JP2013107450A - 四輪操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーステアリング装置が故障する場合に備えて、四輪操舵装置の後輪の転舵機能を利用して、車両の転舵ができる四輪操舵制御装置を提供する。
【解決手段】操舵部材２の操作に基づく操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、操舵角を検出する操舵角センサ４と、トルクセンサ１０の検出値に基づいて前輪を転舵するための補助力を得る操舵補助制御部３１と、操舵角センサ４若しくはトルクセンサ１０の検出値に基づいて後輪を転舵制御する転舵制御部４１とを備え、転舵制御部４１は、操舵補助制御部３１の機能に故障があると判定された場合に、後輪を逆相側でのみ転舵制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両挙動の安定化を図ることができる四輪操舵制御装置に関する。

ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに基づいて電動又は油圧アクチュエータを制御することによって、操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させ、操舵補助をするパワーステアリング装置が知られている。
このパワーステアリング装置は、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクと車速とを検出し、アクチュエータ制御回路で、これらの検出された信号から求められる操舵トルクと車速とに対応した駆動信号を演算しアクチュエータを制御するようにしたものである。これにより、操舵トルクや車速に応じた適切な操舵補助制御を行うことができる。

また、旋回時、車速に応じて後輪を前輪と同相に若しくは逆相に転舵制御する四輪操舵装置が知られている（下記特許文献１参照）。

特開平3-7673号公報 特開平2-185886号公報

ところでパワーステアリング装置が故障する場合がある。例えば、電動パワーステアリング装置の場合、電動モータの故障、トルクセンサの故障、電動モータを駆動するＥＰＳ制御装置の故障等である。油圧式パワーステアリング装置の場合、油圧ポンプの故障、オイルホースからのオイル漏れ、などである。
このようにパワーステアリング装置が故障すると、走行中にハンドルが重くなってドライバの意図するような操舵及び車両旋回のコントロールが十分にできなくなるおそれがある。

なお、前記特許文献２によれば、制御系の故障の際は走行状態に応じて前輪、後輪の舵角比を同相方向にのみ制御するが、主に高速走行の安全性を目的としており、本発明の高速走行・低速走行にかかわらずドライバの意図する車両の旋回性を確保する本発明とは目的・構成が異なる。
本発明の目的は、四輪操舵装置の転舵機能を利用して、パワーステアリング装置が故障してもドライバの意図する車両の旋回ができ、車両挙動の安定化を図ることができる四輪操舵制御装置を提供することである。

本発明の四輪操舵制御装置は、操舵部材と、操舵部材の操作に基づく操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵部材の操舵角を検出する操舵角センサと、トルクセンサの検出値又は操舵角センサの検出値の少なくとも一方に基づいて前輪又は後輪の一方を転舵するための補助力を演算する操舵補助制御部と、操舵角センサの検出値又はトルクセンサの検出値の少なくとも一方に基づいて前輪又は後輪の他方を転舵制御する転舵制御部とを備え、転舵制御部は、操舵補助制御部の機能に故障があると判定された場合に、前輪又は後輪の他方を操舵部材の操舵角に対して逆相側でのみ転舵制御するものである。

この構成によれば、走行中に、操舵補助制御部の機能に故障が起こって操舵部材の操舵が重くなった場合でも、その操舵角を検出する操舵角センサの検出値又は操舵トルクを検出するトルクセンサの検出値の少なくとも一方に基づいて、前輪又は後輪の他方を逆相側でのみ転舵制御することができる。これにより、転舵可能な範囲内で、前輪又は後輪の一方の車輪の転舵に加えて、前輪又は後輪の他方の転舵による車両の旋回機能が付加されるため、可能な限りドライバの意図する車両の旋回機能を維持・確保することができる。

本発明の一実施形態に係る四輪操舵制御装置の概略構成を示す平面模式図である。 操舵補助制御部の制御ブロック図である。 転舵制御部の制御ブロック図である。 車速に対応した平常時の目標後輪転舵角（δr^*）のグラフである。 ＥＰＳ故障時に採用する目標後輪転舵角（δr^*）のグラフである。 前輪タイヤＴfr，Ｔflと後輪タイヤＴfr，Ｔflの位相関係（逆相）を示す平面図である。 前輪タイヤＴfr，Ｔflと後輪タイヤＴfr，Ｔflの位相関係（同相）を示す平面図である。 ＥＰＳ故障時の後輪タイヤＴfr，Ｔflの位相（逆相）を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、四輪操舵制御装置１の概略構成を示す平面模式図である。
四輪操舵制御装置１は、ステアリングシャフト３の一端に取り付けられた操舵部材２を備え、ステアリングシャフト３には、操舵部材２の操舵角δfを検出する操舵角センサ４と、操舵部材２の回転に基づく操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられている。操舵角センサ４は、例えば操舵部材２のステアリングシャフト３の円周上に取り付けられた多極磁石の磁場をホールセンサで検出することによりステアリングシャフト３の回転角を検出するセンサである。トルクセンサ１０は、ステアリングシャフト３の途中に設置され、分割された上下のステアリングシャフト３を、トーションバーを介して互いに回転可能に連結し、これらのシャフトの相対回転角に基づいて、ステアリングホイール１０の回転に基づく操舵トルクＴｈを検出するセンサである。ステアリングシャフト３の他端は自在継手５に連結され、ここから舵取り機構を介して、前輪タイヤＴfr，Ｔflに連結されている。

舵取り機構は、ピニオン軸６と、ピニオン軸６の先端のピニオンに噛み合い、車両の左右方向に延びる前輪転舵軸としての前輪ラック軸７と、前輪ラック軸７の一対の端部のそれぞれにタイロッド８Ｌ，８Ｒを介して連結されるナックルアーム９Ｌ，９Ｒとを有している。
前輪ラック軸７には、ギア装置を介して、操舵補助電動モータ１２が連結されている。この操舵補助電動モータ１２によって前輪ラック軸７がトルクセンサ１０によって検出されたトルク信号等に応じて左方向又は右方向に付勢され、操舵補助力が与えられる。なお操舵補助電動モータ１２はステアリングシャフト３に設置されていてもよい。

前輪又は後輪のロータ１４には、車輪の回転速度を検出して車速を推定するための車輪速センサ１６が取り付けられている。車輪速センサ１６は、車輪のロータ１４の回転速度を読み取るセンサであって、読み取った回転速度に、タイヤの有効回転半径をかけることにより、車速ｖを検出する。
後輪タイヤＴrr，Ｔrlの舵取り機構は、車両の左右方向に延びる後輪転舵軸としての後輪ラック軸１７と、後輪ラック軸１７の一対の端部のそれぞれにタイロッド１８Ｒ，１８Ｌを介して連結されるナックルアーム１９Ｒ，１９Ｌとを有している。

後輪ラック軸１７には、ギア装置を介して、転舵電動モータ２２が連結されている。この転舵電動モータ２２によって後輪ラック軸１７が左又は右方向に移動し、後輪の転舵が行われる。さらに後輪ラック軸１７の移動量若しくは転舵電動モータ２２の回転角を検出することにより、後輪の転舵角を検出するための後輪転舵角センサ２３が車体に取り付けられている。

“３１”は電動モータ１２を駆動制御する操舵補助制御部３１を示す。操舵補助制御部３１には、前述の操舵角センサ４、トルクセンサ１０及び車輪速センサ１６の各検出信号が入力される。なお、車速ｖの情報は車内ＬＡＮ（ＣＡＮ）を介して得られる構成であってもよい。操舵補助制御部３１は、トルクセンサ１０が検出する操舵トルク及び前記車速に応じて操舵補助電動モータ１２を駆動することによって、操舵状況及び車速に応じた適切な操舵補助を実現する。

操舵補助制御部３１は、車内ＬＡＮ（ＣＡＮ）を介して、あるいは直接のデータリンクを介して、転舵制御部４１に接続される。この転舵制御部４１には、前述した後輪転舵角センサ２３と、操舵角センサ４と、車輪速センサ１６とが接続されている。なお、車速ｖの情報が車内ＬＡＮ（ＣＡＮ）を介して得られる場合は。車輪速センサ１６との直接の接続は必ずしも必要ない。また転舵制御部４１がトルクセンサ１０の検出トルクに基づいて動作するように設計されている場合には、操舵角センサ４に代えて、若しくは操舵角センサ４とともに、トルクセンサ１０も接続されている。

操舵補助制御部３１は、自己の制御動作が正常であれば、車内ＬＡＮを介して、あるいは直接のデータリンクを介して、転舵制御部４１に対して正常を示す信号を定期的に通知している。
転舵制御部４１は、車輪速センサ１６により検知される車両の速度ｖと、操舵角センサ４により検知される操舵角δfとに基づいて、目標とする後輪転舵角δr^*を算出し、この転舵角δr^*を実現するように、転舵電動モータ２２を駆動制御する。

なおこの実施形態では、操舵角δfは、中立位置から左方向に回している場合を正の値とし、中立位置から右方向に回している場合を負の値として処理されるものとする。トルクセンサ１０の検出トルクは、左方向に付勢している場合を正の値とし、右方向に付勢している場合を負の値として処理されるものとする。
図２は、操舵補助制御部３１における制御ブロック図を示す。操舵補助制御部３１の駆動回路３４以外の部分は、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＯＭ及びＲＡＭなど）を備えるマイクロコンピュータで構成されており、マイクロコンピュータは、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。

この複数の機能処理部には、目標トルク演算部３２と、トルク／電流変換部３３とが含まれている。
目標トルク演算部３２は、車速毎に予め設定された検出操舵トルクに対する目標モータトルクの関係を用いて、検出された車速及び操舵トルクに応じた目標モータトルクを生成する。目標モータトルクは、操舵補助電動モータ１２から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、操舵補助電動モータ１２から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。目標トルク演算部３２によって生成された目標モータトルクは、トルク／電流変換部３３に与えられる。

トルク／電流変換部３３は、操舵補助電動モータ１２に流すべき電流を、電流指令値として生成する。具体的にはトルク／電流変換部３３は、目標トルク演算部３２によって生成された目標モータトルクを、操舵補助電動モータ１２のトルク定数で除算することによって、モータ電流指令値を求める。トルク／電流変換部３３によって生成されたモータ電流指令値は、サイリスタ等によって動作する駆動回路３４に与えられ、ここで操舵補助電動モータ１２を駆動するためのＰＷＭ信号に変換されて、操舵補助電動モータ１２に与えられる。

図３は、転舵制御部４１の制御ブロック図を示す。
転舵制御部４１は、車輪速センサ１６から得られる車速ｖ及び操舵角センサ４から得られる操舵角δfを用いて目標後輪転舵角δr^*を演算する目標後輪転舵角演算部４２と、角度／電流変換部４３と、モータ駆動回路４４と、後輪転舵角センサ２３の検出信号に基づいて後輪転舵角を算出する転舵角度演算部４５と、車速毎に予め設定された操舵角δfに対する目標後輪転舵角δr^*を記憶する記憶部４６を有している。

転舵制御部４１の駆動回路４４以外の部分は、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＯＭ及びＲＡＭなど）を備えるマイクロコンピュータで構成されており、マイクロコンピュータは所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。
目標後輪転舵角演算部４２は、記憶部４６に記憶されている車速毎に予め設定された操舵角δfに対する目標後輪転舵角δr^*の関係を用いて、検出された車速及び操舵角に応じた目標後輪転舵角δr^*を生成する。この予め設定された操舵角δfに対する目標後輪転舵角δr^*の関係を、図４、図５に例示する。

図４は、操舵補助制御部３１が故障していないとき、すなわち平常時における車速と目標後輪転舵角δr^*の関係を示すグラフである。このグラフに示される関係は記憶部４６に「特性１」として記憶されている。車速が０から比較的低速な基準車速ｖth（例えば３０km/h程度に設定される）に至るまでは機敏な小回り性を得るために、目標後輪転舵角δr^*を前輪転舵角δfと逆相になるように制御している。この場合の前輪タイヤＴfr，Ｔflと後輪タイヤＴfr，Ｔflの位相関係を平面図である図６に示す。

車速が基準車速ｖthよりも増大すると、ドライバと車両の一体感のある操縦性と、高速で信頼感のある安定性とが得られるように、目標後輪転舵δr^*を前輪転舵角δfと同相になるように制御している。この場合の前輪タイヤＴfr，Ｔflと後輪タイヤＴfr，Ｔflの位相関係を図７に示す。
ところが、トルクセンサ１０や操舵補助電動モータ１２の故障などにより操舵補助制御部３１の機能が正常でなくなることがある。この場合、転舵制御部４１は、操舵補助制御部３１から正常を示す信号を受けることができなくなり、操舵補助制御部３１が故障したことを知る。

この場合、目標後輪転舵角演算部４２は、図５に示されるように、操舵補助制御部３１が故障したときの車速と目標後輪転舵角δr^*の関係を示すグラフを用いて、検出された車速及び操舵角に応じた目標後輪転舵角δr^*を生成する。この図５のグラフに示される関係は、記憶部４６に「特性２」として記憶されている。
「特性２」によれば、すべての車速領域にわたって、目標後輪転舵角δr^*を前輪転舵角δfと逆相になるように制御している。これによって図８に示すように、操舵部材２を一定方向に回そうとしても重くて前輪がほとんど転舵できない状態にあるときでも、後輪を逆相に転舵することができ、結果として車両をドライバの意思どおりの方向に旋回させることができる。

ただし、操舵補助制御部３１が故障しているので、操舵部材２は重くなっている。したがってドライバは操舵部材２を大きな角度で操舵することはできない。そこで、「特性２」においては、操舵部材２の一定の操舵角δfaに対する目標後輪転舵角δra^*の比率（δra^*／δfa）（これを「目標後輪転舵角演算部４２の制御ゲイン」という）を、「特性１」における目標後輪転舵角演算部４２の制御ゲインよりも大きくとることが好ましい。

これにより、操舵補助制御部３１の故障時でも、重くなった操舵部材２の操作により車両を転回させることができる。したがって、できるだけドライバの意思どおりの旋回ができるようにすることができる。
なお目標後輪転舵角演算部４２の制御ゲインを大きくとったとしても、前輪では操舵がほとんどできないので、前輪操舵しているときのように大きな旋回角を得ることは難しいが、少なくとも操舵部材２の操舵角が中立付近（例えば±５度以下）では、操舵感を大きく損なうことがない、という効果が得られる。

また「特性２」によれば、後輪を逆相側でのみ転舵制御するときの後輪転舵角を、車速に応じて変化させるように制御している。すなわち、車速が小さいほど目標後輪転舵角δr^*を大きく、車速が大きいほど目標後輪転舵角δr^*を小さくとっている。このようにして低速時には旋回性を重視し、高速時には操舵安定性を得るようにしている。
以上のようにして、四輪操舵制御装置１を有する車両において、ＥＰＳ電動モータ制御機能が故障して不全になった場合でも、後輪の転舵機能を利用して、走行中できるだけドライバの意思に近い車両の旋回が可能になる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば転舵制御部４１は、操舵角センサ４から得られる操舵角に代えて、あるいは操舵角センサ４から得られる操舵角とともに、トルクセンサ１０により検知される操舵トルクに基づいて目標後輪転舵角δr^*を算出し、この転舵角δr^*を実現するように、転舵電動モータ２２を駆動制御するものであってもよい。

また今までの実施の形態では、操舵補助制御部３１は、トルクセンサ１０の検出値に基づいて前輪を転舵するための補助力を演算していたが、これとともに又はこれに代えて操舵角センサ４の検出値に基づいて前輪を転舵するための補助力を演算するものであってもよい。
また今までの実施の形態では、操舵補助制御部３１は前輪を転舵するための補助力を演算していたが、操舵部材２によって後輪を転舵するように構成された車両では、操舵補助制御部は後輪を舵転するための補助力を演算するようにし、転舵制御部は前輪を転舵制御するものであってもよい。その他本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

１…四輪操舵制御装置、２…操舵部材、４…操舵角センサ、１０…トルクセンサ、１２…操舵補助電動モータ、２２…転舵電動モータ、３１…操舵補助制御部、４１…転舵制御部

Claims (4)

1. 操舵部材と、前記操舵部材の操作に基づく操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角センサと、前記トルクセンサの検出値又は前記操舵角センサの検出値の少なくとも一方に基づいて前輪又は後輪の一方を転舵するための補助力を演算する操舵補助制御部と、前記操舵角センサの検出値又は前記トルクセンサの検出値の少なくとも一方に基づいて前輪又は後輪の他方を転舵制御する転舵制御部とを備え、前記転舵制御部は、前記操舵補助制御部の機能に故障があると判定された場合に、前輪又は後輪の他方を前記操舵部材の操舵角に対して逆相側でのみ転舵制御するものである、四輪操舵制御装置。
2. 前記転舵制御部は、前記操舵部材の操舵角が同じである場合、前記操舵補助制御部の機能に故障があると判定された場合に前記前輪又は後輪の他方を逆相側でのみ転舵制御するときの転舵角を、操舵補助制御部の機能に故障がないと判定された場合に前記前輪又は後輪の他方を逆相側で転舵制御するときの転舵角よりも大きく設定するものである、請求項１に記載の四輪操舵制御装置。
3. 前記転舵制御部は、前記操舵補助制御部の機能に故障があると判定された場合に前記前輪又は後輪の他方を逆相側でのみ転舵制御するときの転舵角を、車速に応じて変化させるように制御する、請求項１又は請求項２に記載の四輪操舵制御装置。
4. 前記転舵制御部は、前記操舵補助制御部の機能に故障があると判定された場合に前記前輪又は後輪の他方を逆相側でのみ転舵制御するときの転舵角を、車速が小さいほど大きくするように制御する、請求項３に記載の四輪操舵制御装置。

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