JP4675655B2 - 反力装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、運転者が操作子を操作する際の反力を発生させる反力装置の制御方法に関するものである。

運転者の操舵力を軽減するための電動ステアリング装置には、車両に横風等の外乱が作用したときの車両偏向抑制性能を高めるために補助反力を発生させる反力装置を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
従来の反力装置は、車両の挙動をヨーレートなどから判定し、ヨーレート値などに応じて補助反力を決定している。
特許第３１７６９００号公報

しかしながら、従来の反力装置では、タイヤのスリップ状態が考慮されていなかったため、状況によっては車両偏向抑制性能を高めるための最適な補助反力の決定が困難になる場合がある。
例えば、運転者が走行中に急なアクセルペダル操作やシフトチェンジを行うと、車輪に発生する駆動力により車輪と路面の間にスリップが発生する。このスリップが大きい状況では、車輪が路面を通常にグリップしている状況とは前後輪のタイヤ横力のバランスが大きく違うため、従来の反力装置では、車両偏向抑制性能を高めるための最適な補助反力の決定が困難になる場合がある。
そこで、この発明は、駆動輪がスリップしているときであっても車両偏向抑制性能を高めることができ、走行安定性を向上することができる反力装置の制御方法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、運転者が操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール３）を操作する際の反力を発生させる反力装置（例えば、後述する実施例における電動機１０）の制御方法において、車両の挙動が大きいほど大きな挙動反力を発生させ、車両の駆動輪のスリップ比が第１の所定値よりも小さいときには前記挙動反力を補正せず、前記スリップ比が前記第１の所定値以上のときには該スリップ比が大きくなるに応じて前記挙動反力を大きくするように補正し、前記スリップ比が前記第１の所定値から該第１の所定値よりも大きい第２の所定値までの区間における前記スリップ比と前記挙動反力の補正量の関係は比例関係であることを特徴とする。
このように構成することにより、車両の駆動輪がスリップしているときにも、車両偏向抑制性能を高めることができる。また、車両の駆動輪のスリップ比が大きくなっても、車両偏向抑制性能を高めることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記車両は後輪駆動車であることを特徴とする。

請求項１あるいは請求項２に係る発明によれば、車両の駆動輪がスリップしているときにも、車両の走行安定性を向上することができる。

以下、この発明に係る反力装置の制御方法の実施例を図１から図４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、この発明を後輪駆動車の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、電動パワーステアリング装置の構成を説明する。電動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の操舵角速度を検出するための操舵角速度センサ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１６が設けられている。操舵角速度センサ１５は検出した操舵角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、駆動輪である左右の後輪の車輪速を検出するための左右の駆動輪速センサ１７，１７（図では１つのみ示す）と、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、車体速を検出するための車体速センサ１９とが取り付けられている。駆動輪速センサ１７はそれぞれ左右の駆動輪の車輪速に対応する電気信号を、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、車体速センサ１９は検出した車体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、これらセンサ１５〜１９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補助操舵力を制御する。

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の出力トルク制御を説明する。
ステアリング制御装置２０は、補助操舵トルク決定手段３１、補助反力トルク決定手段３２、目標電流決定手段３３，出力電流制御手段３４を備えている。
補助操舵トルク決定手段３１は、操舵角速度センサ１５、操舵トルクセンサ１６および車体速センサ１９の出力信号に基づいて、補助操舵トルクを決定する。補助操舵トルク決定手段３１における補助操舵トルクの決定方法は公知の電動パワーステアリングと同じであるので詳細説明は省略するが、概略、操舵角速度が大きくなるにしたがって補助操舵トルクが小さくなり、操舵トルクが大きくなるにしたがって補助操舵トルクが大きくなり、車体速が大きくなるにしたがって補助操舵トルクが小さくなるように設定される。

補助反力トルク決定手段３２は、操舵角速度センサ１５、駆動輪速センサ１７、ヨーレートセンサ１８、車体速センサ１９の各出力信号に基づいて、補助反力トルクＴＡを決定する。補助反力トルクＴＡの決定処理については後で詳述する。
目標電流決定手段３３は、補助操舵トルク決定手段３１により決定された補助操舵トルクから、補助反力トルク決定手段３２により決定された補助反力トルクを減算して電動機１０の目標出力トルクを算出し、電動機１０の既知の出力特性に基づいて前記目標出力トルクに応じた目標電流を決定する。
出力電流制御手段３４は、電動機１０の実電流が目標電流決定手段３３により決定された目標電流に一致するように電動機１０への出力電流を制御し、駆動回路２１に出力する。
このように、この実施例では、補助操舵トルクから補助反力トルクを減じて電動機１０の目標出力トルクを決定し、この目標出力トルクになるように電動機１０を運転するので、電動機１０は、運転者が操作子を操作する際のアシスト力を発生させる操舵アシスト装置と、運転者が操作子を操作する際の反力を発生させる反力装置を兼ねていると言える。

次に、補助反力トルク決定手段３２において実行される補助反力トルク決定処理について、図３に示すフローチャートと図４に示すブロック図に従って説明する。なお、図３のフローチャートに示す補助反力トルク決定処理ルーチンは、ステアリング制御装置２０によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１において、図４に示す第１補助反力トルクテーブル４１を参照して、操舵角速度センサ１５と車体速センサ１９の各出力信号に基づき、操舵角速度ωに関する補助反力トルク（以下、補助反力トルク角速度成分という）Ｔ１を求める。第１補助反力トルクテーブル４１は、車体速Ｖ毎に設定された操舵角速度ωをアドレスとするテーブルからなり、操舵角速度ωが大きくなるほど補助反力トルク角速度成分Ｔ１が大きくなり、車体速Ｖが大きくなるほど補助反力トルク角速度成分Ｔ１が大きくなるように設定されている。

次に、ステップＳ１０２に進み、図４に示す第２補助反力トルクテーブル４２を参照して、ヨーレートセンサ１８と車体速センサ１９の各出力信号に基づき、ヨーレートγに関する補助反力トルク（以下、補助反力トルクヨーレート成分という）Ｔ２を求める。第２補助反力トルクテーブル４２は、車体速Ｖ毎に設定されたヨーレートγをアドレスとするテーブルからなり、ヨーレートγが大きくなるほど補助反力トルクヨーレート成分Ｔ２が大きくなり、車体速Ｖが大きくなるほど補助反力トルクヨーレート成分Ｔ２が大きくなるように設定されている。
つまり、この実施例では、ヨーレートγを車両挙動のパラメータとして、ヨーレートγが大きいほど、換言すると車両挙動が大きいほど補助反力トルク（挙動反力）Ｔ２が大きくなるようにしている。

次に、ステップＳ１０３に進み、左右の駆動輪速センサ１７と車体速センサ１９の各出力信号に基づいて次の（１）式により駆動輪スリップ比Ｓを演算する。なお、（１）式において、ＶＷＲＲは右後輪の車輪速、ＶＷＲＬは左後輪の車輪速、Ｖは車体速である。

次に、ステップＳ１０４に進み、図４に示すスリップ補正係数テーブル４３を参照して、ステップＳ１０３で求めたスリップ比Ｓに応じたスリップ補正係数Ｋを求める。この実施例では、スリップ比Ｓが、−０．２＜Ｓ＜＋０．２ではスリップ補正係数Ｋが１．０で一定、＋０．２≦Ｓ≦＋１．０および−０．２≧Ｓ≧−１．０ではスリップ補正係数Ｋが１．０から徐々に増大し、Ｓ＞＋１．０およびＳ＜−１．０ではスリップ補正係数Ｋが２．０で一定に設定されている。ただし、これらの数値は一例であって、これに限るものではない。なお、スリップ比Ｓは加速状態等のときにプラス値となり、減速状態等のときにマイナス値となる。

次に、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０１で求めた補助反力トルク角速度成分Ｔ１と、ステップＳ１０２で求めた補助反力トルクヨーレート成分Ｔ２と、ステップＳ１０４で求めたスリップ補正係数Ｋから、補助反力トルクＴＡを次の（２）式により演算する。
ＴＡ＝（Ｔ１＋Ｔ２）Ｋ ・・・ （２）式
このように補助反力トルクＴＡを演算すると、殆ど駆動輪にスリップが生じていないスリップ比の絶対値が小さいときは、スリップ補正係数Ｋ＝１であるから通常時（非スリップ時）の補助反力トルクとなるが、スリップ比の絶対値が大きいときはオーバーステア傾向にあり、そのようなときにはスリップ補正係数Ｋが１以上に設定されるので、補助反力トルクを通常時よりも大きくすることができる。しかも、スリップ比の絶対値が大きいほど（すなわち、オーバーステアの傾向が大きいほど）、スリップ補正係数Ｋが大きく設定されるので、オーバーステアの傾向が大きいほど補助反力トルクを大きくすることができ、車両挙動を抑制して車両の走行安定性を向上することができる。

次に、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０５で演算された補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最大値Ｔｍａｘよりも大きいか否かを判定し、ステップＳ１０６における判定結果が「ＮＯ」（ＴＡ≦Ｔｍａｘ）である場合はステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０６における判定結果が「ＹＥＳ」（ＴＡ＞Ｔｍａｘ）である場合はステップＳ１０８に進み、補助反力トルク最大値Ｔｍａｘを補助反力トルクＴＡにして、ステップＳ１０７に進む。すなわち、ステップＳ１０８の処理は、補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最大値Ｔｍａｘを超えないようにするリミッタとして機能する。

ステップＳ１０７においては、ステップＳ１０５で演算された補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最小値−Ｔｍａｘよりも小さいか否かを判定し、ステップＳ１０７における判定結果が「ＮＯ」（ＴＡ≧−Ｔｍａｘ）である場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、ステップＳ１０７における判定結果が「ＹＥＳ」（ＴＡ≦−Ｔｍａｘ）である場合はステップＳ１０９に進み、補助反力トルク最小値−Ｔｍａｘを補助反力トルクＴＡにして、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、ステップＳ１０９の処理は、補助反力トルクＴＡが補助反力トルク最小値−Ｔｍａｘより小さくならないようにするリミッタとして機能する。

このように補助反力トルクＴＡを決定すると、以下の作用・効果を得ることができる。
駆動輪である後輪がスリップしているときは、車両の挙動が不安定になり易い状況にあるが、この実施例のように駆動輪のスリップ比Ｓに基づいてスリップ補正係数Ｋを算出して補正し、補助反力トルクＴＡを決定すると、駆動輪がスリップしているときにはスリップしていないときよりも補助反力トルクＴＡを大きくすることができ、車両偏向抑制性能を高めることができる。したがって、駆動輪がスリップしているときにも車両の走行安定性を向上することができる。

〔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。
例えば、前述した実施例では、駆動輪スリップ比からスリップ補正係数を算出して補助反力トルクを補正したが、駆動輪スリップ防止装置を備えている場合には、駆動輪スリップ防止装置の制御量に基づいて補助反力トルクを補正するようにしてもよい。
また、前述した実施例は後輪駆動車の態様で説明したが、この発明は前輪駆動車や４輪駆動車にも実施可能であり、その場合には、スリップ比（スリップ状態）が大きいほど補助反力トルク（挙動反力）が大きくなるように補正する。
この発明に係る反力装置の制御方法は、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・バイ・ワイヤ・システムの操舵装置（ＳＢＷ）にも適用可能である。ＳＢＷ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（反力装置）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。

この発明に係る反力装置の制御方法の実施に好適な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における電動機出力トルク制御のブロック図である。 前記電動機出力トルク制御における補助反力トルク決定処理を示すフローチャートである。 前記補助反力トルク決定処理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）
１０ 電動機（反力装置）

Claims (2)

1. 運転者が操作子を操作する際の反力を発生させる反力装置の制御方法において、
   車両の挙動が大きいほど大きな挙動反力を発生させ、
   車両の駆動輪のスリップ比が第１の所定値よりも小さいときには前記挙動反力を補正せず、前記スリップ比が前記第１の所定値以上のときには該スリップ比が大きくなるに応じて前記挙動反力を大きくするように補正し、前記スリップ比が前記第１の所定値から該第１の所定値よりも大きい第２の所定値までの区間における前記スリップ比と前記挙動反力の補正量の関係は比例関係であることを特徴とする反力装置の制御方法。
2. 前記車両は後輪駆動車であることを特徴とする請求項１に記載の反力装置の制御方法。

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