JP4145840B2 - 操舵反力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の操舵系において操作子に作用させるべき反力成分を制御する操舵反力制御装置に関する。

従来、電動式パワーステアリング等の車両の操舵系において、操作子に作用させるべき反力成分を制御する際には、操作子の操舵速度等に基づく基準反力制御に加え、ヨーレートや横加速度に基づく反力制御を行うことで、車両挙動に応じた自然なステアフィールを実現させている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２２９０７４号公報

ところで、例えば轍路面やスプリットμ路面（車両の左右で摩擦係数が異なる路面）等、操作子の取られが生じ易い路面状況下における車両の加減速時には、該車両の不整挙動も発生し易くなるが、このような場合に修正舵をあてる際には、上述の反力制御では反力成分が不足してステアフィールと車両挙動に影響することがあるし、これに合わせて単に反力成分を大きくすると、通常走行時には過剰制御となってしまうため、このような点の改善が要望されている。
そこでこの発明は、車両の加減速時に不整挙動が発生した際のステアフィールを向上できる操舵反力制御装置を提供する。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、車両の運転者が操作する操作子（例えば実施例のステアリングホイール３）に発生させるべき反力成分を制御する操舵反力制御装置において、前記車両の挙動としてヨーレート又は横加速度を検出する車両挙動検出手段（例えば実施例のヨーレートセンサ１８）と、前記車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段（例えば実施例の前後加速度センサ４１）と、前記車両挙動検出手段の検出値が大きいほど大きくなる前記反力成分に、前記前後加速度検出手段の検出値が大きいほど大きくなる係数を乗算する反力成分制御手段（例えば実施例の反力補正部３３）と、を備え、前記車両の加速時と減速時とで前記反力成分の増加の仕方が異なることを特徴とする。

この構成によれば、車両の通常走行時には、ヨーレートや横加速度といった車両の挙動に基づく自然なステアフィールを実現しつつ、車両の加速時又は減速時には、該車両に作用する前後加速度に基づきステアリングアシスト力に対する反力成分を大きくすることで、特に操作子の取られが生じ易い路面状況下における加減速時においても良好なステアフィールと車両挙動を実現することが可能となる。

また、この構成によれば、加速度の出方が異なる車両の加速時と減速時とでそれぞれ最適な制御を行うことが可能となる。

請求項１に記載した発明によれば、操作子の取られが生じ易いような路面状況下における加減速時にも良好なステアフィールと車両挙動を実現することが可能となるため、該車両のステアリング修正能力を妨げることなく、その不整挙動に対する自立性を向上できる。
また、請求項１に記載した発明によれば、加速度の出方の異なる車両の加速時と減速時とで制御の最適化を行うことが可能となるため、該車両の不整挙動に対する自立性をより一層向上できる。

以下、この発明に係る反力制御装置の実施例を図面を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した態様で説明する。

初めに、図１を参照して、実施例１における電動式パワーステアリング装置の構成を説明する。電動式パワーステアリング装置は手動操舵力発生機構１を備えており、この手動操舵力発生機構１は、ステアリングホイール（操作子）３に一体結合されたステアリングシャフト４が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されて構成されている。

ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連結されている。この構成により、ステアリングホイール３の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構を構成する。

また、ラック軸７と同軸上に、手動操舵力発生機構１による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機１０が配設されている。この電動機１０により供給される補助操舵力は、ラック軸７に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。そのために、ラック軸７を挿通させた電動機１０のロータに駆動側ヘリカルギヤ１１を一体的設け、この駆動側ヘリカルギヤ１１に噛合する従動側ヘリカルギヤ１３を、ボールねじ機構１２のスクリューシャフト１２ａの一端に設け、ボールねじ機構１２のナット１４をラック７に固定している。

ステアリングシャフト４には、ステアリングシャフト４の操舵速度（角速度）を検出するための操舵速度センサ１５が設けられ、前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１６が設けられている。操舵速度センサ１５は検出した操舵速度に対応する電気信号を、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号を、それぞれステアリング制御装置２０に出力する。

また、車体の適所には、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ（車両挙動検出手段）１８と、車速に対応した電気信号を出力する車速センサ１９とが取り付けられている。ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車速センサ１９は車速に対応した電気信号を、それぞれステアリング制御装置２０に出力する。

そして、ステアリング制御装置２０は、これら各センサ１５，１６，１８，１９からの入力信号を処理して得られる制御信号により電動機１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路２１を介して電動機１０に供給することにより電動機１０の出力トルクを制御し、ステアリング操作における操作補助力を制御する。

次に、図２の制御ブロック図を参照して、電動機１０に対する電流制御を説明する。
ステアリング制御装置２０は、ベース電流決定部３１、イナーシャ補正部３２、及び反力補正部（反力成分制御手段）３３を備えてなる。

ベース電流決定部３１においては、操舵トルクセンサ１６および車速センサ１９の出力信号に基づき、ベース電流テーブル（図示略）を参照して、操舵トルクと車速に応じたベース電流値が決定される。
イナーシャ補正部３２においては、ベース電流決定部３１で決定したベース電流に対し、電動機１０の慣性マス補償が行われる。

反力補正部３３は、前記慣性マス補償後の電流から反力成分に応じた補正電流を減算して、電動機１０に対する目標電流を算出し、この目標電流を駆動回路２１に出力する。
駆動回路２１は、電動機１０への供給電流が目標電流となるように制御して、電動機１０に電流供給を行い、電動機１０の出力トルクを制御する。

したがって、上記電動パワーステアリング装置においては、反力補正部３３において設定される補正電流は操舵アシスト力に対する反力成分ということができ、ベース電流決定部３１において設定されるベース電流はこの反力成分を減算する前の操舵アシスト力ということができる。

反力補正部３３は、ダンパ補正電流算出部３４と、車両挙動補正電流算出部３５と、前後加速度係数算出部４２とを有してなる。
このような反力補正部３３においては、ダンパ補正電流算出部３４にて操舵速度に基づいて第１反力補正電流が算出され、該第１反力補正電流が前記慣性マス補償後の電流から減算される。

また、反力補正部３３においては、車両挙動補正電流算出部３５にて車両挙動に基づいて車両挙動補正電流Ｉｍｂが算出され、かつ該車両挙動補正電流Ｉｍｂに前後加速度係数算出部４２にて決定されたレシオ（増幅率）Ｒを乗じて算出された第２反力補正電流Ｉｍ２が、前記慣性マス補償後の電流から減算される。
このように、前記慣性マス補償後の電流から第１反力補正電流及び第２反力補正電流Ｉｍ２を減算することで、電動機１０への目標電流が算出される。

ここで、この実施例では車両のヨーレートを該車両の挙動として検出しており、したがって車両挙動補正電流算出部３５は、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１８からの出力信号に基づいて車両挙動補正電流Ｉｍｂを算出する。

また、前後加速度係数算出部４２は、車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ（前後加速度検出手段）４１からの出力信号に基づいて前記レシオＲを算出し、これら車両挙動補正電流ＩｍｂとレシオＲとを乗じて得た積を第２反力補正電流Ｉｍ２として算出する。前後加速度センサ４１は、例えば車両加速時には加速度（以下、加速Ｇという）をプラスの値として、車両減速時には加速度（以下、減速Ｇという）をマイナスの値としてそれぞれ検出可能とされる。

前後加速度係数算出部４２は、車両の加減速状態を判定する例えば振り子式の加減速判定スイッチ４３を有し、該加減速判定スイッチ４３が車両の加減速に応じて切り替わることで、車両加速時には前後加速度センサ４１からの出力信号に基づき加速Ｇレシオテーブル４４を参照してレシオＲを決定し、車両減速時には前後加速度センサ４１からの出力信号に基づき減速Ｇレシオテーブル４５を参照してレシオＲを決定する。なお、加減速判定スイッチ４３は、加速時には加速Ｇレシオテーブル４４に、減速時には減速Ｇレシオテーブル４５に接続する。

ここで、車両の通常走行時における最大加速Ｇは０．３〜０．４Ｇ程度であるのに対し、減速Ｇは絶対値で０．９〜１．０Ｇと大きく、かつその立ち上がり方も異なることから、車両加速時と減速時とで異なるテーブルを用いることで、レシオＲひいては第２反力補正電流Ｉｍ２の増加の仕方を異なるものとし、車両の加減速状態に応じた制御の最適化を可能としている。

加速Ｇレシオテーブル４４は、前後加速度センサ４１が検出する加速Ｇが所定範囲（例えば０．１〜０．４Ｇ）内にあるときにはその増加に伴いレシオＲを増加させるように設定され、かつ加速Ｇが前記所定範囲を下回るときにはレシオＲが最小値としての「１」で一定となり、加速Ｇが前記所定範囲を上回るときにはレシオＲが最大値としての「２」で一定となるように設定される。

また、減速Ｇレシオテーブル４５は、前後加速度センサ４１が検出する減速Ｇの絶対値が所定範囲（例えば０．３〜０．７Ｇ）内にあるときにその増加に伴いレシオＲを増加させるように設定され、かつ減速Ｇの絶対値が前記所定範囲を下回るときにはレシオＲが最小値としての「１」で一定となり、減速Ｇの絶対値が前記所定範囲を上回るときにはレシオＲが最大値としての「２」で一定となるように設定される。

このように前後加速度が大きいほど大きいレシオＲを設定し、このレシオＲを車両挙動補正電流Ｉｍｂに乗じて第２反力補正電流Ｉｍ２を算出することで、前後加速度が大きいほど大きな反力成分を生じさせ、結果的に電動機１０への供給電流を減少させる。これにより、電動機１０の出力トルクを低く抑え、車両の挙動に応じた自然なステアフィールを実現することが可能となる。

以上説明したように、上記実施例における操舵反力制御装置は、車両の運転者が操作するステアリングホイール３に発生させるべき反力成分を制御するものであって、前記車両の挙動を検出するヨーレートセンサ１８と、前記車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ４１と、前記ヨーレートセンサ１８の検出値が大きいほど前記反力成分を大きく設定し、かつ前記前後加速度センサ４１の検出値が大きいほど前記反力成分を大きく設定する反力補正部３３と、を備えるものである。

この構成によれば、車両の通常走行時にはヨーレートに基づく自然なステアフィールを実現しつつ、車両の加速時又は減速時には、該車両に作用する前後加速度に基づきステアリングアシスト力に対する反力成分（換言すればステアリングアシスト力の補正値）を大きくすることで、特にステアリングホイール３の取られが生じ易い（換言すれば車両の不整挙動が発生し易い）路面状況下における加減速時においても、該車両の挙動に応じた自然なステアフィールを実現することが可能となる。したがって、車両のステアリング修正能力を妨げることなく、その不整挙動に対する自立性を向上できるという効果がある。

特に、上記操舵反力制御装置においては、前記車両の加速時と減速時とで前記反力成分の増加の仕方が異なるようにしたことで、加速度の出方が異なる車両の加速時と減速時とでそれぞれ最適な制御を行うことが可能となるため、該車両の不整挙動に対する自立性をより一層向上できるという効果がある。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、当該操舵反力制御装置が、車両の横加速度を検出する車両挙動検出手段としての横加速度センサを備え、車両の挙動をそのヨーレートだけでなく横加速度からも検出するようにしてもよい。すなわち、低車速時にはヨーレートが大きい反面横加速度が小さく、高車速時にはヨーレートが小さい反面横加速度が大きくなることから、ヨーレートに基づく補正電流と横加速度に基づく補正電流とを加算して前記車両挙動補正電流を算出することで、該補正電流（反力成分）のチューニングが容易になると共にその計算量が軽減され、該装置における制御を簡略化できる。さらに、ヨーレートと横加速度とを予め合算処理した後に補正電流を算出するようにすれば、ヨーレートと横加速度とで個別のテーブルを用意する必要がなくなり、補正電流の計算量がさらに軽減される。

また、当該操舵反力制御装置が、ステアリングホイール３の舵角（操作量）を検出するステアリング舵角検出手段としての舵角センサを備え、反力補正部３３が、ヨーレートセンサ１８や前記横加速度センサの検出値だけでなく、前記舵角センサの検出値が大きくても前記補正電流を大きく設定するように構成することで、車両の不整挙動を修正する方向にステアリングホイール３を案内するべく反力成分を制御することが可能となり、当該車両の運転負担を軽減できる。さらに、上記同様にヨーレートと横加速度とを予め合算処理した後に補正電流を算出するように構成してもよい。さらにまた、ヨーレートとステアリングホイール３の舵角とに基づき前記補正電流を算出するように構成することも可能である。

さらに、この発明に係る操舵反力制御装置は、電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムの車両用操舵装置（ＳＢＷ）、アクティブ・ステアリング・システムの車両用操舵装置、バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムの車両用操舵装置（ＶＧＳ）にも適用可能である。

ここで、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムとは、操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。
また、アクティブ・ステアリング・システムとは、前輪舵角および後輪舵角を運転者のステアリング操作や車両の運動状況に応じて制御する操舵システムである。
さらに、バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムとは、操舵角の大きさに応じてステアリング・ギヤ・レシオを変更可能な操舵システムである。

そして、上記実施例における構成は一例であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における電動パワーステアリング装置の要部構成図である。 上記電動パワーステアリング装置の電流制御構成を示すブロック図である。

符号の説明

３ ステアリングホイール（操作子）
１８ ヨーレートセンサ（車両挙動検出手段）
３３ 反力補正部（反力成分補正手段）
４１ 前後加速度センサ（前後加速度検出手段）

Claims (1)

1. 車両の運転者が操作する操作子に発生させるべき反力成分を制御する操舵反力制御装置において、
   前記車両の挙動としてヨーレート又は横加速度を検出する車両挙動検出手段と、
   前記車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、
   前記車両挙動検出手段の検出値が大きいほど大きくなる前記反力成分に、前記前後加速度検出手段の検出値が大きいほど大きくなる係数を乗算する反力成分制御手段と、
   を備え、
   前記車両の加速時と減速時とで前記反力成分の増加の仕方が異なることを特徴とする操舵反力制御装置。

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