JP2020125704A - 操舵システム及び操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関制御装置によるアイドルアップ制御を実行可能としつつ、操舵装置の構成を簡素化できる操舵システム及び操舵制御装置を提供する。【解決手段】操舵装置２は、機関駆動式のポンプ２１及びポンプ２１から吐出される作動油の油圧により作動する油圧シリンダ２３を有し、操舵機構６にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する油圧アクチュエータ７を備える。また、操舵装置２は、モータ５１を有し、ステアリングシャフト１１を回転させるモータトルクを付与する電動アクチュエータ８と、ステアリングホイール４に入力される操舵トルクＴhを検出するトルクセンサ６１とを備える。操舵装置２を制御対象とする操舵制御装置３は、操舵トルクＴhに基づいて内燃機関３１の負荷状態を示す負荷信号Ｓlを演算し、負荷信号Ｓlを内燃機関３１の作動を制御する機関制御装置３２に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、操舵システム及び操舵制御装置に関する。

従来、車両用の操舵装置として、ポンプから吐出される作動油の油圧によりステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する油圧アクチュエータと、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトを回転させるモータトルクを付与する電動アクチュエータとを備えたものがある（例えば、特許文献１）。

特開２００５−２５４８４３号公報

ところで、ステアリング操作が行われると、油圧アクチュエータからアシスト力を付与すべく、その駆動源となるポンプの吐出圧が増加する。その結果、ポンプを駆動するための駆動トルクが増加し、内燃機関の負荷が大きくなる。一方、車両の停止時には、内燃機関はアイドル状態となっているため、例えば車両の停止時に据え切り等のステアリング操作が行われると、内燃機関の負荷が大きくなることでエンストが発生するおそれがある。

そこで、内燃機関の作動を制御する機関制御装置は、ポンプの吐出圧に基づいて、エンストを引き起こさないようにアイドル状態にある内燃機関の回転数を調整するアイドルアップ制御を実行する。しかし、このように機関制御装置がアイドルアップ制御を実行可能な構成とするためには、操舵装置にポンプの吐出圧を検出する圧力センサ、又は吐出圧に応じてオンオフする圧力スイッチ等を設ける必要があり、操舵装置の構成が煩雑なものなる。

本発明の目的は、機関制御装置によるアイドルアップ制御を実行可能としつつ、操舵装置の構成を簡素化できる操舵システム及び操舵制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する操舵システムは、操舵装置と、前記操舵装置を制御対象とする操舵制御装置とを備えたものにおいて、前記操舵装置は、機関駆動式のポンプ、及び前記ポンプから吐出される作動油の油圧により作動する油圧シリンダを有し、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトの回転に応じて操舵機構にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する油圧アクチュエータと、モータを有し、前記ステアリングシャフトを回転させるモータトルクを付与する電動アクチュエータと、前記ステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出するトルクセンサとを備え、前記操舵制御装置は、前記操舵トルクに基づいて前記電動アクチュエータの作動を制御するものであって、前記操舵制御装置は、前記操舵トルクに基づいて内燃機関の負荷状態を示す負荷信号を演算し、該負荷信号を前記内燃機関の作動を制御する機関制御装置に出力する。

上記課題を解決する操舵制御装置は、機関駆動式のポンプ、及び前記ポンプから吐出される作動油の油圧により作動する油圧シリンダを有し、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトの回転に応じて操舵機構にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する油圧アクチュエータと、モータを有し、前記ステアリングシャフトを回転させるモータトルクを付与する電動アクチュエータと、前記ステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出するトルクセンサとを備えた操舵装置を制御対象とし、前記操舵トルクに基づいて前記電動アクチュエータの作動を制御するものであって、前記操舵トルクに基づいて内燃機関の負荷状態を示す負荷信号を演算し、該負荷信号を前記内燃機関の作動を制御する機関制御装置に出力する。

ポンプの吐出圧、すなわち油圧アクチュエータが付与するアシスト力と操舵トルクとの関係は車両の仕様等に応じて予め決まっているため、操舵トルクに基づいてポンプを駆動するために必要な内燃機関の負荷を推定できる。この点を踏まえ、上記構成によれば、操舵トルクに基づく負荷信号が操舵制御装置から出力されるため、機関制御装置は負荷信号に基づいてアイドルアップ制御を実行できる。ここで、操舵トルクは電動アクチュエータの作動を制御するために用いられるものであり、負荷信号は他の用途がある操舵トルクに基づいて演算される。したがって、機関制御装置がアイドルアップ制御を実行可能とするためにのみ必要な部品、例えば吐出圧を検出する圧力センサ等を別途設ける場合に比べ、操舵装置の構成を簡素化できる。

本発明によれば、機関制御装置によるアイドルアップ制御を実行可能としつつ、操舵装置の構成を簡素化できる。

操舵システム及びその周辺構成を示す概略構成図。 操舵トルクとポンプの吐出圧との関係を示すグラフ。

以下、操舵システム及び操舵制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操舵システム１は、操舵装置２と、操舵装置２を制御対象とする操舵制御装置３とを備えている。操舵装置２は、運転者によるステアリングホイール４の操作に基づいて転舵輪５を転舵させる操舵機構６と、操舵機構６に操舵を補助するためのアシスト力を付与する油圧アクチュエータ７と、操舵機構６にモータトルクを付与する電動アクチュエータ８とを備えている。

操舵機構６は、ステアリングホイール４が固定されるステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１に連結されたラック軸１２と、ステアリングシャフト１１の回転をラック軸１２の往復動に変換するラックアンドピニオン機構１３とを備えている。なお、ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール４側から順にコラム軸１４、中間軸１５、及びピニオン軸１６を連結することにより構成されている。

ラック軸１２とピニオン軸１６とは、所定の交差角をもって配置されており、ラック軸１２に形成されたラック歯１２ａとピニオン軸１６に形成されたピニオン歯１６ａとが噛合されることでラックアンドピニオン機構１３が構成されている。また、ラック軸１２の両端にはタイロッド１８が連結されており、タイロッド１８の先端は転舵輪５が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、操舵装置２では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト１１の回転がラックアンドピニオン機構１３によりラック軸１２の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド１８を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪５の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

油圧アクチュエータ７は、油圧の供給源となるポンプ２１と、作動油が貯留されるリザーバタンク２２と、油圧に基づくアシスト力を付与する油圧シリンダ２３と、油圧シリンダ２３への作動油の給排を制御する制御バルブ２４と、ポンプ２１、リザーバタンク２２、油圧シリンダ２３及び制御バルブ２４間を連結する各油路Ｌ１〜Ｌ５とを備えている。ポンプ２１には、内燃機関３１に設けられたクランク軸の回転によって駆動される機関駆動式のポンプが採用されている。なお、内燃機関３１は、機関制御装置３２に接続されており、機関制御装置３２によってその作動が制御される。

油圧シリンダ２３は、ラック軸１２が往復動可能に挿通される円筒状のシリンダチューブ４１と、シリンダチューブ４１内を第１油圧室４２と第２油圧室４３とに区画するピストン４４とを備えている。ピストン４４は、ラック軸１２に対して該ラック軸１２と一体で軸方向移動可能に固定されている。

制御バルブ２４は、ピニオン軸１６の途中に設けられたトーションバー４５を有しており、ステアリング操作に連動して第１及び第２油圧室４２，４３内の油圧、すなわち第１及び第２油圧室４２，４３への作動油の給排を制御する周知のロータリバルブとして構成されている。具体的には、制御バルブ２４には、供給ポート４６、排出ポート４７、第１及び第２給排ポート４８，４９が設けられている。供給ポート４６は供給油路Ｌ１を介してポンプ２１に接続され、排出ポート４７は排出油路Ｌ２を介してリザーバタンク２２に接続されている。第１給排ポート４８は、第１給排油路Ｌ３を介して第１油圧室４２に接続され、第２給排ポート４９は、第２給排油路Ｌ４を介して第２油圧室４３に接続されている。なお、ポンプ２１とリザーバタンク２２とは、吸入油路Ｌ５を介して互いに接続されている。

電動アクチュエータ８は、駆動源であるモータ５１と、モータ５１に連結されるとともにコラム軸１４に連結されたウォームアンドホイール等の減速機構５２とを備えている。そして、電動アクチュエータ８は、モータ５１が出力するモータトルクを減速機構５２により減速してコラム軸１４に伝達する。

このように構成された操舵装置２では、ポンプ２１で発生する油圧、すなわちポンプから送出される作動油が供給油路Ｌ１を介して制御バルブ２４に供給される。そして、運転者のステアリング操作によるステアリングシャフト１１の回転に応じて第１及び第２油圧室４２，４３のいずれか一方の油圧が上昇し、第１及び第２給排油路Ｌ３，Ｌ４のいずれか対応する油路を介して作動油が供給される。これにより、第１油圧室４２と第２油圧室４３との間に油圧差が発生してピストン４４及びラック軸１２が軸方向移動し、第１及び第２油圧室４２，４３の他方から作動油が排出される。この排出された作動油は、第１及び第２給排油路Ｌ３，Ｌ４のいずれか対応する油路、制御バルブ２４及び排出油路Ｌ２を介してリザーバタンク２２に排出される。このように第１油圧室４２と第２油圧室４３との間の油圧差に基づいてピストン４４及びラック軸１２に作用する軸方向の押圧力が操舵機構６にアシスト力として付与され、ステアリング操作がアシストされる。また、操舵装置２では、電動アクチュエータ８から付与されるモータトルクによるステアリングシャフト１１の回転に応じて、同様に油圧シリンダ２３に軸方向の押圧力が発生し、同押圧力によってラック軸１２が軸方向移動することで、車両の進行方向が変更可能となっている。なお、油圧シリンダ２３が発生するアシスト力は、ステアリングシャフト１１の中立位置からの回転量が多くなるほど、すなわち運転者が入力する操舵トルクＴhが大きくなるほど大きくなる。

次に、本実施形態の電気的構成について説明する。
操舵制御装置３は、電動アクチュエータ８に接続されており、その作動を制御する。なお、操舵制御装置３は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、各種制御が実行される。

操舵制御装置３には、各種のセンサが接続されている。各種のセンサとしては、例えばトルクセンサ６１がある。トルクセンサ６１は、運転者の操舵によりステアリングシャフト１１に付与された操舵トルクＴhを検出する。なお、トルクセンサ６１は、コラム軸１４における電動アクチュエータ８との連結部分よりもステアリングホイール４側に設けられており、トーションバー６２の捩れに基づいて操舵トルクＴhを検出する。操舵トルクＴhは、例えば右方向に操舵した場合に正の値、左方向に操舵した場合に負の値として検出する。

また、操舵制御装置３は、その外部に設けられた運転支援制御装置７１に接続されている。本実施形態の運転支援制御装置７１は、運転支援制御として、例えば車両が走行中の走行レーンを維持して走行し易くなるように運転者のステアリング操作を支援する車線逸脱防止支援制御を実行する。運転支援制御装置７１は、車線逸脱防止支援制御の実行時において、カメラ７２により撮像される画像データに基づいて車両が車線内の走行を維持し得る理想的な転舵角を演算し、この理想的な転舵角と転舵輪５の実際の転舵角との偏差に応じた運転支援指令値Ｔad*を演算する。なお、本実施形態の運転支援指令値Ｔad*は、モータ５１が出力するモータトルクの目標値を示す成分である。運転支援制御装置７１には、車両の運転席近傍等に設けられる運転支援制御を実行するための操作スイッチ７３に接続されており、運転支援制御装置７１は、操作スイッチ７３のオンオフに応じて運転支援制御を実行する。そして、運転支援制御装置７１は、運転支援制御の実行時には運転支援指令値Ｔad*を操舵制御装置３に出力する。

操舵制御装置３は、各センサから入力される各状態量及び運転支援制御装置７１から入力される信号に基づいて、モータ５１に駆動電力を供給することにより、電動アクチュエータ８の作動を制御する。本実施形態の操舵制御装置３は、運転支援制御を実行していない場合には、操舵トルクＴhに基づいて、電動アクチュエータ８自身が有する内部の摩擦が運転者のステアリング操作に影響を与えないようにモータ５１の作動を制御する。一方、操舵制御装置３は、運転支援制御を実行している場合には、運転支援指令値Ｔad*に示されるトルクが発生するようにモータ５１の作動を制御し、運転支援制御を実行する。なお、操舵制御装置３は、運転支援制御の実行時に検出される操舵トルクＴhに基づいて運転者により介入操作が行われたか否かを判定し、介入操作が行われた場合には運転支援制御の実行を中止して手動操作に切り替える。

ここで、ステアリング操作が行われると、当該ステアリング操作に応じて油圧アクチュエータ７からアシスト力を付与すべく、ポンプ２１の吐出圧が増加することで、ポンプ２１を駆動するための駆動トルクが増加する。これにより、内燃機関３１の負荷が大きくなる。一方、車両の停止時には、内燃機関３１はアイドル状態となっているため、負荷の増加によってエンストを引き起こさないように、機関制御装置３２がアイドル状態にある内燃機関３１の回転数を維持又は上昇させるアイドルアップ制御を実行する必要がある。

この点、本実施形態の操舵制御装置３は、操舵トルクＴhに基づいて内燃機関３１の負荷状態を示す負荷信号Ｓlを演算し、負荷信号Ｓlを機関制御装置３２に出力する。そして、機関制御装置３２は、負荷信号Ｓlに基づいてアイドルアップ制御を実行する。つまり、負荷信号Ｓlは、アイドルアップ制御を実行するためのトリガとなる信号である。

詳しくは、操舵制御装置３には、操舵トルクＴhとポンプ２１の吐出圧との関係を示すマップが予め設定されている。マップは、車両の仕様等に応じて決まるアシスト特性、すなわち操舵トルクＴhとアシスト力との関係に基づいて設定されている。具体的には、図２に示すように、マップは、操舵トルクＴhの絶対値がゼロの場合に吐出圧が最も小さくなり、操舵トルクＴhの絶対値の増大に基づいて二次関数的に吐出圧が増大するように設定されている。そして、操舵制御装置３は、マップを参照することにより、入力された操舵トルクＴhに応じた吐出圧を内燃機関３１の負荷状態を示す負荷信号Ｓlとして演算し、機関制御装置３２に出力する。

機関制御装置３２は、入力された負荷信号Ｓlに示される吐出圧と、負荷信号Ｓlが入力された演算周期における内燃機関３１の回転数に基づいて、アイドルアップ制御の必要性を判定し、必要な場合にアイドルアップ制御を実行する。具体的には、機関制御装置３２は、例えば負荷信号Ｓlに示される吐出圧に応じて、内燃機関３１がストールしないように出力を増大させることにより、内燃機関３１の回転数を維持又は上昇させるようにその作動を制御する。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）操舵制御装置３は、操舵トルクＴhに基づいて負荷信号Ｓlを演算し、当該負荷信号Ｓlを機関制御装置３２に出力する。上記のようにポンプ２１の吐出圧、すなわち油圧アクチュエータ７が付与するアシスト力と操舵トルクＴhとの関係は車両の仕様等に応じて予め決まっているため、操舵トルクＴhに基づいてポンプ２１を駆動するために必要な内燃機関３１の負荷を推定できる。そのため、機関制御装置３２は負荷信号Ｓlに基づいてアイドルアップ制御を実行できる。ここで、操舵トルクＴhは、操舵フィーリングの向上や介入操作の検出等、電動アクチュエータ８の作動を制御するために用いられるものであり、負荷信号Ｓlは他の用途がある操舵トルクＴhに基づいて演算される。したがって、機関制御装置３２がアイドルアップ制御を実行可能とするためにのみ必要な部品、例えば吐出圧を検出する圧力センサ等を別途設ける場合に比べ、操舵装置２の構成を簡素化できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、操舵制御装置３が操舵トルクＴhに基づいてポンプ２１の吐出圧を演算し、この演算した吐出圧を負荷信号Ｓlとして機関制御装置３２に出力したが、これに限らず、例えば検出した操舵トルクＴhをそのまま負荷信号Ｓlとして機関制御装置３２に出力してもよい。なお、この場合には、例えば機関制御装置３２が操舵トルクＴhに基づいて吐出圧やポンプ２１の駆動トルク等の内燃機関３１の負荷を演算する。

・上記実施形態において、アイドルアップ制御の制御態様は適宜変更可能である。例えばポンプ２１の吐出圧が閾値よりも大きい場合には、回転数が予め決められた所定回転数よりも大きくなるように内燃機関３１の作動を制御してもよい。なお、この場合には、負荷信号Ｓlとして、例えば操舵トルクＴhが閾値よりも大きいか否かを示す二値化した信号を用いることができる。

・上記実施形態において、運転支援制御を実行していない場合に、電動アクチュエータ８が操舵トルクＴhに基づいてアシスト力を付与するようにしてもよい。
・上記実施形態において、操舵制御装置３に、運転支援制御装置７１から運転支援指令値Ｔad*が入力されない構成としてもよい。

１…操舵システム、２…操舵装置、３…操舵制御装置、４…ステアリングホイール、６…操舵機構、７…油圧アクチュエータ、８…電動アクチュエータ、１１…ステアリングシャフト、２１…ポンプ、２３…油圧シリンダ、３１…内燃機関、３２…機関制御装置、５１…モータ、６１…トルクセンサ、Ｓl…負荷信号、Ｔh…操舵トルク。

Claims (2)

1. 操舵装置と、前記操舵装置を制御対象とする操舵制御装置とを備えた操舵システムにおいて、
   前記操舵装置は、
   機関駆動式のポンプ、及び前記ポンプから吐出される作動油の油圧により作動する油圧シリンダを有し、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトの回転に応じて操舵機構にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する油圧アクチュエータと、
   モータを有し、前記ステアリングシャフトを回転させるモータトルクを付与する電動アクチュエータと、
   前記ステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出するトルクセンサとを備え、
   前記操舵制御装置は、前記操舵トルクに基づいて前記電動アクチュエータの作動を制御するものであって、
   前記操舵制御装置は、前記操舵トルクに基づいて内燃機関の負荷状態を示す負荷信号を演算し、該負荷信号を前記内燃機関の作動を制御する機関制御装置に出力する操舵システム。
2. 機関駆動式のポンプ、及び前記ポンプから吐出される作動油の油圧により作動する油圧シリンダを有し、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトの回転に応じて操舵機構にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する油圧アクチュエータと、
   モータを有し、前記ステアリングシャフトを回転させるモータトルクを付与する電動アクチュエータと、
   前記ステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出するトルクセンサとを備えた操舵装置を制御対象とし、前記操舵トルクに基づいて前記電動アクチュエータの作動を制御する操舵制御装置であって、
   前記操舵トルクに基づいて内燃機関の負荷状態を示す負荷信号を演算し、該負荷信号を前記内燃機関の作動を制御する機関制御装置に出力する操舵制御装置。