JP5050546B2 - 設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ：Electric Power Steering、以下ＥＰＳと称す。）を備えた車両について、ステアリングの操舵トルクと、当該操舵トルクを補助する（即ち、アシストする）ために加えられるアシストトルクの関係を規定するアシスト特性を設計するための設計方法の技術分野に関する。

この種の車両では、ステアリングの操舵をモータの駆動力によって補助するＥＰＳが用いられている。ＥＰＳは、ステアリングの操舵トルクをアシストするアシストトルクを発生する電動モータを含んでいる。アシストトルクは、ステアリング機構に伝達され、車両の走行時においてステアリングの操舵力を軽減する。

このようなアシストトルク及び操舵トルクの関係を規定するアシスト特性は、電動パワーステアリングシステムの開発過程において、実際に組み上げられた車両にＥＰＳを搭載した状態で実際に車両を走行させることによって設計される。また、アシスト特性は、車両を組み上げるに先立ち、車両のＥＰＳを搭載することなく、ＥＰＳを車両に搭載した場合と同様の条件下で行なわれる台上試験によって設計される場合もある。台上試験によれば、車両を組み上げる必要がないため、実際に車両にＥＰＳを搭載した状態で最適なアシスト特性を設計する場合に比べて効率良く最適なアシスト特性を設計できる。

特許文献１乃至３は、ＥＰＳを車両に搭載することなく、ＥＰＳの性能を評価或いは試験する技術を開示している。より具体的には、特許文献１は、目標とするヨーレートの周波数応答特性を設定し、車両モデルから車輪に発生させる力及びこの力を発生させるタイミングを定量化可能な方法、並びにその設計プログラムを開示している。特許文献２は、仮想車両モデルに基づいたシミュレーション結果から車両の操舵性能、応答特性、及びドライバが感じる操舵フィーリングを評価することによって、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit、以下ＥＣＵと称す。）をチューニングする電動パワーステアリングシステム評価システムを開示している。特許文献３は、車両の速度、操舵角、及び車両の走行時に車輪が路面から受ける操舵反力の関係を規定する車両シミュレーションモデルに基づき、操舵角及び車両の速度に対応した操舵反力を特定する電動パワーステアリング装置用試験システムを開示している。

特開２００３−１２７８８７号公報 特開２００５−２１２７０６号公報 特開２００５−１７２５２８号公報

しかしながら、台上試験によってアシスト特性を設計する場合、ＥＰＳを構成するシステム要素を試作した後でなければ台上試験を行なうことができないため、要求性能を満たさないシステム要素を試作し直すことによって試作費が増大してしまう問題点がある。加えて、システム要素を試作し直すことによって、ＥＰＳの開発期間、及び当該ＥＰＳを搭載する車両の開発期間が長くなってしまう問題点がある。

また、車両モデルを用いたシミュレーションによってアシスト特性を設計した場合、シミュレーション結果に基づいて設計されたアシスト特性をそのまま用いてアシストトルクを操舵トルクに加えることによって、ステアリングの操舵に起因しないトルク変動に応じた振動が発生し、運転者によるステアリングホイールの操作性、及び車両の乗り心地を低下させてしまう問題点もある。より具体的には、例えば、車両の直進時にステアリングに操舵トルクが殆ど加わらないため、路面等の走行環境から受けるトルクに応じて特定されたアシストトルクによってステアリングに振動が発生してしまう場合がある。

よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、ＥＰＳ、及びＥＰＳを搭載した車両の開発費を低減できると共に、開発期間を短縮できるアシスト特性の設計方法を提供することを課題とする。加えて、本発明は、ステアリングの操舵に起因しない、言い換えれば車両の走行環境に起因する車両外部から加わる外乱によって発生する振動を低減できるアシスト特性を設計可能な設計方法を提供することを課題とする。

本発明に係る設計方法は上記課題を解決するために、車両の走行時におけるステアリングの操舵トルクと、前記走行時に前記操舵トルクに加えられるアシストトルクとの関係を規定するアシスト特性を設計するための設計方法であって、前記操舵トルクと、車輪の横方向に沿って前記車輪に加わる横力との目標にすべき相互関係を規定する関係式を設定する第１ステップと、前記アシスト特性を特定する際に用いられるパラメータについて前記車両に対応した設計値を取得する第２ステップと、前記走行時に前記関係式が成立するように、前記設計値及び所定のモデルに基づいて前記アシスト特性を特定する第３ステップと、前記操舵トルクのニュートラル点を跨ぐ前記操舵トルクの所定の範囲において前記アシストトルクが制御されないデッドバンド領域を含み、且つ前記アシスト特性と異なる一のアシスト特性を特定する第４ステップと、前記デッドバンド領域のうち前記ニュートラル点を跨ぐ一部の領域が残るように、前記一のアシスト特性を前記アシスト特性にフィッティングさせることによって他のアシスト特性を特定する第５ステップとを備える。

本発明に係る設計方法によれば、車両の走行時においては、例えば、アシストトルクを加える電動モータ等のアシストトルク付与手段がＥＣＵの制御下で駆動され、アシスト特性を満たすように操舵トルクにアシストトルクが加えられる。より具体的には、例えば、アシストトルクは、例えばＥＣＵから供給された制御信号に応じて電動モータが駆動されることによって発生し、ステアリングが接続されたステアリングシャフトがステアリングの操舵に応じてその軸の周りに回転する際に、当該回転を補助するようにアシストトルクが加えられる。アシスト特性は、例えば、電動ステアリングシステムが構成されるに先んじて、或いは電動ステアリングシステムが車両の搭載されるに先んじて、後述する各ステップによって車両に応じて設計される。

第１ステップでは、操舵トルクと、ステアリングによって操舵される車輪の横方向に沿って車輪に加わる横力との目標にすべき相互関係を規定する関係式が設定される。ここで、「横方向」とは、車両の走行時において、車両が走行する方向に交わり、且つ路面に沿った方向である。「横力」は、車両の走行時に、横方向に沿って生じる車輪の加速度に応じてキングピン軸周囲に加わる力である。

車輪を操舵して車両を旋回させる際には、キングピン軸周りのモーメントがつり合うことによって旋回が可能になる。より具体的には、例えば、操舵トルク、当該操舵トルクを補助するアシストトルク、及び横力がキングピン軸周りでつり合うことによって、車両の旋回が可能になる。そこで、第１ステップでは、操舵トルクと横力との目標にすべき相互関係を規定する関係式を設定する。この関係式は、例えば、予め車両を試験的に走行させ、当該走行において取得された操舵トルク及び横力相互の関係を最も再現性良く表現する関係式が選択される。このような関係式が満たされるように、後述する各ステップによりアシスト特性が特定される。

第２ステップでは、アシスト特性を特定する際に用いられるパラメータについて車両に対応した設計値が取得される。ここで、パラメータとは、例えば、ピニオン有効半径、車両のフロント軸重、及び有効ナックルアーム長等のように車両を構成する構成要素、或いはＥＰＳのシステム要素に関する設計要素、又はニューマティックトレール及びキャスタトレール等のように車両の走行時において走行状態に作用する各種設計要素を意味する。第２ステップでは、アシスト特性を設計すべき対象となる車両について、パラメータの具体的な設計値が取得される。

第３ステップでは、車両の走行時に走行時に、第１ステップで設定された関係式が成立するように、パラメータの設計値及び所定のモデルに基づいてアシスト特性が特定される。ここで、「所定のモデル」は、パラメータの設計値を用いて、車両の走行状態を記述可能なモデル、より具体的には、第１ステップで設定された関係式が成立するように、操舵トルク及びアシストトルク相互の関係を直接規定するアシスト特性を特定可能なモデルを意味する。このようにして特定されたアシスト特性に基づいて、例えば電動モータ等のアシストトルク付与手段が制御されることによって、操舵トルクに対応したアシストトルクがステアリングに加えられることになり、操舵フィーリングを向上させることが可能になる。

本発明に係る設計方法によれば、車両を組み上げるに先んじて、アシスト特性を設計可能であることから、ＥＰＳ、及びＥＰＳを搭載した車両の開発費を低減できると共に、アシスト特性を設計するために用いられる車両或いはＥＰＳを組み上げるための期間を低減でき、車両及びＥＰＳ等の開発期間を短縮できる。加えて、パラメータについて各車両に対応した設計値が取得することによってアシスト特性が設計可能になるため、互いに異なる車両の夫々について車両、或いはＥＰＳを組み上げることなく、車両毎にアシスト特性を設計可能である。したがって、本発明に係る設計方法を用いることによって、車両の設計変更に応じて設計されたアシスト特性を参照し、車両及びＥＰＳに要求される操舵性能を実現可能な車両及びＥＰＳのスペックを設定することも可能である。

本発明に係る設計方法の一の態様では、前記第２ステップにおいて、前記車両は、前記車両と通信可能に設けられ、且つ前記設計値を記憶した記憶手段から前記設計値を受信してもよい。

この態様によれば、例えば、当該設計方法を実行可能な情報処理装置に設けられたメモリ等の記憶手段に予め車両毎に設計値が記憶されていてもよいし、車両から接続可能な情報ネットワークを介して得られた車両の関する設計値が、データベース等の記憶手段から読み出されてもよい。この態様によれば、予め記憶された設計値、或いは必要に応じて車両について読み出された設計値を用いてアシスト特性を設計可能である。

本発明に係る設計方法の他の態様では、前記所定のモデルは線形２輪モデルであり、前記第３ステップにおいて、前記走行時における前記車両の速度に依存し、且つ前記線形２輪モデルを用いて算出されるタイロッド軸力、又は実測されるタイロッド軸力を用いて前記アシスト特性を特定してもよい。

この態様によれば、第３ステップでは、アシスト特性は、車両の走行時における車両の速度、即ち車速に依存し、且つ線形２輪モデルを用いて算出されるタイロッド軸力、又は実測されるタイロッド軸力を用いて特定可能である。したがって、アシスト特性は、車速を考慮した上で設計されることになり、車速に応じて変化する横力、及び操舵トルクとつり合うように、操舵トルクに加えられるアシストトルクを特定可能なアシスト特性が設計される。

本発明に係る設計方法の他の態様では、前記操舵トルクのニュートラル点を跨ぐ前記操舵トルクの所定の範囲において前記アシストトルクが制御されないデッドバンド領域を含み、且つ前記アシスト特性と異なる一のアシスト特性を特定する第４ステップと、
前記デッドバンド領域のうち前記ニュートラル点を跨ぐ一部の領域が残るように、前記一のアシスト特性を前記アシスト特性にフィッティングさせることによって他のアシスト特性を特定する第５ステップとを備えていてもよい。

この態様によれば、車両が直進する際には、運転者からステアリングに回転力が加えられない状態であるニュートラル点、即ち中立状態にステアリングが維持される。このような状態にステアリングが維持されている場合、車両を旋回させる際に参照されるアシスト特性に基づいて操舵トルクからアシストトルクを特定すると、操舵トルクに起因しない、言い換えれば車両の走行環境に起因する車両外部から加わる外乱によって発生するトルク変動によってステアリング或いは車両に振動が発生する問題が生じる。

そこで、この態様では、第４ステップにおいて、操舵トルクのニュートラル点を跨ぐ操舵トルクの所定の範囲においてアシストトルクが制御されないデッドバンド領域を含み、且つアシスト特性と異なる一のアシスト特性が特定される。このような一のアシスト特性によれば、ニュートラル点を跨ぐ所定の範囲においてアシストトルクが制御されないため、デッドバンド領域を考慮しないで特定されたアシスト特性に基づいて操舵トルクにアシストトルクを加える場合に比べて、例えば車両が直進する際に生じる可能性がある振動を低減できる。

加えて、第５ステップでは、デッドバンド領域のうちニュートラル点を跨ぐ一部の領域が残るように、一のアシスト特性をアシスト特性にフィッティングさせることによって他のアシスト特性が特定される。このような他のアシスト特性は、デッドバンド領域のうちニュートラル点を跨ぐ一部の領域が残るように特定されているため、例えば、車両が直進する際に生じる可能性がある振動を低減できると共に、車両が旋回する際における操舵フィーリングを向上させることが可能になる。

この態様によれば、車両の走行状態、より具体的には、例えば車両が直進している場合、及び車両が旋回している場合の両方の車両の走行状態に対しても、操舵フィーリングを向上させることが可能な他のアシスト特性を特定できる。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る設計方法の実施形態を説明する。

（車両の構成）
先ず、図１を参照しながら、本実施形態に係る設計方法によって設計されたアシスト特性に基づいてステアリングの操舵トルクにアシストトルクを加えることが可能なＥＰＳを備えた車両を説明する。図１は、後述する本実施形態に係る設計方法を用いて設計されたアシスト特性に基づいてステアリングを操舵可能な車両の構成を概念的に示した概略構成図である。

図１において、車両１０は、操舵輪として左右一対の前輪ＦＬ及びＦＲを備え、これら前輪が操舵されることにより所望の方向に進行することが可能に構成されている。

車両１０は、ＥＣＵ１００、ＥＰＳ２００及びエンジン３００を備えている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、車両１０の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムと、後述する本実施形態に係る設計方法によって設計されたアシスト特性とに従って、後述する操舵制御方法を実行可能に構成されている。

ＥＰＳ２００は、操舵輪である前輪ＦＬ及びＦＲを、運転者によるステアリングホイール１１の操作に応じて操舵することが可能に構成されている。ＥＰＳ２００は、ラックアンドピニオン式の操舵方式が採用されており、ステアリングホイール１１に一方の端部が接続されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２の他方の端部に接続されたラックアンドピニオン機構１３とを備えている。尚、ＥＰＳ２００は、例えばボールナット式等、他の操舵方式が採用されて構成されていてもよい。

ラックアンドピニオン機構１３は、ステアリングシャフト１２の回転方向に作用する力を、ラックバー１４の往復動方向の力に変換することが可能に構成される。ラックバー１４の両端は、タイロッド２１を介して前輪ＦＬ及びＦＲに連結されており、ラックバー１４の往復運動に応じて、前輪ＦＬ及びＦＲの向きが変わる構成となっている。

ＥＰＳ２００は、トルクセンサ１６を備えている。トルクセンサ１６は、ステアリングホイール１１の回転角度である操舵角δを検出することが可能に構成された舵角センサ１５と、ステアリングホイール１１の操作を介してステアリングシャフト１２に加えられる操舵トルクＭＴとを検出できる。舵角センサ１５及びトルクセンサ１６の夫々は、ＥＣＵ１００に電気的に接続されており、車両１０の走行時には、操舵角δ及び操舵トルクＭＴの夫々を検出する。操舵角δ及び操舵トルクＭＴは、ＥＣＵ１００により絶えず、或いは一定又は不定の周期毎に把握される。

ＥＰＳ２００は、モータ１７を備えている。モータ１７は、運転者の操作負担を軽減する補助操舵力としてアシストトルクを発生させると共に、不図示の減速ギアを介してステアリングシャフト１２に当該アシストトルクを付与する。モータ１７は、例えばインバータ等を含む不図示のモータ制御系を介してＥＣＵ１００に電気的に接続されており、モータ１７の動作状態はＥＣＵ１００により制御される。

尚、モータ１７から出力されるアシストトルクは、必ずしもステアリングシャフト１２に付与されなくてもよく、例えば、ラックアンドピニオン機構１３におけるピニオンギアに、当該ピニオンギアの回転をアシストするように付与されてもよいし、ラックバー１４に当該ラックバーの往復運動をアシストするように付与されてもよい。

車両１０は、前後Ｇセンサ１８、車速センサ１９及びスロットル開度センサ２０を備える。

前後Ｇセンサ１８は、車両１０の前後方向に作用する加速度（即ち、前後Ｇ）Ｇｘを検出することが可能に構成されたセンサである。前後Ｇセンサ１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車両１０の前後Ｇは、ＥＣＵ１００によって絶えず、或いは一定又は不定の周期毎に把握される構成となっている。

車速センサ１９は、車両１０の速度（即ち、車速）Ｖを検出することが可能に構成されたセンサである。車速センサ１９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって絶えず、或いは一定又は不定の周期毎に把握される構成となっている。

スロットル開度センサ２０は、エンジン３００におけるスロットルバルブの開度（即ち、スロットル開度）Ｔｈｒを検出することが可能に構成されたセンサである。スロットル開度センサ２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたスロットル開度は、ＥＣＵ１００によって絶えず、或いは一定又は不定の周期毎に把握される構成となっている。

エンジン３００は、ガソリンを燃料とし、車両１０の動力源として機能するように構成された内燃機関であり、例えば、４気筒、６気筒、８気筒又は１２気筒等、複数の気筒を備えている。エンジン３００は、気筒の配置態様に応じて直列型、Ｖ型或いは水平対向型等の各種態様を採る。エンジン３００から不図示のクランクシャフトを介して出力される駆動力は、不図示のデファレンシャル及びドライブシャフト等を適宜介して、操舵輪である前輪ＦＬ及びＦＲに付与される。即ち、車両１０は、ＦＦ車両として構成されている。尚、車両１０の駆動形態は、ＦＦに限定されず、例えば前輪ＦＬ及びＦＲに加えて不図示の後輪が駆動される、四輪駆動の形態であってもよい。

（操舵制御方法）
次に、図２を参照しながら、ＥＰＳ２００によって実行される車両の操舵制御方法を説明する。図２は、ＥＰＳ２００によって実行される車両の操舵制御方法の主要な処理ルーチンを示したフローチャートである。

図２に示すように、車両１０の走行時に、ＥＣＵ１００は、車速センサ１９及びトルクセンサ１６の夫々で検出された車速Ｖ及び操舵トルクＭＴ等のセンサ信号を取得する（ステップＳ１００）。

次に、ＥＣＵ１００は、操舵トルクＭＴ及びアシストトルクＴassistの関係を規定したアシスト特性と、検出された操舵トルクＭＴとから当該操舵トルクＭＴに加えるべきアシストトルクＴassistに対応したモータ制御信号を生成する（ステップＳ２００）。ここで、アシスト特性は、予めピニオン有効半径、車両のフロント軸重、及び有効ナックルアーム長等のように車両１０を構成する構成要素、或いはＥＰＳ２００のシステム要素に関する設計要素、又はニューマティックトレール及びキャスタトレール等のように車両１０の走行時において走行状態に作用する各種設計要素をパラメータとして設計された後、ＥＣＵ１００が備えるＲＯＭ等の記憶手段に記憶されている。

尚、このようなアシスト特性は、予め操舵トルクＭＴと、前輪ＦＬ及びＦＲを介してタイロッド２１に加わる横加速度ＬＡとを規定する基本的な関係式を設定しておき、当該関係式の各項の係数を特定した後、車両１０及びＥＰＳ２００を構成する構成要素に関する各種パラメータに設計値に基づいて設計されている。より具体的には、ＥＣＵ１００は、車両１０の外部の通信ネットワークに接続されたデータベースから当該通信ネットワークを介して車両１０の設計値を取得し、当該取得された設計値に基づいて、操舵トルクＭＴ及び横加速度ＬＡとの目標とするべき関係を規定する関係式に含まれる係数の具体的な値を特定する。このように特定された関係式は、ＥＣＵ１００によってアシスト特性が設計される際に参照され、例えば、互いに異なる国、或いは互いに異なる地域で車両が使用される場合であっても、互いに異なる走行環境で使用されるであろうと想定される車両の夫々について、当該走行環境に応じて個別にアシスト特性を設計することが可能になる。

次に、ＥＣＵ１００は、モータ駆動信号をモータ１７に送信し、送信されたモータ駆動信号に基づいてモータ１７から出力されるアシストトルクＴassistの大きさが制御される（ステップＳ３００）。モータ１７からステアリングシャフト１２に出力されたアシストトルクＴassistが操舵トルクＭＴに加えられることによって、運転者の操作フィーリングを向上させることが可能である。

次に、ＥＣＵ１００は、車速センサ１９で検出された車速Ｖに基づいて、車両１０の走行が終了したか否かを判定する（ステップＳ４００）。車両１０の走行が終了したと判定された場合（Ｎｏ）には、操舵制御方法を終了する。車両１０の走行が終了していないと判定された場合（Ｙｅｓ）には、ＥＣＵ１００は、車両１０の走行が終了するまでステップＳ１００乃至ステップＳ４００の各処理を順に繰り返す。

（設計方法）
次に、図３乃至図１０を参照しながら、本実施形態に係る設計方法を説明する。図３は、本実施形態に係る設計方法の主要な処理ルーチンを順に示したフローチャートである。図４は、以下の説明で使用する文字・記号の意味を示した一覧表である。図５は、操舵トルクＭＴ及び横加速度ＬＡの実測値の分布を、操舵トルク及び横加速度ＬＡの関係を規定する関係式に重ねて示した分布図である。図６は、アシスト特性を設計する際に用いられる線形二輪モデルの構成の概略を示した概略構成図である。図７は、車速を横軸にしてタイロッド軸力及び横加速度ゲインの比の実測値及び計算値の夫々を示したグラフである。図８は、アシスト特性の一例を示した特性図である。図９は、図８の一部を拡大して示した拡大図である。図１０は、図９の一部を拡大して示した拡大図である。尚、以下で説明する設計方法によれば、車両１０とは別に設けられたシミュレーション装置等の情報処理装置を用いて、車両１０及びＥＰＳ２００を組み上げるに先んじて予めＥＰＳ２００及び車両１０に対応したアシスト特性を設計できる。また、ＥＣＵ１００によってアシスト特性を設計することも可能である。

図３に示すように、車両１０、或いはＥＰＳ２００を組み上げるに先んじて、操舵トルクＭＴ及び横加速度ＬＡの目標にすべき相互関係を規定する関係式を設定する（ステップＳ１０）。

より具体的には、図５に示すように、図中ハッチングして示した操舵トルクＭＴ及び横加速度ＬＡの実測値の分布Ａについて、当該実測値を再現するように操舵トルクＭＴ及び横加速度ＬＡの目標とすべき相互の関係を規定する関係式を設定する。図５中、ハッチングで示した実測値は、実際に車両を操舵して旋回させる、所謂スラローム試験を行うことによって取得されている。前輪ＦＬ及びＦＲを操舵して車両１０を旋回させる際には、キングピン軸周りのモーメントがつり合うことによって旋回が可能になる。より具体的には、操舵トルクＭＴ、操舵トルクＭＴを補助するアシストトルクＴassist、及び横加速度ＬＡがキングピン軸周りでつり合うことによって、車両１０の旋回が可能になる。

本実施形態に係る設計方法では、先ず、操舵トルクＭＴと横加速度ＬＡとの目標にすべき相互関係を規定する関係式として、横加速度ＬＡを操舵トルクＭＴの３次式で示した下記式（１）を採用する。尚、操舵トルクＭＴの一次項の係数である係数Ｇｙｔと、操舵トルクＭＴの３次項の係数である係数Ｇｙｔ３とは、式（１）が横力ＬＡ及び操舵トルクＭＴの夫々の実測値にフィッティングするように設定される。係数Ｇｙｔ及びＧｙｔ３の夫々は、操舵トルクＭＴ及びアシストトルクＴassistの関係を規定するアシスト特性を示す特性式に用いられる。

横加速度ＬＡを操舵トルクＭＴの一次式で示した下記式（２）も、横加速度ＬＡ及び操舵トルクＭＴの関係を規定する関係式として採用可能であるが、本実施形態では、式（２）より実測値により近い値を再現可能である式（１）を採用する。

次に、再び、図３に示すように、アシスト特性を特定する際に用いられるパラメータについて車両１０に対応した設計値を取得する（ステップＳ２０）。ここで、パラメータは、操舵トルクＭＴ及びアシストトルクＴassistの関係を規定する特性式に用いられるピニオン有効半径、車両のフロント軸重、及び有効ナックルアーム長等のように車両１０を構成する構成要素、或いはＥＰＳ２００のシステム要素に関する設計要素、又はニューマティックトレール及びキャスタトレール等のように車両１０の走行時において走行状態に作用する各種設計要素であり、ステップＳ２０において車両１０及びＥＰＳ２００の夫々に対応して具体的な設計値が取得される。

次に、操舵トルクＭＴ及びアシストトルクＴassist相互の関係を規定するアシスト特性を特定する（ステップＳ３０）。アシスト特性を特定する際には、図６に示すように、本発明の「所定のモデル」の一例である線形２輪モデルを用い、線形２自由度を有する一般的な２輪モデルにおける運動方程式である下記式（３）及び（４）に基づいて、アシスト特性を示す特性式である式（５）を算出する。線形２輪モデルは、上述したピニオン半径等のパラメータの設計値を用いて、車両１０の走行状態を記述可能なモデルであると共に、ステップＳ１０で設定された式（１）が成立するように、操舵トルクＭＴ及びアシストトルクＴassist相互の関係を直接規定するアシスト特性を特定可能なモデルである。尚、式（３）及び（４）中におけるフロントタイヤ横力ＣＦｆ及びリアタイヤ横力ＣＦｒの夫々は、下記式（６）及び（７）の夫々によって具体的に示される。

尚、タイロッド２１のタイロッド軸力Ｆは、下記式（８）を用いて示される。

また、タイロッド軸力Ｆの実測値を用いてアシストトルクＴassistを示した場合、アシストトルクＴassistは、式（９）で示される。

ここで、図７を参照しながら、車速Ｖを横軸に採った場合におけるタイロッド軸力Ｆ及び横加速度ゲインの比Ｇｆの変化を説明する。

図７において、タイロッド軸力Ｆ及び横加速度ゲインの夫々の計算値に基づいて算出したタイロッド軸力Ｆ及び横加速度ゲインの比Ｇｆ（図中計算値として示す。）と、タイロッド軸力Ｆ及び横加速度ゲインの夫々の実測値に基づいて算出したタイロッド軸力Ｆ及び横加速度ゲインの比Ｇｆ（図中実測値として示す。）とは略一致し、車速Ｖが増大するにしたがって徐々に低下する傾向にある点で一致している。

したがって、車両１０及びＥＰＳ２００の構成要素であるパラメータの設計値に基づいて、タイロッド軸力Ｆを算出した場合でも、実測値と略一致する結果が得られることが分かった。アシスト特性は、車両１０の走行時における車速Ｖに依存し、且つ線形２輪モデルを用いて算出されるタイロッド軸力、又は実測されるタイロッド軸力を用いて特定可能である。よって、アシスト特性は、車速を考慮した上で設計されることになる。
このようにして特定されたアシスト特性を示す式（５）及び（９）を用いて操舵トルクＭＴに対するアシストトルクＴassistを特定してもキングピン軸の周囲におけるトルクのつり合いがとれ、良好な操舵性能が得られる。

ＥＣＵ１００は、車両１０の走行時において、車速Ｖに応じて変化する横加速度ＬＡ、及び操舵トルクＭＴとつり合うように、操舵トルクＭＴに加えられるアシストトルクＴassistを特定でき、操舵フィーリングを向上させることが可能である。

次に、再び、図３に示すように、本発明の「一のアシスト特性」の一例である第１アシスト特性を示すアシスト特性曲線Ｃ１を特定する（ステップＳ４０）。図８に示すように、ステップＳ１０乃至ステップＳ３０までの手順によって設計されたアシスト特性は、アシスト特性曲線Ｃで示されている。尚、図８では、縦軸としてモータ１７を駆動するための電流量を採っている。この電流量は、当電流量に対応してモータ１７から出力されるアシストトルクＴassistの大きさに対応している。

ここで、車両１０が直進する場合、言い換えれば運転者からステアリングホイールに回転力が加えられない状態であるニュートラル点Ｏ、即ちステアリングが中立状態に維持された状態において、アシスト特性曲線Ｃに基づいて操舵トルクＭＴからアシストトルクＴassistを特定すると、操舵トルクＭＴに起因しない、車両外部の走行環境に起因する外乱によってトルク変動が発生し、ステアリング或いは車両１０に振動が発生する問題が生じる。したがって、アシスト特性曲線Ｃをそのまま用いて操舵トルクＭＴに対応するアシストトルクＴassistを操舵トルクＭＴに加えた場合、例えば、車両の直進時に操舵性能を低下させてしまうことが考えられる。

そこで、ステップＳ４０では、図８における操舵トルクＭＴのニュートラル点Ｏ（より具体的には、図８中、操舵トルクＭＴが０である点）を跨ぐ操舵トルクＭＴの所定の範囲においてアシストトルクＴassistが制御されないデッドバンド領域Ｄ１を含む第１アシスト特性曲線Ｃ１をアシスト特性曲線Ｃに基づいて特定する。第１アシスト特性曲線Ｃ１は、アシスト特性曲線Ｃのうち操舵トルクＭＴの正側及び負側の夫々の側に延びる曲線部分を正側及び負側の夫々に向かって一定量シフトさせることによって特定される。

第１アシスト特性曲線Ｃ１は、点Ｏ付近において、例えば操舵トルクＭＴが−０．４から＋０．４の範囲には延びておらず、その範囲から操舵トルクＭＴの正側及び負側の夫々における外側の操舵トルクＭＴの範囲において、操舵トルクＭＴに対応するアシストトルクＴassistを特定する際に参照される。第１アシスト特性曲線Ｃ１によれば、ニュートラル点Ｏを跨ぐデッドバンド領域Ｄ１においてアシストトルクＴassistが制御されないため、デッドバンド領域Ｄ１を考慮しないで特定されたアシスト特性Ｃに基づいて操舵トルクＭＴにアシストトルクＴassistを加える場合に比べて、車両１０が直進する際に生じる可能性がある振動を低減できる。

次に、再び、図３に示すように、本発明の「他のアシスト特性」の一例である第２アシスト特性を示す第２アシスト特性曲線Ｃ２を特定する（ステップＳ５０）。

ここで、図８に示すように、ステップＳ４０で特定した第１アシスト特性曲線Ｃ１は、アシスト特性曲線Ｃの正側及び負側の夫々に延びる部分を正側及び負側の夫々の側にシフトすることによって特定されているため、アシスト特性曲線Ｃに一致しない。より具体的には、図９に示すように、第１アシスト特性曲線Ｃ１は、例えば、操舵トルクＭＴの正側において、デッドバンド領域Ｄ１の正側の終端である点ａから正側の外側に延びており、点ａの外側でアシスト特性曲線Ｃに一致しない。したがって、第１アシスト特性曲線Ｃ１に基づいて、操舵トルクＭＴに対応するアシストトルクＴassistを算出した場合には、キングピン軸の周りでモーメントのつり合いがとれず、操舵フィーリングの向上させることができなくなる可能性がある。

そこで、図８及び図１０に示すように、ステップＳ５０では、デッドバンド領域Ｄ１のうちニュートラル点Ｏを跨ぐ一部の領域がデッドバンド領域Ｄ２として残るように、第１アシスト特性曲線Ｃ１をアシスト特性曲線Ｃにフィッティングさせることによって第２アシスト特性曲線Ｃ２を特定する。デッドバンド領域Ｄ２の正側の端は、点ａよりニュートラル点Ｏに近い側に位置する点ｂであり、負側の端は、ニュートラル点Ｏを挟んで点ｂと対称な位置にある。

車両１０の走行時に、操舵トルクＭＴに対するアシストトルクＴassistを第２アシスト特性曲線Ｃ２に基づいて特定することによって、例えば、車両が直進する際に生じる可能性がある振動を低減できると共に、車両が旋回する際に運転者が感じる操舵フィーリングを向上させることが可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係る設計方法によれば、操舵性能を向上させることができるアシスト特性を設計可能である。加えて、本実施形態に係る設計方法によれば、車両を組み上げるに先んじて、操舵トルク及びアシストトルクの関係を規定するアシスト特性を設計可能であり、ＥＰＳ、及びＥＰＳを搭載した車両の開発費を低減できると共に、アシスト特性を設計するために用いられる車両或いはＥＰＳを組み上げるための期間を低減でき、車両及びＥＰＳ等の開発期間を短縮できる。

また、本実施形態に係る設計方法によれば、パラメータについて各車両に対応した設計値を取得することによってアシスト特性が設計可能になるため、互いに異なる車両の夫々について車両、或いはＥＰＳを組み上げることなく、シミュレーション等の計算処理によって車両毎にアシスト特性を設計可能である。したがって、車両又はＥＰＳを組み上げた後でも、車両及びＥＰＳに要求される操舵性能を実現可能な車両及びＥＰＳのスペックを設定可能である。

尚、本実施形態に係る設計方法では、車両或いはＥＰＳを組み上げるに先んじてアシスト特性等を設計する場合を例に挙げたが、本発明に係る設計方法を用いてＥＣＵ１００が車両の走行時にアシスト特性を設計し、当該アシスト特性に基づいて操舵トルクに対応するアシスト特性を特定可能なように車両或いはＥＰＳが構成されていてもよい。このような場合、ＥＣＵ１００は、車両１０及びＥＰＳ２００に関する各種パラメータの具体的な設計値に基づいて、操舵トルクＭＴ及び横加速度ＬＡ相互の目標となる関係式に含まれる係数を特定し、該特定された関係式を満たすように操舵トルクＭＴ及びアシスト特性Ｔassistを規定するアシスト特性を規定することが可能である。アシスト特性は、上述した設計方法と同様の手順をＥＣＵ１００が実行することによって設計される。

本実施形態に係る設計方法を用いて設計されたアシスト特性に基づいて車輪を操舵する操舵制御システムの構成を示す概略図である。 本実施形態に係る操舵制御方法の主要な処理ルーチンを示したフローチャートである。 本実施形態に係る設計方法の主要な処理ルーチンを示したフローチャートである。 記号の意味を示した一覧表である。 操舵トルク及び横加速度の実測値の分布を、操舵トルク及び横力の関係を規定する関係式に重ねて示した分布図である。 本実施形態に係る設計方法で用いられる線形二輪モデルの構成の概略を示した概略構成図である。 車速を横軸にしてタイロッド軸力及び横加速度ゲインの比の実測値及び計算値の夫々を示したグラフである。 アシスト特性曲線、第１アシスト特性曲線及び第２アシスト特性曲線の夫々を示した特性図である。 図８の一部を拡大して示した拡大図である。 図９の一部を拡大して示した拡大図である。

符号の説明

１０・・・車両、１１・・・ステアリングホイール、１２・・・ステアリングシャフト、１３・・・ラックアンドピニオン機構、１５・・・舵角センサ、１６・・・トルクセンサ、１９・・・車速センサ、２１・・・タイロッド、１００・・・ＥＣＵ、２００・・・ＥＰＳ

Claims (3)

1. 車両の走行時におけるステアリングの操舵トルクと、前記走行時に前記操舵トルクに加えられるアシストトルクとの関係を規定するアシスト特性を設計するための設計方法であって、
   前記操舵トルクと、車輪の横方向に沿って前記車輪に加わる横力との目標にすべき相互関係を規定する関係式を設定する第１ステップと、
   前記アシスト特性を特定する際に用いられるパラメータについて前記車両に対応した設計値を取得する第２ステップと、
   前記走行時に前記関係式が成立するように、前記設計値及び所定のモデルに基づいて前記アシスト特性を特定する第３ステップと、
   前記操舵トルクのニュートラル点を跨ぐ前記操舵トルクの所定の範囲において前記アシストトルクが制御されないデッドバンド領域を含み、且つ前記アシスト特性と異なる一のアシスト特性を特定する第４ステップと、
   前記デッドバンド領域のうち前記ニュートラル点を跨ぐ一部の領域が残るように、前記一のアシスト特性を前記アシスト特性にフィッティングさせることによって他のアシスト特性を特定する第５ステップと
   を備えたことを特徴とする設計方法。
2. 前記第２ステップにおいて、前記車両は、前記車両と通信可能に設けられ、且つ前記設計値を記憶した記憶手段から前記設計値を受信すること
   を特徴とする請求項１に記載の設計方法。
3. 前記所定のモデルは線形２輪モデルであり、
   前記第３ステップにおいて、前記走行時における前記車両の速度に依存し、且つ前記線形２輪モデルを用いて算出されるタイロッド軸力、又は実測されるタイロッド軸力を用いて前記アシスト特性を特定すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の設計方法。

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