JP4400544B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵装置に係り、特に、操舵操作に応じた転舵輪の転舵をアシストする装置、いわゆるパワーステアリング装置を有する車両の操舵装置に関する。

従来から、操舵ハンドルの操舵操作に応じた転舵輪の転舵をアシストする装置、いわゆるパワーステアリング装置を有する車両の操舵装置が知られている。パワーステアリング装置としては、油圧アクチュエータによりアシストトルクを発生する油圧パワーステアリング装置や、電動モータなどの電動アクチュエータによりアシストトルクを発生する電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置が知られている。特に近年は、車両搭載性や燃費向上の観点から、電動パワーステアリング装置が注目されてきている。

パワーステアリング装置においては、操舵性能を向上させるために、さまざまな工夫が提案されている。例えば、特許文献１においては、操舵ハンドルを操舵位置から中立位置に戻す際の戻し制御において、舵角速度が大きいほど戻しトルクを小さくして、操舵ハンドルが中立位置に戻る際の収斂性を向上させる技術が記載されている。
特開２００２−１４５１０１号公報

上記特許文献１においては、舵角速度に応じて戻しトルクを設定しているので、操舵ハンドルの切り出し時にも、舵角速度によっては戻しトルクが大きく作用する場合がある。したがって、このような場合には、操舵ハンドルを切り出す際に戻しトルクが抵抗となり、操舵感が悪化するという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、操舵ハンドルを切り出した時に多大な戻しトルクが作用するのを防ぎ、操舵感を向上させた車両の操舵装置を提供することを技術的課題とする。

上記課題を達成するために、本発明は、操舵ハンドルの操舵操作をアシストするためのアクチュエータを備えた車両の操舵装置において、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、操舵ハンドルの戻し操舵時の操舵操作をアシストするための戻しトルクを、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの絶対値が大きくなるに従って小さくなるように決定する戻しトルク決定手段と、前記戻しトルク決定手段により決定された戻しトルクに応じて前記アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段とを備える車両の操舵装置とする。

上記発明によれば、戻しトルク決定手段によって、操舵トルクの絶対値が大きくなるに従い戻しトルクが小さく設定される。したがって、操舵ハンドルを切り出す際の操舵トルクが大きければ、抵抗となる戻しトルクが小さくなる。つまり、操舵ハンドルの操舵操作に力（トルク）が必要であればあるほど、戻しトルクの影響が小さくなる。よって、操舵ハンドルの切り出し時における操舵感が向上する。

この場合、戻しトルク決定手段は、上記のように操舵トルクが大きくなるに従って小さくなるように決定するのに加え、操舵ハンドルの操舵角が大きくなるに従って大きくなるように決定するとよい。このように戻しトルクを決定することにより、操舵トルクおよび操舵角に応じた戻しトルクの制御を行うことができる。たとえば、操舵角が大きい場合であり、かつ操舵トルクが小さい場合（たとえば、操舵ハンドルの切り出し操作から戻し操作に移るとき）には、操舵ハンドルを中立位置まで戻す制御を優先させる制御が求められるが、本発明においては、このような場合に戻しトルクが大きくされるので、速やかに操舵ハンドルを中立位置に戻すことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係り、運転者による操舵操作に対してアシスト機能を有する車両の操舵装置の全体概略図である。

この車両の操舵装置は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されており、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５の回転は、減速器を構成するボールねじ機構１６によって減速されるとともにラックバー１４の直線運動に変換される。

次に、電動モータ１５の作動を制御する電気制御装置２０について説明する。電気制御装置２０は、操舵トルクセンサ２１、操舵角センサ２２および車速センサ２３を備えている。操舵トルクセンサ２１は、ステアリングシャフト１２に組み付けられている。そして、ドライバーが操舵ハンドル１１を操舵操作することにより入力される入力トルクがステアリングシャフト１２に作用するので、このステアリングシャフト１２に作用したトルクを操舵トルクＴとして検出する。なお、操舵トルクＴは、正負の値により操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵時の操舵トルクＴを表す。

操舵角センサ２２も、操舵トルクセンサと同様にステアリングシャフト１２に組み付けられていて、操舵ハンドル１１の操舵操作によって生じるステアリングシャフトの回転角度に基づいて操舵ハンドル１１の操舵角θを検出する。なお、操舵角θは、正負の値により操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵時の回転角を表す。車速センサ２３は、車速Ｖを検出して出力する。

また、電気制御装置２０は、操舵トルクセンサ２１、操舵角センサ２２および車速センサ２３に接続された電子制御ユニット２４を備えている。電子制御ユニット２４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、図２のアシスト制御プログラムを実行することにより、駆動回路２５を介して電動モータ１５を駆動制御する。駆動回路２５は、電子制御ユニット２４によって指定される駆動電流を電動モータ１５に流す。

次に、上記のように構成した本実施形態の動作について説明する。電子制御ユニット２４は、イグニッションスイッチの投入により、アシスト制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行し始める。アシスト制御プログラムの実行は図２のステップＳ１０にて開始され、ステップＳ１１にて操舵トルクセンサ２１、操舵角センサ２２および車速センサ２３から、操舵トルクＴ、操舵角θおよび車速Ｖをそれぞれ入力する。

次に、電子制御ユニット２４は、ステップＳ１２にて、ＲＯＭ内に設けられている切り込みトルク指令値テーブルを参照して、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じて変化する切り込みトルクＴcを計算する。図３に切り込みトルク指令値テーブルを示す。この切り込みトルク指令値テーブルは、複数の代表的な車速値ごとに、操舵トルクＴに依存して決定される複数の切り込みトルクＴcを記憶している。図３からわかるように、切り込みトルクＴcは、操舵トルクＴが正方向に増加するに従って非線形的に増加し、所定の操舵トルクＴに達すると一定の値となる。また、切り込みトルクＴcは、操舵トルクＴが負方向に増加するに従って非線形的に減少（負方向に増加）し、所定の操舵トルクＴに達すると一定の値となる。切り込みトルクＴcは、同一の操舵トルクＴに対して、車速Ｖが低いほど大きい。なお、この切り込みトルク指令値テーブルを利用するのに代えて、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じて変化する切り込みトルクＴcを関数により予め定義しておき、同関数を利用して切り込みトルクＴcを計算するようにしてもよい。

前記ステップＳ１２の処理後、電子制御ユニット２４は、ステップＳ１３にて、ＲＯＭ内に設けられている基準戻しトルク指令値テーブルを参照して、操舵角θに応じて変化する基準戻しトルクＴrtoを計算する。この基準戻しトルクＴrtoは、操舵ハンドル１１を回転させた状態（切り出した状態）から中立状態に戻す時（戻し制御時）に、電動モータ１５によって操舵ハンドル１１を中立方向に戻すのをアシストするためのトルクの基準値であり、常に操舵方向とは逆方向に付与されるものである。よって、基準戻しトルクＴrtoは、操舵方向に付与される切込みトルクＴcとは常に反対方向に付与され、切り込み操作における抵抗となる。

図４に基準戻しトルク指令値テーブルを示す。この基準戻しトルク指令値テーブルは、操舵角θに依存して決定される複数の基準戻しトルクＴrtoを記憶している。図４からわかるように、基準戻しトルクＴrtoは、操舵角θが正方向に増加するに従って非線形的に負方向に増加する（正方向に減少する）。また、基準戻しトルクＴrtoは、操舵角θが負方向に増加するに従って正方向に増加する（負方向に減少する）。

操舵角θの絶対値が大きい場合は、操舵ハンドルを中立位置に戻すための時間がかかるおそれがある。このため、図４の基準戻しトルク指令値テーブルでは、操舵角θが大きいほど基準戻しトルクＴrtoを大きく設定し、これをもって大舵角時における戻しトルクが増加するようにしている。また、操舵角θが小さい場合は、直進走行の安定性を向上させる必要がある。このため、図４の基準戻しトルク指令値テーブルでは、操舵角θが小さいほど基準戻しトルクＴrtoを小さく設定し、これをもって小舵角時に不要な操舵操作が行われないようにしている。なお、この基準戻しトルク指令値テーブルを利用するのに代えて、操舵角θに応じて変化する基準戻しトルクＴrtoを関数により予め定義しておき、同関数を利用して基準戻しトルクＴrtoを計算するようにしてもよい。

基準戻しトルクＴrtoの計算後、電子制御ユニット２４は、ステップＳ１４にて、ＲＯＭ内に設けられている戻しトルクゲイン指令値テーブルを参照して、操舵トルクＴに応じて変化する戻しトルクゲインｇを計算する。この戻しトルクゲインｇは、ステップＳ１３にて計算された戻しトルクＴrtoのゲインである。図５に、戻しトルクゲイン指令値テーブルを示す。この戻しトルク指令値テーブルは、操舵トルクＴに依存して決定される複数の戻しトルクゲインｇを記憶している。図５からわかるように、戻しトルクゲインｇは正の値または０であり、操舵トルクＴの絶対値の増加に従って非線形的に減少する。また、所定の操舵トルク値（絶対値）以上では、戻しトルクゲインｇが０となるようにされる。なお、この戻しトルクゲイン指令値テーブルを利用するのに代えて、操舵トルクＴに応じて変化する戻しトルクゲインｇを関数により予め定義しておき、同関数を利用して戻しトルクゲインｇを計算するようにしてもよい。

次に、電子制御ユニット２４は、ステップＳ１５にて、戻しトルクＴrtを計算する。この戻しトルクＴrtは、ステップＳ１３で計算された基準戻しトルクＴrtoに、ステップＳ１４で計算された戻しトルクゲインｇを掛け合わすことで算出される。このステップＳ１５が、本発明における戻しトルク決定手段となる。

次に、電子制御ユニット２４は、ステップＳ１６にて、アシストトルクＴasを計算する。このアシストトルクＴasは、ステップＳ１２で計算した切り込みトルクＴcと、ステップＳ１５で計算した戻しトルクＴrtを加算して算出される。

そして、ステップＳ１７にて、駆動回路２５を介して電動モータ１５を制御して、計算されたアシストトルクＴas＝Ｔc＋Ｔrtが発生されるように電動モータ１５を作動させる。具体的には、電子制御ユニット２４はアシストトルクＴasに比例した大きさの電流を表す電流指令値を駆動回路２５に出力し、駆動回路２５は電流指令値により指定された大きさの電流を電動モータ１５に流す。

これにより、電動モータ１５は、その出力軸にアシストトルクＴasに等しい回転トルクを出力する。そして、この回転トルクはボールねじ機構１６に伝達され、ボールねじ機構１６は電動モータ１５の回転を減速するとともに直線運動に変換して、ラックバー１４を軸線方向に駆動する。その結果、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作が電動モータ１５によりアシストされ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は運転者による操舵力と電動モータ１５によるアシスト力により操舵される。

上記のように動作する本実施形態においては、前記ステップＳ１２〜Ｓ１６の処理によって、電動モータ１５の回転トルク（アシストトルク）が、切り込みトルクＴcに戻しトルクＴrtを加算して算出される。ここで、戻しトルクＴrtは、切り込みトルクＴcとは反対方向に働くトルクであり、切り込みトルクＴcを正の値とした場合、戻しトルクＴrtは負の値となる。つまり、上記加算は実際のところ減算となり、アシストトルクＴasは、切り込みトルクＴcよりも絶対値が小さいトルク値となる。

従って、戻しトルクＴrtが大きいと、アシストトルクＴasが小さくなり、そのため操舵ハンドルに加える力（トルク）を大きくする必要がある。特に、操舵ハンドルを切り出す際は、アシストトルクＴasを大きくして操舵ハンドルをわずかな力で取り回すことが多くのドライバーに望まれているが、このときにアシストトルクＴasが減少すると、操舵ハンドルを切り出すときに予期せぬ操舵力を強いられ、操舵感が悪化してしまう。この点につき、本実施形態では、操舵トルクが大きい場合は、ステップＳ１４で計算される戻しトルクゲインｇが小さくなるか、または０になるので、戻しトルクＴrtは小さくなるか、もしくは０となる。したがって、操舵ハンドルの操舵操作に力（トルク）が必要であればあるほど、戻しトルクの影響が小さくなる。よって、上記したような予期せぬ操舵力が強いられることはなく、操舵ハンドルの切り出し時における操舵感が向上する。

また、本実施形態では、基準戻しトルクＴrtoを操舵角θと関連付けて（具体的には、操舵角が大きくなるに従い基準戻しトルクが大きくなるように）制御するので、操舵角θに応じた戻しトルクの制御を行うことができる。たとえば、操舵角θが大きい場合であり、かつ操舵トルクＴが小さい場合（たとえば、操舵ハンドル１１の切り出し操作から戻し操作に移るとき）には、操舵ハンドル１１を中立位置まで戻す制御を優先させる制御が求められるが、本発明においては、このような場合に基準戻しトルクＴrtoが大きく設定されるので、戻しトルクも大きくなり、速やかに操舵ハンドル１１を中立位置に戻すことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。たとえば、上記実施形態においては、ラックバー１４を電動モータ１５で駆動することにより、操舵ハンドル１１の操舵操作をアシストするラックアシスト式の電動パワーステアリング装置を例に説明したが、これに代えて、ステアリングシャフト１２を軸線周りに駆動することにより、操舵ハンドル１１の操舵操作をアシストするコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置や、ステアリングギアボックスのピニオンを電動モータで駆動するピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置としてもよい。いずれの方式であっても、本発明が成立するのは明らかである。

また、上記実施形態においては、戻しトルクＴrtの計算を、基準戻しトルクＴrtoに対して戻しトルクゲインｇを掛け合わせて算出する例を示したが、操舵トルクＴが大きくなるに従って戻しトルクＴrtが小さくなる関係が維持されさえすれば、その他の計算方式で戻しトルクを算出してもよい。たとえば、戻しトルクと操舵トルクとの関係を示すテーブルを予め用意しておき、操舵トルクに対する戻しトルクを予め決めておく方式でもよい。ただし、上記実施形態の方式であれば、基準戻しトルク自体を他のパラメータで制御（たとえば上記実施形態のように基準戻しトルクを操舵角で制御）することもでき、様々な状況に対して融通の利く操舵制御を行うことができる。

また、本実施形態では、操舵角θが大きくなるほど、基準戻しトルクＴrtoを大きく設定しているが、基準戻しトルクＴrtoは、操舵角θ以外の操舵状態を示すパラメータに依存するものであってもよい。基準戻しトルクＴrtoを種々の操舵状態を示すパラメータに依存するものとすることにより、様々な操舵状態に応じた最適な戻しトルクを設定することができるという利点がある。

本発明の実施形態に係り、運転者による操舵操作に対してアシスト機能を有する車両の操舵装置の全体概略図である。 図１の電子制御ユニットにより実行されるアシスト制御プログラムのフローチャートである。 操舵トルクと、車速と、切り込みトルクとの関係を示すグラフであり、本実施形態における切り込みトルク指令値テーブルである。 操舵角と基準戻しトルクとの関係を示すグラフであり、本実施形態における基準戻しトルク指令値テーブルである。 操舵トルクと戻しトルクゲインとの関係を示すグラフであり、本実施形態における戻しトルクゲイン指令値テーブルである。

符号の説明

１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…ピニオンギヤ、１４…ラックバー、１５…電動モータ、１６…ボールねじ機構、２１…操舵トルクセンサ、２２…操舵角センサ、２３…車速センサ、２４…電子制御ユニット、２５…駆動回路。

Claims (6)

1. 操舵ハンドルの操舵操作をアシストするためのアクチュエータを備えた車両の操舵装置において、
   操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、
   操舵ハンドルの戻し操舵時の操舵操作をアシストするための戻しトルクを、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの絶対値が大きくなるに従って小さくなるように決定する戻しトルク決定手段と、
   前記戻しトルク決定手段により決定された戻しトルクに応じて前記アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段と
   を備えることを特徴とする車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記操舵装置は操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出センサを備え、
   前記戻しトルク決定手段は、前記戻しトルクを、前記操舵角センサにより検出された操舵角が大きくなるに従って大きくなるように決定することを特徴とする車両の操舵装置。
3. 請求項２に記載の車両の操舵装置において、
   前記戻しトルク決定手段は、前記戻しトルクの基準となるトルクである基準戻しトルクを前記操舵角センサにより検出された操舵角が大きくなるにしたがって大きくなるように決定する基準戻しトルク決定手段と、前記基準戻しトルクについてのゲインを前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの絶対値が大きくなるに従って小さくなるように決定する戻しトルクゲイン決定手段とを備え、前記基準戻しトルク決定手段により決定されたトルクと前記戻しトルクゲイン決定手段により決定されたゲインに基づいて前記戻しトルクを決定することを特徴とする車両の操舵装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両の操舵装置において、
   操舵ハンドルの切込み操舵時の操舵操作をアシストするための切込みトルクを、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクが大きくなるにしたがって大きくなるように決定する切込みトルク決定手段をさらに備え、
   前記駆動制御手段は、前記切込みトルク決定手段により決定された切込みトルクと前記戻しトルク決定手段により決定された戻しトルクに応じて前記アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両の操舵装置。
5. 請求項３に記載の車両の操舵装置において、
   前記戻しトルクゲイン決定手段は、操舵角に依存せずに、前記基準戻しトルクについてのゲインを前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの絶対値が大きくなるに従って小さくなるように決定することを特徴とする車両の操舵装置。
6. 請求項３または５に記載の車両の操舵装置において、
   前記戻しトルク決定手段は、前記基準戻しトルク決定手段により決定されたトルクと前記戻しトルクゲイン決定手段により決定されたゲインを乗じて前記戻しトルクを決定することを特徴とする車両の操舵装置。

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