(57)【要約】【課題】  横加速度情報とヨーレート情報に基づいて反力成分を制御する反力制御装置の制御系を簡略化する。【解決手段】  車両の運転者により操作されるステアリングホイールに作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置において、前記車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１８と、前記車両の横加速度を検出する横加速度センサ１７と、前記車両の車速を検出する車速センサ１９と、ヨーレートセンサ１８の検出値と横加速度センサ１７の検出値に基づいて車速が低いほどヨーレートの寄与率が大きく車速が高いほど横加速度の寄与率が大きくなるように合成信号を作成し、この合成信号に基づいて該合成信号が大きいほど前記反力成分を大きく設定する反力補正部３３と、を備える。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の運転者により操作される操作子に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置において、
前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記ヨーレート検出手段の検出値と前記横加速度検出手段の検出値に基づいて、車速が低いほどヨーレートの寄与率が大きく車速が高いほど横加速度の寄与率が大きくなるように合成信号を作成し、この合成信号に基づいて該合成信号が大きいほど前記反力成分を大きく設定する反力成分制御手段と、
を備えることを特徴とする反力制御装置。
【請求項２】
前記反力成分制御手段は、前記反力成分をゼロに設定する合成信号領域を有し、該合成信号領域は車速が大きいほど小さいことを特徴とする請求項１に記載の反力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の操舵系において操作子に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置として電動式パワーステアリング装置が知られている。電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに結合されたステアリングシャフトと転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されるとともに、操舵力を補助するための電動機が前記転舵機構に連係されていて、一般に、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクが大きいほど補助操舵力が大きくなるように前記電動機の駆動トルク指令値（駆動電流値）を制御している。
【０００３】
また、この電動式パワーステアリング装置では、外乱に起因する車両の不整挙動を抑制するために、車両挙動をヨーレートおよび横加速度から検出し、この車両挙動を打ち消す方向の駆動トルク補正値を算出し、操舵トルクに応じて設定するベース駆動トルク指令値から前記駆動トルク補正値を減算して駆動トルク指令値とし、前記電動機を制御するものもある（例えば、特許文献１参照）。このように構成した場合、通常の旋回走行時などにおいてヨーレートや横加速度が発生した場合にも、これらを抑制する方向、すなわち車両を直進状態に復帰させる方向に駆動トルク補正値を発生させる。したがって、駆動トルク補正値はアシスト力に対する反力成分と言える。
【０００４】
このようにヨーレート情報および横加速度情報に基づいて反力成分を制御する場合、一般に、ヨーレートが大きくなるにしたがって駆動トルク補正値（反力成分）が大きくなるように制御するとともに、横加速度が大きくなるにしたがって駆動トルク補正値（反力成分）が大きくなるように制御している。換言すると、ヨーレートや横加速度が大きくなるにしたがって電動機による補助操舵力が減るように電動機の駆動トルク制御を行っている。これにより、ヨーレートや横加速度が大きいときの操舵の安定性を保っている。
【特許文献１】特許第３１１０８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来は、ヨーレート情報に基づく駆動トルク補正値（反力成分）と横加速度情報に基づく駆動トルク補正値（反力成分）をそれぞれ別々に算出した後、合算し、この合算後の駆動トルク補正値に基づいて電動機の駆動トルク制御を行っている。
しかしながら、このような制御システムにすると、ヨーレート情報、横加速度情報のそれぞれに対応するマップやテーブルを用意しなければならず面倒なだけでなく、計算量が増加して、制御が複雑になった。
また、ヨーレートと横加速度の間には相関関係があるため、最適制御を実現するためには、この相関関係を考慮して前記マップやテーブルを作成しなければならず、チューニングが極めて煩雑であった。
そこで、この発明は、ヨーレート情報と横加速度情報に基づいて合成信号を作成し、この合成信号に基づいて反力成分を設定することにより、最適な反力制御が可能で、制御系の簡略化が可能な反力制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の運転者により操作される操作子（例えば、後述する実施の形態におけるステアリングホイール３）に作用させるべき反力成分を制御する反力制御装置において、前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段（例えば、後述する実施の形態におけるヨーレートセンサ１８）と、前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段（例えば、後述する実施の形態における横加速度センサ１７）と、前記車両の車速を検出する車速検出手段（例えば、後述する実施の形態における車速センサ１９）と、前記ヨーレート検出手段の検出値と前記横加速度検出手段の検出値に基づいて、車速が低いほどヨーレートの寄与率が大きく車速が高いほど横加速度の寄与率が大きくなるように合成信号を作成し、この合成信号に基づいて該合成信号が大きいほど前記反力成分を大きく設定する反力成分制御手段（例えば、後述する実施の形態における反力補正部３３）と、を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、ヨーレート情報と横加速度情報の合成信号に基づいて、この合成信号が大きいほど大きな反力成分を設定することができる。しかも、車速が低いほどヨーレートに重きを置いて反力成分を設定し、車速が高いほど横加速度に重きを置いて反力成分を設定することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記反力成分制御手段は、前記反力成分をゼロに設定する合成信号領域を有し、該合成信号領域は車速が大きいほど小さいことを特徴とする。
このように構成することにより、高車速では合成信号が比較的に小さいときから反力成分を発生させることが可能になり、低車速では合成信号が比較的に大きくなるまで反力成分の発生を抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、ヨーレート情報と横加速度情報の合成信号に基づいて反力成分を設定することができるので、チューニングが容易になり、計算量も減らすことができ、その結果、制御系を簡略化することができるという効果がある。しかも、車速が低いほどヨーレートに重きを置いて反力成分を設定し、車速が高いほど横加速度に重きを置いて反力成分を設定することができるので、低車速から高車速まで広範な車速域において車両挙動に対し最適な反力制御を実行することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、車速に応じて反力成分の発生を調整することができ、特に、高車速時の操舵安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明に係る反力制御装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した態様で説明する。
初めに、図１を参照して、電動式パワーステアリング装置の構成を説明する。電動式パワーステアリング装置は手動操舵力発生機構１を備えており、この手動操舵力発生機構１は、ステアリングホイール（操作子）３に一体結合されたステアリングシャフト４が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されて構成されている。ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連結されている。この構成により、ステアリングホイール３の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構を構成する。
【００１１】
また、ラック軸７と同軸上に、手動操舵力発生機構１による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機１０が配設されている。この電動機１０により供給される補助操舵力は、ラック軸７に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。そのために、ラック軸７を挿通させた電動機１０のロータに駆動側ヘリカルギヤ１１を一体的設け、この駆動側ヘリカルギヤ１１に噛合する従動側ヘリカルギヤ１３を、ボールねじ機構１２のスクリューシャフト１２ａの一端に設け、ボールねじ機構１２のナット１４をラック７に固定している。
【００１２】
ステアリングシャフト４には、ステアリングシャフト４の操舵速度（角速度）を検出するための操舵速度センサ１５が設けられ、前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１６が設けられている。操舵速度センサ１５は検出した操舵速度に対応する電気信号を、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号を、それぞれステアリング制御装置２０に出力する。
また、車体の適所には、車両の横加速度を検出するための横加速度センサ（横加速度検出手段）１７と、車両のヨーレートを検出するためのヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）１８と、車速に対応した電気信号を出力する車速センサ（車速検出手段）１９とが取り付けられている。横加速度センサ１７は検出した横加速度に対応する電気信号を、ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車速センサ１９は車速に対応した電気信号を、それぞれステアリング制御装置２０に出力する。なお、この実施例において、横加速度センサ１７の出力信号とヨーレートセンサ１８の出力信号は同種の電気信号（例えば、電流信号）とする。
【００１３】
そして、ステアリング制御装置２０は、これらセンサ１５〜１９からの入力信号を処理して得られる制御信号により電動機１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路２１を介して電動機１０に供給することにより電動機１０の出力トルクを制御し、ステアリング操作における補助操舵力を制御する。
【００１４】
次に、図２の制御ブロック図を参照して、この実施例における電動機１０に対する電流制御を説明する。
ステアリング制御装置２０は、ベース電流決定部３１、イナーシャ補正部３２、反力補正部（反力成分制御手段）３３を備えている。
ベース電流決定部３１においては、操舵トルクセンサ１６および車速センサ１９の出力信号に基づき、ベース電流テーブル（図示略）を参照して、操舵トルクと車速に応じたベース電流値が決定される。ここで、ベース電流テーブルは、操舵トルクが大きくなるにしたがってベース電流が大きくなり、車速が大きくなるにしたがってベース電流が小さくなるように設定されている。
イナーシャ補正部３２においては、ベース電流決定部３１で決定したベース電流に対し、電動機１０の慣性マス補償が行われる。
【００１５】
反力補正部３３は、前記慣性マス補償後の電流から反力成分に応じた補正電流を減算して、電動機１０に対する目標電流を算出し、この目標電流を駆動回路２１に出力する。駆動回路２１は、電動機１０への供給電流が目標電流となるように制御して、電動機１０に電流供給を行い、電動機１０の出力トルクを制御する。
したがって、この実施例の電動パワーステアリング装置においては、反力補正部３３において設定される補正電流は操舵アシスト力に対する反力成分ということができ、ベース電流決定部３１において設定されるベース電流はこの反力成分を相殺する前の操舵アシスト力ということができる。
反力補正部３３は、ダンパ補正部３４と車両挙動反力補正部３５とからなる。
ダンパ補正部３４は操舵速度に基づいて第１反力補正電流を算出し、前記慣性マス補償後の電流から第１反力補正電流を減算する。
【００１６】
車両挙動反力補正部３５は、車両挙動に基づいて第２反力補正電流Ｉｍ２を算出し、ダンパ補正部３４から出力される電流から第２反力補正電流Ｉｍ２を減算して、目標電流を算出する。
なお、この実施例では、横加速度とヨーレートから車両挙動を検出しており、車両挙動反力補正部３５は、基本的に横加速度センサ１７で検出した横加速度とヨーレートセンサ１８で検出したヨーレートに基づいて第２反力補正電流Ｉｍ２を算出する。以下、車両挙動反力補正部３５における第２反力補正電流Ｉｍ２の算出について詳述する。
【００１７】
車両挙動反力補正部３５は、合成信号算出部（合成信号算出手段）３６において、横加速度センサ１７とヨーレートセンサ１８の各出力信号に基づいて、車速に応じた合成信号ｙを作成する。すなわち、まず、車速センサ１９の出力信号に基づいて、車速・合成比マップ３７を参照して、車速に応じた合成比Ｋｍを算出する。ここで、車速・合成比マップ３７は、車速が所定車速以下のときは所定のプラス値で一定であり、車速が前記所定車速を超えると車速の増大にしたがって合成比Ｋｍが徐々に減少していくように設定されている。ただし、合成比の最大値は「１．０」以下に設定されている。
【００１８】
そして、ヨーレートセンサ１８の出力信号γに、車速・合成比マップ３７から算出した合成比Ｋｍを乗じて得られた積（γ・Ｋｍ）と、横加速度センサ１７の出力信号Ｌｇに、「１」に対する合成比Ｋｍの補数（１−Ｋｍ）を乗じて得られた積｛Ｌｇ・（１−Ｋｍ）｝を加算して、合成信号ｙとする。
ｙ＝（γ・Ｋｍ）＋｛Ｌｇ・（１−Ｋｍ）｝・・・（１）式
【００１９】
このようにして算出される合成信号ｙでは、車速が低いほどヨーレートの寄与率が大きくなって横加速度の寄与率が小さくなり、車速が高いほど横加速度の寄与率が大きくなってヨーレートの寄与率が小さくなり、且つ、ヨーレートの寄与率と横加速度の寄与率の和は常に「１」になる。
このように車速に応じて合成信号ｙに対する横加速度とヨーレートの寄与率を可変にしたのは、車両運動（車両挙動）に対する支配率に基づくものであり、この支配率を横加速度とヨーレートで比較すると、車速が低いときはヨーレートの方が横加速度よりも前記支配率が大きく、車速が高いときは横加速度の方がヨーレートよりも前記支配率が大きいことによる。これは、車速が上がるとヨーレートはある車速からゲインが下がるが、横加速度は常に増加することが原因である。また、車速が高くなるとヨーレートの位相遅れが大きくなることも、車速が高いほどヨーレートの寄与率を小さくした理由の一つである。
なお、この実施例では、横加速度とヨーレートの寄与率の和を常に「１」とすることで制御の単純化を図っているが、前述のような支配率の考え方に従って横加速度とヨーレートの寄与率を可変にする限り、合成信号の算出方法は前記（１）式に限るものではない。
【００２０】
また、車両挙動反力補正部３５は、車速センサ１９の出力信号に基づき、オフセットテーブル３８を参照して、車速に応じたオフセット量を算出する。オフセットテーブル３８は、車速が低い領域ではオフセット量が所定プラス値で一定で、所定の車速以上になると、車速の増大にしたがってオフセット量が徐々に減少していき、最終的には「０」になるように設定されている。
そして、車両挙動反力補正部３５は、合成信号算出部３６で算出された合成信号ｙからオフセットテーブル３８で算出されたオフセット量を減算し、その差信号ｙ’に基づいて、補正電流テーブル３９を参照し、基準補正電流（換言すると、基準反力成分）Ｉｍｂを算出する。なお、差信号ｙ’が負になった場合は、差信号ｙ’を「０」とする。
ここで、補正電流テーブル３９は、差信号ｙ’が「０」のときに基準補正電流Ｉｍｂが「０」に設定されていて、差信号ｙ’が大きくなるにしたがって基準補正電流Ｉｍｂが徐々に大きくなっていき、差信号ｙ’が所定値以上になると基準補正電流Ｉｍｂは上限値で一定となるように設定されている。
【００２１】
なお、合成信号算出部３６で作成した合成信号ｙからオフセット量を減算して得た差信号ｙ’に基づいて基準補正電流Ｉｍｂを算出するようにした理由は次の通りである。
オフセットテーブル３８によれば、車速が高いときにはオフセット量は「０」であり、したがって、合成信号ｙと差信号ｙ’はイコールである。この場合、横軸を合成信号ｙとして示す補正電流特性は図３（Ａ）に示すようになり、すなわち、補正電流テーブル３９と同じになる。
一方、車速が低い領域ではプラス値のオフセット量が設定されるため、合成信号算出部３６で作成された合成信号ｙがオフセット量を超えるまでは、差信号ｙ’は「０」に保持される。この場合、横軸を合成信号ｙとして示す補正電流特性は図３（Ｂ）に示すようになり、差信号が「０」の間は基準補正電流Ｉｍｂは「０」に設定されることになる。つまり、合成信号算出部３６で作成された合成信号ｙがオフセット量以下となる合成信号領域（以下、この領域を不感帯と称す）では、基準補正電流Ｉｍｂ（基準反力成分）が「０」に設定される。そして、オフセットテーブル３８では車速が高くなるほどオフセット量が小さくなることから、車速が大きいほど不感帯が小さくなることとなる。なお、図３（Ａ）に示す補正電流特性図の場合は、不感帯がゼロになったときと考えることができる。
このように車速に応じて不感帯を可変にしたことにより、高車速では合成信号算出部３６で作成された合成信号ｙが比較的に小さいときから反力成分を発生させることが可能になり、低車速では合成信号ｙが比較的に大きくなるまで反力成分の発生を抑制することが可能になるので、車速が高いほど生じ易い車両の不整挙動を確実に抑制することができる。その結果、高車速時の操舵安定性を向上することができる。
【００２２】
次に、車両挙動反力補正部３５は、車速センサ１９の出力信号に基づき、車速レシオテーブル４０を参照して、車速に応じたレシオ（増幅率）Ｒを算出する。
ここで、車速レシオテーブル４０は、車速が「０」のときにレシオＲが「０」に設定されていて、車速が大きくなるにしたがってレシオＲが徐々に大きくなっていき、車速が所定値以上になるとレシオＲは上限値で一定となるように設定されている。
そして、補正電流テーブル３９で算出した基準補正電流Ｉｍｂに、車速レシオテーブル４０から算出したレシオＲを乗じて得た積（Ｉｍｂ・Ｒ）を、第２反力補正電流Ｉｍ２とする（Ｉｍ２＝Ｉｍｂ・Ｒ）。
このように車速が大きいほど大きいレシオＲに設定し、このレシオＲを基準補正電流Ｉｍｂに乗じて第２反力補正電流Ｉｍ２を設定しているので、合成信号ｙの大きさが同じ場合で比較したときには、車速が高いほど大きな反力成分を生じさせることができ、車速が高いほど生じ易い車両の不整挙動を確実に抑制することができて、低車速から高車速まで広範な車速域において最適な反力制御が行われ、その結果、広範な車速域において不整挙動を適正に抑制することができる。
【００２３】
以上説明するように、この実施例の反力制御装置によれば、ヨーレートセンサ１８の出力信号（検出値）と横加速度センサ１７の出力信号（検出値）に基づいて合成信号ｙを作成し、基本的にこの合成信号ｙに基づいて第２反力補正電流（反力成分）Ｉｍ２を設定しているので、チューニングが容易になる上、従来よりも計算量を減らすこともでき、その結果、ステアリング制御系を従来よりも簡略化することができる。また、合成信号ｙが大きいほど第２反力補正電流Ｉｍ２を大きく設定することができるので、横加速度やヨーレートが大きいほど、より大きな反力成分を発生させて、補助操舵力を小さくすることができ、これにより操舵の安定性を保つことができる。
【００２４】
また、車速に応じて合成信号ｙに対する横加速度とヨーレートの寄与率を可変にし、車速が低いほどヨーレートの寄与率を大きくして横加速度の寄与率を小さくし、車速が高いほど横加速度の寄与率を大きくしてヨーレートの寄与率を小さくしているので、低車速ほどヨーレートに重きを置いて反力成分を設定し、高車速ほど横加速度に重きを置いて反力成分を設定することができ、低車速から高車速まで広範な車速域において車両挙動に対し最適な反力制御を実行することができる。
特に、この実施例では、車速に応じて不感帯を可変にし、車速に応じてレシオＲを可変にしているので、低車速から高車速まで広範な車速域において反力制御の更なる最適化を実現することができ、また、良好な操舵フィーリングと車両の不整挙動の抑制を実現することができる。
【００２５】
なお、この実施例では、ステアリングホイール３をある一方向（例えば、右旋回方向）に回した時（往き方向）も、その後ステアリングホイール３を切り返して回した時（戻り方向）も、同一の補正電流テーブル３９を用いるようにしているが、ステアリングホイール３の往き方向と戻り方向でそれぞれ別々に補正電流テーブルを用意しておき、ステアリング操作の状況に応じて補正電流テーブルを持ち替えて基準補正電流Ｉｍｂを算出するようにすることも可能である。車速レシオテーブル４０についても同様であり、ステアリング操作の状況に応じて往き方向用と戻り方向用の車速レシオテーブルを持ち替えてレシオＲを算出するようにすることも可能である。このようにすると、さらに操舵フィーリングを向上することができる。
【００２６】
前述したオフセットテーブル３８によるオフセット処理や、車速レシオテーブル４０によるレシオ処理は、この発明に係る反力制御装置において必須構成ではなく、これら処理を行わずに、合成信号算出部３６で算出した合成信号ｙに基づいて、横軸を合成信号ｙ、縦軸を補正電流Ｉｍ２とした補正電流テーブルを参照して、補正電流Ｉｍ２を算出するようにしてもよい。
【００２７】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、この発明に係る反力制御装置は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムの車両用操舵装置（ＳＢＷ）、アクティブ・ステアリング・システムの車両用操舵装置、バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムの車両用操舵装置（ＶＧＳ）にも適用可能である。
なお、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムとは、操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムである。
アクティブ・ステアリング・システムとは、前輪舵角および後輪舵角を運転者のステアリング操作や車両の運動状況に応じて制御する操舵システムである。
バリアブル・ギヤ・レシオ・ステアリング・システムとは、操舵角の大きさに応じてステアリング・ギヤ・レシオを変更可能な操舵システムである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明に係る反力制御装置を備えた電動パワーステアリング装置の構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の電動機に対する電流制御のブロック図である。
【図３】高車速時と低車速時の補正電流特性図である。
【符号の説明】
【００２９】
３  ステアリングホイール（操作子）
１７  横加速度センサ（横加速度検出手段）
１８  ヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）
１９  車速センサ（車速検出手段）
３３  反力補正部（反力成分制御手段）
【図１】
2006015795.tif 000003
【図２】
2006015795.tif 000004
【図３】
2006015795.tif 000005