JP2003320948A - 車両の運動制御方法および車両の運動制御装置 - Google Patents
車両の運動制御方法および車両の運動制御装置Info
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Abstract
よび車両の運動制御装置を提供する。 【解決手段】 車両運動制御装置によると、回転角セン
サ24sにより検出したアシストモータ24mの回転角
θpmおよび回転角センサ32sにより検出したギヤ比可
変モータ32mの回転角θvmに基づいてステアリングホ
イールの操舵角θhを求め、求めた操舵角θhに基づい
てギヤ比可変機構のVGRS制御処理40aを行う。こ
れにより、ギヤ比可変機構のVGRS制御処理40aに
用いられる回転角θvmとEPSアクチュエータのESP
制御処理30aに用いられる回転角θpmとに基づいてス
テアリングホイールの操舵角θhを求めるため、操舵角
センサがなくてもステアリングホイールの操舵角θhを
得ることができる。したがって、車両運動制御装置の部
品点数を削減することができる。
Description
法および車両の運動制御装置に関する。
舵輪とを連結する操舵伝達系の途中にギヤ比可変モータ
の駆動により伝達比を可変する伝達比可変機構を備えた
車両の運動制御装置として、例えば図4および図5に示
すように、ステアリングホイール(ハンドル)21、第
1ステアリングシャフト22、第2ステアリングシャフ
ト23、EPSアクチュエータ24、ロッド25、操舵
角センサ26、車速センサ27、トルクセンサ28、EP
S_ECU 30、ギヤ比可変機構32、VGRS_ECU40等から
構成される車両運動制御装置100がある。なお、この
ような「ステアリングホイール21と操舵輪とを連結す
る操舵伝達系の途中に電動モータの駆動により伝達比を
可変する伝達比可変機構」を、VGRS(Vriable Gear
Ratio System)と称する場合もある。
テアリングシャフト22の一端が接続され、この第1ス
テアリングシャフト22の他端側にはギヤ比可変機構3
2の入力側が接続される。このギヤ比可変機構32は、
ギヤ比可変モータ32m、減速機32g等から構成され
ており、この出力側には第2ステアリングシャフト23
の一端側が接続され、第2ステアリングシャフト23の
他端側には、EPSアクチュエータ24の入力側が接続
される。EPSアクチュエータ24は、電気式動力舵取
装置であり、図示しないラック・ピニオンギヤ等によ
り、第2ステアリングシャフト23によって入力された
回転運動をロッド25の軸方向運動に変換して出力し得
るとともに、EPS_ECU 30により制御されるアシストモ
ータ24mにより操舵状態に応じたアシスト力を発生さ
せて運転者による操舵をアシストする。なお、第1ステ
アリングシャフト22の回転角(操舵角)は操舵角セン
サ26により検出されて操舵角信号θhとしてVGRS_ECU
40に、また第2ステアリングシャフト23による操舵
トルクはトルクセンサ28により検出されてトルク信号
TpとしてEPS制御処理30aに、さらに車両の速度
は車速センサ27により検出されて車速信号VとしてEP
S_ECU 30およびVGRS_ECU40に、それぞれ入力され得
るように構成されている。また、ロッド25には、図略
の操舵輪が装着されている。
可変機構32およびVGRS_ECU40では、ギヤ比可変モー
タ32mと減速機32gにより、入力ギヤに対する出力
ギヤの比を車速に応じてリアルタイムに変更し、第1ス
テアリングシャフト22の操舵角に対する第2ステアリ
ングシャフト23の出力角の比を可変する。また、EP
Sアクチュエータ24およびEPS_ECU 30では、トルク
センサ28および車速センサ27により検出した運転者
の操舵状態や車速に応じて、運転者の操舵をアシストす
るアシスト力をアシストモータ24mにより発生させ
る。
ギヤ比、例えば停車時や低速走行時にはステアリングホ
イール21の操舵角に対してギヤ比可変機構32の出力
角が大きくなるように設定し、また高速走行時にはステ
アリングホイール21の操舵角に対してギヤ比可変機構
32の出力角が小さくなるように設定することが可能と
なる一方で、車速に対応した適切なアシスト力をアシス
トモータ24mにより発生させることが可能となる。
合には、ギヤ比可変機構32によるステアリングギヤ比
が小さく設定されるとともに、アシストモータ24mに
よるアシスト力を高めるので、軽いステアリング操作で
も操舵輪は大きく切れる。これにより運転者の操舵を楽
にすることができる。一方、車両が高速走行している場
合には、アシストモータ24mによるアシスト力が低下
し、ギヤ比可変機構32によるステアリングギヤ比が大
きく設定されるので、ステアリング操作が重くなるとと
もに、たとえステアリングが大きく切れても操舵輪は小
さく切れるにとどまる。これにより車両制御の安定性の
さらなる向上を期待することができる。
うな車両運動制御装置100によると、図5に示すよう
に、アシストモータ24mの回転角センサ24sやギヤ
比可変モータ32mの回転角センサ32sをはじめとし
て、操舵角センサ26、車速センサ27、トルクセンサ
28等、数多くのセンサが用いられている。そのため、
車両運動制御装置100では、このようなセンサが多用
されていることにより、製品コストの増大を招き、さら
には故障発生率の低減を妨げているという問題がある。
ると、単に分解能の低い廉価なセンサに置き換えたり、
センサを削減する等の方策を採った場合には、検出デー
タの粗さから、EPS制御処理30aやVGRS制御処
理40aの制御性能を低下させたり、制御自体を不能に
するという問題がある。
なされたものであり、その目的とするところは、部品点
数を削減し得る車両の運動制御方法および車両の運動制
御装置を提供することにある。または、本発明の別の目
的は、車両の運動制御性能を向上し得る車両の運動制御
方法および車両の運動制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1の車両の運動制御方
法では、ハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途
中にギヤ比可変モータの駆動により伝達比を可変する伝
達比可変機構と、この伝達比可変機構の出力軸に発生す
る操舵トルクに基づいて操舵力を補うアシストモータ
と、を備えた車両の運動制御方法であって、前記アシス
トモータの回転角θpmを検出する第1のステップと、前
記ギヤ比可変モータの回転角θvmを検出する第2のステ
ップと、前記第1のステップにより検出した回転角θpm
および前記第2のステップにより検出した回転角θvmに
基づいて、前記ハンドルの操舵角を求める第3のステッ
プと、を含み、前記第3のステップにより求めた前記ハ
ンドルの操舵角に基づいて、前記伝達比可変機構の制御
を行うことを技術的特徴とする。
により検出した回転角θpmおよび第2のステップにより
検出した回転角θvmに基づいてハンドルの操舵角を求
め、求めたハンドルの操舵角に基づいて、操舵伝達系の
伝達比を可変する伝達比可変機構の制御を行う。これに
より、ギヤ比可変モータの制御に用いられる回転角θvm
とアシストモータの制御に用いられる回転角θpmとに基
づいてハンドルの操舵角を求めるため、操舵角センサ等
の機械的、電気的に操舵角を検出する部品がなくてもハ
ンドルの操舵角を得ることができる。したがって、この
ような操舵角を検出する部品を廃止することができるた
め、部品点数を削減することができる。
は、請求項1において、前記第1のステップによる回転
角θpmの検出および前記第2のステップによる回転角θ
vmの検出の少なくとも一方には、減速手段を介して回転
角が入力されることを技術的特徴とする。
vmの検出には、減速手段を介して回転角が入力されるこ
とから、入力される回転角θpm、θvmの分解能を高める
ことができる。これにより、請求項1に記載の第3のス
テップでは、分解能の高い回転角θpm、θvmに基づいて
ハンドルの操舵角を求めることができるので、求めた操
舵角の分解能も高められる。したがって、高分解能のハ
ンドルの操舵角に基づいて伝達比可変機構の制御を行う
ため、車両の運動制御性能を向上することができる。
は、ハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に
ギヤ比可変モータの駆動により伝達比を可変する伝達比
可変機構と、この伝達比可変機構の出力軸に発生する操
舵トルクに基づいて操舵力を補うアシストモータと、を
備えた車両の運動制御装置であって、前記アシストモー
タの回転角θpmを検出する第1の回転角検出手段と、前
記ギヤ比可変モータの回転角θvmを検出する第2の回転
角検出手段と、前記第1の回転角検出手段により検出し
た回転角θpmおよび前記第2の回転角検出手段により検
出した回転角θvmに基づいて、前記ハンドルの操舵角を
求める操舵角演算手段と、を備え、前記操舵角演算手段
により求めた前記ハンドルの操舵角に基づいて、前記伝
達比可変機構の制御を行うことを技術的特徴とする。
出手段により検出した回転角θpmおよび第2の回転角検
出手段により検出した回転角θvmに基づいてハンドルの
操舵角を求め、求めたハンドルの操舵角に基づいて、操
舵伝達系の伝達比を可変する伝達比可変機構の制御を行
う。これにより、ギヤ比可変モータの制御に用いられる
回転角θvmとアシストモータの制御に用いられる回転角
θpmとに基づいてハンドルの操舵角を求めるため、操舵
角センサ等の機械的、電気的に操舵角を検出する部品が
なくてもハンドルの操舵角を得ることができる。したが
って、このような操舵角を検出する部品を廃止すること
ができるため、部品点数を削減することができる。
請求項3において、前記第1の回転角検出手段および前
記第2の回転角検出手段の少なくとも一方には、減速手
段を介して回転角が入力されることを技術的特徴とす
る。
転角検出手段には、減速手段を介して回転角が入力され
ることから、入力される回転角の分解能を高めることが
できる。これにより、請求項3に記載の操舵角演算手段
では、分解能の高い回転角θpm、θvmに基づいてハンド
ルの操舵角を求めることができるので、求めた操舵角の
分解能も高められる。したがって、高分解能のハンドル
の操舵角に基づいて伝達比可変機構の制御を行うため、
車両の運動制御性能を向上することができる。
法および車両の運動制御装置を適用した車両運動制御装
置の実施形態について図を参照して説明する。なお、本
実施形態に係る車両運動制御装置20は、前述した車両
運動制御装置100から操舵角センサ26を削除してい
るところ以外は、機械的構成においては変わるところが
ない。そのため、図1に示す車両運動制御装置20にお
いては、図4に示す車両運動制御装置100と同一の構
成部分に同一符号を付し、それらの説明を省略する。
運動制御装置20では、EPS_ECU 30によるEPS制御
処理30aとVGRS_ECU40によるVGRS制御処理40
aとの2つの処理がそれぞれのECU(Electronic Con
trol Unit )によって行われている。つまり、前述した
ように車両運動制御装置20は、VGRS_ECU40によるV
GRS制御処理40aによってギヤ比可変機構32によ
りステアリングギヤ比を車両の速度に応じて可変制御す
る機能を有するとともに、EPS_ECU 30によるEPS制
御処理30aによって操舵状態に応じたアシスト力を発
生させて運転者による操舵をアシストする機能を有す
る。
車速センサ27による車速信号Vと、後述するように演
算処理により求められる操舵角θhとがVGRS_ECU40に
入力されることにより、車速に対応して一義的に定めら
れるギヤ比可変機構32のギヤ比可変モータ32mの回
転角を図略のモータ回転角マップから決定する処理を行
い、決定した回転角指令値に応じたモータ電圧をモータ
駆動回路によりギヤ比可変モータ32mに供給する。こ
れにより、ギヤ比可変機構32およびVGRS_ECU40で
は、ギヤ比可変モータ32mと減速機32gによって、
入力ギヤに対する出力ギヤの比を車速に応じてリアルタ
イムに変更している。
センサ28による操舵トルク信号Tpと車速センサ27
による車速信号VとがEPS_ECU 30に入力されることに
より、車速に対応して一義的に定められるEPSアクチ
ュエータ24のアシストモータ24mの電流指令値を図
略のモータ電流マップから決定する処理を行い、決定し
た電流指令値に応じたモータ電圧をモータ駆動回路によ
りギヤ比可変モータ32mに供給する。これにより、E
PSアクチュエータ24およびEPS_ECU 30では、EP
S制御処理30aにより、トルクセンサ28および車速
センサ27により検出した運転者の操舵状態や車速に応
じて、運転者の操舵をアシストするアシスト力をアシス
トモータ24mにより発生させている。
処理30aおよびVGRS_ECU40によるVGRS制御処理
40aのそれぞれ機能概要は、前述した車両運動制御装
置100による車両運動制御処理と基本的に同じではあ
るが、本実施形態に係る車両運動制御装置20では、操
舵角θhを操舵角センサにより検出したものを用いるの
ではなく、VGRS_ECU40による演算処理により求め、そ
れをVGRS制御処理40aに用いている点が、従来の
車両運動制御装置100と異なる。
御装置100では、操舵角センサ26によりステアリン
グホイール21の操舵角θhを機械的、電気的に検出
し、その操舵角θhをVGRS制御処理40aに用いて
いるのに対し、車両運動制御装置20では、図2に示す
ように、回転角センサ24sにより検出した回転角θpm
と回転角センサ32sにより検出した回転角θvmとに基
づいて、ステアリングホイール21の操舵角θhを求
め、求めた操舵角θhに基づいてVGRS制御処理40
aを行っている。これにより操舵角センサ26を不要と
している。
操舵角θhとアシストモータ24mの回転角θpmとギヤ
比可変モータ32mの回転角θvmとの間には、次の式
(1) による関係が成り立つため、この式(1) からステア
リングホイール21の操舵角θhを求める式(2) による
演算処理を、VGRS_ECU40により実行することによっ
て、当該操舵角θhを求めている。
位数)で、VGRS制御処理40aによって設定され
る。またGpはEPSアクチュエータ24によるギヤ比
(無単位数)で、EPS制御処理30aによって設定さ
れる。
り、所定のタイマ割り込み処理等により定期的(例えば
5ミリ秒ごと)に繰り返し実行される操舵角演算処理に
よってこの式(2) による演算を行っている。ここで、操
舵角演算処理の概要を図3に基づいて説明する。
所定の初期化処理の後、まずステップS101により、
アシストモータ24mの回転角θpmのデータを読み込む
処理が行われる。回転角θpmのデータは、回転角センサ
24sにより検出されてVGRS_ECU40に入力されるの
で、それを適当な割り込み処理等により取り込むことに
よってデータ読み込みが行われる。
モータ32mの回転角θvmのデータを読み込む処理が行
われる。回転角θvmのデータは、回転角センサ32sに
より検出されてVGRS_ECU40に入力されるので、回転角
θpmのデータと同様、それを適当な割り込み処理等によ
り取り込むことによってデータ読み込みが行われる。
Gvのデータを読み込む処理が行われる。ギヤ比Gp
は、ギヤ比可変モータ32mの出力軸とラック軸との間
に介在するボールねじによるギヤ比と、このラック軸の
ラックと噛合するピニオンギヤによるギヤ比とを乗算し
て得られるもので、設計値または測定値により設定され
る。またギヤ比Gvは、VGRS制御処理40aにより
決定されるパラメータにより設定される。
ック軸との間に介在するボールねじによるギヤ比と、こ
のラック軸のラックと噛合するピニオンギヤによるギヤ
比とを乗算して得られるギヤ比は、回転角センサ24s
の入力側に介在する減速機としての減速比に相当するも
のである。
よる読み込み処理を実行することにより、前述した式
(2) から操舵角θhを求めるために必要なパラメータが
全て揃うので、続くステップS107では、式(2) によ
り操舵角θhを算出する処理が行われる。そして、この
ステップS107により得られた操舵角θhが、VGR
S制御処理40aに渡されることで、一連の本操舵角演
算処理が終了する。
両運動制御装置20によると、回転角センサ24sによ
り検出したアシストモータ24mの回転角θpmおよび回
転角センサ32sにより検出したギヤ比可変モータ32
mの回転角θvmに基づいてステアリングホイール21の
操舵角θhを求め、求めた操舵角θhに基づいて、ギヤ
比可変機構32のVGRS制御処理40aを行う。これ
により、ギヤ比可変機構32のVGRS制御処理40a
に用いられる回転角θvmとEPSアクチュエータ24
(アシストモータ24m)のEPS制御処理30aに用
いられる回転角θpmとに基づいてステアリングホイール
21の操舵角θhを求めるため、図4に示す操舵角セン
サ26がなくてもステアリングホイール21の操舵角θ
hを得ることができる。したがって、このような操舵角
センサ26を廃止することができるため、部品点数を削
減することができる。
20によると、ステップS101によりアシストモータ
24mの回転角θpmを検出し、ステップS103により
ギヤ比可変モータ32mの回転角θvmを検出し、ステッ
プS107により回転角θpmおよび回転角θvmに基づい
てステアリングホイール21の操舵角θhを求める。そ
して、ステップ107により求めた操舵角θhに基づい
て、ギヤ比可変機構32のVGRS制御処理40aを行
う。これにより、ギヤ比可変機構32のVGRS制御処
理40aに用いられる回転角θvmとEPSアクチュエー
タ24(アシストモータ24m)のEPS制御処理30
aに用いられる回転角θpmとに基づいてステアリングホ
イール21の操舵角θhを求めるため、図4に示す操舵
角センサ26がなくてもステアリングホイール21の操
舵角θhを得ることができる。したがって、このような
操舵角センサ26を廃止することができるため、部品点
数を削減することができる。
置20では、図4に示す従来の車両運動制御装置100
のように操舵角センサ26の出力をVGRS制御処理4
0aに用いることがない。そのため、例えば操舵角セン
サ26に検出角度の分解能が低いものを使用した場合に
生じる電流指令値の分解能の低下からギヤ比可変機構3
2の制御ループの応答性が下がり、応答遅れによるステ
アリングホイール21の振動等の発生を抑制することが
できる。
との間に介在するボールねじによるギヤ比と、このラッ
ク軸のラックと噛合するピニオンギヤによるギヤ比とを
乗算して得られるギヤ比は、回転角センサ24sの入力
側に介在する減速機として機能することから、アシスト
モータ24mの回転角θpmを検出する回転角センサ24
sには、当該減速機を介して回転角θpmが入力される。
これにより、入力される回転角θpmの分解能を高めるこ
とができるので、ステップS107では、分解能の高い
回転角θpmに基づいてステアリングホイール21の操舵
角θhを求めることができ、求めた操舵角θhの分解能
も高められる。したがって、高分解能のステアリングホ
イール21の操舵角θhに基づいてギヤ比可変機構32
のVGRS制御処理40aを行うため、車両の運動制御
性能を向上することができる。
は、回転角センサ32sの入力側に介在する減速機とし
て機能することから、ギヤ比可変モータ32mの回転角
θvmを検出する回転角センサ32sには、当該減速機を
介して回転角θvmが入力される。これにより、入力され
る回転角θvmの分解能を高めることができるので、ステ
ップS107では、分解能の高い回転角θvmに基づいて
ステアリングホイール21の操舵角θhを求めることが
でき、求めた操舵角θhの分解能も高められる。したが
って、高分解能のステアリングホイール21の操舵角θ
hに基づいてギヤ比可変機構32のVGRS制御処理4
0aを行うため、車両の運動制御性能を向上することが
できる。
る。
およびVGRS_ECUによる車両運動制御処理を表した機能ブ
ロック図である。
による操舵角演算処理の流れを示すフローチャートであ
る。
図である。
である。
装置) 21 ステアリングホイール (ハンドル) 22 第1ステアリングシャフト(操舵伝達系) 23 第2ステアリングシャフト(操舵伝達系、出
力軸) 24 EPSアクチュエータ (操舵伝達系) 24m アシストモータ 24s 回転角センサ (第1の回転角検
出手段) 26 操舵角センサ 25 ロッド (操舵伝達系) 28 トルクセンサ 30 EPS_ECU 30a EPS制御処理 32 ギヤ比可変機構 (伝達比可変機
構) 32g 減速機 (減速手段) 32m ギヤ比可変モータ 32s 回転角センサ (第2の回転角検
出手段) 40 VGRS_ECU (第1のステッ
プ、第2のステップ、第3のステップ、操舵角演算手
段) 40a VGRS制御処理 θpm アシストモータの回転角 θvm ギヤ比可変モータの回転角 S101 (第1のステップ、第1の回転角検出手段) S103 (第2のステップ、第2の回転角検出手段) S107 (第3のステップ)
Claims (4)
- 【請求項1】 ハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達
系の途中にギヤ比可変モータの駆動により伝達比を可変
する伝達比可変機構と、この伝達比可変機構の出力軸に
発生する操舵トルクに基づいて操舵力を補うアシストモ
ータと、を備えた車両の運動制御方法であって、 前記アシストモータの回転角θpmを検出する第1のステ
ップと、 前記ギヤ比可変モータの回転角θvmを検出する第2のス
テップと、 前記第1のステップにより検出した回転角θpmおよび前
記第2のステップにより検出した回転角θvmに基づい
て、前記ハンドルの操舵角を求める第3のステップと、
を含み、 前記第3のステップにより求めた前記ハンドルの操舵角
に基づいて、前記伝達比可変機構の制御を行うことを特
徴とする車両の運動制御方法。 - 【請求項2】 前記第1のステップによる回転角θpmの
検出および前記第2のステップによる回転角θvmの検出
の少なくとも一方には、減速手段を介して回転角が入力
されることを特徴とする請求項1記載の車両の運動制御
方法。 - 【請求項3】 ハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達
系の途中にギヤ比可変モータの駆動により伝達比を可変
する伝達比可変機構と、この伝達比可変機構の出力軸に
発生する操舵トルクに基づいて操舵力を補うアシストモ
ータと、を備えた車両の運動制御装置であって、 前記アシストモータの回転角θpmを検出する第1の回転
角検出手段と、 前記ギヤ比可変モータの回転角θvmを検出する第2の回
転角検出手段と、 前記第1の回転角検出手段により検出した回転角θpmお
よび前記第2の回転角検出手段により検出した回転角θ
vmに基づいて、前記ハンドルの操舵角を求める操舵角演
算手段と、を備え、 前記操舵角演算手段により求めた前記ハンドルの操舵角
に基づいて、前記伝達比可変機構の制御を行うことを特
徴とする車両の運動制御装置。 - 【請求項4】 前記第1の回転角検出手段および前記第
2の回転角検出手段の少なくとも一方には、減速手段を
介して回転角が入力されることを特徴とする請求項3記
載の車両の運動制御装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002126716A JP4092389B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 車両の運動制御方法および車両の運動制御装置 |
US10/507,374 US7055645B2 (en) | 2002-04-26 | 2003-04-21 | Method and device for controlling maneuverability of vehicle |
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