JP4916820B2

JP4916820B2 - 車両の操舵制御装置

Info

Publication number: JP4916820B2
Application number: JP2006232673A
Authority: JP
Inventors: 哲秋山
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-08-29
Also published as: JP2008055967A; DE102007040359A1; DE102007040359B4; US20080059026A1

Description

本発明は、前輪をドライバのハンドル操作とは独立して操舵自在な舵角補正機構と、操舵トルクを軽減するパワーステアリング機構とを備えた車両の操舵制御装置に関する。

近年、車両においては、前輪をドライバによるハンドル操作とは独立して操舵自在な舵角補正機構を有する様々な操舵制御装置が開発され、実用化されている。また、車両では、従来よりパワーステアリング機構も搭載されている。

例えば、特開平７−４７９６９号公報では、ドライバが操舵するハンドル系と並列的に自動操舵機構が設けられており、パワーステアリング機構を利用して自動操舵を行う車両が開示されている。この車両では、パワーステアリング機構を、ドライバからの操舵力に応じて作動する操舵アシスト用作動状態と、自動操舵機構の設定操舵力に応じて作動する自動操舵用作動状態とが切り替えられるように構成されている。
特開平７−４７９６９号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される技術では、操舵アシスト用作動状態と自動操舵用作動状態とを切り替えにより行うようになっているため、これらが同時に行われるような操舵制御、すなわち、ドライバによる操舵を舵角補正機構により補正しようとする制御の場合には対応できず、パワーステアリング機構による操舵力のアシストが適切に行えないという問題がある。例えば、パワーステアリング機構によるアシストトルクは一定であるため、舵角補正機構がドライバによる操舵に加えて作動したときに、作動反力が増加して操舵感が変わり、ドライバに違和感を与える虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ、舵角補正機構がドライバによる操舵に加えて作動したときであっても、パワーステアリング機構が適切に操舵反力のアシストを行って、安定した操舵感を保ち、ドライバに対して違和感を与えることのない車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、前輪をドライバのハンドル操作とは独立して操舵自在な舵角補正機構に対する舵角補正量を演算する補助操舵制御手段と、操舵トルクを軽減するパワーステアリング機構に対するアシスト制御量を演算するパワーステアリング制御手段とを備えた車両の操舵制御装置において、上記パワーステアリング制御手段は、上記パワーステアリング機構の電動モータを、上記アシスト制御量に対応した、少なくとも車速に応じて可変設定する電流値で駆動させるものであって、上記パワーステアリング制御手段は、上記補助操舵制御手段の上記舵角補正量を上記車速の補正量に換算し、上記アシスト制御量を補正することを特徴としている。

本発明による車両の操舵制御装置によれば、たとえ、舵角補正機構がドライバによる操舵に加えて作動したときであっても、パワーステアリング機構が適切に操舵反力のアシストを行って、安定した操舵感を保ち、ドライバに対して違和感を与えることがないという優れた効果を奏する。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図６は本発明の実施の第１形態を示し、図１は車両の前輪操舵装置の概略構成を示す説明図、図２は補助操舵制御プログラムのフローチャート、図３はパワーステアリング制御プログラムのフローチャート、図４は車速感応ステアリングギヤ比の特性図、図５は制御ゲインの特性図、図６は車速と操舵トルクにより決定されるアシスト電流のマップの説明図である。

図１において、符号１は車両の前輪操舵装置を示し、この前輪操舵装置１は、ステアリングホイール（ハンドル）２から、ステアリングシャフト３が延出されており、ステアリングシャフト３の前端は、ユニバーサルジョイント４ａ、４ａ及びジョイント軸４ｂから成るジョイント部４を介してステアリングギヤボックス５から突出されたピニオン軸６と連結されている。

ステアリングギヤボックス５からは、左前輪７flに向けてタイロッド８flが延出される一方、右前輪７frに向けてタイロッド８frが延出されている。

タイロッド８fl、８frのタイロッドエンドは、ナックルアーム９fl、９frを介して、それぞれの側の車輪７fl、７frを回転自在に支持するアクスルハウジング１０fl、１０frと連結されている。

ステアリングシャフト３の中途部には、ステアリングギヤ比を可変する前輪舵角補正機構１１が介装されており、ステアリングシャフト３は前輪舵角補正機構１１から上方に延出されたシャフト部分がアッパシャフト３Ｕ、前輪舵角補正機構１１から下方に延出されたシャフト部分がロアシャフト３Ｌとして構成されている。

前輪舵角補正機構１１の構造について以下説明する。アッパシャフト３Ｕの下端と、ロアシャフト３Ｌの上端には、それぞれ同一回転軸芯上に一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌが固設されており、この一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌは、複数（例えば、３つ）配設したピニオン軸１３に固設されたプラネタリギヤ１４Ｕ、１４Ｌと、それぞれ噛合されている。

一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌは共に、ピニオン軸１３を回転自在に軸支するキャリア１５の内部に格納されており、キャリア１５の上端外周には、補助操舵用電動モータ１６の出力軸１６ａに固設されたドライブギヤ１７と噛合するドリブンギヤ１８が設けられている。

補助操舵用電動モータ１６は、補助操舵用モータ駆動部２０により駆動され、補助操舵用モータ駆動部２０は、補助操舵制御手段としての補助操舵制御部２１より入力されるモータ回転角に応じた信号に基づいて、補助操舵用電動モータ１６を回転させるように構成されている。

一方、前輪操舵装置１には、周知のラックアシスト型等の電動パワーステアリング機構１９が設けられている。この電動パワーステアリング機構のパワーステアリング用電動モータ（図示せず）は、パワーステアリン用モータ駆動部２５により駆動され、パワーステアリン用モータ駆動部２５は、パワーステアリング制御手段としてのパワーステアリング制御部２６からの信号に基づいて、パワーステアリング用電動モータを駆動させる。

車両には、車速Ｖを検出する車速センサ３１、ドライバによる操舵角（ハンドル角）θHdを検出するハンドル角センサ３２、及び、操舵トルクＴＨを検出する操舵トルクセンサ３３が設けられている。そして、車速Ｖ、ハンドル角θHdの信号は、補助操舵制御部２１に入力され、車速Ｖ、操舵トルクＴＨの信号は、パワーステアリング制御部２６に入力される。

また、補助操舵制御部２１で演算される前輪舵角補正量δHc（詳細は後述する）は、パワーステアリング制御部２６に入力される。

補助操舵制御部２１は、後述の補助操舵制御プログラムに従って、車速Ｖ、ハンドル角θHdに基づいて第１の前輪舵角補正量δHc1を演算し、ハンドル角θHdの微分値をローパスフィルタ処理した値に車速Ｖに応じた制御ゲインを乗算して第２の前輪舵角補正量δHc2を演算する。そして、これらを加算して得られる前輪舵角補正量δHcに応じたモータ回転角θＭを演算し、補助操舵用モータ駆動部２０に出力して、補助操舵用電動モータ１６を駆動する。

また、パワーステアリング制御部２６は、後述のパワーステアリング制御プログラムに従って、前輪舵角補正量δHcによる補正を考慮し、予め設定しておいた車速と操舵トルクにより決定されるアシスト電流のマップ（例えば、図６）を参照してアシスト電流Ｉｐを求め、パワーステアリン用モータ駆動部２５に出力して、パワーステアリング用電動モータを駆動させる。

次に、補助操舵制御部２１で実行される補助操舵制御プログラムを、図２のフローチャートに従って説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、車速Ｖ、ドライバによる操舵角θHdを読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、例えば、以下の（１）式により、第１の前輪舵角補正量δHc1を演算する。
δHc1＝（（θHd／ｎdc1）−（θHd／ｎd））・ｎｃ …（１）
ここで、ｎdはドライバ側ステアリングギヤ比（補助操舵用電動モータ１６を停止させたとき、ドライバのハンドル操作に対して影響するステアリングギヤ比；一対のサンギヤ１２Ｕ、１２Ｌ、一対のプラネタリギヤ１４Ｕ、１４Ｌ、及び、ステアリングギヤボックス５によって決定されるステアリングギヤ比）である。また、ｎｃは前輪舵角補正機構１１側ステアリングギヤ比（ドライバがハンドル操作をしていない状態で補助操舵用電動モータ１６が回転したときに影響するステアリングギヤ比；ドライブギヤ１７、ドリブンギヤ１８（キャリア）により決定されるステアリングギヤ比）である。更に、ｎdc1は予め設定しておいたマップや演算式により得られる車速感応ステアリングギヤ比である。この車速感応ステアリングギヤ比ｎdc1は、例えば、図４に示すように設定され、車速Ｖが低いときには、ドライバ側ステアリングギヤ比ｎdに対してクィックな特性に、車速Ｖが高いときには、ドライバ側ステアリングギヤ比ｎdに対してスローな特性に決定される。

次いで、Ｓ１０３に進み、例えば、以下の（２）式により、第２の前輪舵角補正量δHc2を演算する。
δHc2＝Ｇcd・（１／（１＋Ｔcd・Ｓ））・（ｄθHd／ｄｔ）／ｎｄ …（２）
ここで、Ｇcdは制御ゲイン、Ｔcdはローパスフィルタの時定数、Ｓはラプラス演算子、（ｄθHd／ｄｔ）は前輪操舵角の微分値である。

従って、上述の（２）式は、前輪舵角の微分値（ｄθHd／ｄｔ）に対し、（１／（１＋Ｔcd・Ｓ））を乗算することでローパスフィルタ処理を行うことを示しており、ローパスフィルタの時定数Ｔcdは、例えば、入力される前輪操舵角に対するヨーレート応答の共振周波数である１〜２Hzが設定される。

また、制御ゲインＧcdは、操舵の周波数に対して急激なピークを持つ特性は、車速Ｖの増加と共に顕著になるので、図５に示すように、マップ等を参照して車速Ｖが増加するほど大きな値に設定されるようになっている。

次に、Ｓ１０４に進み、第１の前輪舵角補正量δHc1と第２の前輪舵角補正量δHc2とを加算して、前輪舵角補正量δHcを演算し、パワーステアリング制御部２６に出力する。すなわち、
δHc＝δHc1＋δHc2 …（３）

そして、Ｓ１０５に進み、以下の（４）式によりモータ回転角θＨを演算し、補助操舵用モータ駆動部２０に対し出力してプログラムを抜ける。
θM＝δHc・ｎｃ …（４）

すなわち、本実施の第１形態による補助操舵制御では、前輪舵角の微分値（ｄθHd／ｄｔ）に対し、ローパスフィルタ処理することで、操舵の周波数に対して穏やかにゲインが上昇しながらも、明確なピークを持たない特性（本実施の形態による特性）とすることで、素早い操舵に対する応答性の向上と安定性（車両のスピン防止）を実現し、車両のヨー応答を改善しつつ、操舵に対するヨー運動の共振による不安定な車両挙動を確実に抑制することができるようになっている。

また、前輪舵角の微分値（ｄθHd／ｄｔ）に対し、ローパスフィルタ処理することで、操舵角のデジタル値を微分した場合に問題となる虞のあるノイズ成分を除去することができるという効果も得られる。

次に、パワーステアリング制御部２６で実行されるパワーステアリング制御プログラムを、図３のフローチャートに従って説明する。
まず、Ｓ２０１で、車速Ｖ、操舵トルクＴＨ、前輪舵角補正量δHcを読み込む。

次いで、Ｓ２０２に進み、前輪舵角補正量の微分値（ｄδHc／ｄｔ）、前輪舵角補正量の２階微分値（ｄ^２δHc／ｄｔ^２）を演算する。

次に、Ｓ２０３に進み、アシスト電流Ｉｐを補正するアシスト増加指示値Ｐを、例えば、以下の（５）式により演算する。
Ｐ＝Ｋ１・δHc＋Ｋ２・（ｄδHc／ｄｔ）＋Ｋ３・（ｄ^２δHc／ｄｔ^２）
…（５）
ここで、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３はそれぞれ予め設定しておいたゲインである。

そして、この式で、「Ｋ１・δHc」の項は、操舵反力そのものを打ち消そうとするアシスト力の項であり、「Ｋ２・（ｄδHc／ｄｔ）」の項は、ステアリングダンパを打ち消すように作用するアシスト力の項であり、「Ｋ３・（ｄ^２δHc／ｄｔ^２）」の項は、ステアリング転舵時の慣性を打ち消すように作用するアシスト力の項となっており、これらの項を備えたことにより、滑らかにアシスト力を補正できるようになっている。尚、これらの項を全て備えることなく、車両によっては、何れか１つの項、或いは、何れか２つの項でアシスト増加指示値Ｐを演算するようにしても良い。

次に、Ｓ２０４に進み、車速Ｖと操舵トルクＴＨに基づき、予め設定しておいた車速と操舵トルクにより決定されるアシスト電流のマップ（例えば、図６）を参照してアシスト電流Ｉｐを求める。尚、この図６は、左右どちらか一方のアシスト電流Ｉｐを示すマップとなっており、他方のアシスト電流Ｉｐの特性は、符号を逆にして同様に設定されている。

次いで、Ｓ２０５に進み、Ｓ２０４で求めたアシスト電流Ｉｐを、Ｓ２０３で演算したアシスト増加指示値Ｐで補正処理を行う。この補正処理は、例えば、以下の（６）式により行われる。
Ｉｐ＝Ｉｐ＋Ｐ …（６）

そして、Ｓ２０６に進み、Ｓ２０５で補正処理した、アシスト電流Ｉｐをパワーステアリン用モータ駆動部２５に出力して、プログラムを抜ける。

このように、本実施の第１形態によれば、補助操舵制御部２１の前輪舵角補正量δHcをパワーステアリング用電動モータの電流値（アシスト電流Ｉｐ）の補正量（アシスト増加指示値Ｐ）に換算し、アシスト電流Ｉｐを補正するようになっている。このため、たとえ、前輪舵角補正機構１１がドライバによる操舵に加えて作動したときであっても、電動パワーステアリング機構１９が適切に操舵反力のアシストを行って、安定した操舵感を保ち、ドライバに対して違和感を与えることがない。

尚、本実施の第１形態では、アシスト電流Ｉｐの補正量であるアシスト増加指示値Ｐは、アシスト電流Ｉｐに加算することで補正するようにしているが、アシスト増加指示値Ｐの演算・換算の仕方によっては、アシスト電流Ｉｐに乗算することで補正するようにしても良い。

また、本実施の第１形態では、アシスト増加指示値Ｐを補助操舵制御部２１からの前輪舵角補正量δHcを用いて演算するようにしているが、制御量ではなく実際の計測値（センサ値）を基に演算するようにしても良い。

次に、図７は本発明の実施の第２形態による、パワーステアリング制御プログラムのフローチャートである。尚、本実施の第２形態は、パワーステアリング制御部２６におけるアシスト電流Ｉｐの補正の仕方が上述の第１形態と異なり、他の構成、作用は前記第１形態と同様であるので説明は省略する。

すなわち、パワーステアリング制御部２６で実行される、本第２形態によるパワーステアリング制御プログラムは、図７のフローチャートに示すように、まず、Ｓ３０１で、車速Ｖ、操舵トルクＴＨ、前輪舵角補正量δHcを読み込む。

次いで、Ｓ３０２に進み、前輪舵角補正量の微分値（ｄδHc／ｄｔ）、前輪舵角補正量の２階微分値（ｄ^２δHc／ｄｔ^２）を演算する。

次に、Ｓ３０３に進み、車速Ｖを補正する車速補正値Ｖｓを、例えば、以下の（７）式により演算する。
Ｖｓ＝Ｋv1・δHc＋Ｋv2・（ｄδHc／ｄｔ）＋Ｋv3・（ｄ^２δHc／ｄｔ^２）
…（７）
ここで、Ｋv1、Ｋv2、Ｋv3はそれぞれ予め設定しておいたゲインである。

そして、この式で、「Ｋv1・δHc」の項は、操舵反力そのものを打ち消そうとするアシスト力の項であり、「Ｋv2・（ｄδHc／ｄｔ）」の項は、ステアリングダンパを打ち消すように作用するアシスト力の項であり、「Ｋv3・（ｄ^２δHc／ｄｔ^２）」の項は、ステアリング転舵時の慣性を打ち消すように作用するアシスト力の項となっており、これらの項を備えたことにより、滑らかにアシスト力を補正できるようになっている。尚、これらの項を全て備えることなく、車両によっては、何れか１つの項、或いは、何れか２つの項で車速補正値Ｖｓを演算するようにしても良い。

次いで、Ｓ３０４に進み、以下の（８）式により、車速Ｖを補正する。
Ｖ＝Ｖ−Ｖｓ …（８）

次いで、Ｓ３０５に進み、車速Ｖと操舵トルクＴＨに基づき、予め設定しておいた車速と操舵トルクにより決定されるアシスト電流のマップ（例えば、図６）を参照してアシスト電流Ｉｐを求める。尚、この図６は、左右どちらか一方のアシスト電流Ｉｐを示すマップとなっており、他方のアシスト電流Ｉｐの特性は、符号を逆にして同様に設定されている。

そして、Ｓ３０６に進み、Ｓ３０５で設定した、アシスト電流Ｉｐをパワーステアリン用モータ駆動部２５に出力して、プログラムを抜ける。

このように、本実施の第２形態によれば、補助操舵制御部２１の前輪舵角補正量δHcを車速Ｖの補正量（車速補正値Ｖｓ）に換算し、車速Ｖを補正することで、アシスト制御量を補正できるようになっている。このため、たとえ、前輪舵角補正機構１１がドライバによる操舵に加えて作動したときであっても、電動パワーステアリング機構１９が適切に操舵反力のアシストを行って、安定した操舵感を保ち、ドライバに対して違和感を与えることがない。

また、車速Ｖを補正する制御であるため、基本的な車速と操舵トルクにより決定されるアシスト電流のマップを変更する必要が無く、従来の様々なパワーステアリング機構に直ぐに適用でき、汎用性が広いものとなっている。

尚、本実施の第２形態では、車速補正値Ｖｓを、車速Ｖから減算することで車速補正するようになっているが、車速補正値Ｖｓの演算・換算の仕方によっては、車速Ｖに乗算することで車速Ｖを補正するようにしても良い。

また、本実施の第２形態では、車速補正値Ｖｓを補助操舵制御部２１からの前輪舵角補正量δHcを用いて演算するようにしているが、制御量ではなく実際の計測値（センサ値）を基に演算するようにしても良い。

更に、本実施の第１、第２形態における補助操舵制御は、上述のものに限るものではなく、他の補助操舵制御であっても良い。

本発明の実施の第１形態による、車両の前輪操舵装置の概略構成を示す説明図同上、補助操舵制御プログラムのフローチャート同上、パワーステアリング制御プログラムのフローチャート同上、車速感応ステアリングギヤ比の特性図同上、制御ゲインの特性図同上、車速と操舵トルクにより決定されるアシスト電流のマップの説明図本発明の実施の第２形態による、パワーステアリング制御プログラムのフローチャート

符号の説明

１前輪操舵装置
２ステアリングホイール（ハンドル）
５ステアリングギヤボックス
７fl，７fr 前輪
１１前輪舵角補正機構
１６補助操舵用電動モータ
１９電動パワーステアリング機構
２０補助操舵用モータ駆動部
２１補助操舵制御部（補助操舵制御手段）
２５パワーステアリン用モータ駆動部
２６パワーステアリング制御部（パワーステアリング制御手段）
３１車速センサ
３２ハンドル角センサ
３３操舵トルクセンサ

Claims

前輪をドライバのハンドル操作とは独立して操舵自在な舵角補正機構に対する舵角補正量を演算する補助操舵制御手段と、操舵トルクを軽減するパワーステアリング機構に対するアシスト制御量を演算するパワーステアリング制御手段とを備えた車両の操舵制御装置において、
上記パワーステアリング制御手段は、上記パワーステアリング機構の電動モータを、上記アシスト制御量に対応した、少なくとも車速に応じて可変設定する電流値で駆動させるものであって、
上記パワーステアリング制御手段は、上記補助操舵制御手段の上記舵角補正量を上記車速の補正量に換算し、上記アシスト制御量を補正することを特徴とする車両の操舵制御装置。
上記車速の補正量は、ハンドル角とハンドル角の微分値とハンドル角の２階微分値の少なくとも一つに基づき設定することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。