JP2007269062A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に装備された装置が故障した場合に、その装置の故障に伴う走行安定性の低下を改善することができるようにする。
【解決手段】電動機９に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置において、ＡＢＳ、ＥＢＤ、ＴＣＳ、ＣＭＳ、ＶＳＡの各制御部３１〜３５からの故障信号に基づいて装置の故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が増大するように補正制御する。またダンパ、スタビライザ、ＳＨ−ＡＷＤの各制御部３６〜３８からの故障信号に基づいて装置の故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が減少するように補正制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置では、運転者の操舵力を軽減する目的で補助操舵トルクを発生させる電動機が設けられているが、この電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を、車両の挙動（ヨーレート）が大きくなるに応じて増大するように制御して、車両の走行安定性を向上させるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許第３１１０８９１号公報

しかるに、車両には、各種の車両安定化制御（ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＥＢＤ、ＶＳＡなど）、衝突被害低減制御（ＣＭＳ）、緊急回避制御、サスペンション制御（ダンパ制御、スタビライザ制御）、４ＷＤ制御（ＳＨ−ＡＷＤ）などの制御システムが装備されており、これらの制御に関連する装置に異常が発生して動作を停止させた場合、機械的な特性で決まる基本的な運動特性に変化し、車両の走行安定性に少なからず影響を及ぼすが、前記のような電動パワーステアリング装置の操舵補助力を利用することで、前記の制御に関連する装置の故障に伴う走行安定性の低下を改善することができるものと考えられる。

本発明は、このような発明者の知見に基づき案出されたものであり、その主な目的は、車両に装備された装置が故障した場合に、その装置の故障に伴う走行安定性の低下を改善することができるように構成された車両用操舵装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、電動機（９）に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置において、所定の制動力制御装置（ＡＢＳ制御部３１、ＥＢＤ制御部３２、ＣＭＳ制御部３４、及びＶＳＡ制御部３５）からの故障信号に基づいてその制動力制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が増大するように補正制御するものとした。

これによると、制動力制御装置が故障した場合でも高い走行安定性を確保することができる。制動力制御装置は、車輪のロックの防止や制動力の適切な配分により制動性能や方向安定性を高めるものであり、この制動力制御装置が故障すると、車両の方向安定性が低下し、オーバーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を増大させてステアリングホイールの操舵力が重くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

また本発明においては、請求項２に示すとおり、電動機（９）に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置において、所定のトラクション制御装置（ＴＣＳ制御部３３）からの故障信号に基づいてそのトラクション制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が増大するように補正制御するものとした。

これによると、トラクション制御装置が故障した場合でも高い走行安定性を確保することができる。トラクション制御装置は、発進時や加速時の駆動輪の無駄な空転を抑制するために、出力トルクを低減するようにエンジンのスロットル弁を制御し、またブレーキ装置を制御するものであり、このトラクション制御装置が故障すると、車両の方向安定性が低下し、オーバーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を増大させてステアリングホイールの操舵力が重くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

また本発明においては、請求項３に示すとおり、電動機（９）に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置において、所定のサスペンション制御装置（ダンパ制御部３６及びスタビライザ制御部３７）からの故障信号に基づいてそのサスペンション制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が減少するように補正制御するものとした。

これによると、サスペンション制御装置が故障した場合でも高い走行安定性を確保することができる。サスペンション制御装置は、主に車両のロール剛性を制御するものであり、操舵応答性が高くなる方向に設定されることから、このサスペンション制御装置が故障すると、車両の回頭性が低下し、アンダーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を減少させてステアリングホイールの操舵力が軽くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

また本発明においては、請求項４に示すとおり、電動機（９）に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置において、所定の駆動力配分制御装置（ＳＨ−ＡＷＤ制御部３８）からの故障信号に基づいてその駆動力配分制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が減少するように補正制御するものとした。

これによると、駆動力配分制御装置が故障した場合でも高い走行安定性を確保することができる。駆動力配分制御装置は、駆動力配分により各輪の駆動力を適切に制御して旋回性能及び車両安定性を向上させるものであり、この駆動力配分制御装置が故障すると、車両の回頭性が低下し、アンダーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を減少させてステアリングホイールの操舵力が軽くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

なお、故障時の補正制御は、制動力制御装置、トラクション制御装置、サスペンション制御装置、駆動力配分制御装置といった車両装置のうちの１つだけについて行う構成も可能であるが、複数の車両装置を対象とした構成とすることもできる。このとき、複数の車両装置が同時に故障した場合に、その車両装置ごとの故障が車両の運動特性に複合的に影響を及ぼすため、これらの複合的な影響が補正制御に適切に反映されるように、各車両装置の故障が車両の運動特性に与える影響度の大きさに応じて重み付けを行うと良い。例えば、反力成分の補正率を決定する補正パラメータを車両装置ごとに設定すると共に、その車両装置ごとの補正パラメータを影響度の大きさに応じて異なる値に設定するようにすると良い。また、反力成分の補正は、前記のように各車両装置の故障が車両の運動特性に与える影響に応じて、増大方向と減少方向との２通りの場合があり、反力成分の補正率を決定するあたっては、反力成分の増大及び減少の別に応じて補正パラメータを加算あるいは減算するようにすると良い。

このように本発明によれば、各種の車両装置の故障が車両の運動特性に与える影響の具体的態様、例えば車両の方向安定性や車両の回頭性に与える影響、また旋回走行時のステアリング特性がオーバーステアとアンダーステアとのいずれになるかに応じて、補助操舵トルクの反力成分を増減することにより、ステアリング特性をニュートラルに変更することができ、各種の車両装置が故障した場合でも高い走行安定性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用される車両用操舵装置を示す模式図である。この操舵装置は、ステアリングホイール１に一体結合されたステアリングシャフト２に自在継手を有する連結軸３を介して連結されたピニオン４と、ピニオン４に噛合して車幅方向に往復動し得ると共にタイロッド５を介して操向車輪としての左右の前輪６のナックルアーム７にその両端が連結されたラック軸８とを有するラック・アンド・ピニオン機構からなる。また、ラック・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するべく、電動パワーステアリング装置を構成する電動機９がラック軸８の中間部に同軸的に配設されている。

ラック・アンド・ピニオン機構のピニオン４の近傍には、ステアリングホイール１の回転角速度を検出する操舵角速度センサ１１と、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２とが設けられている。そしてこれら２つのセンサ１１・１２の信号出力は、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ１５と、車両の走行速度を検出するための車体速センサ１６の出力信号と共に、電動機９の出力を制御するための操舵制御ユニット１７に入力されている。

図２は、図１に示した操舵制御ユニット１７の概略構成を示すブロック図である。操舵制御ユニット１７は、ステアリングホイール１の手動操舵力を軽減する補助操舵トルクを決定する補助操舵トルク決定部２１と、補助操舵トルクの反力成分である補助反力トルクを決定する補助反力トルク決定部２２とを有している。

補助操舵トルク決定部２１には、操舵トルクセンサ１２及び車体速センサ１６にて検出された操舵トルク及び車体速Ｖの各信号が入力し、それらの信号に基づいて補助操舵トルクが決定される。補助反力トルク決定部２２には、操舵角速度センサ１１、ヨーレートセンサ１５、及び車体速センサ１６にて検出された操舵角速度ω、ヨーレートγ、及び車体速Ｖの各信号が入力し、それらの信号に基づいて補助反力トルクが決定される。

この補助操舵トルク決定部２１及び補助反力トルク決定部２２にて取得した補助操舵トルク及び補助反力トルクは、減算器２３にて減算されて目標電流決定部２４に出力される。目標電流決定部２４では、減算器２３から入力されるトルク値に基づいて電動機９の目標電流が設定され、その目標電流に応じた電流制御信号が出力電流制御部２５から駆動回路２６に出力され、駆動回路２６から供給される電流により電動機９が駆動される。

補助反力トルク決定部２２は、車体速Ｖ及び操舵角速度ωから補助反力トルクＴ１を求める第１のトルク成分取得部２７と、車体速Ｖ及びヨーレートγから補助反力トルクＴ２を求める第２のトルク成分取得部２８と、これらのトルク成分取得部２７・２８により取得した補助反力トルクＴ１・Ｔ２を加算して補助反力トルクＴＡを求める加算器２９と、補助反力トルクＴＡが正負の最大値を超えないように制限するリミッタ３０とを有している。

第１のトルク成分取得部２７では、操舵角速度ωをアドレスとするデータテーブルに基づいて角速度ωに関する補助反力トルクＴ１（ダンピングトルク成分）を求め、操舵角速度ωが大きくなるほど大きくなるように補助反力トルクＴ１が決定される。第２のトルク成分取得部２８では、ヨーレートγをアドレスとするデータテーブルに基づいてヨーレートγに関する補助反力トルクＴ２（ヨーレートトルク成分）を求め、ヨーレートγが大きくなるほど大きくなるように補助反力トルクＴ２が決定される。

また操舵角速度ωをアドレスとするデータテーブル、ヨーレートγをアドレスとするデータテーブルは、共に車体速Ｖに応じて異なるデータテーブルを切り替えて使用し、車体速Ｖが大きいと、同じ操舵角速度ωまたはヨーレートγでも大きな反力トルクが発生するようにしている。

また補助反力トルク決定部２２は、ＡＢＳ、ＥＢＤ、ＴＣＳ、ＣＭＳ、ＶＳＡ、ダンパ、スタビライザ、及びＳＨ−ＡＷＤの各制御部３１〜３８から出力される信号に基づいて補正パラメータＡ〜Ｇを設定する補正パラメータ設定部４１〜４７と、ここで設定された補正パラメータＡ〜Ｇに基づいて補助反力トルクを増減する補正係数Ｋを決定する補正係数決定部４８と、加算器２９から出力される従来の方法による補助反力トルクＴＡに補正係数Ｋを乗じて補助反力トルクＴＡを補正する乗算器４９とを有している。

ＡＢＳ、ＥＢＤ、ＴＣＳ、ＣＭＳ、ＶＳＡ、ダンパ、スタビライザ、ＳＨ−ＡＷＤの各制御部３１〜３８は、異常を診断する故障診断回路を備えており、異常と診断した場合には、故障の有無を判別する装置作動フラグ（故障信号、ABS FF・EBD FF・TCS FF・CMS FF・VSA FF・DMP FF・STB FF・SHA FF）を出力すると共に、自らの制御動作を停止させ、各制御部３１〜３８に関連する装置は、機械的な特性で決まる基本的な運動特性となる。

補正パラメータ設定部４１〜４７では、ＡＢＳ、ＥＢＤ、ＴＣＳ、ＣＭＳ、ＶＳＡ、ダンパ、スタビライザ、ＳＨ−ＡＷＤの各制御部３１〜３８から出力される装置作動フラグがオン、すなわち各制御部３１〜３８に関連する装置に故障が発生していることを検知すると、補正パラメータＡ〜Ｇが予め設定された値（０．２、０．１５、０．１）に設定される。

補正係数決定部４８では、補正パラメータ設定部４１〜４７で取得した補正パラメータＡ〜Ｇを次式のように加減算して補正係数Ｋが求められる。
Ｋ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ）＋１．０ （式１）
この補正係数Ｋは乗算器４９に入力され、加算器２９から入力される、第１・第２のトルク成分取得部２７・２８での各補助反力トルクＴ１・Ｔ２の加算値に次式のように補正係数Ｋを乗じて補助反力トルクＴＡが求められる。
ＴＡ＝（Ｔ１＋Ｔ２）×Ｋ
ここで得られた補助反力トルクＴＡは、リミッタ３０に入力され、所定の最大値を超えないように制限される。

ＡＢＳ制御部３１は、いわゆるＡＢＳ（Anti-lock Brake System）の制御主体であり、ブレーキ操作時に車輪のロックが回避されるように車輪速などの車体情報に基づいて各輪の制動力を独立して制御するものである。ＥＢＤ制御部３２は、いわゆるＥＢＤ(Electronic Brake force Distribution：電子制御ブレーキシステム)の制御主体であり、制動性能を向上させるために前後の車輪速度などの車体情報に基づいて前後の制動力配分を制御するものである。

ＣＭＳ制御部３４は、いわゆるＣＭＳ（Collision Mitigation brake System：追突軽減ブレーキ）の制御主体であり、衝突時の衝撃を軽減するために前走車との車間距離及び車体速などの車体情報に基づいてブレーキを作動させるものである。ＶＳＡ制御部３５は、いわゆるＶＳＡ（Vehicle Stability Assist：車両挙動安定化制御システム）の制御主体であり、旋回時の横すべりを抑制して方向安定性を向上させるため、車体速、ヨーレート及び横加速度などの車体情報に基づいて各輪の制動力を制御するものである。

この種の制動力制御装置（ＡＢＳ制御部３１、ＥＢＤ制御部３２、ＣＭＳ制御部３４、及びＶＳＡ制御部３５）では、関連する装置に故障が発生すると、オーバーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を増大させてステアリングホイールの操舵力が重くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

そこでこの種の制動力制御装置に関連する装置に故障が発生すると、補正パラメータ設定部４１・４３・４４にて補正パラメータＡ・Ｃ・Ｄが所定値に設定された後、補正係数決定部４８にて前記の式１のように補正パラメータＡ・Ｃ・Ｄを加算して補正係数Ｋが決定される。

特にここでは、ＡＢＳ制御部３１及びＥＢＤ制御部３２からの装置作動フラグ（EBD FF・TCS FF）が、オアゲート３９を介して補正パラメータ設定部４１に入力され、ＡＢＳ制御部３１及びＥＢＤ制御部３２のいずれかに関連する装置が故障している場合に、補正パラメータ設定部４１にて補正パラメータＡが所定値に設定される。このＡＢＳ制御及びＥＢＤ制御は、車両の走行安定性に与える影響度が比較的大きいため、補正パラメータＡが他の制御より大きな値（ここでは０．２）に設定される。

ＴＣＳ制御部３３は、いわゆるＴＣＳ（Traction Control System：トラクション制御システム）の制御主体であり、発進時や加速時の駆動輪の無駄な空転を抑制するために、車輪速や舵角などの車体情報に基づいて、出力トルクを低減するようにエンジンのスロットル弁を制御し、またブレーキ装置を制御するものである。

このトラクション制御では、関連する装置に故障が発生すると、オーバーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を増大させてステアリングホイールの操舵力が重くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

そこでこのトラクション制御に関連する装置に故障が発生すると、補正パラメータ設定部４２にて補正パラメータＢが所定値に設定された後、補正係数決定部４８にて前記の式１のように補正パラメータＢを加算して補正係数Ｋが決定される。このトラクション制御は、車両の走行安定性に与える影響度が比較的大きいため、補正パラメータＢが他の制御より大きな値（ここでは０．１５）に設定される。

ダンパ制御部３６は、車体姿勢を適正化して乗り心地や走行安定性を高めるため、車体速や舵角などの車体情報に基づいて、車輪と車体との間に介装された減衰力可変ダンパの減衰力を制御するものである。またスタビライザ制御部３７は、主に旋回時の車体のロールを抑制するため、横加速度などの車体情報に基づいて、アクチュエータを用いてスタビライザの見掛け上のねじり剛性を制御するものである。

この種のサスペンション制御装置（ダンパ制御部３６及びスタビライザ制御部３７）では、関連する装置に故障が発生すると、アンダーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を減少させてステアリングホイール１の操舵力が軽くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

そこでこの種のサスペンション制御装置に関連する装置に故障が発生すると、補正パラメータ設定部４５・４６にて補正パラメータＥ・Ｆが所定値（ここでは０．１）に設定された後、補正係数決定部４８にて前記の式１のように補正パラメータＥ・Ｆを減算して補正係数Ｋが決定される。

ＳＨ−ＡＷＤ制御部３８は、いわゆるＳＨ−ＡＷＤ（Super Handling All‐Wheel-Drive）の制御主体であり、旋回性能及び車両安定性を向上させるために、舵角、横加速度、車輪速、ヨーレートなどの車体情報に基づいて、電磁クラッチや増速機構などを利用した駆動力配分により各輪の駆動力を適切に制御するものである。

この種の駆動力配分制御装置では、関連する装置に故障が発生すると、アンダーステア傾向が強くなるため、補助操舵トルクの反力成分を減少させてステアリングホイールの操舵力が軽くなるように制御することにより、車両の安定性を向上させることができる。

そこでこの種の駆動力配分制御装置に関連する装置に故障が発生すると、補正パラメータ設定部４７にて補正パラメータＧが所定値（ここでは０．１）に設定された後、補正係数決定部４８にて前記の式１のように補正パラメータＧを減算して補正係数Ｋが決定される。

図３は、図１に示した操舵制御ユニット１７での補助反力トルクＴＡの決定処理の手順を示すフロー図である。ここでは、まず車体速Ｖ、操舵角速度ω、ヨーレートγをそれぞれ読み込む処理が行われた後、車体速Ｖごとに異なる特性に設定されている角速度ωをアドレスとするデータテーブルに基づいて、角速度ωに関する補助反力トルクＴ１（ダンピングトルク成分）を求める処理が第１のトルク成分取得部２７にて行われ（ステップ１０１）、また車体速Ｖごとに異なる特性に設定されているヨーレートγをアドレスとするデータテーブルに基づいて、ヨーレートγに関する補助反力トルクＴ２（ヨーレートトルク成分）を求める処理が第２のトルク成分取得部２８にて行われる（ステップ１０２）

また、ＡＢＳ、ＥＢＤ、ＴＣＳ、ＣＭＳ、ＶＳＡ、ダンパ、スタビライザ、及びＳＨ−ＡＷＤの各制御部３１〜３８から入力される装置作動フラグ（EBD FF・TCS FF・CMS FF・VSA FF・DMP FF・STB FF・SHA FF）に基づいて補正パラメータ（操舵反力補正比）Ａ〜Ｇを求める処理が補正パラメータ設定部４１〜４７にて行われる（ステップ１０３）。ついで補正パラメータ設定部４１〜４７にて取得した補正パラメータＡ〜Ｇに基づいて補正係数Ｋを求める処理が補正係数決定部４８にて行われる（ステップ１０４）。そして補助反力トルクＴ１・Ｔ２を加算する処理が加算器２９にて行われた後、その加算値Ｔ１＋Ｔ２に補正係数Ｋを乗じて補助反力トルクＴＡを求める処理が乗算器４９にて行われる（ステップ１０５）。

次に、必要以上の補助反力トルクを排除するため、乗算器４９で得られた補助反力トルクＴＡが最大値（Ｔｍａｘ）を超えている場合に（ステップ１０６）、補助反力トルクＴＡを最大値に設定する処理（ステップ１０７）、及び補助反力トルクＴＡが負の最大値（−Ｔｍａｘ）を超えている場合に（ステップ１０８）、補助反力トルクＴＡを負の最大値に設定する処理（ステップ１０９）がリミッタ３０にて行われ、補助反力トルクＴＡが決定される。

本発明が適用された車両用操舵装置を示す模式図である。 図１に示した操舵制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。 図１に示した操舵制御ユニットでの補助反力トルクＴＡの決定処理の手順を示すフロー図である。

符号の説明

９ 電動機
１７ 操舵制御ユニット
３１〜３８ 制御部（制動力制御装置、トラクション制御装置、サスペンション制御装置、駆動力配分制御装置）
４１〜４７ 補正パラメータ設定部
４８ 補正係数決定部
４９ 乗算器

Claims (4)

1. 電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置であって、
   所定の制動力制御装置からの故障信号に基づいてその制動力制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が増大するように補正制御することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置であって、
   所定のトラクション制御装置からの故障信号に基づいてそのトラクション制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が増大するように補正制御することを特徴とする車両用操舵装置。
3. 電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置であって、
   所定のサスペンション制御装置からの故障信号に基づいてそのサスペンション制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が減少するように補正制御することを特徴とする車両用操舵装置。
4. 電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両の挙動が大きくなるに応じて増大制御する車両用操舵装置であって、
   所定の駆動力配分制御装置からの故障信号に基づいてその駆動力配分制御に関連する故障を検知すると、補助操舵トルクの反力成分が減少するように補正制御することを特徴とする車両用操舵装置。

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