JP3887078B2 - 車両の操舵反力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライバーがステアリングホイールを操作する際の操舵反力を制御する車両の操舵反力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置のアクチュエータを利用した操舵反力制御装置において、操舵角および車速に基づいて車両の規範運動状態を検出し、この規範運動状態と車両の実運動状態との偏差に基づいて電動パワーステアリング装置のアクチュエータを駆動することにより、ステアリングホイールの操舵反力を制御してドライバーが望む方向への操舵をアシストするものが、特開平９−１４２３３１号公報により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両の直進走行時にはステアリングホイールの操舵反力を大きくして直進安定性を高めることが望ましいが、ドライバーが車両の前方に障害物を発見して回避操作を行うときに前記操舵反力を大きくし過ぎると、ドライバーによるステアリング操作がスムーズに行われなくなる可能性がある。この点に関して、上記従来のものは、直進走行時における直進安定性と障害物回避時における操作性とを両立させることが困難であった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、直線路では車両の直進性能を確保しながら、障害物回避時にはドライバーによるステアリング操作を容易にすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、ステアリングホイールに操舵方向と逆方向の操舵反力を発生させ得るアクチュエータと、車両のヨーレートおよび／または横加速度を検出する運動状態量検出手段と、車両の障害物との衝突可能性を検出する衝突可能性検出手段と、前記運動状態量検出手段および前記衝突可能性検出手段の出力に基づいてアクチュエータにより発生する操舵反力を制御する操舵反力制御手段とを備えてなり、前記操舵反力制御手段は、前記ヨーレートおよび／または横加速度が大きいほど大きくなる基本操舵反力を算出する基本操舵反力算出手段と、前記障害物との衝突可能性が大きいほど小さくなる補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記基本操舵反力に前記補正係数を乗算して前記操舵反力を算出する乗算手段とを含むことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、運動状態量検出手段が車両のヨーレートおよび／または横加速度を検出すると、基本操舵反力算出手段が前記ヨーレートおよび／または横加速度が大きいほど大きくなる基本操舵反力を算出するとともに、補正係数算出手段が衝突可能性検出手段で検出した障害物との衝突可能性が大きいほど小さくなる補正係数を算出し、乗算手段がこの補正係数を前記基本操舵反力に乗算して操舵反力を算出する。そして操舵反力制御手段によりアクチュエータが前記操舵反力を発生するように制御されるので、直線路では充分な操舵反力を発生させて車両の直進性能を確保しながら、車両の進行方向前方の障害物との衝突可能性に応じて前記操舵反力を減少させることにより、障害物のスムーズな回避を可能とすることができる。
【０００７】
また請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記アクチュエータはステアリングホイールに入力される操舵トルクに応じて操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置のモータであり、前記操舵アシストトルクから前記操舵反力を減算してモータの発生トルクを算出する減算手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、操舵反力を発生させるアクチュエータとして電動パワーステアリング装置のモータを利用することにより、特別のモータが必要なくなって構造が簡素化される。また減算手段が電動パワーステアリング装置の操舵アシストトルクから前記操舵反力を減算してモータの発生トルクを算出するので、パワーステアリング装置による操舵アシスト制御と前記操舵反力制御とを両立させることができる。
【０００９】
また請求項３に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出手段を備えてなり、前記操舵反力制御手段は、前記操舵速度が大きくなるほど大きくなる操舵反力補正量を算出する操舵反力補正量算出手段と、この操舵反力補正量を前記基本操舵反力に加算する加算手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、操舵速度検出手段がステアリングホイールの操舵速度を検出すると、操舵反力補正量算出手段が前記操舵速度が大きくなるほど大きくなる操舵反力補正量を算出し、加算手段がこの操舵反力補正量を前記基本操舵反力に加算するので、前記操舵速度の増加に応じて操舵反力を増加させて車両の直進性能を一層高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は操舵制御装置を備えた車両の全体構成図、図２は操舵制御装置のブロック図、図３は基本操舵反力のゲインを検索するマップを示す図、図４は操舵反力補正量のゲインを検索するマップを示す図、図５は操舵反力の補正係数を検索するマップを示す図、図６はヨーレートおよび衝突予測時間に対する操舵反力の特性を示すグラフである。
【００１３】
図１に示すように、車両Ｖは一対の前輪Ｗｆ，Ｗｆおよび一対の後輪Ｗｒ，Ｗｒを備える。ステアリングホイール１と操舵輪である前輪Ｗｆ，Ｗｆとが、ステアリングホイール１と一体に回転するステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２の下端に設けたピニオン３と、ピニオン３に噛み合うラック４と、ラック４の両端に設けた左右のタイロッド５，５と、タイロッド５，５に連結された左右のナックル６，６とによって接続される。ドライバーによるステアリングホイール１の操作をアシストすべく、あるいはステアリングホイール１の操舵反力を制御して車両の直進安定性を高めるべく、電気モータよりなるステアリングアクチュエータ７がウオームギヤ機構８を介してステアリングシャフト２に接続される。
【００１４】
前記ステアリングアクチュエータ７の駆動を制御する操舵制御装置２１は、パワーステアリング制御部２２と操舵反力制御部２３とから構成されており、前記操舵反力制御部２３には衝突可能性検出手段２４が接続される。パワーステアリング制御部２２には、ドライバーのステアリング操作によりステアリングホイール１に入力される操舵トルクＴｓを検出する操舵トルク検出手段Ｓ₁ からの信号が入力される。操舵反力制御部２３には、従動輪である左右の後輪Ｗｒ，Ｗｒの回転数に基づいて車速ｖを検出する車速検出手段Ｓ₂ ，Ｓ₂ からの信号と、車両Ｖの運動状態量としてのヨーレートγを検出するヨーレート検出手段Ｓ₃ からの信号と、ステアリングホイール１の回転角速度に基づいて操舵速度βを検出する操舵速度検出手段Ｓ₄ からの信号とが入力される。衝突可能性検出手段２４には、障害物との距離ｄおよび相対速度Δｖを検出するレーザーレーダー等の障害物検出手段Ｓ₅ からの信号が入力される。衝突可能性検出手段２４により検出された前方の障害物に対する衝突予測時間ｔは、操舵反力制御部２３に入力される。而して、操舵反力制御部２３が出力するアクチュエータ制御信号に基づいて、アクチュエータ駆動手段２５がステアリングアクチュエータ７を駆動する。
【００１５】
次に、図２に基づいて操舵制御装置２１の構成を説明する。
【００１６】
操舵制御装置２１の操舵反力制御部２３は、基本操舵反力算出手段３１と、操舵反力補正量算出手段３２と、加算手段３３と、補正係数算出手段３４と、乗算手段３５と、減算手段３６とから構成される。
【００１７】
基本操舵反力算出手段３１は、ヨーレート検出手段Ｓ₃ で検出したヨーレートγおよび車速検出手段Ｓ₂ ，Ｓ₂ で検出した車速ｖに基づいて、図３に示す基本操舵反力マップから基本操舵反力のゲインＫγを検索する。図３から明らかなように、基本操舵反力のゲインＫγはヨーレートγが増加するに伴って増加し、その値が上限値に達した後はヨーレートγの増加に関わらず前記上限値に保持される。そして車速ｖが増加すると、それに伴って基本操舵反力のゲインＫγが増加するように設定されている。
【００１８】
その結果、突風や路面の凹凸等の外乱によってヨーレートγが発生してステアリングホイール１が一方に取られた場合、そのヨーレートγの大きさに応じてステアリングホイール１が取られる方向と逆方向の操舵反力を発生させ、車両Ｖの直進安定性を高めることができる。また車速ｖが増加するほどヨー方向の車両挙動が敏感になって直進安定性が低下するが、車速ｖの増加に伴って前記基本操舵反力のゲインＫγが高くなるように設定したので、高車速時に大きな操舵反力を発生させて直進安定性の低下を防止することができる。尚、図３のマップにおいて、基本操舵反力のゲインＫγをヨーレートγだけの関数とし、車速ｖに対して一定値とすることもできる。
【００１９】
操舵反力補正量算出手段３２は、操舵速度検出手段Ｓ₄ で検出した操舵速度βおよび車速検出手段Ｓ₂ ，Ｓ₂ で検出した車速ｖに基づいて、図４に示す操舵反力補正量マップから操舵反力補正量のゲインＫβを検索する。図４から明らかなように、操舵反力補正量のゲインＫβは操舵速度βが増加するに伴って増加し、その値が上限値に達した後は操舵速度βの増加に関わらず前記上限値に保持される。そして車速ｖが増加すると、それに伴って操舵反力補正量のゲインＫβが増加するように設定されている。
【００２０】
その結果、ドライバーがステアリングホイール１を操作した場合に、その操舵速度βの大きさに応じてステアリングホイール１の操作方向と逆方向の操舵反力を発生させ、車両Ｖの直進安定性を高めることができる。ここでも車速ｖの増加に伴って前記操舵反力補正量のゲインＫβが増加するように設定したので、高車速時に大きな操舵反力を発生させて直進安定性の低下を防止することができる。尚、図４のマップにおいて、操舵反力補正量のゲインＫβを操舵速度βだけの関数とし、車速ｖに対して一定値とすることもできる。
【００２１】
基本操舵反力算出手段３１が出力する基本操舵反力のゲインＫγと、操舵反力補正量算出手段３２が出力する操舵反力補正量のゲインＫβとは、加算手段３３において加算されて操舵反力のゲインＫγ＋Ｋβが算出される。
【００２２】
衝突可能性検出手段２４は、障害物検出手段Ｓ₅ で検出した自車および障害物間の距離ｄおよび相対速度ｖに基づいて、自車が障害物に衝突するまでの衝突予測時間ｔを算出する。
【００２３】
上述のようにして衝突可能性検出手段２４で算出した衝突予測時間ｔは補正係数算出手段３４に入力され、そこで図５に示すマップに基づいて補正係数ｆ（ｔ）が検索される。この補正係数ｆ（ｔ）は乗算手段３５において前記操舵反力のゲインＫγ＋Ｋβに乗算され、その結果、補正済操舵反力のゲイン（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ρ，ｖ）が算出される。
【００２４】
図５から明らかなように、衝突予測時間ｔが大きいとき（つまり、衝突可能性が低いとき）、補正係数ｆ（ｔ）は１．０に設定されるため、乗算手段３５において補正係数ｆ（ｔ）を乗算しても、補正済操舵反力のゲイン（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ｔ）は前記加算手段３３が出力する操舵反力のゲインＫγ＋Ｋβに一致する。一方、衝突予測時間ｔが小さくなると（つまり、衝突可能性が高くなると）、補正係数ｆ（ｔ）は１．０から減少するため、乗算手段３５において補正係数ｆ（ｔ）を乗算することにより、補正済操舵反力のゲイン（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ｔ）は前記加算手段３３が出力する操舵反力のゲインＫγ＋Ｋβよりも小さくなる。
【００２５】
その結果、図６に示すように、衝突予測時間ｔが小さいほどステアリングホイール１の操舵反力が小さくなるので、障害物を回避するためにドライバーがステアリングホイール１に加えるべき操舵トルクが軽減される。このようにして、車両Ｖの直進走行中にはステアリングホイール１を重くして直進安定性を確保しながら、障害物を回避するときにはステアリングホイール１を軽くしてドライバーのステアリング操作を容易にすることができ、直進安定性および障害物回避時の操作性を両立させることができる。
【００２６】
而して、減算手段３６において、乗算手段３５が出力する補正済操舵反力のゲイン（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ｔ）は、操舵トルク検出手段Ｓ₁ で検出した操舵トルクＴｓに基づいてパワーステアリング制御部２２が出力するアシスト力のゲインＫｐから減算され、最終的にステアリングアクチュエータ７の出力トルクを制御するためのゲインＫｐ−（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ｔ）が算出される。そして、このゲインＫｐ−（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ｔ）に基づいてアクチュエータ駆動手段２５がステアリングアクチュエータ７の駆動を制御する。
【００２７】
前記アシスト力のゲインＫｐから補正済操舵反力のゲイン（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ｔ）を減算した値に基づいてステアリングアクチュエータ７の駆動を制御することにより、ステアリングホイール１に前記補正済操舵反力のゲイン（Ｋγ＋Ｋβ）＊ｆ（ｔ）に相当する操舵反力を本来の操舵トルクＴｓに付加することができ、これによりパワーステアリング制御部２２の機能を損なうことなく所望の操舵反力を発生させることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２９】
例えば、実施例では車両Ｖの運動状態量としてヨーレートγを用いているが、ヨーレートγに換えて車両Ｖの横加速度Ｙｇを用いることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、運動状態量検出手段が車両のヨーレートおよび／または横加速度を検出すると、基本操舵反力算出手段が前記ヨーレートおよび／または横加速度が大きいほど大きくなる基本操舵反力を算出するとともに、補正係数算出手段が衝突可能性検出手段で検出した障害物との衝突可能性が大きいほど小さくなる補正係数を算出し、乗算手段がこの補正係数を前記基本操舵反力に乗算して操舵反力を算出する。そして操舵反力制御手段によりアクチュエータが前記操舵反力を発生するように制御されるので、直線路では充分な操舵反力を発生させて車両の直進性能を確保しながら、車両の進行方向前方の障害物との衝突可能性に応じて前記操舵反力を減少させることにより、障害物のスムーズな回避を可能とすることができる。
【００３１】
また請求項２に記載された発明によれば、操舵反力を発生させるアクチュエータとして電動パワーステアリング装置のモータを利用することにより、特別のモータが必要なくなって構造が簡素化される。また減算手段が電動パワーステアリング装置の操舵アシストトルクから前記操舵反力を減算してモータの発生トルクを算出するので、パワーステアリング装置による操舵アシスト制御と前記操舵反力制御とを両立させることができる。
【００３２】
また請求項３に記載された発明によれば、操舵速度検出手段がステアリングホイールの操舵速度を検出すると、操舵反力補正量算出手段が前記操舵速度が大きくなるほど大きくなる操舵反力補正量を算出し、加算手段がこの操舵反力補正量を前記基本操舵反力に加算するので、前記操舵速度の増加に応じて操舵反力を増加させて車両の直進性能を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 操舵制御装置を備えた車両の全体構成図
【図２】 操舵制御装置のブロック図
【図３】 基本操舵反力のゲインを検索するマップを示す図
【図４】 操舵反力補正量のゲインを検索するマップを示す図
【図５】 操舵反力の補正係数を検索するマップを示す図
【図６】 ヨーレートおよび衝突予測時間に対する操舵反力の特性を示すグラフ
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
７ ステアリングアクチュエータ（アクチュエータ）
２３ 操舵反力制御部（操舵反力制御手段）
２４ 衝突可能性検出手段
３１ 基本操舵反力算出手段
３２ 操舵反力補正量算出手段
３３ 加算手段
３４ 補正係数算出手段
３５ 乗算手段
３６ 減算手段
Ｓ₃ ヨーレート検出手段（運動状態量検出手段）
Ｓ₄ 操舵速度検出手段
Ｔｓ 操舵トルク
Ｖ 車両
Ｙｇ 横加速度
β 操舵速度
γ ヨーレート

Claims (3)

1. ステアリングホイール（１）に操舵方向と逆方向の操舵反力を発生させ得るアクチュエータ（７）と、
   車両（Ｖ）のヨーレートおよび／または横加速度（γ，Ｙｇ）を検出する運動状態量検出手段（Ｓ₃ ）と、
   車両（Ｖ）の障害物との衝突可能性を検出する衝突可能性検出手段（２４）と、
   前記運動状態量検出手段（Ｓ₃ ）および前記衝突可能性検出手段（２４）の出力に基づいてアクチュエータ（７）により発生する操舵反力を制御する操舵反力制御手段（２３）と、
   を備えてなり、
   前記操舵反力制御手段（２３）は、
   前記ヨーレートおよび／または横加速度（γ，Ｙｇ）が大きいほど大きくなる基本操舵反力を算出する基本操舵反力算出手段（３１）と、
   前記障害物との衝突可能性が大きいほど小さくなる補正係数を算出する補正係数算出手段（３４）と、
   前記基本操舵反力に前記補正係数を乗算して前記操舵反力を算出する乗算手段（３５）と、
   を含むことを特徴とする車両の操舵反力制御装置。
2. 前記アクチュエータ（７）はステアリングホイール（１）に入力される操舵トルク（Ｔｓ）に応じて操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置のモータであり、前記操舵アシストトルクから前記操舵反力を減算してモータの発生トルクを算出する減算手段（３６）を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の車両の操舵反力制御装置。
3. ステアリングホイール（１）の操舵速度（β）を検出する操舵速度検出手段（Ｓ₄ ）を備えてなり、
   前記操舵反力制御手段（２３）は、
   前記操舵速度（β）が大きくなるほど大きくなる操舵反力補正量を算出する操舵反力補正量算出手段（３２）と、この操舵反力補正量を前記基本操舵反力に加算する加算手段（３３）と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両の操舵反力制御装置。

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