JP2011240823A - 車両の操舵感改善装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】t1以後の操舵中、設定時間TM1s中のモータトルク増大補正と、設定時間TM2s中のモータトルク減少補正とを順次行い、車輪駆動力を、運転者が加減速を感じない程度に繰り返し増減させる。車輪駆動力の繰り返し増減は、ステアリングラックのスラスト増減量として示すような操舵力の増減を生起させる。操舵力が繰り返し増減される場合、運転者は全体としては大きい方(増大中)の操舵力を強く感じ、運転者が感じる操舵力の重さをモータトルク増減時間TM1s,TM2sの設定のみにより適切な重さにし得て、運転者が車両との一体感や安心感を持てるように操舵感を改善することができる。
【選択図】図3
Description
操舵力が軽すぎる場合は、操舵入力(操舵角)が過大になる傾向により、車両挙動が運転者の予期したものよりも大きくなって、運転者が車両との一体感や安心感を持ち得ず、しばしば修正操舵を余儀なくされる。
かといって操舵力が重すぎる場合は、特に長距離運転中、長時間に亘って運転操作に大きな力が必要となり、運転者に疲労感を与える。
つまり、操舵システムが油圧式パワーステアリングである場合は、操舵負荷に応じた相対回転に応動して開度変化するバルブの開度変化特性を、操舵感が車両ごとに狙った通りのものとなるような仕様にする。
また操舵システムが電動式パワーステアリングである場合は、操舵力をパワーアシスト(助勢)するモータのアシストトルク特性を、操舵感が車両ごとに狙った通りのものとなるような制御態様にする。
電動式パワーステアリングの場合は、アシストモータトルク特性を所定通りのものにするためにアシストモータの仕様変更が必要であり、
いずれにしてもコスト高になるという問題を生ずる。
この提案技術は、車両の横加速度を検出し、この横加速度に応じた最適な操舵力となるようなパワーステアリングのアシストトルクを算出し、このアシストトルク分だけ運転者の操舵力を助勢して、運転者が感じる操舵力を、横加速度に応じた最適なものにするというものである。
このため、パワーステアリング構成部品の仕様変更が必要になったり、横加速度検出手段のような新たな手段を必要とすることなしに、操舵感の改善が可能な装置の出現が望まれていた。
また操舵中に車輪駆動力を増減させると、駆動力の増大が操舵力の増大をもたらし、増大した駆動力の減少が操舵力の増大値からの低下をもたらすとの事実認識に基づき、
この着想を具体化して、つまり操舵中に車輪駆動力を繰り返し増減させて操舵力を増減させることで、運転者がステアリング操作中の手に感じる操舵力を、上記のようなコスト高要因の発生なしに、安価に適切な重さにして操舵感を改善し得るようにした車両の操舵感改善装置を提案するものである。
動力源からの駆動力により車輪を駆動して走行可能な車両に対し、
車両の操舵輪を舵取りする操舵が行われたのを検知する操舵検知手段と、
該手段により操舵中が検知されている間、前記車輪への駆動力を繰り返し増減させる駆動力増減手段とを設けた構成に特徴づけられるものである。
かかる車輪駆動力の増減により操舵力を駆動力増減周期と同じ周期で増減させることができる。
運転者がステアリング操作中の手に感じる操舵力の重さを、駆動力増減周期の設定のみにより、従って従来のようにコスト高を伴うことなく安価に、適切な重さにし得て操舵感を改善することができる。
<構成>
図1は、本発明の一実施例になる操舵感改善装置を具えた車両の駆動系およびその制御系を示し、
本実施例において図1における車両は、操舵輪でもある左右前輪1L,1Rを駆動して走行可能な電気自動車とする。
これら左右前輪1L,1Rの駆動に際しては、電動モータ(動力源)2により減速機(ディファレンシャルギヤ装置を含む)3を介し、当該左右操舵輪1L,1Rの駆動を行うものとする。
このとき電動モータ2が回生制動作用により発電した電力を、インバータ6により交流−直流変換してバッテリ5に充電するものとする。
電気自動車の対地速度である車速Vを検出する車速センサ7からの信号と、
運転操作に応じたアクセル開度(電動モータ要求負荷)θを検出するアクセル開度センサ8からの信号と、
運転者が左右前輪(操舵輪)1L,1Rを転舵するときに操作するステアリングホイール(図示せず)の操舵角δを検出する操舵角センサ9からの信号と、
電動モータ2の電流(図1ではU相、V相、W相よりなる三相交流であるから電流iu,iv,iw)を検出する電流センサ10からの信号とを入力する。
インバータ6は、例えば各相ごとに2個のスイッチング素子(例えばIGBT等のパワー半導体素子)からなり、駆動信号に応じてスイッチング素子をON/OFFすることにより、バッテリ5から供給される直流の電流を交流に変換・逆変換し、電動モータ2に所望の電流を供給する。
また車両走行中、電動モータ2が左右前輪1L,1Rに連れ回される所謂逆駆動時は、電動モータ2に発電負荷を与えて電動モータ2に回生制動作用を行わせることで、車両の運動エネルギーを回生してバッテリ5に蓄電する。
電動モータコントローラ4は、図2に示す制御プログラムを実行して、電動モータ2の駆動力制御を介し、車両の操舵感改善制御を以下のごとくに行う。
従ってステップS11およびステップS12は、本発明における操舵検知手段に相当する。
ステップS12で操舵が行われたと判定する操舵開始時は、車両の操舵感改善制御を開始すべきであるから、制御をステップS13以降に進めて以下のごとくに、電動モータ2の駆動力制御を介した車両の操舵感改善制御を遂行する。
ステップS13で(0<TM<TM1s)と判定する間は、つまり図3の操舵開始時t1から設定時間TM1s内であると判定する間は、ステップS14において、車速Vおよびアクセル開度APOから予定のモータトルクマップを基に求めた電動モータ2の目標モータトルクに対し、図3にトルク波形で示した操舵開始瞬時t1の直後における駆動トルク補正量ΔTmを上乗せして目標モータトルクを補正する、モータトルク増大補正を行う。
従ってステップS15は、ステップS11およびステップS12と共に、本発明における操舵検知手段を構成する。
ステップS13で(0<TM<TM1s)と判定する間は、つまり図3の操舵開始時t1から設定時間TM1sが経過した瞬時t2よりも前である間は、ステップS14において行う図3のトルク波形に沿ったモータトルク増大補正を継続する。
制御を順次ステップS16〜ステップS17へと進めて、ステップS14でのモータトルク増大補正を終了し、以下のモータトルク補正制御に移行する。
このモータトルク減少補正は、図3の瞬時t2と、この瞬時t2から設定時間TM2sが経過する瞬時t3との間において行わせ、駆動トルク減少補正量(−ΔTm)は、前記した駆動トルク増大補正量ΔTmと、絶対値が同じものとする。
但し、モータトルク減少補正時間TM2sは、前記したモータトルク増大補正時間TM1sよりも短くする。
このモータトルク増大補正は、図3の瞬時t3と、この瞬時t3からステップS14におけると同じ設定時間TM1sが経過する瞬時t4との間において行わせる。
ステップS15で操舵中と判定する間は、制御をステップS11およびステップS12に戻すが、操舵中故に制御はステップS12からステップS13へと進み、このステップS13が現在のTM≧TM1sに呼応して制御を順次ステップS16およびステップS17に進める。
而して、運転者がステアリングホイールを中立位置に戻し、操舵を止めたときは、ステップS15が操舵角絶対値|δ|=0により操舵終了を判定し、図2のループから抜けることから、電動モータ2の目標モータトルクに対する上記の減少補正(ステップS16)および増大補正(ステップS17)が行われなくなり、電動モータ2は目標モータトルクを出力するよう制御される。
先ず図3の操舵開始時t1から設定時間TM1sが経過する瞬時t2までの間、電動モータ2のトルクはステップS14において、目標モータトルクよりも図3のトルク増減量波形で示す量ΔTmだけ増大された値に制御される。
その後、図3のモータトルク減少補正終了時t3から設定時間TM1sが経過する瞬時t4までの間、電動モータ2のトルクはステップS17において、目標モータトルクよりも図3のトルク増減量波形で示す量ΔTmだけ増大された値に制御される。
従ってステップS14、ステップS16およびテップS17は、本発明における駆動力増減手段に相当する。
上記のモータ駆動力増減補正制御によれば、以下のように車両の操舵感を改善することができる。
タイヤ接地面に係わる諸元が図4に示すごときものである場合、操舵輪(前輪)1L,1Rが個々に発生する回頭モーメントMは、次式のように右辺第1項の横力σyによる回頭モーメントから、右辺第2項の駆動力σxによる回頭モーメントを差し引く演算により求めることができる。
一方で操舵中は、旋回方向外方への荷重移動により、旋回方向外側となる前輪のタイヤ接地点が車幅方向外方へ移動すると共に、旋回方向内側となる前輪のタイヤ接地点が車幅方向内方へ移動して、これら内外輪の接地点にそれぞれ上記の駆動力σxが作用する。
ところで復元方向のモーメントは、運転者が行っているステアリングホイールの操作に逆らう方向のモーメントであることから、ステアリングラック・スラスト増減量を図3のモータトルク増大期間t3〜t4につき例示したごとく復元側の推力となし、操舵力を重くすることとなる。
この駆動力σxが、上記のごとくに移動した旋回方向外側前輪のタイヤ接地点および旋回方向内側前輪のタイヤ接地点に作用して、操舵状態の前輪1L,1Rをキングピン軸線の周りに回そうとするモーメントを発生させる。
かかる回頭方向のモーメントは、運転者が行っているステアリングホイールの操作に対し順方向のモーメントであることから、ステアリングラック・スラスト増減量を図3のモータトルク減少期間t2〜t3につき例示したごとく回頭側の推力となし、操舵力を軽くすることとなる。
しかし、当該モータトルク増減補正量(ΔTm,−ΔTm)が、運転者に加減速を感じさせるようなものであっては違和感になることから、運転者に加減速を感じさせない程度のモータトルク増減補正量(ΔTm,−ΔTm)に定めのは言うまでもない。
しかし、本実施例の操舵時モータトルク増減補正により操舵力が図3につき前述したごとくに繰り返し増減されると、運転者はステアリングホイールを操作する手に、小さい方(減少中)の操舵力よりも、大きい方(増大中)の操舵力を敏感に感じ取る傾向にあり、全体としては大きい方(増大中)の操舵力を強く感じる。
モータトルク増大時間TM1sおよびモータトルク減少時間TM2s間には更に、両者間の割合(TM1s/TM2s)が、操舵速度に関係なく一定の割合であり続けるような比率関係を持たせ、
これにより如何なる操舵速度のもとでも上記した操舵感の改善が達成されるようにするのがよい。
また図7は、同じテストコースでの実走行中に実測して得られた操舵力の、ヨーレートに対する変化特性をそれぞれ示す。
図6,7における実線は、本実施例の操舵時モータトルク増減補正を行って図3につき前述した操舵力の繰り返し増減変化を生じさせた場合の操舵力変化特性であり、
また図6,7における破線は、本実施例の当該操舵時モータトルク増減補正を行わない(操舵力の繰り返し増減変化を生じさせない)場合の操舵力変化特性である。
図6,7の破線から明らかなように、運転者が滑らかなステアリング操作を行うことができず、頻繁に修正操舵を行っている。
これに対し、本実施例の操舵時モータトルク増減補正を行う(操舵力の繰り返し増減変化を生じさせる)場合は、運転者がステアリング操作中の手に感じる操舵力の重さを、図3における操舵時モータトルク増減時間TM1s,TM2sの設定により適切な重さにし得て、運転者が車両との一体感や安心感を持てるように操舵感を改善可能なため、
図6,7の実線から明らかなように、運転者が滑らかなステアリング操作を行うことができ、修正操舵を殆ど行っていない。
従来のように、パワーステアリング構成部品の仕様変更を行ったり、横加速度検出手段のような新たな手段を追加する必要なしに、上記した操舵感の改善を安価に実現することができる。
本実施例のごとく瞬時t1〜t2間の操舵開始当初にモータトルク増大補正により車輪駆動力を増大させると、
この駆動力増大が操舵開始当初において旋回方向外側輪の回頭モーメントおよび旋回方向内側輪の回頭モーメント(復元モーメント)の差による回頭モーメントを大きくし、
このモーメント差を車両重心・車輪間距離で除して求まる見かけ上の横力が、操舵開始当初において増大する。
ところで左右前輪1L,1Rは実際上、ステアリングホイール操舵角δの発生から、操舵力伝動系の応答遅れ分だけ遅れて転舵され、ステアリングホイール操舵角δに基づいて操舵状態か否かの判定を行う場合、左右前輪1L,1Rが未だ転舵状態でないときから図2のモータトルク増減補正が行われる懸念がある。
左右前輪1L,1Rが未だ転舵状態でないときから図2のモータトルク増減補正が行われる懸念を払拭し得て、前記の作用効果を一層確実なものにすることができる。
上記した図示例では、操舵輪である左右前輪1L,1Rを駆動する車両に本発明の着想を適用する場合につき説明したが、
本発明は、左右前輪1L,1Rに代えて、或いは左右前輪1L,1Rと共に左右後輪をもモータ駆動する車両や、車輪を個別の電動モータにより駆動する車両に対しても適用可能であり、この場合も図2の駆動力増減補正制御により前記したと同様な作用効果を奏し得ること明らかである。
しかしエンジンは、回転電機に較べて制御応答が低いため、回転電機に対し図2の駆動力増減補正制御を行う方が、前記の作用効果を一層確実なものにし得る点において有利である。
しかし、モータトルク(車輪駆動力)の増大を先に行うようにした方が、前記した操舵応答の改善効果も奏し得られる点において有利である。
しかし、モータトルク増大量ΔTmおよびモータトルク減少量−ΔTmの絶対値を同じにしたり、モータトルク減少量(−ΔTm)の絶対値の方を小さくした方が、モータトルク増大補正時間TM1sおよびモータトルク減少補正時間TM2sの決定が容易になって、好都合であることを付言する。
2 電動モータ(動力源)
3 減速機
4 電動モータコントローラ
5 バッテリ
6 インバータ
7 車速センサ
8 アクセル開度センサ
9 操舵角センサ(操舵検知手段)
10 電流センサ
Claims (9)
- 動力源からの駆動力により車輪を駆動して走行可能な車両において、
車両の操舵輪を舵取りした操舵中であるのを検知する操舵検知手段と、
該手段により操舵中が検知されている間、前記車輪への駆動力を繰り返し増減させる駆動力増減手段とを具備してなることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 請求項1に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記操舵検知手段は、車両の複数車輪間における回転速度差から前記操舵が行われたのを検知するものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 請求項1または2に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記駆動力増減手段は、少なくとも、前記車輪への駆動力を増大させる駆動力増大処理を含んで、前記車輪への駆動力の繰り返し増減を行うものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 請求項3に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記駆動力増減手段は、前記車輪への駆動力の繰り返し増減に際し、先ず前記駆動力増大処理を行うものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記駆動力増減手段は、前記車輪への駆動力の繰り返し増減に際し、前記駆動力増大処理の時間を駆動力減少処理の時間よりも長くしたものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 請求項5に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記駆動力増減手段は、前記駆動力増大処理時間および駆動力減少処理時間の割合を、操舵速度に関わりなく一定の割合とするものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記駆動力の増減量は、車両の乗員が加減速を感じない程度のものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記駆動力増減手段は、前記車輪への駆動力の繰り返し増減に際し、車両の運転状態から求めた目標駆動力を基準とし、前記車輪への駆動力を該目標駆動力よりも大きな値、または該目標駆動力よりも小さな値にするものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。 - 前記車両が、駆動力の少なくとも一部を電動モータで賄うようにした電動車両である、請求項1〜8のいずれか1項に記載された車両の操舵感改善装置において、
前記駆動力増減手段は、前記電動モータを介して前記車輪への駆動力の繰り返し増減制御を行うものであることを特徴とする車両の操舵感改善装置。
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