JP2005297807A - 車両用操舵制御装置及び車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速域で転舵輪の高い応答性を維持しつつ、フラッタ現象を効果的に抑制できる車両用操舵制御装置及び車両用操舵装置
【解決手段】 操舵伝達系の伝達比を可変する伝達比可変制御を行う車両用操舵制御装置において、伝達比可変制御時の制御ゲインをハンドル操舵角と車速に応じて設定することを特徴とする。前記制御ゲインのハンドル操舵角と車速に応じた設定は、制御ゲインを決定するための制御ゲイン設定関連量と車速との関係をハンドル操舵角に応じて変更することにより実現されてよい。効果的には、ハンドル操舵角が小さい場合、ハンドル操舵角が大きい場合に比して、所定の車速域における制御ゲインが小さく設定されてよい。この場合、前記所定の車速域は、時速８０ｋｍを超える高速域内に設定されてよい。
【選択図】 図６

Description

本発明は、操舵伝達系の伝達比を可変する伝達比可変制御を行う車両用操舵制御装置及びこれを用いる車両用操舵装置に関する。

従来から、この種の車両用操舵装置のおいて、伝達比可変制御時の制御ゲインが車速に応じて変更される技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、伝達比可変制御時の制御ゲインは、車速の低速域では小さい値に設定され、高速域では大きい値に設定される。
特開２０００−３５１３８２号公報

しかしながら、上述の従来技術のように、高速域で制御ゲインを大きい値に設定する構成は、転舵輪の追従性・応答性を高めることができる反面、操舵伝達系の伝達剛性が大きくなる故に、フラッタやブレーキジャダーといったハンドル振動が大きくなるという問題点がある。

そこで、本発明は、高速域で転舵輪の高い応答性を維持しつつ、フラッタ現象を効果的に抑制できる車両用操舵制御装置及び車両用操舵装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、操舵伝達系の伝達比を可変する伝達比可変制御を行う車両用操舵制御装置において、
伝達比可変制御時の制御ゲインをハンドル操舵角と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵制御装置が提供される。

本局面において、前記制御ゲインのハンドル操舵角と車速に応じた設定は、制御ゲインを決定するための制御ゲイン設定関連量と車速との関係をハンドル操舵角に応じて変更することにより実現されてよい。効果的には、ハンドル操舵角が小さい場合、ハンドル操舵角が大きい場合に比して、所定の車速域における制御ゲインが小さく設定されてよい。この場合、前記所定の車速域は、一般にフラッタが発生する速度域である時速８０ｋｍを超える高速域内に設定されてよい。

また、本発明のその他の一局面によれば、操舵伝達系の伝達比を可変する伝達比可変制御を行う車両用操舵制御装置において、
伝達比可変制御時の制御ゲインをブレーキ操作状態と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵制御装置が提供される。

本局面において、前記制御ゲインのブレーキ操作状態と車速に応じた設定は、制御ゲインを決定するための制御ゲイン設定関連量と車速との関係をブレーキ操作状態に応じて変更することにより実現されてよい。効果的には、所定のブレーキ操作が検出された場合、所定のブレーキ操作が検出されない場合に比して、所定の車速域における制御ゲインが小さく設定されてよい。この場合、前記所定の車速域は、一般にブレーキジャダーが発生する速度域である時速６０ｋｍを超える高速域内に設定されてよい。

また、本発明のその他の一局面によれば、
ステアリングホイールの回転力を伝達する入力軸と、
ステアリングギアに回転力を伝達する出力軸と、
電動モータと、
電動モータの駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変機構と、
電動モータの駆動制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置が、電動モータの駆動制御時の制御ゲインをハンドル操舵角と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵装置、若しくは、
ステアリングホイールの回転力を伝達する入力軸と、
ステアリングギアに回転力を伝達する出力軸と、
電動モータと、
電動モータの駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変機構と、
電動モータの駆動制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置が、電動モータの駆動制御時の制御ゲインをブレーキ操作状態と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵装置が提供される。

本発明によれば、高速域で転舵輪の高い応答性を維持しつつ、フラッタやブレーキジャダーといったハンドル振動を効果的に抑制できる車両用操舵制御装置及び車両用操舵装置を得ることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明による車両用操舵制御装置１０の一実施例を概略的に示す全体図である。車両には、運転者が操作するステアリングホイール１１を含むステアリングコラム１２が設けられる。ステアリングコラム１２は、ステアリングホイール１１の回転軸となるメインシャフト１４を回転可能に支持する。メインシャフト１４は、ゴムカップリング１３等を介して中間シャフト（インターミディエイトシャフト）１６に接続される。中間シャフト１６はステアリングギアボックス３１に接続され、ステアリングギアボックス３１内でピニオン１７がステアリングラック１８に噛合される。ステアリングラック１８の両端には、それぞれタイロッド１９の一端が接続されると共に各タイロッド１９の他端にはナックルアーム等（図示せず）を介して転舵輪（図示せず）が接続されている。

ステアリングギアボックス３１内には、伝達比可変機構３０が設けられる。伝達比可変機構３０は、タイヤの切れ角に対するステアリングホイール１１の操舵角の比を可変する機能を有する。また、ステアリングギアボックス３１内には、操舵補助用のアシストモータ２０がラック軸と同軸に設けられている。アシストモータ２０は、ステアリングコラム１２内若しくはピニオン軸に設けられてもよい。

図２は、シャフト軸を含む面で切断した際の、伝達比可変機構３０の断面図であり、図３は、伝達比可変機構３０の伝達比可変原理の説明図である。伝達比可変機構３０はハウジング３２を備える。ハウジング３２は、ステアリングギアボックス３１と一体型のハウジングであり、サスペンションメンバ（図示せず）等に支持される。ハウジング３２は、ステアリングギアボックス３１のハウジングと別体であってもよい。
ハウジング３２内には、入力軸６０、及び、出力軸６２、減速機（差動機構）４０、モータ３４（ＤＣブラシレスモータ）、回転角センサ７２、及び、ロック機構５０が収容される。尚、減速機４０は、後述する如く、ドリブンギア３８と、ステータギア４２と、波動発生装置４６と、フレキシブルギア４８とから構成される。

入力軸６０の上端には、中間シャフト１６の下端が連結される。入力軸６０の下端には、ステータギア４２が設けられる。出力軸６２の下側には、ピニオン１７が設けられる。出力軸６２の上側には、ドリブンギア３８が設けられる。ドリブンギア３８及びステータギア４２の内周面には、それぞれ異なる歯数（ドリブンギア３８の歯数＜ステータギア４２の歯数）のギアが形成されている。ドリブンギア３８及びステータギア４２の内側には、それぞれのギアに同時に噛合するフレキシブルギア４８が設けられる。即ち、フレキシブルギア４８の外側に形成された歯（歯数は、ドリブンギア３８の歯数と同じ）に、ドリブンギア３８及びステータギア４２の内側に形成された歯が噛合する。フレキシブルギア４８の内側は、波動発生装置４６の外輪上に嵌合される。

ハウジング３２には、モータ３４のケース３４ａが固定されている。モータ３４は、モータシャフト３５を有し、モータシャフト３５は、波動発生装置４６のカムに接続される。モータシャフト３５内には、入力軸６０が回転可能に挿通されている。即ち、入力軸６０とモータシャフト３５とは、互いに独立に回転可能であるように構成されている。

この構成では、図３に示すように、モータ３４のモータシャフト３５が回転すると波動発生装置４６のカムが回転して、フレキシブルギア４８が回転される。この際、フレキシブルギア４８は、楕円形に変形した状態でステータギア４２内を回転し、同軸上のドリブンギア３８を回転させる。即ち、ドリブンギア３８の歯数がステータギア４２の歯数より少ないため、波動発生装置４６が１回転した際、ドリブンギア３８は、波動発生装置４６の回転方向と逆方向に歯数の差分だけ回転する（即ち、アクチュエータ作動角＝モータ３４の回転角×減速比（減速比＝歯数差／ドリブンギア３８の歯数））。一方、ステアリングホイール１１（メインシャフト１４）が回転すると、入力軸６０（ステータギア４２）が回転し、アクチュエータ作動角が付加されて出力軸６２へと伝達される。

このように本実施例によれば、モータ３４の回転角（アクチュエータ作動角）を変更させることで、操舵伝達比（出力軸６２の回転角に対する入力軸６０の回転角の比：入力軸回転角／出力軸回転角）を任意に変更することができる。この操舵伝達比の可変制御（操舵伝達比可変制御）は、車両用操舵制御装置１０のＥＣＵ５４により実行される。尚、本発明は、如何なる伝達比可変機構に対しても適用可能であり、例えば、特開２００３−３２０９４３号公報や特開２００３−３２０９４５号公報に開示されるような、伝達比可変機構３０のハウジング３２がステアリングホイール１１の回転に伴って回転するタイプのものに対しても適用可能である。

以下、図４等を参照して、ＥＣＵ５４により実行される操舵伝達比可変制御について詳説する。尚、ＥＣＵ５４は、図示しないバスを介して互いに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータとして構成されている。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム等が格納されている。

ＥＣＵ５４には、中間シャフト１６又はメインシャフト１４に設けられる舵角センサ７４、各輪に設けられる車速センサ７６（車輪速センサ）、及び、出力軸６２に設けられる出力角センサ（ピニオン回転角センサ）７８が接続されている。ＥＣＵ５４には、舵角センサ７４、車速センサ７６及び出力角センサ７８からの検出信号がそれぞれ所定周期で入力される（ステップ１００）。尚、舵角センサ７４は、ステアリングホイール１１の操舵角に応じた検出信号を出力し、車速センサ７６は、車輪の回転量に応じた検出信号を出力し、出力角センサ７８は、出力軸６２の回転角（ピニオン回転角）に応じた検出信号を出力する。

ＥＣＵ５４は、例えば図５に示すようなマップを用いて、上記ステップ１００で得た車速Ｖに応じた操舵伝達比Ｇを決定する（ステップ１１０）。尚、図５では、操舵伝達比は、低速域で最もクイックな（低い）値に設定されており、これにより、据え切り時やＵターン時の切り返し操作量（切り返し回数）が低減されている。また、中速域では、車速の上昇に応じて徐々にクイックからスロー（高）に変化し、高速域では、穏やかで安定感のあるステアリングフィーリングを実現するため、最もスローな値に設定されている。ＥＣＵ５４は、車両の走行状態（例えば、路面のμ）に応じて、複数の異なるマップを切り替えて用いてもよい。

ＥＣＵ５４は、上記ステップ１００で得た舵角センサ７４からの操舵角θ_ＩＮ（入力角）に対して、上記ステップ１１０で導出した操舵伝達比Ｇに基づいて、目標出力角θ_ＴＧＴ（＝θ_ＩＮ／Ｇ）を決定する（ステップ１２０）。また、ＥＣＵ５４は、上記ステップ１００で得た出力角センサ７８からの検出角θ_ＯＵＴ（出力角）と、上記ステップ１２０で導出した目標出力角θ_ＴＧＴとの角度偏差ｅ（＝θ_ＴＧＴ−θ_ＯＵＴ）を算出し、角度偏差ｅの絶対値｜ｅ｜を算出する（ステップ１３０）。

ＥＣＵ５４は、上記ステップ１３０で導出した｜ｅ｜を用いて、比例ゲインＰを導出・設定する（ステップ１４０）。尚、このステップ１４０の処理については図６，７を参照して後述する。

ＥＣＵ５４は、上記ステップ１４０で設定した比例ゲインＰに基づいてモータ３４の駆動信号を生成し、モータ３４に出力する（ステップ１５０）。

図６は、上記ステップ１４０の処理を行うＥＣＵ５４の比例ゲイン設定部５６を示す。本実施例の比例ゲイン設定部５６は、比例ゲインＰを操舵角θ_ＩＮと車速Ｖに応じて設定することを特徴とする。

具体的には、比例ゲイン設定部５６は、先ず、上記ステップ１３０で導出した｜ｅ｜に対する補正値α１を決定する。この際、比例ゲイン設定部５６は、車速Ｖに応じた補正値α１を定める２種類のマップ（マップＭ１，Ｍ２）を、操舵角θ_ＩＮに応じて使い分けて補正値α１を決定する。

図６に示す例では、マップＭ１は、操舵角θ_ＩＮが所定の閾値θ_ＴＨＲ以上である場合に選択されるマップであり、このマップＭ１では、車速Ｖに対する補正値α１は、車速Ｖの増加と共に（低速域から中速域にかけて）徐々に増加し、所定の速度を超えた速度域では一定値となっている。一方、マップＭ２は、操舵角θ_ＩＮが所定の閾値θ_ＴＨＲ（例えば、車両の直進状態の判定基準として１０ｄｅｇ）よりも小さい場合に選択されるマップであり、高速域内の所定の速度域Ｘ（例えば、１００ｋｍ／ｈ前後の速度域）において、車速Ｖに対する補正値α１が小さく設定されている。この所定の速度域Ｘ（及びその際の補正値α１）は、ステアリングホイール１１に主にフラッタ現象（操舵伝達系の共振）が生じる速度域（典型的には、８０ｋｍ／ｈ〜１２０ｋｍ／ｈ）として試験やシミュレーション等を介して予め設定される。

比例ゲイン設定部５６は、上述の如くマップＭ１若しくはＭ２を用いて、上記ステップ１００で得た車速Ｖに応じた補正値α１を導出し、上記ステップ１３０で導出した｜ｅ｜に当該補正値α１を加算して合計値ＡＬＬ１（＝α１＋｜ｅ｜）を導出する。次いで、比例ゲイン設定部５６は、図６に示すような比例ゲイン設定用マップを用いて、合計値ＡＬＬ１に応じた比例ゲインＰを導出・設定する。図６に示す比例ゲイン設定用マップでは、合計値ＡＬＬ１に対する比例ゲインＰは、実質的に、合計値ＡＬＬ１と共に増加するように定められている。

ところで、操舵伝達系の伝達剛性（操舵伝達系の応答性）は、比例ゲインＰの増加に伴って増加する。本実施例では、上述の如く、上記ステップ１００で得た車速Ｖが所定の速度域Ｘに属する場合であって、操舵角θ_ＩＮが所定の閾値θ_ＴＨＲよりも小さい場合には、比例ゲインＰが小さく設定される。これにより、フラッタ現象（操舵伝達系の共振）が生じる速度域において、操舵伝達系の剛性が低下されるので、フラッタ現象によるステアリングホイール１１の回転方向の振動を効果的に抑制することができる。尚、本実施例では、フラッタ現象が生じる速度域以外の中・高速領域では、比例ゲインＰが比較的大きな値に設定され、必要な操舵伝達系の応答性が確保されている。

また、本実施例では、操舵角θ_ＩＮが所定の閾値θ_ＴＨＲ以上の場合には、車速Ｖが所定の速度域Ｘに属する場合であっても、比例ゲインＰが比較的大きな値に設定される。これは、操舵角θ_ＩＮが所定の閾値θ_ＴＨＲ以上の場合、ドライバーがステアリングホイール１１を操作していることが想定されるので、ステアリングホイール１１の振動がドライバーに不快感を与える可能性が低く、むしろ操舵伝達系の応答性を高める方を優先すべきであるからである。この観点から、上述のマップＭ１，Ｍ２の切り替えは、車両の直進状態を判定する閾値θ_ＴＨＲに加えて、操舵角θ_ＩＮの変化率（舵角速度）を考慮して実現されてもよい。

次に、図７を参照して、本発明による車両用操舵制御装置１０の第２実施例を説明する。本第２実施例において、ＥＣＵ５４の比例ゲイン設定部５６以外の構成は、上述の実施例と同様であってよい。従って、ＥＣＵ５４は、図４に従って処理を実行する。図７は、本実施例のＥＣＵ５４の比例ゲイン設定部５６を示す。

本実施例の比例ゲイン設定部５６は、比例ゲインＰをブレーキ操作状態と車速Ｖに応じて設定することを特徴とする。この目的のため、ＥＣＵ５４には、ブレーキスイッチ７９が接続されている。ブレーキスイッチ７９は、ドライバーによってブレーキペダルの踏み込み（ブレーキ操作）が行われた場合にオン信号を出力するスイッチである。比例ゲイン設定部５６は、ブレーキスイッチ７９からのオン信号が入力されている間、図７に示すように、マップＭ２を用いて補正値α１（比例ゲイン）を設定する。一方、比例ゲイン設定部５６は、ブレーキスイッチ７９からのオン信号が入力されていない場合、マップＭ１を用いて補正値α１（比例ゲイン）を設定する。ここで、マップＭ１，Ｍ２は、上述の実施例と同様のものであってよい。

従って、本実施例では、上述の如く、上記ステップ１００で得た車速Ｖが所定の速度域Ｘに属する場合であって、ドライバーによりブレーキ操作が行われている場合には、比例ゲインＰが小さく設定される。これにより、ブレーキジャダーが生じる速度域において、操舵伝達系の剛性が低下されるので、ブレーキジャダーによるステアリングホイール１１の振動を効果的に抑制することができる。

尚、本実施例において、比例ゲイン設定部５６は、ブレーキスイッチ７９からのオン信号に加えて若しくはそれに代えて、ブレーキ踏力に応じたマスタシリンダ圧を検出する油圧センサ（図示せず）の出力信号に基づいて、ブレーキ操作状態を検出してもよい。この場合、例えば、比例ゲイン設定部５６は、所定のブレーキ操作（例えば、ある一定圧以上のマスタシリンダ圧を発生させるブレーキ操作）が行われた場合、マップＭ１からマップＭ２への切り替えを実行してもよい。

また、本実施例において、所定の速度域Ｘは、ステアリングホイール１１に主にブレーキジャダーが生じる速度域（典型的には、６０ｋｍ／ｈ〜１２０ｋｍ／ｈ）として決定され、上述の実施例と同一の範囲である必要はない。

また、本実施例は、上述の第１実施例と組み合せて実現されてよい。例えば、ドライバーによりブレーキ操作が行われていない場合には、上述の第１実施例の構成が採用され、ドライバーによりブレーキ操作が行われている場合、マップＭ１を用いた補正値α１（比例ゲイン）の設定が採用されてよい。また、ドライバーによりブレーキ操作が行われている場合に用いるマップと、車速Ｖが所定の速度域Ｘに属する場合であって、操舵角θ_ＩＮが所定の閾値θ_ＴＨＲ未満の場合に用いるマップとは、必ずしも同一である必要は無く、それぞれの状況に適応した別々のマップが用意されてよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の各実施例では、制御ゲインとして比例ゲインが示されているが、制御ゲインとして比例ゲイン、微分ゲイン若しくは積分ゲイン又はこれらの任意の組み合わせが用いられる構成であってもよい。例えば特開２０００−３５１３８２号公報に開示されるように、モータ３４の駆動制御を比例ゲイン及び微分ゲインに基づいて実現する構成であってもよい。この場合、比例ゲイン及び／又は微分ゲインの設定に対して上述のようなマップの切り替えが実現されてよい。

また、上述の各実施例では、車速Ｖに応じた補正値α１を定める２種類のマップ（マップＭ１，Ｍ２）を切り替えることで間接的に比例ゲイン設定態様を可変としているが、２種類の比例ゲイン設定用マップを用いて直接的に比例ゲイン設定態様を可変としてもよい。

また、上述の各実施例では、比例ゲインＰは、補正値α１と角度偏差ｅの絶対値｜ｅ｜により得られる制御ゲイン設定関連量、即ち合計値ＡＬＬ１（＝α１＋｜ｅ｜）に応じて設定されているが、比例ゲインＰは、例えば特開２０００−３５１３８２号公報に開示されるように、他の態様で定義される制御ゲイン設定関連量との関係で決定されてもよい。

本発明による車両用操舵制御装置１０の一実施例を概略的に示す全体図である。 伝達比可変機構３０の断面図である。 伝達比可変機構３０による伝達比可変原理の説明図である。 ＥＣＵ５４により実行される操舵伝達比可変制御の流れを示すフローチャートである。 操舵伝達比の対車速変化特性を示すマップである。 第１実施例に係るＥＣＵ５４の比例ゲイン設定部５６を示す図である。 第２実施例に係るＥＣＵ５４の比例ゲイン設定部５６を示す図である。

符号の説明

１０ 車両用操舵制御装置
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングコラム
１４ メインシャフト
１６ 中間シャフト
１７ ピニオン
１８ ステアリングラック
３０ 伝達比可変機構
３１ ステアリングギアボックス
３２ ハウジング
３４ モータ
３５ モータシャフト
４０ 減速機
５０ ロック機構
５４ ＥＣＵ
５６ 比例ゲイン設定部
６０ 入力軸
６２ 出力軸
７２ 回転角センサ
７４ 舵角センサ
７６ 車速センサ
７８ 出力角センサ
７９ ブレーキスイッチ

Claims (10)

1. 操舵伝達系の伝達比を可変する伝達比可変制御を行う車両用操舵制御装置において、
   伝達比可変制御時の制御ゲインをハンドル操舵角と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵制御装置。
2. 前記制御ゲインのハンドル操舵角と車速に応じた設定は、制御ゲインを決定するための制御ゲイン設定関連量と車速との関係をハンドル操舵角に応じて変更することにより実現される、請求項１記載の車両用操舵制御装置。
3. ハンドル操舵角が小さい場合、ハンドル操舵角が大きい場合に比して、所定の車速域における制御ゲインが小さく設定される、請求項１又は２記載の車両用操舵制御装置。
4. 前記所定の車速域は、時速８０ｋｍを超える高速域内に設定される、請求項３記載の車両用操舵制御装置。
5. 操舵伝達系の伝達比を可変する伝達比可変制御を行う車両用操舵制御装置において、
   伝達比可変制御時の制御ゲインをブレーキ操作状態と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵制御装置。
6. 前記制御ゲインのブレーキ操作状態と車速に応じた設定は、制御ゲインを決定するための制御ゲイン設定関連量と車速との関係をブレーキ操作状態に応じて変更することにより実現される、請求項５記載の車両用操舵制御装置。
7. 所定のブレーキ操作が検出された場合、所定のブレーキ操作が検出されない場合に比して、所定の車速域における制御ゲインが小さく設定される、請求項５又は６記載の車両用操舵制御装置。
8. 前記所定の車速域は、時速６０ｋｍを超える高速域内に設定される、請求項７記載の車両用操舵制御装置。
9. ステアリングホイールの回転力を伝達する入力軸と、
   ステアリングギアに回転力を伝達する出力軸と、
   電動モータと、
   電動モータの駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変機構と、
   電動モータの駆動制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置が、電動モータの駆動制御時の制御ゲインをハンドル操舵角と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵装置。
10. ステアリングホイールの回転力を伝達する入力軸と、
    ステアリングギアに回転力を伝達する出力軸と、
    電動モータと、
    電動モータの駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変機構と、
    電動モータの駆動制御を行う制御装置とを備え、
    前記制御装置が、電動モータの駆動制御時の制御ゲインをブレーキ操作状態と車速に応じて設定することを特徴とする、車両用操舵装置。

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