JP2016049896A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行路の形状に対応して電動式パワーステアリングにおける運転者の操舵感を良好にすることができる車両用操舵制御装置を得る。
【解決手段】車速検出手段１１で検出された車速および車速操舵トルク検出手段１２で検出された操舵トルクに基づいてベースアシストトルクを決定するベースアシストトルク決定手段１６において、ヨー角検出手段１５で検出された車両のヨー角に基づき、ベースアシストトルクを変更、調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータによりトルクを発生させ、ステアリング系の操舵力を補助する電動式パワーステアリングを有した車両用操舵制御装置に関するものである。

近年、自動車の操舵時の操作性の向上を目的とする手段として、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力を、モータを用いたアクチューエータで補助するようにした電動式パワーステアリングを有した操舵制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９４６４０３号公報

特許文献１に記載の技術は車両のヨー角に基づいてトルクを修正し操舵性を支援するものである。例えば高速道路のカーブなどで、そのカーブに見合った適切な操舵を支援するために、車速に基づいてステアリングギア比を調整し、具体的には車速が高くなるに従ってステアリングギア比が１３．５から２０まで徐々に変化させ、トルクを増大するように設定されている。即ち、車速に応じて操舵トルクが増大することになる。さらに、ステアリングギア比に基づいて調整したトルクとヨー角、操舵角、操舵角速度、車速等の車両情報に基づいたトルク補正量を加算することで適切なアシストトルクになるよう制御している。
しかしながら、トルクを補償する手段に於いて、基準となるトルクマップから演算されるベーストルクとヨー角のセンサ情報を基にトルクの補正量を付加する補正トルクとの間にはトルクの干渉が生じ、運転者にとっては操舵フィーリングが悪化するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためのもので、走行路の形状に応じてアシストトルクが適したものとなり、良好な操舵感を得ることができる操舵制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る車両用操舵制御装置は、車速検出手段で検出された車速および操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに基づいてベースアシストトルクを決定するベースアシストトルク決定手段において、ヨー角検出手段で検出された車両のヨー角に基づき、ベースアシストトルクを変更するものである。

本発明の車両用操舵制御装置によれば、カーブといった走行路の形状の変化によってもベースアシストトルクを変更、調整することで、積極的に運転者に支援でき、運転者に対して操舵の負荷を軽減するといった顕著な効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置の全体構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における車両の走行状態説明図である。 本発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置の制御フローチャートである。 本発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置におけるベースアシストトルクマップの一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置におけるベースアシストトルクマップの参照例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２による車両用操舵制御装置におけるトルクアシスト補正を説明するための図である。

以下、図面に図示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電動式パワーステアリングを有した操舵制御装置を示す概略図である。図１に示すように、自動車の運転者が操舵するハンドル（ステアリングホイールとも呼ばれる）１、ハンドル１からタイヤ２までの間に連結された操舵トルク伝達機構の一部を構成するステアリング軸７の途中に設けられ、運転者のハンドル操作による操舵トルクを検出するトルクセンサ３、ハンドル１からタイヤ２までの操舵トルク伝達機構中に設けられ、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるＥＰＳ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）モータ４（以下、モータとも称す）、モータ４を制御する制御装置５、ハンドル１のハンドル角を検出するように設けられたハンドル角センサ６を備えている。また、トルクセンサ３には減速ギアを含める（図示せず）。また、運転席上部のルームミラー近傍には、車両前方の道路を検出し、走行車線情報を抽出演算しヨー角を出力できる画像検出器８を備えている。

また、θｈｄｌはハンドル角、θｓｅｎｓはハンドル角検出信号、Ｔｓｅｎｓは操舵トルク検出信号、Ｉｍｔｒ＿ｓｅｎｓはモータ電流検出信号、Ｖｔ＿ｓｅｎｓは電圧検出信号、Ｖｓｕｐｐｌｙはモータへの印加電圧、Ｔａｓｓｉｓｔはアシストトルク、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔｔｒａｎはステアリング軸反力トルク、Ｔｆｒｉｃは摩擦トルク、Ｔａｌｉｇｎは路面反力トルクである。

次に、動作について説明する。電動式パワーステアリングは、運転者がハンドル１を切った時の操舵トルクをトルクセンサ３で測定し、その操舵トルクに応じて、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させることを主な機能とするものである。また、より良い操舵フィーリングや操縦安定性を実現するため、ハンドル角、モータ回転角、或は、モータ回転角速度（微分してモータ回転角加速度を得る場合も有り）を測定するセンサを有するものもある。また、モータに流れる電流と、モータ端子間にかかる電圧も制御のために取り込まれる。

力学的には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔの和が、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗してステアリングを回転させる。また、ハンドル１を回転させる時には、モータの慣性項（Ｊはモータの慣性ゲイン）も作用し、次式（１）の関係が成立する。

Ｔｔｒａｎ ＝Ｔｈｄｌ ＋ Ｔａｓｓｉｓｔ − Ｊ・ｄω／ｄｔ ・・・（１）

モータによるアシストトルクは、次式（２）の関係が成立する。

Ｔａｓｓｉｓｔ ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ ・・・（２）

ここで、Ｇｇｅａｒはモータからステアリング軸７への減速ギア比、Ktはモータ４のトルク定数、Ｉｍｔｒはモータ電流である。

電動式パワーステアリングの制御装置５では、上述のようにセンサ信号から電流の目標値を演算し、これに対して、モータ４の実電流が一致するように電流制御がなされて、モータ４は電流値にトルク定数とギア比（モータからステアリング軸７への減速ギア）を乗じたトルクを発生し、運転者が操舵する時の操舵トルクをアシストする構成となっている。

図２は、本発明の実施の形態１による電動式パワーステアリングを有した操舵制御装置を示す構成図であり、図中破線で囲まれた部分が、モータ４に印加する電流の目標値を演算するブロックである。図２に示すように、車速を検出する車速検出手段１１である車速検出器、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段１２である操舵トルク検出器、モータ回転角速度を検出するモータ速度検出手段１３であるモータ速度検出器、モータ速度検出手段１３の出力に基づきモータ回転角加速度を検出するモータ加速度検出手段１４であるモータ加速度検出器、走行情報を基に車両走行時の走行車線に対する車両のヨー角を推定しヨー角情報を出力するヨー角検出手段１５であるヨー角検出器を備えている。ベースアシストトルク決定手段１６は車速検出手段１１、操舵トルク検出手段１２、ヨー角検出手段１５の出力を基にして、操舵トルクとベースアシストトルクとの関係が記憶されたベースアシストトルクマップを参照し、トルクを決定する。補償トルク決定手段１７は車速、モータ速度、モータ加速度情報に基づいた補償を行いトルクを演算する。ベースアシストトルク決定手段１６で得られたベースアシストトルクと補償トルク決定手段１７で得られたトルクを加算したアシストトルク指令値に基づきモータ電流を決定する。モータ駆動器１９はモータ電流制御器１８の出力及びモータ電流検出器２０によって検出されたモータ電流によりモータ４を駆動する。モータ電流検出手段であるモータ電流検出器２０はモータ４の電流を検出する。

図３は、本発明の実施の形態１による車両の走行状態を示す図である。図３には走行路（白線）３０の内側を車両４０が旋回する場面を示している。このとき、目標走行経路３１に対し車両４０の進行経路との間にはヨー角Φ分の回転角があり、運転者はハンドル１を操作し目標走行経路３１上に車両を移動させようとする場面である。

図４は、本発明の実施の形態１による制御フローチャートである。まずステップＳ１００に於いては車速検出手段１１に基づいて車速、操舵トルク検出手段１２に基づいて操舵トルク、モータ速度検出手段１３に基づいてモータ速度、モータ加速度検出手段１４に基づいてモータ加速度、ヨー角検出手段１５に基づいてヨー角の信号情報がそれぞれ検出され、制御装置５に信号の読み込みが行われ、次のステップＳ１１０へ遷移する。

ここで、画像検出器８に於いて、画像検出器８の映像信号より自車両の走行車線情報を算出するヨー角を検出するヨー角検出手段１５について説明する。走行車線の検出方法としては、入力される映像信号より自車両の前方の画像を取得し、2値化画像処理やエッジ検出処理を行い、ハフ変換等により自車の左右の走行路３０の白線を検出し、自車両に対する前記左右の白線の相対位置（走行車線情報とする）を検出し、これを走行車線情報とする事が一般的である。なお、路面上の白線を検出する方法はこれら以外にも様々な方法が提案されているが、本実施の形態ではどのような方法を用いて左右の白線を検出しても本発明の効果には影響しない。

ステップＳ１１０に於いてはステップＳ１００にて検出されたヨー角の情報に基づき制御装置５のベースアシストトルクマップを参照する。制御装置５には検出器を通じて各種の信号処理を実行する演算装置と制御装置内部のＲＯＭから情報を読み込む記憶装置を備える。記憶装置には操舵トルクとベースアシストトルクとの関係をマップ情報として記憶している。例えば、図５にこの発明の実施の形態１による操舵トルクとベースアシストトルクの一例を示す。図５に示す通り、操舵トルクとベースアシストトルクとの間には連続的で単調に増加する曲線で示される関係をもつ。また、低速では路面反力が小さい場合ではベースアシストトルクは大きく、高速では同じ操舵トルクに対しても低速と比べるとベースアシストトルクは減少する。このように制御装置には操舵トルクとベースアシストトルクとの関係を記憶したベースアシストトルクマップを有する。また、実用面では、このトルク曲線は低速と高速の２種類だけではなく車速に応じて複数の曲線をもち、マップに無い場合の車速については、車速前後のトルク曲線情報から補間あるいは内挿することにより、任意の車速での操舵トルク―ベースアシストトルク曲線を得ることができる。

図６はこの発明の実施の形態１によるベースアシストトルクのマップ参照方法に関する説明図である。図４中に於いて、ステップＳ１００にて検出されたヨー角の情報よりヨー角ΦがΦ１以上でかつΦ２より小さい範囲の場合は図６中の記憶装置参照番号Ｍ１を参照する。記憶装置参照番号Ｍ１には、前述の操舵トルク―ベースアシストトルクの情報を有している。また、ステップＳ１１０においてヨー角がΦ２以上でΦ３より小さい場合、記憶装置参照番号Ｍ２を参照する。記憶装置参照番号Ｍ３についても同様である。ここでヨー角が増大するとベーストルクマップ中のベースアシストトルクが増加する。つまり、Φ１＜Φ２なる関係が成立すれば、ベースアシストトルクにも同様の大小関係が生じる。その結果、ベースアシストトルクを変更、調整することができる。このような曲線を指令マップとして有することで、ベースアシストトルクによるトルクアシストが主となり、補償トルクを小さくできる。

また、実用を加味した場合、ヨー角Φに対するベースアシストトルクマップは必ずしも３つに限定するものではなく、少なくとも２つ以上の複数のマップを保有していれば良い。

なお、ヨー角Φが例えばΦ２近傍を変動すると記憶装置参照番号Ｍ１、Ｍ２の参照が交互に参照されてしまい、ベースアシストトルクの補助量が変動し運転者の操舵感が悪化するので、変動するベーストルクマップの２値を補間することで滑らかなアシストを実現する。これにより、記憶装置の参照による不連続さを解消でき運転者の操舵感を悪化させることなく、ベースアシストトルクを演算できる。

以上の手法を用いることで、ベースアシストトルク決定手段１６は操舵トルクＴｒ、ヨー角Φ、車速Ｖに基づいてベースアシストトルクマップの情報を参照しベースアシストトルクを決定できる。

ステップＳ１２０においてはステップＳ１１０にて演算したベースアシストトルクマップに基づいて計算したベースアシストトルクと補償トルクを組み合わせ、運転者にトルクをアシストするアシストトルクを演算する。図２において、ステップＳ１００にて読み込まれた信号からベースアシストトルクＴｂａｓｅと補償トルクＴｃｍｐ、アシストトルクＴｒｅｆは下式（３）の通りの計算となる。

Ｔｒｅｆ ＝Ｔｂａｓｅ（Ｔｒ、Φ、Ｖ）＋Ｔｃｍｐ（Ｖ、ｖ、α） ・・・式（３）

ここで、式（３）の右辺第１項は操舵トルクＴｒ、ヨー角Φ、車速Ｖから決定されるベースアシストトルク、右辺第２項は車速Ｖ、モータ速度ｖ、モータ角速度αから決定される補償トルクである。ここで、第１項は上記ステップＳ１１０にて示した通り、ベースアシストトルクマップからの参照量である。ベースアシストトルク決定手段１６で参照したベースアシストトルクと補償トルク決定手段１７に基づいた補償トルクとの加算によって、モータ電流制御器１８に入力されるアシストトルク指令値が決定され、次ステップＳ１３０へ遷移する。

ステップＳ１３０に於いてはステップＳ１２０で演算されたアシストトルクを目標値として、図２に記載のモータ電流制御器１８に目標トルク（アシストトルク）が入力される。モータ電流制御器１８は内部にて目標トルクから目標電流を求める。目標電流Ｉｍｔｒは式（２）に記載のアシストトルクＴａｓｓｉｓｔと減速ギア比Ｇｇｅａｒ、Ｋｔはモータのトルク定数であり、これらの値から目標電流を決定できる。さらに目標電流に従い、モータ４に対しモータ駆動器１９が目標電流となるようにモータ電流検出器２０を用いて電流制御を実行する。その結果、モータには電流制御によって発生した回転磁場に基づいて、吸引あるいは反発トルクが発生しモータ４は回転しトルクを発生する。

以上のように、ステップＳ１００からステップＳ１３０に示した制御フローチャ−トに応じて、車両の旋回が多い場面においても、積極的にトルクをアシストでき、これにより運転者には大きな操舵トルクが不要となり快適なステアリングが期待できる。

また上述の実施例に於いては、ヨー角ΦはＣＣＤカメラといった画像検出装置により撮像された車両前方の画像に対して、画像処理が行われることにより得られる情報に基づいて演算されるようになっているが、これらの情報はナビゲーション装置や走行路に設置された道路情報提供装置がもつ情報であってもよい。

また上述の実施例に於いては、制御装置にて制御信号の読み込みと記憶装置からのベースアシストトルクを読み込み、かつアシストトルクの演算を実施していたが、これらの機能は必ずしも１つの制御装置の中に組み込む必要はない。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２によるベースアシストトルクを変更する手段を示す説明図である。なお、車両操舵の全体構成図については実施の形態１と同様であるため省略する。実施の形態１においてはヨー角に応じて複数個のベースアシストトルクマップをもつことで、操舵性の良い電動パワーステアリング装置を供することができた。しかしながら、ヨー角に応じた複数個のベースアシストトルクマップを記憶するには、記憶装置が大型化するという課題がある。そこで、本実施の形態では、ベースアシストトルクマップの記憶数を低減した制御装置を提供する。

実施の形態１ではステップＳ１１０に於いて、操舵トルク、車速、ヨー角に基づいてベースアシストトルクマップを参照してベースアシストトルクを得るようにしていた。一方、本実施の形態２に係るベースアシストトルク決定手段１６は次式（４）に基づきベースアシストトルクを得るものである。

Ｔｒｅｆ ＝Ｋｍａｐ（Φ）・Ｔｂａｓｅ（Ｔｒ、Ｖ）＋Ｔｃｐｍ（Ｖ，ｖ、α）・・・式（４）

ここで、式（４）の右辺第１項の内、Ｔｂａｓｅは操舵トルクＴｒと車速Ｖの２変数をマップとして有するベースアシストトルクマップ、Ｋｍａｐはヨー角Φを変数としてもつベースアシストトルクマップ補正ゲイン、右辺第２項は、車速Ｖ、モータ速度ｖ、モータ角速度αから決定される補償トルクである。式（４）に於いて、操舵トルクＴｒと車速Ｖを変数としたベースアシストトルクマップから参照したベースアシストトルクＴｂａｓｅと図７に記載のヨー角Φを変数とした補正係数であるベースアシストトルクマップ補正ゲ
インＫmap（Φ）との積によって、実施の形態１におけるベースアシストトルクに相当するトルクが決定される。図７に於いて、ベーストルクマップ補正ゲインＫmap（Φ）はヨー角Φに対して、ヨー角の増加に伴って単調に増加する関数である。つまり、ヨー角が大きい程、ベーストルクマップ補正ゲインＫmap（Φ）は増大するのでトルクのアシスト量も増加する。このように、ベースアシストトルクマップの変数は車速、ヨー角、操舵トルクから車速と操舵トルクにし、新たにベースアシストトルクマップ補正ゲインＫmap（Φ）を設定することで、記憶容量を削減できる。なお、ベースアシストトルクマップにベースアシストトルクマップ補正ゲインＫmap（Φ）を乗じたトルクと補償トルクとの加算の結果、アシストトルク指令値が決定され、次ステップＳ１３０へ遷移する。

以上の方法によって、制御装置の記憶容量を大型化することなく、ヨー角に対するベースアシストトルクを変更でき、カーブといったヨー角が増大する場合でも積極的に運転者にトルクをアシストできる。

また、以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかである。

本発明は、その発明の範囲において、各実施例の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。

１ ハンドル、３ トルクセンサ、４ モータ、５ 制御装置、６ハンドル角センサ、
８ 画像検出器、１１ 車速検出手段、１２ 操舵トルク検出手段、１３ モータ
速度検出手段、１４ モータ加速度検出手段、１５ ヨー角検出手段、１６ ベース
アシストトルク決定手段、１７ 補償トルク決定手段、１８ モータ電流制御器、１９
モータ駆動器、２０ モータ電流検出器、３０ 走行路（白線）、３１ 目標走行経
路、４０ 車両。

本発明に係る車両用操舵制御装置は、車速検出手段で検出された車速および操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに基づいてベースアシストトルクを決定するベースアシストトルク決定手段と、車速検出手段、モータ速度検出手段およびモータ加速度検出手段からの出力に基づき補償トルクを決定する補償トルク決定手段と、ベースアシストトルク決定手段で得られたベースアシストトルクと補償トルク決定手段で得られた補償トルクを組み合わせて得られるアシストトルクに基づきモータの電流制御を行うモータ電流制御器を備え、ベースアシストトルク決定手段は、ヨー角検出手段で検出された車両のヨー角に基づき、ベースアシストトルクを変更するものである。

本発明の車両用操舵制御装置によれば、カーブといった走行路の形状の変化によってもベースアシストトルクを変更、調整することで、ベースアシストトルクによるトルクアシストが主となり、補償トルクを小さくすることができるので、積極的に運転者に支援でき、運転者に対して操舵の負荷を軽減し、快適なステアリングが期待できるといった顕著な効果を奏するものである。

本発明に係る車両用操舵制御装置は、車速検出手段で検出された車速および操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに基づいてベースアシストトルクを決定するベースアシストトルク決定手段と、車速検出手段、モータ速度検出手段およびモータ加速度検出手段からの出力に基づき補償トルクを決定する補償トルク決定手段と、ベースアシストトルク決定手段で得られたベースアシストトルクと補償トルク決定手段で得られた補償トルクを組み合わせて得られるアシストトルクに基づきモータの電流制御を行うモータ電流制御器を備え、ベースアシストトルク決定手段は、前記ヨー角に対応して設定された複数のベースアシストトルクマップを有し、ヨー角検出手段で検知されたヨー角に基づいてベースアシストトルクマップを切り替えて、ベースアシストトルクを変更するものである。

Claims (4)

1. 車両の速度を検出する車速検出手段と、
   前記車両の運転者により操舵されるステアリング機構の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   走行車線に対する前記車両のヨー角を検出するヨー角検出手段と、
   運転者の操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるモータの速度を検出するモータ速度検出手段と、
   前記モータ速度検出手段で検出された速度に基づき前記モータの加速度を検出するモータ加速度検出手段と、
   前記車速検出手段で検出された車速および前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに基づいてベースアシストトルクを決定するベースアシストトルク決定手段と、
   前記車速検出手段、前記モータ速度検出手段および前記モータ加速度検出手段からの出力に基づき補償トルクを決定する補償トルク決定手段と、
   前記ベースアシストトルク決定手段で得られたベースアシストトルクおよび前記補償トルク決定手段で得られた補償トルクに基づき前記モータの電流制御を行うモータ電流制御器を備え、
   前記ベースアシストトルク決定手段は、前記ヨー角検出手段で検出された車両のヨー角に基づき、ベースアシストトルクを変更することを特徴とする車両操舵制御装置。
2. 前記ベースアシストトルク決定手段は、前記ヨー角検出手段で検出されたヨー角の増加に伴い前記ベースアシストトルクを増加させることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
3. 前記ベースアシストトルク決定手段は、前記ヨー角に対応して設定された複数のベースアシストトルクマップを有し、前記ヨー角検出手段で検知されたヨー角に基づいて前記ベースアシストトルクマップを切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
4. 前記ベースアシストトルク決定手段は、前記ヨー角検出手段で検出されたヨー角に基づいて前記ベースアシストトルクに補正係数を乗ずることで前記ベースアシストトルクを決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用操舵制御装置。

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