JP2007283850A - 操舵反力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】操舵力の軽減と車両偏向抑制性能の向上を両立させる。
【解決手段】車両挙動に応じて操舵反力を制御する操舵反力装置において、車両の不安定度合いを検出する不安定度検出手段と、前記不安定度検出手段で検出した車両の不安定度合いに応じて前記操舵反力を補正する補正手段と、を備え、前記補正手段は、車両の不安定度合いが大きいほど前記操舵反力に対する補正量を大きくすることを特徴とする。
【選択図】図3

Description

この発明は、車両挙動に応じて操舵反力を制御する操舵反力装置に関するものである。
運転者の操舵力を軽減するための電動ステアリング装置には、車両に横風等の外乱が作用したときの車両偏向抑制性能を高めるために補助反力を発生させる操舵反力装置を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。
従来の操舵反力装置は、例えば車両の挙動をヨーレートから判定し、ヨーレート値と車速に応じて補助反力を決定している。
特許第3110891号公報
しかしながら、従来のようにヨーレート(車両挙動)と車速に応じて一律に補助反力を決定すると、車両を定常旋回させるときの操舵力を軽くすることに重きを置くと、車両に外乱が作用したときの車両偏向抑制性能が低下してしまい、一方、車両に外乱が作用したときの車両偏向抑制性能を向上させることに重き置くと、車両を定常旋回させるときの操舵力が重くなってしまう。
つまり、従来の操舵反力装置では、操舵力の軽減と車両偏向抑制性能の向上を両立させることが困難であった。
そこで、この発明は、操舵力の軽減と車両偏向抑制性能の向上を両立させることができる操舵反力装置を提供するものである。
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、車両挙動(例えば、後述する実施例におけるヨーレート)に応じて操舵反力を制御する操舵反力装置(例えば、後述する実施例における補助反力トルク決定手段32)において、車両の不安定度合いを検出する不安定度検出手段(例えば、後述する実施例におけるステップS104)と、前記不安定度検出手段で検出した車両の不安定度合いに応じて前記操舵反力を補正する補正手段(例えば、後述する実施例におけるステップS106)と、を備え、前記補正手段は、車両の不安定度合いが大きいほど前記操舵反力に対する補正量を大きくすることを特徴とする。
このように構成することにより、車両挙動の状態が同じであっても、車両の不安定度合いが大きいときには操舵反力を大きくし、車両の不安定度合いが小さいときには操舵反力を小さくすることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記車両の不安定度合いは横滑り角の微分値であることを特徴とする。
横滑り角の微分値は、車体速と車両の横加速度とヨーレートから推定演算することができるので、車両の不安定度合いを容易に検出することができる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の発明において、前記補正手段による補正量は、操舵角速度が大きくなるにしたがって大きくなることを特徴とする。
操舵角速度が大きいときには車両が不安定になる可能性が大きいので、操舵角速度が大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくすることにより、車両の走行安定性をより向上することができる。
請求項1に係る発明によれば、車両挙動の状態が同じであっても、車両の不安定度合いが大きいときには操舵反力を大きくすることができるので、車両偏向抑制性能が高まって車両の走行安定性が向上し、車両の不安定度合いが小さいときには操舵反力を小さくすることができるので、車両偏向抑制性能を低減して操舵アシスト量を大きくすることができる。
請求項2に係る発明によれば、車両の不安定度合いを容易に検出することができる。
請求項3に係る発明によれば、操舵角速度が大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくすることにより、車両の走行安定性をより向上することができる。
以下、この発明に係る操舵反力装置の実施例を図1から図4の図面を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、この発明を四輪車両の電動パワーステアリング装置に適用した態様で説明する。
初めに、図1を参照して、電動パワーステアリング装置の構成を説明する。電動パワーステアリング装置は手動操舵力発生機構1を備えており、この手動操舵力発生機構1は、ステアリングホイール(操作子)3に一体結合されたステアリングシャフト4が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸5を介してラック&ピニオン機構のピニオン6に連結されて構成されている。ピニオン6は、車幅方向に往復動し得るラック軸7のラック7aに噛合し、ラック軸7の両端には、タイロッド8,8を介して転舵輪としての左右の前輪9,9が連結されている。この構成により、ステアリングホイール3の操舵時に通常のラック&ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪9,9を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸7とタイロッド8,8は転舵機構を構成する。
また、ラック軸7と同軸上に、手動操舵力発生機構1による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機10が配設されている。この電動機10により供給される補助操舵力は、ラック軸7に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構12を介して推力に変換され、ラック軸7に作用せしめられる。そのために、ラック軸7を挿通させた電動機10のロータに駆動側ヘリカルギヤ11を一体的設け、この駆動側ヘリカルギヤ11に噛合する従動側ヘリカルギヤ13を、ボールねじ機構12のスクリューシャフト12aの一端に設け、ボールねじ機構12のナット14をラック7に固定している。
ステアリングシャフト4には、ステアリングシャフト4の操舵角速度を検出するための操舵角速度センサ15が設けられ、前記ラック&ピニオン機構(6,7a)を収容するステアリングギアボックス(図示略)内には、ピニオン6に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ16が設けられている。操舵角速度センサ15は検出した操舵角速度に対応する電気信号を、操舵トルクセンサ16は検出した操舵トルクに対応する電気信号を、それぞれステアリング制御装置20に出力する。
また、車体の適所には、車両の車幅方向に加わる横加速度を検出するための横加速度センサ17と、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ(車両挙動検出手段)18と、車体速を検出するための車体速センサ19とが取り付けられている。横加速度センサ17は検出した横加速度に対応する電気信号を、ヨーレートセンサ18は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車体速センサ19は検出した車体速に対応した電気信号を、それぞれステアリング制御装置20に出力する。
そして、ステアリング制御装置20は、これらセンサ15〜19からの入力信号を処理して得られる制御信号により電動機10に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路21を介して電動機10に供給することにより電動機10の出力トルクを制御し、ステアリング操作における補助操舵力を制御する。
次に、図2の制御ブロック図を参照して、この実施例における電動機10の出力トルク制御を説明する。
ステアリング制御装置20は、補助操舵トルク決定手段31、補助反力トルク決定手段(操舵反力装置)32、目標電流決定手段33,出力電流制御手段34を備えている。
補助操舵トルク決定手段31は、操舵角速度センサ15、操舵トルクセンサ16および車体速センサ19の出力信号に基づいて、補助操舵トルクを決定する。補助操舵トルク決定手段31における補助操舵トルクの決定方法は公知の電動パワーステアリングと同じであるので詳細説明は省略するが、概略、操舵角速度が大きくなるにしたがって補助操舵トルクが小さくなり、操舵トルクが大きくなるにしたがって補助操舵トルクが大きくなり、車体速が大きくなるにしたがって補助操舵トルクが小さくなるように設定される。
補助反力トルク決定手段32は、操舵角速度センサ15、横加速度センサ17、ヨーレートセンサ18、車体速センサ19の各出力信号に基づいて、補助反力トルクTAを決定する。補助反力トルクTAの決定処理については後で詳述する。
目標電流決定手段33は、補助操舵トルク決定手段31により決定された補助操舵トルクから、補助反力トルク決定手段32により決定された補助反力トルクを減算して電動機10の目標出力トルクを算出し、電動機10の既知の出力特性に基づいて前記目標出力トルクに応じた目標電流を決定する。
出力電流制御手段34は、電動機10の実電流が目標電流決定手段33により決定された目標電流に一致するように電動機10への出力電流を制御し、駆動回路21に出力する。
次に、補助反力トルク決定手段32による補助反力トルクTAの決定処理について詳述する。
補助反力トルク決定手段32は、基本的には車体速Vと操舵角速度ωと車両のヨーレートγに基づいて車両挙動(この実施例ではヨーレート)に応じた操舵反力を決定するが、この操舵反力を車両の不安定度合いに応じて補正し、車両の不安定度合いが大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくする。また、操舵角速度ωが大きいほど車両が不安定になる可能性が大きいので、操舵角速度ωが大きいほど操舵反力に対する補正量を大きくする。
そして、車両の不安定度合いのパラメータとして車両の横滑り角微分値Δβを採用する。車両の横滑り角βとは車両の進行方向と車両の前後軸とのなす角度をいい、この横滑り角βを時間微分したものが横滑り角微分値Δβである。なお、車両の不安定度合いのパラメータとしては横滑り角βよりも横滑り角微分値Δβの方が適している。
ところで、車両運動の状態量の物理的関係から、車両の横加速度Gyは、車速Vと車両のヨーレートγと車両の横滑り角微分値Δβに基づいて式(1)から推定することができることが知られている(例えば、特開2003−146154号公報参照)。
Gy=V(γ+Δβ) ・・・ 式(1)
これに基づき、横滑り角微分値Δβは式(2)から演算することができる。
Δβ=(Gy/V)−γ ・・・ 式(2)
この実施例では、操舵角速度センサ15,ヨーレートセンサ18,車体速センサ19の出力信号に基づいて横滑り角微分値Δβを推定演算する。これにより、車両の不安定度合いを容易に検出することができる。
次に、補助反力トルク決定手段32において実行される補助反力トルク決定処理について、図3に示すフローチャートと図4に示すブロック図に従って説明する。なお、図3のフローチャートに示す補助反力トルク決定処理ルーチンは、ステアリング制御装置20によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップS101において、図4に示す第1補助反力トルクテーブル41を参照して、操舵角速度センサ15と車体速センサ19の各出力信号に基づき、操舵角速度ωに関する補助反力トルク(以下、補助反力トルク角速度成分という)T1を求める。第1補助反力トルクテーブル41は、車体速V毎に設定された操舵角速度ωをアドレスとするテーブルからなり、操舵角速度ωが大きくなるほど補助反力トルク角速度成分T1が大きくなり、車体速Vが大きくなるほど補助反力トルク角速度成分T1が大きくなるように設定されている。
次に、ステップS102に進み、図4に示す第2補助反力トルクテーブル42を参照して、ヨーレートセンサ18と車体速センサ19の各出力信号に基づき、ヨーレートγに関する補助反力トルク(以下、補助反力トルクヨーレート成分という)T2を求める。第2補助反力トルクテーブル42は、車体速V毎に設定されたヨーレートγをアドレスとするテーブルからなり、ヨーレートγが大きくなるほど補助反力トルクヨーレート成分T2が大きくなり、車体速Vが大きくなるほど補助反力トルクヨーレート成分T2が大きくなるように設定されている。
つまり、この実施例では、ヨーレートγを車両挙動のパラメータとして、ヨーレートγが大きいほど、換言すると車両挙動が大きいほど補助反力トルク(挙動反力)T2が大きくなるようにしている。
次に、ステップS103に進み、横加速度センサ17と車体速センサ19の各出力信号に基づき、Gy/Vを演算する。
次に、ステップS104に進み、横滑り角βの微分値Δβを演算する{Δβ=(Gy/V)−γ}。
次に、ステップS105に進み、図4に示す補正係数テーブル43を参照して、ステップS104で求めた横滑り角微分値Δβに応じた補正係数Kを求める。補正係数テーブル43は、操舵角速度ω毎に設定された横滑り角微分値Δβをアドレスとするテーブルからなり、横滑り角微分値Δβの絶対値が大きくなるほど補正係数Kが大きくなり、操舵角速度ωが大きくなるほど補正係数Kが大きくなるように設定されている。詳述すると、横滑り角微分値Δβがゼロにおいて補正係数Kは最小値となり、横滑り角微分値Δβの絶対値が所定値に達するまでは横滑り角微分値Δβの絶対値が大きくなるにしたがって補正係数Kは徐々に増大し、横滑り角微分値Δβの絶対値が所定値に達した後は補正係数Kが一定に設定されている。また、横滑り角微分値Δβが同じ場合には、操舵角速度ωが大きいほど補正係数Kが大きい値に設定されている。
次に、ステップS106に進み、ステップS101で求めた補助反力トルク角速度成分T1と、ステップS102で求めた補助反力トルクヨーレート成分T2と、ステップS105で求めた補正係数Kから、補助反力トルクTAを次の式(3)により演算する。
TA=(T1+T2)K ・・・ 式(3)
このように補助反力トルクTAを演算すると、車体速V、操舵角速度ω、ヨーレートγが同じ条件下であっても、横滑り角微分値Δβが小さいとき、すなわち車両の不安定度合いが小さいときには、補正係数Kが小さくなるので補助反力トルクTAが小さく設定され、横滑り角微分値Δβが大きいとき、すなわち車両の不安定度合いが大きいときには、補正係数Kが大きくなるので補助反力トルクTAが大きく設定される。その結果、車両安定時には車両偏向抑制性能を低減して電動機10による操舵アシスト量を大きくすることができ、車両不安定時には車両偏向抑制性能を高めて車両の走行安定性を高めることができる。
また、操舵角速度ωが大きいほど補正係数Kが大きくなるので補助反力トルクTAが大きく設定され、車両の走行安定性をより向上することができる。
次に、ステップS107に進み、ステップS106で演算された補助反力トルクTAが補助反力トルク最大値Tmaxよりも大きいか否かを判定し、ステップS107における判定結果が「NO」(TA≦Tmax)である場合はステップS108に進み、ステップS107における判定結果が「YES」(TA>Tmax)である場合はステップS109に進み、補助反力トルク最大値Tmaxを補助反力トルクTAにして、ステップS108に進む。すなわち、ステップS109の処理は、補助反力トルクTAが補助反力トルク最大値Tmaxを超えないようにするリミッタとして機能する。
ステップS108においては、ステップS106で演算された補助反力トルクTAが補助反力トルク最小値−Tmaxよりも小さいか否かを判定し、ステップS108における判定結果が「NO」(TA≧−Tmax)である場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、ステップS108における判定結果が「YES」(TA<−Tmax)である場合はステップS110に進み、補助反力トルク最小値−Tmaxを補助反力トルクTAにして、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、ステップS110の処理は、補助反力トルクTAが補助反力トルク最小値−Tmaxより小さくならないようにするリミッタとして機能する。
なお、この実施例において、ステアリング制御装置20がステップS104の処理を実行することにより不安定度検出手段が実現され、ステップS106の処理を実行することにより補正手段が実現される。
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、この実施例では車両のヨーレートを車両挙動のパラメータとして用いているが、ヨーレートに代えて、あるいはこれに加えて、車両の横加速度を車両挙動のパラメータとして用いてもよい。
また、この発明に係る操舵反力装置は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステア・バイ・ワイヤ・システムの操舵装置(SBW)にも適用可能である。SBWは、操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータ(反力装置)と、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。
この発明に係る操舵反力装置の一実施例である電動パワーステアリング装置の構成図である。 前記電動パワーステアリング装置における電動機出力トルク制御のブロック図である。 前記電動機出力トルク制御における補助反力トルク決定処理を示すフローチャートである。 前記補助反力トルク決定処理のブロック図である。
符号の説明
32 補助反力トルク決定手段(操舵反力装置)
S104 不安定度検出手段
S106 補正手段

Claims (3)

  1. 車両挙動に応じて操舵反力を制御する操舵反力装置において、
    車両の不安定度合いを検出する不安定度検出手段と、
    前記不安定度検出手段で検出した車両の不安定度合いに応じて前記操舵反力を補正する補正手段と、を備え、
    前記補正手段は、車両の不安定度合いが大きいほど前記操舵反力に対する補正量を大きくすることを特徴とする操舵反力装置。
  2. 前記車両の不安定度合いは横滑り角の微分値であることを特徴とする請求項1に記載の操舵反力装置。
  3. 前記補正手段による補正量は、操舵角速度が大きくなるにしたがって大きくなることを特徴とする請求項2に記載の操舵反力装置。
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