JP4211366B2

JP4211366B2 - ハンドル操舵状態検出装置

Info

Publication number: JP4211366B2
Application number: JP2002339804A
Authority: JP
Inventors: 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP2004175122A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドル操舵状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハンドルの操舵による出力軸の回転をモータで助勢する電気パワーステアリング装置が知られている。このようなパワーステアリング装置においては、ハンドルの操舵角や出力軸に与えられるトルクを検出し、当該検出値に基づいて出力軸の回転助勢を行っている。
【０００３】
運転者によるハンドルの操舵状態を検出するハンドル操舵状態検出装置としては、下記▲１▼〜▲４▼のようなものが提案されている。
【０００４】
▲１▼１つのハンドル操舵状態検出装置は、状態判定部で推定された操舵トルクの絶対値が閾値未満になり、所定時間経過した時にハンドルの手放し状態を判定している（下記、特許文献１参照）。
【０００５】
▲２▼また、運転者がハンドルに加える手動操作力を推定し、この手動操作力が設定値以下の場合にのみハンドルに回転を阻止する方向に作用する抵抗力を付与して操舵感の向上を図るものも知られている（下記、特許文献２参照）。
【０００６】
▲３▼更に、アクチュエータの駆動力により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る伝達比可変機構を備えたものも知られている（下記、特許文献３参照）。
【０００７】
▲４▼また、操舵角センサの出力から操舵速度を検出し、操舵速度がゼロから所定値までの保持状態から緩操舵状態ではハンドルに微振動が伝わることなく、操舵速度が増加するに伴って素早いパワーアシストモータの応答性得ることができるものが知られている（下記、特許文献４参照）。
【０００８】
関連する文献は以下の通りである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１０４２２３号公報
【特許文献２】
特開平４−１７６７８１号公報
【特許文献３】
特開平１１−３２１６８４号公報
【特許文献４】
特開２０００−１４２４３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出力軸の回転助勢を行うためには、運転者によるハンドルの操舵状態が重要であるのだが、上述の制御は運転者の直接の操舵意思を反映したものではなく、回転助勢が正確に行われない場合がある。
【００１１】
例えば、ハンドルを保舵した状態で、路面からの外力が、車輪及び出力軸を介してハンドルに伝達されると、トルクが発生し、当該トルクを運転者による操舵時であると判定した場合には、運転者の意思に拘らず上記助勢が行われてしまう。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、より正確なハンドル操舵状態を検出可能なハンドル操舵状態検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係るハンドル操舵状態検出装置は、ハンドルに連結された入力軸と、この入力軸に連結した出力軸と、前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、前記入力軸及び前記出力軸間のトルクを検出するトルクセンサとを備えたハンドル操舵状態検出装置において、前記操舵角センサから出力される前記操舵角の時間微分値及び前記トルクセンサから出力される前記トルクの積に応じて、前記ハンドルの操舵状態を検出する検出手段を備え、前記検出手段は、前記積が所定の仕事量閾値以下であって、且つ、前記トルクが所定のトルク閾値以下である場合に、前記ハンドルの手放し状態であると判定することを特徴とする。
【００１４】
このハンドル操舵状態検出装置によれば、検出手段が、前記操舵角の時間微分値及びトルクの「積」に応じてハンドル操舵状態を検出する。すなわち、運転者の直接の操舵動作というものは、ハンドルに対する仕事量であり、この仕事量を検出すれば、より正確なハンドル操舵状態を検出することができる。すなわち、この仕事量とは、操舵角の時間微分値及びトルクの「積」であるため、この装置おいては、正確なハンドル操舵状態を検出することができる。
【００１５】
好適な操舵状態の判定例としては、検出手段が、前記「積」が所定の仕事量閾値を超えた場合にハンドル操舵時と判定することを特徴とする。すなわち、仕事量が、仕事量閾値を超えた場合には、▲１▼ハンドルを操舵しているものと判定することができる。すなわち、この場合、検出手段はハンドル実操舵状態（ハンドルを実際に動かしている状態）であると判定する。
【００１６】
もう１つの好適な操舵状態の判定例としては、検出手段が、前記「積」が所定の仕事量閾値以下であって、且つ、前記トルクが所定のトルク閾値以下である場合に、前記ハンドルの手放し状態であると判定することを特徴とする。
【００１７】
すなわち、仕事量が、所定の仕事量閾値以下であるので、ハンドルを操舵していないのであるが、このような場合においては、ハンドルの▲２▼手放し状態か▲３▼保舵状態のいずれかの状態である。
【００１８】
▲３▼保舵状態であるのであれば、路面からの外力によって、出力軸が入力軸に対して捻れ、トルクが検出されるであろう。したがって、検出されるトルクがトルク閾値以下であれば、検出手段は▲２▼手放し状態であると判定することができる。
【００１９】
残りの好適な操舵状態の判定例としては、検出手段が、前記「積」が所定の仕事量閾値以下であって、且つ、前記操舵角が所定の操舵角閾値以下である場合に、ハンドルの保舵状態であると判定することを特徴とする。
【００２０】
すなわち、上記と同様に、仕事量が所定の仕事量閾値以下であるので、ハンドルを操舵していないのであるが、このような場合においては、ハンドルの▲２▼手放し状態か▲３▼保舵状態のいずれかの状態である。
【００２１】
▲２▼手放し状態であるのであれば、トルクは発生しないが、路面からの外力によって、操舵角はずれるであろう。したがって、検出される操舵角が操舵角閾値以下であれば、検出手段は▲３▼保舵状態であると判定することができる。
【００２２】
また、本発明のハンドル操舵状態検出装置は、検出手段による操舵状態の検出結果に応じて、前記出力軸の回転助勢を行うモータを更に備えることを特徴とする。ハンドルの操舵状態が検出された場合、実操舵状態にのみ、原則的に出力軸の回転助勢を行うことができ、したがって、運転者の意思に反した回転助勢を抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は車両に搭載された操舵装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【００２４】
操舵装置２０は、ハンドル２２と、ハンドル２２の操舵トルクをピニオンギヤ（出力軸）２６を介してラック２８に伝達して操舵輪３０，３２の切り角を変更するステアリングシャフト（入力軸）２４と、出力トルクを減速機３６とピニオンギヤ３８とを介してラック２８に出力するモータ３４と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット（ＥＣＵ：検出手段）５０とを備えている。
【００２５】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ５４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ５６と、入出力ポート（図示せず）とを備えている。
【００２６】
ＥＣＵ５０には、ステアリングシャフト２４に取り付けられたトルクセンサ４２からの軸トルクＴｐ、ステアリングシャフト２４に取り付けられた操舵角センサ４０からの操舵角θｈ、車速センサ５８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、モータ３４への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２７】
すなわち、このハンドル操舵状態検出装置は、ハンドル２２に連結されたステアリングシャフト２４と、このステアリングシャフト２４に連結したピニオンギヤ２６と、ハンドル２２の操舵角を検出する操舵角センサ４０と、ステアリングシャフト２４及びピニオンギヤ２６間のトルクを検出するトルクセンサ４２とを備えている。
【００２８】
操舵角センサ４０出力される操舵角θｈの値はＥＣＵ５０によって時間微分される。また、トルクセンサ４２から出力されるトルクＴｐの値はＥＣＵ５０によって、操舵角θｈの時間微分値Δθｈ／Δｔと掛け合わされる（ｔは時間）。すなわち、ＥＣＵ５０は、時間微分値Δθｈ／ΔｔとトルクＴｐの積Ｗ（＝Δθｈ／Δｔ×Ｔｐ）に応じて、ハンドルの操舵状態を検出する。
【００２９】
運転者の直接のハンドル２２の操舵動作というものは、ハンドル２２に対する仕事量であり、この仕事量を検出すれば、より正確なハンドル操舵状態を検出することができる。この仕事量Ｗとは、操舵角の時間微分値Δθｈ／Δｔ及びトルクＴｐの「積」であるため、ＥＣＵ５０によって仕事量Ｗを演算することで、運転者の直接のハンドル操舵動作、すなわち、正確なハンドル操舵状態を検出することができる。
【００３０】
このハンドル操舵状態検出装置は、ＥＣＵ５０による操舵状態の検出結果に応じて、ピニオンギア２６の回転助勢を行うモータ３４を更に備えている。ハンドル２２の操舵状態が検出された場合、実操舵状態（ハンドルを実際に動かしている状態）にのみ、ピニオンギア２６の回転助勢を行うことができ、したがって、運転者の意思に反した回転助勢を抑制することができる。
【００３１】
運転者によるハンドル操舵状態には、ハンドルの▲１▼実操舵状態、▲２▼手放し状態、▲３▼保舵状態の３種類がある。
【００３２】
ＥＣＵ５０は、これに入力される操舵角θｈ及びトルクＴｐに応じて、仕事量Ｗ（＝Δθｈ／Δｔ×Ｔｐ）を演算した後、仕事量Ｗからハンドル操舵状態を判定し、当該判定結果とトルクＴｐに応じてモータ３４を制御する。この制御手法は以下の通りである。
【００３３】
判定結果が▲１▼実操舵状態である場合には、トルクＴｐや操舵角θｈに応じてモータ３４を回転させればよい。モータ３４は仕事量Ｗに応じて回転させることもでき、或いは、従来から知られているように、車速やヨーレートに応じてモータ３４の回転制御量を変化させることもできるが、いずれにしても、実操舵状態ではモータ３４を駆動する。
【００３４】
判定結果がハンドルの▲２▼手放し状態である場合には、原則的には、トルクＴｐや操舵角θｈに応じては、モータ３４を回転させない。すなわち、ハンドル２２は路面からの外力によって回転するので、例えば、操舵角θｈに比例させてモータ３４による助勢を行うと、運転者の意図とは無関係に助勢が行われてしまうからである。
【００３５】
ここで、「原則的」というのは、運転者の操作ミスを補助するロジック、例えば、緊急時に手放し状態となることによって車両が横転する可能性がある場合等には、車両横転を回避する方向にモータ３４を回転させる等の制御を行うことはできる。
【００３６】
判定結果がハンドルの▲３▼保舵状態である場合には、原則的には、トルクＴｐや操舵角θｈに応じては、モータ３４を回転させない。すなわち、ハンドル２２は路面からの外力によって回転するので、例えば、トルクＴｐに比例させてモータ３４による助勢を行うと、運転者の意図とは無関係に助勢が行われてしまうからである。
【００３７】
ここで、「原則的」というのは、車両旋回中に旋回方向とは逆方向にハンドルに力を加えている場合、所謂逆ハンドルを当てている場合等においては、ハンドルの保舵に大きな力が必要であり、この場合には助勢を行うことが運転者の意図であるため、保舵状態であっても助勢を行うことができる。
【００３８】
さて、ＥＣＵ１０によるハンドルの操舵状態判定は、以下のようにして行う。
【００３９】
図２は、時間ｔに対するトルクＴｐ、操舵角θｈ、操舵角時間微分値Δθｈ／Δｔ及び仕事量Ｗの関係を示すグラフである。
【００４０】
ＥＣＵ５０においては、上述の「積」＝仕事量Ｗが、所定の仕事量閾値Ｗ１を正方向に超えた場合、又は、所定の仕事量閾値−Ｗ１を負方向に超えた場合には、ハンドル操舵時と判定する。ここで規定される仕事量Ｗの符号は、演算上導かれる方向を示す値であり、演算上では仕事量の絶対値が仕事量閾値Ｗ１を超えたかどうかを判定していると表現することもできる。このように、ＥＣＵ５０において求められた仕事量Ｗが、仕事量閾値Ｗ１を超えた場合には、運転者がハンドル２２を操舵しているものと判定することができる。すなわち、この期間は▲１▼実操舵状態（操舵期間）であると判定する。
【００４１】
ＥＣＵ５０は、上述の「積」＝仕事量Ｗ（絶対値）が所定の仕事量閾値Ｗ１以下であって、且つ、トルクＴｐ（絶対値）が所定のトルク閾値Ｔｐ１以下である場合に、ハンドルの▲２▼手放し状態（手放し期間）であると判定する。
【００４２】
すなわち、仕事量Ｗ（絶対値）が、所定の仕事量閾値Ｗ１以下であるので、運転者はハンドル２２を操舵していないのであるが、このような場合においては、ハンドルの▲２▼手放し状態か▲３▼保舵状態のいずれかの状態である。
【００４３】
▲３▼保舵状態であるのであれば、路面からの外力によって、ピニオンギア２６がステアリングシャフト２４に対して捻れ、トルクＴｐが検出されるであろう。したがって、検出されるトルクＴｐがトルク閾値Ｔｐ１以下であれば、ＥＣＵ５０は▲２▼手放し状態であると判定することができる。
【００４４】
また、ＥＣＵ５０は、上述の「積」が所定の仕事量閾値Ｗ１以下であって、且つ、操舵角θｈ（絶対値）が所定の操舵角閾値θｈ１以下である場合に、ハンドルの▲３▼保舵状態であると判定する。
【００４５】
すなわち、上記と同様に、仕事量Ｗが所定の仕事量閾値Ｗ１以下であるので、ハンドル２２を操舵していないのであるが、このような場合においては、ハンドルの▲２▼手放し状態か▲３▼保舵状態のいずれかの状態である。
【００４６】
▲２▼手放し状態であるのであれば、トルクは発生しないが、路面からの外力によって、操舵角θｈはずれるであろう。したがって、検出される操舵角θｈが操舵角閾値θｈ１以下であれば、ＥＣＵ５０は▲３▼保舵状態であると判定することができる。
【００４７】
また、上記判定は、それぞれの状態判定の条件を満たした状態が所定期間続いた場合に確定される。また、上述の各閾値や所定期間は、実際の車両で動作させた場合のサンプルデータから好適なものを選択して予め決定する。
【００４８】
また、実操舵期間においては、特異な操舵状態を判定することができる。
【００４９】
すなわち、同図中の時刻Ｐ１、Ｐ２においては、以下の条件１を満たし、仕事量Ｗは、ハンドル切り角が最大値のところの値を示す。
（条件１）
仕事量Ｗ＝０
トルクＴｐ（操舵角θｈ）≠０
微分値Δθｈ／Δｔ＝０
【００５０】
時刻Ｐ３においては、以下の条件２を満たし、ハンドル２２が正方向から逆方向に切り変えられる変位点であることを示している。
（条件２）
仕事量Ｗ＝０、
トルクＴｐ＝０、
操舵角θｈ＝０、
微分値Δθｈ／Δｔ≠０
【００５１】
時刻Ｐ４、Ｐ５においては、以下の条件３を満たし、ハンドル２２が中点近傍に位置するものと判定できる。
（条件３）
仕事量Ｗ＝０、
トルクＴｐ＝０、
操舵角θｈ＝０、
微分値Δθｈ／Δｔ≒０
【００５２】
このように、上述の判定制御によれば、様々なハンドルの操舵状態を判定することができるので、各種の制御にこれを応用することができる。
【００５３】
以上、説明したように、上述のハンドル操舵状態検出装置によれば、運転者がハンドル２２に与えた直接の仕事量をＥＣＵ５０が検出するので、より正確なハンドル操舵状態を検出することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のハンドル操舵状態検出装置によれば、運転者の直接の仕事量を検出するので、より正確なハンドル操舵状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された操舵装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】時間ｔに対するトルクＴｐ、操舵角θｈ、操舵角時間微分値Δθｈ／Δｔ及び仕事量Ｗの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２０…操舵装置、２２…ハンドル、２４…ステアリングシャフト、２４…入力軸、２６…出力軸、２８…ラック、３０，３２…操舵輪、３４…モータ、３６…減速機、３８…ピニオンギヤ、４０…操舵角センサ、４２…トルクセンサ、４２…操舵角センサ、５０…電子制御ユニット、５８…車速センサ。

Claims

ハンドルに連結された入力軸と、
この入力軸に連結した出力軸と、
前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、
前記入力軸及び前記出力軸間のトルクを検出するトルクセンサとを備えたハンドル操舵状態検出装置において、
前記操舵角センサから出力される前記操舵角の時間微分値及び前記トルクセンサから出力される前記トルクの積に応じて、前記ハンドルの操舵状態を検出する検出手段を備え、前記検出手段は、
前記積が所定の仕事量閾値以下であって、且つ、前記トルクが所定のトルク閾値以下である場合に、前記ハンドルの手放し状態であると判定することを特徴とするハンドル操舵状態検出装置。
前記検出手段は、
前記積が所定の仕事量閾値を超えた場合に、ハンドルを実際に動かしているハンドル操舵時と判定することを特徴とする請求項１に記載のハンドル操舵状態検出装置。
前記検出手段は、
前記積が所定の仕事量閾値以下であって、且つ、前記操舵角が所定の操舵角閾値以下である場合に、前記ハンドルの保舵状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載のハンドル操舵状態検出装置。
前記検出手段による操舵状態の検出結果に応じて、前記出力軸の回転助勢を行うモータを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のハンドル操舵状態検出装置。