JP2013248941A - パワーステアリングシステム、それを搭載した車両、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプのエネルギ損失を最大限に抑制し、ドライバに最適な操舵アシスト力を提供するパワーステアリングシステムと、それを搭載した車両、及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ハンドル８の操舵性を補助するパワーステステアリング１１に作動油を供給するポンプ１２と、ポンプ１２の作動油の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔを制御するＥＣＵ１３と、を備え、ＥＣＵ１３が、車両状態と道路状態とに基づいて目標操舵角δと目標操舵角速度δ’とを算出し、算出した目標操舵角δと目標操舵角速度δ’の増加に伴って増加する基本流量Ｑ＿ｂａｓｅをファジィルールＲ１に基づいて算出する基本流量算出手段Ｓ１と、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔを基本流量Ｑ＿ｂａｓｅになるように制御する第１吐出流量制御手段Ｓ２と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ポンプのエネルギ損失を最大限に抑制し、ドライバに最適な操舵アシスト力を提供するパワーステアリングシステムと、それを搭載した車両、及びその制御方法に関する。

近年、可変容量パワーステアリングポンプを利用して、吐出流量を可変することによって、操舵によるエネルギを低減化する技術が提案され、実用化されている。例えば、高速以外の車速に対して、操舵角、操舵角速度、操舵加速度に基づいて、可変容量パワーステアリングポンプの指示電流を計算する装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この装置は車速が所定車速以上である場合を直進走行状態とみなし、操舵角、操舵角速度、操舵加速度をゼロとして必要最小限の目標吐出流量から指令電流を算出する。この制御により、直進走行状態において、僅かなステアリング操舵、キックバックなどの外乱による可変容量パワーステアリングポンプの吐出流量が過敏に増加しなくなり、エネルギ損失を低減することができる。

しかしながら、上記の装置にあっては、車速が操縦性とエネルギ損失低減の重み設定の重要なファクタである。そして、車速が低いほど、操舵性を満足するため、基本流量を高く設定するようになっており、これによって、ポンプの省エネルギ運転領域が狭くなるという問題がある。

また、吐出流量がドライバの操舵操作（例えば、操舵角、操舵角速度、及び操舵加速度が変化する操作）に応じて変化し、ドライバの操舵操作による吐出流量の反応時間において遅れが発生するため、最適なアシスト力を発揮できない場合が発生する。この場合は、ドライバの修正操舵操作が増えて、ポンプのエネルギ損失の悪化を招くという問題がある。さらに、車速と操舵情報のみに応じて発生させる吐出流量の変化では、路面の凸凹によって発生すべき操舵アシスト力に対応不能のため、ドライバが保舵又は操舵する時に操作しづらい感覚が発生する。

一方、車両の走行速度と操舵角速度に基づいて算出される保舵度合係数の増加に伴って目標アシスト量を増加するファジィルールによって目標アシスト量を設定する装置がある（例えば、特許文献２参照）。この装置は、操舵容易性と操舵安定性の両方を向上すると共に、ファジィルールにより簡単で細かい制御を可能とする。

しかしながら、ファジィルールにより簡単で細かい制御が可能になっても、車速と操舵角速度に基づいた保舵度合係数を用いているために、前述と同様の問題が発生する。

特開２０１１−９７３号公報 特開平７−１８６９９２号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ドライバが操舵する前に、最適な目標操舵角と目標操舵角速度を算出し、その目標操舵角と目標操舵角速度に
応じた基本流量に基づいてポンプを制御することで、エネルギ損失を低減すると共に、応答性を向上して、最適な操舵アシスト力を提供することができるパワーステアリングシステム、それを搭載した車両、及びその制御方法を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明のパワーステアリングシステムは、ハンドルの操舵性を補助する操舵補助装置に作動油を供給するポンプと、前記ポンプの作動油の吐出流量を制御する制御装置と、を備えるパワーステアリングシステムにおいて、前記制御装置が、車両状態と道路状態とに基づいて、状態方程式から目標操舵角と目標操舵角速度とを算出し、算出した前記目標操舵角と前記目標操舵角速度の増加に伴って増加する基本流量を算出する基本流量算出手段と、前記ポンプの吐出流量を前記基本流量になるように制御する第１吐出流量制御手段と、を備えて構成される。

この構成によれば、車速や操舵角などの車両状態だけではなく、道路状態を用いて算出した目標操舵角と目標操舵角速度に基づいた基本流量を算出し、その基本流量になるようにポンプの吐出流量を制御することができる。これにより、ドライバが操舵操作する前にポンプの吐出流量を制御し、応答性を向上すると共にドライバの修正操舵を低減して、ポンプのエネルギ損失の悪化を抑制することができる。

また、車速とドライバの操舵操作に基づいて吐出流量を制御する場合と比較して、ポンプの省エネルギ運転域が広く、省エネルギ化を図ることができると共に、予め予測したドライバの操舵操作に基づいてポンプの吐出流量を制御するので、応答性を向上して、最適な操舵アシスト力を提供することができる。

また、上記のパワーステアリングシステムにおいて、前記基本流量算出手段に、検知又は計測した車速と道路曲率とに基づいてヨー角とヨー角速度を算出するヨー角度算出第１手段、又は、検知又は計測したヨー角速度からヨー角を算出するヨー角算出第２手段のどちらか一方と、前記ヨー角と前記ヨー角速度を用いた車両の状態方程式から前記目標操舵角と前記目標操舵角速度とを算出する目標操舵角算出手段と、を備えると、ヨー角とヨー角速度から目標操舵角と目標操舵角速度を算出することができる。

ヨー角度算出第１手段を用いる場合は、ヨー角を検知又は計測するヨーレートセンサを設ける必要がなくなるので、コストを低減することができる。

加えて、上記のパワーステアリングシステムにおいて、前記目標操舵角と実操舵角度との角度偏差値と、前記目標操舵角速度と実操舵角速度との角速度偏差値とから、車両が急操舵されたか否かを判定する急操舵判定手段と、前記急操舵判定手段で車両が急操舵されたと判定すると、前記角度偏差値と前記角速度偏差値の増加に伴って増加する急操舵時追加流量を算出する急操舵時追加流量算出手段と、前記基本流量に前記急操舵時追加流量を加算して第１補正流量を算出する第１補正流量算出手段と、前記ポンプの吐出流量を前記第１補正流量になるように制御する第２吐出流量制御手段と、を備えることが好ましい。

さらに、上記のパワーステアリングシステムにおいて、車両上下加速度、ロール加速度、又はピッチ角速度の少なくとも一つから車両が凸凹を走行中か否かを判定する凸凹判定手段と、前記凸凹判定手段で車両が凸凹を走行中と判定すると、前記車両上下加速度、前記ロール加速度、又は前記ピッチ角速度の少なくとも一つの増加に伴って増加する凸凹時追加流量を算出する凸凹時追加流量算出手段と、前記基本流量に前記凸凹時追加流量を加算して第２補正流量を算出する第２補正流量算出手段と、前記ポンプの吐出流量を前記第２補正流量になるように制御する第３吐出流量制御手段と、を備えることが好ましい。

上記の構成によれば、基本流量をベースとして、車両を急操舵する時に、及び凸凹の道路を車両が走行する時に、その基本流量に急操舵による急操舵時追加流量を、若しくは凸凹の大きさによる凸凹時追加流量を加えることができるので、適切なポンプの吐出流量の設定を図ることができる。これにより、省エネルギ運転域を広くしたまま、最適な操舵アシスト力を提供して、操舵性を保持することができる。

その上、上記の問題を解決するための車両は、上記に記載のパワーステアリングシステムを搭載して構成される。この構成によれば、ポンプのエネルギ損失を最大限に抑制するので、燃費を向上することができ、また、ドライバに最適な操舵アシスト力を提供することで、運転の快適性を向上することができる。

また、上記の問題を解決するためのパワーステアリングシステムの制御方法は、ハンドルの操舵性を補助する操舵補助装置に作動油を供給するポンプの作動油の吐出流量を制御するパワーステアリングシステムの制御方法において、車両状態と道路状態とに基づいて、状態方程式から目標操舵角と目標操舵角速度とを算出し、算出した前記目標操舵角と前記目標操舵角速度の増加に伴って増加する基本流量を算出する基本流量算出工程と、前記ポンプの吐出流量を前記基本流量になるように制御する第１吐出流量制御工程と、を含むことを特徴とする方法である。

加えて、上記のパワーステアリングシステムの制御方法において、前記基本流量算出工程に、検知又は計測した車速と道路曲率とに基づいてヨー角とヨー角速度を算出するヨー角度算出第１工程、又は、検知又は計測したヨー角速度からヨー角を算出するヨー角算出第２工程のどちらか一方と、前記ヨー角と前記ヨー角速度を用いた車両の状態方程式から前記目標操舵角と前記目標操舵角速度とを算出する目標操舵角算出工程と、を含むことが好ましい。

さらに、上記のパワーステアリングシステムの制御方法において、前記第１吐出流量制御工程の前に、前記目標操舵角と実操舵角度との角度偏差値と、前記目標操舵角速度と実操舵角速度との角速度偏差値とから、車両が急操舵されたか否かを判定する急操舵判定工程と、前記急操舵判定工程で車両が急操舵されたと判定すると、前記角度偏差値と前記角速度偏差値の増加に伴って増加する急操舵時追加流量を算出する急操舵時追加流量算出工程と、前記基本流量に前記急操舵時追加流量を加算して第１補正流量を算出する第１補正流量算出工程と、前記ポンプの吐出流量を前記第１補正流量になるように制御する第２吐出流量制御工程と、を含むことが好ましい。

その上、上記のパワーステアリングシステムの制御方法において、前記第１吐出流量制御工程の前に、車両上下加速度、ロール加速度、又はピッチ角速度の少なくとも一つから車両が凸凹を走行中か否かを判定する凸凹判定工程と、前記凸凹判定工程で車両が凸凹を走行中と判定すると、前記車両上下加速度、前記ロール加速度、又は前記ピッチ角速度の少なくとも一つの増加に伴って増加する凸凹時追加流量を算出する凸凹時追加流量算出工程と、前記基本流量に前記凸凹時追加流量を加算して第２補正流量を算出する第２補正流量算出工程と、前記ポンプの吐出流量を前記第２補正流量になるように制御する第３吐出流量制御工程と、を含むことが好ましい。

本発明によれば、ドライバが操舵する前に、最適な目標操舵角と目標操舵角速度を算出し、その目標操舵角と目標操舵角速度に応じた基本流量に基づいてポンプを制御することで、エネルギ損失を低減すると共に、応答性を向上して操舵性を向上することができる。

本発明に係る第１の実施の形態のパワーステアリングシステムを搭載した車両を示す概略図である。 本発明に係る第１の実施の形態のパワーステアリングシステムのポンプを示す概略図である。 本発明に係る第１の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法を示すフローチャートである。 本発明に係る第１の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法に用いるファジィルールを示した図である。 本発明に係る第１の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法に用いるファジィ集合を示すグラフであり、（ａ）は目標操舵角のファジィ集合を示し、（ｂ）は目標操舵角速度のファジィ集合を示し、（ｃ）は基本流用のファジィ集合を示す。 本発明に係る第２の実施の形態のパワーステアリングシステムを搭載した車両を示す概略図である。 本発明に係る第２の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法を示すフローチャートである。 本発明に係る第２の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法に用いるファジィルールを示した図である。 本発明に係る第３の実施の形態のパワーステアリングシステムを搭載した車両を示す概略図である。 本発明に係る第３の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法を示すフローチャートである。 本発明に係る第３の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法に用いるファジィルールを示した図である。 本発明に係る第４の実施の形態のパワーステアリングシステムを搭載した車両を示す概略図である。 本発明に係る第４の実施の形態のパワーステアリングシステムの制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態のパワーステアリングシステム、それを搭載した車両、及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図１に示すように、実施の形態の車両１として、ボディ２、キャブ３、及びシャーシ４を備える所謂キャブオーバー型のトラックを例に説明するが、本発明はボンネット型の一般車両にも適用することができる。また、実施の形態の車両１として、車軸の構造が前輪５、後駆動輪６、及び後輪７からなる６×２（前１軸、後２軸／１軸駆動）の所謂ワンデフ車を例に説明するが、本発明は車軸の構造が４×２や、６×４の構造のものにも適用することができる。

まず、本発明に係る第１の実施の形態のパワーステアリングシステムについて、図１及び図２を参照しながら説明する。図１に示すように、車両１は、ドライバがハンドル（ステアリングホイールともいう）８を操舵することにより、前輪５が操舵され、旋回する。このとき、ドライバの操舵を補助するシステムとして、パワーステアリングシステム１０を備える。このパワーステアリングシステム１０は、油圧式の操舵補助装置（以下、パワーステアリングという）１１とポンプ１２を備えると共に、ＥＣＵ（制御装置）１３、カメラ（映像取得装置、又は画像取得装置）１４と車速センサ１５を備える。

このＥＣＵ１３は、エンジンコントロールユニットと呼ばれる装置であり、エンジンの制御を行う装置であるが、それとは別にポンプ１２の吐出流量を制御する制御装置として設けてもよい。

図２に示すように、このパワーステアリングシステム１０のポンプ１２は可変容量型ベ
ーンポンプであって、アダプタ２１、カムリング２２、ロータ２３、ベーン２４、ピン２５、リリーフバルブ２６、差圧制御バルブ２７、電磁弁２８を備え、ＥＣＵ１３が電磁弁２８を作動させることにより、電磁弁２８の上流側と下流側との差圧、つまりリリーフバルブ２６と差圧制御バルブ２７との両圧力の差圧を可変制御することによって弁体の軸方向の位置を制御し、これによってカムリング２２の偏心量を制御することで吐出流量を制御するものである。

この第１の実施の形態のパワーステアリングシステム１０は、ＥＣＵ１３に、車両状態と道路状態に基づいて、事前にドライバの操舵動作（目標操舵角δ（ｄｅｇ）と目標操舵角速度δ’（ｄｅｇ／ｓ））を推測し、その推測した操舵動作によって基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを算出する基本流量算出手段Ｓ１と、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔがその基本流量Ｑ＿ｂａｓｅになるように制御する第１吐出流量制御手段Ｓ２とを備える。

詳しくは、基本流量算出手段Ｓ１は、目標操舵角δと目標操舵角速度δ’の増加に伴って基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを増加するファジィルールに基づいて基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを算出している。

また、基本流量算出手段Ｓ１に、車速センサ１５で検知した車速Ｖ（ｍ／ｓ）とカメラ１４で計測した道路曲率ρ（−）とに基づいてヨー角φ（ｄｅｇ）とヨー角速度φ’（ｄｅｇ／ｓ）を算出するヨー角算出第１手段Ｓ３と、ヨー角φとヨー角速度φ’に基づいた車両１の状態方程式から目標操舵角δ（ｄｅｇ）と目標操舵角速度δ’（ｄｅｇ／ｓ）を算出する目標操舵角算出手段Ｓ４とを備える。

次に、本発明に係る第１の実施の形態のパワーステアリングシステム１０の制御方法について、図３〜図５を参照しながら説明する。図３のフローチャートに示すように、まず、ＥＣＵ１３が必要パラメータを読み込むステップＳ１１０を行う。このステップＳ１１０では、ＥＣＵ１３に予め記憶されている定数として、車両１の慣性モーメントＩ（ｋｇ・ｍ^２）、車両１の質量Ｍ（ｋｇ）、前輪５のコーナリングパワーＫ_ｆ（Ｎ／ｒａｄ）、後駆動輪６のコーナリングパワーＫ_ｒ（Ｎ／ｒａｄ）、車両１の重心点（図示しない）から前輪軸（前輪５の回転軸）までの距離ｌ_ｆ（ｍ）、及び車両１の重心点から後輪軸（後駆動輪６の回転軸）までの距離ｌ_ｒ（ｍ）を呼び出す。また、検知又は計測された道路状態としてカメラ１４で計測した道路曲率ρ（−）と、検知又は計測された車両状態として車速センサ１５で検知した車速Ｖ（ｍ／ｓ）を読み込む。

次に、ＥＣＵ１３のヨー角算出第１手段Ｓ３が、ステップＳ１１０で読み込んだパラメータを用いて、ヨー角φとヨー角速度φ’を演算するステップＳ１２０を行う。ヨー角φは、道路曲率ρと車速Ｖから下記の数式（１）より求める。

ヨー角φが算出されると、そのヨー角φを時間で微分して、ヨー角速度φ’を算出する。ヨー角φとヨー角速度φ’を道路曲率ρと車速Ｖから求めることで、例えばヨーレートセンサが必要なくなるので、コストを低減することができる。

次に、ＥＣＵ１３の目標操舵角算出手段Ｓ４が、ヨー角φとヨー角速度φ’を用いて、目標操舵角δと目標操舵角速度δ’を演算するステップＳ１３０を行う。目標操舵角δは、下記の数式（２）〜（８）で示されるパワーステアリングシステム１０の状態方程式よ
り求める。

目標操舵角δが算出されると、次に、その目標操舵角δを時間で微分して、目標操舵角速度δ’を算出する。

次に、ＥＣＵ１３の基本流量算出手段Ｓ１が、目標操舵角δと目標操舵角速度δ’を用いて、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを演算するステップＳ１４０を行う。このステップＳ１４０では、目標操舵角δと目標操舵角速度δ’の大きさによって、ポンプ１２の基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを図４に示すファジィルールＲ１で決める。

ここでいう、ファジィルールＲ１とは、ファジィ集合Ｓ１を、図５の（ａ）と（ｂ）を入力のファジィ集合として、図５の（ｃ）を出力のファジィ集合として、作られた推論則である。詳しくは、目標操舵角δがｂｉｇ（大きい）、且つ目標操舵角速度δ’がｂｉｇの場合の基本流量Ｑ＿ｂａｓｅをｂｉｇとし、目標操舵角δがｍｉｄｄｌｅ、且つ目標操舵角速度δ’がｍｉｄｄｌｅの場合の基本流量Ｑ＿ｂａｓｅをｍｉｄｄｌｅとし、目標操舵角δがｓｍａｌｌ（小さい）、且つ目標操舵角速度δ’がｓｍａｌｌの場合の基本流量Ｑ＿ｂａｓｅをｓｍａｌｌとする。

つまり、目標操舵角δと目標操舵角速度δ’の増加に伴って基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを増加するファジィルールＲ１に基づいて基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを算出しており、ドライバの感覚に近い結果を得ることができ、操舵に関するドライバのノウハウを推論として利用することができる。

次に、ＥＣＵ１３の第１吐出流量制御手段Ｓ２が、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔが、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅとなるように電磁弁２８を制御するステップＳ１５０を行って、この制御方法は完了する。

この制御方法によれば、ドライバがハンドル８を操舵操作する前に、車両状態と道路状態（ステップＳ１１０で読み込まれるパラメータ）から、目標操舵角δと目標操舵角速度δ’を算出し、その目標操舵角δと目標操舵角速度δ’からファジィルールＲ１に応じた基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを算出することができる。

これにより、ドライバがハンドル８を操舵するときの応答性を向上して、最適な操舵アシスト力を提供すると共に、ポンプ１２のエネルギ損失を抑制することができる。また、事前にドライバの操舵動作を推測し、操舵操作の必要がある場合に基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを大きくするので、ポンプ１２の省エネルギ運転域が広く、消費されるエネルギを低減することができる。

なお、この実施の形態では、前輪５のコーナリングパワーＫ_ｆ、後駆動輪６のコーナリングパワーＫ_ｒを定数とし、輪荷重に比例する値としたが、例えば、スリップ角を考慮して算出された変数を用いてもよい。また、カメラ１４による道路曲率ρを計測する方法は、例えば、特開２００１−１０５１８号公報で開示されている公知の方法などを用いることができ、その計測方法については限定しない。

次に、本発明に係る第２の実施の形態のパワーステアリングシステムについて、図６を参照しながら説明する。このパワーステアリングシステム３０は、図１のパワーステアリングシステム１０のカメラ１４に換えて、図６に示すように、道路状態取得装置３１を備え、加えて、ハンドル角度センサ３２を備える。

道路状態取得装置３１は、カーナビゲーションのように地図と衛生測位システム（全地球航法衛星システムともいう；ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ガリレオなど）とから車両１の現在位置を把握して、車両１がこれから走行する道路の道路状態として道路曲率ρを取得する装置である。この道路状態取得装置３１の代わりにカーナビゲーションを用いてもよい。

この実施の形態のパワーステアリングシステム３０は、ＥＣＵ１３に、前述した基本流量算出手段Ｓ１と、第１吐出流量制御手段Ｓ２に加えて、目標操舵角δと実操舵角θとの角度偏差値（δ−θ）（以下、角度偏差値Δδとする）と、目標操舵角速度δ’と実操舵角速度θ’との角速度偏差値（δ’−θ’）（以下、角速度偏差値Δδ’とする）の大きさによって基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに追加する急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅを算出する急操舵時追加流量算出手段Ｓ５と、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅがゼロより大きい場合に、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅを加算した第１補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ１を算出する第１補正流量算出手段Ｓ６と、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔがその第１補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ１になるように制御する第２吐出流量制御手段Ｓ７と、を備える。

次に、本発明に係る第２の実施の形態のパワーステアリングシステム３０の制御方法について、図７と図８を参照しながら説明する。ここでは、図３に示す制御方法と同様のステップについては同様の符号を用いて、その説明については省略する。

まず、図７に示すように、ＥＣＵ１３が必要パラメータを読み込むステップＳ２１０を行う。このステップＳ２１０では、ステップＳ１１０のパラメータの道路曲率ρに換えて、道路状態取得装置３１で計測した道路曲率ρと、それに加えて、ハンドル角センサ３２で検知した実操舵角θ（ｄｅｇ）と、その実操舵角θを時間で微分した実操舵角速度θ’（ｄｅｇ／ｓ）も読み込む。

次に、ステップＳ１２０からステップＳ１４０まで行うと、次に、ＥＣＵ１３の急操舵
時追加流量算出手段Ｓ５が、目標操舵角δと実操舵角θとの角度偏差値Δδと、目標操舵角速度δ’と実操舵角速度θ’との角速度偏差値Δδ’とを演算するステップＳ２２０を行う。

次に、角度偏差値Δδと角速度偏差値Δδ’を用いて、急操舵時追加流量Ｑ＿ｃｏｒｒ１を演算するステップＳ２３０を行う。このステップＳ２３０では、角度偏差値Δδと角速度偏差値Δδ’の大きさによって、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに追加する急操舵時追加流量Ｑ＿ｃｏｒｒ１を図８に示すファジィルールＲ２で決める。ここで、操舵角速度感度パラメータをＬとする。

このファジィルールＲ２は、ファジィ集合Ｓ２を用いて作られた推論則である。詳しくは、角度偏差値Δδに、操舵角速度感度パラメータＬと角速度偏差値Δδ’を積算した値を加算した値がｂｉｇの場合に、ドライバの急操舵意識が強い（又は、車両１が急操舵されている）と判断し、角度偏差値Δδと角速度偏差値Δδ’の大きさに応じて、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅをｂｉｇとし、また、角度偏差値Δδに、操舵角速度感度パラメータＬと角速度偏差値Δδ’を積算した値を加算した値がｓｍａｌｌの場合に、外乱として処理し、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅをゼロとする。

この操舵角速度感度パラメータＬは、実験的に求めた任意の値に設定することができるが、小さい値に設定すると、操舵速度に対する感度を高くすることができ、大きい値に設定すると、操舵速度に対する感度を低くすることができる。

ステップＳ２３０で、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅがゼロの場合は、次に、ステップＳ１５０を行いこの制御方法は完了する。一方、ステップＳ２３０で、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅがゼロでない場合は、次に、ＥＣＵ１３の第１補正流量算出手段Ｓ６が、ステップＳ１４０で算出した基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅを加算して、第１補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ１を演算するステップＳ２４０を行う。

次に、ＥＣＵ１３の第２吐出流量制御手段Ｓ７が、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔが、第１補正流量Ｑ＿ｃｏｏｒ１となるように、電磁弁２９を制御するステップＳ２５０を行い、この制御方法は完了する。

この制御方法によれば、事前に推測したドライバの操舵操作以上にドライバがハンドル８を操舵操作しても、その急操舵を判定することができ、その急操舵に伴った急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅを基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに追加することができる。これにより、ドライバが急操舵しても応答性を低下することなく、最適な操舵アシスト力を提供して、操舵性能を保持することができる。

また、道路曲率ρをこの実施の形態では、地図と衛生測位システムを有する道路状態取得装置３１を用いたが、例えば、衛星測位システムと操舵レコーダ（ドライバが同じ路線を走ったときの操舵操作を記録する装置）を有する道路状態取得装置を用いてもよい。

次に、本発明に係る第３の実施の形態のパワーステアリングシステムについて、図９を参照しながら説明する。このパワーステアリングシステム４０は、図１のパワーステアリングシステム１０に加えて、図９に示すように、加速度センサ４１を備える。

この加速度センサ４１は、車両１の上下加速度Ｚ（ｍ／ｓ^２）、ロール加速度α（ｍ／ｓ^２）、及びピッチ加速度β（ｍ／ｓ^２）を計測することができればよく、三軸加速度センサが好ましく、また、ジャイロセンサを代わりに用いることができる。

このパワーステアリングシステム４０は、ＥＣＵ１３に、上下加速度Ｚ、ロール加速度α、及びピッチ加速度βの大きさによって基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに追加する凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを算出する凸凹時追加流量算出手段Ｓ８と、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロより大きい場合に、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを加算した第２補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ２を算出する第２補正流量算出手段Ｓ９と、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔがその第２補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ２になるように制御する第３吐出流量制御手段Ｓ１０と、を備える。

次に、本発明に係る第３の実施の形態のパワーステアリングシステム４０の制御方法について、図１０と図１１を参照しながら説明する。ここでは、図３に示す制御方法と同様のステップについては同様の符号を用いて、その説明については省略する。

まず、図１０に示すように、ＥＣＵ１３が必要パラメータを読み込むステップＳ３１０を行う。このステップＳ３１０では、ステップＳ１１０のパラメータに加えて、加速度センサ４１で検知した車両１の上下加速度Ζ、ロール加速度α、及びピッチ加速度βも読み込む。

次に、ステップＳ１２０からステップＳ１４０まで行うと、次に、ＥＣＵ１３の凸凹時追加流量算出手段Ｓ８が、上下加速度Ζ、ロール加速度α、及びピッチ加速度βを用いて、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを演算するステップＳ３２０を行う。このステップＳ３２０では、上下加速度Ζ、ロール加速度α、及びピッチ加速度βの大きさによって、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに追加する凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを図１１に示すファジィルールＲ３で決める。

このファジィルールＲ３は、ファジィ集合Ｓ３を用いて作成される推論則である。詳しくは、上下加速度Ζ、ロール加速度α、及びピッチ加速度βがｂｉｇの場合に、ドライバが操舵しづらい（又は、車両１が走行している道路の凸凹が大きい）と判断し、上下加速度Ζ、ロール加速度α、及びピッチ加速度βの大きさに応じて、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕをｂｉｇとし、上下加速度Ζ、ロール加速度α、及びピッチ加速度βがｓｍａｌｌの場合に、外乱として処理し、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕをゼロとする。

ステップＳ３２０で、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロの場合は、次に、ステップＳ１５０を行いこの制御方法は完了する。一方、ステップＳ３２０で、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロでない場合は、次に、ＥＣＵ１３の第２補正流量算出手段Ｓ９が、ステップＳ１４０で算出した基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを加算して、第２補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ２を演算するステップＳ３３０を行う。

次に、ＥＣＵ１３の第３吐出流量制御手段Ｓ１０が、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔが、第２補正流量Ｑ＿ｃｏｏｒ２となるように、電磁弁２８を制御するステップＳ３４０を行い、この制御方法は完了する。

この制御方法によれば、車両１の上下加速度Ζ、ロール角速度α、及びピッチ角速度βによって、路面の凸凹の大きさを判断することができ、その路面の凸凹の大きさに応じてポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔを増加することができる。これにより、ドライバが凸凹の路面で保舵操作又は操舵操作するときに、ハンドル８を捉えられて、保舵操作又は操舵操作がしづらい感覚を抑制することができる。

従来のように、車速Ｖの高低によって流量を決定することは、路面の凸凹に応じた適当な流量を設定することができず、流量を高く設定すると省エネルギ領域が狭くなり、低く設定すると路面の凸凹に対して流量が足りずに操舵性が悪くなる。本発明は基本流量Ｑ＿
ｂａｓｅに路面の凸凹の大きさに応じた凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを追加することで、その問題を解決することができる。

次に、本発明に係る第４の実施の形態のパワーステアリングシステムについて、図１２を参照しながら説明する。このパワーステアリングシステム５０は、図１に示す第１の実施の形態のパワーステアリングシステム１０のカメラ１４に換えて、図１２に示すように、ヨーレートセンサ５１を備え、加えて、ハンドル角センサ５２と加速度センサ５３を備える。

このパワーステアリングシステム５０は、ＥＣＵ１３に、ヨーレートセンサ５１が検知するヨー角φと、そのヨー角φを時間で微分してヨー角速度φ’を算出するヨー角算出第２手段を有する基本流量算出手段Ｓ１１、第１吐出流量制御手段Ｓ２、急操舵時追加流量算出手段Ｓ５、第１補正流量算出手段Ｓ６、第２吐出流量制御手段Ｓ７、凸凹時追加流量算出手段Ｓ８、第２補正流量算出手段Ｓ９、及び第３吐出流量制御手段Ｓ１０を備える。

加えて、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅと凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがそれぞれゼロより大きい場合に、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅと凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕとを加算した第３補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ３を算出する第３補正流量算出手段Ｓ１２と、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔがその第３補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ３になるように制御する第４吐出流量制御手段Ｓ１３と、を備える。

次に、本発明に係る第４のパワーステアリングシステム５０の制御方法について、図１３を参照しながら説明する。図３、図７、及び図１０に示す制御方法と同様のステップについては同様の符号を用いて、その説明については省略する。

まず、ＥＣＵ１３が必要パラメータを読み込むステップＳ４１０を行う。このステップＳ４１０では、ステップＳ１１０のパラメータに換えて、ヨーレートセンサ５１が検知するヨー角φと、そのヨー角φを時間で微分したヨー角速度φ’と、ハンドル角センサ５２で検知した実操舵角θ（ｄｅｇ）と、その実操舵角θを時間で微分した実操舵角速度θ’（ｄｅｇ／ｓ）と、加速度センサ５３で検知した車両１の上下加速度Ζ（ｍ／s^２）、ロール加速度α（ｍ／s^２）、及びピッチ加速度β（ｍ／s^２）を読み込む。

次に、ステップＳ１３０からステップＳ１４０まで行うと、次に、ステップＳ３２０を行う。このステップＳ３２０で、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロでない場合は、次に、ステップＳ３３０を行ってから次のステップＳ２２０へ進む。

一方、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロの場合は、ステップＳ３３０を行わずに、次に、ステップＳ２２０からステップＳ２３０を行う。

このステップＳ２３０で、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロ、且つ急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅがゼロの場合は、次に、ステップＳ１５０を行い、この制御方法は完了する。また、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロ、且つ急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅがゼロより大きい場合は、次に、ステップＳ２４０からステップＳ２５０までを行い、この制御方法は完了する。加えて、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロより大きく、且つ急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅがゼロの場合は、ステップＳ３４０を行い、この制御方法は完了する。

さらに、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕがゼロより大きく、且つ急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅがゼロより大きい場合は、ＥＣＵ１３が、第３補正流量算出手段Ｓ１２が、ステップＳ１４０で算出した基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕと、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅとを加算して、第３補正流量Ｑ＿ｃｏｒｒ３を算出するステップＳ４２０を
行う。

次に、ＥＣＵ１３の第４吐出流量制御手段Ｓ１３が、ポンプ１２の吐出流量Ｑ＿ｏｕｔが、第３補正流量Ｑ＿ｃｏｏｒ３となるように、電磁弁２８を制御するステップＳ４３０を行い、この制御方法は完了する。

この制御方法によれば、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅをベースとして、急操舵時に、及び凸凹の道路を走行時に、その基本流量Ｑ＿ｂａｓｅに急操舵による急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅと凸凹の大きさによる凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを加えることができるので、吐出流量Ｑ＿ｏｕｔを適切に設定することができる。これにより、省エネルギ運転域を広くしたまま、操舵性を保持することができる。

上記の第１〜第４の実施の形態のパワーステアリングシステム１０、３０、４０、又は５０を搭載する車両１は、ポンプ１２のエネルギ損失を最大限に抑制するので、燃費を向上することができ、また、ドライバに最適な操舵アシスト力を提供することで、運転の快適性を向上することができる。

なお、ヨー角φとヨー角速度φ’を得るまでの工程については、第１の実施の形態の制御方法で説明したカメラ１４を用いた算出方法、第２の実施の形態の制御方法で説明した道路状態取得装置３１を用いた算出方法、又は、第４の実施の形態の制御方法で説明したヨーレートセンサ５１を用いた方法のどれか一つを用いればよい。

また、急操舵時追加流量Ｑ＿ｓｔｅを演算するステップＳ２３０と、凸凹時追加流量Ｑ＿ｒｏｕを演算するステップＳ３２０を実施の形態では、基本流量Ｑ＿ｂａｓｅを演算するステップＳ１４０の後に行ったが、ステップＳ１４０の前で、必要パラメータを読み込んだ後に、行なってもよい。

加えて、上記の第１〜第４の実施の形態の制御方法は、予め定めた時間毎に行うように設定するか、各演算に必要なパラメータ（例えば、道路曲率ρ、実操舵角度θ、車両１の上下加速度Ζなど）が変化したときに行うように設定するとよい。

さらに、ステップＳ１４０、ステップＳ２３０、及びステップＳ３２０で用いるファジィルールＲ１、Ｒ２、及びＲ３は車両状態、路面状態、若しくは操舵操作の状態などにより任意に設定することができ、実施の形態で説明した以外のルールを追加する、及び説明したルールを削除するなどしてもよく、上記に限定しない。

本発明のパワーステンなリングシステムは、ドライバが操舵する前に、最適な目標操舵角と目標操舵角速度を算出し、その目標操舵角と目標操舵角速度に応じた基本流量に基づいてポンプを制御することで、エネルギ損失を低減すると共に、応答性を向上して操舵性を向上することができるので、油圧式のパワーステアリングシステムを搭載した車両に適用することができる。

１ 車両
２ ボディ
３ キャブ
４ シャーシ
５ 前輪
６ 後駆動輪
７ 後輪
８ ハンドル（ステアリングホイール）
１０、３０、４０、５０ パワーステアリングシステム
１１ パワーステアリング（操舵補助装置）
１２ ポンプ
１３ ＥＣＵ（制御装置）
１４ カメラ（映像取得装置、又は画像取得装置）
１５ 車速センサ
３１ 道路状態取得装置
３２、５２ ハンドル角センサ（操舵角センサ）
４１、５３ 加速度センサ
５１ ヨーレートセンサ
Ｓ１ 基本流量算出手段
Ｓ２ 第１吐出流量制御手段
Ｓ３ ヨー角算出第１手段
Ｓ４ 目標操舵角算出手段
Ｓ５ 急操舵時追加流量算出手段
Ｓ６ 第１補正流量算出手段
Ｓ７ 第２吐出流量制御手段
Ｓ８ 凸凹時追加流量算出手段
Ｓ９ 第２補正流量算出手段
Ｓ１０ 第３吐出流量制御手段
Ｓ１１ 基本流量算出手段（ヨー角算出第２手段を備える基本流量算出手段）
Ｓ１２ 第３補正流量算出手段
Ｓ１３ 第４吐出流量算出手段

Claims (9)

1. ハンドルの操舵性を補助する操舵補助装置に作動油を供給するポンプと、前記ポンプの作動油の吐出流量を制御する制御装置と、を備えるパワーステアリングシステムにおいて、
   前記制御装置が、
   車両状態と道路状態とに基づいて目標操舵角と目標操舵角速度とを算出し、算出した前記目標操舵角と前記目標操舵角速度の増加に伴って増加する基本流量を算出する基本流量算出手段と、
   前記ポンプの吐出流量を前記基本流量になるように制御する第１吐出流量制御手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリングシステム。
2. 前記基本流量算出手段に、
   検知又は計測した車速と道路曲率とに基づいてヨー角とヨー角速度を算出するヨー角度算出第１手段、又は、検知又は計測したヨー角速度からヨー角を算出するヨー角算出第２手段のどちらか一方と、
   前記ヨー角と前記ヨー角速度を用いた車両の状態方程式から前記目標操舵角と前記目標操舵角速度とを算出する目標操舵角算出手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
3. 前記目標操舵角と実操舵角度との角度偏差値と、前記目標操舵角速度と実操舵角速度との角速度偏差値とが大きい場合に、車両が急操舵されたと判定して急操舵時追加流量を算出する急操舵時追加流量算出手段と、
   前記基本流量に前記急操舵時追加流量を加算して第１補正流量を算出する第１補正流量算出手段と、
   前記ポンプの吐出流量を前記第１補正流量になるように制御する第２吐出流量制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーステアリングシステム。
4. 車両上下加速度、ロール加速度、又はピッチ角速度の少なくとも一つから車両が凸凹を走行中か否かを判定する凸凹判定手段と、
   前記凸凹判定手段で車両が凸凹を走行中と判定すると、前記車両上下加速度、前記ロール加速度、又は前記ピッチ角速度の少なくとも一つの増加に伴って増加する凸凹時追加流量を算出する凸凹時追加流量算出手段と、
   前記基本流量に前記凸凹時追加流量を加算して第２補正流量を算出する第２補正流量算出手段と、
   前記ポンプの吐出流量を前記第２補正流量になるように制御する第３吐出流量制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワーステアリングシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のパワーステアリングシステムを搭載したことを特徴とする車両。
6. ハンドルの操舵性を補助する操舵補助装置に作動油を供給するポンプの作動油の吐出流量を制御するパワーステアリングシステムの制御方法において、
   車両状態と道路状態とに基づいて、状態方程式から目標操舵角と目標操舵角速度とを算出し、算出した前記目標操舵角と前記目標操舵角速度の増加に伴って増加する基本流量を算出する基本流量算出工程と、
   前記ポンプの吐出流量を前記基本流量になるように制御する第１吐出流量制御工程と、を含むことを特徴とするパワーステアリングシステムの制御方法。
7. 前記基本流量算出工程に、
   検知又は計測した車速と道路曲率とに基づいてヨー角とヨー角速度を算出するヨー角度算出第１工程、又は、検知又は計測したヨー角速度からヨー角を算出するヨー角算出第２工程のどちらか一方と、
   前記ヨー角と前記ヨー角速度を用いた車両の状態方程式から前記目標操舵角と前記目標操舵角速度とを算出する目標操舵角算出工程と、を含むことを特徴とする請求項６に記載のパワーステアリングシステムの制御方法。
8. 前記第１吐出流量制御工程の前に、前記目標操舵角と実操舵角度との角度偏差値と、前記目標操舵角速度と実操舵角速度との角速度偏差値とから、車両が急操舵されたか否かを判定する急操舵判定工程と、
   前記急操舵判定工程で車両が急操舵されたと判定すると、前記角度偏差値と前記角速度偏差値の増加に伴って増加する急操舵時追加流量を算出する急操舵時追加流量算出工程と、
   前記基本流量に前記急操舵時追加流量を加算して第１補正流量を算出する第１補正流量算出工程と、
   前記ポンプの吐出流量を前記第１補正流量になるように制御する第２吐出流量制御工程と、を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載のパワーステアリングシステムの制御方法。
9. 前記第１吐出流量制御工程の前に、車両上下加速度、ロール加速度、又はピッチ角速度の少なくとも一つから車両が凸凹を走行中か否かを判定する凸凹判定工程と、
   前記凸凹判定工程で車両が凸凹を走行中と判定すると、前記車両上下加速度、前記ロール加速度、又は前記ピッチ角速度の少なくとも一つの増加に伴って増加する凸凹時追加流量を算出する凸凹時追加流量算出工程と、
   前記基本流量に前記凸凹時追加流量を加算して第２補正流量を算出する第２補正流量算出工程と、
   前記ポンプの吐出流量を前記第２補正流量になるように制御する第３吐出流量制御工程と、を含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のパワーステアリングシステムの制御方法。