JP2004168150A

JP2004168150A - 電動式操舵装置

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Publication number: JP2004168150A
Application number: JP2002335256A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hara; 一男原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】キックバック等の外乱による操舵反力トルクの変動を抑制防止する。
【解決手段】外乱がないときのタイヤ転舵軸トルクＴｔと基本操舵反力トルクＴδとの対応を表す特性線ｍ１と、特性線ｍ１よりもタイヤ転舵軸トルクＴｔの変動量に対する基本操舵反力トルクＴδの変動量が小さく且つ操舵角が大きいときほど基本操舵反力トルクＴδが大きくなる特性線ｍ２とを設定する。外乱がなく、タイヤ転舵軸トルクＴｔが特性線ｍ１とｍ２との交点以下のときは基本操舵反力トルクＴδを特性線ｍ１に基づき設定し、タイヤ転舵軸トルクＴｔに応じた操舵反力トルクを発生させ、外乱によりタイヤ転舵軸トルクＴｔが特性線ｍ１とｍ２との交点よりも大きいときは特性線ｍ２に基づき設定し、タイヤ転舵軸トルクＴｔに対する基本操舵反力トルクＴδの変動量がより小さくなるよう設定し、外乱によるタイヤ転舵軸トルクＴｔ変動に伴う操舵反力トルクの変動を抑制する。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールの操作量に応じてアクチュエータにより転舵トルクを発生させて転舵を行うと共に、この転舵トルクに応じてアクチュエータによりステアリングホイールに操舵反力トルクを発生させるようにした電動式操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、運転者が操舵するステアリングホイールと転舵輪の転舵機構とが機械的に切り離され、エンコーダ等の検出器によりステアリングホイールの操舵角を検出し、この操舵角検出値に応じて、アクチュエータによりトルクを発生させて転舵輪を転舵する操舵装置として、ステアバイワイヤ式の操舵装置が知られている。
【０００３】
この種の操舵装置では、操舵角に応じた転舵トルクを発生させると共に、転舵トルクに応じた操舵反力トルクを、アクチュエータによりステアリングホイールに付与することによって、ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に連結された場合と同等の操作環境を運転者に提供するようにしている。
ところで、前記操舵トルクを検出し、これに基づきトルク制御を行う際に、キックバック等の外乱を考慮し、トルク補正を行う方法として、例えば、特開平７−２２８２６３号公報に記載されるものや、特開２０００−１５９１３５号公報に記載される、電動パワーステアリング装置が提案されている。
【０００４】
このうち、特開平７−２２８２６３号公報に記載される電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに発生するトルクを操舵トルクとして検出し、この操舵トルクに応じてアシストトルクを付与するが、単位時間当たりの操舵角変化が少なく、且つ操舵トルクの変化量が大きいときに、路面からのキックバックが発生したと判定し、キックバックによる影響を考慮してアシストトルクを補正する構成としている。また、特開２０００−１５９１３５号公報に記載される電動パワーステアリング装置は、過去の所定時間内の操舵角情報から目標中立位置を算出して補助操舵トルクを付加し、中立位置の操舵角情報から目標中立位置を算出して補助操舵トルクを付加し、中立位置の操舵反力を偏らせることにより路面カント等による負荷変化に伴う操舵反力トルクを低減する構成としている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２２８２６３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５９１３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電動パワーステアリング装置のうち、特開平７−２２８２６３号公報に記載されるものでは、単位時間当たりの操舵角変化が少なく、且つ操舵トルクの変化量が大きいときに路面からのキックバックが発生したと判定し、それからアシストトルクを補正する構成となっているため、少なくともキックバック判定までの、操舵トルク変化は抑制防止することができない。また、操舵中は、単位時間当たりの操舵角変化が少なくないので、キックバックが発生しても、これを検出することができず、アシストトルクも補正できない。また、路面カントのように定常的な入力の場合には、操舵トルクの変化量が大きくないためにアシストトルクの補正ができない。また、前記特開２０００−１５９１３５号公報に記載される電動パワーステアリング装置では、路面カント等による負荷変化に伴う操舵反力トルクは低減できるが、短時間の外乱やキックバックによるハンドル取られまでは改善できない。
【０００７】
したがって、ステアバイワイヤ式の転舵装置において、転舵機構に発生する転舵トルクを検出し、これに基づき操舵反力発生用のアクチュエータを駆動させて、ステアリングホイールに対して操舵反力を発生させる際に、上記特許文献１或いは２に記載されたようなキックバック等の外乱に対する処理を行った場合、この場合も上記と同様に、キックバック判定までの操舵反力トルク変化の抑制防止を行うことができず、また短時間の外乱やキックバックによるハンドル取られまでを改善することができないという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、キックバック等の外乱による操舵反力トルクの変動を適切に抑制防止することの可能な電動式操舵装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電動式操舵装置は、操舵機構と機械的に分離された転舵機構を、操舵機構の操舵量に応じて駆動制御すると共に、転舵機構の転舵軸トルクに応じた反力トルクを操舵機構に付与する。このとき、転舵軸トルクに対する反力トルクの特性を、操舵角に応じて変える。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る電動式操舵装置によれば、転舵軸トルクに応じた反力トルクを操舵機構に付与するが、転舵軸トルクに対する反力トルクの特性を操舵角に応じて変えるようにしたから、例えば、外乱等によって転舵軸トルク変動が生じた場合でも、この時点における操舵角に応じた反力トルク変動が生じることになる。よって、例えば、操舵角の変化に伴う転舵軸トルク変動に対する反力トルク変動に対し、操舵角一定での転舵軸トルク変動に対する反力トルク変動がより小さくなるような特性に設定すれば、外乱等により転舵軸トルク変動が生じた場合における、反力トルク変動を低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明における電動式操舵装置の一例を示す概略構成図である。
図中、１は、運転者が操舵するステアリングホイールであって、このステアリングホイール１の回転中心部には、ステアリングシャフト２が連結されている。このステアリングシャフト２には、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４及び反力発生モータ５が取り付けられている。
【００１２】
前記操舵角センサ３は、例えばエンコーダ等から構成され、ステアリングシャフト２の回転角、すなわち操舵角δを検出し、これをコントロールユニット１０に出力する。また、操舵トルクセンサ４は、例えば公知のトルクセンサで構成され、ステアリングシャフト２に発生する操舵トルクＴｓを検出してコントロールユニット１０に出力する。前記反力発生モータ５は、コントロールユニット１０によって駆動制御され、運転者がステアリングホイール１に加えている操舵力と反対方向に操舵反力を発生する。
【００１３】
また、図１中、１１はラック軸、１２はラック軸１１のラックギアと噛合するピニオンギアであって、ラック軸１１とピニオンギア１２とでラック・ピニオン機構を構成している。前記ピニオンギア１２には、ピニオンシャフト１３が設けられている。このピニオンシャフト１３には、第１転舵モータ１４が設けられ、第１転舵モータ１４の回転運動が、ピニオンシャフト１３を介してピニオンギア１２に伝達され、ラック軸１１の往復運動に変換されるようになっている。また、前記ラック軸１１には、第２転舵モータ１５が設けられ、第１転舵モータ１４及び第２転舵モータ１５を駆動することにより、ラック軸１１を往復運動させるようになっている。そして、このラック軸１１の往復直線運動は、タイロッド１６と図示しないナックルアームとにより転舵輪２０の転舵運動に変換され、これによって、転舵輪２０の転舵が行われるようになっている。なお、前記第１及び第２転舵モータ１４及び１５は、コントロールユニット１０によって駆動制御される。また、反力発生モータ５、第１転舵モータ１４及び第２転舵モータ１５は、例えばデューティ比制御により駆動制御され、何れかの方向に正逆転制御されるようになっている。
【００１４】
前記タイロッド１６には、転舵軸トルクＴｔを検出するための軸力センサ２１及び、ラック軸１１の移動量を検出するためのポテンショメータ等の変位センサ２２が設けられている。
また、車両には自車両の車速を検出する車速センサ２３が搭載され、これら各種センサの検出信号は、コントロールユニット１０に供給される。
【００１５】
このコントロールユニット１０では、前記第１及び第２の転舵モータ１４、１５を駆動し転舵輪２０を転舵させる転舵制御処理と、前記反力発生モータ５を駆動し操舵反力を発生させる反力発生処理とを実行する。
図２は、コントロールユニット１０の構成を表す制御ブロック図である。
図中、３１は前記反力発生処理を行う反力発生処理部、３２は前記転舵制御処理を行う転舵制御処理部である。
【００１６】
反力発生処理部３１では、カウンタ判定部３１ａにおいて、操舵角センサ３で検出された操舵角δに基づきカウンタステア状態であるかどうかを判断し、このカウンタ判定部３１ａでの判断結果と、車速センサ２３で検出された車速Ｖ、軸力センサ２１で検出されたタイヤ転舵軸トルクＴｔ及び操舵角センサ４で検出された操舵角δに基づき、目標操舵反力演算部３１ｂにおいて目標操舵反力トルクＴδ^＊を算出する。そして、演算部３１ｃにおいて、操舵トルクセンサ４で検出された操舵トルクＴｓと目標操舵反力トルクＴδ^＊との差分値に基づいて、操舵トルクＴｓと目標操舵反力トルクＴδ^＊とが一致するような駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号に基づきモータドライバ３１ｄが反力発生モータ５を駆動制御することにより、目標操舵反力トルクＴδ^＊を発生させる。
【００１７】
また、転舵制御処理部３２では、目標タイヤ転舵角演算部３２ａにおいて、操舵角センサ３で検出した操舵角δに基づいて、公知の手順で、転舵輪２０の目標転舵角δｔ^＊を算出する。そして、演算部３２ｂにおいて、目標転舵角δｔ^＊と変位センサ２２で検出された変位Ｘｓとに基づいて、タイロッド１６に付与すべき目標転舵トルクを演算して第１及び第２の転舵モータの駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号に基づきモータドライバ３２ｃが第１及び第２転舵モータ１４、１５を駆動し、変位センサ２２の変位Ｘｓを、ステアリングホイール１の操舵角δに追従させる。
【００１８】
図３は、コントロールユニット１０の反力発生処理部３１で実行される反力発生処理の処理手順の一例を示すフローチャートであって、コントロールユニット１０では、所定のサンプリング時間、例えば１０ｍｓｅｃ．毎に、図３の演算処理を行うようになっている。なお、この演算処理では、特に通信のためのステップを設けていないが、算出された情報は随時記憶装置に更新記憶されると共に、記憶装置に記憶されている情報は随時演算処理装置に読み込まれる。
【００１９】
この演算処理では、まず、ステップＳ１で、車速センサ２３で検出された車速Ｖ、軸力センサ２１で検出されたタイヤ転舵軸トルクＴｔ、操舵角センサ３で検出された操舵角δ、操舵トルクセンサ４で検出された操舵トルクＴｓを読み込む。
次いで、ステップＳ２に移行し、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵角δの時間微分値、すなわち、操舵角速度δ′を算出する。
【００２０】
次いで、ステップＳ３に移行し、図４の制御マップにしたがって、ステップＳ１で読み込んだ車速Ｖに基づいて、操舵角係数Ｋｓを算出する。前記図４の制御マップにおいて、横軸は車速Ｖ、縦軸は操舵角係数Ｋｓであって、例えば、車速が所定車速ｖ_１以下では、操舵角係数Ｋｓは“０”となり、所定車速ｖ_１よりも大きい車速ｖ_２以上の領域では、操舵角係数Ｋｓは“１”に設定され、車速ｖ_１からｖ_２の間では、車速Ｖの増加に比例して操舵角係数Ｋｓは“０”から“１”に増加する。
【００２１】
なお、前記所定車速ｖ_１は、例えば、停止時の据え切りや、タイヤセルフアライニングトルクが十分に発生されない車速域、例えば２０ｋｍ／ｈ程度に設定される。この領域はタイヤ転舵負荷が高いことが知られている。
次いで、ステップＳ４に移行し、カウンタステア状態であるかどうかを判定するための、例えば図５に示す公知のカウンタ判定処理を行う。
【００２２】
このカウンタ判定処理では、図５に示すように、まず、ステップＳ２１で、操舵角δの絶対値を、カウンタステア中であるか否かの判断を行うためのカウンタ判断値δｓと比較する。このカウンタ判断値δｓは、中立点付近の例えば±１０°程度の値に設定される。これは、目標操舵反力トルクＴδ^＊は、操舵角に応じて設定されるので、目標操舵反力トルクＴδ^＊がごく小さい範囲、すなわち、操舵角の絶対値｜δ｜が零に近いある範囲で切り替える必要があるからである。
【００２３】
このステップＳ２１の処理で、操舵角δの絶対値｜δ｜とカウンタ判断値δｓとが等しい場合には、ステップＳ２２に移行し、前回処理実行時に所定の記憶領域に格納した操舵角δ及び操舵角速度δ′を、前回値として所定の記憶領域に更新記憶すると共に、今回処理実行時における操舵角δ及び操舵角速度δ′を今回値として所定の記憶領域に格納する。
【００２４】
次に、ステップＳ２３に移行し、操舵角｜δ｜がカウンタ判断値δｓであるときの、操舵角δ及び操舵角速度δ′それぞれの前回値及び今回値について符号を比較する。
ここで、中立点付近からの急転舵時には、操舵角と前輪の横滑り角との関係が保たれているので、操舵反力の抑制制御の停止は不要である。そのため、カウンタステア操舵と中立点付近からの急転舵との区別を行う必要がある。この区別を行うために、操舵角δ及び操舵角速度δ′の前回値及び今回値の符号の比較を行う。カウンタステア操舵時には、操舵の方向、すなわち、操舵角の符号が今回値δｎと前回値δｎ−１とで互いに異なる。また、操舵角の今回値δｎと操舵角速度の今回値δ′ｎと操舵角速度の前回値δ′ｎ−１との符号が一致する。
【００２５】
したがって、これらの条件からカウンタステア操舵と中立点付近からの急転舵とを区別することができる。
そして、ステップＳ２３の処理で、操舵角及び操舵角速度の前回値及び今回値が、カウンタステア操舵とみなすことの可能な符号条件を満足している場合には、ステップＳ２４に移行し、次に、今回の操舵角速度δ′と、操舵角速度δ′のしきい値δ_ＴＨ′とを比較する。
【００２６】
ここで、カウンタステア操舵時の操舵角速度は、通常操舵時に比較して早くなるので、予め設定した操舵角速度δ′のしきい値δ_ＴＨ′と操舵角速度の今回値δ′とを比較し、今回値δ′が、しきい値δ_ＴＨ′以上であるとき、ステップＳ２５に移行して、カウンタステア状態であるとし、カウンタ補正係数ＫｃをＫｃ＝Ｋｃｍａｘに設定する。
【００２７】
一方、前記ステップＳ２３の処理で、符号条件を満足しないとき、また、ステップＳ２４の処理で操舵角速度δ′が、しきい値δ_ＴＨ′を下回るときには、カウンタステア状態ではないと判断しそのまま処理を終了する。
また、前記ステップＳ２１で、操舵角δの絶対値｜δ｜とカウンタ判断値δｓとが等しくない場合にはステップＳ２６に移行し、操舵角δがδ＝０になったことを検出したならば、ステップＳ２７に移行して、カウンタ補正係数ＫｃをＫｃ＝１にセットする。そして、カウンタ判定処理を終了する。また、前記ステップＳ２６で、操舵角δがδ＝０になったことを検出しない場合には、そのまま処理を終了する。
【００２８】
このようにして、ステップＳ４の処理でカウンタ判定処理を行ったならば、次いでステップＳ５に移行し、ステップＳ３で算出した操舵角係数Ｋｓと、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵角δの絶対値と、カウンタ補正係数Ｋｃとを乗算し、操舵角影響度ｅδを算出する。
次いで、ステップＳ６に移行し、図６の制御マップにしたがって、前記ステップＳ５で算出された操舵角影響度ｅδ及びステップＳ１で読み込まれた軸力センサ２１で検出されたタイヤ転舵軸トルクＴｔをもとに、タイヤ転舵軸トルクＴｔに応じた基本操舵反力トルクＴδを算出する。
【００２９】
図６の制御マップにおいて、横軸はタイヤ転舵軸トルクＴｔ、縦軸は基本操舵反力トルクＴδである。図６中、実線で示された曲線からなる特性線ｍ１は、操舵角δと車速Ｖとから推測される、外乱が加わらないときの操舵反力トルクの発生範囲であって、タイヤ転舵軸トルクＴｔが大きいほど基本操舵反力トルクＴδが増加するように設定され、且つ、タイヤ転舵軸トルクＴｔが小さいほど、タイヤ転舵軸トルクＴｔの変化量に対する基本操舵反力トルクＴδの変化量が大きく、タイヤ転舵軸トルクＴｔが大きくなるほど、タイヤ転舵軸トルクＴｔの変化量に対する基本操舵反力トルクＴδの変化量が小さくなるように設定される。
【００３０】
また、図６中、破線で示された直線からなる特性線ｍ２は、傾きが一定であり、且つ特性線ｍ２よりも基本操舵反力トルクＴδが小さくなるように設定され、特性線ｍ２の縦軸との切片は、前記操舵角影響度ｅδに応じて変化し、操舵角影響度ｅδが最小値であるとき、切片は最小値となり、操舵角影響度ｅδがしきい値ｅδ_ＴＨ以上であるとき、特性線ｍ２に基づく基本操舵反力トルクＴδの最大値が、特性線ｍ１における基本操舵反力トルクＴδの最大値に限りなく接近するようになっている。
【００３１】
そして、基本操舵反力トルクＴδは、図６に曲線で示す特性線ｍ１と、直線で示す特性線ｍ２とに応じて設定され、タイヤ転舵軸トルクＴｔが、特性線ｍ１と操舵角影響度ｅδに応じた特性線ｍ２との交点におけるタイヤ転舵軸トルク以下であるときには、基本操舵反力トルクＴδは特性線ｍ１に基づいて設定され、タイヤ転舵軸トルクＴｔが特性線ｍ１及びｍ２の交点におけるタイヤ転舵軸トルクを超えるときには特性線ｍ２に基づいて設定される。
【００３２】
つまり、操舵角係数Ｋｓを一定、非カウンタステア操舵状態であると考えると、操舵角｜δ｜が小さいほど特性線ｍ１と特性線ｍ２との交点は、タイヤ転舵軸トルクＴｔが小さい方に移動する。そして、基本操舵反力トルクＴδは、特性線ｍ１とｍ２とで構成されるマップに従い、両者の交点よりもタイヤ転舵軸トルクＴｔが小さい領域では、特性線ｍ１に応じて基本操舵反力トルクＴδが設定され、両者の交点よりもタイヤ転舵軸トルクＴｔが大きい領域では、特性線ｍ２にしたがって、基本操舵反力トルクＴδが設定される。したがって、操舵角δの増加に応じてタイヤ転舵軸トルクが増加するとこれに伴って特性線ｍ１に沿って、基本操舵反力トルクＴδが増加するから、キックバック等の外乱がない状態では、タイヤ転舵軸トルクＴｔの増加に伴ってこれに応じた基本操舵反力トルクＴδが設定されると共に、例えば、カント走行中のような小操舵角或いは操舵中に、短時間の外乱やキックバック等によってタイヤ転舵軸トルクＴｔが大きくなると、操舵角が一定であることから前記特性線ｍ１から特性線ｍ２に切り替わりこの特性線ｍ２にしたがって、特性線ｍ１に応じた基本操舵反力トルクＴδよりもより小さな基本操舵反力トルクＴδが設定される。よって、ハンドル取られ等を伴う操舵反力トルクの変動を抑制防止することが可能となる。
【００３３】
また、車速Ｖが比較的小さい領域では、操舵角係数が“０”に設定されることから、切片が最小である特性線ｍ２に応じて基本操舵反力トルクＴδが設定されることになる。つまり、据え切りや微低速時には、タイヤ転舵軸トルクは走行時に比較して大きいため、操舵角に応じて特性線ｍ２を変化させた場合、操舵角の増加に応じてタイヤ転舵軸トルクが増加するとこれに応じて基本操舵反力トルクＴδも増加することになるが、車速Ｖが所定車速ｖ_２よりも小さい場合には、操舵角係数が“０”又は“１”よりも小さい値に設定されることから、操舵角影響度ｅδが小さい値に制限され、操舵角の増加に伴う、基本操舵反力トルクＴδの増加が抑制される。したがって、据え切りや微定速時での、操舵角の増加に伴う基本操舵反力トルクＴδの増加が防止される。
【００３４】
また、カウンタステア操舵状態である場合には、操舵角影響度ｅδに関わらず、特性線ｍ１に沿って基本操舵反力トルクＴδが設定される。つまり、前記カウンタ補正係数Ｋｃｍａｘは、操舵角δ及び操舵角係数Ｋｓの値に関わらず、操舵角影響度ｅδ（＝Ｋｓ・｜δ｜・Ｋｃｍａｘ）がそのしきい値ｅδ_ＴＨ以上となる値に設定され、カウンタステア操舵状態である場合には、カウンタ補正係数ＫｃがＫｃ＝Ｋｃｍａｘに設定されることから、操舵角影響度ｅδがしきい値ｅδ_ＴＨ以上となり、特性線ｍ２が、特性線１に近づくことから、操舵角影響度ｅδに関わらず、特性線ｍ１に沿って基本操舵反力トルクＴδが設定されるようになっている。
【００３５】
このようにして、ステップＳ６で基本操舵反力トルクＴδが算出されたならば、ステップＳ７に移行し、図７の制御マップにしたがって、ステップＳ１で読み込んだ車速Ｖに応じた車速係数Ｋｖを算出する。この図７の制御マップでは、車速Ｖが小さな領域では、車速係数Ｋｖは比較的大きな一定値に設定され、車速Ｖが大きな領域では速度係数Ｋｖは比較的小さな一定値に設定され、二つの領域の間では、車速Ｖの増加に伴って車速係数Ｋｖがリニアに減少するように設定されている。
【００３６】
次に、ステップＳ８に移行し、図８の制御マップにしたがって、ステップＳ２で算出された操舵角速度δ′をもとに、ダンピングトルクＴｄを算出する。このダンピングトルクＴｄは、ステアリングホイール１に意図的に与える重み或いは減衰力のようなものである。したがって、図８の制御マップは、操舵角速度δ′が大きいほど、ダンピングトルクＴｄがリニアに大きくなるように設定されている。
【００３７】
次いで、ステップＳ９に移行し、前記ステップＳ６で算出された基本操舵反力トルクＴδから、ステップＳ８で算出したダンピングトルクＴｄを減算し、これを目標操舵反力トルクＴδ^＊とする。
次いで、ステップＳ１０に移行し、ステップＳ９で算出した目標操舵反力トルクＴδ^＊からステップＳ１で読み込んだ操舵トルクＴｓを減算し、これに基づいて、反力発生モータ５で発生すべきトルクに応じた駆動制御信号を生成し、これをモータドライバ３１ｄに出力する。
【００３８】
これによって、モータドライバ３１ｄが反力発生モータ５を駆動制御し、目標操舵反力トルクＴδ^＊が発生される。
次に、上記実施の形態の動作を説明する。
今、車速Ｖが所定値ｖ_２よりも大きい状態であるとすると、操舵角係数ＫｓはＫｓ＝１に設定される。
【００３９】
外乱が発生していない場合、操舵が行われこれに伴ってタイヤ転舵軸トルクＴｔが増加すると、非カウンタステア状態であるから、カウンタ補正係数ＫｃはＫｃ＝Ｋｃｍａｘに設定される。そして、タイヤ転舵軸トルクＴｔが比較的小さい領域では、操舵角の増加に伴って特性線ｍ２の切片が上昇し、図６の制御マップに示す特性線ｍ１に沿うように基本操舵反力トルクＴδが設定される。このとき、図６の特性線ｍ１は、予め外乱のない状況において、タイヤ転舵軸トルクＴｔが発生したときに、操舵角、車速に応じて発生すると予測される基本操舵反力トルクＴδにしたがって設定されているから、操舵に伴って違和感を与えることのない操舵反力トルクがステアリングホイール１に作用する。また、操舵角が大きくなるにしたがって、特性線ｍ１と特性線ｍ２とが交わるときの基本操舵反力トルクＴδが大きくなるように設定しているから、操舵角の増加に応じて特性線ｍ２の切片が増加し、タイヤ転舵軸トルクＴｔが増加に伴って特性線ｍ１に沿って基本操舵反力トルクＴδが設定されることになり、外乱のない旋回走行時には、操舵に応じた適度な基本操舵反力トルクＴδを設定することができる。
【００４０】
そして、操舵角一定で旋回している状態で、キックバック、或いはカント走行等により外乱が発生すると、操舵角一定の状態で、タイヤ転舵軸トルクＴｔが変動することから、この時点における操舵角影響度ｅδに応じて特定される特性線ｍ２に基づいて基本操舵反力トルクＴδが設定されることになる。
ここで、図６に示すように、直線からなる特性線ｍ２は、曲線からなる特性線ｍ１よりも基本操舵反力トルクＴδが小さくなるように設定されている。したがって、タイヤ転舵軸トルクＴｔの変動に対し、特性線ｍ１に基づく基本操舵反力トルクＴδの変動よりも特性線ｍ２に基づく基本操舵反力トルクＴδの変動の方が小さい。よって、外乱により操舵反力トルクが変動することに起因して、ハンドル取られが発生することを防止することができる。また、このとき、タイヤ転舵軸トルクＴｔと操舵角影響度ｅδとで特定される特性線ｍ２に基づいて基本操舵反力トルクＴｔを検出するようにしている。したがって、外乱に伴うタイヤ転舵軸トルクＴｔの変動に追従して基本操舵反力トルクＴδを抑制することができ、キックバック初期であっても操舵反力トルクの変動を低減することができ、外乱に対する操舵反力トルクの変動を速やかに低減することができる。
【００４１】
また、カントのない路面からカント路に進入した場合、同じ操舵角であってもタイヤ転舵軸トルクＴｔが変動することになるが、タイヤ転舵軸トルクＴｔが変動すると、タイヤ転舵軸トルクＴｔと操舵角影響度ｅδに応じた特性線ｍ２とに基づいて基本操舵反力トルクＴδが特定されることになる。このとき、特性線ｍ２に基づく基本操舵反力トルクＴδの変動量は、特性線ｍ１に基づく基本操舵反力トルクＴδの変動量に比較して小さいから、カント路走行に進入したことに伴う操舵反力トルクの変動を低減することができる。
【００４２】
また、旋回走行中に、運転者がカウンタステア操舵を行った場合、これがカウンタ判定処理によって検出され、カウンタ補正係数ＫｃはＫｃ＝Ｋｃｍａｘに設定される。したがって、操舵角影響度ｅδがしきい値ｅδ_ＴＨ以上となり、特性線ｍ２が、特性線１に近づくことから、操舵角影響度ｅδに関わらず、特性線ｍ１に沿って基本操舵反力トルクＴδが設定されることになる。したがって、カウンタステア操舵を行ったときには、基本操舵反力トルクＴδは、タイヤ転舵軸トルクＴｔに応じた値に設定される。よって、カウンタステア操舵時には、タイヤ転舵軸トルクＴｔの変動に対する基本操舵反力トルクＴδの変動の小さい特性線ｍ２ではなく、特性線ｍ１に基づいて基本操舵反力トルクＴδが設定されるから、カウンタステア操舵に伴うタイヤ転舵軸トルクＴｔの変動に応じた操舵反力トルク変動が生じることになり、カウンタステア操舵時においても操舵反力トルクが軽くなり過ぎることを防止することができ、カウンタステア操舵時に操舵反力トルクを低減することに起因して運転者に違和感を与えることを回避することができる。
【００４３】
一方、据え切りを行った場合には、操舵角係数Ｋｓは“０”に設定されるから、操舵角影響度ｅδは、零となり特性線ｍ２は、タイヤ転舵軸トルクＴｔに対応する基本操舵反力トルクＴδが最小となる特性線に設定される。このとき、特性線ｍ２が最小値である場合でもタイヤ転舵軸トルクＴｔが比較的小さい領域では、特性線ｍ１に沿って基本操舵反力トルクＴδが設定される。したがって、操舵を開始しタイヤ転舵軸トルクＴｔが小さい状態では、特性線ｍ１に沿って基本操舵反力トルクＴδが設定されるから、タイヤ転舵軸トルクＴｔの変動に応じた操舵反力が発生されるから、据え切り開始時にはある程度の操舵反力トルクが発生されることになり、タイヤ転舵軸トルクＴｔがさらに大きくなると、特性線ｍ１に替えて特性線ｍ２に基づいて基本操舵反力トルクＴδが設定され、特性線ｍ１に比較してタイヤ転舵軸トルクＴｔの変動に対する基本操舵反力トルクＴδの変動は小さい。ここで、車速Ｖに応じた操舵角係数Ｋｓを考慮せず、操舵角の増加に応じて特性線ｍ２を変動させた場合、据え切り時に、操舵量が増加するに伴って操舵反力トルクが大きくなることになる。しかしながら、車速Ｖに応じた操舵角係数Ｋｓに応じて特性線ｍ２を特定するようにしているから、据え切り時に操舵量の増加に伴って操舵反力トルクが大きく増加することはなく、これに伴う違和感を運転者に与えることを防止することができる。
【００４４】
また、車速Ｖがｖ_１からｖ_２の間である場合には、操舵角係数が“０”から“１”の値に設定される。このため、操舵角影響度ｅδは車速Ｖがｖ_２よりも大きい場合に比較してより小さい値に設定される。したがって、車速が比較的小さい領域また、上述の据え切り時等のようにセルフアライニングトルクが十分に発生されない車速域でありタイヤ転舵負荷が高い領域では、特性線ｍ１に沿って基本操舵反力トルクＴδを設定して、ある程度のタイヤ転舵軸トルクＴｔまではタイヤ転舵軸トルクＴｔの増加に応じた操舵反力トルクを発生させ、その後は、特性線ｍ２に沿って基本操舵反力トルクＴδを設定してタイヤ転舵軸トルクＴｔの増加量に伴う基本操舵反力トルクＴδの変動を低減することにより、操舵量の増加に応じて操舵反力トルクＴδが増加することを回避することができる。
【００４５】
したがって、全車速域に渡って、適度な操舵反力トルクを発生させることができ、運転者に対し、良好な操舵フィーリングを与えることができる。
なお、上記実施の形態においては、コントロールユニットをマイクロコンピュータで構築する場合について説明したが、これに限らず、同等の演算回路や論理回路で構築するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、上記実施の形態において、ステアリングホイール１及びステアリングシャフト２が操舵機構に対応し、ラック軸１１、タイロッド１６及び転舵輪２０が転舵機構に対応し、操舵角センサ３が操舵角検出手段に対応し、軸力センサ２１が転舵軸トルク検出手段に対応し、反力発生モータ５及び図３の反力発生処理が反力トルク付与手段に対応し、車速センサ２３が車速検出手段に対応し、図５のカウンタ判定処理がカウンタステア操作検出手段に対応し、図６の特性線ｍ１が第１の特性に対応し、特性線ｍ２が第２の特性に対応している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動式操舵装置の位置実施形態を示す全体概略構成図である。
【図２】図１のコントロールユニット１０の構成を示す制御ブロック図である。
【図３】図１のコントロールユニット１０で実行される反力発生処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】車速と操舵角係数との対応を表す制御マップである。
【図５】図３のカウンタ判定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】タイヤ転舵軸トルクＴｔと基本操舵反力トルクＴｓとの対応を表す制御マップである。
【図７】車速Ｖと車速係数Ｋｖとの対応を表す制御マップである。
【図８】操舵角速度δ′とダンピングトルクＴｄとの対応を表す制御マップである。
【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操舵角センサ
４操舵トルクセンサ
５反力発生モータ
１０コントロールユニット
１４第１転舵モータ
１５第２転舵モータ
２１軸力センサ
２２変位センサ
２３車速センサ

Claims

操舵機構と機械的に分離された転舵機構を、前記操舵機構の操舵量に応じて駆動制御すると共に、前記転舵機構の転舵に伴う反力トルクを前記操舵機構に付与するようにした電動式操舵装置において、
操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、前記転舵機構の転舵軸トルクに応じた反力トルクを前記操舵機構に付与し且つ前記転舵軸トルクに対する反力トルクの特性を、前記操舵角検出手段で検出された操舵角に応じて変えるようになっていることを特徴とする電動式操舵装置。
操舵機構と機械的に分離された転舵機構を、前記操舵機構の操舵量に応じて駆動制御すると共に、前記転舵機構の転舵に伴う反力トルクを前記操舵機構に付与するようにした電動式操舵装置において、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記転舵機構の転舵軸トルクを検出する転舵軸トルク検出手段と、
当該転舵軸トルク検出手段で検出された転舵軸トルクに応じた反力トルクを前記操舵機構に付与する反力トルク付与手段と、を備え、
当該反力トルク付与手段は、前記操舵角検出手段で検出された操舵角に応じて前記転舵軸トルクに対する反力トルクの特性を変えるようになっていることを特徴とする電動式操舵装置。
前記反力トルク付与手段は、前記特性を、前記操舵角が小さいときほど、前記転舵軸トルクに対する反力トルクが小さくなるように変えることを特徴とする請求項２記載の電動式操舵装置。
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記反力トルク付与手段は、前記特性を、前記車速が小さいときほど、前記転舵軸トルクに対する反力トルクが小さくなるように変えることを特徴とする請求項２又は３記載の電動式操舵装置。
カウンタステア操作を行っているかどうかを判断するカウンタステア操作検出手段を備え、
前記反力トルク付与手段は、車両に外乱が作用していないときの転舵軸トルクに相当する反力トルクに応じて設定される特性を基準とし、当該基準となる特性において特性の変更を行い、
前記カウンタステア操作検出手段でカウンタステア操作を検出した場合には、前記特性の変更を行わないようになっていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の電動式操舵装置。
前記反力トルク付与手段は、前記転舵軸トルクがしきい値以下のときには、第１の特性に基づいて前記反力トルクを決定し、前記転舵軸トルクがしきい値よりも大きいときには、前記第１の特性よりも、前記転舵軸トルクの変動量に対する前記反力トルクの変動量がより小さい第２の特性に基づいて前記反力トルクを決定し、前記操舵角検出手段で検出される操舵角が大きいときほど前記しきい値をより大きな値に設定するようになっていることを特徴とする請求項２記載の電動式操舵装置。
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記反力トルク付与手段は、前記車速が大きいときほど、前記しきい値をより大きな値に設定するようになっていることを特徴とする請求項６記載の電動式操舵装置。
前記第１の特性は、車両に外乱が作用していないときの転舵軸トルクに相当する反力トルクに応じて設定されることを特徴とする請求項６又は７に記載の電動式操舵装置。
カウンタステア操作を行っているかどうかを判断するカウンタステア操作検出手段を備え、
当該カウンタステア操作検出手段でカウンタステア操作を検出した場合には、前記転舵軸トルクの大きさに関わらず前記第１の特性に基づいて前記反力トルクを設定することを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の電動式操舵装置。