JP4114122B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横風や轍等に基づく外乱による車両挙動への影響に対処するのに適する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】
車両の走行中に横風や轍等に基づき車両挙動を不安定にする外乱が作用した場合、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵が必要になる。
【０００３】
しかし、従来の操舵装置は、そのような外乱に対する対策は何ら施されていなかった。そのため、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵を円滑に行うことができず、未熟なドライバーにとっては心理的負担も大きかった。
【０００４】
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の操舵装置は、操舵補助力の制御装置を備える車両において、車両挙動に影響を及ぼす外乱発生の有無を判断する手段と、その車両挙動に対する外乱の影響程度に対応し、外乱による車両挙動の積算値の正の相関値として外乱影響値を求める手段とが設けられ、その外乱発生の有無を判断する手段により外乱ありと判断された場合に、その外乱影響値に応じて前記操舵補助力が制御されることを特徴とする。
これにより、外乱が車両挙動に及ぼす影響の程度に応じた操舵補助力を付与できるので、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵に際して適正な操舵補助力を付与し、円滑に修正操舵を行うことが可能になる。
【０００９】
その外乱影響値は、外乱による車両挙動の積算値の正の相関値として求められるのが好ましい。その外乱による車両挙動の積算値は、外乱による車両の横加速度の２階時間積分値である車両横方向位置変化量や、外乱による車両のヨーレートの１階時間積分値であるヨー角として求めることができる。
外乱による車両挙動の影響が大きい程に、外乱による車両挙動の積算値は大きくなるので、その積算値の正の相関値として外乱影響値を適正に求めることができる。
【００１０】
車両挙動の変化に対応する挙動変化値を求める手段と、車両挙動の変化から車両挙動に影響する外乱発生の有無を判断する基準値を記憶する手段とを備え、その挙動変化値と基準値とを比較することで外乱発生の有無を判断するのが好ましい。これにより、外乱発生の有無を確実に検出できる。
【００１１】
【比較例】
まず、本発明の比較例を説明する。
図１に示すラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、車両のステアリングホイールＨに連結される入力シャフト２と、この入力シャフト２にトルクセンサ３を介して連結される出力シャフト４とを有するステアリングシャフトを備えている。その出力シャフト４はジョイント５を介してピニオン６に接続され、そのピニオン６に噛み合うラック７の両端にタイロッドやナックルアーム等を介して操舵用車輪８が連結される。これにより、操舵トルクがステアリングホイールＨ、入力シャフト２、トルクセンサ３、出力シャフト４、およびピニオン６を介してラック７に伝達され、そのラック７の移動により車両の操舵がなされる。その出力シャフト４の外周にベベルギヤ１２が設けられ、このベベルギヤ１２に噛み合うベベルギヤ１５が操舵補助力発生用モータ１３により回転駆動される。
【００１２】
そのトルクセンサ３は、その入力シャフト２から出力シャフト４へ伝達される操舵トルクを検出するもので、公知の構成のものを用いることができる。そのトルクセンサ３は、コンピューターにより構成される操舵補助力の制御装置５０に接続される。その制御装置５０に、上記モータ１３、車速検知センサ５１、舵角センサ６５、ヨーレートセンサ６６が接続される。
【００１３】
車両挙動の変化に対応する挙動変化値として、制御装置５０は上記ヨーレートセンサ６６により検出されるヨーレートの変化速度を演算する。また、その制御装置５０は、車両挙動の変化から車両挙動に影響する外乱発生の有無を判断する基準値として、外乱発生時における車両のヨーレートの変化速度の最小値を記憶し、その挙動変化値と基準値とを比較することで外乱発生の有無を判断する。すなわち、その挙動変化値が基準値以上であれば外乱が発生していると判断する。また、その車両に作用する横加速度を検出する横加速度センサを制御装置５０に接続し、その横加速度センサによる検出横加速度を挙動変化値とし、外乱発生時における車両の横加速度の最小値を外乱発生の有無を判断する基準値としてもよい。
【００１４】
その制御装置５０は、その外乱の車両挙動への影響の程度に対応する外乱影響値を演算する。本比較例では、外乱による車両のヨーレートと、そのヨーレートに基づく車両進行方向と逆方向への操舵角との積に対して、正の相関を有する値として外乱影響値を求める。例えば図２において矢印Ａで示すように、車両１００の左側面に外乱として横風が作用した場合、矢印Ｂで示すように車両の進行方向を右方向にするヨーモーメントが作用するので、ドライバーは外乱の影響を打ち消そうとして車両の進行方向を左方向にするように修正操舵を行う。外乱の車両挙動への影響が大きい程に、その外乱による車両のヨーレートは大きくなり、また、その修正操舵のための操舵角は大きくなる。よって図３に示すように、その外乱による車両１００のヨーレートγと、その修正操舵角δｈとの積γ・δｈに比例する値を外乱影響値Ｄとする。なお、その積γ・δｈと外乱影響値Ｄとは正の相関関係を有していれば比例関係でなくてもよい。
【００１５】
その外乱によるヨーレートγは、外乱発生後のヨーレートセンサ６６の検出値から、車両が車速と舵角一定での走行状態すなわち定常走行状態にある時の外乱発生直前のヨーレートセンサ６６の検出値を差し引くことで求められる。その修正操舵角δｈは、外乱発生後の舵角センサ６５の検出値から、車両が定常走行状態にある時の外乱発生直前の舵角センサ６５の検出値を差し引くことで求められる。
【００１６】
その制御装置５０は、その外乱影響値に応じて操舵補助力を制御し、本比較例では、その操舵補助力を外乱影響値に対して正の相関を有するように制御可能である。すなわち、目標操舵補助トルクＴａを以下の式により演算し、その目標操舵補助トルクＴａを発生するように上記モータ１３を駆動する。
Ｔａ＝Ｋ（Ｖ，Ｄ）・Ｔｈ
ここで、Ｋは上記車速検知センサ５１による検出車速Ｖと上記外乱影響値Ｄをパラメータとするアシストゲインであり、Ｔｈは上記トルクセンサ３による検出操舵トルクである。図４は、一定車速での検出操舵トルクＴｈと目標操舵補助トルクＴａとの関係例を示す。すなわち、実線Ｑで示す外乱影響値Ｄが零の場合に比べ、破線Ｐで示す外乱影響値Ｄが零よりも大きい場合は、アシストゲインＫ（Ｖ，Ｄ）が大きくされている。また、その操舵トルクＴｈの大きさが設定値Ｔｓを超える時に操舵補助力を付与し、設定値Ｔｓ以下の領域を操舵補助力を付与することのない不感帯域とすることで、直進走行安定性を向上している。なお、操舵補助力が外乱影響値Ｄに対して正の相関を有していれば、操舵トルクに対する操舵補助力の関係は比例関係に限定されない。
【００１７】
上記制御装置５０による操舵補助時における制御手順を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。まず、外乱影響値Ｄの初期値を零にする（ステップ１）。次に、トルクセンサ３、車速検知センサ５１、舵角センサ６５、ヨーレートセンサ６６の検出値を読み込む（ステップ２）。次に、車両が定常走行状態か否かを判断する（ステップ３）。定常走行状態でない場合は上記演算式により目標操舵補助トルクＴａを演算する（ステップ４）。定常走行状態である場合、外乱発生の有無を判断する（ステップ５）。外乱発生がなければ目標操舵補助トルクＴａを演算する（ステップ４）。外乱発生があれば外乱影響値Ｄを演算し（ステップ６）、しかる後に目標操舵補助トルクＴａを演算する（ステップ４）。その演算した目標操舵補助トルクＴａを発生するようにモータ１３を駆動することで操舵補助を行い（ステップ７）、車両キースイッチのオン・オフ等から制御を終了するか否か判断し（ステップ８）、終了しない場合はステップ１に戻る。
【００１８】
上記構成によれば、外乱が車両挙動に及ぼす影響の程度に応じた操舵補助力を付与できるので、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵に際して適正な操舵補助力を付与し、円滑に修正操舵を行うことが可能になる。すなわち、外乱影響値Ｄが大きくなると操舵補助力を大きくできるので、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵に際して操舵補助力が不足することはない。その外乱影響値Ｄは、外乱により作用するヨーモーメントによる車両のヨーレートと、その外乱を打ち消すための修正操舵角との積に相関する値として適正に求められる。その外乱発生の有無を、挙動変化値と判断基準値とを比較することで確実に検出できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。上記比較例との相違は、外乱影響値Ｄを、外乱による車両挙動の積算値の正の相関値から求めている。その外乱による車両挙動の積算値は、外乱による車両のヨーレートγの１階時間積分値であるヨー角、あるいは、外乱による車両の横加速度の２階時間積分値である車両横方向位置変化量として求めることができる。例えば図６に示すように、その積算値Ｉに比例する値を外乱影響値Ｄとすることができる。なお、その積算値Ｉと外乱影響値Ｄは正の相関関係を有していれば比例関係でなくてもよい。その外乱による車両挙動の積算値は、外乱による車両挙動の影響が大きい程に大きくなるので、その積算値の正の相関値として外乱影響値Ｄを適正に求めることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、車両挙動を乱す外乱の影響を打ち消すための修正操舵を円滑に行うことが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】本発明の比較例に係る車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の比較例に係る車両の操舵装置の作用説明図
【図３】本発明の比較例に係る車両の操舵装置における外乱による車両のヨーレートと修正操舵角との積に対する外乱影響値の関係を示す図
【図４】本発明の比較例に係る車両の操舵装置における操舵トルクと目標操舵補助トルクとの関係を示す図
【図５】本発明の比較例に係る車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の実施形態に係る車両の操舵装置における外乱による車両挙動の積算値と外乱影響値との関係を示す図
【符号の説明】
３ トルクセンサ
５０ 制御装置
６５ 舵角センサ
６６ ヨーレートセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、横風や轍等に基づく外乱による車両挙動への影響に対処するのに適する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】
車両の走行中に横風や轍等に基づき車両挙動を不安定にする外乱が作用した場合、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵が必要になる。
【０００３】
しかし、従来の操舵装置は、そのような外乱に対する対策は何ら施されていなかった。そのため、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵を円滑に行うことができず、未熟なドライバーにとっては心理的負担も大きかった。
【０００４】
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の操舵装置は、操舵補助力の制御装置を備える車両において、車両挙動に影響を及ぼす外乱発生の有無を判断する手段と、その車両挙動に対する外乱の影響程度に対応し、外乱による車両挙動の積算値の正の相関値として外乱影響値を求める手段とが設けられ、その外乱発生の有無を判断する手段により外乱ありと判断された場合に、その外乱影響値に応じて前記操舵補助力が制御されることを特徴とする。
これにより、外乱が車両挙動に及ぼす影響の程度に応じた操舵補助力を付与できるので、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵に際して適正な操舵補助力を付与し、円滑に修正操舵を行うことが可能になる。
【０００９】
その外乱影響値は、外乱による車両挙動の積算値の正の相関値として求められるのが好ましい。その外乱による車両挙動の積算値は、外乱による車両の横加速度の２階時間積分値である車両横方向位置変化量や、外乱による車両のヨーレートの１階時間積分値であるヨー角として求めることができる。
外乱による車両挙動の影響が大きい程に、外乱による車両挙動の積算値は大きくなるので、その積算値の正の相関値として外乱影響値を適正に求めることができる。
【００１０】
車両挙動の変化に対応する挙動変化値を求める手段と、車両挙動の変化から車両挙動に影響する外乱発生の有無を判断する基準値を記憶する手段とを備え、その挙動変化値と基準値とを比較することで外乱発生の有無を判断するのが好ましい。これにより、外乱発生の有無を確実に検出できる。
【００１１】
【比較例】
まず、本発明の比較例を説明する。
図１に示すラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、車両のステアリングホイールＨに連結される入力シャフト２と、この入力シャフト２にトルクセンサ３を介して連結される出力シャフト４とを有するステアリングシャフトを備えている。その出力シャフト４はジョイント５を介してピニオン６に接続され、そのピニオン６に噛み合うラック７の両端にタイロッドやナックルアーム等を介して操舵用車輪８が連結される。これにより、操舵トルクがステアリングホイールＨ、入力シャフト２、トルクセンサ３、出力シャフト４、およびピニオン６を介してラック７に伝達され、そのラック７の移動により車両の操舵がなされる。その出力シャフト４の外周にベベルギヤ１２が設けられ、このベベルギヤ１２に噛み合うベベルギヤ１５が操舵補助力発生用モータ１３により回転駆動される。
【００１２】
そのトルクセンサ３は、その入力シャフト２から出力シャフト４へ伝達される操舵トルクを検出するもので、公知の構成のものを用いることができる。そのトルクセンサ３は、コンピューターにより構成される操舵補助力の制御装置５０に接続される。その制御装置５０に、上記モータ１３、車速検知センサ５１、舵角センサ６５、ヨーレートセンサ６６が接続される。
【００１３】
車両挙動の変化に対応する挙動変化値として、制御装置５０は上記ヨーレートセンサ６６により検出されるヨーレートの変化速度を演算する。また、その制御装置５０は、車両挙動の変化から車両挙動に影響する外乱発生の有無を判断する基準値として、外乱発生時における車両のヨーレートの変化速度の最小値を記憶し、その挙動変化値と基準値とを比較することで外乱発生の有無を判断する。すなわち、その挙動変化値が基準値以上であれば外乱が発生していると判断する。また、その車両に作用する横加速度を検出する横加速度センサを制御装置５０に接続し、その横加速度センサによる検出横加速度を挙動変化値とし、外乱発生時における車両の横加速度の最小値を外乱発生の有無を判断する基準値としてもよい。
【００１４】
その制御装置５０は、その外乱の車両挙動への影響の程度に対応する外乱影響値を演算する。本比較例では、外乱による車両のヨーレートと、そのヨーレートに基づく車両進行方向と逆方向への操舵角との積に対して、正の相関を有する値として外乱影響値を求める。例えば図２において矢印Ａで示すように、車両１００の左側面に外乱として横風が作用した場合、矢印Ｂで示すように車両の進行方向を右方向にするヨーモーメントが作用するので、ドライバーは外乱の影響を打ち消そうとして車両の進行方向を左方向にするように修正操舵を行う。外乱の車両挙動への影響が大きい程に、その外乱による車両のヨーレートは大きくなり、また、その修正操舵のための操舵角は大きくなる。よって図３に示すように、その外乱による車両１００のヨーレートγと、その修正操舵角δｈとの積γ・δｈに比例する値を外乱影響値Ｄとする。なお、その積γ・δｈと外乱影響値Ｄとは正の相関関係を有していれば比例関係でなくてもよい。
【００１５】
その外乱によるヨーレートγは、外乱発生後のヨーレートセンサ６６の検出値から、車両が車速と舵角一定での走行状態すなわち定常走行状態にある時の外乱発生直前のヨーレートセンサ６６の検出値を差し引くことで求められる。その修正操舵角δｈは、外乱発生後の舵角センサ６５の検出値から、車両が定常走行状態にある時の外乱発生直前の舵角センサ６５の検出値を差し引くことで求められる。
【００１６】
その制御装置５０は、その外乱影響値に応じて操舵補助力を制御し、本比較例では、その操舵補助力を外乱影響値に対して正の相関を有するように制御可能である。すなわち、目標操舵補助トルクＴａを以下の式により演算し、その目標操舵補助トルクＴａを発生するように上記モータ１３を駆動する。
Ｔａ＝Ｋ（Ｖ，Ｄ）・Ｔｈ
ここで、Ｋは上記車速検知センサ５１による検出車速Ｖと上記外乱影響値Ｄをパラメータとするアシストゲインであり、Ｔｈは上記トルクセンサ３による検出操舵トルクである。図４は、一定車速での検出操舵トルクＴｈと目標操舵補助トルクＴａとの関係例を示す。すなわち、実線Ｑで示す外乱影響値Ｄが零の場合に比べ、破線Ｐで示す外乱影響値Ｄが零よりも大きい場合は、アシストゲインＫ（Ｖ，Ｄ）が大きくされている。また、その操舵トルクＴｈの大きさが設定値Ｔｓを超える時に操舵補助力を付与し、設定値Ｔｓ以下の領域を操舵補助力を付与することのない不感帯域とすることで、直進走行安定性を向上している。なお、操舵補助力が外乱影響値Ｄに対して正の相関を有していれば、操舵トルクに対する操舵補助力の関係は比例関係に限定されない。
【００１７】
上記制御装置５０による操舵補助時における制御手順を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。まず、外乱影響値Ｄの初期値を零にする（ステップ１）。次に、トルクセンサ３、車速検知センサ５１、舵角センサ６５、ヨーレートセンサ６６の検出値を読み込む（ステップ２）。次に、車両が定常走行状態か否かを判断する（ステップ３）。定常走行状態でない場合は上記演算式により目標操舵補助トルクＴａを演算する（ステップ４）。定常走行状態である場合、外乱発生の有無を判断する（ステップ５）。外乱発生がなければ目標操舵補助トルクＴａを演算する（ステップ４）。外乱発生があれば外乱影響値Ｄを演算し（ステップ６）、しかる後に目標操舵補助トルクＴａを演算する（ステップ４）。その演算した目標操舵補助トルクＴａを発生するようにモータ１３を駆動することで操舵補助を行い（ステップ７）、車両キースイッチのオン・オフ等から制御を終了するか否か判断し（ステップ８）、終了しない場合はステップ１に戻る。
【００１８】
上記構成によれば、外乱が車両挙動に及ぼす影響の程度に応じた操舵補助力を付与できるので、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵に際して適正な操舵補助力を付与し、円滑に修正操舵を行うことが可能になる。すなわち、外乱影響値Ｄが大きくなると操舵補助力を大きくできるので、その外乱の影響を打ち消すための修正操舵に際して操舵補助力が不足することはない。その外乱影響値Ｄは、外乱により作用するヨーモーメントによる車両のヨーレートと、その外乱を打ち消すための修正操舵角との積に相関する値として適正に求められる。その外乱発生の有無を、挙動変化値と判断基準値とを比較することで確実に検出できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。上記比較例との相違は、外乱影響値Ｄを、外乱による車両挙動の積算値の正の相関値から求めている。その外乱による車両挙動の積算値は、外乱による車両のヨーレートγの１階時間積分値であるヨー角、あるいは、外乱による車両の横加速度の２階時間積分値である車両横方向位置変化量として求めることができる。例えば図６に示すように、その積算値Ｉに比例する値を外乱影響値Ｄとすることができる。なお、その積算値Ｉと外乱影響値Ｄは正の相関関係を有していれば比例関係でなくてもよい。その外乱による車両挙動の積算値は、外乱による車両挙動の影響が大きい程に大きくなるので、その積算値の正の相関値として外乱影響値Ｄを適正に求めることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、車両挙動を乱す外乱の影響を打ち消すための修正操舵を円滑に行うことが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】本発明の比較例に係る車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の比較例に係る車両の操舵装置の作用説明図
【図３】本発明の比較例に係る車両の操舵装置における外乱による車両のヨーレートと修正操舵角との積に対する外乱影響値の関係を示す図
【図４】本発明の比較例に係る車両の操舵装置における操舵トルクと目標操舵補助トルクとの関係を示す図
【図５】本発明の比較例に係る車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の実施形態に係る車両の操舵装置における外乱による車両挙動の積算値と外乱影響値との関係を示す図
【符号の説明】
３ トルクセンサ
５０ 制御装置
６５ 舵角センサ
６６ ヨーレートセンサ
Claims (3)
- 操舵補助力の制御装置を備える車両において、
車両挙動に影響を及ぼす外乱発生の有無を判断する手段と、
その車両挙動に対する外乱の影響程度に対応し、外乱による車両挙動の積算値の正の相関値として外乱影響値を求める手段とが設けられ、
その外乱発生の有無を判断する手段により外乱ありと判断された場合に、その外乱影響値に応じて前記操舵補助力が制御されることを特徴とする車両の操舵装置。 - その外乱による車両挙動の積算値は、外乱による車両の横加速度の２階時間積分値および外乱による車両のヨーレートの１階時間積分値の中の一方から求められる請求項１に記載の車両の操舵装置。
- 車両挙動の変化に対応する挙動変化値を求める手段と、
車両挙動の変化から車両挙動に影響する外乱発生の有無を判断する基準値を記憶する手段とを備え、
その挙動変化値と基準値とを比較することで外乱発生の有無を判断する請求項１または２に記載の車両の操舵装置。
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- 1999-06-21 JP JP17424699A patent/JP4114122B2/ja not_active Expired - Fee Related
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