JP3684082B2

JP3684082B2 - 車両の操舵装置

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Publication number: JP3684082B2
Application number: JP23030498A
Authority: JP
Inventors: 勝利西崎; 孝修高松; 雅也瀬川; 史郎中野
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: JP2000043747A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイール等の操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを、転舵角が変化するように車輪に伝達可能な車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ステアリングホイールの操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを、ステアリングギヤにより転舵角が変化するように車輪に伝達することで、その回転操作部材をステアリングギヤに機械的に連結することなく操舵することが可能な車両の操舵装置がある。
【０００３】
その操舵装置は、そのステアリングホイールの操作角を検出する操作角センサと、車速を検出する速度センサと、車輪の転舵角を検出する転舵角センサと、それらセンサに接続される制御装置を有する。その制御装置は、その操作角と車速と目標転舵角との間の予め定められた相関関係を記憶し、その相関関係と検出操作角と検出車速とに基づき目標転舵角を演算し、その目標転舵角と検出転舵角との偏差をなくすように操舵用アクチュエータをフィードバック制御する。
【０００４】
上記操舵装置では、カーブ走行時における速度超過やドライバーの運転ミス等により車両挙動が不安定になると、車両がスピンやドリフトを起こし、ドライバーの意図に沿って操舵することができなくなる。
【０００５】
そのような不安定な車両挙動を防ぐため、車両の制動力や駆動力を制御する技術がある。しかし、その制動力や駆動力の制御は、タイヤのグリップ力が飽和する車両の運動限界近傍で行われる。そのようにタイヤのグリップ力に余裕がない場合、車両挙動の安定化を確実に図ることができない。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを、転舵角が変化するように車輪に伝達可能な車両の操舵装置において、車両の横加速度とヨーレートに相関する変量として、少なくとも操作部材の操作入力値と車速を検出する手段と、その車両の横加速度を検出する手段と、その車両のヨーレートを検出する手段と、その変量に応じて定められる目標横加速度から検出横加速度を差し引いた偏差と、その変量に応じて定められる目標ヨーレートから検出ヨーレートを差し引いた偏差を打ち消すように、その操舵用アクチュエータを制御するステアリング系制御装置とを備えることを特徴とする。
本発明の構成によれば、車両の横加速度とヨーレートに相関する変量として少なくとも操作部材の操作入力値と車速を検出することで、車両における挙動を安定化する上で規範となる目標横加速度と目標ヨーレートを定めることができる。その目標横加速度から実際の横加速度を差し引いた偏差と、目標ヨーレートから実際のヨーレートを差し引いた偏差を打ち消すように操舵用アクチュエータを制御することで、車両が運動限界近傍に達する前に車両挙動の安定化を図ることができる。その車両の横加速度とヨーレートに相関する変量に対する目標横加速度と目標ヨーレートの相関関係は予め定めておけばよい。
【０００８】
前記操舵用アクチュエータの動きをステアリングギヤにより、そのステアリングギヤに前記操作部材を機械的に連結することなく、前記車輪に伝達可能であるのが好ましい。
これにより、操作部材とステアリングギヤを機械的に連結することなく操舵を行う車両に本発明を適用できる。
【０００９】
その操舵用アクチュエータの出力値を検出する出力値センサを備え、前記ステアリング系制御装置により、操作入力値と車速と目標横加速度との間の予め定められた相関関係が記憶されると共に、その相関関係と検出操作入力値と検出車速とに基づき目標横加速度が演算され、その目標横加速度から検出横加速度を差し引いた偏差により横加速度に基づく目標出力値が演算され、その目標横加速度から検出ヨーレートと検出車速の積を差し引いた偏差または、その目標横加速度を検出車速で除した商から検出ヨーレートを差し引いた偏差に基づきヨーレートに基づく目標出力値が演算され、その横加速度に基づく目標出力値とヨーレートに基づく目標出力値の和に対応する目標出力値から操舵用アクチュエータの出力値を差し引いた偏差から操舵用アクチュエータの制御量が演算され、その制御量に応じて操舵用アクチュエータが駆動されるのが好ましい。
この構成によれば、目標横加速度から検出ヨーレートと検出車速の積を差し引いた偏差または、その目標横加速度を検出車速で除した商から検出ヨーレートを差し引いた偏差に基づき、ヨーレートに基づく目標出力値が求められる。車両における横加速度はヨーレートと車速の積に対応することから、その目標横加速度から検出ヨーレートと検出車速の積を差し引いた偏差または、その目標横加速度を検出車速で除した商から検出ヨーレートを差し引いた偏差は、目標ヨーレートから検出ヨーレートを差し引いた偏差と検出車速との積に対応する。これにより、その目標横加速度から検出横加速度を差し引いた偏差を打ち消すように横加速度に基づく目標出力値を求め、その目標ヨーレートから検出ヨーレートを差し引いた偏差を打ち消すようにヨーレートに基づく目標出力値を求め、両目標出力値の和から検出出力値を差し引いた偏差を打ち消すように操舵用アクチュエータの制御量を求めることができる。よって、より確実に車両挙動の安定化を図ることができる。
【００１０】
前記操作入力値が操作部材の操作角度または操作部材の操作トルクに対応し、前記操舵用アクチュエータの出力値が車輪の転舵角に対応するのが好ましい。
これにより、操作部材の操作角度に応じて転舵角を変化させる場合、または、操作部材に作用させる操作トルクに応じて転舵角を変化させる場合に、本発明を適用して車両挙動の安定化を図ることができる。
【００１１】
その検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の少なくとも一つが飽和状態か否かを判断する手段と、その検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の少なくとも一つが飽和状態である時に、操舵用アクチュエータの目標出力値を規制する手段とを有するのが好ましい。
これにより、走行路と車両との間の摩擦抵抗の低下等により、操舵により発生可能な横加速度やヨーレートの最大値が減少しても、転舵角が発散するのを防止して車両挙動の安定化を図ることができる。
【００１２】
その目標横加速度から実際に車両に作用する横加速度を差し引いた偏差および、その目標ヨーレートから実際に車両に作用するヨーレートを差し引いた偏差の中の少なくとも一方を打ち消すように、その車両の制動力および駆動力の中の少なくとも一方を制御可能な走行系制御装置を有し、前記ステアリング系制御装置による制御の重みと、その走行系制御装置による制御の重みの割合が予め定められているのが好ましい。
これにより、走行路と車両との間の摩擦抵抗の低下等により、操舵により発生可能な横加速度やヨーレートの最大値が減少しても、制動力および駆動力の中の少なくとも一方の制御を操舵制御と干渉することなく行うことで、車両挙動が不安定になるのを防止できる。また、操舵制御のみであれば、車輪が実際に転舵するまで車両挙動の安定化を図ることができないため、車輪のタイヤの弾性による制御遅れがあるのに対して、制動力および駆動力の中の少なくとも一方の制御によれば車輪のタイヤの弾性による制御遅れはないので、迅速に車両挙動を安定化できる。
【００１３】
その検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の少なくとも一つが飽和状態か否かを判断する手段と、その検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の少なくとも一つが飽和状態である時に、その目標横加速度から実際に車両に作用する横加速度を差し引いた偏差および、その目標ヨーレートから実際に車両に作用するヨーレートを差し引いた偏差の中の少なくとも一方を打ち消すように、その車両の制動力および駆動力の中の少なくとも一方を制御可能な走行系制御装置を有し、前記ステアリング系制御装置による制御の重みと、その走行系制御装置による制御の重みの割合が、検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の何れか一つと目標値との偏差に応じて可変とされているのが好ましい。
これにより、走行路と車両との間の摩擦抵抗の低下等により、操舵により発生可能な横加速度やヨーレートの最大値が減少しても、制動力および駆動力の中の少なくとも一方の制御を操舵制御と干渉することなく行なって車両挙動が不安定になるのを防止でき、また、車輪のタイヤの弾性に基づく制御遅れなしに迅速に車両挙動を安定化できる。さらに、車両挙動が不安定になるおそれが高い程に走行系制御装置による制御の重みを大きくすることで、より迅速に車両挙動を安定化できる。
【００１４】
操作部材が自然状態であって車速が零の時に、操作入力値検出手段により検出された操作入力値と出力値センサにより検出された操舵用アクチュエータの出力値とが一致するように、操舵用アクチュエータが駆動可能とされ、その検出された操作入力値と検出された操舵用アクチュエータの出力値が一致した時点での操作入力値検出手段の出力値が基準出力値とされ、その操作入力値検出手段の出力値が基準出力値である時の操作入力値を零として、その操作部材の操作に応じて操舵用アクチュエータを制御する際に、車両走行中に時系列にサンプリングした操作入力値検出手段の出力値を統計的に処理することで、その操作入力値検出手段の出力値は直進走行時における値になる頻度が最大であることに基づき、直進走行時における操作入力値検出手段の出力値の近似値を求め、その求めた近似値を新たな基準出力値とするのが好ましい。
これにより、操作入力値検出手段の検出値が経時変化したり製造公差により一定でない場合でも、操作部材が直進操舵位置である時の検出操作入力値の零からのオフセットが増大することはない。よって、操作部材が直進操舵位置であれば操舵用アクチュエータが駆動されることはなく、直進走行を行うために操作部材が回転しないように保持する必要がなく、直進走行性の悪化を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両の操舵装置は、ステアリングホイール（操作部材）１の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２の動きを、ステアリングギヤ３により転舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達することで、そのステアリングホイール１をステアリングギヤ３に機械的に連結することなく操舵する。
【００１６】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド７の動きは、タイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達される。このステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを車輪４の転舵角に変換できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１７】
そのステアリングホイール１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。そのステアリングホイール１を操舵するのに要する操舵反力を作用させるため、その回転シャフト１０にトルクを付加する反力アクチュエータ１９が設けられている。その反力アクチュエータ１９は、その回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１８】
ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与する渦巻きバネにより構成できる。上記反力アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していない時、その弾力によりステアリングホイール１は直進操舵位置に復帰する。
【００１９】
ステアリングホイール１の操作入力値として、その回転シャフト１０の回転角に対応する操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。そのステアリングホイール１の操作トルクＴとして、その回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。
【００２０】
その操舵用アクチュエータ２の出力値を検出する出力値センサとして、その操舵用アクチュエータ２によるステアリングロッド７の作動量に対応する車輪４の転舵角δを検出するポテンショメータにより構成される転舵角センサ１３が設けられている。
【００２１】
その角度センサ１１とトルクセンサ１２と転舵角センサ１３は、コンピュータにより構成されるステアリング系制御装置２０に接続される。その制御装置２０に、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１５と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６と、車速ｖを検出する速度センサ１４が接続されている。なお、その横加速度Ｇｙとヨーレートγに相関する変量として、操作角δｈと車速ｖ以外に、例えば車輪速を検出するセンサを制御装置２０に接続してもよい。
【００２２】
その制御装置２０は、駆動回路２２、２３を介して上記操舵用アクチュエータ２と反力アクチュエータ１９を制御する。図２は、車速が零でない場合における制御装置２０の制御ブロック図を示す。
【００２３】
その制御ブロック図において、Ｇｙは横加速度の検出値、Ｇｙ^*は横加速度の目標値、γはヨーレートの検出値、δは転舵角の検出値、δ_G ^*は横加速度に基づく転舵角の目標値、δγ^*はヨーレートに基づく転舵角の目標値、δ^*は転舵角の目標値、δｈは操作角の検出値、ｖは車速の検出値、Ｔは操作トルクの検出値、Ｔ^*は操作トルクの目標値、ｉ^*は操舵用アクチュエータ２の駆動電流の目標値、ｉｈ^*は反力アクチュエータ１９の駆動電流の目標値を示す。
【００２４】
Ｋ１は検出操作角δｈに対する目標横加速度Ｇｙ^*のゲインであり、Ｇｙ^*＝Ｋ１・δｈの関係より目標横加速度Ｇｙ^*が求められる。このゲインＫ１は、最適な制御を行えるように調整される。発生可能な横加速度は車速が小さくなると小さくなることから、そのゲインＫ１は車速ｖの関数とされている。すなわち、その目標横加速度Ｇｙ^*は車速ｖに応じて定められる。本実施形態では、図３に示すように、目標横加速度Ｇｙ^*の最大値Ｇｙmax ^*は、一定車速ｖａ（例えば４０ｋｍ／時）未満までは車速ｖに応じて増加し、一定車速ｖａ以上では一定とされる。すなわち、制御装置２０によって、操作角δｈと車速ｖと目標横加速度Ｇｙ^*との間の予め定められた相関関係が記憶されると共に、その相関関係と検出操作角δｈと検出車速ｖとに基づき目標横加速度Ｇｙ^*が演算される。
【００２５】
Ｋ２は検出操作角δｈに対する目標操作トルクＴ^*のゲインであり、Ｔ^*＝Ｋ２・δｈの関係より目標操作トルクＴ^*が求められる。このゲインＫ２は最適な制御を行えるように調整される。
なお、検出操作角δｈに代えて検出操作トルクＴを用い、Ｔ^*＝Ｋ２・Ｔの関係より目標操作トルクＴ^*を求めるようにしてもよい。
【００２６】
Ｇ１は、目標横加速度Ｇｙ^*から検出横加速度Ｇｙを差し引いた偏差に対する横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*の伝達関数である。すなわち、δ_G ^*＝Ｇ１・（Ｇｙ^*−Ｇｙ）の関係より横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*が求められる。この伝達関数Ｇ１は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫａ、ラプラス演算子をｓ、時定数をＴａとして、Ｇ１＝Ｋａ〔１＋１／（Ｔａ・ｓ）〕になる。そのゲインＫａ及び時定数Ｔａは最適な制御を行えるように調整される。すなわち、制御装置２０によって、目標横加速度Ｇｙ^*から横加速度Ｇｙを差し引いた偏差と横加速度Ｇｙに基づく目標転舵角δ_G ^*との間の予め定められた相関関係が記憶されると共に、その相関関係と目標横加速度Ｇｙ^*と検出横加速度Ｇｙとに基づき横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*が演算される。
【００２７】
Ｇ２は、目標横加速度Ｇｙ^*から検出ヨーレートγと検出車速ｖの積γ・ｖを差し引いた偏差に対するヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*の伝達関数である。ここで、図４において矢印４０で示す方向に車速ｖで旋回する車両１００に、矢印４１で示す方向に作用する目標横加速度Ｇｙ^*と矢印４２で示す方向に作用する目標ヨーレートγ^*との関係は、Ｇｙ^*＝γ^*・ｖである。よって、目標横加速度Ｇｙ^*が車速ｖに応じて定められることで、γ^*＝Ｇｙ^*／ｖから目標ヨーレートγ^*も車速ｖに応じて定められる。これにより、δγ^*＝Ｇ２・ｖ・（γ^*−γ）の関係より、その目標ヨーレートγ^*と検出ヨーレートγの偏差を打ち消すようにヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*が求められる。この伝達関数Ｇ２は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫｂ、ラプラス演算子をｓ、時定数をＴｂとして、Ｇ２＝Ｋｂ〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕になる。そのゲインＫｂおよび時定数Ｔｂは最適な制御を行えるように調整される。すなわち、制御装置２０によって、目標横加速度Ｇｙ^*からヨーレートγと車速ｖの積を差し引いた偏差とヨーレートγに基づく目標転舵角δγ^*との間の予め定められた相関関係が記憶されると共に、その相関関係と目標横加速度Ｇｙ^*と検出ヨーレートγと検出車速ｖとに基づきヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*が演算される。
【００２８】
Ｇ３は、目標転舵角δ^*から検出転舵角δを差し引いた偏差に対する操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^*の伝達関数である。すなわち、ｉ^*＝Ｇ３・（δ^*−δ）の関係より操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^*が求められる。ここでは、その目標転舵角δ^*は操舵用アクチュエータ２の目標出力値に対応し、上記横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*とヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*の和であり、δ^*＝δ_G ^*＋δγ^*より求められる。この伝達関数Ｇ３は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫｃ、ラプラス演算子をｓ、時定数をＴｃとして、Ｇ３＝Ｋｃ〔１＋１／（Ｔｃ・ｓ）〕になる。そのゲインＫｃおよび時定数Ｔｃは最適な制御を行えるように調整される。すなわち、制御装置２０によって、横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*とヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*の和に対応する目標転舵角δ^*から検出転舵角δを差し引いた偏差と操舵用アクチュエータ２の制御量である目標駆動電流ｉ^*との間の予め定められた相関関係が記憶されると共に、その相関関係と目標転舵角δ^*と検出転舵角δとから目標駆動電流ｉ^*が演算され、その目標駆動電流ｉ^*に応じて操舵用アクチュエータ２が駆動される。これにより、車速ｖに応じて定められる目標横加速度Ｇｙ^*から検出横加速度Ｇｙを差し引いた偏差と、その車速ｖに応じて定められる目標ヨーレートγ^*から検出ヨーレートγを差し引いた偏差を打ち消すように、その操舵用アクチュエータ２が制御される。
【００２９】
Ｇ４は、目標操作トルクＴ^*から検出操作トルクＴを差し引いた偏差に対する反力アクチュエータ１９の目標駆動電流ｉｈ^*の伝達関数である。すなわち、ｉｈ^*＝Ｇ４・（Ｔ^*−Ｔ）の関係より反力アクチュエータ１９の目標駆動電流ｉｈ^*が求められる。この伝達関数Ｇ４は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫｄ、ラプラス演算子をｓ、時定数をＴｄとして、Ｇ４＝Ｋｄ〔１＋１／（Ｔｄ・ｓ）〕になる。そのゲインＫｄおよび時定数Ｔｄは最適な制御を行えるように調整される。
【００３０】
図５は、車速が零の場合における制御装置２０の制御ブロック図を示す。この場合、車両の横加速度とヨーレートは生じないので、Ｋ３を検出操作角δｈに対する目標転舵角δ^*のゲインとして、δ^*＝Ｋ３・δｈの関係より目標転舵角δ^*が求められる。このゲインＫ３は、最適な制御を行えるように調整される。
【００３１】
図６のフローチャートを参照して上記制御装置２０による制御手順を説明する。
【００３２】
まず、各センサによる車速ｖ、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、転舵角δ、操作角δｈ、操作トルクＴの検出データが読み込まれる（ステップ１）。
次に、検出操作角δｈに応じて求められる目標操作トルクＴ^*から検出操作トルクＴを差し引いた偏差が零になるように、反力アクチュエータ１９の目標駆動電流ｉｈ^*が求められる（ステップ２）。その目標駆動電流ｉｈ^*が印加されることで反力アクチュエータ１９が駆動される。
【００３３】
次に、車速ｖが零か否かが判断される（ステップ３）。
車速が零でない場合、検出操作角δｈと車速ｖから目標横加速度Ｇｙ^*が求められ、その目標横加速度Ｇｙ^*から検出横加速度Ｇｙを差し引いた偏差が零になるように横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*が求められ、その目標横加速度Ｇｙ^*に対応する目標ヨーレートγ^*と検出車速ｖの積から検出ヨーレートγと検出車速ｖの積を差し引いた偏差が零になるように、すなわち、目標ヨーレートγ^*から検出ヨーレートγを差し引いた偏差が零になるようにヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*が求められ、その横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*とヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*の和により目標転舵角δ^*が求められる（ステップ４）。
車速が零である場合、検出操作角δｈから目標転舵角δ^*が求められる（ステップ５）。
【００３４】
次に、目標転舵角δ^*から検出転舵角δを差し引いた偏差が零になるように、操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流ｉ^*が求められる（ステップ６）。その目標駆動電流ｉ^*が印加されることで操舵用アクチュエータ２が駆動される。
次に、制御を終了するか否かを判断し（ステップ７）、終了しない場合はステップ１に戻る。その終了判断は、例えば車両の始動用キースイッチがオンか否かにより判断できる。
【００３５】
上記実施形態によれば、ステアリングホイール１とステアリングギヤ３を機械的に連結することなく操舵を行う車両において、操作角δｈと車速ｖに対する目標横加速度Ｇｙ^*の相関関係と、操作角δｈと車速ｖに対する目標ヨーレートγ^*の相関関係は予め定められる。これにより、操作角δｈと車速ｖを検出することで、目標横加速度Ｇｙ^*と目標ヨーレートγ^*を定めることができる。その目標横加速度Ｇｙ^*から実際の横加速度Ｇｙを差し引いた偏差と、目標ヨーレートγ^*から実際のヨーレートγを差し引いた偏差を打ち消すように操舵用アクチュエータ２を制御することで、車両が運動限界近傍に達する前に車両挙動の安定化を図ることができる。
【００３６】
また、その目標横加速度Ｇｙ^*から検出ヨーレートγと検出車速ｖの積を差し引いた偏差に基づき、ヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*が求められる。車両における横加速度はヨーレートと車速の積に対応することから、その目標横加速度Ｇｙ^*から検出ヨーレートγと検出車速ｖの積を差し引いた偏差は、目標ヨーレートγ^*から検出ヨーレートγを差し引いた偏差と検出車速ｖとの積に対応する。これにより、その目標横加速度Ｇｙ^*から検出横加速度Ｇｙを差し引いた偏差を打ち消すように横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*を求め、その目標横加速度Ｇｙ^*から検出ヨーレートγと検出車速ｖの積を差し引いた偏差、すなわち、目標ヨーレートγ^*から検出ヨーレートγを差し引いた偏差を打ち消すようにヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*を求め、両目標転舵角δ_G ^*、δγ^*の和から検出転舵角δを差し引いた偏差を打ち消すように操舵用アクチュエータ２の制御量を求め、確実に車両挙動の安定化を図ることができる。
【００３７】
図７は上記実施形態の第１変形例のフローチャートを示す。なお、上記実施形態との相違点を説明し、同様部分は同一符号で示して説明は省略する。
【００３８】
路面凍結等による走行路と車両との間の摩擦抵抗の低下等により、操舵により発生可能な横加速度Ｇｙやヨーレートγの最大値が減少すると、横加速度Ｇｙやヨーレートγや転舵角δが目標横加速度Ｇｙ^*や目標ヨーレートγ^*や目標転舵角δ^*に達することのない飽和状態になる。そのような飽和状態になると転舵角δが発散して車両挙動が不安定になる。
【００３９】
そこで、この第１変形例では、ステップ４において目標転舵角δ^*を求めたならば、検出横加速度Ｇｙ、検出ヨーレートγ、検出転舵角δの中の少なくとも一つが飽和状態か否かを判断する（ステップ４ａ）。例えば、予め定めた時間における積分値∫（Ｇｙ^*−Ｇｙ）ｄｔ、∫（γ^*−γ）ｄｔ、あるいは∫（δ^*−δ）ｄｔが、予め定めた一定値を超えた場合は飽和状態であると判定する。ステップ４ａにおいて飽和状態でなければステップ６に進む。ステップ４ａにおいて飽和状態であれば、ステップ４において求めた目標転舵角δ^*を規制する（ステップ４ｂ）。例えば、目標転舵角δ^*の上限値を定め、ステップ４において求めた目標転舵角δ^*が上限値を超える場合は上限値に置き換える。しかる後にステップ６に進む。これにより、転舵角δが発散するのを防止して車両挙動の安定化を図ることができる。他は上記実施形態と同様とされる。
【００４０】
図８〜図１１は上記実施形態の第２変形例を示す。なお、上記実施形態との相違点を説明し、同様部分は同一符号で示して説明は省略する。
【００４１】
この第２変形例においては、図８に示すように、車両の前後左右車輪４を制動するための制動システムが操舵装置に接続される。すなわち、ブレーキペダル５１の踏力に応じた制動圧をマスターシリンダ５２により発生させる。その制動圧は、制動圧制御ユニット５３により増幅されると共に各車輪４のブレーキ装置５４に分配され、各ブレーキ装置５４が各車輪４に制動力を作用させる。その制動圧制御ユニット５３は、コンピューターにより構成される走行系制御装置６０に接続される。この走行系制御装置６０に、ステアリング系制御装置２０と、各車輪４それぞれの制動力を個別に検出する制動力センサ６１と、各車輪４それぞれの回転速度を個別に検出する車輪速センサ６２が接続される。この走行系制御装置６０は、その車輪速センサ６２により検知される各車輪４の回転速度と制動力検知センサ６１によるフィードバック値に応じて、制動圧を増幅すると共に分配することができるように制動圧制御ユニット５３を制御する。これにより、各車輪の制動力を個別に制御することが可能とされている。なお、制動圧制御ユニット５３は、ブレーキペダル５１の操作がなされていない場合でも、内蔵するポンプにより制動圧を発生することが可能とされている。
【００４２】
その走行系制御装置６０は、図９に示すように、その走行系制御装置６０に検出横加速度Ｇｙ、検出ヨーレートγ、検出車速ｖ、転舵角δが入力され、また、ステアリング系制御装置２０から目標横加速度Ｇｙ^*、横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*、ヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*が入力される。なお、走行系制御装置６０において、目標横加速度Ｇｙ^*、横加速度に基づく目標転舵角δ_G ^*、ヨーレートに基づく目標転舵角δγ^*を演算するようにしてもよい。
【００４３】
この第２変形例では、目標横加速度Ｇｙ^*から検出横加速度Ｇｙを差し引いた偏差と、目標ヨーレートγ^*から検出ヨーレートγを差し引いた偏差を打ち消すために、ステアリング系制御装置２０により操舵用アクチュエータ２を制御するだけでなく、走行系制御装置６０により制動圧制御ユニット５３を制御する。この際、そのステアリング系制御装置２０による制御の重みαと走行系制御装置６０による制御の重みβの割合は予め定められる。
【００４４】
これにより、ステアリング系制御装置２０においては、図１０のフローチャートに示すように、ステップ４において求めた目標転舵角δ^*に、そのステアリング系制御装置２０による制御の予め設定した重み割合α／（α＋β）を掛けた値を新たな目標転舵角δ^*とし（ステップ４ａ′）、その新たな目標転舵角δ^*に基づきステップ６において操舵用アクチュエータ２の駆動電流の目標値を演算する。その重み割合α／（α＋β）は、例えば０．５に設定される。この重み割合α／（α＋β）の設定値は変更可能であってもよく、凍結路面や雪道を走行する場合は通常路面を走行する場合よりも小さく設定するのが好ましい。
【００４５】
一方、走行系制御装置６０においては、そのステップ４において求めた目標転舵角δ^*に、その走行系制御装置６０による制御の重み割合β／（α＋β）を掛けた値を新たな目標転舵角δ^*とし、その新たな目標転舵角δ^*と検出転舵角δの偏差をなくすように制動圧制御ユニット５３を制御する。例えば、各車輪４の制動力の変化による転舵角δの変化を、この転舵角δの変化に影響を及ぼす車速ｖ、車輪速、転舵角δ、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ毎に実験により予め求めてテーブルとして記憶し、そのテーブルとセンサにより検出した車速ｖ、車輪速、転舵角δ、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγに基づき制動圧制御ユニット５３を制御する。他は上記実施形態と同様とされる。
【００４６】
この第２変形例によれば、路面凍結等による走行路と車両との間の摩擦抵抗の低下等により、操舵により発生可能な横加速度Ｇｙやヨーレートγの最大値が減少しても、制動力の制御を操舵制御と干渉することなく行うことで、車両挙動が不安定になるのを防止できる。また、操舵制御のみであれば、車輪４が実際に転舵するまで車両挙動の安定化を図ることができないため、車輪４のタイヤの弾性による制御遅れがあるのに対して、制動力の制御によれば車輪４のタイヤの弾性による制御遅れはないので、迅速に車両挙動を安定化できる。例えば図１１に示すように、操舵時において車両１００の挙動が安定している場合は破線で示す経路を進行するのに対して、車両挙動が不安定になって矢印Ａで示すモーメントにより２点鎖線で示すようにオーバーステア状態からスピンするおそれがある場合、外輪の制動力を内輪の制動力よりも大きくすることで矢印Ｂで示すモーメントを作用させて車両挙動を安定化させることができる。また、車両挙動が不安定になって矢印Ｂで示すモーメントにより１点鎖線で示すようにアンダーステア状態からドリフトするおそれがある場合、内輪の制動力を外輪の制動力よりも大きくすることで矢印Ａで示すモーメントを作用させて車両挙動を安定化させることができる。
【００４７】
なお、第２変形例において、制動力に代えて各車輪４の駆動力を制御するようにしてもよい。各車輪４の駆動力の減少により制動力の増加と同様の作用効果を奏することができる。また、各車輪４の制動力と駆動力の双方を制御するようにしてもよい。
【００４８】
図１２は本発明の第３変形例のフローチャートを示す。なお、上記実施形態および第１、第２変形例と同様部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を説明する。
【００４９】
この第３変形例と上記第２変形例との相違は、第２変形例においては、目標転舵角δ^*から検出転舵角δを差し引いた偏差をなくすためのステアリング系制御装置２０による制御の重みと走行系制御装置６０による制御の重みの割合を予め設定し、常に両者による車両挙動安定化制御を行うのに対して、この第３変形例においては、その偏差をなくすための制御を通常はステアリング系制御装置２０によってのみ行い、検出横加速度Ｇｙ、検出ヨーレートγ、検出転舵角δの中の少なくとも一つが飽和状態になった時点で、ステアリング系制御装置２０による制御の重みと走行系制御装置６０による制御の重みの割合を定め、両制御装置２０、６０により車両挙動安定化制御を行う。
【００５０】
すなわち、ステップ４において目標転舵角δ^*を求めたならば、第１変形例と同様にして飽和状態か否かを判断する（ステップ４ａ″）。ステップ４ａ″において飽和状態でなければステップ６に進む。ステップ４ａ″において飽和状態であれば、ステップ４において求めた目標転舵角δ^*に、そのステアリング系制御装置２０による制御の重み割合α／（α＋β）を掛けた値を新たな目標転舵角δ^*とし（ステップ４ｂ″）、その新たな目標転舵角δ^*に基づきステップ６において操舵用アクチュエータ２の駆動電流の目標値を演算する。その重み割合α／（α＋β）は、検出横加速度Ｇｙ、検出ヨーレートγ、検出転舵角δの中の何れか一つと目標値との偏差に応じて可変とされている。例えば、ステップ４ａ″において予め定めた時間における積分値∫（δ^*−δ）ｄｔが予め定めた一定値Ｄを超える場合は飽和状態であると判定する場合、ステアリング系制御装置２０による制御の重みαを１として、走行系制御装置６０による制御の重みβを、β＝∫（δ^*−δ）ｄｔ／Ｄにより求める。これにより、車両挙動が不安定になるおそれが高い程に走行系制御装置６０による制御の重みβが大きくなる。
【００５１】
一方、走行系制御装置６０においては、そのステップ４において求めた目標転舵角δ^*に、その走行系制御装置６０による制御の重み割合β／（α＋β）を掛けた値を新たな目標転舵角δ^*とし、その新たな目標転舵角δ^*と検出転舵角δの偏差をなくすように制動圧制御ユニット５３を制御する。この制動圧制御ユニット５３の制御は第２変形例と同様に行うことができる。他は上記実施形態と同様とされる。
【００５２】
これにより、路面凍結等による走行路と車両との間の摩擦抵抗の低下等により、操舵により発生可能な横加速度Ｇｙやヨーレートγの最大値が減少しても、制動力の制御を操舵制御と干渉することなく行なって車両挙動が不安定になるのを防止でき、また、車輪４のタイヤの弾性に基づく制御遅れなしに迅速に車両挙動を安定化できる。さらに、車両挙動が不安定になるおそれが高い程に走行系制御装置６０による制御の重みβを大きくすることで、より迅速に車両挙動を安定化できる。
なお、この第３変形例において、制動力に代えて各車輪４の駆動力を制御するようにしてもよい。また、各車輪４の制動力と駆動力の双方を制御するようにしてもよい。
【００５３】
上記実施形態や各変形例において、角度センサ１１やトルクセンサ１２の検出値は、経時変化や製造公差により変動するため、ステアリングホイール１が予め定められた直進操舵位置であっても、検出操作角δｈや検出操作トルクＴの零からのオフセットが増大する場合がある。この場合、ステアリングホイール１が直進操舵位置であっても操舵用アクチュエータ２や反力アクチュエータ１９が駆動される。そのため、直進走行を行うにはステアリングホイール１が回転しないように保持する必要があり、直進走行性が悪化してしまう。
【００５４】
そこで、上記実施形態や各変形例において、ステアリングホイール１の操作に応じて操舵制御を行う前に、車両の始動時に車速が零であってドライバーがステアリングホイール１から手を離した自然状態で、ステアリングホイール１の直進操舵位置と車輪４の直進操舵位置を一致させる。例えば、ステアリングホイール１に設けた感圧センサ等により、ドライバーがステアリングホイール１から手を離した自然状態か否かを検出し、自然状態でない場合はステアリングホイール１から手を離すように警告を発し、自然状態であれば検出操作角δｈと検出転舵角δとが一致するように操舵用アクチュエータ２を駆動する。その検出操作角δｈと検出転舵角δとが一致した状態における角度センサ１１の出力値を角度基準出力値とし、トルクセンサ１２の出力値をトルク基準出力値とする。その角度センサ１１の出力値が角度基準出力値である時の検出操作角δｈを零とし、そのトルクセンサ１２の出力値がトルク基準出力値である時の検出操作トルクＴを零とする。
【００５５】
次に、車両の走行時における角度センサ１１の出力値を時系列にサンプリングする。図１３は、その角度センサ１１の出力値Ｑと時間ｔとの関係を示す。その角度センサ１１の出力値Ｑは、直進走行時すなわち実際の転舵角δが零の時の値ｑ′になる頻度が最も大きい。よって、そのサンプリングした出力値の統計処理、例えば最小二乗法や平均化処理等により、直進走行時における角度センサ１１の出力値ｑ′の近似値を求めることができる。その求めた近似値が新たな角度基準出力値となるように角度基準出力値ｑを補正する。
【００５６】
同様に、車両の走行時におけるトルクセンサ１２の出力値を時系列にサンプリングし、そのサンプリングした出力値の統計処理により実際の直進走行時におけるトルクセンサ１２の出力値の近似値を求め、その求めた近似値が新たなトルク基準出力値となるようにトルク基準出力値を補正する。
【００５７】
これにより、角度センサ１１やトルクセンサ１２の検出値が経時変化したり製造公差により一定でない場合でも、スアリングホイール１が直進操舵位置である時の検出操作角δｈや検出操作トルクＴの零からのオフセットが増大することはない。よって、ステアリングホイール１が直進操舵位置であれば操舵用アクチュエータ２や反力アクチュエータ１９が駆動されることはなく、直進走行を行うためにステアリングホイール１が回転しないように保持する必要がなく、直進走行性の悪化を防止できる。
【００５８】
そのサンプリング対象の角度センサ１１の出力値と角度基準出力値との偏差、およびサンプリング対象のトルクセンサ１２の出力値とトルク基準出力値との偏差は、予め定めた一定範囲（例えば図１３において出力値Ｑがｑ±δＱの範囲）とするのが好ましい。その一定範囲は、明らかに操舵を行った時の出力値をサンプリング対象から除外できるように定める。これにより、統計処理に基づき新たに求められる角度基準出力値とトルク基準出力値を、実際の直進操舵状態での値により近似させることができる。
【００５９】
なお、検出操作角δｈと検出操作トルクＴが零の時のみだけでなく、零からのオフセットが一定範囲内である時も、操舵用アクチュエータ２と反力アクチュエータ１９が駆動されないようにするのが好ましい。これにより、ステアリングホイールとステアリングギヤとが機械的に連結されている場合と同様に、ステアリングホイール１の遊びを設けることができる。
【００６０】
本発明は上記実施形態や各変形例に限定されない。例えば、検出操作角δｈに代えて検出操作トルクＴが操作入力値に対応するものとしてもよく、この場合、Ｇｙ^*＝Ｋ１・Ｔの関係より目標横加速度Ｇｙ^*を求めるようにすればよい。
また、図１４に示す操舵装置１００は、ステアリングホイール１０１がユニバーサルジョイント１０２、１０３を介してピニオン１０４に機械的に連結され、そのピニオン１０４に噛み合うラック１０５の両端にタイロッド１０６とナックルアーム１０７を介して車輪１０８が連結され、そのラック１０５がハウジング１０９により車両の幅方向に移動可能に支持され、そのハウジング１０９が車体により弾性部材１１０を介して車両の幅方向に移動可能に支持され、その車体に固定されたモータシリンダ等により構成される操舵用アクチュエータ１１１の伸縮ロッド１１２がハウジング１０９に連結される。そのステアリングホイール１０１の回転操作によるピニオン１０４の回転によりラック１０５が車両の幅方向に移動することで操舵がなされる。その操舵用アクチュエータ１１１の伸縮ロッド１１２の動きが車輪１０８に伝達されることで転舵角が変化する。その操舵用アクチュエータ１１１を本発明のステアリング系制御装置を用いてステアリングホイール１０１の回転操作に応じて制御してもよい。
また、ステアリングホイールに機械的に連結された前輪用ステアリングギヤにより前輪を転舵させ、ステアリングホイールの回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを、ステアリングホイールに機械的に連結されていない後輪用ステアリングギヤにより後輪に転舵角が変化するように伝達する車両において、その操舵用アクチュエータを本発明のステアリング系制御装置を用いてステアリングホイールの回転操作に応じて制御してもよい。
また、操作部材は回転操作されるステアリングホイールに限定されず、例えば、操作入力値が操作トルクに対応する場合、回転しないように車体に取り付けられるハンドルを用いることができる。
また、車両のヨーレートを検出する手段は、ヨーレートセンサに限定されず、例えば、車両の横加速度を車速で除算してヨーレートを検出する手段を用いることができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、車両挙動を確実に安定化でき、走行路と車両との間の摩擦抵抗が低下した場合でも車両挙動が不安定になるのを防止し、さらに、直進走行性の悪化を防止できる車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の操舵装置の車両走行時の制御ブロック図
【図３】本発明の実施形態の操舵装置における車速と目標横加速度の最大値との関係を示す図
【図４】本発明の実施形態の操舵装置の作用説明図
【図５】本発明の実施形態の操舵装置の車両停車時の制御ブロック図
【図６】本発明の実施形態の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明の実施形態の第１変形例の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図８】本発明の実施形態の第２変形例の操舵装置の構成説明図
【図９】本発明の実施形態の第２変形例の操舵装置の車両走行時の制御ブロック図
【図１０】本発明の実施形態の第２変形例の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施形態の第２変形例の操舵装置の作用説明図
【図１２】本発明の実施形態の第３変形例の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図１３】本発明の実施形態と各変形例の操舵装置における角度センサの出力値と時間との関係を示す図
【図１４】本発明を適用可能な操舵装置の構成説明図
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２操舵用アクチュエータ
３ステアリングギヤ
４車輪
１１角度センサ
１２トルクセンサ
１３転舵角センサ
１４速度センサ
１５横加速度センサ
１６ヨーレートセンサ
２０ステアリング系制御装置
６０走行系制御装置
１００車両

Claims

操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを、転舵角が変化するように車輪に伝達可能な車両の操舵装置において、
車両の横加速度とヨーレートに相関する変量として、少なくとも操作部材の操作入力値と車速を検出する手段と、
その車両の横加速度を検出する手段と、
その車両のヨーレートを検出する手段と、
その変量に応じて定められる目標横加速度から検出横加速度を差し引いた偏差と、その変量に応じて定められる目標ヨーレートから検出ヨーレートを差し引いた偏差を打ち消すように、その操舵用アクチュエータを制御するステアリング系制御装置とを備え、
その操舵用アクチュエータの出力値を検出する出力値センサを備え、
前記ステアリング系制御装置により、操作入力値と車速と目標横加速度との間の予め定められた相関関係が記憶されると共に、その相関関係と検出操作入力値と検出車速とに基づき目標横加速度が演算され、その目標横加速度から検出横加速度を差し引いた偏差により横加速度に基づく目標出力値が演算され、その目標横加速度から検出ヨーレートと検出車速の積を差し引いた偏差または、その目標横加速度を検出車速で除した商から検出ヨーレートを差し引いた偏差に基づきヨーレートに基づく目標出力値が演算され、その横加速度に基づく目標出力値とヨーレートに基づく目標出力値の和に対応する目標出力値から操舵用アクチュエータの出力値を差し引いた偏差から操舵用アクチュエータの制御量が演算され、その制御量に応じて操舵用アクチュエータが駆動され、
その検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の少なくとも一つが飽和状態か否かを判断する手段と、
その検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の少なくとも一つが飽和状態である時に、その目標横加速度から実際に車両に作用する横加速度を差し引いた偏差および、その目標ヨーレートから実際に車両に作用するヨーレートを差し引いた偏差の中の少なくとも一方を打ち消すように、その車両の制動力および駆動力の中の少なくとも一方を制御可能な走行系制御装置を有し、
前記ステアリング系制御装置による制御の重みと、その走行系制御装置による制御の重みの割合が、検出横加速度、検出ヨーレート、操舵用アクチュエータの検出出力値の中の何れか一つと目標値との偏差に応じて可変とされていることを特徴とする車両の操舵装置。
前記操舵用アクチュエータの動きをステアリングギヤにより、そのステアリングギヤに前記操作部材を機械的に連結することなく、前記車輪に伝達可能な請求項１に記載の車両の操舵装置。
前記操作入力値が操作部材の操作角度または操作部材の操作トルクに対応し、前記操舵用アクチュエータの出力値が車輪の転舵角に対応する請求項１または２に記載の車両の操舵装置。
操作部材が自然状態であって車速が零の時に、操作入力値検出手段により検出された操作入力値と出力値センサにより検出された操舵用アクチュエータの出力値とが一致するように、操舵用アクチュエータが駆動可能とされ、
その検出された操作入力値と検出された操舵用アクチュエータの出力値が一致した時点での操作入力値検出手段の出力値が基準出力値とされ、
その操作入力値検出手段の出力値が基準出力値である時の操作入力値を零として、その操作部材の操作に応じて操舵用アクチュエータを制御する際に、車両走行中に時系列にサンプリングした操作入力値検出手段の出力値を統計的に処理することで、その操作入力値検出手段の出力値は直進走行時における値になる頻度が最大であることに基づき、直進走行時における操作入力値検出手段の出力値の近似値を求め、
その求めた近似値を新たな基準出力値とする請求項１〜３の中の何れか１項に記載の車両の操舵装置。