JP2004203108A

JP2004203108A - 操舵力制御装置

Info

Publication number: JP2004203108A
Application number: JP2002372202A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Motoyama; 廉夫本山; Kazuchika Tajima; 一親田島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP4189641B2

Abstract

【課題】高速走行中や低μ路走行中における過大な操舵を未然に抑制すると共にセンサ系での故障発生率を低減可能な操舵力制御装置を提供する。
【解決手段】操舵力制御装置としての制御ユニット（１７）は、操舵トルク（Ｔ）と車速（Ｖ）に応じて電動パワーステアリング装置（１５）の直流モータ（１６）の目標アシストトルク（Ｔtar）を設定する目標トルク設定部（２１）と、高速域でのデューティ比（Ｄ１）の上限値を制限するデューティ比制限部（２７）と、デューティ比（Ｄ２）に応じた電圧（Ｅ）で直流モータを駆動するモータ駆動部（２８）を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両走行の安定性向上を図る走行制御装置に関し、特に、高速走行中や低μ路走行中に過大な操舵が開始された際に電動パワーステアリング装置の直流モータが発生する操舵反力により、その様な操舵を抑制して走行安定性を高めるようにした操舵力制御装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
車両の走行安定性を向上するため、車輪のスリップ状況に応じてスロットル弁を自動制御するトラクションコントロールシステムや、車両の旋回状態に応じてブレーキを自動的に作動させるブレーキ装置などの走行制御装置が用いられる（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
また、車両挙動に応じた操舵反力を発生させるようにパワーステアリング装置を構成することが知られている。例えば、特許文献３に記載の車両用操舵装置では、操舵トルク指令値に車両挙動変化を打ち消す操舵反力成分を含め、これにより、横風などの外乱が作用した際の車両の直進安定性を向上するようにしている。すなわち、特許文献３に記載のものは、舵角センサ、トルクセンサ、車速センサ、横加速度センサ及びヨーレイトセンサによる検出値に基づいて通常の操舵アシスト制御のための目標補助操舵トルクを求めると共に操舵角速度、横加速度、ヨーレイト及びヨー角加速度に対応する操舵反力成分を求め、これらの操舵反力成分の和である目標操舵反力を目標補助操舵トルクに加算して得た目標電流値に基づいて電動機を駆動するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１５７２５５号公報
【特許文献２】
特開平２−１７１３７３号公報
【特許文献３】
特開平６−９２２５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
運転者は車両を安全に走行させる責務を負うが、道路環境や運転技量によっては安全走行を行えない場合がある。例えば、運転経験に乏しい運転者にあっては、高速走行中や低μ路走行中に過大な操舵を行って走行安定性を損なうおそれがある。
【０００６】
この点、特許文献１、２に記載のトラクションコントロールシステムやブレーキ装置を搭載した車両によれば、車輪にスリップが生じたり旋回状態が不安定になると走行安定性を回復するようにエンジン出力が低減され或いは制動が行われるが、この様な出力制御や制動制御は不適切な運転操作によって車両走行が不安定になってから開始され、従って、高速走行中や低μ路走行中の過大な操舵を未然に抑制するものではない。
【０００７】
また、特許文献３に記載の操舵装置は横風などによる直進安定性の低下を防止可能ではあるが、このものも高速走行中や低μ路走行中の過大な操舵を未然に抑制するものではない。更に、特許文献３のものは、操舵装置に通常装備される舵角センサ、トルクセンサ及び車速センサに加えて横加速度センサおよびヨーレイトセンサを必要とし、この様にセンサ数が多い分、コスト高になるばかりではなく、センサ系での故障発生率が増大するおそれがある。一般に、操舵系にはブレーキ系にも増して高い信頼性が要求されるので、センサ系の故障発生率を可能な限り低減する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、高速走行中や低μ路走行中における過大な操舵を未然に抑制すると共にセンサ系での故障発生率を低減可能な操舵力制御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】
請求項１に記載の発明による操舵力制御装置は、運転者の操舵トルクと車速とに応じて電動パワーステアリング装置の直流モータの目標アシストトルクを設定する目標トルク設定手段と目標アシストトルクに応じたモータ電流で直流モータを駆動するモータ駆動手段に加えて、高速域でのモータ電流の上限値を、操舵角が過度に増大したときに直流モータが操舵反力を発生するような小さい値に制限するモータ電流制限手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、従来の電動パワーステアリング装置と同様、操舵トルクと車速とに応じて設定した目標アシストトルクに従って電動パワーステアリング装置の直流モータを駆動するようになっている。運転者による操舵操作が行われてモータ回転数が増大すると直流モータに発生する逆起電力が増大し、その分、モータトルク（アシストトルク）が減少するが、このトルク低下を補うようにモータへの印加電圧（モータ電流）が増大して目標アシストトルク相当のアシストトルクを発生させる。この様なアシストトルクにより運転者の操舵上の負担が軽減するが、高速走行中に過大な操舵アシストが行われると却って車両の走行安定性を損ねることになる。
【００１１】
従来の電動パワーステアリング装置においても高速域では操舵アシストを弱めるが、モータへの印加電圧はバッテリ電圧まで制限なく増大可能であり、従って、高速域で過大な操舵が行われた場合にアシストトルクが発生して走行安定性が損なわれるおそれがある。いずれにしても、従来の電動パワーステアリング装置は高速域での過大な操舵を積極的に抑制するものではなく、過大な操舵に起因する走行安定性の低下を補償するにはその様な補償作用を奏する走行制御装置を併用せざるを得ない。
【００１２】
この点、請求項１の発明によれば、高速域ではモータ電流の上限値が制限されるので、高速域での過大な操舵が未然に抑制されて走行安定性が保たれる。すなわち、運転者の操舵が許容範囲内で行われている限り、高速域においてもモータ電流がその上限値を上回らないのでアシストトルクが発生するが、例えば車両の運転限界を超えるような過大な操舵が開始されると直流モータが操舵反力を発生して過大な操舵を抑制することになる。
【００１３】
つまり、請求項１に係る操舵力制御装置においても、高速域で過大な操舵が開始されると直流モータの逆起電力が急増してモータトルクが急減するのでモータ電流を大幅に増大しようとするが、本発明では高速域でのモータ電流の上限値を小さい値に制限するので、アシストトルクの発生を阻止するばかりではなく、操舵操作に対して直流モータが負荷になって操舵反力を発生する。この結果、高速域では過大な操舵とくにハンドル切り込み操作が未然に抑制され、走行安定性が確保されて横転防止などが図られる。
【００１４】
また、請求項１に係る操舵力制御装置は、上述のように、直流モータの特性（モータトルク（モータ電流）とモータ回転数（ハンドル角速度）との関係）を利用して過大な操舵が行われたときに操舵反力を発生させるものとなっており、従来の走行制御装置に比べて簡易かつ低廉に構成可能である。更に、操舵力制御装置のセンサ系は、電動パワーステアリング装置に通常装備されるトルクセンサ、車速センサおよび舵角センサにより簡易かつ低コストで構成可能であり、故障発生率が低い。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、低μ路面走行でのモータ電流の上限値を小さい値に制限することを特徴とする。
低μ路では比較的小さい操舵角速度での操舵によっても車両挙動が不安定になり易いが、請求項２に記載の発明によれば、低μ路走行中における過大な操舵が未然に抑制され、低μ路走行中の走行安定性が確保される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による操舵力制御装置を説明する。
本実施形態に係る操舵力制御装置が装備される車両は、各輪に装備された車輪速センサから構成される車速センサ（車速検出手段）１１と、ドライバの操舵トルク（ステアリングシャフトに加わる操舵トルク）を検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）１２と、操舵角を検出する舵角センサ１３と、車両に加わる横加速度を検出する横Ｇセンサ１４とを備え、また、車速センサ１１及びトルクセンサ１２により検出された車速Ｖおよび操舵トルクＴに応じた操舵アシスト力Ｆを発生させる電動パワーステアリング装置１５とを備えている。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１５は、図示しない減速機を介して操舵機構１８に連結された直流モータ１６と、このモータ１６の出力トルク及び回転方向を制御する制御ユニット１７とを備え、制御ユニット１７は、例えばマイクロプロセッサなどにより構成され、操舵アシスト力を制御する操舵力制御装置として機能する。
【００１８】
すなわち、制御ユニット１７は目標トルク設定部（目標トルク設定手段）２１を含み、この目標トルク設定部２１は、操舵トルクＴとこの操舵トルクから求めた操舵方向と車速Ｖとに応じた目標アシストトルク値（以下、目標トルク値という）Ｔtarを設定するようになっている。
図２は、或る車速での目標トルク値Ｔtarの設定に用いられるマップを例示する。図２から明らかなように、目標トルク値Ｔtarはハンドル操作により発生する操舵トルクＴが大きくなるほど増大し、また、操舵トルクＴの値が正（たとえば右旋回に対応）であれば正の値をとる一方、操舵トルクＴの値が負であれば負の値をとる。すなわち、目標トルク値Ｔtarに対応する操舵アシスト力は、操舵トルクＴと同一方向に作用し、ハンドル操作をアシストするものになっている。
【００１９】
また、制御ユニット１７は、目標トルク値Ｔtarの正負を判別する正負判別部２２と、目標トルク値Ｔtarの絶対値に対応する指令電流Ｉtarを設定する指令電流設定部２３と、直流モータ１６に流れる電機子電流Ｉを図示しない電流センサを介して検出する電流検出部２４と、電機子電流Ｉが指令電流Ｉtarに等しくなるようなデューティ比Ｄ１を設定するデューティ比設定部２５とを備えている。
【００２０】
更に、制御ユニット１７は、車両が現在走行している路面の摩擦係数μを車速Ｖ、操舵角θおよび横Ｇから検出する路面μ検出部（路面μ検出手段）２６を備えている。この路面μ検出部２６は、例えば特開平１１−１９４０８７号公報に記載の路面摩擦係数判定装置のように構成可能であり、車速センサ１１、舵角センサ１３及び横Ｇセンサ１４と共に路面μ検出手段を構成している。
【００２１】
また、制御ユニット１７には、デューティ比設定部２５から入力したデューティ比Ｄ１を、図３に例示するマップから求めた上限値以下に制限するデューティ比制限部２７が設けられている。図３から分かるように、デューティ比Ｄ１の上限値は車速Ｖが増大するにつれて減少する。また、低μ路での上限値（図３に破線で示す）は高μ路での上限値（図３に実線で示す）に比べて小さい値をとる。
【００２２】
デューティ比設定部２５によって設定されたデューティ比Ｄ１は、デューティ比制限部２７で上限値以下に制限されてデューティ比Ｄ２としてモータ駆動部２８へ出力される。すなわち、デューティ比Ｄ２は、デューティ比Ｄ１が上限値よりも小さい場合はデューティ比Ｄ１に等しく、デューティ比Ｄ１が上限値よりも大きい場合には上限値に等しくなる。
【００２３】
モータ駆動部（モータ駆動手段）２８は、直流モータ１６への印加電圧Ｅの印加方向（極性）を目標トルク値Ｔrarの正負に応じて切り換えると共にデューティ比Ｄ２に基づいてバッテリ電圧をデューティ制御して印加電圧Ｅを可変制御し、これにより直流モータ１６の回転方向および出力トルクの大きさ（操舵アシスト力Ｆ）を制御するようになっている。従って、直流モータ１６にはバッテリ電圧とデューティ比Ｄ２（％）との積に等しい平均電圧Ｅが印加されることになる。
【００２４】
図４は、直流モータ１６の特性（印加電圧Ｅとモータ回転数ＮとモータトルクＴｍとの関係）を例示する。なお、モータトルクＴｍは直流モータ１６に流れる電機子電流Ｉに対応し、モータ回転数Ｎはハンドル角速度に対応する。図４から分かるように、モータ回転数Ｎが増大するにつれてモータトルクＴｍが減少するのでハンドルが重くなり、モータ回転数Ｎが更に増大するとモータトルクＴｍが負の値になる。すなわち、直流モータ１６が操舵反力を発生する。これは、直流モータ１６に発生する逆起電力がモータ回転数Ｎの増大に伴って増大することによる。
【００２５】
本操舵力制御装置は、直流モータ１６の上記特性を利用して、高速域での過大な操舵を未然に抑制するものである。すなわち、車速Ｖが増大するにつれてデューティ比Ｄ１の上限値を小さく制限することにより、直流モータ１６への印加電圧Ｅをバッテリ電圧相当の値Ｅ１から例えばＥ２、Ｅ３と徐々に減少させるものになっている。そして、モータ電圧Ｅが小さいほどモータ回転数Ｎ（ハンドル角速度）の増大時すなわち過大な操舵が行われた際に大きい操舵反力が発生してハンドルが重くなるので、過大な操舵が抑制される。
【００２６】
上記の説明から分かるように、デューティ比制限部２７およびモータ駆動部２８は、高速域でのデューティ比Ｄ１（モータ電流Ｉ及びモータトルクＴｍ）の上限値を小さい値に制限するモータ電流制限手段を構成している。
図５は、ハンドルを左右に大きく切る際に本操舵力制御装置により奏されるハンドル操作抑制作用を実線で示し、図５中の破線はこの操舵力制御装置を装備しない場合におけるハンドル角変化を示す。図５から分かるように、操舵力制御装置によれば、過大な操舵とくにハンドル切り込み操作が抑制される。
【００２７】
以上で本発明の一実施形態に係る操舵力制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、デューティ比Ｄ１の上限値を低μ路走行時に小さい値に制限するようにしたが、本発明において路面μに応じて上限値を変更することは必須ではない。また、電動パワーステアリング装置のアシスト特性は図２のものに限定されず、デューティ比の上限値の設定に用いられるマップは図３のものに限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、高速域でのモータ電流の上限値を小さい値に制限するので、高速域での過大な操舵を未然に抑制することができ、車両の走行安定性を確保することができる。例えば横転防止が図られる。また、本発明は、過大な操舵を抑制する際に直流モータの特性を利用するので、構成が簡易であり、コストを低減することができる。また、センサ系を電動パワーステアリング装置に通常装備されるセンサで構成可能であるので、この点においても簡易かつ低廉であり、また、センサ系での故障発生率を低減することができ、操舵制御上の信頼度を高めることができる。
【００２９】
請求項２の発明では、低μ路でのモータ電流の上限値を小さい値に制限するので、低μ路走行中の走行安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による操舵力制御装置を示す概略ブロック図である。
【図２】操舵力制御装置での目標トルク値の設定に用いられるマップを例示する図である。
【図３】デューティ比の上限値の設定に用いられるマップを例示する図である。
【図４】直流モータの特性を例示する図である。
【図５】操舵力制御装置のハンドル操作抑制作用を示す図である。
【符号の説明】
１１車速センサ
１２トルクセンサ
１３舵角センサ
１４横Ｇセンサ
１５パワーステアリング装置
１６直流モータ
１７制御ユニット
２１目標トルク設定部
２５デューティ比設定部
２６路面μ検出部
２７デューティ比制限部
２８モータ駆動部

Claims

運転者の操舵による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
上記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクと上記車速検出手段により検出された車速とに応じて、電動パワーステアリング装置の直流モータの目標アシストトルクを設定する目標トルク設定手段と、
上記目標アシストトルクに応じたモータ電流で上記直流モータを駆動するモータ駆動手段と、
高速域での上記モータ電流の上限値を、操舵角が過度に増大したときに上記直流モータが操舵反力を発生するような小さい値に制限するモータ電流制限手段と
を備えることを特徴とする操舵力制御装置。
車両が走行している路面の摩擦係数を検出する路面μ検出手段を更に備え、
上記モータ電流制限手段は、低μ路面走行では上記モータ電流の上記上限値を小さい値に制限することを特徴とする請求項１に記載の操舵力制御装置。