JP7083569B2 - 操舵システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の移動体の操舵に用いられる操舵システムの制御装置に関する。

従来、自動車の操舵においては、車庫入れや縦列駐車等は運転者にとって困難性の高い操作であるとされる。そこでステアリング操作を自動化して運転者にはアクセル及びブレーキのみを操作させることにより運転者の負担を軽減する駐車支援システム（ＩＰＡ：Intelligent Parking Assist System）が知られている。

そのような駐車支援システムの例として、特許文献１においては、操舵系の動作に際し、駐車走行時におけるステアリング操作を自動化する一方、通常走行時のステアリング操作は運転者を補助する電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ:Electric Power Steering System）として用いるようにした技術が提案されている。

特開平４－５５１６８号公報

しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題があった。すなわち、操舵系としてのＥＰＳにおいて補助トルクを発生するモータを制御するＥＰＳＥＣＵは、運転者の操作により加えられる操舵トルクと操舵系に反映される車輪の転舵角との間に齟齬が生じ、例えば転舵角に依らず過大な操舵トルクが連続して入力された場合には、過熱して破損する恐れがある。ＥＰＳＥＣＵを過熱から保護する対策としては、モータに流すことの可能な電流に上限を設定することが行われている。

一方で、操舵系がＩＰＡとして用いられる際には、運転者からの操舵トルクの入力がないためモータの能力を最大限に引き出すために、流すことの可能な電流量はＥＰＳ単独の動作時よりも大きくなる。したがって、ＥＰＳとＩＰＡを同一の操舵系にて実現するためには、定格において電流許容量が大きなモータを用いる必要があり、これはシステムの製造コストの上昇を招くこととなってしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、同一の操舵系においてＥＰＳとＩＰＡとを低コストな構成にて実現することが可能な操舵システムの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の側面は、操舵ハンドルを介して与えられる操舵トルク及びモータが生じさせる補助トルクを受付け、前記操舵トルクに応じて制御された前記補助トルクにより操舵系を動作させる第１の操舵モードと前記操舵トルクに依存せず前記モータが生じさせる副トルクにより操舵系を動作させる第２の操舵モードとを選択的に実行する操舵システムの制御装置であって、所定部分の温度の変化に対応して前記モータに流れる電流の上限を制限する制御を行う電流制御手段を備え、前記電流制御手段は、前記第１の操舵モードにおいては、前記温度の連続的な変化に対応して前記モータに流れる電流の上限を連続的に制限し、前記第２の操舵モードにおいては、前記温度が特定の温度に達すると前記モータに流れる電流の上限を制限し、前記電流制御手段は、前記操舵システムの動作を前記第２の操舵モードから前記第１の操舵モードへ切替える際に、前記第１の操舵モードにおける前記温度の連続的な変化に対応する前記電流の上限を、連続的又は非連続的に大きくなるように設定する、操舵システムの制御装置である。

なお、本発明は他の側面として、前記操舵系は車両の操舵系であって、前記第１の操舵モードはＥＰＳ（電動パワーステアリングシステム）の動作であって、前記第２の操舵モードは前記車両の自動制御による駐車動作であるものであってもよい。

以上のような本発明は、同一の操舵系においてＥＰＳとＩＰＡとを低コストな構成にて実現することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る操舵システムの制御装置が組み込まれる車両の操舵系の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る操舵システムの制御装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態に係る操舵システムの制御装置に用いられる制御マップを示す図 本発明の実施の形態に係る操舵システムの制御装置に用いられる制御マップを示す図 本発明の実施の形態に係る操舵システムの制御装置に用いられる制御マップを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る操舵システムの制御装置を含む、四輪自動車のコラムアシスト型のＥＰＳ／ＩＰＡによる操舵系の構成を模式的に示すブロック図である。

図に示すように、本実施形態の操舵システムの制御装置を含む四輪自動車１において、ステアリングホイール１０は、操作者としての運転者からの操作を受付けるインタフェースであって、ステアリングコラムＳ１を回転させる操舵トルクを与える手段である。

運転者がステアリングホイール１０を把持して回動させることにより、ステアリングホイール１０に同軸配置されたステアリングコラムＳ１が従動して回動する。ステアリングコラムＳ１上には、ステアリングホイール１０を介して加えられた操舵トルク、ステアリングホイール１０の操舵角等の諸量を検出するセンサ２０が設けられ、センサ２０により検出された諸量は、ＥＰＳ及びＩＰＡの制御用のＥＣＵであって、ＣＰＵ、メモリ及び通信バスＢを介して図示しない車両の他のＥＣＵと通信する通信装置を有するＥＰＳＥＣＵ５０へ、通信バスＢを介して出力される。

ＥＰＳＥＣＵ５０は、操舵系をＥＰＳとして動作させる場合は、センサ２０により検出された諸量及び、通信バスＢに接続された他のＥＣＵより取得した車速等の車両に関する諸情報に基づき、モータ４０の動作を制御する。

更に、ＥＰＳＥＣＵ５０は、操舵系をＩＰＡとして動作させる場合は、通信バスＢに接続された図示しない車両の他のＥＣＵより取得した、車両の後部映像に基づく車両及び車外環境に関する位置情報、並びに車速等の車両に関する諸情報に基づき、モータ４０の動作を制御する。

モータ４０はＥＰＳＥＣＵ５０に隣接して設けられ、又は組み込まれ、ＥＰＳＥＣＵ５０より制御されてステアリングシャフトＳ２を回転させるトルクを与える手段である。なお、操舵系がＥＰＳとして動作する場合は、モータ４０はステアリングホイール１０から加えられた操舵トルクに基づきステアリングシャフトＳ２を回転させる補助トルクを与える。一方、操舵系がＩＰＡとして動作する場合は、モータ４０は、ＥＰＳＥＣＵ５０の制御に基づき、独立してステアリングシャフトＳ２を回転させる副トルクを与える。更に、ＥＰＳＥＣＵ５０は、モータ４０の動作中の電流値を自らの内部に有する電流センサ５１によりモニタするとともに、当該電流値に基づきモータ４０の温度を演算する。

ＥＰＳＥＣＵ５０により制御されたモータ４０の回転は、リダクションギア３０により減速されてステアリングシャフトＳ２に伝達され、図示しないピニオンギアを内蔵するステアリングギアボックス７２においてラックバー７１内の図示しないラックギアの並進運動に変換され、ラックギアの両端に接続された左右一対のタイロッド７３をそれぞれ介して、転舵輪８０の転舵角を可変させる。

以上の構成において、ステアリングホイール１０、センサ２０、リダクションギア３０、モータ４０、ＥＰＳＥＣＵ５０、ステアリングコラムＳ１、ステアリングシャフトＳ２、ラックバー７２、ステアリングギアボックス７２及び一対のタイロッド７３の組合せは、本発明の操舵系に相当し、ステアリングホイール１０は本発明の操舵ハンドルに相当する。

また、ＥＰＳＥＣＵ５０は本発明の電流制御手段に相当し、後述する操舵系のＥＰＳとしての動作は本発明の第１の操舵モードに、ＩＰＡとしての動作は本発明の第２の操舵モードに、それぞれ相当する。また、ＥＰＳＥＣＵ５０による温度検出対象としてのモータ４０は本発明の所定部分に相当する。

本実施の形態の操舵システムの制御装置は、上記の構成を備えたことにより、ＥＰＳＥＣＵ５０が操舵系をＥＰＳ及びＩＰＡの２つの操舵モードを選択して動作させる際に、モータ４０に流すことが可能な電流の上限をそれぞれの操舵モード、及びＩＰＡからＥＰＳへ操舵モードを切替える際にそれぞれ対応して選択的に制限することにより、モータ４０をそれぞれのモードに最適な状態で動作させる。

以下、図２のフローチャートを参照して、本実施の形態に係る操舵システムの制御装置の動作例を詳しく説明する。

はじめに、ＥＰＳＥＣＵ５０は初期動作として操舵系をＥＰＳとして動作させることが可能かどうか演算を実行する（Ｓ１０）。次に運転者の操作により操舵系をＩＰＡとして動作させるための指令入力が通信バスＢを介してなされると（Ｓ１１）、ＥＰＳＥＣＵ５０は、指令入力を受信した時点における車両の他のＥＣＵの有する車速やＥＰＳＥＣＵ自身の動作状態が正常であるかどうか等の条件を満たしているかどうかに基づき、操舵系をＩＰＡとして動作することを許可するかどうかを判定する（Ｓ１２）。

ＥＰＳＥＣＵ５０は、ＩＰＡとしての動作が可能と判断すると、操舵系の動作をＩＰＡモードに切り替える（Ｓ１３）、不可能と判断すると、操舵系の動作をＥＰＳモードに継続して動作させる（Ｓ１７）。

ここで、ＥＰＳＥＣＵ５０において操舵系をＥＰＳモード及びＩＰＡモードにて動作させる場合にモータ４０の管理を行うための制御マップを図３、４にそれぞれ示す。

制御マップは、モータ４０に流すことのできる電流と、モータ４０の温度との相関をグラフ化したマップであって、操舵系の動作中にモータ４０の温度が使用上限温度Ｔｍａｘに達するまでに流すことが可能な電流の上限（本発明の電流の上限に相当し、以下、電流上限値と称する）を温度の変数として与えるものである。

それぞれの制御マップにおいて、電流値Ｉ０は連続通電動作に必要な最小限の電流値、電流値Ｉ１はＩＰＡモード動作に必要な最小限の電流値、電流値Ｉｍａｘはモータ４０の上限となる定格電流値をそれぞれ示す。

図３の制御マップに示すように、ＥＰＳモードにおいてはモータ４０の温度がＴｍａｘに達した時点で、それ以上の発熱を抑制するために電流上限値Ｉａは電流値Ｉ０に固定される。一方で、電流上限値を使用上限温度Ｔｍａｘに達した時点で急激に電流値Ｉ０に引き下げることは、ステアリングホイール１０の操舵力を急激に増大させ運転者側における操作性の低下に繋がる恐れがある。

そこで温度が所定の徐変制御開始温度Ｔａ０から使用上限温度Ｔｍａｘの間では、電流上限値Ｉａを線型に変化させて減少（以下、徐変と称する）させる。これにより、ステアリングホイール１０の操舵力の上限も電流値Ｉ０に達するまで徐変することとなり、運転者側における操作性の低下の恐れが軽減される。

次に、図４の制御マップに示すように、ＩＰＡモードにおいては、ステアリングホイール１０の操舵力は操舵系の動作とは無関係となるため、モータ４０の電流上限値Ｉｂは温度が使用上限温度Ｔｍａｘに達するまで電流値Ｉｍａｘに固定し、使用上限温度Ｔｍａｘに達した時点で電流値Ｉ０に固定することができる。

再び図３のフローチャートを参照して、ＥＰＳＥＣＵ５０は、運転者からの操作入力その他、車両を駐車時の走行から通常走行に移行するための制御が発生するまでＩＰＡモードによる操舵系の動作を継続し（Ｓ１４）、当該制御の発生を検知すると、操舵系をＩＰＡモードから移行モードにて動作させる（Ｓ１５）。

移行モードはＥＰＳモードと同様、本発明の第１の操舵モードに相当し、操舵系をＥＰＳとして動作させるモードであって、図５の制御マップに示すように、電流上限値Ｉｃ１を徐変制御開始温度より温度の変数として使用上限温度Ｔｍａｘまでの温度範囲にて徐変制御させる制御を実行するが、徐変制御開始温度Ｔａ１をＥＰＳモードにおける徐変制御開始温度である温度Ｔａ０よりも高い値に定める。

これにより徐変制御時における電流上限値Ｉｃ１の変化量はＥＰＳモード時の電流上限値Ｉａの変化量よりも大きくなるとともに、温度Ｔａ０から徐変制御開始温度Ｔａ１までの間の電流上限値Ｉｃ２は最大値である電流値Ｉｍａｘに固定され、移行モード全体としての電流上限値（Ｉｃ１＋Ｉｃ２）の変化量はＩＰＡモードとＥＰＳモードとの中間に位置することとなる。

再び図３のフローチャートを参照して、ＥＰＳＥＣＵ５０は、予め定められた時間が経過するまで移行モードによる操舵系の動作を継続し（Ｓ１６）、当該時間が経過すると、操舵系を移行モードからＥＰＳモードに切替えて動作させる（Ｓ１７）。

本実施の形態の操舵システムの制御装置は、以上の一連の動作において、モータ４０の電流上限値を、ＥＰＳモード時の電流上限値ＩａとＩＰＡモード時の電流上限値Ｉｂとでモータ４０の温度に応じて異なる特性にて変化させることにより、ＥＰＳモードにおけるＥＰＳＥＣＵ５０の過熱保護とＩＰＡモードにおけるモータ４０の効率的な利用とを両立させている。これにより、同一のモータ４０を有する操舵系をＥＰＳモード及びＩＰＡモードのそれぞれに応じて適正に動作させることが可能となる。

更に、本実施の形態の操舵システムの制御装置は、操舵系の動作をＩＰＡモードからＥＰＳモードへ切替える際、間に移行モードを挟み込む制御を実行することにより、以下の効果を奏する。すなわち、ＩＰＡモードからＥＰＳモードへ直接制御を切替えた場合、モータ４０の電流上限値は、モータ４０の温度が使用上限温度Ｔｍａｘ以上である場合を除いて、固定値である電流値Ｉｍａｘから徐変制御開始温度Ｔａ０～使用上限温度Ｔｍａｘの温度域において徐変する電流上限値Ｉａ（Ｉａ＜Ｉｍａｘ）への変動を伴う。この変動は利用可能な電流上限値を図３中に示す網掛け領域Ｒ１の範囲で喪失させる制限であり、温度変化に対してステアリングホイール１０の操舵力を急激に増大させてしまい、モード切替のタイミングにて運転者側における操作性の低下を生じさせる恐れがある。

これに対し、ＩＰＡモードから移行モードへ切換えた場合は、モータ４０の電流上限値は、固定値である電流値Ｉｍａｘから徐変制御開始温度Ｔａ１～使用上限温度Ｔｍａｘの温度域において徐変する電流上限値Ｉｃ１（Ｉｃ１＜Ｉｍａｘ）への削減となり、利用可能な電流上限値の喪失分は、図５中に示す網掛け領域Ｒ２の範囲に抑えることができ、温度Ｔａ０～Ｔａ１の間では電流上限値Ｉｃ２を最大値であるＩｍａｘまで得ることが出来る。

同様に、移行モードからＥＰＳモードへの切替えにおける電流上限値の削減に伴う、利用可能な電流上限値の喪失分は、図５中に示す斜線掛け領域Ｒ３の範囲に抑えられ、結果として、ＩＰＡモードからＥＰＳモードへの切換えの全工程において、電流上限値の削減が段階的に実行されることとなる。

したがって、ＩＰＡモードからＥＰＳモードへの切換えに伴う温度変化に対するステアリングホイール１０の操舵力の急激な増大が抑制され、モード切替のタイミングにおける運転者側における操作性の低下が生ずる恐れを軽減することが可能となる。なお、ＥＰＳモードからＩＰＡモードへの切替えは、電流上限値の変化量の増大を伴う変化であるから、移行モードを挿入する工程は省略してもよい。

また、上述したＩＰＡモードからＥＰＳモードへの切換えの全工程における電流上限値の削減が段階的な実行は、本発明の、操舵システムの動作を第２の操舵モードから第１の操舵モードへ切替える際に、第１の操舵モードにおける上限を、連続的又は非連続的に大きくなるように設定することの例であって、非連続的に大きくなるように設定することの例である。

このように、本発明の実施の形態の操舵システムの制御装置によれば、モータ４０の電流上限値をＥＰＳモードとＩＰＡモードのそれぞれに応じて制限する制御を行うことにより、定格において電流許容量が大きい高価なモータを用いることなく、同一の操舵系においてＥＰＳとＩＰＡとを低コストな構成にて実現することが可能になる。

更に、本実施の形態の操舵システムの制御装置によれば、操舵系をＩＰＡモードからＥＰＳモードへ切換える際に、電流上限値が両者のモードの中間に位置する移行モードを間に挟んで利用可能な電流上限値の削減を段階的に実行することにより、モード切替えのタイミングにて運転者側における操作性の低下が生ずる恐れを軽減して、ＥＰＳとＩＰＡの両方を実行でき、且つ操作性に優れ、安全性の高い操舵システムを提供することが可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態の操舵システムの制御装置によれば、同一の操舵系においてＥＰＳとＩＰＡとを低コストな構成にて実現することが可能になるという効果を奏する。

しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

上記の説明においては、ＥＰＳモード及び移行モードにおいて、モータ４０の電流上限値の制御は、温度に応じて線型に変化する電流上限値Ｉｂ及びＩｃ２を有するものとして説明を行ったが、本発明の電流制御手段は、所定部分の温度変化に対応してモータに流れる電流の上限を制限する制御を行うものであればよい。したがって、非線形的、離散的その他任意のアルゴリズムによる制御により実行してもよい。

更に、上記の説明においては、移行モードとＥＰＳモードとで線型変化の変化量を小さくするものであるとしたが、本発明の電流制御手段は、第１の操舵モードにおける電流の上限の制限の程度を連続的又は非連続的に大きくなるように設定するものであればよく、移行モードとＥＰＳモードとで制御のアルゴリズムが異なるものであってもよい。

更に、上記の説明においては、本発明の所定部分はモータ４０であるとしたが、電流制御手段としてのＥＰＳＥＣＵ５０であるとしてもよい。更に、本発明の電流制御手段はＥＰＳＥＣＵ５０であるとしたが、車両に搭載された任意のＥＣＵ又は複数のＥＣＵの組合せとして実施してもよい。

更に、上記の説明においては、本発明の移動体の例として四輪自動車を挙げたが、本発明の車両移動体は、操舵ハンドルを介して与えられる操舵トルク及びモータが生じさせる補助トルクにより動作する操舵系を有するものであればよく、その他の具体的構成に限定されない、したがって、二輪車、列車その他の車両において実施してもよい。

以上のように、本発明は、操舵ハンドルを介して与えられる操舵トルク及びモータが生じさせる補助トルクを受付け、前記操舵トルクに応じて制御された前記補助トルクにより操舵系を動作させる第１の操舵モードと前記操舵トルクに依存せず前記モータが生じさせる副トルクにより操舵系を動作させる第２の操舵モードとを選択的に実行する操舵システムの制御装置であって、所定部分の温度の変化に対応して前記モータに流れる電流の上限を制限する制御を行う電流制御手段を備え、前記電流制御手段は、前記第１の操舵モードにおいては、前記温度の連続的な変化に対応して前記モータに流れる電流の上限を連続的に制限し、前記第２の操舵モードにおいては、前記温度が特定の温度に達すると前記モータに流れる電流の上限を制限し、前記電流制御手段は、前記操舵システムの動作を前記第２の操舵モードから前記第１の操舵モードへ切替える際に、前記第１の操舵モードにおける前記温度の連続的な変化に対応する前記電流の上限を、連続的又は非連続的に大きくなるように設定するものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。

したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、同一の操舵系においてＥＰＳとＩＰＡとを低コストな構成にて実現することが可能になるという効果を奏し、例えば四輪自動車等の車両への適用において有用である。

１ 四輪自動車
１０ ステアリングホイール
２０ センサ
３０ リダクションギア
４０ モータ
５０ ＥＰＳＥＣＵ
５１ 電流センサ
７１ ラックバー
７２ ステアリングギアボックス
７３ タイロッド
８０ 転舵輪
Ｂ 通信バス
Ｓ１ ステアリングコラム
Ｓ２ ステアリングシャフト

Claims (1)

1. 操舵ハンドルを介して与えられる操舵トルク及びモータが生じさせる補助トルクを受付け、
   前記操舵トルクに応じて制御された前記補助トルクにより操舵系を動作させる第１の操舵モードと前記操舵トルクに依存せず前記モータが生じさせる副トルクにより操舵系を動作させる第２の操舵モードとを選択的に実行する操舵システムの制御装置であって、
   所定部分の温度の変化に対応して前記モータに流れる電流の上限を制限する制御を行う電流制御手段を備え、
   前記電流制御手段は、
   前記第１の操舵モードにおいては、前記温度の連続的な変化に対応して前記モータに流れる電流の上限を連続的に制限し、
   前記第２の操舵モードにおいては、前記温度が特定の温度に達すると前記モータに流れる電流の上限を制限し、
   前記電流制御手段は、前記操舵システムの動作を前記第２の操舵モードから前記第１の操舵モードへ切替える際に、
   前記第１の操舵モードにおける前記温度の連続的な変化に対応する前記電流の上限を、連続的又は非連続的に大きくなるように設定する、
   操舵システムの制御装置。
   

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