JP5453138B2 - 車両のパワーステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライバの操舵トルクのアシストトルクを適切に制御する車両のパワーステアリング制御装置に関する。

近年、車両においては、ドライバの操舵トルクのアシストトルクを適切に制御する様々なパワーステアリング制御装置が提案されている。例えば、特開平４−２１５５６３号公報（以下、特許文献１）では、操舵時のアシスト制御量を操舵トルク及び操舵速度に応じて初期設定しておき、操舵トルク及び操舵速度を検出し、その検出値に対応する初期設定された値に応じて電動モータにより操舵時のアシスト制御を行う電動パワーステアリング装置において、制御後の操舵トルク及び操舵速度を検出し、制御の前後における各検出値の両者間に差が生じた場合には、その差からモータの特性に応じて操舵トルク及び操舵速度の補正アシスト制御量を算出し、その補正アシスト制御量を初期設定値に付加してモータの制御を行う電動パワーステアリング装置の技術が開示されている。

特開平４−２１５５６３号公報

上述の特許文献１に開示される電動パワーステアリング装置の技術によれば、電動モータ等の経時変化による舵力特性低下の影響を少なくして初期の操舵感覚を維持することが可能となる。しかしながら、経時劣化以外の、装置の組み付け方や、構成する部品ばらつき等に起因して舵力特性の左右差が生じてくることに対しては対応することができないという問題がある。また、ドライバの操舵状態に対するステアリング系の舵力特性を適切に維持することはできるものの、実際に操舵したときに生じる車両挙動との関係で舵力特性を適切に維持することはできないという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、左操舵時における左操舵特性と右操舵時における右操舵特性とを車両挙動を考慮して差が生じないように適切に維持してステアリングシステムとしての基本的な信頼性を容易に維持することができる車両のパワーステアリング制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、少なくとも操舵トルクに応じて該操舵トルクのアシストトルクを基本アシストトルクとして設定する基本アシストトルク設定手段と、ドライバの操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、車両の挙動としての横加速度を検出する車両挙動検出手段と、上記操舵状態に対する上記車両挙動を操舵特性として取得する操舵特性取得手段と、上記操舵特性の上記左操舵特性と上記右操舵特性との差に基づいて上記基本アシストトルクを補正する補正手段と、上記補正手段で補正した基本アシストトルクで操舵トルクをアシストするアクチュエータを駆動制御するステアリング制御手段とを備え、上記補正手段は、上記基本アシストトルクを０に設定する不感帯の領域を上記左操舵特性と上記右操舵特性との差に基づいて可変設定することで補正を行うことを特徴としている。

本発明による車両のパワーステアリング制御装置によれば、左操舵時における左操舵特性と右操舵時における右操舵特性とを車両挙動を考慮して差が生じないように適切に維持してステアリングシステムとしての基本的な信頼性を容易に維持することが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の操舵系の構成説明図である。 本発明の実施の一形態に係る操舵制御部の機能ブロック図である。 本発明の実施の一形態に係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。 本発明の実施の一形態に係る操舵トルクに対する横加速度の操舵特性図である。 本発明の実施の一形態に係る操舵トルクの線形化関数の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る線形化した操舵トルクに対する横加速度の操舵特性図である。 本発明の実施の一形態に係る左右操舵特性それぞれの線形化した操舵トルクに対する横加速度の変化率の説明図である。 本発明の実施の一形態に係る基本アシストトルクの特性の一例を示す説明図である。 本発明の実施の一形態に係る操舵特性左右差によって設定される不感帯の一例を示す説明図である。 本発明の実施の一形態に係る操舵特性左右差に対する車速補正係数の説明図である。

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において、符号１は電動パワーステアリング装置を示し、この電動パワーステアリング装置１は、ステアリング軸２が、図示しない車体フレームにステアリングコラム３を介して回動自在に支持されており、その一端が運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部には、ステアリングホイール４が固設され、また、エンジンルーム側へ延出する端部には、ピニオン軸５が連設されている。

エンジンルームには、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６にラック軸７が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸７に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオン（図示せず）が噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構が形成されている。

また、ラック軸７の左右両端はステアリングギヤボックス６の端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド８を介してフロントナックル９が連設されている。このフロントナックル９は、操舵輪としての左右輪１０Ｌ，１０Ｒを回動自在に支持すると共に、キングピン（図示せず）を介して車体フレームに転舵自在に支持されている。

従って、ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸７が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル９がキングピン（図示せず）を中心に回動して、左右輪１０Ｌ，１０Ｒが左右方向へ転舵される。

また、ピニオン軸５にアシスト伝達機構１１を介して、電動モータ１２が連設されており、この電動モータ１２にてステアリングホイール４に加える操舵トルクをアシストする。電動モータ１２は、後述する操舵制御部２０で設定される制御量（本実施の形態ではアシストトルクＴａ）でモータ駆動部２１を介して駆動制御される。尚、制御量は、アシストトルクＴａに対応する電流値であっても良い。

操舵制御部２０には、車両の車速Ｖを検出する車速センサ３１、車両挙動としての横加速度Ａｙを検出する車両挙動検出手段としての横加速度センサ３２、ドライバの操舵状態としてステアリングホイール４に加えられた操舵トルクＴｓを検出する操舵状態検出手段としての操舵トルクセンサ３３が接続されている。

操舵制御部２０は、検出される操舵トルクＴｓを線形化し、該線形化した操舵トルクＴｈに対する横加速度Ａｙの特性を操舵特性として取得して、この操舵特性の左操舵特性と右操舵特性のそれぞれについて、線形化した操舵トルクＴｈに対する横加速度Ａｙの変化率ＰL、ＰRを演算し、これら変化率ＰL、ＰRの差に基づいて車速Ｖと操舵トルクＴｓを基に設定する基本アシストトルクＴｂを補正してアシストトルクＴａを演算し、モータ駆動部２１に出力して電動モータ１２を駆動して操舵力をアシストするように構成されている。

すなわち、操舵制御部２０は、図２に示すように、線形化操舵トルク演算部２０ａ、操舵特性演算部２０ｂ、左右操舵特性変化率演算部２０ｃ、左右操舵特性補正係数演算部２０ｄ、基本アシストトルク設定部２０ｅ、アシストトルク演算部２０ｆから主要に構成されている。

線形化操舵トルク演算部２０ａは、操舵トルクセンサ３３から操舵トルクＴｓが入力される。そして、予め設定しておいた線形化するための関数ｆ（Ｔｓ）を用いて操舵トルクＴｓを線形化し、線形化操舵トルクＴｈを演算して操舵特性演算部２０ｂに出力する。この関数ｆ（Ｔｓ）は、例えば、図５に示すような特性の関数となっており、操舵トルクＴｓと関数ｆ（Ｔｓ）と線形化操舵トルクＴｈとの関係は、以下の（１）式のようになっている。
Ｔｈ＝ｆ^−１（Ｔｓ） …（１）

操舵特性演算部２０ｂは、横加速度センサ３２から横加速度Ａｙが入力され、線形化操舵トルク演算部２０ａから線形化操舵トルクＴｈが入力される。そして、これらを用いて、線形化操舵トルクＴｈと横加速度Ａｙの操舵特性を演算して左右操舵特性変化率演算部２０ｃに出力する。単に、操舵トルクＴｓと横加速度Ａｙとで形成される操舵特性は、図４に示すような、非線形のものとなっているが、線形化操舵トルク演算部２０ａ、操舵特性演算部２０ｂにより形成される操舵特性は、図６に示すような、線形の操舵特性のものとなる。尚、図４，図６中、実線は左右の操舵特性に差がある場合の特性であり、破線は左右の操舵特性に差がない場合の特性を示す。

すなわち、サイン操舵した時の操舵トルクＴｓと横加速度Ａｙとで形成される操舵特性は、図４に示すようなリサージュ波形であるが、実際の操舵は操舵入力がサイン波形とは限らない（操舵入力自体に左右差もあり、振動的な影響もある）。操舵入力の左右差は主に走行コース形状によって決まるので、操舵特性の左右差を精度良く求めるには、これを排除する必要がある。従って、線形化操舵トルクＴｈと横加速度Ａｙとの操舵特性に変換しておくのである。このように、操舵特性演算部２０ｂは、操舵特性取得手段として設けられている。

左右操舵特性変化率演算部２０ｃは、操舵特性演算部２０ｂから線形化操舵トルクＴｈと横加速度Ａｙの操舵特性が入力される。そして、この操舵特性を、Ａｙ≧０のデータ群とＡｙ＜０のデータ群とに分けて（左右の操舵、それぞれのデータ群に分けて）、Ａｙ≧０のデータ群とＡｙ＜０のデータ群のそれぞれを、例えば、最小二乗法で線形近似して、左操舵特性変化率ＰLと右操舵特性変化率ＰRを演算し、これら左右操舵特性変化率ＰL、ＰRを左右操舵特性補正係数演算部２０ｄに出力する。ここで、左右操舵特性変化率ＰL、ＰRは、以下のように表すことができる。
・Ａｙ≧０において、
Ａｙ＝ＰR・Ｔｈ …（２）
・Ａｙ＜０において、
Ａｙ＝ＰL・Ｔｈ …（３）

すなわち、この左右操舵特性変化率演算部２０ｃで、最小二乗法を用いて左右操舵特性変化率ＰL、ＰRを演算するようにしているため、後述するように、左右操舵特性補正係数演算部２０ｄで、左右操舵特性変化率ＰL、ＰRの差から左右操舵特性補正係数Ｂを演算するにあたり、データに含まれるノイズを吸収することができるようになっている。

左右操舵特性補正係数演算部２０ｄは、左右操舵特性変化率演算部２０ｃから左右操舵特性変化率ＰL、ＰRが入力される。そして、これら左右操舵特性変化率ＰL、ＰRの差（左右操舵特性補正係数）Ｂを演算してアシストトルク演算部２０ｆに出力する。
Ｂ＝ＰL−ＰR …（４）

基本アシストトルク設定部２０ｅは、車速センサ３１から車速Ｖが入力され、操舵トルクセンサ３３から操舵トルクＴｓが入力される。そして、予め設定しておいたマップ（例えば、図８に示す）を参照して基本アシストトルクＴｂを設定して、アシストトルク演算部２０ｆに出力する。すなわち、本実施の形態では、基本アシストトルクＴｂが、図８に示すマップに基づいて、操舵トルクＴｓが大きいほど、車速Ｖが低速であるほど大きな値（アシスト力が大きくなるよう）に設定されるようになっている。尚、この基本アシストトルクＴｂの設定は、本実施の形態で示す設定に限るものではなく、他の公知の手法で設定するものであっても良い。このように、基本アシストトルク設定部２０ｅは、基本アシストトルク設定手段として設けられている。

アシストトルク演算部２０ｆは、左右操舵特性補正係数演算部２０ｄから左右操舵特性補正係数Ｂが入力され、基本アシストトルク設定部２０ｅから基本アシストトルクＴｂが入力される。そして、以下の（５）式により、基本アシストトルクＴｂを補正してアシストトルクＴａを算出し、モータ駆動部２１に出力して電動モータ１２を駆動して操舵トルクをアシストする。
Ｔａ＝Ｂ・Ｔｂ …（５）
このように、本実施の形態では、左右操舵特性変化率演算部２０ｃ、左右操舵特性補正係数演算部２０ｄ、アシストトルク演算部２０ｆで補正手段が構成されている。また、アシストトルク演算部２０ｆはステアリング制御手段としての機能を有して設けられている。

次に、上述の操舵制御部２０で実行されるパワーステアリング制御を、図３のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要なパラメータ、すなわち、車速Ｖ、横加速度Ａｙ、操舵トルクＴｓが読み込まれる。

次いで、Ｓ１０２に進み、線形化操舵トルク演算部２０ａで、予め設定しておいた線形化するための関数ｆ（Ｔｓ）を用いて操舵トルクＴｓを線形化し、線形化操舵トルクＴｈを演算する。

次に、Ｓ１０３に進み、操舵特性演算部２０ｂで、線形化操舵トルクＴｈと横加速度Ａｙの操舵特性を演算する。

次いで、Ｓ１０４に進み、左右操舵特性変化率演算部２０ｃで、操舵特性を、Ａｙ≧０のデータ群とＡｙ＜０のデータ群とに分けて（左右の操舵、それぞれのデータ群に分けて）、Ａｙ≧０のデータ群とＡｙ＜０のデータ群のそれぞれを、例えば、最小二乗法で線形近似して、左操舵特性変化率ＰLと右操舵特性変化率ＰRを演算する。

次に、Ｓ１０５に進んで、左右操舵特性補正係数演算部２０ｄで、前述の（４）式により、左右操舵特性補正係数Ｂを演算する。

次いで、Ｓ１０６に進み、基本アシストトルク設定部２０ｅで、予め設定しておいたマップ（例えば、図８に示す）を参照して基本アシストトルクＴｂを設定する。

そして、Ｓ１０７に進んで、アシストトルク演算部２０ｆで、前述の（５）式により、アシストトルクＴａを算出し、モータ駆動部２１に出力して電動モータ１２を駆動して操舵トルクをアシストしてプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の形態によれば、検出される操舵トルクＴｓを線形化し、該線形化した操舵トルクＴｈに対する横加速度Ａｙの特性を操舵特性として取得して、この操舵特性の左操舵特性と右操舵特性のそれぞれについて、線形化した操舵トルクＴｈに対する横加速度Ａｙの変化率ＰL、ＰRを演算し、これら変化率ＰL、ＰRの差に基づいて基本アシストトルクＴｂを補正してアシストトルクＴａを演算し、モータ駆動部２１に出力して電動モータ１２を駆動して操舵力をアシストするようになっている。このため、左操舵時における左操舵特性と右操舵時における右操舵特性とを車両挙動を考慮して差が生じないように適切に維持してステアリングシステムとしての基本的な信頼性を容易に維持することができる。

尚、本発明の実施の形態では、左右操舵特性変化率演算部２０ｃ、左右操舵特性補正係数演算部２０ｄ、アシストトルク演算部２０ｆにより、左右操舵特性補正係数Ｂを演算し、この左右操舵特性補正係数Ｂを、前述の（５）式に示すように、基本アシストトルクＴｂに乗算することにより基本アシストトルクＴｂを補正するようになっているが、補正の仕方はこの手法に限るものではない。例えば、基本アシストトルクＴｂを設定する、図８に示すようなマップにおいて、基本アシストトルクＴｂを０に設定する不感帯の領域を左右操舵特性補正係数Ｂに基づいて可変設定することで補正を行うものであっても良い。具体的には、不感帯の領域の操舵トルクＴｓの幅をＮとして、この領域幅Ｎを、図９に示すような、左右操舵特性補正係数Ｂが大きくなるほど小さくなる特性のマップにより設定するようにしても良い。また、これらの補正の手法を複数併用するようにしても良い。

更に、左右操舵特性補正係数Ｂは、車速Ｖ等の影響を考慮して求めるようにしても良い。すなわち、車速Ｖが高い走行状態では、車両の挙動が過敏になるため、電動モータ１３によるアシストトルクの補正量は小さくても良いと考えられるため、図１０に示すような、車速Ｖが高くなるほど小さな値に設定されるゲインＫｖを用いて、Ｂ＝Ｋｖ・Ｂのように車速Ｖの影響を考慮して左右操舵特性補正係数Ｂを決定するのである。

また、本実施の形態では、ドライバの操舵状態として操舵トルクＴｓを検出して制御に用いるようになっているが、舵角を用いるようにしても良い。更に、本実施の形態では、車両挙動としての横加速度Ａｙを検出して制御に用いるようになっているが、ヨーレートを用いるようにしても良い。

１ 電動パワーステアリング装置
４ ステアリングホイール
５ ピニオン軸
１１ アシスト伝達機構
１２ 電動モータ
２０ 操舵制御部
２０ａ 線形化操舵トルク演算部
２０ｂ 操舵特性演算部（操舵特性取得手段）
２０ｃ 左右操舵特性変化率演算部（補正手段）
２０ｄ 左右操舵特性補正係数演算部（補正手段）
２０ｅ 基本アシストトルク設定部（基本アシストトルク設定手段）
２０ｆ アシストトルク演算部（補正手段、ステアリング制御手段）
２１ モータ駆動部
３１ 車速センサ
３２ 横加速度センサ（車両挙動検出手段）
３３ 操舵トルクセンサ（操舵状態検出手段）

Claims (4)

1. 少なくとも操舵トルクに応じて該操舵トルクのアシストトルクを基本アシストトルクとして設定する基本アシストトルク設定手段と、
   ドライバの操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
   車両の挙動としての横加速度を検出する車両挙動検出手段と、
   上記操舵状態に対する上記車両挙動を操舵特性として取得する操舵特性取得手段と、
   上記操舵特性の上記左操舵特性と上記右操舵特性との差に基づいて上記基本アシストトルクを補正する補正手段と、
   上記補正手段で補正した基本アシストトルクで操舵トルクをアシストするアクチュエータを駆動制御するステアリング制御手段とを備え、
   上記補正手段は、上記基本アシストトルクを０に設定する不感帯の領域を上記左操舵特性と上記右操舵特性との差に基づいて可変設定することで補正を行うことを特徴とする車両のパワーステアリング制御装置。
2. 上記操舵特性取得手段は、上記操舵特性を線形化して取得することを特徴とする請求項１記載の車両のパワーステアリング制御装置。
3. 上記補正手段は、上記線形化した操舵特性の左操舵特性と右操舵特性のそれぞれの操舵状態に対する車両挙動の変化率を求め、該変化率の差に基づいて上記基本アシストトルクを補正することを特徴とする請求項２記載の車両のパワーステアリング制御装置。
4. 上記補正手段は、上記左操舵特性と上記右操舵特性との差と車速に基づいて上記基本アシストトルクを補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両のパワーステアリング制御装置。

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