JP4293021B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。
近年、車速やヨーレイト等の車両状態量と車両の運動状態との関係をモデル化した車両モデル(車両運動モデル)に基づいて車両のヨーモーメントを制御すべく操舵輪の舵角を制御する操舵制御システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。そして、こうした操舵制御システムの一つにIFSシステム(Intelligent Front Steering System)がある。
IFSシステムは、複数の車両状態量に基づいて、ステアリングホイールの舵角(操舵角)に対する操舵輪の伝達比(ギヤ比)を可変するギヤ比可変制御、或いは操舵系にアシスト力を付与するパワーアシスト制御といった操舵輪に関連する電子制御を統合的に行うシステムである。
そして、例えば、車両モデルに基づいて車両状態量の目標値(目標ヨーレイト等)を演算し、その目標値に基づいてステア特性の判定、及び操舵輪の制御量の決定を行う。そして、アンダーステア状態にある場合には、操舵輪の切れ角を小さくするよう操舵輪を制御し(アンダーステア制御)、オーバーステア状態にある場合には、ヨーモーメントの方向と逆方向の舵角、即ちカウンタステアをあてるよう操舵輪を制御する(オーバーステア制御)。これにより、車両姿勢が不安定になりやすい低μ路等においても、車両姿勢を安定させることができる。
特開2002−254964号公報
ところが、車速が極めて低速(例えば5Km/h以下)となる領域においては、車両モデル演算に誤差が生じやすい。そのため、こうした車速の低い領域では、過剰制御状態となりやすく、特に車両姿勢に乱れが生じないような通常の直進状態にあるにもかかわらず車両に横揺れが発生するおそれがある。従って、従来、こうした低速領域では、上記オーバーステア制御やアンダーステア制御のような車両モデルに基づく操舵輪の舵角の制御は行われていなかった。
しかし、車速が極めて低速である場合にも、車両姿勢が不安定となる状況がある。従って、例えば、オーバーステア制御等により車両姿勢が保たれているにもかかわらず、車速の低下によりその制御を停止した場合、車両姿勢が不安定となるおそれがあり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、車速にかかわらず車両姿勢を安定させることができる車両用操舵装置を提供することにある。
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、ステアリングホイールと操舵輪との間の操舵伝達系の途中に設けられ前記操舵輪の舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段と、車両モデルに基づいて前記舵角の制御目標量を演算する演算手段とを備え、前記制御手段は、前記演算結果に基づいて前記舵角を変更すべく前記駆動手段を制御する車両用操舵装置であって、車速が所定速度以下である場合に、ヨーレイト及び横方向加速度の少なくとも一つについて、その絶対値が所定値以上であるか否かを判定する判定手段を備え、前記制御手段は、前記絶対値が前記所定値以上ではない場合には前記演算結果に基づく制御を行わないことを要旨とする。
上記構成によれば、車速が所定速度以下である場合には、ヨーレイト又は横方向加速度の少なくとも一方の絶対値が所定値以上とならない限り、車両モデル演算に基づく操舵輪の舵角制御は行われない。従って、所定速度を車両モデル演算に誤差が発生しやすい極低速領域に設定し、ヨーレイト又は横方向加速度に関する前記所定値をこうした領域でも車両姿勢が不安定になるおそれがあると推定される値に設定することにより、車両姿勢の安定時には、車両モデル演算に基づく操舵輪の舵角制御を停止して車両の横揺れを防止することができる。そして、車両姿勢に乱れが生じるおそれがある場合には、車両モデル演算に基づく操舵輪の舵角制御により車両姿勢を安定させることができる。その結果、車速にかかわらず車両姿勢を安定させることができるようになる。
請求項2に記載の発明は、ステアリングホイールと操舵輪との間の操舵伝達系の途中に設けられ前記操舵輪の舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段と、車両モデルに基づいて前記舵角の制御目標量を演算する演算手段とを備え、前記制御手段は、前記演算結果に基づいて前記舵角を変更すべく前記駆動手段を制御する車両用操舵装置であって、ヨーレイト及び横方向加速度の少なくとも一つに基づいて前記制御目標量を減少させる補正ゲインを演算するゲイン演算手段と、前記補正ゲインに基づいて前記演算結果を補正する補正手段とを備え、前記制御手段は、車速が所定速度以下である場合には、前記補正された演算結果に基づいて前記舵角を変更すべく前記駆動手段を制御すること、を要旨とする。
上記構成によれば、車速が所定速度以下である場合には、補正ゲインにより前記舵角の制御目標量が減少される。従って、所定速度を車両モデル演算に誤差が発生しやすい極低速領域に設定することにより、こうした極低速領域においては、過剰制御による車両の横揺れを抑制しつつ、車両モデル演算に基づく操舵輪の舵角制御により車両姿勢を安定させることができる。その結果、車速にかかわらず車両姿勢を安定させることができるようになる。
請求項3に記載の発明は、車両モデルに基づいてステア特性を判定する第2の判定手段を備え、前記制御手段は、前記ステア特性がオーバーステアであると判定された場合にはヨーモーメントの方向と逆方向の前記舵角を与えるよう前記駆動手段を制御し、前記ステア特性がアンダーステアであると判定された場合には前記舵角を小さくするよう前記駆動手段を制御することを要旨とする。
上記構成によれば、そのステア特性がニュートラルステアとなるように操舵輪の舵角が制御されるため、車両姿勢が安定する。
請求項4に記載の発明は、前記駆動手段は、前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第2の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置であることを要旨とする。
上記構成によれば、伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置にて、上記請求項1〜請求項3に記載の発明を具体化することができる。
本発明によれば、車速にかかわらず車両姿勢を安定させることが可能な車両用操舵装置を提供することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明をギヤ比可変システムを備えた車両用操舵装置(ステアリング装置)に具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施形態のステアリング装置1の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール(ステアリング)2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック5に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック5の往復直線運動に変換される。そして、このラック5の往復直線運動により操舵輪6の舵角、即ちタイヤ角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。
本実施形態のステアリング装置1は、ステアリングホイール2の舵角(操舵角)に対する操舵輪6の伝達比(ギヤ比)を可変させる伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ7と、該ギヤ比可変アクチュエータ7の作動を制御する第1ECU(IFSECU)8とを備えている。そして、本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ7が駆動手段を構成し、第1ECU8が制御手段を構成する。
詳述すると、ステアリングシャフト3は、ステアリング2が連結された第1シャフト9とラックアンドピニオン機構4に連結される第2シャフト10とからなり、ギヤ比可変アクチュエータ7は、第1シャフト9及び第2シャフト10を連結する差動機構11と、該差動機構11を駆動するモータ12とを備えている。そして、ギヤ比可変アクチュエータ7は、ステアリング操作に伴う第1シャフト9の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第2シャフト10に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構4に入力されるステアリングシャフト3の回転を増速(又は減速)する。
つまり、図2及び図3に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ7は、ステアリング操作に基づく操舵輪6の舵角(ステア転舵角θts)にモータ駆動に基づく操舵輪の舵角(ACT角θta)を上乗せすることにより、操舵角θsに対する操舵輪6のギヤ比を可変させる。そして、第1ECU8は、モータ12の作動を制御することによりギヤ比可変アクチュエータ7を制御する。即ち、第1ECU8は、ACT角θtaを制御することにより、そのギヤ比を可変させる(ギヤ比可変制御)。
尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsに対する操舵輪6のギヤ比」をオーバーオールギヤ比(操舵角θs/タイヤ角θt)で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のACT角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる(タイヤ角θt大、図2参照)。そして、逆方向のACT角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる(タイヤ角θt小、図3参照)。そして、本実施形態では、ステア転舵角θtsが第1の舵角を構成し、ACT角θtaが第2の舵角を構成する。
また、図1に示すように、ステアリング装置1は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するEPSアクチュエータ17と、該EPSアクチュエータ17の作動を制御する第2ECU(EPSECU)18とを備えている。
本実施形態のEPSアクチュエータ17は、その駆動源であるモータ22がラック5と同軸に配置される所謂ラック型のEPSアクチュエータであり、モータ22が発生するアシストトルクは、ボール送り機構(図示略)を介してラック5に伝達される。そして、第2ECU18は、このモータ22が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する(パワーアシスト制御)。
本実施形態では、上記のギヤ比可変アクチュエータ7を制御する第1ECU8、及びEPSアクチュエータ17を制御する第2ECU18は、車内ネットワーク(CAN:Controller Area Network)23を介して接続されており、該車内ネットワーク23には、車両状態量を検出するための複数のセンサが接続されている。具体的には、車内ネットワーク23には、操舵角センサ24、トルクセンサ25、車輪速センサ26a,26b、タイヤ角センサ27、スリップ角センサ28、車速センサ29、ブレーキセンサ30、ヨーレイトセンサ31、及び横方向加速度(横G)センサ32が接続されている。そして、上記各センサにより検出される複数の車両状態量、即ち操舵角θs、操舵トルクτ、車輪速Vtr,Vtl、タイヤ角θt、スリップ角θsp、車速V、ブレーキ信号Sbk、ヨーレイトRy、及び横方向加速度Fsは、車内ネットワーク23を介して第1ECU8及び第2ECU18に入力される。また、第1ECU8及び第2ECU18は、車内ネットワーク23を介した相互通信により、制御信号の送受信を行う。
そして、第1ECU8及び第2ECU18は、車内ネットワーク23を介して入力された上記各車両状態量及び制御信号に基づいて、上記のギヤ比可変制御及びパワーアシスト制御を統合的に実行する。
次に、本実施形態のステアリング装置1の電気的構成、及びその制御態様について説明する。
図4は、本実施形態のステアリング装置1の制御ブロック図である。同図に示すように、第1ECU8は、モータ制御信号を出力するマイコン33と、モータ制御信号に基づいてモータ12に駆動電力を供給する駆動回路34とを備えている。
尚、本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ7及びEPSアクチュエータ17の駆動源である各モータ12,22は、ともにブラシレスモータであり、駆動回路34、及び後述する第2ECU18の駆動回路44は、入力されるモータ制御信号に基づいて、それぞれ対応するモータ12,22に三相(U,V,W)の駆動電力を供給する。また、以下に示す各制御ブロックは、マイコン33(43)が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。
マイコン33は、演算手段としてのIFS制御演算部35、ギヤ比可変制御演算部36、LeadSteer制御演算部37を備え、これら各制御演算部は、それぞれ入力される車両状態量に基づいてACT角θtaの制御目標成分(及び制御信号)を演算する。
詳述すると、IFS制御演算部35には、操舵角θs、操舵トルクτ、車輪速Vtr,Vtl、タイヤ角θt、スリップ角θsp、車速V、ブレーキ信号Sbk、ヨーレイトRy、及び横方向加速度Fsが入力される。そして、IFS制御演算部35は、これらの車両状態量に基づいて、ACT角θtaの制御目標成分及び制御信号の演算を行う。具体的には、車両のヨーモーメントを制御しその姿勢を安定させるべく、ACT角θtaの制御目標成分としてIFS_ACT指令角θifs**を演算し、制御信号としてUS制御時ギヤ比可変ゲインKus、ドライバ操舵状態及びOS/US特性値の演算を行う(IFS制御演算)。
ここで、ヨー方向の車両姿勢は「ステア特性」として表現される。ステア特性とは、運転者がステアリング操作を行ったときに、運転者の想定する車両旋回角度と実際の車両旋回角度との差異についての特性であり、「車両旋回角度」は、車両が定常旋回状態にある場合には車両進行方向と言い換えることもできる。そして、想定する車両旋回角度よりも実際の車両旋回角度が大きい場合をオーバーステア(OS)、小さい場合をアンダーステア(US)、その差異がない場合をニュートラルステア(NS)という。そして、この「運転者の想定する車両旋回角度」は、車両モデルでは理論値と置き換えることができる。
本実施形態では、IFS制御演算部35は、ステア特性がオーバーステアである場合に、操舵輪6にヨーモーメントの方向と逆方向の舵角(カウンタステア)を与えるためのACT角θtaの制御目標成分としてIFS_ACT指令角θifs**を算出する。そして、ステア特性がアンダーステアである場合に、操舵輪6の切れ角を小さくするための制御信号としてUS制御時ギヤ比可変ゲインKusを算出する。尚、ドライバ操舵状態及びOS/US特性値については、IFS制御演算部35における内部演算処理に用いられるとともに、車内ネットワーク23を介して第2ECU18に送信される(図1参照)。そして、第2ECU18によるパワーアシスト制御に用いられる。
ギヤ比可変制御演算部36には、操舵角θs、タイヤ角θt及び車速V、並びにIFS制御演算部35により算出されたUS制御時ギヤ比可変ゲインKusが入力される。そして、ギヤ比可変制御演算部36は、これらの車両状態量(及び制御信号)に基づいて、車速Vに応じてギヤ比を可変させるための制御目標成分としてギヤ比可変ACT指令角θgr*を演算する(ギヤ比可変制御演算)。
尚、本実施形態では、ステア特性がアンダーステア状態の場合には、US制御時ギヤ比可変ゲインKusに基づいて操舵輪6の切れ角が小さくなるようなギヤ比可変ACT指令角θgr*が算出される。
LeadSteer制御演算部37には、車速V及び操舵速度ωsが入力される。尚、操舵速度ωsは、操舵角θsを微分することにより算出される(以下同様)。そして、LeadSteer制御演算部37は、これら車速V及び操舵速度ωsに基づいて操舵速度に応じて、車両の応答性を向上させるための制御目標成分としてLS_ACT指令角θls*を演算する(LeadSteer制御演算)。
IFS制御演算部35、ギヤ比可変制御演算部36及びLeadSteer制御演算部37は、上記各演算により算出された各制御目標成分、即ちIFS_ACT指令角θifs**、ギヤ比可変ACT指令角θgr*、及びLS_ACT指令角θls*を加算器38aに出力する。そして、この加算器38aにおいて、これらIFS_ACT指令角θifs**、ギヤ比可変ACT指令角θgr*、及びLS_ACT指令角θls*が重畳されることによりACT角θtaの制御目標であるACT指令角θta*が算出される。
加算器38aにて算出されたACT指令角θta*は、FF制御演算部39及びFB制御演算部40に入力される。また、FB制御演算部40には、モータ12に設けられた回転角センサ41により検出されるACT角θtaが入力される。そして、FF制御演算部39は、入力されたACT指令角θta*に基づくフィードフォワード演算により制御量εffを算出し、FB制御演算部40は、ACT指令角θta*及びACT角θtaに基づくフィードバック演算により制御量εfbを算出する。
FF制御演算部39及びFB制御演算部40は、算出された制御量εff及び制御量εfbを加算器38bに出力する。そして、制御量εff及び制御量εfbは、加算器38bにおいて重畳され電流指令としてモータ制御信号出力部42に入力される。そして、モータ制御信号出力部42は、入力された電流指令に基づいてモータ制御信号を生成し駆動回路34に出力する。
即ち、図5のフローチャートに示すように、マイコン33は、車両状態量として上記各センサからセンサ値を取り込むと(ステップ101)、先ずIFS制御演算を行い(ステップ102)、続いてギヤ比可変制御演算(ステップ103)、及びLeadSteer制御演算を行う(ステップ104)。そして、マイコン33は、上記ステップ102〜ステップ104の各演算処理を実行することにより算出されたIFS_ACT指令角θifs**、ギヤ比可変ACT指令角θgr*、及びLS_ACT指令角θls*を重畳することにより、制御目標であるACT指令角θta*を算出する。
そして、マイコン33は、この算出されたACT指令角θta*に基づいてフィードフォワード演算(ステップ105)及びフィードバック演算(ステップ106)を行うことにより電流指令を算出し、その電流指令に基づいてモータ制御信号の出力を行う(ステップ107)。
一方、図4に示すように、第2ECU18は、第1ECU8と同様に、マイコン43と、駆動回路44とを備えている。マイコン43は、アシスト制御部45、トルク慣性補償制御部46、ステアリング戻し制御部47、及びダンパ補償制御部48を備え、これら各制御部は、それぞれ入力される車両状態量に基づいてモータ22が発生するアシストトルクの制御目標成分を演算する。
詳述すると、アシスト制御部45及びトルク慣性補償制御部46には、それぞれ車速V及び操舵トルクτが入力される。そして、アシスト制御部45は、ベースとなる制御目標成分として基本アシスト電流指令Ias*を演算し、トルク慣性補償制御部46は、モータ22の慣性を補償する制御目標成分である慣性補償電流指令Iti*を演算する。
ステアリング戻し制御部47には、車速V、操舵トルクτ、及びタイヤ角θtが入力され、ダンパ補償制御部48には、車速V及び操舵速度ωsが入力される。そして、ステアリング戻し制御部47は、ステアリング2の戻り特性を改善するための制御目標成分であるステアリング戻し電流指令Isb*を演算し、ダンパ補償制御部48は、高速走行時のパワーアシスト特性を改善するための制御目標成分であるダンパ補償電流指令Idp*を演算する。
また、マイコン43は、IFSトルク補償制御部49を備え、該IFSトルク補償制御部49には、上記IFS制御演算部35において演算されたIFS_ACT指令角θifs**、US制御時ギヤ比可変ゲインKus、ドライバ操舵状態、及びOS/US特性値が入力される。そして、IFSトルク補償制御部49は、これらIFS_ACT指令角θifs**、US制御時ギヤ比可変ゲインKus、ドライバ操舵状態、及びOS/US特性値に基づいて、IFS制御時のステアリングフィールを改善するためのIFSトルク補償ゲインKifsを演算する。
トルク慣性補償制御部46、ステアリング戻し制御部47、及びダンパ補償制御部48により算出された慣性補償電流指令Iti*、ステアリング戻し電流指令Isb*、及びダンパ補償電流指令Idp*は、加算器50に入力される。また、アシスト制御部45において算出された基本アシスト電流指令Ias*は、IFSトルク補償制御部49において算出されたIFSトルク補償ゲインKifsが乗ぜられた後、加算器50に入力される。そして、この加算器50において、これらの各制御目標成分が重畳されることにより、モータ22が発生するアシストトルクの制御目標である電流指令が算出される。
加算器50において算出された電流指令は、モータ制御信号出力部51に入力される。また、モータ制御信号出力部51には、モータ22に設けられた電流センサ52及び回転センサ53により検出される実電流及び回転角が入力される。そして、モータ制御信号出力部51は、これら電流指令、実電流及び回転角に基づいてフィードバック制御を行うことによりモータ制御信号を生成する。そして、そのモータ制御信号を駆動回路44に出力する。
次に、IFS制御演算部におけるIFS制御演算処理について詳述する。
図6は、IFS制御演算部の制御ブロック図である。同図に示すように、IFS制御演算部35は、車両モデル演算部61、跨ぎ路判定部62、ステア特性演算部63、ドライバ操舵状態演算部64、OS制御演算部65、US制御演算部66、制御ON/OFF判定部67、IFS_ACT指令角演算部68、及びカウンタ補正演算部69を備えている。尚、本実施形態では、制御ON/OFF判定部67が判定手段を構成し、ステア特性演算部63が第2の判定手段を構成する。
車両モデル演算部61には、操舵角θs及び車速Vが入力される。そして、車両モデル演算部61は、この操舵角θs及び車速Vに基づいて車両モデル演算を行い、目標ヨーレイトRy0及び目標スリップ角θsp0を算出する。
尚、本実施形態の車両モデル演算部61における車両モデル演算、即ち車両モデルに基づいて、操舵角θs及び車速Vから目標ヨーレイトRy0及び目標スリップ角θsp0を算出する演算方法は、例えば前述の特許文献1等にて公知であるため、その説明を省略する。
跨ぎ路判定部62には、車輪速Vtr,Vtl、タイヤ角θt、車速V、及びブレーキ信号Sbkが入力される。そして、跨ぎ路判定部62は、これらの車両状態量に基づいて、車両が跨ぎ路、即ち車両の左右の車輪がそれぞれ路面抵抗の著しく異なる2つの路面(μスプリット路面)上にあるか否かの判定を行う。詳しくは、μスプリット状態における制動、即ちμスプリット制動状態にあるか否かの判定を行う(跨ぎ路判定)。
ステア特性演算部63には、操舵角θs、車速V、及びヨーレイトRy、並びに車両モデル演算部61において算出された目標ヨーレイトRy0が入力される。そして、ステア特性演算部63は、これらの車両状態量に基づいて、車両のステア特性、即ち、車両がオーバーステア、アンダーステア、又はニュートラルステアの何れの状態にあるかを演算し、その特性を示すOS/US特性値を算出する(ステア特性演算)。
ドライバ操舵状態演算部64には、操舵トルクτ、操舵角θs及び操舵速度ωsが入力される。そして、ドライバ操舵状態演算部64は、この操舵トルクτ、操舵角θs及び操舵速度ωsに基づいて、運転者の操舵状態、即ち運転者のステアリング操作が、操舵角θsの絶対量を増加させる「切り込み」であるか、又は操舵角θsの絶対量を減少させる「切り戻し」であるかを演算する(ドライバ操舵状態演算)。
OS制御演算部65は、ヨーレイトFB演算部71、スリップ角FB演算部72、及びヨー角FB演算部73により構成され、これら各FB演算部は、それぞれ対応する車両状態量がその目標値に追従するようフィードバック演算を行う。
詳述すると、ヨーレイトFB演算部71には、ヨーレイトRy、及び車両モデル演算部61において算出された目標ヨーレイトRy0が入力される。そして、ヨーレイトFB演算部71は、その偏差ΔRyに基づいてフィードバック演算を行う。具体的には、偏差ΔRyに比例FBゲインKPを乗ずることによりヨーレイト比例FB指令角θRyp*を算出し、偏差ΔRyの微分量に微分FBゲインKDを乗ずることによりヨーレイト微分FB指令角θRyd*を算出する(ヨーレイトFB演算)。
スリップ角FB演算部72には、スリップ角θsp、及び車両モデル演算部61において算出された目標スリップ角θsp0が入力される。そして、スリップ角FB演算部72は、その偏差Δθspにスリップ角FBゲインKslipを乗ずることにより、スリップ角FB指令角θsp*を算出する(スリップ角FB演算)。
ヨー角FB演算部73には、目標ヨーレイトRy0及びヨーレイトRyが入力される。ヨー角FB演算部73は、目標ヨー角演算部73a及びヨー角演算部73bを備え、各目標ヨー角演算部73a及びヨー角演算部73bは、それぞれ入力された目標ヨーレイトRy0及びヨーレイトRyを積分することにより目標ヨー角θy0及びヨー角θyを算出する。そして、ヨー角FB演算部73は、その偏差Δθyにヨー角FBゲインKyawを乗ずることにより、ヨー角FB指令角θy*を算出する(ヨー角FB演算)。
尚、本実施形態では、ヨー角FB演算部73には、上記跨ぎ路判定部62における判定結果がトリガとして入力される。そして、跨ぎ路判定部62において車両がμスプリット制動状態にないと判定された場合には、このヨー角FB演算部73におけるヨー角FB演算は行われない。
ヨーレイトFB演算部71、スリップ角FB演算部72、及びヨー角FB演算部73において算出された各車両状態量に関する上記各制御目標成分、即ちヨーレイト比例FB指令角θRyp*、ヨーレイト微分FB指令角θRyd*、スリップ角FB指令角θsp*、及びヨー角FB指令角θy*は、加算器74に入力される。そして、OS制御演算部65は、この加算器74において、これらの各制御目標成分を重畳することにより、ステア特性がオーバーステアである場合のACT角θtaの制御目標成分、即ち操舵輪6にヨーモーメントの方向と逆方向の舵角(カウンタステア)を与える制御目標成分として、OS制御時ACT指令角θos*を算出する(OS制御演算)。
US制御演算部66には、操舵角θs及び操舵速度ωs、並びにステア特性演算部63において算出されたOS/US特性値が入力される。そして、US制御演算部66は、これら車両状態量に基づいてUS制御時ギヤ比可変ゲインKusを算出する(US制御演算)。
また、US制御演算部66には、制御ON/OFF判定部67における制御ON/OFF判定(後述)の判定結果として制御ON/OFF信号が入力される。そして、US制御演算部66は、その制御ON/OFF信号が「US制御ON」である場合には、上記US制御演算により算出したUS制御時ギヤ比可変ゲインKusをギヤ比可変制御演算部36に出力する。尚、制御ON/OFF判定部67から入力される制御ON/OFF信号が「US制御ON」ではない場合には、US制御時ギヤ比可変ゲインKusを「1」としてギヤ比可変制御演算部36に出力する。
本実施形態では、制御ON/OFF判定部67には、車速V、ヨーレイトRy、及び横方向加速度Fs、並びにステア特性演算部63において算出されたOS/US特性値が入力される。そして、制御ON/OFF判定部67は、これら車両状態量に基づいて、上記OS制御演算部65で算出されたOS制御時ACT指令角θos*に基づくオーバーステア制御(OS制御)、或いはUS制御演算部66で算出されたUS制御時ギヤ比可変ゲインKusに基づくアンダーステア制御(US制御)を行うか否かを判定する(制御ON/OFF判定)。
そして、制御ON/OFF判定部67は、この制御ON/OFF判定の判定結果、即ちOS制御を行う「OS制御ON」、又はUS制御を行う「US制御ON」、或いはこれらの制御を行わない「制御OFF」を制御ON/OFF信号として、US制御演算部66及びIFS_ACT指令角演算部68に出力する。
IFS_ACT指令角演算部68には、上記制御ON/OFF信号、及びOS制御演算部65により算出されたOS制御時ACT指令角θos*が入力される。そして、IFS_ACT指令角演算部68は、これらOS制御時ACT指令角θos*及び制御ON/OFF信号に基づいてIFS_ACT指令角θifs*を演算する(IFS_ACT指令角演算)。
具体的には、入力された制御ON/OFF信号が「OS制御ON」である場合には、OS制御時ACT指令角θos*をIFS_ACT指令角θifs*とし、制御ON/OFF信号が「OS制御ON」ではない場合には、IFS_ACT指令角θifs*を「0」とする。
カウンタ補正演算部69には、IFS_ACT指令角θifs*、及び上記ドライバ操舵状態演算部64において演算された「ドライバ操舵状態」が入力される。そして、カウンタ補正演算部69は、入力されたドライバ操舵状態に基づいてIFS_ACT指令角θifs*を補正演算を実行し、その補正後のIFS_ACT指令角θifs**を出力する(カウンタ補正演算)。尚、本実施形態では、上記「ドライバ操舵状態」は、カウンタ補正ゲインとして入力され、カウンタ補正演算部69は、カウンタ補正演算において、そのカウンタ補正ゲインをIFS_ACT指令角θifs*に乗ずることによりIFS_ACT指令角θifs**を算出する。
そして、IFS制御演算部35は、上記各演算部(判定部)による演算処理(判定処理)を以下のように実行することによりIFS制御演算を行う。
即ち、図7のフローチャートに示すように、IFS制御演算部35は、先ず、車両モデル演算を実行し(ステップ201)、次に跨ぎ路判定を実行する(ステップ202)。そして、ステア特性演算を実行し(ステップ203)、続いてドライバ操舵状態演算を実行する(ステップ204)。
次に、IFS制御演算部35は、上記ステップ201の車両モデル演算において算出された目標ヨーレイトRy0及び目標スリップ角θsp0に基づいてヨーレイトFB演算及びスリップ角FB演算を実行し(ステップ205)、上記ステップ202における跨ぎ路判定の判定結果をトリガとしてヨー角FB演算を実行する(ステップ206)。
そして、IFS制御演算部35は、このステップ205,206における上記の各FB演算により各車両状態量に対応する制御目標成分を算出し、これらの各制御目標成分を重畳することにより、OS制御のベースとなるACT角θtaの制御目標成分としてOS制御時ACT指令角θos*を算出する。
次に、IFS制御演算部35は、US制御演算を実行し(ステップ207)、続いて制御ON/OFF判定を実行する(ステップ208)。そして、ステップ208の判定結果に基づいてIFS_ACT指令角演算を実行し、OS制御のためのACT角θtaの制御目標成分としてIFS_ACT指令角θifs*を算出する(ステップ209)。そして、ステップ204において演算されたドライバ操舵状態に基づいてカウンタ補正演算を実行することによりIFS_ACT指令角θifs**を出力する(ステップ210)。
次に、制御ON/OFF判定部67における制御ON/OFF判定について詳述する。
図8は、制御ON/OFF判定部による制御ON/OFF判定処理のフローチャートである。同図に示すように、制御ON/OFF判定部67は、先ず、車速Vが予め設定された所定速度V0以下であるか否かについて判定する(ステップ301)。尚、本実施形態では、この所定速度V0は、極低速(例えば5Km/h)、即ち上記の車両モデル演算において演算誤差が生じやすくなる領域に設定されている。
そして、制御ON/OFF判定部67は、このステップ301において、車速Vが所定速度V0以下であると判定した場合(ステップ301:YES)、続いてヨーレイトRyの絶対値が予め設定された所定値α0以上、且つ横方向加速度Fsの絶対値が予め設定された所定値β0以上であるか否かについて判定する(ステップ302)。尚、本実施形態では、実験やシミュレーション等により、車速Vが極めて低い領域においても車両姿勢が不安定になる(車両姿勢に乱れが生ずる)と推定されるヨーレイトRy及び横方向加速度Fsが求められ、その値が各所定値α0,β0として設定されている。
そして、制御ON/OFF判定部67は、このステップ302において、ヨーレイトRyの絶対値が所定値α0以上、且つ横方向加速度Fsの絶対値が所定値β0以上ではないと判定した場合(ステップ302:NO)には、上記OS制御及びUS制御を行わない、即ち「制御OFF」と判定する(ステップ303)。
一方、上記ステップ301において車速Vが所定速度V0以下ではないと判定した場合(ステップ301:NO)、即ち車速Vが極低速領域にない場合には、制御ON/OFF判定部67は、ステップ304以下の処理を実行し、OS制御を行うか否か、或いはUS制御を行うか否かの判定を行う。
同様に、上記ステップ302においてヨーレイトRyの絶対値が所定値α0以上、且つ横方向加速度Fsの絶対値が所定値β0以上であると判定した場合(ステップ302:YES)もまた、制御ON/OFF判定部67は、ステップ304以下の処理を実行し、OS制御を行うか否か、或いはUS制御を行うか否かの判定を行う。
即ち、本実施形態では、制御ON/OFF判定部67は、そのヨーレイトRy及び横方向加速度Fsの絶対値が所定値(α0,β0)以上である場合には、その車速Vが所定速度V0以下である場合においても、OS制御を行うか否か、或いはUS制御を行うか否かの判定を行う。
そして、制御ON/OFF判定部67は、先ず、車両状態OS、且つヨーレイトRyの絶対値が予め設定された所定値α1以上であるか否かを判定する(ステップ304)。そして、車両状態OS、且つヨーレイトRyの絶対値が所定値α1以上であると判定した場合(ステップ304:YES)には、OS制御を行うべきオーバーステア状態にある、即ち「OS制御ON」と判定する(ステップ305)。
また、制御ON/OFF判定部67は、上記ステップ304において、車両状態OS、且つヨーレイトRyの絶対値が所定値α1以上ではないと判定した場合(ステップ304:NO)、続いて車両状態US、且つヨーレイトRyの絶対値が予め設定された所定値α2以上であるか否かを判定する(ステップ306)。そして、車両状態US、且つヨーレイトRyの絶対値が所定値α2以上であると判定した場合(ステップ306:YES)には、US制御を行うべきアンダーステア状態にある、即ち「US制御ON」と判定する(ステップ307)。
そして、制御ON/OFF判定部67は、上記ステップ306において車両状態US、且つヨーレイトRyの絶対値が所定値α2以上ではないと判定した場合(ステップ306:NO)には、上記OS制御及びUS制御を行わない、即ち「制御OFF」と判定する(ステップ308)。
以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
(1)制御ON/OFF判定部67は、車速Vが所定速度V0以下であるか否かについて判定し(ステップ301)、車速Vが所定速度V0以下であると判定した場合には、続いてヨーレイトRyの絶対値が所定値α0以上、且つ横方向加速度Fsの絶対値が所定値β0以上であるか否かについて判定する(ステップ302)。そして、制御ON/OFF判定部67は、このステップ302において、ヨーレイトRyの絶対値が所定値α0以上、且つ横方向加速度Fsの絶対値が所定値β0以上ではないと判定した場合(ステップ302:NO)には、上記OS制御及びUS制御を行わない、即ち「制御OFF」と判定する(ステップ303)。
このような構成とすれば、車速Vが所定速度V0以下、即ち極低速である場合には、ヨーレイトRy及び横方向加速度Fsの絶対値が所定値(α0,β0)以上、即ち特に車両姿勢が不安定になると推定される値を超えない限り、OS制御又はUS制御、即ち車両モデルに基づく操舵輪6の舵角制御は実行されない。従って、こうした車速Vが極低速な領域にある場合において、車両姿勢の安定時には、OS制御又はUS制御を停止して車両モデル演算の演算誤差に起因する車両の横揺れを防止することができる。そして、車速Vが極低速な領域にある場合においても、車両姿勢に乱れが生じるおそれがある場合には、OS制御又はUS制御により車両姿勢を安定させることができる。その結果、車速にかかわらず車両姿勢を安定させることができるようになる。
(第2の実施形態)
以下、本発明をギヤ比可変システムを備えた車両用操舵装置に具体化した第2の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のステアリング装置のハードウェア構成は、上記第1の実施形態のステアリング装置1と同一であり、第1ECU8内の制御ブロック、詳しくは、そのIFS制御演算部の構成のみが相違する。
詳述すると、図9に示すように、本実施形態のIFS制御演算部85は、低速時補正ゲイン演算部86を備えている。低速時補正ゲイン演算部86には、車速V、ヨーレイトRy及び横方向加速度Fsが入力される。そして、低速時補正ゲイン演算部86は、入力されたヨーレイトRy及び横方向加速度Fsに基づいて、OS制御のためのACT角θtaの制御目標成分、即ちIFS_ACT指令角θifs*を減少させる低速時補正ゲインKslowを演算する。
尚、本実施形態では、低速時補正ゲインKslowとヨーレイトRy及び横方向加速度Fsとの関係は、予め実験やシミュレーション等により求められ、マップ形式でメモリ(図示略)内に記憶されている。そして、IFS制御演算部85は、そのマップを参照することにより低速時補正ゲインKslowを算出する。
また、本実施形態では、低速時補正ゲイン演算部86は、入力された車速Vが所定速度V0以下であるか否かを判定する。そして、車速Vが所定速度V0以下である場合には、上記のように低速時補正ゲインKslowの演算を行い、該演算により算出された低速時補正ゲインKslowをIFS_ACT指令角演算部88に出力する。尚、車速Vが所定速度V0以下ではない場合、低速時補正ゲイン演算部86は、低速時補正ゲインKslowを「1」としてIFS_ACT指令角演算部88に出力する。
IFS_ACT指令角演算部88には、上記第1の実施形態のIFS_ACT指令角演算部68と同様に、OS制御演算部65により算出されたOS制御時ACT指令角θos*、及び制御ON/OFF判定部87の判定結果である制御ON/OFF信号が入力される。そして、IFS_ACT指令角演算部88は、OS制御時ACT指令角θos*に低速時補正ゲインKslowを乗ずることにより、IFS_ACT指令角θifs*を算出する。即ち、本実施形態では、低速時補正ゲイン演算部86がゲイン演算手段を構成し、IFS_ACT指令角演算部88が補正手段を構成する。
尚、本実施形態の制御ON/OFF判定部87は、上記第1の実施形態の制御ON/OFF判定部67のような、車速V、並びにヨーレイトRy及び横方向加速度Fsに基づく条件判定は行わない(図8、ステップ301〜ステップ303参照)。そのため、本実施形態では、制御ON/OFF判定部87には、車速V及び横方向加速度Fsは入力されない。
次に、上記のように構成されたIFS制御演算部によるIFS制御演算について、図10及び図11のフローチャートを参照して説明する。尚、図10のフローチャート中、ステップ401〜ステップ407、及びステップ410の各演算処理については、図5に示す上記第1の実施形態におけるIFS制御演算処理のフローチャート中のステップ201〜ステップ207、及びステップ210の各演算処理と同一であるため、その説明を省略する。
図10のフローチャートに示すように、本実施形態のIFS制御演算部85は、ステップ401〜ステップ407の各演算処理に加え、ステップ407aにおいて低速時補正ゲイン演算を行う。そして、このステップ407aにおいて算出された低速時補正ゲインKslowに基づいて、ステップ409のIFS_ACT指令角演算を実行することにより、OS制御のためのACT角θtaの制御目標成分、即ちIFS_ACT指令角θifs*を算出する。
更に詳述すると、図11のフローチャートに示すように、IFS制御演算部85は、ステップ407aの低速時補正ゲイン演算において、先ず、車速Vが予め設定された所定速度V0以下であるか否かについて判定する(ステップ501)。尚、この所定速度V0は、上記第1の実施形態と同様に、極低速(例えば5Km/h)、即ち上記の車両モデル演算において演算誤差が生じやすくなる領域に設定されている。
そして、このステップ501において、車速Vが所定速度V0以下であると判定した場合(ステップ501:YES)には、IFS_ACT指令角θifs*を減少させる低速時補正ゲインKslowを演算する(ステップ502)。また、車速Vが所定速度V0以下ではないと判定した場合(ステップ501:NO)には、低速時補正ゲインKslowを「1」とする(ステップ503)。
次に、IFS制御演算部85は、ステップ408において制御ON/OFF判定を行う(ステップ504〜ステップ508)。尚、上述のように、本実施形態の制御ON/OFF判定では、車速V、並びにヨーレイトRy及び横方向加速度Fsに基づく条件判定は行わない。また、このステップ504〜ステップ508の処理は、図8のフローチャート中のステップ304〜ステップ308の処理と同一であるため、その説明を省略する。
次に、IFS制御演算部85は、ステップ409のIFS_ACT指令角演算において、先ず、ステップ408における制御ON/OFF判定の判定結果が「OS制御ON」であるか否かについて判定する(ステップ509)。そして、判定結果が「OS制御ON」である場合(ステップ509:YES)には、OS制御時ACT指令角θos*に低速時補正ゲインKslowを乗ずることによりIFS_ACT指令角θifs*を算出する(ステップ510)。また、判定結果が「OS制御ON」ではない場合(ステップ509:NO)には、IFS_ACT指令角θifs*を「0」とする(ステップ511)。
以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
(1)IFS制御演算部85は、低速時補正ゲイン演算部86を備え、低速時補正ゲイン演算部86は、車速Vが所定速度V0以下である場合に、ヨーレイトRy及び横方向加速度Fsに基づいてIFS_ACT指令角θifs*を減少させる低速時補正ゲインKslowを演算する。そして、IFS_ACT指令角演算部88は、OS制御時ACT指令角θos*に低速時補正ゲインKslowを乗ずることにより、IFS_ACT指令角θifs*を算出する。
このような構成とすれば、車速Vが所定速度V0以下、即ち極低速である場合には、低速時補正ゲインKslowにより、OS制御のためのACT角θtaの制御目標成分、即ち車両モデルに基づく制御目標成分が低減される。従って、こうした車速Vが極めて低速領域にある場合にも、車両モデル演算の演算誤差に起因する車両の横揺れを抑制しつつ、OS制御により車両姿勢を安定に維持することができる。その結果、車速にかかわらず車両姿勢を安定させることができるようになる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、本発明をギヤ比可変システムを備えた車両用操舵装置に具体化したが、ステアリングホイールと操舵輪との間の機械的連結部を有しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用する車両用操舵装置に具体化してもよい。
・上記各実施形態では、IFS制御演算部35(85)は、ギヤ比可変アクチュエータ7を制御する第1ECU8側に設けたが、EPSアクチュエータ17を制御する第2ECU18側に設けてもよい。
・上記第1の実施形態では、制御ON/OFF判定部67は、車速Vが所定速度V0以下である場合の条件判定(図8、ステップ302参照)において、ヨーレイトRy及び横方向加速度Fsの絶対値が予め設定された所定値(α0,β0)以上であるか否かについて判定することとした。しかし、これに限らず、この条件判定においては、ヨーレイトRy又は横方向加速度Fsの少なくとも一方について判定するものであればよく、例えば、ヨーレイトRy又は横方向加速度Fsの何れか一方のみについて判定するものでも、或いは、少なくとも何れか一方が所定値以上であるか否かを判定するものであってもよい。
・上記第2の実施形態では、低速時補正ゲイン演算部86は、ヨーレイトRy及び横方向加速度Fsに基づいて低速時補正ゲインKslowを演算することとしたが、ヨーレイトRy又は横方向加速度Fsの少なくとも何れか一方に基づいて低速時補正ゲインKslowを演算する構成としてもよい。
・上記第2の実施形態では、低速時補正ゲイン演算部86において、車速Vが所定速度V0以下であるか否かを判定する構成としたが、IFS_ACT指令角演算部88において、上記速度判定を行う構成としてもよい。即ち、車速Vが所定速度V0以下である場合に、低速時補正ゲインKslowにより補正されたIFS_ACT指令角θifs*に基づいてOS制御が行われる構成であればよい。
次に、以上の実施形態から把握することができる請求項以外の技術的思想を記載する。
(イ)車両モデルに基づいて操舵輪の舵角の制御目標量を演算し、その演算結果に基づいて前記舵角を制御する操舵制御方法であって、車速が所定速度以下である場合に、ヨーレイト及び横方向加速度の少なくとも一つについて、その絶対値が所定値以上であるか否かを判定し、前記絶対値が前記所定値以上ではない場合には前記演算結果に基づく前記舵角の制御を行わないこと、を特徴とする操舵制御方法。
(ロ)車両モデルに基づいて操舵輪の舵角の制御目標量を演算し、その演算結果に基づいて前記舵角を制御する操舵制御方法であって、ヨーレイト及び横方向加速度の少なくとも一つに基づいて前記制御目標量を減少させる補正ゲインを演算し、車速が所定速度以下である場合には前記補正ゲインに基づいて前記演算結果を補正すること、を特徴とする操舵制御方法。
ステアリング装置の概略構成図。 ギヤ比可変制御の説明図。 ギヤ比可変制御の説明図。 ステアリング装置の制御ブロック図。 第1の実施形態における第1ECU側の演算処理を示すフローチャート。 第1の実施形態におけるIFS制御演算部の制御ブロック図。 第1の実施形態におけるIFS制御演算処理のフローチャート。 第1の実施形態における制御ON/OFF判定処理のフローチャート。 第2の実施形態におけるIFS制御演算部の制御ブロック図。 第2の実施形態におけるIFS制御演算処理のフローチャート。 第2の実施形態におけるIFS制御演算処理のフローチャート。
符号の説明
1…ステアリング装置、2…ステアリングホイール(ステアリング)、6…操舵輪、7…ギヤ比可変アクチュエータ、8…第1ECU(IFSECU)、35,85…IFS制御演算部、61…車両モデル演算部、63…ステア特性演算部、67,87…制御ON/OFF判定部、86…低速時補正ゲイン演算部、V…車速、V0…所定速度、Ry…ヨーレイト、Fs…横方向加速度、α0…所定値、β0…所定値、θt…タイヤ角、θts…ステア転舵角、θta…ACT角、θifs*,θifs**…IFS_ACT指令角、Kslow…低速時補正ゲイン。

Claims (4)

  1. ステアリングホイールと操舵輪との間の操舵伝達系の途中に設けられ前記操舵輪の舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段と、車両モデルに基づいて前記舵角の制御目標量を演算する演算手段とを備え、前記制御手段は、前記演算結果に基づいて前記舵角を変更すべく前記駆動手段を制御する車両用操舵装置であって、
    車速が所定速度以下である場合に、ヨーレイト及び横方向加速度の少なくとも一つについて、その絶対値が所定値以上であるか否かを判定する判定手段を備え、
    前記制御手段は、前記絶対値が前記所定値以上ではない場合には前記演算結果に基づく制御を行わないこと、を特徴とする車両用操舵装置。
  2. ステアリングホイールと操舵輪との間の操舵伝達系の途中に設けられ前記操舵輪の舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段と、車両モデルに基づいて前記舵角の制御目標量を演算する演算手段とを備え、前記制御手段は、前記演算結果に基づいて前記舵角を変更すべく前記駆動手段を制御する車両用操舵装置であって、
    ヨーレイト及び横方向加速度の少なくとも一つに基づいて前記制御目標量を減少させる補正ゲインを演算するゲイン演算手段と、
    前記補正ゲインに基づいて前記演算結果を補正する補正手段とを備え、
    前記制御手段は、車速が所定速度以下である場合には、前記補正された演算結果に基づいて前記舵角を変更すべく前記駆動手段を制御すること、
    を特徴とする車両用操舵装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の車両用操舵装置において、
    車両モデルに基づいてステア特性を判定する第2の判定手段を備え、
    前記制御手段は、前記ステア特性がオーバーステアであると判定された場合にはヨーモーメントの方向と逆方向の前記舵角を与えるよう前記駆動手段を制御し、前記ステア特性がアンダーステアであると判定された場合には前記舵角を小さくするよう前記駆動手段を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。
  4. 請求項1〜請求項3のうちの何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
    前記駆動手段は、前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第1の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第2の舵角を上乗せすることにより、前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置であること、
    を特徴とする車両用操舵装置。
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