JP2009137344A

JP2009137344A - 操舵力制御装置

Info

Publication number: JP2009137344A
Application number: JP2007313408A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokozawa; 隆志横沢; Yasuo Motoyama; 廉夫本山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】前方物体との接近時の回避操舵操作に対し適切なアシストトルクを作用させ、当該前方物体との接触を円滑に回避できるとともに、回避後の車両挙動も安定化させることができる操舵力制御装置を提供すること。
【解決手段】自車両の前方に物体が検出され、危険度αが第１危険度α１以上である場合には(S4)、運転者の操舵操作状態に基づく基本アシストトルクＴｂに対する第１補正ゲインＫ１と、車両の挙動状態に基づく挙動安定化アシストトルクＴｃに対する第２補正ゲインＫ２とを増加させた上で(S8)、トータルアシストトルクＴｅを算出する(S6)。
【選択図】図４

Description

本発明は、操舵力制御装置に係り、詳しくは車両の緊急回避操舵操作時における操舵アシストトルクの制御技術に関する。

近年、車両のパワーステアリングにおいて、電動モータの力によりアシストトルクを付与し、運転者の操舵操作を補助する電動パワーステアリングが採用されている。
当該電動パワーステアリングでは、車両の走行状態や車両挙動等に応じて適正なアシストトルクを付与するよう電動モータが制御される。
例えば、車速に応じ、高速時には重く、低速時には軽い操舵力となるようアシストトルクを制御したり、車両前方に障害物が迫り接触を回避するための操舵操作を円滑にするアシストトルクを付与する。

具体的には、自車両の前方にある物体を検出し、自車両に対する当該前方物体の相対距離から接触までに要する余裕時間を算出して、当該余裕時間が所定時間以下となったときに、電動パワーステアリングのアシストトルク量を増加させ、接触回避のための操舵操作を容易且つ速やかにできるようにした技術がある（特許文献１参照）。
特許第３５５７９０７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術のように、緊急回避操舵操作時に電動パワーステアリングのアシストトルク量を増加させ過ぎると、当該操舵操作が過剰になり、前方物体を回避した後の車両挙動が不安定となるおそれがある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、前方物体との接近時の回避操舵操作に対し適切なアシストトルクを作用させ、当該前方物体との接触を円滑に回避できるとともに、回避後の車両挙動も安定化させることができる操舵力制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の操舵力制御装置では、運転者の操作に応じて車輪を転向させる操舵手段と、該操舵手段に対する操作を補助するアシストトルクを付与可能な操舵補助手段と、前記操舵手段に対する運転者の操作状態を検出する操舵操作状態検出手段と、車両の挙動状態を検出する車両挙動状態検出手段と、自車両の前方にある物体を検出し、該自車両に対する該物体の相対位置を計測可能な前方物体検出手段と、前記操舵操作状態検出手段により検出される前記操舵手段の操作状態に基づき運転者の操舵操作を軽減させる基本アシストトルク及び前記車両挙動状態検出手段により検出される前記車両の挙動状態に基づき該車両の挙動を安定化させる挙動安定化アシストトルクを算出し、該基本アシストトルク及び該挙動安定化アシストトルクを合わせたトータルアシストトルクにて前記操舵補助手段を制御するアシストトルク制御手段とを備え、前記アシストトルク制御手段は、前記前方物体検出手段により自車両の前方に物体が検出された場合に、該自車両に対する該物体の相対位置に応じた第１の係数及び第２の係数を算出し、該第１の係数を前記基本アシストトルクに、該第２の係数を前記挙動安定化アシストトルクにそれぞれ乗じた上で前記トータルアシストトルクを算出することを特徴としている。

請求項２の操舵力制御装置では、請求項１において、前記アシストトルク制御手段は、前記第１の係数及び前記第２の係数の値を、前記前方物体検出手段により検出される自車両に対する物体の相対位置が近づくにつれて増加させることを特徴としている。
請求項３の操舵力制御装置では、請求項２において、前記アシストトルク制御手段は、前記第１の係数及び前記第２の係数を増加させるとき、前記第２の係数を前記第１の係数よりも遅れて増加させることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の操舵力制御装置によれば、前方物体検出手段により自車両の前方に物体が検出された場合、自車両に対する当該物体の相対位置に応じた第１の係数及び第２の係数を算出し、第１の係数を操舵操作状態に基づき運転者の操舵操作を軽減させる基本アシストトルクに、第２の係数を車両の挙動状態に基づき該車両の挙動を安定化させる挙動安定化アシストトルクにそれぞれ乗じた上で、トータルアシストトルクを算出する。

つまり、自車両の前方に物体が検出された場合には、第１の係数及び第２の係数により自車両に対する当該物体の相対位置に応じて基本アシストトルク及び挙動安定化アシストトルクを可変させる。
このように、自車両の前方にある物体と接近したときに、第１の係数及び第２の係数により、基本アシストトルク及び挙動安定化アシストトルクを可変し適切なアシストトルクとすることで、当該前方物体との接触を円滑に回避できるとともに、回避後の車両挙動も安定化させることができる。

請求項２の操舵力制御装置によれば、第１の係数及び第２の係数の値を自車両に対する物体の相対位置が近づくにつれて増加させることとしている。
これにより、当該第１の係数及び第２の係数が乗ぜられる基本アシストトルク及び挙動安定化アシストトルクは自車両と前方物体との相対位置が近づくにつれて絶対値が増加する。

したがって、自車両が前方物体に近づくにつれて、操舵操作状態に対する基本アシストトルクが増加して前方物体を回避する操舵操作を円滑なものにすることができるとともに、車両の挙動状態に対する挙動安定化アシストトルクが増加して回避操舵操作による車両挙動の変化を安定化させることができる。
請求項３の操舵力制御装置によれば、第２の係数を第１の係数よりも遅れて増加させることで、回避操舵操作時には基本アシストトルクの影響を比較的大きくし、回避操舵操作後には挙動安定化アシストトルクの影響を比較的大きくすることができる。

つまり、自車両の前方にある物体と接近したときのアシストトルクをより適切に付与することができ、回避操舵操作及び回避操舵操作後の車両挙動の安定化操舵操作をより円滑で確実なものにすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１乃至３を参照すると、図１には本発明に係る操舵力制御装置の実施形態の概略構成図、図２には本発明に係る操舵力制御装置の実施形態におけるＥＣＵの入出力関係を示すブロック図、図３には危険度に応じた第１及び第２の補正ゲインを設定するマップがそれぞれ示されている。

図１に示すように、車両のステアリングホイール１（操舵手段）は、ステアリングシャフト２を介してギアボックス４に連結されている。当該ギアボックス４は左右のタイロッド６を介して当該車両の操舵輪である前輪８、８に連結されている。つまり、運転者によるステアリングホイール１の操作はステアリングシャフト２を介してステアリングギアボックス４に伝達され、当該ステアリングギアボックス４を介してタイロッド６が作動して前輪８を転向させるよう構成されている。

また、ギアボックス４には電動モータ１０（操舵補助手段）が設けられている。当該電動モータ１０は、電力の供給により回転し、当該回転がギアボックス４に入力されて、運転者の操舵操作に対してのアシストトルクを発生させるものである。なお、当該アシストトルクの大きさは当該電動モータ１０に供給される電流値に応じたものとなる。
これらのステアリングホイール１、ステアリングシャフト２、ギアボックス４、タイロッド６、電動モータ１０から電動パワーステアリング装置が構成されている。

当該電動パワーステアリング装置の制御を実行するものとして、車室内にＥＣＵ（電子コントロールユニット）２０（アシストトルク制御手段）が設けられている。当該ＥＣＵ２０は、図示しない入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。また、ＥＣＵ２０の入力側には、運転者によりステアリングホイール１に与えられた操舵トルクＴｈを検出する操舵トルクセンサ２２（操舵操作状態検出手段）、同じく運転者による操舵角θｓを検出する操舵角センサ２４、車速Ｖを検出する車速センサ２６、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ２８（車両挙動状態検出手段）、車両前方にある物体を検出し当該物体との車間距離Ｌ（相対位置）を計測するレーザレーダ３０（前方物体検出手段）等の各種センサ類が接続されており、当該ＥＣＵ２０の出力側には、上記電動モータ１０等のデバイス類が接続されている。

そして、当該ＥＣＵ２０は、これらの各種センサ類からのセンサ情報に基づき、上記電動パワーステアリング装置におけるアシストトルクの制御を行うものである。
以下、図２に基づき当該ＥＣＵ２０の構成について詳しく説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ２０内部には、基本アシストトルク算出部４０、挙動安定化アシストトルク算出部４２、余裕時間算出部４４、補正ゲイン算出部４６、トータルアシストトルク算出部４８が設けられている。そして、当該ＥＣＵ２０は、上記各センサ２２、２４、２６、２８、３０からのセンサ情報に基づき、操舵操作状態及び車両の挙動状態等に応じたアシストトルクを算出し、当該アシストトルクに対応した電流値を電動モータ１０に供給させる。

詳しくは、基本アシストトルク算出部４０には、操舵トルクセンサ２２及び車速センサ２６が電気的に接続されており、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖが入力されるよう構成されている。そして、当該基本アシストトルク算出部４０は、当該操舵トルクＴｈ及び車速部Ｖに基づき基本アシストトルクＴｂを算出する機能を有している。当該基本アシストトルクＴｂは運転者の操舵操作状態に応じ、当該操舵操作を軽減するためのアシストトルクであり、主に運転者の操舵操作方向と同方向に働くトルクである。例えば、操舵トルクＴｈまたは車速Ｖが小である場合には基本アシストトルクＴｈは大きく、当該操舵トルクＴｈまたは車速Ｖが大きくなるにつれ基本アシストトルクＴｈは小さくなるよう設定されている。

挙動安定化アシストトルク算出部４２には、操舵角センサ２４及びヨーレートセンサ２８が電気的に接続されており、操舵角θｓ及びヨーレートγが入力されるよう構成されている。そして、当該挙動安定化アシストトルク算出部４２は、当該操舵角θｓ及びヨーレートγに応じた挙動安定化アシストトルクＴｃを算出する機能を有している。なお、当該挙動安定化アシストトルクＴｃは車両の挙動状態に応じ、当該車両の挙動状態の不安定化を防止するため運転者の過剰な操舵を抑制するアシストトルクであり、主に運転者の操舵操作方向とは逆方向に働くトルクである。例えば、操舵角θｓまたはヨーレートγが小である場合には挙動安定化アシストトルクＴｃは小さく、当該操舵角θｓやヨーレートγが大きくなるにつれ当該挙動安定化アシストトルクＴｃが大きくなるよう設定されている。

つまり、運転者の操舵操作方向に働くトルクを正の値とした場合、主に上記基本アシストトルクＴｈは正の値、挙動安定化アシストトルクＴｃは負の値となる。
余裕時間算出部４４には、車速センサ２６及びレーザレーダ３０が電気的に接続されており、車速Ｖ及び自車両と前方物体との車間距離Ｌが入力されるよう構成されている。そして、当該余裕時間算出部４４は、当該車速Ｖ及び車間距離Ｌに基づき前方物体と自車両とが接触するまでの余裕時間Ｔｄを算出する機能を有している。

補正ゲイン算出部４６には、上記余裕時間算出部４４において算出された余裕時間Ｔｄが入力されるよう構成されている。当該補正ゲイン算出部４６は、余裕時間Ｔｄの逆数として求められる危険度αに応じて、基本アシストトルクＴｈに対する第１補正ゲインＫ１（第１の係数）及び挙動安定化アシストトルクＴｃに対する第２補正ゲインＫ２（第２の係数）を算出する機能を有している。

詳しくは、当該補正ゲイン算出部４６にて算出される第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２は、図３に示すマップにより設定される。当該マップでは、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２は、危険度αが所定の第１危険度α１以下である場合にはそれぞれの値は１となり、当該第１危険度α１より大きくなるにつれそれぞれの値が大きくなるよう設定されている。なお、危険度αの大きさに対しての増加率は第１補正ゲインＫ１の方が第２補正ゲインＫ２よりも大きい。また、危険度αが上記第１危険度α１よりも大の第２危険度α２以上である場合は、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２はそれぞれ一定の値となる。

トータルアシストトルク算出部４８には、基本アシストトルクＴｂに対して第１補正ゲインＫ１を乗じた値、及び挙動安定化アシストトルクＴｃに対して第２補正ゲインＫ２を乗じた値が入力される。当該トータルアシストトルク算出部Ｔｅは、入力された値を加算しトータルアシストトルクＴｅを算出する機能を有している。また、当該トータルアシストトルク算出部４８は電動モータ１０と接続されており、算出されたトータルアシストトルクＴｅに相当する電流値を電動モータ１０に供給する機能を有している。

以下、このように構成された本発明に係る操舵力制御装置の作用について説明する。
図４を参照すると、本発明に係る操舵力制御装置の実施形態におけるＥＣＵ２０により実行されるアシストトルク制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図のフローチャートに沿って説明する。
ＥＣＵ２０により実行されるアシストトルク制御は、図４に示すように、まずステップＳ１において、上記各種センサ２０、２２、２４、２６、２８、３０からのセンサ情報を読み込む。

続くステップＳ２では、ＥＣＵ２０内の基本アシストトルク算出部４０及び挙動安定化アシストトルク算出部４２において、基本アシストトルクＴｂ及び挙動安定化アシストトルクＴｃを算出する。
また、ステップＳ３では、ＥＣＵ２０内の余裕時間算出部４４において、自車両の前方の物体を検出し、当該前方物体と自車両とが接触するまでの余裕時間Ｔｄを算出する。

そして、ステップＳ４では、ＥＣＵ２０内の補正ゲイン算出部４６において、危険度αが第１危険度α１以上であるか否かが判別される。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち自車両の前方に物体がない場合、または前方物体と十分な車間距離Ｌを有しており、余裕時間Ｔｄが十分である場合には、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、上記図３のマップに基づき第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２の値をそれぞれ１に設定する。

続く、ステップＳ６では、トータルアシストトルク算出部４８において、上記ステップＳ２にて算出した基本アシストトルクＴｂに上記ステップＳ５にて算出した第１補正ゲインＫ１を乗じた値及び挙動安定化アシストトルクＴｃに第２補正ゲインＫ２を乗じた値とを加算し、トータルアシストトルクＴｅを算出する。つまり、上記ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合には、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２はそれぞれ１であることから、トータルアシストトルクＴｅは、基本アシストトルクＴｂ及び挙動安定化アシストトルクＴｃをそのまま加算させた値となる。

そして、ステップＳ７において、トータルアシストトルクＴｅに相当する電流値を電動モータ１０へと供給し、当該ルーチンをリターンする。
一方、危険度αが第１危険度α１より大であり、上記ステップＳ４の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち自車両が前方物体と接近しているような場合には、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、上記図３に示すマップに基づき危険度αに応じた第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２を設定する。このとき、危険度αは第１危険度α１より大であることから、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２の値は１よりも大きい値となる。
続くステップＳ６では、ステップＳ８にて設定された第１補正ゲインＫ１を基本アシストトルクＴｂに乗じた値と、第２補正ゲインＫ２を挙動安定化アシストトルクＴｃにそれぞれ乗じた値とを加算してトータルアシストトルクＴｅを算出する。

つまり、上記ステップＳ４の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合には、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２はそれぞれ１より大であり、基本アシストトルクＴｂ及び挙動安定化アシストトルクＴｃはそれぞれ絶対値が増加する。
そして、ステップＳ７において、当該トータルアシストトルクＴｅに相当する電流値が電動モータ１０に供給される。

以上のように、自車両の前方に物体が検出され、危険度αが第１危険度α１以上である場合には、基本アシストトルクＴｂ及び挙動安定化アシストトルクＴｃの絶対値を増加させた上で、トータルアシストトルクＴｅを算出する。つまり、運転者の操舵方向を軽減する基本アシストトルクＴｂを増加させることで、前方物体を回避する操舵操作に対するアシストトルクが増加し当該回避操舵操作が円滑に行われることとなる。一方、挙動安定化アシストトルクＴｃも増加させることで、回避操舵操作により車両挙動が変化した場合等に、当該車両挙動を安定化させる方向のアシストトルクが増加し、速やかに車両挙動を安定化させることができる。

このように、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２により、前方物体との接近時に適切なアシストトルクを発生させることで、当該前方物体との接触を円滑に回避できるとともに、回避後の車両挙動も安定化させることができる。
以上で本発明に係る操舵力制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、基本アシストトルクＴｂに対する第１補正ゲインＫ１及び姿勢安定化アシストトルクＴｃに対する第２補正ゲインＫ２は、図３のマップより危険度αが第１危険度αより大となることで、それぞれの値が増加する構成であるが、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２の設定はこれに限られるものではない。
好ましくは、回避操舵操作を実行するまでは第１補正ゲインＫ１が高く、回避操舵操作後には第２補正ゲインＫ２が高く設定されるのがよい。

したがって、第２補正ゲインＫ２の値を、第１補正ゲインＫ１よりも時間的に遅れて増加させる構成としても構わない。例えば、第１補正ゲインＫ１及び第２補正ゲインＫ２に対応する危険度を別々に設定して、第２補正ゲインＫ２が第１補正ゲインＫ１より遅れて増加する構成とする。
このように、第２補正ゲインＫ２を第１補正ゲインＫ１よりも遅れて増加させることで、回避操舵操作時には基本アシストトルクＴｄの影響を比較的大きくし、回避操舵操作後には挙動安定化アシストトルクＴｃの影響を比較的大きくすることができる。これにより、回避操舵操作及び回避操舵操作後の車両挙動をより円滑で確実なものにすることができる。

また、上記実施形態では、ステアリングホイール１に対する運転者の操作状態を検出する操舵操作状態検出手段として操舵トルクセンサ２２を用い、車両の挙動状態を検出する車両挙動状態検出手段としてヨーレートセンサ２８を用いているが、操舵操作状態検出手段及び車両挙動状態検出手段はこれに限られるものではなく、他のセンサを用いてもよいし、他の情報から推定して求めても構わない。

また、上記実施形態では、車両前方にある物体を検出し当該物体との相対位置を計測する前方物体検出手段としてレーザレーダ３０を用いているが、前方物体検出手段はこれに限られるものではなく、例えばＣＣＤカメラ等を用いても構わない。

本発明に係る操舵力制御装置の実施形態の概略構成図である。本発明に係る操舵力制御装置の実施形態におけるＥＣＵの入出力関係を示すブロック図である。危険度に応じた第１及び第２の補正ゲインを設定するマップである。本発明に係る操舵力制御装置の実施形態におけるＥＣＵにより実行されるアシストトルク制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ステアリングホイール（操舵手段）
１０電動モータ（操舵補助手段）
２０ＥＣＵ（操舵補助制御手段）
２２操舵トルクセンサ（操舵状態検出手段）
２４操舵角センサ
２６車速センサ
２８ヨーレートセンサ（車両挙動状態検出手段）
３０レーザレーダ（前方物体検出手段）

Claims

運転者の操作に応じて車輪を転向させる操舵手段と、
該操舵手段に対する操作を補助するアシストトルクを付与可能な操舵補助手段と、
前記操舵手段に対する運転者の操作状態を検出する操舵操作状態検出手段と、
車両の挙動状態を検出する車両挙動状態検出手段と、
自車両の前方にある物体を検出し、該自車両に対する該物体の相対位置を計測可能な前方物体検出手段と、
前記操舵操作状態検出手段により検出される前記操舵手段の操作状態に基づき運転者の操舵操作を軽減させる基本アシストトルク及び前記車両挙動状態検出手段により検出される前記車両の挙動状態に基づき該車両の挙動を安定化させる挙動安定化アシストトルクを算出し、該基本アシストトルク及び該挙動安定化アシストトルクを合わせたトータルアシストトルクにて前記操舵補助手段を制御するアシストトルク制御手段とを備え、
前記アシストトルク制御手段は、前記前方物体検出手段により自車両の前方に物体が検出された場合に、該自車両に対する該物体の相対位置に応じた第１の係数及び第２の係数を算出し、該第１の係数を前記基本アシストトルクに、該第２の係数を前記挙動安定化アシストトルクにそれぞれ乗じた上で前記トータルアシストトルクを算出することを特徴とする操舵力制御装置。
前記アシストトルク制御手段は、前記第１の係数及び前記第２の係数の値を、前記前方物体検出手段により検出される自車両に対する物体の相対位置が近づくにつれて増加させることを特徴とする請求項１記載の操舵力制御装置。
前記アシストトルク制御手段は、前記第１の係数及び前記第２の係数を増加させるとき、前記第２の係数を前記第１の係数よりも遅れて増加させることを特徴とする請求項２記載の操舵力制御装置。