JP2009173101A - 転舵角推定装置及び転舵角推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停車時や微低速走行時であっても良好な転舵角推定が行える転舵角推定装置等を提供する。
【解決手段】車両の車輪の転舵角を推定する転舵角推定装置１００を、操舵入力部３０に入力される操舵トルクに応じて操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置における操舵アシスト力の発生を検出する操舵アシスト力検出手段２１を備え、操舵アシスト力検出手段が操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に基づいて車輪の転舵角を推定する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の操舵輪舵角を推定する転舵角推定装置及び転舵角推定方法に関し、特に停車中や微低速走行時であっても良好な転舵角推定が行えるものに関する。

例えば四輪駆動（ＡＷＤ）の自動車において、前輪に舵角を与えた状態で発進する際、駆動力を前後輪に配分するトランスファの前後輪間拘束が強いと、前後輪の回転数差を吸収できずタイトコーナブレーキング現象が発生する。このため、従来のＡＷＤ車両では、停車中にパワーステアリング装置の作動を検出した場合（パワーステアリングオン信号が検出された場合）、停車中の操舵（据え切り）が行われ、一定の推定舵角が発生したものとして、トランスファの拘束を弱めて差動を許容し、タイトコーナブレーキング現象を防止する制御を行っている。

また、従来、左右の車輪速差に基づいて、ディファレンシャルの拘束力を制御し、タイトコーナブレーキング現象を防止する差動制限トルク制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この差動制限トルク制御装置では、転舵発進時において左右の車輪速が計測可能な下限値以下となる微速時には、左右の車輪速差をゼロとする一方、左右いずれかの車輪速度が計測可能な値以上になった場合は、左右の車輪速差を計測可能な最低値として、その車輪速差から転舵角を推定している。
特開平６−１４４０５８号公報

しかし、上述した従来技術のうち、パワーステアリング装置の作動に応じて推定転舵角を与えるものの場合、どれだけ転舵が行われていても予め設定された一定の推定舵角が発生しているとみなしているため、実転舵角に近い推定転舵角が得られないという問題があった。
また、左右の車輪速差に基づいて転舵角を推定する場合、車両が発進した後、左右の車輪速のいずれかが計測可能下限値を超えない限りは転舵角の推定が行えないため、据え切りを行って発進した際には、転舵角がゼロとみなされたまま発進することになる。また、この場合、車輪がスリップした場合には適切な転舵角推定が行えなくなる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、停車時や微低速走行時であっても良好な転舵角推定が行える転舵角推定装置及び転舵角推定方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、車両の車輪の転舵角を推定する転舵角推定装置であって、操舵入力部に入力される操舵トルクに応じて操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置における前記操舵アシスト力の発生を検出する操舵アシスト力検出手段を備え、前記操舵アシスト力検出手段が前記操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に基づいて車輪の転舵角を推定することを特徴とする転舵角推定装置である。

請求項２の発明は、前記操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に応じた転舵角補正量に関するデータを保持する補正データ保持手段と、所定の転舵角を記憶する転舵角記憶手段とを備え、前記所定の転舵角から前記転舵角補正量を増減することによって前記車輪の転舵角を推定することを特徴とする請求項１に記載の転舵角推定装置である。
請求項３の発明は、前記転舵角記憶手段に記憶された前記所定の転舵角が一定値であることを特徴とする請求項２に記載の転舵角推定装置である。
請求項４の発明は、前記転舵角補正量の絶対値は、前記転舵時間が所定時間以下の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に減少し、前記転舵時間が所定時間の場合はゼロとなり、前記転舵時間が所定時間以上の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に増加することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の転舵角推定装置である。

請求項５の発明は、車両の車輪の転舵角を推定する転舵角推定方法であって、操舵入力部に入力される操舵トルクに応じて操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置の操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に基づいて車輪の転舵角を推定することを特徴とする転舵角推定方法である。

請求項６の発明は、前記操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に基づいて求められる転舵角補正量を、記憶されている所定の転舵角に増減することによって前記車輪の転舵角を推定することを特徴とする請求項５に記載の転舵角推定方法である。
請求項７の発明は、前記所定の転舵角が一定値であることを特徴とする請求項６に記載の転舵角推定方法である。
請求項８の発明は、前記転舵角補正量の絶対値は、前記転舵時間が所定時間以下の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に減少し、前記転舵時間が所定時間の場合はゼロとなり、前記転舵時間が所定時間以上の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に増加することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の転舵角推定方法である。

本発明によれば、パワーステアリング装置の操舵アシスト力が検出されてからの転舵時間に基づいて車輪の転舵角を推定することによって、停車時や微低速走行時であっても良好な転舵角推定を行うことができる。

本発明は、停車時や微低速走行時であっても良好な転舵角推定が行える転舵角推定装置を提供する課題を、パワステスイッチがオンされてからのタイマ値に応じた舵角補正量を、予め設定された転舵角に増減して転舵角を推定することによって解決した。

以下、本発明を適用した転舵角推定装置の実施例について説明する。
図１は、本発明を適用した転舵角推定装置の実施例の構成を示す図である。
実施例の転舵角推定装置は、例えば乗用車等の４輪の自動車の前輪を操舵するステアリングシステム１に設けられる。
ステアリングシステム１は、エンジン１０によって駆動されるフルードポンプ２０が発生する油圧によってアシスト力を発生する油圧式のパワーステアリング装置（操舵倍力装置）を備えている。
ステアリングシステム１は、さらに、ステアリングホイール３０、ステアリングシャフト４０、舵角センサ５０、コントロールバルブ６０、ステアリングギアボックス７０等を備えて構成されている。
また、転舵角推定装置は、ＥＣＵ１００を備えている。

エンジン１０は、車両の走行用動力源として用いられるものであって、例えばガソリンエンジン等の内燃機関である。
フルードポンプ（パワーステアリングポンプ）２０は、パワーステアリング装置の作動油圧を発生する、例えば可変容量型のベーンポンプである。フルードポンプ２０は、エンジン１０によってベルトを介して駆動され、コントロールバルブ６０から戻ってくるパワーステアリングフルードを加圧して吐出し、コントロールバルブ６０に戻す。フルードポンプ２０の吐出圧力は、パワーステアリング装置において要求されるアシスト力（ラック推力）に応じて変化する。
また、フルードポンプ２０は、フルードポンプ２０が発生する油圧に応じて動作する油圧スイッチ２１を備えている。油圧スイッチ２１は、油圧が予め設定された所定値以上となった際にオンとなる。すなわち、油圧スイッチ２１は、パワーステアリング装置におけるアシスト力が所定アシスト力以上となった際にオンされる、本発明にいう操舵アシスト力検出手段として機能する。

ステアリングホイール３０は、図示しないドライバが操舵操作を入力する操作部である。
ステアリングシャフト４０は、ステアリングホイール３０とコントロールバルブ６０とを連結し、ステアリングホイール３０の回転動作をコントロールバルブ６０に伝達する回転軸である。
舵角センサ５０は、例えばステアリングシャフト４０の途中等に設けられ、ステアリングシャフト４０の角度位置に基づいて、ステアリングホイール３０の操作量を検出するものである。

コントロールバルブ６０は、ステアリングシャフト４０と、ステアリングギアボックス７０の入力部であるピニオン７１との間に設けられている。コントロールバルブ６０は、ステアリングホイール３０による転舵量（ステアリングシャフト４０の回転量）と、実際に転舵が行われた量（ピニオン７１の回転量）との差に応じて、パワーシリンダ７３に作用する油圧をコントロールするものである。コントロールバルブ６０は、ピニオン７１との接続部近傍に設けられた図示しないトーションバー及びロータリバルブを備えている。
ロータリバルブは、ステアリングシャフト４０とともに回転するロータと、ピニオン７１とともに回転するスリーブとを有する。ロータとスリーブとは、トーションバーを介して接続されている。そして、トーションバーに操舵トルクがかかって捩れると、ロータリとスリーブ間の相対位置が変化してフルード通路の断面積が変化し、フルード通路が切り替わってパワーシリンダ７３に供給されるフルード圧がステアリングホイール３０の操作に従って制御される。

ステアリングギアボックス７０は、ステアリングホイール３０の回転運動を車幅方向の直進運動に変換するラックアンドピニオン機構を備えている。
ラックアンドピニオン機構は、ピニオン７１、ラック７２等を有して構成されている。
ピニオン７１は、コントロールバルブ６０に接続され、ステアリングホイール３０及びステアリングシャフト４０とともに回転し、ラック７２を駆動する円形歯車である。
ラック７２は、車幅方向に伸びて形成された部材にピニオン７１と係合する歯を形成したものである。ラック７２は、ピニオン７１の回転に応じて、車幅方向に直進移動する。
ラック７２の両端部は、図示しないタイロッドを介して、左右前輪を支持する図示しないハウジングに接続される。ハウジングは、仮想操向軸線であるキングピン軸回りに回転可能に支持されており、ラック７２の左右移動に応じて操向され、これによって前輪が転舵される。

また、ステアリングギアボックス７０には、パワーステアリング装置の操舵アシスト力を発生するパワーシリンダ７３及びピストン７４が設けられている。
パワーシリンダ７３及びピストン７４は、コントロールバルブ６０によって制御された油圧をアシスト力に変換してラック７２に作用させるものである。
パワーシリンダ７３は、円筒状に形成された油圧室であって、その内部にラック７２の一部、及び、ラック７２に固定されたピストン７４が挿入される。
パワーシリンダ７３は、ピストン７４を挟んだ両側にそれぞれ油圧室（右室７３Ｒ，左室７３Ｌ）を有する。

ここで、図１には、ラック７２を左側へ駆動する場合のフルードの流れを矢印によって図示している。ラック７２の左側への変位は、前輪の操向軸線（キングピン軸）に対してラック７２が前置きの場合には左への前輪転舵を意味し、ラック７２がキングピン軸に対して後置きの場合には右への前輪転舵を意味する。
この場合、図１に示すように、コントロールバルブ６０は、右室７３Ｒに加圧されたフルードを圧送するとともに、左室７３Ｌ内のフルードの一部を回収する。これによって、ピストン７４は左側へ押され、ラック７２を駆動する。

ＥＣＵ１００は、フルードポンプ２０の油圧スイッチ２１の出力に基づいて、車両の前輪の転舵角を推定するものである。すなわち、ＥＣＵ１００は、油圧スイッチ２１と協働して、本発明の転舵角推定装置として機能する。
ＥＣＵ１００は、操舵アシスト力が所定値以上となって油圧スイッチ２１がオンされてからの転舵時間を計測するタイマ手段（パワステスイッチオンタイマ）、この転舵時間に応じた転舵角補正量に関するデータを保持する補正データ保持手段、補正の基準となる予め設定された所定の転舵角を記憶する転舵角記憶手段として機能する。
ＥＣＵ１００の動作、機能について以下詳しく説明する。

次に、本実施例の転舵角推定装置における転舵角推定方法について説明する。
図２は、転舵角推定方法を示すフローチャートである。
図３は、転舵角推定時におけるパワステスイッチ（油圧スイッチ２１）、パワステスイッチオンタイマのタイマ値、転舵角補正値、記憶転舵角、推定転舵角の履歴を示すタイミングチャートである。
以下、図２のステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：パワーステアリングオン判断＞
ＥＣＵ１００は、パワーステアリング装置の操舵アシスト力が所定値以上まで立ち上がったパワーステアリングオン状態か否かを判断する。パワーステアリングオン状態は、フルードポンプ２０の油圧スイッチ２１のオンオフに基づいて検出される。
パワーステアリングがオン（油圧スイッチ２１がオン）の場合はステップＳ０２に進み、オフの場合は処理を終了する。

＜ステップＳ０２：タイマ計時開始＞
ＥＣＵ１００は、パワステスイッチオンタイマによる転舵時間の計時を開始し、ステップＳ０３に進む。

＜ステップＳ０３：転舵角補正量決定＞
ＥＣＵ１００は、予め設定された転舵時間−転舵角補正量の相関に関するデータ、及び、パワステスイッチオンタイマによって計時された転舵時間に基づいて、転舵角補正量を決定する。
ここで、左右いずれかの転舵方向をプラスとし、他方の転舵方向をマイナスとして、プラス方向への転舵を行った場合、図３に示すように、転舵角補正量は当初マイナスであり、その後転舵時間に対して線形に増加（絶対値が減少）し、ある時点でゼロとなる。ここから転舵時間がさらに増大すると、転舵角補正量は転舵時間に対して線形に増加する。
その後、ステップＳ０４に進む。

＜ステップＳ０４：記憶転舵角より転舵角補正量を増減＞
ＥＣＵ１００は、予め記憶された記憶転舵角に対して、ステップＳ０３において決定した転舵角補正量を加算し、記憶転舵角を増減した補正後転舵角を求める。
記憶転舵角は、図３に示すように、正の値となる一定値である。補正後転舵角は、転舵角補正量の正負に応じて、記憶転舵角から増減される。
その後、ステップＳ０５に進む。

＜ステップＳ０５：推定転舵角決定＞
ＥＣＵ１００は、ステップＳ０４において求めた補正後転舵角に基づいて推定転舵角を決定する。典型的には補正後転舵角をそのまま推定転舵角として利用することができるが、必要に応じて補正後転舵角にさらなる補正を施して推定転舵角を求めるようにしてもよい。ＥＣＵ１００は、図示しない車載ＬＡＮ等の通信手段を介して、推定転舵角に関する情報を必要とする他の制御装置に伝送して一連の処理を終了する。
例えば、推定転舵角を受信した図示しないＡＷＤ制御装置は、推定転舵角が所定値以上の状態で車両が発進する据え切り発進を行う場合には、トランスファの前後輪側出力部の拘束を弱めてタイトコーナブレーキング現象を防止する制御を行う。

以上説明した本実施例によれば、油圧スイッチ２１のオンに基づいて、パワーステアリング装置の操舵アシスト力が検出されてからの転舵時間に基づいて転舵角補正量を求め、この転舵角補正量を一定値である記憶転舵角から増減して車輪の転舵角を推定することによって、停車時や微低速走行時であっても良好な転舵角推定を行うことができる。これによって、車両の発進時に直進状態（舵角ほぼゼロ）の発進であるのか、予め舵角が与えられた状態での据え切り発進であるのか判別が可能となり、良好な車両の制御を行うことができる。例えば、据え切り発進時にＡＷＤシステムのトランスファにおける前後輪側出力部間の拘束を弱めてタイトコーナブレーキング現象を防止することができる。
また、上述した従来技術のように、転舵角の推定に車輪速度を用いないことから、車輪にスリップが生じた場合であっても転舵角の推定に影響を与えることがない。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施例においてはパワーステアリング装置は油圧式のものであったが、本発明は電動アクチュエータによってアシスト力を発生する電動パワーステアリング装置にも適用することができる。この場合、電動アクチュエータの出力に基づいてアシスト力を検出することができる。例えば操舵トルクを検出するトルクセンサの出力に基づいて電動アクチュエータの出力が設定される場合、トルクセンサの出力に基づいて電動アクチュエータの出力を間接的に検出することができる。また、電動アクチュエータに供給される電力に基づいて電動アクチュエータの出力を間接的に検出してもよい。
（２）本発明の舵角推定装置及び方法によって求めた推定転舵角は、実施例のようなＡＷＤシステムの制御に限らず、他のシステムの制御等にも利用することができる。

本発明を適用した転舵角推定装置の構成を示す図である。 図１の転舵角推定装置における転舵角推定方法を示すフローチャートである。 図１の転舵角推定装置の転舵角推定時におけるパワステスイッチ、パワステスイッチオンタイマのタイマ値、転舵角補正値、記憶転舵角、推定転舵角の履歴を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ ステアリングシステム １０ エンジン
２０ フルードポンプ ２１ 油圧スイッチ
３０ ステアリングホイール ４０ ステアリングシャフト
５０ 舵角センサ ６０ コントロールバルブ
７０ ステアリングギアボックス ７１ ピニオン
７２ ラック ７３ パワーシリンダ
７４ ピストン １００ ＥＣＵ

Claims (8)

1. 車両の車輪の転舵角を推定する転舵角推定装置であって、
   操舵入力部に入力される操舵トルクに応じて操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置における前記操舵アシスト力の発生を検出する操舵アシスト力検出手段を備え、
   前記操舵アシスト力検出手段が前記操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に基づいて車輪の転舵角を推定すること
   を特徴とする転舵角推定装置。
2. 前記操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に応じた転舵角補正量に関するデータを保持する補正データ保持手段と、
   所定の転舵角を記憶する転舵角記憶手段と
   を備え、
   前記所定の転舵角から前記転舵角補正量を増減することによって前記車輪の転舵角を推定すること
   を特徴とする請求項１に記載の転舵角推定装置。
3. 前記転舵角記憶手段に記憶された前記所定の転舵角が一定値であること
   を特徴とする請求項２に記載の転舵角推定装置。
4. 前記転舵角補正量の絶対値は、
   前記転舵時間が所定時間以下の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に減少し、
   前記転舵時間が所定時間の場合はゼロとなり、
   前記転舵時間が所定時間以上の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に増加すること
   を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の転舵角推定装置。
5. 車両の車輪の転舵角を推定する転舵角推定方法であって、
   操舵入力部に入力される操舵トルクに応じて操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置の操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に基づいて車輪の転舵角を推定すること
   を特徴とする転舵角推定方法。
6. 前記操舵アシスト力の発生を検出してからの転舵時間に基づいて求められる転舵角補正量を、記憶されている所定の転舵角に増減することによって前記車輪の転舵角を推定すること
   を特徴とする請求項５に記載の転舵角推定方法。
7. 前記所定の転舵角が一定値であること
   を特徴とする請求項６に記載の転舵角推定方法。
8. 前記転舵角補正量の絶対値は、
   前記転舵時間が所定時間以下の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に減少し、
   前記転舵時間が所定時間の場合はゼロとなり、
   前記転舵時間が所定時間以上の場合は転舵時間の増加に応じて徐々に増加すること
   を特徴とする請求項６又は請求項７に記載の転舵角推定方法。

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