JP2005170136A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操向輪の転舵角速度が速いときでも、変位部材とストッパの衝突によるショックを十分緩和できるステアリング装置を提供する。
【解決手段】 コントローラ９は、転舵角速度dθout/dtに応じて出力制限比εを設定する制限比設定部９ｅと、電流目標値設定部９ｃが設定した目標電流値I*に出力制限比εを乗算して最終電流出力値Ioutを算出する電流目標値制限部９ｆを備え、転舵角θoutがしきい値θsを超えたとき、転舵角速度dθout/dtが高いときほど、出力制限比εを小さくして最終電流出力値Ioutの制限割合を大きくする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステアリング操舵角に応じて操向輪を転舵させるステアリング装置の技術分野に属する。

従来のステアリング装置としては、操向輪の転舵角が最大転舵角近傍にあるとき、転舵角制御のゲインが小さくなるように目標転舵角を設定することにより、変位部材がストッパに衝突するときのショックを緩和するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２３６３２８号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、操向輪の転舵角速度とは無関係に目標転舵角を設定しているため、最大転舵角近傍において、操向輪の転舵角速度が高いときには、転舵角速度が低いときよりも衝突のショックが大きくなる。したがって、転舵角速度が速く、衝突エネルギーが高いとき、衝突のショックを十分緩和できないという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操向輪の転舵角速度が速いときでも、変位部材とストッパの衝突によるショックを十分緩和できるステアリング装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、操向輪と操向輪転舵機構を介して機械的に連結した操舵軸に、運転者の操舵を入力するステアリング操作手段と、前記操向輪の転舵角を変化させる転舵アクチュエータと、前記ステアリング操作手段の操舵角に基づいて、転舵アクチュエータに対し転舵角を変化させる制御指令を出力する転舵制御手段と、を備えたステアリング装置において、前記操向輪の転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段と、前記操向輪の転舵角が最大転舵角近傍のあらかじめ設定されたしきい値を超えたとき、転舵角速度が高いときほど転舵アクチュエータに対する転舵角制御の強さを弱める制御強さ可変手段と、を設けた。

本発明のステアリング装置にあっては、転舵角が最大転舵角に近づいたとき、転舵角速度が高いときほど、転舵アクチュエータの転舵角制御の強さが弱められる。よって、転舵角速度が高いときほど転舵アクチュエータの転舵角制御の強さが弱められ、変位部材とストッパが衝突するときの衝突エネルギーの減少率が大きくなるため、転舵角速度が速いときの変位部材とストッパの衝突によるショックを十分緩和できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のステアリング装置を示す全体システム図であり、ステアリング装置は、ステアリングホイール（ステアリング操作手段）１と、コラムシャフト（操舵軸）２と、操向輪転舵機構３と、操向輪４，４と、操舵角センサ５と、可変ギア比アクチュエータ（転舵アクチュエータ）６と、転舵角センサ７と、車速センサ８と、コントローラ（転舵制御手段）９を備えている。

ステアリングホイール１は、コラムシャフト２を介してラック&ピニオン式の操向輪転舵機構３と連結されている。ステアリングホイール１の回転は、操向輪転舵機構３により車両横方向運動に変換される。

操向輪転舵機構３は、ステアリングホイール１の回転を、図外の変位部材の横方向運動へと変換し、左右の操向輪４，４を転舵させる。変位部材は、ハードウェア的な要因により、シフト可能な範囲があらかじめ決められている。変位部材がそのシフト可能な範囲の終端へ到達すると、それ以上はシフトできないため、変位部材のシフトを規制するストッパ等と衝突する。実施例１では、このことを「変位部材がストッパに衝突する」と表現する。

操舵角センサ５は、ステアリングホイール１の回転に応じた操舵角θinを検出する。操舵角センサ５の出力は、コントローラ９へ出力される。

可変ギア比アクチュエータ６は、モータ１０と減速機を備えている。モータ１０の回転はコントローラ９から出力される制御信号に従って制御される。モータ１０の回転軸は、操向輪転舵機構３に接続されている。

転舵角センサ７は、コラムシャフト２の回転角に応じた操向輪４，４の転舵角θoutを検出する。転舵角センサ７の出力は、コントローラ９へ出力される。

車速センサ８は、例えば車輪速センサ等を用いて車速Vを検出する。車速センサ８の出力は、コントローラ９へ出力される。

コントローラ９は、車速V、操舵角θinおよび転舵角θoutに基づいて、モータ１０の制御信号を生成する。

図２は、コントローラ９の制御ブロック図であり、コントローラ９は、係数マップ部９ａと、目標転舵角設定部９ｂと、電流目標値設定部９ｃと、微分器９ｄと、制限比設定部９ｅと、電流目標値制限部９ｆと、モータ駆動回路９ｇとを備えている。

係数マップ部９ａは、車速Vと図４に示す係数Kv設定マップに基づいて、係数Kvを決定し、決定した係数Kvを目標転舵角設定部９ｂへ出力する。図４のマップでは、車速Vが低い領域では、係数Kvが大きく、車速Vが高い領域では、係数Kvが小さくなるよう、車速Vと係数Kvとの関係が規定されている。

目標転舵角設定部９ｂは、操舵角θと係数Kvの乗算値Kvθと、操舵角θinから、下記の式１に基づいて、目標転舵角θout*を設定する。なお、係数Kvは、車速Vと図５のマップに基づいて変化させる。
θout*＝Kv×θin …式１

電流目標値設定部９ｃは、設定された目標転舵角θout*から転舵角θoutを減算し、偏差ｅを求め、この偏差ｅがゼロとなるような電流目標値I*を決定する。このような制御は、例えば、下記の式２に従って、PID制御のパラメータを適切に設定することにより達成される。決定した電流目標値I*は、電流目標値制限部９ｆへ出力される。
I*＝C(s)×ｅ …式２
ここで、ｅはラプラス演算子である。

微分器９ｄは、転舵角θoutを微分し、転舵角θoutの微分値、すなわち転舵角速度dθout/dtを制限比設定部９ｅへ出力する。

制限比設定部９ｅは、図６に示す出力制限比設定マップに基づいて、電流目標値I*の出力制限比εを設定し、電流目標値制限部９ｆへ出力する。出力制限比設定マップについては後述する。

電流目標値制限部９ｆでは、電流目標値I*と出力制限比εを乗算して最終電流出力値Ioutを生成し、モータ駆動回路９ｇへ出力する。この電流目標値制限部９ｆと制限比設定部９ｅとで、本発明の制御強さ可変手段が構成されている。

モータ駆動回路９ｇは、モータ１０に供給される電流が、最終電流出力値Ioutに近づくように、モータ１０を駆動する。

次に、作用を説明する。
［最終電流出力値設定制御処理］
図３は、コントローラ９で実行される最終電流出力値設定制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、車速V、操舵角θinおよび転舵角θoutを読み込み、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、車速Vと図４の係数Kv設定マップから、係数Kvを決定し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、係数Kvと操舵角θinおよび図５の目標転舵角設定マップから、上述した式１に基づいて目標転舵角θout*を決定し、ステップS4へ移行する。

ステップS4では、目標転舵角θout*から転舵角θoutを減算して偏差ｅを求め、ステップS5へ移行する。

ステップS5では、偏差ｅがゼロとなる電流目標値I*を、上述した式２に基づいて決定し、ステップS6へ移行する。

ステップS6では、転舵角速度dθout/dtと、図６の出力制限比設定マップに基づいて、電流目標値I*に対する最終電流出力値Ioutの出力制限比εを決定し、ステップS7へ移行する。

ステップS7では、出力制限比εと電流目標値I*とから、上述した式２に基づいて最終電流出力値Ioutを決定し、ステップS8へ移行する。

ステップS8では、モータ１０の電流が最終電流出力値Ioutに近づくようにモータ１０を駆動し、本制御を終了する。

［電流目標値の出力制限作用］
コントローラ９の制限比設定部９ｅでは、転舵角速度dθout/dtが最大転舵角付近にあるとき、図６に示した出力制限比設定マップに基づいて、電流目標値I*を制限する。

図６に示すように、出力制限比εは、操向輪４，４の転舵角θoutが最大転舵角近傍に設定したしきい値θsに到達するまでは１であり、しきい値θsを超えてから最大転舵角に近づくに従って減少するように設定されている。また、その減少率は、操向輪４，４の転舵角速度dθout/dtが高いときほど大きくなるように設定されている。

よって、実施例１のステアリング装置にあっては、転舵角θoutがしきい値θsを超えたとき、転舵角速度dθout/dtが高いときほど、出力制限比εを小さくして最終電流出力値Ioutの制限割合を大きくすることにより、転舵角速度dθout/dtが速いときの変位部材とストッパの衝突によるショックを十分緩和できる（請求項２に対応する効果）。

一方、転舵角速度dθout/dtが低いときは、変位部材とストッパの衝突エネルギーが低いため、最終電流出力値Ioutの制限割合が小さくても、衝突時のショックは小さい。

図７は、実施例２のコントローラの制御ブロック図であり、実施例２のステアリング装置のコントローラ９０は、図２に示した制限比設定部９ｅおよび電流目標値制限部９ｆに代えて、ゲイン設定部９０ｅおよび最終電流出力値設定部９０ｆを設けた点で実施例１と異なる。

ゲイン設定部９０ｅは、図８に示すゲイン設定マップに基づいて、電流目標値I*の比例ゲインKを設定し、最終電流出力値設定部９０ｆへ出力する。比例ゲインKの特性は、図６に示した出力制限比の特性と同一である。

最終電流出力値設定部９０ｆは、電流目標値I*と比例ゲインKを乗算して最終電流出力値Ioutを生成し、モータ駆動回路９ｇへ出力する。この最終電流出力値設定部９０ｆとゲイン設定部９０ｅとで、本発明の制御強さ可変手段が構成されている。

すなわち、実施例２のステアリング装置にあっては、転舵角θoutがしきい値θsを超えたとき、転舵角速度dθout/dtが高いときほど、比例ゲインKを小さくして最終電流出力値Ioutの制限割合を大きくすることにより、転舵角速度dθout/dtが速いときの変位部材とストッパの衝突によるショックを十分緩和できる（請求項３に対応する効果）。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１，２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１，２では、可変ギア比アクチュエータを備えたステアリング装置を例に示したが、本発明は、運転者の操舵力を補助するアシストアクチュエータを備えた電動パワーステアリング装置にも適用可能である。

また、実施例２では、転舵角速度dθout/dtに応じて比例ゲインKを設定し、この比例ゲインKを電流目標値I*に乗算して制御強さを弱める例を示したが、積分ゲインを用い、この積分ゲインを転舵角速度dθout/dtに比例して大きくすることで、制御強さを弱める構成としてもよい。

実施例１のステアリング装置を示す全体システム図である。 コントローラ９の制御ブロック図である。 コントローラ９で実行される最終電流出力値設定制御処理の流れを示すフローチャートである。 車速Vに応じた係数Kv設定マップである。 操舵角θinに応じた目標転舵角θout設定マップである。 転舵角速度dθout/dtに応じた出力制限比ε設定マップである。 実施例２のコントローラの制御ブロック図である。 転舵角速度dθout/dtに応じたゲインK設定マップである。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ コラムシャフト
３ 操向輪転舵機構
４ 操向輪
５ 操舵角センサ
６ 可変ギア比アクチュエータ
７ 転舵角センサ
８ 車速センサ
９ コントローラ
９ａ 係数マップ部
９ｂ 目標転舵角設定部
９ｃ 電流目標値設定部
９ｄ 微分器
９ｅ 制限比設定部
９ｆ 電流目標値制限部
９ｇ モータ駆動回路
１０ モータ

Claims (3)

1. 操向輪と操向輪転舵機構を介して機械的に連結した操舵軸に、運転者の操舵を入力するステアリング操作手段と、
   前記操向輪の転舵角を変化させる転舵アクチュエータと、
   前記ステアリング操作手段の操舵角に基づいて、転舵アクチュエータに対し転舵角を変化させる制御指令を出力する転舵制御手段と、
   を備えたステアリング装置において、
   前記操向輪の転舵角速度を検出する転舵角速度検出手段と、
   前記操向輪の転舵角が最大転舵角近傍のあらかじめ設定されたしきい値を超えたとき、転舵角速度が高いときほど転舵アクチュエータに対する転舵角制御の強さを弱める制御強さ可変手段と、
   を設けたことを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記制御強さ可変手段を、転舵角速度が高いときほど転舵アクチュエータの出力を制限する手段としたことを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記制御強さ可変手段を、転舵角速度が高いときほど転舵アクチュエータの制御ゲインを小さくする手段としたことを特徴とするステアリング装置。

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