JP4814905B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置をはじめとする車両用操舵制御装置、特に、自動車等に搭載された車両用操舵手段の制御を含む車両用操舵制御装置に関するものである。

従来、車両の走行安定性を高めるために、補償制御を行なうようにした車両用操舵制御装置が提案されている。例えば、操舵角速度に応じて補償値を定めたダンピング補償により走行安定性を高め、更に、補償値を車速に応じて変化させ、高車速時には補償値を大きくすることによって安定性を向上させ、低車速時には補償値を小さくすることによって取り回し性の劣化や操舵違和感の付与を防ぐようにしている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、一般に車両はヨー共振を有しており、特定の周波数の操舵入力に対し車両のヨー方向の挙動が急激に大きくなり、不安定となる場合がある。そこで、例えば、ダンピング補償を用いて走行安定性を高め、更に、ヨー共振周波数域である所定の周波数範囲の操舵入力がある場合には、補償値を大きくすることによりヨー共振を抑制し走行安定性の低下を防ぐようにした従来の装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

又、従来、慣性質量及び重心位置等の車両の状況に相関するパラメータ（車両特性関連：ヨー慣性モーメント、コーナリングパワー、スタビリティファクタ、制御関連：ゲインやフィルタの時定数）を用いて補償値を定める車両状況に応じた補償により、車両の走行安定性を高めるようにした装置が提案されている。この場合、予め、車両の状況に応じた値をパラメータマップに記憶しておく。そして車両の状況の変化を検出し、その検出値に応じてモードを切り替え、そのモードに応じてマップから読み出すパラメータの値を変更することにより、車両状況の変化により車両の挙動が不安定となることを抑制するものである（例えば、特許文献３参照）。

尚、従来、車両のスタビリティファクタは、車速、操舵角、ヨーレートに基づいて算出する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００２−１８７５６２号公報 特開２００３−２６７２４４号公報 特開２００３−０４８５６５号公報 特開２００５−１０４３４６号公報

ここで、車両状況の変化とこれが車両挙動に及ぼす影響に関して述べる。車両の乗員数、乗員の着座位置、トランクへの積載量、燃料量の変化等によって、車両の慣性質量及び重心位置が変化する。このように車両状況が変化すると、車両の走行安定性が変化し、車両の挙動が不安定となったり運転者に違和感を与えたりする場合がある。又、この問題はタイヤの空気圧等の変化によっても生じる。従って、車両用操舵制御装置は、車両状況が変化した場合でもこれに応じて最適な補償制御を行い、走行安定性を高める必要がある。

しかしながら特許文献１に示された従来技術では、操舵速度と車速に基づきダンピング補償を変更することにより高車速時の車両安定性、低車速時の取り回し性を確保できるが、車両状況に適した補償であるとはいえない。即ち、補償値は操舵速度と車速により一意に決定され、車両状況の変化に応じた補償内容に関しては考慮されていない。

又、特許文献２に示された従来技術では、ヨー共振周波数域である所定の周波数範囲の操舵入力がある場合にはダンピング補償を大きくすることにより、ヨー共振を抑制し走行安定性の低下を防ぐことができるが、車両の状況に適した補償であるとはいえない。即ち、車両状況が変化するとヨー共振のピークの大きさ、共振周波数が変化するため、例えば、所定の周波数範囲を変更する必要があるが、特許文献２に示された従来技術に於いてはこのような補償内容に関しては示されていない。

一方、特許文献３に示された従来技術では、補償に用いる複数のパラメータを車両の状況に応じて変更し、車両状況の変化に関わらず走行安定性の向上を図るが、操舵トルクに応じたアシストトルクを発生させるモータの制御内容に関しては具体的に示されていない。又、車両状況を複数のモードに区分しモード毎に複数のパラメータを定め、これらのパラメータに応じて補償値を算出することとしており、車両状況の変化に対し連続した制御を行なうものではない。

この発明は、従来の技術に於ける前述のような課題に鑑み、車両状況の変化に応じてドライバのハンドル操作を促すアシストトルクを定め、例えば、ヨー共振のピークを抑えるように補償することで、車両状況の変化に関わらず走行安定性を高めることができる車両用操舵制御装置を提供することを目的としたものである。

この発明による車両用操舵制御装置は、車両の運転者によりステアリング軸に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルクに応じたアシストトルクを発生し前記ステアリング軸に前記発生したアシストトルクを加えるアシストモータとを有する車両用操舵制御装置に於いて、前記車両のスタビリティファクタを検出するスタビリティファクタ検出手段と、前記検出されたスタビリティファクタに応じた安定性補償値を出力する安定性補償手段を備え、前記出力された前記安定性補償値に基づいて前記アシストトルクを補正するようにしたものである。

この発明による車両用操舵制御装置に於いて、好ましくは、前記安定性補償手段は、前記スタビリティファクタに応じて変化する車両のヨーレートの共振ピークを抑えるように補償するように構成される。

又、この発明による車両用操舵制御装置は、好ましくは、前記モータの回転角度を検出するモータ角度検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したモータの回転角度に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償とのうち少なくとも一方を行うように構成される。

更に、この発明による車両用操舵制御装置は、好ましくは、前記モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したモータ角速度に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償とのうち少なくとも一方を行うように構成される。

又、この発明による車両用操舵制御装置は、好ましくは、前記モータの角加速度を検出するモータ角加速度検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したモータ角加速度に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償との少なくとも一方を行うように構成される。

又、この発明による車両用操舵制御装置は、好ましくは、路面反力を検出する路面反力
検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出した路面反力に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償との少なくとも一方を行うように構成される。

更に、この発明による車両用操舵制御装置は、好ましくは、前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したヨーレートに対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償との少なくとも一方を行うように構成される。

又、この発明による車両用操舵制御装置は、好ましくは、車速を検出する車速検出手段を備え、前記安定性補償手段はその出力を制限するリミッタ手段を有し、前記リミッタ手段は前記車速に応じて前記出力を制限するように構成される。

更に、この発明による車両用操舵制御装置は、好ましくは、前記運転者により操舵される操舵方向を検出する操舵方向検出手段を備え、前記スタビリティファクタ検出手段は、前記操舵の右方向のスタビリティファクタを検出する右方向スタビリティファクタ検出手段と前記操舵の左方向のスタビリティファクタを検出する左方向スタビリティファクタ検出手段とを有し、前記操舵方向検出手段の出力に応じた操舵方向のスタビリティファクタを出力するように構成される。

この発明による車両用操舵制御装置によれば、車両のスタビリティファクタを検出するスタビリティファクタ検出手段と、前記検出されたスタビリティファクタに応じた安定性補償値を出力する安定性補償手段を備え、前記出力された前記安定性補償値に基づいてアシストトルクを補正するようにしたので、車両状況に関わらず、車両の走行安定性を高めることができる。

この発明の特徴は、スタビリティファクタ、即ち車両状況の変化を検出し、その検出したスタビリティファクタに応じて車両の走行安定性を高める補償を行うことであるが、その理解を助けるために、この発明に係る車両状況の変化、スタビリティファクタ、車両の走行安定性に関して以下に説明する。

先ず、スタビリティファクタについて説明する。スタビリティファクタは、車両の走行安定性を定める指標の一つである。図１は、実際の操向輪角δsを一定とした場合の、車速Ｖと車両の旋回半径Ｒとの関係を示した特性図であり、スタビリティファクタＡの値により異なる特性となる。即ち、車両は、Ａ＞０ならばアンダーステア特性ＵＳ、Ａ＝０ならばニュートラルステア特性ＮＳ、Ａ＜０ならばオーバステア特性ＯＳとなる。

スタビリティファクタＡは、下記の式（１）により表わされる。

但し、m：車両質量、ｌ：車両のホイールベース長、ｌ_ｆ：車両重心点と前輪車軸間の距離、ｌ_ｒ：車両重心点と後輪車軸間の距離、Ｋ_ｆ：前輪のコーナリングパワー、Ｋ_ｒ：
後輪のコーナリングパワー

式（１）から、スタビリティファクタＡにより車両状況の変化を検出できること、又、車両状況の変化が車両の走行安定性に影響を及ぼすことが分かる。例えば、車両に荷物等を積載した場合、質量、重心位置、車輪荷重の変動により、車両質量ｍ、車両重心点と前輪間の距離ｌ_ｆ、車両重心点と後輪車軸間の距離ｌ_ｒ、前輪のコーナリングパワーＫ_ｆ、後輪のコーナリングパワーＫ_ｒの値が変化するため、スタビリティファクタＡの値が変化する。

車両状況の変化に伴う走行安定性の変化の一つとして、ヨー共振特性の変化が挙げられる。一般に車両は、特定の周波数の操舵入力に対して車両のヨー方向の挙動が大きくなるヨー共振を有するが、車両の状況が変化するとヨー共振のピークの大きさ、共振周波数は変化する。図２は、車速１００[ｋｍ／ｈ]時の車両モデルを含むステアリング系に於ける、操舵トルクに対するヨーレートのボード線図であり、実線で示す通常時Ｎと、破線で示す車両状況変化後Ｃとの車両状況の違いよる、車両挙動の安定性の比較結果を示す。図２に示すように、車両の通常時Ｎ（スタビリティファクタＡ＝０．００２４３９３）と車両状況変化後Ｃ（スタビリティファクタＡ＝０．０００９７８１）とでは、ヨー共振のピークの大きさ、及び共振周波数が異なる。

そこで、この発明は、スタビリティファクタ、即ち車両状況の変化を検出し、スタビリティファクタに基づき、例えば、ヨーレートの共振ピークを抑えるように、安定性補償を行うことにより車両状況の変化に関わらず車両の走行安定性の向上を図るものである。
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置の全体構成を示す構成図である。この実施の形態１による車両用操舵制御装置は、自動車に搭載される電動式パワーステアリング制御装置として具体化されたものである。図３に於いて、ステアリング機構（操舵機構ともいう）１０は、ハンドル１と、ステアリング軸２と、ステアリングギアボックス３と、ラックアンドピニオン機構６、タイヤ７を含んでいる。

更に、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、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３に於いて、ハンドル１は車両の運転者が操舵する車両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）を出力する。アシストモータ５は電動モータであり、テアリング軸２に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。

又、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を通じて数倍に増幅され、ラックとピニオン機構６を通じてタイヤ７を操作する。

一方、タイヤ７に与えられる路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、この路面反力トルクＴａｌｉｇｎ及びステアリング機構全体の摩擦トルクＴｆｒｐに基づき、ステアリング軸２に作用するステアリング軸反力トルクである。ステアリング軸機構１０の摩擦トルクＴｆｒ
ｐは、アシストモータ５における摩擦トルクＴｍｆｒｉｃを除くステアリング機構１０の摩擦トルクである。

図４は、制御ユニット８とアシストモータ５の構成を示すブロック図である。図３に示す制御ユニット８には様々な態様があるが、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置に於ける制御ユニット８の特徴箇所を、図４では鎖線で示す制御ブロック１９で示している。図４に於いて、制御ブロック１９は、車速検出器１１と、操舵トルク検出器１２と、モータ角速度検出器１４と、スタビリティファクタ検出器１８と、アシストトルク決定ブロック２０と、モータ電流決定器２１と、モータ電流比較器２２と、モータ駆動器２３と、モータ電流検出器２４を含んでいる。図４では、前述のアシストモータ５を、単に、モータと表示している。

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１４は、アシストモータ５の回転速度を受けてモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を出力する。スタビリティファクタ検出器１８は、スタビリティファクタＡを受けてスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）を出力する。

アシストトルク決定ブロック２０は、車速信号Ｖ（ｓ）と、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）と、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）と、スタビリティファクタＡ（ｓ）とを受けて、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を出力する。

モータ電流決定器２１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応する電流目標値Ｉｒｅｆ（ｓ）を出力する。一方、モータ電流検出器２４は、アシストモータ５の実際の駆動電流Ｉｍｔｒに相当するモータ駆動電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）を出力する。モータ電流比較器２２は、電流目標値Ｉｒｅｆ（ｓ）と、モータ駆動電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）を比較する。モータ駆動器２３は、電流目標値Ｉｒｅｆ（ｓ）と、駆動電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）との差を「０」とするように、アシストモータ５を駆動する。

モータ角速度検出器１４は、例えばレゾルバ、タコゼネレータ等のモータ回転速度センサにより構成される。尚、ロータリーエンコーダ等のモータ角度センサを備え、モータ角速度はモータ角度の微分により求めてもよい。同様に、モータ角加速度センサを備え、モータ角加速度を積分することにより求めてもよい。使用センサの種類を限定せず、モータ角度センサ、モータ角速度センサ、モータ角加速度センサの少なくとも一つを備えることで実現できる。又、モータ角速度はモータ電圧、モータ電流から推定により求めることとしてもよい。この場合、この発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置の実現を目的とした角度センサ、角速度センサ、角加速度センサ等の追加が不要となる。

次に、スタビリティファクタ検出器１８は、例えば、前述の特許文献４に示されるような公知の技術を用い、スタビリティファクタＡを受けて、スタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）を出力する。アシストトルク決定ブロック２０は、基本補償トルク演算器３０と、安定化補償トルク演算器３１と加算器３２とを含んでいる。

基本補償トルク演算器３０は、車速信号Ｖ（ｓ）と、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）とを受けて、基本補償トルクｍａｐ（ｓ）を出力する。安定化補償トルク演算器３１は、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）と、スタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）とを受けて、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力する。加算器３２は、基本補償トルク信号ｍａｐ（ｓ）と、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を加算し、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。

次に、この発明の実施の形態１の特徴である安定化補償トルク演算器３１について説明する。図５は、安定化補償トルク演算器３１の構成を示すブロック図である。図５に於いて、安定化補償トルク演算器３１は、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を受けて補償値を定めるようにしたダンピング補償器により構成されている。ダンピング補償器は、一般的な電動パワーステアリングが有する補償器のひとつであり、例えば前述の特許文献１及び特許文献２に示されている。

安定化補償トルク演算器３１を構成するダンピング補償器の仕様は、車両の走行安定性を高めるように設定される。しかしながら、車両状況（慣性質量及び重心位置等）が変化した場合、車両の走行安定性が変化するという問題がある。そこで車両状況の変化に応じてダンピング補償器の仕様を変更することにより、車両状況の変化に関わらず車両の走行安定性の向上を図るようにする。前述のとおり、車両状況の変化は、入力されるスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）の変化により得られる。

前述のように安定化補償トルク演算器３１は、一般的なダンピング補償器を基本構成としており、スタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）、即ち車両状況の変化に応じて、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）の特性補償（位相補償及びゲイン補償）を行い、これに応じて安定化補償信号ｃｔｒ（ｓ）を演算する。又、安定化補償トルク演算器３１は、位相補償定数算出器５０と、ゲイン補償定数算出器５１と、位相補償演算器５３と、ゲイン補償演算器５４とを含んでいる。

位相補償定数算出器５０は、スタビリティファクタ検出器１８の出力であるスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）を受け、位相補償定数を演算し、位相補償定数信号ｐａｒ_ｄｐｈ（ｓ）を出力する。ゲイン補償定数算出器５１は、スタビリティファクタ検出器１８の出力であるスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）を受け、ゲイン補償定数を演算し、ゲイン補償定数信号ｐａｒ_ｄｇ（ｓ）として出力する。

位相補償演算器５３は、位相補償定数算出器５０の出力に応じて位相補償の定数を設定し、モータ角速度検出器１４の出力の位相を変換し、位相補償信号ｃｔｒ_ｐｈ（ｓ）として出力する。ゲイン補償演算器５４は、ゲイン補償定数算出器５１の出力に応じてゲイン補償の定数を設定し、位相補償演算器５３の出力にゲインを乗じて、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）として出力する。

位相補償演算器５３は、車両の走行安定性を高めるよう、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）の位相を最適化し、位相補償信号ｃｔｒ_ｐｈ（ｓ）として出力する。例えば、ヨー共振ピークの抑制を目的とした場合、位相補償演算器５３は、ヨーレートに対するモータ角速度位相のズレに鑑み、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）に一次ローパスフィルタを乗じ、位相を補償する構成とし、一次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃはヨーレートの共振ピークを抑えるよう最適な値に設定されることとする。

ここで、車両状況が変化すると、ヨー共振特性が変化するため、位相補償演算器５３に於いて一次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃの最適値も変化する。一次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃを可変とし、位相補償定数算出器５０に於いて車両状況、即ちスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）に応じて算出した位相補償定数信号ｐａｒ_ｄｐｈ（ｓ）により、一次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃを定める。

例えば、位相補償演算器５３は、通常時（Ａ＝０．００２４）に於いて一次ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆｃ＝５．０[Ｈｚ]とし、車両状況変化時（Ａ＝０．０００
９８）に於いて一次ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆｃ＝２．０[Ｈｚ]とする。尚、スタビリティファクタＡは車両に応じて定められるパラメータであり、この実施の形態１で示したローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃの数値は一例である。

ゲイン補償演算器５４は、前述したように、車両の走行安定性を高めるよう、位相補償信号ｃｔｒ_ｐｈ（ｓ）のゲインを最適化し、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）として出力する。例えば、ヨー共振ピークの抑制を目的とした場合、ゲイン補償演算器５４はモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）に比例ゲインＫｄを乗じ、ゲインを補償する構成とし、比例ゲインＫｄはヨーレートの共振ピークを抑えるよう設定されることとする。比例ゲインＫｄは値が大きいほどヨー共振ピークは抑制されるが、過剰なゲインはモータ制御自体の安定性低下に繋がり振動などの弊害をもたらすため、これらを考慮し最適な値とする。

ここで、車両状況が変化すると、ヨー共振特性が変化するため、ゲイン補償演算器５４において比例ゲインＫｄの最適値も変化する。比例ゲインＫｄを可変とし、ゲイン補償定数算出器５１に於いて車両状況、即ちスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）に応じて算出したゲイン補償定数信号ｐａｒ_ｄｇ（ｓ）により、比例ゲインＫｄを定めることとする。

例えば、ゲイン補償演算器５４は、通常時（Ａ＝０．００２４）に於いて比例ゲインをＫｄ＝−１とし、車両状況変化時（Ａ＝０．０００９８）に於いて比例ゲインをＫｄ＝−２．２とする。尚、スタビリティファクタＡは車両に応じて定められるパラメータであり、この実施の形態１で示した比例ゲインＫｄの数値は一例である。

図６は、安定化補償トルク演算器３１の動作を説明するフローチャートである。図６のフローチャートは、スタートとエンドの間に、ステップＳ１０１からＳ１０６を含んでいる。尚、後述するメモリは、制御ユニット８を構成するマイクロコンピューターのメモリを示す。

図６に於いて、先ずステップＳ１０１では、モータ角速度検出器１４によりモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を検出し、メモリに読み込む。次のステップＳ１０２では、スタビリティファクタ検出器１８によりスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）を検出し、メモリに読み込む。次のステップＳ１０３では、位相補償定数算出器５０によりスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）より位相補償定数信号ｐａｒ_ｄｐｈ（ｓ）を演算し、メモリに読み込む。

次のステップＳ１０４では、ゲイン補償定数算出器５１により、スタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）よりゲイン補償定数信号ｐａｒ_ｄｇ（ｓ）を演算し、メモリに読み込む。次のステップＳ１０５では、位相補償定数信号ｐａｒ_ｄｐｈ（ｓ）より位相補償演算器５３のローパスフィルタのカットオフ周波数を設定し、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）の位相をローパスフィルタにより変換し、位相補償信号ｃｔｒ_ｐｈ（ｓ）としてメモリに読み込む。

次のステップＳ１０６では、ゲイン補償定数信号ｐａｒ_ｄｇ（ｓ）よりゲイン補償演算器５４の比例ゲインを設定し、位相補償信号ｃｔｒ_ｐｈ（ｓ）に比例ゲインを乗じて、安定化補償トルクｃｔｒ（ｓ）としてメモリに読み込む。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置によれば、安定化補償制御に於いて、スタビリティファクタ、即ち車両状況の変化に応じて補償値を定め、例えば、車両のヨーレート共振のピークを抑えるように補償することにより、車両状況の変化に関わらず走行安定性を高めることができる。

尚、この発明の実施の形態１による安定化補償トルク演算器３１は、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）とスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）の出力に応じ、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力する構成としたが、モータの角加速度を検出するモータ角加速度検出器を備え、モータ角加速度検出器の出力とスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）に応じ、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力する構成としてもよい。例えば、ヨー共振ピークの抑制を目的とした場合、ヨー共振周波数におけるヨーレートに対するモータ角加速度の位相ズレに鑑み、位相補償演算器５３は、モータ角加速度検出器の出力に二次ローパスフィルタを乗じ、位相を補償する構成とし、二次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ_ａはヨーレートの共振ピークを抑えるように設定されることとする。この変形例によれば、検出に必要とするセンサの種類を限定せず、この発明の車両用操舵制御装置を実現することが可能となる。

同様に、モータの角度を検出するモータ角度検出器を備え、安定化補償トルク演算器３１はモータ角度検出器の出力とスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）に応じ、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力する構成としてもよい。又、例えば、ヨー共振ピークの抑制を目的とした場合、ヨー共振周波数におけるヨーレートに対するモータ角度の位相ズレに鑑み、位相補償演算器５３はモータ角度検出器の出力に一次ローパスフィルタを乗じ、位相を補償する構成とし、一次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ_ｐはヨーレートの共振ピークを抑えるように設定されることとする。この変形例によれば、検出に必要とするセンサの種類を限定せず、この発明の車両用操舵制御装置を実現することが可能となる。

又、路面反力を検出する路面反力検出器を備え、安定化補償トルク演算器３１は路面反力検出器の出力とスタビリティファクタ検出器１８の出力に応じ、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力する構成としてもよい。又、例えば、ヨー共振ピークの抑制を目的とした場合、ヨー共振周波数におけるヨーレートに対する路面反力の位相ズレを鑑み、位相補償演算器５３は路面反力検出器の出力に一次ローパスフィルタを乗じ、位相を補償する構成とし、一次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ_ｒはヨーレートの共振ピークを抑えるように設定されることとする。この変形例によれば、検出に必要とするセンサの種類を限定せず、この発明の車両用操舵制御装置を実現することが可能となる。

又、ヨーレートを検出するヨーレート検出器を備え、安定化補償トルク演算器３１はヨーレート検出器の出力とスタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）に応じ、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力する構成としてもよい。又、例えば、ヨー共振ピークの抑制を目的とした場合、ヨーレート検出器の出力を用いるため、ヨーレートの実際の値と検出値との位相ズレに鑑み、位相補償演算器５３はヨーレート検出器の出力に一次ハイパスパスフィルタを乗じ、位相を補償する構成としてもよい。尚、ここではヨーレートを用いたが、その他の車両挙動の状態量、例えば、横Ｇを用いても良い。この変形例によれば、検出に必要とするセンサの種類を限定せず、この発明の車両用操舵制御装置を実現することが可能となる。又、車両挙動の状態量に応じて補償を行うことにより、更に車両の走行安定性能を高めることができる。

尚、本実施の形態では、安定化補償トルク演算器３１に於いて、位相補償演算器５３の位相補償定数を位相補償定数信号ｐａｒ_ｄｐｈ（ｓ）により可変とし、ゲイン補償演算器５４のゲイン補償定数をゲイン補償定数信号ｐａｒ_ｄｇ（ｓ）により可変とする構成としたが、位相補償演算器５３の位相補償定数とゲイン補償演算器５４のゲイン補償定数の少なくとも一方を可変とする構成としてもよい。例えば、ヨーレートを検出するヨーレート検出器を備え、安定化補償トルク演算器３１はヨーレート検出器の出力と、スタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）とに応じ、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力する構成とした場合に於いて、ヨーレートの実際の値と検出値との位相ズレに対し、スタビリティ
ファクタ、即ち車両状況の変化による影響は極めて小さいものであることを鑑み、ゲイン補償演算器５４の比例ゲインＫｄのみを可変とし、位相補償定数算出器５０を含まないことととしてもよい。この変形例によれば、この発明の実施の形態１と同様の効果が得られ、構成を簡易化でき、又、処理の負荷を低減することができる。

又、この発明の実施の形態１では、位相補償演算器５３は、ヨー共振ピークの抑制を目的として構成したが、例えば、ヨー共振ピーク抑制を目的とする一次ローパスフィルタと、更に本補償による操舵への影響の付与を防止する一次ハイパスフィルタとを備える構成ととしてもよい。又、ヨー共振ピーク抑制を目的とする一次ローパスフィルタと、更に高周波での振動や音の発生の抑制を目的とする一次ローパスフィルタとを備える構成としてもよい。この変形例によれば、操舵への違和感を付与、高周波での振動や音を発生することなく、車両の走行安定性の向上を図ることができる。

尚、この発明の実施の形態１に於いて、安定化補償トルク演算器３１の出力を制限するリミッタ手段を備えるものとしてもよい。リミッタの構成を追加することで、必要以上のアシストトルクＴａｓｓｉｓｔの発生を抑えることが可能となり、フェイルセーフ性が向上する。又、車速検出器１１の出力Ｖ（ｓ）を受け、例えば、車速信号Ｖ（ｓ）が２０[ｋｍ／ｈ]以下の場合、２０[ｋｍ／ｈ]以上の場合よりもリミッタの制限値を小さくすることとしてもよい。この場合、低速走行時には、安定化補償制御量を少なくし、制御による操舵フィーリングの悪化を抑制できる。尚、制限値は車両に応じて変更する。

ところで、操舵方向の左右で車両の操舵特性に差異がある。操舵方向の左右に関わらず同様の安定化トルク補償を行うと、例えば左輪のタイヤの空気圧のみが低減すると、右操舵では車両の挙動が安定化されるが、左操舵では車両の挙動が不安定となる場合がある。従って、この発明の実施の形態１に於けるスタビリティファクタ検出器１８の検出手段は、操舵の左右差を考慮し、操舵の左右方向のスタビリティファクタを個別に検出し、又、操舵方向の検出を行い、操舵方向に応じたスタビリティファクタを出力するものとしてもよい。この変形例によれば、たとえ操舵特性の左右差が大きな場合でも、操舵の左右双方に対し最適な補償が可能となり走行安定性の向上を図ることができる。

尚、この発明の実施の形態１では、安定化補償トルク演算器３１において、位相補償演算器５３は、一次ローパスフィルタをモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）に乗じ、位相補償信号ｃｔｒ_ｐｈ（ｓ）として出力し、ゲイン補償演算器５４は、比例ゲインを乗じ、安定性補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）として出力する構成としたが、スタビリティファクタとモータ角速度に応じた値を予め、マップ値としてメモリに記憶しておき、スタビリティファクタ信号Ａ（ｓ）とモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）に応じて読み出した値を出力することとしてもよい。この変形例によれば、構成を簡略化でき、処理の負荷を軽減できる。

尚、この発明の実施の形態１では、安定化補償トルク演算器３１は、スタビリティファクタ検出器１８の出力Ａ（ｓ）と、モータ角速度検出器１４の出力Ｓｍｔｒ（ｓ）を受けて、安定化補償トルク信号ｃｔｒ（ｓ）を出力するダンピング補償器により構成するようにしたが、一般的な電動パワーステアリングが有する弾性補償器、慣性補償器、路面反力補償器、ヨーレート補償器等、この他の様々な補償器の少なくとも一つ、若しくはそれらの組合せにより構成するようにしてもよい。

以上述べたこの発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置による安定化補償を行うことにより、車両状況に関わらず、車両の走行安定性を高めることができる。例えば、車両状況に応じて変化する、ヨー共振ピークの抑制効果は図７に示す通りである。図７は、車速１００[ｋｍ／ｈ]時の車両モデルを含むステアリング系に於ける、操舵トルクに対するヨーレートのボード線図であり、車両状況の違い及びこの発明の実施の形態１による補
償の有無により車両挙動の安定性を比較したものである。図７に於いて、Ｎはこの発明を適用していない場合、Ｃはこの発明を適用していない場合の車両の状況変化後、Ｘはこの発明を適用した場合の車両の状況変化後を夫々示している。尚、このモデルの車両用操舵制御装置は、一般的な電動パワーステアリングが有するダンピング補償器を備えている。

図７に於けるこの発明を適用した場合に於いては、ダンピング補償器はゲイン補償器（比例ゲインＫｄ＝−２）及び位相補償器（一次ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ＝３[Ｈｚ]）によって構成され、スタビリティファクタに応じて補償定数を可変とした。一方、この発明の適用無しの場合に於いては、ダンピング補償器はゲイン補償器のみによって構成され、比例ゲインは固定値（Ｋｄ＝−１）を用いた。

図７に示すように、スタビリティファクタ、即ち車両状況が変化すると、共振ピークの大きさ、共振周波数が変化していることが分かる。この発明による安定化補償無しの場合に於いて、通常時Ｎ（スタビリティファクタＡ＝０．００２４）と車両状況変化時Ｃ(Ａ＝０．０００９８)を比較すると、通常時Ｎに対し車両状況変化時Ｃは、共振ピークが約２０[ｄＢ]増加しており車両の挙動が不安定になりやすい。

一方、図７のＸに示すように、この発明の適用により共振ピークが抑制されていることが確認できる。車両状況変化時(Ａ＝０．０００９８)に於いて、この発明による安定化補償有の場合Ｘ（制御仕様をスタビリティファクタに応じて変更）と、この発明による安定化補償無の場合Ｃ（制御仕様を変更しない）を比較すると、安定化補償無Ｃに対し安定化補償有Ｘでは共振ピークが約２０[ｄＢ]減少している。安定化補償有Ｘでは、共振ピークの大きさが通常時のものと同等となっている。

このように、この発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置によれば、スタビリティファクタ、即ち車両状況の変化を検出し、スタビリティファクタに応じて安定化補償を行うことにより、車両状況に関わらず、車両の走行安定性を高めることができる。

実際の操向輪角δsを一定とした場合の、車速Ｖと車両の旋回半径Ｒとの関係を示した特性である。 従来の装置に於ける操舵トルクに対するヨーレートのボード線図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置を用いた車両用操舵制御装置系の全体構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置に於ける制御ユニットとアシストモータの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置に於ける安定化補償トルク演算器の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置に於ける安定化補償トルク演算器の動作を説明するフローチャートである。 この発明のこの発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置の効果を示す操舵トルクに対するヨーレートのボード線図である。

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
１０ ステアリング機構
１１ 車速検出器
１２ 操舵トルク検出器
１４ モータ角速度検出器
１８ スタビリティファクタ検出器
１９ モータ制御ブロック
２０ アシストトルク決定ブロック
２１ モータ電流決定器
２２ 比較器
２３ モータ駆動器
２４ モータ電流検出器
３０ 基本補償トルク演算器
３１ 安定化補償トルク演算器
３２ 加算器
５０ 位相補償定数算出器
５１ ゲイン補償定数算出器
５３ 位相補償演算器
５４ ゲイン補償演算器

Claims (9)

1. 車両の運転者によりステアリング軸に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルクに応じたアシストトルクを発生し前記ステアリング軸に前記発生したアシストトルクを加えるアシストモータとを有する車両用操舵装置に於いて、前記車両のスタビリティファクタを検出するスタビリティファクタ検出手段と、前記検出されたスタビリティファクタに応じた安定性補償値を出力する安定性補償手段を備え、前記出力された前記安定性補償値に基づいて前記アシストトルクを補正するようにしたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 前記安定性補償手段は、前記スタビリティファクタに応じて変化する車両のヨーレートの共振ピークを抑えるように補償することを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵制御
   装置。
3. 前記モータの回転角度を検出するモータ角度検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したモータの回転角度に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償とのうち少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
4. 前記モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したモータ角速度に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償とのうち少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
5. 前記モータの角加速度を検出するモータ角加速度検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したモータ角加速度に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償との少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
6. 路面反力を検出する路面反力検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出した路面反力に対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償との少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
7. 車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を備え、前記安定性補償手段は、前記検出したヨーレートに対し、前記スタビリティファクタに応じた位相補償と、ゲイン補償との少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵制御装置。
8. 車速を検出する車速検出手段を備え、前記安定性補償手段はその出力を制限するリミッタ手段を有し、前記リミッタ手段は前記車速に応じて前記出力を制限することを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
9. 前記運転者により操舵される操舵方向を検出する操舵方向検出手段を備え、前記スタビリティファクタ検出手段は、前記操舵の右方向のスタビリティファクタを検出する右方向スタビリティファクタ検出手段と前記操舵の左方向のスタビリティファクタを検出する左方向スタビリティファクタ検出手段とを有し、前記操舵方向検出手段の出力に応じた操舵方向のスタビリティファクタを出力することを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
   

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