WO2025177643A1 - 転舵制御装置、転舵制御方法、操舵装置 - Google Patents

転舵制御装置、転舵制御方法、操舵装置

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WO2025177643A1
WO2025177643A1 PCT/JP2024/041066 JP2024041066W WO2025177643A1 WO 2025177643 A1 WO2025177643 A1 WO 2025177643A1 JP 2024041066 W JP2024041066 W JP 2024041066W WO 2025177643 A1 WO2025177643 A1 WO 2025177643A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering
vehicle
state
motor
control device
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/JP2024/041066
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
忠治 横田
敦士 平田
健一 桐原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Astemo Ltd
Original Assignee
Astemo Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Astemo Ltd filed Critical Astemo Ltd
Publication of WO2025177643A1 publication Critical patent/WO2025177643A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits

Definitions

  • the control device described in Patent Document 1 corrects the target angle in the extremely low speed range immediately after departure in accordance with the axial force characteristics of the vehicle immediately after departure, and in the extremely low speed range immediately before stopping in accordance with the axial force characteristics of the vehicle immediately before stopping.
  • An object of the present invention is to provide a steering control device etc. that can smooth the movement of steered wheels even when the vehicle suddenly starts moving in a state where the steering amount is large when the vehicle is stopped.
  • the present invention provides a steering control device that is provided in a vehicle having a steering member that accepts steering by a driver and a motor that applies a steering force to steered wheels that are mechanically separated from the steering member, and that controls the steering angle of the steered wheels by controlling the motor based on the steering of the driver.
  • the steering control device acquires a first physical quantity related to the steering amount of the steering member and a second physical quantity related to the traveling state of the vehicle, and when the vehicle starts off in a state in which the steering member is steered by a predetermined steering amount or more while the vehicle is stopped, drives the motor so that the steered wheels move to a position based on the steering amount of the steering member, and when the traveling state of the vehicle is in a first state, reduces the driving force of the motor compared to when the vehicle is in a second state in which the vehicle travels more slowly than in the first state.
  • the present invention is a steering device comprising: a steering member that accepts steering by a driver of a vehicle; a motor that applies a steering force to steered wheels that are mechanically separated from the steering member; and a control device that controls the steering angle of the steered wheels by controlling the motor based on the steering of the driver, wherein the control device acquires a first physical quantity related to the steering amount of the steering member and a second physical quantity related to a traveling state of the vehicle, and when the vehicle starts off in a state in which the steering member is steered by a predetermined steering amount or more while the vehicle is stopped, drives the motor to move the steered wheels to a position based on the steering of the steering member, and when the traveling state of the vehicle is in a first state, reduces the driving force of the motor compared to when the vehicle is in a second state in which the vehicle travels more slowly than in the first state.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a steering device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the control device 10.
  • the steering device 100 is a steering device for arbitrarily changing the traveling direction of the vehicle 1, and in this embodiment, a configuration applied to an automobile is illustrated as an example of the vehicle 1.
  • the steering device 100 is a steer-by-wire type electric power steering device in which a steering wheel 101 and wheels 150, which will be described later, are mechanically separated.
  • the steering device 100 includes a wheel-shaped steering wheel 101 (hereinafter referred to as the "steering wheel 101") that the driver operates to change the direction of travel of the vehicle 1, a steering angle sensor 131 that detects the steering angle ⁇ s of the steering wheel 101, and a reaction force device 132 that applies a steering reaction force to the driver via the steering wheel 101.
  • a wheel-shaped steering wheel 101 hereinafter referred to as the "steering wheel 101”
  • the driver operates to change the direction of travel of the vehicle 1
  • a steering angle sensor 131 that detects the steering angle ⁇ s of the steering wheel 101
  • a reaction force device 132 that applies a steering reaction force to the driver via the steering wheel 101.
  • the steering device 100 also includes tie rods 104 connected to left and right wheels (e.g., front wheels) 150, which serve as steered wheels, and a rack shaft 105 connected to the tie rod 104.
  • the steering device 100 also includes a pinion shaft 106, the lower end of which is formed with a pinion 106a, which, together with rack teeth 105a formed on the rack shaft 105, constitutes a rack-pinion mechanism.
  • the steering device 100 also includes a steering gearbox 107 that houses the pinion shaft 106.
  • Rack teeth 105a formed in the center of the rack shaft 105 are placed inside the steering gearbox 107, with both ends of the rack shaft 105 protruding from the steering gearbox 107.
  • Each end of the rack shaft 105 is provided with a protruding portion 105b that is larger in outer shape than the openings of both left and right end faces 107a of the steering gearbox 107 as viewed in Figure 1. These protruding portions 105b abut against the left and right end faces 107a of the steering gearbox 107, thereby restricting the amount of movement of the rack shaft 105.
  • the steering device 100 also includes a motor 110 supported by a steering gearbox 107, and a speed reduction mechanism 111 that reduces the driving force of the motor 110 and transmits it to the pinion shaft 106.
  • the speed reduction mechanism 111 is composed of, for example, a worm wheel (not shown) fixed to the pinion shaft 106 and a worm gear (not shown) fixed to the output shaft of the motor 110.
  • the motor 110 applies a rotational driving force to the pinion shaft 106, thereby applying a steering force to the rack shaft 105 that steers the wheels 150.
  • the motor 110 can be, for example, a three-phase brushless motor having a resolver 120 that outputs a rotation angle signal linked to the motor rotation angle ⁇ m, which is the rotation angle of the motor 110.
  • the steering device 100 also includes a control device 10 that controls the operation of the motor 110 and the reaction device 132 .
  • the wheels 150 are steered while maintaining a balance between the driving force generated by the motor 110 and the axial force acting on the rack shaft 105 (hereinafter, sometimes referred to as the "rack axial force"). Therefore, if the maximum driving force that the motor 110 can generate is less than the rack axial force that is generated when steering the wheels 150 to a steering angle corresponding to the steering angle of the steering wheel 101, it becomes difficult to steer the wheels 150 to a steering angle corresponding to the steering of the steering wheel 101.
  • the motor 110 is made smaller by making the maximum driving force of the motor 110 lower than the maximum rack axial force, and the control device 10 controls the driving of the motor 110 so that no uncomfortable steering feeling occurs due to the attempt to make the motor 110 smaller.
  • the control device 10 will be described in detail below.
  • the steering device 100 is equipped with a control device 10 that controls the operation of the motor 110 and the reaction device 132.
  • the control device 10 is an arithmetic and logic circuit consisting of a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc.
  • the control device 10 receives an output signal from the steering angle sensor 131 and a rotation angle signal from the resolver 120.
  • the control device 10 also receives an output signal from a vehicle speed detection unit 170, which detects the vehicle speed Vc, which is the travel speed of the vehicle 1, via a network (CAN) that communicates with various devices mounted on the vehicle 1.
  • a vehicle speed detection unit 170 which detects the vehicle speed Vc, which is the travel speed of the vehicle 1
  • CAN network
  • the control device 10 has an actual displacement amount calculation unit 20 that calculates an actual displacement amount Da, which is the actual displacement amount of the rack shaft 105, and an actual rack speed calculation unit 25 that calculates an actual rack speed Rva, which is the actual movement speed of the rack shaft 105.
  • the control device 10 also has a target displacement amount calculation unit 30 that calculates a target displacement amount Dt, which is the target displacement amount of the rack shaft 105, and a target rack speed calculation unit 40 that calculates a target rack speed Rvt, which is the target value for the movement speed of the rack shaft 105.
  • the control device 10 also has a rack speed F/B control unit 50 that outputs a torque command value Tt, and a motor drive control unit 60 that generates a signal for driving the motor 110.
  • the control device 10 also has a motor drive unit 70 that controls the drive of the motor 110, and a motor current detection unit 80 that detects the actual current Im that actually flows through the motor 110.
  • the state in which the steering wheel 101 is in the neutral position (in other words, the state in which the steering angle ⁇ s is 0) is defined as the neutral state of the steering device 100, and the steering angle ⁇ s when the steering wheel 101 is turned to the right from the neutral position is defined as positive. Also, the steering angle ⁇ s when the steering wheel 101 is turned to the left from the neutral position is defined as negative. Also, the position of the rack shaft 105 when the steering wheel 101 is in the neutral position is defined as the neutral position, and the amount of displacement of the rack shaft 105 from the neutral position is simply referred to as the amount of displacement of the rack shaft 105. The direction of displacement of the rack shaft 105 that rotates the wheels 150 to the right is defined as positive, and the direction of displacement of the rack shaft 105 that rotates the wheels 150 to the left is defined as negative.
  • the actual displacement amount calculation unit 20 calculates the actual displacement amount Da based on the motor rotation angle ⁇ m, taking into account that there is a correlation between the motor rotation angle ⁇ m and the actual displacement amount Da of the rack shaft 105 because the output shaft of the motor 110, the pinion shaft 106, the rack shaft 105, etc. are mechanically linked. Note that the actual displacement amount calculation unit 20 may calculate the actual displacement amount Da based on the output value from a sensor that detects the displacement amount of the rack shaft 105, or may calculate the actual displacement amount Da based on the output value from a sensor that detects the rotation angle of the pinion shaft 106.
  • the actual rack speed calculation unit 25 calculates the actual rack speed Rva based on the motor rotation angle ⁇ m. Note that the actual rack speed calculation unit 25 may also calculate the actual rack speed Rva by differentiating the actual displacement amount Da calculated by the actual displacement amount calculation unit 20.
  • a predetermined coefficient K there is a one-to-one correspondence between the steering angle of the wheels 150 and the displacement amount of the rack shaft 105, and there is also a one-to-one correspondence between the displacement amount of the rack shaft 105 and the rotation angle of the pinion shaft 106.
  • the steering angle ⁇ s and the displacement amount of the rack shaft 105 are set to a predetermined ratio. Therefore, the coefficient K can be, for example, 1/predetermined ratio.
  • the steering device 100 is a steer-by-wire system and the predetermined ratio can be freely changed, it is possible to change the predetermined ratio according to the vehicle speed Vc.
  • the predetermined ratio can be set small so that the wheels 150 can be steered to a large extent with little steering wheel operation
  • the predetermined ratio can be set large so that the wheels 150 can be steered to a small extent even with a lot of steering wheel operation.
  • the coefficient K can be set small when the vehicle speed Vc is low, and large when the vehicle speed Vc is high.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the target rack speed calculation unit 40 and the rack speed F/B control unit 50.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the correlation between the target displacement amount Dt and the vehicle speed Vc and the limit value L.
  • the target rack speed calculation unit 40 has a deviation calculation unit 41 that calculates the deviation ⁇ D between the target displacement amount Dt and the actual displacement amount Da, and an F/B processing unit 42 that performs feedback (hereinafter may be referred to as "F/B”) processing so that the deviation ⁇ D becomes 0 and outputs a tentative target rack speed Rvp that is a tentative value of the target rack speed Rvt.
  • the F/B processing unit 42 performs feedback control so that the target displacement amount Dt and the actual displacement amount Da match, and can be exemplified by performing proportional processing using a proportional element on the deviation ⁇ D calculated by the deviation calculation unit 41.
  • the target rack speed calculation unit 40 has a limit value setting unit 43 that sets a limit value L for limiting the final target rack speed Rvt, and a limit unit 44 that limits the target rack speed Rvt using the limit value L.
  • the limit value setting unit 43 uses the target displacement amount Dt and the vehicle speed Vc to set the limit value L.
  • the limit value setting unit 43 calculates the limit value L by, for example, substituting the target displacement amount Dt and the vehicle speed Vc into a map that shows the correspondence between the target displacement amount Dt, the vehicle speed Vc, and the limit value L, as shown in Fig. 4, which has been created in advance based on empirical rules and stored in ROM.
  • the limit value L when the target displacement amount Dt is within a predetermined range, the limit value L is set to 1, and when the target displacement amount Dt exceeds the predetermined range, the limit value L is set to decrease as the absolute value of the target displacement amount Dt increases. Furthermore, in the map shown in FIG. 4, when the target displacement amount Dt exceeds the predetermined range, the degree to which the limit value L decreases is set to be greater when the vehicle speed Vc is Vb than when the vehicle speed Vc is Va. Vehicle speed Va is a speed within the extremely low speed range, and vehicle speed Vb is a speed outside the extremely low speed range. An example of a speed within the extremely low speed range is a speed of 5 km/h or less.
  • the limit value setting unit 43 and limiting unit 44 configured as described above, when the target displacement amount Dt is within a predetermined range, the tentative target rack speed Rvp becomes the target rack speed Rvt.
  • the limit value L becomes smaller as the absolute value of the target displacement amount Dt increases, and therefore the target rack speed Rvt becomes smaller as the absolute value of the target displacement amount Dt increases.
  • the limit value L is smaller when the vehicle speed Vc is outside the extremely low speed range than when it is within the extremely low speed range, and therefore the target rack speed Rvt is smaller when the vehicle speed Vc is outside the extremely low speed range than when it is within the extremely low speed range.
  • the rack speed F/B control unit 50 has a deviation calculation unit 51 that calculates the deviation ⁇ Rv between the target rack speed Rvt and the actual rack speed Rva, and a F/B processing unit 52 that performs F/B processing so that the deviation ⁇ Rv becomes zero and outputs a torque command value Tt.
  • the F/B processing unit 52 performs feedback control so that the target rack speed Rvt and the actual rack speed Rva match.
  • An example of the F/B processing unit 52 is PI control. In other words, the F/B processing unit 52 performs proportional processing using a proportional element on the deviation ⁇ Rv calculated by the deviation calculation unit 51, performs integral processing using an integral element, and adds these values together in an addition calculation unit.
  • the motor drive control unit 60 has an F/B control unit that performs feedback control based on the deviation between the torque command value Tt and the actual current Im supplied to the motor 110 detected by the motor current detection unit 80, and a signal generation unit that generates a signal for PWM driving the motor 110.
  • the F/B control unit for example, performs proportional processing using a proportional element on the deviation between the torque command value Tt and the actual current Im, performs integral processing using an integral element, and adds these values together using an addition calculation unit.
  • the signal generation unit generates a PWM signal for PWM-driving the motor 110 based on the output value from the F/B control unit, and outputs the generated PWM signal.
  • the motor current detection unit 80 detects the value of the actual current Im flowing through the motor 110 from the voltage generated across the shunt resistor connected to the motor drive unit 70 .
  • the motor drive control unit 60, motor drive unit 70, and motor current detection unit 80 configured as described above cause the motor 110 to rotate by an angle corresponding to the torque command value Tt.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the operation of the steering device 100 (see FIG. 1).
  • the vehicle 1 see Fig. 1
  • the steering wheel 101 is turned clockwise from the neutral position (in other words, a position where the steering angle ⁇ s is 0) to the maximum steering angle ⁇ smax as shown in Fig. 5(b)
  • the target displacement Dt of the rack shaft 105 changes to the maximum displacement Dtmax as shown by the two-dot chain line in Fig. 5(d). If the rack shaft 105 is displaced to the target displacement Dt, the rack axial force will be as shown by the two-dot chain line in Fig. 5(c).
  • the driving force that can be generated by the motor 110 is less than the maximum rack axial force shown by the two-dot chain line in Figure 5(c), so the rack shaft 105 cannot be displaced to the maximum displacement amount Dtmax.
  • the actual displacement amount Da of the rack shaft 105 is the displacement amount shown by the solid line in Figure 5(d), which is smaller than the maximum displacement amount Dtmax.
  • the wheels 150 do not reach their maximum steering angle.
  • the vehicle 1 starts (e.g., suddenly starts) at a speed outside the extremely low speed range when the steering angle ⁇ s is at its maximum but the actual displacement Da has not reached the maximum displacement Dtmax, and if the target rack speed Rvt (see FIG. 2) is not limited, the actual displacement Da will suddenly approach the target displacement Dt as shown by the two-dot chain line in FIG. 5(e) as the rack axial force suddenly decreases. Therefore, if no limiting is performed, the actual rack speed Rva (see FIG. 2) will be higher when the vehicle 1 starts at a speed outside the extremely low speed range than when the vehicle 1 starts at a speed within the extremely low speed range.
  • the steering speed of the wheels 150 will also be higher, making the movement of the wheels 150 less smooth. Furthermore, the noise generated when the protruding portion 105b (see FIG. 1) of the rack shaft 105 hits the end face 107a (see FIG. 1) of the steering gear box 107 will be louder.
  • the target rack speed Rvt is limited using the limit value L.
  • the limit value L is 0.2, so the target rack speed Rvt is 0.2 times the tentative target rack speed Rvp (see Figure 3). Therefore, the actual rack speed Rva also decreases, and the steering speed of the wheels 150 also decreases, resulting in smoother movement of the wheels 150. As a result, even if the vehicle 1 suddenly starts moving in a state where the steering amount is large while the vehicle 1 is stopped, the movement of the wheels 150 is smoother. In addition, the noise generated when the protruding portion 105b of the rack shaft 105 hits the end face 107a of the steering gear box 107 is reduced.
  • the above-mentioned predetermined range can be, for example, the same as the displaceable range.
  • the predetermined range can be, for example, a range that is wider than the displaceable range and narrower than the maximum amount of displacement by which the rack shaft 105 can be displaced.
  • the steering amount of the steering wheel 101 that corresponds to the predetermined range may also be referred to as the "predetermined steering amount.”
  • the control device 10 is provided in a vehicle 1 having a steering wheel 101 (an example of a steering member) that accepts steering by the driver, and a motor 110 that applies a steering force to wheels 150 (an example of steered wheels) that are mechanically separated from the steering wheel 101.
  • the control device 10 is an example of a steering control device that controls the steering angle of wheels 150 by controlling the motor 110 based on the driver's steering.
  • the control device 10 acquires a target displacement amount Dt as an example of a first physical quantity related to the steering amount of the steering wheel 101 (e.g., steering angle ⁇ s), and a vehicle speed Vc as an example of a second physical quantity related to the traveling state of the vehicle 1.
  • the control device 10 controls the driving force of the motor 110 as described below to drive the motor 110 so that the wheels 150 move to a position based on the steering amount of the steering wheel 101.
  • the control device 10 reduces the driving force of the motor 110 compared to when the vehicle 1 is in the second state, in which the vehicle 1 is traveling more slowly than in the first state.
  • the control device 10 configured as described above, when the vehicle 1 starts moving with the steering wheel 101 steered by more than a predetermined steering amount, the driving force of the motor 110 is reduced when the vehicle 1 is in the first state compared to when the vehicle 1 is in the second state, thereby reducing the movement speed of the rack shaft 105. Therefore, the control device 10 can reduce the steering speed of the wheels 150 when the vehicle 1 is in the first state, thereby smoothing the movement of the wheels 150. As a result, even if the vehicle 1 suddenly starts moving with a large steering amount while the vehicle 1 is stopped, the movement of the wheels 150 can be smoothed.
  • the movement speed of the rack shaft 105 is reduced when the vehicle 1 is in the first state, so even if the protruding portion 105b of the rack shaft 105 hits the end face 107a of the steering gear box 107, the sound of the impact is reduced.
  • the case where the traveling state of vehicle 1 is in the first state can be exemplified as the case where vehicle 1 is traveling at a speed outside the extremely low speed range
  • the case where the traveling state of vehicle 1 is in the second state can be exemplified as the case where vehicle 1 is traveling at a speed within the extremely low speed range.
  • the case where the traveling state of vehicle 1 is in the first state can be exemplified as the case where the acceleration of vehicle 1 is greater than a predetermined acceleration
  • the case where the traveling state of vehicle 1 is in the second state can be exemplified as the case where the acceleration of vehicle 1 is equal to or less than the predetermined acceleration.
  • the control device 10 reduces the driving force of the motor 110 so that the steering speed of the wheels 150 when the vehicle 1 starts with the steering wheel 101 steered by more than a predetermined steering amount while the vehicle 1 is stopped is smaller than the steering speed of the wheels 150 when the vehicle 1 starts with the steering wheel 101 steered within the predetermined steering amount while the vehicle 1 is stopped.
  • the limit value L is set to 1 when the target displacement amount Dt corresponding to the steering angle ⁇ s of the steering wheel 101 is within a predetermined range, and when the target displacement amount Dt exceeds the predetermined range, the limit value L is set to decrease as the absolute value of the target displacement amount Dt increases.
  • the control device 10 also determines the torque command value Tt of the motor 110 so that the deviation (e.g., deviation ⁇ Rv) between the target value (e.g., target rack speed Rvt) of the movement speed of the rack shaft 105 (an example of a transmission member) that transmits the driving force of the motor 110 to the steering of the wheels 150 and the actual movement speed (e.g., actual rack speed Rva) is 0 (zero).
  • the control device 10 sets a smaller torque command value Tt when the traveling state of the vehicle 1 is in the first state than when it is in the second state.
  • the movement speed of the rack shaft 105 is smaller when the traveling state of the vehicle 1 is in the first state, thereby enabling smooth movement of the wheels 150 with high accuracy.
  • control device 10 reduces the target value for the movement speed of the rack shaft 105 (e.g., target rack speed Rvt) the greater the steering amount of the steering wheel 101.
  • target rack speed Rvt the target rack speed
  • the control device 10 gradually reduces the movement speed of the wheels 150 more than when the traveling state is in the second state.
  • the rack speed F/B control unit 50 performs PI control F/B processing so that the deviation ⁇ Rv between the target rack speed Rvt and the actual rack speed Rva becomes zero.
  • the control device 10 has the above-described configuration, it is possible to prevent an uncomfortable steering feel even if the maximum driving force of the motor 110 is set below the maximum rack axial force generated in the rack shaft 105 when the steering wheel 101 is steered to the maximum steering angle ⁇ smax while the vehicle 1 is stopped and the wheels 150 are steered to the maximum steering angle. As a result, the maximum driving force of the motor 110 can be reduced, allowing the motor 110 to be made more compact. Furthermore, even if the steering wheel 101 is steered to the maximum steering angle ⁇ smax while the vehicle 1 is stopped, the wheels 150 do not turn to the maximum steering angle. Therefore, compared to a configuration in which the wheels 150 are steered to the maximum steering angle, wear debris on the wheels 150 can be suppressed and the wear speed of the wheels 150 can be slowed.
  • the steering control method performed by the control device 10 is a method of controlling the steering angle of the wheels 150 of a vehicle 1 having a steering wheel 101 that accepts steering by the driver and a motor 110 that applies a steering force to the wheels 150 that are mechanically separated from the steering wheel 101.
  • the steering control method performed by the control device 10 acquires a target displacement amount Dt related to the steering amount of the steering wheel 101 and a vehicle speed Vc related to the traveling state of the vehicle 1, and when the vehicle 1 starts moving with the steering wheel 101 steered by more than a predetermined steering amount while the vehicle 1 is stopped, the control device 10 drives the motor 110 to move the wheels 150 to a position based on the steering amount of the steering wheel 101, but reduces the driving force of the motor 110 when the traveling state of the vehicle 1 is in a first state compared to when the traveling state is in a second state.
  • the processing performed by the control device 10 described above can be realized through the cooperation of software and hardware resources.
  • the CPU of the control device 10 executes a program that realizes each function of the device, thereby realizing each of these functions.
  • a non-transitory computer-readable recording medium on which a program is recorded is provided to the control device 10, and the CPU of the control device 10 reads the program stored on the recording medium.
  • the CPU of the control device 10 downloads the program via a network.
  • the program read from the recording medium or the downloaded program itself will realize the functions of the above-mentioned embodiments, and the program itself and the recording medium on which it is recorded constitute the present invention.
  • the program that realizes the functions of the control device 10 performs the following functions: obtain a target displacement amount Dt related to the steering amount of the steering wheel 101 and a vehicle speed Vc related to the traveling state of the vehicle 1; and, when the vehicle 1 starts moving with the steering wheel 101 steered by more than a predetermined steering amount while the vehicle 1 is stopped, drive the motor 110 so that the wheels 150 move to a position based on the steering amount of the steering wheel 101; and reduce the driving force of the motor 110 when the traveling state of the vehicle 1 is in the first state compared to when it is in the second state.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a control device 210 according to the second embodiment.
  • the control device 210 according to the second embodiment differs from the control device 10 according to the first embodiment in that it has a target rack speed calculation unit 240 that corresponds to the target rack speed calculation unit 40.
  • the following describes the differences between the control device 210 according to the second embodiment and the control device 10 according to the first embodiment.
  • the same components in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the target rack speed calculation unit 240 differs from the target rack speed calculation unit 40 according to the first embodiment in that it has a limit value setting unit 243 equivalent to the limit value setting unit 43, and also has an extraction unit 245 that extracts the sign of the actual rack speed Rva.
  • the limit value setting unit 243 sets the limit value L2 using the target displacement amount Dt and the vehicle speed Vc, and taking into consideration whether the direction of the target displacement amount Dt is the same as the displacement direction of the rack shaft 105 (see FIG. 1). This is to limit the speed when the rack shaft 105 moves toward the end, but not when it returns to the neutral position, so as not to apply resistance to the movement of the wheels 150 (see FIG. 1) when it returns.
  • the extraction unit 245 extracts a positive value if the sign of the actual rack speed Rva is positive, and extracts a negative value if the sign of the actual rack speed Rva is negative.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the correlation between the sign of the actual rack speed Rva, the target displacement amount Dt, the vehicle speed Vc, and the limit value L2.
  • the limit value setting unit 243 sets the limit value L2 using the sign of the actual rack speed Rva, the target displacement amount Dt, and the vehicle speed Vc extracted by the extraction unit 245.
  • the limit value setting unit 243 calculates the limit value L2 by substituting the sign of the actual rack speed Rva, the target displacement amount Dt, and the vehicle speed Vc into a map that shows the correspondence between the sign of the actual rack speed Rva, the target displacement amount Dt, the vehicle speed Vc, and the limit value L2, as shown in Fig. 7, which has been created in advance based on empirical rules and stored in ROM.
  • the map shown in Figure 7 differs from the map shown in Figure 4 in that the sign of the actual rack speed Rva is set on the vertical axis.
  • the limit value L2 will be a value in the first quadrant when the sign of the target displacement amount Dt and the sign of the actual rack speed Rva are positive, and will be a value in the second quadrant when the sign of the target displacement amount Dt and the sign of the actual rack speed Rva are negative.
  • the limit value L2 will be a value in the third quadrant when the sign of the target displacement amount Dt and the sign of the actual rack speed Rva are negative, and will be a value in the fourth quadrant when the sign of the target displacement amount Dt is positive and the sign of the actual rack speed Rva is negative.
  • the map shown in Figure 7, in the first and third quadrants where the sign of the target displacement amount Dt and the sign of the actual rack speed Rva are the same, is similar to the map shown in Figure 4 in that when the target displacement amount Dt is within a predetermined range, the limit value L2 is 1, and when it exceeds the predetermined range, the limit value L decreases as the absolute value of the target displacement amount Dt increases. Also, in the map shown in Figure 7, similar to the map shown in Figure 4, the degree to which the limit value L2 decreases in the range where the target displacement amount Dt exceeds the predetermined range is set to be greater for vehicle speed Vb than for vehicle speed Va.
  • the map shown in Figure 7 differs from the map shown in Figure 4 in that in the second and fourth quadrants, where the sign of the target displacement amount Dt and the sign of the actual rack speed Rva are different, the limit value L2 is 1 even if the target displacement amount Dt exceeds the specified range. As a result, when the rack shaft 105 returns to the neutral position, the limit value L2 is set to 1, and no limit is imposed.
  • the limit value L2 becomes smaller than 1, and the target rack speed Rvt is limited, just as in the control device 10 according to the first embodiment.
  • the steering speed of the wheels 150 also decreases, resulting in smoother movement of the wheels 150.
  • the noise made when the protruding portion 105b of the rack shaft 105 (see Figure 1) hits the end face 107a (see Figure 1) of the steering gearbox 107 is reduced.
  • the control device 210 changes the driving force of the motor 110 (see Figure 1) depending on whether the vehicle 1 starts moving with the steering wheel 101 turned back toward the neutral position while the vehicle 1 (see Figure 1) is stopped, or whether the vehicle 1 starts moving with the steering wheel 101 turned further.
  • the driving force of the motor 110 is not changed whether the traveling state of the vehicle 1 is in the first state or the second state, even if the steering wheel 101 is turned by more than a predetermined steering amount.
  • no resistance is applied to the movement of the wheels 150 when returning to the neutral position regardless of the traveling state of the vehicle 1, thereby preventing a deterioration in steering feel.
  • the steering wheel 101 is being turned further or turned back based on the sign of the actual rack speed Rva, which is an example of a third physical quantity related to the steering speed of the wheels 150, and the target displacement amount Dt. This makes it possible to easily and accurately determine whether the steering wheel 101 is being turned further or turned back.

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Abstract

運転者による操舵を受け付けるハンドルと、ハンドルと機械的に切り離された車輪に転舵力を付与するモータと、を有する車両に設けられ、運転者の操舵に基づいてモータを制御することで車輪の転舵角を制御する制御装置であって、ハンドルの操舵量に関する第1物理量と、車両の進行状態に関する第2物理量とを取得し、車両が停止中にハンドルが予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で車両が発進する際に、車輪がハンドルの操舵量に基づいた位置に移動するようにモータを駆動させることに対して、車両の進行状態が第1状態である場合には、第1状態よりも車両が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、モータの駆動力を小さくする。

Description

転舵制御装置、転舵制御方法、操舵装置
 本発明は、転舵制御装置、転舵制御方法および操舵装置に関する。
 特許文献1に記載された操舵装置は、ステアリングホイールとの間の動力伝達が分離されるとともに車両の転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、前記転舵輪を転舵させるべく前記転舵シャフトに付与されるトルクである転舵力を発生する転舵モータと、前記転舵輪の転舵角に換算可能な角度を前記ステアリングホイールの操舵状態に応じて演算される目標角度に追従させるように前記転舵モータを制御するとともに、前記転舵モータが発生することのできる最大の転舵力と前記転舵シャフトに発生する軸力とが力の釣り合いを保つことができるとして定められた角度領域内の角度となるように前記目標角度を補正する補正処理を実行する制御装置と、を備える。そして、特許文献1に記載された前記制御装置は、発車直後の極低速域においては発車直後の車両の軸力特性に応じて前記目標角度を補正する一方、停車寸前の極低速域においては停車寸前の車両の軸力特性に応じて前記目標角度を補正する。
特開2022-49972号公報
 特許文献1に記載された操舵装置においては、車両が停止中であるときにステアリングホイールが操舵されて操舵角が大きくなった状態で、例えば車両が急発進するときには転舵輪の動きが急となり円滑に転舵しないおそれがある。
 本発明は、車両が停止中であるときの操舵量が大きくなった状態で車両が急発進されても転舵輪の動きを滑らかにすることができる操舵制御装置等を提供することを目的とする。
 かかる目的のもと、本発明は、運転者による操舵を受け付ける操舵部材と、前記操舵部材と機械的に切り離された転舵輪に転舵力を付与するモータと、を有する車両に設けられ、前記運転者の操舵に基づいて前記モータを制御することで前記転舵輪の転舵角を制御する転舵制御装置であって、前記操舵部材の操舵量に関する第1物理量と、前記車両の進行状態に関する第2物理量とを取得し、前記車両が停止中に前記操舵部材が予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で前記車両が発進する際に、前記転舵輪が前記操舵部材の操舵量に基づいた位置に移動するように前記モータを駆動させることに対して、前記車両の進行状態が第1状態である場合には、前記第1状態よりも前記車両が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、前記モータの駆動力を小さくする、転舵制御装置である。
 また、他の観点から捉えると、本発明は、運転者による操舵を受け付ける操舵部材と、前記操舵部材と機械的に切り離された転舵輪に転舵力を付与するモータと、を有する車両における前記転舵輪の転舵角を制御する転舵制御方法であって、前記操舵部材の操舵量に関する第1物理量と、前記車両の進行状態に関する第2物理量とを取得し、前記車両が停止中に前記操舵部材が予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で前記車両が発進する際に、前記転舵輪が前記操舵部材の操舵量に基づいた位置に移動するように前記モータを駆動させることに対して、前記車両の進行状態が第1状態である場合には、前記第1状態よりも前記車両が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、前記モータの駆動力を小さくする、転舵制御方法である。
 また、他の観点から捉えると、本発明は、車両の運転者による操舵を受け付ける操舵部材と、前記操舵部材と機械的に切り離された転舵輪に転舵力を付与するモータと、前記運転者の操舵に基づいて前記モータを制御することで前記転舵輪の転舵角を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記操舵部材の操舵量に関する第1物理量と、前記車両の進行状態に関する第2物理量とを取得し、前記車両が停止中に前記操舵部材が予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で前記車両が発進する際に、前記転舵輪が前記操舵部材の操舵に基づいた位置に移動するように前記モータを駆動させることに対して、前記車両の進行状態が第1状態である場合には、前記第1状態よりも前記車両が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、前記モータの駆動力を小さくする、操舵装置である。
 本発明によれば、車両が停止中であるときの操舵量が大きくなった状態で車両が急発進されても転舵輪の動きを滑らかにすることができる。
第1実施形態に係る操舵装置の概略構成を示す図である。 第1実施形態に係る制御装置の概略構成の一例を示す図である。 目標ラック速度演算部と、ラック速度F/B制御部の概略構成の一例を示す図である。 目標変位量および車速と、制限値との相関関係の一例を示す図である。 操舵装置の作用の一例を示す図である。 第2実施形態に係る制御装置の概略構成の一例を示す図である。 実ラック速度の符号、目標変位量および車速と、制限値との相関関係の一例を示す図である。
 以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<第1実施形態>
 図1は、第1実施形態に係る操舵装置100の概略構成を示す図である。
 図2は、制御装置10の概略構成の一例を示す図である。
 操舵装置100は、車両1の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両1の一例としての自動車に適用した構成を例示している。また、操舵装置100は、後述するハンドル101と車輪150とが機械的に切り離された、ステアバイワイヤ方式の電動パワーステアリング装置である。
 操舵装置100は、車両1の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪(ホイール)状のステアリングホイール101(以下、「ハンドル101」と称す。)と、ハンドル101の操舵角θsを検出する操舵角センサ131と、ハンドル101を介して運転者に対し操舵反力を与える反力装置132と、を備える。
 また、操舵装置100は、転舵輪としての左右の車輪(例えば前輪)150それぞれに連結されたタイロッド104と、タイロッド104に連結されたラック軸105と、を備える。また、操舵装置100は、ラック軸105に形成されたラック歯105aとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン106aが下端部に形成されたピニオンシャフト106を備える。
 また、操舵装置100は、ピニオンシャフト106を収納するステアリングギヤボックス107を備える。ステアリングギヤボックス107内に、ラック軸105の中央部に形成されたラック歯105aが入っており、ラック軸105の両端部は、それぞれステアリングギヤボックス107から突出している。そして、ラック軸105の両端部には、それぞれ、ステアリングギヤボックス107における図1で見た場合の左右方向の両端面107aの開口部よりも大きな外形の突出部105bが設けられている。そして、この突出部105bがステアリングギヤボックス107の左右方向の端面107aに突き当たることで、ラック軸105の移動量が規制される。
 また、操舵装置100は、ステアリングギヤボックス107に支持されたモータ110と、モータ110の駆動力を減速してピニオンシャフト106に伝達する減速機構111と、を備える。減速機構111は、例えば、ピニオンシャフト106に固定されたウォームホイール(不図示)と、モータ110の出力軸に固定されたウォームギヤ(不図示)等から構成される。モータ110は、ピニオンシャフト106に回転駆動力を加えることにより、ラック軸105に車輪150を転舵させる転舵力を加える。モータ110は、モータ110の回転角度であるモータ回転角度θmに連動した回転角度信号を出力するレゾルバ120を有する3相ブラシレスモータであることを例示することができる。
 また、操舵装置100は、モータ110、反力装置132の作動を制御する制御装置10を備える。
 ここで、操舵装置100においては、運転者によってハンドル101が操舵された場合、モータ110が発生する駆動力とラック軸105に作用する軸力(以下、「ラック軸力」と称する場合がある。)とが力の釣り合いを保ちながら車輪150が転舵する。それゆえ、モータ110が発生することのできる最大の駆動力が、ハンドル101の操舵角に対応する転舵角まで車輪150を転舵させる際に生じるラック軸力を下回る場合、車輪150をハンドル101の操舵に対応する転舵角まで転舵させことが困難となる。特に、車両1が停止中にハンドル101が操舵された場合に、言い換えれば、ハンドル101が据え切りされた場合に、ラック軸力が大きくなるため、モータ110の最大の駆動力は大きい方が好ましい。
 一方で、モータ110の最大の駆動力を大きくすると、モータ110の体格は大きくなってしまう。
 そこで、操舵装置100においては、ステアバイワイヤ方式の装置であることを考慮して、モータ110の最大の駆動力が最大のラック軸力を下回るようにしてモータ110の小型化を図るとともに、モータ110の小型化を図ることに起因して操舵フィーリングに違和感が生じないように制御装置10にてモータ110の駆動を制御する。以下に、制御装置10について詳述する。
 操舵装置100は、モータ110、反力装置132の作動を制御する制御装置10を備える。制御装置10は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなる算術論理演算回路である。
 制御装置10には、操舵角センサ131からの出力信号やレゾルバ120からの回転角度信号が入力される。また、制御装置10には、車両1に搭載される各種の機器との通信を行うネットワーク(CAN)を介して、車両1の移動速度である車速Vcを検出する車速検出部170からの出力信号が入力される。
 そして、制御装置10は、ラック軸105の実際の変位量である実変位量Daを算出する実変位量算出部20と、ラック軸105の実際の移動速度である実ラック速度Rvaを算出する実ラック速度算出部25と、を有する。また、制御装置10は、ラック軸105の目標の変位量である目標変位量Dtを演算する目標変位量演算部30と、ラック軸105の移動速度の目標値である目標ラック速度Rvtを演算する目標ラック速度演算部40と、を有する。また、制御装置10は、トルク指令値Ttを出力するラック速度F/B制御部50と、モータ110を駆動するための信号を生成するモータ駆動制御部60と、を有する。また、制御装置10は、モータ110の駆動を制御するモータ駆動部70と、モータ110に実際に流れる実電流Imを検出するモータ電流検出部80と、を有する。
 ここで、ハンドル101が中立位置に位置する状態(言い換えれば操舵角θsが0の状態)を操舵装置100の中立状態とし、中立位置からのハンドル101の右回転時における操舵角θsをプラスとする。また、中立位置からのハンドル101の左回転時における操舵角θsをマイナスとする。また、ハンドル101が中立位置に位置する状態のラック軸105の位置を中立位置とし、ラック軸105の中立位置からの変位量を、単にラック軸105の変位量と称する。そして、車輪150を右回転させるラック軸105の変位方向をプラス、車輪150を左回転させるラック軸105の変位方向をマイナスとする。
 実変位量算出部20は、モータ110の出力軸、ピニオンシャフト106、ラック軸105等が機械的に連結されているためにモータ回転角度θmとラック軸105の実変位量Daとの間に相関関係があることに鑑み、モータ回転角度θmに基づいて実変位量Daを算出する。なお、実変位量算出部20は、ラック軸105の変位量を検出するセンサからの出力値に基づいて実変位量Daを算出しても良いし、ピニオンシャフト106の回転角度を検出するセンサからの出力値に基づいて実変位量Daを算出しても良い。
 実ラック速度算出部25は、モータ回転角度θmに基づいて実ラック速度Rvaを算出する。なお、実ラック速度算出部25は、実変位量算出部20が算出した実変位量Daを微分することにより実ラック速度Rvaを算出しても良い。
 目標変位量演算部30は、操舵角θsに基づいて目標変位量Dtを演算する。例えば、目標変位量演算部30は、操舵角θsに予め定められた係数Kを乗算することにより得た値を目標変位量Dtとする(Dt=θs×K)。
 ここで、車輪150の転舵角とラック軸105の変位量とは1対1の対応関係を有し、ラック軸105の変位量とピニオンシャフト106の回転角とは1対1の対応関係を有している。また、操舵角θsと、ラック軸105の変位量とは所定比に設定されている。それゆえ、係数Kは1/所定比であることを例示することができる。
 なお、操舵装置100はステアバイワイヤ方式であり所定比を自由に変えることができるため、車速Vcに応じて所定比を変化させることが可能である。例えば、車速Vcが小さいときには、少ないハンドル操作で車輪150を大きく転舵することができるように所定比を小さく、車速Vcが大きいときには、多いハンドル操作でも車輪150の転舵を少なくすることができるように所定比を大きくしても良い。言い換えれば、車速Vcが小さいときには係数Kを小さく、車速Vcが大きいときには係数Kを大きくしても良い。
 図3は、目標ラック速度演算部40と、ラック速度F/B制御部50の概略構成の一例を示す図である。
 図4は、目標変位量Dtおよび車速Vcと、制限値Lとの相関関係の一例を示す図である。
 目標ラック速度演算部40は、目標変位量Dtと実変位量Daとの偏差ΔDを求める偏差演算部41と、偏差ΔDが0となるようにフィードバック(以下、「F/B」と称する場合がある。)処理を行い、目標ラック速度Rvtの仮の値である仮目標ラック速度Rvpを出力するF/B処理部42と、を有する。F/B処理部42は、目標変位量Dtと実変位量Daとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部41にて算出された偏差ΔDに対して、比例要素で比例処理することを例示することができる。
 また、目標ラック速度演算部40は、最終的な目標ラック速度Rvtを制限するための制限値Lを設定する制限値設定部43と、制限値Lを用いて目標ラック速度Rvtを制限する制限部44と、を有する。
 制限値設定部43は、目標変位量Dtと車速Vcとを用いて制限値Lを設定する。制限値設定部43は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、図4に示すような、目標変位量Dtおよび車速Vcと制限値Lとの対応を示すマップに、目標変位量Dtおよび車速Vcを代入することにより制限値Lを算出する。
 図4に示すマップにおいては、目標変位量Dtが予め定められた所定範囲内である場合には制限値Lは1であり、目標変位量Dtが所定範囲を超えた場合には、目標変位量Dtの絶対値が大きくなるほど制限値Lが小さくなるように設定されている。また、図4に示すマップでは、目標変位量Dtが所定範囲を超える範囲において制限値Lが小さくなる度合いが、車速Vcが車速Vaである場合よりも車速Vcが車速Vbの方が大きくなるように設定されている。車速Vaは極低速域内の速度であり、車速Vbは極低速域外の速度である。極低速域内の速度とは、5km/h以下の速度であることを例示することができる。
 制限部44は、仮目標ラック速度Rvpに制限値Lを乗算することにより得た値を目標ラック速度Rvtとして出力する(Rvt=Rvp×L)。
 以上のように構成された、制限値設定部43、制限部44により、目標変位量Dtが所定範囲内である場合には仮目標ラック速度Rvpが目標ラック速度Rvtとなる。一方、目標変位量Dtが所定範囲外である場合には、目標変位量Dtの絶対値が大きくなるほど制限値Lが小さくなるので、目標変位量Dtの絶対値が大きくなるほど目標ラック速度Rvtが小さくなる。また、目標変位量Dtが所定範囲外である場合には、車速Vcが極低速域外であるときには極低速域内であるときよりも制限値Lが小さくなるので、車速Vcが極低速域外であるときの方が極低速域内であるときよりも目標ラック速度Rvtが小さくなる。
 ラック速度F/B制御部50は、目標ラック速度Rvtと実ラック速度Rvaとの偏差ΔRvを求める偏差演算部51と、偏差ΔRvが0となるようにF/B処理を行い、トルク指令値Ttを出力するF/B処理部52と、を有する。F/B処理部52は、目標ラック速度Rvtと実ラック速度Rvaとが一致するようにフィードバック制御を行う。F/B処理部52は、PI制御を行うことを例示することができる。つまり、F/B処理部52は、偏差演算部51にて算出された偏差ΔRvに対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
 図2に示すように、モータ駆動制御部60は、トルク指令値Ttと、モータ電流検出部80にて検出されたモータ110へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うF/B制御部と、モータ110をPWM駆動するための信号を生成する信号生成部と、を有する。
 F/B制御部は、例えば、トルク指令値Ttと実電流Imとの偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。信号生成部は、F/B制御部からの出力値に基づいてモータ110をPWM(パルス幅変調)駆動するためのPWM信号を生成し、生成したPWM信号を出力する。
 モータ駆動部70(図2参照)は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として6個の独立したトランジスタ(FET)を備え、6個の内の3個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の3個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側(アース)ラインと接続されている。そして、6個の中から選択した2個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、モータ110の駆動を制御する。
 図2に示すように、モータ電流検出部80は、モータ駆動部70に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧からモータ110に流れる実電流Imの値を検出する。
 以上のように構成された、モータ駆動制御部60、モータ駆動部70、モータ電流検出部80により、モータ110は、トルク指令値Ttに応じた角度だけ回転する。
 (操舵装置100の作用)
  図5は、操舵装置100(図1参照)の作用の一例を示す図である。
 図5(a)に示すように車両1(図1参照)が停止中に(言い換えれば車速Vcが0であるときに)、図5(b)に示すようにハンドル101(図1参照)が中立位置(言い換えれば操舵角θsが0である位置)から右回転方向に最大操舵角θsmaxまで切られた場合、ラック軸105の目標変位量Dtは図5(d)に示す二点鎖線のように最大変位量Dtmaxまで変化する。そして、仮に、ラック軸105が目標変位量Dtまで変位した場合には、図5(c)に示す二点鎖線のようなラック軸力となる。
 上述したように、操舵装置100においては、モータ110(図1参照)が発生することのできる駆動力が、図5(c)に二点鎖線で示す最大のラック軸力を下回るため、ラック軸105を最大変位量Dtmaxまで変位させることができない。その結果、ラック軸105の実変位量Daは最大変位量Dtmaxよりも小さい図5(d)に示す実線の変位量となる。また、車輪150も最大転舵角にならない。
 その後、操舵角θsが最大操舵角θsmaxであるにもかかわらずラック軸105の実変位量Daが最大変位量Dtmaxになっていない状態で車両1が極低速域内の速度で発進された場合、ラック軸力が徐々に小さくなるのに応じて、図5(e)の破線で示すように、実変位量Daが目標変位量Dtに緩やかに近づいていく。
 一方、操舵角θsが最大であるにもかかわらず実変位量Daが最大変位量Dtmaxになっていない状態で車両1が極低速域外の速度で発進(例えば急発進)された場合であって、仮に目標ラック速度Rvt(図2参照)を制限しない場合には、ラック軸力が急に小さくなるのに応じて、図5(e)に二点鎖線で示すように、実変位量Daが目標変位量Dtに急に近づいていく。それゆえ、仮に制限しない構成である場合には、車両1が極低速域内の速度で発進された場合よりも車両1が極低速域外の速度で発進された場合の方が、実ラック速度Rva(図2参照)が大きくなる。その結果、車輪150の転舵速度も大きくなるので、車輪150の動きが滑らかにならない。また、ラック軸105の突出部105b(図1参照)がステアリングギヤボックス107の端面107a(図1参照)に突き当たったときの音が大きくなる。
 これに対して、操舵装置100においては、制限値Lを用いて目標ラック速度Rvtが制限される。例えば、図4に示すように、車両1が極低速域外の速度である場合であって目標変位量Dtが最大変位量Dtmaxである場合には、制限値Lが0.2であるので、目標ラック速度Rvtが仮目標ラック速度Rvp(図3参照)の0.2倍となる。それゆえ、実ラック速度Rvaも小さくなり、車輪150の転舵速度も小さくなるので、車輪150の動きが滑らかになる。その結果、例えば車両1が停止中であるときの操舵量が大きくなった状態で車両1が急発進されても車輪150の動きが滑らかになる。また、ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに突き当たったときの音が小さくなる。
 なお、車両1が停止中にハンドル101が操舵された場合に、言い換えれば、ハンドル101が据え切りされた場合に、モータ110がラック軸105を変位させることが可能な範囲を変位可能範囲と称すると、上述した所定範囲は、変位可能範囲と同一であることを例示することができる。あるいは、所定範囲は、変位可能範囲よりも広い範囲であり、かつ、ラック軸105が変位することが可能な最大変位量よりも狭い範囲であることを例示することができる。また、所定範囲に対応する、ハンドル101の操舵量を所定操舵量と称する場合がある。
 以上説明したように、制御装置10は、運転者による操舵を受け付けるハンドル101(操舵部材の一例)と、ハンドル101と機械的に切り離された車輪150(転舵輪の一例)に転舵力を付与するモータ110と、を有する車両1に設けられ、運転者の操舵に基づいてモータ110を制御することで車輪150の転舵角を制御する転舵制御装置の一例である。制御装置10は、ハンドル101の操舵量(例えば操舵角θs)に関する第1物理量の一例としての目標変位量Dtと、車両1の進行状態に関する第2物理量の一例としての車速Vcとを取得する。そして、制御装置10は、車両1が停止中にハンドル101が予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で車両1が発進する際に、車輪150がハンドル101の操舵量に基づいた位置に移動するようにモータ110を駆動させることに対して以下に述べるようにモータ110の駆動力を制御する。すなわち、制御装置10は、車両1の進行状態が第1状態である場合には、第1状態よりも車両1が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、モータ110の駆動力を小さくする。
 以上のように構成された制御装置10によれば、ハンドル101が所定操舵量以上に操舵された状態で車両1が発進する際に、車両1の進行状態が第2状態である場合よりも第1状態である場合の方がモータ110の駆動力を小さくするので、ラック軸105の移動速度が小さくなる。それゆえ、制御装置10は、車両1の進行状態が第1状態である場合の車輪150の転舵速度を小さくすることができ、車輪150の動きを滑らかにすることができる。その結果、例えば車両1が停止中であるときの操舵量が大きくなった状態で車両1が急発進されても車輪150の動きを滑らかにすることができる。また、制御装置10によれば、車両1の進行状態が第1状態である場合のラック軸105の移動速度が小さくなるので、ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに突き当たったとしても、突き当たったときの音が小さくなる。
 ここで、車両1の進行状態が第1状態である場合とは、上述したように、車両1が極低速域外の速度で走行している場合であり、車両1の進行状態が第2状態である場合とは、車両1が極低速域内の速度で走行している場合であることを例示することができる。あるいは、車両1の進行状態が第1状態である場合とは、車両1の加速度が予め定められた所定加速度よりも大きい場合であり、車両1の進行状態が第2状態である場合とは、車両1の加速度が所定加速度以下である場合であっても良い。
 また、制御装置10は、車両1が停止中にハンドル101が所定操舵量以上に操舵された状態で車両1が発進するときの車輪150の転舵速度が、車両1が停止中にハンドル101が所定操舵量以内に操舵された状態で車両1が発進するときの車輪150の転舵速度よりも小さくなるようにモータ110の駆動力を小さくする。言い換えれば、図4に示すマップのように、ハンドル101の操舵角θsに対応する目標変位量Dtが所定範囲内である場合には制限値Lは1であり、目標変位量Dtが所定範囲を超えた場合には、目標変位量Dtの絶対値が大きくなるほど制限値Lが小さくなるように設定されている。これにより、目標変位量Dtと実変位量Daとの差が大きくなり易い、車両1が停止中にハンドル101が所定操舵量以上に操舵された状態において、車輪150の転舵速度が小さくなる。その結果、制御装置10によれば、確度高く車輪150の転舵速度を小さくでき、車輪150の動きを滑らかにすることができる。
 また、制御装置10は、モータ110の駆動力を車輪150の転舵に伝達するラック軸105(伝達部材の一例)の移動速度の目標値(例えば目標ラック速度Rvt)と実際の移動速度(例えば実ラック速度Rva)との偏差(例えば偏差ΔRv)が0(ゼロ)となるようにモータ110のトルク指令値Ttを定める。そして、制御装置10は、車両1の進行状態が第1状態である場合には第2状態である場合よりもトルク指令値Ttを小さくする。これにより、車両1の進行状態が第1状態である場合にラック軸105の移動速度が小さくなるので、確度高く車輪150の動きを滑らかにすることができる。
 また、制御装置10は、ラック軸105の移動速度の目標値(例えば目標ラック速度Rvt)を、ハンドル101の操舵量が大きいほど小さくする。これにより、目標変位量Dtと実変位量Daとの差が大きくなり易い、車両1が停止中におけるハンドル101の操舵量が大きい状態において、ラック軸105の移動速度が小さくなるので、確度高く車輪150の転舵速度を小さくでき、車輪150の動きを滑らかにすることができる。
 また、制御装置10は、車両1の進行状態が第1状態である場合には第2状態である場合よりも車輪150の移動速度を漸減させる。言い換えれば、ラック速度F/B制御部50は、目標ラック速度Rvtと実ラック速度Rvaとの偏差ΔRvが0となるようにPI制御F/B処理を行う。これにより、仮にラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに突き当たったとしても、突き当たる直前の実ラック速度Rvaが小さくなるので、突き当たったときの音が小さくなる。
 そして、制御装置10が上述した構成であることにより、モータ110の最大の駆動力が、車両1が停止中にハンドル101が最大操舵角θsmaxまで操舵されて車輪150が仮に最大転舵角まで転舵した場合にラック軸105に生じる最大のラック軸力を下回るようにしても操舵フィーリングに違和感が生じないようにすることができる。その結果、モータ110の最大の駆動力を小さくすることができ、モータ110の小型化を図ることができる。また、車両1が停止中にハンドル101が最大操舵角θsmaxまで操舵されたとしても、車輪150が最大転舵角まで転舵しないので、車輪150が最大転舵角まで転舵する構成と比較して、車輪150の摩耗紛を抑制することができ、車輪150の摩耗スピードを低下させることができる。
 また、制御装置10が行う転舵制御方法は、運転者による操舵を受け付けるハンドル101と、ハンドル101と機械的に切り離された車輪150に転舵力を付与するモータ110と、を有する車両1における車輪150の転舵角を制御する方法である。そして、制御装置10が行う転舵制御方法は、ハンドル101の操舵量に関する目標変位量Dtと、車両1の進行状態に関する車速Vcとを取得し、車両1が停止中にハンドル101が所定操舵量以上に操舵された状態で車両1が発進する際に、車輪150がハンドル101の操舵量に基づいた位置に移動するようにモータ110を駆動させることに対して、車両1の進行状態が第1状態である場合には第2状態である場合と比べて、モータ110の駆動力を小さくする。
 また、以上説明した制御装置10が行う処理は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現することができる。この場合、制御装置10のCPUが、当該装置の各機能を実現するプログラムを実行し、これらの各機能を実現させる。例えば、プログラムを記録した非一時的なコンピュータが読取可能な記録媒体を制御装置10に提供し、制御装置10のCPUが記録媒体に格納されたプログラムを読み出す。あるいは、制御装置10のCPUがネットワークを介してダウンロードする。これらの場合、記録媒体から読み出されたプログラムあるいはダウンロードされたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラム自体、およびそれを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
 制御装置10の機能を実現するプログラムは、ハンドル101の操舵量に関する目標変位量Dtと、車両1の進行状態に関する車速Vcとを取得する機能と、車両1が停止中にハンドル101が所定操舵量以上に操舵された状態で車両1が発進する際に、車輪150がハンドル101の操舵量に基づいた位置に移動するようにモータ110を駆動させることに対して、車両1の進行状態が第1状態である場合には第2状態である場合と比べて、モータ110の駆動力を小さくする機能と、を実行させる。
<第2実施形態>
 図6は、第2実施形態に係る制御装置210の概略構成の一例を示す図である。
 第2実施形態に係る制御装置210は、第1実施形態に係る制御装置10に対して、目標ラック速度演算部40に相当する目標ラック速度演算部240が異なる。以下、第2実施形態に係る制御装置210について、第1実施形態に係る制御装置10と異なる点について説明する。第1実施形態と第2実施形態とで、同じものについては同じ符号を用い、その詳細な説明は省略する。
 目標ラック速度演算部240は、第1実施形態に係る目標ラック速度演算部40に対して、制限値設定部43に相当する制限値設定部243が異なるとともに、実ラック速度Rvaの符号を抽出する抽出部245を有する。
 制限値設定部243は、目標変位量Dtと車速Vcとを用いるとともに、目標変位量Dtの方向とラック軸105(図1参照)の変位方向が同じであるか否かを考慮して制限値L2を設定する。これは、ラック軸105が端部に向かう際は速度を制限し、中立位置に戻る際は制限をかけないようにして、戻る際の車輪150(図1参照)に動きに対して抵抗力を付与しないようにするためである。
 抽出部245は、実ラック速度Rvaの符号がプラスである場合にはプラスを抽出し、実ラック速度Rvaの符号がマイナスである場合にはマイナスを抽出する。
 図7は、実ラック速度Rvaの符号、目標変位量Dtおよび車速Vcと、制限値L2との相関関係の一例を示す図である。
 制限値設定部243は、抽出部245が抽出した実ラック速度Rvaの符号と、目標変位量Dtと、車速Vcとを用いて制限値L2を設定する。制限値設定部243は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、図7に示すような、実ラック速度Rvaの符号、目標変位量Dtおよび車速Vcと、制限値L2との対応を示すマップに、実ラック速度Rvaの符号、目標変位量Dtおよび車速Vcを代入することにより制限値L2を算出する。
 図7に示すマップは、図4に示すマップに対して、実ラック速度Rvaの符号が縦軸に設定されている点が異なる。これにより、制限値L2は、目標変位量Dtの符号および実ラック速度Rvaの符号がプラスである場合には第1象限の値となり、目標変位量Dtの符号がマイナスで実ラック速度Rvaの符号がプラスである場合には第2象限の値となる。また、制限値L2は、目標変位量Dtの符号および実ラック速度Rvaの符号がマイナスである場合には第3象限の値となり、目標変位量Dtの符号がプラスで実ラック速度Rvaの符号がマイナスである場合には第4象限の値となる。
 そして、図7に示すマップは、目標変位量Dtの符号と実ラック速度Rvaの符号とが同じとなる第1象限および第3象限においては、図4に示すマップと同様に、目標変位量Dtが所定範囲内である場合には制限値L2は1であり、所定範囲を超えた場合には、目標変位量Dtの絶対値が大きくなるほど制限値Lが小さくなる。また、図7に示すマップでは、図4に示すマップと同様に、目標変位量Dtが所定範囲を超える範囲において制限値L2が小さくなる度合いが、車速Vaである場合よりも車速Vbの方が大きくなるように設定されている。
 他方、図7に示すマップは、図4に示すマップに対して、目標変位量Dtの符号と実ラック速度Rvaの符号とが異なる第2象限および第4象限においては、目標変位量Dtが所定範囲を超えた場合であっても、制限値L2は1である点が異なる。これにより、ラック軸105が中立位置に戻る際には制限値L2を1に設定し制限をかけないようにする。
 それゆえ、以上のように構成された第2実施形態に係る制御装置210においては、ラック軸105が端部側に向かう場合には、第1実施形態に係る制御装置10と同様に、制限値L2が1よりも小さい値となり、目標ラック速度Rvtが制限される。その結果、車輪150の転舵速度も小さくなるので、車輪150の動きが滑らかになる。また、ラック軸105の突出部105b(図1参照)がステアリングギヤボックス107の端面107a(図1参照)に突き当たったときの音が小さくなる。
 他方、ラック軸105が中立位置に戻る場合には、制限値L2が1となり、目標ラック速度が制限されない。その結果、中立位置に戻る際の車輪150に動きに対して抵抗力を付与しないため、操舵フィーリングが悪化することが抑制される。
 以上説明したように、制御装置210は、ハンドル101(図1参照)が所定操舵量以上に操舵されている場合に、車両1(図1参照)が停止中にハンドル101が中立位置の方に切り戻されている状態で車両1が発進する際と、ハンドル101が切り増しされている状態で車両1が発進する際とで、モータ110(図1参照)の駆動力を変更する。
 また、車両1が停止中にハンドル101が中立位置に切り戻されている状態で車両1が発進する際には、ハンドル101が所定操舵量以上に操舵された状態であっても、車両1の進行状態が第1状態である場合と第2状態である場合とでモータ110の駆動力を変更しない。これにより、車両1の進行状態に関わらず中立位置に戻る際の車輪150の動きに対して抵抗力を付与しないため、操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。
 また、車輪150の転舵速度に関する第3物理量の一例としての実ラック速度Rvaの符号と目標変位量Dtとに基づいてハンドル101が切り増しされているのか切り戻されているのかを判断する。これにより、ハンドル101が切り増しされているのか切り戻されているのかを簡易かつ確度高く判断することができる。
1…車両、10,210…制御装置(転舵制御装置の一例)、20…実変位量算出部、25…実ラック速度算出部、30…目標変位量演算部、40…目標ラック速度演算部、50…ラック速度F/B制御部、60…モータ駆動制御部、70…モータ駆動部、80…モータ電流検出部、100…操舵装置、101…ハンドル(操舵部材の一例)、105…ラック軸(伝達部材の一例)、110…モータ、150…車輪(転舵輪の一例)

Claims (10)

  1.  運転者による操舵を受け付ける操舵部材と、前記操舵部材と機械的に切り離された転舵輪に転舵力を付与するモータと、を有する車両に設けられ、前記運転者の操舵に基づいて前記モータを制御することで前記転舵輪の転舵角を制御する転舵制御装置であって、
     前記操舵部材の操舵量に関する第1物理量と、前記車両の進行状態に関する第2物理量とを取得し、
     前記車両が停止中に前記操舵部材が予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で前記車両が発進する際に、前記転舵輪が前記操舵部材の操舵量に基づいた位置に移動するように前記モータを駆動させることに対して、前記車両の進行状態が第1状態である場合には、前記第1状態よりも前記車両が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、前記モータの駆動力を小さくする、
    転舵制御装置。
  2.  前記車両が停止中に前記操舵部材が前記所定操舵量以上に操舵された状態で前記車両が発進するときの前記転舵輪の転舵速度が、前記車両が停止中に前記操舵部材が前記所定操舵量以内に操舵された状態で前記車両が発進するときの前記転舵輪の転舵速度よりも小さくなるように前記モータの駆動力を小さくする、
    請求項1に記載の転舵制御装置。
  3.  前記モータの駆動力を前記転舵輪の転舵に伝達する伝達部材の移動速度の目標値と実際の前記移動速度との偏差が0となるように前記モータのトルク指令値を定め、
     前記車両の進行状態が前記第1状態である場合には前記第2状態である場合よりも前記トルク指令値を小さくする、
    請求項1に記載の転舵制御装置。
  4.  前記伝達部材の移動速度の目標値を、前記操舵部材の操舵量が大きいほど小さくする、請求項3に記載の転舵制御装置。
  5.  前記車両の進行状態が前記第1状態である場合には前記第2状態である場合よりも前記転舵輪の移動速度を漸減させる、
    請求項1に記載の転舵制御装置。
  6.  前記操舵部材が前記所定操舵量以上に操舵されている場合に、前記車両が停止中に前記操舵部材が中立位置の方に切り戻されている状態で前記車両が発進する際と、前記操舵部材が切り増しされている状態で前記車両が発進する際とで、前記モータの駆動力を変更する、
    請求項1に記載の転舵制御装置。
  7.  前記車両が停止中に前記操舵部材が中立位置に切り戻されている状態で前記車両が発進する際には、前記操舵部材が前記所定操舵量以上に操舵された状態であっても、前記車両の進行状態が前記第1状態である場合と前記第2状態である場合とで前記モータの駆動力を変更しない、
    請求項1に記載の転舵制御装置。
  8.  前記転舵輪の転舵速度に関する第3物理量と前記第1物理量とに基づいて前記操舵部材が切り増しされているのか切り戻されているのかを判断する、
    請求項6又は7に記載の転舵制御装置。
  9.  運転者による操舵を受け付ける操舵部材と、前記操舵部材と機械的に切り離された転舵輪に転舵力を付与するモータと、を有する車両における前記転舵輪の転舵角を制御する転舵制御方法であって、
     前記操舵部材の操舵量に関する第1物理量と、前記車両の進行状態に関する第2物理量とを取得し、
     前記車両が停止中に前記操舵部材が予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で前記車両が発進する際に、前記転舵輪が前記操舵部材の操舵量に基づいた位置に移動するように前記モータを駆動させることに対して、前記車両の進行状態が第1状態である場合には、前記第1状態よりも前記車両が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、前記モータの駆動力を小さくする、
    転舵制御方法。
  10.  車両の運転者による操舵を受け付ける操舵部材と、
     前記操舵部材と機械的に切り離された転舵輪に転舵力を付与するモータと、
     前記運転者の操舵に基づいて前記モータを制御することで前記転舵輪の転舵角を制御する制御装置と、
    を備え、
     前記制御装置は、前記操舵部材の操舵量に関する第1物理量と、前記車両の進行状態に関する第2物理量とを取得し、
     前記車両が停止中に前記操舵部材が予め定められた所定操舵量以上に操舵された状態で前記車両が発進する際に、前記転舵輪が前記操舵部材の操舵に基づいた位置に移動するように前記モータを駆動させることに対して、前記車両の進行状態が第1状態である場合には、前記第1状態よりも前記車両が緩やかに進行する第2状態である場合と比べて、前記モータの駆動力を小さくする、
    操舵装置。
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