JP2012236466A - ステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行安定性を向上させることが可能なステアリング制御装置の提供。
【解決手段】位相検出部１８は、操舵輪側で発生する実舵角θｂがステアリングホイール側で発生する操舵角θａに対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定し、実舵角θｂが進み位相状態である場合、モータベクトル制御部１７は、上記一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクを発生させる指令信号をモータ３へ出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイールに制動トルクを付与するステアリング制御装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、タイヤと路面との摩擦によって大きな操舵力が必要となる場合に、運転者の操舵操作を補助するためのアシストトルクをモータによって付与する。

特開２００９−１７９０９６号公報

ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結されている場合、車両の走行中に操舵輪のタイヤが路面から受ける外力は、ステアリング機構を介してステアリングホイールに伝達される。例えば、運転者がステアリングホイールを中立位置に保持する車両の直進走行中において、輪舵角を回転させようとする外力が路面からタイヤへ入力すると、その回転力がステアリングホールに伝達され、ステアリングホイールが従動回転する。このため、タイヤへ入力する外力が増大し、ステアリングホイールの従動回転量が増大すると、運転者に不安感を与えてしまう可能性が生じる。また、外力がタイヤに頻繁に入力すると、運転者は修正操舵を頻繁に行わなければならず、走行安定性が損なわれる可能性が生じる。

そこで、本発明は、車両の走行安定性を向上させ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、ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結され、ステアリングホイールの回転に応じた舵角で操舵輪が転舵する車両のステアリング制御装置であって、トルク発生手段と第１検出手段と第２検出手段と進み位相判定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。第１検出手段は、ステアリングホイール側で発生する舵角を操舵角として検出する。第２検出手段は、操舵輪側で発生する舵角を実舵角として検出する。進み位相判定手段は、第２検出手段が検出した実舵角が、第１検出手段が検出した操舵角に対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する。制御手段は、実操舵角が進み位相状態であると進み位相判定手段が判定したとき、一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクをトルク発生手段に発生させる。

上記構成では、車両の走行中において、輪舵角を回転させようとする外力が路面から操舵輪のタイヤへ入力し、操舵輪側で発生する実舵角がステアリングホイール側で発生する操舵角に対して一方の回転方向へ先行して変化すると、進み位相判定手段は、進み位相状態であると判定し、制御手段は、一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクをトルク発生手段に発生させる。トルク発生手段が発生させる制動トルクは、路面からの外力によるステアリングホイールの従動回転に対する反力として作用するので、路面からの外力（外乱）によるステアリングホイールの従動回転が抑制される。従って、ステアリングホイールの状態が安定し、車両の走行安定性が向上する。

また、上記ステアリング制御装置は、ステアリングホイールが操舵操作されていない非操作状態か否かを判定する操作状態判定手段を備えてもよい。この場合、制御手段は、非操作状態であると操作状態判定手段が判定し、且つ実操舵角が進み位相状態であると進み位相判定手段が判定したとき、制動トルクをトルク発生手段に発生させる。

上記構成では、運転者が操舵操作を行っている間は、制動トルクは発生せず、例えばステアリングホイールを中立位置に保持する車両の直進走行中のように、運転者が操舵操作を行っておらず、且つ実操舵角が進み位相状態となった場合に制動トルクが発生する。従って、ステアリングホイールを積極的に操作する際の操作性を損なうことなく、直進時のステアリングホイールの状態が安定し、車両の走行安定性が向上する。

また、制御手段は、操舵角と実舵角との位相差が大きいほど強い制動トルクを発生させてもよい。

上記構成では、操舵輪のタイヤへ入力する外力が強いほど、操舵角と実舵角との位相差が増大し、発生する制動トルクが強くなるので、路面からの外力によるステアリングホイールの従動回転を的確に抑制することができる。

本発明によれば、車両の走行安定性を向上させることができる。

本発明の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要部模式図である。 図１のステアリング制御装置の機能構成図である。 静止状態での操舵角と実舵角との関係を示す図である。 操舵状態での操舵角と実舵角との関係を示す図であり、（ａ）は左操舵時を、（ｂ）は右操舵時をそれぞれ示す。 該乱入力状態での操舵角と実舵角との関係を示す図であり、（ａ）は左方向への外力の入力時を、（ｂ）は右方向への外力の入力時をそれぞれ示す。 図１のステアリング制御装置が実行する制動トルク発生処理を示すフローチャートである。

以下、本発明のステアリング制御装置をパワーステアリング装置１に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、車両の左右の前輪（操舵輪）ＷＬ，ＷＲは、タイロッド１１を介してラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されている。ラックシャフト１２には、ピニオン（図示省略）を介してステアリングシャフト１３の下端部が連結され、ステアリングシャフト１３の上端部には、ステアリングホール１４が固定されている。ステアリングホイール１４が中立位置に設定されると、左右の前輪ＷＬ、ＷＲがともに前後方向に沿う直進走行状態となり、ステアリングホイール１４が中立位置から左右方向へ回転操作（操舵）されると、ステアリングシャフト１３、ピニオン、ラックシャフト１２及びタイロッド１１を介して、左右の前輪ＷＬ，ＷＲが転舵される。すなわち、ステアリングシャフト１３、ピニオン、ラックシャフト１２及びタイロッド１１は、ステアリングホイール１４と左右の前輪ＷＬ，ＷＲとを連結するステアリング機構２を構成し、ステアリングホイール１４の回転に応じた舵角θで左右の前輪ＷＬ，ＷＲが転舵する。

ステアリング機構２はねじり剛性を有することから、ステアリング機構２で発生する舵角θは、回転力の入力側の方が出力側よりも大きくなる。例えば、ステアリングホイール１４が操舵された場合は、ステアリングホイール１４側で発生する舵角θの方が、前輪ＷＬ，ＷＲ側で発生する舵角θよりも大きくなる。反対に、車両の走行中に前輪ＷＬ，ＷＲを回転させようとする外力が路面から前輪ＷＬ，ＷＲのタイヤ１５へ入力した場合は、前輪ＷＬ，ＷＲ側で発生する舵角θの方がステアリングホイール１４側で発生する舵角θよりも大きくなる。なお、以下では、ステアリングホイール５が中立位置で車両が直進走行するときの舵角θを０°（基準）とし、ステアリングホイール５が中立位置から右方向（時計回り）へ回転するときを正、左方向（反時計回り）へ回転するときを負として説明する。

ステアリングシャフト１３の上端側（ステアリングホイール１４側）には、ロータリーエンコーダなどからなる操舵角センサ６が設けられている。操舵角センサ６は、ステアリングホイール１４側で発生する舵角θを操舵角θａとして逐次検出する第１検出手段として機能し、その検出値を操舵角信号として後述するコントローラ４へ出力する。

また、ステアリングシャフト１３には、ステアリングホイール１４に入力される操舵トルクに応じてねじれを生じるトーションバー（図示省略）が設けられ、トーションバーのねじれの量および方向がトルクセンサ５によって逐次検出される。トルクセンサ５の検出値（トーションバーのねじれの量および方向）は、トルク信号としてコントローラ４へ出力する。

パワーステアリング装置１は、モータ（トルク発生手段）３の回転トルクをラックシャフト１２の往復動方向の力に変換するボールねじ式の変換機構を有するラック同軸型の電動式パワーステアリング装置である。ラックシャフト１２の一部外周面にはボールスクリュー溝（図示省略）が形成されており、ラックシャフト１２と同軸に配置されたモータ３のロータには、ボールスクリュー溝に対応するボールスクリュー溝を内周面上に有するボールナットが固定されている。一対のボールスクリュー溝の間には複数のボールが収納されており、ボールねじによってモータ３の回転運動がラックシャフト１２の往復運動に変換される。モータ３は、コントローラ４からの指令信号によってベクトル制御され、正逆両方向へ適宜回転駆動される。ベクトル制御では、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発生時には、力行となるベクトルが指示され、ステアリングホイール１４の回転を抑制する制動トルクの発生時には、回生となるベクトルが指示される。モータ３が駆動されると、ラックシャフト１２が軸方向（車幅方向の右又は左）に駆動され、ステアリングホール１４にトルク（アシストトルク又は制動トルク）が付与される。

モータ３には、モータ３の回転位置を検出する磁気位置センサ７が設けられている。磁気位置センサ７の検出値は、ラックシャフト１２の移動に応じて変動し、ラックシャフト１２の移動に応じて舵角θが変更する。従って、磁気位置センサ７は、前輪ＷＬ，ＷＲ側で発生する舵角θを実舵角θｂとして逐次検出する第２検出手段として機能し、その検出値を実舵角信号としてコントローラ４へ出力する。なお、磁気位置センサ７に代えて、ラックシャフト１２の位置を直接検出するセンサを第２検出手段として設けてもよい。

コントローラ４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８と記憶部（図示省略）とを有する。記憶部は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの記録媒体によって構成され、ＣＰＵ８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、ＣＰＵ８がモータ制御処理（アシストトルク発生処理及び制動トルク発生処理）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。また、記憶部は、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。

ＣＰＵ８は、アシストトルク発生処理及び制動トルク発生処理を実行することによって、操舵アシスト制御部１６、モータベクトル制御部（制御手段）１７及び位相検出部（位相判定手段、操作状態判定手段）１８として機能する。

アシストトルク発生処理において、操舵アシスト制御部１６は、トルクセンサ５から入力したトルク信号が示す検出値（検出値に対応する操舵入力トルクの大きさとその方向）に基づいて、ステアリングホイール１４に対する運転者の操舵を補助するアシストトルクの方向及び大きさを決定する。モータベクトル制御部１７は、操舵アシスト制御部１６が決定したアシストトルクを発生させる指令信号をモータ３に出力する。なお、車速センサやヨーレートセンサ等を設け、車速や加速度やヨーレート等の他の情報と操舵入力トルクとに基づいてアシストトルクの大きさを決定してもよい。

制動トルク発生処理において、位相検出部１８は、ステアリングホイール１４が操舵操作されていない非操作状態か否かを判定する。ステアリングホイール１４の操舵速度（回転角速度）を、操舵角センサ６が検出する操舵角θａの時間変化（時間微分値）として算出し、算出した操舵速度が所定値以下の場合に、非操作状態であると判定する。なお、非操作状態か否かの判定方法は、上記に限定されず、例えば、ステアリングホイール１４の操舵加速度（回転角加速度）を算出し、算出した操舵加速度が所定値以下の場合に非操作状態であると判定してもよく、トルクセンサ５からのトルク信号が示す検出値の時間変化が（時間微分値）が所定値以下の場合に非操作状態であると判定してもよい。

また、位相検出部１８は、操舵角センサ６が検出する操舵角θａの位相（中立位置からの角度）と、磁気位置センサ７が検出する実舵角θｂの位相（中立位置からの角度）とを逐次比較し、実舵角θｂが操舵角θａに対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する。なお、磁気位置センサ７からの実舵角信号が示す検出値は、ラックシャフト１２の直線方向の変位であり、舵角θを間接的に示す値である。このため、実舵角信号が示す検出値（軸方向変位）を、舵角θに相当する角度に換算して操舵角θａと比較する。

進み位相状態であるか否かの判定では、操舵角θａと実舵角θｂとを取得する度に、操舵角θａと実舵角θｂとの差の絶対値（位相差）が所定値以上であるか否かを判定する。また、操舵角θａ及び実舵角θｂの時間変化（時間微分値）をそれぞれ算出し、その算出値を時系列に記憶する。位相差が所定値以上である場合、時系列に記憶した操舵角θａ及び実舵角θｂの時間変化に基づき、進み位相状態であるか否かを判定する。具体的には、操舵角θａと実舵角θｂとが同じ回転方向へ変化し、実舵角θｂの時間変化の方が操舵角θａの時間変化よりも大きく、且つ位相差の時間変化（操舵角θａの時間変化と実舵角θｂの時間変化との差）が増大している場合に、進み位相状態であると判定する。なお、進み位相状態の判定方法は、上記に限定されず、例えば、位相差が所定値以上であるか否かの判定を省略してもよい。また、操舵角θａ又は実舵角θｂから車両が直進走行状態であるか否かを判定し、直進走行状態である場合に、中立位置に対する操舵角θａの変位（位相）と実舵角θｂの変位（位相）とを比較し、実舵角θｂの方が操舵角θａよりも大きく変位している場合に、進み位相状態であると判定してもよい。

さらに、位相検出部１８は、進み位相状態であると判定すると、モータ３に発生させる制動トルクの大きさ（制動トルク指示値）を操舵角θａと実舵角θｂとの位相差に応じて決定し、決定した制動トルク指示値を示す制動指示信号をモータベクトル制御部１７へ出力する。制動トルクの方向は、実舵角θｂの進み位相方向に対して反対方向へ向かう方向である。例えば、実舵角θｂが操舵角θａに対して右回転方向へ先行する場合、左回転方向の制動トルクを発生させる。本実施形態では、右回転方向への制動トルクを発生させる場合には、正の制動トルク値を設定し、左回転方向への制動トルクを発生させる場合には、負の制動トルク値を設定する。また、制動トルク指示値は、位相差が大きいほど強い制動トルクが発生するように決定する。制動トルク指示値は、本実施形態では、位相差に比例して制動トルク指示値の絶対値が増大するように決定する。また、位相差と制動トルク指示値との対応関係として所定の演算式を予め記憶し、位相差を用いて制動トルク指示値を演算する。なお、位相差と制動トルク指示値との対応関係は、位相差の増大に応じて制動トルク指示値が増大する関係であれば比例関係に限定されず、また、マップやテーブルとして設定されてもよい。

モータベクトル制御部１７は、位相検出部１８から入力された始動指示信号に応じた強さの制動トルクを発生させる指令信号をモータ３へ出力する。すなわち、モータベクトル制御部１７は、非操作状態であって実操舵角θｂが進み位相状態であると位相検出手段１８が判定したとき、操舵角θａと実舵角θｂとの位相差に応じた制動トルクをモータ３に発生させる。

ここで、ステアリングホイール１４側で発生する舵角θである操舵角θａと、前輪ＷＬ，ＷＲ側で発生する舵角θである実舵角θｂとの関係について、図３〜図５を参照して説明する。

ステアリングホイール１４が中立位置に設定され、左右の前輪ＷＬ、ＷＲがともに前後方向に沿う直進走行状態では、図３に示すように、理論上は操舵角θａと実舵角θｂとがともに０°（θａ＝θｂ＝０°）となり、両者は一致する。

直進走行状態からステアリングホイール１４が操舵操作されると、ステアリング機構２のねじり剛性によって、図４に示すように、操舵角θａの絶対値の方が実舵角θｂの絶対値よりも大きくなる（│θａ│＞│θｂ│）。すなわち、操舵角θａは実舵角θｂに対して進み位相となる。

一方、直進走行状態において、路面の凹凸形状等によって前輪ＷＬ，ＷＲを回転させようとする外力が路面から前輪ＷＬ，ＷＲのタイヤ１５へ入力すると、図５に示すように、実舵角θｂの絶対値の方が操舵角θａの絶対値よりも大きくなる（│θｂ│＞│θａ│）。すなわち、実舵角θｂは操舵角θａに対して進み位相となる。本実施形態では、このような場合に、制動トルクを発生させて、路面からの外乱によるステアリングホール１４のふらつきを抑制している。

次に、ＣＰＵ８が実行する制動トルク発生処理について図６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、位相検出部１８は、ステアリングホイール１４の操舵速度を操舵角θａの時間変化として算出し、算出した操舵速度が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

操舵速度が所定値以下の場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、位相検出部１８は、操舵角θａの位相と実舵角θｂの位相と検出し（ステップＳ２）、実舵角θｂが操舵角θａに対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

実舵角θｂが進み位相状態である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、位相検出部１８は、操舵角θａと実舵角θｂとの位相差に比例した制動トルク指示値を演算する（ステップＳ４）。モータベクトル制御部１７は、位相検出部１８が演算した制動トルク指示値の制動トルクを発生させる指令信号をモータ３へ出力し（ステップＳ５）、本処理を終了する。

一方、ステアリングホイール１４の操舵速度が所定値を超えている場合（ステップＳ１：ＮＯ）、及び実舵角θｂが進み位相状態ではない場合（ステップＳ３：ＮＯ）は、制動トルクを発生させずに、本処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、車両の走行中において、前輪ＷＬ，ＷＲの輪舵角（タイヤ角）を回転させようとする外力（外乱）が路面から前輪ＷＬ，ＷＲのタイヤ１５へ入力し、前輪ＷＬ，ＷＲ側で発生する実舵角θｂがステアリングホイール１４側で発生する操舵角θａに対して一方の回転方向へ先行して変化すると、進み位相状態であると判定されて、一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクがステアリングホール１４に付与される。この制動トルクは、路面からの外力によるステアリングホイール１４の従動回転に対する反力として作用するので、路面からの外力によるステアリングホイール１４の従動回転が抑制される。従って、ステアリングホイール１４の状態が安定し、車両の走行安定性が向上する。

また、運転者が操舵操作を行っている間は、制動トルクは発生せず、例えばステアリングホイール１４を中立位置に保持する車両の直進走行中のように、運転者が操舵操作を行っておらず、且つ実操舵角θｂが進み位相状態となった場合に制動トルクが発生する。従って、ステアリングホイール１４を積極的に操作する際の操作性を損なうことなく、直進時のステアリングホイール１４の状態を安定させて、車両の走行安定性を向上させることができる。

また、前輪ＷＬ，ＷＲのタイヤ１５へ入力する外力が強いほど（外乱が大きいほど）、操舵角θａと実舵角θｂとの位相差が増大し、発生する制動トルクが強くなるので、路面からの外力によるステアリングホイール１４の従動回転を的確に抑制することができる。

なお、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。

例えば、ステアリングホイール１４が操舵操作されていない非操作状態か否かの判定を省略してもよい。制操舵角θａと実舵角θｂとの位相差に関わらず、一定の制動トルクを発生させてもよい。制操舵角θａ及び実舵角θｂの検出位置は、上記に限定されず、また検出方法も上記に限定されない。

本発明は、ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結される車両に広く適用可能である。

１：パワーステアリング装置（ステアリング制御装置）
２：ステアリング機構
３：モータ（トルク発生手段）
４：コントローラ
５：トルクセンサ
６：操舵角センサ（第１検出手段）
７：磁気位置センサ（第２検出手段）
８：ＣＰＵ
１２：ラックシャフト
１３：ステアリングシャフト
１４：ステアリングホイール
１５：タイヤ
１６：操舵アシスト制御部
１７：モータベクトル制御部（制御手段）
１８：位相検出部（位相判定手段、操作状態判定手段）
ＷＬ，ＷＲ：前輪（操舵輪）
θ：舵角
θａ：操舵角
θｂ：実舵角

Claims (3)

1. ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結され、前記ステアリングホイールの回転に応じた舵角で前記操舵輪が転舵する車両の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側で発生する舵角を操舵角として検出する第１検出手段と、
   前記操舵輪側で発生する舵角を実舵角として検出する第２検出手段と、
   前記第２検出手段が検出した実舵角が、前記第１検出手段が検出した操舵角に対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する進み位相判定手段と、
   前記実操舵角が進み位相状態であると前記進み位相判定手段が判定したとき、前記一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクを前記トルク発生手段に発生させる制御手段と、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、
   前記ステアリングホイールが操舵操作されていない非操作状態か否かを判定する操作状態判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記非操作状態であると前記操作状態判定手段が判定し、且つ前記実操舵角が進み位相状態であると前記進み位相判定手段が判定したとき、前記制動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。
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、
   前記制御手段は、前記操舵角と前記実舵角との位相差が大きいほど強い制動トルクを発生させる
   ことを特徴とするステアリング制御装置。

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