JP7389605B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

運転者のステアリング操作を電動モータのアシスト力により操舵輪に伝達するようにした操舵制御装置においては、運転者のステアリング操作に対し、車両の状況に応じて操舵輪の操舵角を制御するようにした技術がある。操舵角を制御するために操舵制御装置には、ステアリングのギヤ比を変更する可変操舵機構が備えられている。このような技術として、例えば特許文献１及び特許文献２がある。

特許文献１に記載の技術においては、ステアリングの切り回し方向に応じて、切増し時のギヤ比Ｇａ１、あるいは切戻し時のギヤ比Ｇａ２を選択するようにしている。切増し時においては、速度－ギヤ比マップによって車速Ｖに対応したギヤ比Ｇｂ１を決定し、操舵角速度－ギヤ比ゲインマップによって車速Ｖに対応したギヤ比利得Ｇｂ２を決定し、ギヤ比Ｇｂ１にギヤ比利得Ｇｂ２を乗算して切増し時におけるギヤ比Ｇａ１を算出するようにしている。そして、速度Ｖが低い場合においては、ギヤ比Ｇｂ１が高く設定され、ステアリング操作による操舵角が小さくても操舵輪による実舵角が大きく切れるようにし、急操舵の場合には、ギヤ比利得Ｇｂ２が１より低くしてステアリング操作に対する追従遅れを防止するようにしている。また、切戻し時においては、切増し時におけるギヤ比Ｇａ１と異なるギヤ比Ｇａ２を選択し、ステアリングを中立位置に位置させるようにしている。

次に、特許文献２に記載の技術においては、操舵トルク及びアシストトルクが小さい領域において、出力が小さくなるようにゲインを調整し、ハンドル戻し制御による滑らかな戻りの操舵感を実現するようにした技術が開示されている。

特開２００４－４２７９６号公報 特許第６４２８９６５号公報

特許文献１に記載の技術においては、図６（Ａ）（ｂ）に示すように、ギヤ比Ｇａ１とギヤ比Ｇａ２は、所定の速度まで所定の傾きで直線的に変更され、所定の速度に達すると直線的な傾きが、別の傾きに変更されるように制御されている。したがって、ギヤ比の傾きが変更される速度においてギヤ比の急激な変化が起こり、ステアリング操作に違和感が残るといった課題があった。

特許文献２に記載の技術においては、操舵トルク及びアシストトルクのゲインを変更しているが、ステアリング操作に対する操舵角は変更されていないので、低速で運転を行う車庫入れ等後退駐車時においてはステアリングを大きく切り込まなければならず、ドライバの運転負荷がかかるといった課題があった。

本発明の目的は、低速運転時におけるドライバの運転負荷を軽減することのできる操舵制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ステアリングの操作量に基づいて転舵輪アクチュエータを駆動して転舵輪の舵角を変更し、前記転舵輪アクチュエータの制御量を演算する演算装置を備えた操舵制御装置であって、前記演算装置は、前記ステアリングの切込みにおいては、ステアリング操舵角に対する前記転舵輪の実舵角の比率が変化する第１ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、前記ステアリングの切戻しにおいては前記第１ゲインと異なる第２ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、前記第１ゲインは、ステアリング操舵角に対する前記転舵輪の実舵角の比率が上に凸な連続関数とし、前記上に凸な連続関数は、ステアリング操舵角と操舵角速度に基づいて演算することを特徴とするものである。

また、本発明は、ステアリングの操作量に基づいて転舵輪アクチュエータを駆動して転舵輪の舵角を変更し、前記転舵輪アクチュエータの制御量を演算する演算装置を備えた操舵制御装置であって、前記演算装置は、前記ステアリングの切込みにおいては、ステアリング操舵角に対する前記転舵輪の実舵角の比率が変化する第１ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、前記ステアリングの切戻しにおいては前記第１ゲインと異なる第２ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、車速が所定の速度未満であり、シフトレバーが後退に入ったことを条件として、前記第１ゲイン及び前記第２ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、低速運転時におけるドライバの運転負荷を軽減することのできる操舵制御装置を提供することができる。

本実施例に操舵制御装置２を搭載した車両１の概略構成図である。 本実施例に係る操舵制御装置２のブロック図である。 本実施例に係る操舵制御装置の処理を示すフローチャートである。 図３におけるステップＳ３０の処理を示すフローチャートである。 図３におけるステップＳ３１の処理を示すフローチャートである。 本実施例に係るステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の関係を示す図である。 本実施例に係るゲインとステアリング操舵角δとの関係を示す図である。 本実施例に係るステアリングの切込み時と切戻し時におけるステアリング操舵角δと実舵角δｆの関係を示す図である。 本実施例に係る後退駐車時におけるステアリング操舵角δと時間の関係を示す図である。 本実施例に係るステアリングの切込み時におけるステアリング操舵角δ、実舵角δｆ、操舵角速度の関係を示す図である。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

本実施例では、ステアリングとタイヤの間に機械的な結合を持たないステアバイワイヤシステムを例として説明する。ステアバイワイヤシステムは、ステアリングによる操舵量とタイヤの切れ角の変更を独立に制御できるものである。

図１は、本実施例に操舵制御装置２を搭載した車両１の概略構成図である。図１において、車両１にはドライバが操作するステアリング３と、ステアリング３の操舵角を検出する操舵角センサ４と、ステアリング３に入力した操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ５と、車輪１１の実舵角を制御する実舵角制御ユニット６と、実舵角制御ユニット６によって制御され車輪１１（右前輪１１ＦＲ、左前輪１１ＦＬ）の舵角を変更する転舵輪アクチュエータ７と、段差等による反力を疑似的に発生させてステアリング３に疑似反力を伝達する疑似操舵反力発生装置８と、車両１の加速度を検出する加速度センサ９と、車両１の傾きを検出するジャイロセンサ１０と、を備えている。加速度センサ９とジャイロセンサ１０の検出信号は、操舵制御装置２に送信される。

車両１には４本の車輪１１（右前輪１１ＦＲ、左前輪１１ＦＬ、右後輪１１ＲＲ，左後輪１１ＲＬ）が備えられている。右前輪１１ＦＲ及び左前輪１１ＦＬは、転舵輪アクチュエータ７によって車両１の進行方向を変更するよう駆動される転舵輪となる。また、４本の車輪のそれぞれには車輪速センサ１２（右前車輪速センサ１２ＦＲ、左前車輪速センサ１２ＦＬ、右後車輪速センサ１２ＲＲ，左後車輪速センサ１２ＲＬ）が備えられている。

車輪１１（右前輪１１ＦＲ、左前輪１１ＦＬ：転舵輪）と転舵輪アクチュエータ７とを繋ぐ伝達部には、転舵輪アクチュエータ７の動作状況から車輪１１の実舵角を検出する実舵角センサ１３が備えられている。

転舵輪アクチュエータ７は、ステアリング３の操作量に基づいて転舵輪を駆動し、転舵輪の舵角を変更させる。転舵輪を駆動する転舵輪アクチュエータ７の制御量は、後述する演算装置で演算される。

操舵角センサ４、操舵トルクセンサ５、実舵角センサ１３、右前車輪速センサ１２ＦＲ、左前車輪速センサ１２ＦＬ、右後車輪速センサ１２ＲＲ，左後車輪速センサ１２ＲＬの検出信号は、通信バスライン１４を介して操舵制御装置２に送信される。

次に、操舵制御装置２の構成について説明する。図２は、本実施例に係る操舵制御装置２のブロック図である。操舵制御装置２は、走行条件判定部２０と、切込み／切戻し判定部２１と、ゲイン調整部２２が備えられている。操舵制御装置２には、操舵角センサ４で検出されたステアリング操舵角に関する信号と、車輪速センサ１２，加速度センサ９で検出された車速に関する信号と、実舵角センサ１３で検出された車輪１１の実舵角と、シフトレバーの位置から前進あるいは後進といった車両の移動方向に関する信号が入力される。図示はしないが、操舵制御装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置、主記憶装置、補助記憶装置、及び通信装置などのハードウェアを備えたＥＣＵ（Electronic Control Unit）の一機能である。そして、補助記憶装置に記憶されたデータベースを参照しながら、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、走行条件判定部２０、切込み／切戻し判定部２１、ゲイン調整部２２の各機能を実現する。

次に、操舵制御装置２の演算装置での処理について説明する。図３は本実施例に係る操舵制御装置の処理を示すフローチャート、図４は図３におけるステップＳ３０の処理を示すフローチャート、図５は図３におけるステップＳ３１の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ３０において、操舵制御装置２の走行条件判定部２０は、車両１が特定の走行条件内に有るか否かを判断する。特定走行条件とは、例えば、車庫入れ等の後退駐車を意味している。走行条件判定部２０におけるステップＳ３０の処理について、図４を用いて説明する。図４において、自車が起動状態等の自車情報を取得する（ステップＳ４０）。次に、車輪速センサ１２、加速度センサ９で検出された信号から、車両１が極低速で走行しているか否かを判断する（ステップＳ４１）。極低速とは、例えば車庫入れを行うような５km/h未満の速度である。本実施例では、車両１の速度（車速）を検出するにあたり、車輪速センサ１２に加え、加速度センサ９を用いている。車輪１１がスリップしている場合、車速を誤検知する場合があるので、本実施例では車輪速センサ１２に加え、加速度センサ９を用いている。

ステップＳ４１において、車速が極低速で走行している場合、シフトレバーが１回でもＲ位置（後退位置）に入ったか否かを判断する（ステップＳ４２）。縦列駐車や後退駐車などの駐車パターンでは、車両１は前進と後退を繰り返すことが多く、少なくとも１回はシフトレバーがＲ（Reverse：後退）の位置に入る。シフトレバーが１回でもＲ位置（後退位置）に入れば、ステップＳ３１へ進む。

ステップＳ４１において、車両１が停止中、あるいは低速以上（例えば５km/h以上）である場合（Ｎｏの場合）には、Startに戻り、処理を繰り返す。ステップＳ４２において、シフトレバーが一度でもＲ位置に入っていない場合（Ｎｏの場合）には、Startに戻り、処理を繰り返す。ステップＳ４１及びステップＳ４２のＮｏは、ステップＳ３０のＮｏに該当する。

本実施例の演算装置は、車速が所定の速度未満であり、シフトレバーが後退に入ったことを条件として、後述する第１ゲイン及び第２ゲインによる転舵輪アクチュエータ７の制御を行うようにしている。

図３に戻り、ステップＳ３１において、操舵制御装置２の切込み／切戻し判定部２１は、ステアリング３が切込みであるか否かを判定する。切込み／切戻し判定部２１におけるステップＳ３１の処理を図５にて説明する。

図５において、操舵角センサ４にてステアリング３の操舵角速度を算出する。ステップＳ５１において、ステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の正負が一致しているか否かを判断する。

ここで、ステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の正負について、図６を用いて説明する。図６は、本実施例に係るステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の関係を示す図である。図中、縦軸と横軸の交点はステアリング３が中立の位置（中立点）にあり、ステアリング３の回転が停止（速度が０）している状態を示している。ステアリング３は左右に切込みすることから、中立点を境にステアリング操舵角δ及びステアリング操舵角速度δ’が正負に変化する。例えば、ステアリング３が右側に切り込まれた場合のステアリング操舵角δを正（右側の領域）とすると、ステアリング３が左側に切り込まれた場合のステアリング操舵角δは負（左側の領域）となる。

また、ステアリング３が右側に切り込まれた場合のステアリング操舵角速度δ’を正（上側の領域）とすると、ステアリング３が左側に切り込まれた場合、及び右側に切り込まれたステアリング３を切戻す場合のステアリング操舵角速度δ’は負（下側の領域）となる。加えて、左側に切り込まれたステアリング３を切戻す場合のステアリング操舵角速度δ’は正（上側の領域）となる。

以上を纏めると、図６のような四象限の図となる。第一象限（右上）及び第三象限（左下）はステアリング３の切込み状態となり、第二象限（左上）及び第四象限（右下）はステアリング３の切戻し状態となる。すなわち、ステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の正負が一致している場合（第一象限及び第三象限：正正もしくは負負）は、ステアリング３が切込み状態となり、ステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の正負が一致していない場合（第二象限及び第四象限：正負もしくは負正）は、ステアリング３が切戻し状態となる。

図５に戻り、ステップＳ５１において、ステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の正負が一致している場合（Ｙｅｓ）は、ステアリング３が切込みと判定（ステップＳ５２）し、ステップＳ３２へと進む。ステップＳ５１において、ステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’の正負が一致していない場合（Ｎｏ）は、ステアリング３が切戻しと判定（ステップＳ５３）し、ステップＳ３３へ進む。

図３に戻り、ステアリング３の切込み時と切戻し時の処理について説明する。本実施例では、ステアリング３の切込みにおいては、ステアリング操舵角に対する転舵輪（右前輪１１ＦＲ、左前輪１１ＦＬ）の実舵角の比率が変化するゲイン（第１ゲイン）により転舵輪アクチュエータ７を制御し、ステアリング３の切戻しにおいては第１ゲインと異なるゲイン（第２ゲイン）により転舵輪アクチュエータ７を制御することを特徴としている。

ステップＳ３１において、ステアリング３が切込みである場合には、ステアリングの操舵角に対する転舵輪の実舵角の比率が上に凸な連続関数のゲイン（第１ゲイン）を選択する（ステップＳ３２）。上に凸な連続関数は、ステアリング操舵角δとステアリング操舵角速度δ’に基づいて演算される。

一方、ステアリング３が切込みでない場合（切戻しの場合）には、ステアリングの操舵角に対する実舵角の比率が比例する関数となるような線形のゲイン（第２ゲイン）を選択する（ステップＳ３３）。

そして、ステップＳ３４において、それぞれのゲインに合わせた制御量が計算され、計算結果が操舵制御装置２から実舵角制御ユニット６に送信され、実舵角制御ユニット６よって転舵輪アクチュエータ７が制御される。そして、転舵輪アクチュエータ７により車輪１１が操舵される。

次にステアリング操舵角δとゲインの関係について、図７を用いて説明する。図７は、ゲインとステアリング操舵角δとの関係を示す図であり、縦軸にゲイン、横軸にステアリング操舵角δを示している。図７において、ステアリング３の切込み時のゲインは、ステアリング操舵角δが小さい位置で高く、ステアリング操舵角δが大きくなるに従い、右下がりの曲線になるように変化している。一方、ステアリング３の切戻し時は、ステアリング操舵角δよって変化せず、ゲインが一定になるようにしている。

次に、図７のゲインを用いた場合におけるステアリング操舵角δと実舵角δｆとの関係について説明する。

図８は、本実施例に係るステアリング３の切込み時と切戻し時におけるステアリング操舵角δと実舵角δｆの関係を示す図である。図８では、横軸にステアリング操舵角δ、縦軸に実舵角δｆを示しており、ステアリング操舵角δ（入力）に対する実舵角δｆ（出力）の比率が変化する関数のゲインとして示されている。

ステアリング３の切込み時と切戻し時において、ゲインを変更する制御を行わない場合、ステアリング操舵角δに対する実舵角δｆのゲインは、点線（制御無し）のようになる。

本実施例では、ステアリング３の切込み時において、点線（制御無し）に対して上に凸な連続関数のゲイン（第１ゲイン）としている。上に凸となるゲインは、連続的に滑らかな曲線としている。また、上に凸な連続関数の傾きは、ステアリング操舵角δの絶対値が小さいほど大きくなっており、ステアリング操舵角δの絶対値が限界値に近づくほど傾きが０に近づくようになっている。

例えば、車庫入れ等の後退駐車を行う場合、ステアリング３の切込み量は大きくなる。そこで、本実施例ではステアリング３の切始めは、ステアリング操舵角δに対する車輪１１の実舵角δｆを大きくし、ステアリング操舵角δが大きくなるに従い、ステアリング操舵角δに対する車輪１１の実舵角δｆを緩やかに増加させてゆく。

本実施例では、ステアリング３の切込み時において、点線（制御無し）に対して上に凸となるようなゲイン（第１ゲイン）とし、ステアリング操舵角δに対する車輪１１の実舵角δｆを変更するようにしているので、車庫入れ等の後退駐車でのステアリング３の切込み操作量を減少でき、ドライバの運転負担を軽減することができる。

また、本実施例では、ステアリング３の切戻し時において、ステアリング操舵角δが最大値付近でない場合（据え切りに近い状態ではない）、点線（制御無し）に対して傾きが大きくなるような線形のゲイン（第２ゲイン）としている。

例えば、車庫入れ等の後退駐車を行う場合、車両１の向きが駐車スペースの後退方向と一致した場合には、ステアリング３は素早く切戻した方が好ましい。そこで、本実施例ではステアリング３の切戻しは、ステアリング操舵角δに対する車輪１１の実舵角δｆを大きくし、ステアリング操舵角δに対する車輪１１の実舵角δｆを素早く中立位置に戻す。

線形のゲイン（第２ゲイン）の傾きは、転舵輪の実舵角に基づいて変更するようにしてもよい。その際、操舵制御装置２の演算装置では、ステアリングの切戻し開始時における転舵輪の実舵角に基づいて、ステアリング操舵角δと転舵輪の実舵角の比率を演算するようにして、線形のゲイン（第２ゲイン）を算出する。

本実施例では、車庫入れ等の後退駐車でのステアリング３の切戻し操作量を減少でき、ドライバの運転負担を軽減することができる。

次に、車両１の後退駐車時におけるステアリング操舵角δと時間の関係を説明する。図９は、本実施例に係る後退駐車時におけるステアリング操舵角δと時間の関係を示す図である。

車両１は車道７０上に停止しており、ドライバは駐車スペース７１に向かって後退駐車を行おうとしている。車両１は軌跡Ｐのように動き、駐車スペース７１に移動する。後退駐車にあたり、ドライバは大きなステアリング操作が要求される。ステアリング操舵角δに対する実舵角に制御を行わない場合、ステアリング３の切込みから切戻し操作において、ステアリング操舵角δと時間ｔとの関係は、点線に示すような曲線となる。

これに対し、本実施例では、図８のようにステアリング３の切込みにおいて、上に凸となるようなゲインを用いて、ステアリング操舵角δに対する実舵角に制御を加えた場合、実線に示すような曲線となる。すなわち、後退駐車において本実施例では、ステアリング操舵角δに対する実舵角に制御を行わない場合に比べ、ステアリング操舵角δを小さくできるので、ドライバのステアリング３の操作量を減少することができ、ドライバの運転負担を軽減することができる。

図１０は、本実施例に係るステアリング３の切込み時におけるステアリング操舵角δ、実舵角δｆ、操舵角速度の関係を示す図である。

本実施例では、上に凸となるようなゲインを用いてステアリング操舵角δに対する実舵角δｆを変更するようにしたが、実舵角δｆを変更するゲインは、操舵角速度に応じて変更するようにしても良い。

上に凸な連続関数の傾きは、操舵角速度の絶対値が大きいほど大きくなっており、ステアリング操舵角δの絶対値が限界値に近づくほど傾きが０に近づくようになっている。

上に凸な連続関数の傾きが大きくなると、操舵角速度が大きくなり、ステアリング操舵角δに対する実舵角δｆを大きくすることができる。

ゲインは、予め複数のパターンを補助記憶装置に記憶するようにし、ステアリング操舵角δと操舵角速度に基づいて演算した結果から、複数のゲインの中から適切なゲインを選択し、選択されたゲインのプログラムを主記憶装置にロードして演算装置が実行するようにしてもよい。

本実施例によれば、ステアリング操舵角δと操舵角速度に応じて適切なゲインを選択するようにしているので、ドライバのステアリング３の切込み速度に応じてゲインを切り替えることができ、ドライバの運転負担を軽減することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。

１…車両、２…操舵制御装置、３…ステアリング、４…操舵角センサ、５…操舵トルクセンサ、６…実舵角制御ユニット、７…転舵輪アクチュエータ、８…疑似操舵反力発生装置、９…加速度センサ、１０…ジャイロセンサ、１１…車輪、１１ＦＬ…左前輪、１１ＦＲ…右前輪、１１ＲＬ…左後輪、１１ＲＲ…右後輪、１２…車輪速センサ、１２ＦＬ…左前車輪速センサ、１２ＦＲ…右前車輪速センサ、１２ＲＬ…左後車輪速センサ、１２ＲＲ…右後車輪速センサ、１３…実舵角センサ、１４…通信バスライン、２０…走行条件判定部、２１…切戻し判定部、２２…ゲイン調整部、７０…車道、７１…駐車スペース

Claims (4)

1. ステアリングの操作量に基づいて転舵輪アクチュエータを駆動して転舵輪の舵角を変更し、前記転舵輪アクチュエータの制御量を演算する演算装置を備えた操舵制御装置であって、
   前記演算装置は、
   前記ステアリングの切込みにおいては、ステアリング操舵角に対する前記転舵輪の実舵角の比率が変化する第１ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、
   前記ステアリングの切戻しにおいては前記第１ゲインと異なる第２ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、
   前記第１ゲインは、ステアリング操舵角に対する前記転舵輪の実舵角の比率が上に凸な連続関数とし、
   前記上に凸な連続関数は、ステアリング操舵角と操舵角速度に基づいて演算することを特徴とする操舵制御装置。
2. 請求項１記載の操舵制御装置であって、
   前記第２ゲインは、線形であることを特徴とする操舵制御装置。
3. 請求項２記載の操舵制御装置であって、
   前記演算装置は、
   前記ステアリングの切戻し開始時における前記転舵輪の実舵角に基づいて、ステアリング操舵角と前記転舵輪の実舵角の比率を演算することを特徴とする操舵制御装置。
4. ステアリングの操作量に基づいて転舵輪アクチュエータを駆動して転舵輪の舵角を変更し、前記転舵輪アクチュエータの制御量を演算する演算装置を備えた操舵制御装置であって、
   前記演算装置は、
   前記ステアリングの切込みにおいては、ステアリング操舵角に対する前記転舵輪の実舵角の比率が変化する第１ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、
   前記ステアリングの切戻しにおいては前記第１ゲインと異なる第２ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御し、
   車速が所定の速度未満であり、シフトレバーが後退に入ったことを条件として、前記第１ゲイン及び前記第２ゲインにより前記転舵輪アクチュエータを制御することを特徴とする操舵制御装置。

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