JP2012016977A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば車両のスリップやスピンが発生した場合における運転者の操舵フィーリングを向上させる。
【解決手段】車両用操舵装置は、車両に搭載され、操舵ハンドルに付与すべき目標操舵反力を操舵角及び車速に基づいて設定し、目標操舵反力を付与する反力制御を行う車両用操舵装置であって、車両のグリップ状態の程度を示すグリップ状態量に応じて目標操舵反力を補正する補正手段を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用操舵装置の技術分野に関する。

この種の車両用操舵装置として、操舵ハンドルに付与すべき目標操舵反力（或いは「目標操舵トルク」）を操舵角及び車速に基づいて設定し、この目標操舵反力を操舵ハンドルに付与する反力制御を行う電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が知られている（例えば特許文献１参照）。このような反力制御を行うことで、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

米国特許第５１９８９８１号明細書 特開平０６−０５６０４６号公報

しかしながら、前述した特許文献１に開示された技術では、例えば、車輪が路面をグリップする力が低下し、車両のスリップやスピンが発生した場合であっても、車両のスリップやスピンが発生していない通常時と同様に目標操舵反力が設定されるため、車両のスリップやスピンが発生した場合における運転者の操舵フィーリングを向上させることが困難になるおそれがあるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば前述した問題点に鑑みなされたものであり、例えば車両のスリップやスピンが発生した場合における運転者の操舵フィーリングを向上させることが可能な車両用操舵装置を提供することを課題とする。

本発明の車両用操舵装置は上記課題を解決するために、車両に搭載され、操舵ハンドルに付与すべき目標操舵反力を操舵角及び車速に基づいて設定し、前記目標操舵反力を付与する反力制御を行う車両用操舵装置であって、前記車両のグリップ状態の程度を示すグリップ状態量に応じて前記目標操舵反力を補正する補正手段とを備える。

本発明の車両用操舵装置によれば、目標操舵反力（即ち、操舵ハンドルに付与すべき操舵反力の目標値）が操舵角及び車速に基づいて設定され、反力制御により目標操舵反力が操舵ハンドルに付与される。

本発明では特に、補正手段は、グリップ状態量に応じて目標操舵反力を補正する。ここで本発明に係る「グリップ状態量」とは、車両のグリップ状態の程度、即ち、車両の車輪が路面をグリップしている程度を示す量であり、「グリップ状態量」としては、例えばヨーレート偏差（即ち、目標ヨーレートと実ヨーレートとの差）や車体スリップ角、タイヤスリップ角などを挙げることができる。

具体的には、例えば、補正手段は、グリップ状態量に応じて補正係数を決定し、該補正係数を目標操舵反力に掛けることにより、目標操舵反力を補正する。例えば、補正手段は、グリップ状態量が、車両のグリップ状態として車両のスリップやスピンが発生していない状態を示す値である場合には、補正係数を１に決定し（即ち、補正しないこととし）、車両のグリップ状態として車両のスリップやスピンが発生している状態を示す値である場合には、補正係数を１よりも小さな値に決定する。

よって、例えば、車両のスリップやスピンが発生しているか否かによらず目標操舵反力が操舵角及び車速に応じて所定の値に設定される場合と比較して、例えば車両のスリップやスピンが発生した場合における運転者が感じる操舵反力を小さくすることができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。

本発明の車両用操舵装置の一態様では、前記グリップ状態量を特定する特定手段を更に備え、前記補正手段は、前記特定されたグリップ状態量に応じて前記目標操舵反力を補正する。

この態様によれば、特定手段によって特定されたグリップ状態量に応じて、目標操舵反力を確実に補正することができる。

本発明の車両用操舵装置の他の態様では、前記目標操舵反力は、前記操舵角に応じて設定されるばね成分と、前記操舵角の変化速度に応じて設定される減衰成分とを含み、前記補正手段は、前記ばね成分及び前記減衰成分のうち少なくとも一の成分を補正する。

この態様によれば、目標操舵反力のばね成分及び減衰成分のうち少なくとも一の成分を補正手段が補正するので、運転者の操舵フィーリングを確実に向上させることができる。

本発明の車両用操舵装置の他の態様では、前記補正手段は、前記グリップ状態量に応じて補正係数を決定し、該決定した補正係数を前記目標操舵反力に掛けることにより、前記目標操舵反力を補正する。

この態様によれば、補正手段を比較的簡易な構成とすることができると共に、運転者の操舵フィーリングを確実に向上させることができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

第１実施形態に係る車両用操舵装置を備えた車両の全体構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係るコントローラの構成を概念的に示すブロック図である。 第１実施形態における目標操舵反力のばね成分、減衰成分及び摩擦成分をそれぞれ規定するマップである。 第１実施形態における目標操舵反力の補正を説明するための説明図である。 第１実施形態におけるグリップ状態量と補正係数との関係を示すグラフである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る車両用操舵装置について、図１から図５を参照して説明する。

先ず、本実施形態に係る車両用操舵装置を備えた車両の全体構成について、図１を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る車両用操舵装置を備えた車両の全体構成を示すブロック図である。

図１において、本実施形態に係る車両用操舵装置を備えた車両１０は、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、モータ１３と、ラックアンドピニオン部１４と、タイロッド１５と、ナックルアーム１６と、前輪１７ｆと、操舵角センサ２１と、トルクセンサ２２と、車速センサ２３と、ヨーレートセンサ２４と、コントローラ１００とを備えている。

ステアリングホイール１１（以下、単に「ステアリング１１」と適宜称する）は、本発明に係る「操舵ハンドル」の一例であり、車両１０を旋回等させるために運転者によって操作される。ステアリング１１は、ステアリングシャフト１２を介して、ラックアンドピニオン部１４に接続されている。ステアリングシャフト１２には、操舵角センサ２１、トルクセンサ２２及びモータ１３が設けられている。

操舵角センサ２１は、運転者によるステアリング１１の操作に対応する操舵角を検出する。操舵角センサ２１は、検出した操舵角に対応する検出信号をコントローラ１００に供給する。

トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１２に作用するトルクを検出する。トルクセンサ２２は、検出したトルクに対応する検出信号をコントローラ１００に供給する。

車速センサ２３は、車両１０の車速を検出し、検出した車速に対応する検出信号をコントローラ１００に供給する。

ヨーレートセンサ２４は、車両１０のヨーレート（即ち、車両１０の旋回方向への回転角の変化速度）を検出し、検出したヨーレートに対応する検出信号をコントローラ１００に供給する。ヨーレートセンサ２４は、例えば、旋回時における車両１０の走行姿勢を安定させるためのＶＳＣ（Vehicle Stability Control）装置の一部として設けられている。

モータ１３は、減速機や電動モータなどによって構成されており、コントローラ１００による制御下で、ステアリングシャフト１２にトルクを付与する。尚、以下では、モータ１３がステアリングシャフト１２に付与するトルクを「アシストトルク」と適宜称する。

ラックアンドピニオン部１４は、ラックやピニオンによって構成されており、ステアリングシャフト１２から回転が伝達されて動作する。ラックアンドピニオン部１４には、タイロッド１５及びナックルアーム１６が連結されており、ナックルアーム１６には、前輪１７ｆが連結されている。この場合、タイロッド１５及びナックルアーム１６がラックアンドピニオン部１４によって動作されることにより、ナックルアーム１６に連結された前輪１７ｆが転舵されることとなる。

コントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた電子制御ユニットである。コントローラ１００は、操舵角センサ２１、トルクセンサ２２、車速センサ２３及びヨーレートセンサ２４の各々から供給される検出信号に基づいて、ステアリング１１に目標操舵反力が付与されるように、モータ１３を制御する反力制御を行う。即ち、反力制御では、モータ１３がステアリングシャフト１２に付与するアシストトルクは、ステアリング１１に目標操舵反力が付与されるようにコントローラ１００によって制御される。

図２は、コントローラ１００の構成を概念的に示すブロック図である。

コントローラ１００は、目標操舵反力設定部１１０及びグリップ状態量特定部１２０を備えている。尚、グリップ状態量特定部１２０は、本発明に係る「特定手段」の一例である。

グリップ状態量特定部１２０は、ヨーレートセンサ２４から供給される検出信号に基づいて、車両１０のグリップ状態量としてヨーレート偏差を特定する。具体的には、グリップ状態量特定部１２０は、車両１０を目標走行路へ追従させるために必要となるヨーレートである目標ヨーレートと、ヨーレートセンサ２４によって検出される実際のヨーレート（即ち、実ヨーレート）との差であるヨーレート偏差を算出し、この算出したヨーレート偏差を車両１０のグリップ状態量として特定する。尚、グリップ状態量特定部１２０は、ＶＳＣ装置によって算出されたヨーレート偏差に対応する信号に基づいて、車両１０のグリップ状態量としてヨーレート偏差を特定してもよい。

目標操舵反力設定部１１０は、ステアリング１１に付与すべき目標操舵反力を、基本的には、操舵角センサ２１及び車速センサ２３の各々から供給される検出信号に基づいて設定する。

より具体的には、目標操舵反力設定部１１０は、基本的には、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ示されるグラフのようなマップに基づいて、目標操舵反力ばね成分Ｓ、目標操舵反力減衰成分Ｄ及び目標操舵反力摩擦成分Ｆの各々を設定し、目標操舵反力ばね成分Ｓ、目標操舵反力減衰成分Ｄ及び目標操舵反力摩擦成分Ｆの和を目標操舵反力として設定する。

図３（ａ）に示すマップは、目標操舵反力ばね成分Ｓを操舵角ＭＡ及び車速Ｖに応じて規定するマップである。尚、図３（ａ）では、操舵角ＭＡと目標操舵反力ばね成分Ｓとの関係のみを示し、車速Ｖと目標操舵反力ばね成分Ｓとの関係の図示を省略している。

図３（ｂ）に示すマップは、目標操舵反力減衰成分Ｄを操舵角速度（即ち、操舵角の変化速度）Ｖ＿ＭＡ及び車速Ｖに応じて規定するマップである。尚、図３（ｂ）では、操舵角速度Ｖ＿ＭＡと目標操舵反力減衰成分Ｄとの関係のみを示し、車速Ｖと目標操舵反力減衰成分Ｄとの関係の図示を省略している。

図３（ｃ）に示すマップは、目標操舵反力摩擦成分Ｆを操舵角速度Ｖ＿ＭＡ及び車速Ｖに応じて規定するマップである。尚、図３（ｃ）では、操舵角速度Ｖ＿ＭＡと目標操舵反力摩擦成分Ｆとの関係のみを示し、車速Ｖと目標操舵反力摩擦成分Ｆとの関係の図示を省略している。

図３を参照して前述した目標操舵反力ばね成分Ｓ、目標操舵反力減衰成分Ｄ及び目標操舵反力摩擦成分Ｆの各々を設定するためのマップは、コントローラ１００のＲＯＭ又はＲＡＭに記憶されている。

目標操舵反力設定部１１０は、グリップ状態量特定部１２０によって特定されたグリップ状態量に応じて目標操舵反力を補正する補正部１１１を有している。

次に、本実施形態に係る車両用操舵装置における目標操舵反力の補正について、図４及び図５を参照して説明する。

図４は、本実施形態における目標操舵反力の補正を説明するための説明図である。

図４に示すように、図３（ａ）を参照して前述したマップに基づいて設定された目標操舵反力ばね成分Ｓ（即ち、マップに基づくばね成分Ｓ）、及び図３（ｂ）を参照して前述したマップに基づいて設定された目標操舵反力減衰成分Ｄ（即ち、マップに基づく減衰成分Ｄ）には、それぞれ補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃが補正部１１１によって掛けられる。即ち、補正部１１１は、図３（ａ）に示すマップに基づく目標操舵反力ばね成分Ｓに補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋを掛けることにより、目標操舵反力ばね成分Ｓを補正し、図３（ｂ）に示すマップに基づく目標操舵反力減衰成分Ｄに補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを掛けることにより、目標操舵反力減衰成分Ｄを補正する。尚、本実施形態では、図３（ｃ）を参照して前述したマップに基づいて設定された目標操舵反力摩擦成分Ｆ（即ち、マップに基づく摩擦成分Ｆ）は補正部１１１によって補正されないが、補正されてもよい。

目標操舵反力設定部１１０は、補正後の目標操舵反力ばね成分Ｓと、補正後の目標操舵反力減衰成分Ｄと、目標操舵反力摩擦成分Ｆとの和を、目標操舵反力として設定する。

図５は、本実施形態におけるグリップ状態量と補正係数との関係を示すグラフである。尚、図５のグラフでは、縦軸が補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを示し、横軸がグリップ状態量（本実施形態では、ヨーレート偏差）を示している。

図５に示すように、補正部１１１は、補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを、グリップ状態量特定部１２０によって特定されたグリップ状態量（本実施形態では、ヨーレート偏差）に応じて決定する。具体的には、補正部１１１は、グリップ状態量が、車両１０のスリップやスピンが発生していないと想定される範囲（図５の例では、値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ２から値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ１までの範囲）内である場合には、補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを１に決定する。更に、補正部１１１は、グリップ状態量が、車両１０のスリップやスピンが発生していると想定される範囲（図５の例では、値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ２より小さい範囲、及び値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ１より大きい範囲）内である場合には、補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを１よりも小さな値に決定する。

図５の例では、補正部１１１は、グリップ状態量が値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ１よりも小さな値である場合には、補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを、１より小さい値ｏｓ＿ｇａｉｎ１に決定し、グリップ状態量が値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ１よりも大きく且つ値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ２よりも小さな値である場合には、補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを、１と値ｏｓ＿ｇａｉｎ１との間の値に決定する。更に、補正部１１１は、グリップ状態量が値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ２よりも大きな値である場合には、補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを、１より小さい値ｕｓ＿ｇａｉｎ１に決定し、グリップ状態量が値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ１よりも大きく且つ値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ２よりも小さな値である場合には、補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを、１と値ｕｓ＿ｇａｉｎ１との間の値に決定する。

尚、値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ１及びｏｓ＿ｖａｌｕｅ２は、車両１０がオーバーステアとなり、車両１０のスピンが発生し始めると想定されるグリップ状態量の値として設定され、値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ１及びｕｓ＿ｖａｌｕｅ２は、車両１０がアンダーステアとなり、車両１０のドリフトアウトが発生し始めると想定されるグリップ状態量の値として設定される。

このように、補正部１１１は、図５を参照して前述したようにグリップ状態に応じて補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃを決定し、目標操舵反力ばね成分Ｓ及び目標操舵反力減衰分Ｄに補正係数ｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｋ及びｇｒｉｐ＿ｇａｉｎ＿Ｃをそれぞれ掛けることにより、目標操舵反力ばね成分Ｓ及び目標操舵反力減衰分Ｄを補正する。即ち、グリップ状態量が、車両１０のスリップやスピンが発生していると想定される範囲（図５の例では、値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ２より小さい範囲、及び値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ１より大きい範囲）内である場合には、車両１０のスリップやスピンが発生していないと想定される範囲（図５の例では、値ｏｓ＿ｖａｌｕｅ２から値ｕｓ＿ｖａｌｕｅ１までの範囲）内である場合よりも、目標操舵反力ばね成分Ｄ及び目標操舵反力減衰成分Ｄが小さくなるように、目標操舵反力ばね成分Ｄ及び目標操舵反力減衰成分Ｄを補正する。

よって、例えば、車両１０のスリップやスピンが発生してるか否かによらず目標操舵反力が操舵角及び車速に応じて所定の値に設定される場合と比較して、車両１０のスリップやスピンが発生した場合における運転者が感じる操舵反力を小さくすることができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。

尚、本実施形態では、グリップ状態量としてヨーレート偏差を採用したが、グリップ状態量は、車両１０のグリップ状態の程度を示す量であればよく、例えば、車体スリップ角、タイヤスリップ角などであってもよい。

本発明は、前述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両用操舵装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１３…モータ、１７…車輪、２１…操舵角センサ、２２…トルクセンサ、２３…車速センサ、２４…ヨーレートセンサ、１００…コントローラ、１１０…目標操舵反力設定部、１１１…補正部、１２０…グリップ状態量特定部

Claims (4)

1. 車両に搭載され、操舵ハンドルに付与すべき目標操舵反力を操舵角及び車速に基づいて設定し、前記目標操舵反力を付与する反力制御を行う車両用操舵装置であって、
   前記車両のグリップ状態の程度を示すグリップ状態量に応じて前記目標操舵反力を補正する補正手段を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記グリップ状態量を特定する特定手段を更に備え、
   前記補正手段は、前記特定されたグリップ状態量に応じて前記目標操舵反力を補正する請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記目標操舵反力は、前記操舵角に応じて設定されるばね成分と、前記操舵角の変化速度に応じて設定される減衰成分とを含み、
   前記補正手段は、前記ばね成分及び前記減衰成分のうち少なくとも一の成分を補正する請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記補正手段は、前記グリップ状態量に応じて補正係数を決定し、該決定した補正係数を前記目標操舵反力に掛けることにより、前記目標操舵反力を補正する請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。

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