JP2007210365A - パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転の快適性を損なうことなく、ドライバーに車両の本体または車両の構成部品の状態が変化したことを感得させること。
【解決手段】本発明の実施形態においては、バッテリ交換の警告装置を追加することなく、ＥＰＳシステムの制御方法を工夫することによって、バッテリ交換の警告を所有者等に知らしめる。バッテリが劣化したと判断された場合には、ドライバーのステアリング操作に支障がでない範囲で、ステアリング機構に対するアシスト力を絞り、ドライバーにステアリング操作が重くなったことを体感せしめることによって、バッテリ交換の警告を間接的に行なうこととした。ステアリング操作が重くなったことを体感したドライバーにとって、ステアリング操作が重くなったことと、バッテリの劣化によりアシスト力が減少したこととは結びつけやすい事項であるため、バッテリ交換の警告が効率的に達成されることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング機構の制御装置に関する。

従来から、ドライバーがステアリングホイールに与える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより、車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」とも表記する）が知られている。ＥＰＳでは、モータに対し、必要な電力をバッテリより供給させることによって、ステアリング操作に必要な操舵補助力（以下、「アシスト力」とも表記する）を発生する。一般的に、バッテリは消耗品であり、使用期間や使用状態に応じて、劣化が進行する。従来は、バッテリの劣化に対し、警告灯を点灯したり、警告音を発生することによって、ドライバーにバッテリの劣化を知らせていた（たとえば、特許文献１〜４参照）。また、バッテリ電圧の低下の度合いに応じて、車両のステアリング機構を制御するモータ電流に制限を加え、アシスト力を低下させることによって、バッテリの消耗の程度を低減していた（たとえば、特許文献５参照）。また、車両の操舵装置を構成する部材の故障を検知した場合に、アシスト力を弱めることによって、ハンドル操作を重くさせ、ドライバーに故障や異常を感得させていた（たとえば、特許文献６〜８参照）。
特開平０７−０６３１１４号公報 特開２００３−２１７６８２号公報 特開２００５−１０２４３６号公報 実公平０６−０１１４７５号公報 特開平０３−２２７７７６号公報 特開平０６−２０６５５８号公報 特開平０８−１７５４６９号公報 特開２００４−３５９０００号公報

しかしながら、警告灯や警告音のための装置を付加することは、コストが高くなる場合もある。また、バッテリの消耗や車両の操舵装置を構成する部材の故障を検知した場合に、車両の走行状態に関係なくアシスト力を弱めると、運転しづらくなる状況が発生することもある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転の快適性を損なうことなく、ドライバーに車両の本体または車両の構成部品の状態が変化したことを感得させるパワーステアリング制御技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のパワーステアリング制御装置は、ドライバーによる操舵量を検出する操舵量検出部と、車両のステアリング機構に対して、前記操舵量検出部によって検出された操舵量に応じた操舵補助力を与える操舵補助力制御部と、を備える。前記操舵補助力制御部は、前記車両の本体または車両の構成部品の状態がドライバーに対して通知すべき状態である場合であって、前記操舵量検出部において検出された操舵量が所定の範囲内にある場合に、前記ステアリング機構に対して与える操舵補助力を、操舵量に応じた操舵補助力よりも下げる。

この態様によると、車両の本体または車両の構成部品の状態がドライバーに対して通知すべき状態である場合において、ステアリング機構に対して与える操舵補助力を操舵量に応じた操舵補助力よりも下げることによって、ドライバーに車両の本体または車両の構成部品の状態が変化したことを通知することができる。また、操舵補助力を下げるためには、操舵量が所定の範囲内にあることを条件とすることによって、ドライバーに対して、快適な運転環境を提供できる。

パワーステアリング制御装置は、車両の本体または車両の構成部品の状態を検知する状態検知部をさらに備えてもよい。前記操舵補助力制御部は、前記状態検知部において車両のバッテリの劣化を示す状態が検知された場合に、前記ステアリング機構に対して与える操舵補助力を、操舵量に応じた操舵補助力よりも下げる。

この態様によると、バッテリが劣化している場合において、ステアリング機構に対して与える操舵補助力を操舵量に応じた操舵補助力よりも下げることによって、ドライバーにバッテリが劣化したことを感得させることができる。

パワーステアリング制御装置は、車両の状態を検知する状態検知部をさらに備えてもよい。前記操舵補助力制御部は、前記状態検知部において車速が所定のしきい値以下であることが検知された場合に、前記ステアリング機構に対して与える操舵補助力を、操舵量に応じた操舵補助力よりも下げる。

この態様によると、操舵補助力を下げるために、操舵量が所定の範囲内にあることだけでなく、さらに、車速が所定のしきい値以下であることを条件とすることによって、ドライバーに対して、快適な運転環境を提供できる。

本発明によれば、運転の快適性を損なうことなく、ドライバーに車両の本体または車両の構成部品の状態が変化したことを感得させることができる。

本発明の実施形態を具体的に説明する前に、まず、本発明の実施形態の概要について述べる。一般的に、ＥＰＳシステムでは、ステアリングの操舵量に応じたアシスト力をモータに出力させる。モータに電力を供給するバッテリは消耗品であり、使用期間や使用状態に応じて、劣化が進行する。バッテリが劣化し始めた時点においては、バッテリの電力残量が減るものの、その時点ではアシスト力の発生に要するモータへの供給電力に影響が及ぶことはない。しかしながら、劣化の度合いが進行すると、所望のアシスト力を維持するための必要な電力をモータに供給することができなくなる。そのため、必要な電力を供給できなくなる前の段階で、ドライバーに対して、バッテリ交換時期であることを通知することが望ましい。

一般的な車両に既に装備されているウォーニングランプをバッテリ交換の警告に兼用することも考えられるが、その場合、たとえば、ドライバーがバッテリの劣化と他の異常とを誤認して、取り違えるおそれがある。バッテリが交換時期にあることをドライバーもしくは車両の所有者に正確に知らせるために、警告灯や警告音などを発生する警告装置を設けてもよい。しかしながら、警告装置を追加すると、制御装置との配線も必要となり、所有者等に対して、バッテリの交換費用だけでなく、警告装置についてもコストの負担を強いることになる。

従って、本発明の実施形態においては、所有者等にバッテリ交換を促すための警告装置等を追加することなく、ＥＰＳシステムの制御方法を工夫することによって、バッテリ交換の警告を所有者等に知らしめることとした。詳細は後述するが、バッテリが劣化したと判断された場合には、ドライバーのステアリング操作に支障がでない範囲で、ステアリング機構に対するアシスト力を絞り、ドライバーにステアリング操作が重くなったことを体感せしめることによって、バッテリ交換の警告を間接的に行なうこととした。ステアリング操作が重くなったことを体感したドライバーにとって、ステアリング操作が重くなったことと、バッテリの劣化によりアシスト力が減少したこととは感覚的に結びつけやすい事項であるため、バッテリ交換の警告が効率的に達成されることとなる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両操舵装置１００の構成例を示す。図１に示す車両操舵装置１００は、車輪速センサ１０で代表される第１車輪速センサ１０Ｒと第２車輪速センサ１０Ｌと、ステアリングホイール１２と、ステアリングシャフト１４と、トルクセンサ１６と、ステアリングセンサ１７と、ギヤボックス２０と、ラックバー２２と、タイロッド２６と、ナックルアーム３０と、キングピン３２と、状態検知部４２と、電子制御装置５０（以下、「ＥＣＵ５０」と表記する）とを含む。車輪は、鉄あるいはアルミ合金等により形成されたホイールと、このホイールに装着されるゴム製のタイヤとを含む。この車両は、操舵輪である左前輪ＦＬおよび右前輪ＦＲを操舵することによって進行方向が調節される。

ステアリングシャフト１４の下端には、図示しないピニオンが設けられ、このピニオンがギヤボックス２０内において、車両の左右方向（車幅方向）に延設されて軸長方向に摺動する操舵軸（以下「ラックバー２２」という）に噛合されている。ラックバー２２の両端には、タイロッド２６Ｒ、２６Ｌの一端が接続される。タイロッド２６Ｒ、２６Ｌの他端は、右前輪ＦＲ、左前輪ＦＬを支持するナックルアーム３０Ｒ、３０Ｌに連結されている。ナックルアーム３０Ｒ、３０Ｌは、それぞれキングピン３２Ｒ、３２Ｌを支点として回転する。ドライバーによりステアリングホイール１２が操作されてステアリングシャフト１４が回転されると、この回転がギヤボックス２０によってラックバー２２の車両の左右方向の直線運動に変換される。この直線運動は、タイロッド２６Ｒ、２６Ｌを介してナックルアーム３０Ｒ、３０Ｌのキングピン３２Ｒ、３２Ｌ回りの回動に変換され、操舵輪ＦＲ、ＦＬを左右に操舵させる。

ステアリングシャフト１４には、ステアリングホイール１２の操舵量を検出するステアリングセンサ１７、トルクセンサ１６が設けられている。ステアリングセンサ１７、トルクセンサ１６により検出されたステアリングホイール１２の操舵量は、ＥＣＵ５０に入力される。なお、操舵量は、操舵角、操舵トルク、あるいは、操舵速度などを含む。以下においては、説明を簡易にするために、操舵量を操舵角として説明を行なう。

状態検知部４２は、車両の本体または車両の構成部品の状態を検知する。車輪速センサ１０は、車輪の回転速度を監視して、状態検知部４２に通知する。状態検知部４２は、通知された回転速度から車両の走行速度を導出する。また、状態検知部４２は、バッテリの状態を監視し、監視されたバッテリの状態に応じた状態信号を導出し、ＥＣＵ５０に入力する。この状態信号は、劣化しているか否かを示す２値の信号であってもよいし、バッテリの電力残量に応じた複数段階からなる状態を示す信号であってもよい。いずれの場合も、状態検知部４２は、予め定められたしきい値と、検知したバッテリの状態とを比較した結果をもとに、状態信号を作成する。

電動モータ２８は、ステアリング操作によるドライバーの負荷を軽減するためのアシスト力を発生させる。ＥＣＵ５０は、ステアリングホイール１２に加えられた操舵角と、状態検知部４２によって入力されたバッテリの状態を示す状態信号とに基づいて、電動モータ２８を制御する。電動モータ２８の回転は、図示しない減速ギヤを介してステアリングシャフト１４に伝達され、ギヤボックス２０によってラックバー２２の軸長方向の摺動に変換される。これらステアリングセンサ１７、トルクセンサ１６、電動モータ２８、ギヤボックス２０、ＥＣＵ５０などによって、図１に破線で示す電動パワーステアリング機構６０が構成される。

ここで、ＥＣＵ５０は、状態検知部４２によって入力されたバッテリの状態を示す状態信号がバッテリの劣化を示していない場合、ステアリングホイール１２に加えられた操舵角に応じて、電動モータ２８に対する供給電力を増減させることによって、ステアリングホイール１２へのアシスト力を調節する。一方、状態検知部４２によって入力されたバッテリの状態を示す状態信号がバッテリの劣化を示している場合、所定の条件が満たされていれば、ＥＣＵ５０は、状態信号が劣化を示していない場合と比べ、電動モータ２８に対する供給電力を低減することによって、ステアリングホイール１２へのアシスト力を低減させる。この場合におけるアシスト力は、電動モータ２８に対して供給される供給電力を所定の割合で下げることで発生させてもよい。所定の割合は、０〜１００％の間で設定され、たとえば、５０％と設定されてもよい。バッテリの劣化が複数段階の状態で表現される場合、その段階に応じて、所定の割合を切替えてもよい。これにより、ドライバーによるステアリング動作を重くさせることとなり、ドライバーに対しバッテリの劣化状態を感得させることができる。

ＥＣＵ５０は、状態検知部４２によって入力されたバッテリの状態を示す状態信号がバッテリの劣化を示している場合であっても、ステアリングホイール１２に加えられた操舵角によっては、ステアリングホイール１２の操作に対するアシスト力を低減させずに、状態信号が劣化を示していない場合と同様の調節を行なう。操舵角の大きさによっては、アシスト力を低減することが好ましくない状況もあるためである。たとえば、交差点における右左折時や、駐車時において車両を後退させる場合のように、ステアリングホイール１２を大きく操作するときには、充分なアシスト力を発揮させることが好ましい。そのため、このような場合には、ドライバーによるステアリングホイール１２に対するアシスト力を低減させないことが好ましい。

ＥＣＵ５０は、操舵角に応じてアシスト力の低減の是非を判定する。具体的には、車両が直進している状態におけるステアリングホイール１２の角度を０度とし、操舵角が±α度（αは正の実数）の範囲にある場合には、アシスト力の低減処理を実行し、それ以外の場合は、アシスト力の低減処理を実行せず、通常のアシスト力の調節を実行する。なお、ここでは説明を簡易にするために、操舵角の範囲として±α度としたが、操舵角が−β度以上＋γ度以下（β、γは正の実数）の範囲であるか否かを判定することによって、アシスト力の調節動作を切替えてもよい。ここで、−βとは、ステアリングホイール１２を左方向にβ度回転させた状態を示し、また、＋γとは、右方向にγ度回転させた状態を示すものとする。

図２に、図１のステアリングホイール１２の操舵例を示す。図２には、ドライバーにより操舵されたことによって、図中のＹ軸を０度としたときにＡ度だけ左回転されたステアリングホイール１２の状態を示した。図中の状態においては、Ａは、−β以上＋γ以下であるため、バッテリが劣化している場合、図１のＥＣＵ５０は、ステアリングホイール１２に対するアシスト力をより低減させることとなる。また、ステアリングホイール１２の角度が図２に示す状態にあった後に、範囲外へと操舵された場合、ＥＣＵ５０は、即座に電動モータ２８への供給電力を所定の割合（たとえば５０％）に下げるのではなく、徐々に、何段階かに分けて低減してもよい。これらの態様によれば、ドライバーに運転の不快感を与えることなく、バッテリの劣化状態を感得させることができる。

図３は、図１の車両操舵装置１００の動作例を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、ドライバーにより車両のエンジンが始動された場合や、図示しないシフトレバーがパーキングポジションからドライブポジションに移動された場合などを契機として開始されてもよい。まず、状態検知部４２がバッテリの劣化をモニタして（Ｓ１０）、状態信号をＥＣＵ５０に入力する。つぎに、ＥＣＵ５０は、入力された状態信号を解析して、バッテリの劣化状態を判定する（Ｓ１２）。ここで、バッテリが劣化していると判定された場合（Ｓ１２のＹｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ステアリングセンサ１７より通知された操舵量をモニタし（Ｓ１４）、操舵量が所定の範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１６）。操舵量が所定の範囲内にあると判定された場合（Ｓ１６のＹｅｓ）、ＥＣＵ５０は、電動モータ２８に対する供給電力を低減する（Ｓ１８）。つぎに、処理の終了判定が実行され（Ｓ２０）、終了と判定されなかった場合（Ｓ２０のＮｏ）、Ｓ１０に戻る。終了と判定された場合（Ｓ２０のＹｅｓ）、処理を終了する。ここで、Ｓ２０においては、ドライバーにより車両のエンジンが停止された場合や、図示しないシフトレバーがドライブポジションからパーキングポジションに移動された場合に、終了と判定されてもよい。一方、バッテリが劣化していないと判定された場合（Ｓ１２のＮｏ）、あるいは、操舵量が所定の範囲内にないと判定された場合（Ｓ１６のＮｏ）、ＥＣＵ５０は、通常制御、すなわち、操舵量に応じた制御電力を電動モータ２８に供給し（Ｓ２２）、Ｓ１０の処理に戻る。

次に、本実施形態の変形例を示す。本変形例においては、図１の状態検知部４２において車両の走行速度（以下、「車速」とも表記する。）を検知してＥＣＵ５０に入力する点、および、ＥＣＵ５０においてアシスト力を低減する要件として車速を考慮する点が異なる。車速を考慮する理由は、車両が高速、たとえば、時速５０ｋｍで走行している場合、ドライバーには慎重なハンドル操作が要求され、充分なアシスト力を発揮させることが好ましいからである。この車速は、図１に図示する車輪速センサ１０が車輪を監視することによって得た車輪速に関する情報をＥＣＵ５０に通知して取得される。

図４は、本発明の実施形態にかかる車両操舵装置１００の動作の変形例を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートのうち、Ｓ１０〜Ｓ２２の処理は、前述した図３のフローチャートの処理と同様である。Ｓ１６のＥＣＵ５０による操舵量の判定において、操舵量が所定の範囲内にあると判定された場合（Ｓ１６のＹｅｓ）、ＥＣＵ５０は、状態検知部４２から入力された車速をモニタし（Ｓ３０）、車速と所定のしきい値とを比較する（Ｓ３２）。ここで、車速が所定のしきい値以下である場合（Ｓ３２のＹｅｓ）、ＥＣＵ５０は、電動モータ２８に対する供給電力を低減する（Ｓ１８）。一方、車速が所定のしきい値より大きい場合（Ｓ３２のＮｏ）、Ｓ２２の通常制御処理に移り、充分なアシスト力を発揮させ、慎重なハンドル操作をドライバーに可能とさせる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。これらの実施形態はあくまで例示であり、実施形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

以上の態様により、以下に述べる効果のうち、車両操舵装置１００は、少なくとも１つ以上の効果を奏することができる。車両の本体または車両の構成部品の状態がドライバーに対して通知すべき状態、たとえば、バッテリが劣化している場合において、ステアリング機構に対して与える操舵補助力を操舵量に応じたアシスト力よりも下げることによって、ドライバーに車両の本体または車両の構成部品の状態の変化を体感させることができる。また、アシスト力を下げる条件として、操舵量が所定の範囲内である場合にかぎることによって、ドライバーに対して、より快適な運転環境を与えることができる。また、アシスト力を下げる条件として、操舵量が所定の範囲内である場合だけでなく、さらに、車速が所定のしきい値以下であることも条件とすることによって、ドライバーに対して、より快適な運転環境を与えることができる。また、アシスト力を下げる条件として、車速のみを条件とした場合であっても、前述と同様に、ドライバーに車両の本体または車両の構成部品の状態の変化を体感させることができる。

上述の実施形態においては、ＥＣＵ５０において操舵角と比較されるα、β、γ、および、車速と比較される所定のしきい値は、予め設定された固定の値として説明した。これらの値は、シミュレーション、実験等により導き出されたものでもよい。また、外部からの設定により、これらの値が書き換えられるように設計されていてもよい。また、状態検知部４２がバッテリの劣化の状態を検知して、ステアリングホイール１２に対するアシスト力を低減させるとして説明した。しかしながらこれに限らず、状態検知部４２がタイヤやブレーキパッドの摩耗の程度や、エンジンオイルの汚濁、または、フロントガラスを洗浄するためのウォッシャー液の残量を検知することによって、ステアリングホイール１２に対するアシスト力を低減させてもよい。いいかえると、状態検知部４２は、車両の構成の状態がドライバーに対して通知すべき状態であるか否かを検知し、通知すべき状態である場合、ステアリングホイール１２に対するアシスト力を低減させればよい。また、上述の実施形態においては、車速を考慮してアシスト力を決定するとして説明したが、これに限らず、ＥＣＵ５０は、車両の加速度やブレーキペダルもしくはアクセルペダルの操作の有無などを考慮して、アシスト力を低減すべきかを判定してもよい。

本発明の実施形態に係る車両操舵装置の構成例を示す図である。 図１のステアリングホイールの操舵例を示す図である。 図１の車両操舵装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態にかかる車両操舵装置の動作の変形例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 車輪速センサ、 １２ ステアリングホイール、 １４ ステアリングシャフト、 １６ トルクセンサ、 １７ ステアリングセンサ、 ２０ ギヤボックス、 ２２ ラックバー、 ２６ タイロッド、 ２８ 電動モータ、 ３０ ナックルアーム、 ３２ キングピン、 ４２ 状態検知部、 ５０ ＥＣＵ、 １００ 車両操舵装置。

Claims (3)

1. ドライバーによる操舵量を検出する操舵量検出部と、
   車両のステアリング機構に対して、前記操舵量検出部によって検出された操舵量に応じた操舵補助力を与える操舵補助力制御部と、
   を備え、
   前記操舵補助力制御部は、前記車両の本体または車両の構成部品の状態がドライバーに対して通知すべき状態である場合であって、前記操舵量検出部において検出された操舵量が所定の範囲内にある場合に、前記ステアリング機構に対して与える操舵補助力を、操舵量に応じた操舵補助力よりも下げることを特徴とするパワーステアリング制御装置。
2. 車両の本体または車両の構成部品の状態を検知する状態検知部をさらに備え、
   前記操舵補助力制御部は、前記状態検知部において車両のバッテリの劣化を示す状態が検知された場合に、前記ステアリング機構に対して与える操舵補助力を、操舵量に応じた操舵補助力よりも下げることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。
3. 車両の本体または車両の構成部品の状態を検知する状態検知部をさらに備え、
   前記操舵補助力制御部は、前記状態検知部において車速が所定のしきい値以下であることが検知された場合に、前記ステアリング機構に対して与える操舵補助力を、操舵量に応じた操舵補助力よりも下げることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーステアリング制御装置。

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