JP2006021562A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵力補助機構の追従遅れに起因するアシスト切れ防止と、操舵角速度の違いによるハンドル最大回転角のずれ防止とを両立する。
【解決手段】 ステアリングハンドル１の操舵角に対する前輪２の転舵角の比である舵角比を可変する舵角比可変機構５と、前輪２を転舵させる舵取り機構３に対し、ドライバの操舵力を補助する操舵補助力を出力する操舵力補助機構６と、を備えた車両用操舵制御装置において、舵角比制御ユニット１２は、ステアリングハンドル１の操舵角速度にかかわらず、操舵中立点付近の操舵角領域では舵角比を大きくし、ラックストッパ位置付近の操舵角領域では舵角比を小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステアリング操舵角に対する操向輪の転舵角の比である舵角比を可変する舵角比可変機構と、前記操向輪を転舵させる舵取り機構に対し、ドライバの操舵力を補助する操舵補助力を出力する操舵力補助機構とを備えた車両用操舵制御装置の技術分野に属する。

従来の車両用操舵制御装置では、操舵角速度が高くなるほど舵角比を小さくすることにより、舵角比の変化に対する操舵力補助機構の追従遅れを抑制し、アシスト切れの防止を図っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３４４１２０号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、車速が同じであっても操舵角速度が異なる場合、ハンドル最大回転角（ロックTOロック）が変化してしまうため、ドライバに違和感を与える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、操舵力補助機構の追従遅れに起因するアシスト切れ防止と、操舵角速度の違いによるハンドル最大回転角のずれ防止とを両立できる車両用操舵制御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、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向輪の転舵角の比である舵角比を可変する舵角比可変機構と、
前記操向輪を転舵させる舵取り機構に対し、ドライバの操舵力を補助する操舵補助力を出力する操舵力補助機構と、
を備えた車両用操舵制御装置において、
前記ステアリングハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記舵角比可変機構に対し、前記ステアリングハンドルの操舵角速度にかかわらず、操舵角中立位置付近の操舵角領域では舵角比を大きくし、操舵角を最大限に大きくした操舵限界位置付近の操舵角領域では舵角比を小さくする制御指令を出力する舵角比制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、操舵力補助機構のアシスト特性に余裕のない操舵限界位置付近では、操舵角速度にかかわらず舵角比を小さくするため、転舵角速度が低くなり、操舵力補助機構の追従遅れを防止できる。一方、アシスト特性に余裕のある操舵角中立位置付近では、操舵角速度にかかわらず舵角比を大きくするため、転舵角速度が高くなり、操舵限界位置で転舵量を少なくした分を補うことができる。よって、操舵力補助機構の追従遅れに起因するアシスト切れ防止と、操舵角速度の違いによるハンドル最大回転角のずれ防止とを両立できる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、本発明の車両用操舵制御装置を適用した実施例１のステアリング装置の全体構成図である。

図１に示すように、実施例１のステアリング装置は、ステアリングハンドル１と、前輪（操向輪）２，２を転舵させる舵取り機構３のステアリングギア３ａとを連結するアッパコラムシャフト４ａとロアコラムシャフト４ｂとの間に、舵角比可変機構５が設けられている。また、舵取り機構３のラック軸３ｂには、操舵力補助機構６が設けられている。

アッパコラムシャフト４ａには、ステアリング操舵角を検出する操舵角センサ（操舵角検出手段）７と、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ８とが設けられ、検出されたステアリング操舵角信号と操舵トルク信号は、通信用ハーネス９へ出力される。この通信用ハーネス９には、車輪速センサ１０からの車速信号と、ピニオン角センサ１１からのピニオン角信号とが入力される。

舵角比可変機構５は、舵角比制御ユニット（舵角比制御手段）１２からの制御電流に応じて、ステアリング操舵角に対する前輪２，２の転舵角の比である舵角比を可変する。なお、実施例１では、ピニオン角を前輪２，２の転舵角とみなして説明する。

操舵力補助機構６は、操舵補助力制御ユニット１３からの制御電流に応じて、舵取り機構３のラック軸３ｂに対し、ドライバの操舵力を補助するアシストトルク（操舵補助力）を出力する。

舵角比制御ユニット１２は、操舵角センサ７からのステアリング操舵角信号と、車輪速センサ１０からの車速信号とに基づいて、目標舵角比を設定し（舵角比設定部に相当）し、この目標舵角比を得る目標ピニオン角を演算する。

目標舵角比は、例えば、図３に示すように、車速に応じてあらかじめ設定された操舵角とピニオン角との関係に基づいて設定する。

図３において、操舵中立点（θc，δc）と、ラックストッパ位置δmaxと操舵限界位置θmaxとの交点（θmax，δmax）を結ぶ曲線Ｌは、舵角比特性を表している。この曲線Ｌは、操舵中立点付近の操舵角領域では、舵角比を示す接線Ａの傾きが前記２点を結ぶ直線Ｍの傾きよりも大きく、ラックストッパ位置δmaxと操舵限界位置θmaxとの交点付近の操舵角領域では、接線Ｂの傾きが直線Ｃの傾きよりも小さくなるように設定されている。また、この曲線Ｌは、操舵角が大きくなるほど接線の傾きが徐々に小さくなるような特性を有する。

なお、この曲線Ｌは、車速が低いほど、操舵中立点付近の操舵角領域における接線Ａの傾きが、より大きくなるように設定されている（図９参照）。

図４は、図３を操舵角と舵角比との関係に置き換えた舵角比マップであり、舵角比制御ユニット１２は、操舵角センサ７からの操舵角信号から、車速に応じてあらかじめ設定された舵角比マップを参照し、目標ピニオン角を求める。

舵角比制御ユニット１２は、目標ピニオン角と、ピニオン角センサ１１からのピニオン角信号との偏差に基づいて、舵角比可変機構５に対し、目標舵角比を得る制御電流を出力する（操舵力補助機構駆動部に相当）。

操舵補助力制御ユニット１３は、操舵トルクセンサ８からの操舵トルク信号に基づいて目標アシストトルクを設定する。そして、操舵力補助機構６に対し、設定した目標アシストトルクと、操舵トルクセンサ８からの操舵トルク信号とに基づく制御電流を出力する。

次に、作用を説明する。
［舵角比設定制御処理］
図２は、舵角比制御ユニット１２で実行される舵角比設定制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１では、操舵角センサ７からの操舵角信号と、車輪速センサ１０からの車速信号とを読み込み、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込んだ車速信号から、車速毎にあらかじめ設定された舵角比マップ（図４）を読み込み、この目標舵角比マップとステップＳ１で読み込んだステアリング操舵角信号とに基づいて、目標ピニオン角を演算し、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、ステップＳ２で演算された目標ピニオン角より、舵角比可変機構５の加算角を算出し、ステップＳ４へ移行する。ここで、『加算角』とは、ドライバの操舵角入力により発生するピニオン角の変化量に対し、目標ピニオン角を得るために舵角比可変機構５が加えるピニオン角の加算分をいう。

ステップＳ４では、舵角比可変機構５に対し、目標ピニオン角を得る制御電流を出力し、リターンへ移行する。

［操舵角速度に応じた舵角比可変制御の問題点］
従来、舵角比可変機構によるロックTOロックの低減は、ドライバの操舵スピードは機構の有無にかかわらず一定であるため、舵角比可変機構によるピニオン角速度の増加分を保証すべく、操舵力補助機構の強化が必要であった。しかしながら、操舵力補助機構の強化にあたっては、ポンプ（油圧式）・モータ（電動式）などの部品搭載性や燃費悪化などのトレードオフが発生していた。

特開２０００−３４４１２０号公報に記載の技術では、図５に示すように、操舵角速度が高いときは、車速に応じて設定された舵角比を、より小さくする方向に補正するという方法を用いて、操舵力補助機構の強化を最小限に抑えようとしているが、操舵角速度の違いによって、ロックTOロックが変化してしまうなどの問題点がある。

さらに、上記従来技術では、操舵中（ステアリングハンドル中立位置）に舵角比を補正する構成であるため、図６に示すように、1.ステアリングハンドルの切り増し途中で操舵を速くし、2.戻しをゆっくり操舵すると、3.中立ズレが発生してしまうため、ドライバが操舵角速度を変えたときには、舵角比を初期の設定に戻したり、中立ズレを無くすための複雑な制御が必要となる。

［操舵角のみに応じた舵角比設定作用］
これに対し、実施例１では、図７(b)に示すように、ピニオン角の小さな領域では、操舵力補助機構６のアシスト特性に余裕があるため、舵角比可変機構５による加算角速度が大きくなるように、つまりは舵角比がより大きくなるように設定する。

また、ピニオン角の大きな領域、すなわち、前輪２，２がラックストッパ付近にある場合には、操舵力補助機構６のアシスト特性がサスペンションのジオメトリによる、リンク効率悪化のために余裕が無くなるので、舵角比可変機構５による加算角速度が小さくもしくはゼロとなるように、つまり舵角比がサスペンション構成から決まる値とほぼ同じくする。

このとき、加算角速度の具体的な数値は、図７(a)に示すように、保証すべきドライバの操舵入力による操舵角速度と操舵力補助機構６の能力とで決まる最大許容ピニオン角速度に応じて、目標とするロックTOロックとなるように設定する。すなわち、最大許容ピニオン角速度から、保証すべきドライバの操舵入力による操舵角速度を減算した値以下となるように、加算角速度を設定する。

これにより、操舵角速度に応じて舵角比を変化させない従来の制御では、ロック位置付近において、ピニオン角速度が最大許容ピニオン角速度を超えてアシスト切れが発生していたのに対し、実施例１では、最大許容ピニオン角速度に合わせて加算角速度を設定することにより、ピニオン角速度が最大許容ピニオン角速度を超えることがないため、ロック位置付近でのアシスト切れの発生を防止できる。

また、操舵角速度に応じて舵角比を変化させることにより、操舵力補助機構のアシスト切れを防止していた特開２０００−３４４１２０号公報に記載の技術に対し、実施例１では、操舵角速度の変化により舵角比が変化しないため、中立ズレの発生を防止できる。

［走行中の舵角比設定作用］
図８に示すように、転舵時の負荷は、前輪２，２をねじり滑らせる車速＝０での据え切りと、前輪２，２にスリップ角を与える車速>０の領域では大きく変化する。すなわち、通常、車速>０の方が、据え切り時（車速＝０）よりも負荷が小さくなる。

よって、車速>０となればロック位置付近であってもアシスト特性に余裕ができるため、図のように加算角速度をゼロ以上とすることが可能となる。

［据え切り時の舵角比設定作用］
一方、据え切り時には、図９に示すように、操舵中立点付近の操舵角領域における接線の傾きが最も大きな特性となる舵角比が選択される（操舵応答が最も低速となる）。

据え切り時においては、操舵力補助機構６の負荷が最も大きく、ロック位置付近での最大許容ピニオン角速度が小さくなるため、操舵力補助機構６に余裕のある操舵中立点付近で加算角速度を最も高くする。これにより、図１０に示すように、ロック位置付近では加算角の増加分をほぼゼロとすることができるため、操舵力補助機構６に過大な負荷をかけることなく、目標ピニオン角を得ることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵制御装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 舵角比制御ユニット１２は、ステアリングハンドル１の操舵角速度にかかわらず、操舵中立点付近の操舵角領域では舵角比を大きくし、ラックストッパ位置付近の操舵角領域では舵角比を小さくするため、操舵力補助機構６の追従遅れに起因するアシスト切れを防止できる。

(2) 舵角比制御ユニット１２は、転舵角速度に対する舵角比可変機構５による転舵角速度の加算分である加算角速度を、操舵角中立位置付近の操舵角領域では大きく、ラックストッパによる操舵限界位置付近の操舵領域では小さくする舵角比を設定する舵角比設定部と、舵角比可変機構５に対し、設定された舵角比を得る制御指令を出力する操舵力補助機構駆動部と、を備えるため、操舵角速度の違いに起因するハンドル最大回転角のずれを防止できる。

(3) 舵角比制御ユニット１２の舵角比設定部は、操舵角が大きくなるほど加算角速度を徐々に小さくするため、操舵角に応じて舵角比が滑らかに変化し、良好な操舵フィーリングが得られる。

(4) 舵角比制御ユニット１２の舵角比設定部は、加算角速度を、操舵系リンク効率と操舵力補助機構６の能力とで決まる最大許容ピニオン角速度から、保証すべきドライバの操舵入力による操舵角速度を減算した値以下とするため、アシスト切れなどによる操舵反力の急増を防止できる。また、舵角比可変機構５の搭載による操舵力補助機構６の過度な能力アップを必要とせずに、ロックTOロックの低減を図ることができる。

(5) 舵角比制御ユニット１２の舵角比設定部は、車速により変化する最大許容ピニオン角速度に応じて、加算角速度を設定するため、車速に応じた最適な操舵ゲインの設定が可能となり、かつ、あらゆる車速でアシスト切れなどによる操舵反力の急増を防止できる。

(6) 舵角比制御ユニット１２の舵角比設定部は、車速が低いほど、操舵中立点付近の操舵角領域での加算角速度を、より高くするため、車速が高くなるほど増大するロック位置付近における操舵力補助機構６の負荷を、車速に応じて効果的に低減できる。

実施例１のステアリング装置の全体構成図である。 実施例１の舵角比制御ユニットで実行される舵角比設定制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の操舵角とピニオン角との関係を示す図である。 実施例１の舵角比マップである。 従来の操舵角速度に応じた可変舵角制御を示す図である。 従来制御の問題点を示す図である。 加算角速度の設定方法を示す図である。 据え切り時と走行時の最大許容ピニオン角速度を示す図である。 車速に応じた加算角速度設定作用を示す図である。 据え切り時の加算角速度を示す図である。

符号の説明

１ ステアリングハンドル
２ 前輪
３ 舵取り機構
３ａ ステアリングギア
３ｂ ラック軸
４ａ アッパコラムシャフト
４ｂ ロアコラムシャフト
５ 舵角比可変機構
６ 操舵力補助機構
７ 操舵角センサ
８ トルクセンサ
９ 通信用ハーネス
１０ 車輪速センサ
１１ ピニオン角センサ
１２ 舵角比制御ユニット
１３ 操舵補助力制御ユニット

Claims (6)

1. ステアリングハンドルの操舵角に対する操向輪の転舵角の比である舵角比を可変する舵角比可変機構と、
   前記操向輪を転舵させる舵取り機構に対し、ドライバの操舵力を補助する操舵補助力を出力する操舵力補助機構と、
   を備えた車両用操舵制御装置において、
   前記ステアリングハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記舵角比可変機構に対し、前記ステアリングハンドルの操舵角速度にかかわらず、操舵角中立位置付近の操舵角領域では舵角比を大きくし、操舵角を最大限に大きくした操舵限界位置付近の操舵角領域では舵角比を小さくする制御指令を出力する舵角比制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記舵角比制御手段は、
   転舵角速度に対する舵角比可変機構による転舵角速度の加算分である加算角速度を、操舵角中立位置付近の操舵角領域では大きく、操舵角を最大限に大きくした操舵限界位置付近の操舵領域では小さくする舵角比を設定する舵角比設定部と、
   前記舵角比可変機構に対し、設定された舵角比を得る制御指令を出力する操舵力補助機構駆動部と、
   を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記舵角比設定部は、操舵角が大きくなるほど加算角速度を徐々に小さくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記舵角比設定部は、加算角速度を、操舵系リンク効率と操舵力補助機構の能力とで決まる最大許容転舵角速度から、保証すべきドライバの操舵入力による操舵角速度を減算した値以下とすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
5. 請求項４に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記舵角比設定部は、車速により変化する最大許容転舵角速度に応じて、舵角比を設定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
6. 請求項５に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記舵角比設定部は、車速が低いほど、操舵中立位置付近の操舵角領域での加算角速度を、より高くすることを特徴とする車両用操舵制御装置。
   

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