JP3668340B2 - 車両操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の駆動力を操舵系に付加して運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置と、道路情報に基づいて操向車輪を電動機で転舵させる自動操舵装置とを併用した車両操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カーナビゲーションシステムに組み込まれた地図情報や、ＩＴＶカメラでとらえた道路の白線情報などに基づいて自車が走行する前方の道路形状を検出し、この道路を走行する際に車両が発生するべきヨーレイト、横加速度、或いは操向輪の舵角などの運動状態量の目標値を生成し、この目標値と実際の車両運動状態量とを比較して目標値と実値との偏差を小さくする向きに操舵装置をフィードバック制御するようにした自動操舵装置が種々提案されている。
【０００３】
一方、今日の車両は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力を、電動あるいは油圧駆動のアクチュエータで補助するようにしたパワーステアリング装置を備えることが一般的である。図３は、このようなパワーステアリング装置を備えた操舵装置の一例を示しており、この操舵装置は、ステアリングホイール２１、該ステアリングホイール２１に一体結合されたステアリングシャフト２２、該ステアリングシャフト２２に自在継手２３ａ・２３ｂを有する連結軸２３を介して連結されたピニオン２４、及び、ピニオン２４に噛合して車幅方向に往復動し得ると共にタイロッド２５を介して左右の前輪Ｗのナックルアーム２６にその両端が連結されたラック２７軸からなる手動操舵力発生手段２８と、この手動操舵力発生手段２８に対して付加する補助操舵力を発生するべく、ラック軸２７と同軸的に配設された電動機２９および該電動機２９の回転力をラック軸２７の推力に変換するボールねじ機構３０とからなっている。
【０００４】
電動機２９は、手動操舵力発生手段２８の適所に設けられた操舵トルクセンサ３１の信号に基づいて目標トルク決定手段が決定した補助操舵トルク目標値により、電動機駆動制御手段３２にてその出力が制御される。
【０００５】
さて、上述した自動操舵装置とパワーステアリング装置とは、基本構成要件が一致しているので、両者を共用すれば、システムの小型化、製造コストの低減、および機構の簡略化による故障率の低減などの効果が期待できる。
【０００６】
しかしながら、自動操舵装置とパワーステアリング装置とを共用すると、例えば自動操舵運転中に運転者が車線変更を行うと、ヨーレイト、横加速度、並びに操向輪の舵角などの実運動状態量が、車線に追従させようとする自動操舵制御の目標値から外れるため、目標値と実値との偏差を少なくする向きに電動機が駆動されることとなり、運転者の積極的な操舵が阻害されるという不都合が生ずる。
【０００７】
このような不都合を解消するものとして、自動操舵モードとパワーステアリングモードとを切り換え可能に構成し、両モードの切換点に所定のタイムラグを持たせた自動操舵装置が特開平７−２０５８３１号公報に提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記先行技術によると、タイムラグの部分がいわば制御の空白期間となるため、制御の切換点が段付きとなり、モード間の移行が円滑に行われないことになる。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、自動操舵装置とパワーステアリング装置との構成要件を共用し、かつ両者の切り換え途中も制御されるようにして制御の切り換えを円滑化するように改良された車両操舵装置を提供することを目的に案出されたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明では、運転者がステアリングホイール２１に加える操舵力を検出する操舵力検出手段２と、付加操舵力を発生する電動機９と、操舵力検出手段の出力に基づいて電動機の発生するべき補助操舵力を決定する第１目標駆動力決定手段３と、車両が走行する道路形状を検出する道路形状検出手段５と、少なくとも該道路形状検出手段の出力に基づいて電動機の発生するべき補助操舵力を決定する第２目標駆動力決定手段８と、道路形状検出手段の出力に応じて目標運動状態量を決定する目標運動状態量決定手段６と、車両の実際の運動状態量を検出する実運動状態量検出手段７と、第２目標駆動力決定手段の信号に基づいて車両の運動状態量を推定する推定運動状態量算出手段１２と、実運動状態量検出手段の信号と推定運動状態量算出手段の信号との重み付けを操舵力検出手段の信号に応じて連続的に行う比較運動状態量決定手段１３と、第１目標駆動力決定手段の信号と第２目標駆動力決定手段の信号との加算値に基づいて電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段１０とを有し、第２目標駆動力決定手段の出力値が、目標運動状態量決定手段の出力と比較運動状態量決定手段の出力との偏差に基づいて決定されることを特徴とする車両操舵装置を提供することによって達成される。これによれば、電動パワーステアリング装置の制御目標値と自動操舵装置の制御目標値とを加算した値に基づいて電動機の制御が行われ、運転者の操舵力の増大に応じて電動パワーステアリング装置側の制御目標値比率が増大し、運転者の操舵力の減少に応じて自動操舵装置側の制御目標値比率が増大するので、電動パワーステアリングモードと自動操舵モードとの間の移行が連続的にかつ円滑に行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明による車両操舵装置の制御系の全体構成を示している。なお、機械系の構成については、上記従来の技術の項で述べたものをそのまま流用できるので、ここでは説明を省略する。図に於いて、電動パワーステアリング制御部１は、操舵トルクセンサ等の操舵力検出手段２の出力に基づいて、手動操舵力発生手段２８の操舵力を軽減するために要する補助操舵力目標値を生成する第１目標駆動力決定手段３を備えている。
【００１３】
他方、自動操舵制御部４は、例えばカーナビゲーションシステムに組み込まれた地図情報に基づいて車両が走行する道路の方位や曲率を検出する道路形状検出手段５と、道路形状検出手段５が出力する進行方向前方の道路を走行する際に発生するであろうヨーレイト、横加速度、或いは操向輪の舵角などの運動状態量の目標値を決定する目標運動状態量決定手段６と、車両の実際の運動状態量を検出する実運動状態量検出手段７と、道路形状検出手段５が出力する道路形状を追従させるのに要する操舵力目標値を生成する第２目標駆動力決定手段８とを備えている。
【００１４】
また電動機９は、パワーステアリング制御部１の第１目標駆動力決定手段３の出力と自動操舵制御部４の第２目標駆動力決定手段８の出力との加算値を電動機駆動制御手段１０に入力することによって制御される。そして電動機９の回転力が、ボールねじ機構などの倍力手段１１を介してラック軸２７の推力に変換される。
【００１５】
上記の電動パワーステアリング制御部１と自動操舵制御部４との間は、第２目標駆動力決定手段８の出力ａに基づいて車両の運動状態量を推定する推定運動状態量算出手段１２と、該推定運動状態量算出手段１２の出力ｅと実運動状態量検出手段７の出力ｃとの重み付けを操舵力検出手段２の出力ｂに応じて行う比較運動状態量決定手段１３とからなる連続切換手段１４により、その制御が連続的に切り換わるようになっている。
【００１６】
次に本発明装置の作動要領について説明する。
【００１７】
推定運動状態量算出手段１２は、第２目標駆動力決定手段８の出力ａに基づいて推定運動状態量ｅを算出するが、この推定運動状態量ｅは、次式に示す如き車両のモデルを伝達関数の形で表現したものである。
ｅ＝〔（βｎ・Ｓｎ＋βｎ−１・Ｓｎ−１＋ … ＋β２・Ｓ２＋β１・Ｓ＋β０）／（αｎ・Ｓｎ＋αｎ−１・Ｓｎ−１＋ … ＋α２・Ｓ２＋α１・Ｓ＋α０）〕・ａ … （１）
なお、式（１）は、実用的には２次式、３次式程度に低次化することが望ましい。
【００１８】
実運動状態量検出手段７の出力ｃと推定運動状態量算出手段１２の出力ｅとの重み付けを行う比較運動状態量決定手段１３の出力ｄは、次式で表される。
ｄ＝ｃ（１−ｋ（ｂ））＋ｋ（ｂ）・ｅ …（２）
但し、（０≦ｋ（ｂ）≦１）
【００１９】
ここでｋ（ｂ）は操舵力の関数であり、図２に示したように、操舵力検出手段２の出力ｂに基づいて定められているので、ｂが小さい、つまり運転者がステアリングホイール２１を操舵していない自動操舵モードの領域では、比較運動状態量決定手段１３の出力ｄのうちの実運動状態量検出手段７の出力ｃの比率が高まり、この逆にｂが大きい、つまり運転者がステアリングホイール２１を積極的に操舵している電動パワーステアリングモードの領域では、比較運動状態量決定手段１３の出力ｄのうちの推定運動状態量算出手段１２の出力ｅの比率が高まる。なお、本実施例に於いては、推定運動状態量算出手段１２が車両モデルを伝達関数の形で表現したものとされているが、これは状態方程式を用いて表現しても良い。また比較運動状態量決定手段１３は、ファジー制御のメンバーシップ関数を用いても良い。
【００２０】
以上を踏まえて、自動操舵モード時は、運転者はステアリングホイール２１を操作しないので、操舵力検出手段２の出力ｂは零となり、第１目標駆動力発生手段３の出力も零となる。従って、この場合は、実運動状態量検出手段７の出力ｃが支配的となっている比較運動状態量決定手段１３の出力ｄと、道路形状検出手段５の出力に応じた目標運動状態量決定手段６の出力ｆとの偏差に応じた第２目標駆動力決定手段８の出力ａが、電動機駆動制御手段１０に入力され、これにより制御された電動機９の動力が倍力手段１１を介して手動操舵装置２８に付与されて、実運動状態量ｃと目標運動状態量ｆとを一致させるように操向車輪Ｗの舵角が制御される。
【００２１】
なお、自動操舵モード時は、推定運動状態量算出手段１２の出力ｅは、実運動状態量検出手段７の出力ｃとほぼ同等の値を出力する。
【００２２】
この状態からステアリングホイール２１を操舵すると、操舵力検出手段２の出力が増大して図２のｋ（ｂ）値が１に近づき、比較運動状態量決定手段１３の出力ｄのうちの推定運動状態量算出手段１２の出力ｅの比率が支配的となる。それ故、実運動状態量検出手段７の出力ｃが変化しても比較運動状態量決定手段１３の出力ｄと目標運動状態決定手段６の出力ｆとの偏差が増大しないため、第２目標駆動力決定手段８の出力ａは小さくなり、電動機９は専ら第１目標駆動力決定手段３の出力ｇに基づいて駆動される。そして、ステアリングホイール２１に加える操舵力の減少に応じて比較運動状態量決定手段１３の出力ｄ中の実運動状態量検出手段７の出力ｃの比率が高まるので、円滑に自動操舵モードに戻ることができる。
【００２３】
なお、運動状態量としては、横加速度、ヨーレイト、並びに操向輪の舵角を単独で、又は適宜に組み合わせて用いれば良い。また運動状態量の実値、目標値、推定値は、それぞれを互いに対応させることは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
このように、第１請求項の構成によれば、新たなセンサやアクチュエータを付加せずに、制御手段の変更のみで所期の効果を得ることができる。従って、本発明により、自動操舵装置と電動パワーステアリング装置との共通構成要件である電動機、倍力手段、および電動機の駆動制御手段をそのまま共用し得るので、システムの小型軽量化、低コスト化、および故障率の削減が可能となることはもとより、自動操舵モードと電動パワーステアリングモードとの切り換えを連続して行えるので、自動操舵モード中の運転者の積極的な操舵が阻害されずに済むという効果が得られる。これに加えて、実運動状態量に関係なく推定運動状態量算出手段によって運動状態量の推定値が絶えず算出されているので、電動パワーステアリングモード中に道路形状が変化しても、自動操舵モードへの移行の円滑化が損なわれずに済むという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の制御系の全体構成を示すブロック図。
【図２】操舵力に対するｋ（ｂ）のグラフ。
【図３】電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング制御部
２ 操舵力検出手段
３ 第１目標駆動力決定手段
４ 自動操舵制御部
５ 道路形状検出手段
６ 目標運動状態量決定手段
７ 実運動状態量検出手段
８ 第２目標駆動力決定手段
９ 電動機
１０ 電動機駆動制御手段
１１ 倍力手段
１２ 推定運動状態量算出手段
１３ 比較運動状態量決定手段
１４ 連続切換手段
２１ ステアリングホイール
２２ ステアリングシャフト
２３ 連結軸
２４ ピニオン
２５ タイロッド
２６ ナックルアーム
２７ ラック軸
２８ 手動操舵力発生手段
２９ 電動機
３０ ボールねじ機構
３１ 操舵トルクセンサ
３２ 電動機駆動制御手段

Claims (1)

1. 運転者がステアリングホイールに加える操舵力を検出する操舵力検出手段と、付加操舵力を発生する電動機と、前記操舵力検出手段の出力に基づいて前記電動機の発生するべき補助操舵力を決定する第１目標駆動力決定手段と、車両が走行する道路形状を検出する道路形状検出手段と、少なくとも該道路形状検出手段の出力に基づいて前記電動機の発生するべき補助操舵力を決定する第２目標駆動力決定手段と、前記道路形状検出手段の出力に応じて目標運動状態量を決定する目標運動状態量決定手段と、車両の実際の運動状態量を検出する実運動状態量検出手段と、前記第２目標駆動力決定手段の信号に基づいて車両の運動状態量を推定する推定運動状態量算出手段と、前記実運動状態量検出手段の信号と前記推定運動状態量算出手段の信号との重み付けを前記操舵力検出手段の信号に応じて連続的に行う比較運動状態量決定手段と、前記第１目標駆動力決定手段の信号と前記第２目標駆動力決定手段の信号との加算値に基づいて前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段とを有し、前記第２目標駆動力決定手段の出力値が、前記目標運動状態量決定手段の出力と前記比較運動状態量決定手段の出力との偏差に基づいて決定されることを特徴とする車両操舵装置。

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