ角は他部品との干渉等の理由により限界状態に達するのに対して、旋回外輪の切れ角は旋回内輪の切れ角よりも小さいために限界状態に達することはなく、限界状態に達するまでに若干の余裕を残すことになる。従って、車両の最小旋回半径をできるだけ小さくするという観点では、アッカーマンジオメトリは旋回外輪の切れ角の余裕分を有効に生かしていないことになる。それに対して、パラレルジオメトリでは旋回内輪および旋回外輪の両方の切れ角が同時に限界状態に達するため、車両の最小旋回半径の減少に寄与することができる。
【０００５】
図６には、左旋回中における左右の前輪ＷFL，ＷFRの摩擦円が示される。
【０００６】
車両が左旋回すると車体が遠心力で旋回外側（右側）に傾くため、旋回内輪である左前輪ＷFLの接地荷重が減少して摩擦円の直径が小さくなり、逆に旋回外輪である右前輪ＷFRの接地荷重が増加して摩擦円の直径が大きくなる。このとき、左右の前輪ＷFL，ＷFRに加わる駆動力ＦL1，ＦR1はディファレンシャルで均等に配分されて等しくなるが、接地荷重×タイヤのスリップアングルで与えられる横力ＦL2，ＦR2は左右の前輪ＷFL，ＷFRで不均一になる。一般的には、旋回内輪（左旋回時には左前輪ＷFL）が先に摩擦円を使い切って空転するため、急旋回時の駆動限界は旋回内輪によって決まることになる。
【０００７】
そこで、旋回内輪が分担する横力を接地荷重の差に起因するもの以上に減少させ、旋回外輪が分担する横力を接地荷重の差に起因するもの以上に増加させることにより、旋回内輪が先に空転するのを防止して駆動限界を延ばすことが考えられるが、そのためには横力の大きさと比例関係にあるスリップアングルが旋回内輪で小さくなり、旋回外輪で大きくなるような特性を持つ前記パラレルジオメトリを採用すれば良い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、パラレルジオメトリを採用すれば車両の最小旋回半径を減少させることが可能になるだけでなく、旋回内輪の空転を防止して駆動限界を延ばすことが可能になるが、大操舵角時のハンドル復元性が低下するという問題が発生する。その理由を図７に基づいて以下に説明する。
【０００９】
図７は、パラレルジオメトリを採用した車両が大操舵角・低車速で左旋回している状態を示している。このとき、左右の前輪ＷFL，ＷFRのタイヤの進行方向は旋回中心Ｏを中心とする円弧の接線方向に一致しており、左右の前輪ＷFL，ＷFRのタイヤの向きに対してスリップアングルθL ，θR （θL ≒θR ）だけずれている。より具体的には、旋回内輪である左前輪ＷFLでは、そのタイヤの向きに対して進行方向がスリップアングルθL だけ左側にずれており、また旋回外輪である右前輪ＷFRでは、そのタイヤの向きに対して進行方向がスリップアングルθR だけ右側にずれている。
【００１０】
既に説明したように、横力は接地荷重×スリップアングルで与えられ、極低速状態では旋回内輪および旋回外輪の接地荷重は略一致するため、旋回内輪にはスリップアングルθL に比例した旋回外向きの横力ＦL が作用し、また旋回外輪にはスリップアングルθR に比例した旋回内向きの横力ＦR が作用する。そして左右の前輪ＷFL，ＷFRのスリップアングルθL ，θR は略等しいため、左右の横力ＦL ，ＦR も略等しくなる。またキングピン軸線と路面との交点からタイヤの接地点までの距離であるキャスタートレールＬL ，ＬR は、直進走行状態を基準として旋回内輪側で大きくなり、旋回外輪側で小さくなる（ＬL ＞ＬR ）。
【００１１】
而して、旋回内輪にはＬL ×ＦL に相当する巻き込みトルクＭL が作用し、旋回外輪にはＬR ×ＦR に相当する復元トルクＭR が作用するが、ＦL ≒ＦR かつＬL ＞ＬR であるためにＭL ＞ＭR となり、旋回内輪の巻き込みトルクＭL が旋回外輪の巻き込みトルクＭR よりも大きくなって全体としてハンドル復元性が低下することになる。
【００１２】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、パラレルジオメトリ式の操舵系を備えた車両において、大操舵角時のハンドル復元性の低下を解消することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車体に対する左右の操舵輪の切れ角が同一になるパラレルジオメトリ式の操舵系と、この操舵系に操舵補助トルクを付加する電動パワーステアリング装置と、この電動パワーステアリング装置の作動を制御する制御手段とを備えてなる車両の操舵制御装置において、前記制御手段は、操舵角の増加に応じて増加した後に所定の上限値に保持され且つ車速が小さいほど前記上限値が大きくなるよう中立位置への復元方向トルクを設定して、前記操舵補助トルクから前記復元方向トルクを減算したトルクを前記操舵系に付加するよう電動パワーステアリング装置の作動を制御することを特徴とする車両の操舵制御装置が提案される。
【００１４】
上記構成によれば、パラレルジオメトリ式の操舵系を採用して車両の最小旋回半径の縮小および駆動限界の拡大を可能にしながら、パラレルジオメトリ式の操舵系の弱点である大操舵角時のハンドル復元性の低下を、電動パワーステアリング装置に操舵輪を中立位置に復元させる復元トルクを発生させることにより解消することができる。その結果として、相反する要件であるハンドル復元性の確保と、最小旋回半径の縮小および駆動限界の拡大とを効果的に両立させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図４は本発明の一実施例を示すもので、図１は電動パワーステアリング装置を備えた操舵系の説明図、図２は電動パワーステアリング装置の制御手段の回路構成を示すブロック図、図３はモータの目標電流を決定するためのマップを示す図、図４はパラレルジオメトリの説明図である。
【００１７】
本実施例の車両は前記図４で説明したパラレルジオメトリ式の操舵系を備えるものであり、左右の前輪ＷFL，ＷFRの切れ角は同一となる。
【００１８】
図１は車両の操舵系を示すもので、ドライバーによってステアリングホイール２１に入力された操舵トルクは、ステアリングシャフト２２、連結軸２３およびピニオン２４を介してラック２５に伝達され、更にラック２５の往復動は左右のタイロッド２６，２６を介して左右の前輪ＷFL，ＷFRに伝達されて該前輪ＷFL，ＷFRを転舵する。操舵系に設けられた電動パワーステアリング装置Ｓは、モータ２７の出力軸に設けた駆動ギヤ２８と、この駆動ギヤ２８に噛み合う従動ギヤ２９と、この従動ギヤ２９と一体のスクリューシャフト３０と、このスクリューシャフト３０に噛み合うとともに前記ラック２５に連結されたナット３１とを備える。
【００１９】
本発明の制御手段を構成する電子制御ユニットＵは、操舵トルク検出手段Ｓ1 で検出した操舵トルクＴと、操舵角検出手段Ｓ2 で検出した操舵角θと、車速検出手段Ｓ3 で検出した車速Ｖと、電圧検出手段Ｓ4 で検出したモータ２７の電圧ＶM と、電流検出手段Ｓ5 で検出したモータ２７の電流ＩM とに基づいて、モータドライバー３２を介して電動パワーステアリング装置Ｓのモータ２７の作動を制御する。
【００２０】
図２に示すように、電動パワーステアリング装置Ｓの電子制御ユニットＵは、目標電流設定手段Ｍ１と、操舵回転速度算出手段Ｍ２と、駆動制御手段Ｍ３とを備える。
【００２１】
目標電流設定手段Ｍ１は、操舵トルク検出手段Ｓ1 で検出した操舵トルクＴと、操舵角検出手段Ｓ2 で検出した操舵角θと、車速検出手段Ｓ3 で検出した車速Ｖと、操舵回転速度算出手段Ｍ２から入力される操舵回転速度Ｎとに基づいてモータ２７を駆動する目標電流ＩMSを算出する。操舵回転速度Ｎはステアリングホイール２１の回転速度（つまり、ピニオン２４の回転速度）であって、タコジェネレータ等の回転速度検出手段によっても検出可能であるが、本実施例では操舵回転速度算出手段Ｍ２において、電圧検出手段Ｓ4 で検出したモータ２７の電圧ＶM と、電流検出手段Ｓ5 で検出したモータ２７の電流ＩM とに基づいて算出される。
【００２２】
目標電流設定手段Ｍ１において算出される目標電流ＩMSは、
ＩMS＝＋ＩM1−ＩM2−ＩM3
により与えられるもので、第１目標電流成分ＩM1は操舵トルク検出手段Ｓ1 で検出した操舵トルクＴおよび車速検出手段Ｓ3 で検出した車速Ｖをパラメータとして図３（ａ）のマップから検索され、第２目標電流成分ＩM2は操舵角検出手段Ｓ2 で検出した操舵角θおよび車速検出手段Ｓ3 で検出した車速Ｖをパラメータとして図３（ｂ）のマップから検索され、第３目標電流成分ＩM3は操舵回転速度算出手段Ｍ２で算出した操舵回転速度Ｎおよび車速検出手段Ｓ3 で検出した車速Ｖをパラメータとして図３（ｃ）のマップから検索される。
【００２３】
駆動制御手段Ｍ３は、目標電流設定手段Ｍ１で算出した目標電流ＩMSをＰＷＭ制御信号に変換したモータ制御電圧Ｖ0 を算出し、モータドライバ３２は、前記モータ制御電圧Ｖ0 に基づいてモータ駆動電圧ＶM をＰＷＭ制御することにより、電動パワーステアリング装置Ｓのモータ２７を駆動する。
【００２４】
図３（ａ）から明らかなように、目標電流設定手段Ｍ１でマップ検索される第１目標電流成分ＩM1は操舵トルクＴの増加に応じて所定の上限値まで増加し、その増加の程度は車速Ｖが小さいときほど大きくなる。また第１目標電流成分ＩM1の符号が正であるのは、モータ２７が前輪ＷFL，ＷFRの切れ角を増加させる方向のトルクを発生することを示している。而して、ドライバーがステアリングホイール２１に加える操舵トルクＴが大きいほど、またステアリング操作が重くなる低車速時ほど、電動パワーステアリング装置Ｓに大きい操舵補助トルクを発生させてドライバーのステアリング操作をアシストすることができる。
【００２５】
図３（ｂ）から明らかなように、目標電流設定手段Ｍ１でマップ検索される第２目標電流成分ＩM2は操舵角θの増加に応じて増加した後に所定の上限値に保持されるもので、その上限値は車速Ｖが小さいほど大きくなる。また第２目標電流成分ＩM2の符号が負であるのは、モータ２７が前輪ＷFL，ＷFRの切れ角を減少させる（つまり前輪ＷFL，ＷFRを中立位置に復元させる）方向のトルクを発生することを示している。従って、パラレルジオメトリを採用した車両において、ハンドル復元性が低下する大操舵角・低車速時に電動パワーステアリング装置Ｓに大きいハンドル復元トルクを発生させ、前記ハンドル復元性の低下を補償することができる。これにより、パラレルジオメトリのメリットである最小旋回半径の縮小および駆動限界の拡大を生かしながら、そのデメリットであるハンドル復元性の低下を補償して優れた特性を持つ操舵系を得ることが可能となる。
【００２６】
図３（ｃ）から明らかなように、目標電流設定手段Ｍ１でマップ検索される第３目標電流成分ＩM3は操舵回転速度Ｎの増加に応じて所定の上限値まで増加し、その増加の程度は車速Ｖが大きいときほど大きくなる。また第３目標電流成分ＩM3の符号が負であるのは、モータ２７がドライバーのステアリング操作を妨げる方向のトルクを発生することを示している。従って、例えば高速道路の走行中に高車速でステアリングホイール２１を急激に操作したような場合に、トータルの操舵補助トルクを減少させてステアリング操作を重くし、安定性を高めることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２８】
例えば、実施例では前輪ＷFL，ＷFRが駆動輪であり操舵輪である車両を例示したが、本発明の操舵輪は非駆動輪であっても良く、また後輪ＷRL，ＷRRであっても良い。
【００２９】
またパラレルジオメトリ式の操舵系は左右の操舵輪の切れ角が完全に同一のものに限らず、図７で説明したようなハンドル復元性が低下するものを含むものとする。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、パラレルジオメトリ式の操舵系と、この操舵系に操舵補助トルクを付加する電動パワーステアリング装置と、この電動パワーステアリング装置の作動を制御する制御手段とを備えてなる車両の操舵制御装置において、前記制御手段は、操舵角の増加に応じて増加した後に所定の上限値に保持され且つ車速が小さいほど前記上限値が大きくなるよう中立位置への復元方向トルクを設定して、前記操舵補助トルクから前記復元方向トルクを減算したトルクを前記操舵系に付加するよう電動パワーステアリング装置の作動を制御するので、パラレルジオメトリ式の操舵系を採用して車両の最小旋回半径の縮小および駆動限界の拡大を可能にしながら、パラレルジオメトリ式の操舵系の弱点である大操舵角時のハンドル復元性の低下を、電動パワーステアリング装置に操舵輪を中立位置に復元させる復元トルクを発生させることにより解消することができる。その結果として、相反する要件であるハンドル復元性の確保と、最小旋回半径の縮小および駆動限界の拡大とを効果的に両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電動パワーステアリング装置を備えた操舵系の説明図
【図２】  電動パワーステアリング装置の制御手段の回路構成を示すブロック図
【図３】  モータの目標電流を決定するためのマップを示す図
【図４】  パラレルジオメトリの説明図
【図５】  アッカーマンジオメトリの説明図
【図６】  旋回内輪および旋回外輪の摩擦円を示す図
【図７】  パラレルジオメトリを採用した場合のハンドル復元性の低下を説明する図
【符号の説明】
Ｓ          電動パワーステアリング装置
Ｕ          電子制御ユニット（制御手段）
ＷFL        左前輪（操舵輪）
ＷFR        右前輪（操舵輪）
【図１】
0004007712.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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【図６】
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【図７】
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