JP5206392B2 - ステアリング制御装置及びステアリング制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵に対する操向輪の転舵を制御する技術に関する。

ステアリング制御装置としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この装置は、前輪の転舵に伴い、後輪を前輪と同相に転舵制御する。そして、ステアリングホイールの操舵速度が小さいときは、後輪の転舵角を大きくする。これによって、車両のヨー方向の速度を小さくして、高速走行時等に急な転舵による車両姿勢の急変化等を回避して乗員が安定感を感じるようにする。一方、ステアリングホイールの操舵速度が大きいときは、後輪の転舵角を小さくする。これよって、レーンチェンジ等において、車両のヨー方向の速度を増して回答性を向上する。
特開平５−８５３８５号公報

上記従来技術は、ステアリングホイールの操舵速度が大きい場合に、ステアリング操作初期の応答性を向上することができる。しかし、操舵速度が大きい転舵中は、後輪の転舵角が小さいままであるため、車両のヨー方向の速度が増加し続ける。この結果、ステアリング操作後期で、車両のヨー方向の速度が大きくなって、車両が転舵方向に回転する動きが大きくなる、所謂、ヨーレイトによる車両の巻き込み現象が発生する。
本発明は、そのような点に着目したもので、ステアリング操作初期の応答性の向上と、ステアリング操作後期のヨーレイトによる車両の巻き込み現象の回避との両立を図ることが可能とすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ステアリングホイールの操舵速度に対する操向輪の転舵速度の比である速度比について、ステアリング操作初期の速度比をステアリング操作後期の速度比よりも大きな値に制御する。ステアリング操作初期の速度比は、ステアリングホイールの操舵速度の絶対値に比例した値で補正して、ステアリング操作後期の速度比は、ステアリングホイールの操舵加速度の絶対値に比例した値で補正する。

ステアリング操作初期においては、相対的にステアリングホイールの操舵速度に対する操向輪の転舵速度が大きいため、車両の転舵方向変位（ヨー方向変化）の応答性を向上することができる。さらに、ステアリング操作後期においては、相対的に運転者のステアリングホイールの操舵速度に対する操向輪の転舵速度を小さくなるため、ステアリング操作の後半における車両のヨー方向の速度増加を抑制して、車両の巻き込み現象を回避することができる。
このように、ステアリング操作初期の応答性の向上と、ステアリング操作後期にヨーレイトの巻き込み現象の回避とを両立することができる。

次に、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係るステアリング装置を説明するための概要図である。
（構成）
本実施形態のステアリング装置は、バイワイヤ方式のステアリング装置を例に挙げて説明する。
符号１は、運転者が操作するステアリングホイールである。ステアリング軸は、上部ステアリング軸２と下部ステアリング軸３とからなる。通常時にあっては、上部ステアリング軸２と下部ステアリング軸３とは分離しており、異常を検出すると、上部ステアリング軸２と下部ステアリング軸３とが接続する。

上部ステアリング軸２は、その上部を上記ステアリングホイール１に連結する。これによって、上部ステアリング軸２は、ステアリングホイール１の回転に伴い軸回転する。
下部ステアリング軸３は、その下部を、ラック−ピニオン機構を介してラック軸４に連結する。ラック軸４の端部は、それぞれタイロッド５を介してナックル６に連結する。ナックル６は、操向輪７を回転自在に支持する。これによって、下部ステアリング軸３が回転変位すると、所定のギア比によってラック軸４が車幅方向に変位する。そして、左右の操向輪７が転舵する。

ステアリング制御装置として、操舵角センサ１０、転舵アクチュエータ１２、及び転舵コントローラ１１を備える。また、車速センサ１３を備える。
車速センサ１３は、車輪の回転情報などに基づき車両速度を検出する。検出した車両速度情報を転舵コントローラ１１に出力する。
操舵角センサ１０は、ステアリングホイール１の操舵角θを検出する。本実施形態では、操作角センサは、上部ステアリング軸２の回転角を検出する。なお、ステアリングホイール１の操舵速度θ′を直接、検出しても良い。操舵角センサ１０は、検出した操舵角信号を転舵コントローラ１１に出力する。

転舵アクチュエータ１２は、上記下部ステアリング軸３を回転駆動する。転舵アクチュエータ１２は、操向離の転舵角が転舵コントローラ１１からの転舵角信号に応じた転舵角となるように、下部ステアリング軸３を回転変位させる。
転舵コントローラ１１は、ステアリングホイール１の操舵速度θ′に基づき転舵角修正量θｒ^*（転舵角指令値）を算出し、算出した転舵角修正量θｒ^*に応じた転舵角信号を、転舵アクチュエータ１２に出力する。

次に、転舵コントローラ１１の処理について、図２を参照して説明する。
転舵コントローラ１１は、所定の制御周期で作動する。なお、後述の転舵角修正量θｒには、初期値として「０」を設定してある。
まずステップＳ１０にて、現在の操舵角θ及び車速Ｖを入力する。
次に、ステップＳ２０にて、初期用ゲインＫ１を求める。本実施形態では、初期用ゲインＫ１は、図３に示すようなマップ若しくは関数を使用して、入力した車速Ｖを変数として算出する。この初期用ゲインＫ１は、図３に示すように、車速Ｖが高いほど小さな値となる。

次に、ステップＳ３０にて、後期用ゲインＫ２を求める。本実施形態では、後期用ゲインＫ２は、本実施形態図４に示すようなマップ若しくは関数を使用して、入力した車速Ｖを変数として算出する。この後期用ゲインＫ２は、図４に示すように、車速Ｖが大きいほど大きな値となる。
次に、ステップＳ５０では、操舵角θに基づき、操舵速度θ′及び操舵加速度θ″を求める。すなわち、操舵角θを微分処理して操舵速度θ′（操舵角速度）を演算する。操舵速度θ′を微分処理して操舵加速度θ″（操舵角加速度）を演算する。

次に、ステップＳ６０では、ステアリング操作初期かステアリング操作後期か否かの判別を行う。判別の結果、ステアリング操作初期と判定した場合にはステップＳ６０に移行する。ステアリング操作後期と判定した場合にはステップＳ７０に移行する。
本実施形態では、ステアリング操作初期かステアリング操作後期かの判別は、次のように行う。すなわち、操舵速度θ′の変化の向きが変化したか、つまり操舵加速度θ″の符号が変化したか否かによって判別する。

本実施形態では、操舵速度θ′の符号と操舵加速度θ″の符号とを比較して、ステアリング操作初期かステアリング操作後期かの判別を行う。具体的には、操舵速度θ′の符号と操舵加速度θ″の符号とが同符号の場合には、ステアリング操作初期と判別する。一方、操舵速度θ′と操舵角θ速度の符号が異符号の場合には、ステアリング操作後期と判別する。

ステップＳ６０では、下記式に基づき転舵角修正量θｒ^*を算出してステップＳ８０に移行する。
θｒ^* ＝ θｒ ＋Ｋ１×｜θ′｜
一方、ステップＳ７０では、下記式に基づき転舵角修正量θｒ^*を算出してステップＳ８０に移行する。
θｒ^* ＝ θｒ −Ｋ２×｜θ″｜
ステップＳ８０では、転舵角修正量θｒ^*に応じた制御信号（転舵角信号）を転舵アクチュエータ１２に出力して、ステップＳ９０に移行する。
ステップＳ９０では、転舵角修正量θｒ^*を転舵角修正量θｒに入力して復帰する。
θｒ ＝ θｒ^*

（動作・作用）
ステアリング操作初期においては、操舵速度θ′の絶対値に比例した量だけ増加するように転舵角を補正する。一方、ステアリング操作後期においては、操舵加速度θ″の絶対値に比例した量だけ減少するように転舵角を補正する。
この結果、ステアリング操舵速度θ′に対する操向輪７の転舵速度の比は、ステアリング操作初期がステアリング操作後期と比較して大きな値となる。
すなわち、ステアリング操作初期においては、運転者のステアリングホイール１の操作に応じて、相対的に操舵速度θ′に対する操向輪７の転舵速度が大きくなる。このため、ステアリング操作初期における、車両の転舵方向変位（ヨー方向変化）の応答性を向上させることができる。

さらなる運転者のステアリングホイール１の操作に応じて、ステアリング操作後期においては、操舵速度θ′に対する操向輪７の転舵速度を小さくなる。このため、ステアリング操作後期における、車両のヨー方向の速度が増加し続けることを回避して、操舵の後半における車両のヨー方向の速度の増加を抑制する。この結果、車両姿勢が不安定になることを確実に回避することができる。

以上の動作によって、ステアリング操作初期の応答性の向上と、ステアリング操作のヨーレイトの巻き込み現象の回避とを両立することができる。
また、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、操舵速度θ′の絶対値は、ステアリング操作初期においては、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い減少する。また、操舵加速度θ″は、ステアリング操作後期においては、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い増加する。

これにより、転舵角に対する補正量は、ステアリング操作初期については、徐々に減少する。一方、転舵角に対する補正量は、ステアリング操作後期については、徐々に増加する。この結果、ステアリング操作初期からステアリング操作後期に移行時における、補正量の変化が大きくなることを防止する。すなわち、ステアリング特性の急変を回避する。すなわち、ステアリング操作初期は、操舵速度θ′を基準とした補正量を用いる事で、操舵角θの立ち上がりと切り替えポイントでのステアリング操作後期へのつながりを滑らかにする事ができる。また、ステアリング操作後期は、操舵加速度θ″を基準とした補正量を用いる事で、ステアリング操作後期のヨーレイトを減少させて操舵終了時に滑らかに操舵制御が収束する事ができる。よって、補正切り換えのギャップを小さくできるため、ステアリング特性が急変することを回避できて、違和感の無い自然な操舵感を得ることができる。

また、初期用ゲインＫ１を、車速Ｖが高いほど小さく設定し、後期用ゲインＫ２を車速Ｖが高いほど大きく設定している。これによって、車速Ｖが低速側の場合における、ステアリング操作初期の応答性向上の作用を大きくする。一方、車速Ｖが高速側の場合における、ステアリング操作後期の、ヨーレイトの巻き込み現象を回避する作用を大きく設定する。すなわち、低速側では、ステアリング操作初期の初期用ゲインＫ１を高速に対して増加させてステアリング操作初期の操舵角θ修正量を大きくとることで、操舵に対するキビキビ感を強調した応答性にできる。また高速側では、ステアリング操作後期の後期用ゲインＫ２を低速に対して増加させることで、後半の操舵角θ修正量を大きくとり、高速でのヨーレイトの巻き込みを確実に低減させる事ができる。

ここで、操舵角センサ１０及びステップＳ４０は、操舵速度取得手段を構成する。転舵アクチュエータ１２は、転舵装置を構成する。転舵コントローラ１１は、転舵制御手段を構成する。ステップＳ４０は、操舵加速度取得手段を構成する。ステップＳ５０は、操作時期判別手段を構成する。ステップＳ６０及びステップＳ７０は、補正手段を構成する。
操舵速度θ′の絶対値は、操作初期用補正量を構成する。操舵加速度θ″の絶対値は、操作後期用補正量を構成する。転舵角修正量θｒは、目標転舵角を構成する。

（本実施形態の効果）
（１）転舵制御手段は、ステアリングホイール１の操舵速度θ′に対する操向輪７の転舵速度の比である速度比について、ステアリング操作初期の速度比をステアリング操作後期の速度比よりも大きな値に制御する。
これによって、ステアリング操作初期においては、車両の転舵方向変位（ヨー方向変化）の応答性を向上することができる。さらに、ステアリング操作後期においては、車両のヨー方向の速度が増加し続けることを回避して、操舵の後半における車両のヨー方向の速度の増加を抑制して、車両姿勢が不安定になることを確実に回避することができる。
この結果、ステアリング操作初期の応答性の向上と、ステアリング操作後期における、ヨーレイトの巻き込み現象の回避とを両立することができる。

（２）操作時期判別手段が、ステアリング操作の操作初期と操作後期とを判別する。補正手段が、 上記操作時期判別手段の判別結果に基づき、ステアリング操作初期と判定した場合には操作初期用補正量を加え、ステアリング操作後期と判定した場合には操作後期用補正量を減ずる補正を行う。
これによって、ステアリングホイール１の操舵速度θ′に対する操向輪７の転舵速度の比である速度比について、ステアリング操作初期の速度比をステアリング操作後期の速度比よりも大きな値にすることが可能となる。
すなわち、ステアリング操作初期のタイミングではステアリング操作に対し転舵角を増加調整して、ヨーレイトの初期応答量が増加する。またステアリング操作後期のタイミングではステアリング操作に対し転舵角を初期に対して減少調整して、後半のヨーレイトの巻き込み（増加）を抑える。

（３）上記操作初期用補正量は、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い減少する。また、上記操作後期用補正量は、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い増加する。
これによって、ステアリング操作初期からステアリング操作後期への移行時に、補正量の変化が大きくなることを抑えることが可能となる。この結果、ステアリング操作初期からステアリング操作後期への移行時における、ステアリング特性が急変することを回避できて、違和感の無い自然な操舵感を得ることができる。

（４）上記操作初期用補正量は、操舵速度θ′の絶対値に比例した値である。上記操作後期補正量は、操舵加速度θ″の絶対値に比例した値である。
これによって、上記操作初期用補正量は、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い減少するように設定可能となる。また、上記操作後期用補正量は、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い増加するように設定可能となる。

（５）操作初期用補正量に乗算する初期用ゲインＫ１と、操作後期用補正量に乗算する後期用ゲインＫ２とを備える。初期用ゲインＫ１は、車速Ｖが高いほど小さな値に設定する。後期用ゲインＫ２は、車速Ｖが高いほど大きな値に設定する。
これに追って、車速Ｖが低速側における、ステアリング操作初期の応答性の向上と、車速Ｖが高速側における、ステアリング操作後期でのヨーレイトの巻き込み現象の回避の効果を向上出来る。すなわち、車速Ｖの低速側及び高速側で、ステアリング操作初期の応答性とステアリング操作後期の安定性のバランスを調整できる。

（６）操作時期判別手段は、ステアリングホイール１の操舵速度θ′の変化の向きに基づきステアリング操作初期とステアリング操作後期とを判別する。
これによって、ステアリング操作初期とステアリング操作後期とを判別可能となる。
（７）操作時期判別手段は、操舵速度θ′の符号と操舵加速度θ″の符号を比較することで、ステアリング操作初期とステアリング操作後期とを判別する。
これによって、ステアリング操作初期とステアリング操作後期との判別処理が簡易となる。また、操舵方向の正逆に関係なく簡易に判定出来る。

本発明に基づく実施形態に係るステアリング制御装置を備えた車両を示す模式図である。 本発明に基づく実施形態に係る転舵コントローラの処理を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る初期用ゲインＫ１を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る後期用ゲインＫ２を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る作用を説明する図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ 上部ステアリング軸
３ 下部ステアリング軸
４ ラック軸
７ 操向輪
１０ 操舵センサ
１１ 転舵コントローラ（転舵制御手段）
１２ 転舵アクチュエータ（転舵装置）
１３ 車速センサ
Ｋ１ 初期用ゲイン
Ｋ２ 後期用ゲイン
Ｖ 車速
θ 操舵角
θ′ 操舵速度（操作初期用補正量）
θ″ 操舵加速度（操作後期用補正量）
θｒ 転舵角修正量（目標転舵角）
θｒ^* 転舵角修正量

Claims (6)

1. ステアリングホイールの操舵速度を取得する操舵速度取得手段と、操向輪を転舵させる転舵装置と、上記転舵装置を介して操向輪の転舵角を制御する転舵制御手段とを備え、
   上記転舵制御手段は、
   ステアリング操作の操作初期と操作後期とを判別する操作時期判別手段と、
   上記操作時期判別手段の判別結果に基づき、目標転舵角に対し、ステアリング操作初期と判定した場合には操作初期用補正量を加え、ステアリング操作後期と判定した場合には操作後期用補正量を減ずる補正を行う補正手段と、
   を備えて、上記ステアリングホイールの操舵速度に対する操向輪の転舵速度の比である速度比について、ステアリング操作初期の速度比をステアリング操作後期の速度比よりも大きな値に制御し、
   上記操作初期用補正量は、ステアリングホイールの操舵速度の絶対値に比例した値であり、上記操作後期補正量は、ステアリングホイールの操舵加速度の絶対値に比例した値であることを特徴とするステアリング制御装置。
2. 上記操作初期用補正量は、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い減少し、かつ、上記操作後期用補正量は、ステアリング操作開始からの時間経過に伴い増加することを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 操作初期用補正量に乗算する初期用ゲインと、操作後期用補正量に乗算する後期用ゲインとを備え、初期用ゲインを、車速が高いほど小さな値に設定し、後期用ゲインを、車速が高いほど大きな値に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したステアリング制御装置。
4. 上記操作時期判別手段は、ステアリングホイールの操舵速度の変化の向きに基づきステアリング操作初期とステアリング操作後期とを判別することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したステアリング制御装置。
5. ステアリングホイールの操舵加速度を取得する操舵加速度取得手段を備え、
   操作時期判別手段は、操舵速度の符号と操舵加速度の符号を比較することで、ステアリング操作初期とステアリング操作後期とを判別することを特徴とする請求項４に記載したステアリング制御装置。
6. ステアリングホイールの操舵速度に対する操向輪の転舵速度の比である速度比について、ステアリング操作初期の速度比をステアリング操作後期の速度比よりも大きな値に制御することを特徴とするステアリング制御方法。

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