JP2012224249A - ステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の挙動に応じた的確な操舵反力トルクを付与するとともに、運転者が中立位置を超える急速なステアリング操作を行った場合であっても、ステアリングの操作性を良好に維持することが可能なステアリング制御装置を提供する。
【解決手段】コントローラ１３のＣＰＵ１５は、記憶部１４から最新の操舵角と第１操舵反力トルクと第２操舵反力トルクとを読み出し、操舵角の符号と第１操舵反力トルクとの符号とが異なり、第１操舵反力トルクの絶対値が第２操舵反力トルクの絶対値よりも小さい場合には、モータ７に第１操舵反力トルクを発生させ、操舵角の符号と第１操舵反力トルクとの符号とが異なり、第１操舵反力の絶対値が第２操舵反力の絶対値以上の場合には、モータ７に第２操舵反力トルクを発生させ、操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが同じ場合には、モータ７にトルクを発生させない。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリングホイールに操舵反力トルクを付与するステアリング制御装置に関する。

特開２００９−１３７５１６号公報には、ステアリングへの入力回転角、車速、車輪の切れ角、ヨー角速度などを取得して車両運動を表した車両モデルに基づいて反力トルクを演算し、演算した反力トルクがステアリングに付与されるようにモータに対する制御を行う操舵装置が記載されている。

特開２００９−１３７５１６号公報

しかし、中立位置へ向かって作用する操舵反力トルクを上記従来の装置のように演算式によって算出し、算出した操舵反力トルクをステアリングホイールに付与する場合、トルクの算出に所定の時間を要するため、例えば切り返し操作のように中立位置を超える急速なステアリング操作が行われると、トルクの算出中にステアリングホイールが中立位置を超えてしまう可能性が生じる。この場合、中立位置を超えたステアリングホイールに対しては、中立位置へ向かうトルクを付与すべきであるにも拘わらず、中立位置から離間する方向へのトルクが付与されてしまう。このため、運転者が操舵フィーリングに違和感を覚え、ステアリング操作性が低下する可能性が生じる。また、車両の挙動に応じた的確な操舵反力トルクの算出は、取得する情報量の増大や演算式の複雑化による算出時間の増大を招くため、上記不都合が発生し易くなる。

そこで、本発明は、車両の挙動に応じた的確な操舵反力トルクを付与するとともに、運転者が中立位置を超える急速なステアリング操作を行った場合であっても、ステアリングの操作性を良好に維持することが可能なステアリング制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、中立位置に対して一側及び他側に回転操作されるステアリングホイールに操舵反力トルクを付与するステアリング制御装置であって、トルク発生手段と操舵角検出手段と車両情報検出手段と操舵反力算出手段と制御手段とを備える。

トルク発生手段は、ステアリングホイールに対してトルクを付与する。操舵角検出手段は、ステアリングホイールの回転操作に応じて変動する車両の操舵角を逐次検出する。車両情報検出手段は、車両の挙動に関する情報を検出する。操舵反力算出手段は、操舵角検出手段が検出した操舵角と車両情報検出手段が検出した情報とを取得し、取得した操舵角及び情報と所定の演算式とを用いて、中立位置へ向かって作用する第１操舵反力トルクを算出し、その算出結果を出力する。制御手段は、操舵反力算出手段が操舵角検出手段から取得した操舵角と、この操舵角に基づく第１操舵反力トルクを操舵反力算出手段が算出して出力したときに操舵角検出手段が検出した操舵角とが、中立位置に対して同側である第１の状態では、第１操舵反力トルクをトルク発生手段に発生させ、中立位置に対して異なる側に分かれている第２の状態では、第１操舵反力トルクと同方向のトルクをトルク発生手段に発生させない。

上記構成では、操舵反力算出手段が第１操舵反力トルクを算出するために取得した操舵角（算出前の操舵角）とこの操舵角を用いて第１操舵反力トルクを算出してその算出結果を出力したときの操舵角（算出後の操舵角）とが、ステアリングホイールの中立位置の操舵角に対して同側である第１の状態では、算出前の操舵角及び車両の挙動に関する情報を用いて算出された第１操舵反力トルクがステアリングホイールに付与される。一方、算出前の操舵角と算出後の操舵角とが中立位置の操舵角に対して異なる側に分かれている第２の状態では、第１操舵反力トルクと同方向の操舵反力トルクはステアリングホイールに付与されない。すなわち、第１操舵反力トルクの算出中にステアリングホイールが中立位置を超えない場合には、第１操舵反力トルクがステアリングホイールに付与され、中立位置を超えた場合には、第１操舵反力トルクと同方向の操舵反力トルクはステアリングホイールに付与されない。なお、所定の演算式は、ステアリングホイールが中立位置にあるときの第１操舵反力トルク及び車両が停車しているときの第１操舵反力トルクの何れもが常に「０」と算出されるように設定される。

従って、ステアリングホイールが中立位置を超えた瞬間に、第１操舵反力トルクと同方向（中立位置から離間する方向）に作用するトルクによってステアリング操作が急に補助されてしまうことがなく、運転者は、中立位置を超える急速なステアリング操作を行った場合であっても、操舵フィーリングに違和感を覚えず、ステアリング操作を良好に維持することができる。

また、第１操舵反力トルクの算出中にステアリングホイールが中立位置を超えない場合には、第１操舵反力トルクがステアリングホイールに付与されるので、運転者は、車両の挙動に応じた第１操舵反力トルクの付与によって、ステアリング操作を良好に維持することができる。

また、制御手段は、第２の状態ではトルク発生手段にトルクを発生させなくてもよい。

上記構成では、第２の状態、つまり第１操舵反力トルクの算出中にステアリングホイールが中立位置を超えた場合には、ステアリングホイールには操舵反力トルクが付与されない。このため、運転者は、中立位置を超える急速なステアリング操作を行った場合であっても、車両の挙動に応じた的確な操舵反力トルクの付与によって、ステアリング操作を良好に維持することができる。

また、上記ステアリング制御装置は、中立位置へ向かって作用する第２操舵反力トルクが操舵角に対応して予め設定された操舵反力情報を記憶する記憶手段を備えてもよい。この場合、制御手段は、操舵角検出手段が検出した操舵角に対応する第２操舵反力トルクを、操舵反力情報を参照して取得し、第１の状態において、取得した第２操舵反力トルクの絶対値の方が第１操舵反力トルクの絶対値よりも小さい場合には、第２操舵反力トルクをトルク発生手段に発生させる。

上記構成では、第１の状態、つまり第１操舵反力トルクの算出中にステアリングホイールが中立位置を超えない場合において、第２操舵反力トルクの絶対値の方が第１操舵反力トルクの絶対値よりも小さいときには、算出後の操舵角に基づいて決定された第２操舵反力トルクがステアリングホイールに付与される。なお、操舵反力情報を参照した操舵角に対応する第２操舵反力トルクの取得に要する時間は、上述の演算式を用いた第１操舵反力トルクの算出に要する時間に比べて極めて短い。また、操舵反力情報は、操舵角に対応する第２操舵反力トルクが車両の挙動（例えば車速）毎に設定され、車両が走行しているときの中立位置の操舵角又は車両が停止しているときの全ての操舵角に対応する第２操舵反力トルクが「０」となるように設定される。

このように、ステアリングホイールには車両の挙動に応じた的確な操舵反力トルクが付与され、また、操舵反力トルクは、操舵角の連続的な変化とともに連続的に変化するので、運転者は、中立位置を超えるステアリング操作を行った場合であっても、ステアリング操作を良好に維持することができる。

本発明によれば、車両の挙動に応じた的確な操舵反力トルクを付与するとともに、運転者が中立位置を超える急速なステアリング操作を行った場合であっても、ステアリングの操作性を良好に維持することができる。

一実施形態のステアリング制御装置が設けられた車両の模式図である。 一実施形態のステアリング制御装置の構成図である。 一実施形態のモータ制御処理を示すフローチャートである。 一実施形態のステアリングホイールに付与される操舵反力トルクを示す概念図である。

以下、本発明の一実施形態のステアリング制御装置１について、図面を参照して説明する。図１は、一実施形態のステアリング制御装置が設けられた車両の模式図である。図２は、一実施形態のステアリング制御装置の構成図である。図３は、一実施形態のモータ制御処理を示すフローチャートである。図４は、一実施形態のステアリングホイールに付与される操舵反力トルクを示す概念図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態のステアリング制御装置１は、操舵機構３と転舵機構４とが機械的に分離されたステアバイワイヤ方式のステアリングシステム２を備えた車両に設けられ、ステアリングホイール５とモータ７と操舵角センサ８と車速センサ９とヨーレートセンサ１０と前後加速度センサ１１と横加速度センサ１２とコントローラ１３とを備える。

ステアリングホイール５は、車室内の運転席前部に設けられ、運転者によって回転操作される。ステアリングホイール５は、ステアリングシャフト６の一端に回転可能に支持される。

モータ７は、出力軸がステアリングシャフト６の他端に連結される。モータ７は、コントローラ１３によって動作を制御されて所望のトルクを出力し、ステアリングホイール５に付与する。すなわち、モータ７は、ステアリングホイール５に対してトルクを付与するトルク発生手段として機能する。

操舵角センサ８は、運転者が回転操作したステアリングホイール５の操舵角を逐次検出し、検出した操舵角をコントローラ１３へ出力する。すなわち、操舵角センサ８は、ステアリングホイール５の回転操作に応じて変動する車両の操舵角を逐次検出する操舵角検出手段として機能する。なお、本実施形態では、ステアリングホイール５が中立位置のときの操舵角を０°、中立位置に対して右側の操舵角の符号を正、左側の操舵角の符号を負と設定する。

車速センサ９は、車両の速度（車速）を逐次検出し、検出した車速をコントローラ１３へ出力する。

ヨーレートセンサ１０は、車両のヨーレートを逐次検出し、検出したヨーレートをコントローラ１３へ出力する。

前後加速度センサ１１は、車両の前後方向の加速度（前後加速度）を逐次検出し、検出した前後加速度をコントローラ１３へ出力する。

横加速度センサ１２は、車両の横方向の加速度（横加速度）を逐次検出し、検出した横加速度をコントローラ１３へ出力する。すなわち、車速センサ９、ヨーレートセンサ１０、前後加速度センサ１１及び横加速度センサ１２は、車両の挙動に関する情報を検出する車両情報検出手段として機能する。

コントローラ１３は、記憶部１４とＣＰＵ（Central Processing Unit）１５とを有する。記憶部１４は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などの記録媒体によって構成され、ＣＰＵ１５が各種処理を実行するための各種プログラムや各種データが記憶されている。各種プログラムには、ＣＰＵ１５が演算処理を実行するための演算処理実行プログラム及びモータ制御処理を実行するためのモータ制御処理実行プログラムが含まれる。演算処理実行プログラムには、各センサ８〜１２が検出した検出値を用いて第１操舵反力トルクを算出する所定の演算式が含まれる。所定の演算式は、操舵角０°又は車速０km/hを用いて算出される第１操舵反力トルクが「０」となり、右回転方向に作用する第１操舵反力トルクの符号が正、左回転方向に作用する第１操舵反力トルクの符号が負となるように設定される。各種データには、操舵角と車速とに対応する第２操舵反力トルクを示す第２操舵反力マップ（操舵反力情報）が含まれる。第２操舵反力マップは、操舵角０°又は車速０km/hに対応する第２操舵反力トルクが「０」となり、右回転方向に作用する第２操舵反力トルクの符号が正、左回転方向に作用する第２操舵反力トルクの符号が負となるように設定される。また、記憶部１４は、各種検出値や情報などが読み書き自在に記憶される記憶領域を有する。すなわち、記憶部１４は、第２操舵反力トルクが操舵角に対応して予め設定された第２操舵反力マップが記憶された記憶手段として機能する。

ＣＰＵ１５は、受信部１６、演算部１７、決定部１８、判定部１９及び制御部２０として機能する。受信部１６は、操舵角センサ８が検出した操舵角、車速センサ９が検出した車速、ヨーレートセンサ１０が検出したヨーレート、前後加速度センサ１１が検出した前後加速度及び横加速度センサ１２が検出した横加速度を入力し、入力した各検出値を記憶部１４に逐次更新して記憶する。

演算部１７は、記憶部１４に記憶された操舵角、車速、ヨーレート、前後加速度及び横加速度を読み出し、読み出した各検出値を予め設定された所定の演算式に代入することによって、各検出値に対応する第１操舵反力トルクを算出し、算出した第１操舵反力トルクを記憶部１４に逐次更新して記憶する。すなわち、演算部１７は、各センサ８〜１２が検出した検出値を取得し、取得した各検出値と所定の演算式とを用いて第１操舵反力トルクを算出し、その算出結果を出力する操舵反力算出手段として機能する。

決定部１８は、記憶部１４に記憶された操舵角及び車速を読み出し、記憶部１４に記憶された第２操舵反力マップを参照して、読み出した操舵角及び車速に対応する第２操舵反力トルクを決定し、決定した第２操舵反力トルクを記憶部１４に逐次更新して記憶する。

判定部１９は、記憶部１４に記憶された操舵角、第１操舵反力トルク及び第２操舵反力トルクを読み出し、読み出した操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが異なるか否かを判定する。操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが異なる場合には、第１操舵反力トルクの絶対値が第２操舵反力トルクの絶対値より小さいか否かを判定する。

制御部２０は、操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが異なり、且つ第１操舵反力トルクの絶対値が第２操舵反力トルクの絶対値より小さいと判定部１９が判定した場合には、モータ７に第１操舵反力トルクを発生させる。一方、操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが異なり、且つ第１操舵反力トルクの絶対値が第２操舵反力トルクの絶対値以上であると判定部１９が判定した場合には、制御部２０は、モータ７に第２操舵反力トルクを発生させる。また、操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが同じであると判定部１９が判定した場合には、制御部２０は、モータ７にトルクを発生させない（モータ７の発生トルクを「０」に設定する）。すなわち、決定部１８、判定部１９及び制御部２０は、操舵角と第１操舵反力トルクと第２操舵反力トルクとに応じて、ステアリングホイール５に付与する操舵反力トルクを決定し、決定した操舵反力トルクをモータ７に発生させる制御手段として機能する。

次に、ＣＰＵ１５が実行するモータ制御処理について図３を参照して説明する。本処理は、車両のイグニッションキーがＯＮ状態のとき、所定時間毎に繰り返して実行される。

本処理が開始されると、判定部１９は、記憶部１４から操舵角と第１操舵反力トルクと第２操舵反力トルクとを読み出し、読み出した操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが異なるか否かを判定する（ステップＳ１）。

操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが異なる場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）には、判定部１９は、第１操舵反力トルクの絶対値が第２操舵反力トルクの絶対値より小さいか否かを判定する（ステップＳ２）。

第１操舵反力トルクの絶対値が第２操舵反力トルクの絶対値より小さい場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、制御部２０は、モータ７に第１操舵反力トルクを発生させる（ステップＳ３）。

一方、第１操舵反力トルクの絶対値が第２操舵反力トルクの絶対値以上である場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、制御部２０は、モータ７に第２操舵反力トルクを発生させる（ステップＳ４）。

また、操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが同じ場合（ステップＳ１：ＮＯ）には、制御部２０は、モータ７にトルクを発生させない（ステップＳ５）。

次に、本実施形態のステアリング制御装置１を用いたときのステアリングホイール５に付与される操舵反力トルクについて図４を参照して説明する。図４は、中立位置の左側から右側へ向かって急速にステアリング操作された場合の操舵角や操舵反力トルクを示し、曲線Ｌ１は、ステアリングホイール５に付与される操舵反力トルクを示し、曲線Ｌ２は操舵角を示し、曲線Ｌ３は第１操舵反力トルクを示し、曲線Ｌ４は第２操舵反力トルクを示す。また、図４の横軸は、時間を示し、縦軸は操舵角又は操舵反力トルクを示す。

図４に示すように、ステアリングホイール５に付与される操舵反力トルクは、中立位置の近傍を除く回転領域では、第１操舵反力トルクであり、中立位置近傍の回転領域のうち中立位置手前の回転領域では、第１操舵反力トルクであり、中立位置近傍の回転領域のうち中立位置を超えた回転領域では、「０」である。これをステアリングホイール５の回転位置の変化に従って説明すると、ステアリングホイール５に付与される操舵反力トルクは、順に、右回転方向に作用して大きさが連続的に小さく変化する第１操舵反力トルク、右回転方向に作用して大きさが連続的に小さく「０」まで変化する第２操舵反力トルク、「０」、左回転方向に作用して大きさが「０」から連続的に大きく変化する第１操舵反力トルクとなる。

このように、ステアリングホイール５が中立位置を超えた瞬間に、第１操舵反力トルクと同方向（中立位置から離間する方向）に作用するトルクによってステアリング操作が急に補助されてしまうことがなく、運転者は、中立位置を超える急速なステアリング操作を行った場合であっても、操舵フィーリングに違和感を覚えず、ステアリング操作を良好に維持することができる。

また、中立位置の近傍を除く回転領域では、第１操舵反力トルクがステアリングホイール５に付与されるので、運転者は、車両の挙動に応じた第１操舵反力トルクの付与によって、ステアリング操作を良好に維持することができる。

また、操舵反力トルクは、ステアリングホイール５の回転位置の連続的な変化とともに連続的に変化するので、運転者は、中立位置を超えるステアリング操作を行った場合であっても、ステアリング操作を良好に維持することができる。

なお、ステアリングホイール５に対してトルクを付与するのは、モータ７に限定されず、アクチュエータなどであってもよい。

また、操舵角の符号と第１操舵反力トルクの符号とが同じである場合に制御部２０が設定するモータ７の発生トルクは、「０」に限定されず、操舵角の符号と相違する符号の所定トルクであってもよい。

また、車両の挙動に関する情報は、操舵角、車速、ヨーレート、前後加速度及び横加速度に限定されず、他の情報を含んでもよく、またこれらの一部を含んでもよい。

また、第２操舵反力マップには、任意の操舵角に対応する第２操舵反力トルクが示されることに限定されず、中立位置を含む所定の範囲内の操舵角のみに対応する第２操舵反力トルクのみが示されてもよい。

また、ＣＰＵ１５が実行する各種処理は、ステアバイワイヤ方式のステアリングシステム２における操舵反力トルクの制御において適用することに限定されず、操舵機構と転舵機構とが機械的に連結された電動パワーステアリングシステムにおける運転者のステアリング操作を補助するアシストトルクの制御において、アシストトルクの決定などに適用してもよい。

上記実施形態は、本発明の一例であり、本発明を逸脱しない範囲において変更可能である。

本発明は、ステアリングシステムの操舵制御に有効である。

１：ステアリング制御装置
２：ステアリングシステム
３：操舵機構
４：転舵機構
５：ステアリングホイール
６：ステアリングシャフト
７：モータ（トルク発生手段）
８：操舵角センサ（操舵角検出手段）
９：車速センサ（車両情報検出手段）
１０：ヨーレートセンサ（車両情報検出手段）
１１：前後加速度センサ（車両情報検出手段）
１２：横加速度センサ（車両情報検出手段）
１３：コントローラ
１４：記憶部（記憶手段）
１５：ＣＰＵ（Central Processing Unit）
１６：受信部
１７：演算部（演算手段）
１８：決定部（制御手段）
１９：判定部（制御手段）
２０：制御部（制御手段）

Claims (3)

1. 中立位置に対して一側及び他側に回転操作されるステアリングホイールに操舵反力トルクを付与するステアリング制御装置であって、
   前記ステアリングホイールに対してトルクを付与するトルク発生手段と、
   前記ステアリングホイールの回転操作に応じて変動する車両の操舵角を逐次検出する操舵角検出手段と、
   前記車両の挙動に関する情報を検出する車両情報検出手段と、
   前記操舵角検出手段が検出した操舵角と前記車両情報検出手段が検出した情報とを取得し、取得した操舵角及び情報と所定の演算式とを用いて、前記中立位置へ向かって作用する第１操舵反力トルクを算出し、その算出結果を出力する操舵反力算出手段と、
   前記操舵反力算出手段が前記操舵角検出手段から取得した前記操舵角と、この操舵角に基づく前記第１操舵反力トルクを前記操舵反力算出手段が算出して出力したときに前記操舵角検出手段が検出した操舵角とが、前記中立位置に対して同側である第１の状態では、前記第１操舵反力トルクを前記トルク発生手段に発生させ、前記中立位置に対して異なる側に分かれている第２の状態では、前記第１操舵反力トルクと同方向のトルクを前記トルク発生手段に発生させない制御手段と、を備えた
   ことを特徴とするステアリング制御装置。
2. 請求項１に記載のステアリング制御装置であって、
   前記制御手段は、前記第２の状態では前記トルク発生手段にトルクを発生させない
   ことを特徴とするステアリング制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のステアリング制御装置であって、
   前記中立位置へ向かって作用する第２操舵反力トルクが操舵角に対応して予め設定された操舵反力情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記操舵角検出手段が検出した操舵角に対応する第２操舵反力トルクトルクを、前記操舵反力情報を参照して取得し、前記第１の状態において、前記取得した第２操舵反力トルクの絶対値の方が前記第１操舵反力トルクの絶対値よりも小さい場合には、前記第２操舵反力トルクを前記トルク発生手段に発生させる
   ことを特徴とするステアリング制御装置。

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