JP5767546B2 - 車両のパワーステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、操舵系に生じる振動を抑制するダンピングを考慮して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、操舵系に生じる振動を抑制するダンピングを考慮してドライバの操舵トルクのアシストトルクを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２００８−２２１９７８号公報（以下、特許文献１）では、操舵トルクに基づいて操舵トルクを補助する補助トルクに応じた補助トルク電流を演算し、補助トルク電流に加算されて、車両のステアリング系に生じる振動を抑制するためのダンピング電流を補助トルク電流に応じて演算するダンピング制御部を備え、ダンピング制御部は、補助トルクを発生するモータの回転速度が所定速度以下の場合にダンピング電流を演算するダンピング制御ゲインを低減する電動パワーステアリング制御装置の技術が開示されている。

特開２００８−２２１９７８号公報

ところで、車両の操舵系は、入力される力の位相と大きさの関係で、ステアリングホイール側からの入力（正入力）とタイヤ側からの入力（逆入力）が作用する一種のバネ系とみなすことができる。この際、ステアリングホイール側からの正入力に対し、タイヤ側からの逆入力（位相差×大きさ）が大きいほど操舵系で生じる振動が大きくなる。操舵トルクに応じて補助トルク（アシストトルク）を設定する上述の特許文献１に開示されるような従来の一般的な電動パワーステアリングの制御方法によれば、ダンピング補正量を設定するにあたり、正入力の大きさに対する逆入力の大きさに対してはダンピング補正量を設定することができるが、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサでは、操舵トルクセンサに対して入力される力の正／逆成分を分解することができない。このため、正入力と逆入力の位相差によっても可変させるべきダンピング補正量を正確に設定することができず、不必要なダンピング補正を行って操舵の粘性感が大きくなり、スッキリとした操舵フィーリングが得られないという問題があった。また、ダンピング補正量が小さくなりすぎると、比較的素早い切り返し操舵時に、ドライバがしっかりステアリングホイールを握らないと、戻りの操舵反力増加に伴いハンドル角と車両ヨーレートの位相差が大きくなり、人−自動車系としての安定性が悪化して、良好な操舵フィーリングは得られないという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パワーステアリングによりダンピング補正を精度良く適切に行って、スッキリとした操舵フィーリングを維持し、たとえ、比較的素早い切り返し操舵時等であってもドライバがしっかりステアリングホイールを握らなくても安定感のある操舵フィーリングを実現す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。

本発明の車両のパワーステアリング制御装置の一態様は、車両の運転状態に応じて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、ステアリングホイール側からの操舵入力とタイヤ側からの入力の位相のずれの大きさを車両の旋回挙動の方向と操舵速度の方向とに応じて判定する位相差判定手段と、上記位相差判定手段で上記位相のずれが大きいと判定した場合に操舵系に生じる振動を抑制するダンピング補正量を、ヨーレートの大きさと操舵速度に応じて算出するダンピング補正量算出手段と、上記基本アシストトルクを上記ダンピング補正量で補正して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た。

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、パワーステアリングによりダンピング補正を精度良く適切に行って、スッキリとした操舵フィーリングを維持し、たとえ、比較的素早い切り返し操舵時等であってもドライバがしっかりステアリングホイールを握らなくても安定感のある操舵フィーリングを実現するという優れた効果を奏する。

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ダンピング補正量の特性説明図である。 本発明の実施の一形態に係るアシスト補正量算出の一例を示すタイムチャートである。

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、車速Ｖを検出する車速センサ３１、ハンドル角θＨを検出するハンドル角センサ３２、ステアリングホイール４に加えられた操舵トルクＴｓを検出する操舵トルクセンサ３３、車両の旋回挙動としてのヨーレートγを検出するヨーレートセンサ３４が接続されている。

そして、操舵制御部２０は、車速Ｖと操舵トルクＴｓを基に基本アシストトルクＴｂを設定し、ヨーレートγとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）の符号を参照し、ヨーレートγとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）とが同符号の場合は、アシスト補正量ΔＴａを０とし、ヨーレートγとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）とが異符号の場合は、ヨーレートの絶対値｜γ｜に基づいてダンピング補正量Ｇｄを算出してこのダンピング補正量Ｇｄとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）とに基づいてアシスト補正量ΔＴａを算出し、こうして求めたアシスト補正量ΔＴａで基本アシストトルクＴｂを補正して制御量（アシストトルクＴａ）としてモータ駆動部２１に出力するように構成されている。このように、操舵制御部２０は、基本アシストトルク設定手段、位相差判定手段、ダンピング補正量算出手段、ステアリング制御手段としての機能を有して構成されている。

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２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、ハンドル角θＨ、操舵トルクＴｓ、ヨーレートγが読み込まれる。

次に、Ｓ１０２に進み、予め設定しておいたマップ（例えば、図３に示す）を参照して、車速Ｖと操舵トルクＴｓを基に基本アシストトルクＴｂを設定する。

次いで、Ｓ１０３に進み、車両の旋回挙動の方向としてのヨーレートγの符号と操舵速度の方向としてのハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）の符号を参照する。この結果、ヨーレートγの符号とハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）の符号が同符号の場合、すなわち、車両の旋回挙動の方向と操舵速度の方向とが一致している場合は、ステアリングホイール側からの入力とタイヤ側からの入力の位相差が小さいと判断し、Ｓ１０４に進み、ダンピングを考慮したアシスト補正量ΔＴａを０に設定する。尚、後述するが、これにより、通常のアシストトルクＴａ設定と同様となる。

逆に、ヨーレートγの符号とハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）の符号が異符号の場合、すなわち、車両の旋回挙動の方向と操舵速度の方向とが不一致の場合は、ステアリングホイール側からの入力とタイヤ側からの入力の位相差が大きく、この位相差の大きさを考慮したダンピング補正が必要と判断してＳ１０５に進む。

そして、Ｓ１０５では、予め設定しておいた、例えば図４に示すようなマップを参照して、ヨーレートの絶対値｜γ｜に応じたダンピング補正量Ｇｄを算出（設定）し、Ｓ１０６に進んで、例えば、以下の（１）式により、ダンピングを考慮したアシスト補正量ΔＴａを算出する。
ΔＴａ＝Ｇｄ・（ｄθＨ／ｄｔ）…（１）

上述のＳ１０４、或いは、Ｓ１０６でアシスト補正量ΔＴａを設定した後は、Ｓ１０７に進み、例えば、以下の（２）式により、アシストトルクＴａを算出し、モータ駆動部２１に出力してプログラムを抜ける。
Ｔａ＝Ｔｂ＋ΔＴａ …（２）

このように本発明の実施の形態によれば、車速Ｖと操舵トルクＴｓを基に基本アシストトルクＴｂを設定し、ヨーレートγとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）の符号を参照し、ヨーレートγとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）とが同符号の場合は、アシスト補正量ΔＴａを０とし、ヨーレートγとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）とが異符号の場合は、ヨーレートの絶対値｜γ｜に基づいてダンピング補正量Ｇｄを算出してこのダンピング補正量Ｇｄとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）とに基づいてアシスト補正量ΔＴａを算出し、こうして求めたアシスト補正量ΔＴａで基本アシストトルクＴｂを補正して制御量（アシストトルクＴａ）としてモータ駆動部２１に出力する。このため、操舵トルクセンサに対して入力されるステアリングホイール側からの入力（正入力）の大きさに対するタイヤ側からの入力（逆入力）の大きさと、正入力と逆入力の位相差とを考慮して、パワーステアリングによりダンピング補正を精度良く適切に行って、スッキリとした操舵フィーリングを維持し、たとえ、比較的素早い切り返し操舵時等であってもドライバがしっかりステアリングホイールを握らなくても安定感のある操舵フィーリングを実現することが可能となる。

本実施の形態によるアシスト補正量算出の一例を、図５のタイムチャートで説明する。 図５（ａ）はハンドル角θＨ、図５（ｂ）は操舵トルクＴｓ、図５（ｃ）はヨーレートγ、図５（ｄ）はハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）、図５（ｅ）はアシスト補正量ΔＴａを示す。本実施の形態では、アシスト補正量ΔＴａは、ヨーレートの絶対値｜γ｜に応じたダンピング補正量Ｇｄとハンドル角速度（ｄθＨ／ｄｔ）とを乗算して演算されるため、ドライバの早い切り返し等で舵角が０に戻っても（時刻ｔ２、或いは、ｔ12）、車両挙動であるヨーレートγは０とはなっていないので、図５（ｅ）のアシスト補正量ΔＴａで示すように、ダンピングに係る補正を効かせることが可能となっている。

また、図５の時刻０〜ｔ１、ｔ３〜ｔ11、ｔ13〜のように、ゆっくりした操舵ではダンピングに係るアシスト補正量ΔＴａは少なくし、時刻ｔ１〜ｔ３、ｔ11〜ｔ13のように早い操舵の状態では、ヨーレートγの位相が舵角より遅れることを利用して、ダンピングに係るアシスト補正量ΔＴａを効かせられる。このように、スッキリとした操舵フィーリングを維持し、たとえ、比較的素早い切り返し操舵時等であってもドライバがしっかりステアリングホイールを握らなくても安定感のある操舵フィーリングを実現するようになっている。

尚、本発明の実施の形態では、車両の旋回挙動の方向を判定するのにヨーレートγの符号を用いているが、他に、車体横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）の符号を用いるようにしても良く、この車体横加速度の絶対値｜ｄ^２ｙ／ｄｔ^２｜に基づいてダンピング補正量Ｇｄを算出す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（基本アシストトルク設定手段、位相差判定手段、ダンピング補正量算出手段、ステアリング制御手段）
２１ モータ駆動部
３１ 車速センサ
３２ ハンドル角センサ
３３ 操舵トルクセンサ
３４ ヨーレートセンサ

Claims (3)

1. 車両の運転状態に応じて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、
   ステアリングホイール側からの操舵入力とタイヤ側からの入力の位相のずれの大きさを車両の旋回挙動の方向と操舵速度の方向とに応じて判定する位相差判定手段と、
   上記位相差判定手段で上記位相のずれが大きいと判定した場合に操舵系に生じる振動を抑制するダンピング補正量を、ヨーレートの大きさと操舵速度に応じて算出するダンピング補正量算出手段と、
   上記基本アシストトルクを上記ダンピング補正量で補正して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、
   を備えた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. 上記位相差判定手段は、車両の旋回挙動の方向と操舵速度の方向とが異なるとき上記位相のずれが大きいと判定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. 上記車両の旋回挙動の方向は、ヨーレートの方向と横加速度の方向のどちらかであ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。

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