JP5163751B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングに付与する付加摩擦トルクを制御するパワーステアリング装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１には、低速走行時にはステアリングの戻り特性を良好にし、高速走行時にはステアリングの収斂性を良好にするために、操舵角や車速に応じた摩擦トルクをステアリングに付与する技術が提案されている。

特開２００２−１０４２１０号公報

しかしながら、上記したような摩擦トルクをステアリングに付与した場合、車両の後退時において、ステアリングの取り回し性が悪化してしまう場合があった。これは、後退時には、ステアリングの切り増しや切り戻しが多くなる傾向にあるからである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車両の後退時において、ステアリングの取り回し性を向上させることが可能なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、車両に搭載されるパワーステアリング装置であって、車両状態を表す情報に基づいて、ステアリングに付与すべき摩擦トルクを設定する摩擦トルク設定手段と、前記摩擦トルクに基づいて目標操舵角を設定する目標操舵角設定手段と、前記目標操舵角と実操舵角との偏差に基づいて、付加摩擦トルクを定め、ステアリングに前記付加摩擦トルクを付与する制御を行うトルク付与手段と、車両の後退時に、前記車両の前進時と比較して、前記付加摩擦トルクを小さな値に変更する付加摩擦トルク変更手段と、を備える。

上記のパワーステアリング装置は、実操舵角や目標操舵角などに基づいてステアリングに付与すべき付加摩擦トルクを設定し、当該付加摩擦トルクを付与する制御を行うために好適に利用される。付加摩擦トルク変更手段は、車両の後退時に、実操舵角や目標操舵角などより求められた付加摩擦トルクを変更する。具体的には、後退時に、前進時と比較して、付加摩擦トルクを小さな値に変更する。これにより、車両の後退時において、付加摩擦トルクを適切に減少させることができ、ステアリングの取り回し性を向上させることが可能となる。

上記のパワーステアリング装置の一態様では、前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の後退時に、前記付加摩擦トルクを「０」にする。つまり、付加摩擦トルク変更手段は、車両の後退時に、付加摩擦トルクを付与する制御を停止することができる。

本実施形態に係るパワーステアリング装置が適用された操舵制御システムの概略構成図を示す。 摩擦トルクを求める方法の一例を示す。 付加摩擦トルクの特性の一例を示す。 付加摩擦トルクの特性を可視的なモデルで表すイメージ図である。 本実施形態における制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ 操舵角センサ
４ 操舵トルクセンサ
５ ピニオン
６ ステアリングラック
７ モータ
８ モータ回転角センサ
１２ 車輪
１５ 車速センサ
３０ コントローラ
５０ 操舵制御システム

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
まず、本実施形態に係るパワーステアリング装置が適用されたシステム（以下、「操舵制御システム」と呼ぶ。）５０の全体構成について説明する。図１は、操舵制御システム５０の構成を示す概略図である。

操舵制御システム５０は、主に、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、操舵角センサ３と、操舵トルクセンサ４と、ピニオン５と、ステアリングラック６と、モータ７と、モータ回転角センサ８と、タイロッド１０Ｒ、１０Ｌと、ナックルアーム１１Ｒ、１１Ｌと、車輪（前輪）１２ＦＲ、１２ＦＬと、車速センサ１５と、コントローラ３０と、を備える。なお、以下では、タイロッド１０Ｒ、１０Ｌ、ナックルアーム１１Ｒ、１１Ｌ、及び車輪１２ＦＲ、１２ＦＬの符号の末尾に付した「Ｒ」、「Ｌ」は、これらを区別しないで用いる場合には、省略するものとする。

操舵制御システム５０は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）システムによって構成される。具体的には、操舵制御システム５０は、車両に搭載され、ステアリングホイール１の操作などに応じて車輪１２Ｆ（転舵輪）を転舵させる制御を行うシステムである。

ステアリングホイール１は、運転者により車両を旋回等させるために操作される。ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２を介して、ピニオン５に接続される。ステアリングシャフト２には、主に、操舵角センサ３及び操舵トルクセンサ４が設けられている。なお、以下では、ステアリングホイール１のことを単に「ステアリング」とも表記する。

ピニオン５は、ステアリングシャフト２の回転に応じて回転可能に構成され、ステアリングラック６は、ピニオン５の回転に応じて移動可能に構成されている。ステアリングラック６にはタイロッド１０を介してナックルアーム１１が連結されており、ナックルアーム１１には車輪１２Ｆが連結されている。この場合、ステアリングラック６によってタイロッド１０及びナックルアーム１１が動作されることにより、ナックルアーム１１に連結された車輪１２Ｆが転舵されることとなる。

モータ７は、例えば３相交流モータなどで構成され、ステアリングギヤボックス（不図示）内にステアリングラック６と同軸に設けられている。モータ７は、ステアリングラック６の移動をアシストするような力、若しくはステアリングラック６の移動を阻害するような力を付与することが可能に構成されている。具体的には、モータ７は、操舵感や操舵安定性などを向上させるために、運転者による操舵方向にアシストトルクを付与する。これに対して、モータ７は、保舵性能などを向上させるために、運転者による操舵方向と反対方向に付加摩擦トルクを付与する（つまり操舵反力を付与する）。モータ７は、コントローラ３０から供給される制御信号Ｓ７によって制御される。

操舵制御システム５０内に設けられた各種センサは、以下のように機能する。操舵角センサ３は、運転者によるステアリングホイール１の操作に対応する操舵角（実操舵角に対応する）を検出し、検出した操舵角に対応する検出信号Ｓ３をコントローラ３０に供給する。操舵トルクセンサ４は、運転者によって入力された操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに対応する検出信号Ｓ４をコントローラ３０に供給する。モータ回転角センサ８は、モータ７の回転角を検出し、検出した回転角に対応する検出信号Ｓ８をコントローラ３０に供給する。車速センサ１５は、車速を検出し（例えば車輪速度を検出する）、検出した車速に対応する検出信号Ｓ１５をコントローラ３０に供給する。

コントローラ３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。コントローラ３０は、上記した各種センサから供給される検出信号Ｓ３、Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１５などに基づいて、モータ７に制御信号Ｓ７を供給することで、モータ７に対する制御を行う。本実施形態では、コントローラ３０は、モータ７からステアリングに対して付加摩擦トルクを付与させるための制御（以下、「摩擦付与制御」と呼ぶ。）を行う。このように、コントローラ３０は、本発明におけるパワーステアリング装置として機能する。詳しくは、コントローラ３０は、付加摩擦トルク変更手段として動作する。なお、コントローラ３０は、車両内の制御を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）により実現されても良い。

［摩擦付与制御の例］
次に、コントローラ３０が行う摩擦付与制御の一例について説明する。まず、コントローラ３０は、操舵角（以下、「θ」と表記する。）及び車速（以下、「Ｖ」と表記する。）に基づいて、ステアリングに付与すべき摩擦トルク（以下、「Ｔｔ」と表記する。）を求める。次に、コントローラ３０は、操舵角θ及び摩擦トルクＴｔに基づいて目標操舵角（以下、「θｔ」と表記する。）を求める。次に、コントローラ３０は、目標操舵角θｔと操舵角θとの偏差（以下、「Δθ」と表記する。）に基づいて、付加摩擦トルク（以下、「Ｔｃ」と表記する。）を求める。即ち、コントローラ３０は、目標操舵角θｔなどに基づいて摩擦トルクＴｔを補正し、補正後の摩擦トルクを付加摩擦トルクＴｃとする。そして、コントローラ３０は、このように求められた付加摩擦トルクＴｃがステアリングに付与されるように、モータ７に対する制御を行う。

ここで、図２乃至図４を参照して、摩擦付与制御を具体的に説明する。

図２は、摩擦トルクＴｔを求める方法の一例を示した図である。図２は、横軸に操舵角θを示し、縦軸に摩擦トルクＴｔを示している。より具体的には、図２は、車速Ｖに応じて、操舵角θに対して設定すべき摩擦トルクＴｔが規定されたマップに相当する。ここでは、一例として、高速域Ｖ２、中速域Ｖ１、及び低速域Ｖ０のそれぞれに対応するマップを示している。コントローラ３０は、このようなマップを参照することで、現在の操舵角θ及び車速Ｖに対応する摩擦トルクＴｔを求める。

図２に示すマップによれば、同一の操舵角θの場合、車速が大きいほど、大きな値を有する摩擦トルクＴｔが設定されることとなる。これは、高速域Ｖ２や中速域Ｖ１では、直進安定性向上や、操舵保持時の保舵力低減・安定性向上を図る観点から、ある程度の摩擦トルクを発生することが好ましい一方、低速域Ｖ０では、摩擦トルクが大きいと運転者に違和感を与え、操舵感が悪化する場合があるからである。また、図２に示すマップによれば、車速が同一である又は同一の車速域にある場合、操舵角θが大きいほど、大きな値を有する摩擦トルクＴｔが設定されることとなる。これは、操舵角θが大きい場合は車輪の転舵角が大きくなるため、大きな横力が発生し易く、操舵保舵時の保舵力低減・安定性向上を図る観点から、より大きな摩擦トルクが必要となるからである。

次に、上記のように求められた摩擦トルクＴｔから、目標操舵角θｔを求める方法について説明する。コントローラ３０は、目標操舵角θｔと操舵角θとの偏差Δθ（＝θｔ−θ）、及び、摩擦トルクＴｔ及びゲインＫによって規定された偏差上限値Δ（＝Ｔｔ／Ｋ）に基づいて、目標操舵角θｔを求める。詳しくは、コントローラ３０は、まず目標操舵角θｔをθに初期化した後に（初期化済みであれば初期化しない）、偏差Δθ（＝θｔ−θ）を求め、「Δθ＞Δ」である場合には目標操舵角θｔを「θｔ＝θ＋Δ」に変更し、「Δθ＜−Δ」である場合には目標操舵角θｔを「θｔ＝θ−Δ」に変更し、「−Δ≦Δθ≦Δ」である場合には目標操舵角θｔを変更しない。なお、ゲインＫは、例えばステアリング系の剛性などを考慮して決定される値である。

次に、上記のように求められた目標操舵角θｔから付加摩擦トルクＴｃを求める方法について説明する。コントローラ３０は、目標操舵角θｔより得られる偏差Δθ（＝θｔ−θ）、及びゲインＫ（＝Ｔｔ／Δ）から、付加摩擦トルクＴｃを求める。具体的には、コントローラ３０は、「Ｔｃ＝Ｋ・Δθ」、即ち「Ｔｃ＝Ｋ（θｔ−θ）」より、付加摩擦トルクＴｃを求める。

図３は、付加摩擦トルクＴｃの特性の一例を示す図である。図３は、横軸に操舵角θを示し、縦軸に付加摩擦トルクＴｃを示している（左回りのトルクの方向を正とし、右回りのトルクの方向を負としている）。ここでは、摩擦トルクＴｔが「Ｔｔ１」の場合と「Ｔｔ２」の場合（Ｔｔ２＜Ｔｔ１）とを一例として示している。例えば、車速が高速域Ｖ２若しくは中速域Ｖ１である場合における摩擦トルクＴｔ１と、車速が低速域Ｖ０である場合における摩擦トルクＴｔ２とを示している（図２参照）。また、図３では、「Ｔｔ１」及び「Ｔｔ２」のいずれの場合も、理解の容易化のため、便宜上、目標操舵角θｔが同一で、操舵角θの変化に応じて変化しないものとする。なお、目標操舵角θｔが変化した場合には、それに応じてグラフが新たな目標操舵角θｔを中心として横軸方向に平行移動するだけである。

図３に示すように、偏差上限値Δは、「Δ＝Ｔｔ／Ｋ」であることから、摩擦トルクＴｔが大きいほど大きくなる（例えば、「Ｔｔ１」の場合の偏差上限値Δ１は「Ｔｔ２」の場合の偏差上限値Δ２よりも大きい）。また、「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲では、目標操舵角θｔが変更されずに維持され、「Ｔｃ＝Ｋ・Δθ」、即ち「Ｔｃ＝Ｋ（θｔ−θ）」より、付加摩擦トルクＴｃの大きさはΔθに比例して増加する。そして、「Δθ＞Δ」及び「Δθ＜−Δ」の範囲では、目標操舵角θｔが上述したように変更されてΔθの大きさが一定となるので、「Ｔｃ＝Ｋ・Δθ」、即ち「Ｔｃ＝Ｋ（θｔ−θ）」より、付加摩擦トルクＴｃの大きさは摩擦トルクＴｔに応じた一定値となる。この場合、「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲では、ステアリングホイール１に付与されるべき摩擦トルクＴｔは、実際にはステアリングホイール１には付与されず、Δθの絶対値が偏差上限値Δ以上となって初めて、付加摩擦トルクＴｃの大きさが、ステアリングホイール１に付与されるべき摩擦トルクＴｔの大きさに設定されることとなる。「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲で摩擦トルクＴｔを付与しないのは、摩擦トルクが過敏に振動し易くなり、操舵感が悪化してしまうことを抑制するためである。

図４は、付加摩擦トルクＴｃの特性を可視的なモデルで表すイメージ図である。図４（Ａ）は、「−Δ≦Δθ≦Δ」の範囲に相当するイメージ図である。この場合には、目標操舵角θｔは変化せず、力Ｔ（例えば車輪への入力に起因して発生する外力）に対して釣り合うような力、即ちバネ定数Ｋ（＝ゲインＫ）のバネが変位量（θｔ−θ）で変位したときの弾性力（＝Ｋ・Δθ）が生成される。図４（Ｂ）は、「Δθ＞Δ」及び「Δθ＜−Δ」の範囲に相当するイメージ図である。この場合には、目標操舵角θｔは力Ｔを受ける方向に変化し、力Ｔに対向する方向に一定の摩擦力Ｔｔ’（＜力Ｔ）が生成される。なお、摩擦力Ｔｔ’は、摩擦力Ｔｔを力に変換した値に相当する。

［本実施形態における制御方法］
次に、本実施形態において、コントローラ３０が行う制御方法について説明する。本実施形態では、コントローラ３０は、車両の後退時に、前述した方法によって決定された付加摩擦トルクを変更する。具体的には、コントローラ３０は、車両の後退時において、前進時と比較して、付加摩擦トルクを小さな値に変更して摩擦付与制御を実行する。こうするのは、ステアリングの切り増しや切り戻しが多い（即ち修正操舵が多い）後退時において、ステアリングの取り回し性を向上させるためである。

具体的には、コントローラ３０は、変速機におけるシフト位置を取得し、当該シフト位置に基づいて、車両が前進しているか或いは後退しているかを判定する。例えば、コントローラ３０は、シフト位置が「Ｄレンジ」である場合には車両が前進していると判定し、シフト位置が「Ｒレンジ」である場合には車両が後退していると判定する。そして、コントローラ３０は、車両の前進時には、通常の摩擦付与制御を実行する。つまり、前述した方法によって決定された付加摩擦トルクを変更せずに、当該付加摩擦トルクを付与する制御を行う。これに対して、コントローラ３０は、車両の後退時には、前述した方法によって決定された付加摩擦トルクを小さな値に変更して摩擦付与制御を実行する。

１つの例では、コントローラ３０は、車両の後退時に、予め定めた摩擦トルク（運転状態などに応じたトルクや、車両ごとの適合で決定されたトルクなど）まで付加摩擦トルクを減少させる制御を行うことができる。他の例では、コントローラ３０は、車両の後退時に、付加摩擦トルクを「０」にまで減少させることができる。即ち、車両の後退時に、摩擦付与制御を停止することができる。なお、コントローラ３０は、このような付加摩擦トルクの変更を、車両が後退し始める際に速やかに行う。

図５は、本実施形態における制御処理を示すフローチャートである。当該制御処理は、車両の後退時に、摩擦付与制御を停止するものである。なお、当該処理は、コントローラ３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、コントローラ３０は、変速機におけるシフト位置を読み込む。そして、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、コントローラ３０は、シフト位置が「Ｄレンジ」であるか否かを判定する。

シフト位置が「Ｄレンジ」である場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。この場合には、車両の前進時であるため、コントローラ３０は、摩擦付与制御をオンにする（ステップＳ１０３）。つまり、前述した方法によって決定された付加摩擦トルクを変更せずに、当該付加摩擦トルクを付与する、通常の摩擦付与制御を行う。そして、処理は終了する。

これに対して、シフト位置が「Ｄレンジ」でない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、コントローラ３０は、シフト位置が「Ｒレンジ」であるか否かを判定する。

シフト位置が「Ｒレンジ」である場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進む。この場合には、車両の後退時であるため、コントローラ３０は、摩擦付与制御をオフにする（ステップＳ１０５）。つまり、付加摩擦トルクを「０」に設定する。そして、処理は終了する。一方、シフト位置が「Ｒレンジ」でない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理は終了する。この場合には、車両が前進も後退もしていないと言えるからである。

以上説明した実施形態によれば、車両の後退時において、付加摩擦トルクを適切に減少させることができ、ステアリングの取り回し性を向上させることが可能となる。

本発明は、ステアリングに対してトルクを付与することが可能に構成されたパワーステアリング装置を有する車両に利用することができる。

Claims (2)

1. 車両に搭載されるパワーステアリング装置であって、
   車両状態を表す情報に基づいて、ステアリングに付与すべき摩擦トルクを設定する摩擦トルク設定手段と、
   前記摩擦トルクに基づいて目標操舵角を設定する目標操舵角設定手段と、
   前記目標操舵角と実操舵角との偏差に基づいて、付加摩擦トルクを定め、ステアリングに前記付加摩擦トルクを付与する制御を行うトルク付与手段と、
   車両の後退時に、前記車両の前進時と比較して、前記付加摩擦トルクを小さな値に変更する付加摩擦トルク変更手段と、
   を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記付加摩擦トルク変更手段は、前記車両の後退時に、前記付加摩擦トルクを「０」に
   する請求項１に記載のパワーステアリング装置。

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