JP5895864B2

JP5895864B2 - 操舵装置

Info

Publication number: JP5895864B2
Application number: JP2013019828A
Authority: JP
Inventors: 良知渡部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-02-04
Also published as: JP2014151652A

Description

本発明は、車両の操舵伝達系における特性変化を検出する技術に関する。

車両横滑り防止制御（ＶＳＣ：VeihicleStabilityControl）などの車両挙動制御技術では、ステアリングホイールに取り付けられた操舵角センサの検出値を使用して種々の制御を実行する。相対角を出力するタイプの操舵角センサを使用する場合、まず操舵角センサのゼロ点を検出し、検出したゼロ点に基づき操舵絶対角を算出する。そのため、操舵角ゼロ点を精度良く検出することが重要である。例えば、特許文献１には、操舵角センサの検出値から推定された推定ヨーレートと、ヨーレートセンサで検出された実ヨーレートとの差に基づいて、操舵角ゼロ点を検出する技術が開示されている。

ステアリングギアボックスがゴムグロメットなどの弾性部材を介してボデーに支持されている車両では、旋回によって車両に大きな横加速度が加わると、ゴムグロメットが変形してステアリングギアボックスが中心位置から変位し、その後車両が直進走行に戻ってもしばらくの間中心位置に戻らないという現象が生じる。この期間に操舵角ゼロ点の検出に基づいて操舵伝達系の特性変化の有無が判定されると、特性変化ありと誤判定されてしまう可能性がある。

そこで、本願発明者は、車両に加わる横加速度が所定の判定しきい値を超えたとき、操舵伝達系の特性変化判定を所定期間禁止することによって、誤判定を防止するようにした（特許文献２）。

特開２００４−２７６７３４号公報特願２０１２−１７８３３４号

しかしながら、トラックなどの車両重心高変化が大きい車両において、例えば重心高が低い状態で横加速度に対する判定しきい値を設定した場合、荷物の積載により重心高が高くなると、横加速度が判定しきい値よりも低いときであっても、ステアリングギアボックスの中心位置からの変位が低重心高の場合よりも大きくなり、操舵伝達系の特性変化ありと判定されてしまうおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、操舵伝達系における弾性部材の特性変化を判定する操舵装置において、車両重心高が変化する車両に搭載された場合でも、特性変化の誤判定を防止する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、ステアリングホイールの操舵角のゼロ点を検出する舵角ゼロ点検出手段と、前記ゼロ点の検出履歴を記録する履歴記録手段と、前記検出履歴に基づき操舵伝達系の特性変化を判定する特性変化判定手段と、車体に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記横加速度検出手段により検出された横加速度が所定の判定しきい値を超えたとき、前記特性変化判定手段による判定を所定期間禁止する禁止手段と、車両の重心高を推定する推定手段と、を備える操舵装置である。前記禁止手段は、前記推定手段により推定された重心高に応じて前記判定しきい値を設定する。

この態様によると、車両重心高が変化する車両に操舵装置が搭載された場合でも、車両重心高に応じて適切な判定しきい値を設定することによって、操舵伝達系の特性変化の誤判定を防止することができる。

本発明の別の態様は、ステアリングホイールの操舵角のゼロ点を検出する舵角ゼロ点検出手段と、前記ゼロ点の検出履歴を記録する履歴記録手段と、前記検出履歴に基づき操舵伝達系の特性変化を判定する特性変化判定手段と、車体に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記横加速度検出手段により検出された横加速度が所定の判定しきい値を超えたとき、前記舵角ゼロ点検出手段によるゼロ点検出を禁止する禁止手段と、
車両の重心高を推定する推定手段と、を備える操舵装置である。前記禁止手段は、前記推定手段により推定された重心高に応じて前記判定しきい値を設定する。

本発明によれば、操舵伝達系における弾性部材の特性変化を判定する操舵装置において、車両重心高が変化する車両に搭載された場合でも、特性変化判定の誤判定を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る操舵装置を備えた車両の概略構成を示す図である。ステアリングＥＣＵのうち、本実施形態に係る操舵伝達系の特性変化検知に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。ゼロ点最大値およびゼロ点最小値の履歴の一例を示すグラフである。検出／更新禁止部の動作を説明する図である。（ａ）、（ｂ）は、車両重心高が高くなると、同じ横加速度でもステアリングギアボックスの中心位置からの変位が大きくナルメカニズムを説明する図である。本発明の一実施形態に係る特性変化検出を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態に係る特性変化検出を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態に係る特性変化検出を説明するフローチャートである。車両重心高にしたがって特性変化判定しきい値Ｋを求めるマップの一例である。車両重心高にしたがって、更新禁止タイマのデクリメント量Ｒを求めるマップの一例である。

図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置１０を備えた車両の概略構成を示す。図１は、四輪の車両のうち前輪部分の模式図である。転舵輪である右前輪ＦＲおよび左前輪ＦＬを操舵することによって車両の進行方向が変更される。

操舵装置１０は電動パワーステアリング装置（以下「ＥＰＳ」と呼ぶ）を備える。ＥＰＳは、ドライバーにより操舵されるステアリングホイール１２と、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフトの下端に設けられた減速機構４４と、出力軸が減速機構４４に接続された操舵アシスト用モータ２４とを備える。操舵アシスト用モータ２４は、ステアリングシャフト１４を回転駆動することで、ステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する。

ステアリングシャフト１４には、図示しないトーションバーと、トーションバーに生じるトルクを検出する操舵トルクセンサ１６と、ステアリングホイール１２の操舵角を検出する操舵角センサ１８とが設置される。これらセンサの出力は、ステアリング電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０およびブレーキＥＣＵ１００に送信される。

ステアリングシャフト１４は、自在継手３０、３２を介して、インターミディエイトシャフト１７、ピニオンシャフト１９に連結される。ピニオンシャフト１９は、車両の左右方向（車幅方向）に延設され軸長方向に摺動するラックバー２２を含むステアリングギアボックス２０と連結されている。インターミディエイトシャフト１７は、ゴムカップリングをその一部として含む。

ステアリングギアボックス２０は、ピニオンシャフト１９の一端に形成されたピニオン歯とラック軸とを噛合させることにより構成される。また、ステアリングギアボックス２０は、ゴムグロメット２３を介して車両のボデーに支持される。

ドライバーがステアリングホイール１２を操作すると、ステアリングシャフト１４の回転がシャフト１７、１９を通してステアリングギアボックス２０に伝達され、ステアリングギアボックス２０によってラックバー２２の左右方向への直線運動に変換される。ラックバー２２の両端には、それぞれタイロッド（図示せず）の一端が接続される。タイロッドの他端は、右前輪ＦＲ、左前輪ＦＬを支持するナックルアーム（図示せず）に連結されている。ラックバー２２が直線運動をすると、右前輪ＦＲおよび左前輪ＦＬが転舵される。

車輪の近傍には、車輪の回転数を検出して車速を出力する車速センサ３６が取り付けられる。車速センサ３６の代わりに、図示しないＧＰＳ（Global Positioning System）のデータから車速を求めるようにしてもよい。車体の左右方向の加速度を検出する横加速度センサ４２も車体に設けられる。これらのセンサによる検出値はブレーキＥＣＵ１００に送信される。

ステアリングＥＣＵ７０は、各センサから受け取った検出値に基づき操舵トルクのアシスト値を算出し、これに応じた制御信号を操舵アシスト用モータ２４に出力する。なお、上記のようなＥＰＳを含む操舵機構自体は周知であるため、本明細書ではこれ以上の詳細な説明を省略する。

ステアリングホイールから車輪に至る操舵伝達系の様々な部品は、ステアリングの振動低減、操舵フィーリングの調整、コンプライアンスステアの確保などの目的のため、部品と車体との間がゴムグロメット、ゴムカップリング、ゴムブシュなどの弾性部材を介して支持されているものが多い。これらの弾性部材の経年劣化により操舵伝達系にガタが生じるなどの伝達特性が変化すると、操舵角とタイヤ角との間の線形性が維持されなくなり、操舵フィーリングが変化したり、操舵角情報に基づく車両状態量の推定精度が低下したりするという問題がある。

そのため、詳細は後述するが、本実施形態の操舵装置は、車両の走行中の操舵角ゼロ点の検出に基づき、操舵伝達系の弾性部材の特性変化が生じていると判定された場合には、車両のドライバーにその事実を報知したり、または操舵角を利用した各種車両制御の実行の停止を指示したりするように構成されている。

上述のように、ステアリングギアボックスとボデーとの間がゴムグロメットで支持されている車両の場合、旋回によって車両に大きな横加速度が加わると、ゴムグロメットが変形してステアリングギアボックスが中心位置から変位し、その後車両が直進走行に戻ってもしばらくの間中心位置に戻らないという現象が生じる。この期間中に操舵角ゼロ点の検出に基づく操舵伝達系の特性変化が判定されると、実際には弾性部材の劣化による特性変化が発生していないにも関わらず、誤って特性変化ありと判定されてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態の操舵装置には、操舵伝達系の特性変化判定を実行するには不適切な車両状態にあるときには、その判定を禁止する禁止手段が設けられている。

図２は、ステアリングＥＣＵ７０のうち、本実施形態に係る操舵伝達系の特性変化判定に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や電気回路で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

操舵角ゼロ点検出部１０２は、任意の既知の方法により操舵角センサ１８のゼロ点（中立点）を検出する。検出したゼロ点に基づきステアリングホイール絶対操舵角が演算され、種々の車両制御に使用される。

ゼロ点履歴保持部１０４は、操舵角ゼロ点検出部１０２によって検出されたゼロ点の、前回更新時からの最大値および最小値を記録する。ゼロ点履歴保持部１０４の動作については、図６〜８のフローチャートを参照して詳述する。

ゼロ点履歴保持部１０４には、最大値保持タイマ１０６と最小値保持タイマ１０８が接続される。これらのタイマは、ゼロ点履歴保持部１０４にゼロ点最大値、ゼロ点最小値がそれぞれ記憶されてからの時間をカウントするためのカウントダウンタイマである。最大値保持タイマ１０６または最小値保持タイマ１０８におけるカウント値が所定値に達すると、ゼロ点履歴保持部１０４は、その時点で記憶しているゼロ点最大値またはゼロ点最小値を破棄する。この動作については、図３を参照して詳述する。

測定値保持部１１０は、車速センサ３６、ヨーレートセンサ４０および横加速度センサ４２からそれぞれの検出値を受け取り、ゼロ点履歴保持部１０４におけるゼロ点最大値またはゼロ点最小値が更新されたときの車速、ヨーレートおよび横加速度を記録する。

判定しきい値設定部１１２は、測定値保持部１１０に記録された車速、ヨーレートおよび横加速度を使用して、操舵伝達系における特性変化、具体的にはゴムブシュなどの弾性部材の劣化によるガタの発生の有無を判定するための判定しきい値を演算する。

この判定しきい値は、車速センサ、ヨーレートセンサ、横加速度センサおよび操舵角センサそれぞれの誤差、部品の加工ばらつき、車両の組み付けばらつきを考慮して設定されるが、詳細は後述する。代替的に、正常車両におけるゼロ点検出の履歴を取得し、この結果を大きく上回る値（例えば二倍など）を判定しきい値として選択するようにしてもよい。

差分計算部１１４は、ゼロ点履歴保持部１０４に記録されているゼロ点最大値とゼロ点最小値の差分Ｄを計算する。

特性変化判定部１１６は、差分計算部１１４によって計算された差分Ｄが所定の判定しきい値Ｔを上回るか否かを判定する。差分Ｄが判定しきい値Ｔを上回る場合、操舵伝達系における特性変化が生じていると判定する。

通知部１１８は、特性変化判定部１１６によって特性変化が生じていると判定された場合、車両のドライバーにその事実を報知したり、または操舵角を利用した各種車両制御の実行の停止を図示しない車両制御ＥＣＵに指示したりする。

検出／更新禁止部１２０は、横加速度センサ４２で検出された横加速度に応じて、ゼロ点履歴保持部１０４によるゼロ点最大値またはゼロ点最小値の更新を所定期間禁止する。検出／更新禁止部１２０の動作は図４、図５を参照してさらに説明する。

続いて、図３を使用して、ステアリングＥＣＵ７０による操舵伝達系の特性変化判定方法を説明する。図３は、ゼロ点最大値およびゼロ点最小値の履歴の一例を示すグラフである。

図３の横軸は経過時間を、縦軸は検出された操舵角ゼロ点θを表す。時間０においてゼロ点最大値およびゼロ点最小値がリセットされているものとして説明する。

図中に示す期間ａでは、操舵角ゼロ点検出値がゼロ点最小値を下回るため、ゼロ点履歴保持部２０４はゼロ点最小値を更新する。また、期間ｂでは、操舵角ゼロ点検出値がゼロ点最大値を上回るため、ゼロ点履歴保持部２０４はゼロ点最大値を更新する。以降、操舵角ゼロ点検出値が保持されているゼロ点最大値を上回るかゼロ点最小値を下回ると、それぞれの値が更新されていく。

差分計算部１１４は、ゼロ点最大値とゼロ点最小値との差分Ｄを計算する。特性変化判定部１１６は、判定しきい値設定部１１２で設定されるしきい値Ｔと差分Ｄとを比較し、差分Ｄがしきい値Ｔを上回ると、操舵伝達系の特性が変化（すなわち弾性部材の劣化）が発生したと判定する。これは、操舵伝達系の弾性部材の劣化によりガタが発生した場合に、ステアリングホイールの操作時に操舵角ゼロ点検出値が大きく変動すると考えられることを利用したものである。

最大値保持タイマ１０６および最小値保持タイマ１０８は、ゼロ点最大値およびゼロ点最小値がそれぞれ最後に更新されてからの経過時間をカウントする。所定の時間が経過すると、ゼロ点履歴保持部１０４は、ゼロ点最大値またはゼロ点最小値をその時点での操舵角ゼロ点検出値でリセットする。図３では、ｃ点におけるゼロ点最大値の変化がこの処理に対応する。

図４は、検出／更新禁止部１２０の動作を説明する図である。図４（ａ）は、横加速度センサ４２で検出される横加速度の時間変化を示す。図４（ｂ）中の細実線は、操舵角ゼロ点検出部１０２で検出される操舵角ゼロ点の値の時間変化を表し、太実線Ｈは、ゼロ点履歴保持部２０４に記録されるゼロ点最大値を表し、太点線Ｌは、ゼロ点履歴保持部２０４に記録されるゼロ点最小値を表す。また、図４（ｃ）は、検出／更新禁止部１２０が設定するタイマの値を示す。

検出／更新禁止部１２０は、横加速度が所定の特性変化判定禁止しきい値Ｋを上回る（図中の時刻ｔ_１）と、更新禁止タイマに初期値Ｆを設定する。特性変化判定禁止しきい値Ｋは、ステアリングギアボックスの中心位置が大きく移動して伝達特性変化の判定に影響を及ぼしうるような横加速度であり、予め設定されている。

更新禁止タイマの値がゼロになるまでの所定期間Ｅの間（図中の時刻ｔ_１〜ｔ_３）、検出／更新禁止部１２０は、ゼロ点履歴保持部２０４におけるゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新を禁止する。この結果、図４（ｂ）に示すように、操舵角ゼロ点検出値の変化に関わらず、期間Ｅの間はゼロ点最大値Ｈとゼロ点最小値Ｌが一定値となる。したがって、例えば時刻ｔ_２において、ゼロ点最大値の更新を続けていると仮定した場合の差分Ｄがしきい値Ｔを上回っても、特性変化判定部１１６によって操舵伝達系の特性変化が生じていると判定されることはない。言い換えると、所定期間Ｅの間は、操舵角ゼロ点検出値がどのように変化しようと、ゼロ点最大値Ｈとゼロ点最小値Ｌが一定なので、特性変化が生じていると判定されることはない。

なお、所定期間Ｅは、横加速度が特性変化判定禁止しきい値Ｋを越えた後にステアリングギアボックスの中心位置が元の位置に戻るまでに要する時間以上である必要がある。この条件を満たすように、更新禁止タイマの初期値Ｆが選択される。車両に加わる横加速度の値が大きいほど、ステアリングギアボックスが中心位置に戻るまでに要する時間は長くなるので、横加速度が大きいほど更新禁止タイマの初期値Ｆを大きく（すなわち、所定期間Ｅが長く）なるように設定してもよい。横加速度に対する適切な初期値Ｆは、実験またはシミュレーションによって定めることができる。

図４を参照して、横加速度が所定の特性変化判定禁止しきい値Ｋを上回ったときに、検出／更新禁止部１２０が更新禁止タイマをセットして、所定期間の間、操舵伝達系の特性変化判定を行わないことを説明した。この手法を、トラックなどの積載物による車両重心高変化が大きい車両に適用すると、荷物の積載により重心高が高くなった場合、ステアリングギアボックスの中心位置からの変位が低重心高の場合よりも大きくなり、操舵伝達系の特性変化を過大に判定してしまうという問題がある。

図５（ａ）、（ｂ）は、車両重心高が高くなると、同じ横加速度でもステアリングギアボックスの中心位置からの変位が大きくナルメカニズムを説明する図である。図中の二重丸は車両の重心を表し、右向きの矢印は車両の横加速度Ｇｙを表す。また、下向きの矢印は、各転舵輪の接地荷重の大きさを表している。

図５（ａ）は、車両重心高が低い場合、図５（ｂ）は、同一の車両であるが積載物のために車両重心高が高い場合を示している。車両の旋回中に同じ大きさの横加速度Ｇｙがかかったときを考える。図５（ｂ）のように車両重心高が高いと、路面から重心までの距離が大きくなるため、左右の転舵輪の接地荷重の差Ｍは、車両重心高が高いときの方が大きくなる。接地荷重が大きくなるほど転舵輪が接地面をひきずる力が大きくなるので、この接地荷重の差は、ステアリングギアボックスの中心位置の変位量に比例する。このように、重心高が高くなるほど、同じ横加速度でもステアリングギアボックスの中心位置からの変位が大きくなるため、操舵伝達系が特性変化したと判定されるおそれが高くなる。

したがって、車両重心高が高い場合は、車両重心高が低い場合よりも小さい横加速度で操舵伝達系の特性変化判定を禁止して、誤判定を避けることが好ましい。

また、車両重心高が高い場合は、たとえステアリングギアボックスが中心位置からずれた場合でも、元の位置に復帰しやすいという作用も生じる。詳細には、重心高が高いほど、路面の凹凸などによる転舵輪の接地荷重変動が大きくなる。接地荷重の変動は、ステアリングギアボックスの入力の変化に比例する。したがって、重心高が高くなるほど、車両の直進走行中にステアリングギアボックスが微小に動く頻度が高くなり、その中心位置が元の位置に戻るまでに要する時間は短くなる。

そこで、車両重心高が高い場合には、車両重心高が低い場合よりも操舵伝達系の特性変化判定が禁止される期間を短くして、特性変化判定を早期に再開することが好ましい。

図６ないし８は、本実施形態に係る操舵伝達系の特性変化判定を説明するフローチャートである。このフローは、車両の走行中に所定の間隔（例えば１秒）で繰り返し実行される。

まず図６を参照して、重心高推定部１２２は、任意の手法を用いて車両の重心高を推定する（Ｓ６）。例えば、横加速度センサ４２で検出される横加速度と、操舵アシスト用モータ２４によるステアリング操作を補助するためのアシスト力との相関から車両の重心高を推定することができる。横加速度に対してアシスト力が大きいほど、車両重心高が高いと推定される。

検出／更新禁止部１２０は、推定した車両重心高にしたがって特性変化判定禁止しきい値Ｋを設定する（Ｓ８）。一般に、車両重心高が大きくなるほど、特性変化判定禁止しきい値Ｋを小さく設定する。しきい値Ｋは、所定の計算式を用いて計算されてもよいし、図９に一例を示すマップを参照して決定されてもよい。

操舵角ゼロ点検出部１０２は、操舵角センサ１８の検出値に基づきステアリングホイールの操舵角ゼロ点θを検出する（Ｓ１０）。判定しきい値設定部１１２は、車両の始動直後であるか否かを判定する（Ｓ１２）。車両の始動直後の場合（Ｓ１２のＹ）、ヨーレートセンサ４０の温度が安定していないと考えられるので、温度安定前のヨーレートゼロ点誤差を選択する（Ｓ１４）。始動直後ではない場合（Ｓ１２のＮ）、ヨーレートセンサ４０の温度が安定していると考えられるので、温度安定後のヨーレートゼロ点誤差を選択する（Ｓ１６）。

続いて、検出／更新禁止部１２０が、操舵角ゼロ点の収束が完了しているか否か、かつ横加速度センサ４２の検出値が所定の特性変化判定禁止しきい値Ｋを上回っているかを判定する（Ｓ１８）。操舵角ゼロ点の収束が完了し、横加速度が特性変化判定禁止しきい値Ｋを上回る場合（Ｓ１８のＹ）、ステアリングギアボックスが中心位置からずれていると考えられるため、検出／更新禁止部１２０は、更新禁止タイマに初期値Ｆをセットする（Ｓ２０）。いずれかの条件が満たされない場合（Ｓ１８のＮ）、検出／更新禁止部１２０は、操舵角センサ１８の検出値に基づき車両が直進走行中であるか否かを判定する（Ｓ２２）。直進走行中でない場合（Ｓ２２のＮ）、Ｓ２４をスキップする。直進走行中である場合（Ｓ２２のＹ）、検出／更新禁止部１２０は、Ｓ６で推定された車両重心高にしたがって、更新禁止タイマのデクリメント量Ｒを設定する（Ｓ２３）。一般に、車両重心高が大きくなるほど、デクリメント量Ｒを大きく設定する。デクリメント量Ｒは、所定の計算式を用いて計算されてもよいし、図１０に一例を示すマップを参照して決定されてもよい。そして、検出／更新禁止部１２０は、更新禁止タイマをＲだけデクリメントする（Ｓ２４）。この結果、車両重心高が高いほど、特性変化判定が禁止される期間が短くなる。なお、車両重心高に応じてデクリメント量Ｒを変更する代わりに、デクリメント量Ｒは一定のまま更新禁止タイマの初期値Ｆを変更するようにしてもよい。すなわち、車両重心高が大きいときほど更新禁止タイマの初期値Ｆを小さくすれば、特性変化判定が禁止される期間を短くすることができる。

検出／更新禁止部１２０は、更新禁止タイマの値がゼロであるか否かを判定する（Ｓ２６）。更新禁止タイマがゼロでない場合（Ｓ２６のＮ）、ゼロ点履歴保持部１０４によるゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新を禁止する（Ｓ３０）。Ｓ２４の処理を繰り返して更新禁止タイマがゼロになると（Ｓ２６のＹ）、ゼロ点履歴保持部１０４によるゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新を許可する（Ｓ２８）。

続いて図７を参照し、ゼロ点履歴保持部１０４は、最大値保持タイマ１０６および最小値保持タイマ１０８をデクリメントする（Ｓ３２、Ｓ３４）。なお、これらのタイマは、後述するステップＳ４４、Ｓ５２にて初期値がセットされるが、動作直後では初期値がセットされていないため、下限ガード値をゼロに設定しておく。

判定しきい値設定部１１２は、操舵角ゼロ点の収束が完了し、車速が所定値以上であり、かつゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新が許可されているか否かを判定する（Ｓ３６）。なお、車両が低速である場合は、高速である場合よりも部品のばらつきやセンサ公差などに起因する誤差が拡大する傾向にあるため、特性変化と誤判定される可能性が高い。そのため、低速時（例えば３０ｋｍ／ｈ未満）には、操舵伝達系の特性変化を実行しない。

車速が所定値未満の場合（Ｓ３６のＮ）、操舵角ゼロ点の収束が未完了であるか否かを判定する（Ｓ５４）。初回の判定では操舵角ゼロ点の収束が完了していないので（Ｓ５４のＹ）、Ｓ５６に進み、ゼロ点履歴保持部１０４は、記憶しているゼロ点最大値とゼロ点最小値を、現時点の操舵角ゼロ点検出値でリセットする（Ｓ５６）。これに応じて、測定値保持部１１０は、リセット時の車速、ヨーレートおよび横加速度を初期値として記憶する（Ｓ５８）。ゼロ点履歴保持部１０４は、ゼロ点最大値保持タイマ１０６と最小値保持タイマ１０８とをリセットする（Ｓ６０）。Ｓ５４において、操舵角ゼロ点の収束が完了している場合（Ｓ５４のＮ）、Ｓ５６〜Ｓ６０はスキップする。

Ｓ３６において、操舵角ゼロ点の収束が完了し、車速が所定値以上であり、かつゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新が許可されている場合（Ｓ３６のＹ）、ゼロ点履歴保持部１０４は、今回の操舵角ゼロ点検出値が、記憶されているゼロ点最大値よりも大きいか否か、すなわちゼロ点最大値を更新する必要があるか否かを判定する（Ｓ３８）。操舵角ゼロ点検出値がゼロ点最大値以下の場合（Ｓ３８のＮ）、Ｓ４０〜Ｓ４４をスキップする。操舵角ゼロ点検出値がゼロ点最大値より大きい場合（Ｓ３８のＹ）、ゼロ点履歴保持部１０４はその値を新たなゼロ点最大値として記憶し（Ｓ４０）、測定値保持部１１０は最大値更新時の車速、ヨーレートおよび横加速度を記憶する（Ｓ４２）。最大値保持タイマ１０６には所定の初期値（例えば１８０秒）がセットされる（Ｓ４４）。

続いて、ゼロ点履歴保持部１０４は、今回の操舵角ゼロ点検出値が、記憶されているゼロ点最小値よりも小さいか否か、すなわちゼロ点最小値を更新する必要があるか否かを判定する（Ｓ４６）。操舵角ゼロ点検出値がゼロ点最小値以上の場合（Ｓ４６のＮ）、Ｓ４８〜Ｓ５２をスキップする。操舵角ゼロ点検出値がゼロ点最小値より小さい場合（Ｓ４６のＹ）、ゼロ点履歴保持部１０４はその値を新たなゼロ点最小値として記憶し（Ｓ４８）、測定値保持部１１０は最小値更新時の車速、ヨーレートおよび横加速度を記憶する（Ｓ５０）。最小値保持タイマ１０８には所定の初期値がセットされる（Ｓ５２）。

続いて図８を参照して、ゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新が許可されているか否かを判定する（Ｓ５４）。更新が禁止されている場合（Ｓ５４のＮ）、Ｓ６８に進む。更新が許可されている場合（Ｓ５４のＹ）、ゼロ点履歴保持部１０４は、最大値保持タイマのカウントがゼロであるか否かを判定する（Ｓ５６）。カウントがゼロの場合（Ｓ５６のＹ）、ゼロ点履歴保持部１０４は、保持しているゼロ点最大値を、現時点の操舵角ゼロ点検出値でリセットし（Ｓ５８）、測定値保持部１１０も保持している最大値更新時の車速、ヨーレートおよび横加速度を初期値でリセットする（Ｓ６０）。

また、ゼロ点履歴保持部１０４は、最小値保持タイマのカウントがゼロであるか否かを判定する（Ｓ６２）。カウントがゼロの場合（Ｓ６２のＹ）、ゼロ点履歴保持部１０４は、保持しているゼロ点最小値を、現時点の操舵角ゼロ点検出値でリセットし（Ｓ６４）、測定値保持部１１０も保持している最小値更新時の車速、ヨーレートおよび横加速度を初期値でリセットする（Ｓ６６）。

Ｓ５６〜Ｓ６６の処理は、温度変化による操舵角センサのゼロ点の変動の影響を極力排除するために行われるゼロ点最大値および最小値のリセットに対応する。この処理を行う理由は、以下の通りである。ヨーレートセンサ４０、横加速度センサ４２などのアナログセンサのゼロ点は、温度変化により変動する場合がある。車室内の温度変化により各センサのゼロ点が変動すると、操舵角ゼロ点の検出値も変動するため、操舵角ゼロ点の差分Ｄが操舵伝達系の特性変化によるものか温度変化によるものかを区別することは困難である。そこで、通常の環境では、短時間での車室内の温度変化は非常に小さいことを考慮して、ゼロ点最大値とゼロ点最小値とを前回の更新から所定期間が経過する毎に破棄するようにした。

続いて、判定しきい値設定部１１２は、以下の式に基づき判定しきい値Ｔを演算する（Ｓ６８）。
Ｔ＝｛（θ・Ｖ）／（ｎ・Ｌ）−Ｋｈ・Ｇｙ・Ｖ−ＹＲ｝・ｎ・Ｌ・（１／Ｖ）
＝θ−Ｋｈ・Ｇｙ／ｎ・Ｌ−ＹＲ・ｎ・Ｌ・（１／Ｖ）・・・（１）
ここで、θは操舵角検出値、Ｖは車速、Ｇｙは横加速度、ＹＲはヨーレート、Ｋｈはスタビリティファクタ、ｎはステアリングオーバーオールギヤ比、Ｌはホイールベースを表す。

式（１）の一行目において、（（θ・Ｖ）／（ｎ・Ｌ）−Ｋｈ・Ｇｙ・Ｖは目標ヨーレートに対応する。したがって、｛（θ・Ｖ）／（ｎ・Ｌ）−Ｋｈ・Ｇｙ・Ｖ−ＹＲ｝・ｎ・Ｌ・（１／Ｖ）は、（目標ヨーレート−実ヨーレート）の操舵角換算値を求めることに対応している。

式（１）は、
・操舵角センサのゼロ点／ゲイン誤差と、横加速度センサのゼロ点誤差に起因する操舵角誤差
・横加速度センサのゲイン誤差と車両のばらつきによる操舵角誤差
・ヨーレートセンサのゼロ点誤差による操舵角誤差
・ヨーレートセンサと車速センサのゲイン誤差による操舵角誤差
の合計値に対応する。

なお、上記の式（１）に代入する車速、ヨーレートおよび横加速度は、測定値保持部１１０に記憶された値（すなわち、ゼロ点最大値更新時に記憶された値と、ゼロ点最小値更新時に記憶された値）のうち、車速については小さい方を、ヨーレートおよび加速度については大きい方を選択することが好ましい。この理由は、低速時の方が高速時よりも操舵角誤差が大きくなる傾向があるので、低速走行中に大きく計算された操舵角誤差と、高速走行中に小さく計算された判定しきい値とが比較された場合、特性変化を誤判定してしまうおそれがあり、これを避けるためである。

差分計算部１１４は、ゼロ点履歴保持部１０４に保持されているゼロ点最大値とゼロ点最小値の差分Ｄを計算し、特性変化判定部１１６は、この差分Ｄが判定しきい値Ｔよりも大きいか否かを判定する（Ｓ７０）。差分Ｄが判定しきい値Ｔよりも大きければ（Ｓ７０のＹ）、特性変化判定部１１６は操舵伝達系の特性変化が生じていると判定し（Ｓ７２）、通知部１１８が所定のランプの点灯、ブザーなどによってドライバーにその旨を通知したり、車両制御ＥＣＵに対して操舵角ゼロ点の検出に基づく車両制御を一時的に停止するように指示する。

Ｓ７０の処理は、操舵角ゼロ点の変動幅、すなわちゼロ点最大値とゼロ点最小値の差分Ｄが、操舵角センサ、車速センサ、横加速度センサおよびヨーレートセンサのゼロ点誤差、ゲイン誤差および車両ばらつきの積み上げである判定しきい値Ｔを越えているか否かを判定している。言い換えると、操舵角ゼロ点の変動幅が、各センサの想定しうる誤差の積み上げ分よりも大きいならば、操舵伝達系のガタに起因する操舵角ゼロ点のずれが生じていると判断するのである。

以上説明したように、本実施形態によると、操舵伝達系の各部品とボデーとを接続する弾性部材の経年劣化などによる操舵伝達系の特性変化を検出することができる。

また、車両に加わる横加速度が所定の特性変化判定しきい値Ｋよりも大きい場合、Ｓ３０により、ゼロ点履歴保持部１０４におけるゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新が所定期間禁止される。この結果、Ｓ３６のＮおよびＳ５４のＮに進むことから、ゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新およびリセットが行われないため、ゼロ点最大値とゼロ点最大値の差分Ｄが判定しきい値Ｔを越えることはない。したがって、車体に作用する横加速度によってステアリングギアボックスが中心位置からずれている間に、操舵伝達系の特性が変化していると判定されるおそれがなくなり、誤判定を防止することができる。

さらに、車両重心高が高い場合は、車両重心高が低い場合よりも小さい横加速度で操舵伝達系の特性変化判定を禁止することで、車両重心高が変化する車両に操舵装置が搭載された場合でも、特性変化の誤判定を避けることができる。また、車両重心高が高い場合には、重心高が低い場合よりも特性変化判定の禁止期間を短くすることで、特性変化判定を早期に再開することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組み合わせ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組み合わせなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。

電動パワーステアリング装置を備える車両を参照して、いくつかの実施形態について説明した。しかしながら、油圧パワーステアリング装置を備える車両に対しても本発明を適用することができる。この場合、車両はステアリングＥＣＵを備えていないので、制動制御装置（例えばＶＳＣ等）のＥＣＵが、本発明に係る操舵伝達系の特性変化の検出を実施するように構成される。

実施の形態では、横加速度が所定のしきい値を超えた場合に、検出／更新禁止部１２０が、ゼロ点履歴保持部１０４によるゼロ点最大値およびゼロ点最小値の更新を所定期間禁止することを説明した。この代わりに、検出／更新禁止部１２０は、横加速度が所定のしきい値を超えた場合に、操舵角ゼロ点検出部１０２による操舵角ゼロ点の検出を所定期間禁止するように動作してもよい。この構成であっても、所定期間Ｅの間はゼロ点最大値とゼロ点最小値が一定値となるので、特性変化判定部１１６により操舵伝達系の特性変化が生じていると判定されることはない。

実施の形態では、操舵伝達系における弾性部材の特性変化を判定する特性変化判定部を操舵装置が備えることを説明した。しかしながら、特性変化判定部を備えない操舵装置にも本発明を適用することができる。この構成では、横加速度が所定のしきい値を超えた場合に、操舵角ゼロ点検出部１０２による操舵角ゼロ点の検出が所定期間禁止される。

１０操舵装置、１２ステアリングホイール、１８操舵角センサ、２０ステアリングギアボックス、２３ゴムグロメット、４２横加速度センサ、７０ステアリングＥＣＵ、１００ブレーキＥＣＵ、１０２操舵角ゼロ点検出部、１０４ゼロ点履歴保持部、１１０測定値保持部、１１２判定しきい値設定部、１１４差分計算部、１１６特性変化判定部、１２０検出／更新禁止部、１２２重心高推定部。

Claims

ステアリングホイールの操舵角のゼロ点を検出する舵角ゼロ点検出手段と、
前記ゼロ点の検出履歴を記録する履歴記録手段と、
前記検出履歴に基づき操舵伝達系の特性変化を判定する特性変化判定手段と、
車体に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段と、
前記横加速度検出手段により検出された横加速度が所定の判定しきい値を超えたとき、前記特性変化判定手段による判定を所定期間禁止する禁止手段と、
車両の重心高を推定する推定手段と、を備え、
前記禁止手段は、前記推定手段により推定された重心高に応じて前記判定しきい値を設定することを特徴とする操舵装置。
前記禁止手段は、前記推定手段により推定された重心高に応じて前記所定期間を設定することを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記禁止手段は、前記横加速度検出手段により検出された横加速度が所定の判定しきい値を超えたとき、前記履歴記録手段による検出履歴の更新を禁止することを特徴とする請求項１または２に記載の操舵装置。
ステアリングホイールの操舵角のゼロ点を検出する舵角ゼロ点検出手段と、
前記ゼロ点の検出履歴を記録する履歴記録手段と、
前記検出履歴に基づき操舵伝達系の特性変化を判定する特性変化判定手段と、
車体に作用する横加速度を検出する横加速度検出手段と、
、前記横加速度検出手段により検出された横加速度が所定の判定しきい値を超えたとき、前記舵角ゼロ点検出手段によるゼロ点検出を禁止する禁止手段と、
車両の重心高を推定する推定手段と、を備え、
前記禁止手段は、前記推定手段により推定された重心高に応じて前記判定しきい値を設定することを特徴とする操舵装置。