JP4558445B2

JP4558445B2 - 操舵装置

Info

Publication number: JP4558445B2
Application number: JP2004306789A
Authority: JP
Inventors: 伸夫杉谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: JP2006117094A

Description

この発明は、運転者が操作を行う操作子と転舵される転舵輪とが機械的に連結されていない操舵装置に関するものである。

いわゆるＳＢＷ（Steer By Wire）式の操舵装置においては、運転者が操作するステアリングホイール（操作子）と転舵輪とが機械的に連結されていない。このＳＢＷでは、転舵輪からステアリングホイールに路面反力が伝達されないため、反力付与専用のモータ（以下、反力モータと称す）によってステアリングホイールに操舵反力を付与している。
この反力モータによって付与すべき操舵反力の制御方法は種々あるが、操舵装置の位置制御における目標値と実値との偏差に応じて操舵反力を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、目標転舵角と実転舵角との偏差（転舵角偏差）が大きくなるにしたがって操舵反力が大きくなるように制御する
特開平１０−２１７９９８号公報

しかしながら、例えば、目標転舵角と実転舵角との偏差（転舵角偏差）が大きくなるにしたがって操舵反力が大きくなるように制御すると、極低速での据え切りのように操舵追従性が困難になり易い状況や、低速で小さい旋回半径で旋回するときのようにラック軸に大きな負荷がかかる状況では、前記転舵角偏差が通常操舵時よりも大きくなるため、操舵反力が大きくなり過ぎてしまい、操舵フィーリングが悪化する場合がある。
そこで、この発明は、目標転舵角と実転舵角の偏差が大きいときにも操舵反力が過大にならないようにすることによって、操舵フィーリングの向上を図った操舵装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、運転者により操作される操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール２）と、転舵輪（例えば、後述する実施例における車輪６）の実転舵角を検出する転舵角検出手段（例えば、後述する実施例における転舵角センサ１２）と、前記操作子の操作に応じて目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段（例えば、後述する実施例における目標転舵角設定部２１）と、前記目標転舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータ（例えば、後述する実施例におけるステアリングモ−タ１０）と、前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータ（例えば、後述する実施例における反力モータ４）と、前記操作子に付与すべき操舵反力を制御する反力制御手段（例えば、後述する実施例における反力制御部３０）と、を備え、前記反力制御手段は、前記実転舵角と前記目標転舵角との偏差が大きくなるにしたがって操舵反力が大きくなるように制御するとともに、前記偏差が大きくなるにしたがって操舵反力の増加割合が小さくなるように制御し、且つ、前記実転舵角が大きくなるにしたがって前記偏差の増大に対する操舵反力の増加割合が小さくなるように制御することを特徴とする操舵装置である。
このように構成することにより、実転舵角と前記目標転舵角との偏差（以下、転舵角偏差という）が比較的に小さい通常の操舵時には、転舵角偏差が大きいほど大きな操舵反力を発生させることができ、また、転舵角偏差が比較的に大きい操舵時には、操舵反力の増加割合を小さくすることで操舵反力の増加を低減し、操舵反力が過大になるのを防止することができる。

請求項１に係る発明によれば、転舵角偏差が比較的に小さい通常の操舵時には、転舵角偏差が大きいほど大きな操舵反力を発生させることができるので、良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、転舵角偏差が比較的に大きい操舵時には、操舵反力の増加割合を小さくして操舵反力の増加を低減し、操舵反力が過大になるのを防止することができるので、このときにも良好な操舵フィーリングを得ることができる。

以下、この発明に係る操舵装置の一実施例を図１〜図４の図面を参照して説明する。
この操舵装置１は、図１に示すように、運転者により操作されるステアリングホイール（操作子）２と、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ３と、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する反力モータ（反力アクチュエータ）４と、ステアリングホイール２に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ５と、左右の車輪（転舵輪）６にナックルアーム７及びタイロッド８を介して連結されたラック軸９と、ラック軸９を軸方向に駆動して車輪６を転舵するステアリングモータ（転舵アクチュエータ）１０と、車速を検出する車速センサ１１と、ラック軸９の軸方向位置から車輪６の転舵角を検出する転舵角センサ（転舵角検出手段）１２と、反力モータ４及びステアリングモータ１０を制御する制御装置１３とを備えている。
なお、ステアリングホイール２は、適宜なばね機構など（図示略）により、常時中立位置へ向けて弾発付勢されている。

制御装置１３は、図２のブロック図に示すように、操舵角センサ３，車速センサ１１，及び転舵角センサ１２からの信号に基づいてステアリングモータ１０を制御する転舵制御部２０と、転舵制御部２０，操舵トルクセンサ５，車速センサ１１及び転舵角センサ１２からの信号に基づいて反力モータ４を制御する反力制御部（反力制御手段）３０とを備えており、反力モータ４とステアリングモータ１０とを個別に制御し得るようになっている。

転舵制御部２０は、操舵角センサ３からのステアリングホイール２の操舵方向を含めた操舵角信号と、車速センサ１１からの車速信号とに基づいて目標転舵角を設定する目標転舵角設定部（目標転舵角設定手段）２１と、この目標転舵角に転舵角センサ１２の出力値、つまり、車輪６の実転舵角を一致させるためのステアリングモータ１０への供給電力を制御するステアリングモータ制御部２２とを備えている。
これにより、ステアリングホイール２に運転者が与えた操舵角（操作量）に対し、その時の車速を加味した最適な車輪６の転舵角が決定される。

反力制御部３０は、車速センサ１１からの車速信号，転舵角センサ１２からの転舵角信号，および転舵制御部２０からの舵角指令信号に基づいて目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定部（反力決定手段）３１と、この目標操舵反力設定部３１で設定された目標操舵反力に操舵トルクセンサ５の出力値（つまり、実操舵トルク）を一致させるための反力モータ４への供給電力を制御する反力モータ制御部３２とを備えている。
ここで、転舵制御部２０からの舵角指令信号は、目標転舵角設定部２１から出力される目標転舵角信号と転舵角センサ１２から出力される転舵角信号（実転舵角信号）との偏差信号（以下、操舵制御偏差信号という）である。
これにより、運転者の操舵方向とは逆方向の操舵反力がステアリングホイール２に加えられ、ステアリングホイール２と車輪６との間に、あたかもトーションバーが存在するかのような操舵フィーリングを得ることができる。

図３から図７を参照して、目標操舵反力設定部３１について詳述する。なお、ここでは、転舵角の代わりにラック軸９のラックストロークを制御する場合で説明する。その場合、操舵制御偏差信号は、目標ラックストローク信号と実ラックストローク信号との偏差信号になる。
目標操舵反力設定部３１は、基本目標操舵反力設定部３３と、操舵反力調整部３４とを備えている。
基本目標操舵反力設定部３３は、転舵制御部２０から出力される操舵制御偏差信号（目標ラックストローク信号と実ラックストローク信号との偏差信号）Δ0に基づいて基本目標操舵反力信号Ｔ0を設定する。基本目標操舵反力信号Ｔ0は、操舵制御偏差信号Δ0に所定の定数ｋを乗じた積として算出される（Ｔ0＝Δ0・ｋ）。したがって、操舵制御偏差信号Δ0が大きいほど基本目標操舵反力信号Ｔ0は大きい値に設定される。

操舵反力調整部３４は、車速センサ１１からの車速信号ｖ、転舵角センサ１２からの転舵角信号θ、および転舵制御部２０からの操舵制御偏差信号Δ0に基づいて操舵反力調整信号ｐを設定する。操舵反力調整信号ｐの設定方法については後で詳述するが、基本的に、操舵制御偏差信号Δ0が大きいほど操舵反力調整信号ｐが大きい値に設定される。
そして、目標操舵反力設定部３１は、基本目標操舵反力設定部３１の出力信号すなわち基本目標操舵反力信号Ｔ0から、操舵反力調整部３４の出力信号すなわち操舵反力調整信号ｐを減算し、その差信号（Ｔ0−ｐ）を目標操舵反力信号Ｔとして出力する。したがって、操舵反力設定部３１は、操舵制御偏差の増加に対する操舵反力の増加割合を小さくするように機能する。

次に、目標操舵反力設定部３１において実行される目標操舵反力決定処理を図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図４のフローチャートに示す目標操舵反力決定処理ルーチンは、制御装置１３によって一定時間毎に実行される。
まず、ステップＳ１０１において、目標ラックストロークλｔから実ラックストロークλを減算して操舵制御偏差信号Δ0を算出する（Δ0＝λｔ−λ）。なお、この実施例では、操舵制御偏差信号Δ0は、転舵制御部２０において舵角指令信号として算出されたものと一致する。

次に、ステップＳ１０２に進み、車速センサ１１の車速信号ｖに基づいて、図５に示す制御開始調整量テーブルを参照して、車速に応じた制御開始調整量Δｓを算出する。この制御開始調整量テーブルにおいては、車速信号ｖ＝０のときに制御開始調整量Δｓ＝０に設定されていて、車速信号ｖが大きくなるにしたがって制御開始調整量Δｓが大きくなるように設定されている。

次に、ステップＳ１０３に進み、転舵角センサ１２の転舵角信号θに基づいて、図６に示す舵角係数テーブルを参照して、転舵角に応じた舵角係数ｋｈを算出する。この舵角係数テーブルにおいては、転舵角信号θ＝０のときに舵角係数ｋｈ＝０に設定されており、転舵角信号θが大きくなるにしたがって舵角係数ｋｈが大きくなるように設定されている。
次に、ステップＳ１０４に進み、操舵制御偏差信号Δ0の絶対値からステップＳ１０２で算出した制御開始調整量Δｓを減算して調整後操舵制御偏差信号Δを算出する。

次に、ステップＳ１０５に進み、調整後操舵制御偏差信号Δが正の値か否かを判定し、その判定結果が「ＹＥＳ」（Δ＞０）である場合はステップＳ１０７に進み、「ＮＯ」（Δ≦０）である場合は、ステップＳ１０６に進んで、調整後操舵制御偏差信号Δを「０」に置き換えた後に（Δ＝０）、ステップＳ１０７に進む。
そして、ステップＳ１０７では、調整後操舵制御偏差信号Δに基づいて、図７に示す基本操舵反力調整信号テーブルを参照して、調整後操舵制御偏差信号Δに応じた基本操舵反力調整信号ｇを算出する。
すなわち、ステップＳ１０５において「ＹＥＳ」と判定されてステップＳ１０７に進んだ場合には、ステップＳ１０４で算出した調整後操舵制御偏差信号Δに応じた基本操舵反力調整信号ｇを算出し、ステップＳ１０５において「ＮＯ」と判定され、ステップＳ１０６で「Δ＝０」に置き換えられた後にステップＳ１０７に進んだ場合には、調整後操舵制御偏差信号Δ＝０に応じた基本操舵反力調整信号ｇを算出する。
なお、この基本操舵反力調整信号テーブルにおいては、調整後操舵制御偏差信号Δ＝０のときに基本操舵反力調整信号ｇ＝０に設定されていて、調整後操舵制御偏差信号Δが大きくなるにしたがって基本操舵反力調整信号ｇが大きくなるように設定されている。

次に、ステップＳ１０８に進み、ステップＳ１０７で算出した基本操舵反力調整信号ｇに、ステップＳ１０３で算出した舵角係数ｋｈを乗じて、操舵反力調整信号ｐを算出する（ｐ＝ｇ・ｋｈ）。この操舵反力調整信号ｐは、図３に示すブロック図における操舵反力調整部３１の出力信号に対応する。
次に、ステップＳ１０９に進み、操舵制御偏差信号Δ0に一定の係数ｋを乗じて得られた基本目標操舵反力信号Ｔ0（Ｔ0＝Δ0・ｋ）から、ステップＳ１０８で算出した操舵反力調整信号ｐを減算して目標操舵反力信号Ｔを算出する（Ｔ＝Ｔ0−ｐ＝Δ0・ｋ−ｐ）。ここで、基本目標操舵反力信号Ｔ0は、図３に示すブロック図における目標操舵反力設定部３１の出力信号に対応する。

このように、目標操舵反力信号Ｔを算出すると、操舵制御偏差信号Δ0が大きくなるにしたがって基本目標操舵反力信号Ｔ0が大きくなることから、基本的に、操舵制御偏差信号Δ0が大きくなるにしたがって目標操舵反力信号Ｔを大きくすることができる。しかしながら、操舵制御偏差信号Δ0が大きくなるにしたがって操舵反力調整信号ｐも大きくなっていくので、操舵制御偏差信号Δ0が大きくなるにしたがって操舵反力信号Ｔの増加割合を小さくすることができる。

つまり、操舵制御偏差（目標ラックストロークと実ラックストロークとの偏差）が比較的に小さい通常の操舵時には、操舵反力調整信号ｐが極めて小さい値（「０」に近い値）に設定されるので、基本目標操舵反力設定部３３において設定される基本目標操舵反力信号Ｔ0から操舵反力調整信号ｐを減じて目標操舵反力信号Ｔを算出しても、目標操舵反力信号Ｔは基本目標操舵反力信号Ｔ0に近い値に設定されることとなる。したがって、操舵制御偏差が比較的に小さい通常操舵時には、操舵反力調整部３４による操舵反力減少の影響が極めて小さい。
これは、操舵制御偏差に対する目標操舵反力の増加割合という観点から見ると、操舵制御偏差が比較的に小さい通常操舵時は、目標操舵反力の増加割合を大きくすることができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

一方、極低速での据え切りのように操舵追従性が困難になり易い状況や、低速で小さい旋回半径で旋回するときのようにラック軸に大きな負荷がかかる状況のように、操舵制御偏差が通常操舵時よりも大きいときには、操舵反力調整信号ｐが大きな値に設定されるので、基本目標操舵反力信号Ｔ0から操舵反力調整信号ｐを減じて目標操舵反力信号Ｔを算出すると、目標操舵反力信号Ｔは操舵制御偏差の小さい通常時と比較して小さい値に設定されることとなる。したがって、操舵制御偏差が比較的に大きい操舵時には、操舵反力調整部３４による操舵反力減少の影響が大きい。
これは、操舵制御偏差に対する目標操舵反力の増加割合という観点から見ると、操舵制御偏差が比較的に大きい操舵時は、目標操舵反力の増加割合を小さくすることができ、その結果、目標操舵反力が過大になるのを防止することができる。したがって、操舵制御偏差が通常操舵時よりも大きいときにも良好な操舵フィーリングを得ることができる。

また、車速が大きいほど制御開始調整量Δｓが大きい値に設定されるので、基本操舵反力調整信号ｇおよび操舵反力調整信号ｐが「０」に設定される操舵制御偏差信号Δ0の領域（いわゆる不感帯）を、車速が大きいほど大きくすることができる。これにより、高車速時における操舵の安定性を高めることができる。この高車速時の操舵の安定性向上は、特に中立点付近で有効である。

なお、車輪６からの反力の大きさに応じて目標操舵反力を減算する制御を行うことによって前述した実施例に似た作用を得ることができるが、そのように制御すると転舵反力を検出するための検出手段（例えば、トルクセンサ）が不可欠となり、制御システムが複雑になり、コストアップになる。前述した実施例の場合には、そのような転舵反力検出手段を用いずに済み、制御システムを簡略化することができる。

この発明に係る操舵装置の概略構成図である。前記操舵装置の制御ブロック図である。前記操舵装置における反力制御手段の制御ブロック図である。前記操舵装置における目標操舵反力決定処理を示すフローチャートである。前記目標操舵反力決定処理に用いられる制御開始調整量テーブルの一例を示す図である。前記目標操舵反力決定処理に用いられる舵角係数テーブルの一例を示す図である。前記目標操舵反力決定処理に用いられる基本操舵反力調整信号テーブルの一例を示す図である。

符号の説明

２ステアリングホイール（操作子）
４反力モータ（反力アクチュエータ）
６車輪（転舵輪）
１０ステアリングモ−タ（転舵アクチュエータ）
１２転舵角センサ（転舵角検出手段）
２１目標転舵角設定部（目標転舵角設定手段）
３０反力制御部（反力制御手段）

Claims

運転者により操作される操作子と、
転舵輪の実転舵角を検出する転舵角検出手段と、
前記操作子の操作に応じて目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段と、
前記目標転舵角に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータと、
前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータと、
前記操作子に付与すべき操舵反力を制御する反力制御手段と、
を備え、前記反力制御手段は、前記実転舵角と前記目標転舵角との偏差が大きくなるにしたがって操舵反力が大きくなるように制御するとともに、前記偏差が大きくなるにしたがって操舵反力の増加割合が小さくなるように制御し、且つ、前記実転舵角が大きくなるにしたがって前記偏差の増大に対する操舵反力の増加割合が小さくなるように制御することを特徴とする操舵装置。