JP2010089540A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スプリットμ路での車両の安定化をより向上することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵角の方向と操舵角速度の方向とが異なる場合にアシストモータ５１を介してステアリングホイールを中立位置に戻す方向へ補助力を付与するハンドル戻し制御を実行するハンドル戻し制御部２３と、車両の左右輪の路面の摩擦係数が異なる場合にアシストモータ５１を介して低μ路面側へステアリングホイールを切る方向へ補助力を付与し車両挙動を抑制するスプリットμ制御を実行するスプリットμ制御部２２と、を備える電動パワーステアリング装置１において、スプリットμ制御部２２がスプリットμ制御を実行しているときには、ハンドル戻し制御部２３におけるハンドル戻し制御のゲインを、スプリットμ制御を実行していないときよりも小さくする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ハンドル戻し制御とスプリットμ制御が可能な電動パワーステアリング装置に関するものである。

操舵時の運転者の操舵力を軽減する車両用電動パワーステアリング装置には、ハンドル戻し制御やスプリットμ制御を行うものがある。
ハンドル戻し制御は、路面反力によるセルフアライニングトルクの過不足を補償するように、操舵アシストモータ（以下、アシストモータと略す）の目標電流（目標操舵アシスト量）に対して、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向への補正を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

左右輪がそれぞれ路面摩擦係数の異なる路面（以下、スプリットμ路という）を車両が走行している場合、車両は高μ路面側へ偏向し易く、特に制動時には顕著である。スプリットμ制御は、このスプリットμ路に起因する不整な車両挙動を抑制するために、車両がスプリットμ路を走行していて高μ路面側へ偏向したときに、アシストモータの目標電流に対して、低μ路面側へステアリングホイールを切る方向への補正を行うものである（例えば、特許文献２参照）。
特許第３８４７１７９号公報 特開２００５−３４９９１４号公報

ところで、ハンドル戻し制御とスプリットμ制御の両方を実行可能にした電動パワーステアリング装置では、ハンドル戻し制御とスプリットμ制御との干渉が、車両の安定化を低減させる場合がある。

そこで、この発明は、スプリットμ路での車両の安定化をより向上することができる電動パワーステアリング装置を提供するものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、操舵角の方向と操舵角速度の方向とが異なる場合に操舵アシストモータ（例えば、後述する実施例における操舵アシストモータ５１）を介してステアリングホイールを中立位置に戻す方向へ補助力を付与するハンドル戻し制御を実行するハンドル戻し制御部（例えば、後述する実施例におけるハンドル戻し制御部２３）と、車両の左右輪の路面の摩擦係数が異なる場合に前記操舵アシストモータを介して低μ路面側へ前記ステアリングホイールを切る方向へ補助力を付与し車両挙動を抑制するスプリットμ制御を実行するスプリットμ制御部（例えば、後述する実施例におけるスプリットμ制御部２２）と、を備える電動パワーステアリング装置（例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置１）において、前記スプリットμ制御部がスプリットμ制御を実行しているときには、前記ハンドル戻し制御部におけるハンドル戻し制御のゲインを、スプリットμ制御を実行していないときよりも小さくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
このように構成することにより、スプリットμ制御実行中は、ハンドル戻し制御部で発生させるステアリングホイールを中立位置に戻す方向への補助力（以下、ハンドル戻し補助力と称す）を小さくすることができる。

請求項１に係る発明によれば、スプリットμ制御実行中はハンドル戻し補助力を小さくすることができるので、ハンドル戻し制御とスプリットμ制御とが干渉した場合にもハンドル戻し補助力による影響を低減することができる。これにより、スプリットμ制御を優先させることができ、スプリットμ路での車両挙動の安定化性能をより向上することができる。

以下、この発明に係る電動パワーステアリング装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。
図１の構成図に示すように、車両の電動パワーステアリング装置１は、操舵アシストトルクを発生させる操舵アシストモータ（以下、アシストモータと略す）５１と、アシストモータ５１を駆動するモータ駆動回路５２と、電動パワーステアリング制御装置（以下、ＥＰＳ制御装置と略す）２０と、を備えて構成されている。

ＥＰＳ制御装置２０には、ステアリングシャフト（図示略）に印加される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１１と、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサ１２と、車両に発生するヨーレートを検出するヨーレートセンサ１３と、ステアリングホイール（図示略）の操舵角を検出する操舵角センサ１４と、アシストモータ５１の回転数を検出するモータ回転数センサ１５から、それぞれ検出値に応じた出力信号が入力される。
この電動パワーステアリング装置１では、アシストモータ５１により発生させたアシストトルクを、ステアリング機構のピニオン軸（図示略）に付与することにより、運転者の操舵力を補助する。

ＥＰＳ制御装置２０は、ＥＰＳ基本制御部２１と、スプリットμ制御部２２と、ハンドル戻し制御部２３と、制御ゲイン算出部２４と、を備えて構成されている。
ＥＰＳ基本制御部２１は、操舵トルクセンサ１１により検出された操舵トルクと、車輪速センサ１２により検出された各車輪の車輪速に基づいて算出される車両の速度（車速）と、モータ回転数センサ１５により検出されたアシストモータ５１のモータ回転数に基づいて、アシストモータ５１のＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥを算出する。ＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥの算出方法は公知の電動パワーステアリング装置と同じであるので詳細説明は省略するが、概略、操舵トルクが大きくなるにしたがってＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥが大きくなり、車速が大きくなるにしたがってＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥが小さくなり、アシストモータ５１の回転数が大きくなるにしたがって（換言すると、操舵角速度が大きいほど）、ＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥが小さくなるように設定される。

スプリットμ制御部２２は、スプリットμ路判定部（図１では判定部と略す）２５と、スプリットμ制御量算出部（図１では制御量算出部と略す）２６とを備えている。
スプリットμ路判定部２５は、車両が現在走行している路面がスプリットμ路か否かを判定する。スプリットμ路であるか否かの判定方法は種々あるが、この実施例では、車輪速センサ１２で検出された車輪の車輪速から算出した前輪の左右輪の車輪速度差、または、後輪の左右輪の車輪速度差、あるいはこれら両方に基づいて、前記車輪速度差が所定の閾値以上のときはスプリットμ路であると判定し、前記車輪速度差が前記閾値未満のときはスプリットμ路でないと判定する。
スプリットμ路判定部２５は、スプリットμ路であると判定したときには、スプリットμ制御フラグＭＹＵ＿Ｆ＝１を制御ゲイン算出部２４へ出力し、スプリットμ路でないと判定したときには、スプリットμ制御フラグＭＹＵ＿Ｆ＝０を制御ゲイン算出部２４へ出力する。

なお、スプリットμ路であるか否かの他の判定方法としては、前輪の左右輪のキャリパー圧差、または、後輪の左右輪のキャリパー圧差、あるいはこれら両方に基づいて判定する方法や、前輪の左右輪のトルク差、または、後輪の左右輪のトルク差、あるいはこれら両方に基づいて判定する方法や、前輪の左右輪のスリップ率差、または、後輪の左右輪のスリップ率差、あるいはこれら両方に基づいて判定する方法等がある。

スプリットμ制御量算出部２６は、スプリットμ路判定部２５によりスプリットμ路であると判定された場合に、スプリットμ路に起因する不整な車両挙動を抑制するために、アシストモータ５１の目標電流に対する補正制御量を算出する。
詳述すると、車両がスプリットμ路を走行しているときには高μ路面側へ偏向し易く、特に制動時にはその傾向が顕著である。この車両の偏向はヨー変化として現れる。そこで、スプリットμ制御量算出部２６は、車両がスプリットμ路を走行中にヨーレートが発生したときには、ＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥに対しヨーレートを抑制する方向、すなわち低μ路面側へステアリングホイールを切る方向への補正を行うために、その補正制御量（以下、スプリットμ制御量という）ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥを算出する。スプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥは、前述したスプリットμ路判定で用いた車輪速度差やキャリパー圧差やトルク差やスリップ率差に基づいて算出され、これらの差が大きいほどスプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥは大きい値となる。また、車速に応じて補正が行われ、車速が高いほどスプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥが大きくなるように補正される。

ハンドル戻し制御部２３は、ハンドル戻し判定部（図１では判定部と略す）２７と、ハンドル戻し制御量算出部（図１では制御量算出部と略す）２８とを備えている。
ハンドル戻し判定部２７は、操舵角センサ１４の出力信号とモータ回転数センサ１５の出力信号に基づいて、運転者がステアリングホイールを中立位置に戻す方向へ操舵しているか否かを判定する。
詳述すると、操舵角センサ１４の出力信号から操舵角の方向（中立位置よりも時計回り方向側に回転されている状態か、反時計回り方向側に回転されている状態か）と、モータ回転数センサ１５の出力信号に基づいて算出した操舵速度（操舵角速度）の方向（時計回り方向か反時計回り方向か）とが異なる方向である場合には、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向へ操舵を行う、いわゆるハンドル戻し操作を行っていると判定し、操舵角の方向と操舵速度の方向とが同じ方向である場合には、ステアリングホイールを中立位置から遠ざかる方向へ操舵を行う、いわゆるハンドル切り増し操作を行っていると判定する。

ハンドル戻し制御量算出部２８は、ハンドル戻し判定部２７によりハンドル戻し操作を行っていると判定された場合に、ＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥに対しステアリングホイールを中立位置に戻す方向への補正を行うために、その補正制御量（以下、ハンドル戻し基本制御量という）ＴＨＥＴＡ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥを算出する。ハンドル戻し基本制御量ＴＨＥＴＡ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥは、操舵角センサ１４で検出された操舵角と、モータ回転数センサ１５で検出されたアシストモータ５１のモータ回転数（操舵角速度）等に基づいて、マップ等を参照して算出する。前記マップ等では、概略、操舵角が大きいほどハンドル戻し基本制御量ＴＨＥＴＡ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥが大きくなり、モータ回転数（操舵角速度）が大きいほどハンドル戻し基本制御量ＴＨＥＴＡ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥが小さくなるように設定されている。

制御ゲイン算出部２４は、スプリットμ制御部２２から入力したスプリットμ制御フラグＭＹＵ＿Ｆに基づいて、ハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを算出する。
制御ゲイン算出部２４において実行される制御ゲイン算出処理を、図２のフローチャートに従って説明する。なお、図２のフローチャートに示す制御ゲイン算出処理ルーチンは一定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１において、スプリットμ制御部２２から入力されるスプリットμ制御フラグＭＹＵ＿Ｆに基づいて、スプリットμ制御を非実行中か否かを判定する。つまり、スプリットμ制御フラグＭＹＵ＿Ｆ＝０が入力されているときには、スプリットμ制御量算出部２６はスプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥを算出しておらず、つまりスプリットμ制御部２２はスプリットμ制御を実質的に実行していないので、ステップＳ１０１において肯定判定され、スプリットμ制御フラグＭＹＵ＿Ｆ＝１が入力されているときには、スプリットμ制御量算出部２６はスプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥを算出し、スプリットμ制御を実行しているので、ステップＳ１０１において否定判定される。

ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」（スプリットμ制御実行中）である場合には、ステップＳ１０２に進み、ハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを通常値（１．０）よりも低い値（例えば０．５）に設定し、リターンする。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」（スプリットμ制御非実行中）である場合には、ステップＳ１０３に進み、ハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを通常値である１．０に設定し、リターンする。

ＥＰＳ制御装置２０は、ハンドル戻し制御量算出部２８で算出されたハンドル戻し基本制御量ＴＨＥＴＡ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥに、制御ゲイン算出部２４で算出されたハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを乗じ、その積をハンドル戻し制御量ＴＨＥＴＡ＿ＶＡＬＵＥとする。

ＥＰＳ制御装置２０は、ＥＰＳ基本制御部２１で算出されたＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥに、スプリットμ制御部２２で算出されたスプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥを加算し、さらに前記ハンドル戻し制御量ＴＨＥＴＡ＿ＶＡＬＵＥを加算して、アシストモータ５１の目標電流Ｉｏを求め、この目標電流Ｉｏをモータ駆動回路５２へ出力する。

つまり、スプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥとハンドル戻し制御量ＴＨＥＴＡ＿ＶＡＬＵＥはいずれも、アシストモータ５１のＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥに対する補正量となる。そして、スプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥは、アシストモータ５１を介して低μ路面側へステアリングホイールを切る方向へ補助力を生じさせる成分ということができ、ハンドル戻し制御量ＴＨＥＴＡ＿ＶＡＬＵＥは、アシストモータ５１を介してステアリングホイールを中立位置に戻す方向へ補助力を生じさせる成分ということができる。
モータ駆動回路５２では、アシストモータ５１の実電流が前記目標電流Ｉｏと一致するように、フィードバック制御が行われる。

このように構成された電動パワーステアリング装置１の作用を説明する。
例えば、図４に示すように、右側が低μ路面で左側が高μ路面のスプリットμ路において、車両Ｖの右車輪を低μ路面上に載せ、左車輪を高μ路面上に載せて直進走行しているときに、車両を制動した場合を想定する（図４において「ブレーキング」の状態）。なお、以下の説明は、話を単純化したモデルケースである。

この場合、左右の路面μ差に起因して左右に制動力差が生じ、これにより車両には車両を高μ路面側に偏向させるヨーモーメント（この場合は、左回転方向のヨーモーメント）が発生して、車両が左方向に偏向し、車両に左ヨーレートが発生する（図４において「車両左取られ」の状態）。このとき、ＥＰＳ制御装置２０のスプリットμ制御部２２において、スプリットμ判定部２５によりスプリットμ路であると判定され、スプリットμ制御量算出部２６によりスプリットμ基本制御量ＭＹＵ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥが算出されて、スプリットμ制御が実行される。つまり、運転者がステアリングホイールを操舵する前から、ステアリングホイールを低μ路面側へ切る方向へアシストモータ５１による操舵アシストが行われる。

一方、運転者は、スプリットμ制御部２２によるスプリットμ制御が実行されると同時に、あるいは、その後を追うようにして、車両を直進方向に戻すためにステアリングホイールを右回転方向に操舵する（図４において「ステアリング右操舵」の状態）。このときには、ＥＰＳ制御装置２０において、ＥＰＳ基本制御部２１とスプリットμ制御部２２は作動するが、ハンドル戻し制御部２３はハンドル切り増し操作であるため作動しない。

この後、車両挙動の修正が進行するにしたがって、運転者はステアリングホイールを右操舵している操舵トルクを弱めていき、中立位置に戻すように操作する。これはハンドル戻し操作であるため、このときには、ＥＰＳ制御装置２０において、ＥＰＳ基本制御部２１とスプリットμ制御部２２とハンドル戻し制御部２３が同時に作動する。
このときのハンドル戻し制御は、右操舵状態におけるハンドル戻し制御であるため、ハンドル戻し制御量ＴＨＥＴＡ＿ＶＡＬＵＥは、ステアリングホイールを左回転させる方向にアシストする成分として、アシストモータ５１のＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥを補正することとなり、これは、スプリットμ路に起因して生じた不整な車両挙動を抑制するベクトルと逆方向のベクトルとなる。つまり、このときのハンドル戻し制御はスプリットμ制御の効果を低減させる虞がある。

しかしながら、この実施例の電動パワーステアリング装置１においては、スプリットμ制御を実行しているときには、ハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを、スプリットμ制御を実行していないときよりも低い値（ＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮ＝０．５）に設定しているので、ステアリングホイールを左回転させる方向にアシストする成分（ハンドル戻し補助力）を小さくすることができる。これにより、スプリットμ制御実行中はスプリットμ制御を優先させ、ハンドル戻し制御による影響を低減することができるので、迅速に車両挙動を収束させることができる。したがって、スプリットμ路での車両挙動の安定化性能がより向上する。
以上、制動時を例にして作用を説明したが、制動時以外のときにも同様に作用する。

図４に示す操舵トルクとヨーレートのグラフにおいて、実線（本発明）は、スプリットμ制御と逆ベクトルにハンドル戻し制御が作用したときに、ハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを実施例のようにスプリットμ制御非実行時よりも小さい値に設定した場合を示し、破線（従来）は、ハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮをスプリットμ制御非実行時と同じ値に設定した場合を示す。

次に、図３のフローチャートに従って、電動パワーステアリング装置１のアシストモータ５１の制御手順を説明する。
まず、ステップＳ２０１において、スプリットμ路と判定された場合にスプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥを算出する。
次に、ステップＳ２０２に進み、ハンドル戻し基本制御量ＴＨＥＴＡ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥを算出する。
次に、ステップＳ２０３に進み、ハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを算出する。
次に、ステップＳ２０４に進み、ハンドル戻し基本制御量ＴＨＥＴＡ−Ｂ＿ＶＡＬＵＥにハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮを乗じて、ハンドル戻し制御量ＴＨＥＴＡ＿ＶＡＬＵＥを算出する。
次に、ステップＳ２０５に進み、ＥＰＳ基本制御量ＥＰＳ＿ＶＡＬＵＥと、スプリットμ制御量ＭＹＵ＿ＶＡＬＵＥと、ハンドル戻し制御量ＴＨＥＴＡ＿ＶＡＬＵＥを加算して、アシストモータ５１の制御量（目標電流Ｉｏ）を算出する。
次に、ステップＳ２０５に進み、アシストモータ５１を制御する。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例において、スプリットμ制御実行実行時のハンドル戻し制御ゲインＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮの値は０．５に限るものではなく、１より小さい適宜の値に設定可能であり、ＴＨＥＴＡ＿ＧＡＩＮ＝０とすることも可能である。

この発明に係る電動パワーステアリング装置の実施例における構成図である。 前記実施例における制御ゲイン算出処理を示すフローチャートである。 前記実施例における電動パワーステアリング装置の制御手順を示すフローチャートである。 前記実施例の電動パワーステアリング装置におけるスプリットμ制御を説明する図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２２ スプリットμ制御部
２３ ハンドル戻し制御部
２４ 制御ゲイン算出部
５１ アシストモータ（操舵アシストモータ）

Claims (1)

1. 操舵角の方向と操舵角速度の方向とが異なる場合に操舵アシストモータを介してステアリングホイールを中立位置に戻す方向へ補助力を付与するハンドル戻し制御を実行するハンドル戻し制御部と、
   車両の左右輪の路面の摩擦係数が異なる場合に前記操舵アシストモータを介して低μ路面側へ前記ステアリングホイールを切る方向へ補助力を付与し車両挙動を抑制するスプリットμ制御を実行するスプリットμ制御部と、
   を備える電動パワーステアリング装置において、
   前記スプリットμ制御部がスプリットμ制御を実行しているときには、前記ハンドル戻し制御部におけるハンドル戻し制御のゲインを、スプリットμ制御を実行していないときよりも小さくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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