JP4499145B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に搭載された電動パワーステアリング装置などの車両用操舵制御装置に関し、特に、車両状態量の推定を、より精度の高いものとするように構成された車両用操舵制御装置に関する。

走行中の車両において、車両挙動の不安定状態、あるいはタイヤのグリップ力低下などの車両状態量を検出し、車両挙動を安定化させるように制御する場合がある。

例えば、ハンドル角と車速に基づいて求めた目標路面反力トルクと、実路面反力トルクとを比較したときの偏差が大きくなった場合に、車両挙動が不安定状態またはその予兆であると判定するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、ハンドル角と車速に基づいて求めた目標ヨーレートと、ヨーレートセンサによって検出される実ヨーレートとを比較することにより、車両挙動の不安定状態またはその予兆を検出し、車両挙動を安定化させる制御を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−３４１５３８号公報 特開平８−３１８８４１号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
特許文献１では、ハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性が考慮されていない。このため、ハンドル角に基づいて求められた目標路面反力トルクと実路面反力トルクとの位相にずれが生じる。この結果、車両挙動が不安定でない通常走行時において、車両挙動が不安定であると誤判定するという課題がある。

また、特許文献２のようにヨーレートを用いた検出では、特許文献１での検出方法に比べると検出遅れが生じる。この結果、より早い段階での車両安定化制御を行うことができないという課題がある。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、より精度の高い車両状態量の推定を行うことが可能であり、かつ、タイヤ力飽和前の早い段階で車両状態量の推定が可能な車両用操舵制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る車両用操舵制御装置は、車両のハンドルのハンドル角を検出する角度検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、角度検出手段により検出されたハンドル角と、車速検出手段により検出された車速とに基づいて、線形目標路面反力トルクを演算する線形目標路面反力トルク演算手段と、ハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性をあらかじめ有し、周波数特性に基づいて、線形目標路面反力トルク演算手段により演算された線形目標路面反力トルクを補正する線形目標路面反力トルク補正手段とを備えるものである。

また、本発明に係る車両用操舵制御装置は、車両のハンドルのハンドル角速度を検出する角速度検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、角速度検出手段により検出された角速度検出手段と、車速検出手段により検出された車速とに基づいて、線形目標路面反力トルク変化率を演算する線形目標路面反力トルク変化率演算手段と、ハンドル角速度に対する実路面反力トルク変化率の周波数特性をあらかじめ有し、周波数特性に基づいて、線形目標路面反力トルク変化率演算手段により演算された線形目標路面反力トルク変化率を補正する線形目標路面反力トルク変化率補正手段とを備えるものである。

本発明によれば、ハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性を用いて線形目標路面反力トルクを適正に補正する、またはハンドル角速度に対する実路面反力トルク変化率の周波数特性を用いて線形目標路面反力トルク変化率を適正に補正することにより、より精度の高い車両状態量の推定を行うことが可能であり、かつ、タイヤ力飽和前の早い段階で車両状態量の推定が可能な車両用操舵制御装置を得ることができる。

以下、本発明の車両用操舵制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における車両用操舵制御装置の全体構成図である。車両用操舵装置は、車両のステアリング機構（操舵機構ともいう）１０に取り付けられる。ステアリング機構１０は、ハンドル１、ステアリング軸２、ステアリングギアボックス３、ラックアンドピニオン機構６、およびタイヤ７を含んでいる。

車両用操舵装置は、ステアリング軸２に取り付けたトルクセンサ４、ステアリング軸２に取り付けたアシストモータ５（以下単にモータともいう）、ハンドル１に取り付けたハンドル角センサ９、アシストモータ５を制御する制御ユニット８とこれらを接続するケーブルを含む。当然、電源装置も含むが、自明なので、ここでは説明を省略する。

図１において、ハンドル１は、運転者が操舵する自動車のステアリングハンドルであり、ステアリング軸２の上端に連結されている。ハンドル１には、運転者による操舵トルクＴｈｄｌが加えられ、この操舵トルクＴｈｄｌは、ステアリング軸２に伝達される。トルクセンサ４は、ステアリング軸２に結合され、操舵トルクＴｈｄｌに応じた操舵トルク検出信号Ｔｈｄｌ（ｓ）を発生する。

アシストモータ５は、電動モータであり、これもステアリング軸２に図示しない減速ギアを介して結合され、操舵トルクＴｈｄｌをアシストするアシストトルクＴａｓｓｉｓｔをステアリング軸２に与える。

ステアリングギアボックス３は、ステアリング軸２の下端に設けられている。ステアリング軸２に与えられる操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔとを加え合わせた合成トルクが、ステアリングギアボックス３を通じて数倍にされ、ラックアンドピニオン機構６を通じて、タイヤ７を操作する。

ハンドル１に取り付けられているハンドル角センサ９は、運転者の操舵によるハンドル１の回転角度Ｔｈｅｔａを検出し、ハンドル角度信号Ｔｈｅｔａ（ｓ）を出力する。

次に、本実施の形態１における車両用操舵制御装置の全体的な動作について説明する。
図１の車両用操舵装置は、ステアリング機構１０に電気的に組み合わせたＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）用制御ユニット８を有する。この制御ユニット８には、トルクセンサ４からの操舵トルク検出信号Ｔｈｄｌ（ｓ）と、アシストモータ５からのモータ駆動電流検出信号Ｉｍｔｒ（ｓ）およびモータ駆動電圧検出信号Ｖｍｔｒ（ｓ）とが入力される。この制御ユニット８は、アシストモータ５に対して、制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）を供給する。この制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）は、アシストモータ５に対する駆動目標電流である。

図１に示す車両用操舵装置は、運転者がハンドル１を切ったときの操舵トルクＴｈｄｌを、トルクセンサ４で操舵トルク検出信号Ｔｈｄｌ（ｓ）として検出し、その操舵トルク検出信号Ｔｈｄｌ（ｓ）に応じて、操舵トルクＴｈｄｌを補助するアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させることを主な機能とする。

制御ユニット８は、アシストモータ５の駆動電流Ｉｍｔｒを検出した検出信号Ｉｍｔｒ（ｓ）と、アシストモータ５の駆動電圧Ｖｍｔｒを検出した検出信号Ｖｍｔｒ（ｓ）と、操舵トルク検出信号Ｔｈｄｌ（ｓ）とに基づいて、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生するための制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）を演算する。さらに、制御ユニット８は、この制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）をアシストモータ５に供給する。

力学的には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔとの和が、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗してステアリング軸２を回転させる。また、ハンドル１を回転させるときには、アシストモータ５の慣性項も作用するので、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、次式（１）で与えられる。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｓｉｓｔ−Ｊ・ｄｗ／ｄｔ （１）
ただし、ｗは、アシストモータ５の角速度であり、アシストモータ５の慣性トルクをＪ・ｄｗ／ｄｔとする。

また、アシストモータ５によるアシストトルクＴａｓｓｉｓｔは、次式（２）で与えられる。
Ｔａｓｓｉｓｔ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ （２）
ただし、Ｇｇｅａｒは、アシストモータ５とステアリング軸２との間の減速ギアの減速ギア比であり、Ｋｔは、アシストモータ５のトルク定数である。

また、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎとステアリング機構１０内の摩擦トルクＴｆｒｉｃとの和であり、次式（３）で与えられる。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ
＝Ｔａｌｉｇｎ＋（Ｇｇｅａｒ・Ｔｍｆｒｉｃ＋Ｔｆｒｐ） （３）
ただし、Ｔｍｆｒｉｃは、アシストモータ５における摩擦トルク、Ｔｆｒｐは、このアシストモータ５における摩擦トルクＴｍｆｒｉｃを除いたステアリング機構１０の摩擦トルクであり、Ｔｍｆｒｉｃ・Ｇｇｅｒ＋Ｔｆｒｐ＝Ｔｆｒｉｃである。

車両用操舵装置の制御ユニット８は、アシストモータ５の駆動電流Ｉｍｔｒに対する目標値を演算して、制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）を発生する。この制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）に対して、アシストモータ５の実際の駆動電流Ｉｍｔｒが一致するように電流制御がなされる。この結果、アシストモータ５は、駆動電流値にトルク定数とギア比（アシストモータ５−ステアリング軸２間）を乗じた所定のトルクを発生し、運転者が操舵するときの操舵トルクＴｈｄｌをアシストする。

図２は、本発明の実施の形態１における図１の制御ユニット８の回路と、アシストモータ５の制御回路（図１では図示省略していたがアシストモータに内蔵されている）とを示すブロック図である。制御ユニット８は、車速検出器１１、操舵トルク検出器１２、モータ角速度検出器１３、モータ角加速度検出器１４、ハンドル角検出器１５、実路面反力トルク検出器１６、目標路面反力トルク演算手段１７、アシストトルク決定ブロック１８、モータ電流決定器１９、モータ電流比較器２０、モータ駆動器２１、モータ電流検出器２２、および車両状態量検出手段２５を含んでいる。

車速検出器１１は、車速Ｖを受けて、車速信号Ｖ（ｓ）を出力する。操舵トルク検出器１２は、トルクセンサ４を含み、操舵トルクＴｈｄｌを受けて、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）を出力する。モータ角速度検出器１３は、アシストモータ５のモータ角速度Ｓｍｔｒを受けて、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を出力する。

モータ角加速度検出器１４は、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を微分して、モータ角加速度信号Ａｍｔｒ（ｓ）を出力する。ハンドル角検出器１５は、ハンドル角Ｔｈｅｔａを受けて、ハンドル角信号Ｔｈｅｔａ（ｓ）を出力する。実路面反力トルク検出器１６は、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを受けて、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）を出力する。

実路面反力トルク検出器１６の検出手段は、例えば、タイヤ７に設けられるロードセルなどの検出手段であり、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを受けて、それに比例する実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）を出力する。

目標路面反力トルク演算手段１７は、線形目標路面反力トルク演算手段２３と線形目標路面反力トルク補正手段２４とを含んでいる。本発明の特徴は、目標路面反力トルク演算手段１７にあり、詳細に関しては後述する。

車両状態量検出手段２５は、目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）と実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）とを受けて、アンダーステア予兆を示す車両状態量信号Ｓｔａｔｅ＿ｖｅｈ（ｓ）を出力する。目標路面反力トルクと実路面反力トルクとは、通常走行領域においては、一致する。しかし、タイヤ７のグリップ力が低下するような走行領域においては、目標路面反力と実路面反力との偏差が生まれる。そのため、特許文献１では、この偏差に基づいて、アンダーステアやその予兆を示す車両状態量を検出可能としている。

アシストトルク決定ブロック１８は、車速信号Ｖ（ｓ）、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）、モータ速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）、モータ加速度信号Ａｍｔｒ（ｓ）、および車両状態量信号Ｓｔａｔｅ＿ｖｅｈ（ｓ）を受けて、アシストモータが発生するアシストトルクＴａｓｓｉｓｔに対応するアシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を発生する。モータ電流決定器１９は、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を受けて、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させるためのモータ駆動電流に対する電流目標値Ｉｒｅｆ（ｓ）を出力する。

アシストトルク決定ブロック１８は、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を決定する際、車両状態量信号Ｓｔａｔｅ＿ｖｅｈ（ｓ）を受けて、車両が安定化するようにアシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を決定する。

次に、本発明の特徴である目標路面反力トルク演算手段１７における目標路面反力トルク演算の原理について、詳細に説明する。目標路面反力トルクは、簡易的には、車速とハンドル角に基づいて求められる。しかし、ハンドル角と実路面反力トルクには、ハンドル角に対して実路面反力トルクの位相がずれるという関係がある。図３は、本発明の実施の形態１におけるハンドル角および実路面反力トルクの相対的な位相関係を示した図である。このような位相のずれ、すなわち、ハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性は、車速によって変化する。

次に、ハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性について、以下に説明する。実路面反力トルクは、次式（４）によって表される。
Ｔａｌｉｇｎ＝２・ζ・Ｃａ・βｆ （４）
ただし、ζは、キャスタートレールとニューマチックトレールの合計、βｆは、前輪横滑り角、Ｃａは、前輪横滑り角βｆに対するコーナリングフォースの比である。

また、前輪横滑り角βｆは、次式（５）で表される。
βｆ＝δ−ｌｆ／Ｖ・γ−β （５）
ただし、上式（５）におけるそれぞれの記号は、実舵角δ、車両の重心位置から前軸までの距離ｌｆ、車速Ｖ、車両のヨーレートγ、車体横滑り角βである。

さらに、実舵角δは、ハンドル角Ｔｈｅｔａとラックアンドピニオンギア比Ｇｒｐを用いて次式（６）となる。
δ＝Ｔｈｅｔａ／Ｇｒｐ （６）
上式（４）に上式（５）、（６）を代入すると、次式（７）となる。
Ｔａｌｉｇｎ＝２・ζ・Ｃａ（Ｔｈｅｔａ／Ｇｒｐ−ｌｆ／Ｖ・γ−β） （７）

図４は、本発明の実施の形態１の上式（７）におけるハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性を示す図である。この図４では、３種類の車速２０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ、８０ｋｍ／ｈについての周波数特性を例示している。運転者の通常操舵域において、車速が低速であるほど、実路面反力の位相が進む。逆に、車速が高速になると、位相が遅れている。よって、ハンドル角から目標路面反力トルクを求める際には、車速に基づいた周波数特性を考慮する必要がある。

この原理に基づいた目標路面反力トルク演算手段１７の構成を説明する。先の図２に示したように、目標路面反力トルク演算手段１７は、線形目標路面反力トルク演算手段２３と線形目標路面反力トルク補正手段２４とを含んでいる。

線形目標路面反力トルク演算手段２３は、車速信号Ｖ（ｓ）とハンドル角信号Ｔｈｅｔａ（ｓ）とを受けて、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を演算する。線形目標路面反力トルク補正手段２４は、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）と車速信号Ｖ（ｓ）とを受けて、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の周波数特性を車速信号Ｖ（ｓ）に基づいて補正した上で、目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）を出力する。

例えば、車速０ｋｍ／ｈ以上〜３０ｋｍ／ｈ未満を低速、３０ｋｍ／ｈ以上〜６０ｋｍ／ｈ未満を中速、６０ｋｍ／ｈ以上を高速とする。そして、車速信号Ｖ（ｓ）が低速である場合には、一次の位相進み補償器により線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を進ませる。また、車速信号Ｖ（ｓ）が中速である場合には、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を変化させない。

さらに、車速信号Ｖ（ｓ）が高速である場合には、一次の位相遅れ補償器により線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を遅らせる。ここで、一次の位相進み補償器および一次の位相遅れ補償器の時定数は、車速に応じてあらかじめ決められた時定数のマップにより決定される。

次に、線形目標路面反力トルク補正手段２４の動作について、フローチャートを用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１における線形目標路面反力トルク補正手段２４の一連動作のフローチャートであり、スタートとエンドの間に、ステップＳ５０１からＳ５０７を含んでいる。

まず、ステップＳ５０１では、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を、メモリに読み込み、記憶する。次に、ステップＳ５０２では、車速信号Ｖ（ｓ）を、メモリに読み込み、記憶する。ステップＳ５０３では、車速信号Ｖ（ｓ）が低速、中速、高速のいずれであるかを判定する。

そして、ステップＳ５０３にて、車速信号Ｖ（ｓ）が低速であると判定された場合には、ステップＳ５０４で、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の位相を進め、目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）とする。

また、ステップＳ５０３にて、車速信号Ｖ（ｓ）が中速であると判定された場合には、ステップＳ５０５で線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を変更せず、目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）とする。

また、ステップＳ５０３にて、車速信号Ｖ（ｓ）が高速であると判定された場合には、ステップＳ５０６で、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の位相を遅らせ、目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）とする。そして、ステップＳ５０７では、車速に応じて先のステップＳ５０４〜５０６のいずれかで算出された目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）を出力する。

このように、線形目標路面反力トルク補正手段２４は、車速に応じた周波数特性を用いて線形目標路面反力トルクを適切に補正することにより、より正確に目標路面反力トルクを演算することが可能となる。アンダーステア予兆という車両状態量を検出するためには、上述したように、実路面反力トルクと目標路面反力トルクとの偏差を調べるが、より正確な目標路面反力トルクを演算できることによって、より精度の高いアンダーステア予兆検出が可能となる。その結果、車両の安定化制御を適切に行うことが可能となる。

また、ここでは、低速、中速、高速の３種類に車速を分けて、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の適切な補正を行った。しかし、例えば、４０ｋｍ／ｈ未満を低速、４０ｋｍ／ｈ以上を高速として２種類に車速を分け、より簡易な構成とすることもできる。

この場合には、車速信号Ｖ（ｓ）が低速である場合には、一次の位相進み補償器により線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の位相を進ませ、車速信号Ｖ（ｓ）が高速である場合には、一次の位相遅れ補償器により線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の位相を遅らせることにより対応できる。

上述の例では、車速に応じてあらかじめ決められた時定数のマップを用いて、線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の補正を行った。しかしながら、さらに容易な構成にするため、固定の時定数を持つ１次の位相進み補償器、若しくは１次の位相遅れ補償器にて線形目標路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の補正を行うこととしてもよい。このとき、固定の時定数は、上述した時定数のマップにおける中間値とすることで構成可能である。

以上のように、実施の形態１によれば、ハンドル角と実路面反力トルクの周波数特性を車速に応じて考慮し、線形目標路面反力トルク信号の補正を行うことにより、より精度の高い目標路面反力トルクを演算可能となる。この結果、車両挙動の不安定状態やタイヤグリップ力の低下、路面からの外乱トルクなどのような車両状態量の検出を、より正確に行うことが可能となり、車両挙動の安定化制御をより適切に行うことが可能となる。すなわち、車両状態量に関して、より精度の高い推定を行うことが可能になるとともに、タイヤ力飽和前の早い段階での推定が可能になる。

なお、本実施の形態１では、アンダーステア予兆のような車両状態量を検出し車両が安定化するように制御することとした。しかし、目標路面反力トルクと実路面反力トルクの偏差を調べることで、オーバーステア予兆や路面から発生する外乱トルクなどの車両状態量を検出することも可能であり、本発明は、目標路面反力トルクと実路面反力トルクに基づいて車両状態量を推定する全ての構成において適用可能である。

また、本実施の形態１では、ハンドル１に取り付けたハンドル角センサ９から得られるハンドル角信号を用いることとした。本発明では、ハンドル角信号に基づいて目標路面反力トルクを演算するが、ハンドル角センサ９の代わりにタイヤ７の実転舵角を検出する実転舵角センサを用いることで、より正確な目標路面反力トルクの演算が可能となる。

さらに、本実施の形態１において、実路面反力トルク検出器１６は、タイヤ７に設けられるロードセルなどの検出器を取り付けることで、その状態量を測定し、実現可能と記載した。しかしながら、必ずしもこのような検出器を用いなくてもよい。たとえば、特開２００３−３１２５２１号公報などで示されるとおり、車両用操舵制御装置の制御ユニット８を構成するマイクロコンピューターにて路面反力トルク演算することでも、本発明は、実現可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、先の実施の形態１の車両用操舵制御装置に対して、ハンドル角検出器１５を不要にし、より簡易な構成で実現したものについて説明する。簡易構成を実現するために、本実施の形態２では、先の実施の形態１における目標路面反力トルク演算手段１７の代わりに、目標路面反力トルク変化率演算手段６０を備えている。図６は、本発明の実施の形態２において、目標路面反力トルク変化率演算手段６０を用いて車両状態量を検出するための構成を示した図である。

モータ角速度からハンドル角速度を演算できるため、目標路面反力トルク変化率演算手段６０は、モータ角速度を用いて目標路面反力トルク変化率を求めている。そして、本実施の形態２における車両用操舵制御装置では、目標路面反力トルク変化率演算手段６０により求められた目標路面反力トルク変化率を用いて、車両状態量を検出する。

先の実施の形態１では、実路面反力トルクと目標路面反力トルクに基づいて車両状態量の検出を行っていた。これに対し、本実施の形態２では、目標路面反力トルク変化率と実路面反力トルク変化率に基づいて車両状態量の検出を行っている。その他の基本構成は、同等であり、先の実施の形態１に対する本実施の形態２の差異点について、詳細に説明する。

本実施の形態２における目標路面反力トルク変化率演算手段６０は、線形目標路面反力トルク変化率演算手段６１、および線形目標路面反力トルク変化率補正手段６２を含む。

線形目標路面反力トルク変化率演算手段６１は、車速信号Ｖ（ｓ）とモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を受ける。ここで、モータ角速度に、アシストモータ５とステアリング軸２との間の減速ギア比を掛け合わせることでハンドル角速度を求めることができる。このため、線形目標路面反力トルク変化率演算手段６１は、車速信号Ｖ（ｓ）とモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）に基づいて線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を演算する。

線形目標路面反力トルク変化率補正手段６２は、車速信号Ｖ（ｓ）に基づいて線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を補正し、目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）を出力する。

実路面反力トルク変化率とハンドル角速度には、先の実施の形態１の図３で説明したものと同様の周波数特性があり、線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を車速信号Ｖ（ｓ）に基づいて補正する原理は、先の実施の形態１での説明と同様である。

上記原理により、線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を補正する方法としては、例えば、車速０ｋｍ／ｈ以上〜３０ｋｍ／ｈ未満を低速、３０ｋｍ／ｈ以上〜６０ｋｍ／ｈ未満を中速、６０ｋｍ以上を高速とし、分類された速度ごとに異なる補正を行うことが考えられる。

具体的には、例えば、車速信号Ｖ（ｓ）が低速である場合には、一次の位相進み補償器により線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を進ませる。また、車速信号Ｖ（ｓ）が中速である場合には、線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を変化させない。

また、車速信号Ｖ（ｓ）が高速である場合には、一次の位相遅れ補償器により線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を遅らせる。ここで、一次の位相進み補償器および一次の位相遅れ補償器の時定数は、車速に応じてあらかじめ決められた時定数のマップにより決定される。

次に、線形目標路面反力トルク変化率補正手段６２の動作についてフローチャートを用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２における線形目標路面反力トルク変化率補正手段６２の一連動作のフローチャートであり、スタートとエンドの間に、ステップＳ７０１からＳ７０７を含んでいる。

まず、ステップＳ７０１では、線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を、メモリに読み込み、記憶する。次に、ステップＳ７０２では、車速信号Ｖ（ｓ）を、メモリに読み込み、記憶する。ステップＳ７０３では、車速信号Ｖ（ｓ）が低速、中速、高速のいずれであるかを判定する。

そして、ステップＳ７０３にて、車速信号Ｖ（ｓ）が低速であると判定された場合には、ステップＳ７０４で、線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の位相を進め、目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）とする。

また、ステップＳ７０３にて、車速信号Ｖ（ｓ）が中速であると判定された場合には、ステップＳ７０５で線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）を変更せず、目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）とする。

また、ステップＳ７０３にて、車速信号Ｖ（ｓ）が高速であると判定された場合には、ステップＳ７０６で、線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＿ｌｉｎ（ｓ）の位相を遅らせ、目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）とする。そして、ステップＳ７０７では、車速に応じて先のステップＳ７０４〜７０６のいずれかで算出された目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）を出力する。

そして、車両状態量検出手段２５は、線形目標路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）と、実路面反力トルク変化率演算手段６３で算出された実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）を受けて、車両状態量信号Ｓｔａｔｅ＿ｖｅｈ（ｓ）を出力する。

車両状態量検出手段２５により出力された車両状態量信号Ｓｔａｔｅ＿ｖｅｈ（ｓ）は、先の実施の形態１の図２と同様に、アシストトルク決定ブロック１８に入力される。アシストトルク決定ブロック１８は、他の入力信号とともに、車両状態量信号Ｓｔａｔｅ＿ｖｅｈ（ｓ）に基づいて演算を行い、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を出力する。

以上のように、実施の形態２によれば、線形目標路面反力トルク変化率と実路面反力トルク変化率を用いて車両状態量の検出を行う構成とすることにより、ハンドル角信号が不要となり、より簡易な構成の車両用操舵制御装置を実現した上で、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、変化率を用いて車両状態量を検出することで、より早期にアンダーステア予兆などの車両不安定状態やタイヤグリップ力の低下のような車両状態量を検出することが可能になり、早期にアシストトルクの補正が可能となる。

なお、本願発明における上述の実施の形態１、２では、ステアリング系にて車両状態量を検出し、車両を安定化させるように制御する構成としていた。すなわち、本願発明の特徴は、目標路面反力トルク若しくは目標路面反力トルク変化率の演算の際に周波数特性を考慮し、その目標路面反力トルク若しくは目標路面反力トルク変化率に基づいて車両状態量を検出することにある。

よって、例えば、４輪の制動力を制御することが可能な、いわゆるＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）システムを備えた車両においては、検出された車両状態量に基づいて、車両挙動が安定するように制御を行うことで、走行安定性が向上する。すなわち、車両挙動を制御するアクチュエータを有する車両であれば、目標路面反力トルク若しくは目標路面反力トルク変化率に基づいて検出した車両状態量を用いることで、車両を安定化することが可能となる。

本発明の実施の形態１における車両用操舵制御装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１における図１の制御ユニットの回路と、アシストモータの制御回路とを示すブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるハンドル角および実路面反力トルクの相対的な位相関係を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態１における線形目標路面反力トルク補正手段の一連動作のフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、目標路面反力トルク変化率演算手段を用いて車両状態量を検出するための構成を示した図である。 本発明の実施の形態２における線形目標路面反力トルク変化率補正手段の一連動作のフローチャートである。

符号の説明

１ ハンドル、２ ステアリング軸、３ ステアリングギアボックス、４ トルクセンサ、５ アシストモータ、６ ラックアンドピニオン機構、７ タイヤ、８ 制御ユニット、９ ハンドル角センサ、１０ ステアリング機構、１１ 車速検出器（車速検出手段）、１２ 操舵トルク検出器、１３ モータ角速度検出器（角速度検出手段）、１４ モータ角加速度検出器、１５ ハンドル角検出器（角度検出手段）、１６ 実路面反力トルク検出器、１７ 目標路面反力トルク演算手段、１８ アシストトルク決定ブロック、１９ モータ電流決定器、２０ モータ電流比較器、２１ モータ駆動器、２２ モータ電流検出器、２３ 線形目標路面反力トルク演算手段、２４ 線形目標路面反力トルク補正手段、２５ 車両状態量検出手段、６０ 目標路面反力トルク変化率演算手段、６１ 線形目標路面反力トルク変化率演算手段、６２ 線形目標路面反力トルク変化率補正手段、６３ 実路面反力トルク変化率演算手段。

Claims (10)

1. 車両のハンドルのハンドル角を検出する角度検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記角度検出手段により検出された前記ハンドル角と、前記車速検出手段により検出された前記車速とに基づいて、線形目標路面反力トルクを演算する線形目標路面反力トルク演算手段と、
   ハンドル角に対する実路面反力トルクの周波数特性をあらかじめ有し、前記周波数特性に基づいて、前記線形目標路面反力トルク演算手段により演算された前記線形目標路面反力トルクを補正する線形目標路面反力トルク補正手段と
   を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記線形目標路面反力トルク補正手段は、複数の車速に対応したそれぞれの周波数特性をあらかじめ有し、前記車速検出手段により検出された前記車速に応じた周波数特性を用いて、前記線形目標路面反力トルクを補正することを特徴とする車両用操舵制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記線形目標路面反力トルク補正手段は、
   前記車速検出手段により検出された前記車速が低速であると判断した場合には、前記線形目標路面反力トルクの位相を進ませるように補正し、
   前記車速検出手段により検出された前記車速が中速であると判断した場合には、前記線形目標路面反力トルクの位相をそのままとし、
   前記車速検出手段により検出された前記車速が高速であると判断した場合には、前記線形目標路面反力トルクの位相を遅らせるように補正する
   ことを特徴とする車両用操舵制御装置。
4. 請求項３に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記線形目標路面反力トルク補正手段は、
   位相を進ませる手段として、車速に応じてあらかじめ決められた時定数をもつ一次の位相進み補償器を有し、
   位相を遅らせる手段として、車速に応じてあらかじめ決められた時定数をもつ一次の位相遅れ補償器を有する
   ことを特徴とする車両用操舵制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記車両が路面から受ける実路面反力トルクを検出する実路面反力トルク検出手段と、
   前記実路面反力トルク検出手段により検出された前記実路面反力トルクと、前記線形目標路面反力トルク補正手段による補正後の線形目標路面反力トルクとに基づいて、車両状態量を検出する車両状態量検出手段と
   をさらに備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
6. 車両のハンドルのハンドル角速度を検出する角速度検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記角速度検出手段により検出された前記角速度検出手段と、前記車速検出手段により検出された前記車速とに基づいて、線形目標路面反力トルク変化率を演算する線形目標路面反力トルク変化率演算手段と、
   ハンドル角速度に対する実路面反力トルク変化率の周波数特性をあらかじめ有し、前記周波数特性に基づいて、前記線形目標路面反力トルク変化率演算手段により演算された前記線形目標路面反力トルク変化率を補正する線形目標路面反力トルク変化率補正手段と
   を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。
7. 請求項６に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記線形目標路面反力トルク変化率補正手段は、複数の車速に対応したそれぞれの周波数特性をあらかじめ有し、前記車速検出手段により検出された前記車速に応じた周波数特性を用いて、前記線形目標路面反力トルク変化率を補正することを特徴とする車両用操舵制御装置。
8. 請求項７に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記線形目標路面反力トルク変化率補正手段は、
   前記車速検出手段により検出された前記車速が低速であると判断した場合には、前記線形目標路面反力トルク変化率の位相を進ませるように補正し、
   前記車速検出手段により検出された前記車速が中速であると判断した場合には、前記線形目標路面反力トルク変化率の位相をそのままとし、
   前記車速検出手段により検出された前記車速が高速であると判断した場合には、前記線形目標路面反力トルク変化率の位相を遅らせるように補正する
   ことを特徴とする車両用操舵制御装置。
9. 請求項８に記載の車両用操舵制御装置において、
   前記線形目標路面反力トルク変化率補正手段は、
   位相を進ませる手段として、車速に応じてあらかじめ決められた時定数をもつ一次の位相進み補償器を有し、
   位相を遅らせる手段として、車速に応じてあらかじめ決められた時定数をもつ一次の位相遅れ補償器を有する
   ことを特徴とする車両用操舵制御装置。
10. 請求項６ないし９のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
    前記車両が路面から受ける実路面反力トルクの変化率を検出する実路面反力トルク変化率検出手段と、
    前記実路面反力トルク変化率検出手段により検出された前記実路面反力トルク変化率と、前記線形目標路面反力トルク変化率補正手段による補正後の線形目標路面反力トルク変化率とに基づいて、車両状態量を検出する車両状態量検出手段と
    をさらに備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。

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