JPH11291929A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 路面μを検出するために、路面と接触させる
第５の車輪や温度、湿度、水滴を検出する回路などのセ
ンサが別途必要でなり、構成が複雑かつ高価になる。 【解決手段】 車速Ｖと出力角θｐとをもとに伝達比可
変機構におけるアクチュエータ３１の負荷電流Ｉｂを推
定し、実際に検出される負荷電流Ｉｒと比較すること
で、路面μの大小を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操舵ハンドルの操
舵角に対する車輪の転舵角の伝達比を変化させ得る車両
用操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、操舵ハンドルの操舵角と車輪
の転舵角との間の伝達比を変化させ得る伝達比可変機構
を備えた車両用操舵制御装置が知られている。例えば、
特開平４−２８３１６８号には、車輪と路面との間の摩
擦係数μを検出する路面状態検出センサを設け、この路
面状態検出センサの検出結果と車速とに応じて伝達比を
設定することで、路面状態と車速とに応じて常に適正な
旋回性能を得ている。この路面状態検出センサとして
は、車両走行中に路面と接触させる第５の車輪の他、温
度、湿度、水滴等の検出結果から路面状態を推定するこ
とが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、路面状態検出
センサとして採用される第５の車輪については、検出用
の車輪が走行中に常に路面と接触する構造となるため耐
久性が問題となり、しかも、先の公報にはその具体的な
構造が開示されていない。また、湿度、温度、水滴など
を検出する回路についても具体的に開示されておらず、
これらを検出するには、温度センサ、湿度センサ等の複
数のセンサが必要であり、装置構成が複雑かつ高価なも
のとなってしまう。

【０００４】本発明はこのような課題を解決すべくなさ
れたものであり、その目的は、簡易な構成で路面状態を
把握することで、路面状態に応じた適正な旋回性能を得
ることができる車両用操舵制御装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１にかかる
車両用操舵制御装置は、アクチュエータの駆動力によ
り、車輪の転舵角に対する操舵ハンドルの操舵角の伝達
比を変化させる伝達比可変手段と、車両の走行状態に応
じて伝達比可変手段の伝達比を設定すると共に、設定し
た伝達比をもとにアクチュエータの駆動制御を行う制御
手段と、アクチュエータの負荷状態を車両の走行状態に
応じて推定し、推定した負荷状態と前記アュエータの実
際の負荷状態とをもとに、車輪と路面との間の摩擦状態
を判定する判定手段とを備えて構成する。

【０００６】伝達比可変手段を駆動するアクチュエータ
の負荷状態は、車輪と路面との間の摩擦状態の影響を受
け、摩擦力が大きいほどアクチュエータの負荷が大とな
り、摩擦力が小さいほどアクチュエータの負荷が小さく
なる。また、車速、操舵角などの車両の走行状態に応じ
てセルフアライニングトルクが変化するため、アクチュ
エータに加わる負荷が変化する。そこで判定手段では、
所定の路面状態を想定し走行状態に応じたアクチュエー
タの負荷状態を推定すると共に、推定したアクチュエー
タの負荷状態と、アクチュエータの実際の負荷状態とを
比較することで、走行中の路面と車輪との間の摩擦状態
の大小を判定する。

【０００７】また、請求項２にかかる車両用操舵制御装
置は、請求項１における判定手段によって低摩擦と判定
された場合に、制御手段で設定される伝達比をより大き
な値に変更する変更手段をさらに備えて構成する。

【０００８】変更手段によって伝達比をより大きな値に
変更することで、例えば低μ路走行時には、ハンドル操
作に対する車輪の転舵動作がスロー側に変更される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
添付図面を参照して説明する。

【００１０】図１に実施形態にかかる操舵装置１００の
構成を示す。

【００１１】入力軸２０と出力軸４０とは伝達比可変機
構３０を介して連結されており、入力軸２０には操舵ハ
ンドル１０が連結されている。出力軸４０は、ラックア
ンドピニオン式のギヤ装置５０を介してラック軸５１に
連結されており、ラック軸５１の両側には車輪ＦＷ１、
ＦＷ２が連結されている。

【００１２】また、入力軸２０には操舵ハンドル１０の
操舵位置を検出する入力角センサ２１を設け、出力軸４
０には出力軸４０の回転位置を検出する出力角センサ４
１を設けている。この出力軸４０の回転角はラック軸５
１のストローク位置に対応し、さらにラック軸５１のス
トローク位置は車輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵角に対応する
ため、出力角センサ４１によって出力軸４０の回転角を
検出することで、車輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵角を検出し
ている。

【００１３】伝達比可変機構３０は、車輪ＦＷ１、ＦＷ
２の転舵角に対する操舵ハンドル１０の操舵角の比とし
ての伝達比を変化させる機能を有しており、この伝達比
を変化させる駆動源となるＤＣモータを主構成要素とす
るアクチュエータ３１を備えている。また、電流センサ
３２によってアクチュエータ３１に流れる負荷電流Ｉｒ
を検出することで、アクチュエータ３１の負荷状態を検
出している。

【００１４】伝達比可変機構３０の駆動制御は操舵制御
装置７０によって実施され、操舵制御装置７０は、入力
軸２０に設けた入力角センサ２１、出力軸４０に設けた
出力角センサ４１及び車両の速度を検出する車速センサ
６０の各検出信号を基に、アクチュエータ３１に対して
制御信号Ｉｓを出力し、設定した伝達比に応じて伝達比
可変機構３０の駆動制御を実施している。

【００１５】図２に操舵制御装置７０の構成を示す。

【００１６】操舵制御装置７０は、基準電流設定部７
１、マップ選択部７２、伝達比設定部７３及びドライバ
回路７４で構成する。

【００１７】伝達比可変機構３０を駆動するアクチュエ
ータ３１の負荷状態は、セルフアライニングトルクや、
車輪ＦＷ１、ＦＷ２と路面との間の摩擦状態を示す路面
μなどの影響を受け、セルフアライニングトルクや路面
μが小さいほど、アクチュエータ３１の負荷は小とな
る。そこで、基準電流設定部７１では、通常の舗装路に
おける路面μを想定し、車速センサ６０で検出された車
速Ｖと出力角センサ４１で検出された出力角θｐとの値
をもとにアクチュエータ３１の負荷電流を推定すること
で、アクチュエータ３１に加わる負荷を推定する。

【００１８】マップ選択部７２には、図３に示すよう
に、走行路が通常の舗装路の場合に用いる通常μ路用
と、路面の摩擦係数が低い場合に用いる低μ路用の２種
類の伝達比マップを備えており、アクチュエータ３１の
電流センサ３２で検出される負荷電流Ｉｒと基準電流設
定部７１で推定された負荷電流Ｉｂとをもとに、いずれ
かのマップを選択する。そして、伝達比設定部７３で
は、マップ選択部７２で選択されたマップに基づいて、
車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定する。図３で示すよう
に、通常μ路用マップを用いた場合に比べ、低μ路用マ
ップを用いて伝達比Ｇを設定することで、伝達比Ｇがよ
り大きな値に設定されることになる。なお、伝達比Ｇ
は、Ｇ＝操舵角／転舵角として規定され、この値が大き
いほどスロー（操舵量に対する転舵量が小さい）に設定
され、小さいほどクイックに設定される。

【００１９】また、ドライバ回路７４は、出力角の制御
目標となる出力角目標値θｐｍと出力角θpとの制御偏
差ｅに応じ、モータ３１に対して制御信号Ｉｓを出力す
る回路である。

【００２０】ここで、このように構成する操舵制御装置
７０の各処理につき、図３を参照しつつ、図４のフロー
チャートに沿って順に説明する。

【００２１】図４に示すフローチャートは、イグニショ
ンスイッチのオン操作によって起動する。まず、ステッ
プ（以下、ステップを「Ｓ」と記す）１０２に進んで、
後述するマップ変更フラグＭＦを０にリセットするなど
の初期化処理が実行される。

【００２２】続くＳ１０４では、車速センサ６０で検出
された車速Ｖ、入力角センサ２１で検出された入力角θ
ｈ、出力角センサ４１で検出された出力角θｐの値をそ
れぞれ読み込む。

【００２３】続くＳ１０６〜Ｓ１１０では、マップ変更
フラグＭＦが１にセットされているかが判断され、マッ
プ変更フラグの状態に応じて、図３における通常μ路用
マップ及び低μ路用マップのいずれかが選択される。例
えば、マップ変更フラグＭＦが０にリセットされている
場合には、Ｓ１０６で「Ｎｏ」と判定されてＳ１０８に
進み、車速Ｖと伝達比Ｇとの関係を規定した通常μ路用
のマップが選択される。また、マップ変更フラグＭＦが
１にセットされている場合には、Ｓ１０６で「Ｙｅｓ」
と判定されてＳ１１０に進み、車速Ｖと伝達比Ｇとの関
係を規定した低μ路用のマップが選択される。なお、起
動直後では、先のＳ１０２で初期化処理が実行されてい
るため、Ｓ１０６で「ＮＯ」と判定されてＳ１０８に進
み、通常μ路用マップが選択される。

【００２４】このようにしてマップが選択された後、Ｓ
１１２に進み、選択されたマップをもとに、Ｓ１０４で
読み込まれた車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定する。

【００２５】続くＳ１１４では、Ｓ１１２で設定された
伝達比ＧとＳ１０４で読み込まれた入力角θｈとをもと
にθｐｍ＝Ｇ・θｈを演算し、出力角目標値θｐｍを設
定する。

【００２６】続くＳ１１６では、Ｓ１１４で設定された
出力角目標値θｐｍと、出力角センサ４１で検出された
出力角θｐとの偏差ｅを、ｅ＝θｐｍ−θｐとして演算
する。

【００２７】続くＳ１１８では、オーバーシュートする
ことなく偏差ｅを０にするように、アクチュエータ３１
を制御する制御信号Ｉｓを決定する。この処理の一例と
しては、Ｉｓ＝Ｃ（ｓ）ｅの演算式に基づいて、ＰＩＤ
制御のパラメータを適切に設定することにより制御信号
Ｉｓを決定することができる。なお、式中の「ｓ」はラ
プラス演算子である。

【００２８】そして続くＳ１２０では、Ｓ１１８で決定
された制御信号Ｉｓをアクチュエータ３１に出力し、制
御信号Ｉｓに応じてアクチュエータ３１を駆動する。

【００２９】続くＳ１２２の処理は、基準電流設定部７
１で実行される処理であり、Ｓ１０４で読み込まれた車
速Ｖ、出力角θｐをもとに、このときのアクチュエータ
３１の負荷電流Ｉｂを推定する。

【００３０】そして、続くＳ１２４では、アクチュエー
タ３１に設けた電流センサ３２の検出結果となる負荷電
流Ｉｒを読み込み、続くＳ１２６では、Ｓ１２２で推定
された負荷電流ＩｂとＳ１２４で読み込まれた実際の負
荷電流Ｉｒとを比較する。その結果、実際の負荷電流Ｉ
ｒが推定された負荷電流Ｉｂよりも小の場合には、アク
チュエータ３１の負荷状態が想定した大きさよりも小さ
いことになり、走行中の路面の摩擦状態が、想定した通
常μ路より小さい低μ路であると判断できる。そこで、
Ｓ１２６で「Ｙｅｓ」と判定された場合には、Ｓ１２８
に進んでマップ変更フラグＭＦを１にセットし、Ｓ１２
６で「Ｎｏ」と判定された場合には、Ｓ１３０に進んで
マップ変更フラグＭＦを０にリセットする。

【００３１】この後、Ｓ１３２に進み、イグニションス
イッチ（ＩＧ）がオフ操作されたかを判断し、「Ｎｏ」
の場合にはＳ１０４に進み、前述した処理が繰り返し実
行される。この際、Ｓ１２６での判定結果が、次のルー
チンにおけるＳ１０６〜Ｓ１１２に反映され、選択され
たマップに基づいて伝達比が設定される。そして、Ｓ１
３２で「Ｙｅｓ」と判定されるまでこのような処理が繰
り返し実行される。

【００３２】このように、低μ路であると判定された場
合に低μ路用マップに切り換えることで、通常μ路走行
時に比べて伝達比Ｇがより大きな値に設定されるため、
ハンドル操作に対する車輪の転舵動作がスロー側に変更
され、低μ路走行時の走行安定性を向上させることがで
きる。

【００３３】以上説明した実施形態では、アクチュエー
タ３１の負荷状態を示す指標としてアクチュエータ３１
の負荷電流Ｉｒを例示したが、このようにアクチュエー
タ３１の負荷電流を直接検出する以外にも、操舵制御装
置７０内の内部変数によってアクチュエータの負荷状態
を推定することもできる。

【００３４】この場合の操舵制御装置７０の構成例を図
５に示す。図２の場合と同様に、伝達比設定部７３にお
いて車速Ｖに応じた伝達比Ｇが設定され、入力角θｈと
伝達比Ｇより、出力角目標値θｐｍ（θｐｍ＝Ｇ・θ
ｈ）を演算し、アクチュエータ３１の目標回転角θamを
θam＝θｐｍ−θｈとして演算する。

【００３５】アクチュエータ３１に与えられる制御信号
Ｉをもとにアクチュエータ３１の目標回転角θamを推定
するアクチュエータモデルを「Ｐ」とすると、図中に参
照番号７５として示す「Ｐ^-1」は、このアクチュエータ
モデルＰの逆モデルを示しており、この逆モデル７５で
は、演算されたアクチュエータ３１の目標回転角θamか
らアクチュエータ３１に与えられる制御信号Ｉｆを推定
する。また、ドライバ回路７４からは、出力角目標値θ
ｐｍと出力角θｐとの偏差ｅに応じた制御信号Ｉｓが出
力され、制御信号Ｉｓと制御信号Ｉｆとの和となる制御
信号Ｉ（Ｉ＝Ｉｓ＋Ｉｆ）がアクチュエータ３１に与え
られる。

【００３６】定常状態では、逆モデル７５から出力され
る制御信号ＩｆがＩｆ＝０となるため、Ｉ＝Ｉｓとな
り、このときの制御信号Ｉｓは定常負荷を示す。また、
操舵時及び保舵時では、ドライバ回路７４から出力され
る制御信号Ｉｓの大きさがアクチュエータ３１の負荷ト
ルクの大きさを示す。よって、フィードフォワードの影
響を受けずに、アクチュエータ３１の負荷トルクの大き
さを、制御信号Ｉｓの大きさで推定することができる。

【００３７】そして基準信号設定部７６では、路面状態
として通常の舗装路における路面μを想定し、車速Ｖと
出力角θｐとをもとに走行状態に応じたアクチュエータ
３１の負荷トルクを推定し、推定した負荷トルクに応じ
た基準信号Ｉｂｓを出力する。

【００３８】マップ選択部７２には、ドライバ回路７４
から出力される制御信号Ｉｓと基準信号設定部７６から
出力される基準信号Ｉｂｓとが与えられ、Ｉｓ＜Ｉｂｓ
の場合に走行中の路面が低μ路であると判定し、Ｉｓ≧
Ｉｂｓの場合に通常μ路であると判定する。マップ選択
部７２はこの判定に応じて、図３における該当するマッ
プを選択し、選択されたマップをもとに、伝達比設定部
７３において車速Ｖに応じた伝達比Ｇが設定される。

【００３９】以上説明した各実施形態では、このように
して判定した路面の摩擦状態の判定に基づいて、伝達比
設定用のマップを切り換える場合のみを例示したが、こ
の判定結果は、他の制御において利用することも可能で
ある。

【００４０】また、アクチュエータ３１の負荷状態を検
出或いは推定する手法も、アクチュエータに搭載される
モータの種類に応じて適宜選定することができ、例示し
た以外にも、例えば、入力パルス数、印可電圧値、モー
タ回転数なども、負荷状態を示す指標となり得る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１にかかる
車両用操舵制御装置によれば、伝達比可変手段における
アクチュエータの負荷状態を推定し、推定した負荷状態
と実際の負荷状態とをもとに、車輪と路面との間の摩擦
状態を判定する判定手段を備えるので、簡易な構成で路
面状態を判定することが可能となり、この判定結果を利
用することで、路面状態に応じた適正な旋回性能を得る
ことができる、また、請求項２にかかる車両用操舵制御
装置によれば、低摩擦と判定された場合に、設定される
伝達比をより大きな値に変更する変更手段をさらに備え
るので、例えば低μ路走行時には、ハンドル操作に対す
る車輪の転舵動作がスロー側に変更されるため、低摩擦
時の走行安定性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態にかかる車両用操舵制御装置の構造を
概略的に示す構成図である。

【図２】図１における操舵制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】マップ選択部に備えられた通常μ路用マップと
低μ路用マップを示す図である。

【図４】実施形態にかかる各処理を順に示すフローチャ
ートである。

【図５】他の実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】 １０…操舵ハンドル、２１…入力角センサ、３０…伝達
比可変機構、３１…アクチュエータ、３２…電流セン
サ、４１…出力角センサ、６０…車速センサ、７０…操
舵制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河室 巡児 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータの駆動力により、車輪の
   転舵角に対する操舵ハンドルの操舵角の伝達比を変化さ
   せる伝達比可変手段と、 車両の走行状態に応じて前記伝達比可変手段の伝達比を
   設定すると共に、設定した伝達比をもとに前記アクチュ
   エータの駆動制御を行う制御手段と、 前記アクチュエータの負荷状態を車両の走行状態に応じ
   て推定し、推定した負荷状態と前記アクチュエータの実
   際の負荷状態とをもとに、車輪と路面との間の摩擦状態
   を判定する判定手段とを備える車両用操舵制御装置。
2. 【請求項２】 前記判定手段によって低摩擦と判定され
   た場合に、前記制御手段で設定される伝達比をより大き
   な値に変更する変更手段をさらに備える請求項１記載の
   車両用操舵制御装置。