JP2013209026A - ステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵輪を転舵させる転舵機構の小型化を図りたい。
【解決手段】ステップ１０１にて操舵角検出信号θ、車輪速検出信号ＶＦＬ〜ＶＲＲ、転舵角検出信号δが読み込まれ、ステップ１０２に移行し、現時点の車速Ｖを算出する。そして、ステップ１０３に移行し、操舵角検出信号θと、車速Ｖとに基づき、ステアリングギヤ比を演算する。次いで、ステップ１０４に移行し、走行停止状態にあるか否かに基づき、転舵角を減じる方向に補正するか否かを判断する。そして、補正を行うと判断された場合には、操舵角θの変化に対する転舵角δの変化特性におけるゲインが小さくなるように補正を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング制御装置に関し、特に、ドライバによるステアリングホイールの操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵機構の小型化が図られるようにしたものである。

この種の従来の技術として、ステアリングホイールの操舵角と車速とを検出し、それら操舵角及び車速に基づいて転舵可変装置の目標可変転舵角を演算するものであって、車速の増加に伴って、ステアリングホイールの操舵角に対する転舵角の比（ギヤ比）を増加させることで、操舵感覚を低速側でクイックとし、高速側でスローにするという発明が知られている（特許文献１）。即ち、この特許文献１に記載された発明では、定速走行時や車両停車時には、ギヤ比が小さくなって操舵感覚はクイックとなるため、据え切り時におけるドライバの取り回し負荷の軽減を図ることができた。

特開２００８−１３７６１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、上記のように車両停車時にはギヤ比を小さくしてドライバの取り回し負荷軽減を図るという構成であるため、例えば、転舵機構を電動モータで駆動する構成の場合であれば、大きなトルクを発生可能な大型の電動モータが必要になる。
つまり、特許文献１に記載された発明では、搭載する電動モータを選定する場合、据え切り時にフル転舵位置近くまで転舵を行う際に必要なモータトルクを発生できることが前提となるため、選定される電動モータは必然的に大きくなってしまい、これが転舵機構の小型化の妨げになっていたという問題点があった。
本発明は、このような従来技術が有する未解決の問題点に着目してなされたものであって、ドライバによるテアリングホイールの操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵機構の小型化が図られるステアリング制御装置を提供することをその課題とする。

以上の課題を解決するため、本発明に係るステアリング制御装置は、車両の走行停止状態を検出したときには、操舵に対する転舵角の変化特性をゲインが小さくなる方向に変更するようにした。

本発明によれば、車両の走行停止時には操舵に対する転舵角の変化特性のゲインが小さくなるため、車両の走行停止時にドライバがステアリングホイールを大きく操舵しても、転舵機構による転舵は小さくて済むため、転舵機構に必要な最大駆動力は小さくなる。よって、駆動機構の小型化に寄与できる。

本発明に係るステアリング制御装置を適用した自動車１の構成を示す概略図である。 第１実施形態の全体処理を示すフローチャートである。 車速とステアリングギヤ比との基本的な関係を示す特性図である。 操舵角に対する転舵角の特性を示すグラフである。 図２に示すステップ１０４の具体的な処理を示すフローチャートである。 図５に示すステップ２０２の具体的な処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の動作を説明するタイムチャートである。

以下、図を参照して本発明を適用した自動車の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１は、本発明に係るステアリング制御装置を適用した自動車１の構成を示す概略図である。
図１に示すように、自動車１は、転舵輪で且つ駆動輪としての前輪２ＦＬ、２ＦＲと、従動輪としての後輪２ＲＬ、２ＲＲとを備えていて、前輪２ＦＬ、２ＦＲが転舵されることで走行方向が制御されるとともに、それら前輪２ＦＬ、２ＦＲに連結されたドライブシャフト３が図示しないエンジンや電動モータ等で駆動されることで前進又は後退するようになっている。なお、前輪２ＦＬ、２ＦＲは、転舵機構１２を構成するステアリングラック軸の両端側に転舵可能に連結されている。

また、自動車１の操舵系は、ドライバが操舵可能なステアリングホイール６を有している。ただし、本実施形態の自動車１は、ステアリングホイール６は、転舵機構１２から機械的には分離されている。即ち、この自動車１は、電動モータ１１の駆動力により転舵機構１２が転舵される所謂ステアリングバイワイヤ方式を採用している。
そして、電動モータ１１を駆動制御するためのコントローラ４が設けられ、そのコントローラ４には、操舵角センサ５、車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲ、転舵角センサ８の各検出信号が供給されるようになっている。

操舵角センサ５は、ドライバによるステアリングホイール６の操舵角を検出し、操舵角検出信号θをコントローラ４に供給するようになっている。
車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲは、前輪２ＦＬ、２ＦＲ、後輪２ＲＬ、２ＲＲのそれぞれに対応して設けられ、各輪の回転速度に対応した車輪速検出信号ＶＦＬ〜ＶＲＲをコントローラ４に供給するようになっている。コントローラ４は、それら車輪速検出信号ＶＦＬ〜ＶＲＲに基づき、例えばそれらの平均値算出、最小値選択、最大値選択等の演算を行うことで、自動車１の車速Ｖを求めるようになっている。

転舵角センサ８は、転舵機構１２の例えばステアリングラック軸の進退位置に基づいて前輪２ＦＬ、２ＦＲの実際の転舵角を検出し、転舵角検出信号δをコントローラ４に供給するようになっている。
なお、ステアリングホイール６には、操舵反力を生成するための反力モータ１０が結合されている。そして、反力モータ１０の駆動力（操舵反力）は、コントローラ４により制御されるようになっている。また、反力モータ１０は、ロック機構を備えていて、コントローラ４からロック制御信号が供給されると、ロック機構が作動することで、ステアリングホイール６のそれ以上の操舵を規制することもできる。

コントローラ４は、供給される各検出信号θ、ＶＦＬ〜ＶＲＲ、δに基づき、図２に示すような処理を実行することで、ステアリングホイール６の操舵状態に対応した転舵角δが前輪２ＦＬ、２ＦＲに発生するように、電動モータ１１を駆動制御するとともに、適切な操舵反力が発生するように反力モータ１０を制御するようになっている。
ここで、ステアリングホイール６の操舵状態である操舵角θの変化に対する転舵角δの変化を決めるステアリングギヤ比は、本実施形態では、図３に示すように車速Ｖに応じて可変となっている。具体的には、低速側ではステアリングギヤ比は小さく、高速側ではステアリングギヤ比は大きく、それら中間ではステアリングギヤ比が徐々に増加するという特性になっている。

ただし、コントローラ４は、自動車１が走行停止状態（例えば、車速Ｖの絶対値が１ｋｍ／ｈ以下の場合）にあるときには、ステアリングギヤ比を大きくなる方向に補正するようになっている。即ち、図４は、操舵角と転舵角との関係を示していて、特性Ａは低速走行時の特性であり、特性Ｂは走行停止状態にあるときの特性を示している。この例では、走行停止状態にあるときには、低速走行時に比べて、１０％ほど転舵角が小さくなるように補正が行われた場合を示している。本実施形態では、この図４に示す特性Ｂで補正を行う。

そして、コントローラ４は、イグニッションスイッチがオンになってコントローラ４や各センサに電力が供給されている状況では、図２に示す処理がサンプリングクロックに同期した割り込み処理として繰り返し実行される。
即ち、図２の処理が実行されると、先ず、そのステップ１０１において、操舵角センサ５から供給される操舵角検出信号θ、車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲから供給される車輪速検出信号ＶＦＬ〜ＶＲＲ、転舵角センサ８から供給される転舵角検出信号δが読み込まれる。

次いで、ステップ１０２に移行し、車輪速検出信号ＶＦＬ〜ＶＲＲに基づき、所定の演算処理を実行して、現時点の車速Ｖを算出する。
そして、ステップ１０３に移行し、操舵角検出信号θと、車速Ｖとに基づき、図３に示すようなマップを参照して、可変となっているステアリングギヤ比を演算する。なお、ステアリングギヤ比は、基本的には、図３に示すように車速Ｖに基づいて決定され、さらに、例えば、操舵角θが小さい領域（直進走行状態）では転舵角δの変化が小さく、操舵角θが大きい領域（旋回走行時）では転舵角δの変化が大きくなるようにして、ドライバの操舵負荷を軽減するようになっている。

次いで、ステップ１０４に移行し、自動車１が走行停止状態にあるか否かに基づき、転舵角を減じる方向に補正するか否かを判断する。そして、補正を行うと判断された場合には、操舵角θの変化に対する転舵角δの変化特性におけるゲインが小さくなるように補正を行う。
ステップ１０４の処理は、具体的には図５に示すような内容になっており、先ずステップ２０１において、車速Ｖの絶対値が所定値（ここでは、１ｋｍ／ｈ）を越えているか否かを判定する。車速Ｖの絶対値を判定に用いているのは、後退時にもギヤ比の補正処理を解除することが望ましいからである。

そして、ステップ２０１の判定が「ＹＥＳ」の場合には、ステップ２０２に移行し、ギヤ比を補正する処理を実施していた場合にはそのギヤ比を復帰させる処理を実行してから今回のこの図５に示す処理を終了して、図２のステップ１０５に移行する。
一方、ステップ２０１の判定が「ＮＯ」の場合には、自動車１は走行停止状態にあると判断して、ステップ２０３に移行する。ステップ２０３では、操舵角θの変化に対する転舵角δの変化特性におけるゲインが小さくなるように、即ち、図４の特性Ｂで示すような特性が得られるように、転舵角δを減じる方向の補正を行う。より具体的には、図４の特性Ｂが得られるように、現時点のステアリングギヤ比（図３に示す特性で設定されたステアリングギヤ比）を増加方向に補正する。その後、図２のステップ１０５に移行する。

ステップ１０５では、ステップ１０３及び１０４の処理結果に基づき、現時点のステアリングギヤ比と操舵角θとに基づき、目標転舵角を演算する。
次いで、ステップ１０６に移行し、ステップ１０５で求めた目標転舵角に従って電動モータ１１に駆動信号を出力し、前輪２ＦＬ、２ＦＲの転舵角を制御するとともに、それに応じた反力がステアリングホイール６に発生するように反力モータ１０に対して制御信号を出力する。

そして、ステップ１０７に移行し、現在の転舵角δが最大転舵角に至っているか否かを判断し、それに至っている場合には、それ以上のステアリングホイール６の操舵を規制するために、反力モータ１０に対してロック制御信号を出力し、ロック機構を作動させる。
ステップ１０７の処理を終えたら、今回の図２の処理を終了し、次の割り込みタイミングまで待機した後に、ステップ１０１の処理を再び実行する。

一方、図５の処理においてステップ２０２のステアリングギヤ比を復帰させる処理が実施されると、図６の処理が開始され、先ず、ステップ３０１において、復帰処理の途中にある現時点のステアリングギヤ比（前回ギヤ比）を取得する。
次いで、ステップ３０２に移行し、ステップ３０１で取得した前回ギヤ比が、通常ギヤ比に一致しているか否かを判断する。通常ギヤ比とは、図３の特性で示されるステアリングギヤ比のことであって、このステップ３０２の判定が「ＹＥＳ」なったら、この図６の復帰処理が完了したと判断できる。そこで、ステップ３０２の判定が「ＹＥＳ」のときには、ステップ３０３に移行し、ギヤ比補正の処理の終了フラグをセットしてから、ステップ３０４に移行する。

一方、ステップ３０２の判定が「ＮＯ」の場合には、ステアリングギヤ比の復帰処理は途上であると判断し、ステップ３０５に移行する。
そして、ステップ３０５では、ステップ３０１で取得した前回ギヤ比から、微少量εを減じることで、今回のギヤ比を求める。
ステップ３０３又は３０５からステップ３０４に移行し、今回ギヤ比を記憶装置の所定領域に記憶して、今回の図６の処理を終了する。

（動作）
次に、動作を説明する。
図７は、（ａ）自動車１が走行停止状態から走行状態に移行する際における操舵角θ、転舵角δの変化の様子を示す波形図と、（ｂ）自動車１の移動距離を示すグラフである。
即ち、自動車１は、時刻ｔ０において、走行停止状態（停車状態）にあり、操舵角θも転舵角δも発生しておらず（中立位置にある）、その後も、時刻ｔ１に至るまではその状態が継続しているという状況にある。

自動車１が走行停止状態にあると、図５のステップ２０３の処理が実行され、操舵角θの変化に対して転舵角δの変化特性が小さくなっているが、時刻ｔ１に至るまでは操舵角θが発生していないので、転舵角δも０のままである。
そして、時刻ｔ１において、ドライバがステアリングホイール６を操舵し始めて、徐々に操舵角θが大きくなる。しかしながら、このときには既にステップ２０３の処理が実行されているため、ステアリングギヤ比は低速走行時よりも大きな値となっている。その結果、コントローラ４は、定速走行時に同じ操舵角θが発生した場合に比して小さな転舵角δが発生するように、電動モータ１１に対して駆動信号を出力する。

すると、図７（ａ）に示すように、転舵角δは、操舵角θに対して小さな値となる。なお、図７（ａ）の波形図は、操舵角θ及び転舵角δを異なる縮尺で表示しており、両者が重なるときは図３に示す基準となる特性で転舵機構１２が転舵を行っている場合であり、操舵角θに対して転舵角δが小さくなっているときは、図４の特性Ｂで示したように、操舵角θの変化に対する転舵角δの変化特性におけるゲインが小さくなる補正が行われている場合である。

そして、図７（ｂ）に示すように、時刻ｔ２において、自動車１が発進し、一定車速で走行する状態に移行する。すると、図５のステップ２０１の判定が「ＹＥＳ」となり、ステップ２０２に移行し、図６の処理が実行されるようになる。
このため、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ２経過後直後も操舵角θは一定のままであったとしても、ステアリングギヤ比が徐々に復帰する結果、転舵角δは徐々に増大し、操舵角θとの差が小さくなっていく。

そして、図６の処理が継続して実行され、ステアリングギヤ比は徐々に元の値に近づいていく。従って、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ２経過後に例えば操舵角θが変化し転舵角δもそれに追従するように変化しても、ステアリングギヤ比が徐々に復帰する結果、転舵角δは操舵角θにさらに近づいていき、ついにはステアリングギヤ比が完全に元に復帰し、ステップ３０２の判定が「ＹＥＳ」となる。

よって、ついには、図７（ａ）の波形図終端位置に記載されるように、転舵角δが操舵角θに一致する。
このように、自動車１が走行停止状態にあれば、操舵角θに対して転舵角δは小さめに発生する構成であるため、据え切り時であっても過大な操舵トルクを発生させる必要が無く、従って、電動モータ１１に必要な最大トルクは小さめで済む。このため、電動モータ１１自体の小型化にとって有利である。

また、自動車１が発進すると、その直後からステアリングギヤ比を元の値に復帰させる処理が実行されるため、図７（ａ）に示すように時刻ｔ２直後にドライバがステアリングホイール６を操作したとしても、自動車１の取り回し性も略々正常状態に戻っており、従って、ドライバに負担を掛ける度合いも小さく、且つ、さらに時間が経過すればステアリングギヤ比も完全に元の値に戻るため、取り回し性の悪化も解消される。
ここで、本実施形態では、操舵角センサ５が操舵状態検出手段に対応し、車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲ及びステップ１０２の処理が走行状態検出手段に対応し、図５のステップ２０１及び２０２の処理が操舵特性制御手段に対応し、反力モータ１０及びステップ１０７の処理が操舵規制手段に対応する。

（第１実施形態の効果）
（１）自動車１が走行停止状態にあることを検出したときには、図４の特性Ｂのような操舵特性とするため、据え切り時であっても過大な操舵トルクを発生させる必要が無く、従って、電動モータ１１に必要な最大トルクは小さめで済む。このため、電動モータ１１自体の小型化にとって有利である。
（２）自動車１の走行停止状態が終了したときには、図４の特性Ｂを特性Ａに戻すための処理が直ちに実行されるため、ステアリングギヤ比は元の状態に復帰する。従って、自動車１の取り回し性も発進後速やかに元に戻るため、ドライバに過大な操舵負荷を掛ける状況になりにくい。

（３）しかも、ステアリングギヤ比を元に戻す処理は、図６に示すように、走行停止状態が終了した時点からの経過時間に応じてステアリングギヤ比を逐次変化させるという簡易な処理であるため、コントローラ４の処理負荷も小さく、確実にステアリングギヤ比を復帰させることができる。
（４）そして、図６に示すステアリングギヤ比の復帰処理は、車両が発進した直後に開始するという構成であるため、開始タイミングの判断が容易であり、ステアリングギヤ比を最短で復帰させる上で有利である。

（５）現在の転舵角δが最大転舵角に至っている場合には、ロック機構が作動し、それ以上のステアリングホイール６の操舵が規制されるため、転舵が不可能な状態ではステアリングホイール６の操舵が行えないため、転舵状態に対して操舵角の不一致が拡大し続けることが防止できる。
（６）操舵状態としてステアリングホイール６の操舵角θを検出し、自動車１の走行状態として車速Ｖを検出する構成であるため、自動車１が他の制御のために設けられている操舵角センサ５、車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲからの検出信号を利用することができ、新たなセンサなどを設ける必要がない。

（７）そして、車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲの検出信号から求められた車速Ｖに基づき、操舵角θの変化に対する転舵角δの変化の特性を、低速側でゲインが大きく且つ高速側でゲインが小さくなるように制御するとともに、車速Ｖに基づいて走行停止状態を検出したときには、そのゲインを小さくするため、走行中の特性は既存の車両に求められる特性そのものであるためドライバに違和感を与え難く、且つ、電動モータ１１の小型化を図ることができる。

（８）ステアリングホイール６と、転舵輪としての前輪２ＦＬ、２ＦＲとの間が機械的に分離されたステアリングバイワイヤ式の転舵機構１２を採用しているため、ステアリングギヤ比の調整が容易に行える。
（９）特に、前輪２ＦＬ、２ＦＲを転舵させるための電動モータ１１と、この電動モータ１１で発生する駆動力を制御するコントローラ４と、を備えているため、ステアリングギヤ比の調整が容易に行える。

（変形例）
第１実施形態では、ステアリングバイワイヤ式の転舵機構１２を備えた自動車１に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングホイール６と前輪２ＦＬ、２ＦＲとが機械的に連結され、前輪２ＦＬ、２ＦＲに対して、ステアリングホイール６を操舵することにより発生する操舵トルクと、操舵補助モータによって発生する操舵補助トルクとが加わるようになっている電動パワーステアリング装置を備えた自動車であっても、本発明は適用可能である。即ち、ステアリングギヤ比を複数のギヤを利用して可変とし、そのステアリングギヤ比を上記第１実施形態と同様に走行停止状態にあるときには大きくすることで、据え切り時に発生させる操舵トルクが小さくて済むようになり、操舵補助モータの小型化に寄与できる。

また、上記第１実施形態では、前輪２ＦＬ、２ＦＲが転舵輪で且つ駆動輪の場合である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、後輪駆動車や４輪駆動車であっても本発明は適用可能である。
さらに、上記第１実施形態では、車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲから供給される車輪速検出信号ＶＦＬ〜ＶＲＲに基づいて車速Ｖを求めるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、自動車１に発生する前後方向加速度を検出し、その前後方向加速度に基づいて車速Ｖを算出することも可能である。また、その前後方向加速度に基づいて自動車１の走行停止状態を判断するようにしてもよい。

１ 自動車
２ＦＬ、２ＦＲ 前輪
２ＲＬ、２ＲＲ 後輪
３ ドライブシャフト
４ コントローラ
５ 操舵角センサ
６ ステアリングホイール
７ＦＬ〜７ＲＲ 車輪速センサ
８ 転舵角センサ
１０ 反力モータ
１１ 電動モータ
１２ 転舵機構

Claims (10)

1. ステアリングホイールの操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記操舵状態及び前記走行状態に基づいて転舵輪を転舵する転舵機構と、
   前記走行状態検出手段が検出した前記走行状態に基づいて走行停止状態を検出したときに、操舵に対する前記転舵輪の転舵角の変化の特性をゲインが小さくなる方向に変更する操舵特性制御手段と、
   を備えたことを特徴とするステアリング制御装置。
2. 前記操舵特性制御手段は、前記走行停止状態が終了した場合には、前記ゲインが小さくなる方向に変更した状態を解除する復帰処理を実行するようになっている請求項１記載のステアリング制御装置。
3. 前記復帰処理は、前記走行停止状態が終了した時点からの経過時間に応じて前記ゲインを徐々に大きくして元の値に戻す処理である請求項２記載のステアリング制御装置。
4. 前記操舵特性制御手段は、車両が発進したことを検出した場合に、前記復帰処理を開始する請求項２又は３に記載のステアリング制御装置。
5. 前記転舵機構が前記転舵輪の最大転舵位置にあるときの前記ステアリングホイールの操舵角増加方向への操舵を規制する操舵規制手段を備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
6. 前記操舵状態検出手段は、前記ステアリングホイールの操舵状態として操舵角を検出する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
7. 前記走行状態検出手段は、前記車両の走行状態として車速を検出する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
8. 前記操舵特性制御手段は、前記走行状態検出手段が検出した前記車速に基づき、操舵に対する前記転舵輪の転舵角の変化の特性を、そのゲインが低速側で大きく且つ高速側で小さくなるように制御するとともに、前記車速に基づいて前記走行停止状態を検出したときに、操舵に対する前記転舵輪の転舵角の変化の特性のゲインを小さくする請求項７記載のステアリング制御装置。
9. 前記転舵機構は、前記ステアリングホイールとの間が機械的に分離されたステアリングバイワイヤ式の転舵機構である請求項１乃至８のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
10. 前記転舵機構は、前記転舵輪を転舵させるための駆動力を発生する電動モータと、この電動モータで発生する駆動力を制御するコントローラと、を備えている請求項９記載のステアリング制御装置。

Images