JP4034294B2 - 反力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の操舵系において操作子に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置に関するものである。

車両用操舵装置として電動式パワーステアリング装置が知られている。この電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに結合されたステアリングシャフトと転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されると共に、操舵力を補助するための電動機が前記転舵機構に連係されていて、一般に、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクが大きいほど補助操舵力が大きくなるように前記電動機の駆動トルク指令値（駆動電流値）を制御している。

このような電動式パワーステアリングでは、ステアリングホイールの操舵トルクに応じて設定するベース駆動トルク指令値から、ステアリングホイールの操舵速度に応じて設定する駆動トルク補正値を減算して駆動トルク指令値とするものがある（例えば、特許文献１参照）。前記駆動トルク補正値は駆動トルク指令値（補助力成分）に対する反力成分であり、前記ステアリングホイールに対して操舵反力を付与するものである。
特許第３１７６８９９号公報

しかしながら、従来は操舵速度に応じて駆動トルク補正値を設定しており、例えば、旋回保舵時や旋回中の切り戻し時に前記ステアリングホイールの操舵速度が「０」になると反力成分である駆動トルク補正値が「０」（すなわち、前記ステアリングホイールの操舵反力が「０」）になるため、旋回保舵時の舵の座り感（安定感）や舵の切り戻し時のヒステリシスが小さく、操舵フィーリングが悪くなるという問題があった。
そこで、この発明は、旋回保舵時および舵の切り戻し時に良好な操舵フィーリングを得ることができる反力制御装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の運転者により操作される操作子（例えば、後述する実施の形態におけるステアリングホイール３）に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置において、前記操作子の操舵速度を検出する操舵速度検出手段（例えば、後述する実施の形態における操舵速度センサ１５）と、少なくとも前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が「０」の時に前記反力成分が大きくなるように補正する反力成分補正手段（例えば、後述する実施の形態における二次反力補正部３５）と、前記操作子に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（例えば、後述する実施の形態における操舵トルクセンサ１６）と、を備え、前記反力成分補正手段は前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクが大きいほど前記反力成分が大きくなるように補正することを特徴とする。
このように構成することにより、基本的に操舵速度が「０」の時に反力成分が大きくなり旋回保舵時の舵の座り感と舵の切り戻し時のヒステリシスを大きくすることができる。
さらに、操舵トルクが小さいとき（例えば、車両における横加速度が小さいとき）には、操作子に作用する反力成分が小さくなり直進状態から旋回状態に移行する際に電動機による補助操舵力を効かせることが可能になる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記反力成分補正手段は車速が高いほど前記反力成分が大きくなるように補正することを特徴とする。
このように構成することにより、低車速の旋回時に前記操作子に作用する反力成分を小さくして電動機による補助操舵力を効かせることができ、高車速の旋回時に前記反力成分を大きくして車両の安定感を増すことが可能になる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記反力成分補正手段は、前記反力成分に影響を与えない操舵トルク領域を有し、該操舵トルク領域は車速が低いほどその範囲を広く設定することを特徴とする。
このように構成することにより、高車速では比較的に操舵トルクの小さいときから反力成分を大きく設定することが可能になり、低車速では比較的に操舵トルクが大きくなるまで反力成分を小さく設定することが可能になる。

請求項１に係る発明によれば、前記旋回保舵時や操作子の切り返し時に操舵反力が減少するのを防止することができるため、操舵フィーリングを向上することができる。
請求項２に係る発明によれば、低車速の時に電動機による補助操舵力を効かせることができ、高車速の時に車両の安定感を増すことができるため、さらなる操舵フィーリングの向上を図ることができる。
請求項３に係る発明によれば、車速に応じてきめ細かく反力成分を設定することが可能になるので、さらなる操舵フィーリングの向上を図ることができる。

以下、この発明に係る反力制御装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した態様で説明する。
初めに、図１を参照して、電動式パワーステアリング装置の構成を説明する。電動式パワーステアリング装置は手動操舵力発生機構１を備えており、この手動操舵力発生機構１は、ステアリングホイール（操作子）３に一体結合されたステアリングシャフト４が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されて構成されている。ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連結されている。この構成により、ステアリングホイール３の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構を構成する。

また、ラック軸７と同軸上に、手動操舵力発生機構１による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機１０が配設されている。この電動機１０により供給される補助操舵力は、ラック軸７に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。そのために、ラック軸７を挿通させた電動機１０のロータに駆動側ヘリカルギヤ１１を一体的に設け、この駆動側ヘリカルギヤ１１に噛合する従動側ヘリカルギヤ１３を、ボールねじ機構１２のスクリューシャフト１２ａの一端に設け、ボールねじ機構１２のナット１４をラック７に固定している。

ステアリングシャフト４には、ステアリングシャフト４の操舵速度を検出するための操舵速度センサ（操舵速度検出手段）１５が設けられ、前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１６が設けられている。操舵速度センサ１５は検出した操舵速度に対応する電気信号を、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号を、それぞれステアリング制御装置２０に出力する。
また、車体の適所には、車両のヨーレート（車両挙動）を検出するためのヨーレートセンサ１８と、車速に対応した電気信号を出力する車速センサ１９とが取り付けられている。ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車速センサ１９は車速に対応した電気信号を、それぞれステアリング制御装置２０に出力する。

そして、ステアリング制御装置２０は、これら操舵速度センサ１５、操舵トルクセンサ１６、ヨーレートセンサ１８、車速センサ１９からの入力信号を処理して得られる制御信号により電動機１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路２１を介して電動機１０に供給することにより電動機１０の出力トルクを制御し、ステアリング操作における操作補助力を制御する。

次に、図２の制御ブロック図を参照して、この実施例における電動機１０に対する電流制御を説明する。
ステアリング制御装置２０は、ベース電流決定部３１、イナーシャ補正部３２、反力補正部３３を備えている。
ベース電流決定部３１においては、操舵トルクセンサ１６および車速センサ１９の出力信号に基づき、ベース電流テーブル（図示略）を参照して、操舵トルクと車速に応じたベース電流値が決定される。ここで、ベース電流テーブルは、操舵トルクが大きくなるにしたがってベース電流が大きくなり、車速が大きくなるにしたがってベース電流が小さくなるように設定されている。
イナーシャ補正部３２においては、ベース電流決定部３１で決定したベース電流に対し、電動機１０の慣性マス補償が行われる。

反力補正部３３は、前記慣性マス補償後の電流から反力成分に応じた補正電流を加算して、電動機１０に対する目標電流を算出し、この目標電流を駆動回路２１に出力する。駆動回路２１は、電動機１０への供給電流が目標電流となるように制御して、電動機１０に電流供給を行い、電動機１０の出力トルクを制御する。
したがって、この実施例の電動パワーステアリング装置においては、反力補正部３３で設定される補正電流は操作補助力に対する反力成分ということができ、ベース電流決定部３１で設定されるベース電流はこの反力成分で相殺される前の操作補助力ということができる。

上述した反力補正部３３は、基準反力補正部３４と二次反力補正部（反力成分補正手段）３５とからなる。そして、前記基準反力補正部３４は、往き時制御量演算部３４ａと、戻り時制御量演算部３４ｂと、切替え部３４ｃとを備えている。
前記往き時制御量演算部３４ａにおいては、ステアリング３の操舵トルクと操舵速度に基づいて前記ステアリング３の往き時（換言すると、ステアリング３を切り込んでいるとき）の反力成分である補正電流が算出される。

前記戻り時制御量演算部３４ｂにおいては、ステアリング３の操舵トルクと操舵速度に基づいて前記ステアリング３の戻り時（換言すると、ステアリング３を戻しているとき）の反力成分である補正電流が算出される。基準反力補正部３４の往き時制御量演算部３４ａと戻り時制御量演算部３４ｂとで算出される補正電流は、操舵速度に比例しており、速度が０の時は補正電流も０となっている。
また、戻り時制御量演算部３４ｂの出力側には二次反力補正部３５が接続されており、前記戻り時制御量演算部３４ｂで算出された補正電流に二次反力補正部３５で算出され詳細を後述する第２反力補正電流Ｉｍ２が加算される。ここで、前記操舵トルクと操舵速度とは、前述した操舵速度センサ１５と操舵トルクセンサ１６との出力信号に基づくものである。尚、図示都合上、往き時制御量演算部３４ａ又は戻り時制御量演算部３４ｂと操舵速度センサ１５又は操舵トルクセンサ１６との間のそれぞれの接続を省略している。

切替え部３４ｃにおいては、前記ステアリング３が往き状態か戻り状態かを判定する判定部（図示略）からの出力信号に基づいて、前記ステアリング３が往き状態の場合には往き時制御量演算部３４ａが選択され、前記ステアリング３が戻り状態の場合には戻り時制御量演算部３４ｂが選択される。
したがって、前記基準反力補正部３４では、前記ステアリング３の往き又は戻り状態毎に各補正電流を算出し、前記ステアリング３の状態に応じた補正電流を切替え部３４ｃで選択して前記慣性マス補償後の電流に加算する。

二次反力補正部３５における第２反力補正電流Ｉｍ２の算出について詳述する。まず、操舵速度センサ１５の出力信号に基づき、操舵速度テーブル３６において補正電流Ｉｍｂを算出する。この操舵速度テーブル３６は、操舵速度が低い領域では補正電流Ｉｍｂが一定でその値は大きく、所定の操舵速度以上になると、操舵速度の増大にしたがって補正電流Ｉｍｂが徐々に減少して、ある所定の操舵速度に達すると「０」になるように設定されている。

一方、車速センサ１９の出力信号に基づき、オフセットテーブル３７を参照して、車速に応じたオフセットトルクを算出する。オフセットテーブル３７は、車速がＶ１よりも小さい領域ではオフセットトルクが所定の上限値ＴＨで一定であり、車速がＶ１以上Ｖ２以下では車速が増加するにしたがってオフセットトルクが徐々に低下していき、車速がＶ２以上になるとオフセットトルクが下限値ＴＬ（ＴＨ＞ＴＬ＞０）で一定になるように設定されている。

そして、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクからオフセットトルクを減算してレシオ算出用の操舵トルク（以下、オフセット操舵トルクと称す）を求め、操舵トルクレシオテーブル３８を参照して、オフセット操舵トルクに応じたレシオＲ１を算出する。なお、操舵トルクからオフセットトルクを減算した値（すなわち、オフセット操舵トルク）が負の場合は、オフセット操舵トルクを「０」とする。

操舵トルクレシオテーブル３８は、オフセット操舵トルクが「０」の時（すなわち、オフセット操舵トルクがＴ０以下のとき）にレシオＲ１が「０」に設定されていて、オフセット操舵トルクが大きくなるにしたがって、レシオＲ１が徐々に大きくなっていき、オフセット操舵トルクが所定値Ｔ１以上になるとレシオＲ１は上限値（例えば、１．０）で一定となるように設定されている。

さらに、二次反力補正部３５は車速センサ１９の出力信号に基づき、車速レシオテーブル４０を参照して、車速に応じたレシオＲ２を算出する。
車速レシオテーブル４０は、車速が「０」の時にレシオＲ２が「０」に設定されていて、車速が大きくなるにしたがって、レシオＲ２が徐々に大きくなっていき、車速が所定値以上になるとレシオＲ２は上限値（例えば、１．０）で一定となるように設定されている。

ここで、操舵トルクレシオテーブル３８で算出したレシオＲ１に車速レシオテーブル４０で算出したレシオＲ２を乗じて得た積をレシオＲ３（Ｒ３＝Ｒ１×Ｒ２）とし、操舵速度テーブル３６で算出した補正電流Ｉｍｂに前記レシオＲ３を乗じて得た積を第２反力補正電流Ｉｍ２とする（Ｉｍ２＝Ｉｍｂ・Ｒ３）。したがって、従来の電動式パワーステアリング装置が備えているセンサ類を用いて反力成分の補正を行うことができる。

基準反力補正部３４では操舵速度が「０」の時には発生しなかった反力が二次反力補正部３５により得られるようになる。このように二次反力補正部３５により第２反力補正電流Ｉｍ２を決定しているので、操舵速度に基づく反力成分の補正は、基本的には操舵速度が低い時に反力成分が大きくなるように制御される。これにより、例えば、旋回保舵時に舵の座り感および舵の切り戻し時に操舵反力を得ることができる。しかしながら、操舵トルク（正確に言えばオフセット操舵トルク）の大きさに応じて可変するレシオＲ１と車速に応じて可変するレシオＲ２とを乗じたレシオＲ３を補正電流Ｉｍｂに乗じていることから、操舵速度の大きさが同じ場合で比較すると、操舵トルクが大きいときは操舵トルクが小さいときよりも反力成分が大きくなるように補正され、同様に、車速が高い時は車速が低いときよりも反力成分が大きくなるように補正されることになる。例えば、高車速でのレーンチェンジや、舵の切り戻しや旋回保舵時にだけ操舵反力を発生させ、操舵トルクが小さい直進状態や低車速での舵の切り戻しには操舵反力が発生しないようにすることができるため、操舵フィーリングの向上を図ることができる。また、車速が高いほど生じ易い車両の不整挙動を確実に抑制することができる。

なお、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクからオフセットトルクを減算して得たオフセット操舵トルクに基づいて、レシオＲ１を算出するようにした理由は次の通りである。
操舵トルクレシオテーブル３８においてオフセット操舵トルクがＴ０までの領域ではレシオＲ１が「０」に設定されており、したがって、この領域に対応する操舵速度に基づく補正電流Ｉｍ２が「０」となるため、前述した反力成分は補正されず電動機１０を駆動する駆動電流は前記補正電流Ｉｍ２に影響されない。言ってみれば、操舵トルクがＴ０以下のオフセット操舵トルク領域は二次反力補正部３５の補正電流Ｉｍ２が「０」に設定される補正無効領域である。
一方、オフセットトルクは車速に応じて設定される変数であるため、操舵トルクが同じであっても車速に応じてオフセット操舵トルクは変化することとなる。図３（Ａ）、（Ｂ）は、横軸を操舵トルクとして示すレシオ特性図であり、図３（Ａ）は車速が高い場合、図３（Ｂ）は車速が低い場合を示している。このようにオフセット操舵トルクを用いることにより、車速に応じて補正無効領域を可変にすることができる。つまり、低車速における補正無効領域（図３（Ｂ）参照）を高車速における補正無効領域（図３（Ａ）参照）よりも大きくすることができる。
これにより、高車速では比較的に操舵トルクの小さいときから、操舵速度に基づく反力成分に対する増加作用が発揮されることとなり、低車速では比較的に操舵トルクが大きくなるまで、操舵速度に基づく反力成分の補正を無効にして前記電動機による操作補助力を最大にすることができる。このようにすると、例えば、低車速の旋回中にステアリングホイール３を切り戻したりするときなどに電動機１０による操作補助力を最大（すなわち、ステアリングホイールの操作が軽く感じられるよう）にすることができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、この発明に係る反力制御装置は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムの車両用操舵装置（ＳＢＷ）、アクティブ・ステアリング・システムの車両用操舵装置、バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムの車両用操舵装置（ＶＧＳ）にも適用可能である。
なお、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムとは、操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。
アクティブ・ステアリング・システムとは、前輪舵角および後輪舵角を運転者のステアリング操作や車両の運動状況に応じて制御する操舵システムである。
バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムとは、操舵角の大きさに応じてステアリング・ギヤ・レシオを変更可能な操舵システムである。

この発明に係る反力制御装置を備えた電動パワーステアリング装置の構成図である。 前記電動パワーステアリング装置の電動機に対する電流制御のブロック図である。 高車速時と低車速時とのレシオ特性図である。

符号の説明

３ ステアリングホイール（操作子）
１６ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
１５ 操舵速度センサ（操舵速度検出手段）
３５ 二次反力補正部（反力成分補正手段）

Claims (3)

1. 車両の運転者により操作される操作子に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置において、
   前記操作子の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
   少なくとも前記操舵速度検出手段により検出された操舵速度が「０」の時に前記反力成分が大きくなるように補正する反力成分補正手段と、
   前記操作子に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   を備え、前記反力成分補正手段は前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクが大きいほど前記反力成分が大きくなるように補正することを特徴とする反力制御装置。
2. 前記反力成分補正手段は、車速が高いほど前記反力成分が大きくなるように補正することを特徴とする請求項１に記載の反力制御装置。
3. 前記反力成分補正手段は、前記反力成分に影響を与えない操舵トルク領域を有し、該操舵トルク領域は車速が低いほどその範囲を広く設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反力制御装置。
   

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