JP5990606B2 - 操舵装置及び操舵支援方法 - Google Patents

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Description

本発明は、モータにより発生する操舵アシストトルクにより操舵を補助する操舵装置及び操舵支援方法に関する。
特許文献1には、カーブから抜ける際、すなわちコーナーの立ち上がり部分におけるステアリング操作のバラツキを抑えるための視線誘導装置が開示されている(要約)。また、特許文献2は、操作角センサ及び転舵角センサのオフセット誤差を補正することが開示されている(要約)。
特開2010−204795号公報 特開2001−130431号公報
特許文献1、2では、旋回方向が異なる連続する第1カーブ及び第2カーブ(いわゆるS字カーブ又は複合カーブ)を車両が走行する際について特段の検討はなされていない。
本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、旋回方向が異なる連続する第1カーブ及び第2カーブに好適に用いることが可能な操舵装置及び操舵支援方法を提供することを目的とする。
本発明に係る操舵装置は、ステアリングの舵角検出値を取得する舵角センサと、操舵を補助する操舵アシストトルクを発生するモータと、前記舵角検出値に基づいて算出された舵角制御値を用いて前記モータの出力を制御する制御装置とを有するものであって、前記制御装置は、旋回方向が異なる連続する第1カーブ及び第2カーブを車両が走行する際、前記第1カーブの走行中において前記ステアリングが戻されて前記操舵アシストトルクがトルク閾値まで下がったことを契機として、前記舵角検出値に対して前記舵角制御値をずらし、前記舵角検出値がセンサ中央値に戻る手前から前記第2カーブのための前記操舵アシストトルクの発生を開始させることを特徴とする。
本発明によれば、第1カーブの走行中においてステアリングが戻されて操舵アシストトルクがトルク閾値になったことを契機として舵角検出値に対して舵角制御値をずらし、舵角検出値がセンサ中央値に戻る手前から第2カーブのための操舵アシストトルクの発生を開始させる。これにより、舵角検出値がセンサ中央値に戻る前であっても、第2カーブのための操舵アシストトルクを発生させることが可能となるため、第2カーブの旋回開始時において操舵アシストトルクについての違和感を運転者に与えることを防ぐことが可能となる。
前記制御装置は、前記舵角制御値をオフセット又はリセットすることにより、前記舵角検出値に対して前記舵角制御値をずらしてもよい。これにより、簡易な処理により、舵角検出値に対して舵角制御値をずらすことが可能となる。
前記制御装置は、前記第1カーブの走行中において前記ステアリングが戻されて前記操舵アシストトルクが前記トルク閾値になった際の前記舵角検出値をオフセット値として記憶し、前記舵角検出値から前記オフセット値を差し引いて前記舵角制御値としてもよい。これにより、簡易な方法で舵角制御値を制御中央値に設定することが可能となる。
前記制御装置は、現在走行中のカーブの半径又は曲率半径と車速とに基づいて前記車両の基準ヨーレートを算出し、前記現在走行中のカーブの半径又は曲率半径に基づき補正係数を設定し、前記基準ヨーレートと前記補正係数との積である目標ヨーレートに応じて前記操舵アシストトルクを設定してもよい。これにより、車両の旋回時において、基準ヨーレートに現在走行中のカーブの半径又は曲率半径の影響を反映して操舵アシストトルクを設定することが可能となる。
前記制御装置は、前記車両が前記第1カーブを走行している際、前記車両の現在位置から前記第2カーブの入り口までの距離に応じて、前記第1カーブを旋回するための前記操舵アシストトルクを段階的に下げてもよい。これにより、第2カーブに入る際は、第1カーブを旋回するための操舵アシストトルクを第1所定値まで下げておくことが可能となる。従って、第2カーブの旋回を開始する際、第2カーブを旋回するための操舵アシストトルクを円滑に発生することが可能となる。
前記制御装置は、前記車両が前記第1カーブを走行している際、前記車両の現在位置から前記第1カーブの出口までの距離に応じて、前記第1カーブを旋回するための前記操舵アシストトルクを段階的に下げてもよい。これにより、第1カーブを出る際は、第1カーブを旋回するための操舵アシストトルクを第2所定値まで下げておくことが可能となる。従って、第2カーブの旋回を開始する際、第2カーブを旋回するための操舵アシストトルクを円滑に発生することが可能となる。
前記制御装置は、前記第2カーブの走行中において前記ステアリングが戻される際、前記舵角検出値の減少量に対する前記舵角制御値の減少量を増加させ、前記第2カーブの出口に到達するまでに、前記舵角制御値を前記舵角検出値に一致させてもよい。これにより、第2カーブが終了するまでに、ステアリングの基準位置と制御中央値を一致させることができる。従って、ステアリングの基準位置と制御中央値とが異なること(ステアリングが基準位置から回転した状態で車両が直進すること)による運転者の違和感を回避することが可能となる。
前記制御装置は、地図情報記憶装置から前記第1カーブの地図情報を取得し、前記第1カーブの旋回を補助する前記操舵アシストトルクを、前記第1カーブの地図情報に基づいて算出して前記第1カーブの旋回時に用いてもよい。これにより、第1カーブの走行支援を高精度に行うと共に、第2カーブのための操舵アシストトルクの発生をさらに精度良く行うことが可能となる。
前記制御装置は、前記地図情報記憶装置から前記第2カーブの地図情報を取得し、前記第2カーブの旋回を補助する前記操舵アシストトルクを、前記第2カーブの地図情報に基づいて算出し、前記舵角検出値が前記センサ中央値に戻る手前から前記第2カーブのための前記操舵アシストトルクの発生を開始させてもよい。これにより、第2カーブの走行支援を高精度に行うと共に、第2カーブのための操舵アシストトルクの発生をさらに精度良く行うことが可能となる。
本発明に係る操舵支援方法は、ステアリングの舵角検出値を取得する舵角センサと、操舵を補助する操舵アシストトルクを発生するモータと、前記舵角検出値に基づいて算出された舵角制御値に基づいて前記モータの出力を制御する制御装置とを有する操舵装置を用いるものであって、前記制御装置は、旋回方向が異なる連続する第1カーブ及び第2カーブを車両が走行する際、前記第1カーブの走行中において前記ステアリングが戻されて前記操舵アシストトルクがトルク閾値まで下がったことを契機として前記舵角検出値に対して前記舵角制御値をずらし、前記舵角検出値がセンサ中央値に戻る手前から前記第2カーブのための前記操舵アシストトルクの発生を開始させることを特徴とする。
本発明によれば、旋回方向が異なる連続する第1カーブ及び第2カーブに対して好適に操舵支援を行うことが可能となる。また、操舵アシストトルクについての違和感を運転者に与えることを防ぐことが可能となる。
本発明の一実施形態に係る操舵装置としての電動パワーステアリング装置を有する車両の概略構成図である。 前記実施形態における電動パワーステアリング電子制御装置(以下「EPS ECU」という。)の演算部の機能的構成を示す図である。 前記実施形態において、前記EPS ECUが目標カーブ電流を算出するフローチャートである。 前記実施形態において、前記EPS ECUが舵角制御値を算出するフローチャートである。 比較例及び前記実施形態の操舵アシスト制御を用いた場合のS字カーブと、各種数値との関係を示す図である。
A.一実施形態
A1.全体的な構成の説明
[A1−1.全体構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る操舵装置としての電動パワーステアリング装置16(以下「EPS装置16」という。)を有する車両10の概略構成図である。図1に示すように、車両10は、EPS装置16に加え、GPSアンテナ12及び地図情報提供装置14を備える。
[A1−2.GPSアンテナ12]
GPSアンテナ12は、車両10の上空にある複数のGPS衛星からの信号(GPS信号)を受信し、地図情報提供装置14に出力する。
[A1−3.地図情報提供装置14]
地図情報提供装置14は、GPSアンテナ12からの出力に基づき車両10の現在位置Pcを特定すると共に、現在位置Pc及びその周辺に関する情報(以下「地図情報Imap」ともいう。)をEPS装置16に提供する。地図情報Imapは、カーブの半径R(以下「カーブ半径R」ともいう。)と、カーブの入り口までの距離Lin(以下「始点距離Lin」ともいう。)と、カーブの出口までの距離Lout(以下「終点距離Lout」ともいう。)とを含む。以下では、S字カーブ300(図5)のうち手前側のカーブ302(以下「第1カーブ302」ともいう。)の半径Rを「半径R1」と、終点距離Loutを終点距離L1outという。また、第1カーブ302の次のカーブ304(以下「第2カーブ304」ともいう。)の半径Rを「半径R2」と、始点距離Linを始点距離L2inと、終点距離Loutを終点距離L2outという。
地図情報Imapは、地図情報提供装置14の地図データベース18(以下「地図DB18」という。)に記憶されている。地図情報提供装置14は、GPSアンテナ12が受信したGPS信号に基づいて車両10の現在位置Pcを特定する。そして、地図情報提供装置14は、現在位置Pcに基づいて地図情報Imapを地図DB18から読み出してEPS装置16に提供する。
[A1−4.EPS装置16]
(A1−4−1.EPS装置16の全体)
EPS装置16は、ステアリングホイール20(以下「ステアリング20」ともいう。)と、ステアリングコラム22と、中間ジョイント24と、ステアリングギアボックス26と、EPS装置16駆動用のモータ28(以下「EPSモータ28」ともいう。)と、インバータ30(以下「EPSインバータ30」ともいう。)と、車速センサ32と、電流センサ34と、電動パワーステアリング電子制御装置36(以下「EPS ECU36」又は「ECU36」という。)と、低電圧バッテリ38(以下「バッテリ38」ともいう。)とを有する。
ステアリングコラム22は、筐体40と、筐体40内部において軸受44、46、48に支持されたステアリング軸42と、トルクセンサ50と、舵角センサ52とを有する。
中間ジョイント24は、2つのユニバーサルジョイント60a、60bと、その間に配置された軸部62とを有する。
ステアリングギアボックス26は、筐体70と、ラック&ピニオン機構のピニオン74が設けられ軸受76、78により支持されたピニオン軸72と、ラック&ピニオン機構のラック歯82が設けられたラック軸80と、タイロッド84とを有する。
(A1−4−2.マニュアル操舵系)
ステアリング軸42は、その一端がステアリングホイール20に固定され、他端がユニバーサルジョイント60aに連結されている。ユニバーサルジョイント60aは、ステアリング軸42の一端と軸部62の一端とを連結する。ユニバーサルジョイント60bは、軸部62の他端とピニオン軸72の一端とを連結する。ピニオン軸72のピニオン74と、車幅方向に往復動可能なラック軸80のラック歯82とが噛合する。ラック軸80の両端はそれぞれタイロッド84を介して左右の前輪86(操舵輪)に連結されている。
従って、運転者がステアリングホイール20を操作することによって生じた操舵トルクTstr(回転力)は、ステアリング軸42及び中間ジョイント24を介してピニオン軸72に伝達される。そして、ピニオン軸72のピニオン74及びラック軸80のラック歯82により操舵トルクTstrが推力に変換され、ラック軸80が車幅方向に変位する。ラック軸80の変位に伴ってタイロッド84が前輪86を転舵させることで、車両10の向きを変えることができる。
ステアリング軸42、中間ジョイント24、ピニオン軸72、ラック軸80及びタイロッド84は、ステアリングホイール20に対する運転者の操舵動作を前輪86に直接伝えるマニュアル操舵系を構成する。
(A1−4−3.転舵アシスト系)
(A1−4−3−1.アシスト駆動系)
EPSモータ28は、ウォームギア90及びウォームホイールギア92を介してステアリング軸42に連結されている。すなわち、EPSモータ28の出力軸は、ウォームギア90に連結されている。また、ウォームギア90と噛合するウォームホイールギア92は、ステアリング軸42自体に一体的に又は弾性的に形成されている。
本実施形態のEPSモータ28は、例えば、3相交流ブラシレス式であるが、3相交流ブラシ式、単相交流式、直流式等のその他のモータであってもよい。EPSモータ28は、EPS ECU36に制御されるEPSインバータ30を介して低電圧バッテリ38から電力が供給される。そして、当該電力に応じた駆動トルクTm(以下「モータトルクTm」又は「トルクTm」ともいう。)を生成する。モータトルクTm(又はこれに基づく推力)は、EPSモータ28の出力軸、ウォームギア90、ステアリング軸42(ウォームホイールギア92)、中間ジョイント24及びピニオン軸72を介してラック軸80に伝達される。EPSモータ28、ウォームギア90及びステアリング軸42(ウォームホイールギア92)は、操舵のための駆動力(モータトルクTm)を生成するアシスト駆動系を構成する。
本実施形態におけるトルクTmは、操舵アシストトルクTasiとして用いられる。操舵アシストトルクTasiは、基準アシストトルクTrefと、旋回アシストトルクTcvとを含む。基準アシストトルクTrefは、ステアリングホイール20に対する運転者の入力トルク(操舵トルクTstr)と同じ方向に働いて運転者の操舵を補助する駆動力である。旋回アシストトルクTcvは、車両10が旋回し易いように補助するためのトルクである。後述するように、操舵アシストトルクTasiは、操舵トルクTstrと反対方向に働かせることも可能である。旋回アシストトルクTcvは、車両10を旋回させるために操舵トルクTstrを補助する駆動力である。
(A1−4−3−2.アシスト制御系)
EPSインバータ30、車速センサ32、電流センサ34、EPS ECU36、トルクセンサ50及び舵角センサ52は、アシスト駆動系を制御するアシスト制御系を構成する。以下では、アシスト駆動系、アシスト制御系及び低電圧バッテリ38を合わせて転舵アシスト系とも称する。本実施形態において、EPSモータ28の出力は、d軸及びq軸を用いるいわゆるベクトル制御により制御される。
(a)フィードフォワード系センサ類
トルクセンサ50は、ステアリング軸42にかかるトルクTstr(以下「操舵トルクTstr」ともいう。)を検出してEPS ECU36に出力する。車速センサ32は、車速Vs[km/h]を検出し、EPS ECU36に出力する。舵角センサ52は、ステアリングホイール20の操舵量を示す舵角(以下「舵角検出値θs」という。)[度]を検出し、EPS ECU36に出力する。操舵トルクTstr、車速Vs及び舵角検出値θsは、EPS ECU36においてフィードフォワード制御に用いられる。
(b)EPSインバータ30
EPSインバータ30は、3相ブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、低電圧バッテリ38からの直流を3相の交流に変換してEPSモータ28に供給する。
(c)フィードバック系センサ類
電流センサ34は、前記ベクトル制御においてトルク電流成分であるq軸電流(以下「モータ電流Im」という。)を検出する。本実施形態におけるモータ電流Imは、モータ28の回転方向が第1方向(例えば、車両10を右に回転させる方向)であるとき正の値とし、第2方向(例えば、車両10を左に回転させる方向)であるとき負の値とする。但し、第1方向及び第2方向を判定可能であれば、モータ電流Imを正の値のみで制御してもよい。
電流センサ34は、EPSモータ28の巻線(図示せず)におけるU相、V相及びW相のうち少なくとも2相の電流を検出する電流センサ(図示せず)と、EPSモータ28の図示しない出力軸又は外ロータの回転角度である電気角θを検出するレゾルバ(図示せず)と、前記少なくとも2相の電流及び電気角θに基づいてq軸電流(モータ電流Im)を演算するq軸電流演算部とを含む。なお、前記q軸電流演算部の機能は、EPS ECU36が担うこともできる。
(d)EPS ECU36
図1に示すように、EPS ECU36は、ハードウェアの構成として、入出力部110と、演算部112と、記憶部114とを有する。EPS ECU36は、各センサからの出力値に基づき、EPSインバータ30を介してEPSモータ28の出力を制御する。ECU36の詳細は、図2〜図4を参照して後述する。
(A1−4−3−3.低電圧バッテリ38)
低電圧バッテリ38は、低電圧(本実施形態では12ボルト)を出力可能な蓄電装置であり、例えば、鉛蓄電池等の2次電池を利用することができる。
A2.操舵アシスト制御
[A2−1.操舵アシスト制御の概要]
次に、本実施形態におけるEPS ECU36における制御について説明する。
(A2−1−1.演算部112の機能的構成)
図2は、本実施形態におけるEPS ECU36の演算部112の機能的構成を示す図である。図2に示すように、演算部112は、目標基準電流算出部150と、目標カーブ電流算出部152と、S字カーブ補正部154と、加算器156と、駆動信号出力部158とを有する。演算部112は、記憶部114に記憶されているプログラムを実行することにより、目標基準電流算出部150、目標カーブ電流算出部152、S字カーブ補正部154、加算器156及び駆動信号出力部158を実現する。但し、目標基準電流算出部150、目標カーブ電流算出部152、S字カーブ補正部154、加算器156及び駆動信号出力部158の一部の機能をハードウェア(電気回路等)により実現することも可能である。
目標基準電流算出部150は、基準アシストトルクTrefに対応するモータ電流(以下「目標基準電流Iref」という。)を算出する。すなわち、算出部150は、トルクセンサ50からの出力に応じて目標基準電流Irefを算出する。
目標カーブ電流算出部152は、旋回アシストトルクTcvに対応するモータ電流(以下「旋回アシスト目標電流Icvtar」という。)を算出する。S字カーブ補正部154は、S字カーブ300を走行する際に特有の影響を、旋回アシスト目標電流Icvtarに反映させる。
本実施形態のS字カーブ補正部154は、目標カーブ電流算出部152に入力される各種数値にS字カーブ300特有の影響を反映させることで、これを実現する。代わりに、S字カーブ補正部154において補正電流を算出し、加算器156に補正電流を入力することも可能である。
(A2−1−2.目標基準電流算出部150)
上記のように、目標基準電流算出部150は、基準アシストトルクTrefに対応するモータ電流としての目標基準電流Irefを算出する。すなわち、算出部150は、トルクセンサ50からの出力(操舵トルクTstr)に応じて目標基準電流Irefを算出する。
EPS ECU36は、操舵トルクTstr等に基づいて目標基準電流Irefを算出する。目標基準電流Irefは、運転者の操舵をアシストするためのモータ電流Imの基準値であり、基本的には、操舵トルクTstrの絶対値が大きくなるに連れて絶対値が増加する。なお、目標基準電流Irefの算出に際しては、いわゆるイナーシャ制御、ダンパ制御等を利用してもよい。
(A2−1−3.目標カーブ電流算出部152)
目標カーブ電流算出部152は、旋回アシストトルクTcvに対応する旋回アシスト目標電流Icvtarを算出する。図2に示すように、目標カーブ電流算出部152は、基準カーブ電流算出部160と、第1補正係数算出部162と、乗算器164とを有する。
基準カーブ電流算出部160は、カーブ旋回アシスト電流Icvrefを算出する。第1補正係数算出部162は、第1補正係数αを算出する。乗算器164は、カーブ旋回アシスト電流Icvrefと第1補正係数αとを乗算して目標カーブ電流Icvtarを算出する。目標カーブ電流Icvtarの算出又は設定については、図3を参照して後述する。
(A2−1−4.S字カーブ補正部154)
S字カーブ補正部154は、S字カーブ300を走行する際に特有の影響を、旋回アシスト目標電流Icvtarに反映させる。図2に示すように、S字カーブ補正部154は、基準半径算出部170と、舵角制御値算出部172と、基準ヨーレート算出部174と、第2補正係数算出部176と、目標ヨーレート算出部178とを有する。
基準半径算出部170は、基準半径Rrefを算出する。舵角制御値算出部172は、舵角制御値θcを算出する。基準ヨーレート算出部174は、基準ヨーレートYrefを算出する。第2補正係数算出部176は、第2補正係数βを算出する。目標ヨーレート算出部178は、基準ヨーレートYrefと第2補正係数βを乗算して目標ヨーレートYtarを算出する。S字カーブ補正部154の各部の詳細は後述する。
(A2−1−5.加算器156)
加算器156は、目標基準電流算出部150からの目標基準電流Irefと、目標カーブ電流算出部152からの目標カーブ電流Icvtarとを加算して、目標モータ電流Imtarを算出する。
(A2−1−6.駆動信号出力部158)
駆動信号出力部158は、加算器156からの目標モータ電流Imtarと、電流センサ34からのモータ電流Imとに基づいてインバータ30を制御する。
[A2−2.目標カーブ電流Icvtarの算出]
図3は、本実施形態において、EPS ECU36が目標カーブ電流Icvtarを算出するフローチャートである。目標カーブ電流Icvtarの算出は、目標カーブ電流算出部152が実行する。EPS ECU36は、所定の第1演算周期(例えば、数マイクロ秒〜数百ミリ秒の周期)で図3の処理を繰り返す。
図3のステップS1において、EPS ECU36(基準カーブ電流算出部160)は、目標ヨーレートYtarに基づいて基準カーブ電流Icvrefを設定する。目標ヨーレートYtarは、S字カーブ補正部154から目標カーブ電流算出部152へと出力される。目標ヨーレートYtarは、S字カーブ300を考慮して補正されている(詳細は、図4を参照して後述する。)。例えば、目標ヨーレートYtarの絶対値が大きくなるほど、基準カーブ電流Icvrefが大きくなるように設定する。当該設定には、図示しないマップ(基準カーブ電流マップ)を用いることができる。
ステップS2において、ECU36(第1補正係数算出部162)は、基準カーブ半径Rref及び舵角制御値θcに基づいて第1補正係数αを設定する。第1補正係数αは、目標ヨーレートYtarに対して基準カーブ半径Rref及び舵角制御値θcの影響を反映するための正の係数である。例えば、基準カーブ半径Rrefが小さくなるほど(カーブが急になるほど)、第1補正係数αを増加させる。また、舵角制御値θcが大きくなるほど、第1補正係数αを増加させる。第1補正係数αの設定は、図示しないマップ(第1補正係数マップ)を用いて行うことができる。
基準カーブ半径Rrefは、走行支援の対象とするカーブの半径Rを示す。車両10が第1カーブ302を走行している場合、基準カーブ半径Rrefは、原則として、第1カーブ302の半径R1であるが、本実施形態では、例外的に第2カーブ304の半径R2を用いる場合がある。基準半径Rrefの算出方法については、後述する。
舵角制御値θcは、ECU36が目標カーブ電流Icvtarを設定する際に用いる舵角である。舵角制御値θcは、基本的に、舵角センサ52の検出値(舵角検出値θs)と等しい。しかしながら、本実施形態では、S字カーブ300を好適に走行するため、舵角制御値θcを補正して舵角検出値θsと相違させる場合がある。舵角制御値θcの算出方法については、図4を参照して後述する。
ステップS3において、ECU36(乗算器164)は、基準カーブ電流Icvrefと第1補正係数αを乗算して補正基準電流Icvref2を算出する。
ステップS4において、ECU36は、補正基準電流Icvref2に対してレートリミット処理を行って目標カーブ電流Icvtarを算出する。ここにいうレートリミット処理とは、単位時間当たりの補正基準電流Icvref2の変化量を抑制する処理である。このため、目標カーブ電流Icvtarの変化を緩やかにすることが可能となる。
[A2−3.基準カーブ半径Rrefの設定]
上記のように、基準カーブ半径Rref(以下「基準半径Rref」ともいう。)は、走行支援の対象とするカーブの半径Rを示す。車両10が第1カーブ302を走行している際、基準半径Rrefは、基本的には第1カーブ302の半径R1である。但し、本実施形態では、第1カーブ302から第2カーブ304への移行時において、第2カーブ304の走行支援(旋回支援)を適切且つ早めのタイミングで開始する。これに伴い、車両10が第1カーブ302の出口に到達していない場合であっても、第2カーブ304の半径R2を基準とした制御を行う場合がある。基準カーブ半径Rrefは、このような事情を考慮したカーブ半径Rであり、半径R1、R2のいずれかの値となる。なお、基準半径Rrefは、長さ[m]に加え、方向(左又は右)を含むことができる。
例えば、後述する図4のステップS17において、第2カーブ304の走行を開始すると判定した場合、ECU36は、車両10が第1カーブ302を走行中であっても、第2カーブ304を対象として第2カーブ304の半径R2を用いて走行支援(旋回支援)を行う。
[A2−4.舵角制御値θcの算出]
図4は、本実施形態において、EPS ECU36が舵角制御値θcを算出するフローチャートである。舵角制御値θcの算出は、ECU36の舵角制御値算出部172(図2)が実行する。EPS ECU36は、所定の第2演算周期(例えば、数マイクロ秒〜数百ミリ秒の周期)で図4の処理を繰り返す。
ステップS11において、ECU36は、車両10がS字カーブ300を走行中であるか否かを判定する。当該判定は、例えば、第1カーブ302の出口までの距離L1outと第2カーブ304の入り口までの距離L2inとの差ΔLが所定の距離閾値THΔL以下であるか否かにより行うことが可能である。
車両10がS字カーブ300を走行中でない場合(S11:NO)、ステップS12において、ECU36は、舵角センサ52からの舵角検出値θsをそのまま舵角制御値θcとして用いる。車両10がS字カーブ300を走行中である場合(S11:YES)、ステップS13に進む。
ステップS13において、ECU36は、車両10が第1カーブ302(手前側)を走行中であるか否かを判定する。車両10が第1カーブ302を走行中である場合(S13:YES)、ステップS14において、ECU36は、運転者がステアリング20を戻し中であるか否かを判定する。
ステアリング20を戻し中でない場合(S14:NO)、ステップS12に進む。ステアリング20を戻し中である場合(S14:YES)、ステップS15において、ECU36は、モータ電流Imがゼロに到達したか否かを判定する。モータ電流Imがゼロに到達していない場合(S15:NO)、ステップS12に進む。モータ電流Imがゼロに到達した場合(S15:YES)、ステップS16に進む。
ステップS16において、ECU36は、その時点(現在)の舵角検出値θsを、オフセット値θoffsetとして設定する。オフセット値θoffsetは、車両10が第2カーブ304を走行する際、舵角検出値θsを補正するための値である。
ステップS17において、ECU36は、第2カーブ304の走行支援を開始する。換言すると、走行支援の対象とするカーブを、車両10が現在走行している第1カーブ302から次のカーブ(第2カーブ304)に切り替える。ステップS18において、ECU36は、舵角検出値θsからオフセット値θoffsetを引いて舵角制御値θcとする。
ステップS13に戻り、車両10が第1カーブ302(手前側)を走行中でない場合(S13:NO)、第2カーブ304(奥側)を走行中となる。この場合、ステップS19において、ECU36は、第2カーブ304の走行中にステアリング20が戻し中であるか否かを判定する。
ステアリング20を戻し中でない場合(S19:NO)、ステップS18に進み、舵角検出値θsからオフセット値θoffsetを引いた値を舵角制御値θcとする。ステアリング20を戻し中である場合(S19:YES)、ステップS20において、ECU36は、出口処理を実行する。
上記のように、第2カーブ304の走行中、舵角検出値θsと舵角制御値θcは相違する(図4のS18参照)。舵角検出値θsと舵角制御値θcが相違したままで第2カーブ304を抜けると、車両10を直進させるためには、ステアリング20を回転基準位置(舵角検出値θsに対応する)から回転させた状態にする必要がある。ステアリング20を回転基準位置から回転させた状態で車両10が直進することとなると、運転者に違和感を与えるおそれがある。そこで、本実施形態では、第2カーブ304を抜ける際、舵角制御値θcを舵角検出値θsに一致させる出口処理を行う。
後述する図5でも示すが、出口処理では、車両10が第2カーブ304の出口に近づくに連れてオフセット値θoffsetを徐々に減少させて舵角制御値θcを舵角検出値θsに近付ける。具体的には、舵角検出値θsの変化量に対し、舵角制御値θcの変化量を大きくし、車両10が第2カーブ304の出口に到達する際に、オフセット値θoffsetをゼロとする。
なお、カーブが3つ以上連続する場合、出口処理(S20)を行わずに、第2カーブ304についても、ステップS14〜S18を行うことも可能である。つまり、それまでの第2カーブ304を新たな第1カーブ302とし、それまでの第2カーブ304の次のカーブを新たな第2カーブ304としてもよい。
[A2−5.基準ヨーレートYrefの算出]
基準ヨーレート算出部174は、車速Vsを基準半径Rrefで除算して基準ヨーレートYrefを算出する(Yref←Vs/Rref)。
[A2−6.第2補正係数βの算出]
第2補正係数算出部176は、基準半径Rrefと、第1カーブ302の終点距離L1outと、第2カーブ304の始点距離L2inとに基づいて第2補正係数βを算出する。第2補正係数βは、基準半径Rref、終点距離L1out及び始点距離L2inに基づいて基準ヨーレートYrefを重み付けするための正の係数である。
車両10が第1カーブ302を走行している際、第2補正係数βは、基準半径Rrefが小さいほど、終点距離L1outが短いほど、及び始点距離L2inが短いほど小さく設定される。
[A2−7.目標ヨーレートYtarの算出]
目標ヨーレート算出部178は、基準ヨーレートYrefに第2補正係数βを乗算して目標ヨーレートYtarを算出する(Ytar←Yref×β)。
[A2−8.本実施形態と比較例との比較]
図5は、比較例及び本実施形態の操舵アシスト制御を用いた場合のS字カーブ300と、各種数値との関係を示す図である。図5における破線が比較例に対応し、実線が本実施形態に対応する。破線がなく実線のみが存在する部分は、比較例及び本実施形態の両方に対応する。比較例の操舵アシスト制御では、舵角検出値θsをそのまま舵角制御値θcとして用いる。このため、比較例では、オフセット値θoffsetは用いない。
図5の時点t1において手前側の第1カーブ302が開始し、時点t3まで第1カーブ302が継続する。車両10が第1カーブ302を走行中の時点t2においてモータ電流Imがゼロに到達するが、舵角検出値θsは未だゼロに到達していない。このため、比較例では、時点t2から時点t3までモータ電流Imがゼロのまま保持される。これに伴い、ステアリング20は、時点t5まで回転させ続ける必要が生じる。
一方、本実施形態の場合、時点t2においてモータ電流Imがゼロに到達すると(図4のS15:YES)、オフセット値θoffsetを用いることで、舵角検出値θsを強制的にゼロにリセットする(S18)。このため、本実施形態では、時点t2から時点t3において、第2カーブ304を旋回するためのモータ電流Imが出力される。これにより、ステアリング20は、時点t4まで回転させれば足りる。
また、本実施形態では、時点t6から時点t7の間において、ステアリング20が戻される際、舵角検出値θsの変化量に対して舵角制御値θcの変化量を増大させる(出口処理(図4のS20))。
A3.本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、第1カーブ302の走行中(図4のS13:YES)においてステアリング20が戻されて(S14:YES)旋回アシストトルクTcv(操舵アシストトルクTasiの一部)がゼロ(トルク閾値)になったこと(S15:YES)を契機として、舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらし、舵角検出値θsがゼロ(センサ中央値)に戻る手前から第2カーブ304のための旋回アシストトルクTcvの発生を開始させる(図5)。これにより、舵角検出値θsがゼロに戻る前であっても、第2カーブ304のための旋回アシストトルクTcvを発生させることが可能となる。従って、第2カーブ304の旋回開始時において旋回アシストトルクTcvについての違和感を運転者に与えることを防ぐことが可能となる。
本実施形態において、ECU36(制御装置)は、舵角制御値θcをオフセットすること(図4のS18)により、舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらす。これにより、簡易な処理により、舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらすことが可能となる。
本実施形態において、ECU36(制御装置)は、第1カーブ302の走行中(図4のS13:YES)においてステアリング20が戻されて(S14:YES)旋回アシストトルクTcv(操舵アシストトルクTasiの一部)がゼロ(トルク閾値)になった際の舵角検出値θsをオフセット値θoffsetとして設定又は記憶する(S16)。そして、ECU36は、舵角検出値θsからオフセット値θoffsetを差し引いて舵角制御値θcとする(S18)。これにより、簡易な方法で舵角制御値θcをゼロ(制御中央値)に設定することが可能となる。
本実施形態において、ECU36(制御装置)は、現在走行中のカーブの半径R(基準半径Rref)と車速Vsとに基づいて基準ヨーレートYrefを算出する(図2)。また、ECU36は、現在走行中のカーブの半径R(基準半径Rref)に基づき第2補正係数βを設定する(図2)。さらに、ECU36は、基準ヨーレートYrefと第2補正係数βとの積である目標ヨーレートYtarに応じて目標カーブ電流Icvtar(旋回アシストトルクTcv又は操舵アシストトルクTasiに対応する)を設定する(図2及び図3)。これにより、車両10の旋回時において、基準ヨーレートYrefに基準半径Rrefの影響を反映して操舵アシストトルクTasiを設定することが可能となる。
本実施形態において、ECU36(制御装置)は、車両10が第1カーブ302を走行している際、車両10の現在位置Pcから第2カーブ304の入り口までの距離L2inに応じて、第1補正係数αを段階的に小さくする(図2)。その結果、第1カーブ302を旋回するための旋回アシストトルクTcvを段階的に下げることとなる。これにより、第2カーブ304に入る際は、第1カーブ302を旋回するための旋回アシストトルクTcvを第1所定値(例えばゼロ)まで下げておくことが可能となる。従って、第2カーブ304の旋回を開始する際、第2カーブ304を旋回するための旋回アシストトルクTcvを円滑に発生することが可能となる。
本実施形態において、ECU36は、車両10が第1カーブ302を走行している際、車両10の現在位置Pcから第1カーブ302の出口までの距離L1outに応じて、第1補正係数αを段階的に小さくする(図2)。その結果、第1カーブ302を旋回するための旋回アシストトルクTcvを段階的に下げることとなる。これにより、第1カーブ302を出る際は、第1カーブ302を旋回するための旋回アシストトルクTcvを第2所定値(例えばゼロ)まで下げておくことが可能となる。従って、第2カーブ304の旋回を開始する際、第2カーブ304を旋回するための旋回アシストトルクTcvを円滑に発生することが可能となる。
本実施形態において、ECU36(制御装置)は、第2カーブ304の走行中(図4のS13:NO)においてステアリング20が戻される際(S19:YES)、舵角検出値θsの減少量に対する舵角制御値θcの減少量を増加させ、第2カーブ304の出口に到達するまでに舵角制御値θcを舵角検出値θsに一致させる(S20)。これにより、第2カーブ304が終了した際、ステアリング20の基準位置と制御中央値を一致させることができる。従って、ステアリング20の基準位置と制御中央値とが異なること(ステアリング20が基準位置から回転した状態で車両10が直進すること)による運転者の違和感を回避することが可能となる。
本実施形態において、ECU36(制御装置)は、地図DB18(地図情報記憶装置)から第1カーブ302の地図情報Imap(カーブ半径R1及び終点距離L1out)を取得する(図2)。また、第1カーブ302を走行する際、ECU36は、第1カーブ302の地図情報Imapを用いて目標カーブ電流Icvtar(並びに目標ヨーレートYtar、第1補正係数α及び第2補正係数β)を算出する(図3)。換言すると、ECU36は、第1カーブ302の旋回を補助する操舵アシストトルクTasiを、第1カーブ302の地図情報Imapに基づいて算出して第1カーブ302の旋回時に用いる。これにより、第1カーブ302の走行支援を高精度に行うと共に、第2カーブ304のための操舵アシストトルクTasiの発生をさらに精度良く行うことが可能となる。
本実施形態において、ECU36(制御装置)は、地図DB18(地図情報記憶装置)から第2カーブ304の地図情報Imap(カーブ半径R2、始点距離L2in及び終点距離L2out)を取得する(図2)。また、ECU36は、第2カーブ304の地図情報Imapを用いて目標カーブ電流Icvtar(並びに目標ヨーレートYtar、第1補正係数α及び第2補正係数β)を算出する(図3)。換言すると、ECU36は、第2カーブ304の旋回を補助する操舵アシストトルクTasiを、第2カーブ304の地図情報Imapに基づいて算出する。そして、ECU36は、舵角検出値θsがセンサ中央値に戻る手前から第2カーブ304のための操舵アシストトルクTasiの発生を開始させる(図4及び図5)。これにより、第2カーブ304の走行支援を高精度に行うと共に、第2カーブ304のための操舵アシストトルクTasiの発生をさらに精度良く行うことが可能となる。
B.変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
B1.搭載対象
上記実施形態では、EPS装置16(操舵装置)を車両10に搭載した(図1)。しかしながら、例えば、ステアリング20の操舵を支援する観点からすれば、これに限らない。例えば、ステアリング20(又は操作子)を備える移動物体又は可動装置に本発明を適用してもよい。
B2.GPSアンテナ12及び地図情報提供装置14
上記実施形態では、GPSアンテナ12及び地図情報提供装置14を車両10に搭載することを念頭に説明した(図1)。しかしながら、例えば、GPSアンテナ12及び地図情報提供装置14の一部又は全部を携帯端末に設け、当該携帯端末を車両10のネットワークに接続してもよい。
B3.EPS装置16
[B3−1.EPS装置16の全体構成]
上記実施形態のEPS装置16は、EPSモータ28がステアリング軸42にモータトルクTmを伝達する構成(いわゆるコラムアシスト式EPS装置)であった。しかしながら、モータトルクTmを発生するものであれば、EPS装置16の構成はこれに限らない。例えば、ピニオンアシスト式EPS装置、デュアルピニオンアシスト式EPS装置、ラックアシスト式EPS装置及び電動油圧パワーステアリング装置のいずれかであってもよい。なお、電動油圧パワーステアリング装置では、電動ポンプで油圧をつくり、その油圧でモータトルクTmを生成する。
上記実施形態では、運転者による操舵トルクをそのまま前輪86に伝達する構成(以下、「直接伝達方式」ともいう。)であったが、ステアバイワイヤ式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。
[B3−2.EPSモータ28]
上記実施形態では、EPSモータ28を3相交流ブラシレス式としたが、これに限らない。例えば、モータ28を3相交流ブラシ式、単相交流式又は直流式としてもよい。
上記実施形態では、モータ28は、低電圧バッテリ38から電力が供給された(図1)。これに加えて又はこれに代えて、オルタネータ、燃料電池又は高電圧バッテリからモータ28に電力を供給してもよい。
[B3−3.EPS ECU36]
上記実施形態では、ECU36を車両10に搭載することを念頭に説明した(図1)。しかしながら、例えば、ECU36の一部を携帯端末に設け、当該携帯端末を車両10のネットワークに接続することでECU36を構成してもよい。
B4.操舵アシスト制御
[B4−1.旋回アシストトルクTcv(操舵アシストトルク)]
上記実施形態の操舵アシスト制御では、操舵アシストトルクTasiとして、運転者の操舵トルクTstrと同じ方向の駆動力(トルク)を生成した。しかしながら、例えば、ステアリングホイール20を用いての操舵を補助する観点からすれば、これに限らず、操舵トルクTstrと反対方向に働くもの(例えば、反力)であってもよい。
ここにいう「ステアリングホイール20を用いての操舵を補助する」とは、EPS装置16が操舵トルクTstrをそのまま操舵輪(前輪86)に伝達する構成(直接伝達方式)であれば、運転者が意図する方向にステアリングホイール20を回し易くすること(例えば、上記実施形態のような構成)及び運転者が意図する方向にステアリングホイール20を回し難くすることの両方を含む。
[B4−2.舵角制御値θc]
上記実施形態では、モータ電流Imがゼロに到達したこと(図4のS15:YES)を契機として舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらした(S18)。しかしながら、例えば、第2カーブ304の旋回支援を適切なタイミングで開始する観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ電流Imがゼロの近傍値に到達したことを契機として舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらすことも可能である。或いは、モータ電流Imは、電流センサ34による検出値ではなく、ECU36が設定する目標値(すなわち、目標モータ電流Imtar)であってもよい。
上記実施形態では、オフセット値θoffsetを用いて舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらした(図4のS18)。しかしながら、例えば、舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらす観点からすれば、これに限らない。例えば、或いは、モータ電流Imがゼロに到達した際(S15:YES)、舵角検出値θsの変化量に対する舵角制御値θcの変化量を増大させてもよい。或いは、モータ電流Imがゼロに到達した際(S15:YES)、舵角制御値θcをリセットすることも可能である。
上記実施形態では、モータ電流Imがゼロに到達した際の舵角検出値θsをそのままオフセット値θoffsetとして用いた(図4のS16)。しかしながら、例えば、舵角検出値θsをオフセットさせる観点からすれば、これに限らず、舵角検出値θsに所定の係数を乗算若しくは除算した値又は舵角検出値θsに固定値を加算又は減算した値を用いて舵角制御値θcをオフセットすることも可能である。
[B4−3.第1補正係数α]
上記実施形態では、基準カーブ半径Rref及び舵角制御値θcに基づいて第1補正係数αを算出した(図3のS2)。しかしながら、例えば、舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらすこと(図4のS18)に着目すれば、これに限らない。例えば、基準カーブ半径Rref及び舵角制御値θcの一方のみに基づいて第1補正係数αを算出してもよい。或いは、第1補正係数αを用いない構成も可能である。
[B4−4.第2補正係数β]
上記実施形態では、基準半径Rrefと、第1カーブ302の終点距離L1outと、第2カーブ304の始点距離L2inとに基づいて第2補正係数βを算出した(図2参照)。しかしながら、例えば、舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらすこと(図4のS18)に着目すれば、これに限らない。例えば、基準半径Rref、終点距離L1out及び始点距離L2inのいずれか1つ又は2つのみに基づいて第2補正係数βを算出してもよい。或いは、第2補正係数βを用いない構成も可能である。
[B4−5.その他]
上記実施形態の操舵アシスト制御では、カーブ半径R(R1、R2)を用いた。しかしながら、カーブの曲がり度合いを反映させる観点からすれば、例えば、カーブの曲率半径を用いることも可能である。
上記実施形態では、舵角制御値θcは、基準カーブ電流Icvrefに乗算する第1補正係数αを算出するために用いた(図3のS2)。しかしながら、例えば、第2カーブ304に対する旋回支援を適切なタイミングで行う観点からすれば、これに限らない。例えば、舵角制御値θcに応じた補正電流を算出し、当該補正電流を加算器156に入力することも可能である。
上記実施形態では、第2カーブ304を出る際、出口処理を行った(図4のS20)。しかしながら、例えば、第2カーブ304の旋回支援のために舵角検出値θsに対して舵角制御値θcをずらす観点からすれば、出口処理を省略することも可能である。
上記実施形態では、ECU36は、基準ヨーレートYref及び目標ヨーレートYtarを用いた制御を行った(図2及び図3)。しかしながら、例えば、車両10の旋回支援を行う観点からすれば、これに限らない。例えば、ECU36は、基準ヨーレートYref及び目標ヨーレートYtarに加えて又はこれらに代えて、車両10の横加速度の基準値(基準横加速度)及び目標値(目標横加速度)を用いることも可能である。
10…車両
16…電動パワーステアリング(EPS)装置(操舵装置)
18…地図DB(地図情報記憶装置) 20…ステアリング
28…EPSモータ(モータ) 36…EPS ECU(制御装置)
52…舵角センサ 302…第1カーブ
304…第2カーブ
L1out…第1カーブの出口までの距離 L2in…第2カーブの入り口までの距離
Pc…車両の現在位置 R…カーブの半径
Tasi…操舵アシストトルク Vs…車速
Yref…基準ヨーレート Ytar…目標ヨーレート
β…第2補正係数(補正係数) θc…舵角制御値
θs…舵角検出値 θoffset…オフセット値

Claims (10)

  1. ステアリングの舵角検出値を取得する舵角センサと、操舵を補助する操舵アシストトルクを発生するモータと、前記舵角検出値に基づいて算出された舵角制御値を用いて前記モータの出力を制御する制御装置とを有する操舵装置であって、
    前記制御装置は、旋回方向が異なる連続する第1カーブ及び第2カーブを車両が走行する際、前記第1カーブの走行中において前記ステアリングが戻されて前記操舵アシストトルクがトルク閾値まで下がったことを契機として、前記舵角検出値に対して前記舵角制御値をずらし、前記舵角検出値がセンサ中央値に戻る手前から前記第2カーブのための前記操舵アシストトルクの発生を開始させる
    ことを特徴とする操舵装置。
  2. 請求項1に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、前記舵角制御値をオフセット又はリセットすることにより、前記舵角検出値に対して前記舵角制御値をずらす
    ことを特徴とする操舵装置。
  3. 請求項2に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、
    前記第1カーブの走行中において前記ステアリングが戻されて前記操舵アシストトルクが前記トルク閾値になった際の前記舵角検出値をオフセット値として記憶し、
    前記舵角検出値から前記オフセット値を差し引いて前記舵角制御値とする
    ことを特徴とする操舵装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、
    現在走行中のカーブの半径又は曲率半径と車速とに基づいて前記車両の基準ヨーレートを算出し、
    前記現在走行中のカーブの半径又は曲率半径に基づき補正係数を設定し、
    前記基準ヨーレートと前記補正係数との積である目標ヨーレートに応じて前記操舵アシストトルクを設定する
    ことを特徴とする操舵装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、前記車両が前記第1カーブを走行している際、前記車両の現在位置から前記第2カーブの入り口までの距離に応じて、前記第1カーブを旋回するための前記操舵アシストトルクを段階的に下げる
    ことを特徴とする操舵装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、前記車両が前記第1カーブを走行している際、前記車両の現在位置から前記第1カーブの出口までの距離に応じて、前記第1カーブを旋回するための前記操舵アシストトルクを段階的に下げる
    ことを特徴とする操舵装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、前記第2カーブの走行中において前記ステアリングが戻される際、前記舵角検出値の減少量に対する前記舵角制御値の減少量を増加させ、前記第2カーブの出口に到達するまでに、前記舵角制御値を前記舵角検出値に一致させる
    ことを特徴とする操舵装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、
    地図情報記憶装置から前記第1カーブの地図情報を取得し、
    前記第1カーブの旋回を補助する前記操舵アシストトルクを、前記第1カーブの地図情報に基づいて算出して前記第1カーブの旋回時に用いる
    ことを特徴とする操舵装置。
  9. 請求項8に記載の操舵装置において、
    前記制御装置は、
    前記地図情報記憶装置から前記第2カーブの地図情報を取得し、
    前記第2カーブの旋回を補助する前記操舵アシストトルクを、前記第2カーブの地図情報に基づいて算出し、前記舵角検出値が前記センサ中央値に戻る手前から前記第2カーブのための前記操舵アシストトルクの発生を開始させる
    ことを特徴とする操舵装置。
  10. ステアリングの舵角検出値を取得する舵角センサと、操舵を補助する操舵アシストトルクを発生するモータと、前記舵角検出値に基づいて算出された舵角制御値に基づいて前記モータの出力を制御する制御装置とを有する操舵装置を用いる操舵支援方法であって、
    前記制御装置は、旋回方向が異なる連続する第1カーブ及び第2カーブを車両が走行する際、前記第1カーブの走行中において前記ステアリングが戻されて前記操舵アシストトルクがトルク閾値まで下がったことを契機として前記舵角検出値に対して前記舵角制御値をずらし、前記舵角検出値がセンサ中央値に戻る手前から前記第2カーブのための前記操舵アシストトルクの発生を開始させる
    ことを特徴とする操舵支援方法。
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