JP5032529B2

JP5032529B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP5032529B2
Application number: JP2009092603A
Authority: JP
Inventors: 憲雄山崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: JP2010241278A; US8267219B2; ATE549194T1; EP2239179B1; EP2239179A1; US20100252355A1

Description

本発明は、車両挙動に応じて操舵アシスト力を低減する補助反力トルクを制御する車両用操舵装置に関する。

自動車においては、適切な運転を可能とさせるべく、車両挙動や路面状態を操舵反力として運転者に伝達する必要がある。車両用操舵装置として電動パワーステアリングが搭載された自動車の場合、補助反力トルクが種々の制御パラメータ（ステアリングホイールの操舵角、ヨーレイト、車速等）に基づいて設定され、操舵方向への補助操舵トルクを減少させる制御が実施される。

この種の車両用操舵装置として、横風などの外乱が加わった際に発生する車両挙動を抑制するように補助操舵トルクを発生するものが存在し、例えば、車両の操向車輪を手動により転舵するための手動操舵手段と、補助操舵トルクを操向車輪に加えるための電動機と、車両のヨーレイト等を検出する車両挙動検出手段の検出値に基づいて電動機の補助操舵トルクを制御する制御手段とを備え、制御手段が、車両挙動検出手段の検出値の単位時間当たりの変化率値を検出し、この変化率値を打ち消す向きに電動機が駆動されるように制御するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。

特許第３１１０８９１号公報

ところで、後輪を駆動するモータを回生ブレーキとして用いる車両の場合、回生制動時に車両挙動が変化し、運転者に違和感を与え、操舵フィールが低下することが考えられる。特に、ディスクブレーキ等の制動装置を作動させずに回生を行う車両では、そのような傾向が顕著である。しかしながら、そのような車両に上記従来の車両用操舵装置を適用した場合、回生制動による影響がヨーレイト等の車両挙動の変化として反映された後に制御を行うことになるため、回生制動時に車両挙動の変化を遅滞なく抑制することは困難であった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、後輪の回生ブレーキとして機能するモータを有する車両において、回生制動時の車両挙動の変化を抑制して運転者の操舵フィールを向上させる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、後輪（４ｒｌ，４ｒｒ）を駆動するモータ（５ｌ，５ｒ）を回生ブレーキとして用いる車両（１）の操舵装置（２１）であって、車両挙動に応じて操舵アシスト力を低減する補助反力トルクを制御する反力制御手段（４２）を備え、前記反力制御手段は、前記モータによる回生が行われた場合、前記補助反力トルクを増大させる構成とする。

また、第２の発明として、前記後輪を構成する左右輪が異なるモータによって駆動され、前記反力制御手段は、前記モータによる回生量の差に応じて前記補助反力トルクを制御する構成とすることができる。

上記第１の発明によれば、後輪の回生ブレーキとして機能するモータを有する車両において、回生制動時に補助反力トルクを増大させる（すなわち、補助操舵力を減少させる）ことで、回生制動時の車両挙動の変化を抑制して運転者の操舵フィールを向上させることができるという優れた効果を奏する。また、上記第２の発明によれば、左右後輪における回生量の差に応じて補助反力トルクを制御することにより、車両挙動の変化をより効果的に抑制することができる。

実施形態に係る電動パワーステアリング装置を備えた自動車の概略構成図図１中のＥＰＳ・ＥＣＵの構成を示すブロック図図２中の補助反力トルク設定部の概略構成を示すブロック図図３中の補助反力トルクのベース値Ｔ１と車速Ｖおよびヨーレイトγとの対応を示すデータマップ図４中の補助反力トルク補正部の概略構成を示すブロック図図４中の補助反力トルクの補正値Ｔ２と車速Ｖおよび回生量Ｒｅｇ_Ｖとの対応を示すデータマップ図２中の補助反力トルク設定部による補助反力トルク補正値の設定手順を示すフロー図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対応して配置された部材については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付し、例えば、車輪４ｆｌ（左前）、車輪４ｆｒ（右前）、車輪４ｒｌ（左後）、車輪４ｒｒ（右後）と記す。また、総称する場合には、例えば、車輪４と記す。

図１に示すように、自動車（車両）１は、タイヤ３ｆｌ，３ｆｒが装着された左右前輪４ｆｌ，４ｆｒと、タイヤ３ｒｌ，３ｒｒが装着された左右後輪４ｒｌ，４ｒｒとを備えており、これら前輪４ｆｌ，４ｆｒおよび後輪４ｒｌ，４ｒｒが、いずれも図示しない左右のフロントサスペンションおよびリヤサスペンションによってそれぞれ車体２に懸架されている。自動車１は、４輪駆動方式を採用しており、前輪４ｆｌ，４ｆｒが図示しないエンジンによって駆動されるとともに、後輪４ｒｌ，４ｒｒがギヤ機構６ｌ，６ｒを介して左右の後輪駆動モータ５ｌ，５ｒによって駆動される。

また、自動車１は、ステアリングホイール１１の操舵によって前輪４ｆｌ，４ｆｒを直接転舵する前輪操舵装置１２を備えている。前輪操舵装置１２は、ステアリングホイール１１にステアリングシャフト１４を介して一体的に回転可能に連結されたピニオン１５と、このピニオン１５に噛合して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸１６とから構成されるラック・アンド・ピニオン機構を備えている。ラック軸１６の両端はタイロッド１７を介して前輪４ｆｌ，４ｆｒのナックル１８ｌ，１８ｒに連結されており、ステアリングホイール１１の回転操作に応じて前輪４ｆｌ，４ｆｒが転舵される。また、前輪操舵装置１２は、電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering：以下、ＥＰＳという。）２１を備えており、運転者の手動操舵力を軽減すべくアシストモータ２２が発生するアシストトルクをステアリング系に付与する。

ピニオン１５の近傍には、ピニオン１５に作用する手動操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ３１と、ステアリングホイール１１の回転角から操舵角速度ωを検出する操舵角速度センサ３２とが設けられている。また、車体の適所には、車速を検出する車速センサ３３と、車体に発生するヨーレイトγを検出するヨーレイトセンサ３４とが設けられている。

さらに、自動車１には、各種システムを統括制御するメインＥＣＵ３７と、メインＥＣＵ３７からの制御指令に基づきＥＰＳ２１を制御するＥＰＳ・ＥＣＵ３８と、メインＥＣＵ３７からの制御指令に基づき後輪駆動モータ５ｌ，５ｒの駆動および回生動作を制御するパワーコントロールユニット（Power Control Unit：以下、ＰＣＵという。）３９とを備えている。各ＥＣＵ３７，３８およびＰＣＵ３９は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、車両用ローカルエリアネットワークＣＡＮ（Controller Area Network）などの通信回線を介して互いに接続され、互いに制御量や制御状態を監視することができる。

メインＥＣＵ３７には、各センサ３１〜３４からの検出結果が入力され、これらの入力に基づきＥＰＳ・ＥＣＵ３８またはＰＣＵ３９に対する各種制御指令が出力される。ＰＣＵ３９には、後輪駆動モータ５ｌ，５ｒに電力を供給するニッケル水素バッテリ４０が接続されている。後輪駆動モータ５ｌ，５ｒは、自動車１の運動エネルギにより回転駆動されて発電を行う回生ブレーキ機能を有しており、発電された電気エネルギがバッテリ４０に充電される。発電時の回転抵抗は、自動車１の制動力として利用される。

また、ＰＣＵ３９は、バッテリ４０に充電される回生量（電力量）を検出し、検出した回生量の情報を、メインＥＣＵ３７を介してＥＰＳ・ＥＣＵ３８に出力する。後述するように、ＥＰＳ・ＥＣＵ３８では、得られた回生量の情報に基づき補助反力トルクを制御する。なお、ＰＣＵ３９がエンジン回転数やバッテリ残量等の車両状況に基づき後輪駆動モータ５ｌ，５ｒに対する目標回生量を算出し、この目標回生量を上記回生量の情報の代わりにＥＰＳ・ＥＣＵ３８に出力する構成も可能である。

図２に示すように、ＥＰＳ・ＥＣＵ３８において、補助操舵トルク設定部４１には、操舵トルクセンサ３１、操舵角速度センサ３２、及び車速センサ３３からの各検出信号（すなわち、操舵トルクＴ、操舵角速度ω、及び車速Ｖの情報）が入力する。補助操舵トルク設定部４１は、それらの入力された情報から所定のデータマップや演算式等を用いて通常のアシスト制御を行うための補助操舵トルク目標値Ｔ０を設定する。また、補助反力トルク設定部４２（反力制御手段）には、車速センサ３３及びヨーレイトセンサ３４からの検出信号（すなわち、車速Ｖ及びヨーレイトγの情報）ならびにＰＣＵ３９からの左右後輪回生量Ｒｅｇ_Ｖｌ，Ｒｅｇ_Ｖｒの情報が入力する。補助反力トルク設定部４２は、それらの入力された情報から所定のデータマップや演算式等を用いて補助反力トルク目標値ＴＡを設定する。この補助反力トルク目標値ＴＡは、操舵アシスト力を低減する操舵抵抗成分であり、加算器４３において補助操舵トルク目標値Ｔ０に加算され、目標電流設定部４４に出力される。

目標電流設定部４４は、加算器４３の出力（補助操舵トルク目標値Ｔ０および補助反力トルク目標値ＴＡ）に基づきアシストモータ２２に対する目標電流Ｉｔを設定し、これを出力電流制御部４５に出力する。出力電流制御部４５は、目標電流Ｉｔに基づいて駆動回路４６を制御し、アシストモータ２２を駆動する。また、出力電流制御部４５は、アシストモータ２２の実電流Ｉａと目標電流Ｉｔとの間でフィードバック制御を行う。

図３に示すように、補助反力トルク設定部４２において、補助反力トルク演算部５１は、車速Ｖおよびヨーレイトγに基づいて補助反力トルクのベース値Ｔ１を算出する。

ここで、補助反力トルク演算部５１は、例えば、図４に示すように、ヨーレイトγに対して車速Ｖごとに異なる特性に設定されたデータマップから補助反力トルクのベース値Ｔ１を求めることができる。このデータマップでは、車速Ｖが大きくなるにつれて、同じヨーレイトγでもより大きなベース値Ｔ１が発生するように設定されている。また、車速Ｖが０の場合、ベース値Ｔ１はヨーレイトγに関わらず０に設定される。

また、補助反力トルク設定部４２において、補助反力トルク補正部５２は補助反力トルクの補正値Ｔ２を設定する。より詳細には、図５に示すように、補助反力トルク補正部５２において、回生量演算部６１が、左後輪回生量Ｒｅｇ_Ｖｌと右後輪回生量Ｒｅｇ_Ｖｒとの差である回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄを算出し、これを補正値設定部６２に出力する。補正値設定部６２は、回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄおよび車速Ｖに基づいて補助反力トルクの補正値Ｔ２を設定する。

ここで、補正値設定部６２は、例えば、図６に示すように、回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄに対して車速Ｖごとに異なる特性に設定されたデータマップから補助反力トルクの補正値Ｔ２を求めることができる。このデータマップでは、車速Ｖが大きくなるにつれて、同じヨーレイトγでもより大きな補正値Ｔ２が発生するように設定されている。また、補正値Ｔ２は、回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄが０の場合に０に設定されるが、少なくとも回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄが０でない場合（すなわち、回生が行われた場合）には補助反力トルクを増大させるように設定されている。

なお、図示しないブレーキペダルの非操作時には、後輪駆動モータ５ｌ，５ｒによる回生制動により後輪４ｒｌ，４ｒｒのみが制動されるため、ブレーキペダルの操作時（前後輪に対してディスクブレーキ等の制動装置が作動している状態）に比べて車両挙動の変化が大きくなり得る。したがって、補正値設定部６２は、自動車１の減速時（例えば、図示しないアクセルペダルの踏み込み量やスロットル開度がゼロとなった或いは減少した場合）に、ブレーキペダルの操作信号（図５参照）からブレーキペダルが操作されていないと判断した場合にのみ、補助反力トルクの補正値Ｔ２を設定する（すなわち、補助反力トルクを増大させる）構成とすることができる。

補助反力トルク演算部５１が設定した補助反力トルクのベース値Ｔ１と、補助反力トルク補正部５２が設定した補助反力トルクの補正値Ｔ２とは、図３に示すように、加算器６３において加算された後、リミッタ６４に入力される。リミッタ６４は、ベース値Ｔ１と補正値Ｔ２との和として求められる補助反力トルク目標値ＴＡを、予め設定された最大値（Ｔｍａｘ）および最小値（−Ｔｍａｘ）に基づき適正範囲内に制限するリミッタ処理を行ない、この処理後の補助反力トルク目標値ＴＡを出力する。

次に、図７を参照して、補助反力トルク設定部４２による補助反力トルクの補正値Ｔ２の設定手順を示す。まず、補助反力トルク演算部５１は、入力された車速Ｖおよびヨーレイトγに基づいて、図４に示したデータマップから補助反力トルクのベース値Ｔ１を求める（Ｓ１０１）。

次に、補助反力トルク補正部５２において、回生量演算部６１は、入力された左後輪回生量Ｒｅｇ_Ｖｌと右後輪回生量Ｒｅｇ_Ｖｒとの差から回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄを算出する（Ｓ１０２）。続いて、補正値設定部６２は、回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄおよび車速Ｖに基づき、図６に示したデータマップから補助反力トルクの補正値Ｔ２を求める（Ｓ１０３）。

なお、上記回生量差Ｒｅｇ_Ｖｄの代わりに、左後輪回生量Ｒｅｇ_Ｖｌと右後輪回生量Ｒｅｇ_Ｖｒとの和である総回生量Ｒｅｇ_Ｖｔを用いて補助反力トルクの補正値Ｔ２を求めることも可能である。その場合には、差動装置を介して後輪４ｒｌ，４ｒｒを１つの後輪駆動モータにより駆動する構成も可能である。

その後、加算器６３において、ベース値Ｔ１および補正値Ｔ２が加算されて補助反力トルク目標値ＴＡが算出される（Ｓ１０４）。そして、リミッタ６４において、補助反力トルク目標値ＴＡが、予め設定された最大値（Ｔｍａｘ）と比較され（Ｓ１０５）、最大値を越えている場合（ＹＥＳ）、ＴＡ＝Ｔｍａｘとして設定される（Ｓ１０６）。さらに、リミッタ６４において、補助反力トルク目標値ＴＡが、予め設定された最小値（−Ｔｍａｘ）と比較され（Ｓ１０７）、最小値に満たない場合（ＹＥＳ）、ＴＡ＝−Ｔｍａｘとして出力される（Ｓ１０８）。なお、補助反力トルク目標値ＴＡが、最大値（Ｔｍａｘ）と最小値（−Ｔｍａｘ）との間の適正範囲にある場合には、そのままの値が出力される。

上記電動パワーステアリング装置２１においては、後輪駆動モータ５ｌ，５ｒによる回生が行われた場合に、補助反力トルク設定部４２が補助反力トルク目標値ＴＡを増大させる（すなわち、補正値Ｔ２を増大させる）構成とした。これにより、回生制動時に補助反力トルクを増大させる（すなわち、補助操舵力を減少させる）ことで、回生制動時の車両挙動の変化を抑制して運転者の操舵フィールを向上させることができる。

特に、補助反力トルク設定部４２が、後輪駆動モータ５ｌ，５ｒによる回生量差に応じて補正値Ｔ２を設定する構成としたため、電動パワーステアリング装置２１は車両挙動の変化をより効果的に抑制することが可能である。

また、補助反力トルク設定部４２は、自動車のヨーレイトγおよび車速Ｖに応じて補助反力トルクのベース値Ｔ１を算出し、回生制動時に補正値Ｔ２によりベース値Ｔ１を補正する構成とした。これにより、回生制動が行われる際に、ヨーレイトγや車速Ｖに応じて付与される補助反力トルクのベース値Ｔ１を補正するという簡易な処理を実行することにより、補助反力トルクを適切に制御することが可能となる。

なお、本実施形態では、回生制動時の回生量に応じて求めた補助反力トルクの補正値Ｔ２を補助反力トルクのベース値Ｔ１に加算する構成としたが、少なくとも補助反力トルク演算部５１から出力された補助反力トルクのベース値Ｔ１を増大させる限りにおいて、種々の補正方法を採用することができる。例えば、回生量に応じて算出した補正係数を補助反力トルクのベース値Ｔ１に乗算する構成でもよい。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、上記実施形態はあくまでも例示であって本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、補助操舵トルク目標値や補助反力トルクのベース値の設定については、上述したものに限らず種々の方法を採用することができる。また、回生ブレーキとして機能するモータは、必ずしも後輪を駆動するものでなくてもよい。

１自動車
５後輪駆動モータ
１１ステアリングホイール
１２前輪操舵装置
２１電動パワーステアリング装置
２２アシストモータ
３１操舵トルクセンサ
３２操舵角速度センサ
３３車速センサ
３４ヨーレイトセンサ
３７メインＥＣＵ
３８ＥＰＳ・ＥＣＵ
３９ＰＣＵ
４０バッテリ
４１補助操舵トルク設定部
４２補助反力トルク設定部
５１補助反力トルク演算部
５２補助反力トルク補正部
６１回生量演算部
６２補正値設定部
６４リミッタ

Claims

前後輪の運動エネルギを摩擦により熱エネルギに変換させて車両を制動させる制動装置と、後輪の運動エネルギを電気エネルギに変換させて回生するモータとを有する車両の操舵装置であって、
車両挙動に応じて操舵アシスト力を低減する補助反力トルクを制御する反力制御手段を備え、
前記反力制御手段は、前記制動装置の非作動時において前記モータによる回生が行われた場合、前記後輪の回転量の差に応じて前記補助反力トルクを増大させることを特徴とする車両用操舵装置。