JP6058214B2 - 操舵制御装置およびその操舵補助トルク制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、モータで操舵補助トルクを発生することで、運転者の操舵トルクを調整する操舵制御装置等に関するものである。

従来の操舵制御装置では、ステアリングの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵状況に応じて目標操舵トルクを設定する目標操舵トルク設定手段と、目標操舵トルク設定手段で設定した目標操舵トルクに、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクが追従するようにモータの操舵補助トルクを発生させる操舵制御装置が提案されている(例えば特許文献１、２)。

特開平５−３０１５７５号公報(図１) 特開２００２−１２０７４３号公報(図１０)

このような操舵制御装置にあっては、目標操舵トルク設定手段で設定した目標操舵トルクと、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクとの偏差に応じて、モータの補助操舵トルクを設定する操舵制御装置となっているが、運転者がステアリングホイールを保舵して操舵している場合のみを想定して設計されているため、運転者がステアリングホイールから手を放した、手放し状態において、ステアリングホイールが中立点に戻らない、または、逆に戻りすぎるといった課題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、運転者がステアリングホイールを持って操舵している場合には、操舵トルクが目標操舵トルクに追従することで、滑らかな操舵を実現するとともに、ステアリングホイールを手放しした時には、適切な速度でステアリングを中立点に戻すことができ、操舵時と手放し時の良好な操舵フィーリングを両立できる操舵制御装置等を提供することを目的としている。

この発明は、ステアリング軸に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、目標操舵トルクを設定する目標操舵トルク設定部と、前記目標操舵トルクと前記操舵トルクの偏差の積分値に比例した第１の操舵補助トルクを演算する第１の操舵補助トルク演算部と、前記ステアリング軸に操舵補助トルクを与えるモータの回転角速度を検出するモータ回転角速度検出部と、前記モータの回転角速度に比例し、ステアリングホイールが中立点に戻る時にステアリングホイールの戻り速度を抑える方向に作用する第２の操舵補助トルクを演算する第２の操舵補助トルク演算部と、前記第１の操舵補助トルクと前記第２の操舵補助トルクの和により前記モータのモータ操舵補助トルクを演算する加算部と、前記モータの前記操舵補助トルクを演算された前記モータ操舵補助トルクに合わせるように前記モータの電流を制御する電流駆動器と、を備える操舵制御装置等にある。

この発明によれば、運転者がステアリングホイールを持って操舵している場合には、操舵トルクが目標操舵トルクに追従することで、滑らかな操舵を実現することができ、かつ、ステアリングホイールを手放しした時には、操舵トルクが適度な追従偏差を持って目標操舵トルクに追従するため、適切な速度でステアリングホイールを中立点に戻すことができ、操舵時と手放し時の良好な操舵フィーリングを両立できる。

この発明の一実施の形態による操舵制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による操舵制御装置の要部の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による操舵制御装置の要部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による操舵制御装置の運転者によるステアリングホイール操舵時の操舵角度と路面反力トルクおよび目標操舵トルクとの関係を示した図である。 この発明の実施の形態１による操舵制御装置の運転者がステアリングホイールを手放しした時の操舵角度と操舵トルクの関係を示した図である。 この発明の実施の形態２による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による操舵制御装置の要部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による操舵制御装置の要部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態５による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態６による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による操舵制御装置の運転者がステアリングホイールを手放しした時の操舵角度の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２による操舵制御装置の運転者がステアリングホイールを手放しした時の操舵角度の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態３による操舵制御装置の操舵トルクの応答性を説明するための図である。 この発明の実施の形態４から６による操舵制御装置の運転者がステアリングホイールを手放しした時の操舵角度と操舵トルクの関係を示した図である。 この発明の実施の形態７による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態７による操舵制御装置の要部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態８による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態８による操舵制御装置の要部の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明による操舵制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による操舵制御装置を示す構成図である。ステアリングホイール１に連結したステアリング軸２の回転に応じて左右の転舵輪３が転舵される。ステアリングホイール１には、操舵角度を検出する操舵角度センサ４が配置されている。ステアリング軸２にはさらに、操舵トルク検出部であるトルクセンサ５が配置され、ステアリング軸２に作用する操舵トルクを検出する。モータ６は減速機構７を介してステアリング軸２に連結しており、モータ６が発生する操舵補助トルクをステアリング軸２に付与することができる。車両の車速は車速検出部である車速センサ８で検出する。またモータ６に流れる電流は電流センサ９で検出する。モータ６の回転角度はモータ回転角度センサ１０で検出する。

制御ユニット１１はモータ６が発生させる操舵補助トルクを演算し、操舵補助トルクを発生するために必要なモータ６の電流を制御するものであり、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むメモリ(図示省略)を設けたマイコン(図２の制御ユニット１１内の電流駆動器１２以外の部分)と、モータ電流を駆動する電流駆動器１２(図２参照)を備える。

次にこの発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図２のブロック図と要部の動作を示す図３のフローチャートとで説明する。なおフローチャートに示す動作は設定時間の制御周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１において、車両の横運動に関する状態量を検出する操舵状態検出器２１として、操舵角度センサ４を用いて、操舵角度を検出する。
車速センサ８で車速を検出する。
トルクセンサ５で操舵トルクを検出する。
モータ回転角度センサ１０でモータ回転角度を検出する。モータ回転角速度検出部３０では、モータ回転角度センサ１０で検出したモータ回転角度を微分器３０ａで微分してモータ回転角速度を演算する。

ステップＳ２では、目標操舵トルク設定部２２において、検出した操舵角度と車速から第１の目標操舵トルクを演算する。

ステップＳ３では、減算器２３において、目標操舵トルク設定部２２で設定した目標操舵トルクと、トルクセンサ５で検出した操舵トルクの偏差を演算する。

ステップＳ４では、第１の操舵補助トルク演算部２４において、目標操舵トルクと操舵トルクとの偏差を積分器２４ａで積分後、乗算器２４ｂで積分制御ゲインＫＴＩを掛けて第１の操舵補助トルクを演算する。

ステップＳ５では、第２の操舵補助トルク演算部２５において、モータ回転角速度に乗算器２５ａにより速度制御ゲインＫＴＶを掛けて第２の操舵補助トルクを演算する。

ステップＳ６では、加算部である加算器２６において、第１の操舵補助トルクと第２の操舵補助トルクを加算して、モータ６を制御するモータ操舵補助トルク(以下単に操舵補助トルクともいう)とする。

ステップＳ７では、電流駆動器１２において、モータ６がモータ操舵補助トルクを発生するようにモータ６の電流を駆動する、すなわち求められたモータ操舵補助トルクに従ってモータ６の電流を制御して駆動させる。

次に、このように構成された操舵制御装置の効果を説明する。
車両の操舵制御装置では、運転者がステアリングホイール１を持って操舵している状態と、運転者がステアリングホイール１から手を放した手放し状態と、の両方を考慮する必要がある。

例えば、車速が低い(遅い)走行においては、転舵輪３と路面との間に発生する路面反力トルクがステアリングホイール１を中立点に戻そうとするが、路面反力トルクが、ステアリング機構に内在する摩擦より小さいとステアリングホイール１が中立点に戻らない。

図４に、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の運転者によるステアリングホイール操舵時の操舵角度ＳＡと路面反力トルクＲＣＴおよび目標操舵トルクＴＳＴとの関係を示す。
図４において、Ｔはトルク、ＳＡは操舵角度、ＲＣＴは路面反力トルク、ＴＳＴは目標操舵トルク、ＳＣＲが操舵反力トルクを示す。
図４において、このような車速が低い(遅い)走行時において、運転者がステアリングホイール１を操舵した時の、操舵角度ＳＡと路面反力トルクＲＣＴの関係が破線で示されている。操舵角度変化に対する路面反力トルク変化の傾きが小さいため、運転者がステアリングホイール１を操舵しても、操舵反力トルクＳＣＴが伝わらない。目標操舵トルク設定部２２で設定した図４に実線で示す目標操舵トルクＴＳＴに、トルクセンサ５で検出した操舵トルクが追従するようにモータ６の操舵補助トルクを発生させる操舵制御装置では、目標操舵トルクを図４に示すように設定することで、操舵補助トルクで操舵反力トルクを生み出し、運転者に操舵した時の手ごたえを伝えることができ、反力感を向上させることができる。

ただし、上記特許文献１に記載のような、目標操舵トルク設定手段で設定した目標操舵トルクと、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクとの偏差に対して、比例制御ゲインを掛けた操舵補助トルク比例制御成分と、偏差を積分して積分制御ゲインを掛けた操舵補助トルク積分制御成分と、偏差を微分して微分制御ゲインを掛けた操舵補助トルク微分制御成分との和から操舵補助トルクを演算する操舵制御装置では、運転者は、ステアリングホイールを保舵している時は、操舵補助トルク積分制御成分により、運転者の操舵トルクが目標操舵トルクに追従し、運転者は適度な反力感を得ることができるが、手放しした場合にも操舵補助トルク積分制御成分により、操舵トルクが目標操舵トルクに追従してしまうため、ステアリングホイールが中立点に戻りすぎ、戻り速度が過大になってしまう恐れがあった。

図５に、この発明の実施の形態１による操舵制御装置の運転者がステアリングホイールを手放しした時の操舵角度と操舵トルクの関係を示す。Ａが本願の動作軌跡、Ｂが特許文献１の軌跡、Ｃが特許文献２の軌跡を示す。また図１３には、本願発明と従来技術の操舵角度の動作を示す。

すなわち、図５に示すように、手放しポイントＨＰで運転者がステアリングホイールを手放しすると、運転者はステアリングホイールを保舵していないため、トルクセンサ５で検出する操舵トルクを目標操舵トルクＴＳＴに追従させるためには、モータ６を中立点方向に向けて加速させて、ステアリングホイールに作用する慣性モーメントにより、トルクセンサ５で検出する操舵トルクを発生させる必要があり、ステアリングホイールを中立点に戻す方向の操舵補助トルクが過大になる。その結果、図１３に太い実線で示すように、ステアリングホイール１が中立点に戻り過ぎ、戻り速度が過大になってしまう。なお、このような手放しの定常状態においては、偏差の微分から演算する微分制御成分は値が小さくなるため、戻り速度過大に対して改善効果がない。また、偏差の微分は、ノイズが生じ易い、あるいは、モータ６とトルクセンサ５の位置が離れている場合、制御の安定性を確保し難い課題もある。

また、上記特許文献２に記載のような、目標操舵トルク設定手段で設定した目標操舵トルクと、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクとの偏差に対して、比例制御ゲインを掛けた操舵補助トルク比例制御成分と、偏差を微分して微分制御ゲインを掛けた操舵補助トルク微分制御成分と、モータ回転角速度に速度制御ゲインを掛けたモータ速度制御成分との和から操舵補助トルクを演算した場合、操舵補助トルク積分制御成分がないため、運転者がステアリングホイールを持っている時においても、操舵トルクが目標操舵トルクに追従せず、運転者は適度な反力感を得ることができない。また、手放しした場合は、積分制御成分がないため操舵補助トルクが小さく、図５のＣで示すように、操舵トルクがほぼ零となる。その結果、その結果、図１３の破線で示すように、操舵補助トルクによる戻しトルクが小さいため、ステアリングホイールが中立点に戻らない、または、戻り速度が過少になってしまう恐れがある。

本実施の形態１による操舵制御装置では、操舵補助トルク積分制御成分(第１の操舵補助トルク)を含んでいるため、ステアリングホイール１を持っている時、運転者の操舵トルクが目標操舵トルクに追従し、運転者は適切な反力感を得ることができる。手放しした場合には、モータ回転角速度に速度制御ゲインを掛けたモータ速度制御成分(第２の操舵補助トルク)により、図５のＡで示すように、操舵トルクを目標操舵トルクと零との間の値に調整することが可能となり、その結果、図１３の細い実線で示すように、ステアリングホイール１の戻し速度を抑えることができる。すなわち、操舵トルクをある適度な追従誤差を維持して目標操舵トルクに追従させることができる。その結果、運転者がステアリングホイールを持って操舵している場合には、操舵トルクが目標操舵トルクに追従することで、滑らかな操舵を実現するとともに、ステアリングホイールを手放しした時には、適切な速度でハンドルを中立点に戻すことができ、操舵時と手放し時の操舵フィーリングを両立できる。また、モータ速度制御成分(第２の操舵補助トルク)を用いることで、モータ６とトルクセンサ５の位置が離れている場合においても、制御の安定性を確保でき、目標操舵トルクの微分が不要であるため、ノイズを抑えられ、滑らかなで安定した操舵を実現できる。
なお第１の操舵補助トルク演算部２４は減算器２３も含むものとする。

実施の形態２．
次に実施の形態２について、この発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図６のブロック図と要部の動作を示す図７のフローチャートとで説明する。

実施の形態１に対する実施の形態２の違いは図６に示す第３の操舵補助トルク演算部２７を追加した点である。図７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２６では、操舵補助トルク演算部２７において、目標操舵トルクと操舵トルクとの偏差に、乗算器２７ａで比例制御ゲインＫＴＰを掛けて第３の操舵補助トルクを演算する。ステップＳ２７では、加算器２６において、第１の操舵補助トルクと第２の操舵補助トルクと第３の操舵補助トルクを加算して、モータ操舵補助トルクとする。

この構成により、実施の形態１に示す効果が得られると同時に、操舵補助トルク比例制御成分(第３の操舵補助トルク)は、操舵補助トルク積分制御成分(第１の操舵補助トルク)に比べて応答性が速いため、実施の形態１に比べ、追従応答性を早くでき、オーバーシュートを低減できる。その結果、運転者がステアリングホイール１を持って操舵している時に、操舵トルクが目標操舵トルクに安定的に追従し、より滑らかな操舵を実現することができる。

図１４は、実施の形態１と２の、運転者がステアリングホイールを手放しした時の操舵角度の動作を示すが、操舵トルクを目標操舵トルクに追従させる追従応答性が、細い実線で示す実施の形態１のものに比べ、太い実線で示す施の形態２のものの方が早くなるため、戻りの応答性を早くし、かつ、中立点に戻った後のオーバーシュート量を低減できる。
なお、第３の操舵補助トルク演算部２７は第１の操舵補助トルク演算部２４と減算器２３を共有する。

実施の形態３．
次に実施の形態３について、この発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図８のブロック図と要部の動作を示す図９のフローチャートとで説明する。

実施の形態２に対する実施の形態３の違いは図８に示す第３の操舵補助トルク演算部２７で用いる操舵トルク偏差の演算処理が異なる。図９に示すフローチャートにおいて、ステップＳ３６では、乗算器２８において、第１の目標操舵トルクに補正ゲインαを掛けて、第２の目標操舵トルクを演算する。αは０以上１未満の値であり、目標操舵トルク２は目標操舵トルクよりも大きさが小さい値となる。

そしてステップＳ３７では、減算器２９において、目標操舵トルク２と、トルクセンサ５で検出した操舵トルクの偏差を演算する。ステップＳ３８では、乗算器２７ａにおいて、目標操舵トルク２と操舵トルクとの偏差に、比例制御ゲインＫＴＰを掛けて第３の操舵補助トルクを演算する。
そしてステップＳ２７では、加算器２６において、第１の操舵補助トルクと第２の操舵補助トルクと第３の操舵補助トルクを加算して、モータ操舵補助トルクとする。

この構成により、実施の形態１に示す効果が得られると同時に、実施の形態１に示す構成に比べ、操舵トルクを目標操舵トルクに追従させる追従応答性を早くでき、実施の形態２に示す構成よりもさらにオーバーシュートを低減できる。

図１５に目標操舵トルクをステップ上に変化させたときの、実施の形態２と３での操舵トルクの応答性を示す。上側の実施の形態２の場合に比べて下側の実施の形態３の場合に、オーバーシュートを低減できている。なお、実施の形態２、３の構成ともに目標操舵トルクに対して、操舵トルクが追従していることも確認できる。その結果、運転者がステアリングホイールを持って操舵している時に、操舵トルクが目標操舵トルクに安定的に追従し、より滑らかな操舵を実現することができる。さらに、αを変更しても、転舵輪３から入力される路面外乱トルクを抑える性能は変化しないため、実施の形態２と同等に路面外乱トルクを抑える性能を維持したまま、オーバーシュートを調整することができる。この結果、運転者がステアリングホイールを操舵した時の操舵トルクの目標操舵トルク追従性を適切に調整し、さらに、わだちで転舵輪３が取られて発生する路面外乱トルクによる操舵トルク変化を低減でき、より滑らかな操舵を得ることができる。

また、ステアリングホイール１の操舵角度と転舵輪３の転舵角度の関係を任意に変更できる機構を備えたステアリングシステムに適用した場合、ステアリングシステムが転舵輪の転舵角度を変更することで変化する路面反力トルクが運転者に外乱トルクとして伝わる恐れがあるが、本実施の形態の構成により、外乱トルクに対する操舵トルクの変化を低減でき、より滑らかな操舵を得ることができる。

実施の形態４．
次に実施の形態４について、この発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図１０のブロック図で説明する。

本実施の形態では、積分制御ゲインＫＴＩ、速度制御ゲインＫＴＶ、比例制御ゲインＫＴＰ、補正ゲインαが、車速に対して可変になっている。

この構成により、車速によって変化する路面反力トルクの特性に対応して、適切な制御ゲインが設定でき、車速に応じて、安定、かつ、高い応答性で操舵トルクを目標操舵トルクに追従させることができ、滑らかな操舵を実現できる。さらに、ステアリングホイールを手放しした時には、適切な速度でステアリングホイールを中立点に戻すことができ、操舵時と手放し時の操舵フィーリングを両立することができる。

例えば、低車速では路面反力トルクが小さいため、ステアリングホイールが中立点に戻りにくく、高車速では路面反力トルクが大きいため、ステアリングホイールが過大な戻り速度で戻る。よって、積分制御ゲインＫＴＩの絶対値を低車速より高車速で小さく設定する。または、速度制御ゲインＫＴＶの絶対値を低車速より高車速で大きく設定する。ゲインの絶対値を小さくすることは、その制御成分の影響度を小さくすることを意味する。この結果、図５に対応する図１６の、上記実施の形態の場合の動作軌跡Ａに対して、破線の積分制御ゲインＫＴＩ→大、積分制御ゲインＫＴＩ→小で示すように、戻り速度を調整することが可能となり、低車速におけるステアリングホイール手放し時の、中立点への戻り速度を高めることが可能となり、また、高車速では中立点への戻り速度を抑えることが可能となる。

さらに、積分制御ゲインＫＴＩまたは速度制御ゲインＫＴＶを車速に応じて変更した場合、比例制御ゲインＫＴＰや補正ゲインαも車速に応じて変更することで、追従応答性や、オーバーシュート量を適切に調整することができる。
なお、全てのゲインを車速に対して可変にする必要はなく、各ゲインのうち、少なくとも１つ以上を車速に対して可変にしてもよい。

実施の形態５．
次に実施の形態５について、この発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図１１のブロック図で説明する。

本実施の形態では、積分制御ゲインＫＴＩ、速度制御ゲインＫＴＶ、比例制御ゲインＫＴＰ、補正ゲインαがモータ回転角速度に対して可変になっている。なお、図１１に示すように本実施の形態では、モータ回転角度センサ１０で検出したモータ回転角度を微分したものをモータ回転角速度として用いるが、モータ回転角速度は操舵角度センサ４で検出した操舵角度を微分した操舵角速度から演算してもよい。

この構成により、モータ回転角速度または操舵角速度によって適切な制御ゲインが設定でき、モータ回転角速度または操舵角速度に応じて、安定、かつ、高い応答性で操舵トルクが目標操舵トルクに追従することができ、滑らかな操舵を実現するとともに、ステアリングホイールを手放しした時には、適度な速度でハンドルが中立点に戻るように調整ができ、操舵時と手放し時の操舵フィーリングを両立できる操舵制御装置を得ることができる。

例えば、上述のように図１６に示すように、戻り速度を調整することが可能となり、中立点への戻り速度が過大である場合、すなわち、モータ回転角速度が過大である場合は、積分制御ゲインＫＴＩの絶対値を低モータ回転角速度より高モータ回転角速度で小さく設定する。または、速度制御ゲインＫＴＶの絶対値を低モータ回転角速度より高モータ回転角速度で大きく設定する。この結果、中立点への戻り速度が過大である場合に、戻り速度を抑えることができる。

さらに、積分制御ゲインＫＴＩや速度制御ゲインＫＴＶをモータ回転角速度に応じて変更した場合、比例制御ゲインＫＴＰや補正ゲインαもモータ回転角速度に応じて変更することで、追従応答性や、オーバーシュート量を適切に調整することができる。

なお、全てのゲインをモータ回転角速度で可変にする必要はなく、各ゲインのうち、少なくとも１つ以上をモータ回転角速度可変にしてもよい。

実施の形態６．
次に実施の形態６について、この発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図１２のブロック図で説明する。

本実施の形態では、積分制御ゲインＫＴＩ、速度制御ゲインＫＴＶ、比例制御ゲインＫＴＰ、補正ゲインαが、操舵トルクに対して可変になっている。

この構成により、操舵トルクに応じて、適切なゲインが設定でき、操舵トルクに応じて、安定、かつ、高い応答性で操舵トルクが目標操舵トルクに追従することができ、滑らかな操舵を実現するとともに、ステアリングホイールを手放しした時には、適度な速度でステアリングホイールを中立点に戻すことができ、操舵時と手放し時の操舵フィーリングを両立できる操舵制御装置を得ることができる。

例えば、上述のように図１６に示すように、戻り速度を調整することが可能となり、操舵トルクが大きい場合は、運転者がステアリングホイールを操舵している状況であると判断できるため、積分制御ゲインＫＴＩの絶対値を低操舵トルクより高操舵トルクで大きく設定する。または、速度制御ゲインＫＴＶの絶対値を高操舵トルクより低操舵トルクで大きく設定する。この結果、運転者がステアリングホイールを操舵している状況であると判断できる状況においては、操舵トルクの目標操舵トルクへの追従性を確保し、中立点への戻り速度が過大である場合に、戻り速度を抑えることができる。

また、比例制御ゲインＫＴＰや補正ゲインαを操舵トルクに応じて変更することで、追従応答性や、オーバーシュート量を適切に調整することができる。例えば、中立点付近で操舵トルクが小さい領域では補正ゲインαを小さくし、オーバーシュートを抑え、操舵トルクが大きい領域では、補正ゲインαを大きくし、操舵トルクの目標トルクへの追従性を高めるようにする。

なお、全てのゲインを操舵トルク可変にする必要はなく、各ゲインのうち、少なくとも１つ以上を操舵トルク可変にしてもよい。

また、本実施の形態では、操舵トルクの大きさで運転者がステアリングホイールを操舵している状況であるかどうかを判断したが、操舵トルク、操舵角速度、操舵角度等を複合的に用いて、運転者の操舵状態判断し、その操舵状態に応じて、各ゲインを変更する構成としてもよい。その結果、運転者がステアリングホイールを操舵している状況であると判断できる状況においては、操舵トルクの目標操舵トルクへの追従性を確保し、中立点への戻り速度が過大である場合に戻り速度を抑え、中立点への戻り速度が過少である場合には、戻り速度を増加することができる。

なお、各実施の形態は、目標操舵トルクを操舵角度と車速から設定する構成としたが、この構成に限定するものではない。車両の横運動に関する状態量を検出する操舵状態検出器２１として、操舵角度センサ４の他、トルクセンサ５、車両のヨーレートセンサ、横加速度センサ、路面反力トルクなどを用いてもよい。

実施の形態７．
次に実施の形態７について、この発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図１７のブロック図と要部の動作を示す図１８のフローチャートとで説明する。

実施の形態２と実施の形態３に対する実施の形態７の違いは図１７に示す第４の操舵補助トルク演算部３２を追加した点である。図１８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ４０では、操舵角速度検出部３１において、操舵角度センサ４で検出した操舵角度を微分器３１ａで微分して操舵角速度を演算する。さらに操舵角速度にローパスフィルタＬＰＦでローパスフィルタ処理を行う。ここでローパスフィルタのカットオフ周波数は運転者の操舵周波数を含む設定された周波数成分を抽出できる値に設定する。一般的に運転者の限界操舵周波数は５Ｈｚ以下であり、ステアリング軸の共振周波数は１０数Ｈｚ付近にあるため、カットオフ周波数は０より大きく、１０Ｈｚ以下の値に設定する。ステップＳ４１では、第４の操舵補助トルク演算部３２において、ローパスフィルタ処理後の操舵角速度に速度制御ゲインＫＴＶ２を掛けて第４の操舵補助トルクを演算する。なお、速度制御ゲインＫＴＶ２は、速度制御ゲインＫＴＶと符号が逆である。ステップＳ４２では、加算器２６において、第１の操舵補助トルクと第２の操舵補助トルクと第３の操舵補助トルクと第４の操舵補助トルクを加算して、モータ操舵補助トルクとする。

この構成により、実施の形態２および実施の形態３に記載の効果に加え、運転者が高周波操舵、例えば、急なレーンチェンジ操舵を行った場合においても、操舵トルクの目標操舵トルクへの追従性が改善し、より滑らかな操舵を実現することができる。

すなわち、運転者がステアリングホイール１を高周波操舵した場合、高周波操舵によるトルクセンサ５のねじれが大きくなり、操舵制御装置に対しては外乱として作用するため、操舵トルクの目標操舵トルクへの追従性が低下し、運転者は操舵時に抵抗力を感じてしまう。本実施の形態に示す構成により、運転者の高周波操舵に生じてしまう外乱の影響を低減することができ、高周波操舵においても、操舵トルクの目標操舵トルクへの追従性が改善し、滑らかな操舵を実現することができる。

また、操舵角速度には運転者の操舵周波数成分が含まれ、ステアリング軸の共振周波数成分を低減するローパスフィルタ処理をすることで、微分によるノイズの影響を除去することができ、さらに、共振周波数を加振することを防ぐため、制御系の安定性の劣化させることなく、滑らかな操舵を実現できる。

なお、操舵状態検出部２１と微分器３１ａが操舵角速度検出部３１を構成する。

実施の形態８．
次に実施の形態８について、この発明の要部である制御ユニット１１での操舵補助トルクの演算について、要部の構成を示す図１９のブロック図と要部の動作を示す図２０のフローチャートとで説明する。

実施の形態７に対する実施の形態８の違いは、図１９に示す第５の操舵補助トルク演算部３３に、操舵角速度ではなく、操舵トルクの微分値を用いた点である。図２０に示すフローチャートにおいて、ステップＳ４３では、操舵トルク微分値検出部３４において、トルクセンサ５で検出した操舵トルクを微分器３４ａで微分して操舵トルク微分値を演算する。さらに操舵トルク微分値にローパスフィルタＬＰＦでローパスフィルタ処理を行う。ここでローパスフィルタのカットオフ周波数は運転者の操舵周波数を含む設定された周波数成分を抽出できる値に設定する。一般的に運転者の限界操舵周波数は５Ｈｚ以下であり、ステアリング軸の共振周波数は１０数Ｈｚ付近にあるため、カットオフ周波数は０より大きく、１０Ｈｚ以下の値に設定する。ステップＳ４４では、第５の操舵補助トルク演算部３３において、ローパスフィルタ処理後の操舵トルク微分値にトルク微分値ゲインＫＴＤを掛けて第５の操舵補助トルクを演算する。ステップＳ４５では、加算器２６において、第１の操舵補助トルクと第２の操舵補助トルクと第３の操舵補助トルクと第５の操舵補助トルクを加算して、モータ操舵補助トルクとする。

この構成により、実施の形態７と同様に、運転者が高周波操舵を行った場合においても、操舵トルクの目標操舵トルクへの追従性が改善し、より滑らかな操舵を実現することができる。また、操舵トルク微分値には運転者の操舵周波数成分が含まれ、ステアリング軸の共振周波数成分を低減するローパスフィルタ処理をすることで、微分によるノイズの影響を除去することができ、さらに、共振周波数を加振することを防ぐため、制御系の安定性の劣化させることなく、滑らかな操舵を実現できる。
なお、実施の形態８の構成により、実施の形態７と同様の効果を得られる点について、説明をする。操舵角速度ｄθｈ、モータ回転角速度ｄθｍ、操舵トルク微分値ｄＴｓ、トルクセンサ５のトルク定数Ｋｓ、減速機構７の減速比Ｒとすると、下記の式(１)の関係が成り立つ。

ｄθｈ＝ｄθｍ／Ｒ＋ｄＴｓ／Ｋｓ (１)

上記式(１)はモータ回転角速度ｄθｍ、操舵トルク微分値ｄＴｓから操舵角速度を推定することを意味している。すなわち、式(１)を用いて演算した操舵角速度推定値を、実施の形態７の操舵角速度の代わりに用いることで、実施の形態７と同様の効果を得ることが可能になる。特に、式(１)右辺の第１項は、第２の操舵補助トルクと同等の作用をするため、操舵トルク微分値ｄＴｓに補正ゲインＫＴＤを掛けて第５の操舵補助トルクを演算することで、実施の形態７と同様の効果を得ることが可能である。

また、式(１)右辺の第１項を残した場合、式(１)右辺の第１項による第５の操舵補助トルクの成分と第２の操舵補助トルクの和は、ハイパスフィルタ、または、一次進みフィルタ処理をしたモータ回転角速度に比例する操舵補助トルクとなる。つまり、第２の操舵補助トルクの演算に用いるモータ回転角速度にハイパスフィルタ、または、一次進みフィルタ処理をしたモータ回転角速度を用いても、実施の形態７と同様の効果を得ることができる。

なお、トルク微分値ゲインＫＴＤは速度制御ゲインＫＴＶと符号が逆である。また、

｜ＫＴＤ｜＜＝｜ＫＴＶ×Ｒ／Ｋｓ｜

とすることで制御系の安定性の劣化させることなく、滑らかな操舵を実現できる。

なお、トルクセンサ５と微分器３４ａが操舵トルク微分値検出部３４を構成する。

またこの発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な全ての組み合わせを含に、各実施の形態で示される効果を得ることができる。

産業上の利用の可能性

この発明による操舵制御装置およびその操舵補助トルク制御方法は種々の分野の操舵制御装置に適用可能である。

Claims (12)

1. ステアリング軸に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
   目標操舵トルクを設定する目標操舵トルク設定部と、
   前記目標操舵トルクと前記操舵トルクの偏差の積分値に比例した第１の操舵補助トルクを演算する第１の操舵補助トルク演算部と、
   前記ステアリング軸に操舵補助トルクを与えるモータの回転角速度を検出するモータ回転角速度検出部と、
   前記モータの回転角速度に比例し、ステアリングホイールが中立点に戻る時にステアリングホイールの戻り速度を抑える方向に作用する第２の操舵補助トルクを演算する第２の操舵補助トルク演算部と、
   前記第１の操舵補助トルクと前記第２の操舵補助トルクの和により前記モータのモータ操舵補助トルクを演算する加算部と、
   前記モータの前記操舵補助トルクを演算された前記モータ操舵補助トルクに合わせるように前記モータの電流を制御する電流駆動器と、
   を備える操舵制御装置。
2. 前記目標操舵トルクと前記操舵トルクの偏差に比例した第３の操舵補助トルクを演算する第３の操舵補助トルク演算部を備え、
   前記加算部が、前記第１の操舵補助トルクと前記第２の操舵補助トルクと前記第３の操舵補助トルクの和から前記モータ操舵補助トルクを演算する、
   請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記第３の操舵補助トルク演算部が、前記目標操舵トルク設定部で設定した前記目標操舵トルクに補正ゲインを掛け算したものと前記操舵トルクとの偏差に比例した前記第３の操舵補助トルクを演算する請求項２に記載の操舵制御装置。
4. 車両の車速を検出する車速検出部を備え、前記第１の操舵補助トルクが積分制御ゲインを掛けたものであり、前記第２の操舵補助トルクが速度制御ゲインを掛けたものであり、前記ゲインのうちの１つ以上を前記車速検出部で検出した車速に基づいて変更する請求項１に記載の操舵制御装置。
5. 前記第１の操舵補助トルクが積分制御ゲインを掛けたものであり、前記第２の操舵補助トルクが速度制御ゲインを掛けたものであり、前記ゲインのうちの１つ以上を前記モータの回転角速度に基づいて変更する請求項１に記載の操舵制御装置。
6. 前記第１の操舵補助トルクが積分制御ゲインを掛けたものであり、前記第２の操舵補助トルクが速度制御ゲインを掛けたものであり、前記ゲインのうちの１つ以上を前記操舵トルクに基づいて変更する請求項１に記載の操舵制御装置。
7. 車両の車速を検出する車速検出部を備え、前記第１の操舵補助トルクが積分制御ゲインを掛けたものであり、前記第２の操舵補助トルクが速度制御ゲインを掛けたものであり、前記第３の操舵補助トルクが比例制御ゲインを掛けたものであり、前記ゲインのうちの１つ以上を前記車速検出部で検出した車速に基づいて変更する請求項２または３に記載の操舵制御装置。
8. 前記第１の操舵補助トルクが積分制御ゲインを掛けたものであり、前記第２の操舵補助トルクが速度制御ゲインを掛けたものであり、前記第３の操舵補助トルクが比例制御ゲインを掛けたものであり、前記ゲインのうちの１つ以上を前記モータの回転角速度に基づいて変更する請求項２または３に記載の操舵制御装置。
9. 前記第１の操舵補助トルクが積分制御ゲインを掛けたものであり、前記第２の操舵補助トルクが速度制御ゲインを掛けたものであり、前記第３の操舵補助トルクが比例制御ゲインを掛けたものであり、前記ゲインのうちの１つ以上を前記操舵トルクに基づいて変更する請求項２または３に記載の操舵制御装置。
10. ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角度速度検出部と、前記操舵角速度に比例した第４の操舵補助トルクを演算する第４の操舵補助トルク演算部と、を備え、
    前記加算部が、前記第１の操舵補助トルクと前記第２の操舵補助トルクと前記第３の操舵補助トルクと第４の操舵補助トルクの和から前記モータ操舵補助トルクを演算する、
    請求項２または３に記載の操舵制御装置。
11. 前記操舵トルクの微分値を求める操舵トルク微分値検出部と、
    前記操舵トルク微分値から運転者の操舵周波数を含む設定された周波数成分を抽出するローパスフィルタと、
    抽出した周波数成分の操舵トルク微分値に比例した第５の操舵補助トルクを演算する第５の操舵補助トルク演算部と、
    を備え、
    前記加算部が、前記第１の操舵補助トルクと前記第２の操舵補助トルクと前記第３の操舵補助トルクと第５の操舵補助トルクの和から前記モータ操舵補助トルクを演算する、
    請求項２または３に記載の操舵制御装置。
12. 設定された目標操舵トルクと検出された操舵トルクとの偏差に応じて、ステアリング軸に操舵補助トルクを与えるモータの補助操舵トルクを設定する操舵制御装置において、前記目標操舵トルクと前記操舵トルクの偏差の積分値に比例した第１の操舵補助トルクと、前記モータの回転角速度に比例し、ステアリングホイールが中立点に戻る時にステアリングホイールの戻り速度を抑える方向に作用する第２の操舵補助トルクとを加算した値に従って前記モータの補助操舵トルクを設定する、操舵制御装置における操舵補助トルク制御方法。

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