WO2006041177A1 - 操舵輪が駆動される車輌の電動式パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

　一対の操舵輪が駆動されるときには駆動力の差によって操舵が乱されるというトルクスステアの問題があるが、それ以前に、喩え一対の操舵輪に一様な駆動トルクが加えられたとしても、駆動力が増大するほど車輌はより強く直進しようとするので、それに打ち勝って車輌を左右いずれかの方向に偏向させるべく操舵輪の向きを変えるにはより大きな力が必要とされることに鑑み、操舵助勢力を操舵輪の駆動トルクの増大に応じて増大させ、操舵輪の駆動トルクの大小による操舵抵抗の大小に操舵助勢力を調和させて操舵フィーリングを向上させる。

Description

明 細 書 操舵輪が駆動される車輛の電動式パワーステアリ ング装置の制御装置 技術分野 本発明は操舵輪が駆動される車輛の電動式パワーステアリ ング装置 の制御装置に係る。 背景技術 運転者のハン ドル操作による操舵を動力装置によ り助勢するパワー ステアリ ングの一つに動力装置と して電動機を用いる電動式パワース テアリ ング装置が知られている。 電動機による電動式パワーステアリ ング装置は、 操舵角や操舵角速度とは独立して操舵助勢力の大きさを 自由に制御できることから、 電動式パワーステアリ ング装置の作動を 車輛の運転状態に関連して制御することが種々試みられている。 その 一つと して、 特開平 8 - 1 0 4 2 4 9号公報には、 発進時や加速時の トルクステアによる偏向性能を通常走行時の操舵反力に影響を及ぼす ことなく高めることを目的と して、 電動機に対する駆動指令中にョ一 レートを含む車輛挙動の検出値に基づく反力成分を含ませると ともに 操舵輪の駆動力を検出し、 検出された駆動力に基づいて反力成分のパ ラメータゲインを補正することが提案されている。 発明の開示 操舵輪が駆動される場合、 左右一対の操舵輪に加えられる駆動力の 差によって車輛の操舵が乱されるという トルク スステアの問題がある が、 それ以前に、 喩え一対の操舵輪に一様な駆動 トルクが加えられた と しても、 駆動力が増大するほど車輛はよ り強く直進しょ う とするの で、 それに打ち勝って車輛を左右いずれかの方向に偏向させるべく操 舵輪の向きを変えるにはより大きな力が必要とされる。

本発明は、 上記の観点から、 操舵角や操舵角速度に左右されずに操 舵助勢力の制御が可能な電動式パワーステアリ ング装置を備えた車輛 の操舵フィーリ ングを向上させることを主たる目的と している。

また本発明は、 上記の如き操舵輪の駆動力に着目 した電動式パワー ステアリ ング装置の作動制御をハンドルの切り戻し時にも適用するこ とによ りハン ドル切り戻し時の操舵フィー リ ングを改良することを更 なる目的と している。

また本発明は、 上記の要領により操舵フィーリ ングを改良すべく操 舵助勢力が増強されるときにも操舵がオーバーシユートすることを確 実に防止することを更なる目的と している。

上記の主たる 目的を達成するものと して、 本発明は、 ハンドルと、 前記ハン ドルにより操舵される一対の操舵輪と、 前記操舵輪を駆動す る動力源とを有する車輛の電動式パワーステアリ ング装置の制御装置 に して、 前記電動式パワーステア リ ング装置により発生すべき操舵助 勢力の目標値を前記ハンドルの操舵トルクの増大に応じて前記動力源 による前記操舵輪の駆動 トルクの増大に応じて増大する度合にて増大 するよ う算出する演算装置を有することを特徴とする制御装置を提案 するものである。

上記の如く電動式パワーステア リ ング装置によ り発生すべき操舵助 勢力の目標値をハン ドル 操舵トルクの増大に応じて動力源による操 舵輪の駆動トルクの増大に応じて増大する度合にて増大するよ う算出 して電動式パワーステア リ ング装置を制御することによ り、 ハン ドル の操舵トルクの増大に応じた操舵助勢力の増大を操舵輪の駆動トルク の増大による操舵抵抗の増大を加味して調整し、 操舵輪駆動 トルク の 変化に拘わらずハン ドルの操舵フィ ー リ ングを安定させるこ とができ る。

上記の如き制御装置に於いて、 前記演算装置は、 更にハン ドルの操 舵角の時間的微分値の増大に応じて操舵助勢力目標値を増大させるよ うになっていてよい。 このよ うに操舵助勢力目標値が更にハン ドルの 操舵角の時間的微分値の増大に応じて増大されれば、 ハンドル操舵角 の時間的微分値の増大に応じて増大する操舵抵抗に対し操舵助勢力目 標値をより適切に適合させることができる。

更にまた、 前記演算装置は、 ハン ドルが中立位置へ向けて切り戻さ れるとき、 操舵輪の駆動 トルク の増大に応じて増大する切り戻し用操 舵助勢力目標値を算出するよ うになつていてよい。 かかる制御によれ ば、 切り戻し操舵のフィーリ ングも向上する。

この場合、 前記演算装置は、 車速の増大に応じて切り戻し用操舵助 勢力目標値を小さくするようになつていてよい。 こうすることにより、 或る程度以上の車速による走行時に切り戻し操舵助勢力によ り切り戻 し操舵が過剰となって走行不安定が生ずることのないようにして、 切 り戻し操舵助勢力をそれが実際に必要とされる車輛の車庫入れ時や極 低速による走行時に限ることができる。

またこの場合、 前記演算装置は、 ハン ドルの操舵角が中程度のとき 切り戻し用操舵助勢力目標値を最も大きくするよ うになっていてよい。 こ うすることにより、 切り戻し操舵助勢カをハンドルの操舵角に応じ て変化する切り戻し操作力に適合させることができる。

更にまた、 前記演算装置は、 車速の増大に応じて増大する度合にて ハン ドルの操舵角の時間的微分値の増大に応じて操舵助勢力目標値を 小さくするよ うになつていてよい。 この制御は、 ハン ドルの操舵角の 時間的微分値の増大に応じて操舵助勢力目標値を小さくする車速領域 を、 上記のハン ドル操舵角の時間的微分値の増大に応じて操舵助勢力 目標値を増大させる車速領域よ り高い車速領域とすることによ り、 上 記のハンドル操舵角の時間的微分値の増大に応じて操舵助勢力目標値 を増大させる制御と矛盾することなく、 特に高速走行時に操舵角の時 間的微分値の増大に応じて操舵助勢力を減じ、 パワーアシス ト操舵が 行き過ぎないよ うに操舵装置に操舵角変化率に応じたダンピング効果 を与えることができる。

また前記演算装置は、 総じて車速の増大に応じて操舵助勢力目標値 を小さくするよ うになつていてよい。 こ うすることにより、 操舵助勢 力が車速に対しより ょく適合される。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明による制御装置に関連する構成要素を示す車輛の概 略図。

図 2は、 本発明による制御装置の作動のメィンルーチンを示すフ口 一チヤ一ト。

図 3は、 前記メィンルーチンのステップ 1 0 0に於いて実行され、 操舵角速度、 車速、 操舵輪駆動トルクに対する補正トルク T sv を算出 するサブルーチンを示すフローチヤ一ト。

図 4は、 前記メインルーチンのステップ 2 0 0に於いて実行され、 切り戻し時の操舵角、 車速、 操舵輪駆動トルクに対する補正 トルク T nrを算出するサブルーチンを示すフローチヤ一ト。

図 5は、 操舵トルク T s に基づく操舵助勢トルク 目標値の基本値 T aboを示すマップ。

図 6は、 車速 Vに対し T aboを補正する車速係数 K vを示すマップ。 図 7は、 操舵輪駆動トルク T wf に対し後述の補正トルク T svおよび T nrの基本値を補正する駆動 トルク係数 K twf を示すマップ。

図 8は、 操舵角の時間的微分値 θ ， に基づく補正トルク T sv の基本 値 T svoを示すマップ。 図 9は、車速 Vに対し T svoを捕正する車速係数 Ksvを示すマップ。 図 1 0は、 操舵角 Θ に基づく切り戻し時の補正トルク Tnr の基本値 T nroを示すマップ。

図 1 1は、 車速 Vに対し T nro を補正する車速係数 Knv を示すマツ プ。

図 1 2は、 操舵角の時間的微分値 Θ ' に基づく補正トルク T dp の基 本直 T dpoを示すマップ。

図 1 3は、 車速 Vに対し Tdpoを補正する車速係数 Kvdpを示すマツ プ。 発明を実施するための最良の形態 以下に添付の図を参照して本発明をその一つの好ましい実施の形態 について詳細に説明する。

図 1 に於いて、 1 0 F L , 1 0 F R, 1 0 R L， 1 0 R Rは、 車体 1 2に図には示されていない車輪懸架装置により装着された左前輪、 右前輪、 左後輪、 右後輪である。 そのうち、 左前輪 1 0 F Lおよぴ右 前輪 1 0 F Rは、 運転者によ り操作されるハンドル 1 4 と、 1 6にて 全体的に示された電動式パワーステアリ ング装置によ りタイロ ッ ド 1 8 Lおよび 1 8 Rを経て操舵される操舵輪である。 2 0はマイクロコ ンピュータを組み込んだ電子制御装置である。

電動式パワーステアリ ング装置 1 6は電動機 2 2を備えており、 該 電動機はボールとねじょ りなる運動変換装置 2 6を経てラックバー 2

4を左右に駆動し、 これによつてラックパー 2 4の両端に枢着された タイロッ ド 1 8 Lおよび 1 8 Rが操舵輪 1 0 F Lおよび 1 0 F Rを図 には示されていないキングピンの周りに回動させるよ うになっている。 図示の実施の形態に於いては、 操舵輪である前輪 1 0 F Lおよび 1 0

F Rが、 図には示されていない通常のエンジンよりなる動力源または エンジンと 1または 2個の電動発電機の組合せよ りなるハイプリ ッ ド 動力源により駆動されるよ うになっている。

3 0はブレーキ装置であり、 図には詳細には示されていないがこの 技術の分野に於いては周知の油圧回路 3 2を備えており、 またこの技 術の分野に於いては周知であるので図には詳細には示されていないが 車輪 1 0 F L， 1 0 F R , 1 0 R L , 1 0 R Rの各々に組み込まれた ブレーキディスクに制動力を及ぼすホイールシリ ンダ 3 4 F L , 3 4 F R， 3 4 R L , 3 4 R Rへ制動油圧を選択的に供給するよ うになつ ている。 油圧回路 3 2はまたこの技術の分野に於いては周知のブレー キペダル 3 6 とマスタシリ ンダ 3 8を含む手動ブレーキ装置と接続さ れており、 車輛が運転者の制動操作の下に通常の態様にて制動される とき、 運転者によるブレーキペダル 3 6の踏み込みに応じてホイール シリ ンダ 3 4 F L , 3 4 F R , 3 4 R L , 3 4 R Rが制動油圧を供給 されるよ うになっている。 4 0はこの技術の分野に於いては種々の態 様にて知られている如く油圧回路 3 2を自動的に制御することによ り 行われる車輛の安定化制御を実行するための副設の電子制御装置であ る。

4 2はハン ドル 1 4を支持し、 運転者による操舵操作に応じて回転 されて図には示されていないピニオンを経てラックバー 2 4を手動に よ り駆動する操舵シャフ トである。 4 4は操舵シャフ ト 4 2の回転角 を検出して操舵角 Θ を示す信号を電子制御装置 2 0へ送信する操舵角 センサである。 4 6は操舵シャフ ト 4 2を通って伝達される操舵トル クを検出してその値 Ts を示す信号を電子制御装置 2 0へ送信する ト ルクセンサである。 4 8はこの技術の分野に於いては種々の態様にて 公知の要領にて車速を検出しその値 Vを示す信号を電子制御装置 2 0 へ向けて送信する車速センサである。 5 0は電子制御装置 4 0 と共同 してこの技術の分野に於いては公知の要領にて トラクショ ン制御を行 うエンジン制御装置である。 本発明による電動式パワーステアリ ング装置 1 6 のための制御装置 の作動は、 実質的には本発明に従って電子制御装置 2 0に装填された 制御プログラムによ り実行される。 この制御を一つの実施の形態につ いて以下に図 2— 1 3を参照して説明する。

図 2は、 上記制御のメインルーチンを示すフローチャートである。 このメインルーチンに沿った制御は図には示されていないィグニショ ンスィ ツチが閉じられたとき 1 0 〜 1 0 0 ミ リセカン ドの如き周期に て車輛の運転中繰り返される。

制御が開始されると、 ステップ 1 0に於いて、 操舵角センサ 4 4、 操舵トルクセンサ 4 6、 車速センサ 4 8、 その他の図には示されてい ない各種センサ等より信号が読み込まれる。

次いで、 ステップ 2 0に於いて、 電動式パワーステアリ ング装置に よ り発生されるべき操舵助勢力目標値の基本値がハンドルの操舵トル クおよび車速に基づいて算出される。 図示の実施の形態の於いては、 操舵助勢力は操舵助勢トルク と され、 その目標値の基本値は、 図 5お ょぴ 6に示されている如きマップを参照して操舵助勢トルク 目標値の 基本値 T ab と して算出される。 より詳細には、 操舵助勢トルク 目標値 の基本値 T abのための基値 T aboが、ハン ドルの操舵トルク T sに基づ いて、図 5に例示する如きマップを参照して、 T sの増大に応じて T abo が増大するよ う算出される。 但し、 ここでは車輛の左旋回およぴ右旋 回に対する各値がそれぞれ正または負と して表示されている。 一方、 車速係数 K vが、 車速 Vに基づいて、 図 6に例示する如きマップを参照 して、 Vの増大に応じて K vが減小するよ う算出される。 そして操舵助 勢トルク 目標値の基本値 T abが T ab = K v · T abo と して算出される。

ステップ 3 0に於いては、 前輪の駆動トルク T wf が算出される。 こ れは動力源の出力と駆動系の変速比に基づいて算出できる。

次いで、 制御は 4 0へ進み、 操舵助勢トルク 目標値の補正に当たつ て操舵輪の駆動 トルクの影響を反映させるための駆動 トルク係数 K twf が、 操舵輪の駆動 トルク T wf に基づいて、 図 7に例示されている 如きマップを参照して、 T wf の増大に応じて K twf が増大するよう、 算出される。

次いで、 制御はステップ 5 0へ進み、 操舵が切り戻し操舵中である か否かが判断される。答がノーであれば、制御はステップ 6 0へ進み、 切り戻し操舵時の操舵輪駆動トルクに対する補正トルク T nr が 0にリ セッ トされる。 一方、 ステップ 5 0 の答がイエスであれば、 制御はス テツプ 7 0へ進み、 操舵状態が中立位置の周りの或る所定の狭い範囲 内にあるか否かが判断される。 そして答がイエスであれば、 制御はス テツプ 6 0へ戻される。 ステップ 7 0の答がノーであり、 即ち、 操舵 角が或る程度大きいところで切り戻し操舵が行われているときには、 制御はステップ 8 0へ進み、 切り戻し操舵時でないときの操舵輪駆動 トルクに対する補正トルク T svが 0にリセッ トされる。

ステップ 6 0 より制御はステップ 1 0 0へ進み、 図 3に示されてい るサブルーチンのフローチヤ一トに従って操舵助勢トルクの操舵輪駆 動トルクに対する捕正値 T svが算出される。

ここで一時図 3についてみると、 ステップ 1 1 0に於いて、 図 8に 例示されている如きマップを参照して、 操舵角 0 の時間的微分値 0 ' に基づいて操舵トルク補正値 T svの基本値 T svoが、 Θ ' の増大に応じ て T sv が増大するように、 算出される。 この場合にも車輛の左旋回お よび右旋回に対する各値がそれぞれ正または負と して表示されている。 次いで、 制御はステップ 1 2 0へ進み、 車速 Vに基づいて、 図 9に 例示されている如きマップを参照して、補正トルク T sv の基本値 T svo を車速に対して補正する車速係数 K svが、 Vの増大に応じて K svが減 小するよう、 算出される。 図 9 より分かる通り、 K sv は車速が或る程 度以上になると 0になる係数である。

次いで、 制御はステップ 1 3 0へ進み、 上に算出された T svoおよび

K sv とステップ 4 0にて算出された駆動トルク係数 K twf を用いて、 操舵輪の駆動トルクに基づく補正トルク T svが T sv= Ktwf · Ksv · T svo と して算出される。これより制御は図 2のメインルーチンに戻って そのステップ 3 0 0へ進む。

一方、 操舵が中立位置近傍より所定角度以上離れた位置にあって切 り戻し中であり、 ステップ 5 0の答がイエスであって、 ステップ 7 0 の答がノーであるときには、 上記のステップ 8 0を経て、 制御はステ ップを 2 0 0へ進み、 図 4に例示されている如きサブルーチンに従つ て切り戻し操舵時の補正トルク Tnrが算出される。

ここで図 4のフローチヤ一トについてみると、 まずステップ 2 1 0 にて、 切り戻し操舵時の補正トルク Tnr のための基本値 Tnro が、 図 1 0に例示されている如きマップ参照して、 操舵角 Θに基づいて、 0 が小さい値から中程度の値まで増大するときには、 その増大に応じて T nroは負の値にて増大し、 0が更に増大するときには、 その増大に応 じて Tnroの絶対値は減小する ίう、 算出される。 この場合にも車輛の 左旋回および右旋回に対する各値がそれぞれ正または負と して表示さ れている。 従って、 Tnroは操舵の切り戻し時に切り戻し方向に作用す る トルクである。

次いで、 制御はステップへ 2 2 0へ進み、 Tnroを車速に対して補正 する車速係数 Knv が、 車速 Vに基づき、 図 1 1に例示されている如き マップを参照して、 Vの増大に応じて Knv が減少するように、 算出さ れる。

次いで、 ステップ 2 3 0にて、 上に算出された T nro および K nv と ステップ 4 0にて算出された Ktwf とを用いて操舵切り戻し時の補正 トルク Tnrが Tnr=Ktwf · Knv ' Tnro と して算出される。 これよ り 制御は図 2のメインルーチンに戻ってそのステップ 3 0 0へ進む。

ステップ 3 0 0に於いては、 操舵角 Θの時間的微分値 e ' に基づく 補正トルク Tdp の基本値 Tdpo が図 1 2に例示されている如きマップ を参照して θ 'の増大に応じて Tdpoが負の値と して増大するよ うに算 出され、 更に図 1 3に例示されている如きマップを参照して、 基本値 T dpoを車速 Vに対して補正する車速係数 K vdpが Vの增大に応じて K vdpが増大するよ うに算出され、これらを掛け合わせて操舵角の時間的 微分値に基づく補正トルク T dpが Tdp= Kvdp * Tdpo と して算出され る。 この場合にも、 図 1 2に於いては、 車輛の左旋回おょぴ右旋回に 対する各値がそれぞれ正または負と して表示されている。

図 1 2のマップより理解される通り、 操舵角 Θ の時間的微分値 Θ ' に応じた補正トルク Tdp は、 操舵角 0 の時間的微分値 0 ' の増大に応 じて負の値と してその絶対値が増大するものであり、 これはパワーァ シス ト操舵が行き過ぎないよ うに操舵装置に操舵角 Θ の変化率に応じ たダンピング効果を与えるものである。 このダンピング効果は、 車速 の増大に応じて増大される。 また図 9 と図 1 3 の対比よ り理解される 通り、 Tsvが有効に作用する車速領域と Tdpが有効に作用する車速領 域とは互いに異なっており、 操舵輪の駆動トルク T wf と操舵角の時間 的微分値 Θ ， の増大に応じて増大する補正トルク Tsv は低車速域にて 作用し、 操舵角の変化率の増大に応じて操舵助勢にダンピング効果を 与える Tdpは高車速域にて作用する。

次いで、 制御はステ ップ 3 1 0へ進み、 操舵助勢 トルク 目標値 T a 力 STab, Tsv、 Tnr、 T dpの和、 即ち、 T a = T ab + T sv + T nr + T dp と して算出される。 これは、 図 5および 6のマップに基づいて算出さ れた操舵助勢トルク 目標値の基本値 Tab を、 操舵切り増し時には図 3 のサブルーチンにより算出されたトルク T svだけ増大させ、 操舵き り 戻し時には基本値 Tab を図 4のサブルーチンにより算出されたトルク

Tnr の絶対値により負の方向に補正して切り戻し助勢トルクを作用さ せ、 またいずれの場合にも、 更に高車速域では操舵角の時間的微分値

Θ ' の増大に応じて負の値で増大する トルク T dp にてダンプさせるも のである。 尚、 図示の実施の形態では、 補正トルク Tsv、 Tnr, Tdp による操舵助勢トルク 目標値の補正は加減算的に行われているが、 こ れらの補正トルクによる補正は、 T sv、 T nr、 T dp の値を適当な積の 係数に変換することによ り、 積補正の要領にて行われてもよい。

次いで、 最後に、 ステップ 3 2 0に於いて、 上記の要領にて算出さ れた操舵助勢トルク 目標値 T aに基づいて操舵助勢制御が行われる。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明した が、 かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の修正が可能 であることは当業者にとって明らかであろう。

Claims

請求の範囲

1 . ハン ドルと 、 前記ハン ドルにより操舵される一対の操舵輪と、 前 記操舵輪を駆動する動力源とを有する車輛の電動式パワーステアリ ン グ装置の制御装置にして、 前記電動式パワーステアリ ング装置によ り 発生すべき操舵助勢力の目標値を前記ハンドルの操舵トルクの増大に 応じて前記動力源による前記操舵輪の駆動 トルクの増大に応じて増大 する度合にて増大するよ う算出する演算装置を有するこ とを特徴とす る制御装置。

2 . 前記演算装置は前記ハン ドルの操舵角の時間的微分値の増大に応 じて前記操舵助勢力目標値を増大させるよ うになつていることを特徴 とする請求項 1に記載の制御装置。

3 . 前記演算装置は、 前記ハン ドルが中立位置へ向けて切り戻される とき、 前記操舵輪の駆動 トルクの増大に応じて増大する切り戻し用操 舵助勢力目標値を算出するよ うになつているこ とを特徴とする請求項 1または 2に記載の制御装置。

4 . 前記演算装置は車速の増大に応じて前記切り戻し用操舵助勢力目 標値を小さくするようになつていることを特徴とする請求項 3に記載 の制御装置。

5 . 前記演算装置は前記ハン ドルの操舵角が中程度のとき前記切り戻 し用操舵助勢力目標値を最も大きくするよ うになっていることを特徴 とする請求項 3または 4に記載の制御装置。

6 . 前記演算装置は車速の増大に応じて増大する度合にて前記ハンド ルの操舵角の時間的微分値の増大に応じて前記操舵助勢力目標値を小 さくするよ うになっていることを特徴とする請求項を 1 〜 5のいずれ かに記載の制御装置。

7 . 前記演算装置は車速の増大に応じて前記操舵助勢力目標値を小さ くするよ うになっていることを特徴とする請求項を 1 〜 6のいずれか に記載の制御装置。