JP2012131427A - 車両のパワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバが、広い運転領域で操舵輪のグリップ状況を舵力インフォメーションとして舵力で感じとりながら安心して適切な運転を行う。
【解決手段】操舵制御部は、ハンドル角と車速に応じて車両の運動モデルに基づき目標横加速度Ｇｙｔを算出し、実際の横加速度と目標横加速度Ｇｙｔとの偏差（横加速度偏差）ΔＧｙを算出し、操舵速度の絶対値と車速とに応じて現在の操舵状態がドライバが舵力をフィードバックして操舵している状態か否か判定し、ドライバが舵力をフィードバックして操舵している状態と判定し、且つ、横加速度偏差ΔＧｙが予め設定しておいた設定値ＣＧ以上の場合は、車速と操舵トルクを基に設定する基本アシストトルクＴｂを増加する方向に補正して、この補正した基本アシストトルクＴｂをアシストトルクＴａとしてモータ駆動部に出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドライバの操舵トルクのアシストトルクを適切に制御する車両のパワーステアリング制御装置に関する。

近年、車両においては、ドライバの操舵トルクのアシストトルクを適切に制御する様々なパワーステアリング制御装置が提案されている。例えば、特開２００８−８７７６３号公報（以下、特許文献１）では、操舵トルクと車速に応じてアシストトルクを設定するパワーステアリング制御装置において、ヨーレート偏差または横加速度偏差が車両の操舵不安定（アンダステアまたはオーバステア）の増大に対応して増加するとき、実際に車両の安定性が失われる前に、ドライバが感じる路面による反作用フィードバックを低減し、最終的な操舵不安定に至る前にドライバが適切な時点で適正に修正することができるように、アシストトルクに追加する補正トルクをヨーレート偏差または横加速度偏差に基づいて生成する電動パワーステアリング装置の技術が開示されている。

特開２００８−８７７６３号公報

一般に、ドライバが舵力をフィードバックしつつ操舵して、操舵輪のグリップ状況を舵力インフォメーションとして舵力で感じとりながら、上述の特許文献１に開示されるような、アンダステアまたはオーバステアとなる領域よりも広い領域で運転できれば、ドライバは、安心して適切な運転を行うことができる。しかしながら、一般的なステアリングでは、操舵輪のグリップ飽和よりも先にセルフアライニングトルクが飽和するため、広い運転領域で操舵輪のグリップ状況を舵力で感じ取るのが難しいという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライバが、広い運転領域で操舵輪のグリップ状況を舵力インフォメーションとして舵力で感じとりながら、安心して適切な運転を行うことができる車両のパワーステアリング制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両のパワーステアリング制御装置の一態様は、車両の運転状態に応じて操舵トルクのアシストトルクを基本アシストトルクとして設定する基本アシストトルク設定手段と、車両の操舵状態に応じて舵力をフィードバックして操舵しているか否かを判定するフィードバック操舵判定手段と、操舵輪のグリップ状態が予め設定する非線形領域にあるか否か判定するグリップ状態判定手段と、上記フィードバック操舵判定手段で舵力をフィードバックして操舵していると判定し、且つ、上記グリップ状態判定手段で操舵輪のグリップ状態が予め設定する非線形領域にあると判定した場合、上記基本アシストトルクを増加する方向に補正するアシストトルク補正手段と、上記アシストトルク補正手段で補正した基本アシストトルクで操舵トルクをアシストするアクチュエータを駆動制御するステアリング制御手段とを備えた。

本発明による車両のパワーステアリング制御装置によれば、ドライバが、広い運転領域で操舵輪のグリップ状況を舵力インフォメーションとして舵力で感じとりながら、安心して適切な運転を行うことが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の操舵系の構成説明図である。 本発明の実施の一形態に係るパワーステアリング制御プログラムのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る基本アシストトルクの特性の一例を示す説明図である。 本発明の実施の一形態に係るフィードバック操舵領域の説明図である。 本発明の実施の一形態に係るアシストトルク補正ゲインの説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は電動パワーステアリング装置を示し、この電動パワーステアリング装置１は、ステアリング軸２が、図示しない車体フレームにステアリングコラム３を介して回動自在に支持されており、その一端が運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部には、ステアリングホイール４が固設され、また、エンジンルーム側へ延出する端部には、ピニオン軸５が連設されている。

エンジンルームには、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６にラック軸７が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸７に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオン（図示せず）が噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構が形成されている。

また、ラック軸７の左右両端はステアリングギヤボックス６の端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド８を介してフロントナックル９が連設されている。このフロントナックル９は、操舵輪としての左右輪１０Ｌ，１０Ｒを回動自在に支持すると共に、キングピン（図示せず）を介して車体フレームに転舵自在に支持されている。

従って、ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸７が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル９がキングピン（図示せず）を中心に回動して、左右輪１０Ｌ，１０Ｒが左右方向へ転舵される。

また、ピニオン軸５にアシスト伝達機構１１を介して、電動モータ１２が連設されており、この電動モータ１２にてステアリングホイール４に加える操舵トルクをアシストする。電動モータ１２は、後述する操舵制御部２０で設定される制御量（本実施の形態ではアシストトルクＴａ）でモータ駆動部２１を介して駆動制御される。尚、制御量は、アシストトルクＴａに対応する電流値であっても良い。

操舵制御部２０には、車速Ｖを検出する車速センサ３１、ハンドル角θＨを検出するハンドル角センサ３２、ステアリングホイール４に加えられた操舵トルクＴｓを検出する操舵トルクセンサ３３、横加速度Ｇｙｓを検出する横加速度センサ３４が接続されている。

そして、操舵制御部２０は、ハンドル角θＨと車速Ｖに応じて車両の運動モデルに基づき目標横加速度Ｇｙｔを算出し、実際の横加速度Ｇｙｓと目標横加速度Ｇｙｔとの偏差（横加速度偏差）ΔＧｙを算出し、操舵速度の絶対値｜ｄθＨ／ｄｔ｜と車速Ｖとに応じて現在の操舵状態がドライバが舵力をフィードバックして操舵している状態か否か判定し、ドライバが舵力をフィードバックして操舵している状態と判定し、且つ、横加速度偏差ΔＧｙが予め設定しておいた設定値ＣＧ以上の場合は、車速Ｖと操舵トルクＴｓを基に設定する基本アシストトルクＴｂを増加する方向に補正して、この補正した基本アシストトルクＴｂを制御量（アシストトルクＴａ）としてモータ駆動部２１に出力するように構成されている。このように、操舵制御部２０は、基本アシストトルク設定手段、フィードバック操舵判定手段、グリップ状態判定手段、アシストトルク補正手段、ステアリング制御手段としての機能を有して構成されている。

次に、上述の操舵制御部２０で実行されるパワーステアリング制御を、図２のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要なパラメータ、すなわち、車速Ｖ、ハンドル角θＨ、操舵トルクＴｓ、横加速度Ｇｙｓが読み込まれる。

次に、Ｓ１０２に進み、予め設定しておいたマップ（例えば、図３に示す）を参照して、車速Ｖと操舵トルクＴｓを基に基本アシストトルクＴｂを設定する。

次いで、Ｓ１０３に進み、例えば、以下の（１）式により、車両の運動モデルに基づく目標横加速度Ｇｙｔを算出する。
Ｇｙｔ＝（１／（１＋Ａ・Ｖ^２））・（Ｖ^２／Ｂ）・（θＨ／ｎ） …（１）
ここで、Ａ、Ｂは車両固有のパラメータ、ｎはステアリングギヤ比である。

次に、Ｓ１０４に進んで、以下の（２）式により、実際の横加速度Ｇｙｓと目標横加速度Ｇｙｔとの偏差（横加速度偏差）ΔＧｙを算出する。
ΔＧｙ＝Ｇｙｔ−Ｇｙｓ …（２）
次いで、Ｓ１０５に進み、予め設定しておいたフィードバック操舵領域のマップ（例えば、図４に示す）を参照して、操舵速度の絶対値｜ｄθＨ／ｄｔ｜と車速Ｖとに応じて現在の操舵状態がドライバが舵力をフィードバックして操舵している状態か否か判定する。

フィードバック操舵領域は、図４に示すように、車速ＶがＬＶより小さい極低速の領域、及び、操舵速度の絶対値｜ｄθＨ／ｄｔ｜がＬθＨよりも大きい領域では、ドライバが舵力をフィードバックして運転していない領域に設定されている。

尚、ドライバが舵力をフィードバックして運転しているか否かの判定は、他の手法により判定するようにしても良い。例えば、カメラ等の特別なデバイスを設け、予め設定しておいたドライバモデルとハンドル角、操舵トルク、コース情報等を比較することにより判定するようにしても良い。

そして、Ｓ１０６に進むと、Ｓ１０５でのフィードバック判定処理の結果が、フィードバック操舵を実行か否か判定される。このＳ１０６の判定の結果、フィードバック操舵を実行と判定された場合は、Ｓ１０７に進み、横加速度偏差ΔＧｙが予め実験、演算等により設定しておいた設定値ＣＧ以上（ΔＧｙ≧ＣＧ）か否か判定される。

Ｓ１０７の判定の結果、ΔＧｙ≧ＣＧであって、操舵輪のグリップ状態が非線形領域に入ってきていると判定した場合は、ドライバが操舵するうえで、操舵輪のグリップ状況を舵力で感じとれるようにアシスト力を向上させるべく、Ｓ１０８に進んで、アシストトルク補正ゲインＧａを、横加速度Ｇｙｓと車速Ｖに応じ、予め設定しておいたマップ（例えば、図５に示す）を参照して設定する。

このアシストトルク補正ゲインＧａは、後述するように、大きな値ほど、アシスト力が大きくなるように補正するゲインとなっており、図５に示すように、車速Ｖが低速な領域では、アシスト力を増加補正する必要がないため、略０に設定される。また、所定以上の高速領域では、アシスト力を増加しすぎると、却って、不安定さを生じる可能性があるため、アシスト力の増加を抑制するようになっている。

次いで、Ｓ１０９に進むと、アシストトルク補正量ΔＴａを、以下の（３）式により算出する。
ΔＴａ＝Ｇａ・ΔＧｙ …（３）
一方、上述のＳ１０６でフィードバック操舵を実行していないと判定された場合、或いは、Ｓ１０７でΔＧｙ＜ＣＧであって、操舵輪のグリップに余裕があると判断された場合は、Ｓ１１０に進んで、ΔＴａ＝０とする。

そして、Ｓ１０９、或いは、Ｓ１１０でアシストトルク補正量ΔＴａを設定した後は、Ｓ１１１に進み、以下の（４）式により、アシストトルクＴａを算出し、モータ駆動部２１に出力してプログラムを抜ける。
Ｔａ＝Ｔｂ＋ΔＴａ …（４）
このように本発明の実施の形態によれば、ハンドル角θＨと車速Ｖに応じて車両の運動モデルに基づき目標横加速度Ｇｙｔを算出し、実際の横加速度Ｇｙｓと目標横加速度Ｇｙｔとの偏差（横加速度偏差）ΔＧｙを算出し、操舵速度の絶対値｜ｄθＨ／ｄｔ｜と車速Ｖとに応じて現在の操舵状態がドライバが舵力をフィードバックして操舵している状態か否か判定し、ドライバが舵力をフィードバックして操舵している状態と判定し、且つ、横加速度偏差ΔＧｙが予め設定しておいた設定値ＣＧ以上の場合は、車速Ｖと操舵トルクＴｓを基に設定する基本アシストトルクＴｂを増加する方向に補正するようになっている。このため、ドライバが、広い運転領域で操舵輪のグリップ状況を舵力インフォメーションとして舵力で感じとりながら、安心して適切な運転を行うことが可能となる。

すなわち、一般的なステアリングでは、操舵輪のグリップ飽和より先にセルフアライニングトルクが飽和するため、操舵輪のグリップ状況を舵力で感じ取るのが難しい。それに対し、グリップ飽和状況に応じて電動パワステアリングのアシスト力を大きくして舵力を抜く（軽くする）ことで、安心感のある操舵フィーリングが得られる。しかしこれは、ドライバが舵力をフィードバックしつつ操舵している時のみであり、フィードフォワード的な操舵をする場合はハンドルを切りすぎることで車の挙動が乱れ、逆に安心感が損なわれる場合もある。

尚、本発明の実施の形態では、基本アシストトルクＴｂにアシストトルク補正量ΔＴａを加算することにより補正してアシストトルクＴａを算出するようになっているが、基本アシストトルクＴｂの補正はこれに限るものではなく、例えば、基本アシストトルクＴｂに補正係数を乗算することにより補正するものであっても良い。

１ 電動パワーステアリング装置
４ ステアリングホイール
５ ピニオン軸
１１ アシスト伝達機構
１２ 電動モータ
２０ 操舵制御部（基本アシストトルク設定手段、フィードバック操舵判定手段、グリップ状態判定手段、アシストトルク補正手段、ステアリング制御手段）
２１ モータ駆動部
３１ 車速センサ
３２ ハンドル角センサ
３３ 操舵トルクセンサ
３４ 横加速度センサ

Claims (5)

1. 車両の運転状態に応じて操舵トルクのアシストトルクを基本アシストトルクとして設定する基本アシストトルク設定手段と、
   車両の操舵状態に応じて舵力をフィードバックして操舵しているか否かを判定するフィードバック操舵判定手段と、
   操舵輪のグリップ状態が予め設定する非線形領域にあるか否か判定するグリップ状態判定手段と、
   上記フィードバック操舵判定手段で舵力をフィードバックして操舵していると判定し、且つ、上記グリップ状態判定手段で操舵輪のグリップ状態が予め設定する非線形領域にあると判定した場合、上記基本アシストトルクを増加する方向に補正するアシストトルク補正手段と、
   上記アシストトルク補正手段で補正した基本アシストトルクで操舵トルクをアシストするアクチュエータを駆動制御するステアリング制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両のパワーステアリング制御装置。
2. 上記フィードバック操舵判定手段は、現在の車両の操舵状態が、操舵速度の絶対値と車速とに応じて予め設定しておいた操舵領域にある場合に上記舵力をフィードバックして操舵していると判定することを特徴とする請求項１記載の車両のパワーステアリング制御装置。
3. 上記グリップ状態判定手段は、車両の運転状態に応じて車両の運動モデルに基づき算出する目標横加速度と実際の横加速度の偏差が予め設定しておいた閾値以上の場合に上記操舵輪のグリップ状態が予め設定する非線形領域にあると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両のパワーステアリング制御装置。
4. 上記アシストトルク補正手段は、少なくとも車両の運転状態を応じて車両の運動モデルに基づき算出する目標横加速度と実際の横加速度の偏差に応じて上記基本アシストトルクを補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに一つに記載の車両のパワーステアリング制御装置。
5. 上記アシストトルク補正手段は、上記実際の横加速度と車速に応じてゲインを設定し、上記目標横加速度と上記実際の横加速度の偏差に上記ゲインを乗算して上記基本アシストトルクを補正することを特徴とする請求項４記載の車両のパワーステアリング制御装置。

Images