JP3593898B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転舵輪を転舵駆動するアクチュエータの駆動制御を行うことで、操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵させる操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵ハンドルに連結された操舵軸と、転舵輪を転舵させる転舵機構とを機械的に分離し、これらの連動制御を電気的に行う操舵制御装置が提案されている。例えば、特開平４−１３３８６０号では、図７に示す制御システムが開示されており、操舵ハンドル１０１の操作量をポテンショメータ１０２で検出し、その検出結果をもとに、転舵装置１０３によってロッド１０４を変位させて車輪１０５を転舵させる機構となっている。また、操舵ハンドル１０１はステアリングシャフト１０６を介してアクチュエータ１０７に連結されており、アクチュエータ１０７の駆動力により操舵反力が与えられる。この際、アクチュエータ１０７によって発生する操舵反力Ｔは、下記の（Ａ）式に基づいて決定している。なお、下記式中、θは操舵角、Ｍ_２、Ｍ_１、Ｍ_０は定数、Ｍｃは操舵方向により符号の変化する定数である。
【０００３】
Ｔ＝Ｍ_２・（ｄ^２θ／ｄｔ^２）＋Ｍ_１・（ｄθ／ｄｔ）＋Ｍ_０・θ±Ｍｃ …（Ａ）
この（Ａ）式中、変化する状態量は操舵角θのみであり、操舵反力Ｔは操舵角θに応じて決定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の走行中、操舵ハンドルが操舵角の中立位置を通過する際には、横加速度やヨーレートなどのタイヤに作用する外力が操舵に対して遅れて現れるため、この分、操舵後も操舵反力Ｔは残ることになる。しかし、（Ａ）式では、このような車両挙動による影響を考慮しておらず操舵反力Ｔに反映されないため、運転者に操舵違和感を与えてしまう。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、車両挙動を反映させた操舵反力の制御を行うことができる操舵制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる操舵制御装置は、操舵ハンドルの操作に応じて、転舵軸を駆動するアクチュエータの駆動制御を行うことで、転舵軸に連結された転舵輪の転舵制御を行う操舵制御装置であって、操舵ハンドルの操舵角を検知する操舵角検知手段と、車両の挙動状態を示す状態量である車両のヨーレート、横加速度、転舵軸に加わる軸力、又はアクチュエータの負荷電流のいずれかを検知する挙動状態検知手段と、操舵ハンドルに操舵反力を付与する反力付与手段と、操舵角検知手段で検知された操舵角と、挙動状態検出手段で検出された車両の挙動状態を示すいずれかの状態量とから、（Ｉ）式〜（ＩＶ）式のうち検出された状態量に対応する式に基づいて、反力付与手段に対する制御量を設定する制御量設定手段と、を備え、
Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｙ・γ ・・・（Ｉ）
Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｇ・Ｇｙ ・・・（ＩＩ）
Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｆ・Ｆ ・・・（ＩＩＩ）
Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｉ・Ｉ ・・・（ＩＶ）
［ただし、Ｔｈは制御量、θは操舵角、γはヨーレート、Ｇｙは横加速度、Ｆは軸力、Ｉは負荷電流、Ｋｐ，Ｋｄ，Ｋｄｄ，Ｋｙ，Ｋｇ，Ｋｆ，Ｋｉそれぞれはゲイン係数である］
上記（Ｉ）式〜（ＩＶ）式における右辺第４項のゲイン係数は、車速の増加に伴って増加されることを特徴とする。
【０００７】
車両の挙動状態が変化すると、車両に作用するヨーレートや横加速度が変化するとともに、ハンドル操舵トルク及び車体のロール角やロールレートも変化する。また、車両の挙動状態が変化すると転舵輪に作用する外力が変化するため、転舵軸に加わる軸力、転舵軸を駆動するアクチュエータの負荷状態なども変化する。従って、これらの検知結果は、いずれも車両の挙動状態を示す状態量となるため、挙動状態検知手段ではこのようなヨーレート、横加速度、軸力、負荷状態、操舵トルク、ロール角、ロールレートなどを検知する。また、制御量設定手段で設定される制御量には、このような車両の挙動状態に基づく制御量が含まれているため、車両の挙動変化により転舵輪に作用する外力の影響を、反力付与手段で付与される操舵反力に反映させることができる。
【０００９】
反力付与手段では、制御量設定手段で設定された制御量に応じて操舵反力を発生するが、このとき発生される操舵反力と操舵角との関係は、例えば図１に示すようになる。この操舵角−操舵反力特性において、操舵角の中立位置付近（操舵角＝０付近）における操舵反力のヒステリシス幅は、車速が高くなると小さくなる傾向にある。特に、高速走行中は、操舵角＝０付近でのハンドル操作が大部分となり、この領域でのヒステリシス幅の減少を抑制して、好適な操舵の安定感を与えることで、高速走行中の操縦安定性、ハンドル操作性を向上させることができる。
【００１０】
そこで、例えば、車速が高くなるに連れ、車両の挙動状態に基づく制御量のゲインを増加させることで、反力付与手段に対する制御量の設定に際し、高車速ほど、車両の挙動変化の影響をより強く反映させることができる。これにより、高速走行時における、このようなヒステリシス幅の減少を抑制することも可能であり、高速走行時にも好適な操舵反力を発生して、高速走行中の操縦安定性、ハンドル操作性を向上させることも可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図２に実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示す。この操舵制御装置は、運転者が操作する操舵機構１０、車輪２１を転舵させる転舵機構２０、これら操舵機構１０と転舵機構２０との連動制御を電気的に行う制御装置３０を備えて構成する。
【００１３】
操舵機構１０は、操舵反力を発生する反力モータ１１を備えており、この反力モータ１１の出力軸に操舵軸１２を連結し、操舵軸１２に対して操舵ハンドル１３を連結している。また、操舵軸１２には、操舵ハンドル１３の操舵角を検出する操舵角センサ１４を設けている。さらに、後述する制御装置３０から出力された制御量Ｔｈが与えられる駆動回路１５を備えており、駆動回路１５は与えられた制御量Ｔｈに応じて反力モータ１１を駆動させる。
【００１４】
転舵機構２０は、車輪２１を転舵させる駆動源となる転舵モータ２２を備えており、転舵モータ２２によって、ラックハウジング２３ｈ内のラック軸２３をその軸線方向に沿って変位駆動させる。また、ラック軸２３の両側には、それぞれタイロッド２４、ナックルアーム２５を介して車輪２１が連結されており、ラック軸２３の変位量及び変位方向に応じて車輪２１の転舵がなされる機構となっている。また、ラック軸２３のストローク位置を検出する位置センサ２６の本体をラックハウジング２３ｈに対して固定し、位置センサ２６の検出ロッド２６ａをラック軸２３に接続しており、ラックハウジング２３ｈに対するラック軸２３の変位量からラック軸２３のストローク位置を検出する。そして、ラック軸２３のストローク位置が車輪２１の転舵角に対応するため、位置センサ２６によってラック軸２３のストローク位置を検出することで、車輪２１の転舵角を検知している。また、ラック軸２３には軸力センサ２９を設けており、ラック軸２３に加わる軸力を検出している。さらに、後述する制御装置３０から出力された制御量Ｔｗが与えられる駆動回路２７を備えており、駆動回路２７は与えられた制御量Ｔｗに応じて転舵モータ２２を駆動させる。そして、駆動回路２７から転舵モータ２２に供給される、転舵モータ２２の負荷電流を電流センサ２８によって検出している。
【００１５】
制御装置３０には、操舵角センサ１４、位置センサ２６、電流センサ２８、軸力センサ２９の検出結果の他、車速を検出する車速センサ４１、車両の横方向の運動状態としてのヨーレートを検出するヨーレートセンサ４２、車両に作用する横方向の加速度を検出する横加速度センサ４３の検出結果が与えられ、これらの検出結果をもとに、反力モータ１１及び転舵モータ２２の駆動制御を実施している。
【００１６】
ここで制御装置３０で実施する転舵モータ２２の制御処理について、図３のフローチャートに沿って説明する。
【００１７】
このフローチャートは、イグニションスイッチのオン操作によって起動する。まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記す）１０２に進んで、操舵角センサ１４で検出された操舵角θ、車速センサ４１で検出された車速Ｖ及び位置センサ２６で検出されたラック軸２３の実ストローク位置Ｘｒをそれぞれ読み込む。
【００１８】
続く１０４では、Ｓ１０２で読み込んだ操舵角θと車速Ｖをもとに、車輪２１の転舵制御の目標となる、ラック軸２３の目標ストローク位置Ｘｔを設定する。この際、制御装置３０には、図４に示すように、操舵ハンドル１３の操舵角θを車輪２１の転舵角θｗとして伝達する伝達比Ｇ（Ｇ＝操舵角θ／転舵角θｗ）の値を、操舵角θと車速Ｖとに応じて規定した３次元マップを備えており、Ｓ１０２で読み込まれた操舵角θと車速Ｖから、図４のマップをもとに検索し、操舵角θ及び車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定する。そして、設定された伝達比Ｇと操舵角θとをもとに、（１／Ｇ）＊θを演算し、その演算結果をラック軸２３の目標ストローク位置Ｘｔとして設定する。
【００１９】
なお、前述したようにラック軸２３のストローク位置は車輪２１の転舵角に対応するため、「目標ストローク位置」は車輪２１の「目標転舵角」と同義である。
【００２０】
続くＳ１０６では、Ｓ１０２で読み込んだラック軸２３の実ストローク位置Ｘｒと、Ｓ１０４で設定したラック軸２３の目標ストローク位置Ｘｔとをもとに、転舵モータ２２に対する制御量Ｔｗを、下記の（１）式に基づいて設定する。なお、（１）式中、Ｃｐ、Ｃｄ、Ｃｉは、該当する制御量のゲインを示すゲイン係数である。
【００２１】

Ｓ１０６において、転舵モータ２２に対する制御量Ｔｗが設定された後、Ｓ１０８に進み、Ｓ１０６で設定された制御量Ｔｗを駆動回路２７に対して出力し、駆動回路２７は制御量Ｔｗをもとに転舵モータ２２を駆動する。
【００２２】
このような処理を繰り返し実行することで、操舵ハンドル１３の操舵角θ、車速Ｖに応じた車輪２１の転舵制御が継続して実行される。
【００２３】
次に制御装置３０で実施する反力モータ１１の制御処理について、図５のフローチャートに沿って説明する。
【００２４】
このフローチャートは、イグニションスイッチのオン操作によって起動する。まず、Ｓ２０２に進んで、操舵角センサ１４で検出された操舵角θ、ヨーレートセンサ４２で検出されたヨーレートγをそれぞれ読み込む。
【００２５】
続くＳ２０４では、Ｓ２０２で読み込まれた操舵角θ及びヨーレートγをもとに、反力モータ１１に対する制御量Ｔｈを設定する。この際、下記（２）式をもとに、反力モータ１１に対する制御量Ｔｈを設定する。なお、（２）式中、Ｋｐ、Ｋｄ、Ｋｄｄ、Ｋｙは、該当する制御量のゲインを示すゲイン係数である。
【００２６】

（２）式における右辺第１項、第２項及び第３項にかかる演算により、操舵角θに基づく操舵反力の制御量が設定される。第１項は操舵角θに応じた操舵反力を付与する項として作用し、第２項は操舵ハンドル１３の振動を抑制する粘性項として作用し、第３項は反力モータ１１の慣性モーメントの影響を抑制し、操舵ハンドル１３の切り始めの操舵感を調節する慣性項として作用する。また、右辺第４項は、ヨーレートセンサ４２で検出されたヨーレートγに基づく項となっており、操舵角θに基づく第１項〜第３項で設定される制御量に対し、車両の挙動状態としてのヨーレートγに基づく第４項で規定される制御量を加算することにより、反力モータ１１に対する制御量Ｔｈを設定している。
【００２７】
このようにしてＳ２０４で反力モータ１１に対する制御量Ｔｈを設定した後、Ｓ２０６に進み、設定した制御量Ｔｈを駆動回路１５に対して出力し、駆動回路１５は制御量Ｔｈをもとに反力モータ１１を駆動する。
【００２８】
このような処理を繰り返し実行することで、操舵角θの変化に関連した操舵反力を付与することができると共に、ヨーレートγが車両に作用した場合には、この際に車輪２１に加わる外力に応じた操舵反力を作用させることができるため、車両の挙動状態を反映させた操舵反力の制御を実施することができる。
【００２９】
また、このように操舵反力に影響する、車両の挙動状態を示す検出値としては、ヨーレートγの他に横加速度センサ４３で検出される横加速度Ｇｙがある。また、このような車両の挙動状態が変化すると、車輪２１を介してラック軸２３に作用する軸力Ｆが変化し、軸力Ｆの変化により転舵モータ２２の負荷電流Ｉが変化する。さらに、車両の挙動状態が変化すると、ハンドル操舵トルク及び車体のロール角やロールレートも変化する。従って、（２）式におけるヨーレートγに代えて、これらの検出結果を採用して操舵反力の制御量Ｔｈを設定することもできる。そこで、代表として、横加速度Ｇｙ、軸力Ｆ、負荷電流Ｉの各検出結果を用いた演算式を（３）式、（４）式、（５）式として示す。なお、（３）、（４）、（５）式中、Ｋｇ、Ｋｆ、Ｋｉはゲイン係数であり、Ｓ２０２では、ヨーレートγに代えて、それぞれが該当する検出結果を読み込む。
【００３０】

さらに、他の実施形態としては、（２）式〜（５）式における右辺第４項のゲイン係数を、車速Ｖに応じて設定しても良い。一例として、図６に、ヨーレートγのゲイン係数Ｋｙと車速Ｖとの関係を示す。図６では、車速Ｖが高いほど、ヨーレートγのゲイン係数Ｋｙが大きな値となるように規定しており、他のゲイン係数Ｋｔ、Ｋｇ、Ｋｆ、Ｋｉでも同様に、車速Ｖが高いほど、ゲイン係数の値を増加させて設定する。このようにゲイン係数を設定することで、車速Ｖが高いほど、車両の挙動変化の影響をより強く反映させることができる。
【００３１】
以上説明した実施形態では、（２）式〜（５）式における右辺第４項の符号を「＋」として例示したが、「−」とすることも可能である。これは、操舵角θと各検出結果との位相差を考慮したものである。
【００３２】
例えば、右辺第４項が操舵角θに対して位相遅れを持った検出結果（操舵トルク以外の検出結果）に基づく演算項の場合には、符号を「＋」とすることで、操舵角−操舵反力特性（図１参照）における操舵反力のヒステリシス幅が小さくなって、車両挙動が変化した際の操舵応答性が向上するように作用する。また、符号を「−」とすることで、このヒステリシス幅が大きくなって車両挙動が変化した際の操舵安定性が向上するように作用する。従って、符号を「−」とした場合、（２）式〜（５）式における右辺第４項のゲイン係数を、車速Ｖの増加に伴って増加させることで、先の図１で示したように、車速Ｖが高くなるに連れて、操舵反力のヒステリシス幅が小さくなる傾向を抑制することができ、高速走行中の舵角中立位置付近において、好適な操舵反力を付与することができ、おもに操舵角中立位置付近でのハンドル操作となる高速走行時の操作性を向上させることができる。
【００３３】
これに対し、右辺第４項が操舵角θに対して位相が進んだ検出結果（操舵トルク）に基づく演算項の場合には、符号を「＋」とすることで、このヒステリシス幅が大きくなって車両挙動が変化した際の操舵安定性が向上するように作用し、符号を「−」とすることで、このヒステリシス幅が小さくなって、車両挙動が変化した際の操舵応答性が向上するように作用する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項にかかる操舵制御装置によれば、制御量設定手段では、操舵角検知手段で検知された操舵角に基づく制御量と挙動状態検知手段で検知された車両の挙動状態に基づく制御量とをもとに、反力付与手段に対する制御量を設定するので、車両の挙動変化により転舵輪に作用する外力の影響を操舵反力に反映させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵角−操舵反力特性を示す図である。
【図２】操舵制御装置の全体的な構成を示すブロック図である。
【図３】転舵モータの駆動制御を示すフローチャートである。
【図４】操舵角θ及び車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定するマップである。
【図５】反力モータの駆動制御を示すフローチャートである。
【図６】車速Ｖとゲイン係数Ｋｙとの関係を規定したマップである。
【図７】従来の操舵制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０…操舵機構、１１…反力モータ、１４…操舵角センサ、２０…転舵機構、
２１…車輪（転舵輪）、２２…転舵モータ（アクチュエータ）、
２６…位置センサ、２８…電流センサ、２９…軸力センサ、３０…制御装置、
４１…車速センサ、４２…ヨーレートセンサ、４３…横加速度センサ。

Claims (1)

1. 操舵ハンドルの操作に応じて、転舵軸を駆動するアクチュエータの駆動制御を行うことで、前記転舵軸に連結された転舵輪の転舵制御を行う操舵制御装置であって、
   前記操舵ハンドルの操舵角を検知する操舵角検知手段と、
   車両の挙動状態を示す状態量である前記車両のヨーレート、横加速度、前記転舵軸に加わる軸力、又は前記アクチュエータの負荷電流のいずれかを検知する挙動状態検知手段と、
   前記操舵ハンドルに操舵反力を付与する反力付与手段と、
   前記操舵角検知手段で検知された操舵角と、前記挙動状態検出手段で検出された車両の挙動状態を示すいずれかの状態量とから、（Ｉ）式〜（ＩＶ）式のうち検出された前記状態量に対応する式に基づいて、前記反力付与手段に対する制御量を設定する制御量設定手段と、を備え、
   Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｙ・γ ・・・（Ｉ）
   Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｇ・Ｇｙ ・・・（ＩＩ）
   Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｆ・Ｆ ・・・（ＩＩＩ）
   Ｔｈ＝Ｋｐ・θ＋Ｋｄ・ｄθ／ｄｔ＋Ｋｄｄ・ｄ ^２ θ／ｄｔ ^２ −Ｋｉ・Ｉ ・・・（ＩＶ）
   ［ただし、Ｔｈは制御量、θは操舵角、γはヨーレート、Ｇｙは横加速度、Ｆは軸力、Ｉは負荷電流、Ｋｐ，Ｋｄ，Ｋｄｄ，Ｋｙ，Ｋｇ，Ｋｆ，Ｋｉそれぞれはゲイン係数である］
   上記（Ｉ）式〜（ＩＶ）式における右辺第４項のゲイン係数は、車速の増加に伴って増加されることを特徴とする操舵制御装置。

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