JP2020111147A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアバイワイヤ方式の車両において車両操縦性を向上させること。【解決手段】ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置は、車輪の転舵角が目標転舵角となるように転舵装置を制御する。操舵角が最大操舵角以下である場合、制御装置は、操舵角の関数として目標転舵角を算出する。操舵角が最大操舵角に達し、上記関数によって算出される目標転舵角が最大転舵角未満であり、且つ、操舵トルクが閾値以上である場合、制御装置は、操舵トルクの増加に応じて目標転舵角を増加させる。【選択図】図４

Description

本発明は、ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置に関する。

特許文献１は、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置を開示している。車両用操舵装置は、制御手段及び転舵動力モータを備える。制御手段は、ハンドルの操舵角と転舵車輪の転舵角との比率である舵角比を、車速に応じて変化させる。その舵角比は、車速が０から所定の値までは車速の増大に応じて上昇し、車速が所定の値より増大すると下降する。転舵動力モータは、制御手段によって決定される舵角比に基づいて、転舵車輪を転舵させる。

特開２００８−１９５１８８号公報

ステアバイワイヤ方式の車両では、ハンドルの操舵角と車輪の転舵角との間の関係は可変である。例えば、上記の特許文献１によれば、ハンドルの操舵角と車輪の転舵角との間の関係は、車速に応じて変化する。従って、ハンドルの操舵角が最大操舵角となっても、車輪の転舵角が所定の最大転舵角に届かない状況が発生し得る。このことは、車輪の転舵範囲が制限されることを意味する。車輪の転舵範囲が制限されると、車両操縦性が低下する。

本発明の１つの目的は、ステアバイワイヤ方式の車両において車両操縦性を向上させることができる技術を提供することにある。

本発明の１つの観点において、ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置が提供される。
前記車両は、
ハンドルと、
前記ハンドルの操舵角、及び前記ハンドルに連結されたステアリングシャフトに印加される操舵トルクを検出する検出装置と、
車輪を転舵する転舵装置と
を備える。
前記制御装置は、
前記車輪の転舵角が目標転舵角となるように前記転舵装置を制御し、
前記操舵角が最大操舵角以下である場合、前記操舵角の関数として前記目標転舵角を算出し、
前記操舵角が前記最大操舵角に達し、前記関数によって算出される前記目標転舵角が最大転舵角未満であり、且つ、前記操舵トルクが閾値以上である場合、前記操舵トルクの増加に応じて前記目標転舵角を増加させる。

上記観点によれば、ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置は、車輪の転舵角が目標転舵角となるように転舵装置を制御する。操舵角が最大操舵角以下である場合、制御装置は、操舵角の関数として目標転舵角を算出する。但し、操舵角が最大操舵角に達しても目標転舵角が最大転舵角に届かない状況が発生し得る。そのような状況において操舵トルクが閾値以上になることは、ドライバが更なる転舵を望んでいることを意味する。その場合、制御装置は、操舵角の代わりに操舵トルクの増加に応じて目標転舵角を増加させる。これにより、ドライバの転舵意思が車輪の転舵角に適切に反映される。その結果、車両操縦性が向上する。

本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの構成例を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムによる操舵角ベースモードにおける転舵制御を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムによる操舵角ベースモードにおける転舵制御を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムによる操舵トルクベースモードにおける転舵制御を説明するための概念図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．ステアバイワイヤシステム
図１は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１の構成例を概略的に示すブロック図である。ステアバイワイヤシステム１は、車両に搭載されており、ステアバイワイヤ方式で車両の車輪ＷＨを転舵する。つまり、ステアバイワイヤシステム１は、ステアバイワイヤ方式の車両を実現する。

図１に示される例において、ステアバイワイヤシステム１は、ハンドル（ステアリングホイール）１０、ステアリングシャフト２０、反力発生装置３０、転舵装置４０、検出装置５０、及び制御装置１００を備えている。

ハンドル１０は、ドライバが操舵に用いる操作部材である。ステアリングシャフト２０は、ハンドル１０に連結されており、ハンドル１０と共に回転する。

反力発生装置３０は、ハンドル１０に対して反力トルクを擬似的に付与する。具体的には、反力発生装置３０は、反力モータ３１（反力アクチュエータ）を含んでいる。反力モータ３１のロータは、減速機３２を介してステアリングシャフト２０につながっている。反力モータ３１の作動により、ステアリングシャフト２０ひいてはハンドル１０に反力トルクを付与することができる。この反力モータ３１の動作は、制御装置１００によって制御される。

転舵装置４０は、車輪ＷＨを転舵する。具体的には、転舵装置４０は、転舵モータ４１（転舵アクチュエータ）、減速機４２、及び転舵軸４３を含んでいる。転舵モータ４１のロータは、減速機４２を介して転舵軸４３につながっている。転舵軸４３は、車輪ＷＨに連結されている。転舵モータ４１が回転すると、その回転運動は転舵軸４３の直線運動に変換され、それにより車輪ＷＨが転舵される。すなわち、転舵モータ４１の作動により、車輪ＷＨを転舵することができる。この転舵モータ４１の動作は、制御装置１００によって制御される。

尚、転舵装置４０は、操舵側のハンドル１０及び反力発生装置３０から機械的に分離されている。

検出装置５０は、車両の操舵状態及び走行状態を検出する。例えば、検出装置５０は、操舵角センサ５１、操舵トルクセンサ５２、及び車速センサ５３を含んでいる。

操舵角センサ５１は、ハンドル１０の操舵角θを検出する。操舵角センサ５１は、検出した操舵角θの情報を制御装置１００に送る。

操舵トルクセンサ５２は、ステアリングシャフト２０に印加される操舵トルクＴＳを検出する。操舵トルクセンサ５２は、検出した操舵トルクＴＳの情報を制御装置１００に送る。

車速センサ５３は、車両の速度である車速Ｖを検出する。車速センサ５３は、検出した車速Ｖの情報を制御装置１００に送る。

制御装置１００は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１を制御する。この制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータを含んでいる。当該マイクロコンピュータは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。プロセッサがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより、制御装置１００による処理が実現される。

例えば、制御装置１００は、転舵装置４０を制御することによって、車輪ＷＨの転舵を制御する。具体的には、制御装置１００は、ドライバによるハンドル１０の操舵操作に応じて目標転舵角δを算出する。そして、車輪ＷＨの転舵角が目標転舵角δとなるように、転舵装置４０を制御する。より詳細には、制御装置１００は、転舵モータ４１の回転角と目標転舵角δに基づいて、転舵モータ４１を駆動するための電流制御信号を生成する。転舵モータ４１は電流制御信号に従って駆動され、転舵モータ４１の作動により車輪ＷＨが転舵される。

また、制御装置１００は、反力発生装置３０を制御することによって、ハンドル１０に付与される反力トルクを制御する。例えば、制御装置１００は、操舵角θ、車速Ｖ等に基づいて目標反力トルクを算出する。そして、制御装置１００は、目標反力トルクが発生するように反力発生装置３０を制御する。より詳細には、制御装置１００は、目標反力トルク、反力モータ３１の回転角、操舵トルクＴＳ等に基づいて、反力モータ３１を駆動するための電流制御信号を生成する。反力モータ３１は電流制御信号に従って駆動され、それにより反力トルクが発生する。

尚、制御装置１００は、転舵装置４０を制御するための第１の制御装置と、反力発生装置３０を制御するための第２の制御装置とを別々に含んでいてもよい。この場合、第１の制御装置と第２の制御装置とは、互いに通信可能に接続され、必要な情報を互いにやりとりする。

２．転舵制御
上述の通り、制御装置１００は、ドライバによるハンドル１０の操舵操作に応じて目標転舵角δを算出し、車輪ＷＨの転舵角が目標転舵角δとなるように転舵装置４０を制御する。このような制御は、以下「転舵制御」と呼ばれる。本実施の形態によれば、転舵制御のモードは、「操舵角ベースモード」と「操舵トルクベースモード」の２種類を含んでいる。

２−１．操舵角ベースモード
図２は、操舵角ベースモードにおける転舵制御を説明するための概念図である。横軸はハンドル１０の操舵角θを表し、縦軸は目標転舵角δを表している。操舵角ベースモードでは、制御装置１００は、ハンドル１０の操舵角θに基づいて目標転舵角δを算出する。すなわち、目標転舵角δは、操舵角θの関数Ｆ１で表される（δ＝Ｆ１（θ））。基本的に、操舵角θが増加するにつれて、目標転舵角δも増加する。

操舵角θと目標転舵角δとの間の関数Ｆ１は、車速Ｖにも依存する。具体的には、図２に示されるように、操舵角θに対する目標転舵角δの増加率は、車速Ｖが高くなるにつれて低くなる。同じ操舵角θで比較した場合、車速Ｖが高くなるにつれて、目標転舵角δは小さくなる。これにより、車速Ｖが高い状態において車両挙動が不安定になることを抑制することが可能となる。逆に言えば、安定的な車両挙動が実現されるように、関数Ｆ１が設定されている。

関数Ｆ１を示す情報は、制御装置１００のメモリに予め格納される。制御装置１００は、メモリに格納されている関数Ｆ１を参照して、操舵角θ及び車速Ｖに応じた目標転舵角δを算出する。そして、制御装置１００は、車輪ＷＨの転舵角が目標転舵角δとなるように転舵装置４０を制御する。

尚、車速Ｖの信号が途絶した場合、制御装置１００は、操舵角θに対する目標転舵角δの増加率を減少させるフェールセーフ制御を行ってもよい。

図３は、ある車速Ｖに関する操舵角θと目標転舵角δとの間の関数Ｆ１を示している。横軸は操舵角θを表し、縦軸は目標転舵角δを表している。ハンドル１０の操舵角θには、機械的あるいは仮想的な端点が予め設定される。最大操舵角θｍａｘは、そのような端点に相当する操舵角θの限界値であり、予め定められている。操舵角θは、所定の最大操舵角θｍａｘ以下の値をとる。一方、最大転舵角δｍａｘは、車輪ＷＨの転舵角の機械的な限界値であり、予め定められている。車輪ＷＨの転舵角は、所定の最大転舵角δｍａｘ以下の値をとる。この最大転舵角δｍａｘが、目標転舵角δの最大値となる。

操舵角θが最大操舵角θｍａｘ以下である場合（θ≦θｍａｘ）、制御装置１００は、操舵角ベースモードで転舵制御を行う。すなわち、制御装置１００は、操舵角θの関数Ｆ１として目標転舵角δを算出する。第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍは、操舵角θが最大操舵角θｍａｘである場合に関数Ｆ１によって算出される目標転舵角δである。

上述の通り、関数Ｆ１は、固定ではなく、車速Ｖ等に応じて変化する。従って、第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍも、一定ではなく、車速Ｖ等に応じて変化する。一方、最大転舵角δｍａｘは、車速Ｖ等に依らず一定である。従って、第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍは、必ずしも最大転舵角δｍａｘと一致しない。つまり、ハンドル１０の操舵角θが最大操舵角θｍａｘに達しても、車輪ＷＨの転舵角が所定の最大転舵角δｍａｘに届かない状況が発生し得る。そのような状況では、第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍから最大転舵角δｍａｘまでの転舵範囲を実現することができない。すなわち、車輪ＷＨの転舵範囲が制限される。転舵範囲が制限されると、車両のコーナリング挙動が制限される。このことは、車両操縦性の低下を意味する。

このように、操舵角ベースモードでは、車輪ＷＨの転舵範囲が制限される可能性がある。そのような転舵範囲の制限を解除するために、以下に説明されるような「操舵トルクベースモード」が用意されている。

２−２．操舵トルクベースモード
図４は、操舵トルクベースモードにおける転舵制御を説明するための概念図である。横軸は操舵トルクＴＳを表し、縦軸は目標転舵角δを表している。操舵トルクベースモードでは、制御装置１００は、操舵角θの代わりに操舵トルクＴＳに基づいて目標転舵角δを算出する。

より詳細には、操舵トルクベースモードの条件は、次の２つを含む。
（１）操舵角θが最大操舵角θｍａｘに達しても、関数Ｆ１によって算出される目標転舵角δ（＝第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍ）が最大転舵角δｍａｘ未満である。
（２）操舵トルクＴＳが閾値ＴＳ＿ｔｈ以上である。

これら条件が満たされる場合、制御装置１００は、操舵トルクＴＳに基づいて目標転舵角δを算出する。この場合、目標転舵角δは、操舵トルクＴＳの関数Ｆ２で表される（δ＝Ｆ２（ＴＳ））。図４に示されるように、操舵トルクＴＳが増加するにつれて、目標転舵角δも増加する。

また、図４に示されるように、操舵トルクＴＳが閾値ＴＳ＿ｔｈと等しい場合に関数Ｆ２によって算出される目標転舵角δは、上述の第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍと一致することが好適である。これにより、操舵角ベースモードから操舵トルクベースモードへの遷移時に、目標転舵角δが不連続的に変化することが防止される。第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍは車速Ｖに依存して変化するため、それに応じて関数Ｆ２も設定される。すなわち、操舵トルクＴＳと目標転舵角δとの間の関数Ｆ２も、車速Ｖに依存して変化する。

関数Ｆ１の場合と同様に、操舵トルクＴＳに対する目標転舵角δの増加率は、車速Ｖが高くなるにつれて低くなってもよい。これにより、車速Ｖが高い状態において車両挙動が不安定になることを抑制することが可能となる。

関数Ｆ２を示す情報は、制御装置１００のメモリに予め格納される。制御装置１００は、メモリに格納されている関数Ｆ２を参照して、操舵トルクＴＳ及び車速Ｖに応じた目標転舵角δを算出する。そして、制御装置１００は、車輪ＷＨの転舵角が目標転舵角δとなるように転舵装置４０を制御する。

操舵角ベースモードから操舵トルクベースモードへの遷移は、次の通りである。ドライバはハンドル１０を回転させる。最初、制御装置１００は、操舵角ベースモードで舵角制御を行う。操舵角θが最大操舵角θｍａｘに到達し、車輪ＷＨの転舵角は第１限界転舵角δ１＿ｌｉｍとなる。更なる転舵を望むドライバは、ハンドル１０を端点に押し付ける。その結果、操舵トルクＴＳが増大する。操舵トルクＴＳが閾値ＴＳ＿ｔｈ以上になると、制御装置１００は、操舵トルクベースモードで舵角制御を行う。そして、操舵トルクＴＳの増加に応じて車輪ＷＨの転舵角が増加する。これにより、ドライバの転舵意思が車輪ＷＨの転舵角に適切に反映される。このことは、車輪ＷＨの転舵範囲の制限が解除され、車両操縦性が向上することを意味する。

３．まとめ
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、転舵制御のモードは、操舵角ベースモードと操舵トルクベースモードの２種類を含んでいる。操舵角θが最大操舵角θｍａｘ以下である場合、制御装置１００は、操舵角ベースモードで転舵制御を行う。

操舵角θが最大操舵角θｍａｘに達しても目標転舵角δが最大転舵角δｍａｘに届かない状況が発生し得る。そのような状況において操舵トルクＴＳが閾値ＴＳ＿ｔｈ以上になることは、ドライバが更なる転舵を望んでいることを意味する。その場合、制御装置１００は、操舵トルクベースモードで転舵制御を行う。具体的には、制御装置１００は、操舵角θの代わりに操舵トルクＴＳの増加に応じて目標転舵角δを増加させる。これにより、ドライバの転舵意思が車輪ＷＨの転舵角に適切に反映される。その結果、車両操縦性が向上する。

１ ステアバイワイヤシステム
１０ ハンドル（ステアリングホイール）
２０ ステアリングシャフト
３０ 反力発生装置
４０ 転舵装置
５０ 検出装置
５１ 操舵角センサ
５２ 操舵トルクセンサ
５３ 車速センサ
１００ 制御装置
ＴＳ 操舵トルク
ＷＨ 車輪
θ 操舵角
θｍａｘ 最大操舵角
δ 目標転舵角
δｍａｘ 最大転舵角

Claims (1)

1. ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置であって、
   前記車両は、
   ハンドルと、
   前記ハンドルの操舵角、及び前記ハンドルに連結されたステアリングシャフトに印加される操舵トルクを検出する検出装置と、
   車輪を転舵する転舵装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記車輪の転舵角が目標転舵角となるように前記転舵装置を制御し、
   前記操舵角が最大操舵角以下である場合、前記操舵角の関数として前記目標転舵角を算出し、
   前記操舵角が前記最大操舵角に達し、前記関数によって算出される前記目標転舵角が最大転舵角未満であり、且つ、前記操舵トルクが閾値以上である場合、前記操舵トルクの増加に応じて前記目標転舵角を増加させる
   制御装置。

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