(57)【要約】【課題】いち早く車両挙動の安定化を図る。【解決手段】直進走行中に急制動をかけたら（ステップＳ１の判定が“Yes”）、操舵輪に発生する転舵力を推定し（ステップＳ２）、この転舵力に応じて通常のＥＰＳ制御処理のアシストトルクを補正する（ステップＳ３）。アシストトルクの補正はスクラブ半径に従って行い、ネガティブスクラブであれば転舵力と同方向のアシストトルクを発生させ、ポジティブスクラブであれば転舵力と逆方向のアシストトルクを発生させる。また、ネガティブスクラブである場合には、ポジティブスクラブである場合よりも、アシストトルクを小さくする。また、ネガティブスクラブの場合は、転舵力が大きいほどアシストトルクを小さくし、ポジティブスクラブの場合は、転舵力が大きいほどアシストトルクを大きくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵輪の制動作用が左右で異なることで当該操舵輪に発生する転舵力を推定する推定手段と、該推定手段で推定した転舵力に応じてステアリング機構に補助操舵力を付与する補助手段と、を備えたことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
前記推定手段は、車両が直進走行しているときに前記操舵輪の制動作用が左右で異なることで当該操舵輪に発生する転舵力を推定することを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
前記補助手段は、前記操舵輪のスクラブ半径に従って、前記転舵力に応じた前記補助操舵力を前記ステアリング機構に付与することを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリング装置。
【請求項４】
前記補助手段は、前記操舵輪のスクラブ半径がネガティブであれば、前記転舵力と同方向の前記補助操舵力を前記ステアリング機構に付与し、前記操舵輪のスクラブ半径がポジティブであれば、前記転舵力と逆方向の前記補助操舵力を前記ステアリング機構に付与することを特徴とする請求項３に記載のステアリング装置。
【請求項５】
前記補助手段は、前記操舵輪のスクラブ半径がネガティブである場合は、当該スクラブ半径がポジティブである場合よりも、前記補助操舵力を小さくすることを特徴とする請求項３又は４に記載のステアリング装置。
【請求項６】
前記補助手段は、前記操舵輪のスクラブ半径がネガティブであれば、前記転舵力が大きいほど前記補助操舵力を小さくし、前記操舵輪のスクラブ半径がポジティブであれば、前記転舵力が大きいほど前記補助操舵力を大きくすることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載のステアリング装置。
【請求項７】
前記補助手段は、前記転舵力の増加速度が速いほど前記補助操舵力を大きくすることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のステアリング装置。
【請求項８】
前記補助手段は、前記転舵力が０を含む所定範囲内にあるときには、前記補助操舵力を制限することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のステアリング装置。
【請求項９】
操舵輪の制動作用が左右で異なることで当該操舵輪にスクラブ半径に応じた転舵力が発生したら、前記操舵輪の制動作用が大きい側への車両の片流れが発生すると判断して、前記転舵力に応じて片流れ防止方向の補助操舵力をステアリング機構に付与することを特徴とするステアリング装置。
【請求項１０】
ステアリング装置を備えた自動車において、
前記ステアリング装置は、
操舵輪の制動作用が左右で異なることで当該操舵輪にスクラブ半径に応じた転舵力が発生したら、前記操舵輪の制動作用が大きい側への車両の片流れが発生すると判断して、前記転舵力に応じて片流れ防止方向の補助操舵力をステアリング機構に付与することを特徴とする自動車。
【請求項１１】
操舵輪の制動作用が左右で異なることで当該操舵輪にスクラブ半径に応じた転舵力が発生したら、前記操舵輪の制動作用が大きい側への車両の片流れが発生すると判断して、前記転舵力に応じて片流れ防止方向の補助操舵力をステアリング機構に付与することを特徴とするステアリング制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング装置、これを備えた自動車、及びステアリング制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、操舵角に応じた規範ヨーレートと実際に発生したヨーレートとの偏差に基づいてアンダーステア状態であるかオーバーステア状態であるかを推定し、この推定結果に応じて電動パワーステアリングの補助操舵トルクを制御することにより、車両挙動の安定化を図っている。
【特許文献１】特許第３０３４４３０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、上記特許文献１に記載された従来例を含め、ヨーレートや横加速度などの車両挙動を観測しながら、その安定化を図る場合、実際に不安定な傾向を検知してからの制御介入となるので、後手に回った復帰動作となってしまう。
本発明の課題は、いち早く車両挙動の安定化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明に係るステアリング装置は、操舵輪の制動作用が左右で異なることで当該操舵輪に発生する転舵力を推定し、この転舵力に応じてステアリング機構に補助操舵力を付与することを特徴とする。
すなわち、操舵輪の制動作用が左右で異なることで操舵輪にスクラブ半径に応じた転舵力が発生したら、操舵輪の制動作用が大きい側への車両の片流れが発生すると判断して、転舵力に応じて片流れ防止方向の補助操舵力をステアリング機構に付与することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係るステアリング装置によれば、操舵輪の制動作用が左右で異なることで当該操舵輪に発生する転舵力を推定し、この転舵力に応じてステアリング機構に補助操舵力を付与することで、車両挙動が不安定な傾向に至る前に制御介入し、いち早く車両挙動の安定化を図ることができる。すなわち、左右輪の路面摩擦係数が異なる路面で急ブレーキをかけるようなシーンであっても、操舵輪にスクラブ半径に応じた転舵力が発生したら、操舵輪の制動作用が大きい側への車両の片流れが発生すると判断して、その時点から転舵力に応じて片流れ防止方向の補助操舵力をステアリング機構に付与することで、車両の片流れ傾向を直ちに是正することができる。したがって、片流れを切っ掛けにして突発的に車両挙動が乱れるような事態を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
《一実施形態》
《構成》
図１は、車両の概略構成図である。図１に示すように、自動車１の前輪２ＦＬ・２ＦＲは、タイロッド３、ラック＆ピニオン４、ステアリングシャフト５を順に介してステアリングホイール６に連結されており、ステアリングホイール６の回転運動が、ラック＆ピニオン４によってタイロッド３の左右の直線運動に変換されることにより、前輪２ＦＬ・２ＦＲがキングピン軸を中心に転舵される。
【０００７】
電動パワーステアリングとして、ステアリングシャフト５には、例えばウォームギヤ等の減速機７を介して電動モータ８が接続されており、この電動モータ８をコントローラ９で駆動制御することで、運転者のステアリング操作に対して最適なアシストトルクを発生する。
コントローラ９には、トルクセンサ１１で検出したトルクと、エンコーダ１２で検出したステアリング操作状態（操舵角、角速度、角加速度など）と、ブレーキセンサ１３で検出したブレーキ操作状態と、車速センサ１４で検出した車速と、ヨーレートセンサ１５で検出したヨーレートと、が入力される。
【０００８】
通常、コントローラ９は、低速走行では路面反力つまりステアリングホイール６を操作するときの抵抗が大きいので、このときはアシストトルクを強くし、高速走行ではふらつきを防ぐためにアシストトルクを弱める。なお、この種の車速感応型のパワーステアリング制御処理（以下、ＥＰＳ制御処理と称す）は公知の技術であるため、その詳細な説明は省略する。
【０００９】
次に、上記のＥＰＳ制御処理のサブルーチンとして実行される制御処理を、図２のフローチャートに従って説明する。
先ずステップＳ１では、直進走行中の急制動であるか否かを判定する。ここで、直進走行であるか否かは車速や操舵角やヨーレートに基づいて判定し、急制動であるか否かは制動力やその増加速度に基づいて判定する。そして、停止中や旋回走行中である、又は緩制動や非制動であると判定したときには、所定のメインプログラムに復帰する。一方、直進走行中の急制動であると判定したときには、ステップＳ２に移行する。
【００１０】
ステップＳ２では、制動時の前輪２ＦＬ・２ＦＲに、スクラブ半径（キングピンオフセット）に応じて発生する転舵力を推定する。
ここで、スクラブ半径に応じた転舵力について説明する。スクラブ半径が０でないとすると、図３に示すように、制動力に応じて、スクラブ半径を腕の長さとするキングピン軸周りのモーメントＭSが発生する。すなわち、ネガティブスクラブであればトーイン方向のモーメントＭSが発生し、ポジティブスクラブであればトーアウト方向のモーメントＭSが発生する。このモーメントＭSは、左右輪で同一であれば互いに打ち消し合うが、左右輪で異なるときに、その差分が車輪を操向する力、つまり転舵力となる。具体的には、ネガティブスクラブであれば制動作用が小さい側への転舵力となり、ポジティブスクラブであれば制動作用が大きい側への転舵力となる。
【００１１】
なお、こうした現象は、例えば片輪だけ凍結路上にある等、左右輪の路面摩擦係数が異なることで、左右の制動作用が異なるような場合に起こるが、制動力は振動的であって常に左右の制動力が一致していることは少ないので、左右輪の路面摩擦係数が等しくても、僅かな転舵力は発生していると考えられる。一般的な市販車であれば、左右輪の路面摩擦係数が異なるスプリット路面を直進走行しているときにブレーキを作動させても、トー角やキャンバ角が転舵力に及ぼす影響は無いに等しく無視することができる。
【００１２】
ステップＳ２の説明に戻り、ここでは、予め設定された操舵系のモデルに従って、操舵トルク、操舵角、角速度、角加速度、電動モータ８への出力指令などに基づいて転舵力を推定する。すなわち、電動モータ８の出力（アシストトルク）に対して、どの程度のトルクがステアリング系統に作用し、どの程度の舵角変化が生じているかを観測することで、制動作用の左右のアンバランスとスクラブ半径とに基づいて発生している転舵力を推定する。勿論、ラック軸力などを計測して算出してもよい。
【００１３】
続くステップＳ３では、通常のＥＰＳ制御処理で制御されるアシストトルクを補正して所定のメインプログラムに復帰する。
ここで、アシストトルクの補正について説明する。左右の制動作用が異なると、前述した転舵力だけではなく、制動力の片効きによって車体重心周りのヨーモーメントＭBも発生する。このヨーモーメントＭBによって、車両は制動作用が大きい側へと進行し、片流れが起こる。そこで、車両が直進状態を維持するのに必要な、つまりヨーモーメントＭBを相殺するのに必要なアシストトルクを発生させるために、通常のＥＰＳ制御処理で制御されるアシストトルクに対して補正を行うわけである。
【００１４】
但し、前述したように、左右の制動作用が異なると、スクラブ半径に応じた転舵力も発生するので、この転舵力の分を考慮に入れてアシストトルクを補正しなければならない。すなわち、ネガティブスクラブであればヨーモーメントＭBと逆方向の転舵力が発生するので、この転舵力と同方向のアシストトルクを発生させ、ポジティブスクラブであればヨーモーメントＭBと同方向の転舵力が発生するので、この転舵力と逆方向のアシストトルクを発生させる。
【００１５】
さらに、ネガティブスクラブの場合は、ヨーモーメントＭBに起因した片流れが既に転舵力の分だけ抑制されているが、ポジティブスクラブの場合は、ヨーモーメントＭBに起因した片流れが転舵力の分だけ助長されている。したがって、ネガティブスクラブである場合には、ポジティブスクラブである場合よりも、アシストトルクを小さくする。また、ネガティブスクラブの場合は、転舵力が大きいほどアシストトルクを小さくし、ポジティブスクラブの場合は、転舵力が大きいほどアシストトルクを大きくする。
【００１６】
そこで、上記の各条件を満たすように、スクラブ半径に従ってアシストトルクの補正を行う。具体的には、上記ステップＳ２で算出した転舵力に、スクラブ半径に応じた所定のゲインを乗じて、アシストトルクの補正量を算出し、この補正量の加算によってアシストトルクを補正する。例えば、スクラブ半径がネガティブ方向に２０ｍｍ程度の車両であれば、ゲインを３程度に設定する。
【００１７】
厳密には、左右の制動作用差に基づいて、車体重心周りに発生するヨーモーメントＭBと前輪２ＦＬ・２ＦＲに発生している転舵力とを算出し、ヨーモーメントＭBから転舵力を差し引いた値が、目標とすべきアシストトルクになる。しかしながら、左右の制動作用差に基づいてヨーモーメントＭBも転舵力も決まるので、このヨーモーメントＭBと転舵力との相関関係を利用することで、単に転舵力に所定ゲインを乗じてアシストトルクの補正量を算出するという手法を取っている。
なお、転舵力に過敏に反応して予期せぬ振動が発生することを防ぐために、転舵力の０近傍の所定範囲には不感帯を設ける、つまり転舵力が０を含む所定範囲内にあるときにはアシストトルクの補正は中止する。
【００１８】
《作用》
次に、一実施形態の作用について説明する。
今、車両が直進走行しているとして、左右輪の路面摩擦係数μが異なるスプリット路面で急ブレーキをかけたとする。例えば、図４に示すように、左側の摩擦係数が約０.１の路面（以下、低μ路と称す）で、右側の摩擦係数が約０.８の路面（以下、高μ路と称す）である。
このとき、制動力の片効きによって車体重心周りのヨーモーメントＭBが発生し、車両は制動作用が大きい側、ここでは高μ路側への片流れが発生する。その後、図４（ａ）に示すように、操舵輪の左右輪が共に高μ路に出ると、左輪のグリップが一気に回復することになるので、これを切っ掛けにして車両がスピンする等、車両挙動が乱れる可能性があり、これを回避するには運転者に高いテクニックが要求される。
【００１９】
また、ヨーレートや横加速度などの車両挙動を観測し、その不安定な傾向を検知してからアシストトルクを制御しても、後手に回った復帰動作となってしまい、車両挙動の安定化が遅れてしまう。
そこで、本実施形態では、操舵輪に発生する転舵力を推定し（ステップＳ２）、この転舵力に応じて通常のＥＰＳ制御処理のアシストトルクを補正する（ステップＳ３）。
【００２０】
この操舵輪に発生する転舵力は、不安定な車両挙動を誘発する車体重心周りのヨーモーメントＭBと相関があるので、この転舵力に着目することで、車両挙動が不安定な傾向に至る前に制御介入し、いち早く車両挙動の安定化を図ることができる。
すなわち、図４（ｂ）に示すように、操舵輪にスクラブ半径に応じた転舵力が発生したら、高μ路側への片流れが発生すると判断して、その時点から転舵力に応じて片流れ防止方向（低μ路側へ）のアシストトルクを発生させることで、車両の片流れ傾向を直ちに是正することができる。
【００２１】
また、直進走行中に急ブレーキをかけたときだけ（ステップＳ１の判定が“Yes”）、アシストトルクの補正を実行するので、転舵力の発生が左右輪の路面摩擦係数が異なることに起因したものであって、旋回走行やステアリング操作に起因したものと区別して処理することができる。
そして、アシストトルクの補正は構造的に定まるスクラブ半径に従って行う。
【００２２】
すなわち、ネガティブスクラブであれば転舵力と同方向のアシストトルクを発生させ、ポジティブスクラブであれば転舵力と逆方向のアシストトルクを発生させる。また、ネガティブスクラブである場合には、ポジティブスクラブである場合よりも、アシストトルクを小さくする。また、ネガティブスクラブの場合は、転舵力が大きいほどアシストトルクを小さくし、ポジティブスクラブの場合は、転舵力が大きいほどアシストトルクを大きくする。
【００２３】
要は、車体重心周りに発生するヨーモーメントＭBと前輪２ＦＬ・２ＦＲに発生している転舵力との合力に対して、直進状態を維持して均衡させるようなアシストトルクをステアリング機構に付与するわけである。
もし、転舵力が０を含む所定範囲内にあるときにはアシストトルクの補正を中止し、転舵力に過敏に反応するようなアシストトルクのオーバーシュートを防ぐ。
【００２４】
《応用例》
なお、アシストトルクを補正する際に、転舵力の増加速度を加味して、この増加速度が速いほどアシストトルクを大きくしてもよい。これによれば、応答性が高まり、より早く車両挙動の安定化を図ることができる。勿論、こうした進み要素を取り入れる場合には、フィルタを設ける等のノイズ対策が必要である。
【００２５】
《効果》
以上より、ステップＳ２の処理が「推定手段」に対応し、ステップＳ３の処理が「補助手段」に対応している。また、アシストトルクが「補助操舵力」に対応している。
（１）操舵輪の制動作用が左右で異なることでこの操舵輪に発生する転舵力を推定する推定手段と、この推定手段で推定した転舵力に応じてステアリング機構に補助操舵力を付与する補助手段とを備える。
これにより、車両挙動が不安定な傾向に至る前に制御介入し、いち早く車両挙動の安定化を図ることができる。
【００２６】
（２）推定手段は、車両が直進走行しているときに操舵輪の制動作用が左右で異なることでこの操舵輪に発生する転舵力を推定する。
これにより、転舵力の発生が左右輪の路面摩擦係数が異なることに起因したものであって、旋回走行やステアリング操作に起因したものではないと判断することができるので、単純なロジックで上記の効果を得ることができる。
【００２７】
（３）補助手段は、操舵輪のスクラブ半径に従って、転舵力に応じた補助操舵力をステアリング機構に付与する。
これにより、スクラブ半径は構造的に定まっており、実質的には転舵力に応じて目標とすべき補助操舵力を求めればよいので、簡単な制御処理でありながら上記の効果を得ることができる。
（４）補助手段は、操舵輪のスクラブ半径がネガティブであれば、転舵力と同方向の補助操舵力をステアリング機構に付与し、操舵輪のスクラブ半径がポジティブであれば、転舵力と逆方向の補助操舵力をステアリング機構に付与する。
これにより、適切な補助操舵力を発生させることができる。
【００２８】
（５）補助手段は、操舵輪のスクラブ半径がネガティブである場合は、このスクラブ半径がポジティブである場合よりも、補助操舵力を小さくする。
これにより、適切な補助操舵力を発生させることができる。
（６）補助手段は、操舵輪のスクラブ半径がネガティブであれば、転舵力が大きいほど補助操舵力を小さくし、操舵輪のスクラブ半径がポジティブであれば、転舵力が大きいほど補助操舵力を大きくする。
これにより、適切な補助操舵力を発生させることができる。
【００２９】
（７）補助手段は、転舵力の増加速度が速いほど補助操舵力を大きくする。
これにより、応答性が高まり、より早く車両挙動の安定化を図ることができる。
（８）補助手段は、転舵力が０を含む所定範囲内にあるときには、補助操舵力を制限する。
これにより、転舵力に過敏に反応するような補助操舵力のオーバーシュートによって、予期せぬ振動が発生するといった事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の概略構成である。
【図２】制御処理の一例を示したフローチャートである。
【図３】キングピン軸周りのモーメントＭSを説明した図である。
【図４】本発明の作用効果を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  自動車
２ＦＬ・２ＦＲ  前輪（操舵輪）
３  タイロッド
４  ラック＆ピニオン
５  ステアリングシャフト
６  ステアリングホイール
７  減速機
８  電動モータ
９  コントローラ
１１  トルクセンサ
１２  エンコーダ
１３  ブレーキセンサ
１４  車速センサ
１５  ヨーレートセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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