JP4409375B2 - 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反力制御装置に関するものである。

車両用操舵装置として電動式パワーステアリング装置が知られている。電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに結合されたステアリングシャフトと転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されるとともに、操舵力を補助するための電動機が前記転舵機構に連係されていて、一般に、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクが大きいほど補助操舵力が大きくなるように前記電動機の駆動トルク指令値（駆動電流値）を制御している。

また、この電動式パワーステアリング装置では、外乱に起因する車両の不整挙動を抑制するために、車両挙動（例えばヨーレート）を検出手段で検出し、この車両挙動を打ち消す方向の駆動トルク補正値を算出し、操舵トルクに応じて設定するベース駆動トルク指令値から前記駆動トルク補正値を減算して駆動トルク指令値とし、前記電動機を制御するものもある（例えば、特許文献１参照）。このように構成した場合、通常の旋回走行時などにおいてヨーレートが発生した場合にも、これらを抑制する方向、すなわち車両を直進状態に復帰させる方向に駆動トルク補正値を発生させる。したがって、駆動トルク補正値はアシスト力に対する反力成分と言える。

さらに、前記電動パワーステアリング装置には、車両挙動（ヨーレートや横加速度）の時間的変化、すなわち変化率に基づいて算出した反力成分も加味することで、車両挙動の変化に対する挙動抑制の応答性を高めるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
特許第３２２９０７４号公報 特許第３１１０８９１号公報

しかしながら、従来は、例えばヨーレートの変化率（ヨーレートの微分値）に応じた反力成分を算出する場合に、ヨーレートの大小にかかわらずヨーレートの微分値に応じた制御量（微分制御量）を同じに設定しているため、場合によっては微分制御が過多になって操舵フィーリングの悪化を招くことがあり、改良の余地があった。
例えば、ヨーレートが大きい領域（旋回中など）で最適設定した微分制御量では、ヨーレートが小さい領域（直進中など）において微分制御が効き過ぎてしまい、ヨーレートの変化率に応じた反力成分が過多な操舵フィーリングになる。
そこで、この発明は、ヨーレートの変化率に応じて設定される２次反力成分を、ヨーレートの大きさに応じて可変にすることにより、良好な操舵フィーリングを得ることができる反力制御装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の運転者により操作される操作子（例えば、後述する実施の形態におけるステアリングホイール３）に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置において、前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段（例えば、後述する実施の形態におけるヨーレートセンサ１８）と、前記ヨーレート検出手段の検出値が大きいほど１次反力成分（例えば、後述する実施の形態における１次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ａ）を大きく設定する１次反力成分制御手段（例えば、後述する実施の形態におけるヨーレート補正電流算出部３６）と、前記ヨーレート検出手段の検出値の変化率が大きいほど２次反力成分（例えば、後述する実施の形態における２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂ）を大きく設定し且つ前記ヨーレート検出手段の検出値が大きいほど前記２次反力成分を大きく設定する２次反力成分制御手段（例えば、後述する実施の形態における２次反力成分制御手段３７）と、を備え、前記反力成分は、前記１次反力成分と前記２次反力成分を含むことを特徴とする。
このように構成することにより、ヨーレートの大きさと変化率に応じて２次反力成分を可変にすることができ、ヨーレートの変化率が同じであってもヨーレートが大きいほど２次反力成分を大きく設定することができる。

請求項１に係る発明によれば、ヨーレートが大きい領域（旋回中など）では、ヨーレートが小さい領域（直進中など）よりも、ヨーレートの微分制御量を大きく設定することができ、したがって、ヨーレートの変化率が同じ場合、ヨーレートが大きい領域の方をヨーレートが小さい領域よりも２次反力成分を大きく設定することができる。その結果、ヨーレートが大きいときにはヨーレートの変化に対する挙動抑制の応答性を高めることができ、また、ヨーレートが小さいときに２次反力成分が過多になるのを防止することができて、ヨーレートの小さい領域から大きい領域まで広範囲に渡って、操舵フィーリングの最適化を図ることができる。

以下、この発明に係る反力制御装置の実施例を図１および図２の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（ヨーレート検出手段）１８と、車速に対応した電気信号を出力する車速センサ（車速検出手段）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。この実施例においては、ヨーレートから車両挙動を検出しており、ヨーレートセンサ１８は車両の挙動を検出する車両挙動検出センサを構成する。

そして、ステアリング制御装置２０は、これらセンサ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、この実施例における電動機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、反力補正部（反力成分制御手段）３３を備えている。
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。ここで、ベース電流テーブルは、操舵トルクが大きくなるにしたがってベース電流が大きくなり、車速が大きくなるにしたがってベース電流が小さくなるように設定されている。
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、この実施例の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相殺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、ダンパ補正部３４とヨーレート反力補正部３５とからなる。
ダンパ補正部３４は操舵速度に基づいて第１反力補正電流を算出し、前記慣性マス補償後の電流から第１反力補正電流を減算する。

ヨーレート反力補正部３５は、ヨーレートに基づいて第２反力補正電流Ｉｍ２を算出し、ダンパ補正部３４から出力される電流から第２反力補正電流Ｉｍ２を減算して、目標電流を算出する。
第２反力補正電流Ｉｍ２は、基本的に、ヨーレートセンサ１８で検出したヨーレートに基づいて算出する１次ヨーレート反力補正電流（１次反力成分）Ｉｍ２ａと、ヨーレートセンサ１８で検出したヨーレートおよびその変化率（微分値）に基づいて算出する２次ヨーレート反力補正電流（２次反力成分）Ｉｍ２ｂとを合算することによって求める。以下、ヨーレート反力補正部３５における第２反力補正電流Ｉｍ２の算出について詳述する。

ヨーレート補正電流算出部（１次反力成分制御手段）３６において、ヨーレートセンサ１８の出力信号に基づき、ヨーレート補正電流テーブル（図示略）を参照して、１次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ａを算出する。ここで、前記ヨーレート補正電流テーブルは、ヨーレートが大きくなるにしたがって１次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ａが大きくなるように（換言すると、１次反力成分が大きくなるように）設定されている。

また、信号微分手段３８によってヨーレートセンサ１８の出力信号の微分処理を行う。この微分処理により得られた信号（以下、微分信号という）は、ヨーレートの時間的変化（換言すると、ヨーレートの変化率）に対応する。
そして、ヨーレート微分補正電流算出部３９において、前記微分信号に基づき、ヨーレート微分補正電流テーブル（図示略）を参照して、基準ヨーレート微分補正電流（基準２次反力成分）Ｉｍ２Ｂを算出する。ここで、前記ヨーレート微分補正電流テーブルは、微分信号が大きくなるにしたがって基準ヨーレート微分補正電流Ｉｍ２Ｂが大きくなるように（換言すると、ヨーレートの変化率が大きいほど基準２次反力成分が大きくなるように）設定されている。

さらに、ヨーレートセンサ１８の出力信号に基づき、ヨーレートレシオテーブル４０を参照して、ヨーレートの大きさに応じたレシオＲを算出する。この実施例におけるヨーレートレシオテーブル４０は、ヨーレートが「０」のときにレシオＲが「１」より小さく設定されていて、ヨーレートが大きくなるにしたがってレシオＲが徐々に大きくなっていき、ヨーレートが所定値以上になるとレシオＲは「１」で一定となるように設定されている。

そして、ヨーレート微分補正電流テーブル３９で算出した基準ヨーレート微分補正電流Ｉｍ２Ｂに、ヨーレートレシオテーブル４０から算出したレシオＲを乗じて得た積（Ｉｍ２Ｂ・Ｒ）を、２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂとする（Ｉｍ２ｂ＝Ｉｍ２Ｂ・Ｒ）。
次に、１次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ａと２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂを合算して第２反力補正電流Ｉｍ２とする（Ｉｍ２＝Ｉｍ２ａ＋Ｉｍ２ｂ）。

なお、この実施例において、ヨーレートセンサ１８の検出値から２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂを算出する一連の処理をする部分は、２次反力成分制御手段３７を構成する（図２参照）。したがって、２次反力成分制御手段３７は、ヨーレートセンサ１８の検出値の変化率（微分値）が大きいほど２次反力成分（２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂ）を大きく設定し且つヨーレートセンサ１８の検出値が大きいほど２次反力成分（２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂ）を大きく設定する制御手段と言える。また、ヨーレートレシオテーブル４０は、２次反力成分（２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂ）をヨーレートの大きさに応じて変更する変更手段と言える。

このようにヨーレートが大きいほどレシオＲを大きな値に設定し、このレシオＲを基準ヨーレート微分補正電流Ｉｍ２Ｂに乗じて２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂを設定しているので、ヨーレートの大きさに応じて２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂを可変にすることができ、ヨーレートの微分値が同じであってもヨーレートが大きいほど２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂを大きく設定することができる。
つまり、ヨーレートが大きい領域（旋回中など）では、ヨーレートが小さい領域（直進中など）よりも、ヨーレートの微分制御量を大きく設定することができ、その結果、ヨーレートの微分値が同じ場合、ヨーレートが大きい領域の方をヨーレートが小さい領域よりも、ヨーレートの微分値に基づく反力成分（すなわち、２次ヨーレート反力補正電流Ｉｍ２ｂ）を大きく設定することができる。
これにより、例えば車両の旋回中などヨーレートが大きいときには、ヨーレートの変化に対する挙動抑制の応答性を高めることができ、直進走行中などヨーレートが小さいときには、ヨーレートの微分値に応じた反力成分が過多になるのを防止することができ、ヨーレートの小さい領域から大きい領域まで広範囲に渡って、操舵フィーリングの最適化を図ることができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。

また、この発明に係る反力制御装置は、前述した実施例の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。
なお、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。
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。
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。

この発明に係る反力制御装置を備えた電動パワーステアリング装置の構成図である。 前記電動パワーステアリング装置の電動機に対する電流制御のブロック図である。

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（ヨーレート検出手段）
３６ ヨーレート補正電流算出部（１次反力成分制御手段）
３７ ２次反力成分制御手段

Claims (1)

1. 車両の運転者により操作される操作子に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置において、
   前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
   前記ヨーレート検出手段の検出値が大きいほど１次反力成分を大きく設定する１次反力成分制御手段と、
   前記ヨーレート検出手段の検出値の変化率が大きいほど２次反力成分を大きく設定し且つ前記ヨーレート検出手段の検出値が大きいほど前記２次反力成分を大きく設定する２次反力成分制御手段と、
   を備え、前記反力成分は、前記１次反力成分と前記２次反力成分を含むことを特徴とする反力制御装置。

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