(57)【要約】【課題】２輪の回転速度に基づいて、定常状態の判定を全操舵角で正確に行い得ると共に、定常状態でない場合においても、できる限り舵角の推定を行い得る車両用舵角推定装置を提供する。【解決手段】車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータのモータ回転角を検出するモータ回転角センサと、車両の左右輪の車輪回転速度を検出する車輪回転速度センサと、前記車輪回転速度センサからの車輪回転速度に基づいて前記操舵系の舵角を推定する舵角推定手段とを具備した車両用舵角推定装置において、前記舵角推定手段で推定された推定舵角を、前記モータ回転角を前記操舵系の減速比で除算した相対舵角と比較することによって、実際の舵角を推定して出力する舵角出力手段を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータのモータ回転角を検出するモータ回転角センサと、車両の左右輪の車輪回転速度を検出する車輪回転速度センサと、前記車輪回転速度センサからの車輪回転速度に基づいて前記操舵系の舵角を推定する舵角推定手段とを具備した車両用舵角推定装置において、前記舵角推定手段で推定された推定舵角を、前記モータ回転角を前記操舵系の減速比で除算した相対舵角と比較することによって、実際の舵角を推定して出力する舵角出力手段を具備したことを特徴とする車両用舵角推定装置。
【請求項２】
前記舵角出力手段が、前記推定舵角の変化量と前記相対舵角の変化量との差１を求め、前記差１が所定値１以下である場合、前記推定舵角を前記車両の操舵角として出力する請求項１に記載の車両用舵角推定装置。
【請求項３】
前記舵角出力手段が、前記モータのモータ角速度を前記操舵系の減速比で除算した舵角速度と、前記推定舵角から得られる推定舵角速度との差２を求め、前記差２が所定値２以下である場合、前記推定舵角を前記車両の操舵角として出力する請求項１に記載の車両用舵角推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用舵角推定装置を内蔵したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の車輪回転速度と、車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータの回転角を用いて車両の舵角（操舵角）を推定する車両用舵角推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来車両用舵角推定装置は多く提案されているが、多くの車両用舵角推定装置は実際の車両の幾何的関係のみから舵角を推定するものである。このため、誤差が生じ易いという問題がある。かかる問題点を解決した車両用舵角推定装置として、特開２００５−９８８２７号公報（特許文献１）に示されるものがある。即ち、車両の4輪それぞれに車輪回転速度センサを具備し、各車輪回転速度センサからの車輪回転速度に基づいて車両の操舵角を推定する車両用操舵角推定装置であって、前後左右2輪ずつの車輪回転速度の関係を比較することによって、４輪のスリップを検知するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−９８８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載のものでは、４輪の回転速度が全て必要であり、２輪（前輪又は後輪）の回転速度でしか得られない車種に対しては、対応できないという問題がある。
【０００４】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、２輪の回転速度に基づいて、定常状態の判定を全操舵角で正確に行い得ると共に、定常状態でない場合においても、できる限り舵角（操舵角）の推定を行い得る車両用舵角推定装置を提供することにある。また、かかる車両用舵角推定装置を具備した高性能な電動パワーステアリング装置を提供することも目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータのモータ回転角を検出するモータ回転角センサと、車両の左右輪の車輪回転速度を検出する車輪回転速度センサと、前記車輪回転速度センサからの車輪回転速度に基づいて前記操舵系の舵角を推定する舵角推定手段とを具備した車両用舵角推定装置に関し、本発明の上記目的は、前記舵角推定手段で推定された推定舵角を、前記モータ回転角を前記操舵系の減速比で除算した相対舵角と比較することによって、実際の舵角を推定して出力する舵角出力手段を設けることにより達成される。
【０００６】
また、本発明の上記目的は、前記舵角出力手段が、前記推定舵角の変化量と前記相対舵角の変化量との差１を求め、前記差１が所定値１以下である場合、前記推定舵角を前記車両の操舵角として出力することにより、或いは前記舵角出力手段が、前記モータのモータ角速度を前記操舵系の減速比で除算した舵角速度と、前記推定舵角から得られる推定舵角速度との差２を求め、前記差２が所定値２以下である場合、前記推定舵角を前記車両の操舵角として出力することにより、より効果的に達成される。
【０００７】
上記車両用舵角推定装置を電動パワーステアリング装置に内蔵することにより、操舵フィーリングの良い操舵系を達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の車両用舵角推定装置によれば、車輪回転速度から求めた推定舵角を操舵系のモータの回転角情報と比較することにより、車輪がスリップしていることを検知しているので、定常状態の各輪旋回半径の比を正確に反映した関係式を用い、従来方法に比べて正確に定常状態の判定を行うことができると共に、操舵角の誤推定を防ぎ、精度良く実舵角を推定することができる。
【０００９】
上記車両用舵角推定装置を電動パワーステアリング装置に装着すれば、舵角検出手段がなくても舵角情報を得ることができ、操舵フィーリングの良い高性能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では図１に示すように、４輪ｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒの各旋回半径をＲｆｌ，Ｒｆｒ，Ｒｒｌ，Ｒｒｒとし、前輪ｆｌ，ｆｒの舵角をそれぞれαｌ，αｒとし、車両の車軸距離をＬとし、車幅（左右輪の中心間距離）をＥとする。また、前輪車軸中央の旋回半径をＲｆとし、後輪車軸中央の旋回半径をＲｒとする。そして、各車輪ｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒの車輪速（車輪角速度）として左前輪をωｆｌ、右前輪をωｆｒ、左後輪をωｒｌ、右後輪をωｒｒとすると、車体中心の舵角α（図２参照）と各車輪速ωｆｌ，ωｆｒ，ωｒｌ，ωｒｒは、以下のような関係を持つことが知られている。
【００１１】
【数１】
2008213709.tif 000003
【００１２】
【数２】
2008213709.tif 000004
上記数１又は数２のいずれかで、車輪速ωｆｌ，ωｆｒ，ωｒｌ，ωｒｒから舵角αが一様に求められることになる。つまり、舵角αを推定することができる。また、左右それぞれの前後輪と、左右それぞれの舵角αｌ，αｒは以下の関係を持つ。
【００１３】
【数３】
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【００１４】
【数４】
2008213709.tif 000006
図２に示すような前輪車軸中央の舵角αと、左前輪の舵角αｌ、右前輪の舵角αｒとの関係は車種により決まってくる。仮に以下の数５及び数６のような関係を持つとすれば、前記数１〜数４は共通の舵角αと車両の車軸距離L、車幅E（左右輪の中心間距離）とで成立することになる。なお、ｋ１は舵角と内輪舵角の比であり、ｋ２は舵角と外輪舵角の比である。
（数５）
左折のとき、  αｌ＝ｋ１・α
αｒ＝ｋ２・α
（数６）
右折のとき、  αｌ＝ｋ２・α
αｒ＝ｋ１・α
本発明では、車輪回転速度から求めた推定舵角を操舵系のモータの回転角情報と比較することにより、車輪がスリップしていることを検知するが、前輪（２輪）の回転速度しか検出できない車種を先ず例に挙げて説明する。
【００１５】
図３に示すような一般的な電動パワーステアリング装置では、ハンドル１の操舵系に操舵補助力を付与するモータ２に、モータ回転角を検出するモータ回転角センサ３が取り付けられており、また、ハンドル１のステアリングシャフト４には操舵トルクを検出するためのトルクセンサ５が取り付けられている。モータ回転角センサ３からのモータ回転角とトルクセンサ５からの操舵トルクはコントロールユニット（ＥＣＵ）６に入力され、コントロールユニット６は操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を演算してモータ２を駆動制御する。これにより、モータ２は減速機構７を経て操舵系に操舵補助力を付与する。
【００１６】
本発明では、モータ回転角センサ３で検出されたモータ回転角がコントロールユニット６に入力されており、コントロールユニット６内の舵角出力手段はモータ回転角からステアリングシャフト４の回転角を算出するが、モータ回転角とステアリングシャフト４の回転角は減速機構７を介しているため、モータ回転角を減速比で除算することでモータ回転角変化量を算出することができる。従って、コントロールユニット６内の舵角出力手段で算出されるステアリングシャフト回転角は絶対舵角ではなく、相対変化量となる。本発明では、この算出されたステアリングシャフト回転角と、上記数１で推定された推定舵角とを比較する。
【００１７】
この場合、モータ回転角から算出したステアリングシャフト回転角は、変化量は正しいが、絶対角度としては実際の舵角に対してオフセットを有している。従って、推定舵角と比較する角度は絶対値ではなく、ある共通の時点からの変化量としなければならない。その回転角の変化量の差Δθが所定値Δθｔｈを超えたときは、車輪がスリップなどした状態で舵角が推定されるので、推定舵角は信用できないと判断し、推定舵角を実際の舵角として出力しないようにする。そして、回転角の変化量の差Δθが所定値Δθｔｈより小さく、かつ一定時間継続したときに、推定舵角を信用できると判断し、推定舵角を実際の舵角として出力する。
【００１８】
図４に具体的なフローチャートを示して、上記本発明の実施形態１の動作を説明する。
【００１９】
先ずイニシャライズとして計時カウンタ（Ｃｎｔ）を“０”にクリアし（ステップＳ１）、車輪回転速度センサからの前車輪速度ωｆｌ及びωｆｒと、モータ回転角センサからのモータ回転角θｍを読込み（ステップＳ２）、数１に従って推定舵角θｅｓｔ＝αｆｒｏｎｔを推定する（ステップＳ３）。推定舵角θｅｓｔを求めた後、計時カウンタで計数した時間Ｃｎｔが“０”であるか否かを判定し（ステップＳ４）、“０”であれば、モータ回転角θｍを初期モータ回転角θｍ０とし、推定舵角θｅｓｔを初期推定舵角θｅｓｔ０としてから上記ステップＳ２にリターンする（ステップＳ５）。初期モータ回転角θｍ０及び初期推定舵角θｅｓｔ０は、それぞれ推定開始時の初期値である。
【００２０】
上記ステップＳ４において時間Ｃｎｔが“０”でない場合には、舵角推定手段は、モータ回転角θｍから初期モータ回転角θｍ０を減算し、その減算値（＝θｍ−θｍ０）を操舵系の減速比で除算し、その除算して得られる値から、推定舵角θｅｓｔから初期推定舵角θｅｓｔ０を減算した値の絶対値である回転角の変化量Δθを求める（ステップＳ１０）。即ち、下記数７を実施して、回転角の変化量Δθを算出する。
（数７）
Δθ＝｜（θｍ−θｍ０）／減速比−（θｅｓｔ−θｅｓｔ０）｜
次に、舵角出力手段は、算出された回転角の変化量Δθが予め設定されている所定値Δθｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、変化量Δθが所定値Δθｔｈより大きい場合には、計時カウンタの時間を“０”にクリアして上記ステップＳ２にリターンする（ステップＳ１２）。
【００２１】
一方、上記ステップＳ１１で回転角の変化量Δθが所定値Δθｔｈ以下の場合には、計時カウンタをインクリメント「＋１」し（ステップＳ１３）、時間Ｃｎｔが所定時間Ｃ１を超えているか否かを判定し（ステップＳ１４）、時間Ｃｎｔが所定時間Ｃ１を超えていない場合には上記ステップＳ２にリターンする。そして、時間Ｃｎｔが所定時間Ｃ１を超えている場合には、推定舵角θｅｓｔを舵角θとして出力する（ステップＳ１５）。
【００２２】
本例では前車輪（２輪）の回転速度で舵角θを推定して出力しているが、後車輪（２輪）のみでも同じように舵角θを推定して出力することができる。
【００２３】
次に、本発明の実施形態２を説明するが、前輪（２輪）の回転速度しか検出できない車種を例に挙げて説明する。
【００２４】
本例の場合にはモータ回転角を微分してモータ角速度ωｍを算出する。モータ角速度ωｍを減速比で除算することにより舵角速度ωｒを求めることができる。また、数１で求められた推定舵角を微分することで、推定舵角速度ωｅを求めることができるが、実際の舵角出力手段では、前回値との差を計算することで微分と同等の効果を得ることができる。そして、舵角速度ωｒと推定舵角速度ωｅとの差Δωｈが所定値Δωｔｈを超えたときは、車輪がスリップなどした状態で舵角が推定されるので、推定舵角を信用できないと判断し、推定舵角を舵角として出力しないようにする。舵角速度ωｒと推定舵角速度ωｅとの差Δωｈが所定値Δωｔｈより小さく、かつ一定時間継続したときに、推定舵角を信用できると判断し、推定舵角を舵角として出力するようにする。
【００２５】
上記動作を、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００２６】
先ずイニシャライズとして計時カウンタ（Ｃｎｔ）を“０”にクリアし（ステップＳ２０）、車輪回転速度センサからの前車輪速度ωｆｌ及びωｆｒと、モータ回転角センサからのモータ回転角θｍを読込み（ステップＳ２１）、舵角推定手段は、数１に従って推定舵角θｅｓｔ＝αｆｒｏｎｔを推定する（ステップＳ２２）。推定舵角θｅｓｔを求めた後、モータ回転角θｍからモータ回転角θｍの前回値を減算し、その減算値（＝θｍ−θｍ前回値）を操舵系の減速比で除算し、その除算して得られる値から、推定舵角θｅｓｔから推定舵角θｅｓｔの前回値を減算した値の絶対値である回転速度の変化量Δωｈを求める（ステップＳ２３）。即ち、下記数８を実施して、回転速度の変化量Δωｈを算出する。
（数８）
Δωｈ＝｜（θｍ−θｍ前回値）／減速比−（θｅｓｔ−θｅｓｔ前回値）｜
次に、舵角出力手段は、算出された回転速度の変化量Δωｈが予め設定されている所定値Δωｔｈ以下であるか否かを判定し（ステップＳ２４）、回転速度の変化量Δωｈが所定値Δωｔｈより大きい場合には、計時カウンタの時間を“０”にクリアして上記ステップＳ２１にリターンする（ステップＳ２５）。
【００２７】
一方、上記ステップＳ２４で回転速度の変化量Δωｈが所定値Δωｔｈ以下の場合には、計時カウンタをインクリメント「＋１」し（ステップＳ２６）、時間Ｃｎｔが所定時間Ｃ２を超えているか否かを判定し（ステップＳ２７）、時間Ｃｎｔが所定時間Ｃ２を超えていない場合には上記ステップＳ２１にリターンする。そして、時間Ｃｎｔが所定時間Ｃ２を超えている場合には、推定舵角θｅｓｔを舵角θとして出力する（ステップＳ２８）。
【００２８】
本例では前車輪（２輪）の回転速度で舵角θを推定しているが、後車輪（２輪）のみでも同じように舵角θを推定して出力することができる。また、回転角の微分によって回転速度を求めるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の車両用舵角推定装置は、定常状態の判定を全操舵角について正確に行うことができるので、自動車等の車両に最適に適用できる。また、定常状態でない場合でも、できる限り操舵角の推定を行うことができるので、車両装置に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】舵角を説明するための図である。
【図３】一般的な電動パワーステアリング装置の一例を示す構成図である。
【図４】本発明の動作例（実施形態１）を示すフローチャートである。
【図５】本発明の動作例（実施形態２）を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１                  ハンドル
２                  モータ
３                  モータ回転角センサ
４                  ステアリングシャフト
５                  トルクセンサ
６                  コントロールユニット６
７                  減速機構
ｆｌ、ｆｒ          前輪
ｒｌ、ｒｒ          後輪
Ｌ                  車軸距離
Ｅ                  車幅（左右輪の中心間距離）
【図１】
2008213709.tif 000007
【図２】
2008213709.tif 000008
【図３】
2008213709.tif 000009
【図４】
2008213709.tif 000010
【図５】
2008213709.tif 000011