JP4438132B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルの操舵角と転舵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車両用操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、操舵ハンドルの操舵角と転舵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車両用操舵制御装置が知られている。例えば、特開平５−１３９３３２号には、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との関係を、車速に応じて変更する伝達比可変機構が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような伝達比可変機構では、車速の低下などの車両の走行状態の変化に応じて伝達比がクイック側に変更されると、操舵角が一定の場合には、伝達比可変機構の駆動力によって、転舵角が増加する方向に転舵輪が転舵される。しかし、転舵輪の転舵角が最大転舵角まで操舵されている場合には、図７に示すように、伝達比がＧ１、Ｇ２、Ｇ３と次第にクイック側に変更されても、転舵輪はそれ以上に転舵することができないため、その反動で、伝達比可変機構の駆動力が操舵ハンドル側に作用して、操舵ハンドルが中立側へ戻されるという現象が発生する。車両の走行状態が変化することに起因して、このように操舵ハンドルを戻す方向に力が作用してしまうと、運転者に操舵違和感を与えることとなる。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、最大転舵角付近で車両の走行状態が変化した場合にも、伝達比可変機構の駆動力が操舵ハンドルを戻す方向に作用することを防止し得る車両用操舵制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる車両用操舵制御装置は、操舵ハンドルの操舵角と転舵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車両用操舵制御装置であって、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、伝達比可変機構を回転駆動する駆動手段と、走行状態に応じて設定する伝達比をもとに、検出された操舵角に応じて、駆動手段の駆動制御を行う制御手段とを備えており、制御手段は、転舵輪の転舵角が所定の舵角を超えた場合に、前記伝達比のクイック側への変更又は前記伝達比のスロー側への変更のうち、前記伝達比のクイック側への変更のみを制限する制限手段を備えて構成する。
【０００６】
車両の走行状態の変化に伴って伝達比がクイック側へ変更される状況下において、転舵輪の転舵角が所定の舵角を超えた場合には、制限手段によって、伝達比のクイック側への変更のみを制限して、伝達比可変機構の駆動力が操舵ハンドルを戻す方向に作用することを防止する。
【０００７】
請求項２にかかる車両用操舵制御装置は、操舵ハンドルの操舵角と転舵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車両用操舵制御装置であって、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、伝達比可変機構を回転駆動する駆動手段と、走行状態に応じて設定する伝達比をもとに、検出された操舵角に応じて、駆動手段に対する制御目標値を設定する制御手段とを備えており、制御手段は、転舵輪の転舵角が所定の舵角を超えた場合に、前記所定の舵角を超える前記制御目標値の変更又は前記所定の舵角を超えない前記制御目標値の変更のうち、前記所定の舵角を超える前記制御目標値の変更のみを制限する制限手段を備えて構成する。
【０００８】
車両の走行状態の変化に伴って伝達比がクイック側へ変更されると、この伝達比に応じた制御目標値が設定され、制御目標値に応じて伝達比可変機構の駆動手段が駆動される。そこで、転舵輪の転舵角が所定の舵角を超えた場合には、車両の走行状態に応じて通常時と同様に伝達比を設定するが、制限手段によって所定の舵角を超える前記制御目標値の変更のみを制限することで、伝達比可変機構の駆動力が操舵ハンドルを戻す方向に作用することを防止する。
【０００９】
請求項３にかかる車両用操舵制御装置は、請求項１又は２に記載の車両用操舵制御装置において、制限手段は、転舵輪の転舵角が最大転舵角となった場合に、制限処理を実施する。
【００１０】
転舵輪の転舵角が最大転舵角まで操舵されている場合には、伝達比がクイック側に変更されて制御目標値が増加した場合にも、転舵輪はそれ以上に転舵することができないため、伝達比可変機構の駆動力が操舵ハンドルを戻す方向に作用することになる。したがって制限手段では、転舵角が最大転舵角の状況下で、前述した制限処理を実施する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に第１の実施形態にかかる操舵装置の構成を示す。
【００１３】
入力軸２０と出力軸４０とは伝達比可変機構３０を介して連結されており、入力軸２０には操舵ハンドル１０が連結されている。出力軸４０は、ラックアンドピニオン式のギヤ装置５０を介してラック軸５１に連結されており、ラック軸５１の両側には転舵輪ＦＷが連結されている。
【００１４】
また、操舵ハンドル１０の操舵角が入力軸２０の回転角に対応するため、入力軸２０には、入力軸２０の回転角としての操舵角θｈを検出する操舵角センサ２１を設けている。
【００１５】
伝達比可変機構３０は、入力軸２０と出力軸４０とを連結する所定のギヤ機構を介して連結し、このギヤ機構を、例えばサーボモータで構成するアクチュエータ３１で駆動することで、入力軸２０−出力軸４０間の伝達比を変化させる機構となっている。このアクチュエータ３１には、アクチュエータ３１の作動角を検出する作動角センサ３２を備えており、検出された作動角θｍは操舵制御装置７０に与えられる。なお、このアクチュエータ３１は、イグニションスイッチのオフ操作によって制御が終了した後はロックされる機構となっており、イグニションスイッチがオン操作されるまでの間に、アクチュエータ３１の作動角θｍが変化することはない。
【００１６】
この出力軸４０の回転角を出力角θｐとすると、アクチュエータ３１が作動角θｍだけ回転することで、操舵角θｈが増速されて出力角θｐとなるため、操舵角θｈ、作動角θｍ、出力角θｐは下記（１）式の関係となる。従って、操舵角θｈと作動角θｍとをもとに、出力角θｐを把握することができる。
【００１７】
θｐ＝θｈ＋θｍ …（１）
そして出力角θｐはラック軸５１のストローク位置に対応し、さらにラック軸５１のストローク位置は車輪ＦＷの転舵角に対応するため、操舵角θｈと作動角θｍとをもとに車輪ＦＷの転舵角を検知している。
【００１８】
伝達比可変機構３０の駆動制御は操舵制御装置７０によって実施される。操舵制御装置７０には、操舵角センサ２１、作動角センサ３２の他、車両の速度を検出する車速センサ６０の各検出信号が与えられ、操舵制御装置７０はこれらの信号をもとに伝達比Ｇを設定すると共に、伝達比Ｇ及び操舵角θｈに応じて設定される制御信号Ｉｓをアクチュエータ３１に対して出力する処理を繰り返し、伝達比可変機構３０の駆動制御を実施している。
【００１９】
ここで、操舵制御装置７０で実施される制御処理について、図２のフローチャートに沿って説明する。
【００２０】
このフローチャートはイグニションスイッチのオン操作によって起動する。まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記す。）１００に進み、操舵角センサ２１で検出された操舵角θｈ、作動角センサ３２で検出された作動角θｍ、車速センサ６０で検出された車速Ｖがそれぞれ読み込まれる。
【００２１】
続くＳ２００では伝達比Ｇの設定処理が実施されるが、具体的な設定処理については、後に詳述する。
【００２２】
続くＳ３００では、制御目標となるアクチュエータ３１の目標作動角θｍｍを設定する。操舵角θｈ、伝達比Ｇ及び出力角θｐは下記（２）式の関係となるため、（１）式、（２）式より目標作動角θｍｍは（３）式で規定される。
【００２３】
θｐ＝Ｇ・θｈ …（２）
θｍｍ＝（Ｇ−１）・θｈ …（３）
続くＳ４００では、Ｓ１００で読み込まれたアクチュエータ３１の作動角θｍと、Ｓ３００で設定された目標作動角θｍｍとの偏差ｅを、ｅ＝θｍｍ−θｍとして演算し、続くＳ５００では、オーバーシュートすることなく偏差ｅを０にするように、アクチュエータ３１を制御する制御信号Ｉｓを決定する。この処理の一例としては、Ｉｓ＝Ｃ（ｓ）・ｅの演算式に基づいて、ＰＩＤ制御のパラメータを適切に設定することにより制御信号Ｉｓを決定することができる。なお、式中の「（ｓ）」はラプラス演算子である。
【００２４】
続くＳ６００では、Ｓ５００で決定された制御信号Ｉｓをアクチュエータ３１に出力し、制御信号Ｉｓに基づいてアクチュエータ３１を駆動する。
【００２５】
この後、Ｓ７００に進み、イグニションスイッチ（ＩＧ）がオフ操作されたかを判断し、「Ｎｏ」の場合にはＳ１００に戻り、Ｓ７００で「Ｙｅｓ」と判断されるまで、前述したＳ１００以降の処理が繰り返し実行される。
【００２６】
ここで、先のＳ２００で実施される伝達比Ｇの設定処理を図３のフローチャートに沿って説明する。
【００２７】
Ｓ２０２では、操舵角θｈと作動角θｍとの和が出力角θｐであるため（（１）式参照）、操舵角θｈと作動角θｍとの和として得られる出力角θｐの推定値が最大出力角θpmaxより大であるかを判断する。一例として、最大出力角θpmaxは、転舵輪ＦＷが転舵可能な最大転舵角に対応する出力角θｐを設定している。
【００２８】
操舵角θｈと作動角θｍとの和が最大出力角θpmax以下の範囲では、Ｓ２０２で「Ｎｏ」と判断されてＳ２０４に進み、図４に示すマップをもとに、Ｓ１００で読み込んだ車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定する。なお、伝達比Ｇは、車速Ｖに応じて設定する以外にも、車速Ｖ、操舵角θｈなどに応じて設定しても良い。
【００２９】
続くＳ２０６では、補正フラグが１にセットされているかを判断し、初期状態では補正フラグＦ＝０であるため「Ｎｏ」と判断されてＳ２０８に進み、今回のルーチンで設定された伝達比Ｇの値をＧoldとして記憶し、このルーチンを終了する。
【００３０】
一方、操舵角θｈと作動角θｍとの和が最大出力角θpmaxより大である場合には、Ｓ２０２で「Ｙｅｓ」と判断されてＳ２１０に進み、Ｓ２０４と同様に車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定し、続くＳ２１２では、Ｇ＞Ｇoldであるか、すなわち前回のルーチンで設定した伝達比Ｇoldに比べ、伝達比Ｇがクイック側へ変更されるかを判断する。
【００３１】
Ｓ２１２の判断で「Ｎｏ」の場合には、伝達比Ｇが一定かスロー側に変更される場合であり、特にスロー側に変更される場合には、図７に一点鎖線で示すように、伝達比がＧ１からＧ４へとスロー側に変更になった場合、操舵角θｈが転舵輪ＦＷの最大転舵角まで操作されていても、操舵ハンドル１０をさらに切り込むことができる状態となる。従って、Ｓ２０２で「Ｙｅｓ」と判断される状況であっても、Ｓ２１２の判断で「Ｎｏ」の場合には、設定された伝達比に何ら制限を加える必要がないため、そのままＳ２０８に進み、Ｓ２１０で設定された伝達比Ｇを今回のルーチンで設定した伝達比Ｇoldとして記憶する。
【００３２】
これに対し、Ｓ２１２の判断で「Ｙｅｓ」の場合には、伝達比Ｇがクイック側に変更される場合であり、Ｓ２０２で「Ｙｅｓ」と判断される状況下では、操舵角θｈはすでに転舵輪ＦＷの最大転舵角（エンド当たり）まで操舵されているため、このまま伝達比Ｇがクイック側に変更されると、転舵輪ＦＷをそれ以上に転舵させることができないため、その反動で、伝達比可変機構３０におけるアクチュエータ３１の駆動力が操舵ハンドル１０側に作用して、操舵ハンドル１０が中立側へ戻されるという現象が発生する。そこで、Ｓ２１２で「Ｙｅｓ」と判断される場合には、Ｓ２１４に進み、前回のルーチンで設定された伝達比Ｇoldを再び伝達比Ｇとして設定して伝達比Ｇの変更を禁止し、続くＳ２１６で、補正フラグＦを１にセットして前出のＳ２０８に進む。
【００３３】
操舵角θｈと作動角θｍとの和が最大出力角θpmaxより大である場合には、Ｓ２１０〜Ｓ２１６の処理が繰り返されるが、その後、Ｓ２０２で「Ｎｏ」と判断されると再びＳ２０４の処理に復帰するが、復帰前の処理で伝達比Ｇの変更が禁止されていたため、Ｓ２０４で設定される伝達比Ｇをそのまま設定すると、復帰前後の伝達比Ｇに大きな偏差が生じる場合も起こり得る。
【００３４】
そこで、Ｓ２０４において、車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定した後、Ｓ２０６に進み、Ｓ２１６で補正フラグＦが１に設定されているため、Ｓ２０６で「Ｙｅｓ」と判断されてＳ２１８に進む。
【００３５】
Ｓ２１８では、Ｓ２０４で設定された伝達比Ｇと、復帰直後の時点ではＳ２１４で設定されかつＳ２０８で記憶された伝達比Ｇoldとの偏差を伝達比偏差Ｇｅ＝Ｇ−Ｇoldとして設定する。
【００３６】
続くＳ２２０では、Ｓ２１８で設定した伝達比偏差Ｇｅがしきい値β（β＞０）以上であるかを判断し、「Ｙｅｓ」の場合にはＳ２２２に進み、この伝達比偏差Ｇｅを減少させるべく、αを所定の定数（α＞０）として、Ｇoldに定数αを加えた値を今回のルーチンで設定する伝達比Ｇとして更新し、前出のＳ２０８に進む。従ってＳ２２０で「Ｙｅｓ」と判断される間は、前回のルーチンで設定された伝達比Ｇoldがルーチン毎に定数α分だけ増加されることになる。
【００３７】
これに対し、Ｓ２２０の判断で「Ｎｏ」の場合にはＳ２２４に進み、伝達比偏差Ｇｅがしきい値−β以下であるかを判断し、「Ｙｅｓ」の場合にはＳ２２６に進み、この伝達比偏差Ｇｅを減少させるべく、Ｇoldから定数αを減じた値を今回のルーチンで設定する伝達比Ｇとして更新し、前出のＳ２０８に進む。従ってＳ２２４で「Ｙｅｓ」と判断される間は、前回のルーチンで設定された伝達比Ｇoldがルーチン毎に定数α分だけ減少されることになる。
【００３８】
そして、β＞Ｇｅ＞−βとなると伝達比偏差Ｇｅが解消されたものとして処理することとし、Ｓ２２８に進んで補正フラグＦを０にリセットし、前出のＳ２０８に進む。これにより、Ｓ２０４で設定された伝達比Ｇの値が、今回のルーチンで設定された伝達比Ｇoldとしてそのまま記憶される。
【００３９】
Ｓ２００では、以上のようにして伝達比Ｇの変更禁止処理が実施されることで、伝達比可変機構３０の駆動力が操舵ハンドル１０を戻す方向に作用することを防止することができる。また、伝達比Ｇの値を、制限を加えた値から通常の設定値に復帰させる際にも、経時的に徐々に復帰させる処理を採用したので、制限解除直後における設定伝達比の急変を防止することができる。
【００４０】
以上説明した第１の実施形態では、最大出力角θpmaxを、転舵輪ＦＷが転舵可能な最大転舵角に対応する出力角θｐとして設定する場合を例示したが、この最大出力角θpmaxは適宜設定することが可能であり、最大転舵角近傍の転舵角に対応する出力角θｐとして設定することも可能である。また、操舵角θｈと作動角θｍとの和が最大出力角θpmaxより大である間は、伝達比Ｇのクイック側への変更を禁止する処理を例示したが、この例に限定するものではなく、例えば操舵角θｈと作動角θｍとの和が最大出力角θpmaxより大である間は、スロー側及びクイック側を含む、伝達比Ｇの変更自体を禁止してもよく、少なくとも伝達比Ｇのクイック側への変更を禁止できればよい。
【００４１】
次に第２の実施形態について説明する。
【００４２】
前述した第１の実施形態では、推定される出力角θｐが最大出力角θpmaxより大の場合に、伝達比Ｇの設定に制限を加える場合について例示したが、出力角θｐが最大出力角θpmaxより大の場合にも伝達比Ｇを通常通り設定し、アクチュエータ３１の目標作動角θｍｍに制限を加えることでも、同様の効果を発揮させることができる。
【００４３】
そこで図２のＳ３００で実施する目標作動角θｍｍの設定処理例につき、図５のフローチャートに沿って説明する。なお、この場合、Ｓ２００では、図４に示すマップをもとに、車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定する。
【００４４】
まずＳ３０２では、操舵角θｈと作動角θｍとの和として得られる出力角θｐの推定値が最大出力角θpmaxより大であるかを判断する。
【００４５】
ここで転舵輪ＦＷの最大転舵角まで操舵されている場合を想定すると、操舵角θｈが一定の場合に伝達比Ｇが変更されると、（３）式より設定される目標作動角θｍｍも変化することになる。そこで操舵角θｈの値を補正することで、目標作動角θｍｍを一定とする処理を実施する。これは、実質的に操舵角θｈの中立位置（Ｎ点）を変化させる処理であり、Ｓ３０２で「Ｙｅｓ」の場合にＳ３０４に進み、操舵角θｈの中立位置を補正するＮ点補正値θNeを、下記（４）式をもとに設定する。
【００４６】
θＮｅ＝θｈ−（θpmax／Ｇ） …（４）
なお、図６に、θＮｅ、θｈ、（θpmax／Ｇ）を示しておく。伝達比Ｇ５において転舵輪ＦＷの最大転舵角まで操舵されている状況で、クイック側となる伝達比Ｇ６に変更された場合に、Ｎ点補正値θNeを設定することで、操舵角と転舵角との関係はＧ６’として点線で示す関係となる。
【００４７】
続くＳ３０６では下記（５）式をもとに目標作動角θｍｍを設定する。
【００４８】
θｍｍ＝（θｈ−θNe）・（Ｇ−１） …（５）
このようにして、Ｓ３０２において推定される出力角θｐが最大出力角θpmaxより大である間は、Ｓ３０２及びＳ３０４により、伝達比Ｇが変化した場合にも目標作動角θｍｍは一定値となるように制限されるため、伝達比可変機構３０の駆動力が操舵ハンドル１０を戻す方向に作用することを防止することができる。
【００４９】
また、Ｓ３０２で「Ｎｏ」と判断されると、このような制限処理から復帰するが、この場合も、操舵角θｈの中立位置を直ちに基の位置に復帰させると、設定される目標作動角θｍｍが急変する場合も起こり得るため、Ｎ点補正値｜θNe｜を徐々に減少させる処理を実施する。
【００５０】
そこでＳ３０２で「Ｎｏ」の場合、Ｓ３０８に進み、前回のルーチンで設定されたＮ点補正値θNeの値を読み込み、続くＳ３１０では、Ｓ３０８で読み込んだＮ点補正値θNeの値が所定のしきい値γ（γ＞０）以上であるかを判断する。この判断で「Ｙｅｓ」の場合にはＳ３１２に進み、δを所定の定数（δ＞０）として、Ｎ点補正値θNeから定数δを減じた値をＮ点補正値θNeとして更新し、前出のＳ３０６に進む。
【００５１】
また、Ｓ３１０の判断で「Ｎｏ」の場合には、Ｓ３１４に進み、Ｓ３０８で読み込んだＮ点補正値θNeの値が所定のしきい値−γ（−γ＜０）以下であるかを判断する。この判断で「Ｙｅｓ」の場合にはＳ３１６に進み、Ｎ点補正値θNeに定数δを加えた値をＮ点補正値θNeとして更新し、前出のＳ３０６に進む。
【００５２】
また、Ｓ３１４の判断で「Ｎｏ」の場合にはγ＞θNe＞−γであり、この場合にはＳ３１８に進んでＮ点補正値θNeの値を０に設定し、操舵角θｈのＮ点ずれが解消されたものとして処理し、前出のＳ３０６に進む。したがってこの場合Ｓ３０６では、前出の（３）式において目標作動角θｍｍが設定されることになり、以降、Ｓ３０２で「Ｙｅｓ」と判断されるまで、Ｎ点補正値θNe＝０として処理される。
【００５３】
以上説明した第２の実施形態では、推定される出力角θｐが最大出力角θpmaxより大の場合に、操舵角θｈの中立位置を補正する場合について説明したが、推定される出力角θｐが最大出力角θpmaxより大の状況下でも、伝達比Ｇがスロー側に変更された場合には通常通り目標作動角θｍｍを設定し、クイック側に変更された場合にのみＳ３０４の処理を実施しても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる車両用操舵制御装置によれば、転舵輪の転舵角が所定の範囲を超えた場合に、伝達比のクイック側への変更を制限する制限手段を備える構成を採用したので、操舵ハンドルが転舵輪の最大転舵角まで操舵されている際に設定伝達比が変化した場合にも、伝達比可変機構の駆動力が操舵ハンドルを戻す方向に作用することを防止することができる。
【００５５】
請求項２にかかる車両用操舵制御装置によれば、転舵輪の転舵角が所定の範囲を超えた場合に、制御目標値の変更を制限する制限手段を備える構成を採用したので、操舵ハンドルが転舵輪の最大転舵角（エンド当たり）まで操舵されている際に設定伝達比の変化に伴って制御目標値が変化した場合にも、伝達比可変機構の駆動力が操舵ハンドルを戻す方向に作用することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵装置の全体的な構成を示すブロック図である。
【図２】操舵制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図３】伝達比の設定処理を示すフローチャートである。
【図４】車速Ｖと伝達比Ｇとの関係を規定したマップである。
【図５】目標作動角の設定処理を示すフローチャートである。
【図６】Ｎ点補正値θNeを設定した場合における操舵角と転舵角との関係を示す説明図である。
【図７】各伝達比における操舵角と転舵角との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
２０…入力軸、２１…操舵角センサ、３０…伝達比可変機構
３１…アクチュエータ、３２…作動角センサ、４０…出力軸
６０…車速センサ、７０…操舵制御装置

Claims (3)

1. 操舵ハンドルの操舵角と転舵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車両用操舵制御装置であって、
   前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記伝達比可変機構を回転駆動する駆動手段と、
   走行状態に応じて設定する前記伝達比をもとに、検出された前記操舵角に応じて、前記駆動手段の駆動制御を行う制御手段とを備えており、
   前記制御手段は、前記転舵輪の転舵角が所定の舵角を超えた場合に、前記伝達比のクイック側への変更又は前記伝達比のスロー側への変更のうち、前記伝達比のクイック側への変更のみを制限する制限手段を備える車両用操舵制御装置。
2. 操舵ハンドルの操舵角と転舵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車両用操舵制御装置であって、
   前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記伝達比可変機構を回転駆動する駆動手段と、
   走行状態に応じて設定する前記伝達比をもとに、検出された前記操舵角に応じて、前記駆動手段に対する制御目標値を設定する制御手段とを備えており、
   前記制御手段は、前記転舵輪の転舵角が所定の舵角を超えた場合に、前記所定の舵角を超える前記制御目標値の変更又は前記所定の舵角を超えない前記制御目標値の変更のうち、前記所定の舵角を超える前記制御目標値の変更のみを制限する制限手段を備える車両用操舵制御装置。
3. 前記制限手段は、前記転舵輪の転舵角が最大転舵角となった場合に、制限処理を実施する請求項１又は２記載の車両用操舵制御装置。

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