JP2009179229A - 操舵システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自動変速装置のセレクタレバー10にタッチセンサ10aを備え、電動力付与手段を制御する操舵制御ECU130は、運転者が自動変速装置のセレクタレバー10に接触していることを、セレクタレバー10に備わるタッチセンサ10aからの検出信号で検出する。そして、操舵制御ECU130は、ダンパ補正ゲインIGを演算してダンパ補償値Iに積算し、電動力付与手段のダンピングゲインを大きくする
【選択図】図3
Description
ここで、操舵トルク、車速および電動機角速度の関数である各テーブルの設定方法について検討する。ベーステーブルは、車速が速くなるほどゲインを低くし、かつ、不感帯を大きくして、マニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与え、車速の増大に応じてしっかりとした操舵トルクの手応え感を付与すると共に、中低車速域では、イナーシャテーブルを使って、電動機の慣性や粘性による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵フィーリングを付与する必要がある。
例えば、運転者が操作子(例えば操向ハンドル)を片手で操作する片手運転をしている場合、車両が路面から受ける衝撃によってハンドル取られが発生し、操舵フィーリングが低下する場合がある。
そこで本発明は、運転者が操作子を片手で操作している場合の、操舵フィーリングの低下を軽減する操舵システムを提供することを課題とする。
図1は本実施形態に係る操舵システムを適用した4輪の車両の全体概念図であり、図2は電動力付与手段の構成図である。
なお、手動変速装置(マニュアルトランスミッション、以下、MTと称する)を備える車両Vの場合、ギアチェンジをするためのシフトノブ(図示せず)に、タッチセンサ10aが備わる構成としてもよい。
さらに、車両Vには後輪2(2R、2L)が備わる。
なお、ピニオン軸7はその上部、中間部、下部を軸受3d、3e、3fを介して、図示しないステアリングギアボックスに支持されている。
すなわち、ウォームギア5aとウォームホイールギア5bとで減速機構が構成されている。また、電動機4の回転子と電動機4に連結されているウォームギア5a、ウォームホイールギア5b、ピニオン軸7、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9、9などにより、ステアリング系が構成されている。
ここで、ωは電動機4の角速度であり、TMは電動機4の発生トルクである。また、発生トルクTMと実際に出力として取り出すことができる出力トルクTM *との関係は、次式(1)によって表現される。
TM *=TM−(cmdθm/dt+Jmd2θm/dt2)i2 ・・・(1)
ここで、iはウォームギア5aとウォームホイールギア5bとの減速比である。
(1)式より、出力トルクTM *と電動機回転角θmとの関係は、電動機4の回転子の慣性モーメントJmと粘性係数cmとによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。
Tp=Ts+AH
=Ts+kA(VS)×Ts ・・・・・・・(2)
これより、操舵トルクTsは、次式(3)のように表現される。
Ts=Tp/(1+kA(VS)) ・・・・・・・(3)
そして、操舵システム100(図1参照)の操舵制御ECU130は、電動力付与手段110の機能部である電動機4を駆動制御する後記する電動力付与手段制御部130a(図3参照)を有している。
また、電動機駆動回路23は図示しないホール素子を用いて3相の電動機電流Im(IU、IV、IW)を検出する機能を備えている。
レゾルバ25は、電動機4の電動機回転角θmを検出し、角度信号θを出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを図示しない回転子の周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものがある。
差動増幅回路21は、検出コイルがインダクタンス変化として検出した2つの磁歪膜の透磁率変化の差分を増幅し、トルク信号Tを出力するものである。
そして、操舵制御ECU130、電動機駆動回路23および各センサにはバッテリなどの電源から電力が供給され(図示せず)、駆動する。
運転者がセレクタレバー10を操作する場合、操向ハンドル3を片手で操作する片手運転をすることになる。すなわち、操舵制御ECU130は、運転者がセレクタレバー10に接触していることをタッチセンサ10aで検出することで、運転者がセレクタレバー10を操作してシフト操作をしていると判定し、運転者が操向ハンドル3を片手運転していることを検出する。
その他、タッチセンサ10aには光学式や電波式のものなどがあり、適宜選択して使用すればよい。
タッチセンサ10aは、操舵制御ECU130と信号線で接続され、セレクタレバー10に運転者が接触していることを検出して、例えば電気信号からなる検出信号を、操舵制御ECU130に入力する機能を有する。
図3に示すように操舵制御ECU130は、電動力付与手段110(図2参照)を制御する電動力付与手段制御部130a、及びシフト操作判定部70を備えている。
電動力付与手段制御部130a、及びシフト操作判定部70は、例えば、操舵制御ECU130を制御するプログラムに組み込んだソフトウェアロジックで構成することができるが、これに限定されず、ハードウェアロジックによって構成してもよい。
まず、図3を参照しながら適宜図2を参照して電動力付与手段制御部130aについて説明する。
電動力付与手段制御部130aは、ベース信号演算部51と、ダンパ補償信号演算部52と、イナーシャ補償信号演算部53と、Q軸(トルク軸)PI制御部54と、D軸(磁極軸)PI制御部55と、2軸3相変換部56と、PWM変換部57と、3相2軸変換部58と、電動機速度算出部67と、励磁電流生成部59とを備える。
なお、加算器61、62、64、65、積算器71については後記する。
また、ベース信号演算部51をハードウエアロジックで構成する場合、例えばベース信号演算部51に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。
また、一般に車両は、走行速度に応じて路面の負荷(路面反力)が異なるため、車速信号VSによりゲインが調整される。車速ゼロの据え切り操作時が最も負荷が重く中低速では比較的負荷が軽くなる。このため、ベース信号演算部51は、車速VS(車速信号VS)が大きく高速になるにしたがってゲイン(G1、G2)を低く、かつ、不感帯N1を大きく設定して、マニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与える。すなわち、車速VS(車速信号VS)の増大に応じてしっかりとした操舵トルクTsの手応え感が付与される。このとき、マニュアルステアリング領域においてもイナーシャ補償がなされることが必要である。
また、ダンパ補償信号演算部52をハードウエアロジックで構成する場合、例えばダンパ補償信号演算部52に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。
また、車速信号VSの値が高いほどゲインを大きくして、電動機4の角速度ω、すなわち、転舵速度に応じて電動機4の出力トルクTM *を減衰させている。言い換えれば、車速信号VSの値が高いほど、路面反力が小さくなることから、モータの速い動きを大きく制動して安定性を出すために、ダンパ補償信号演算部52は、電動機4の角速度ωを抑制制御している。このステアリングダンパ効果により、操向ハンドル3の中立点への収斂性を向上させ、車両V(図1参照)の走行を安定化させることができる。
そして、加算器62は、加算器61の出力信号とイナーシャ補償信号演算部53の出力信号とを加算して出力信号(制御信号)IM1とするものである。
したがって、通常操舵時のように、操舵トルクの方向と電動機4(図1参照)の回転方向が同じ場合には減算となるが、転舵輪である前輪1(図1参照)に発生するセルフアライニングトルクによって、操向ハンドル3(図1参照)が中立位置に戻されるような、操舵トルクの方向と電動機4の回転方向が逆方向の場合には加算になる。
さらに、横風、路面の段差などにより、操向ハンドル3が動かされる場合も、加算になる。
また、イナーシャ補償信号演算部53をハードウエアロジックで構成する場合、例えばイナーシャ補償信号演算部53に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。
また、FF(Front engine Front wheel drive)車やFR(Front engine Rear wheel drive)車、RV(Recreation Vehicle)やセダンなどの車両特性や車速、路面などによって異なる操舵特性に対して、実用上十分な操舵フィーリングが付与される。
加算器64は加算器62の出力信号IM1からQ軸電流IQを減算し、偏差信号IEを生成する。Q軸(トルク軸)PI制御部54は、偏差信号IEが減少するように、P(比例)制御およびI(積分)制御を行う。
加算器65は、励磁電流生成部59の出力信号からD軸電流IDを減算するものである。D軸(磁極軸)PI制御部55は、加算器65の出力信号が減少するようにPI帰還制御を行う。
なお、2軸3相変換部56およびPWM変換部57には、電動機4の角度信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。
さらに、本実施形態においては、操舵制御ECU130にシフト操作判定部70が備わる。
シフト操作判定部70は、運転者によるセレクタレバー10の操作を検出した場合に、運転者がシフト操作をしていると判定し、ダンパ補償信号演算部52が演算するダンパ補償値Iに積算するダンパ補正ゲインIGを演算し、ダンパ補償値Iに積算することで、電動力付与手段110(図1参照)におけるダンピングゲインを大きくする。
そこで、操舵制御ECU130にシフト操作判定部70と積算器71を備え、運転者がシフト操作をしていると判定するとともに、車速信号VSに対応したダンパ補正ゲインIGを演算して積算器71でダンパ補償値Iに積算し、ダンパ補償値Iを増大するように補正する。このように、ダンピングゲインを大きくする。
シフト操作判定部70は、運転者がセレクタレバー10に接触していることを検出する接触検出部70bと、ダンパ補償値Iに積算するダンパ補正ゲインIGを演算する補正ゲイン演算部70aを含んで構成される。
接触検出部70bは、セレクタレバー10に備わるタッチセンサ10aと信号線で接続され、運転者がセレクタレバー10に接触している場合には、タッチセンサ10aが出力する、例えば電気信号の検出信号が入力される。
接触検出部70bは、タッチセンサ10aからの検出信号が入力されると、セレクタレバー10に運転者が接触していることを検出する。
図5は、車速信号とダンパ補正ゲインの関数の一例を示すグラフである。図5に示すように、ダンパ補正ゲインIGを車速信号VSに対応した変数とした場合、例えば車速信号VSの上昇に対応して、ダンパ補正ゲインIGを大きくする構成が考えられる。
そこで、補正ゲイン演算部70aが演算するダンパ補正ゲインIGも同様に、車速信号VSの上昇に対応して大きくする。すなわち、車両V(図1参照)の車速が大きいほど、ダンパ補正ゲインIGを大きくする。そして、ダンパ補償値Iにダンパ補正ゲインIGを積算して得られるダンピングゲインを大きくすることで、車速信号VSの値が高いほどステアリングダンパ効果を高める構成とする。
ダンパ補償値Iは、ダンパ補正ゲインIGが積算されることで補正されることから、車速信号VSの上昇に対応してダンパ補正ゲインIGが大きくなると、ダンパ補償値Iの補正量は、車速信号VSの上昇に伴って大きくなる。
すなわち、車両Vの車速が大きいほど、ダンパ補償値Iの補正量が大きくなる。
また、ダンパ補正ゲインIGは一定値としてもよく、車両V(図1参照)に要求される特性に応じて、好適なダンパ補正ゲインIGを設定すればよい。
また、シフト操作判定部70をハードウエアロジックで構成する場合、シフト操作判定部70に記憶部を備え、テーブルデータ形式で記憶しておけばよい。
すなわち、シフト操作判定部70と積算器71が、請求項に記載の補正手段となり、ダンパ補償値Iを大きくするように補正することで、電動機4が発生する補助トルクが小さくなるように、制御信号である出力信号IM1を補正する。
前記したように、操舵制御ECU130にはシフト操作判定部70が備わり、シフト操作判定部70に含まれる接触検出部70bには、運転者がセレクタレバー10に接触しているときに、タッチセンサ10aから検出信号が入力される。
したがって、操舵制御ECU130は、シフト操作判定部70の接触検出部70bに、タッチセンサ10aからの検出信号が入力されている場合に、運転者がセレクタレバー10に接触していることを検出できる。
そして、操舵制御ECU130のシフト操作判定部70は、運転者がセレクタレバー10に接触していることを接触検出部70bが検出した場合に、運転者がセレクタレバー10を操作して、シフト操作をしていると判定する。
このことから、シフト操作判定部70とタッチセンサ10aとが、請求項に記載の片手操作検出手段となる。
シフト操作判定部70の補正ゲイン演算部70aには、車速信号VSが入力されることから、操舵制御ECU130は、補正ゲイン演算部70aを介して車速信号VSを検出できる。
すなわち補正ゲイン演算部70aは、シフト操作判定部70に組み込まれる補正ゲインテーブル70cを参照して、入力された車速信号VSに対応するダンパ補正ゲインIGを演算する。
本実施形態において、操舵制御ECU130は、運転者がセレクタレバー10に接触したことを検出してシフト操作を判定し、運転者の片手運転を検出する。そして、ダンパ補償値Iを大きくするように補正して、電動力付与手段110におけるダンピングゲインを大きくする。このことによって、操向ハンドル3の中立点への収斂性を向上させることができ、片手運転時におけるハンドル取られを軽減できる。そして、片手運転時においても操舵フィーリングの低下を軽減できるという優れた効果を奏する。
図7に示すように、シフト操作判定部70の補正ゲイン演算部70aは、ベース信号DTを補正するベース補正ゲインDGを演算する。そして、操舵制御ECU130は、積算器72で、補正ゲイン演算部70aが演算するベース補正ゲインDGを、ベース信号演算部51が演算するベース信号DTに積算する構成とすればよい。
なお、ベース補正ゲインDGは一定値としてもよく、車両V(図1参照)に要求される特性に応じて、好適なベース補正ゲインDGを設定すればよい。
そして、操舵制御ECU130は、シフト操作判定部70の補正ゲイン演算部70aで、検出した車速信号VSに対応するベース補正ゲインDGを演算する。
すなわち補正ゲイン演算部70aは、シフト操作判定部70に組み込まれる補正ゲインテーブル70cを参照して、入力された車速信号VSに対応するベース補正ゲインDGを演算する。
そして、例えばベース補正ゲインDGを0より大きく1以下の値とすることで、ベース信号DTを減少するように補正することができる。
また、ベース補正ゲインDGを、例えば車速信号VSの上昇に伴って小さくするように設定することで、補正ゲイン演算部70aが演算するベース補正ゲインDGは、車速信号VSの上昇に伴って小さくなる。このことによって、車速信号VSが大きいほど、ベース信号DTとベース補正ゲインDGの積の減少率は大きくなる。換言すると、車両V(図1参照)の車速が大きいほど、ベース信号DTのベース補正ゲインDGによる補正量が大きくなる。
図7においては、シフト操作判定部70と積算器72が、請求項に記載の補正手段となり、ベース信号DTを減少するように補正することで、電動機4が発生する補助トルクが小さくなるように、制御信号である出力信号IM1を補正する。
すなわち、運転者がセレクタレバー10(図7参照)に接触していることを接触検出部70b(図7参照)が検出した場合に、補正ゲイン演算部70a(図7参照)は、ダンパ補償値Iを補正するダンパ補正ゲインIGを演算するとともに、ベース信号DTを補正するべース補正ゲインDGを演算する。そして、ダンパ補正ゲインIGを積算器71(図3参照)でダンパ補償値Iに積算するとともに、ベース補正ゲインDGを積算器72(図7参照)でベース信号DTに積算する構成であってもよい。
例えば、車両V(図1参照)に備わるATが、運転者が任意に走行ギアを選択できるモード(いわゆるマニュアルモード)を有する場合、操舵制御ECU130は、ATがマニュアルモードに設定されているときに片手運転を検出する構成としてもよい。
そこで、本実施形態においては、セレクタレバー10(図3参照)にタッチセンサ10a(図3参照)を備えることで、一瞬の片手運転ではないことを検出する構成とした。
すなわち、操舵制御ECU130は、運転者がセレクタレバー10に接触したことで、運転者がセレクタレバー10を操作する意図を有すると判定し、一瞬の片手運転ではないことを検出できる。
この場合、例えばカメラなどの撮像手段で運転者を撮像して画像処理し、運転者の片手が、例えばセレクタレバー10に向かって動いたことを検出したときに、片手運転ではないと判定するなどの方法が考えられる。
本発明においては、操舵制御ECUが片手運転を検出した場合、例えばダンピングゲインを大きくして、電動機が発生する補助トルク(アシスト量)を小さくし、運転者が片手運転をしている場合のハンドル取られを軽減し、操舵フィーリングの低下を軽減できるという優れた効果を奏する。
4 電動機(ステアリング系)
5a ウォームギア(ステアリング系)
5b ウォームホイールギア(ステアリング系)
7 ピニオン軸(ステアリング系)
8 ラック軸(ステアリング系)
8a ラック歯(ステアリング系)
9 タイロッド(ステアリング系)
10 セレクタレバー
10a タッチセンサ(片手操作検出手段)
51 ベース信号演算部
52 ダンパ補償信号演算部
70 シフト操作判定部(片手操作検出手段、補正手段)
70a 補正ゲイン演算部
70b 接触検出部
71、72 積算器(補正手段)
100 操舵システム
110 電動力付与手段
130 操舵制御ECU(操舵制御手段)
DT ベース信号
DG ベース補正ゲイン
I ダンパ補償値
IG ダンパ補正ゲイン
SV 車速センサ(車速検出手段)
V 車両
Claims (5)
- 電動機が発生する補助トルクを転舵輪のステアリング系に伝達する電動力付与手段と、
前記補助トルクを演算するとともに、当該補助トルクを発生するように前記電動機を制御する制御信号を演算する操舵制御手段と、
前記ステアリング系の操作子を、運転者が片手で操作していることを検出する片手操作検出手段と、
運転者が前記操作子を片手で操作していることを前記片手操作検出手段が検出しているときに、前記電動機が発生する補助トルクが小さくなるように前記制御信号を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする操舵システム。 - 前記操舵制御手段は、
前記制御信号の基準となるベース信号を演算するベース信号演算部と、
前記操作子の回転速度に基づいてダンパ補償値を演算するダンパ補償信号演算部と、を含み、前記ベース信号から前記ダンパ補償値を減算するように補償して前記制御信号を演算し、
前記補正手段は、
運転者が前記操作子を片手で操作していることを前記片手操作検出手段が検出しているときに、前記ダンパ補償値を大きくするように補正すること、および/または、前記ベース信号を減少するように補正すること、で前記補助トルクを小さくすることを特徴とする請求項1に記載の操舵システム。 - 前記補正手段は、
前記操舵システムが備わる車両が有する車速検出手段を介して当該車両の車速を検出し、
前記車両の車速が大きいほど、前記ダンパ補償値の補正量、および/または、前記ベース信号の補正量、を大きくすることを特徴とする請求項2に記載の操舵システム。 - 前記片手操作検出手段は、自動変速装置の走行レンジを選択するために運転者が操作するセレクタレバーに、運転者が接触したことを検出するタッチセンサを含んで構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の操舵システム。
- 前記片手操作検出手段は、手動変速装置のギアチェンジをするために運転者が操作するシフトノブに、運転者が接触したことを検出するタッチセンサを含んで構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の操舵システム。
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