JP2006182056A

JP2006182056A - 車両用操舵装置

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Publication number: JP2006182056A
Application number: JP2004374677A
Authority: JP
Inventors: Noriki Kubokawa; 範規久保川; Shogo Miyasaka; 匠吾宮坂
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP4639796B2

Abstract

【課題】ＳＢＷを備えた車両において、運転者に違和感を与えることなくスムーズにシステムを始動可能な車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】運転者の操舵角が入力される操舵手段と、操向輪を転舵する転舵手段と、車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、前記操舵手段に入力された操舵角と、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて、前記転舵手段の転舵量を制御する転舵量制御手段と、を備えた車両用操舵装置において、前記転舵量制御手段は、前記操舵手段に入力された操舵角に基づいて第１転舵量を演算し、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて第１転舵量を補正する第２転舵量を演算し、前記第１転舵量とフェードイン制御により徐々に増大された前記第２転舵量に基づいて最終転舵量を演算する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用操舵装置に関し、特にバックアップシステムを備えたステアバイワイヤ制御を行う操舵装置に関する。

従来、操舵トルクに基づいてモータによりアシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置が知られている。このような従来技術にあっては、ステアリングホイールを回転させながらイグニッションONすると、操舵トルクの発生した状態でシステムを起動することとなる。このとき、操舵トルクに対応して急激にアシスト力が発生し、ステアリング系にショックを与えるおそれがある。そこで、特許文献１及び２に記載の技術では、電動パワーステアリングの電流指令値をフェードイン制御により徐々に増大させ、急激にアシスト力が発生することを回避している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開平１１−２６３２３９号公報特開２００４−１３０９０３号公報

近年、ステアリングホイールと操向輪とを機械的に分離し、操向輪の転舵量を転舵アクチュエータ等によって制御することで、制御自由度及びレイアウト自由度の向上を図ったステアリングバイワイヤシステム（以下、ＳＢＷと記載する）が提案されている。このＳＢＷでは、運転者のステアリングホイール操舵角に基づいて転舵アクチュエータを駆動し、操向輪の転舵量を制御している。ここで、ステアリングホイールと操向輪とは機械的に連結されていないため、ステアリングホイールを操作しながらイグニッションONとした場合、操舵角と転舵量との関係が一致していない状態が発生する。この関係を一致させるために、転舵アクチュエータに大きな電流指令値が発生すると、操向輪が一気に動き出し、違和感を与える虞がある。そこで、転舵アクチュエータへの電流指令値に上記従来技術に記載したフェードイン制御を適用することで違和感を抑制することが考えられる。しかしながら、転舵アクチュエータの電流指令値が必要以上に抑制され、イグニッションON時の初期には転舵アクチュエータが作動せず、操舵角と転舵量の不一致に伴う違和感を与える虞があった。

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、ＳＢＷを備えた車両において、運転者に違和感を与えることなくスムーズにシステムを始動可能な車両用操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、運転者の操舵角が入力される操舵手段と、操向輪を転舵する転舵手段と、車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、前記操舵手段に入力された操舵角と、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて、前記転舵手段の転舵量を制御する転舵量制御手段と、を備えた車両用操舵装置において、前記転舵量制御手段は、前記操舵手段に入力された操舵角に基づいて第１転舵量を演算する第１転舵量演算部と、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて第１転舵量を補正第２転舵量を演算する第２転舵量演算部と、前記第１転舵量及び前記第２転舵量に基づいて最終転舵量を演算する第３転舵量演算部と、前記第２転舵量演算部と前記第３転舵量演算部の間に設けられ、第２転舵量を徐々に増大させるフェードイン制御部と、を備えたことを特徴とする。

よって、第２転舵量のみフェードイン制御を行うことで、第１転舵量により転舵量を確保しつつ、スムーズな転舵量制御を達成することができる。

以下、本発明の車両用操舵装置を実現する実施の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

［車両用操舵装置のシステム構成］
まず構成について説明する。図１は実施例１の車両用操舵装置のシステム構成図である。運転者が操舵量を入力する操舵手段として、ステアリングホイール１と、車体側に回転可能に支持されるとともにステアリングホイール１に接続されたステアリングシャフト２を有する。また、ステアリングシャフト２上には、運転者の操舵量としての操舵角を検出する操舵角センサ８と、運転者の操舵量としての操舵トルクを検出する操舵側トルクセンサ９を有する。

また、操舵角センサ８及び操舵側トルクセンサ９よりも操向輪２０側には、運転者（ステアリングホイール１）に操舵反力を付与する反力モータ３を有する。この反力モータ３内には、反力モータ３のモータ回転角を検出する操舵側レゾルバ１０を有する。反力モータ３よりも操向輪２０側には、ステアリングシャフト２とバックアップ機構７との間を物理的に締結・開放可能な電磁クラッチ６を有する。

バックアップ機構７はケーブル式コラムとされ、一端が電磁クラッチ６と接続されたステアリング側ケーブルプーリ７ａと、一端がピニオンシャフト１５と接続された操向輪側ケーブルプーリ７ｂと、両ケーブルプーリ７ａ，７ｂのそれぞれ互いに逆方向に巻き付けられた状態で連結する２本のケーブル７ｃ，７ｄを有する。電磁クラッチ６が開放されている状態では、ステアリングシャフト２の回転をピニオンシャフト１５へ伝達することはない。

一方、電磁クラッチ６が締結されている状態で、ステアリングホイール１を一方向に回転させると、２本のケーブル７ｃ，７ｄのうち、一方のケーブルが運転者から入力される操舵トルクを伝達し、他方のケーブルが操向輪２０から入力される反力トルクを伝達することで、コラムシャフトと同等の機能を発揮するよう構成されている。

操向輪２０を転舵する転舵手段として、車体側に回転可能に支持されるとともに一端が操向輪側ケーブルプーリ７ｂと接続されたピニオンシャフト１５を有する。このピニオンシャフト１５には、転舵モータ５、転舵側レゾルバ１１、転舵側トルクセンサ１２、ロータリーエンコーダ１３が設けられている。

転舵モータ５はピニオンシャフト１５の両側に二つ配置されている。この転舵モータ５は、ピニオンシャフト１５に転舵トルクを出力し、転舵側レゾルバ１１は転舵モータ５の回転角を検出する。転舵側トルクセンサ１２は転舵モータ５と操向輪２０との間に設けられ、ピニオンシャフト１５の回転トルクを検出する。ロータリーエンコーダ１３はピニオンシャフト１５の回転角（転舵角δに相当）を検出する

またピニオンシャフト１５の操向輪側端部には、図示しないラック&ピニオン機構が設けられ、ステアリングラック４を軸方向に移動することで操向輪２０の転舵を行うよう構成されている。

この車両用操舵装置には第１コントロールユニット100と、第２コントロールユニット200と、第３コントロールユニット300が設けられている。図２は第１〜第３コントロールユニット100，200，300の構成を表すブロック図である。

第３コントロールユニット300には、操舵角センサ８からの操舵角θと、操舵トルクセンサ９からの操舵トルクと、転舵トルクセンサ１２からの転舵トルクと、ロータリエンコーダ１３からのピニオン角と、車速センサ１４により検出された車速等が入力される。

第１コントロールユニット100には、転舵側レゾルバ１１からのモータ回転角が入力されると共に、第３コントロールユニット300からの転舵角指令値が入力される。同様に、第２コントロールユニット200には、転舵側レゾルバ１１からのモータ回転角が入力されると共に、第３コントロールユニット300からの転舵角指令値が入力される。

第３コントロールユニット300では、入力された各センサ値に基づいて転舵角指令値が演算され、第１及び第２コントロールユニット100，200に転舵角指令値を出力すると共に、転舵トルク等に基づいて反力モータ３の駆動制御を行う。第１、第２コントロールユニット100，200は、入力された転舵角指令値に基づいて、フィードバック制御による転舵モータ駆動制御を実行する。

図３は第３コントロールユニット300の制御構成を表すブロック図である。第３コントロールユニット300は、操舵角センサ８により検出された実操舵角θdを１対１の関係で出力する第１転舵量演算部360（特許請求の範囲に記載の第１転舵量演算部に相当）と、VGRマップ310（特許請求の範囲に記載の第２転舵量演算部に相当）と、フェードイン制御部320と、加算部330（特許請求の範囲に記載の第３転舵量演算部に相当）と、コントローラ340と、反力演算部350を有する。

VGRマップ310は、図４の舵角比−車速マップに示すように、車速等の車両の走行状況に応じて設定された舵角比（操舵角θに対する転舵角の比）に基づいて実操舵角θdを補正する。具体的には、低車速では運転者の操舵角に対する転舵量が大きくなるように補正し、高車速では運転者の操舵角に対する転舵角が小さくなるように補正することで、運転者の操舵負荷の軽減を図っている。そして、実操舵角θdを舵角比に基づいて補正する第２転舵量θs^*を演算し、フェードイン制御部320へ出力する。

フェードイン制御部320は、VGRマップ310から出力された第２転舵量θs^*を、徐々に増大させるフェードイン制御を実行する。実施例１のフェードイン制御部320では、イグニッションON時などのシステム起動時にフェードイン制御が実行されるよう構成されているが、通常のＳＢＷ制御時に実行してもよい。フェードイン制御部320では、第２転舵量θs^*を徐々に増大させるように補正するフェードイン補正係数γを演算し、補正された第２転舵量γθs^*を加算部330へ出力する。イグニッションON時以外の場合、具体的には電源ON時から実転舵角θsが目標転舵角θ_ref ^*と略一致してからは、フェードイン補正係数γを１として第２転舵量θs^*をそのまま出力する。

加算部330は、第１転舵量θd（実操舵角θd）に補正された第２転舵量γθs^*を加算し、目標転舵角θ_ref ^*をコントローラ340へ出力する。コントローラ340は目標転舵角θ_ref ^*を電流指令値である転舵角指令値ｉ_refに変換し、第１、第２コントロールユニット100，200へ出力する。

反力演算部350は、転舵トルクセンサ１２の転舵トルク及び転舵側レゾルバ１１から入力された実転舵角θsに対応する操舵反力Ｆdを演算し、反力モータ３に操舵反力指令値Ｓdを出力する。

［フェードイン制御による応答遅れ回避］
上記制御構成における作用効果について、転舵角指令値にフェードイン制御を行った場合の比較例と、実施例１とを図６のタイムチャートにより対比して説明する。

（転舵角指令値にフェードイン制御を行った場合）

図５は比較例の制御ブロック図である。この比較例は、ＳＢＷを搭載した車両において転舵モータ５へ入力する直前の転舵角指令値θ_ref ^*にフェードイン制御部を設定した例である。以下、図６のタイムチャートに基づいて説明する。

時刻ｔ１において、イグニッションONとされ、運転者がステアリングホイール１の操舵を開始すると、この実操舵角θdに応じた第１転舵量θdが出力されると共に、第２転舵量θs^*が出力される。図４の舵角比−車速マップで説明したように、車両停止時のイグニッションON時には、舵角比が大きな値に設定されているため、第２転舵量θs^*も大きな値が出力される。

時刻ｔ２において、転舵角指令値としてγθ_ref ^*が出力されると、その値に応じた実転舵角θsが出力される。転舵モータ５へ入力する直前の転舵角指令値θ_ref ^*にフェードイン制御を行うと、第１転舵量θd及び第２転舵量θs^*の両方にフェードイン制御が行われることとなる。

ここで、図６の比較例のタイムチャートの実線に示すように、フェードイン制御における補正係数γを小さな値に設定すると、第１転舵量θd及び第２転舵量θs^*が出力されているにもかかわらず、小さな転舵角指令値が出力されることで転舵が行われない虞がある。また、転舵角指令値γθ_ref ^*が補正前の転舵角指令値θ_ref ^*と略一致するまでに時刻ｔ５までかかってしまう。ＳＢＷでは、ステアリングホイール１と操向輪２０が機械的に連結されていないため、運転者に違和感を与える虞がある。

そこで、応答性を向上するために大きな補正係数γを与える場合を考える。ＳＢＷでは、ステアリングホイール１を操舵しながらイグニッションONした場合、実操舵角θdと転舵角との間に大きな偏差を持った状態でステアバイワイヤ制御が開始される可能性がある。このとき、第１転舵量θdの偏差に加えて、第２転舵量θs^*の偏差も上乗せされることとなる。すると、図６の比較例のタイムチャートの点線に示すように、転舵角指令値γθ_ref ^*がオーバーシュート（特に時刻ｔ３）する虞があり、応答性は確保できるものの、やはり違和感を与えてしまうこととなる。

また、実施例１のＳＢＷシステムでは、複数のコントロールユニット100，200，300を備えた構成とされている。この場合、イグニッションONによって電源電圧が供給され、それぞれのコントロールユニットが制御を開始する所謂初期化タイミングは、数十msecオーダーとはいえ必ずしも一致していない。すると、この間に蓄積された実操舵角θdと実転舵角θsとの偏差によっても、上述したオーバーシュートを引き起こす虞があり、好ましくない。

これに対し実施例１では、図３に示すようにフェードイン制御による電流指令値ｉ_refの応答遅れを軽減するため、VGRマップ310と加算部330の間にフェードイン制御部320を設け、実操舵角θdにフェードイン補正係数γを乗じた後、コントローラ340において電流指令値ｉ_refを演算することとした。

これにより、ステアリングホイール１と操向輪２０とが機械的に分離されているステアバイワイヤ制御時にフェードイン制御を施したとしても、第１転舵量θdに基づく転舵角指令値が確保されるため、転舵初期に確実に転舵することができる。また、ステアバイワイヤ搭載車両においてステアリングホイール１を回しながらイグニッションONした場合であっても、運転者に違和感を与えることなくスムーズな転舵を達成することができる。

また、フェードイン制御部320は、イグニッションON時などのシステム起動時には補正係数γを乗算し、それ以外の場合は補正係数を１として出力することとした。これにより、イグニッションON時に目標転舵角と実転舵角との偏差が大きい場合であっても、違和感なくステアバイワイヤ制御を開始することができる。また、システム始動後の通常制御時には、フェードイン制御が行われることがなく、応答性を確保することができる。

（他の実施例）
以上、本発明の車両用操舵装置を実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成についてはこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り設計の変更や追加等は許容される。例えば、実施例１では、第1転舵量演算部360と、フェードイン制御部320との値を加算部330において加算する構成としたが、VGRマップ310では単に舵角比を設定し、フェードイン制御部320では、この舵角比に補正係数を乗算し、その補正された舵角比を出力するよう構成してもよい。このとき、第１転舵量演算部360は必要なく、単に加算部330を乗算部に変更し、実操舵角θdに対して補正された舵角比を乗算することで制御するよう構成してもよい。

車両用操舵装置を示すシステム構成図である。第１ないし第３コントロールユニットの制御構成を示すブロック図である。第３コントロールユニットの制御ブロック図である。従来例のパワーアシスト式操舵装置の制御ブロック図である。ステアバイワイヤ車両において転舵モータへ入力する直前の指令電流にフェードイン制御を施すこととした制御ブロック図である。図４、図５及び本願実施例それぞれの構成におけるタイムチャートである。

符号の説明

１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
２回転角センサ
３反力モータ
４ステアリングラック
５転舵モータ
６電磁クラッチ
７バックアップ機構
７ａステアリング側ケーブルプーリ
７ｂ操向輪側ケーブルプーリ
７ｃ，７ｄケーブル
８操舵角センサ
９操舵側トルクセンサ
１０操舵側レゾルバ
１１転舵側レゾルバ
１２転舵側トルクセンサ
１３ロータリエンコーダ
１４コントロールユニット
１５ピニオンシャフト
２０操向輪
100 第１コントロールユニット
200 第２コントロールユニット
300 第３コントロールユニット
310 ＶＧＲマップ
320 フェードイン制御部
330 加算部
340 コントローラ
350 反力演算部

Claims

運転者の操舵角が入力される操舵手段と、
操向輪を転舵する転舵手段と、
車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、
前記操舵手段に入力された操舵角と、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて、前記転舵手段の転舵量を制御する転舵量制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記転舵量制御手段は、
前記操舵手段に入力された操舵角に基づいて第１転舵量を演算する第１転舵量演算部と、
前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて前記第１転舵量を補正する第２転舵量を演算する第２転舵量演算部と、
前記第１転舵量及び前記第２転舵量に基づいて最終転舵量を演算する第３転舵量演算部と、
前記第２転舵量演算部と前記第３転舵量演算部の間に設けられ、前記第２転舵量を徐々に増大させて前記第３転舵量演算部に出力するフェードイン制御部と、
を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１に記載の操舵制御装置において、
前記第２転舵量演算部は、車速が高いほど、前記第２転舵量を小さくすることを特徴とする車両用操舵装置。
運転者の操舵角が入力される操舵手段と、
操向輪を転舵する転舵手段と、
車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、
前記操舵手段に入力された操舵角と、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて、前記転舵手段の転舵量を制御する転舵量制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記転舵量制御手段は、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて舵角比を設定する舵角比設定部と、
前記舵角比設定部により設定された舵角比を徐々に増大させて出力するフェードイン制御部と、
前記操舵角と前記フェードイン制御部から出力された舵角比に基づいて転舵量を演算する転舵量演算部と、
を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項３に記載の車両用操舵装置において、
前記舵角比設定部は、車速が高いほど、前記舵角比を小さく設定することを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１ないし４いずれかに記載の車両用操舵装置において、
前記フェードイン制御部は、前記転舵量制御を介しするときから実転舵量と前記最終転舵量とが略一致する間に実行されることを特徴とする車両用操舵装置。
運転者の操舵角が入力される操舵手段と、
操向輪を転舵する転舵手段と、
車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、
前記操舵手段に入力された操舵角と、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて、前記転舵手段の転舵量を制御する転舵量制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記転舵量制御手段は、前記操舵手段に入力された操舵角に基づいて第１転舵量を演算し、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて前記第１転舵量を補正する第２転舵量を演算し、前記第１転舵量とフェードイン制御により徐々に増大された前記第２転舵量に基づいて最終転舵量を演算することを特徴とする車両用操舵装置。
運転者の操舵角が入力される操舵手段と、
操向輪を転舵する転舵手段と、
車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、
前記操舵手段に入力された操舵角と、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて、前記転舵手段の転舵量を制御する転舵量制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記転舵量制御手段は、前記走行状況検出手段により検出された走行状況に基づいて徐々に増大する舵角比を設定し、前記操舵角と前記設定された舵角比とに基づいて転舵量を演算することを特徴とする車両用操舵装置。