JP4186614B2

JP4186614B2 - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP4186614B2
Application number: JP2002365445A
Authority: JP
Inventors: 一男原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: JP2004196069A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング操作に応じて操向車輪を転舵させる操舵制御装置に関するもので、特に左右輪に制駆動力差が生じる場面で効果的なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の操舵制御装置として、例えば、駆動力制御装置で車両旋回時における左右輪の駆動力を個別に制御すると、旋回性能を向上させる一方で操舵系統に予期せぬ操舵トルクが発生する所謂トルクステア現象を招来してしまうので、このようなトルクステア現象を確実に軽減させるために、駆動力制御装置により制御される左右輪の駆動力差が所定値を上回ったときには、発生する操舵トルクよりも大きなアシストトルクを電動パワーステアリングモータで操舵軸に付与することで、その操舵トルクを相殺するよう構成された車両の協調制御装置がある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８０５３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、駆動力制御装置により制御された左右輪の駆動力差が所定値を上回ったときに、発生する操舵トルクよりも大きなアシストトルクを電動パワーステアリングモータで操舵軸に付与するように構成されているので、このアシストトルクによって逆に運転者がハンドルを取られてしまう可能性があるという未解決の課題がある。
【０００５】
ところで、上記のような課題は、ステアリング操作により操舵される操舵軸と、操向車輪に連結された転舵軸とを機械的に分離させた所謂ステアバイワイヤにおいても同様の課題となっている。つまり、ステアバイワイヤでは、一般に、転舵軸に発生する転舵トルクの検出値に基づき、電動モータで操舵軸に擬似的な操舵反力を発生させて操作フィーリングの向上を図っているため、トルクステア現象によって転舵系にトルクが発生すると、このトルクに応じた操舵反力を操舵軸に発生させてしまうからである。
【０００６】
そこで、本発明は上記従来例における未解決の課題に着目してなされたものであり、トルクステア現象で操舵系に発生する発生トルクを、ハンドルを取られることなく確実に相殺できるステアバイワイヤ方式の操舵制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る操舵制御装置は、運転者により操舵されるステアリング操作手段に連結された操舵軸と、操向車輪に連結され前記操舵軸と非連結状態にある転舵軸と、前記操舵軸の操舵角に応じて前記転舵軸の転舵角を制御する操舵制御手段と、前記操舵軸に操舵反力を発生させる操舵反力発生手段とを備えており、前記操舵反力発生手段は、左右輪の制駆動力差に基づいて前記転舵軸に発生する発生トルクを前記転舵軸の転舵トルクから減じた値に応じて、前記操舵軸に発生させる操舵反力を算出することを特徴としている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明に係る操舵制御装置によれば、操舵軸に操舵反力を発生させる操舵反力発生手段は、左右輪の制駆動力差に基づいて転舵軸に発生する発生トルクを転舵軸の転舵トルクから減じた値に応じて操舵反力を算出するように構成されているので、左右輪の制駆動力差に起因したトルクステア現象によって操舵系に発生する発生トルクを、ハンドルを取られることなく確実に相殺できるという効果が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すステアバイワイヤの概略構成図である。図中、１はステアリングホイールであり、ステアリングシャフト２に連結されている。また、３Ｌ及び３Ｒは操向車輪であり、ナックルアーム４、タイロッド５、及びラックアンドピニオン６を順に介してピニオンシャフト７に連結されている。ステアリングシャフト２及びピニオンシャフト７の両者は機械的に分離された非連結状態にあり、夫々図示しないハウジング等によって回動自在に保持されている。
【００１０】
また、ステアリングシャフト２には運転者によるステアリング操作に対して擬似的な操舵反力を発生させる反力モータ８が設けられており、ピニオンシャフト７にはステアリングシャフト２の操舵角に応じてピニオンシャフト７を転舵させる転舵モータ９が設けられている。
さらに、ステアリングシャフト２には、その操舵角θ_Sを検出する操舵角センサ１０と、操作トルクＴ_Sを検出する操舵トルクセンサ１１とが夫々配設されている。また、ピニオンシャフト７には、その転舵角θ_Wを検出する転舵角センサ１２と、転舵トルクＴ_Wを検出する転舵トルクセンサ１３とが夫々配設されている。また、図示しない変速機の出力側には、回転速度Ｖを検出する車速センサ１４が装着されている。
【００１１】
なお、操舵角センサ１０及び転舵角センサ１２は、右旋回時に正の値を検出し、左旋回時に負の値を検出するように構成されている。また、操舵トルクセンサ１１及び転舵トルクセンサ１３は、車両を右旋回させるトルクを正の値で検出し、左旋回させるトルクを負の値で検出するように設定されている。以下、車両を右旋回させる方向に作用するトルクを正の値で示し、左旋回させる方向へ作用するトルクを負の値で示す。
【００１２】
そして、これら操舵角センサ１０、操舵トルクセンサ１１、転舵角センサ１２、転舵トルクセンサ１３、及び車速センサ１４で検出される各種信号が、例えばマイクロコンピュータで構成されたコントローラ１５へ供給されている。また、コントローラ１５には、駆動力制御装置１６で左輪３Ｌ及び３Ｒに対して夫々配分された駆動力の値ＴＬ及びＴＲも供給されている。この駆動力制御装置１６は、例えば、特開平１７−１７２８８号公報で開示されているように、左右の駆動輪と変速機の出力側とを夫々油圧クラッチを介して連結し、エンジントルクや車速や操舵角等の車両走行状態と、及びヨーレート等の車両姿勢とに基づいて左右の油圧クラッチの締結力を個別に調整することにより、左右輪の駆動力ＴＬ及びＴＲを制御している。
【００１３】
そして、コントローラ１５は、図２に示すように、ステアリングシャフト２の操舵角θ_S及びピニオンシャフト７の転舵角θ_Wを入力し、操舵角θ_Sに応じて転舵モータを駆動制御して転舵角θ_Wを制御する転舵角制御部１７と、ステアリングシャフト２の操舵角θ_S及び操舵トルクＴ_S、ピニオンシャフト７の転舵トルクＴ_W、自車速Ｖ、並びに左右輪３Ｌ及び３Ｒの駆動力ＴＬ及びＴＲを入力し、反力モータ８を駆動制御してステアリング操作に対する操舵反力Ｔ_Rを制御する操舵反力制御部１８とで構成されている。
【００１４】
次に、コントローラ１５の操舵反力制御部１８で実行する操舵反力制御処理を、図３のフローチャートに従って説明する。
操舵反力制御部１８では、図３に示す操舵反力制御処理を所定時間（例えば、１０msec）毎に実行する。この操舵反力制御処理は、先ず、ステップＳ１で各種センサから供給される操舵角θ_S、操舵トルクＴ_S、転舵トルクＴ_W、及び自車速Ｖと、駆動力制御装置１６から供給される駆動力ＴＬ及びＴＲとを読込んでステップＳ２に移行する。
【００１５】
このステップＳ２では、予め記憶された図４の車速係数算出制御マップを参照して、ステップＳ１で読込んだ車速Ｖから、後述する基本操舵反力Ｔ_Bに乗じる車速係数ｋｖを算出する。この車速係数算出制御マップは、図４に示すように、横軸に車速Ｖを、縦軸に車速係数ｋｖを夫々とり、車速Ｖが０（零）から所定値Ｖ１以下にあるときに車速係数ｋｖが１を維持し、車速Ｖが所定値Ｖ₁を超えて所定値Ｖ₂以下まで増加するときに、これに比例して車速係数ｋｖが１から更に大きな所定値ｋｖ₁まで増加し、車速Ｖが所定値Ｖ₂を超えて増加するときに、所定値ｋｖ₁を維持するように設定されている。
【００１６】
次に移行するステップＳ３では、予め記憶された図５の発生トルク推定制御マップを参照して、前記ステップＳ１で読込んだ左右輪３Ｌ、３Ｒの駆動力差ΔＴ（＝ＴＬ−ＴＲ）から、トルクステア現象で転舵系に発生する発生トルクＴ_Hを推定する。この発生トルク推定制御マップは、スクラブ半径が正である、即ちポジティブスクラブである車両用に設定されたものであり、図５に示すように、横軸に駆動力差ΔＴを、縦軸に発生トルクＴ_Hを夫々とり、駆動力差ΔＴが０（零）から正方向に増加する、即ち左輪駆動力ＴＬが右輪駆動力ＴＲを上回って増加するときには、これに比例して発生トルクＴ_Hが０（零）から車両を右旋回させる方向（正方向）に増加するように設定されている。一方、駆動力差ΔＴが０（零）から負方向に増加する、即ち右輪駆動力ＴＲが左輪駆動力ＴＬを上回って増加するときには、これに比例して発生トルクＴ_Hが０（零）から車両を左旋回させる方向（負方向）に増加するように設定されている。
【００１７】
次に移行するステップＳ４では、前記ステップＳ１で読込まれた転舵トルクＴ_WからステップＳ３で推定された発生トルクＴ_Hを減じてセルフアライニングトルクＴ_SAを算出し、ステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、予め記憶された図６の基本操舵反力算出制御マップを参照して、ステップＳ４で算出されたセルフアライニングトルクＴ_SAから基本操舵反力Ｔ_Bを算出する。この基本操舵反力算出制御マップは、図６に示すように、横軸にセルフアライニングトルクＴ_SAを、縦軸に基本操舵反力Ｔ_Bを夫々とり、セルフアライニングトルクＴ_SAが０（零）から正方向の所定値Ｔ_SA1まで増加するときに、これに比例して基本操舵反力Ｔ_Bが０（零）から正方向の所定値Ｔ_B1まで増加し、セルフアライニングトルクＴ_SAが所定値Ｔ_SA1を超えると、基本操舵反力Ｔ_Bが所定値Ｔ_B1を維持するように設定されている。一方、セルフアライニングトルクＴ_SAが０（零）から負方向の所定値Ｔ_SA2まで減少するときに、これに比例して基本操舵反力Ｔ_Bが０（零）から負方向の所定値Ｔ_B2まで減少し、セルフアライニングトルクＴ_SAが所定値Ｔ_SA2未満となるときに、基本操舵反力Ｔ_Bが所定値Ｔ_B2を維持するように設定されている。
【００１８】
次に移行するステップＳ６では、ステップＳ５で算出された基本操舵反力Ｔ_Bに前記ステップＳ２で算出された車速係数ｋｖを乗じて操舵反力Ｔ_Rを算出し、ステップＳ７に移行する。
ステップＳ７では、前記ステップＳ１で読込まれた操舵トルクＴ_Sの絶対値が閾値Ｔ_S1以上であるか否かを判定することにより、ステアリングホイール１が運転者により把持された状態にあるか否かを判定している。この判定結果が｜Ｔ_S｜≧Ｔ_S1であるときには把持状態であると判断してステップＳ８に移行し、｜Ｔｓ｜＜Ｔ_S1であるときには非把持状態であると判断してステップＳ９に移行する。
【００１９】
運転者がステアリングホイール１を把持していると判断して移行するステップＳ８では、前記ステップＳ６で算出された操舵反力Ｔ_Rをステアリングシャフト２に発生させるように、反力モータ８を駆動制御してから、前記ステップＳ１に戻る。一方、運転者がステアリングホイール１を把持していないと判断して移行するステップＳ９では、前記ステップＳ１で読込まれた操舵角θ_Sを時間微分することにより、操舵角速度θ’を算出して、ステップＳ１０に移行する。
【００２０】
ステップＳ１０では、予め記憶された図７の減衰力算出制御マップを参照して、ステップＳ９で算出された操舵角速度θ’及び前記ステップＳ３で算出された発生トルクＴ_Hから、ステップＳ６で算出された操舵反力Ｔ_Rに付加する減衰力Ｔ_Dを算出する。この減衰力算出制御マップは、図７に示すように、横軸に操舵角速度θ’を、縦軸に減衰力Ｔ_Dを夫々とり、操舵角速度θ’が０（零）から正方向に増加するときに、これに比例して減衰力Ｔ_Dが０（零）から負方向に減少し、一方、操舵角速度θ’が０（零）から負方向に減少するときに、これに比例して減衰力Ｔ_Dが０（零）から正方向に増加するように設定されている。さらに、発生トルクＴ_Hが大きいほど、操舵角速度θ’の増加率（又は減少率）に対する減衰力Ｔ_Dの減少率（又は増加率）が大きくなるように構成されている。
【００２１】
次いで移行するステップＳ１１では、前記ステップＳ６で算出された操舵反力Ｔ_RにステップＳ１０で算出された減衰力Ｔ_Dを付加する、すなわち操舵反力Ｔ_RをＴ_D分だけ減衰させてから、前記ステップＳ８に移行して、減衰力Ｔ_Dが付加された操舵反力Ｔ_Rをステアリングシャフト２に発生させるように、反力モータ９を駆動制御して、前記ステップＳ１に戻る。
【００２２】
以上より、ステアリングホイール１がステアリング操作手段に対応し、ステアリングシャフト２が操舵軸に対応し、ピニオンシャフト７が操舵軸に対応し、駆動力制御装置１６が制駆動力制御手段に対応し、転舵モータ９及びコントローラ１５の転舵角制御部１７が操舵制御手段に対応し、反力モータ８及びコントローラ１５の操舵反力制御部１８が操舵反力発生手段に対応し、転舵トルクセンサ１２が転舵トルク検出手段に対応している。また、図３の操舵反力制御処理におけるステップＳ３の処理が発生トルク推定手段に対応し、ステップＳ２及びステップＳ４〜ステップＳ６の処理が操舵反力算出手段に対応し、操舵トルクセンサ１１及びステップＳ７の処理が把持状態判定手段に対応し、操舵角センサ１０及びステップＳ９の処理が操舵状態検出手段に対応している。
【００２３】
次に、上記一実施形態の動作を説明する。
今、自車両がカーブに差し掛かり、運転者がステアリングホイール１を把持してステアリング操作を開始しているとする。このとき、ステアリングシャフト２の操舵角θ_Sに応じて走行車輪３Ｌ及び３Ｒが転舵されるように、転舵モータ９でピニオンシャフト７の転舵角θ_Wが制御されると共に、駆動力制御装置１６が左右輪の制駆動力ＴＬ及びＴＲを個別に制御される。また、コントローラ１５における操舵反力制御部１８では、運転者にしっかりとした操舵感を与えるために、ピニオンシャフト７に作用している転舵トルクＴ_Wと同方向の操舵反力Ｔ_Rを算出している。
【００２４】
先ず、駆動力制御装置１６によって制御された左右輪の駆動力差ΔＴが次第に大きくなると、キングピンの軸周りのモーメントが左右輪で不均等となることでトルクステア現象が起こるので、駆動力差ΔＴに基づいて発生トルクＴ_Hを推定する（ステップＳ３）。そして、この発生トルクＴ_Hを転舵トルクセンサ１２で検出された転舵トルクＴ_Wから減じることでセルフアライニングトルクＴ_SAを算出し（ステップＳ４）、算出されたセルフアライニングトルクＴ_SAに基づいて基本操舵反力Ｔ_Bを算出する。また、車速Ｖの増加に伴ってステアリング操作の重みも増加させることが望ましいので、車速Ｖに応じた車速係数ｋｖを算出して（ステップＳ２）、これを基本操舵反力Ｔ_Bに乗じて操舵反力Ｔ_Rを算出する（ステップＳ６）。
【００２５】
こうして算出された操舵反力Ｔ_Rに基づいて反力モータ８が駆動制御されるので、運転者がハンドルを取られることなくトルクステア現象によって発生した発生トルクＴ_H分のみを相殺することができ良好な操作フィーリングを維持することができる。
そして、この状態からカーブ出口に差し掛けると、一般に、運転者は把持していたステアリングホイール１を徐々に開放し、セルフアライニングトルクＴ_SAに基づく復元力を利用して車両を直進状態に復帰させようとする。このときは、ステアリングホイール１の急な回転を抑制するために、算出された操舵反力Ｔ_Rに減衰力Ｔ_Dを付与することが望ましい。
【００２６】
そこで、ステアリングホイール１が非把持状態にあると判断された場合には（ステップＳ７の判定が“No”）、ステアリングシャフト２の回転角速度θ’を算出して（ステップＳ９）、この回転角速度θ’及び発生トルクＴ_Hに基づいて減衰力Ｔ_Dを算出する（ステップＳ１０）。この減衰力Ｔ_Dを付加した操舵反力Ｔ_Rに基づいて反力モータ８を駆動制御することにより、運転者がハンドルを取られることなくトルクステア現象によって発生した発生トルクＴ_H分のみを相殺することができると共に、ステアリングホイール１の復元力を確保しつつ、その急な回転を抑制することができる。
【００２７】
なお、上記一実施形態では、左右輪の駆動力差ΔＴに基づいてトルクステア現象に起因する発生トルクＴ_Hを推定する構成について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、左右輪の制動力差によっても同様の現象が生じるため、左右輪の制動力を個別に制御する制動力制御装置を搭載している場合には、左右輪の制動力差に基づいて発生トルクＴ_Hを推定し、また駆動力制御装置１６と制動力制御装置との両者を搭載している場合には、左右輪の制動力差及び駆動力差に基づいて発生トルクＴ_Hを推定すればよい。
【００２８】
また、操舵反力Ｔ_Rに付与する減衰力Ｔ_Dを算出するために、操舵角速度θ’を算出した場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、操舵角速度θ’に換えて操舵角加速度を使用してもよい。
さらに、図５の発生トルク推定制御マップを、ポジティブスクラブである車両用に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、車両のスクラブ半径が負である、即ちネガティブスクラブである場合には、発生トルクＴ_Hの方向が逆に算出されるように設定すればよい。
【００２９】
さらに、制動力制御装置が左右輪の制動力を個別に制御したり、駆動力制御装置が左右輪の駆動力を個別に制御したりすることによって発生するトルクステア現象を軽減する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、制動力又は駆動力制御装置を搭載していない車両であっても、左右輪の一方が異径タイヤを装着するときや、ドライブシャフトの折れ角が左右輪で異なるときにも、転舵系にトルクが発生するため、これらの場合にも上記実施形態を適用し得るものである。
【００３０】
以上のように、上記一実施形態によれば、操舵反力制御部１８は、駆動力制御装置１６が左右輪の駆動力ＴＬ及びＴＲを個別に制御するときにピニオンシャフト２に発生する発生トルクＴ_Hを推定するステップＳ３の処理と、転舵トルクセンサ１２で検出した転舵トルクＴ_WからステップＳ３の処理で推定した発生トルクＴ_Hを減じた値に応じてステアリングシャフト２に発生させる操舵反力Ｔ_Rを算出するステップＳ２及びステップＳ４〜ステップＳ６の処理とを備えているので、運転者がハンドルを取られることなくトルクステア現象によって発生した発生トルクＴ_H分のみを確実に相殺することができるという効果が得られる。
【００３１】
また、操舵反力制御部１８は、ステアリングホイール１が運転者により把持された状態にあるか否かを判定するステップＳ７の処理と、ステアリングシャフト２の操舵状態を検出するステップＳ９の処理とを有し、ステップＳ７の処理でステアリングホイール１が非把持状態にあると判定され、且つ駆動力制御装置１６で左右輪の駆動力ＴＬ及びＴＲを個別に制御しているときに、ステップＳ９の処理で検出されたステアリングシャフト２の操舵状態、及び駆動力制御装置で制御された左右輪の駆動力差ΔＴに応じて操舵反力Ｔ_Rに減衰力Ｔ_Dを付加するように構成されているので、運転者がハンドルを取られることなくトルクステア現象によって発生した発生トルクＴ_H分のみを確実に相殺することができると共に、ステアリングホイール１の復元力を確保しつつ、その急な回転を抑制することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施形態の概略構成図である。
【図２】コントローラ１５のブロック図である。
【図３】本発明における操舵反力制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】車速係数算出制御マップである。
【図５】発生トルク推定制御マップである。
【図６】基本操舵反力算出制御マップである。
【図７】減衰力算出制御マップである。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３操向車輪
７ピニオンシャフト
８反力モータ
９転舵モータ
１０操舵角センサ
１１操舵トルクセンサ
１２転舵角センサ
１３転舵トルクセンサ
１４車速センサ
１５コントローラ
１６駆動力制御装置
１７転舵角制御部
１８操舵反力制御部

Claims

左右輪の制駆動力を個別に制御可能な制駆動力制御手段と、運転者により操舵されるステアリング操作手段に連結された操舵軸と、操向車輪に連結され前記操舵軸と非連結状態にある転舵軸と、前記操舵軸の操舵角に応じて前記転舵軸の転舵角を制御する操舵制御手段と、前記操舵軸に操舵反力を発生させる操舵反力発生手段とを備え、前記操舵反力発生手段は、前記転舵軸の転舵トルクを検出する転舵トルク検出手段と、前記制駆動力制御手段が左右輪の制駆動力を個別に制御するときに前記転舵軸に発生する発生トルクを推定する発生トルク推定手段と、前記転舵トルク検出手段で検出した転舵トルクから前記発生トルク推定手段で推定した発生トルクを減じた値に応じて前記操舵軸に発生させる操舵反力を算出する操舵反力算出手段とを備えていることを特徴とする操舵制御装置。
前記操舵反力発生手段は、前記ステアリング操作手段が運転者により把持された状態にあるか否かを判定する把持状態判定手段と、前記操舵軸の操舵状態を検出する操舵状態検出手段とを有し、前記把持状態判定手段で前記ステアリング操作手段が非把持状態にあると判定され、且つ前記制駆動力制御手段で左右輪の制駆動力を個別に制御しているときに、前記操舵状態検出手段で検出された前記操舵軸の操舵状態、及び当該制駆動力制御手段で制御された左右輪の制駆動力差に応じて前記操舵反力に減衰力を付加することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
前記操舵反力発生手段は、前記操舵軸の操舵速度の絶対値が増加するほど、前記減衰力の絶対値を増加させることを特徴とする請求項２に記載の操舵制御装置。
前記操舵反力発生手段は、前記左右輪の制駆動力差が大きいほど、前記操舵速度の増加率に対する前記減衰力の増加率を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の操舵制御装置。