(57)【要約】      （修正有）【課題】ステアリングホイールが交換され、その慣性力が変化した場合に、操舵特性の変化に伴う、運転手の操作感の悪化を抑制する。【解決手段】ステアリング装置は、ステアリングホイール１１の慣性力を特定する慣性力特定手段１０２ａと、特定された慣性力に応じて、ステアリングホイールの操舵角加速度の特性を補正する特性補正手段１０２ｂとを備える。さらに、運転手のステアリング操作に応じた操舵角に基づいて目標操舵トルクを決定する。目標操舵トルクの決定には、例えば、操舵角を二段微分した操舵角加速度の特性が加味される。【選択図】図１
2013203238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの慣性力を特定する慣性力特定手段と、
前記特定された慣性力に応じて、前記ステアリングホイールの操舵角加速度の特性を補正する特性補正手段と
を備えることを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転手のステアリング操作に応じた操舵角に基づいて目標操舵トルクを決定するステアリング装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、ステアリングホイールの操作に伴って変化する操舵角と、該操舵角から算出した操舵角速度及び操舵角加速度とを用いて、必要となる操舵力（即ち、目標操舵トルク）を算出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、操舵角に比例する弾性項と、操舵角速度に比例する粘性項と、操舵角加速度に比例する慣性項とを含む運動方程式を用いて目標操舵トルクを算出するとされる。また、慣性項を含んでいる目標操舵トルクが、ステアリングホイールや、電動式パワーステアリング装置の電動モータ等の慣性力を打ち消すことにより、運転手の操舵感が向上するとされる。
【０００３】
また、運転手の人間系力学特性と操作機構の機械系力学特性との系全体の力学特性に、人間系力学特性の値を入力して、系全体の力学特性における機械系力学特性の値を定め、該機械系力学特性の値に基づいて操作機構の操作反力を制御するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、運転手毎の個人差に合わせて車両の操作機構の反力を得ることにより、運転負担をより軽減するとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４９９６１号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の装置では、仮にステアリングホイールが交換され、ステアリングホイールの慣性力が変化した場合、操舵特性が変化してしまう。すると、ステアリングホイール交換前の操舵特性で決定される目標操舵トルクではステアリングホイールの慣性力を完全に打ち消すことができず、運転手の操舵感が悪化し兼ねないといった技術的問題点がある。
【０００６】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、ステアリングホイールの慣性力が変化した場合に、操舵特性の変化に伴う、運転手の操舵感の悪化を抑制し得るステアリング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した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、ステアリングホイールの慣性力を特定する慣性力特定手段と、前記特定された慣性力に応じて、前記ステアリングホイールの操舵角加速度の特性を補正する特性補正手段とを備える。
【０００８】
本発明に係るステアリング装置は、運転手のステアリング操作に応じた操舵角に基づいて目標操舵トルクを決定する。目標操舵トルクの決定には、例えば、操舵角を二段微分した操舵角加速度の特性が加味される。尚、本発明に係るステアリング装置は、電動モータを用いた電動式パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）の他、ステアリングバイワイヤを用いたステアリングに適用されてもよい。
【０００９】
本発明に係る慣性力を「特定する」とは、慣性力センサ等の各種センサを用いて、直接的若しくは間接的に検出或いは出力する、又は、質点、操舵角加速度及びこれを受ける回転軸回りの距離等を変数或いはパラメータとして、数式、関数、マップ或いはコンピュータプログラムを用いて、算出、推定或いは決定することを意図する。本発明に係る「操舵角加速度の特性」は、例えば慣性モーメント又はこれに応じた値であって、数式、関数或いはマップで示される。こうした操舵角加速度の特性を「補正する」とは、操舵角加速度の特性値が、ステアリングホイール本来の慣性力（言い換えれば、設計上或いは装置仕様上で意図された、ステアリングホイールの慣性力）に対応する値をとるように、操舵角加速度の特性を変更することを意図する。
【００１０】
本発明によれば、例えばステアリングホイールが交換された後には、慣性力特定手段により、ステアリングホイールの慣性力が特定される。すると、特性補正手段により、特定されたステアリングホイールの慣性力に応じて、ステアリングホイールの操舵角加速度の特性が補正される。これにより、操舵角加速度の特性を、搭載されているステアリングホイールの慣性力に対応したものに更新することが可能である。従って、ステアリングホイールの慣性力が変化した場合に、運転手が感じるところの操舵特性の変化を抑制できる。よって、例えば目標操舵トルクの決定に最新の操舵角加速度の特性が加味されるから、運転手の操舵感の悪化を抑制することが可能である。
【００１１】
尚、本発明は、ステアリングホイールの慣性力の変化に応じて、操舵角加速度の特性を補正するが、補正の指標はこれに限定されない。例えば、ステアリングホイールの慣性力が変化する要因になり得る、パワーステアリング機構を構成する電動モータ及びそのギア比の何かしらの変化を補正の指標にしても構わない。
【００１２】
本発明に係るステアリング装置の一態様では、前記ステアリングホイールに係る情報を取得する情報取得手段を更に備え、前記慣性力特定手段は、前記取得された情報に基づいて前記慣性力を特定する。
【００１３】
本発明に係る「情報」は、例えばステアリングホイールの種類毎の識別番号や、予め設定されるステアリングホイールの慣性モーメント等の他、ステアリングホイールの慣性力を特定するための各種情報を示す。
【００１４】
この態様によれば、情報取得手段により、ステアリングホイールに係る情報が取得されると、慣性力特定手段により、取得された情報に基づいてステアリングホイール本来の慣性力が特定される。
【００１５】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るステアリング装置の構成を概念的に表すブロック図である。
【図２】図１のステアリング装置におけるモータ制御処理について説明する制御ブロック図である。
【図３】実施形態に係る目標操舵トルク算出処理について説明する制御ブロック図である。
【図４】実施形態に係る目標操舵トルク算出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
＜実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、実施形態に係るステアリング装置の構成について説明する。ここに、図１は、ステアリング装置の構成を概念的に表すブロック図である。
【００１８】
図１において、本発明に係る「ステアリング装置」を備える車両１０は、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、モータ１３と、ラックアンドピニオン部１４と、タイロッド１５と、ナックルアーム１６と、前輪１７ｆと、操舵角センサ２１と、実操舵トルクセンサ２２と、車速センサ２３と、ＥＣＵ１００とを備えている。
【００１９】
ステアリングホイール１１（以下、単に「ステアリング１１」と適宜称する）は、車両１０を回転させるために運転手によって操作される。ステアリング１１は、ステアリングシャフト１２を介して、ラックアンドピニオン部１４に接続されている。ステアリングシャフト１２には、操舵角センサ２１、実操舵トルクセンサ２２、及びモータ１３が設けられている。
【００２０】
操舵角センサ２１は、運転手によるステアリング１１の操作に対応する操舵角を検出する。操舵角センサ２１は、検出した操舵角に対応する検出信号をＥＣＵ１００に供給するように構成されている。
【００２１】
実操舵トルクセンサ２２は、ステアリング１１を介してステアリングシャフト１２に付与されるトルクを実操舵トルクとして検出する。トルクセンサ２２は、検出した実操舵トルクに対応する検出信号をＥＣＵ１００に供給するように構成されている。
【００２２】
車速センサ２３は、車両１０の車速を検出し、検出した車速に対応する検出信号をＥＣＵ１００に供給するように構成されている。
【００２３】
モータ１３は、ＥＣＵ１００による制御下で、ステアリングシャフト１２にトルクを付与するように構成されている。尚、以下では、モータ１３がステアリングシャフト１２に付与するトルクを「アシストトルク」と適宜称する。
【００２４】
ラックアンドピニオン部１４は、ラックギア及びピニオンギアから構成されており、ステアリングシャフト１２から回転が伝達されて動作するように構成されている。ラックアンドピニオン部１４には、タイロッド１５及びナックルアーム１６が連結されており、ナックルアーム１６には、前輪１７ｆが連結されている。この場合、タイロッド１５及びナックルアーム１６がラックアンドピニオン部１４によって動作されることにより、ナックルアーム１６に連結された前輪１７ｆが転舵されることとなる。
【００２５】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた電子制御ユニット（Electronic Control Unit）であり、車両１０の各部の動作を制御可能に構成されている。ＥＣＵ１００は、ステアリング情報取得部１０１、目標操舵トルク算出部１０２、アシストトルク算出部１０３、及びモータ制御部１０４を備えており、後述するＥＰＳ制御処理及び目標操舵トルク算出処理を実行可能に構成されている。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、ステアリング１１が当該車両１０の本体に搭載される際に、該ステアリング１１の識別番号を記憶するように構成されている。
【００２６】
ステアリング情報取得部１０１は、本発明に係る「情報取得手段」の一例として、ＥＣＵ１００に記憶されているステアリング１１の識別番号を読み取り、読み取られた識別番号に対応するステアリング１１の種類を検出するように構成されている。ステアリング情報取得部１０１は、ステアリング１１の種類から、例えば質点や、操舵角加速度を受ける回転軸回りの距離等の、ステアリング１１の慣性力を求めるための情報（即ち、ステアリング種類情報）を取得するように構成されている。
【００２７】
目標操舵トルク算出部１０３は、典型的には、操舵角センサ２１により検出された操舵角、及び車速センサ２３により検出された車速に基づいて、目標操舵トルクを算出可能に構成されている。本実施形態では、目標操舵トルク算出部１０３は、ばね部、減衰部及び慣性部の３つの算出部（図３に示される）を含んでいる。ばね部では、操舵角に対応するばね項が算出され、減衰部では、操舵角速度に対応する減衰項が算出され、慣性部では、操舵角加速度に対応する慣性項が算出される。目標操舵トルク算出部１０３は、３つの算出部で算出される、ばね項、減衰項及び慣性項の３つの項を合算した値を目標操舵トルクとして算出可能に構成されている。ばね項は、操舵角を入力として、弾性係数を表す関数を用いて算出される。減衰項は、操舵角速度を入力として、粘性摩擦係数を表す関数を用いて算出される。
【００２８】
目標操舵トルク算出部１０３は、慣性力算出部１０２ａと、特性補正部１０２ｂとを含んでいる。慣性力算出部１０２ａは、本発明に係る「慣性力特定手段」の一例として、ステアリング情報取得部１０１により取得された情報を入力として、所定の関数を用いて、ステアリング１１の慣性力を算出するように構成されている。
【００２９】
特性補正部１０２ｂは、本発明に係る「特性補正手段」の一例として、慣性力算出部１０２ａにより算出された慣性力に基づいて、慣性モーメントを表す関数（即ち、本発明に係る「操舵角加速度の特性」の一例）を補正するように構成されている。慣性項は、操舵角加速度を入力として、補正された関数を用いて算出される。
【００３０】
アシストトルク算出部１０４は、目標操舵トルク算出部１０３により算出された目標操舵トルクと、実操舵トルクセンサ２２により検出された実操舵トルクとの差をアシストトルクとして算出するように構成されている。
【００３１】
モータ制御部１０５は、アシストトルク算出部１０３により算出されたアシストトルクを付与するように、モータ１３を制御可能に構成されている。
【００３２】
＜実施形態の動作＞
＜ＥＰＳ制御処理＞
次に、図２を参照し、本実施形態におけるモータ制御処理について説明する。ここに、図２は、運転手のステアリング操作をアシストするためのモータ制御処理を示す制御ブロック図である。
【００３３】
図２において、操舵角センサ２１により操舵角θが検出され、車速センサ２３により車速Ｖが検出されると、目標操舵トルク算出部１０２により目標操舵トルクＴｘが算出される。これと並行して、実操舵トルクセンサ２２によりフィードバック要素としての実操舵トルクＴｓが検出される。続いて、制御要素としてのサーボコントローラ（即ち、モータ制御部１０４）には、目標操舵トルクＴｘと実操舵トルクＴｓとが入力される。すると、アシストトルク算出部１０３により、目標操舵トルクＴｘと実操舵トルクＴｓとの差がアシストトルクＴａ１として算出され、サーボコントローラにより、アシストトルクＴａ１がステアリングシャフト１２に付与されるように、制御対象としてのＥＰＳ装置（即ち、モータ１３等）が制御される。この際、実操舵トルクセンサ２２により実操舵トルクＴｓが検出され、サーボコントローラにフィードバックされる。こうしたフィードバック制御により、アシストトルクＴａ１が更新されることで、運転手のステアリング操作が常時アシストされる。
【００３４】
本実施形態では、目標操舵トルク算出部１０２において、目標操舵トルクＴｘを算出するために、操舵角に対応するばね項、操舵角速度に対応する減衰項、及び操舵角加速度に対応する慣性項が夫々算出される。本実施形態では、特に、例えばステアリング１１が交換された後には、慣性項の算出に先立って操舵角加速度の特性が補正され、補正された特性に対応する慣性項が算出される。算出された慣性項がばね項及び減衰項と共に目標操舵トルクを構成することで、ステアリング１１の慣性力を完全に打ち消すことができる。
【００３５】
＜目標操舵トルク算出処理＞
次に、図３及び図４を参照し、本実施形態における目標操舵トルク算出処理について詳細に説明する。ここに、図３は、目標操舵トルク算出部１０３による目標操舵トルク算出処理を示す制御ブロック図であり、図４は、目標操舵トルク算出処理を示すフローチャートである。
【００３６】
図３において、目標操舵トルク算出部１０２には、ばね部、減衰部及び慣性部の３つの算出部が備えられている。ばね部には、操舵角θに対する弾性係数を表す関数が示されている。減衰部には、操舵角θを一段微分した操舵角速度ωに対する、粘性摩擦係数を表す関数が示されている。慣性部には、操舵角θを二段微分した操舵角加速度αに対する、慣性モーメントＩを表す関数が示されている。慣性部には、操舵角加速度αに加えて、慣性モーメントＩを表す関数を補正する指標とされる慣性力Ｆが入力される。
【００３７】
慣性モーメントＩを表す関数（図３中、慣性部に示される）について、実線で示される線分は、ゲインＫｉで設定され、現在搭載されるステアリング１１の慣性力Ｆに対応する慣性モーメントＩである。一方、点線で示される線分は、ゲインＫｉ’で設定され、前回搭載されていたステアリングの慣性力に対応する慣性モーメントである。
【００３８】
図３及び図４において、目標操舵トルク算出処理では、先ず、操舵角センサ２１により検出された操舵角θがばね部に入力されると、操舵角θに対応するばね項Ｔθが算出される（ステップＳ３１）。他方、操舵角速度ωが減衰部に入力されると、操舵角速度ωに対応する減衰項Ｔωが算出される（ステップＳ３２）。他方、ステアリング情報取得部１０１により取得されたステアリング種類情報に基づいて、慣性力算出部１０２ａによりステアリング１１の慣性力Ｆが算出される（ステップＳ３３）。すると、特性補正部１０２ｂにより、算出された慣性力に応じたゲインＫｉが設定され、設定されたゲインＫｉで慣性モーメントＩの傾き（値）が変更される。即ち、操舵角加速度αの特性が補正される（ステップＳ３４）。この後、操舵角加速度αが慣性部に入力されると、操舵角加速度α及び補正された特性に対応する慣性項Ｔαが算出される（ステップＳ３５）。
【００３９】
上述したステップＳ３１、Ｓ３２及びＳ３５の処理により、３つの項Ｔθ、Ｔω及びＴαが算出されると、３つ項の項Ｔθ、Ｔω及びＴαが合算され、目標操舵トルクＴｘが算出される（ステップＳ３６）。これにより、一連の目標操舵トルク算出処理が終了する。
【００４０】
このように、目標操舵トルク算出処理によれば、操舵角加速度αの特性を、搭載されているステアリング１１の慣性力Ｆに対応したものに更新することが可能である。従って、ステアリング１１の慣性力Ｆが変化した場合に、目標操舵トルクＴｘの決定に最新の操舵角加速度αの特性が加味されるから、運転手の操舵感の悪化を抑制することが可能である。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うステアリング装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１０…車両、１１…ステアリング、２１…操舵角センサ、１００…ＥＣＵ、１０１…ステアリング情報取得部、１０２…目標操舵トルク算出部、１０２ａ…慣性力算出部、１０２ｂ…特性補正部、
【図１】
2013203238.tif 000003
【図２】
2013203238.tif 000004
【図３】
2013203238.tif 000005
【図４】
2013203238.tif 000006