JP4013381B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は外乱に基づくステアリングハンドルの不適正な挙動を低減するようにした車両の操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングつまりハンドルを操作したとき、ハンドルには路面からの反力が入力されるが、運転者はこの反力を感じつつ操舵状況というものを体感し得るものとなる。一方、ステアリングには、路面の凹凸やうねり等に起因して、路面から外乱としての反力が入力されることが多々あるが、外乱による反力は運転者の操舵に対するノイズとなって操舵上好ましくないものである。
【０００３】
特開平６−３４４９３６号公報には、ステアリングに高周波振動の外乱が生じたときに、ステアリングの挙動を抑制するようにステアリングに操舵トルクを付与する制御（ダンピング制御）を行うものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステアリングに入力される外乱のうち、低周波振動、つまりハンドルを大きくとられるような外乱を打ち消すことが望まれる。この場合、低周波の外乱であることの認識をいかに精度よく行うかが問題となる。また、低周波の外乱と認識したとき、この外乱を打ち消すためのトルクをいかに適切に設定できるかが問題となる。
【０００５】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、低周波の外乱であることを精度よく認識できると共に、この外乱を適切に打ち消すことのできるようにした車両の操舵装置を提供することにある。
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明はその第１の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角の変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態逆位相検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
を備え、
前記不感帯設定手段が、路面μが大きいほど前記不感帯が大きくなるように設定する、
ようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３〜請求項６に記載のとおりである。
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明はその第２の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項２に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
車両に生じているヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記ヨーレート検出手段により検出される前記ヨーレートの変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
を備え、
前記不感帯設定手段が、路面μが大きいほど前記不感帯が大きくなるように設定する、
ようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３〜請求項６に記載のとおりである。
前記目的を達成するため、本発明はその第３の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項７に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角の変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態逆位相検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
車両の運転状態に基づいて、路面からステアリングへの定常的な反力を決定する定常反力決定手段と、
を備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項８に記載のとおりである。
前記目的を達成するため、本発明はその第４の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項９に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
車両に生じているヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記ヨーレート検出手段により検出される前記ヨーレートの変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
車両の運転状態に基づいて、路面からステアリングへの定常的な反力を決定する定常反力決定手段と、
を備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ようにしてある。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１によれば、通常操舵時のトルク変化と舵角変化を同位相とする場合、検出されたトルク変化と舵角変化とが逆位相のときは、外乱つまり低周波の外乱に起因するトルク発生であり、この外乱トルク発生を精度よく検出することが可能となる。また、不感帯の設定により、検出されたトルク変化と舵角変化の位相差が考慮された打ち消し用トルクを発生させて、外乱トルクを適切に低減することができる。また、上記位相差が大きくなる路面μが大きいほど不感帯を大きく設定して、外乱トルクを適切に低減することができる。
請求項２によれば、請求項１に対応した効果と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
請求項３ないし請求項５によれば、路面μを検出する具体的な手法が提供される。
【００１０】
請求項６によれば、高周波振動の外乱にも対応して、ステアリングの振動を低減することができる。
請求項７によれば、通常操舵時のトルク変化と舵角変化を同位相とする場合、検出されたトルク変化と舵角変化とが逆位相のときは、外乱つまり低周波の外乱に起因するトルク発生であり、この外乱トルク発生を精度よく検出することが可能となる。また、不感帯の設定により、検出されたトルク変化と舵角変化の位相差が考慮された打ち消し用トルクを発生させて、外乱トルクを適切に低減することができる。さらに、外乱でなく旋回時等で通常発生する定常的なトルクを加味しつつ、しかも所定のしきい値をも加味して、除去あるいは低減すべき比較的大きな低周波振動の発生の検出をより精度よく行うことができる。
請求項８によれば、請求項７に対応した効果に加えて、舵角についても定常的な舵角と所定のしきい値とを加味して、除去あるいは低減すべき比較的大きな低周波振動の発生の検出を極めて精度よく行うことができる。
請求項９によれば、請求項７と同様の効果を得ることができる。
請求項１０によれば、請求項９に対応した効果に加えて、ヨーレートについても定常的なヨーレートと所定のしきい値とを加味して、除去あるいは低減すべき比較的大きな低周波振動の発生の検出を極めて精度よく行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、１はステアリングハンドル、２はステアリングシャフトである。ステアリングシャフト２は、ハンドル１に固定された第１シャフト２Ａと、操舵輪（前輪）に機械的に連係された第２シャフト２Ｂとの２分割構成とされて、第第１シャフト２Ａと第２シャフト２Ｂとは、トーションバー３を介して一体回転するように連結されている。トーションバー３のねじれ量つまり操舵トルクがトルクセンサＳ１によって検出される。第２シャフト２Ｂには、減速機構５、クラッチ６を介して、操舵トルクを付与するためのアクチュエ−タとしてのモータ７が連結されている。
【００１２】
図１中Ｕはマイクロコンピュ−タを利用して構成されたコントロ−ラで、このコントロ−ラＵには、前記トルクセンサＳ１からの信号が入力される他、各種センサＳ２〜Ｓ７からの信号が入力される。センサＳ２は、舵角を検出するものである。センサＳ３は車速を検出するものである。センサＳ４は、車体に作用する前後方向加速度（前後Ｇ）を検出するものであるが、車速を微分することにより検出することもできる。センサＳ５は、車体に作用する横方向加速度（横Ｇ）を検出するものである。センサＳ６は、路面μ（摩擦係数）を検出するものである。センサＳ７は車体に作用するヨーレートを検出するものである。
【００１３】
ハンドル１を運転者が操作したとき、センサＳ１で検出される操舵トルクの変化とセンサＳ２で検出される操舵角の変化との関係は、例えば図２に示すように、ほぼ同じような位相関係となる（操舵トルクの変化が、操舵角変化に若干遅れる）。つまり、運転者が自発的に操舵を行ったときは、上記操舵角変化と操舵トルク変化とが実質的に同位相の関係にあり、このことは、操舵トルク変化とセンサＳ７で検出されるヨーレート変化との関係についても同様である。
【００１４】
一方、運転者がハンドル操作していない状態で、路面のうねり等によって操舵輪に外乱が入力された場合、この外乱を原因としてハンドル１が操舵される（好ましくないハンドル１の回転が発生）。この外乱によるときの操舵角変化と操舵トルク変化との関係は、例えば図３に示すようになり、互いにほぼ逆位相の関係となり、このことは、操舵トルク変化とヨーレート変化との関係についても同様である。
【００１５】
上述の説明から明らかなように、運転者の意志による積極的なハンドル操作による操舵トルク発生か、外乱による操舵トルク発生かは、操舵トルクの変化に対して、操舵角変化が逆位相（ヨーレート変化が逆位相）であるか否かをみることによって知ることができる。つまり、同位相の関係であれば運転者の積極的な意志によるハンドル操作のときであり、逆位相の関係（特定状態の検出時）であれば外乱発生のときである。
【００１６】
ただし、上記２つの変化の間では位相差を有し、また運転者の意志によるハンドル１の操作と外乱発生とが共に生じることもあり、さらには運転者によりハンドル操作されていないときでも、旋回時等外乱ではないが操舵トルクが発生することもある。このような観点から、まず比較的大きい外乱のみを除去すべく、車両の運転状態に基づいて定常的に発生する操舵トルクおよび定常的に発生する操舵角（あるいはを定常的に発生するヨーレート）決定して、この定常的な操舵トルクに所定のしきい値（不感帯と考えることもできる）を加算した値よりもセンサＳ１で検出される操舵トルクが大きいことを、外乱除去の制御を行う前提条件（第１の実行条件）として設定してある。同様に、定常的な操舵角（定常的なヨーレート）に所定のしきい値を加算した値よりも、センサＳ２での検出操舵角（センサＳ７での検出ヨーレート）が大きいことを、外乱除去の制御を行う前提条件（第２の実行条件）として設定してある。さらに、上記位相差を勘案して、この位相差に応じた大きさの不感帯を設定して（位相差が大きいほど不感帯が大きくされる）、この不感帯の分だけ、外乱除去の制御値（最終的には外乱除去用の操舵トルクの大きさ）を小さくするようにしてある。
【００１７】
前述した外乱除去のための制御、つまりコントロ−ラＵによる制御の詳細について、図４のフロ−チャ−トを参照しつつ説明する。なお、この図４の例では、操舵トルクと操舵角との関係から外乱除去の制御を行う場合を示し、最終的に、外乱により発生する低周波の操舵トルクを、モータ７で発生する制御トルクでもって打ち消すように、モータ７での発生トルクを決定するための制御となる。
【００１８】
以上のことを前提として、図４のＱ（ステップ−以下同じ）１において、センサＳ１からの信号に基づいて、現在発生している操舵トルクＴが入力される。Ｑ２では、現在の運転状態を示す検出されている現在の車速、前後Ｇ、横Ｇのに基づいて、定常的な路面からの反力Ｔｏが決定される（検出される車速、前後Ｇ、横Ｇに基づいて、必然的に発生しているはずの操舵トルクの推定）。Ｑ３では、センサＳ２からの信号に基づいて操舵角δが入力され、Ｑ４において定常的な路面からの反力から推定される操舵角δｏが決定される。
【００１９】
Ｑ５では、検出された操舵トルクＴが、定常的な反力Ｔｏに所定のしきい値Ｔthを加算した値よりも大きいか否かが判別される。このＱ５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ６において、検出された操舵角δが、定常的な操舵角δｏに所定のしきい値δthを加算した値よりも大きいか否かが判別される。Ｑ６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７に移行する。
【００２０】
Ｑ７では、操舵トルクＴの変化と操舵角δの変化とが逆位相であるか否かが判別される。Ｑ７の判別でＹＥＳのときは、外乱により操舵トルクが発生しているときであって、この外乱による操舵トルクを打ち消す制御を実行する条件が全て満たされているときとなる。このときは、Ｑ８において、ここに示す式にしたがって、不感帯αが算出される（ｋ１は制御定数）。不感帯αは、上記Ｔとδとの位相差が大きいほど大きくなるように設定される。この後、Ｑ９において、ここに示す式にしたがって、モータ７で発生される外乱トルクを打ち消すための打ち消しトルクＴstr が算出される（ｋ２は制御定数）。この式から明らかなように、打ち消しトルクＴstr は、検出トルクＴから不感帯αを差し引いた値に応じた値として決定されることになる。Ｑ５、Ｑ６あるいはＱ７の判別でＮＯのときは、そのままリタ−ンされる。
【００２１】
図５は、別の制御例を示すもので、図４の操舵角δ（δｏ、δth）の代わりに、ヨーレートｒ（定常的ヨーレートｒｏ、しきい値ｒth）を用いたものである。制御内容そのものは、図４の場合と同じように行われるので、これ以上の説明は省略する。
【００２２】
操舵トルクを発生させる外乱が高周波の場合は、外乱が低周波の場合についての操舵トルクを打ち消すための前述した図４、図５の制御は、応答性の観点から難しいものとなる。外乱が高周波の場合は、図４、あるいは図５の制御に代えて、図６に示すダンピング制御を行うのが好ましい（操舵速度を抑制する制御で、ハンドル操作を重くする制御）。以下、図６に示すダンピング制御の一例について説明する。
【００２３】
まず、図６のＱ２１において、操舵トルクＴが入力された後、Ｑ２２において、定常的路面反力Ｔｏが決定される。Ｑ２３では、ＴからＴｏを差し引いて、補正トルクＴ２が算出される。Ｑ２４では操舵角δが入力され、Ｑ２５では定常的操舵角δｏが決定される。Ｑ２６では、δからδｏを差し引いて、補正操舵角δ２が算出される。さらにＱ２７において、補正操舵角δ２を微分して、外乱に基づく操舵速度△δ２が算出される。
【００２４】
Ｑ２７の後、Ｑ２８において、ハンドル１に高周波振動が発生しているか否かが判別される。この判別は、例えば所定時間あたりの検出操舵トルクＴの変化回数が所定値以上であるか否か（変化が速いか否か）、あるいは検出された操舵角δの変化回数が所定値以上であるか否か（変化が速いか否か）をみることによって行われる。このＱ２８の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２９において、補正操舵トルクＴ２が所定値よりも小さいか否かが判別される。このＱ２９の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３０において、補正操舵トルクＴ２の変化と補正操舵角δ２の変化が逆位相の関係にあるか否かが判別される。Ｑ３０の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３１において、Ｔ２とδ２との位相差が所定値よりも大きいか否かが判別される。このＱ３１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３２において、ここに示す式にしたがって、ダンピング用のモータ発生トルクＴstr が算出される（ｋ３は制御定数）。トルクＴstr は、補正操舵速度△δ２が大きいほど大きくなるように決定される。
【００２５】
図７は、図６のダンピング制御を、図４あるいは図５の制御に優先して行わせるための制御例を示し、Ｑ４１において、図６の制御が行われた後、Ｑ４２において、現在ダンピング制御が実行されているか否かが判別される。このＱ４２の判別でＹＥＳのとき（図６の制御においてＱ３２を経ているとき）は、ダンピング制御を続行させるべく、そのままリタ−ンされる。そして、Ｑ４２の判別でＮＯのときに、Ｑ４３に移行して、図４あるいは図５に示す制御へ移行される。
【００２６】
以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば次のような場合をも含むものである。ダンピング制御は、図６に示すものに限らず、従来既知の適宜の手法を採択し得る。不感帯αの設定に際しては、位相差そのものを用いることなく、車両の運転状態に基づいて見込み的に決定することもできる。例えば、操舵速度が大きいほど不感帯αを大きくし、路面μが大きいほど不感帯αを大きく設定することができる。この、路面μの検出は、従来既知の適宜の手法により行うことができ、例えば車輪のスリップ状態（スリップ値）に基づいて、あるいは車体に作用する前後Ｇに基づいて、さらには車体に作用する横Ｇに基づいて検出することができる。
【００２７】
打ち消すべき低周波の外乱発生をより精度よく検出するため、操舵トルク変化に対して、操舵角変化およびヨーレート変化が共に逆位相の関係にあるときに、打ち消しトルクを発生させるようにすることもできる。フロ−チャ−トに示す各ステップあるいはセンサやスイッチ等の各種部材は、その機能の上位表現に手段の名称を付して表現することができる。また、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。さらに、本発明は、方法として表現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す制御系統図。
【図２】運転者によりハンドル操作されたときの操舵角変化と操舵トルク変化との関係を示す図。
【図３】外乱による操舵角変化と操舵トルク変化との関係を示す図。
【図４】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図５】本発明の別の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図６】ダンピング制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図７】ダンピング制御を優先的に行わせる場合の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【符号の説明】
１：ステアリングハンドル
２：ステアリングシャフト
２Ａ：第１シャフト
２Ｂ：第２シャフト
３：トーションバー
７：モータ
Ｕ：コントロ−ラ
Ｓ１：センサ（操舵トルク）
Ｓ２：センサ（操舵角）
Ｓ３：センサ（車速）
Ｓ４：センサ（前後Ｇ）
Ｓ５：センサ（横Ｇ）
Ｓ６：センサ（路面μ）
Ｓ７：センサ（ヨーレート）
本発明は外乱に基づくステアリングハンドルの不適正な挙動を低減するようにした車両の操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングつまりハンドルを操作したとき、ハンドルには路面からの反力が入力されるが、運転者はこの反力を感じつつ操舵状況というものを体感し得るものとなる。一方、ステアリングには、路面の凹凸やうねり等に起因して、路面から外乱としての反力が入力されることが多々あるが、外乱による反力は運転者の操舵に対するノイズとなって操舵上好ましくないものである。
【０００３】
特開平６−３４４９３６号公報には、ステアリングに高周波振動の外乱が生じたときに、ステアリングの挙動を抑制するようにステアリングに操舵トルクを付与する制御（ダンピング制御）を行うものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステアリングに入力される外乱のうち、低周波振動、つまりハンドルを大きくとられるような外乱を打ち消すことが望まれる。この場合、低周波の外乱であることの認識をいかに精度よく行うかが問題となる。また、低周波の外乱と認識したとき、この外乱を打ち消すためのトルクをいかに適切に設定できるかが問題となる。
【０００５】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、低周波の外乱であることを精度よく認識できると共に、この外乱を適切に打ち消すことのできるようにした車両の操舵装置を提供することにある。
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明はその第１の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角の変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態逆位相検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
を備え、
前記不感帯設定手段が、路面μが大きいほど前記不感帯が大きくなるように設定する、
ようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３〜請求項６に記載のとおりである。
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明はその第２の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項２に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
車両に生じているヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記ヨーレート検出手段により検出される前記ヨーレートの変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
を備え、
前記不感帯設定手段が、路面μが大きいほど前記不感帯が大きくなるように設定する、
ようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３〜請求項６に記載のとおりである。
前記目的を達成するため、本発明はその第３の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項７に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角の変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態逆位相検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
車両の運転状態に基づいて、路面からステアリングへの定常的な反力を決定する定常反力決定手段と、
を備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項８に記載のとおりである。
前記目的を達成するため、本発明はその第４の解決手法として次のようにしてある。すなわち、特許請求の範囲における請求項９に記載のように、
ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
車両に生じているヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記ヨーレート検出手段により検出される前記ヨーレートの変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
車両の運転状態に基づいて、路面からステアリングへの定常的な反力を決定する定常反力決定手段と、
を備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ようにしてある。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１によれば、通常操舵時のトルク変化と舵角変化を同位相とする場合、検出されたトルク変化と舵角変化とが逆位相のときは、外乱つまり低周波の外乱に起因するトルク発生であり、この外乱トルク発生を精度よく検出することが可能となる。また、不感帯の設定により、検出されたトルク変化と舵角変化の位相差が考慮された打ち消し用トルクを発生させて、外乱トルクを適切に低減することができる。また、上記位相差が大きくなる路面μが大きいほど不感帯を大きく設定して、外乱トルクを適切に低減することができる。
請求項２によれば、請求項１に対応した効果と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
請求項３ないし請求項５によれば、路面μを検出する具体的な手法が提供される。
【００１０】
請求項６によれば、高周波振動の外乱にも対応して、ステアリングの振動を低減することができる。
請求項７によれば、通常操舵時のトルク変化と舵角変化を同位相とする場合、検出されたトルク変化と舵角変化とが逆位相のときは、外乱つまり低周波の外乱に起因するトルク発生であり、この外乱トルク発生を精度よく検出することが可能となる。また、不感帯の設定により、検出されたトルク変化と舵角変化の位相差が考慮された打ち消し用トルクを発生させて、外乱トルクを適切に低減することができる。さらに、外乱でなく旋回時等で通常発生する定常的なトルクを加味しつつ、しかも所定のしきい値をも加味して、除去あるいは低減すべき比較的大きな低周波振動の発生の検出をより精度よく行うことができる。
請求項８によれば、請求項７に対応した効果に加えて、舵角についても定常的な舵角と所定のしきい値とを加味して、除去あるいは低減すべき比較的大きな低周波振動の発生の検出を極めて精度よく行うことができる。
請求項９によれば、請求項７と同様の効果を得ることができる。
請求項１０によれば、請求項９に対応した効果に加えて、ヨーレートについても定常的なヨーレートと所定のしきい値とを加味して、除去あるいは低減すべき比較的大きな低周波振動の発生の検出を極めて精度よく行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、１はステアリングハンドル、２はステアリングシャフトである。ステアリングシャフト２は、ハンドル１に固定された第１シャフト２Ａと、操舵輪（前輪）に機械的に連係された第２シャフト２Ｂとの２分割構成とされて、第第１シャフト２Ａと第２シャフト２Ｂとは、トーションバー３を介して一体回転するように連結されている。トーションバー３のねじれ量つまり操舵トルクがトルクセンサＳ１によって検出される。第２シャフト２Ｂには、減速機構５、クラッチ６を介して、操舵トルクを付与するためのアクチュエ−タとしてのモータ７が連結されている。
【００１２】
図１中Ｕはマイクロコンピュ−タを利用して構成されたコントロ−ラで、このコントロ−ラＵには、前記トルクセンサＳ１からの信号が入力される他、各種センサＳ２〜Ｓ７からの信号が入力される。センサＳ２は、舵角を検出するものである。センサＳ３は車速を検出するものである。センサＳ４は、車体に作用する前後方向加速度（前後Ｇ）を検出するものであるが、車速を微分することにより検出することもできる。センサＳ５は、車体に作用する横方向加速度（横Ｇ）を検出するものである。センサＳ６は、路面μ（摩擦係数）を検出するものである。センサＳ７は車体に作用するヨーレートを検出するものである。
【００１３】
ハンドル１を運転者が操作したとき、センサＳ１で検出される操舵トルクの変化とセンサＳ２で検出される操舵角の変化との関係は、例えば図２に示すように、ほぼ同じような位相関係となる（操舵トルクの変化が、操舵角変化に若干遅れる）。つまり、運転者が自発的に操舵を行ったときは、上記操舵角変化と操舵トルク変化とが実質的に同位相の関係にあり、このことは、操舵トルク変化とセンサＳ７で検出されるヨーレート変化との関係についても同様である。
【００１４】
一方、運転者がハンドル操作していない状態で、路面のうねり等によって操舵輪に外乱が入力された場合、この外乱を原因としてハンドル１が操舵される（好ましくないハンドル１の回転が発生）。この外乱によるときの操舵角変化と操舵トルク変化との関係は、例えば図３に示すようになり、互いにほぼ逆位相の関係となり、このことは、操舵トルク変化とヨーレート変化との関係についても同様である。
【００１５】
上述の説明から明らかなように、運転者の意志による積極的なハンドル操作による操舵トルク発生か、外乱による操舵トルク発生かは、操舵トルクの変化に対して、操舵角変化が逆位相（ヨーレート変化が逆位相）であるか否かをみることによって知ることができる。つまり、同位相の関係であれば運転者の積極的な意志によるハンドル操作のときであり、逆位相の関係（特定状態の検出時）であれば外乱発生のときである。
【００１６】
ただし、上記２つの変化の間では位相差を有し、また運転者の意志によるハンドル１の操作と外乱発生とが共に生じることもあり、さらには運転者によりハンドル操作されていないときでも、旋回時等外乱ではないが操舵トルクが発生することもある。このような観点から、まず比較的大きい外乱のみを除去すべく、車両の運転状態に基づいて定常的に発生する操舵トルクおよび定常的に発生する操舵角（あるいはを定常的に発生するヨーレート）決定して、この定常的な操舵トルクに所定のしきい値（不感帯と考えることもできる）を加算した値よりもセンサＳ１で検出される操舵トルクが大きいことを、外乱除去の制御を行う前提条件（第１の実行条件）として設定してある。同様に、定常的な操舵角（定常的なヨーレート）に所定のしきい値を加算した値よりも、センサＳ２での検出操舵角（センサＳ７での検出ヨーレート）が大きいことを、外乱除去の制御を行う前提条件（第２の実行条件）として設定してある。さらに、上記位相差を勘案して、この位相差に応じた大きさの不感帯を設定して（位相差が大きいほど不感帯が大きくされる）、この不感帯の分だけ、外乱除去の制御値（最終的には外乱除去用の操舵トルクの大きさ）を小さくするようにしてある。
【００１７】
前述した外乱除去のための制御、つまりコントロ−ラＵによる制御の詳細について、図４のフロ−チャ−トを参照しつつ説明する。なお、この図４の例では、操舵トルクと操舵角との関係から外乱除去の制御を行う場合を示し、最終的に、外乱により発生する低周波の操舵トルクを、モータ７で発生する制御トルクでもって打ち消すように、モータ７での発生トルクを決定するための制御となる。
【００１８】
以上のことを前提として、図４のＱ（ステップ−以下同じ）１において、センサＳ１からの信号に基づいて、現在発生している操舵トルクＴが入力される。Ｑ２では、現在の運転状態を示す検出されている現在の車速、前後Ｇ、横Ｇのに基づいて、定常的な路面からの反力Ｔｏが決定される（検出される車速、前後Ｇ、横Ｇに基づいて、必然的に発生しているはずの操舵トルクの推定）。Ｑ３では、センサＳ２からの信号に基づいて操舵角δが入力され、Ｑ４において定常的な路面からの反力から推定される操舵角δｏが決定される。
【００１９】
Ｑ５では、検出された操舵トルクＴが、定常的な反力Ｔｏに所定のしきい値Ｔthを加算した値よりも大きいか否かが判別される。このＱ５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ６において、検出された操舵角δが、定常的な操舵角δｏに所定のしきい値δthを加算した値よりも大きいか否かが判別される。Ｑ６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７に移行する。
【００２０】
Ｑ７では、操舵トルクＴの変化と操舵角δの変化とが逆位相であるか否かが判別される。Ｑ７の判別でＹＥＳのときは、外乱により操舵トルクが発生しているときであって、この外乱による操舵トルクを打ち消す制御を実行する条件が全て満たされているときとなる。このときは、Ｑ８において、ここに示す式にしたがって、不感帯αが算出される（ｋ１は制御定数）。不感帯αは、上記Ｔとδとの位相差が大きいほど大きくなるように設定される。この後、Ｑ９において、ここに示す式にしたがって、モータ７で発生される外乱トルクを打ち消すための打ち消しトルクＴstr が算出される（ｋ２は制御定数）。この式から明らかなように、打ち消しトルクＴstr は、検出トルクＴから不感帯αを差し引いた値に応じた値として決定されることになる。Ｑ５、Ｑ６あるいはＱ７の判別でＮＯのときは、そのままリタ−ンされる。
【００２１】
図５は、別の制御例を示すもので、図４の操舵角δ（δｏ、δth）の代わりに、ヨーレートｒ（定常的ヨーレートｒｏ、しきい値ｒth）を用いたものである。制御内容そのものは、図４の場合と同じように行われるので、これ以上の説明は省略する。
【００２２】
操舵トルクを発生させる外乱が高周波の場合は、外乱が低周波の場合についての操舵トルクを打ち消すための前述した図４、図５の制御は、応答性の観点から難しいものとなる。外乱が高周波の場合は、図４、あるいは図５の制御に代えて、図６に示すダンピング制御を行うのが好ましい（操舵速度を抑制する制御で、ハンドル操作を重くする制御）。以下、図６に示すダンピング制御の一例について説明する。
【００２３】
まず、図６のＱ２１において、操舵トルクＴが入力された後、Ｑ２２において、定常的路面反力Ｔｏが決定される。Ｑ２３では、ＴからＴｏを差し引いて、補正トルクＴ２が算出される。Ｑ２４では操舵角δが入力され、Ｑ２５では定常的操舵角δｏが決定される。Ｑ２６では、δからδｏを差し引いて、補正操舵角δ２が算出される。さらにＱ２７において、補正操舵角δ２を微分して、外乱に基づく操舵速度△δ２が算出される。
【００２４】
Ｑ２７の後、Ｑ２８において、ハンドル１に高周波振動が発生しているか否かが判別される。この判別は、例えば所定時間あたりの検出操舵トルクＴの変化回数が所定値以上であるか否か（変化が速いか否か）、あるいは検出された操舵角δの変化回数が所定値以上であるか否か（変化が速いか否か）をみることによって行われる。このＱ２８の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２９において、補正操舵トルクＴ２が所定値よりも小さいか否かが判別される。このＱ２９の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３０において、補正操舵トルクＴ２の変化と補正操舵角δ２の変化が逆位相の関係にあるか否かが判別される。Ｑ３０の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３１において、Ｔ２とδ２との位相差が所定値よりも大きいか否かが判別される。このＱ３１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３２において、ここに示す式にしたがって、ダンピング用のモータ発生トルクＴstr が算出される（ｋ３は制御定数）。トルクＴstr は、補正操舵速度△δ２が大きいほど大きくなるように決定される。
【００２５】
図７は、図６のダンピング制御を、図４あるいは図５の制御に優先して行わせるための制御例を示し、Ｑ４１において、図６の制御が行われた後、Ｑ４２において、現在ダンピング制御が実行されているか否かが判別される。このＱ４２の判別でＹＥＳのとき（図６の制御においてＱ３２を経ているとき）は、ダンピング制御を続行させるべく、そのままリタ−ンされる。そして、Ｑ４２の判別でＮＯのときに、Ｑ４３に移行して、図４あるいは図５に示す制御へ移行される。
【００２６】
以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば次のような場合をも含むものである。ダンピング制御は、図６に示すものに限らず、従来既知の適宜の手法を採択し得る。不感帯αの設定に際しては、位相差そのものを用いることなく、車両の運転状態に基づいて見込み的に決定することもできる。例えば、操舵速度が大きいほど不感帯αを大きくし、路面μが大きいほど不感帯αを大きく設定することができる。この、路面μの検出は、従来既知の適宜の手法により行うことができ、例えば車輪のスリップ状態（スリップ値）に基づいて、あるいは車体に作用する前後Ｇに基づいて、さらには車体に作用する横Ｇに基づいて検出することができる。
【００２７】
打ち消すべき低周波の外乱発生をより精度よく検出するため、操舵トルク変化に対して、操舵角変化およびヨーレート変化が共に逆位相の関係にあるときに、打ち消しトルクを発生させるようにすることもできる。フロ−チャ−トに示す各ステップあるいはセンサやスイッチ等の各種部材は、その機能の上位表現に手段の名称を付して表現することができる。また、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。さらに、本発明は、方法として表現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す制御系統図。
【図２】運転者によりハンドル操作されたときの操舵角変化と操舵トルク変化との関係を示す図。
【図３】外乱による操舵角変化と操舵トルク変化との関係を示す図。
【図４】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図５】本発明の別の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図６】ダンピング制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図７】ダンピング制御を優先的に行わせる場合の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【符号の説明】
１：ステアリングハンドル
２：ステアリングシャフト
２Ａ：第１シャフト
２Ｂ：第２シャフト
３：トーションバー
７：モータ
Ｕ：コントロ−ラ
Ｓ１：センサ（操舵トルク）
Ｓ２：センサ（操舵角）
Ｓ３：センサ（車速）
Ｓ４：センサ（前後Ｇ）
Ｓ５：センサ（横Ｇ）
Ｓ６：センサ（路面μ）
Ｓ７：センサ（ヨーレート）
Claims (10)
- ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角の変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態逆位相検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
を備え、
前記不感帯設定手段が、路面μが大きいほど前記不感帯が大きくなるように設定する、
ことを特徴とする車両の操舵装置。 - ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
車両に生じているヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記ヨーレート検出手段により検出される前記ヨーレートの変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
を備え、
前記不感帯設定手段が、路面μが大きいほど前記不感帯が大きくなるように設定する、
ことを特徴とする車両の操舵装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記路面μが、車輪の路面に対するスリップ状態に基づいて検出される、ことを特徴とする車両の操舵装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記路面μが、車両の前後方向加速度に基づいて検出される、ことを特徴とする車両の操舵装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記路面μが、車両の横方向加速度に基づいて検出される、ことを特徴とする車両の操舵装置。 - 請求項１または請求項２において、
ステアリングに高周波振動が発生したことを検出する高周波振動検出手段と、
前記高周波振動検出手段により高周波振動が検出されたとき、前記制御手段によるトルク打ち消しの制御に代えて、前記操舵トルク付与手段を制御してステアリングの挙動を抑制するダンピング制御を行う第２制御手段と、
をさらに備えている、ことを特徴とする車両の操舵装置。 - ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記操舵角検出手段により検出される前記操舵角の変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態 逆位相検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
車両の運転状態に基づいて、路面からステアリングへの定常的な反力を決定する定常反力決定手段と、
を備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ことを特徴とする車両の操舵装置。 - 請求項７において、
車両の運転状態に基づいて、定常的な操舵角を決定する定常操舵角決定手段をさらに備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいこと、および前記操舵角検出手段で検出された操舵角が前記定常操舵角決定手段により決定された定常操舵角に所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ことを特徴とする車両の操舵装置。 - ステアリングに操舵トルクを付与する操舵トルク付与手段と、
車両に生じているヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
ステアリングに生じるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記ヨーレート検出手段により検出される前記ヨーレートの変化に対して前記トルク検出手段で検出されるトルクの変化の位相が逆になっている特定状態であることを検出する特定状態検出手段と、
前記特定状態検出手段によって前記特定状態が検出されているとき、前記トルク検出手段が検出したトルクを打ち消すように前記操舵トルク付与手段を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御動作に不感帯を設定する不感帯設定手段と、
車両の運転状態に基づいて、路面からステアリングへの定常的な反力を決定する定常反力決定手段と、
を備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ことを特徴とする車両の操舵装置。 - 請求項９において、
車両の運転状態に基づいて、車両に生じる定常的なヨーレートを決定する定常ヨーレート決定手段をさらに備え、
前記制御手段によるトルク打ち消しの制御が、前記トルク検出手段で検出された検出トルクが前記定常反力決定手段により決定された定常的な反力に所定のしきい値を加算した値よりも大きいこと、および前記ヨーレート検出手段で検出されたヨーレートが前記定常ヨーレート決定手段により決定された定常ヨーレートに所定のしきい値を加算した値よりも大きいことを条件として実行される、
ことを特徴とする車両の操舵装置。
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