JP2006056297A - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 車両状態に応じた最適な伝達比を設定して良好なステアリング特性を得るとともに、圧油供給に伴う圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図りつつ、最適なアシスト力を付与することができるパワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 パワーステアリング装置1は、パワーシリンダに供給するフルード流量(供給)を変更可能な流量制御弁15と、その作動を制御する第1ECU(VFCECU)16とを備える。第1ECU(VFCECU)16(マイコン51)は、ステアリング操作に基づくステア転舵角に上乗せされるACT角θtaの制御目標量、即ちACT指令角θta*に基づいて目標タイヤ角θt*を演算する。そして、第1ECU(VFCECU)16は、この目標タイヤ角θt*に基づいて流量制御弁15の制御、即ち流量可変制御を実行する。
【選択図】 図5
【解決手段】 パワーステアリング装置1は、パワーシリンダに供給するフルード流量(供給)を変更可能な流量制御弁15と、その作動を制御する第1ECU(VFCECU)16とを備える。第1ECU(VFCECU)16(マイコン51)は、ステアリング操作に基づくステア転舵角に上乗せされるACT角θtaの制御目標量、即ちACT指令角θta*に基づいて目標タイヤ角θt*を演算する。そして、第1ECU(VFCECU)16は、この目標タイヤ角θt*に基づいて流量制御弁15の制御、即ち流量可変制御を実行する。
【選択図】 図5
Description
本発明は、パワーステアリング装置に関するものである。
従来、油圧ポンプと、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダとを備えた油圧式のパワーステアリング装置には、油圧ポンプに還流するフルード(圧油)の分配比率を変化させることによりパワーシリンダに供給する圧油の流量(供給流量)を変更可能な流量制御弁(流量制御装置)を備えたものがある。
例えば、特許文献1に記載のパワーステアリング装置は、車速、操舵角及び操舵速度に応じてその供給流量を変更することにより、車両状態に応じた必要十分な供給流量を確保するとともに(アシストモード)、アシスト要求の低い状態においては、その供給流量をアシストモードにおける流量よりも小とする(スタンバイモード)。そして、このような構成を採用することにより、車両状態に応じた最適なアシスト力を操舵系に付与して操舵フィーリングの向上を図るとともに、非アシスト時の圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図ることができるようになる。
特開2001−163233号公報
ところで、車両用操舵装置には、車両状態に応じてステアリングホイールと操舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置を備えたものがあり、こうした伝達比可変装置を採用することで、車両状態に応じた最適な伝達比(オーバーオールギヤ比)を設定して良好なステアリング特性を得ることができるようになる。
しかし、このような伝達比可変装置は、操舵角に基づく操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく操舵輪の第2の舵角を上乗せすることによりその伝達比を可変させるため、操舵角と操舵輪の実舵角(タイヤ角)との関係が常に一定とは限らない。そのため、上記従来のパワーステアリング装置と組み合わせた場合、操舵角とタイヤ角との関係の不一致により、最適な供給流量の決定、及びスタンバイ/アシストモードの適切な切替判定ができず、アシスト力の不足、或いはその過剰により操舵フィーリングが悪化するおそれがあり、更には、そのエネルギー消費の低減についても顕著な効果が得られなくなるという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、車両状態に応じた最適な伝達比を設定して良好なステアリング特性を得るとともに、圧油供給に伴う圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図りつつ、最適なアシスト力を付与することができるパワーステアリング装置を提供することにある。
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、油圧ポンプと、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダと、前記油圧ポンプに還流する圧油の分配比率を変化させることにより前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を変更可能な流量制御装置と、前記流量制御装置を制御する制御手段と、ステアリングホイールの操舵角に基づく操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第2の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールと前記操舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置とを備えたパワーステアリング装置であって、前記第2の舵角の制御目標量に基づいて前記操舵輪の目標舵角を演算する演算手段を備え、前記制御手段は、前記目標舵角に基づいて前記流量を変更すること、を要旨とする。
上記構成によれば、ステアリングホイールの角度ではなく、操舵輪の角度に基づいてパワーシリンダに供給する圧油流量の変更を行うことで、ステアリングホイールと操舵輪との間の伝達比の変化に関わらず、車両状態に応じた最適な流量の圧油をパワーシリンダに供給することが可能になる。その結果、伝達比可変制御により、車両状態に応じた最適な伝達比を設定して良好なステアリング特性を得るとともに、パワーシリンダへの圧油供給に伴う圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図りつつ、最適なアシスト力を付与して好適な操舵フィーリングを確保することができるようになる。特に、操舵輪の実舵角ではなく、目標舵角を用いて、流量可変制御を行うため、より早いタイミングで流量変更を行うことができ、その結果、更に操舵フィーリングを向上させることができる。
請求項2に記載の発明は、前記アシスト力を付与するための前記流量を確保するアシストモードと、前記流量を前記アシストモードにおける流量よりも小とするスタンバイモードとを有し、前記制御手段は、前記目標舵角に基づいて、前記アシストモード又はスタンバイモードの切り替えを行うこと、を要旨とする。
上記構成によれば、ステアリングホイールと操舵輪との間の伝達比の変化に関わらず、スタンバイ/アシストモードの適切な切替判定が可能になる。その結果、アシスト時にはアシスト力を発生するための十分な圧油の供給流量を確保しつつ、非アシスト時にはパワーシリンダへの圧油供給に伴う圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図ることができる。
請求項3に記載の発明は、前記制御手段は、前記アシストモードにおいて、前記目標舵角の角速度が大となるほど前記流量を大とすること、を要旨とする。
上記構成によれば、アシスト要求の高い速い操舵時には、圧油の供給流量を増加させて、アシスト不足による引っ掛かり感の発生を防止して好適な操舵フィーリングを確保するとともに、アシスト要求の低い遅い速度時には、その流量を減少させて、エネルギー消費の低減を図ることができる。
上記構成によれば、アシスト要求の高い速い操舵時には、圧油の供給流量を増加させて、アシスト不足による引っ掛かり感の発生を防止して好適な操舵フィーリングを確保するとともに、アシスト要求の低い遅い速度時には、その流量を減少させて、エネルギー消費の低減を図ることができる。
請求項4に記載の発明は、前記制御手段は、前記アシストモードにおいて、車速が大となるほど前記流量を小とすること、を要旨とする。
上記構成によれば、アシスト要求の高い車速の低い領域では、圧油の供給流量を増加させることにより、操舵系に付与するアシスト力を大として好適な操舵フィーリングを確保するとともに、アシスト要求の低い車速の高い領域では、その流量を減少させて、エネルギー消費の低減を図ることができる。
上記構成によれば、アシスト要求の高い車速の低い領域では、圧油の供給流量を増加させることにより、操舵系に付与するアシスト力を大として好適な操舵フィーリングを確保するとともに、アシスト要求の低い車速の高い領域では、その流量を減少させて、エネルギー消費の低減を図ることができる。
請求項5に記載の発明は、前記制御手段は、前記流量を増加させる場合には、ローパスフィルタにより流量指令値の立ち上がりを穏やかにするとともに、前記角速度が大となるほど前記ローパスフィルタの時定数を小とすること、を要旨とする。
上記構成によれば、アシスト量の変動を感じやすい遅い操舵時には、圧油の供給流量の増加速度を下げることで良好な操舵フィーリングを確保する一方、急操舵時には、その増加速度を高めることにより、アシスト不足による引っ掛かり感の発生を防止することができる。
請求項6に記載の発明は、前記伝達比可変装置の異常を検出する異常検出手段を備え、前記制御手段は、前記異常が検出された場合には、前記目標舵角に代えて前記操舵角を用いること、を要旨とする。
上記構成によれば、伝達比可変制御の停止後においても、流量可変制御を続行することができるようになる。
請求項7に記載の発明は、油圧ポンプと、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダと、前記油圧ポンプに還流する圧油の分配比率を変化させることにより前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を変更可能な流量制御装置と、前記流量制御装置を制御する制御手段と、ステアリングホイールの操舵角に基づく操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第2の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールと前記操舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置とを備えたパワーステアリング装置であって、前記第2の舵角に基づいて前記操舵輪の実舵角を演算する演算手段を備え、前記制御手段は、前記実舵角に基づいて前記流量を変更すること、を要旨とする。
請求項7に記載の発明は、油圧ポンプと、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダと、前記油圧ポンプに還流する圧油の分配比率を変化させることにより前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を変更可能な流量制御装置と、前記流量制御装置を制御する制御手段と、ステアリングホイールの操舵角に基づく操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第2の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールと前記操舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置とを備えたパワーステアリング装置であって、前記第2の舵角に基づいて前記操舵輪の実舵角を演算する演算手段を備え、前記制御手段は、前記実舵角に基づいて前記流量を変更すること、を要旨とする。
本発明によれば、車両状態に応じた最適な伝達比を設定して良好なステアリング特性を得るとともに、圧油供給に伴う圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図りつつ、最適なアシスト力を付与することが可能なパワーステアリング装置を提供することができる。
以下、本発明を伝達比可変装置を備えたパワーステアリング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施形態のパワーステアリング装置1の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール(ステアリング)2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック5に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック5の往復直線運動に変換される。そして、このラック5の往復直線運動により操舵輪6の舵角、即ちタイヤ角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。
図1は、本実施形態のパワーステアリング装置1の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール(ステアリング)2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック5に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック5の往復直線運動に変換される。そして、このラック5の往復直線運動により操舵輪6の舵角、即ちタイヤ角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。
本実施形態のパワーステアリング装置1は、油圧ポンプ11と、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダ12とを備えた油圧式のパワーステアリング装置であり、油圧ポンプ11から圧送されたフルード(圧油)は、コントロールバルブ13を経由してラック5に設けられたパワーシリンダ12に導入される。そして、パワーシリンダ12に流入するフルードの圧力により、ラック5がその移動方向に押圧されることで、操舵系にアシスト力が付与されるようになっている。
尚、コントロールバルブ13は、ステアリングシャフト3が連結されるピニオン軸(図示略)に設けられており、同コントロールバルブ13は、操舵系への操舵トルクの印加に伴うトーションバー(図示略)の捻れに基づいて、パワーシリンダ12に対するフルードの導入方向及びその流量を制御する。そして、操舵系にアシスト力を付与しない非アシスト時には、フルードはパワーシリンダ12に流入することなく、コントロールバルブ13からリザーバタンク(図示略)を介して油圧ポンプ11へと還流されるようになっている。
また、本実施形態のパワーステアリング装置1は、パワーシリンダ12に供給するフルード流量を変更可能な流量制御装置としての流量制御弁15と、同流量制御弁15の作動を制御する制御手段としての第1ECU(VFCECU)16とを備えている。
図2に示すように、本実施形態では、油圧ポンプ11は、ポンプ本体21から吐出されたフルードをコントロールバルブ13に圧送するためのポンプポート22と、フルードをポンプ本体21に導入するためのリターンポート23とを備えており、流量制御弁15は、同油圧ポンプ11内に組み込まれている。そして、流量制御弁15は、ポンプポート22からリターンポート23に還流するフルードの分配比率を変化させることにより、同ポンプポート22から圧送されるフルード流量、即ちパワーシリンダ12に供給するフルード流量を変更する。
詳述すると、流量制御弁15は、ポンプポート22に設けられた可変オリフィス24と、可変オリフィス24の上流側においてポンプポート22と連通された第1圧力室25a及びその下流側においてポンプポート22と連通された第2圧力室25bと、これら両圧力室間の圧力差に応じて軸線方向(図中左右方向)に移動するスプール26とを備えている。
本実施形態では、スプール26は、第2圧力室25bに配設されたスプリング27により第1圧力室25a側に付勢されており、同スプール26は、可変オリフィス24の抵抗により第1圧力室25aの圧力が第2圧力室25bの圧力とスプリング27の弾性力との和よりも大となることで、その圧力差に応じた位置に移動する。
また、流量制御弁15は、第1圧力室25aとリターンポート23とを連通可能な戻り流路28を有しており、戻り流路28は、スプール26が第2圧力室25b側に移動するほど、その第1圧力室25aへの開口面積、即ち流路断面積が大となるように設定されている。そして、流量制御弁15は、このスプール26の移動に基づいて、その移動位置に応じた流量のフルードをポンプポート22からリターンポート23に還流するようになっている。
一方、可変オリフィス24の駆動源であるソレノイド29は、第1ECU(VFCECU)16と接続されており、同第1ECU(VFCECU)16は、該ソレノイド29に印加する電圧を制御することにより、可変オリフィス24の開度(絞り量)を制御する。そして、この可変オリフィス24の開度に対応する位置にスプール26が移動し、ポンプ本体21に還流されるフルードの分配比率が変化することにより、油圧ポンプ11からコントロールバルブ13に圧送されるフルード流量が制御されるようになっている(流量可変制御)。
また、図1に示すように、本実施形態のパワーステアリング装置1は、ステアリングホイール2の舵角(操舵角)に対する操舵輪6の舵角(タイヤ角)の比率、即ち伝達比(ギヤ比)を可変させるギヤ比可変アクチュエータ30と、該ギヤ比可変アクチュエータ30の作動を制御する第2ECU(IFSECU)31とを備えている。そして、本実施形態では、このギヤ比可変アクチュエータ30が伝達比可変装置を構成している。
詳述すると、ステアリングシャフト3は、ステアリング2が連結された第1シャフト32とラックアンドピニオン機構4に連結される第2シャフト33とからなり、ギヤ比可変アクチュエータ30は、第1シャフト32及び第2シャフト33を連結する差動機構34と、該差動機構34を駆動するモータ35とを備えている。そして、ギヤ比可変アクチュエータ30は、ステアリング操作に伴う第1シャフト32の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第2シャフト33に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構4に入力されるステアリングシャフト3の回転を増速(又は減速)する。
つまり、図3及び図4に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ30は、ステアリング操作に基づく操舵輪6の舵角(ステア転舵角θts)にモータ駆動に基づく操舵輪の舵角(ACT角θta)を上乗せすることにより、操舵角θsに対する操舵輪6のギヤ比を可変させる。そして、第2ECU(IFSECU)31は、モータ35の作動を制御することによりギヤ比可変アクチュエータ30を制御する。即ち、第2ECU(IFSECU)31は、ACT角θtaを制御することにより、そのギヤ比を可変させる(ギヤ比可変制御)。
尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsに対する操舵輪6のギヤ比」をオーバーオールギヤ比(操舵角θs/タイヤ角θt)で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のACT角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる(タイヤ角θt大、図3参照)。そして、逆方向のACT角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる(タイヤ角θt小、図4参照)。また、本実施形態では、ステア転舵角θtsが第1の舵角を構成し、ACT角θtaが第2の舵角を構成する。
次に、本実施形態のパワーステアリング装置の電気的構成、及びその制御態様について説明する。
図1に示すように、本実施形態では、上記の流量制御弁15を制御する第1ECU(VFCECU)16、及びギヤ比可変アクチュエータ30を制御する第2ECU(IFSECU)31は、車内ネットワーク(CAN:Controller Area Network)36を介して接続されており、同車内ネットワーク36には、操舵角センサ37、車速センサ38及び後述する回転角センサ39が接続されている。そして、第1ECU(VFCECU)16及び第2ECU(IFSECU)31は、これら各センサにより検出される操舵角θs、車速V(及びACT角θta)、並びに第1ECU(VFCECU)16と第2ECU(IFSECU)31との間の相互通信により入力される制御信号に基づいて、上記の流量可変制御及びギヤ比可変制御を実行する。
図1に示すように、本実施形態では、上記の流量制御弁15を制御する第1ECU(VFCECU)16、及びギヤ比可変アクチュエータ30を制御する第2ECU(IFSECU)31は、車内ネットワーク(CAN:Controller Area Network)36を介して接続されており、同車内ネットワーク36には、操舵角センサ37、車速センサ38及び後述する回転角センサ39が接続されている。そして、第1ECU(VFCECU)16及び第2ECU(IFSECU)31は、これら各センサにより検出される操舵角θs、車速V(及びACT角θta)、並びに第1ECU(VFCECU)16と第2ECU(IFSECU)31との間の相互通信により入力される制御信号に基づいて、上記の流量可変制御及びギヤ比可変制御を実行する。
(ギヤ比可変制御)
先ず、ギヤ比可変制御について説明する。
図5は、本実施形態のパワーステアリング装置の制御ブロック図である。同図に示すように、第2ECU(IFSECU)31は、モータ制御信号を出力するマイコン41と、モータ制御信号に基づいてギヤ比可変アクチュエータ30のモータ35に駆動電力を供給する駆動回路42とを備えている。
先ず、ギヤ比可変制御について説明する。
図5は、本実施形態のパワーステアリング装置の制御ブロック図である。同図に示すように、第2ECU(IFSECU)31は、モータ制御信号を出力するマイコン41と、モータ制御信号に基づいてギヤ比可変アクチュエータ30のモータ35に駆動電力を供給する駆動回路42とを備えている。
尚、本実施形態のモータ35はブラシレスモータであり、駆動回路42は、入力されるモータ制御信号に基づいて、同モータ35に対し三相(U,V,W)の駆動電力を供給する。また、以下に示す各制御ブロックは、マイコン41(及び後述するマイコン51)が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。
そして、第2ECU(IFSECU)31は、モータ35に供給する駆動電力を制御することによりギヤ比可変アクチュエータ30の作動を制御、即ちギヤ比可変制御を実行する。
マイコン41は、車速に応じてギヤ比を可変させるための制御目標成分であるギヤ比可変ACT指令角θgr*を演算するギヤ比可変制御演算部44と、操舵速度に応じて車両の応答性を向上させるための制御目標成分である微分ステアACT指令角θls*を演算する微分ステア制御演算部(LeadSteer制御演算部)45を備えている。
本実施形態では、ギヤ比可変制御演算部44には、車速V及び操舵角θsが入力され、微分ステア制御演算部45には、車速V及び操舵速度ωsが入力される。尚、操舵速度ωsは、操舵角θsを時間で微分することにより算出される(以下同様)。そして、ギヤ比可変制御演算部44は、その操舵角θs及び車速Vに基づいてギヤ比可変ACT指令角θgr*を演算し(ギヤ比可変制御演算)、微分ステア制御演算部45は、その車速V及び操舵速度ωsに基づいて微分ステアACT指令角θls*を演算する(微分ステア制御演算)。
ギヤ比可変制御演算部44により演算されたギヤ比可変ACT指令角θgr*、及び微分ステア制御演算部45により演算された微分ステアACT指令角θls*は、加算器46に入力される。そして、この加算器46においてギヤ比可変ACT指令角θgr*と微分ステアACT指令角θls*とが重畳されることによりACT角θtaの制御目標量であるACT指令角θta*が算出される(ACT指令角演算)。
加算器46において算出されたACT指令角θta*は、電圧指令値演算部47に入力される。本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ30のモータ35には回転角センサ39が設けられており(図1参照)、この回転角センサ39により検出されるモータ回転角に基づいてACT角θtaが検出されるようになっている。そして、電圧指令値演算部47は、このACT角θta及びACT指令角θta*に基づくフィードバック制御により電圧指令値の演算を行う(電圧指令値演算)。
電圧指令値演算部47により算出された電圧指令値は、PWM制御演算部48に入力され、PWM制御演算部48は、その入力された電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成(演算)し駆動回路42に出力する(PWM制御演算)。そして、そのモータ制御信号に基づいて駆動回路42から供給される駆動電力によりモータ35が制御されるようになっている。
即ち、図6のフローチャートに示すように、マイコン41は、状態量として上記各センサからセンサ値を取り込むと(ステップ101)、先ずギヤ比可変制御演算を行い(ステップ102)、続いて微分ステア制御演算を行う(ステップ103)。そして、マイコン41は、上記ステップ102のギヤ比可変制御演算及び上記ステップ103の微分ステア制御演算を実行することにより算出されたギヤ比可変ACT指令角θgr*、及び微分ステアACT指令角θls*を重畳することにより、制御目標であるACT指令角θta*を演算する(ステップ104)。
次に、マイコン41は、このステップ104において算出されたACT指令角θta*に基づいて電圧指令値を演算する(ステップ105)。そして、その電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号を駆動回路42へと出力する(ステップ106)。
(流量可変制御)
次に、本実施形態のパワーステアリング装置における流量可変制御について説明する。
図5に示すように、第1ECU(VFCECU)16は、流量制御弁15(可変オリフィス24)のソレノイド29に印加する電圧を決定するマイコン51と、該マイコン51の出力する電圧制御信号に基づいてソレノイド29に駆動電圧を印加する駆動回路52とを備えている。そして、第1ECU(VFCECU)16は、ソレノイド29に印加する電圧を制御することにより流量制御弁15の作動を制御、即ち流量可変制御を実行する。
次に、本実施形態のパワーステアリング装置における流量可変制御について説明する。
図5に示すように、第1ECU(VFCECU)16は、流量制御弁15(可変オリフィス24)のソレノイド29に印加する電圧を決定するマイコン51と、該マイコン51の出力する電圧制御信号に基づいてソレノイド29に駆動電圧を印加する駆動回路52とを備えている。そして、第1ECU(VFCECU)16は、ソレノイド29に印加する電圧を制御することにより流量制御弁15の作動を制御、即ち流量可変制御を実行する。
図7に示すように、本実施形態のパワーステアリング装置1では、パワーシリンダ12に供給するフルード流量(供給流量Q)について、要求されるアシスト力を付与するために、車速に応じた十分な供給流量Qを確保する「アシストモード」と、このアシストモードにおける供給流量(アシスト流量Qa)よりも、供給流量Q(スタンバイ流量Qs)を小とする「スタンバイモード」との2つの流量制御モードが設定されている。
そして、アシスト要求の高い状態では、流量制御モードを「アシストモード」として、要求されるアシスト力を発生するための十分な供給流量Qを確保し、アシスト要求の低い状態では、「スタンバイモード」として、ポンプ本体21に還流されるフルードの分配比率を高めることにより、圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図るようになっている。
図5に示すように、本実施形態では、マイコン51は、第2ECU(IFSECU)31において算出されたACT指令角θta*に基づいて操舵輪6の目標舵角、即ち目標タイヤ角θt*を演算する演算手段としての目標タイヤ角演算部53を備えている。そして、第1ECU(VFCECU)16は、この目標タイヤ角θt*に基づいて上記の流量可変制御を実行する。
詳述すると、本実施形態では、マイコン51には、車速V、操舵角θs及び操舵速度ωsとともに、第2ECU(IFSECU)31において算出されたACT指令角θta*が入力されるようになっており、目標タイヤ角演算部53には、このACT指令角θta*及び操舵角θsが入力される。そして、目標タイヤ角演算部53は、操舵角θsに基づくステア転舵角θts(図3,4参照)にACT指令角θta*を加算することにより目標タイヤ角θt*を演算する。
尚、本実施形態のギヤ比可変アクチュエータ30のように、ラックアンドピニオン機構4に入力されるステアリングシャフト3の回転を増速(又は減速)することにより伝達比を可変するものにあっては、「タイヤ角」は、ピニオン軸の角度、即ち「ピニオン角」に対応する(タイヤ角=ピニオン角×ラック&ピニオンのベースギヤ比)。従って、この場合、「目標タイヤ角」を「目標ピニオン角」としても同様であることはいうまでもない。
また、マイコン51は、スタンバイ/アシストモードの切替判定を行うスタンバイ/アシスト判定部54と、その判定結果(スタンバイ/アシスト判定値V_as)に基づいて供給流量Qの制御目標量である流量指令値Q*を演算する流量指令値演算部55とを備えている。
本実施形態では、スタンバイ/アシスト判定部54には、目標タイヤ角θt*、操舵速度ωs及び車速Vが入力される。そして、スタンバイ/アシスト判定部54は、入力されたこれらの状態量に基づいて、スタンバイ/アシストモードの切替判定を実行する(スタンバイ/アシスト判定)。
具体的には、図8のフローチャートに示すように、スタンバイ/アシスト判定部54は、先ず、車速Vが0(Km/h)であるか否か、即ち車両が停止状態にあるか否かについて判定する(ステップ201)。そして、停止状態にあると判定した場合(V=0、ステップ201:YES)には、操舵速度ωsの絶対値が所定の閾値αより大きいか否かについて判定し(ステップ202)、停止状態ではないと判定した場合(|V|>0、ステップ201:NO)には、目標タイヤ角θt*の絶対値が所定の閾値βより大きいか否かについて判定する(ステップ203)。
そして、ステップ202において操舵速度ωsの絶対値が閾値αよりも大きいと判定した場合(|ωs|>α、ステップ202:YES)、又はステップ203において目標タイヤ角θt*の絶対値が閾値βよりも大きいと判定した場合(|θt*|>β、ステップ203:YES)には、「アシストON(スタンバイOFF)」と判定する(ステップ204)。
一方、上記ステップ202において操舵速度ωsの絶対値が閾値α以下であると判定した場合(|ωs|≦α、ステップ202:NO)、又は上記ステップ203において目標タイヤ角θt*の絶対値が閾値β以下であると判定した場合(|θt*|≦β、ステップ203:NO)には、スタンバイ/アシスト判定部54は、「暫定フラグ」をセットする(ステップ205)。
次に、スタンバイ/アシスト判定部54は、暫定フラグが所定時間t以上継続してセットされているか否かについて判定する(ステップ206)。そして、所定時間t以上継続してセットされていると判定した場合(ステップ206:YES)には、「スタンバイON(アシストOFF)」と判定する(ステップ207)。尚、上記ステップ206において、暫定フラグは所定時間t以上継続してセットされていないと判定した場合(ステップ206:NO)には、上記ステップ204において「アシストON(スタンバイOFF)」と判定する。
そして、スタンバイ/アシスト判定部54は、上記ステップ201〜ステップ207の処理を繰り返すことにより、スタンバイ/アシスト判定を実行する。尚、本実施形態では、スタンバイ/アシスト判定部54は、「アシストON」と判定した場合には、スタンバイ/アシスト判定値V_asを「0」、「スタンバイON」と判定した場合には、スタンバイ/アシスト判定値V_asを「1」とする。
一方、図5に示すように、流量指令値演算部55には、上記のスタンバイ/アシスト判定部54における判定結果であるスタンバイ/アシスト判定値V_as、及び車速V、並びに目標タイヤ角θt*の角速度、即ち目標タイヤ角速度ωt*が入力される。尚、この目標タイヤ角速度ωt*は、目標タイヤ角θt*を時間で微分することにより算出される(以下同様)。そして、流量指令値演算部55は、車速V及び目標タイヤ角速度ωt*に基づいて、スタンバイ/アシストの各モードに対応する流量指令値Q*を演算する(流量指令値演算)。
詳述すると、流量指令値演算部55は、スタンバイモードに対応するスタンバイ流量マップ55aと、アシストモードに対応するアシスト流量マップ55bとを備えている。
スタンバイ流量マップ55aには、流量指令値Q*と車速Vとが関連付けられており、流量指令値演算部55は、スタンバイ/アシスト判定結果が「スタンバイON(V_as=1)」である場合には、このスタンバイ流量マップ55aを用いて、入力された車速Vに対応する流量指令値Q*を算出する。
スタンバイ流量マップ55aには、流量指令値Q*と車速Vとが関連付けられており、流量指令値演算部55は、スタンバイ/アシスト判定結果が「スタンバイON(V_as=1)」である場合には、このスタンバイ流量マップ55aを用いて、入力された車速Vに対応する流量指令値Q*を算出する。
尚、本実施形態では、このスタンバイ流量マップ55aにおいて、流量指令値Q*は、車速Vの値に関わらず所定のスタンバイ流量Qsとなるように設定されている。従って、図9に示すように、スタンバイモードにおいては、車速Vに関わらず、一定の流量指令値Q*(スタンバイ流量Qs)が算出されるようになっている。
一方、アシスト流量マップ55bは、流量指令値Q*と車速V及び目標タイヤ角速度ωt*とが関連付けられた3次元マップであり、流量指令値演算部55は、スタンバイ/アシスト判定結果が「アシストON(V_as=0)」である場合には、このアシスト流量マップ55bを用いて、入力された車速V及び目標タイヤ角速度ωt*に対応する流量指令値Q*を算出する。
具体的には、このアシスト流量マップ55bにおいて、流量指令値Q*は、車速Vが大となるに従って小となるように設定されている。また、流量指令値Q*は、目標タイヤ角速度ωt*が大となるに従って大となるように設定されている。従って、図9に示すように、アシストモードにおいては、車速Vが大となるほど小さな流量指令値Q*が算出されるとともに、目標タイヤ角速度ωt*が大となるほど大きな流量指令値Q*が算出されるようになっている。
また、本実施形態のマイコン51は、流量指令値Q*の変化を穏やかにする流量指令値フィルタ演算部57を備えており、流量指令値演算部55により演算された流量指令値Q*は、この流量指令値フィルタ演算部57に入力される。そして、この流量指令値フィルタ演算部57により補正された補正後の流量指令値Q**が電圧指令値演算部58に入力されるようになっている。
詳述すると、流量指令値フィルタ演算部57は、ローパスフィルタ57aを備えている。そして、流量指令値フィルタ演算部57は、流量指令値Q*の増加時には、ローパスフィルタ57aを用いて流量指令値Q*を補正する(流量指令値フィルタ演算)。
例えば、図10に示すように、流量制御モードがスタンバイモードからアシストモードに移行する場合、流量指令値Q*は、モード移行時を境としてスタンバイ流量Qsからアシスト流量Qaへと矩形波状に変化する。従って、流量指令値フィルタ演算部57による補正を行うことなく、この流量指令値Q*に基づいて流量可変制御を実行すれば、アシスト力の急激な変化によって操舵フィーリングが悪化するおそれがある。
この点を踏まえ、本実施形態では、スタンバイモードからアシストモードへの移行時には、流量指令値フィルタ演算部57にて流量指令値Q*を補正するため、補正後の流量指令値Q**は、モード移行後、スタンバイ流量Qsから急速に増加し、その後は滑らかにアシスト流量Qaまで増加する。その結果、迅速なアシスト力の立ち上がりを確保しつつ、アシスト力の急変による操舵フィーリングの悪化を防止することが可能となっている。
また、本実施形態では、流量指令値フィルタ演算部57には、流量指令値Q*とともに、目標タイヤ角速度ωt*が入力される。そして、流量指令値フィルタ演算部57は、目標タイヤ角速度ωt*に応じてローパスフィルタ57aの時定数を変更するようになっている。
具体的には、流量指令値フィルタ演算部57は、目標タイヤ角速度ωt*が大となるほど、ローパスフィルタ57aの時定数を小とする(図11参照)。これにより、流量変化に伴うアシスト量の変動を感じやすい遅い操舵時には、供給流量の増加速度を下げることで良好な操舵フィーリングを確保する一方、急操舵時には、供給流量の増加速度を高めることにより、アシスト不足による引っ掛かり感の発生を防止することが可能となっている。尚、図11は、上記時定数の変更に用いられるマップの概略構成図である。
即ち、図12のフローチャートに示すように、流量指令値フィルタ演算部57は、流量指令値演算部55から流量指令値Q*が入力されると(ステップ301)、先ず、その流量指令値Q*が増加したか否かを判定する(ステップ302)。
そして、流量指令値Q*の増加時(ステップ302:YES)には、目標タイヤ角速度ωt*に基づいてローパスフィルタ57aの時定数を決定し(ステップ303)、その決定に基づいてローパスフィルタ57aを用いた流量指令値Q*の補正を実行する(ステップ304)。そして、流量指令値フィルタ演算部57は、上記ステップ304における補正演算により算出された補正後の流量指令値Q**を電圧指令値演算部58に出力する(ステップ305)。
図5に示すように、電圧指令値演算部58は、入力された流量指令値Q**に基づいて、流量制御弁15のソレノイド29に印加する電圧指令値を演算し、その電圧指令値をPWM制御演算部59に入力する。そして、PWM制御演算部59は、入力された電圧指令値に基づいて電圧制御信号を生成(演算)し駆動回路52に出力する(PWM制御演算)。
そして、その電圧制御信号に基づいてソレノイド29に駆動電圧が印加されることにより、流量制御弁15の作動、即ちパワーシリンダ12に供給するフルード流量が制御されるようになっている。
即ち、図13のフローチャートに示すように、マイコン51は、状態量として上記各センサからセンサ値を取り込むと(ステップ401)、先ずACT指令角θta*に基づいて、目標タイヤ角θt*及び目標タイヤ角速度ωt*を演算する(ステップ402)。
次に、マイコン51は、スタンバイ/アシスト判定を実行し(ステップ403)、続いて流量指令値演算を実行することにより流量指令値Q*を演算する(ステップ404)。そして、流量指令値フィルタ演算により流量指令値Q*を補正し(ステップ405)、その補正後の流量指令値Q**に基づいて電圧指令値を演算する(ステップ406)。そして、その電圧指令値に基づいて電圧制御信号を生成し、その電圧制御信号を駆動回路52へと出力する(ステップ407)。
以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
(1)パワーステアリング装置1は、パワーシリンダ12に供給するフルード流量(供給流量)を変更可能な流量制御弁15と、同流量制御弁15の作動を制御する第1ECU(VFCECU)16とを備える。第1ECU(VFCECU)16(マイコン51)は、ギヤ比可変アクチュエータ30により、ステアリング操作に基づくステア転舵角θtsに上乗せされるモータ駆動に基づくACT角θtaの制御目標量であるACT指令角θta*に基づいて操舵輪6の目標舵角、即ち目標タイヤ角θt*を演算する目標タイヤ角演算部53を備える。そして、第1ECU(VFCECU)16は、この目標タイヤ角θt*に基づいて流量制御弁15の制御、即ち流量可変制御を実行する。
(1)パワーステアリング装置1は、パワーシリンダ12に供給するフルード流量(供給流量)を変更可能な流量制御弁15と、同流量制御弁15の作動を制御する第1ECU(VFCECU)16とを備える。第1ECU(VFCECU)16(マイコン51)は、ギヤ比可変アクチュエータ30により、ステアリング操作に基づくステア転舵角θtsに上乗せされるモータ駆動に基づくACT角θtaの制御目標量であるACT指令角θta*に基づいて操舵輪6の目標舵角、即ち目標タイヤ角θt*を演算する目標タイヤ角演算部53を備える。そして、第1ECU(VFCECU)16は、この目標タイヤ角θt*に基づいて流量制御弁15の制御、即ち流量可変制御を実行する。
即ち、ステアリング2の角度ではなく、操舵輪6の角度に基づいてパワーシリンダ12に供給するフルード流量の変更を行うことで、ステアリング2と操舵輪6との間の伝達比の変化に関わらず、車両状態に応じた最適な流量のフルードをパワーシリンダ12に供給することが可能になる。その結果、ギヤ比可変制御により、車両状態に応じた最適な伝達比を設定して良好なステアリング特性を得るとともに、パワーシリンダ12へのフルード供給に伴う圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図りつつ、最適なアシスト力を付与して好適な操舵フィーリングを確保することができるようになる。
特に、操舵輪6の実舵角であるタイヤ角θtではなく、目標舵角である目標タイヤ角θt*を用いて、上記流量可変制御を行うため、より早いタイミングで流量可変制御を行うことができ、その結果、更に操舵フィーリングを向上させることができる。
(2)スタンバイ/アシスト判定部54は、目標タイヤ角θt*に基づいて、スタンバイ/アシストモードの切替判定を実行する。このような構成とすれば、ステアリング2と操舵輪6との間の伝達比の変化に関わらず、スタンバイ/アシストモードの適切な切替判定が可能になる。その結果、アシスト時にはアシスト力を発生するための十分な供給流量Qを確保しつつ、非アシスト時にはパワーシリンダ12へのフルード供給に伴う圧力損失を抑えてエネルギー消費の低減を図ることができる。
(3)流量指令値演算部55は、目標タイヤ角θt*の角速度である目標タイヤ角速度ωt*が大となるほど、流量指令値Q*を大とする。このような構成とすれば、アシスト要求の高い速い操舵時には、供給流量Qを増加させて、アシスト不足による引っ掛かり感の発生を防止して好適な操舵フィーリングを確保するとともに、アシスト要求の低い遅い操舵時には、供給流量Qを減少させて、エネルギー消費の低減を図ることができる。
(4)流量指令値演算部55は、車速Vが大となるほど流量指令値Q*を小とする。このような構成とすれば、アシスト要求の高い車速Vの低い領域では、供給流量Qを増加させることにより、操舵系に付与するアシスト力を大として好適な操舵フィーリングを確保するとともに、アシスト要求の低い車速Vの高い領域では、供給流量Qを減少させて、エネルギー消費の低減を図ることができる。
(5)流量指令値フィルタ演算部57は、流量指令値Q*の増加時には、ローパスフィルタ57aを用いて流量指令値Q*を補正するとともに、目標タイヤ角速度ωt*が大となるほど、ローパスフィルタ57aの時定数を小とする。
このような構成とすれば、アシスト量の変動を感じやすい遅い操舵時には、供給流量の増加速度を下げることで良好な操舵フィーリングを確保する一方、急操舵時には、供給流量の増加速度を高めることにより、アシスト不足による引っ掛かり感の発生を防止することができる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ30は、ラックアンドピニオン機構4に入力されるステアリングシャフト3の回転を増速(又は減速)することにより伝達比を可変することとした。しかし、これに限らず、ギヤ比可変アクチュエータは、操舵伝達系(ステアリング2から操舵輪6までの間)の何れに設けられてもよい。
・本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ30は、ラックアンドピニオン機構4に入力されるステアリングシャフト3の回転を増速(又は減速)することにより伝達比を可変することとした。しかし、これに限らず、ギヤ比可変アクチュエータは、操舵伝達系(ステアリング2から操舵輪6までの間)の何れに設けられてもよい。
・本実施形態では、制御対象毎に第1ECU(VFCECU)16と第2ECU(IFSECU)31との2つのECUを設けたが、これらを統合した一つのECUで流量制御弁15及びギヤ比可変アクチュエータ30の制御を行う構成としてもよい。
・本実施形態では、マイコン51は、ACT指令角θta*に基づいて目標タイヤ角θt*を演算する目標タイヤ角演算部53を備え、第1ECU(VFCECU)16は、この目標タイヤ角θt*に基づいて流量可変制御を実行することとした。しかし、これに限らず、ACT角θtaに基づいて操舵輪の実舵角であるタイヤ角θt(図3,4参照)を演算し、目標タイヤ角θt*に代えて、このタイヤ角θtに基づいて流量可変制御を行うこととしてもよい。
・本実施形態では、流量制御弁15は、同油圧ポンプ11内に組み込まれ、ポンプポート22からリターンポート23に還流するフルードの分配比率を変化させることにより、同ポンプポート22から圧送されるフルード流量、即ちパワーシリンダ12に供給するフルード流量を変更することとした。しかし、これに限らず、流量制御弁15は、油圧ポンプ11以外の場所に設けてもよい。尚、流量制御弁15の構成は、図2に示すものに限らないことはいうまでもない。
・また、何らかの異常発生(例えば、回転角センサ39の故障等)により、ギヤ比可変アクチュエータ30がロックされ、ギヤ比可変制御が停止した場合には、目標タイヤ角θt*(目標タイヤ角速度ωt*)に代えて、操舵角θs(操舵速度ωs)に基づいて上記流量可変制御を行うこととしてもよい。
具体的には、例えば、図14に示すパワーステアリング装置60のように、第1ECU(VFCECU)61側のマイコン62に、回転角センサ39の出力信号異常等に基づいてギヤ比可変アクチュエータ30の異常を検出する検出手段としての異常検出部63を設け、その異常検出部63の出力する異常検出信号を第2ECU(IFSECU)64側のマイコン65に入力する。また、マイコン65のスタンバイ/アシスト判定部66、流量指令値演算部67、及び流量指令値フィルタ演算部68には、この異常検出信号とともに、対応する操舵角θs又は操舵速度ωsを入力する。そして、スタンバイ/アシスト判定部66、流量指令値演算部67、及び流量指令値フィルタ演算部68は、異常検出信号の入力がある場合には、目標タイヤ角θt*(目標タイヤ角速度ωt*)に代えて、操舵角θs(操舵速度ωs)に基づいて、それぞれ、スタンバイ/アシスト判定、流量指令値演算、及び流量指令値フィルタ演算を実行する構成とすればよい。
このような構成とすれば、ギヤ比可変制御の停止後においても、流量可変制御を続行することができるようになる。尚、この場合、流量指令値演算部67のスタンバイ流量マップ67a及びアシスト流量マップ67b、並びに流量指令値フィルタ演算部68におけるローパスフィルタ68aの時定数変更マップを操舵速度ωsに基づく制御に対応するものに切り替えることとしてもよい。
1,60…パワーステアリング装置、2…ステアリングホイール、6…操舵輪、11…油圧ポンプ、12…パワーシリンダ、15…流量制御弁、16,61…第1ECU(VFCECU)、21…ポンプ本体、22…ポンプポート、23…リターンポート、24…可変オリフィス、26…スプール、28…戻り流路、29…ソレノイド、30…ギヤ比可変アクチュエータ、31,64…第2ECU(IFSECU)、35…モータ、37…操舵角センサ、38…車速センサ、39…回転角センサ、41,62…マイコン、42…駆動回路、44…ギヤ比可変制御演算部、45…微分ステア制御演算部、46…加算器、51,65…マイコン、52…駆動回路、53…目標タイヤ角演算部、54,66…スタンバイ/アシスト判定部、55,67…流量指令値演算部、55a,67a…スタンバイ流量マップ、55b,67b…アシスト流量マップ、57,68…流量指令値フィルタ演算部、57a,68a…ローパスフィルタ、58…電圧指令値演算部、59…PWM制御演算部、63…異常検出部、Q…供給流量、V…車速、θs…操舵角、ωs…操舵速度、θt…タイヤ角、Q*,Q**…流量指令値、Qa…アシスト流量、Qs…スタンバイ流量、θt*…目標タイヤ角、ωt*…目標タイヤ角速度、θta…ACT角、θta*…ACT指令角、θts…ステア転舵角、θgr*…ギヤ比可変ACT指令角、θls*…微分ステアACT指令角、V_as…スタンバイ/アシスト判定値。
Claims (7)
- 油圧ポンプと、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダと、前記油圧ポンプに還流する圧油の分配比率を変化させることにより前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を変更可能な流量制御装置と、前記流量制御装置を制御する制御手段と、ステアリングホイールの操舵角に基づく操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第2の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールと前記操舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置とを備えたパワーステアリング装置であって、
前記第2の舵角の制御目標量に基づいて前記操舵輪の目標舵角を演算する演算手段を備え、前記制御手段は、前記目標舵角に基づいて前記流量を変更すること、
を特徴とするパワーステアリング装置。 - 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
前記アシスト力を付与するための前記流量を確保するアシストモードと、前記流量を前記アシストモードにおける流量よりも小とするスタンバイモードとを有し、
前記制御手段は、前記目標舵角に基づいて、前記アシストモード又はスタンバイモードの切り替えを行うこと、を特徴とするパワーステアリング装置。 - 請求項2に記載のパワーステアリング装置において、
前記制御手段は、前記アシストモードにおいて、前記目標舵角の角速度が大となるほど前記流量を大とすること、を特徴とするパワーステアリング装置。 - 請求項2又は請求項3に記載のパワーステアリング装置において、
前記制御手段は、前記アシストモードにおいて、車速が大となるほど前記流量を小とすること、を特徴とするパワーステアリング装置。 - 請求項1〜請求項4のうちの何れか一項に記載のパワーステアリング装置において、
前記制御手段は、前記流量を増加させる場合には、ローパスフィルタにより流量指令値の立ち上がりを穏やかにするとともに、前記角速度が大となるほど前記ローパスフィルタの時定数を小とすること、を特徴とするパワーステアリング装置。 - 請求項1〜請求項5のうちの何れか一項に記載のパワーステアリング装置において、
前記伝達比可変装置の異常を検出する異常検出手段を備え、
前記制御手段は、前記異常が検出された場合には、前記目標舵角に代えて前記操舵角を用いること、を特徴とするパワーステアリング装置。 - 油圧ポンプと、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダと、前記油圧ポンプに還流する圧油の分配比率を変化させることにより前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を変更可能な流量制御装置と、前記流量制御装置を制御する制御手段と、ステアリングホイールの操舵角に基づく操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第2の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールと前記操舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置とを備えたパワーステアリング装置であって、
前記第2の舵角に基づいて前記操舵輪の実舵角を演算する演算手段を備え、前記制御手段は、前記実舵角に基づいて前記流量を変更すること、
を特徴とするパワーステアリング装置。
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