JP4848839B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を可変とする伝達比可変機構を制御する操舵制御装置に関する。

従来、電動モータを駆動してドライバの操舵操作をアシストする電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、電動モータに電流を供給する電気回路中に電流制限用抵抗体を設置することで、電動モータへの許容可能な最大電流値を制限し過電流の防止を図っている。
特開平８−８５４６８号公報

しかしながら、従来技術では、例えば操舵操作の切り始めにおいて短期的に大きな電力が必要となることがあり、電動モータに電流を供給するための発電機における電力負荷を低減することが求められている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、操舵装置への電力供給を行う車載発電機における電力負荷の低減を図った操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明による操舵制御装置は、車両運転状態に応じて操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を可変とする伝達比可変機構と、伝達比可変機構の出力側で操舵アシスト力を付与するモータを有する電動パワーステアリング装置とを備える操舵装置において、伝達比を可変制御する操舵制御装置にであって、モータに電力を供給する車載発電機による発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定する発電状態判定手段を備え、発電状態判定手段によって、発電量が所定の閾値より大きいと判定された場合に、伝達比を、車両運転状態に応じて決定された第１の伝達比から、第１の伝達比よりも大きな第２の伝達比に変更することを特徴としている。

このような操舵制御装置によれば、車載発電機による発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定する発電状態判定手段を備え、この発電状態判定手段によって発電量が所定の閾値より大きいと判定された場合に、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を、車両運転状態に応じて算出された第１の伝達比よりも大きな第２の伝達比に変更することができる。これにより、伝達比を大きくして伝達比可変機構の出力側での回転力を増大させることで、伝達比可変機構の出力側での操舵アシスト力を小さくすることができる。このため、操舵アシスト力を小さくして電動パワーステアリング装置のモータの消費電力を軽減することが可能となり、車載発電機の電力負荷を低減させることができる。なお、ここでいう車両運転状態に応じて算出された第１の伝達比とは、例えば車両の速度、操舵ハンドルの操舵角、操舵角の角速度の一つに基づいて演算された伝達比をいうものとする。また、「所定の閾値」としては、車載発電機が過負荷状態であるか否かの判定を行うことが可能な値を設定することが好ましい。

また、伝達比を、第２の伝達比に変更した後に、第１の伝達比に近づくように小さくすることが好ましい。伝達比を大きくした後に、操舵アシスト力が不足しているとドライバが感じることがないように、伝達比を小さくして伝達比可変機構の出力を減少させて、操舵アシスト力を増加させることが好ましい。これにより、ドライバは、違和感なく操舵ハンドルを操作することができる。

また、伝達比を、第２の伝達比に変更した後に、第１の伝達比よりも小さな第３の伝達比に変更することが好ましい。車載発電機における電力負荷を時間的に平滑化するために、伝達比を大きくした後に、伝達比を第１の伝達比よりも小さくすることが好ましい。これにより、操舵アシストとして必要となる電力負荷及びドライバが入力する操舵力を時間的に平滑化してドライバによる違和感を一層低減させることが可能となる。

また、発電状態判定手段は、車載発電機のデューティ比に基づいて、発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定することが好ましい。これにより、車載発電機における電力負荷の大小を容易に判定することができる。

本発明の操舵制御装置によれば、車載発電機における電力負荷の低減が図られた操舵制御装置を提供することができる。

以下、本発明による操舵制御装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の実施形態に係る車両操舵装置を示す概略構成図である。本実施形態では、操舵制御装置として操舵電子制御ユニット（以下、操舵ＥＣＵという。）を備えた車両操舵装置について、操舵ＥＣＵおける制御処理が異なる３つの実施形態について説明する。

図１に示す車両操舵装置１は、操舵ハンドル（以下、ハンドルという。）２の操舵力を転舵輪３に伝達させる操舵伝達系に伝達比可変機構４を備え、この伝達比可変機構４は、サーボモータ（電動アクチュエータ）４１を内蔵し、このサーボモータ４１の回転駆動によりハンドル２の操舵角と転舵輪３との間のギア比（伝達比）を可変とするものである。本実施形態の操舵ＥＣＵ２０は、車両運転状態に応じて可変ギア比を演算し、駆動制御信号を送信してサーボモータ４１を回転駆動させてギア比を変更させるものである。

伝達比可変機構４の入力軸５は、ハンドル２と連結され、このハンドル２と共に回転する。ハンドル２の操舵角が入力軸５の回転角に対応するため、入力軸２には、ハンドル２の操舵角として入力軸２の回転角を検知する操舵角センサ１０が設置されている。

伝達比可変機構４の出力軸６は、ラックアンドピニオン式ステアリングギアボックス７と連結されている。このステアリングギアボックス７は、タイロッド８を介して転舵輪３に接続されている。出力軸６の回転運動は、ステアリングギアボックス７によって直線運動に変換されタイロッド８が移動して、転舵輪３が転舵される。

伝達比可変機構４は、上記サーボモータ４１の他に、このサーボモータ４１の回転速度を減速して出力する減速機４２と、モータ４１の回転位置を検出する回転センサ４３とを備えている。この回転センサ４３によって検出されたサーボモータ４１の回転位置は、操舵ＥＣＵ２０に出力される。減速機４２は、例えば波動歯車機構等によって構成される。そして、サーボモータ４１の出力は、減速機４２によって減速され出力軸６に伝達される。

また、伝達比可変機構４とステアリングギアボックス７との間には、伝達比可変機構４の出力側での回転力に操舵アシスト力を付与する電動パワーステアリング装置９が設置されている。この電動パワーステアリング装置９は、操舵トルクを検出するトルクセンサ９１と、操舵アシスト力を付与するためのモータ９２とを備えている。モータ９２は、操舵ＥＣＵ２０からの駆動信号を受けて駆動され、ステアリングギアボックス７に入力される回転力をアシストする。

操舵ＥＣＵ２０は、上記操舵角センサ１０、サーボモータ４１、回転センサ４３、トルクセンサ９１、モータ９２と電気的に接続され、車両操舵装置１の装置全体を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路を備えている。

更に、操舵ＥＣＵ２０には、車速センサ２１とオルタネータ（車載発電機）２２とが電気的に接続され、このオルタネータ２２には、エンジン電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという。）２３が電気的に接続されている。

エンジンＥＣＵ２３は、車速センサ２１、Ｇセンサ２４を始めとした各種センサと電気的に接続され、エンジン回転数、車速、加速度等の車両運転状態を検出する。そして、エンジンＥＣＵ２３は、車両の運転状態に基づいてオルタネータ２２における目標電圧を算出し、オルタネータ２２に対して目標電圧が生ずるように指令信号を送信する。

オルタネータ２２は、エンジン（不図示）に取付けられエンジンによる回転に伴って発電する交流発電機であり、三相コイルとしてステータに巻かれたステータコイルと、ロータに巻回されたフィールドコイルとを備え、ステータコイルから出力される三相交流を整流して出力する。オルタネータ２２は、三相交流電流を発生させるオン動作、電流の発生を停止させるオフ動作を繰り返すことで目標電圧に維持される。

操舵ＥＣＵ２０は、オルタネータ２２におけるオン動作、オフ動作の一定時間当たりの比率であるデューティ比Ｒを検出する。このデューティ比Ｒがオルタネータ２２の発電量に相当する。

ここで、本実施形態の操舵ＥＣＵ２０は、車両運転状態に基づいて可変ギア比を演算すると共に、オルタネータ２２における発電量（デューティ比Ｒ）が所定の閾値より大きいか否かを判定する発電状態判定手段として機能し、発電量が所定の閾値より大きいと判定された場合に、可変ギア比Ｓを車両運転状態に基づいて算出された基本可変ギア比（第１の伝達比）Ｘよりも大きな制御可変ギア比（第２の伝達比）ｎＸ（ｎ＞１）とする制御を行い、オルタネータ２２における電力負荷を減少させることができる。なお、「所定の閾値」としては、オルタネータ２２が過負荷状態となる発電量（デューティ比Ｒ）を選定することができる。

次に、第１実施形態に係る操舵ＥＣＵ２０で制御される車両操舵装置１の動作について説明する。図２は、第１実施形態に係る操舵ＥＣＵで実行される可変ギア比制御処理のフローチャートである。

図２に示すように、先ず、ステップＳ１では、車両運転状態に基づいて基本可変ギア比Ｘを演算する。操舵ＥＣＵ２０のＲＯＭには、運転状態を示す車速、操舵角及び操舵角速度と基本可変ギア比Ｘとの関係を定めたマップが予め記憶されている。操舵ＥＣＵ２０は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照し、基本可変ギア比Ｘを求める。なお、操舵角速度は、操舵角に基づいて演算される。続く、ステップＳ２では、オルタネータ２２からの信号に基づいて、デューティ比Ｒを算出し、ステップＳ３に進む。

ステップ３では、オルタネータ２２における発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定する。ここでは、ステップＳ２において得られたデューティ比Ｒと、オルタネータ２２における電力負荷が過負荷であると判定される発電量に相当するデューティ比Ｋとを比較して、デューティ比Ｒがデューティ比Ｋより大きい場合に、オルタネータ２２の発電量が所定の閾値より大きいと判定する。閾値より大きいと判定されなかった場合には、ステップＳ４に進み、閾値より大きいと判定された場合には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、ステップＳ１で算出された基本可変ギア比Ｘを、サーボモータ４１に送信する制御信号に設定し、ステップＳ５では、ステップＳ１で算出された基本可変ギア比Ｘをｎ倍（ｎ＞１）した制御可変ギア比ｎＸ（例えばｎ＝１．５）を、サーボモータ４１に送信する制御信号に設定する。このように、可変ギア比Ｓを大きくして伝達比可変機構４の出力側での回転力を増大させることで、伝達比可変機構４の出力側で付加する操舵アシスト力を小さくすることができ、モータ９２における消費電力が軽減される。これにより、オルタネータ２２における過負荷状態を緩和させることができる。

続く、ステップ６では、制御信号を送信してサーボモータ４１を駆動し、可変ギア比Ｓになるように伝達比可変機構４におけるギア比を変更させる。以降、操舵ＥＣＵ２０は、ステップＳ１〜Ｓ６を繰返し実行する。

このように第１実施形態の車両操舵装置１では、操舵ＥＣＵ２０によってオルタネータ２２による発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定し、発電量が所定の閾値より大きいと判定された場合に、ハンドル２の操舵角と転舵輪３の転舵角との間の可変ギア比Ｓを、車両運転状態に応じて算出された基本可変ギア比Ｘよりも大きな制御可変ギア比ｎＸに設定している。このため、可変ギア比Ｓを大きくして伝達比可変機構４の出力側での回転力を増大させて、電動パワーステアリング装置９による操舵アシスト力を小さくすることができる。その結果、電動パワーステアリング装置９のモータ９２による消費電力を軽減し、オルタネータ２２の電力負荷を低減させることができる。例えば、ハンドル２の切り始め時など短期的に電動パワーステアリング装置９で消費される電流が大きくなる場合に、電力負荷を低減することができるため、電力不足による他のシステム等への悪影響を防止することができ、信頼性の向上が図られている。

また、操舵ＥＣＵ２０は、オルタネータ２２のデューティ比に基づいて、発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定しているため、オルタネータ２２における電力負荷の大小を容易に判定することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る操舵ＥＣＵ２５で制御される車両操舵装置について、図３を参照しながら説明する。この第２実施形態の車両操舵装置が第１実施形態の車両操舵装置と違う点は、操舵ＥＣＵ２０に代えて、操舵ＥＣＵ２０とは異なる制御処理を行う操舵ＥＣＵ２５を備える点である。操舵ＥＣＵ２５は、オルタネータ２２による発電量が所定の閾値より大きいと判定された場合に、可変ギア比Ｓを、車両運転状態に応じて決定された基本可変ギア比Ｘから、可変ギア比ｎＸとして大きくした後に、再び、可変ギア比Ｘに近づくように小さくする。操舵ＥＣＵ２５では、オルタネータ２２が過負荷状態となる発電量（デューティ比Ｒ）の９０％を「所定の閾値」としている。

以下、操舵ＥＣＵ２５における制御処理について説明する。図３は、第２実施形態に係る操舵ＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。ステップＳ１及びステップＳ２では、第１実施形態と同様に、運転状態に基づいて基本可変ギア比Ｘを演算し、デューティ比Ｒを算出し、ステップＳ１３に進む。

ステップ１３では、オルタネータ２２における発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定する。ここでは、ステップ２において得られたデューティ比Ｒが、オルタネータ２２の電力負荷が過負荷状態となる発電量に相当するデューティ比Ｋの９０％よりも大きい場合に、オルタネータ２２の発電量が所定の閾値より大きいと判定する。過負荷状態に対して、１０％余裕を持たせている。閾値より大きいと判定されなかった場合には、ステップＳ４に進み、閾値より大きいと判定された場合には、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ４では、ステップＳ１で算出された可変ギア比Ｘを、サーボモータ４１に送信する制御信号に設定する。

ステップＳ１５では、ステップＳ１で算出された基本可変ギア比Ｘをｎ倍（ｎ＞１）した制御可変ギア比ｎＸを、サーボモータ４１に送信する制御信号に設定する。操舵ＥＣＵ２５のＲＯＭには、デューティ比Ｒと係数ｎとの関係を定めたマップ（図４参照）が予め記憶されている。操舵ＥＣＵ２５は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照して係数ｎを算出し、制御可変ギア比ｎＸを決定する。例えば、係数ｎは、デューティ比Ｒ＝０．９Ｋの場合にｎ＝１となり、デューティ比Ｒ＞０．９Ｋの場合にｎはデューティ比Ｒに比例して増加し、デューティ比Ｒ≧Ｋの場合にｎ＝１．５となるように決定される。

続く、ステップ６では、制御信号を送信してサーボモータ４１を駆動し、可変ギア比Ｓになるように伝達比可変機構４におけるギア比を変更させる。以降、操舵ＥＣＵ２５は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ１３及びＳ１５を繰返し実行する。

例えば、オルタネータ２２おけるデューティ比Ｒが０．９Ｋより大きくなった場合には、ステップＳ１５で可変ギア比Ｓを制御可変ギア比ｎ_１Ｘ（例えばｎ_１＝１．５）に設定して基本可変ギア比Ｘより大きくして、第１実施形態で説明したようにオルタネータ２２における発電量を下げることができる。これによって、オルタネータ２２おける発電量が低下しデューティ比Ｒが０．９Ｋに近づいていく。このとき、ステップＳ１５では可変ギア比Ｓとして、徐々に小さなｎ_２Ｘ（ｎ_２＜ｎ_１）を順次設定する。すなわち、係数ｎ（ｎ_１、ｎ_２）は、図４に示すように、デューティ比Ｒに比例して定まるため、可変ギア比Ｓを制御可変ギア比ｎ_１Ｘに変更した後に、制御可変ギア比ｎ_２Ｘに変更することが可能となり、基本可変ギア比Ｘに近づくように小さくすることができる。

このように構成しても第１実施形態の操舵ＥＣＵ２０と同様の効果を得ることができ、加えて、可変ギア比Ｓを大きくした後に、操舵アシスト力が不足しているとドライバが感じることがないように、可変ギア比Ｓを小さくして伝達比可変機構４の出力側の回転力（すなわち、ドライバによって入力される操舵力）を減少させて、操舵アシスト力を増加させることが可能となる。その結果、ドライバは、違和感なくハンドル２を操作することができる。

また、オルタネータ２２の過負荷状態に対して１０％の余裕を持たせて閾値を設定しているため、オルタネータ２２の電力負荷を一層低減させることができると共に、信頼性の向上が一層図られている。

次に、本発明の第３実施形態に係る操舵ＥＣＵ２６で制御される車両操舵装置について、図５を参照しながら説明する。この第３実施形態の車両操舵装置が第１実施形態の車両操舵装置と違う点は、操舵ＥＣＵ２０に代えて、操舵ＥＣＵ２０とは異なる制御処理を行う操舵ＥＣＵ２６を備える点である。操舵ＥＣＵ２６は、オルタネータ２２による発電量が所定の閾値より大きく且つハンドル２が所定の判定基準より速く回された場合に、可変ギア比Ｓを、車両運転状態に応じて決定された基本可変ギア比（第１の伝達比）Ｘから、制御可変ギア比（第２の伝達比）ｎＸ（ｎ＞１）として大きくした後に、基本可変ギア比Ｘより小さい制御可変ギア比（第３の伝達比）ｎＸ（０＜ｎ＜１）として、可変ギア比Ｓを小さくする。

以下、操舵ＥＣＵ２６における制御処理について説明する。図５は、第３実施形態に係る操舵ＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ４、及びステップＳ６では、第１実施形態と同じ処理を行う。ステップ３において、閾値より大きいと判定されなかった場合には、ステップＳ４に進み、閾値より大きいと判定された場合には、ステップＳ２１に進む。

ステップ２１では、操舵ＥＣＵ２６は、ハンドル２の操舵角の角速度の微分値を算出し、この角速度の微分値の絶対値Ｗが判定値Ｑより大きいか否かを判定する。絶対値Ｗが判定値Ｑより大きいと判定されなかった場合にはステップＳ４に進み、絶対値Ｗが判定値Ｑより大きいと判定された場合にはステップ２２に進む。例えば、ドライバが比較的速めの操舵操作を行った場合には、操作アシスト力が増大しモータ９２による消費電力が増加するため、「判定値Ｑ」としては、通常のコーナリング操作で行われる操舵操作よりも速めの操舵速度を検出可能な値とすることが好ましい。

ステップＳ２２では、サーボモータ４１に送信される制御信号に可変ギア比Ｓとして、ステップＳ１で算出された基本可変ギア比Ｘをｎ倍（ｎ＞１）した制御可変ギア比ｎＸ（例えばｎ＝１．５）を設定し、続くステップＳ２３では、制御信号を送信してサーボモータ４１を駆動し、可変ギア比Ｓになるように伝達比可変機構４におけるギア比を変更させる。このように、第１実施形態と同様に可変ギア比Ｓを基本可変ギア比Ｘより大きくして操舵アシスト力を小さくし、モータ９２における消費電力を軽減することができる。これにより、オルタネータ２２における過負荷状態を緩和させることができる。

続く、ステップＳ２４では、一定時間（例えば２秒）をカウントして、ステップＳ２５に進み、サーボモータ４１に送信される制御信号に可変ギア比Ｓとして、ステップＳ１で算出された基本可変ギア比Ｘより小さな制御可変ギア比ｎＸ（０＜ｎ＜１）を設定し、ステップＳ６に進み、伝達比可変機構４におけるギア比を変更させる。このように、可変ギア比Ｓを基本可変ギア比Ｘより小さくすることにより、伝達比可変機構４の出力側での回転力を（すなわち、ドライバによって入力される操舵力）を小さくし、操舵アシスト力を通常より大きくする。以降、操舵ＥＣＵ２６は、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ６，Ｓ２１〜Ｓ２５を繰返し実行する。

このように第３実施形態の操舵ＥＣＵ２６では、オルタネータ２２による発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定し、発電量が所定の閾値より大きいと判定され、且つハンドル２の操舵角の角速度の微分値の絶対値Ｗが判定値Ｑより大きいと判定された場合に、可変ギア比Ｓを、車両運転状態に応じて算出された基本可変ギア比Ｘよりも大きな制御可変ギア比ｎＸ（ｎ＝１．５）に設定している。このため、第１実施形態と同様にオルタネータ２２の電力負荷を低減させることができる。

また、操舵ＥＣＵ２６は、オルタネータ２２における電力負荷を時間的に平滑化するために、可変ギア比を、制御可変ギア比ｎＸ（ｎ＝１．５）に変更した後に、基本可変ギア比Ｘよりも小さな制御可変ギア比ｎＸ（０＜ｎ＜１）に変更している。これにより、電力負荷及びドライバによる操舵力を時間的に平滑化してドライバによる違和感を一層低減させることが可能となる。

また、操舵ＥＣＵ２６では、操舵角速度が大きい場合だけ可変ギア比Ｓを変更するため、電動パワーステアリング装置９での消費電力が短期的に大きくなるときにのみ、電力負荷の低減を行うことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態において、オルタネータ２２のデューティ比を検出し、このデューティ比に基づいてオルタネータ２２の発電量が所定の閾値よりも大きいか否かを判定しているが、その他の情報に基づいて判定しても良く、例えば、エンジンの回転数、オルタネータの温度等を検知して発電量が所定の閾値より大きいか否かの判定を行っても良く、オルタネータ２２の電圧、電流を測定して判定を行ってもよい。

また、上記実施形態にあっては、操舵ＥＣＵ２０とエンジンＥＣＵ２３とを別々に備える構成としているが、操舵ＥＣＵ２０，２５，２６における制御処理の一部又は全部をエンジンＥＣＵで実行させても良い。

本発明の実施形態に係る車両操舵装置を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る操舵ＥＣＵで実行される制御処理の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る操舵ＥＣＵで実行される制御処理の動作手順を示すフローチャートである。 オルタネータのデューティ比Ｒと係数ｎとの関係を規定したマップを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る操舵ＥＣＵで実行される制御処理の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両操舵装置、２…操舵ハンドル、３…転舵輪、４…伝達比可変機構、９…電動パワーステアリング装置、２０，２５，２６…操舵ＥＣＵ（操舵制御装置）、２２…オルタネータ（車載発電機）、９２…モータ。

Claims (4)

1. 車両運転状態に応じて操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を可変とする伝達比可変機構と、前記伝達比可変機構の出力側で操舵アシスト力を付与するモータを有する電動パワーステアリング装置とを備える操舵装置において、前記伝達比を可変制御する操舵制御装置であって、
   前記モータに電力を供給する車載発電機による発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定する発電状態判定手段を備え、
   前記発電状態判定手段によって、前記発電量が所定の閾値より大きいと判定された場合に、前記伝達比を、前記車両運転状態に応じて決定された第１の伝達比から、前記第１の伝達比よりも大きな第２の伝達比に変更することを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記伝達比を、前記第２の伝達比に変更した後に、前記第１の伝達比に近づくように小さくすることを特徴とする請求項１記載の操舵制御装置。
3. 前記伝達比を、前記第２の伝達比に変更した後に、前記第１の伝達比よりも小さな第３の伝達比に変更することを特徴とする請求項１又は２記載の操舵制御装置。
4. 前記発電状態判定手段は、前記車載発電機のデューティ比に基づいて、前記発電量が所定の閾値より大きいか否かを判定することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の操舵制御装置。
   

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