JP2017043290A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両前後方向の振動を抑制する際に操舵に対して運転者が違和感を持つことを抑制可能な車両用操舵制御装置を提供すること。
【解決手段】車両用操舵制御装置は、左右の転舵輪に設けられ、左右の転舵輪に対して独立して駆動力を付与可能な電動機を備える車両に設けられる車両用操舵制御装置であって、車両の前後方向の振動状態を検出する検出手段と、検出手段によって検出された車両の前後方向の振動状態を抑制するための電動機の駆動力を演算する駆動力演算手段と、駆動力演算手段によって演算された駆動力により転舵輪を駆動した際に生じる操舵系トルクを推定する推定手段と、推定手段によって推定された操舵系トルクを打ち消すために必要なトルクを操舵補助トルクとして演算する操舵補助トルク演算手段と、基本操舵補助トルクと操舵補助トルク演算手段によって演算された操舵補助トルクとに基づいて操舵力を補助する操舵力補助手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、インホイールモータ（ＩＷＭ）方式の車両に適用される車両用操舵制御装置に関する。

従来より、バネ下（サスペンションよりも車輪側）に位置する転舵輪のホイール内部又はその近傍に配設された電動機（インホイールモータ）を利用して転舵輪を直接駆動するＩＷＭ方式の車両が知られている。このようなＩＷＭ方式の車両では、車輪の回転慣性モーメントが通常の車両と比較して大きくなるために、走行時に車輪に対して作用する車両前後方向の力（前後力）が通常の車両と比較して大きくなる傾向がある。結果、ＩＷＭ方式の車両では、車両前後方向の振動（前後振動）が大きくなり、車両の乗り心地が損なわれる可能性が高くなる。このような背景から、特許文献１には、ＩＷＭ方式の車両において車輪を含むバネ下に発生する前後振動を低減する技術が提案されている。詳しくは、特許文献１には、バネ下における車両上下方向の加速度に基づいてバネ下に発生した前後振動を検出し、検出された前後振動を抑制するように電動機の駆動力を制御する発明が記載されている。

特許第５３４８３２８号公報

しかしながら、前後振動を抑制するように電動機の駆動力を制御する場合、前後振動を抑制するために通常の駆動力以外に付加される駆動力が車両の左右方向で異なる際、駆動力の左右差に起因してキングピン軸の軸回りにトルクが発生する。結果、車両の操舵力に影響が生じ、運転者が操舵に対して違和感を持つ可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両前後方向の振動を抑制する際に操舵に対して運転者が違和感を持つことを抑制可能な車両用操舵制御装置を提供することにある。

本発明に係る車両用操舵制御装置は、左右の転舵輪に設けられ、該左右の転舵輪に対して独立して駆動力を付与可能な電動機を備える車両に設けられる車両用操舵制御装置であって、前記車両の前後方向の振動状態を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された車両の前後方向の振動状態を抑制するための前記電動機の駆動力を演算する駆動力演算手段と、前記駆動力演算手段によって演算された駆動力により転舵輪を駆動した際に生じる操舵系トルクを推定する推定手段と、前記推定手段によって推定された操舵系トルクを打ち消すために必要なトルクを操舵補助トルクとして演算する操舵補助トルク演算手段と、基本操舵補助トルクと前記操舵補助トルク演算手段によって演算された操舵補助トルクとに基づいて操舵力を補助する操舵力補助手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用操舵制御装置によれば、車両の振動状態を抑制するための電動機の駆動力による操舵への影響を操舵補助手段によって低減できるので、車両前後方向の振動を抑制する際に操舵に対して運転者が違和感を持つことを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である車両用操舵制御装置が適用される車両の構成を示す模式図である。 図２は、従来の車両の問題点を説明するための模式図である。 図３は、本発明の一実施形態である操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施形態である操舵制御処理の効果を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である車両用操舵制御装置の構成及びその動作について詳細に説明する。

〔車両の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である車両用操舵制御装置が適用される車両の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である車両用操舵制御装置が適用される車両の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である車両用操舵制御装置が適用される車両１は、転舵輪として左右一対の前輪ＦＬ，ＦＲを備え、前輪ＦＬ，ＦＲが転舵することによって所望の方向に進行可能に構成されている。また、前輪ＦＬ，ＦＲにはそれぞれインホイールモータＭＬ，ＭＲが内蔵されている。インホイールモータＭＬ，ＭＲは、ＤＣブラシレスモータによって構成されている。インホイールモータＭＬ，ＭＲのロータはそれぞれ、図示しない減速機構を介して前輪ＦＬ，ＦＲのホイール内部に連結されており、ロータの回転に伴って前輪ＦＬ，ＦＲがそれぞれ独立して回転駆動される。このため、インホイールモータＭＬ，ＭＲによれば、転舵輪たる前輪ＦＬ，ＦＲにそれぞれ独立して駆動トルクを付与できる。なお、インホイールモータＭＬ，ＭＲは、図示しないバッテリ及びインバータを介して供給される電力により駆動される。このインバータは、後述するＥＣＵ２３と電気的に接続されており、前輪ＦＬ，ＦＲに付与される駆動力はＥＣＵ２３の制御によって独立して制御される。

この車両１は、ステアリングホイール１１、ステアリングシャフト１２、及びラックアンドピニオン機構１３を備えている。

ステアリングホイール１１は、運転者が操舵操作を行うためのインターフェイスとして機能する回転操作可能な操作手段である。

ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１１に連結された回転軸体であり、ステアリングホイール１１の回転と同方向に回転可能に構成されている。

ラックアンドピニオン機構１３は、ステアリングシャフト１２の端部に接続されたピニオンシャフト、ピニオンシャフトの端部に設置されたピニオンギア、及びピニオンギアのギア歯と噛合するギア歯が形成されたラックバー等（いずれも不図示）から構成された操舵伝達機構である。

ラックアンドピニオン機構１３では、ステアリングシャフト１２の回転に応じたピニオンシャフトの回転によってピニオンギアが回転し、ピニオンギアの回転がラックバーの車両左右方向への往復運動に変換される構成となっている。なお、この際、固定又は可変な減速比を有する減速ギア等を適宜介することによって、ステアリングシャフト１２の回転速度が適宜減速された状態でピニオンギアに伝達されてもよい。

ラックバーの端部には、タイロッド（符合省略）の一端部が接続されている。タイロッドは、左右一対の連結部材であり、それぞれ他端部が図示しないナックル等を介して前輪ＦＬ，ＦＲに連結される構成となっている。結果、ラックバーの往復運動は、タイロッドの往復運動に変換される。タイロッドが往復運動を行うのに伴い前輪ＦＬ，ＦＲはそれぞれ左右方向に転舵する。

車両１は、制御系として、操舵トルクセンサ２１、加速度センサ２２、ＥＣＵ２３及びＥＰＳ２４を備えている。ＥＣＵ２３及びＥＰＳ２４は、本発明に係る車両用操舵制御装置として機能する。

操舵トルクセンサ２１は、ステアリングシャフト１２に連結され、又は、ステアリングシャフト１２に内包され、ステアリングシャフト１２と一体に回転可能な図示しないトーションバーに設けられたセンサである。操舵トルクセンサ２１は、ステアリングホイール１１を介してトーションバーの捩れ量を付与された操舵トルクＭＴとして検出可能に構成されている。操舵トルクセンサ２１は、ＥＣＵ２３と電気的に接続されており、検出された操舵トルクＭＴは、ＥＣＵ２３によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。なお、操舵トルクセンサ２１は、操舵トルクＭＴを正負の符号により規定される操舵方向の概念を含んで検出可能である。すなわち、操舵トルクセンサ２１は、ステアリングホイール１１の回動方向が右（又は左）方向である場合は正の符号、回動方向が左（又は右）方向である場合には負の符号を伴って操舵トルクＭＴを検出する構成となっている。

加速度センサ２２は、車両１の加速度を検出可能に構成されたセンサである。加速度センサ２２は、ＥＣＵ２３と電気的に接続されており、検出された加速度は、ＥＣＵ２３により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。なお、車両１には、これらのセンサの他に車両１の各種動作を支援する各種のセンサが備えられているが、ここでは、逐次の図示は省略することとする。

ＥＣＵ２３は、それぞれ不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、車両１全体の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ２３は、ＲＯＭ内に格納された制御プログラムに従って後述する操舵制御処理を実行可能に構成されている。

ＥＰＳ（Electronic controlled Power Steering）２４は、電子制御式パワーステアリング装置である。ＥＰＳ２４は、三相同期式永久磁石モータ等として構成される図示しないＥＰＳモータを備え、ＥＰＳモータから基本操舵補助トルク（通常アシストトルク）を出力する構成となっている。ＥＰＳ２４は、基本操舵補助トルクと操舵トルクＭＴとの関係を示すマップを備え、操舵トルクセンサによって検出された操舵トルクＭＴに対応する基本操舵補助トルクをマップから読み出すことによって基本操舵補助トルクを決定する。

ＥＰＳ２４から出力される基本操舵補助トルクは、図示しない減速ギアを介してピニオンシャフトに付与され、ピニオンギアの回転がアシストされる。ピニオンギアは、ラックバーと噛合しており、ピニオンギアの回転がアシストされることによって、最終的に前輪ＦＬ，ＦＲが転舵される。但し、このようなピニオンアシスト方式は、ＥＰＳ等と称される操舵補助装置の採り得る方式の一例に過ぎず、基本操舵補助トルクは、ラックアンドピニオン機構１３を構成するラックバーに対しラックの往復運動をアシストすべく付与されてもよいし、ステアリングシャフト１２に対し、ステアリングシャフト１２の回転をアシストすべく付与されてもよい。すなわち、アシストモータから出力される基本操舵補助トルクが、最終的に転舵輪を転舵させる力の少なくとも一部として供されればよい。

〔操舵制御処理〕
次に、図２から図４を参照して、本発明の一実施形態である車両用操舵制御装置の動作について説明する。

図２は、従来の車両の問題点を説明するための模式図である。図２に示すように、従来の車両では、車両前後方向の振動（前後振動）を抑制するためにインホイールモータＭＬ，ＭＲの駆動力を制御した場合において、インホイールモータＭＬ，ＭＲの駆動力が左右で異なる場合、（ａ）キングピン軸回りにトルクが発生する。そして、キングピン軸回りにトルクが発生すると、（ｂ）ナックルアームを介してタイロッドに軸力が発生し、（ｃ）ステアリングホイール１１にトルクが伝達される。結果、車両の操舵力に影響が生じ、運転者が操舵に対して違和感を持つ可能性がある。

そこで、図１に示す車両１では、ＥＣＵ２３及びＥＰＳ２４が以下に示す操舵制御処理を実行することによって、車両前後方向の振動を抑制する際に操舵に対して運転者が違和感を持つことを抑制する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、操舵制御処理を実行する際のＥＣＵ２３及びＥＰＳ２４の動作について説明する。

図３は、本発明の一実施形態である操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、車両１のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられたタイミングで開始となり、操舵制御処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、ＥＣＵ２３が、車両１の前後方向の振動を抑制する振動抑制制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２３は、加速度センサ２２を利用してバネ下における車両１の上下方向の加速度を検出し、検出された車両１の上下方向の加速度に基づいてバネ下に発生した前後振動を検出する。そして、ＥＣＵ２３は、検出された前後振動を抑制するために必要なインホイールモータＭＬ，ＭＲの駆動力を演算し、演算されたインホイールモータＭＬ，ＭＲの駆動力に基づいて前輪ＦＬ，ＦＲを独立して駆動する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、操舵制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、ＥＣＵ２３が、ステップＳ１において演算されたインホールモータＭＬ，ＭＲの駆動力によって前輪ＦＬ，ＦＲを駆動した際にキングピン軸回りに発生するトルク（操舵系トルク）を演算する。演算の結果、キングピン軸回りにトルクが発生しない又は発生するキングピン軸回りのトルクの大きさが無視できる大きさである場合、ＥＣＵ２３は、一連の操舵制御処理を終了する。一方、キングピン軸回りにトルクが発生する場合、ＥＣＵ２３は、操舵制御処理をステップＳ３の処理に進める。

ステップＳ３の処理では、ＥＰＳ２４が、ステップＳ２の処理において演算されたキングピン軸回りのトルクを打ち消すために必要な操舵トルクを操舵補助トルクとして演算する。そして、ＥＰＳ２４は、基本操舵補助トルクと操舵補助トルクとに基づいて操舵力をアシストする。なお、操舵力をアシストする際、前輪ＦＬ，ＦＲからＥＰＳ２４までの伝達系の遅れを考慮するために以下に示す数式（１）を用いてアシストトルクＴ_epsを算出することが望ましい。ここで、数式（１）中、Ｆは制駆動力、ｘはキングピン軸のオフセット量、Ｎは全体的ステアリングギヤ比、ｓはラプラス演算子、ｔは定数を示している。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の操舵制御処理は終了する。この操舵制御処理は、イグニッションスイッチがオン状態である間、ステップＳ３の終了時点から所定時間経過後に繰り返し実行される。

最後に、図４を参照して、上記操舵制御処理の効果について説明する。図４は、本発明の一実施形態である操舵制御処理の効果を説明するための模式図である。図４に示すように、従来の車両では、車両前後方向の振動（前後振動）を抑制するためにインホイールモータＭＬ，ＭＲの駆動力を制御した場合において、インホイールモータＭＬ，ＭＲの駆動力が左右で異なる場合、（ａ）キングピン軸回りにトルクが発生する。そして、キングピン軸回りにトルクが発生すると、（ｂ）ナックルアームを介してタイロッドに軸力が発生し、（ｃ）ステアリングホイール１１にトルクが伝達される。結果、車両の操舵力に影響が生じ、運転者が操舵に対して違和感を持つ可能性がある。これに対して、本発明の一実施形態である操舵制御処理では、図４（ｄ）に示すように、ＥＰＳ２４がステアリングホイール１１に伝達されたトルクを打ち消す操舵補助トルクを付与するので、車両の操舵力に影響が生じ、運転者が操舵に対して違和感を持つことを抑制できる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本発明は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されたステアバイワイヤ方式の電子制御式パワーステアリング装置にも適用できる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 車両
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１３ ラックアンドピニオン機構
２１ 操舵トルクセンサ
２２ 加速度センサ
２３ ＥＣＵ
２４ ＥＰＳ
ＦＬ，ＦＲ 前輪
ＭＬ，ＭＲ インホイールモータ

Claims (1)

1. 左右の転舵輪に設けられ、該左右の転舵輪に対して独立して駆動力を付与可能な電動機を備える車両に設けられる車両用操舵制御装置であって、
   前記車両の前後方向の振動状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された車両の前後方向の振動状態を抑制するための前記電動機の駆動力を演算する駆動力演算手段と、
   前記駆動力演算手段によって演算された駆動力により転舵輪を駆動した際に生じる操舵系トルクを推定する推定手段と、
   前記推定手段によって推定された操舵系トルクを打ち消すために必要なトルクを操舵補助トルクとして演算する操舵補助トルク演算手段と、
   基本操舵補助トルクと前記操舵補助トルク演算手段によって演算された操舵補助トルクとに基づいて操舵力を補助する操舵力補助手段と、
   を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。

Images