JP4353041B2 - 車両用操舵反力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵力をアシスト可能な車両に用いて好適の、車両用操舵反力制御装置に関するものである。

従来より、車両のサスペンションを能動的に作動させるようにした、いわゆるアクティブサスペンション（以下、アクティブサスと略す）やアクティブスタビライザ（以下、アクティブスタビと略す）が広く知られており、一部では実用化されている（例えば下記の特許文献１参照）。
このうちアクティブサスは、車両の走行状態や路面状態に応じて車両のサスペンションストロークを積極的に制御するものであり、またアクティブスタビは車両の走行状態に応じて積極的にスタビライザを捻って車両のロール角を抑制するものである。

ここで、図２（ａ），（ｂ）はアクティブスタビのシステム構成を示す模式図、図３はその特性を示す図、図４（ａ），（ｂ）はその作用を示す図である。図２（ａ）において、符号１０１はスタビライザ本体であって、このスタビライザ本体１０１は図示しない左右のサスペンションの間に介装されている。また、このスタビライザ本体１０１の一端は図２（ｂ）に示すような油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）１０２を介して上記サスペンションに接続されている。

また、図２（ａ）に示すように、油圧シリンダ１０２には油圧ポンプ１０３が接続され、油圧シリンダ１０２と油圧ポンプ１０３との間には油圧ポンプ１０３からの作動油の供給方向を切り替えるためのバルブ１０４が介装されている。
また、上記バルブ１０４にはＥＣＵ（コントローラ）１０５が電気的に接続されており、このＥＣＵ１０５からの制御信号に基づきバルブ１０４の作動状態が制御されるようになっている。また、ＥＣＵ１０５には種々のセンサが接続されており、これらのセンサで検出された横加速度（横Ｇ），操舵角（ハンドル角），車速及びサスペンションストローク等に基づいて、バルブ１０４に対する制御信号が設定されるようになっている。

そして、バルブ１０４の切り替え状態が制御されることにより、油圧シリンダ１０２の伸縮状態が制御されて、これによりスタビライザ本体１０１の捻り状態が積極的に変更されて車両のロール角が制御されるようになっている。
このような構成により、図３及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、アクティブスタビライザを備えた車両では、一般的なスタビライザを備えた車両（図３及び図４（ｂ）の「ノーマル」参照）よりも旋回時の横加速度に対する車体のロール角を大幅に抑制することができ、操安性の向上を図ることができる。
特開平６−２３４３１６号公報

ところで、直進状態からハンドルを切り込んで車体がロールすると、高速で回転する前輪も車体とともにロールすることで、いわゆるジャイロモーメントが発生することが知られている。このジャイロモーメントはハンドルを切り戻す方向に作用し、また、ジャイロモーメントの大きさはロール角速度に比例する。このため、ジャイロモーメントは操舵反力として作用し、ロール角速度が大きいほど操舵反力も大きくなる。

一方、上述したようなアクティブスタビやアクティブサスを搭載した車両では、いずれも旋回時に車両のロール角が少なくなるようにサスペンションを制御するため、車両のロールによって発生するジャイロモーメント及び操舵反力が小さくなり、これに起因して車両の安定性が低下してしまうという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ロールの抑制制御の効果を損なうことなく車両の安定性を確保できるようにした、車両用操舵反力制御装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用操舵反力制御装置は、車両操舵時に操舵系に作用する操舵反力を調整可能に設けられた操舵反力調整手段と、車両に発生するロールを抑制するよう作動するロール抑制手段と、上記車両の走行状態に応じてロール抑制のための制御量を上記ロール抑制手段に出力して上記ロール抑制手段の作動を制御するロール抑制手段と、上記制御量の増加に応じて上記操舵反力が増加するように上記操舵反力調整手段の作動を制御する操舵反力制御手段とを備え、上記操舵反力制御手段が、上記制御量に基づき、操舵輪におけるジャイロモーメントの低下を補償する補正量を算出するとともに、上記補正量に応じて上記操舵反力を増加させることにより、上記ロール抑制の制御の実行時において上記操舵系に上記ロール抑制の制御を実行しない時と同等の操舵反力が作用するように、上記操舵反力調整手段の作動を制御することを特徴としている。

また、上記操舵反力調整手段が、車両の操舵力をアシストするパワーステアリング装置のアクチュエータであるのが好ましい。

本発明の車両用操舵反力制御装置によれば、ロール抑制用の制御量の増加に伴うジャイロモーメントの低下を補償する制御量の操舵反力を増加させるので、ロール角抑制制御に関係なく安定した操舵反力を得ることができ、車両の操縦安定性、運転のし易さを確保しながらロールを抑制して旋回性能を向上させることができるという利点がある。

以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる車両用操舵反力制御装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式図である。
図示するように、この車両の操舵装置には、モータ（操舵反力調整手段）２１の駆動力により操舵力をアシストするような電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）２０が設けられている。ここで、このＥＰＳ２０には上述したモータ２１以外にも操舵力を検出可能なトルクセンサ２２や、モータ２１に対する制御信号を設定するためのコントローラ（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２３が設けられている。そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３では、トルクセンサ２２で検出された操舵トルクや図示しない車速センサで検出された車速等に基づいて基本操舵アシスト量Ｓ１を設定するようになっている。

また、この車両には、図示するように車両のロール角を抑制するロール抑制手段としてのアクティブスタビライザ（アクティブスタビ）１０が設けられている。このアクティブスタビ１０は背景技術の欄において図２〜図４を用いて説明したものと同様に構成されたものであって、左右のサスペンション（図示省略）の間に介装されたスタビライザ本体１を積極的に制御してロール角を抑制するものである。

すなわち、図示するように、スタビライザ本体１の一端側は油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）２を介して上記サスペンションに接続されており、この油圧シリンダ２への作動油の吸排状態を制御することにより、スタビライザ本体１の捻り角度が制御されて車両のロール状態が制御されるようになっている。
また、このアクティブスタビ１０は、作動油を加圧する油圧ポンプ３と、上記油圧シリンダ２と油圧ポンプ３との間に介装されて油圧ポンプ３からの作動油の供給方向を切り替えるバルブ４と、上記バルブ４に対する制御信号を設定し出力するコントローラ（アクティブスタビＥＣＵ）５が設けられている。

また、アクティブスタビＥＣＵ５には図示はしないが横加速度（横Ｇ）を検出する横加速度センサ、操舵角（ハンドル角）を検出する操舵角センサ、車速を検出する車速センサ及び左右のサスペンションストロークをそれぞれ検出するストロークセンサ等が接続されている。
そして、アクティブスタビＥＣＵ５では、上記の各センサからの情報に基づいてバルブ４に対する制御信号が設定されて、バルブ４の切り替え状態が制御されるようになっている。また、バルブ４の切り替え状態が制御されることで、油圧シリンダ２の伸縮状態が制御されて、スタビライザ本体１の捻り状態が積極的に変更されて車両のロール角が制御されるようになっている。

ところで、本装置ではアクティブスタビ１０の制御情報（即ちロール抑制制御の制御量）を加味してＥＰＳ２０の制御量が設定されるようになっており、これにより操縦安定性の大幅な向上が図られている。
すなわち、図１にも示すように、アクティブスタビＥＣＵ５で設定された制御情報（以下、アクティブスタビ制御情報という）は、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３にも出力されるようになっており、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３ではこのアクティブスタビ制御情報に基づいて、上記の基本操舵アシスト量Ｓ１とは別に、ロール抑制制御対応の操舵アシスト補正量（操舵反力）Ｓ２を算出するようになっている。ここで、上記操舵アシスト補正量Ｓ２は、上記ロール抑制制御の制御量の増加に応じて操舵反力を増加させるように設定されている。

そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３では、基本操舵アシスト量Ｓ１とロール抑制制御対応の操舵アシスト補正量Ｓ２とを合算したアシスト量を最終的な制御量としてモータ２１に出力するようになっている。
これは主に以下の理由による。すなわち、車体がロールすると高速で回転する前輪１１，１２も車体とともにロールするため、前輪１１，１２にジャイローモーメントが発生する。このジャイロモーメントは操舵反力として作用し、ロール角速度が大きいほど操舵反力も大きくなる。

しかし、上述したようなアクティブスタビ（ロール抑制手段）１０を搭載した車両では、旋回時に車両のロール角を抑制するため、ジャイロモーメントが小さくなり、これに伴い操舵反力も低下する。そして、このように操舵反力が低下すると車両の安定性が低下してしまうことが考えられる。
そこで、本実施形態に係る車両用操舵反力制御装置では、操舵系にロール角抑制制御を実行しない時と同等の操舵反力が作用するようにＥＰＳ２０のモータ２１の出力を制御することで、ロール角の抑制制御によって低下するジャイロモーメントをＥＰＳ２０で補償して車両の操安性を確保するようにしているのである。

以下、具体的に説明すると、アクティブスタビＥＣＵ５からＥＰＳ−ＥＣＵ２３に出力されるアクティブスタビ制御情報には、ロール抑制制御実行時におけるロール角低減用の制御量が含まれている。この制御量は、横Ｇ，ハンドル角，車速等に基づいてアクティブスタビＥＣＵ５内で算出される。
一方、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３には、アクティブスタビＥＣＵ５からのロール角低減用の制御量情報に基づいてジャイロモーメントの低下を補償する補正量を求めるマップ又は計算式が設けられている。

そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３では、上記ジャイロモーメントの低下を補償する補正量を算出し、操舵アシスト補正量Ｓ２として設定するようになっている。そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３からは、最終的な操舵アシスト量Ｓ（＝基本操舵アシスト量Ｓ１+ロール抑制制御対応の操舵アシスト補正量Ｓ２）を算出しモータ２１に出力するようになっている。なお、操舵アシスト量Ｓ１は操舵方向へのアシスト量であるが、操舵アシスト補正量Ｓ２は操舵反力として作用するので操舵方向とは逆方向のアシスト量となる。

本発明の一実施形態に係る車両用操舵反力制御装置は、上述のように構成されているので、まずアクティブスタビＥＣＵ５では、図示しない横加速度センサ、操舵角センサ、車速センサ及びストロークセンサ等の検出情報に基づいて目標ロール角を設定するとともに、上記目標ロール角となるようにバルブ４に対する制御情報（制御量）を設定する。これにより、油圧シリンダ２の伸縮状態が制御されて、スタビライザ本体１の状態が変更され、車両のロール角が制御される。

一方、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３では、トルクセンサ２２で検出された操舵トルクや車速センサで検出された車速等に基づいて基本操舵アシスト量Ｓ１が設定される。また、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３では、アクティブスタビＥＣＵ５からのロール角低減用の制御量に基づいて、ジャイロモーメントの低下を補償する操舵アシスト量の補正量をロール抑制制御対応の操舵アシスト補正量Ｓ２として設定する。

そして、ＥＰＳ−ＥＣＵ２３では、上記基本操舵アシスト量Ｓ１と上記ロール抑制制御対応の操舵アシスト補正量Ｓ２とを合算して、最終的な操舵アシスト量Ｓを算出しモータ２１に出力する。
したがって、本発明の一実施形態に係る車両用操舵反力制御装置によれば、ロール角の抑制制御の効果を損なうことなく車両の安定性を確保することができる利点がある。すなわち、ロール角抑制に伴う操舵反力の低下をＥＳＰ２０で補償するので、ロール角抑制制御に関係なく安定した操舵反力を得ることができ、これにより車両の安定性が向上する。また、ロール角の抑制制御によって操舵反力が低下してドライバが違和感を覚えるような事態も回避することができる。

また、ＥＰＳ２０のモータ２１を用いて操舵反力を補償するので、新たにアクチュエータ等を設ける必要もなく制御ロジックを追加するだけでよいので、コスト増や重量増を抑制することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、上述した実施形態ではロール抑制手段としてアクティブスタビライザを適用した場合を説明したが、ロール抑制手段としてアクティブサスペンションを適用してもよい。また、操舵反力調整手段としては上述のＥＰＳ２０用のモータ２１以外にも、例えば油圧式パワーステアリング装置の油圧シリンダ（アクチュエータ）を適用してもよいし、或いは操舵反力調整手段をパワーステアリング装置とは独立して設けてもよい。

また、ロール抑制手段によるロールの抑制は、本来車両に発生する正方向のロール量を減少させるだけでなく、逆方向のロールを発生させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態にかかる車両用操舵反力制御装置の全体構成を示す模式図である。 （ａ）はアクティブスタビライザの全体構成について説明するための図、（ｂ）はその要部構成について示す模式図である。 アクティブスタビライザの特性を示す図である。 （ａ），（ｂ）はともにアクティブスタビライザの作用を説明するための図である。

符号の説明

１ スタビライザ本体
２ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
５ アクティブスタビＥＣＵ（ロール制御手段）
１０ アクティブスタビライザ（ロール抑制手段）
２０ ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）
２１ モータ（操舵反力調整手段）
２３ ＥＰＳ−ＥＣＵ（操舵反力制御手段）

Claims (2)

1. 車両操舵時に操舵系に作用する操舵反力を調整可能に設けられた操舵反力調整手段と、
   車両に発生するロールを抑制するよう作動するロール抑制手段と、
   上記車両の走行状態に応じてロール抑制のための制御量を上記ロール抑制手段に出力して上記ロール抑制手段の作動を制御するロール制御手段と、
   上記制御量の増加に応じて上記操舵反力が増加するように上記操舵反力調整手段の作動を制御する操舵反力制御手段とを備え、
   上記操舵反力制御手段が、
   上記制御量に基づき、操舵輪におけるジャイロモーメントの低下を補償する補正量を算出するとともに、
   上記補正量に応じて上記操舵反力を増加させることにより、上記ロール抑制の制御の実行時において上記操舵系に上記ロール抑制の制御を実行しない時と同等の操舵反力が作用するように、上記操舵反力調整手段の作動を制御する
   ことを特徴とする、車両用操舵反力制御装置。
2. 上記操舵反力調整手段が、車両の操舵力をアシストするパワーステアリング装置のアクチュエータである
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両用操舵反力制御装置。
   

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