JP5807766B2 - 操舵アシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵力を、例えば、電動モータでアシストする操舵アシスト装置に関する。

近年、二酸化炭素の排出削減を実現するため、電動パワーステアリング装置を採用する車両が出現している。同時に、エンジンにより駆動される車両用発電機（オルタネータ）の発電電圧を任意に制御し、発電電圧を必要最小限に抑制することで燃費を向上させて二酸化炭素の排出を削減する技術が知られている。電動パワーステアリング装置の電動モータは、車載バッテリから電力が供給され、車載バッテリにはオルタネータの発電電力が主に蓄電されるようになっている。

電動モータは、重量低減や低コスト化のために極力小型化することが望まれているが、電動モータを小型化すると、出力の元となるバッテリ電圧（オルタネータの発電電圧）が低い場合、電動モータの出力が不足して所望の操舵アシスト力が得られなくなる虞がある。一方、オルタネータの発電電圧を任意に制御する場合、発電電圧を低下させてオルタネータの負荷をできる限り小さくすることで、オルタネータの発電のためのエンジンの仕事量を減らし、二酸化炭素の排出を削減することが可能になる。

つまり、電動モータで所望の操舵アシスト力が確実に得られるようにするためには、バッテリ電圧（オルタネータの発電電圧）が高いことが望ましい。一方で、発電電圧を必要最小限に抑制して燃費を向上させ、二酸化炭素の排出を削減するためには、オルタネータの発電電圧を極力低い状態に維持することが望ましい。従って、電動パワーステアリング装置の電動モータが要求される技術と、オルタネータの発電電圧を任意に制御して二酸化炭素の排出を削減する技術とは、相反することが要求されているのが現状となっている。

ところで、ハンドルの操舵トルクが所定値以上になった場合にオルタネータの出力電圧を増加させる技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１の技術を適用することにより、操舵時にオルタネータの発電電圧を増加させることができ、電動モータを小型化しても操舵アシスト力が不足することを回避することができる。

しかし、停止状態でステアリングホイールを据え切り操舵した場合等、瞬時に大きな操舵トルクが発生することになる。この場合、特許文献１の技術を用いても、操舵トルクが発生した後にオルタネータの出力電圧が上昇することになり、操舵開始時には操舵アシスト力が足りないままの状態であることが避けられないのが現状であった。

特開平６−６４５５０号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、停車中の操舵開始時の操舵アシスト力が不足することを回避しつつ、オルタネータの発電電圧を必要最小限に抑制して燃費を向上させることができる操舵アシスト装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の操舵アシスト装置は、ステアリングホイールの操舵力を補助するための性能を発生させるアシストアクチュエータと、前記アシストアクチュエータに電力を供給する車載バッテリと、前記車載バッテリを充電するオルタネータと、前記ステアリングホイールの操舵状態を検出する操舵状態検出部と、車両の車速を検出する車速検出部と、前記操舵状態検出部及び前記車速検出部の検出情報に基づいて前記オルタネータの出力電圧を制御する電圧制御部とを備える操舵アシスト装置において、前記電圧制御部は、前記車両が停止状態であることが検出された際には、前記停止状態に至る減速状態で、前記車両が停車する前に前記操舵状態検出部で検出された前記ステアリングホイールの操舵状態に応じて、前記オルタネータの出力電圧を制御することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、停車前の操舵状態に基づいて停車後のオルタネータの出力電圧を制御することで、バッテリ電圧を極力低い状態に維持しつつ、停車後に瞬時に大きな操舵トルクが発生すると予想される際にはオルタネータの出力電圧を増加した状態にすることができ、小型のアシストアクチュエータを用いても操舵アシスト力が不足することを回避することができる。また、常にアシストアクチュエータの駆動を考慮して電圧を高めに設定している場合には、操舵が無いと予想される際に出力電圧を低い状態に変更して燃費を向上させることができる。

そして、請求項２に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項１に記載の操舵アシスト装置において、前記電圧制御部は、前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が所定車速以下で走行中であることが検出され、且つ、前記操舵状態検出部により前記ステアリングホイールが所定の状態で操舵されたことが検出された際に、前記オルタネータの出力電圧の増加制御を許可することを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、車両が所定車速以下での走行中に、ステアリングホイールが所定の状態で操舵された場合、車両が停車した状態でステアリングホイールが操舵される、所謂、据え切り操舵の状態になる可能性が高いとされ、オルタネータの出力電圧の増加制御を許可することができる。

このため、出力電圧の増加が必要になった際に、遅れが生じることなくオルタネータの出力電圧が増加されるように制御され、瞬時に大きな操舵トルクが発生する際の操舵開始時にはオルタネータの出力電圧を増加した状態にすることができ、小型のアシストアクチュエータを用いても操舵アシスト力が不足することを回避することができる。

また、請求項３に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項１に記載の操舵アシスト装置において、前記電圧制御部は、前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が所定車速以下で走行中であることが検出され、且つ、規定時間継続して前記操舵状態検出部により前記ステアリングホイールが所定の状態で操舵されたことが検出された際に、前記出力電圧の増加制御を許可することを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、車両が所定車速以下で走行中であり、ステアリングホイールが所定の状態で操舵されたことが検出された後、その状態が規定時間継続した際に、オルタネータの出力電圧を増加させる制御を許可する状態にすることができるので、車両が停車した状態でステアリングホイールが操舵される可能性が極めて高い状態で、オルタネータの出力電圧を増加させることが可能になる。

また、請求項４に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項２または請求項３に記載の操舵アシスト装置において、前記電圧制御部は、前記オルタネータの出力電圧の増加制御を許可する状態を所定時間に亘り継続することを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、オルタネータの出力電圧を増加させる制御を許可する状態を所定時間に亘り継続するので、オルタネータの出力電圧を増加させる制御を許可する条件が不成立となった後であっても、即ち、ステアリングホイールの操舵の状況に拘わらず、所定時間に亘り出力電圧の増加を保持させることが可能になる。

また、請求項５に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、前記電圧制御部は、前記オルタネータの出力電圧の増加制御を許可する状態が継続している際に、前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が停止状態であることが検出された場合、前記オルタネータの出力電圧を増加制御することを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、オルタネータの出力電圧を増加させる制御が許可されている状態で、車両が停車した時にオルタネータの出力電圧を増加させる制御が実施される。

また、請求項６に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、前記電圧制御部は、前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が停止状態であることが検出され、且つ、前記操舵状態検出部により前記ステアリングホイールが所定の状態で操舵されたことが検出された際に、前記オルタネータの出力電圧を増加させるように前記オルタネータの出力電圧を制御することを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、車両が停止状態でステアリングホイールが操舵された際に、オルタネータの出力電圧を確実に増加させることができる。

また、請求項７に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、前記車両の変速装置が後退段に変速操作されたことを検出する後退段検出部を備え、前記電圧制御部は、前記後退段検出部により後退段に変速操作されたことが検出された際に、前記オルタネータの出力電圧が増加するように前記オルタネータの出力電圧を制御することを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、後退段に変速操作されたことが検出された場合、低速で後退走行しながらステアリングホイールを操舵する可能性が極めて高いとして、ステアリングホイールが操舵される前にオルタネータの出力電圧を増加させておくことができる。

また、請求項８に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、前記アシストアクチュエータは、前記ステアリングホイールの操舵力を補助する電動モータであることを特徴とする。アシストアクチュエータとしては、電動の油圧アクチュエータを用い、油圧アクチュエータを電動で駆動して操舵力をアシストすることも可能である。

また、請求項９に係る本発明の操舵アシスト装置は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、前記操舵状態検出部は、前記ステアリングホイールの操舵トルクを導出する検出部であることを特徴とする。操舵状態検出部は、操舵角を検出する部を適用することも可能である。ステアリングホイールの操舵トルクを導出する部の場合、センサー等のデバイスを用いることなく、車両の走行状態に基づいて操舵トルクを求めることができる。

本発明の操舵アシスト装置は、停車中の操舵開始時の操舵アシスト力が不足することを回避しつつ、オルタネータの発電電圧を必要最小限に抑制して燃費を向上させることが可能になる。

本発明の一実施例に係る操舵アシスト装置の概略構成図である。 本発明の一実施例に係る操舵アシスト装置の制御状況のタイムチャートである。

図１には本発明の一実施例に係る操舵アシスト装置を説明する概略構成を示してある。また、図２には操舵アシスト装置による制御状況のタイムチャートを示してあり、図２（ａ）は車速の経時変化、図２（ｂ）は操舵トルクの経時変化、図２（ｃ）は低車速操舵フラグ（停止後に据え切り操舵の可能性が高い状態を判断するフラグ）の経時変化、図２（ｄ）は要求電圧（オルタネータの出力電圧）の経時変化、図２（ｅ）は変速装置のシフト情報の変化である。

図１に基づいて操舵アシスト装置の概略構成を説明する。

図に示すように、車両のエンジン１には発電機（オルタネータ）２が備えられ、オルタネータ２はエンジン１の運転により駆動されて所望の出力電圧で発電が行われるようになっている。オルタネータ２で発電された電力は車載バッテリ３に蓄電され、車載バッテリ３に蓄電された電力は車両の負荷機器等に供給される。また、車載バッテリ３は、車両の減速回生エネルギーが回収されて蓄電されるようになっている。

オルタネータ２による発電電圧（発電状況）は、車両の運転状況等に基づいてＥＣＵ４の指令により任意に制御され、発電電圧を必要最小限に抑制して燃費の向上が図られている。つまり、オルタネータ２は、車両の加速または定速走行時やアイドリング運転時等では発電電圧が抑制され、エンジン１の仕事量（負担）を減らす状態に発電が制御される。

運転席にはステアリングホイール５が備えられ、ステアリングホイール５が操作されることにより、ステアリングシャフト６を介して操舵ギヤ機構７に操作力が伝達される。操舵ギヤ機構７にステアリングホイール５の操作力が伝達されることにより、タイロッド８を介して操舵輪９が操舵される。

操舵ギヤ機構７にはアシストアクチュエータとしての電動モータ１１が設けられ、電動モータ１１の駆動力が操舵ギヤ機構７に入力される。電動モータ１１の駆動によりステアリングホイール５の操舵力が補助される。つまり、電動モータ１１は、ステアリングホイール５の操舵力を補助するための性能を発生させるアシストアクチュエータとなっている。電動モータ１１には車載バッテリ３から電力が供給され、ＥＣＵ４の指令により駆動されてステアリングホイール５の操舵力が補助される。

尚、操舵ギヤ機構７に油圧アクチュエータ（油圧シリンダー機構）の動力を入力する構成を適用することも可能であり、この場合、油圧アクチュエータを作動させるためにアシストアクチュエータとして電動油圧モータが用いられる。

一方、エンジン１には変速機１２が備えられ、変速機１２のシフト情報がシフトポジションセンサー２１（後退段検出部）により検出されてＥＣＵ４に入力される。例えば、シフトポジションセンサー２１により、後退段に操作された情報（Ｒ位置の情報）がＥＣＵ４に入力される。また、ＥＣＵ４には、車速センサー２２（車速検出部）により検出された車速の情報と、操舵トルクセンサー２３（操舵状態検出部）により検出されたステアリングホイール５の操舵トルクの情報が入力される。

尚、ステアリングホイール５の操舵の状況を検出する操舵状態検出部の検出部として、ハンドル角センサーを用いてステアリングホイール５のハンドル角を直接検出することも可能である。

上述した操舵アシスト装置では、オルタネータ２の発電電圧が任意に制御され、発電電圧を必要最小限に抑制することで燃費を向上させて二酸化炭素の排出を削減するようにされている。このため、オルタネータ２の発電電圧（車載バッテリ３の要求電圧）が低い状態に維持されるようになっている。そして、操舵アシスト時には、電動モータ１１の駆動力を十分に確保するため、オルタネータ２の出力電圧を増加させるようにしている。

つまり、車両の車速が所定車速以下になり（例えば、３０Km/h程度：ＹKm/h）、ステアリングホイール５の操舵トルクが所定の値（例えば、数Nm程度：ＸNm）になったことがＥＣＵ４で検出された際に、停止状態でステアリングホイール５を据え切り操舵する状態になる可能性が高く、瞬時に大きな操舵トルクが発生すると考えられると判断され、ＥＣＵ４（電圧制御部）の指令によりオルタネータ２の出力電圧を増加させるようにしている。

このため、瞬時に大きな操舵トルクが発生する可能性が高い状況（停止状態でステアリングホイール５を据え切り操舵する可能性が高い状態）で、操舵開始時にオルタネータ２の出力電圧を予め増加させておくことができる。従って、停止状態でステアリングホイール５を据え切り操舵した際に、電動モータ１１が小型化されていても、十分な電圧の電力が車載バッテリ３から供給されるため、操舵アシスト力が不足することがない。

図２に基づいて操舵アシスト装置による制御状況を具体的に説明する。部材の符号などは図１を合わせて参照する。

図２（ａ）に示すように、車速がＹKm/h以下になり、その後、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ０でステアリングホイール５の操舵トルクがＸNm以上になり、規定時間（例えば、１秒）その状態が継続した時刻ｔ１で、図２（ｃ）に示すように、停止後に据え切り操舵の可能性が高い状態を判断するフラグである低車速操舵フラグを１にし、停止時にステアリングホイール５の据え切り操舵が実施される可能性が高いとする。即ち、オルタネータ２の出力電圧を増加させる出力電圧の増加制御を許可する状態にする。

図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ２でステアリングホイール５の操舵トルクがＸNmを下回っても、即ち、低車速操舵フラグを１にする条件が不成立になっても、図２（ｃ）に示すように、オルタネータ２の出力電圧の増加制御を許可する状態（低車速操舵フラグ：１）を所定時間（例えば、数秒間）に亘り継続する。つまり、時刻ｔ５まで低車速操舵フラグを１にする状態が継続する。

図２（ａ）に示すように、時刻ｔ３で（低車速操舵フラグを１にする条件が成立中で）車両の停車が検出されると、図２（ｄ）に示すように、車載バッテリ３の充電要求電圧（要求電圧）が必要最小限のＺ２Ｖ（例えば、１２.０Ｖ）からＺ１Ｖ（例えば、１３.５Ｖ）に増加される。図２（ｄ）に示すように、車両が走行開始する時刻ｔ４まで要求電圧はＺ１Ｖに増加される。

この間、停車時にステアリングホイール５が操舵されて据え切り操舵の状態になって瞬時に大きな操舵トルクが発生した場合、小型の電動モータ１１であっても十分な電圧の電力が車載バッテリ３から供給されるため、操舵アシスト力が不足することがない。従って、燃費の向上を企図した状態で（発電電圧を必要最小限に抑制した状態で）、必要最小限の電圧の増加で電動モータ１１を有効に使用して操舵アシスト力を発生させることができる。

図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ５まで低車速操舵フラグを１にする状態が継続した後、低車速操舵フラグが０（低車速操舵フラグを１にする条件が不成立）になる。

時刻ｔ５以降で、車両が走行した後に、図２（ａ）に示すように、車両が停車し、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ６でステアリングホイール５の操舵トルクがＸNm以上になると、図２（ｄ）に示すように、車載バッテリ３の充電要求電圧（要求電圧）が必要最小限のＺ２Ｖ（例えば、１２.０Ｖ）からＺ１Ｖ（例えば、１３.５Ｖ）に増加される。図２（ｄ）に示すように、ステアリングホイール５の操舵トルクがＸNmを下回る時刻ｔ７まで要求電圧はＺ１Ｖに増加される。

このため、停車時の急な据え切り操舵時に瞬時に大きな操舵トルクが発生しても、電動モータ１１に十分な電圧の電力が車載バッテリ３から供給され、操舵アシスト力が不足することがなく、応答遅れが生じることなく的確に操舵アシスト力を得ることができる。

時刻ｔ６で判断されるステアリングホイール５の操舵トルクのしきい値は、停車時の操舵トルクであるため、要求電圧を増加させて操舵アシスト力を発生しやすい状態にすることが好ましい。時刻ｔ１から時刻ｔ２で判断されるしきい値は、車両が停車する前の走行時であるため、低すぎると走行中に要求電圧が頻繁に増加されてしまうため、頻繁に増加しない所定の値が好ましい。

車種や使用地域等によりしきい値であるＸNmの値は適宜変更することができる。本実施のように、時刻ｔ６で判断されるしきい値と、時刻ｔ１から時刻ｔ２で判断されるしきい値を同じ値にしてもよい。

図２（ｅ）に示すように、時刻ｔ８で、変速機１２のシフト位置が後退段（Ｒ位置）にされたことが検出された場合、図２（ｄ）に示すように、車載バッテリ３の充電要求電圧（要求電圧）が必要最小限のＺ２Ｖ（例えば、１２.０Ｖ）からＺ１Ｖ（例えば、１３.５Ｖ）に増加される。

このため、車庫入れや駐車場からの退出等で後退段に変速操作した後、ステアリングホイール５を操舵して据え切り操舵の状態になって瞬時に大きな操舵トルクが発生しても、電動モータ１１に十分な電圧の電力が車載バッテリ３から供給され、操舵アシスト力が不足することがなく、応答遅れが生じることなく的確に操舵アシスト力を得ることができる。

例えば、後進で駐車スペースに車両を駐車する場合、駐車スペースに対して所定の姿勢で車両を止めて後退段に変速操作する。この状態で、ステアリングホイール５を瞬時に操舵すると同時に車両を後進させ、駐車スペースに車両を入れる。この場合、ステアリングホイール５を瞬時に操舵しても、電動モータ１１に十分な電圧の電力が車載バッテリ３から供給されているので、応答遅れが生じることなく操舵アシスト力を得ることができる。

また、駐車スペースに前進状態で車両を駐車していた時に、駐車スペースから車両を出す場合、まず、後退段に変速操作する。この状態で、ステアリングホイール５を瞬時に操舵すると同時に車両を後進させ、駐車スペースから車両を出す。この場合も前述同様に、ステアリングホイール５を瞬時に操舵しても、電動モータ１１に十分な電圧の電力が車載バッテリ３から供給されているので、応答遅れが生じることなく操舵アシスト力を得ることができる。

従って、後退段に変速操作した際に据え切り操舵を行った場合に、電動モータ１１による操舵アシスト力が遅れなく的確に得られる。このため、電動モータ１１が小型化されていても、十分な電圧の電力が車載バッテリ３から供給され、後退段に変速操作して据え切り操舵を行った場合でも、操舵アシスト力が不足することがない。

本発明は、ステアリングホイールの操舵力を、例えば、電動モータでアシストする操舵アシスト装置の産業分野で利用することができる。

１ エンジン
２ 発電機（オルタネータ）
３ 車載バッテリ
４ ＥＣＵ
５ ステアリングホイール
６ ステアリングシャフト
７ 操舵ギヤ機構
８ タイロッド
９ 操舵輪
１１ 電動モータ
１２ 変速機
２１ シフトポジションセンサー
２２ 車速センサー
２３ 操舵トルクセンサー

Claims (9)

1. ステアリングホイールの操舵力を補助するための性能を発生させるアシストアクチュエータと、
   前記アシストアクチュエータに電力を供給する車載バッテリと、
   前記車載バッテリを充電するオルタネータと、
   前記ステアリングホイールの操舵状態を検出する操舵状態検出部と、
   車両の車速を検出する車速検出部と、
   前記操舵状態検出部及び前記車速検出部の検出情報に基づいて前記オルタネータの出力電圧を制御する電圧制御部とを備える操舵アシスト装置において、
   前記電圧制御部は、
   前記車両が停止状態であることが検出された際には、
   前記停止状態に至る減速状態で、前記車両が停車する前に前記操舵状態検出部で検出された前記ステアリングホイールの操舵状態に応じて、前記オルタネータの出力電圧を制御する
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
2. 請求項１に記載の操舵アシスト装置において、
   前記電圧制御部は、
   前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が所定車速以下で走行中であることが検出され、且つ、前記操舵状態検出部により前記ステアリングホイールが所定の状態で操舵されたことが検出された際に、前記オルタネータの出力電圧の増加制御を許可する
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
3. 請求項２に記載の操舵アシスト装置において、
   前記電圧制御部は、
   前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が所定車速以下で走行中であることが検出され、且つ、規定時間継続して前記操舵状態検出部により前記ステアリングホイールが所定の状態で操舵されたことが検出された際に、前記出力電圧の増加制御を許可する
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の操舵アシスト装置において、
   前記電圧制御部は、
   前記オルタネータの出力電圧の増加制御を許可する状態を所定時間に亘り継続する
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、
   前記電圧制御部は、
   前記オルタネータの出力電圧の増加制御を許可する状態が継続している際に、前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が停止状態であることが検出された場合、前記オルタネータの出力電圧を増加制御する
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、
   前記電圧制御部は、
   前記車速検出部の検出情報に基づいて前記車両が停止状態であることが検出され、且つ、前記操舵状態検出部により前記ステアリングホイールが所定の状態で操舵されたことが検出された際に、前記オルタネータの出力電圧を増加させるように前記オルタネータの出力電圧を制御する
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、
   前記車両の変速装置が後退段に変速操作されたことを検出する後退段検出部を備え、
   前記電圧制御部は、
   前記後退段検出部により後退段に変速操作されたことが検出された際に、前記オルタネータの出力電圧が増加するように前記オルタネータの出力電圧を制御する
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、
   前記アシストアクチュエータは、
   前記ステアリングホイールの操舵力を補助する電動モータである
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の操舵アシスト装置において、
   前記操舵状態検出部は、
   前記ステアリングホイールの操舵トルクを導出する検出部である
   ことを特徴とする操舵アシスト装置。

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