JP4120427B2 - 車輌用操舵制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌の操舵制御装置に係り、更に詳細には操舵入力装置に対し相対的に操舵輪を自動操舵する自動操舵装置と操舵補助力を発生する操舵補助力発生装置とを有する車輌に於いて、車輌の運転状態に応じて自動操舵装置及び操舵補助力発生装置を制御する車輌用操舵制御装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の車輌の操舵制御装置の一つとして、例えば下記の特許文献1に記載されている如く、操舵輪を自動操舵するアクティブ操舵制御及びアクティブ操舵制御による操舵輪の自動操舵に伴う操舵反力を打ち消す操舵補助力制御を行う操舵制御装置が従来より知られている。また下記の特許文献2にはアクティブ操舵システムに於ける操舵反力の低減制御が記載されている。
【特許文献1】
特開平5−77751号公報
【特許文献2】
特開2000−229579号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来の操舵制御装置によれば、アクティブ操舵制御による操舵輪の自動操舵に伴う操舵反力が打ち消されるので、アクティブ操舵制御に伴う操舵反力の変動を低減し、操舵フィーリングを向上させることができる。しかしアクティブ操舵制御による自動操舵が行われる場合に於いて自動操舵による操舵輪の実際の転舵方向が反転する際には、アクティブ操舵機構より出力側の操舵系摩擦力の作用方向が反転することに起因して操舵反力が急変し、従ってこの点で操舵フィーリングが悪いという問題がある。
【0004】
また操舵反力を打ち消す制御量として、操舵系の慣性項、ダンパ項、ばね項、摩擦項よりなるフィードフォワード制御量を演算し、操舵トルクに基づくフィードバック制御量とフィードフォワード制御量との和に基づきパワーステアリング装置を制御することにより操舵補助力制御を行うことも従来より知られているが、操舵系摩擦力の大きさ及びその発生タイミングを正確に推定することができないため、摩擦項を含むフィードフォワード制御量によっても操舵系摩擦力の作用方向が反転することに起因する操舵反力の急変を防止することができない。
【0005】
本発明は、操舵輪を自動操舵するアクティブ操舵制御及びアクティブ操舵制御による操舵輪の自動操舵に伴う操舵反力を打ち消す操舵補助力制御を行う従来の操舵制御装置に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、自動操舵による操舵輪の実際の転舵方向が反転する際に操舵系摩擦力の作用方向が反転することに着目し、操舵系摩擦力の作用方向の反転が操舵反力に与える影響を低減することにより、操舵フィーリングを更に一層向上させることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項1の構成、即ち運転者により操作される操舵入力装置と、前記操舵入力装置に対し相対的に操舵輪を自動操舵する自動操舵装置と、操舵補助力を発生する操舵補助力発生装置とを有し、車輌の運転状態に応じて前記自動操舵装置及び前記操舵補助力発生装置を制御する車輌用操舵制御装置に於いて、前記自動操舵による前記操舵輪の実際の転舵方向が反転すると予測されるときには、前記転舵方向が反転すると予測されない場合に比して、前記操舵補助力発生装置により発生される操舵補助力を増大させることを特徴とする車輌用操舵制御装置、又は請求項3の構成、即ち、運転者により操作される操舵入力装置と、前記操舵入力装置に対し相対的に操舵輪を自動操舵する自動操舵装置と、操舵補助力を発生する操舵補助力発生装置とを有し、車輌の運転状態に応じて前記自動操舵装置及び前記操舵補助力発生装置を制御する車輌用操舵制御装置に於いて、前記自動操舵装置は車輌の走行状態が不安定であるときには車輌の走行状態が安定化するよう前記操舵輪を自動操舵し、前記自動操舵による前記操舵輪の実際の転舵方向が反転すると予測されるときには、前記転舵方向が反転しないよう、前記自動操舵装置による前記操舵輪の自動操舵量を低減し、車輌の走行状態の不安定度合が高いときには、車輌の走行状態の不安定度合が低いときに比して、前記自動操舵装置による前記操舵輪の自動操舵量の低減量を小さくすることを特徴とする車輌用操舵制御装置によって達成される。
【0011】
【発明の作用及び効果】
上記請求項1の構成によれば、自動操舵による操舵輪の実際の転舵方向が反転すると予測されるときには、転舵方向が反転すると予測されない場合に比して、操舵補助力発生装置により発生される操舵補助力が増大されるので、自動操舵装置より操舵輪側の操舵系摩擦力が操舵反力となることに起因する操舵反力の増大を操舵補助力の増大によって低減し、これにより自動操舵による操舵輪の実際の転舵方向が反転する際の操舵反力の急変を確実に低減し、運転者が感じる操舵トルクの変動を確実に低減して操舵フィーリングを確実に向上させることができる。
また上記請求項2の構成によれば、転舵方向が実際に反転する時点の前後の時間を含む時間帯として転舵方向が反転する反転時間帯が推定され、反転時間帯に於いて操舵補助力発生装置により発生される操舵補助力が増大されるので、転舵方向が実際に反転する時点の前後の時間を含む反転時間帯に於いて操舵補助力発生装置により発生される操舵補助力を確実に増大させることができる。
【0012】
また上記請求項3の構成によれば、自動操舵による操舵輪の実際の転舵方向が反転すると予測されるときには、操舵輪の転舵方向が反転しないよう、自動操舵装置による操舵輪の自動操舵量が低減されると共に、車輌の走行状態の不安定度合が高いときには、車輌の走行状態の不安定度合が低いときに比して、自動操舵装置による操舵輪の自動操舵量の低減量が小さくされるので、自動操舵による操舵輪の実際の転舵方向が反転すること及び自動操舵装置より操舵輪側の操舵系摩擦力の作用方向が反転することに起因して操舵反力が急変し操舵反力が急変することを確実に防止することができ、また自動操舵装置による操舵輪の自動操舵量の低減により車輌の走行状態の安定化が大きく阻害されることを防止し、これにより自動操舵量の低減量が小さくされない場合に比して車輌の走行状態を確実に安定化させることができる。
【0013】
また上記請求項4の構成によれば、車輌の走行状態が不安定であるときには、操舵輪を転舵して車輌の走行状態を安定化させるための目標自動操舵量を演算し、少なくとも目標自動操舵量に基づき自動操舵装置を制御し、操舵操作量の変化率の符合及び操舵操作量の変化率と目標自動操舵量の変化率との和の符合の関係に基づき自動操舵による前記操舵輪の実際の転舵方向が反転する状況を予測判定するので、自動操舵による操舵輪の実際の転舵方向が反転する状況であるか否かを早期に判定し、これにより自動操舵量の低減制御を応答遅れなく効果的に実行することができる。
【0014】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1乃至4の構成に於いて、操舵トルクを検出し、操舵トルクに基づき目標操舵補助力を演算し、少なくとも目標操舵補助力に基づき操舵補助力発生装置を制御するよう構成される(好ましい態様1)。
【0015】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1乃至4の構成に於いて、車輌の走行状態を推定し、車輌の走行状態が不安定であるときには、操舵輪を転舵して車輌の走行状態を安定化させるための目標自動操舵量を演算し、少なくとも目標自動操舵量に基づき自動操舵装置を制御するよう構成される(好ましい態様2)。
【0018】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項2の構成に於いて、左右旋回方向の何れかを正として操舵入力装置の操作速度の大きさと自動操舵による操舵輪の転舵速度の大きさとが同一でそれらの符号が逆になる時点を、前記転舵方向が実際に反転する時点と推定するよう構成される(好ましい態様3)。
【0019】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項2の構成に於いて、操舵トルクを検出し、反転時間帯に於いては通常時に比して操舵トルクに対する目標操舵補助力の比が高くなるよう目標操舵補助力を演算することにより、操舵補助力発生装置により発生される操舵補助力を増大させるよう構成される(好ましい態様4)。
【0020】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項2の構成に於いて、車輌の走行状態を推定し、車輌の走行状態が不安定であるときには、操舵輪を転舵して車輌の走行状態を安定化させるための目標自動操舵量を演算し、少なくとも目標自動操舵量に基づき自動操舵装置を制御し、目標自動操舵量の変化を予測し、予測される目標自動操舵量の変化及び実際の目標自動操舵量の変化に基づき反転時間帯を推定するよう構成される(好ましい態様5)。
【0022】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項3又は4の構成に於いて、車輌の走行状態を推定し、車輌の走行状態が不安定であるときには、操舵輪を転舵して車輌の走行状態を安定化させるための目標自動操舵量を演算し、目標自動操舵量に基づき目標自動操舵量変化率を演算し、少なくとも目標自動操舵量変化率に基づき自動操舵装置を制御し、目標自動操舵量変化率を低減することにより自動操舵装置による操舵輪の自動操舵量を低減するよう構成される(好ましい態様6)。
【0023】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項3又は4の構成に於いて、目標自動操舵量変化率を操舵輪が転舵されない値に低減するよう構成される(好ましい態様7)。
【0024】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項4の構成に於いて、車輌の走行状態の不安定度合が高いときには、自動操舵装置による操舵輪の自動操舵量を低減しないよう構成される(好ましい態様8)。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施の形態(以下単に実施形態という)について詳細に説明する。
【0026】
第一の実施形態
図1は自動操舵装置及び電動式パワーステアリング装置を備えたセミステアバイワイヤ式の車輌に適用された本発明による車輌用操舵制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【0027】
図1に於いて、10FL及び10FRはそれぞれ車輌12の左右の前輪を示し、10RL及び10RRはそれぞれ車輌の左右の後輪を示している。操舵輪である左右の前輪10FL及び10FRは運転者によるステアリングホイール14の操作に応答して駆動されるラック・アンド・ピニオン型の電動式パワーステアリング装置16によりラックバー18及びタイロッド20L及び20Rを介して転舵される。
【0028】
図示の実施形態に於いては、電動式パワーステアリング装置16はラック同軸型の電動式パワーステアリング装置であり、電動機22と、電動機22の回転トルクをラックバー18の往復動方向の力に変換する例えばボールねじ式の変換機構24とを有し、ハウジング26に対し相対的にラックバー18を駆動する補助操舵力を発生することにより、運転者の操舵負担を軽減する補助操舵力発生装置として機能する。尚補助操舵力発生装置は当技術分野に於いて公知の任意の構成のものであってよい。
【0029】
ステアリングホイール14は第一のステアリングシャフトとしてのアッパステアリングシャフト28A、転舵角可変装置30、第二のステアリングシャフトとしてのロアステアリングシャフト28B、ユニバーサルジョイント32を介して電動式パワーステアリング装置16のピニオンシャフト34に駆動接続されている。図示の実施形態に於いては、転舵角可変装置30はハウジング36Aの側にてアッパステアリングシャフト28Aの下端に連結され、回転子36Bの側にてロアステアリングシャフト28Bの上端に連結された補助転舵駆動用の電動機36を含んでいる。
【0030】
かくして転舵角可変装置30は第一のステアリングシャフトに対し相対的に第二のステアリングシャフトを回転駆動することにより、操舵輪である左右の前輪10FL及び10FRをステアリングホイール14に対し相対的に補助転舵駆動する自動操舵装置として機能する。
【0031】
特に転舵角可変装置30は、通常時にはハウジング36A及び回転子36Bの相対回転を阻止する保持電流が電動機36に通電されることにより、アッパステアリングシャフト28Aに対するロアステアリングシャフト28Bの相対回転角度(単に相対回転角度という)を0に維持するが、自動操舵時には電動機36によりアッパステアリングシャフト28Aに対し相対的にロアステアリングシャフト28Bを積極的に回転させ、これにより運転者の操舵操作に依存せずに左右の前輪10FL及び10FRを自動操舵する。
【0032】
図示の実施形態に於いては、アッパステアリングシャフト28Aには該アッパステアリングシャフトの回転角度を操舵角θsとして検出する操舵角センサ40及び操舵トルクTsを検出するトルクセンサ42が設けられており、ロアステアリングシャフト28Bには該ロアステアリングシャフトの回転角度を左右前輪の実操舵角θaとして検出する操舵角センサ44が設けられており、これらのセンサの出力は操舵制御装置46へ供給される。操舵制御装置46には車速センサ48により検出された車速Vを示す信号及びヨーレートセンサ50により検出された車輌のヨーレートγを示す信号も入力される。
【0033】
尚操舵角θaを示す信号及び車速Vを示す信号は操舵制御装置46より転舵角可変装置30を制御する転舵角可変制御装置52にも入力され、操舵トルクTsを示す信号及び車速Vを示す信号は操舵制御装置46より電動式パワーステアリング装置16を制御する電動パワーステアリング(電動PS)制御装置54にも入力される。また操舵角センサ44により検出される操舵角θaを示す信号は自動操舵完了後に左右の前輪10FL及び10FRの直進位置をステアリングホイール14の中立位置に合せるために使用される。
【0034】
後述の如く、操舵制御装置46は車輌の目標ヨーレートγtを演算すると共に、目標ヨーレートγtとヨーレートセンサ50により検出された車輌のヨーレートγとの偏差Δγの大きさを低減するための転舵角可変装置30の目標自動操舵量としてアッパステアリングシャフト28Aに対するロアステアリングシャフト28Bの目標相対回転角度θrtを演算し、目標相対回転角度θrtを示す指令信号を転舵角可変制御装置52へ出力する。
【0035】
また操舵制御装置46は転舵角可変装置30の作動による自動操舵によりステアリングホイール14へ伝達される反力トルクを相殺するための補正操舵トルクTeを目標相対回転角度θrtに基づいて演算し、補正転舵トルクTeを示す指令信号を電動パワーステアリング制御装置54へ出力する。
【0036】
転舵角可変制御装置52は運転者による通常操舵時には転舵角可変装置30の相対回転角度を0に維持し、操舵制御装置46より目標相対回転角度θrを示す信号が入力されたときには、ロアステアリングシャフト28Bがアッパステアリングシャフト28Aに対し相対的に目標相対回転角度θr回転するよう目標相対回転角度θrに基づき転舵角可変装置30の電動機36を制御し、これにより左右の前輪10FL及び10FRを自動操舵し、車輌のヨーレート偏差Δγの大きさを低減して車輌の旋回時の走行安定性を向上させる。
【0037】
電動パワーステアリング制御装置54は操舵トルクTs及び車速Vに応じて運転者の操舵負荷を軽減するための補助操舵トルクTabを演算し、補助操舵トルクTabと操舵制御装置46より入力される補正操舵トルクTeとの和を目標補助操舵トルクTaとして演算し、目標補助操舵トルクTaに基づき電動式パワーステアリング装置16の電動機22を制御することにより、操舵アシストを行うと共に自動操舵時に於ける転舵角可変装置30の作動により発生する反力トルクを相殺する。
【0038】
特に図示の実施形態に於いては、後述の如く操舵制御装置46は自動操舵による前輪の転舵方向が反転する反転時間帯を推定し、反転時間帯に於いて電動式パワーステアリング装置16により発生される補助操舵トルクを通常時よりも増大させ、これにより自動操舵による前輪の転舵方向が反転する際に於ける操舵トルクの変化量を低減し、操舵トルクの急変を防止して操舵フィーリングを向上させる。
【0039】
尚図1には詳細に示されていないが、操舵制御装置46、転舵角可変制御装置52、電動パワーステアリング制御装置54はそれぞれCPUとROMとRAMと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータ及び駆動回路よりなっていてよい。また操舵角センサ40及び44、トルクセンサ42、ヨーレートセンサ50はそれぞれ車輌の左旋回方向への操舵の場合を正として操舵角θs及びθa、操舵トルクTs、ヨーレートγを検出する。
【0040】
次に図2に示されたフローチャートを参照して図示の実施形態に於いて操舵制御装置46により達成される目標自動操舵量演算制御ルーチンについて説明する。尚図2に示されたフローチャートによる制御は図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【0041】
まずステップ10に於いては操舵角θsを示す信号等の読み込みが行われ、ステップ20に於いては操舵角θsに基づき前輪の実舵角δが演算され、Hを車輌のホイールベースとし、Khをスタビリティファクタとして下記の式1に従って車輌の目標ヨーレートγtが演算され、目標ヨーレートγtと検出ヨーレートγとの偏差Δγ(=γt−γ)が演算される。
γt=V・δ/{(1+Kh・V2)H} ……(1)
【0042】
ステップ30に於いてはヨーレート偏差Δγに基づき図3に示されたグラフに対応するマップより転舵角可変装置30の目標自動操舵量、即ちアッパステアリングシャフト28Aに対するロアステアリングシャフト28Bの目標相対回転角度θrtが演算される。
【0043】
ステップ40に於いてはIを転舵角可変装置30より車輪までの操舵系の慣性モーメントとし、Cを転舵角可変装置30より車輪までの操舵系の粘性係数とし、Kを転舵角可変装置30より車輪までの操舵系のばね係数とし、θrtd及びθrtddをそれぞれ目標相対回転角度θrtの微分値及び二階微分値として、下記の式2に従って転舵角可変装置30による自動操舵により発生される反力トルクを相殺するためのフィードフォワード制御量である補正操舵トルクTeが演算される。
Te=Iθrtdd+Cθrtd+Kθrt ……(2)
【0044】
ステップ50に於いては転舵角可変制御装置52へ目標相対回転角度θrtを示す指令信号が送信され、ステップ60に於いては補正操舵トルクTeを示す指令信号が電動パワーステアリング制御装置54へ送信される。
【0045】
尚図には示されていないが、転舵角可変制御装置52は操舵制御装置46より目標相対回転角度θrtを示す指令信号を受信すると、電動機36を制御することによりロアステアリングシャフト28Bをアッパステアリングシャフト28Aに対し相対的に目標相対回転角度θrt回転させ、これにより左右の前輪10FL及び10FRを自動操舵する。
【0046】
次に図4に示されたフローチャートを参照して図示の第一の実施形態に於いて電動パワーステアリング制御装置54により達成される補助操舵力制御ルーチンについて説明する。尚図4に示されたフローチャートによる制御も図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【0047】
まずステップ110に於いてはトルクセンサ42により検出された操舵トルクTsを示す信号等の読み込みが行われ、ステップ120に於いては後述の如く図5に示されたフローチャートに従って操舵系摩擦力の作用方向が反転する反転時間帯であるか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはステップ150へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ160へ進む。
【0048】
ステップ150に於いては車速Vに基づき図6に於いて実線にて示されたグラフに対応する通常時制御用のマップが選択され、ステップ160に於いては操舵トルクTs及び車速Vに基づき図6に於いて破線にて示されたグラフに対応する反転時制御用のマップが設定され、そのマップが選択される。
【0049】
この場合図6に示されている如く、反転時制御用のマップは、まず車速Vに基づき図6に於いて実線にて示されたグラフに対応する通常時制御用のマップが選択され、そのときの操舵トルクTsをTsiとすると、操舵トルクTsがTsiであるときの補助操舵トルクTabiの点を通り且つ操舵トルクTsに対する補助操舵トルクTabの傾きが通常時制御用マップの場合よりも大きくなるよう設定される。
【0050】
ステップ170に於いては操舵トルクTsに基づきステップ150又は160に於いて選択されたマップより運転者の操舵負担を軽減するためのフィードバック制御量である補助操舵トルクTabが演算される。尚図6より解る如く、通常時制御用マップの場合及び反転時制御用マップの何れの場合にも、補助操舵トルクTabの大きさは、操舵トルクTsの大きさが大きいほど大きくなり、同一の操舵トルクTsについて見て車速Vが高いほど小さくなるよう演算される。
【0051】
ステップ180に於いては操舵制御装置46より入力された補正操舵トルクTeを示す信号の読み込みが行われ、ステップ190に於いては電動式パワーステアリング装置16の目標補助操舵トルクTaが補助操舵トルクTabと補正操舵トルクTeとの和として演算され、ステップ200に於いては目標補助操舵トルクTaに基づき電動式パワーステアリング装置16の電動機22に対する目標駆動電流が演算され、該目標駆動電流に基づき電動機22が制御される。
【0052】
次に図5に示されたフローチャートを参照して上述のステップ120に於いて実行される操舵系摩擦力の作用方向の反転時間帯の判定ルーチンについて説明する。
【0053】
尚転舵角可変装置30の実相対回転角度をθr(=θa−θs)とすると下記の式3が成立し、従って操舵角速度、実操舵角速度、実相対回転角速度をそれぞれθsd、θad、θrdとすると下記の式4が成立する。転舵角可変装置30の自動操舵による前輪の転舵方向が反転する際には実操舵角速度θadが0になるので、下記の式4より下記の式5が成立する時点として、即ち操舵角速度θsd及び実相対回転角速度θrdの大きさが同一でそれらの符号が逆になる時点として自動操舵による前輪の転舵方向が反転する時点を判定することができ、この判定は操舵方向、即ち操舵角速度θsdの符号に関係なく可能である。
θs+θr=θa ……(3)
θsd+θrd=θad ……(4)
θsd=−θrd ……(5)
【0054】
まずステップ122に於いては例えば操舵角θsの時間微分値として操舵角速度θsdが演算されると共に、転舵角可変装置30の実相対回転角度θrの時間微分値として実相対回転角速度θrdが演算される。
【0055】
ステップ124に於いてはθrddを転舵角可変装置30の実相対回転角度θrの二階微分値とし、Tmを操舵系摩擦力の作用方向の反転前後の目標余裕時間として下記の式6に従って転舵角可変装置30の予測相対回転角速度θradが演算される。
θrad=θrd+θrdd・Tm ……(6)
【0056】
ステップ126に於いては操舵角速度θsdと実相対回転角速度θrdとの積が負であるか否かの判別、即ち操舵角速度θsd及び実相対回転角速度θrdの符号が互いに逆であるか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ132へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ128へ進む。
【0057】
ステップ128に於いては操舵角速度θsdの絶対値が実相対回転角速度θrdの絶対値よりも小さいか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときにはステップ130に於いてフラグFaが1にセットされ、否定判別が行われたときにはステップ132に於いてフラグFaが0にリセットされる。
【0058】
ステップ134に於いては操舵角速度θsdと予測相対回転角速度θradとの積が負であるか否かの判別、即ち操舵角速度θsd及び予測相対回転角速度θradの符号が互いに逆であるか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときにはそのままステップ140へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ136へ進む。
【0059】
ステップ136に於いては操舵角速度θsdの絶対値が予測相対回転角速度θradの絶対値よりも小さいか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときにはステップ138に於いてフラグFbが1にセットされ、否定判別が行われたときにはステップ140に於いてフラグFbが0にリセットされる。
【0060】
ステップ142に於いてはフラグFaとフラグFbとが一致しているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときには操舵系摩擦力の作用方向の反転時間帯である旨の判定が行われてステップ160へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ144へ進む。
【0061】
ステップ144に於いてはフラグFa及Fbの不一致の状況より一致の状況へ変化した最新の時点より目標余裕時間Tmが経過したか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときには操舵系摩擦力の作用方向の反転時間帯ではない旨の判定が行われてステップ150へ進み、否定判別が行われたときには操舵系摩擦力の作用方向の反転時間帯である旨の判定が行われてステップ160へ進む。
【0062】
かくして図示の実施形態によれば、ステップ20及び30に於いて車輌のヨーレートγを目標ヨーレートγtにして車輌を安定的に旋回走行させるべく左右前輪を自動操舵するための目標制御量として転舵角可変装置30の目標自動操舵量、即ちアッパステアリングシャフト28Aに対するロアステアリングシャフト28Bの目標相対回転角度θrtが演算され、ステップ40に於いて転舵角可変装置30による自動操舵により発生される反力トルクを相殺するための補正操舵トルクTeが演算される。
【0063】
そしてステップ120〜170に於いて運転者の操舵負担を軽減するためのフィードバック制御量である補助操舵トルクTabが演算され、ステップ180及び190に於いて電動式パワーステアリング装置16の目標補助操舵トルクTaが補助操舵トルクTabと補正操舵トルクTeとの和として演算され、ステップ200に於いて目標補助操舵トルクTaに基づき電動式パワーステアリング装置16の電動機22が制御される。
【0064】
この場合ステップ120に於いて操舵系摩擦力の作用方向が反転する反転時間帯ではないと判定されたときには、ステップ150及び170に於いて通常時制御用のマップより補助操舵トルクTabが演算されるが、ステップ120に於いて操舵系摩擦力の作用方向が反転する反転時間帯であると判定されたときには、ステップ160に於いて反転時制御用のマップが設定され、当該マップより補助操舵トルクTabが演算され、これにより通常時に比して操舵トルクTsに対する補助操舵トルクTabの比が増大され、補助操舵トルクTaが増大されるので、運転者の操舵方向に拘らず操舵系摩擦力の作用方向が反転する際の運転者の必要操舵力の変化量を低減し、操舵フィーリングを向上させることができる。
【0065】
特に図示の第一の実施形態によれば、反転時制御用のマップは、まず車速Vに基づき図6に於いて実線にて示されたグラフに対応する通常時制御用のマップが選択され、そのときの操舵トルクTsをTsiとすると、操舵トルクTsがTsiであるときの補助操舵トルクTabiの点を通り且つ操舵トルクTsに対する補助操舵トルクTabの傾きが通常時制御用マップの場合よりも大きくなるよう設定されるので、マップの切り替えに起因する補助操舵トルクTabの急変を回避することができ、従って後述の第二の実施形態の場合に比して操舵フィーリングを好ましく向上させることができる。
【0066】
第二の実施形態
図7は本発明による車輌用操舵制御装置の第二の実施形態に於いて電動パワーステアリング制御装置により達成される補助操舵トルク制御ルーチンを示すフローチャートである。尚図7に於いて図4に示されたステップと同一のステップには図4に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。
【0067】
第二の実施形態に於いては、ステップ120に於いて操舵系摩擦力の作用方向が反転する反転時間帯ではないと判定されると、ステップ150に於いて車速Vに基づき図8に示されたグラフに対応する通常制御用の複数のマップより補助操舵トルクTabを演算するためのマップが選択され、ステップ120に於いて操舵系摩擦力の作用方向が反転する反転時間帯であると判定されると、ステップ160に於いて車速Vに基づき図9に示されたグラフに対応する反転時制御用の複数のマップより補助操舵トルクTabを演算するためのマップが選択される。
【0068】
尚この実施形態に於ける補助操舵トルク制御ルーチンの他のステップ、即ちステップ120、170〜200及び操舵制御装置により達成される目標自動操舵量演算制御ルーチンの各ステップ(図2)は、上述の第一の実施形態の場合と同様に達成される。
【0069】
従って図示の第二の実施形態によれば、同一の操舵トルクTsについて見て操舵系摩擦力の作用方向が反転する反転時間帯であるときには通常時に比して補助操舵トルクTabが高い値に演算され、目標補助操舵トルクTaが増大されるので、上述の第一の実施形態の場合と同様、運転者の操舵方向に拘らず操舵系摩擦力の作用方向が反転する際の運転者の必要操舵力の変化量を低減し、操舵フィーリングを向上させることができる。
【0070】
特に図示の第二の実施形態によれば、ステップ160に於いて予め設定された反転時制御用の複数のマップより車速Vに基づきマップが選択され、そのときの操舵トルクTsに基づいて反転時制御用マップが設定される訳ではないので、上述の第一の実施形態の場合に比して、簡便に反転時制御用の補助操舵トルクTabを演算することができる。
【0071】
尚図示の第一及び第二の実施形態によれば、自動操舵方向が実際に反転する時点の前後について操舵系摩擦力の作用方向の反転時間帯が設定され、反転時間帯全体に亘り目標補助操舵トルクTaが増大される。従って例えば自動操舵方向の反転が判定され、その反転が判定された時点より所定の時間に亘り目標補助操舵トルクTaが増大される場合に比して、確実に応答遅れなく操舵系摩擦力の作用方向が反転する際の運転者の必要操舵力の変化量を低減することができる。
【0072】
特に図示の第一及び第二の実施形態によれば、図5に示されたフローチャートのステップ124に於いて転舵角可変装置30の予測相対回転角速度θradが演算され、ステップ126〜132に於いて操舵角速度θsd及び転舵角可変装置30の実相対回転角速度θrdに基づき自動操舵方向の反転が判定され、ステップ134〜140に於いて操舵角速度θsd及び転舵角可変装置30の予測相対回転角速度θradに基づき自動操舵方向の反転が実際の反転よりも目標余裕時間Tmだけ早く予測判定される。
【0073】
そしてステップ142及び144に於いて自動操舵方向の反転が予測判定された時点と、実際の自動操舵方向の反転が判定された時点より目標余裕時間Tmが経過する時点との間の時間帯が操舵系摩擦力の作用方向が反転する反転時間帯として設定され、ステップ120の判別が行われる。
【0074】
例えば図10は符号反転された操舵角速度−θsd、実相対回転角速度θrd、予測相対回転角速度θradの変化の一例を、フラグFa及びFbの変化と共に示すグラフである。尚図10に示されている如く、予測相対回転角速度θradは実相対回転角速度θrdに対し目標余裕時間Tm位相が進んでいる。
【0075】
図10に於いて、時点t1に於いて予測相対回転角速度θradが符号反転された操舵角速度−θsdよりも大きくなり、時点t2に於いて実相対回転角速度θrdが符号反転された操舵角速度−θsdよりも大きくなり、時点t4に於いて予測相対回転角速度θradが符号反転された操舵角速度−θsdよりも小さくなり、時点t5に於いて実相対回転角速度θrdが符号反転された操舵角速度−θsdよりも小さくなったとする。
【0076】
この場合時点t1までは実変化フラグFa及び予測変化フラグFbの何れも0であるが、予測変化フラグFbは時点t1に於いて1になるのに対し、実変化フラグFaは時点t2に於いて1になり、また予測変化フラグFbは時点t4に於いて0になるのに対し、実変化フラグFaは時点t5に於いて0になる。
【0077】
よって時点t1より時点t2までの区間に於いて実変化フラグFaと予測変化フラグFbとが一致しなくなり、ステップ142に於いて否定判別が行われることにより反転時間帯であると判定され、時点t2より目標余裕時間Tmが経過する時点t3までの区間に於いてステップ142に於いて肯定判別が行われると共にステップ144に於いて否定判別が行われることにより反転時間帯であると判定される。
【0078】
同様に、時点t4より時点t5までの区間に於いて実変化フラグFaと予測変化フラグFbとが一致しなくなり、ステップ142に於いて否定判別が行われることにより反転時間帯であると判定され、時点t5より目標余裕時間Tmが経過する時点t6までの区間に於いてステップ142に於いて肯定判別が行われると共にステップ144に於いて否定判別が行われることにより反転時間帯であると判定される。
【0079】
従って自動操舵方向が反転する時点時点t2及びt5の前後の目標余裕時間Tmの2倍の時間が反転時間帯に設定されるので、自動操舵方向が実際に反転する時点の前後の所定の時間に亘り確実に目標補助操舵トルクTaを増大し、これにより確実に応答遅れなく操舵系摩擦力の作用方向が反転する際の運転者の必要操舵力の変化量を低減することができる。
【0080】
第三の実施形態
図11は本発明による車輌用操舵制御装置の第三の実施形態に於いて操舵制御装置により達成される目標自動操舵量演算制御ルーチンを示すフローチャートである。尚図11に示されたフローチャートによる制御も図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【0081】
この第三の実施形態に於いては、まずステップ310に於いて操舵角θsを示す信号等の読み込みが行われ、ステップ320に於いては上述の第一及び第二の実施形態の場合と同様の要領にて車輌の目標ヨーレートγtが演算されると共に、目標ヨーレートγtと検出ヨーレートγとの偏差Δγ(=γt−γ)が演算される。
【0082】
ステップ330に於いてはNをステアリングギヤ比としてヨーレート偏差Δγに基づき下記の式7に従って転舵角可変装置30の目標自動操舵量、即ちアッパステアリングシャフト28Aに対するロアステアリングシャフト28Bの目標相対回転角度θrtが演算される。
θrt=Δγ(1+KhV2)N・H/V ……(7)
【0083】
ステップ340に於いてはΔTを図11に示されたフローチャートのサイクルタイムとして下記の式8に従って転舵角可変装置30の暫定目標相対回転角速度θrtdpが演算される。
θrtdp=θrt/ΔT ……(8)
【0084】
ステップ350に於いてはヨーレート偏差Δγの絶対値が基準値(正の定数)よりも大きいか否かの判別、即ち車輌の不安定度合が高い状況であるか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときにはそのままステップ380へ進み、否定判別が行われたときにはステップ360へ進む。
【0085】
ステップ360に於いては操舵角速度θsdと操舵角速度θsd及び暫定目標相対回転角速度θrtdpの和との積が負であるか否かの判別、即ち操舵系摩擦力の作用方向が反転する状況であるか否かの判別が行われ、肯定判別が行われたときにはステップ370に於いて転舵角可変装置30の目標相対回転角速度θrtdが符号反転された操舵角速度−θsdに設定され、否定判別が行われたときにはステップ380に於いて転舵角可変装置30の目標相対回転角速度θrtdが暫定目標相対回転角速度θrtdpに設定される。
【0086】
ステップ390及び410はそれぞれ上述の第一及び第二の実施形態に於けるステップ40及び60と同様の要領にて実行され、ステップ400に於いては転舵角可変制御装置52へ目標相対回転角速度θrtdを示す指令信号が送信され、転舵角可変制御装置52により転舵角可変装置30の相対回転角速度が目標相対回転角速度θrtdになるよう制御される。
【0087】
かくして図示の第三の実施形態によれば、ステップ320に於いてヨーレート偏差Δγが演算され、ステップ330に於いて車輌の旋回状態を安定化させるための転舵角可変装置30の目標相対回転角度θrtが演算され、ステップ340に於いて転舵角可変装置30の暫定目標相対回転角速度θrtdpが演算され、ステップ350に於いて車輌の旋回走行状態が不安定であるか否かの判別が行われ、ステップ360に於いて自動操舵による前輪の実際の転舵方向が操舵操作方向に対し反転する状況であるか否かの判別が行われ、ステップ350に於いて否定判別が行われると共にステップ360に於いて肯定判別が行われたときにステップ370へ進み、ステップ350に於いて肯定判別が行われ又はステップ360に於いて否定判別が行われたときにステップ380へ進む。
【0088】
従って車輌の旋回走行状態が不安定ではない状況に於いて自動操舵による前輪の実際の転舵方向が反転するときには、ステップ370に於いて転舵角可変装置30の目標相対回転角速度θrtdが符号反転された操舵角速度−θsdに低減設定されるので、操舵角速度θsdと目標相対回転角速度θrtdとの和が0になって前輪は転舵されず、よって自動操舵による前輪の実際の転舵方向が反転すること及びこれに伴い操舵系摩擦力の作用方向が反転することを防止し、これにより運転者の必要操舵力の急変を防止して操舵フィーリングを向上させることができる。
【0089】
また図示の第三の実施形態によれば、車輌の旋回走行状態の不安定度合が高く、操舵フィーリングの向上よりも車輌の安定化が重視されるべき状況であるときには、ステップ350に於いて肯定判別が行われ、ステップ380に於いて転舵角可変装置30の目標相対回転角速度θrtdが低減されることなく暫定目標相対回転角速度θrtdpに設定されるので、転舵角可変装置30の相対回転角度θrを確実に目標相対回転角度θrtに制御して車輌の安定性を効果的に向上させることができる。
【0090】
特に図示の第三の実施形態によれば、ステップ350に於いて否定判別が行われても、ステップ360に於いて否定判別が行われたときにはステップ380へ進むので、車輌の旋回走行状態が不安定ではない状況に於いて自動操舵による前輪の実際の転舵方向が反転しないときには、転舵角可変装置30の目標相対回転角速度θrtdが低減されることなくその暫定目標相対回転角速度θrtdpに設定され、従って車輌の走行状態が不安定になることを効果的に抑制することができる。
【0091】
第四の実施形態
図12は本発明による車輌用操舵制御装置の第四の実施形態に於いて操舵制御装置により達成される目標自動操舵量演算制御ルーチンを示すフローチャートである。尚図12に於いて図11に示されたステップと同一のステップには図11に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。
【0092】
この第四の実施形態に於いては、上述の第三の実施形態に於けるステップ350に対応するステップが実行されない点を除き、他のステップが第三の実施形態の場合と同様に実行される。
【0093】
従ってこの第四の実施形態によれば、ステップ360に於いて肯定判別が行われたときには、即ち自動操舵による前輪の実際の転舵方向が反転すると判定されたときには、自動操舵による前輪の実際の転舵方向が反転すること及びこれに伴い操舵系摩擦力の作用方向が反転することを確実に防止し、これにより運転者の必要操舵力の急変を防止して操舵フィーリングを向上させることができると共に、上述の第三の実施形態の場合に比して簡便に自動操舵の制御を行うことができる。
【0094】
特に上述の第三及び第四の実施形態によれば、ステップ340に於いて目標相対回転角速度θrtに基づき転舵角可変装置30の暫定目標相対回転角速度θrtdpが演算され、ステップ360に於いて操舵角速度θsd及び暫定目標相対回転角速度θrtdpに基づいて自動操舵による前輪の実際の転舵方向が反転する状況であるか否かが判定されるので、例えば操舵角速度θsd及び実際の相対回転角速度θrdに基づいて判定される場合に比して、自動操舵による前輪の実際の転舵方向が反転する状況であるか否かを早期に判定し、これにより自動操舵量の低減制御を応答遅れなく効果的に実行することができる。
【0095】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【0096】
例えば上述の実施形態に於いては、補正操舵トルクTeの絶対値が大きいほど、換言すれば自動操舵の制御量が大きいほど操舵トルクTsの大きさに対する補助操舵トルクTabの大きさ比が大きくなるマップが選択されるようになっているが、自動操舵時には非自動操舵時に比して操舵トルクTsの大きさに対する補助操舵トルクTabの大きさ比が大きいマップにて補助操舵トルクTabが演算される限り、自動操舵時のマップは一種類であってもよい。
【0097】
また上述の実施形態に於いては、目標相対回転角度θrtを示す指令信号が転舵角可変制御装置52へ出力され、目標補助操舵トルクTaを示す指令信号が電動パワーステアリング制御装置54へ出力されるようになっているが、転舵角可変制御装置52へ出力される指令信号は目標相対回転角度θrtに対応する電動機36に対する目標駆動電流であってもよく、また電動パワーステアリング制御装置54へ出力される指令信号は目標補助操舵トルクTaに対応する電動機22に対する目標駆動電流であってもよい。
【0098】
また上述の実施形態に於いては、転舵角可変装置30による自動操舵により発生される反力トルクを相殺するための補正操舵トルクTeは上記式2に従って演算されるようになっているが、補正操舵トルクTeは当技術分野に於いて公知の任意の態様にて演算されてよく、特に転舵角可変制御装置52へ出力される指令信号が目標相対回転角度θrtに対応する電動機36に対する目標駆動電流である場合には、補正操舵トルクTeは電動機36に対する目標駆動電流に基づいて演算されるよう修正されてよい。
【0099】
また上述の実施形態に於いては、補助転舵力発生手段としての電動式パワーステアリング装置16は補助転舵手段としての転舵角可変装置30に対し操舵輪の側に設けられているが、補助転舵力発生手段は補助転舵手段に対しステアリングホイールの側に設けられてもよい。
【0100】
また上述の実施形態に於いては、転舵角可変装置30による自動操舵により発生される反力トルクを相殺するためのフィードフォワード制御量である補正操舵トルクTeが演算されると共に、運転者の操舵負担を軽減するためのフィードバック制御量である補助操舵トルクTabが操舵トルクTs及び車速Vに基づいて演算され、電動式パワーステアリング装置16の目標補助操舵トルクTaが補助操舵トルクTabと補正操舵トルクTeとの和として演算されるようになっているが、フィードフォワード制御量は省略されてもよい。
【0101】
また上述の実施形態に於いては、転舵角可変制御装置52は運転者による通常操舵時には転舵角可変装置30の相対回転角度を0に維持するようになっているが、転舵角可変装置30は自動操舵が行われない通常操舵時にはアッパステアリングシャフト28Aの回転角度に対するロアステアリングシャフト28Bの回転角度の比が例えば車速Vが高いほど小さくなるよう、車輌の走行状況に応じてギヤ比可変装置として使用されてもよい。
【0102】
また上述の実施形態に於いては、操舵輪の目標転舵量は車輌の実ヨーレートと車輌の目標ヨーレートとの偏差を低減するための目標転舵量であるが、例えば特開平11−73597号公報に記載されている如く、車輌を走行車線に沿って走行させるための目標転舵量や、例えば特開平10−31799号公報に記載されている如く、レーザレーダ等により車輌前方の障害物が検出される場合には、車輌前方の障害物を回避するための目標転舵量であってよく、更にはこれら以外の任意の目標転舵量であってもよい。
【0103】
また上述の実施形態に於いては、転舵角可変装置30は転舵角可変制御装置52により制御され、電動式パワーステアリング装置16は電動パワーステアリング制御装置54により制御され、転舵角可変制御装置52及び電動パワーステアリング制御装置54は操舵制御装置46により制御されるようになっているが、これらの少なくとも二つの制御装置が一つの制御装置に統合されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 自動操舵装置及び電動式パワーステアリング装置を備えたセミステアバイワイヤ式の車輌に適用された本発明による車輌用操舵制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図2】 第一の実施形態に於いて操舵制御装置により達成される目標自動操舵量演算制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図3】 ヨーレート偏差Δγと目標相対回転角度θrtとの間の関係を示すグラフである。
【図4】 第一の実施形態に於いて電動パワーステアリング制御装置により達成される補助操舵トルク制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図5】 図4のステップ120に於いて達成される操舵系摩擦力の作用方向の反転時間帯判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図6】 各車速域について通常時制御用のマップ(実線)及び反転時制御用マップ(破線)に於ける操舵トルクTsと目標転舵トルクTabとの間の関係を示すグラフである。
【図7】 第二の実施形態に於いて電動パワーステアリング制御装置により達成される補助操舵トルク制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図8】 通常時制御用のマップに於ける車速V及び操舵トルクTsと目標操舵トルクTabとの間の関係を示すグラフである。
【図9】 反転時制御用マップに於ける車速V及び操舵トルクTsと目標操舵トルクTabとの間の関係を示すグラフである。
【図10】 符号反転された操舵角速度−θsd、実相対回転角速度θrd、予測相対回転角速度θradの変化の一例を、フラグFa及びFbの変化と共に示すグラフである。
【図11】 本発明による車輌用操舵制御装置の第三の実施形態に於いて操舵制御装置により達成される目標自動操舵量演算制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図12】 本発明による車輌用操舵制御装置の第四の実施形態に於いて操舵制御装置により達成される目標自動操舵量演算制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
10FR〜10RL…車輪
16…電動式パワーステアリング装置
28A…アッパステアリングシャフト
28B…ロアステアリングシャフト
30…転舵角可変装置
40、44…操舵角センサ
42…トルクセンサ
46…操舵制御装置
48…車速センサ
50…ヨーレートセンサ
52…転舵角可変制御装置
54…電動パワーステアリング(電動PS)制御装置
Claims (4)
- 運転者により操作される操舵入力装置と、前記操舵入力装置に対し相対的に操舵輪を自動操舵する自動操舵装置と、操舵補助力を発生する操舵補助力発生装置とを有し、車輌の運転状態に応じて前記自動操舵装置及び前記操舵補助力発生装置を制御する車輌用操舵制御装置に於いて、前記自動操舵による前記操舵輪の実際の転舵方向が反転すると予測されるときには、前記転舵方向が反転すると予測されない場合に比して、前記操舵補助力発生装置により発生される操舵補助力を増大させることを特徴とする車輌用操舵制御装置。
- 前記転舵方向が実際に反転する時点の前後の時間を含む時間帯として前記転舵方向が反転する反転時間帯を推定し、反転時間帯に於いて前記操舵補助力発生装置により発生される操舵補助力を増大させることを特徴とする請求項1に記載の車輌用操舵制御装置。
- 運転者により操作される操舵入力装置と、前記操舵入力装置に対し相対的に操舵輪を自動操舵する自動操舵装置と、操舵補助力を発生する操舵補助力発生装置とを有し、車輌の運転状態に応じて前記自動操舵装置及び前記操舵補助力発生装置を制御する車輌用操舵制御装置に於いて、前記自動操舵装置は車輌の走行状態が不安定であるときには車輌の走行状態が安定化するよう前記操舵輪を自動操舵し、前記自動操舵による前記操舵輪の実際の転舵方向が反転すると予測されるときには、前記転舵方向が反転しないよう、前記自動操舵装置による前記操舵輪の自動操舵量を低減し、車輌の走行状態の不安定度合が高いときには、車輌の走行状態の不安定度合が低いときに比して、前記自動操舵装置による前記操舵輪の自動操舵量の低減量を小さくすることを特徴とする車輌用操舵制御装置。
- 車輌の走行状態が不安定であるときには、操舵輪を転舵して車輌の走行状態を安定化させるための目標自動操舵量を演算し、少なくとも目標自動操舵量に基づき自動操舵装置を制御し、操舵操作量の変化率の符合及び操舵操作量の変化率と目標自動操舵量の変化率との和の符合の関係に基づき前記自動操舵による前記操舵輪の実際の転舵方向が反転する状況を予測判定することを特徴とする請求項3に記載の車輌用操舵制御装置。
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