特許第5776969号(P5776969)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5776969
(24)【登録日】2015年7月17日
(45)【発行日】2015年9月9日
(54)【発明の名称】ステアリング制御装置
(51)【国際特許分類】
   B62D 6/00 20060101AFI20150820BHJP
   H02P 21/00 20060101ALI20150820BHJP
   H02P 27/04 20060101ALI20150820BHJP
   B62D 113/00 20060101ALN20150820BHJP
【FI】
   B62D6/00ZYW
   H02P5/408 C
   B62D113:00
【請求項の数】2
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2011-105641(P2011-105641)
(22)【出願日】2011年5月10日
(65)【公開番号】特開2012-236466(P2012-236466A)
(43)【公開日】2012年12月6日
【審査請求日】2014年4月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107238
【弁理士】
【氏名又は名称】米山 尚志
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 輝彦
【審査官】 三宅 龍平
(56)【参考文献】
【文献】 特開2003−341541(JP,A)
【文献】 特開2002−029431(JP,A)
【文献】 特開2004−074983(JP,A)
【文献】 特開2005−219618(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B62D 6/00
B62D 5/04
H02P 21/00
H02P 27/04
B62D 113/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結され、前記ステアリングホイールの回転に応じた舵角で前記操舵輪が転舵する車両のステアリング制御装置であって、
前記ステアリングホイールに対してトルクを付与するトルク発生手段と、
前記ステアリングホイール側で発生する舵角を操舵角として検出する第1検出手段と、
前記操舵輪側で発生する舵角を実舵角として検出する第2検出手段と、
前記第2検出手段が検出した実舵角が、前記第1検出手段が検出した操舵角に対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する進み位相判定手段と、
前記ステアリングホイールが操舵操作されていない非操作状態か否かを判定する操作状態判定手段と、
前記非操作状態であると前記操作状態判定手段が判定し、且つ前記実操舵角が進み位相状態であると前記進み位相判定手段が判定したとき、前記一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクを前記トルク発生手段に発生させ、前記非操作状態ではないと前記操作状態判定手段が判定したとき、前記制動トルクを前記トルク発生手段に発生させない制御手段と、を備えた
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項2】
請求項1に記載のステアリング制御装置であって、
前記制御手段は、前記操舵角と前記実舵角との位相差が大きいほど強い制動トルクを発生させる
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステアリングホイールに制動トルクを付与するステアリング制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電動パワーステアリング装置は、タイヤと路面との摩擦によって大きな操舵力が必要となる場合に、運転者の操舵操作を補助するためのアシストトルクをモータによって付与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2009−179096号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結されている場合、車両の走行中に操舵輪のタイヤが路面から受ける外力は、ステアリング機構を介してステアリングホイールに伝達される。例えば、運転者がステアリングホイールを中立位置に保持する車両の直進走行中において、輪舵角を回転させようとする外力が路面からタイヤへ入力すると、その回転力がステアリングホールに伝達され、ステアリングホイールが従動回転する。このため、タイヤへ入力する外力が増大し、ステアリングホイールの従動回転量が増大すると、運転者に不安感を与えてしまう可能性が生じる。また、外力がタイヤに頻繁に入力すると、運転者は修正操舵を頻繁に行わなければならず、走行安定性が損なわれる可能性が生じる。
【0005】
そこで、本発明は、車両の走行安定性を向上させることが可能なステアリング制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成すべく、本発明は、ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結され、ステアリングホイールの回転に応じた舵角で操舵輪が転舵する車両のステアリング制御装置であって、トルク発生手段と第1検出手段と第2検出手段と進み位相判定手段と操作状態判定手段と制御手段とを備える。
【0007】
トルク発生手段は、ステアリングホイールに対してトルクを付与する。第1検出手段は、ステアリングホイール側で発生する舵角を操舵角として検出する。第2検出手段は、操舵輪側で発生する舵角を実舵角として検出する。進み位相判定手段は、第2検出手段が検出した実舵角が、第1検出手段が検出した操舵角に対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する。操作状態判定手段は、ステアリングホイールが操舵操作されていない非操作状態か否かを判定する。制御手段は、非操作状態であると操作状態判定手段が判定し、且つ実操舵角が進み位相状態であると進み位相判定手段が判定したとき、一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクをトルク発生手段に発生させ、非操作状態ではないと操作状態判定手段が判定したとき、制動トルクをトルク発生手段に発生させない
【0008】
上記構成では、車両の走行中において、輪舵角を回転させようとする外力が路面から操舵輪のタイヤへ入力し、操舵輪側で発生する実舵角がステアリングホイール側で発生する操舵角に対して一方の回転方向へ先行して変化すると、進み位相判定手段は、進み位相状態であると判定し、制御手段は、一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクをトルク発生手段に発生させる。トルク発生手段が発生させる制動トルクは、路面からの外力によるステアリングホイールの従動回転に対する反力として作用するので、路面からの外力(外乱)によるステアリングホイールの従動回転が抑制される。従って、ステアリングホイールの状態が安定し、車両の走行安定性が向上する。
【0010】
また、運転者が操舵操作を行っている間は、制動トルクは発生せず、例えばステアリングホイールを中立位置に保持する車両の直進走行中のように、運転者が操舵操作を行っておらず、且つ実操舵角が進み位相状態となった場合に制動トルクが発生する。従って、ステアリングホイールを積極的に操作する際の操作性を損なうことなく、直進時のステアリングホイールの状態が安定し、車両の走行安定性が向上する。
【0011】
また、制御手段は、操舵角と実舵角との位相差が大きいほど強い制動トルクを発生させてもよい。
【0012】
上記構成では、操舵輪のタイヤへ入力する外力が強いほど、操舵角と実舵角との位相差が増大し、発生する制動トルクが強くなるので、路面からの外力によるステアリングホイールの従動回転を的確に抑制することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、車両の走行安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の一実施形態のステアリング制御装置が設けられた車両の要部模式図である。
図2図1のステアリング制御装置の機能構成図である。
図3】静止状態での操舵角と実舵角との関係を示す図である。
図4】操舵状態での操舵角と実舵角との関係を示す図であり、(a)は左操舵時を、(b)は右操舵時をそれぞれ示す。
図5】該乱入力状態での操舵角と実舵角との関係を示す図であり、(a)は左方向への外力の入力時を、(b)は右方向への外力の入力時をそれぞれ示す。
図6図1のステアリング制御装置が実行する制動トルク発生処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明のステアリング制御装置をパワーステアリング装置1に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。
【0016】
図1及び図2に示すように、車両の左右の前輪(操舵輪)WL,WRは、タイロッド11を介してラックシャフト12の両端にそれぞれ連結されている。ラックシャフト12には、ピニオン(図示省略)を介してステアリングシャフト13の下端部が連結され、ステアリングシャフト13の上端部には、ステアリングホール14が固定されている。ステアリングホイール14が中立位置に設定されると、左右の前輪WL、WRがともに前後方向に沿う直進走行状態となり、ステアリングホイール14が中立位置から左右方向へ回転操作(操舵)されると、ステアリングシャフト13、ピニオン、ラックシャフト12及びタイロッド11を介して、左右の前輪WL,WRが転舵される。すなわち、ステアリングシャフト13、ピニオン、ラックシャフト12及びタイロッド11は、ステアリングホイール14と左右の前輪WL,WRとを連結するステアリング機構2を構成し、ステアリングホイール14の回転に応じた舵角θで左右の前輪WL,WRが転舵する。
【0017】
ステアリング機構2はねじり剛性を有することから、ステアリング機構2で発生する舵角θは、回転力の入力側の方が出力側よりも大きくなる。例えば、ステアリングホイール14が操舵された場合は、ステアリングホイール14側で発生する舵角θの方が、前輪WL,WR側で発生する舵角θよりも大きくなる。反対に、車両の走行中に前輪WL,WRを回転させようとする外力が路面から前輪WL,WRのタイヤ15へ入力した場合は、前輪WL,WR側で発生する舵角θの方がステアリングホイール14側で発生する舵角θよりも大きくなる。なお、以下では、ステアリングホイール5が中立位置で車両が直進走行するときの舵角θを0°(基準)とし、ステアリングホイール5が中立位置から右方向(時計回り)へ回転するときを正、左方向(反時計回り)へ回転するときを負として説明する。
【0018】
ステアリングシャフト13の上端側(ステアリングホイール14側)には、ロータリーエンコーダなどからなる操舵角センサ6が設けられている。操舵角センサ6は、ステアリングホイール14側で発生する舵角θを操舵角θaとして逐次検出する第1検出手段として機能し、その検出値を操舵角信号として後述するコントローラ4へ出力する。
【0019】
また、ステアリングシャフト13には、ステアリングホイール14に入力される操舵トルクに応じてねじれを生じるトーションバー(図示省略)が設けられ、トーションバーのねじれの量および方向がトルクセンサ5によって逐次検出される。トルクセンサ5の検出値(トーションバーのねじれの量および方向)は、トルク信号としてコントローラ4へ出力する。
【0020】
パワーステアリング装置1は、モータ(トルク発生手段)3の回転トルクをラックシャフト12の往復動方向の力に変換するボールねじ式の変換機構を有するラック同軸型の電動式パワーステアリング装置である。ラックシャフト12の一部外周面にはボールスクリュー溝(図示省略)が形成されており、ラックシャフト12と同軸に配置されたモータ3のロータには、ボールスクリュー溝に対応するボールスクリュー溝を内周面上に有するボールナットが固定されている。一対のボールスクリュー溝の間には複数のボールが収納されており、ボールねじによってモータ3の回転運動がラックシャフト12の往復運動に変換される。モータ3は、コントローラ4からの指令信号によってベクトル制御され、正逆両方向へ適宜回転駆動される。ベクトル制御では、運転者のステアリング操作を補助するアシストトルクの発生時には、力行となるベクトルが指示され、ステアリングホイール14の回転を抑制する制動トルクの発生時には、回生となるベクトルが指示される。モータ3が駆動されると、ラックシャフト12が軸方向(車幅方向の右又は左)に駆動され、ステアリングホール14にトルク(アシストトルク又は制動トルク)が付与される。
【0021】
モータ3には、モータ3の回転位置を検出する磁気位置センサ7が設けられている。磁気位置センサ7の検出値は、ラックシャフト12の移動に応じて変動し、ラックシャフト12の移動に応じて舵角θが変更する。従って、磁気位置センサ7は、前輪WL,WR側で発生する舵角θを実舵角θbとして逐次検出する第2検出手段として機能し、その検出値を実舵角信号としてコントローラ4へ出力する。なお、磁気位置センサ7に代えて、ラックシャフト12の位置を直接検出するセンサを第2検出手段として設けてもよい。
【0022】
コントローラ4は、CPU(Central Processing Unit)8と記憶部(図示省略)とを有する。記憶部は、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などの記録媒体によって構成され、CPU8が各種処理を実行するための各種プログラムや各種データが記憶されている。各種プログラムには、CPU8がモータ制御処理(アシストトルク発生処理及び制動トルク発生処理)を実行するためのモータ制御処理実行プログラムが含まれる。また、記憶部は、各種検出値や情報などが読み書き自在に記憶される記憶領域を有する。
【0023】
CPU8は、アシストトルク発生処理及び制動トルク発生処理を実行することによって、操舵アシスト制御部16、モータベクトル制御部(制御手段)17及び位相検出部(位相判定手段、操作状態判定手段)18として機能する。
【0024】
アシストトルク発生処理において、操舵アシスト制御部16は、トルクセンサ5から入力したトルク信号が示す検出値(検出値に対応する操舵入力トルクの大きさとその方向)に基づいて、ステアリングホイール14に対する運転者の操舵を補助するアシストトルクの方向及び大きさを決定する。モータベクトル制御部17は、操舵アシスト制御部16が決定したアシストトルクを発生させる指令信号をモータ3に出力する。なお、車速センサやヨーレートセンサ等を設け、車速や加速度やヨーレート等の他の情報と操舵入力トルクとに基づいてアシストトルクの大きさを決定してもよい。
【0025】
制動トルク発生処理において、位相検出部18は、ステアリングホイール14が操舵操作されていない非操作状態か否かを判定する。ステアリングホイール14の操舵速度(回転角速度)を、操舵角センサ6が検出する操舵角θaの時間変化(時間微分値)として算出し、算出した操舵速度が所定値以下の場合に、非操作状態であると判定する。なお、非操作状態か否かの判定方法は、上記に限定されず、例えば、ステアリングホイール14の操舵加速度(回転角加速度)を算出し、算出した操舵加速度が所定値以下の場合に非操作状態であると判定してもよく、トルクセンサ5からのトルク信号が示す検出値の時間変化が(時間微分値)が所定値以下の場合に非操作状態であると判定してもよい。
【0026】
また、位相検出部18は、操舵角センサ6が検出する操舵角θaの位相(中立位置からの角度)と、磁気位置センサ7が検出する実舵角θbの位相(中立位置からの角度)とを逐次比較し、実舵角θbが操舵角θaに対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する。なお、磁気位置センサ7からの実舵角信号が示す検出値は、ラックシャフト12の直線方向の変位であり、舵角θを間接的に示す値である。このため、実舵角信号が示す検出値(軸方向変位)を、舵角θに相当する角度に換算して操舵角θaと比較する。
【0027】
進み位相状態であるか否かの判定では、操舵角θaと実舵角θbとを取得する度に、操舵角θaと実舵角θbとの差の絶対値(位相差)が所定値以上であるか否かを判定する。また、操舵角θa及び実舵角θbの時間変化(時間微分値)をそれぞれ算出し、その算出値を時系列に記憶する。位相差が所定値以上である場合、時系列に記憶した操舵角θa及び実舵角θbの時間変化に基づき、進み位相状態であるか否かを判定する。具体的には、操舵角θaと実舵角θbとが同じ回転方向へ変化し、実舵角θbの時間変化の方が操舵角θaの時間変化よりも大きく、且つ位相差の時間変化(操舵角θaの時間変化と実舵角θbの時間変化との差)が増大している場合に、進み位相状態であると判定する。なお、進み位相状態の判定方法は、上記に限定されず、例えば、位相差が所定値以上であるか否かの判定を省略してもよい。また、操舵角θa又は実舵角θbから車両が直進走行状態であるか否かを判定し、直進走行状態である場合に、中立位置に対する操舵角θaの変位(位相)と実舵角θbの変位(位相)とを比較し、実舵角θbの方が操舵角θaよりも大きく変位している場合に、進み位相状態であると判定してもよい。
【0028】
さらに、位相検出部18は、進み位相状態であると判定すると、モータ3に発生させる制動トルクの大きさ(制動トルク指示値)を操舵角θaと実舵角θbとの位相差に応じて決定し、決定した制動トルク指示値を示す制動指示信号をモータベクトル制御部17へ出力する。制動トルクの方向は、実舵角θbの進み位相方向に対して反対方向へ向かう方向である。例えば、実舵角θbが操舵角θaに対して右回転方向へ先行する場合、左回転方向の制動トルクを発生させる。本実施形態では、右回転方向への制動トルクを発生させる場合には、正の制動トルク値を設定し、左回転方向への制動トルクを発生させる場合には、負の制動トルク値を設定する。また、制動トルク指示値は、位相差が大きいほど強い制動トルクが発生するように決定する。制動トルク指示値は、本実施形態では、位相差に比例して制動トルク指示値の絶対値が増大するように決定する。また、位相差と制動トルク指示値との対応関係として所定の演算式を予め記憶し、位相差を用いて制動トルク指示値を演算する。なお、位相差と制動トルク指示値との対応関係は、位相差の増大に応じて制動トルク指示値が増大する関係であれば比例関係に限定されず、また、マップやテーブルとして設定されてもよい。
【0029】
モータベクトル制御部17は、位相検出部18から入力された始動指示信号に応じた強さの制動トルクを発生させる指令信号をモータ3へ出力する。すなわち、モータベクトル制御部17は、非操作状態であって実操舵角θbが進み位相状態であると位相検出手段18が判定したとき、操舵角θaと実舵角θbとの位相差に応じた制動トルクをモータ3に発生させる。
【0030】
ここで、ステアリングホイール14側で発生する舵角θである操舵角θaと、前輪WL,WR側で発生する舵角θである実舵角θbとの関係について、図3図5を参照して説明する。
【0031】
ステアリングホイール14が中立位置に設定され、左右の前輪WL、WRがともに前後方向に沿う直進走行状態では、図3に示すように、理論上は操舵角θaと実舵角θbとがともに0°(θa=θb=0°)となり、両者は一致する。
【0032】
直進走行状態からステアリングホイール14が操舵操作されると、ステアリング機構2のねじり剛性によって、図4に示すように、操舵角θaの絶対値の方が実舵角θbの絶対値よりも大きくなる(│θa│>│θb│)。すなわち、操舵角θaは実舵角θbに対して進み位相となる。
【0033】
一方、直進走行状態において、路面の凹凸形状等によって前輪WL,WRを回転させようとする外力が路面から前輪WL,WRのタイヤ15へ入力すると、図5に示すように、実舵角θbの絶対値の方が操舵角θaの絶対値よりも大きくなる(│θb│>│θa│)。すなわち、実舵角θbは操舵角θaに対して進み位相となる。本実施形態では、このような場合に、制動トルクを発生させて、路面からの外乱によるステアリングホール14のふらつきを抑制している。
【0034】
次に、CPU8が実行する制動トルク発生処理について図6を参照して説明する。本処理は、車両のイグニッションキーがON状態のとき、所定時間毎に繰り返して実行される。
【0035】
本処理が開始されると、位相検出部18は、ステアリングホイール14の操舵速度を操舵角θaの時間変化として算出し、算出した操舵速度が所定値以下であるか否かを判定する(ステップS1)。
【0036】
操舵速度が所定値以下の場合(ステップS1:YES)、位相検出部18は、操舵角θaの位相と実舵角θbの位相と検出し(ステップS2)、実舵角θbが操舵角θaに対して一方の回転方向へ先行して変化する進み位相状態であるか否かを判定する(ステップS3)。
【0037】
実舵角θbが進み位相状態である場合(ステップS3:YES)、位相検出部18は、操舵角θaと実舵角θbとの位相差に比例した制動トルク指示値を演算する(ステップS4)。モータベクトル制御部17は、位相検出部18が演算した制動トルク指示値の制動トルクを発生させる指令信号をモータ3へ出力し(ステップS5)、本処理を終了する。
【0038】
一方、ステアリングホイール14の操舵速度が所定値を超えている場合(ステップS1:NO)、及び実舵角θbが進み位相状態ではない場合(ステップS3:NO)は、制動トルクを発生させずに、本処理を終了する。
【0039】
このように、本実施形態によれば、車両の走行中において、前輪WL,WRの輪舵角(タイヤ角)を回転させようとする外力(外乱)が路面から前輪WL,WRのタイヤ15へ入力し、前輪WL,WR側で発生する実舵角θbがステアリングホイール14側で発生する操舵角θaに対して一方の回転方向へ先行して変化すると、進み位相状態であると判定されて、一方の回転方向に対して反対方向へ向かう制動トルクがステアリングホール14に付与される。この制動トルクは、路面からの外力によるステアリングホイール14の従動回転に対する反力として作用するので、路面からの外力によるステアリングホイール14の従動回転が抑制される。従って、ステアリングホイール14の状態が安定し、車両の走行安定性が向上する。
【0040】
また、運転者が操舵操作を行っている間は、制動トルクは発生せず、例えばステアリングホイール14を中立位置に保持する車両の直進走行中のように、運転者が操舵操作を行っておらず、且つ実操舵角θbが進み位相状態となった場合に制動トルクが発生する。従って、ステアリングホイール14を積極的に操作する際の操作性を損なうことなく、直進時のステアリングホイール14の状態を安定させて、車両の走行安定性を向上させることができる。
【0041】
また、前輪WL,WRのタイヤ15へ入力する外力が強いほど(外乱が大きいほど)、操舵角θaと実舵角θbとの位相差が増大し、発生する制動トルクが強くなるので、路面からの外力によるステアリングホイール14の従動回転を的確に抑制することができる。
【0042】
なお、上記実施形態は、本発明の一例であり、本発明を逸脱しない範囲において変更可能である。
【0043】
例えば、制操舵角θaと実舵角θbとの位相差に関わらず、一定の制動トルクを発生させてもよい。制操舵角θa及び実舵角θbの検出位置は、上記に限定されず、また検出方法も上記に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明は、ステアリングホイールと操舵輪とがステアリング機構を介して連結される車両に広く適用可能である。
【符号の説明】
【0045】
1:パワーステアリング装置(ステアリング制御装置)
2:ステアリング機構
3:モータ(トルク発生手段)
4:コントローラ
5:トルクセンサ
6:操舵角センサ(第1検出手段)
7:磁気位置センサ(第2検出手段)
8:CPU
12:ラックシャフト
13:ステアリングシャフト
14:ステアリングホイール
15:タイヤ
16:操舵アシスト制御部
17:モータベクトル制御部(制御手段)
18:位相検出部(位相判定手段、操作状態判定手段)
WL,WR:前輪(操舵輪)
θ:舵角
θa:操舵角
θb:実舵角
図1
図2
図3
図4
図5
図6