JP4729907B2 - 車両用操舵装置およびその操舵トルク制御方法 - Google Patents
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Description
運転者のハンドル操作に要する操舵トルクを可変する操舵トルク可変アクチュエータを備えた車両用操舵装置において、
前記操舵トルクの極性と前記ハンドルの操舵角速度の極性が同じ状態から異なる状態へ変わると、前記操舵角速度がゼロを含めた所定値になるまで、前記ハンドルが、連続的に切り戻しと切り増しとが繰り返されるスラローム過程にあると判断する操舵状態判断手段と、
前記スラローム過程における操舵角または車両挙動に対する操舵トルクの変化率が前記スラローム過程以外の過程よりも少なくなるように、前記操舵トルク可変アクチュエータを補償制御する補償制御手段と、
を備えることを特徴とする。
図1は、実施例1の電動パワーステアリング装置を備えた車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。
運転者によりハンドル1が操舵されると、ハンドル1と機械的に連結された前輪10,11が操向される。このとき、トルクセンサ4に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントローラ13へ入力される。さらに、このコントローラ13には、車両の走行速度を検出する車速センサ(車速検出手段)14等の信号が与えられる。
N = (V − RI)/Ke …(1)
ここで、Nはモータ5の回転速度、Vはモータ端子間電圧、Rはモータ内部抵抗、Iはモータ電流である。すなわち、モータ5は減速機12を介して機械的に操舵軸3に連結されているため、モータ5の回転速度を減速比で換算すると操舵角速度が算出される。
ブロック101では、操舵トルクの極性を判断し、正の場合は1を、負の場合は−1を出力する。ブロック102では、操舵角速度の極性を判断し、正の場合は1を、負の場合は−1を出力する。ブロック103では、ブロック101の出力とブロック102の出力を積算して出力する。
ローパスフィルタを備えるブロック111では、入力された操舵トルクを1次のローパスフィルタで処理する。ブロック112では、ブロック111の出力に所定の補償ゲインを乗算した値を補償電流値とする。ここで、操舵トルクに対する補償電流は遅れ要素があるため、トルクが急変しても補償電流は追従せず、結果として操舵トルクの変化は緩やかなものになる。このとき、補償ゲインに所定の上限を設け、不要にハンドル1が軽くなり過ぎるのを防止している。
[操舵状態判定]
図5は、左側にレーンチェンジを行った場合の操舵パターンを示す。操舵状態判定部13fにおける、戻しまたはスラロームの判断は、操舵トルクの極性と操舵角速度の極性とが異なる場合に、戻しフラグ(以下、戻しFLG)が1になり、操舵角速度がゼロを含めた所定値となった場合に、戻しFLGがゼロになることで実現される。
補償制御部13gの戻し/スラローム時補償制御について説明する。
レーンチェンジ時の操舵角、操舵トルクおよび補償電流は、図6に示す時系列推移(a→b→c→d)となり、操舵角に対する操舵トルクは、図7に示すように、戻し過程dおよびスラローム過程(b→c)では、切り過程aに比べ、変動が小さくなる。よって、スムースなハンドル操作が可能となり、自然な操舵フィーリングが実現できる。
特開平11−48998号公報(以下、従来例1)には、操舵の切り増し、切り戻しを判断し、切り増しと切り戻しとで操舵角速度に比例したダンピング制御量を変更することにより、切り過ぎ抑制効果向上および操舵フィーリング向上の両立を図る電動パワーステアリング装置が記載されている。
実施例1の車両用操舵装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
図9は、実施例2の電動パワーステアリング装置を備えた車両用操舵装置の構成を示すブロック図であり、実施例2では、実施例1の構成に対し、操舵軸3にハンドル1の操舵角を検出する角度センサ16を設けた点で異なる。
図8に示したように、操舵角と操舵トルクは単調増加の関係にあるため、操舵角に対する補償電流が遅れると操舵トルクの変化が抑制されることになる。よって、実施例2においても、実施例1と同様、切り戻し過程やスラローム過程での操舵トルク変化が少なくなり、より自然な操舵フィーリングを実現できる。
実施例2の車両用操舵装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(7),(9),(10)に加え、以下の効果が得られる。
実施例3の車両用操舵装置は、補償制御部の構成のみ実施例2と異なる。
図12は、実施例3の補償制御部18の制御ブロック図であり、ブロック311では、入力された操舵トルクの絶対値を算出する。ブロック312では、操舵角速度の極性を判断した値を、正方向を1、負方向を−1として出力する。
[戻し/スラローム時の操舵トルク補償制御作用]
レーンチェンジ時の操舵角、操舵トルク、補償電流は、図13に示す時系列推移(a→b→c→d)となり、レーンチェンジを行った場合のハンドル戻し過程dおよびスラローム過程(b→c)では、切り過程aに比べ、摩擦補償電流によりアシスト電流が増加して操舵トルクが小さくなり、かつ、操舵角速度補償電流により操舵トルクが操舵角に対して進むことになる。その結果、操舵角と操舵トルクとの関係は、図14に示すように、切り過程aに比べ戻しdおよびスラローム過程(b→c)のゲインが低下することになる。
実施例3の車両用操舵装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(7)に加え、以下の効果が得られる。
実施例4の車両用操舵装置は、補償制御部の構成のみ実施例2と異なる。
図15は、実施例4の補償制御部19の制御ブロック図である。
ブロック411では、戻しFLGが1になった瞬間の入力されている操舵トルクtrq_hiを記憶する。ブロック412では、所定の操舵トルクをtrq_hiより引き算した値trq_hi*の点(基準点)と、操舵角がゼロかつ操舵トルクがゼロとなる点とを結ぶ操舵角に応じた目標操舵トルク値を算出する。
[戻し/スラローム時の操舵トルク補償制御作用]
図17は、レーンチェンジを行った場合の操舵角と操舵トルクとの関係を示す図であり、切り増し過程aの終了直後に、切り戻し開始時の操舵トルクtrq_hiが記憶され、続いて、trq_hiから所定の操舵トルクを減算した値trq_hi*が算出される。
実施例4の車両用操舵装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(7)に加え、以下の効果が得られる。
図18に示すように、実施例5では、スラローム過程(b→c)において、切り戻し開始時の操舵トルクtrq_hiから所定の操舵トルクを減算した値trq_hi*を算出後、このtrq_hi*の点(第1基準点)と舵角ゼロを中心に対称な(−trq_hi*)の点(第2基準点)を求め、trq_hi*の点と(−trq_hi*)の点とを結ぶ直線m上に操舵角に対する目標操舵トルク値が設定される。
実施例5の車両用操舵装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(7)に加え、以下の効果が得られる。
以上、本発明を実施例1〜5に基づいて説明したが、本発明は電動パワーステアリングにのみ適用されるものではなく、例えば、図19,図20に示すような操舵トルクを任意に変更可能な、いわゆる電動油圧式パワーステアリングや、ステア・バイ・ワイヤシステムの反力生成制御に用いてもよい。
2 舵取り機構
3 操舵軸
4 トルクセンサ
5 モータ
6 ピニオン
7 ラック軸
8,9 タイロッド
10,11 前輪
12減速機
13 コントローラ
13a モータ端子間電圧センサ
13b モータ電流センサ
13c モータ速度推定部
13d 駆動回路
13e アシスト量演算部
13f 操舵状態判定部
13g 戻し/スラローム時補償制御部
13h 目標電流値設定部
13i 電流フィードバック部
14 車速センサ
15 バッテリ
Claims (15)
- 運転者のハンドル操作に要する操舵トルクを可変する操舵トルク可変アクチュエータを備えた車両用操舵装置において、
前記操舵トルクの極性と前記ハンドルの操舵角速度の極性が同じ状態から異なる状態へ変わると、前記操舵角速度がゼロを含めた所定値になるまで、前記ハンドルが、連続的に切り戻しと切り増しとが繰り返されるスラローム過程にあると判断する操舵状態判断手段と、
前記スラローム過程における操舵角または車両挙動に対する操舵トルクの変化率が前記スラローム過程以外の過程よりも少なくなるように、前記操舵トルク可変アクチュエータを補償制御する補償制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1に記載の車両用操舵装置において、
前記補償制御手段は、前記スラローム過程における操舵角に対する操舵トルクを、前記スラローム過程以外の過程よりも小さくすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1または請求項2に記載の車両用操舵装置において、
前記操舵状態判断手段は、前記ハンドルが切り戻し方向に操作される第1のスラローム過程と、この第1のスラローム過程の後、前記ハンドルが切り増し方向に操作される第2のスラローム過程と、を前記スラローム過程として判断することを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項3に記載の車両用操舵装置において、
前記操舵状態判断手段は、前記第2のスラローム過程が終了した時点から、前記ハンドルが操舵の中立位置近傍に向かって切り戻される切り戻し過程を、前記スラローム過程として判断することを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項4に記載の車両用操舵装置おいて、
前記切り戻し過程を、前記ハンドルが操舵の中立位置近傍、かつ、操舵トルクゼロ近傍へ向かって切り戻される過程としたことを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項3ないし請求項5のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記補償制御手段は、前記第2のスラローム過程での操舵トルクの大きさを、操舵角にかかわらず、前記スラローム過程以外での前記ハンドルの切り増し過程での操舵トルクの大きさよりも小さくすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記補償制御手段は、低車速時には操舵トルク補償量を小さくし、高車速時には操舵トルク補償量を大きくすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記ハンドルの操舵状態に基づいて目標操舵トルクを設定する目標操舵トルク設定手段を備え、
前記補償制御手段は、前記スラローム過程のとき、操舵角値または操舵トルク値をローパスフィルタに通過させた後、所定の補償ゲインを乗算した値を操舵トルク補償量とし、この操舵トルク補償量を前記目標操舵トルクから減算することを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項8に記載の車両用操舵装置において、
前記ハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
前記操舵角速度に応じて、前記ローパスフィルタの時定数を可変する時定数可変手段と、
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項8または請求項9のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記補償ゲインに上限値を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記補償制御手段は、前記スラローム過程のとき、操舵系の摩擦力を増加させるように、前記操舵トルク可変アクチュエータを補償制御することを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項11に記載の車両用操舵装置において、
前記ハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段を備え、
前記補償制御手段は、前記操舵角速度に比例したダンピングトルクを増加させるように、前記操舵トルク可変アクチュエータを補償制御することを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記補償制御手段は、前記スラローム過程のとき、前記スラローム過程開始直後の操舵トルクから所定値を減算した値を、横軸を操舵角、縦軸を操舵トルクとする座標に配置して基準点とし、この基準点と操舵角および操舵トルクがともにゼロとなる点とを結ぶ直線上に操舵角に対する目標操舵トルクを設定し、この目標操舵トルクと実際の操舵トルクとの偏差をなくすように前記操舵トルク可変アクチュエータを補償制御することを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記補償制御手段は、前記スラローム過程のとき、前記スラローム過程開始直後の操舵トルクから所定値を減算した値を、横軸を操舵角、縦軸を操舵トルクとする座標に配置して第1基準点とし、続いて、この第1基準点と操舵角と操舵トルクがともにゼロとなる点に対して対称な第2基準点を求め、前記第1基準点と第2基準点とを結ぶ直線上に操舵角に対する目標操舵トルクを設定し、この目標操舵トルクと実際の操舵トルクとの偏差をなくすように前記操舵トルク可変アクチュエータを補償制御することを特徴とする車両用操舵装置。 - 運転者のハンドル操作に要する操舵トルクの極性と前記ハンドルの操舵角速度の極性が同じ状態から異なる状態へ変わると、前記操舵角速度がゼロを含めた所定値になるまで、前記ハンドルが、連続的に切り戻しと切り増しとが繰り返されるスラローム過程にあると判断し、
前記スラローム過程における操舵角または車両挙動に対する操舵トルクの変化率が前記スラローム過程以外の過程よりも少なくなるように、前記操舵トルクを制御することを特徴とする車両用操舵装置の操舵トルク制御方法。
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