JPWO2010073371A1 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

パワーステアリング装置は、車両に搭載され、トルク付与手段と、付加摩擦トルク変更手段と、を備える。トルク付与手段は、ステアリングに付与すべき付加摩擦トルクを設定し、付加摩擦トルクを付与する制御を行う。付加摩擦トルク変更手段は、実操舵角及び目標操舵角に基づいて算出した付加摩擦トルクをさらに車両の荷重状態に基づき変更する。

Description

本発明は、ステアリングに付与する付加摩擦トルクを制御するパワーステアリング装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１には、低速走行時にはステアリングの戻り特性を良好にし、高速走行時にはステアリングの収斂性を良好にするために、操舵角や車速に応じた摩擦トルクをステアリングに付与する技術が提案されている。

特開２００２−１０４２１０号公報

ところで、車両の荷重状態に起因して操舵の手応えが変化する場合がある。例えば、積載量が多い車両では、積載量が少ない場合と比べて操舵が重くなる傾向がある。その他、前輪よりも後輪の荷重が重い場合や車両の左右の荷重差などの荷重状態によっても操舵感は変化する。従って、車両の荷重状態によっては、操舵角や車速に基づき算出した付加摩擦トルクが最適ではない可能性がある。上述した特許文献１には、このような問題点やその解決手段については記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ステアリングに付与する付加摩擦トルクの制御を、車両の荷重状態を考慮して適切に実行することが可能なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、車両に搭載されるパワーステアリング装置であって、実操舵角及び目標操舵角に基づいてステアリングに付与すべき付加摩擦トルクを設定し、ステアリングに前記付加摩擦トルクを付与する制御を行うトルク付与手段と、前記車両の荷重状態に基づき前記付加摩擦トルクを変更する付加摩擦トルク変更手段を備える。

上記のパワーステアリング装置は、車両に搭載され、トルク付与手段と、付加摩擦トルク変更手段と、を備える。トルク付与手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ステアリングに付与すべき付加摩擦トルクを設定し、付加摩擦トルクを付与する制御を行う。付加摩擦トルク変更手段は、例えばＥＣＵであり、実操舵角及び目標操舵角に基づいて算出した付加摩擦トルクをさらに車両の荷重状態に基づき変更する。このようにすることで、パワーステアリング装置は、車両の荷重状態を考慮した適切な付加摩擦トルクをステアリングに付与することができ、車両の荷重状態に起因して操舵感が変化するのを防ぐことができる。

上記のパワーステアリング装置の一態様では、前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の全体荷重が大きいときは、前記全体荷重が小さいときに比べて、前記付加摩擦トルクを小さくする。一般的に、車両の全体荷重が大きいときは、全体荷重が小さいときに比べ、操舵が重くなる。従って、この態様では、パワーステアリング装置は、ステアリングに対し、適切な付加摩擦トルクを付与することができる。

上記のパワーステアリング装置の他の一態様では、前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の後輪荷重配分が大きいときは、前記後輪荷重配分が小さいときに比べて、前記付加摩擦トルクを大きくする。後輪荷重配分が大きい場合、後輪荷重配分が小さい場合に比べて操舵が不安定になり、即ち、保舵性が弱まり、車両が不安定になる可能性がある。従って、この態様では、付加摩擦トルク変更手段は、後輪荷重配分が大きい場合には付加摩擦トルクを大きくすることで、操舵を適切に調整し、車両の安定を実現する。

上記のパワーステアリング装置の他の一態様では、前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の左右の荷重差が大きいときは、前記左右の荷重差が小さいときに比べて、前記付加摩擦トルクを大きくする。前記車両の左右の荷重差が大きいときは、前記左右の荷重差が小さいときに比べて、保舵がしにくくなり、車両が不安定になる可能性がある。従って、この態様では、付加摩擦トルク変更手段は、車両の左右の荷重差が大きいときは付加摩擦トルクを大きくすることで、操舵を適切に調整し、車両の安定を実現する。

上記のパワーステアリング装置の他の一態様では、前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の加減速状態に基づき前記付加摩擦トルクを変更する。車両の加減速状態によって、車両の荷重状態が変化する。従って、この態様では、パワーステアリング装置は、ステアリングに対し、車両の加減速状態に基づき、適切な摩擦トルクを付与する。

上記のパワーステアリング装置の好適な例では、前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両が加速している場合、前記付加摩擦トルクを大きくする。この態様では、付加摩擦トルク制御手段は、加速時には車両の前輪荷重が減ることから、付加摩擦トルクを大きくする。これにより、パワーステアリング装置は、保舵性を高め、車両を安定させることができる。

本実施形態に係るパワーステアリング装置が適用された操舵制御システムの概略構成図を示す。 摩擦トルクを求める方法の一例を示す。 付加摩擦トルクの特性の一例を示す。 付加摩擦トルクの特性を可視的なモデルで表すイメージ図である。 第１実施形態における制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における制御処理を示すフローチャートである。 第３実施形態における制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ 操舵角センサ
４ 操舵トルクセンサ
５ ピニオン
６ ステアリングラック
７ モータ
８ モータ回転角センサ
１２ 車輪
１５ 車速センサ
１６ サスペンションストロークセンサ
３０ コントローラ
５０ 操舵制御システム

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
まず、本実施形態に係るパワーステアリング装置が適用されたシステム（以下、「操舵制御システム」と呼ぶ。）５０の全体構成について説明する。図１は、操舵制御システム５０の構成を示す概略図である。

操舵制御システム５０は、主に、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、操舵角センサ３と、操舵トルクセンサ４と、ピニオン５と、ステアリングラック６と、モータ７と、モータ回転角センサ８と、タイロッド１０Ｒ、１０Ｌと、ナックルアーム１１Ｒ、１１Ｌと、車輪（前輪）１２ＦＲ、１２ＦＬと、車速センサ１５と、サスペンションストロークセンサ１６と、コントローラ３０と、を備える。なお、以下では、タイロッド１０Ｒ、１０Ｌ、ナックルアーム１１Ｒ、１１Ｌ、及び車輪１２ＦＲ、１２ＦＬの符号の末尾に付した「Ｒ」、「Ｌ」は、これらを区別しないで用いる場合には、省略するものとする。また、車輪１２ＦＲ、１２ＦＬに対応する後輪（不図示）を、以後、車輪１２ＲＲ、１２ＲＬと表現する。

操舵制御システム５０は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）システムによって構成される。具体的には、操舵制御システム５０は、車両に搭載され、ステアリングホイール１の操作などに応じて車輪１２Ｆ（転舵輪）を転舵させる制御を行うシステムである。

ステアリングホイール１は、運転者により車両を旋回等させるために操作される。ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２を介して、ピニオン５に接続される。ステアリングシャフト２には、主に、操舵角センサ３及び操舵トルクセンサ４が設けられている。なお、以下では、ステアリングホイール１のことを単に「ステアリング」とも表記する。

ピニオン５は、ステアリングシャフト２の回転に応じて回転可能に構成され、ステアリングラック６は、ピニオン５の回転に応じて移動可能に構成されている。ステアリングラック６にはタイロッド１０を介してナックルアーム１１が連結されており、ナックルアーム１１には車輪１２Ｆが連結されている。この場合、ステアリングラック６によってタイロッド１０及びナックルアーム１１が動作されることにより、ナックルアーム１１に連結された車輪１２Ｆが転舵されることとなる。

モータ７は、例えば３相交流モータなどで構成され、ステアリングギヤボックス（不図示）内にステアリングラック６と同軸に設けられている。モータ７は、ステアリングラック６の移動をアシストするような力、若しくはステアリングラック６の移動を阻害するような力を付与することが可能に構成されている。具体的には、モータ７は、操舵感や操舵安定性などを向上させるために、運転者による操舵方向にアシストトルクを付与する。これに対して、モータ７は、保舵性能などを向上させるために、運転者による操舵方向と反対方向に付加摩擦トルクを付与する（つまり操舵反力を付与する）。モータ７は、コントローラ３０から供給される制御信号Ｓ７によって制御される。

操舵制御システム５０内に設けられた各種センサは、以下のように機能する。操舵角センサ３は、運転者によるステアリングホイール１の操作に対応する操舵角（実操舵角に対応する）を検出し、検出した操舵角に対応する検出信号Ｓ３をコントローラ３０に供給する。操舵トルクセンサ４は、運転者によって入力された操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに対応する検出信号Ｓ４をコントローラ３０に供給する。モータ回転角センサ８は、モータ７の回転角を検出し、検出した回転角に対応する検出信号Ｓ８をコントローラ３０に供給する。車速センサ１５は、車速を検出し（例えば車輪速度を検出する）、検出した車速に対応する検出信号Ｓ１５をコントローラ３０に供給する。

また、サスペンションストロークセンサ１６は、各車輪１２ＦＲ、１２ＦＬ、１２ＲＲ、１２ＲＬに備えられた図示しないサスペンションの伸縮状態、即ちサスペンションのストローク量（以後、単に、「ストローク量」と呼ぶ。）を計測するセンサである。サスペンションストロークセンサ１６は、検出信号Ｓ１６をコントローラ３０へ供給する。サスペンションストロークセンサ１６は、例えば車輪１２ＦＲ、１２ＦＬ、１２ＲＲ、１２ＲＬごとに備えられる。以後、車輪１２ＦＲに対応するサスペンションのストローク量をストローク量ＦＲ、車輪１２ＦＬに対応するサスペンションのストローク量をストローク量ＦＬ、車輪１２ＲＲに対応するサスペンションのストローク量をストローク量ＲＲ、車輪１２ＲＬに対応するサスペンションのストローク量をストローク量ＲＬと呼ぶ。

コントローラ３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。コントローラ３０は、上記した各種センサから供給される検出信号Ｓ３、Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１５、Ｓ１６などに基づいて、モータ７に制御信号Ｓ７を供給することで、モータ７に対する制御を行う。本実施形態では、コントローラ３０は、モータ７からステアリングに対して付加摩擦トルクを付与させるための制御（以下、「摩擦付与制御」と呼ぶ。）を行う。このように、コントローラ３０は、本発明におけるパワーステアリング装置として機能する。なお、コントローラ３０は、車両内の制御を行うＥＣＵにより実現されても良い。

［摩擦付与制御の例］
次に、コントローラ３０が行う摩擦付与制御の一例について説明する。まず、コントローラ３０は、操舵角（以下、「θ」と表記する。）及び車速（以下、「Ｖ」と表記する。）に基づいて、ステアリングに付与すべき摩擦トルク（以下、「Ｔｔ」と表記する。）を求める。次に、コントローラ３０は、操舵角θ及び摩擦トルクＴｔに基づいて目標操舵角（以下、「θｔ」と表記する。）を求める。次に、コントローラ３０は、目標操舵角θｔと操舵角θとの偏差（以下、「Δθ」と表記する。）に基づいて、付加摩擦トルク（以下、「Ｔｃ」と表記する。）を求める。即ち、コントローラ３０は、目標操舵角θｔなどに基づいて摩擦トルクＴｔを補正し、補正後の摩擦トルクを付加摩擦トルクＴｃとする。そして、コントローラ３０は、このように求められた付加摩擦トルクＴｃがステアリングに付与されるように、モータ７に対する制御を行う。

ここで、図２乃至図４を参照して、摩擦付与制御を具体的に説明する。

図２は、摩擦トルクＴｔを求める方法の一例を示した図である。図２は、横軸に操舵角θを示し、縦軸に摩擦トルクＴｔを示している。より具体的には、図２は、車速Ｖに応じて、操舵角θに対して設定すべき摩擦トルクＴｔが規定されたマップに相当する。ここでは、一例として、高速域Ｖ２、中速域Ｖ１、及び低速域Ｖ０のそれぞれに対応するマップを示している。コントローラ３０は、このようなマップを参照することで、現在の操舵角θ及び車速Ｖに対応する摩擦トルクＴｔを求める。

図２に示すマップによれば、同一の操舵角θの場合、車速が大きいほど、大きな値を有する摩擦トルクＴｔが設定されることとなる。これは、高速域Ｖ２や中速域Ｖ１では、直進安定性向上や、操舵保持時の保舵力低減・安定性向上を図る観点から、ある程度の摩擦トルクを発生することが好ましい一方、低速域Ｖ０では、摩擦トルクが大きいと運転者に違和感を与え、操舵感が悪化する場合があるからである。また、図２に示すマップによれば、車速が同一である又は同一の車速域にある場合、操舵角θが大きいほど、大きな値を有する摩擦トルクＴｔが設定されることとなる。これは、操舵角θが大きい場合は車輪の転舵角が大きくなるため、大きな横力が発生し易く、操舵保舵時の保舵力低減・安定性向上を図る観点から、より大きな摩擦トルクが必要となるからである。

次に、上記のように求められた摩擦トルクＴｔから、目標操舵角θｔを求める方法について説明する。コントローラ３０は、目標操舵角θｔと操舵角θとの偏差Δθ（＝θｔ−θ）、及び、摩擦トルクＴｔ及びゲインＫによって規定された偏差上限値Δ（＝Ｔｔ／Ｋ）に基づいて、目標操舵角θｔを求める。詳しくは、コントローラ３０は、まず目標操舵角θｔをθに初期化した後に（初期化済みであれば初期化しない）、偏差Δθ（＝θｔ−θ）を求め、「Δθ＞Δ」である場合には目標操舵角θｔを「θｔ＝θ＋Δ」に変更し、「Δθ＜−Δ」である場合には目標操舵角θｔを「θｔ＝θ−Δ」に変更し、「−Δ≦Δθ≦Δ」である場合には目標操舵角θｔを変更しない。なお、ゲインＫは、例えばステアリング系の剛性などを考慮して決定される値である。

次に、上記のように求められた目標操舵角θｔから付加摩擦トルクＴｃを求める方法について説明する。コントローラ３０は、目標操舵角θｔより得られる偏差Δθ（＝θｔ−θ）、及びゲインＫ（＝Ｔｔ／Δ）から、付加摩擦トルクＴｃを求める。具体的には、コントローラ３０は、「Ｔｃ＝Ｋ・Δθ」、即ち「Ｔｃ＝Ｋ（θｔ−θ）」より、付加摩擦トルクＴｃを求める。

図３は、付加摩擦トルクＴｃの特性の一例を示す図である。図３は、横軸に操舵角θを示し、縦軸に付加摩擦トルクＴｃを示している（左回りのトルクの方向を正とし、右回りのトルクの方向を負としている）。ここでは、摩擦トルクＴｔが「Ｔｔ_１」の場合と「Ｔｔ_２」の場合（Ｔｔ_２＜Ｔｔ_１）とを一例として示している。例えば、車速が高速域Ｖ２若しくは中速域Ｖ１である場合における摩擦トルクＴｔ_１と、車速が低速域Ｖ０である場合における摩擦トルクＴｔ_２とを示している（図２参照）。また、図３では、「Ｔｔ_１」及び「Ｔｔ_２」のいずれの場合も、理解の容易化のため、便宜上、目標操舵角θｔが同一で、操舵角θの変化に応じて変化しないものとする。なお、目標操舵角θｔが変化した場合には、それに応じてグラフが新たな目標操舵角θｔを中心として横軸方向に平行移動するだけである。

図３に示すように、偏差上限値Δは、「Δ＝Ｔｔ／Ｋ」であることから、摩擦トルクＴｔが大きいほど大きくなる（例えば、「Ｔｔ_１」の場合の偏差上限値Δ_１は「Ｔｔ_２」の場合の偏差上限値Δ_２よりも大きい）。また、「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲では、目標操舵角θｔが変更されずに維持され、「Ｔｃ＝Ｋ・Δθ」、即ち「Ｔｃ＝Ｋ（θｔ−θ）」より、付加摩擦トルクＴｃの大きさはΔθに比例して増加する。そして、「Δθ＞Δ」及び「Δθ＜−Δ」の範囲では、目標操舵角θｔが上述したように変更されてΔθの大きさが一定となるので、「Ｔｃ＝Ｋ・Δθ」、即ち「Ｔｃ＝Ｋ（θｔ−θ）」より、付加摩擦トルクＴｃの大きさは摩擦トルクＴｔに応じた一定値となる。この場合、「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲では、ステアリングホイール１に付与されるべき摩擦トルクＴｔは、実際にはステアリングホイール１には付与されず、Δθの絶対値が偏差上限値Δ以上となって初めて、付加摩擦トルクＴｃの大きさが、ステアリングホイール１に付与されるべき摩擦トルクＴｔの大きさに設定されることとなる。「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲で摩擦トルクＴｔを付与しないのは、摩擦トルクが過敏に振動し易くなり、操舵感が悪化してしまうことを抑制するためである。

図４は、付加摩擦トルクＴｃの特性を可視的なモデルで表すイメージ図である。図４（Ａ）は、「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲に相当するイメージ図である。この場合には、目標操舵角θｔは変化せず、力Ｔ（例えば車輪への入力に起因して発生する外力）に対して釣り合うような力、即ちバネ定数Ｋ（＝ゲインＫ）のバネが変位量（θｔ−θ）で変位したときの弾性力（＝Ｋ・Δθ）が生成される。図４（Ｂ）は、「Δθ＞Δ」及び「Δθ＜−Δ」の範囲に相当するイメージ図である。この場合には、目標操舵角θｔは力Ｔを受ける方向に変化し、力Ｔに対向する方向に一定の摩擦力Ｔｔ’（＜力Ｔ）が生成される。なお、摩擦力Ｔｔ’は、摩擦力Ｔｔを力に変換した値に相当する。

以下の第１実施形態乃至第３実施形態では、さらに車両の荷重状態を考慮し、上述の付加摩擦トルクＴｃをより適切な値に変更する方法について説明する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態における付加摩擦付与トルクＴｃの変更方法について説明する。第１実施形態では、コントローラ３０は、検出したストローク量ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲから推定した車両全体の荷重と後輪の荷重配分との少なくとも一方に基づき、付加摩擦トルクＴｃを変更する。これにより、コントローラ３０は、車両の荷重状態を考慮した付加摩擦付与トルクＴｃを設定し、車両の荷重状態に適した操舵感を実現する。

まず、本実施形態において、コントローラ３０は、検出したストローク量ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲから車両の荷重状態を推定する。以後、この推定方法の一例を説明する。コントローラ３０は、例えば、事前の実験等により、車輪に掛かる荷重とそのサスペンションのストローク量とのマップ又は式を作成し、予めメモリに保持しておく。そして、コントローラ３０は、検出したストローク量ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲから上述のマップ等を参照することで車輪１２ＦＲ、１２ＦＬ、１２ＲＲ、１２ＲＬに掛かる荷重を推定する。以後、前輪１２ＦＲと前輪１２ＦＬとに掛かる荷重の和を「前輪荷重Ｗｆ」と呼び、後輪１２ＲＲと後輪１２ＲＬとに掛かる荷重の和を「後輪荷重Ｗｒ」と呼ぶ。さらに、車輪１２ＦＲ、１２ＦＬ、１２ＲＲ、１２ＲＬに掛かる荷重の和を「全体荷重Ｗ」と呼ぶ。

次に、コントローラ３０は、推定した荷重状態に基づき、付加摩擦トルクＴｃを変更する。具体的には、コントローラ３０は、例えば摩擦付与制御の例に示すように付加摩擦トルクＴｃを算出後、さらに前輪荷重Ｗｆと後輪荷重Ｗｒとに基づき付加摩擦トルクＴｃを変更する。以後、コントローラ３０が行う付加摩擦トルクＴｃの具体的な３つの変更方法（以後、説明の便宜上、「第１の方法」、「第２の方法」、「第３の方法」と呼ぶ。）を説明する。なお、第３の方法は、第１の方法と第２の方法とを組み合わせたものである。

（第１の方法）
まず、第１の方法について説明する。第１の方法として、コントローラ３０は、全体荷重Ｗが大きいと判断した場合には、操舵が重くなるのを補償するため、付加摩擦トルクＴｃを減らす。車両の積載量が重い場合、操舵性が悪化する。従って、コントローラ３０は、例えば、全体荷重Ｗが所定の基準値Ｗ０（以後、「基準全体荷重Ｗ０」と呼ぶ。）より大きい場合には、付加摩擦トルクＴｃを減らす。ここで、基準全体荷重Ｗ０は、例えば、車種ごとに想定される標準の荷重、または無積載の場合の車両の荷重、若しくは実験等により付加摩擦トルクＴｃを変更する必要がないと判断された車両の荷重に設定される。

より具体的には、コントローラ３０は、基準全体荷重Ｗ０と全体荷重Ｗとの比率に応じて付加摩擦トルクＴｃを減らす。例えば、車両の荷重状態に基づき変更した後の付加摩擦トルク（以後、「付加摩擦トルクＴｃｎ」と呼ぶ。）は、補正量「Ｈ」を用いて式（１）、（２）で表される。

このように付加摩擦トルクＴｃｎが設定されることで、全体荷重Ｗが標準荷重Ｗ０より大きい場合には、補正量Ｈは１より小さくなり、付加摩擦トルクＴｃｎも小さくなる。従って、コントローラ３０は、荷重状態に起因した操舵性の悪化を防ぐことができる。

（第２の方法）
次に、第２の方法について説明する。第２の方法として、コントローラ３０は、前輪荷重Ｗｆに対し後輪荷重Ｗｒが大きいと判断した場合、即ち、全体荷重Ｗに対する後輪荷重Ｗｒの配分（以後、「後輪荷重配分」と呼ぶ。）が大きいと判断した場合、付加摩擦トルクＴｃを大きくする。一般に、後輪荷重配分が大きい場合、前輪荷重Ｗｆと後輪荷重Ｗｒとが均衡している場合と比べ、保舵性が弱まり車両が不安定になる。従って、第２の方法では、コントローラ３０は、付加摩擦トルクＴｃを大きくすることで、保舵性を高め、車両の安定性を確保する。

具体的には、後輪荷重配分の比率を「Ａｒ」、基準となる後輪荷重Ｗｒの配分（以後、「後輪基準配分」と呼ぶ。）の比率を「Ａｒ０」とすると、コントローラ３０は補正量Ｈを式（３）のように決定する。

なお、比率Ａｒは以下の式（４）で表される。

また、比率Ａｒ０は、以下の式（５）で表される。

ここで、「Ｗｆ０」は、基準となる前輪の荷重を表し、「Ｗｒ０」は、基準となる後輪の荷重を示す。従って、荷重Ｗｆ０と荷重Ｗｒ０との和は、基準全体荷重Ｗ０に相当する。ここで、後輪基準配分の比率Ａｒ０は、例えば、車種ごとに想定される標準の後輪荷重配分の比率、または無乗車の場合の後輪荷重配分の比率、若しくは実験等により付加摩擦トルクＴｃを変更する必要と判断された後輪荷重配分の比率に設定される。これにより、後輪荷重配分Ａｒが大きい場合には、後輪荷重配分Ａｒが小さい場合に比べ、補正量Ｈは大きくなり、付加摩擦トルクＴｃｎも大きくなる。従って、コントローラ３０は、後輪荷重配分が大きい場合であっても、保舵性を高め、車両を安定させることができる。

なお、コントローラ３０は、第１の方法と第２の方法とを例えば車種ごとに使い分けてもよい。具体的には、車両がスポーツ車などの操舵性を重視し、後輪荷重Ｗｒが比較的小さい車両の場合、コントローラ３０は、第１の方法を適用する。一方、一般車両のように後部座席がある車両や車両後部に積載物が詰まれる可能性がある車両には、コントローラ３０は、第２の方法を適用する。また、コントローラ３０は、後述する第３の方法に示すように、第１の方法と第２の方法とを組み合わせて適用してもよい。

（第３の方法）
次に、第３の方法について説明する。第３の方法では、コントローラ３０は、全体荷重Ｗが大きい場合には付加摩擦トルクＴｃを減らすとともに、後輪荷重配分が大きい場合には付加摩擦トルクＴｃを増やす。

第３の方法における補正量Ｈの決定方法の一例を以下に示す。ここでは、コントローラ３０は、第１の方法で使用した式（２）に示す補正量Ｈの算出式と、第２の方法で使用した式（４）に示す後輪荷重配分Ａｒの算出式とを加味した正規化前補正量「Ｈ１」をまず算出する。そして、コントローラ３０は、車両の全体荷重Ｗが基準全体荷重Ｗ０で、かつ後輪荷重配分の比率Ａｒが後輪基準配分Ａｒ０の場合に、補正量Ｈが１になるように、正規化前補正量Ｈ１を正規化する。即ち、コントローラ３０は、初期補正量「Ｈ０」を設定し、正規化前補正量Ｈ１を初期補正量Ｈ０で除することで、補正量Ｈを算出する。より具体的には、式（２）に対する重み付け係数を「Ｇ１」、式（４）に対する重み付け係数を「Ｇ２」とすると、正規化前補正量Ｈ１、初期補正量Ｈ０、及び補正量Ｈはそれぞれ式（６−１）乃至（６−３）により表される。

式（６−１）乃至式（６−３）では、重み付け係数Ｇ１を重み付け係数Ｇ２に対し相対的に大きくすることで、操舵性が重視される。即ち、この場合、第１の方法で算出した補正量Ｈに近い値に補正量Ｈが設定される。一方、重み付け係数Ｇ２を重み付け係数Ｇ１に対し相対的に大きく設定することで、保舵性が高まり車両の安全性がより重視される。即ち、この場合、第２の方法で算出した補正量Ｈに近い値に補正量Ｈが設定される。重み付け係数Ｇ１、Ｇ２は、例えば実験等により適用する車種ごとに適切な値に設定される。また、初期補正量Ｈ０は、正規化前補正量Ｈ１の式（６−１）に対し、前輪荷重Ｗｆを荷重Ｗｆ０、後輪荷重Ｗｒを荷重Ｗｒ０に置換した場合に得られる値である。式（６−３）に示すように、正規化前補正量Ｈ１を初期補正量Ｈ０で除した値を補正量Ｈとすることで、補正量Ｈは、前輪荷重Ｗｆが荷重Ｗｆ０、後輪荷重Ｗｒが荷重Ｗｒ０のときには１になるように、即ち、付加摩擦トルクＴｃを変更しない値に設定される。以上のように、第３の方法により、コントローラ３０は、操舵性の観点と車両の安全性の観点とを両方を加味した補正量Ｈを設定することができる。

（坂道でのストローク量補正方法）
次に、坂道でストローク量を検出した場合のストローク量の補正方法について説明する。一般に、車両が同一の積載量であっても、平坦な道で得られるストローク量と坂道で得られるストローク量とは異なる。例えば、実際には前輪荷重Ｗｆと後輪荷重Ｗｒとが同一の車両であっても、上り坂に向かって車両が停止した状態でストローク量を検出した場合には、後輪荷重Ｗｒが前輪荷重Ｗｆより大きい。即ち、この場合、後輪荷重Ｗｒが前輪荷重Ｗｆより大きいことを示すように、ストローク量が検出される。従って、コントローラ３０は、坂道でストローク量を検出した場合には、正確な荷重状態を把握するため、平坦な道（即ち、勾配が０）でのストローク量に補正する必要がある。

そこで、コントローラ３０は、車両が坂道でストローク量を取得した場合には、検出したストローク量ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬをその坂道の勾配に応じて補正する。この補正方法について以下に例示する。まず、坂道で検出したストローク量と平坦な道で検出したストローク量とのマップ（対応表）を、坂道の勾配ごとに予め実験等により作成しておく。そして、コントローラ３０は、上述のマップをメモリに保持しておく。そして、コントローラ３０は、取得したストローク量ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬと坂道の勾配とに基づき、上述のマップを参照して、平坦な道で検出した場合のストローク量に補正する。また、コントローラ３０は、例えば、図示しない車両のＧセンサ、即ち、勾配車両加速度センサ又は加速度センサから得られる車両の加速度成分と実際の車両の加速度との差から道路勾配、即ち坂道の勾配を算出する。

（処理フロー）
次に、第１実施形態における処理の手順について説明する。図５は、第１実施形態におけるコントローラ３０の制御の一例を示すフローチャートである。以下では、上述の第３の方法を代表例として説明する。この処理はコントローラ３０により、例えば所定の周期ごとに繰り返し実行される。

まず、コントローラ３０は、車両が停止しているか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。そして、停止中ではないと判断した場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、コントローラ３０は、フローチャートの処理を終了する。

一方、車両が停止中であると判定した場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、コントローラ３０は、車輪１２ＦＲ、１２ＦＬ、１２ＲＲ、１２ＲＬのストローク量を読み込む（ステップＳ１０２）。具体的には、コントローラ３０は、サスペンションストロークセンサ１６からストローク量ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを取得する。

次に、コントローラ３０は、車両が坂道に停止しているか否かについて判定する（ステップＳ１０３）。具体的には、コントローラ３０は、図示しないＧセンサの検出値に基づき坂道であるか否か判定するとともに、坂道の場合にはその勾配をさらに算出する。

そして、坂道であると判定した場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、コントローラ３０はステップ１０２で取得したストローク量の坂道補正を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、上述したように、コントローラ３０は、坂道の勾配に基づき、検出したストローク量ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを、平坦な道で検出した場合に相当するストローク量に補正する。

そして、コントローラ３０は、車両の荷重状態を推定する（ステップＳ１０５）。即ち、コントローラ３０は、ステップＳ１０２で取得したストローク量ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬまたはステップＳ１０４で補正したストローク量に基づき、前輪荷重Ｗｆ、後輪荷重Ｗｒ、及び全体荷重Ｗ（＝Ｗｆ＋Ｗｒ）を算出する。

次に、コントローラ３０は、車両の荷重状態に基づき補正量Ｈを算出する（ステップＳ１０６）。具体的には、コントローラ３０は、全体荷重Ｗが大きいほど正規化前補正量Ｈ１を減らすとともに、後輪荷重配分Ａｒ（式（４）参照。）が大きくなるほど正規化前補正量Ｈ１を増やす。これらの正規化前補正量Ｈ１の増減は、重み付け係数Ｇ１、Ｇ２に応じて重み付けされる。また、コントローラ３０は、正規化前補正量Ｈ１を初期補正量Ｈで除して補正量Ｈを算出する。

そして、コントローラ３０は、付加摩擦トルクＴｃを変更する（ステップＳ１０７）。具体的には、車両の走行中に、コントローラ３０は、操舵角θと目標操舵角θｔとに基づき付加摩擦トルクＴｃを算出し、算出した付加摩擦トルクＴｃに対し補正量Ｈを乗ずる。これにより、コントローラ３０は、車両の荷重状態に基づき操舵性や車両の安定性を考慮した付加摩擦トルクＴｃｎを算出することができる。

なお、図５では、コントローラ３０は、第３の方法により補正量Ｈを算出したが、これに代えて第１の方法で補正量Ｈを算出する場合、ステップＳ１０６では式（２）により補正量Ｈを算出する。また、第２の方法で補正量Ｈを算出する場合には、コントローラ３０は、式（３）により補正量Ｈを算出する。

（変形例）
なお、上述第１の方法乃至第３の方法の説明では、補正量Ｈを付加摩擦トルクＴｃに乗じたが本発明はこれに限定されない。例えば、これに代えて、コントローラ３０は、所定の定数に対し補正量Ｈを乗じた値を付加摩擦トルクＴｃから減算してもよい。その他、補正量Ｈと付加摩擦トルクＴｃとをパラメータとする任意の式により付加摩擦トルクＴｃｎを算出してもよい。いずれの場合であっても、コントローラ３０は、補正量Ｈが１より大きい場合には付加摩擦トルクＴｃを増やし、補正量Ｈが１より小さい場合には付加摩擦トルクＴｃを減らす。また、補正量Ｈは、摩擦付与制御の例で示したゲインＫのパラメータであってもよい。例えばこの場合、ゲインＫは補正量Ｈと定数「Ｋ１」との積（Ｋ＝Ｈ×Ｋ１）で表され、定数Ｋ１は例えば車両の荷重状態以外、例えばステアリングの剛性などを考慮して決定される。以上の変形例は、以後の第２実施形態及び第３実施形態にも適用される。

同様に、補正量Ｈの算出方法は、上述の式に限定されない。例えば、第１の方法では、コントローラ３０は、これに代えて、基準全体荷重Ｗ０と全体荷重Ｗとの比率（Ｗ０／Ｗ）をパラメータとする式により補正量Ｈを算出してもよい。その他、例えば、コントローラ３０は、第１の方法で、基準全体荷重Ｗ０と全体荷重Ｗとの差分（Ｗ−Ｗ０）に基づき補正量Ｈを設定してもよい。この場合、全体荷重Ｗが基準全体荷重Ｗ０よりも大きい場合のみ付加摩擦トルクＴｃを変更する。第２の方法、第３の方法、及び後述する第２実施形態の説明においても、これと同様の式の変形が可能である。例えば、第３の方法では、コントローラ３０は、式（６−１）乃至式（６−３）により得られた補正量Ｈを付加摩擦トルクＴｃに乗じるのに代えて、式（２）により得られた補正量Ｈと式（３）により得られた補正量Ｈとをそれぞれ付加摩擦トルクＴｃに乗じてもよい。

［第２実施形態］
第１実施形態では、コントローラ３０は、全体荷重Ｗと後輪荷重配分との少なくとも一方に基づき、即ち第１の方法、第２の方法、または第３の方法により補正量Ｈを算出し、付加摩擦トルクＴｃを変更した。これに対し、第２実施形態では、これに代えて、またはこれに加えて、車両の左右で荷重の配分が異なるか否か判定し、車両の左右で荷重の配分が異なる場合には、付加摩擦トルクＴｃを増やす。これにより、コントローラ３０は、より車両の安定性を高める。

まず、説明の便宜上、車両の左右の荷重配分のみを考慮した場合の補正量Ｈの算出方法について説明する。なお、後述するフローチャートの説明において、第１実施形態と組み合わせた場合のコントローラ３０の処理の手順について説明する。

コントローラ３０は、図１で車両の右側に配置された前輪１２ＦＲと後輪１２ＲＲとに掛かる荷重の和（以後、「右輪荷重Ｗｒｈ」と呼ぶ。）を取得するとともに、図１で車両の左側に配置された前輪１２ＦＬと後輪１２ＲＬとに掛かる荷重の和（以後、「左輪荷重Ｗｌｈ」と呼ぶ。）を取得する。そして、コントローラ３０は、右輪荷重Ｗｒｈと左輪荷重Ｗｌｈとの差、即ち車両の左右の荷重差が大きい場合、付加摩擦トルクＴｃを増やす。具体的には、コントローラ３０は、例えば、右輪荷重Ｗｒｈが左輪荷重Ｗｌｈより大きい場合には、補正量Ｈを式（７）に示すように設定する。

一方、右輪荷重Ｗｒｈが左輪荷重Ｗｌｈより大きい場合には、補正量Ｈを式（７）の分子と分母を逆にして計算する。このようにすることで、補正量Ｈは必ず１以上になり、右輪荷重Ｗｒｈと左輪荷重Ｗｌｈとの差が大きいほど補正量Ｈが大きくなる。即ち、コントローラ３０は、右輪荷重Ｗｒｈと左輪荷重Ｗｌｈとの差が大きいほど付加摩擦トルクＴｃを増やす。一般に、右輪荷重Ｗｒｈと左輪荷重Ｗｌｈとの差が大きい場合には、保舵性が悪化し、車両が不安定になる可能性がある。従って、コントローラ３０は、右輪荷重Ｗｒｈと左輪荷重Ｗｌｈとの差が大きい場合、付加摩擦トルクＴｃを増やすことで、操舵を安定させ、車両を安定させることができる。

（処理フロー）
次に、第２実施形態における処理の手順ついて説明する。図６は、第２実施形態においてコントローラ３０が実行するフローチャートの一例である。なお、ステップＳ２０１乃至ステップＳ２０４までの処理はステップＳ１０１乃至Ｓ１０４と同一であるため、説明を省略する。また、ここでは、右輪荷重Ｗｒｈが左輪荷重Ｗｌｈ以上の場合について説明する。

ステップＳ２０１乃至Ｓ２０４を実行後、コントローラ３０は、荷重状態を推定する（ステップ２０５）。ここで、コントローラ３０は、ステップＳ２０２で取得したストローク量ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬまたはそれをステップＳ２０４で補正したストローク量に基づき、前輪荷重Ｗｆ、後輪荷重Ｗｒ、右輪荷重Ｗｒｈ、左輪荷重Ｗｌｈ、及び全体荷重Ｗをそれぞれ算出する。

次に、コントローラ３０は、補正量Ｈを算出する（ステップＳ２０６）。ここでは、コントローラ３０は、全体荷重Ｗ（＝Ｗｆ＋Ｗｒ）が大きいほど正規化前補正量Ｈ１を減らすとともに、後輪荷重配分Ａｒ（式（４）参照。）が大きくなるほど正規化前補正量Ｈ１を増やし、さらに、右輪荷重Ｗｒｈと左輪荷重Ｗｌｈとの差が大きいほど正規化前補正量Ｈ１を増やす。ここで、「Ｇ３」は、右輪荷重Ｗｒｈと左輪荷重Ｗｌｈとの差に対する重み付け係数である。また、コントローラ３０は、正規化前補正量Ｈ１を初期補正量Ｈ０で除することで正規化された補正量Ｈを算出する。

そして、コントローラ３０は、補正量Ｈに付加摩擦トルクＴｃを乗じて荷重状態を加味した付加摩擦トルクＴｃｎを取得する（ステップＳ２０７）。以上により、コントローラ３０は、車両の全体荷重、後輪荷重配分、及び車両の左右の荷重差を考慮した適切な付加摩擦トルクＴｃｎを算出することができる。

［第３実施形態］
第１及び第２実施形態では、コントローラ３０は、サスペンションのストローク量に基づき荷重状態を推定し、付加摩擦トルクＴｃを荷重状態に応じた適正な値に変更した。第３実施形態では、これに加え、またはこれに代えて、コントローラ３０は、車両の加減速に基づく荷重状態の変化を考慮し、付与摩擦トルクＴｃの値を変更する。これにより、コントローラ３０は、車両の加減速時であっても適切に付加摩擦トルクＴｃを変更する。

まず、車両の加速時での付加摩擦トルクＴｃの補正方法について説明する。車両が加速している状態では、車両が加減速していない状態と比べ、慣性の影響などに起因して前輪荷重Ｗｆが減少し、後輪荷重Ｗｒが増加する。即ち、後輪荷重配分が増加する。従って、この場合、コントローラ３０は、第１実施形態での第２の方法と同様、付加摩擦トルクＴｃを増やす。これにより、コントローラ３０は、保舵性を高め、車両の安定性を向上させることができる。

次に、車両の減速時での付加摩擦トルクＴｃの補正方法について説明する。車両が減速している状態では、車両が加減速していない状態と比べ、慣性の影響などに起因して、加速時とは逆に前輪荷重Ｗｆが増加し、後輪荷重Ｗｒが減少する。この場合、前輪荷重Ｗｆが増加することで、ステアリングの操舵は重くなる。従って、車両の減速時では、コントローラ３０は、付加摩擦トルクＴｃを減らす。これにより、コントローラ３０は、不要に操舵が重くなるのを防ぐことができる。

（処理フロー）
次に、第３実施形態における処理の手順について説明する。図７は、第３実施形態におけるコントローラ３０の制御の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理は、コントローラ３０により繰り返し実行される。

まず、コントローラ３０は、車速を検出する（ステップＳ３０１）。コントローラ３０は、例えば図示しない車速センサから車速を検出する。次に、コントローラ３０は、前後の加速度を算出する（ステップＳ３０２）。具体的には、コントローラ３０は、検出されたステップＳ３０２で検出した車速から、単位時間あたり車速の変化を算出することで、加速中であるか減速中であるか判断するとともに、その加速度を推定する。

そして、コントローラ３０は、車両が加速中であると判断した場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、コントローラ３０は、付加摩擦トルクＴｃを増加させる（ステップＳ３０４）。例えば、コントローラ３０は、予め実験等で作成した前進方向における加速度とそれに対応する適切な補正量Ｈとのマップに基づき、補正量Ｈを設定し、付加摩擦トルクＴｃに乗じる。この場合、補正量Ｈは必ず１以上に設定される。これにより、コントローラ３０は、この補正量Ｈを用いて付加摩擦トルクＴｃを増やす方向に変更することで、保舵性を高め、車両の安定性を向上させる。

一方、加速中でないと判断した場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、コントローラ３０は、次に車両が減速中であるか否か判定する（ステップＳ３０５）。そして、減速中であると判定した場合（ステップＳ３０５；Ｙｅｓ）、コントローラ３０は、付加摩擦トルクＴｃを減少させる（ステップＳ３０６）。例えば、コントローラ３０は、予め実験等で作成した進行方向とは逆の加速度とそれに対応する適切な補正量Ｈとのマップに基づき、補正量Ｈを設定し、付加摩擦トルクＴｃに乗じる。この場合、補正量Ｈは１以下に設定される。これにより、コントローラ３０は、付加摩擦トルクＴｃを減らす方向に変更することで、操舵が不要に重くなるのを防ぐことができる。

一方、減速中でないと判断した場合（ステップＳ３０５；Ｎｏ）、コントローラ３０はフローチャートの処理を終了し、所定時間経過後、再びフローチャートの処理を開始する。

以上により、コントローラ３０は、加減速時における車両の前後の荷重移動を考慮した適切な付与摩擦トルクＴｃを設定することができる。

なお、上述の説明では、コントローラ３０は、車両の減速中には、付加摩擦トルクＴｃを減らしたが、これに代えて、制動時における車両の偏向を防止するため、付加摩擦トルクＴｃを増やしてもよい。例えば、コントローラ３０は、車両の偏向が生じやすい特定の車種に対して、または、軽い減速であって車両の前後の荷重状態の変動がない場合には、車両の偏向を防止するため、付加摩擦トルクＴｃを増やしてもよい。

また、第３実施形態は、第１実施形態または第２実施形態にも適用することができる。例えば、コントローラ３０は、第１実施形態または第２実施形態で算出した補正量Ｈを付与摩擦トルクＴｃに乗じた後、さらに、第３実施形態で算出した補正量Ｈを乗じて付加摩擦トルクＴｃｎを算出する。

本発明は、車両に搭載される運転者の操舵を補助する機構に利用することができる。

本発明の１つの観点では、車両に搭載されるパワーステアリング装置であって、車両状態を表す情報に基づいて、ステアリングに付与すべき摩擦トルクを設定する摩擦トルク設定手段と、前記摩擦トルクに基づいて目標操舵角を設定する目標操舵角設定手段と、前記目標操舵角と実操舵角との偏差に基づいて、付加摩擦トルクを定め、ステアリングに前記付加摩擦トルクを付与する制御を行うトルク付与手段と、前記車両の荷重状態に基づき前記付加摩擦トルクを変更する付加摩擦トルク変更手段を備える。

上記のパワーステアリング装置は、車両に搭載され、摩擦トルク設定手段と、目標操舵角設定手段と、トルク付与手段と、付加摩擦トルク変更手段と、を備える。トルク付与手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ステアリングに付与すべき付加摩擦トルクを設定し、付加摩擦トルクを付与する制御を行う。付加摩擦トルク変更手段は、例えばＥＣＵであり、実操舵角及び目標操舵角に基づいて算出した付加摩擦トルクをさらに車両の荷重状態に基づき変更する。このようにすることで、パワーステアリング装置は、車両の荷重状態を考慮した適切な付加摩擦トルクをステアリングに付与することができ、車両の荷重状態に起因して操舵感が変化するのを防ぐことができる。

Claims (6)

1. 車両に搭載されるパワーステアリング装置であって、
   実操舵角及び目標操舵角に基づいてステアリングに付与すべき付加摩擦トルクを設定し、ステアリングに前記付加摩擦トルクを付与する制御を行うトルク付与手段と、
   前記車両の荷重状態に基づき前記付加摩擦トルクを変更する付加摩擦トルク変更手段を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の全体荷重が大きいときは、前記全体荷重が小さいときに比べて、前記付加摩擦トルクを小さくする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の後輪荷重配分が大きいときは、前記後輪荷重配分が小さいときに比べて、前記付加摩擦トルクを大きくする請求項１または２に記載のパワーステアリング装置。
4. 前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の左右の荷重差が大きいときは、前記左右の荷重差が小さいときに比べて、前記付加摩擦トルクを大きくする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパワーステアリング装置。
5. 前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の加減速状態に基づき前記付加摩擦トルクを変更する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパワーステアリング装置。
6. 前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両が加速している場合、前記付加摩擦トルクを大きくする請求項５に記載のパワーステアリング装置。

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