JP5045138B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵制御を行う操舵制御装置に関する。

従来から、直線走行時に左右方向に車両が流れていく現象（以下、このような現象を「偏向」又は「車両流れ」と呼ぶ。）が発生した場合に、電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）によって操舵アシストを行う技術が提案されている。例えば、特許文献１には、路面カントがある場合に、入力された操舵トルクとアシストトルクとの関係を規定したアシストトルクマップを、操舵トルクにおける左右方向に移動させて操舵アシストを行う技術が記載されている。また、特許文献２には、車線逸脱防止制御を行う運転支援装置において、操舵トルクが所定値以上である場合に、車線逸脱防止制御を禁止する技術が記載されている。更に、本発明に関連のある技術が特許文献３に記載されている。

特開２００３−２６７２５０号公報 特開２００５−３４３３０５号公報 特開平１１−３３４６３１号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、アシストトルクマップを左右方向に移動させることにより、操舵トルクが概ね０においてアシスト特性が勾配を有することとなり、操舵アシストが安定しない場合があった。また、右方向に操舵する場合と左方向に操舵する場合とで、入力すべき操舵トルクにおいて比較的大きな差が生じていた。上記した特許文献２及び３に記載された技術でも、このような操舵トルクの左右差を発生させることなく、車両の偏向を抑制することが困難であった。

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、操舵トルクの左右差の発生を抑制しつつ、車両に発生する偏向を効果的に抑制することが可能な操舵制御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、運転者によって入力された操舵トルクに対してアシストトルクを発生させる操舵制御装置は、運転者によって入力された前記操舵トルクが、操舵トルクが０である原点を含む所定範囲内にある場合には、車両の偏向方向と逆方向のアシストトルクを付与する第１アシスト特性に従って操舵アシストを実行し、運転者によって入力された前記操舵トルクが前記所定範囲外にある場合には、前記操舵トルクに応じたアシストトルクを付与する第２アシスト特性に従って操舵アシストを実行する操舵制御手段を備え、前記第１アシスト特性は、前記原点に対して左右非対称のアシスト特性になるように設定されていると共に、前記偏向方向と同方向のほうが前記偏向方向と逆方向よりも範囲が広く設定されており、前記第２アシスト特性は、前記原点に対して左右対称のアシスト特性になるように設定されており、前記偏向方向は、直線走行時に左方向又は右方向に前記車両が流れていく現象が発生した状態での、前記車両が流れていく方向である。

上記の操舵制御装置は、運転者によって入力された操舵トルクに対してアシストトルクを発生させるために好適に利用される。具体的には、操舵制御装置は、運転者によって入力された操舵トルクが、操舵トルクが０である原点を含む所定範囲内にある場合には、車両の偏向方向と逆方向のアシストトルクを付与するように設定された第１アシスト特性に従って、操舵アシストを行う。このような第１アシスト特性によれば、車両に偏向が発生した場合に、操舵トルクが概ね０である状態において、車両の偏向方向と逆方向の操舵トルクを適切に付与することができる。よって、上記の操舵制御装置によれば、操舵トルクの左右差の発生を抑制しつつ、直線走行時に車両に発生する偏向を効果的に抑制することが可能となる。したがって、運転者は適切に直進状態を維持することが可能となる。なお、偏向方向は、直線走行時に左方向又は右方向に車両が流れていく現象が発生した状態での、車両が流れていく方向を意味する。
具体的には、上記の第１アシスト特性は、原点に対して左右非対称のアシスト特性になるように設定されていると共に、偏向方向と同方向のほうが偏向方向と逆方向よりも範囲が広く設定されている。これにより、操舵トルクの左右差の発生などを効果的に抑制することができる。
他方で、操舵制御装置は、運転者によって入力された操舵トルクが所定範囲外にある場合には、操舵トルクに応じたアシストトルクを付与する第２アシスト特性に従って操舵アシストを実行する。この第２アシスト特性は、原点に対して左右対称のアシスト特性になるように設定されている。

上記の操舵制御装置の他の一態様では、前記操舵制御手段は、前記所定範囲において付与すべきアシストトルク量を、少なくとも車速及び前記操舵トルクに基づいて算出する。これにより、操舵アシストにおけるアシストトルクのレベルを、車速及び操舵トルクなどに応じて適切に変化させることができる。

上記の操舵制御装置において好適には、前記車両における偏向方向を検出する偏向方向検出手段を備え、前記操舵制御手段は、前記偏向方向検出手段によって検出された前記偏向方向に基づいて、前記所定範囲において前記アシストトルクを付与する方向を切り替えることができる。

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。

［全体構成］
まず、本実施形態に係る操舵制御装置が適用された操舵制御システム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、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、回転角センサ３と、モータ５と、操舵トルクセンサ６と、ラックアンドピニオン部７と、タイロッド８ｒ、８ｌと、ナックルアーム９ｒ、９ｌと、車輪（前輪）１０Ｆｒ、１０Ｆｌと、車速センサ１２と、コントローラ２０と、を備える。なお、以下では、タイロッド８ｒ、８ｌ、ナックルアーム９ｒ、９ｌ、及び車輪１０Ｆｒ、１０Ｆｌ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、以下では、ステアリングホイールのことを単に「ステアリング」とも呼ぶ。

操舵制御システム５０は、所謂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、転舵輪である車輪１０Ｆを転舵駆動するモータ５の駆動制御を行い、ステアリングホイール１の操作に応じて転舵輪を転舵させるシステムである。

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、ラックアンドピニオン部７に接続される。ステアリングシャフト２には、回転角センサ３、モータ５、及び操舵トルクセンサ６が設けられている。

モータ５は、減速機や電動モータなどによって構成され、コントローラ２０から供給される制御信号Ｓ５によって制御される。反力モータ５は、例えば操舵感や操舵安定性などを向上させるために、運転者による操舵に応じてアシストトルク（操舵アシスト力）を発生させると共に、操舵安定性及び操舵感などを向上させるために付加減衰力を発生させる。

回転角センサ３は、運転者によるステアリングホイール１の操作に対応する回転角を検出する。回転角センサ３は、検出した回転角に対応する検出信号Ｓ３をコントローラ２０に供給する。また、操舵トルクセンサ６は、運転者によって入力された操舵トルク（以下、「入力トルク」とも呼ぶ。）を検出する。操舵トルクセンサ６は、検出した操舵トルクに対応する検出信号Ｓ６をコントローラ２０に供給する。更に、車速センサ１２は、車速を検出し、検出した車速に対応する検出信号Ｓ１２をコントローラ２０に供給する。

ラックアンドピニオン部７は、ラックやピニオンなどによって構成され、ステアリングシャフト２から回転が伝達されて動作する。更に、ラックアンドピニオン部７にはタイロッド８及びナックルアーム９が連結されており、ナックルアーム９には車輪１０Ｆが連結されている。この場合、タイロッド８及びナックルアーム９がラックアンドピニオン部７によって動作されることにより、ナックルアーム９に連結された車輪１０Ｆが転舵されることとなる。

コントローラ２０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２０は、車両内のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に相当する。コントローラ２０は、主に、上記した各種センサから供給される検出信号に基づいて、モータ５に対する制御を行う。本実施形態では、コントローラ２０は、運転者によって入力された操舵トルクに対してアシストトルクを発生させるための操舵制御を実行する。具体的には、コントローラ２０は、少なくとも操舵トルク及び車速に基づいて、モータ５からアシストトルクを発生させる制御を行う。この場合、コントローラ２０は、操舵トルクセンサ６から取得される検出信号Ｓ６、及び車速センサ１２から取得される検出信号Ｓ１２に基づいて、モータ５に対して制御信号Ｓ５を供給する。以上のように、コントローラ２０は、本発明における操舵制御装置に相当する。具体的には、コントローラ２０は、本発明における操舵制御手段として機能する。

［操舵制御方法］
次に、上記したコントローラ２０が実行する操舵制御方法について、具体的に説明する。

本実施形態では、直線走行時に左右方向に車両が流れていく現象（以下、このような現象を「偏向」又は「車両流れ」と呼ぶ。）を効果的に抑制するために、操舵アシストを実行する。つまり、コントローラ２０は、車両の偏向が発生している際に、運転者が適切に直進状態を維持できるように、モータ５からアシストトルクを発生させる制御を行う。

具体的には、本実施形態では、コントローラ２０は、入力トルクが０である原点を含む所定範囲において、車両の偏向方向と逆方向のアシストトルクを付与するように設定されたアシスト特性に従って、操舵アシストを行う。詳しくは、コントローラ２０は、所定範囲において原点に対して左右非対称に設定されたアシスト特性に基づいて、操舵アシストを行う。また、コントローラ２０は、所定範囲以外の範囲では、入力トルクが０である原点に対して概ね左右対称に設定されたアシスト特性に従って操舵アシストを行う。つまり、所定範囲以外の範囲では、一般的なアシスト特性に従って操舵アシストを行う。

なお、上記した車両の偏向は、車両側に左右差があることが原因で発生したり、道路側が原因で発生したりする。具体的には、車輪のコニシティー成分の左右差が大きい場合や、左右でサスペンションの特性（例えばキャンバー角）が異なる場合など、車両側に左右差がある場合に偏向が発生する。また、路面のカント（キャンバー角）が大きい場合などにも、偏向が発生する。

ここで、図２を参照して、本実施形態に係る操舵アシストについて具体的に説明する。

図２は、横軸に入力トルク（操舵トルク）を示し、縦軸にアシストトルクを示している。この場合、横軸における右方向は、左方向に入力トルクを入力することを示し、横軸における左方向は、右方向に入力トルクを入力することを示す。また、縦軸における上方向は、左方向にアシストトルクを付与することを示し、縦軸における下方向は、右方向にアシストトルクを付与することを示す。

破線Ａ１は、一般的な操舵アシストを行う際に用いるアシストトルクマップを示している。アシストトルクマップＡ１は、入力トルクが０である原点付近の領域ではアシストトルクが０となり、入力トルクがある程度の大きさとなったときに入力トルクに応じたアシストトルクが付与されように設定されている。また、このアシストトルクマップＡ１は、入力トルクが０である原点を挟んだ左右方向において、左右対称のアシスト特性を有している。

実線Ａ２は、本実施形態に係る操舵アシストを行う際に用いるアシストトルクマップを示している。アシストトルクマップＡ２は、入力トルクが０である原点を含む所定範囲Ｂ１において、左方向へ均一なアシストトルクが付与されるように設定されている。また、アシストトルクマップＡ２は、所定範囲Ｂ１において、原点を挟んだ左右方向において左右非対称のアシスト特性を有している。具体的には、所定範囲Ｂ１は、右方向の範囲Ｂ２のほうが左方向の範囲Ｂ３よりも広く設定されている。更に、アシストトルクマップＡ２は、入力トルクが所定範囲Ｂ１を超えた場合、上記した左方向への均一なアシストトルクからアシストトルクマップＡ１上のアシストトルクまで速やかに変化するように設定されている。これにより、入力トルクが所定範囲Ｂ１を超えた場合に、アシストトルクマップＡ２からアシストトルクマップＡ１に速やかに移行して、左右対称のアシスト特性に設定されたアシストトルクマップＡ１に従って操舵アシストを行うことができる。

次に、アシストトルクマップＡ２に従って操舵アシストを行った場合の作用について説明する。ここでは、路面に右下がりの勾配を有する道路を走行する場合（この場合には、車両は右方向に偏向していく傾向にある）を考える。

アシストトルクマップＡ２によれば、入力トルクが０である状態（つまり、ステアリング１を手放しの状態）で、左方向のアシストトルクが付与されることとなる。そのため、車両が右方向に偏向していくことを抑制することができ、運転者は適切に直進状態を維持することが可能となる。また、運転者が操舵を行った場合でも、入力トルクが所定範囲Ｂ１を超えた際に、アシストトルクマップＡ２からアシストトルクマップＡ１に速やかに移行して操舵アシストが行われるので、操舵トルクの左右差（右方向に操舵する場合と左方向に操舵する場合とで入力すべき操舵トルクの差）は小さいと言える。

更に、アシストトルクマップＡ２によれば、付与するアシストトルクに左右差があるため（所定範囲Ｂ１において、原点に対して左右非対称のアシスト特性を有するため）、操舵トルクの左右差を効果的に低減することができる。具体的には、左方向においては早めにアシストトルクマップＡ２からアシストトルクマップＡ１に移行するため（つまり、所定範囲Ｂ１では、左方向の範囲Ｂ３が右方向の範囲Ｂ２よりも狭く設定されているため）、左方向に操舵した場合、アシストトルクが過剰になることを、言い換えるとステアリング１の操作が軽くなり過ぎることを、適切に防止することができる。これに対して、右方向に操舵した場合は、もともと路面の勾配により右方向に車両が偏向していくが、左方向と同一のアシストトルクを付加しているので操舵トルクに対する車両の動きが速くなり、ステアリング１の操作が軽いと感じる傾向にある。この場合、アシストトルクマップＡ２によれば、右方向においては遅めにアシストトルクマップＡ２からアシストトルクマップＡ１に移行するため（つまり、所定範囲Ｂ１では、右方向の範囲Ｂ２が左方向の範囲Ｂ３よりも広く設定されているため）、ステアリング１の操作が軽く感じられることを防止することができる。

ここで、路面に左下がりの勾配を有する道路を走行する場合（この場合には、車両は左方向に偏向していく傾向にある）に、上記したアシストトルクマップＡ２に従って操舵アシストすることを考える。この場合には、入力トルク０付近において左方向のアシストトルクが付与されるため、車両の偏向が助長されてしまうが、運転者はステアリング１を右方向に操舵して修正しようとするものと考えられる。このように運転者がステアリング１を操舵した場合、アシストトルクマップＡ２によれば、アシスト特性が速やかにアシストトルクマップＡ２からアシストトルクマップＡ１に移行するため、車両の偏向を適切に抑制することができると言える。

以上より、本実施形態に係る操舵制御方法によれば、操舵トルクの左右差の発生を抑制しつつ、直線走行時に車両に発生する偏向を効果的に抑制することが可能となる。よって、運転者は適切に直進状態を維持することが可能となる。

なお、上記では、所定範囲Ｂ１において左方向へのアシストトルクを付与するように設定されたアシストトルクマップＡ２を示したが、この代わりに、所定範囲Ｂ１において右方向へのアシストトルクを付与するように設定されたアシストトルクマップを用いても良い。この場合、所定範囲Ｂ１においてアシストトルクを付与する方向は、車両の特性に合わせて設定することが好ましい。

また、所定範囲Ｂ１においてアシストトルクを付与する方向が固定されたアシストトルクマップを用いることに限定はされない。他の例では、スイッチなどによってアシストトルクを付与する方向を変えられるように操舵制御システムを構成して、運転者がスイッチを操作することによってアシストトルクを付与する方向を変化させても良い。つまり、この例では、左方向へのアシストトルクを付与するように設定されたアシストトルクマップと、右方向へのアシストトルクを付与するように設定されたアシストトルクマップとを、スイッチ操作によって運転者が切り替えることができる。例えば、運転者が右方向への偏向を感じた場合には、所定範囲Ｂ１において左方向へのアシストトルクが付与されるようにスイッチを操作でき、運転者が左方向への偏向を感じた場合には、所定範囲Ｂ１において右方向へのアシストトルクが付与されるようにスイッチを操作できる。

更に、他の例では、車両における偏向方向を検出して、検出された偏向方向に基づいて、所定範囲Ｂ１においてアシストトルクを付与する方向を切り替えても良い。つまり、車両に発生する偏向に基づいて、アシストトルクを付与する方向を自動で切り替えても良い。この場合、車両に偏向が発生していない際には、一般的なアシストトルクマップ（つまり、所定範囲Ｂ１などにおいてアシストトルクを付与しないアシストトルクマップ）を用いることができる。なお、車両に発生する偏向は、例えば、センサなどによって車両における加速度やヨーや操舵トルクなどを検出し、これらの変化などに基づいて求めることができる。

［アシストトルク量の算出方法］
次に、前述したアシストトルクマップＡ２を用いた場合に付与するアシストトルク量（所定範囲Ｂ１において付与するアシストトルク量）の算出方法について説明する。本実施形態では、コントローラ２０は、少なくとも車速及び操舵トルクに基づいて、このようなアシストトルク量を算出する。つまり、コントローラ２０は、車速や操舵トルクなどに応じて、車両の偏向に対策するためのアシストトルク量（以下では、「車両偏向対策後基本アシスト量」とも呼ぶ。）を変化させる処理を行う。

図３は、車両偏向対策後基本アシスト量の算出処理を示すフローチャートである。この処理は、コントローラ２０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、コントローラ２０は、車速を取得する。具体的には、コントローラ２０は、車速センサ１２から検出信号Ｓ１２を取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、コントローラ２０は、ステップＳ１０１で取得された車速に基づいて車速ゲインを求める。この場合、コントローラ２０は、車速と車速ゲインとの関係を規定した車速ゲインマップ（メモリなどに記憶されている）を参照して、車速ゲインを求める。車速ゲインマップによれば、車速が比較的小さい場合には概ね０の車速ゲインが求められ、車速が所定値以上となった場合には概ね一定の車速ゲインが求められる。以上のステップＳ１０２の処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０３では、コントローラ２０は、操舵トルクを取得する。具体的には、コントローラ２０は、操舵トルクセンサ６から検出信号Ｓ６を取得する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、コントローラ２０は、ステップＳ１０３で取得された操舵トルクにおけるノイズを除去して位相補償後トルクを求める。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、コントローラ２０は、ステップＳ１０４で取得された位相補償後トルクに基づいて、目標補正量を求める。この場合、コントローラ２０は、位相補償後トルクと目標補正量との関係を規定した目標補正量マップ（メモリなどに記憶されている）を参照して、目標補正量を求める。目標補正量マップによれば、位相補償後トルクの絶対値が比較的小さい領域において、所定の値を有する目標補正量が得られる。以上のステップＳ１０５の処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。なお、基本的には、ステップＳ１０１、Ｓ１０２の処理、及びステップＳ１０３〜Ｓ１０４の処理は平行して行われる。

ステップＳ１０６では、コントローラ２０は、ステップＳ１０２で得られた車速ゲインと、ステップＳ１０５で得られた目標補正量とを乗算することによって、車両偏向対策制御量を算出する。そして、処理はステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０７では、コントローラ２０は、操舵アシストを行う際の基本となる基本アシスト量を取得する。具体的には、コントローラ２０は、車速と基本アシスト量とが対応付けられたマップなどを参照して、現在の車速に対応する基本アシスト量を取得する。そして、処理はステップＳ１０８に進む。なお、基本的には、ステップＳ１０８の処理は、上記したステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理と平行して行われる。

ステップＳ１０８では、コントローラ２０は、ステップＳ１０６で得られた車両偏向対策制御量と、ステップＳ１０７で得られた基本アシスト量とを加算することによって、車両偏向対策後基本アシスト量を算出する。そして、コントローラ２０は、このようにして算出された車両偏向対策後基本アシスト量に基づいて操舵アシストを実行する。

図４は、上記した処理によって求められた車両偏向対策後基本アシスト量の一例を示す図である。図４は、横軸に入力トルクを示し、縦軸にアシストトルクを示している。なお、横軸に示す入力トルクはノイズ除去後の位相補償後トルク（ステップＳ１０４で得られるトルク）に相当する。破線Ｃ１は、車両の偏向への対策前のアシストトルクマップ（前述したアシストトルクマップＡ１に対応する）を示す。また、実線Ｃ２は、車両の偏向への対策後のアシストトルクマップ（前述したアシストトルクマップＡ２に対応する）であり、上記した処理によって求められた車両偏向対策後基本アシスト量に対応する。

この場合、図３に示す処理を行うことにより、図４中の白抜き矢印Ｃ３で示すように、車速や操舵トルクなどに応じて、偏向に対して対策するためのアシストトルクのレベルを適切に変化させることができる。よって、直線走行時に車両に発生する偏向を、より効果的に抑制することが可能となる。

なお、上記では車速などに基づいてアシストトルク量（車両偏向対策後基本アシスト量）を変化させる例を示したが、これに限定はされない。他の例では、スイッチなどによってアシストトルク量が変化できるように操舵制御システムを構成して、運転者がスイッチを操作することによってアシストトルク量を変化させることができる。

本実施形態に係る操舵制御システムの構成を示す概略図である。 本実施形態に係るアシストトルクマップを説明するための図である。 車両偏向対策後基本アシスト量の算出処理を示すフローチャートである。 車両偏向対策後基本アシスト量の一例を示す図である。

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 回転角センサ
５ モータ
６ 操舵トルクセンサ
７ ラックアンドピニオン部
１０Ｆ 車輪（前輪）
１２ 車速センサ
２０ コントローラ
５０ 操舵制御システム

Claims (3)

1. 運転者によって入力された操舵トルクに対してアシストトルクを発生させる操舵制御装置において、
   運転者によって入力された前記操舵トルクが、操舵トルクが０である原点を含む所定範囲内にある場合には、車両の偏向方向と逆方向のアシストトルクを付与する第１アシスト特性に従って操舵アシストを実行し、運転者によって入力された前記操舵トルクが前記所定範囲外にある場合には、前記操舵トルクに応じたアシストトルクを付与する第２アシスト特性に従って操舵アシストを実行する操舵制御手段を備え、
   前記第１アシスト特性は、前記原点に対して左右非対称のアシスト特性になるように設定されていると共に、前記偏向方向と同方向のほうが前記偏向方向と逆方向よりも範囲が広く設定されており、
   前記第２アシスト特性は、前記原点に対して左右対称のアシスト特性になるように設定されており、
   前記偏向方向は、直線走行時に左方向又は右方向に前記車両が流れていく現象が発生した状態での、前記車両が流れていく方向であることを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記操舵制御手段は、前記所定範囲において付与すべきアシストトルク量を、少なくとも車速及び前記操舵トルクに基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記車両における偏向方向を検出する偏向方向検出手段を備え、
   前記操舵制御手段は、前記偏向方向検出手段によって検出された前記偏向方向に基づいて、前記所定範囲において前記アシストトルクを付与する方向を切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵制御装置。

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