JP5772686B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気モータの駆動により、運転手のステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置の技術分野に関する。

この種の装置として、セルフアライニングトルクと、運転手による操作量及び車両の運動状態量に基づく推定運動状態量とから、タイヤモデルに基づいて路面状態を表す路面摩擦係数を推定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、推定された路面状態に応じて、車両運動モデルに係るパラメータを変更すると共に、車両運動の制御介入閾値を変更することで適正な制御介入タイミングを実現できるとされる。

また、ハンドルの操舵角及び車速に基づいて検出された目標操舵トルクと、運転手による操舵トルクとの偏差に基づいて、操舵トルクに対する補助操舵トルク（即ち、アシストトルク）の指令電流値を制御するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更には、車速が基準車速以下である場合に、目標操舵反力が基準操舵反力より小さくなるように目標操舵反力を設定するものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００７−２４５９０１号公報 特開２００２−１２０７４３号公報 特開２０１２−１７０６２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の装置では、路面状態を推定する際に、タイヤモデルを用いるため、それらを用いた演算にかかる負荷が高いといった技術的問題がある。仮に高負荷な演算のために路面状態の推定が長引く場合、結果として、制御介入タイミングを外し兼ねない。

他方、上述した特許文献２に記載の装置では、運転手のステアリング操作による入力が同一であれば、ドライ路や、ウェット路及び雪路等の低ミュー路といった路面に依らず、アシストトルクが同一になるから、運転手が実感する操舵トルクもまた、路面に依らず同一になってしまうといった技術的問題がある。こうした運転手が実感する操舵トルクは、ドライバビリティを決定する一要素とも考えられる。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、路面状態の推定を効率よく行うと共に、推定される路面状態に応じてステアリング操作をアシストし得る電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転手による入力操作に応じた目標操舵トルクとステアリングに付与される実操舵トルクとに基づいて、第１アシストトルクを取得する第１アシストトルク取得手段と、前記実操舵トルクに比例する第２アシストトルクを取得する第２アシストトルク取得手段と、前記取得された第１アシストトルクと前記取得された第２アシストトルクとの差に基づいて路面状態を特定する路面状態特定手段とを備える。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動モータを用いた電動式パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）機構を有し、運転手によるステアリング操作時に、ステアリングシャフトに補助力（即ち、アシストトルク）を付与することで、該ステアリング操作をアシストする。尚、ＥＰＳ機構には、ギアの噛み合わせによりアシストトルクを付与する方式として、例えばコラムアシスト型、ピニオンアシスト型、及びラックアシスト型等がある。また、電動モータにより駆動されるオイルポンプの油圧によりアシストトルクを付与する方式がある。尚、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングバイワイヤを用いたステアリングに適用されてもよい。

本発明に係る「運転手による入力操作」における「入力」とは、ステアリング装置に対して、運転手がマニュアルにより操舵の意思を伝えるための、任意の操作或いは操作量を意味し、例えば、ステアリング操作による操舵角及び操舵速度等や、アクセル及びブレーキ操作による車速及び加速度等の値である。本発明に係る目標操舵トルクは、こうした入力の値を変数又はパラメータとして、数式、関数、マップ或いはコンピュータプログラムを用いて取得される、操舵トルクの目標値を示す。本発明に係る実操舵トルクは、トルクセンサ等の各種センサを用いて直接的又は間接的に取得される、ステアリングに実際に付与される操舵トルクを示す。

本発明に係る「第１アシストトルク」は、典型的には、当該電動パワーステアリング装置に故障や誤作動が生じていない、通常に用いられるアシストトルクを示し、路面に対する摩擦係数が高い（滑り難い）程、大きな値をとる。即ち、本発明に係る「第１アシストトルク」とは、平常走行時或いは通常走行時（言い換えれば、フェールセーフ時でない走行時）におけるアシストトルクを意味する。こうした第１アシストトルクを「取得する」とは、例えば、目標操舵トルクと実操舵トルクと差を算出、推定或いは決定することを意味する。

本発明に係る「第２アシストトルク」は、例えばフェールセーフ時の走行用のアシストトルクであり、実操舵トルクが同一である場合、路面状態に依らず同一の値をとる。こうした第２アシストトルクを「取得する」とは、実操舵トルクを変数又はパラメータとして、数式、関数、マップ或いはコンピュータプログラムを用いて、実操舵トルクの比例値を算出、推定或いは決定することを意味する。

本発明に係る路面状態は、例えば、路面に対する摩擦係数が比較的高い「ドライ」或いは「高ミュー」、及び該摩擦係数が比較的低い「ウェット」或いは「低ミュー」等を示す。こうした路面状態を、第１アシストトルクと第２アシストトルクとの差に基づいて「特定する」とは、該差を変数として、数式或いは関数を用いて、路面状態を表す値を算出或いは推定することで、路面状態を決定することを意味する。又は、該差をパラメータとして、判定式、マップ或いはコンピュータプログラムを用いて、路面状態を検知、推定、設定或いは決定することを意味する。

尚、路面状態は、このように「ドライ」又は「低いミュー」といった２通りにのみ分類されてもよいが、路面に対する摩擦係数の高低に応じて、３通り以上若しくは多段階に分類されてもよく、更には、無段階的或いは連続的な指標が示されてもよい。

本発明によれば、常時取得される目標操舵トルク及び実操舵トルクから求められる、第１アシストトルク及び第２アシストトルクの２値を用いて路面状態が特定される。このため、路面状態を推定する際の負荷が従来と比較して低減される。これにより、路面状態の推定を効率よく行うことが可能である。

尚、路面状態特定手段により特定される路面状態は、当該電動パワーステアリング装置における一指標に限定されず、当該電動パワーステアリング装置と共に車両に搭載される、例えばＶＳＣ（Vehicle Stability Control）等の車両安定システムにおける一指標として活用することが可能である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様では、前記入力操作に加えて前記特定された路面状態に基づいて新たな前記目標操舵トルクを特定する目標操舵トルク特定手段を更に備える。

ここで、目標操舵トルクを「特定する」とは、操舵角及び車速等の入力の値に加えて、路面状態を表す値を変数又はパラメータとして、数式、関数、マップ或いはコンピュータプログラムを用いて、目標操舵トルクを算出、推定、設定或いは決定することを意味する。

この態様によれば、運転手による入力操作及び路面状態に基づく目標操舵トルクと、実操舵トルクとに基づいて第１アシストトルクが取得される。すると、通常のステアリング操作時には、路面状態に応じた第１アシストトルクが付与される。これにより、特定される路面状態に応じてステアリング操作をアシストすることが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を概念的に表すブロック図である。 実施形態に係る路面状態判定処理について説明する制御ブロック図である。 実施形態に係る路面状態判定処理における判定量を対比する表である。 実施形態に係る路面状態判定処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
＜実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成について説明する。ここに、図１は、パワーステアリング装置の構成を概念的に表すブロック図である。

図１において、本発明に係る「パワーステアリング装置」を備える車両１０は、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、モータ１３と、ラックアンドピニオン部１４と、タイロッド１５と、ナックルアーム１６と、前輪１７ｆと、操舵角センサ２１と、実操舵トルクセンサ２２と、車速センサ２３と、ＥＣＵ１００とを備えている。

ステアリングホイール１１（以下、単に「ステアリング１１」と適宜称する）は、車両１０を回転させるために運転手によって操作される。ステアリング１１は、ステアリングシャフト１２を介して、ラックアンドピニオン部１４に接続されている。ステアリングシャフト１２には、操舵角センサ２１、トルクセンサ２２、及びモータ１３が設けられている。

操舵角センサ２１は、運転手によるステアリング１１の操作に対応する操舵角を検出する。操舵角センサ２１は、検出した操舵角に対応する検出信号をＥＣＵ１００に供給するように構成されている。

実操舵トルクセンサ２２は、ステアリング１１を介してステアリングシャフト１２に付与されるトルクを実操舵トルクとして検出する。トルクセンサ２２は、検出した実操舵トルクに対応する検出信号をＥＣＵ１００に供給するように構成されている。

車速センサ２３は、車両１０の車速を検出し、検出した車速に対応する検出信号をＥＣＵ１００に供給するように構成されている。

モータ１３は、ＥＣＵ１００による制御下で、ステアリングシャフト１２にトルクを付与するように構成されている。尚、以下では、モータ１３がステアリングシャフト１２に付与するトルクを「アシストトルク」と適宜称する。

ラックアンドピニオン部１４は、ラックギア及びピニオンギアから構成されており、ステアリングシャフト１２から回転が伝達されて動作するように構成されている。ラックアンドピニオン部１４には、タイロッド１５及びナックルアーム１６が連結されており、ナックルアーム１６には、前輪１７ｆが連結されている。この場合、タイロッド１５及びナックルアーム１６がラックアンドピニオン部１４によって動作されることにより、ナックルアーム１６に連結された前輪１７ｆが転舵されることとなる。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた電子制御ユニット（Electronic Control Unit）であり、車両１０の各部の動作を制御可能に構成されている。ＥＣＵ１００は、目標操舵トルク算出部１０１と、モータ制御部１０２と、第１アシストトルク算出部１０３と、第２アシストトルク算出部１０４と、路面状態判定部１０５とを備えており、後述する路面状態判定処理を実行可能に構成されている。

目標操舵トルク算出部１０１は、本発明に係る「目標操舵トルク特定手段」の一例であって、操舵角センサ２１により検出された操舵角、及び車速センサ２３により検出された車速に基づいて、目標操舵トルクを算出可能に構成されている。また、目標操舵トルク算出部１０１は、路面状態判定部１０５により路面状態が判定された場合、操舵角及び車速に加えて、路面状態に基づいて、目標操舵トルクを算出可能に構成されている。

第１アシストトルク算出部１０３は、本発明に係る「第１アシストトルク取得手段」の一例であって、目標操舵トルクと実操舵トルクとの差を第１アシストトルクとして算出するように構成されている。

モータ制御部１０２は、第１アシストトルク算出部１０３により算出された第１アシストトルクを付与するように、モータ１３を制御可能に構成されている。

第２アシストトルク算出部１０４は、本発明に係る「第２アシストトルク取得手段」の一例であって、実操舵トルクセンサ２２により検出された実操舵トルクを定数Ｋ倍した値を第２アシストトルクとして算出するように構成されている。

路面状態判定部１０５は、本発明に係る「路面状態特定手段」の一例であって、第１アシストトルクと第２アシストトルクとの差を算出し、算出された差が予め設定される基準差より大きいか否かの判定を行うように構成されている。更には、路面状態判定部１０５は、該判定の結果に応じて、路面状態が「ドライ」及び「低ミュー」のうちのいずれであるかを判定可能に構成されている。

＜実施形態の動作＞
＜路面状態判定処理＞
次に、図２から図４を参照し、本実施形態における路面状態判定処理について説明する。ここに、図２は、路面状態判定処理を示す制御ブロック図であり、図３は、路面状態判定処理における判定量を対比する表であり、図４は、路面状態判定処理を示すフローチャートである。

図２において、操舵角センサ２１により操舵角θが検出され、車速センサ２３により車速Ｖが検出されると、目標操舵トルク算出部１０１により目標操舵トルクＴｘが算出される。これと並行して、実操舵トルクセンサ２２によりフィードバック要素としての実操舵トルクＴｓが検出される。続いて、制御要素としてのサーボコントローラ（即ち、モータ制御部１０２）には、目標操舵トルクＴｘと実操舵トルクＴｓとが入力される。すると、第１アシストトルク算出部１０３により、目標操舵トルクＴｘと実操舵トルクＴｓとの差が第１アシストトルクＴａ１として算出され、サーボコントローラにより、第１アシストトルクＴａ１がステアリングシャフト１２に付与されるように、制御対象としてのＥＰＳ装置（即ち、モータ１３等）が制御される。この際、実操舵トルクセンサ２２により実操舵トルクＴｓが検出され、サーボコントローラにフィードバックされる。こうしたフィードバック制御により、第１アシストトルクが更新され、常時ステアリング操作のアシストが行われる。

本実施形態では、上述したフィードバック制御と並行して、フェールセーフ制御時に用いられる第２アシストトルクが算出される。具体的には、第２アシストトルク算出部１０４により、フィードバック要素としての実操舵トルクＴｓが、フェールセーフ用アシストトルク推定マップにも入力される。すると、実操舵トルクＴｓの定数Ｋ倍値が第２アシストトルクＴａ２として出力され、路面状態判定部１０５に入力される。続いて、路面状態判定部１０５により、サーボコントローラからの第１アシストトルクＴａ１と、フェールセーフ用アシストトルク推定マップから出力された第２アシストトルクＴａ２との差に基づいて、路面状態が判定され、該判定の結果が目標操舵トルク算出部１０１に入力される。続いて、目標操舵トルク算出部１０１により、路面状態の判定の結果に応じた目標操舵トルクＴｘが算出される。

このように、本実施形態では、第１アシストトルクを更新してステアリング操作をアシストするルーチンと、第２アシストトルクを出力して路面状態を判定するルーチンとが並行して実行されることで、路面状態に応じたステアリング操作のアシストが行われる。

次に、図３を参照し、路面状態が「ドライ」及び「低ミュー」である場合の、第１アシストトルクと第２アシストトルクとの差（以下、「判定量」と適宜称する）について説明する。尚、判定量を正当に対比するために、運転手のステアリング操作に依る実操舵トルクＴｓ１は、同一であるとする。

図３において、路面状態が「ドライ」である場合、第１アシストトルクＴａ１は、目標操舵トルクＴｘ１から実操舵トルクＴｓ１を減算した値（Ｔｘ１−Ｔｓ１）であって、第２アシストトルクＴａ２は、実操舵トルクＴｓ１を定数Ｋ倍した値（Ｋ＊Ｔｓ１）である。路面状態が「ドライ」である場合に基準差εと比較される判定量は、第２アシストトルクＴａ２から第１アシストトルクＴａ１を減算した値（（Ｋ＋１）Ｔｓ１−Ｔｘ１）である。

一方、路面状態が「低ミュー」である場合、第１アシストトルクＴａ１は、目標操舵トルクＴｘ２から実操舵トルクＴｓ１を減算した値（Ｔｘ２−Ｔｓ１）であって、第２アシストトルクＴａ２は、路面状態が「ドライ」である場合と同様に、実操舵トルクＴｓ１を定数Ｋ倍した値（Ｋ＊Ｔｓ１）である。路面状態が「低ミュー」である場合に基準差εと比較される判定量は、第２アシストトルクＴａ２から第１アシストトルクＴａ１を減算した値（（Ｋ＋１）Ｔｓ１−Ｔｘ２）である。

ここで、目的操舵トルクについて、路面状態が「ドライ」である場合の方が、路面状態が「低ミュー」である場合より大きくなる（即ち、Ｔｘ１＞Ｔｘ２）。各判定量には、大小関係がある目標操舵トルクＴｘ１及びＴｘ２のどちらかの値が含まれている。このため、判定量について、路面状態が「ドライ」の場合の方が、路面状態が「低ミュー」の場合より小さくなる。こうした判定量の差異により、基準差εを閾値として、路面状態が「ドライ」又は「低ミュー」であることを判定することが可能である。尚、本実施形態の基準差εは、路面状態が「ドライ」である場合の基準差ε０に基づいて設定されている。

次に、図４を参照し、路面状態判定処理についてフローチャートを用いて説明する。

図４において、先ず、操舵角センサ２１により操舵角θが検出されると共に、車速センサ２３により車速Ｖが検出される（ステップＳ３１）。

続いて、目標操舵トルク算出部１０１により、操舵角θ及び車速Ｖ（又は、操舵角θ及び車速Ｖ並びに路面状態）に基づいて目標操舵トルクＴｘが算出されると、第１アシストトルク算出部１０３により、目標操舵トルクＴｘから、実操舵トルクセンサ２２により検出された実操舵トルクＴｓを減算して第１アシストトルクＴａ１が算出されると共に、第２アシストトルク算出部１０４により、実操舵トルクＴｓを定数Ｋ倍した第２アシストトルクＴａ２が算出される（ステップＳ３２）。

この後、路面状態判定部１０５により、第１アシストトルクＴａ１と第２アシストトルクＴａ２との差である判定量が基準差εより大きいか否かが判定される（ステップＳ３３）。この判定の結果、判定量が基準差εより大きいと判定された場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、路面状態が「低ミュー」であると判定される（ステップＳ３４）。これにより、一連の路面状態判定処理が終了される。

一方、ステップＳ３３の判定の結果、判定量が基準差εより小さいと判定された場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、路面状態が「ドライ」であると判定される（ステップＳ３５）。これにより、一連の路面状態判定処理が終了される。

このように、路面状態判定処理によれば、常時算出される目標操舵トルクＴｘ及び実操舵トルクＴｓから求められる、第１アシストトルクＴａ１及び第２アシストトルクＴａ２の２値を用いて路面状態が判定される。このため、路面状態を判定する際の負荷が従来と比較して低減される。これにより、路面状態の判定を効率よく行うことが可能である。

尚、路面状態判定処理では、ステップＳ３３の処理によって、判定量が基準差εより大きいか否かの判定が行われるが、この判定にカウンタを設定しても構わない。具体的には、例えば所定時間継続して同一の判定結果が得られた場合に、路面状態が「ドライ」又は「低ミュー」であると判定する。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電動パワーステアリング装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０…車両、１１…ステアリング、２１…操舵角センサ、２２…実操舵トルクセンサ、２３…車速センサ、１００…ＥＣＵ、１０１…目標操舵トルク算出部、１０３…第１アシストトルク算出部、１０４…第２アシストトルク算出部、１０５…路面状態判定部

Claims (2)

1. 運転手による入力操作に応じた目標操舵トルクとステアリングに付与される実操舵トルクとに基づいて、第１アシストトルクを取得する第１アシストトルク取得手段と、
   前記実操舵トルクに比例する第２アシストトルクを取得する第２アシストトルク取得手段と、
   前記取得された第１アシストトルクと前記取得された第２アシストトルクとの差に基づいて路面状態を特定する路面状態特定手段と
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記入力操作に加えて前記特定された路面状態に基づいて新たな前記目標操舵トルクを特定する目標操舵トルク特定手段
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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