JP4875027B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両に搭載された自動変速機の制御を伴う車両制御装置に係り、特に旋回走行時における変速比を制御する車両制御装置に関するものである。

従来、この種の車両制御装置として、車両の旋回走行を検出し、旋回走行中は変速比をシフトダウン側へ変更することで、エンジンブレーキにより車両を減速させ、旋回走行を安全に行わせるとともに、旋回終了時の加速性能を向上させるものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開昭６０−１６９３３０号公報（２頁右下欄５行〜３頁左上欄１０行、第２図） 特許第３５８８８１８号公報（段落００２７〜００２８、図３）

前記従来の車両制御装置においては、車両の旋回走行を検出するために、ハンドル角センサやヨーレートセンサ（旋回角速度センサ）、横加速度センサが用いられており、ハンドル角センサにおいては、運転者が操舵トルクを発生させ、そのトルクがステアリング機構の摩擦を超え、ハンドルが回転し始めた時点で、ようやく旋回走行として検出される。また、ヨーレートセンサや横加速度センサにおいては、ハンドルの回転に応じて車輪が転舵され、タイヤに横力が発生し、車両にヨー方向、横方向の運動が発生した時点で、ようやく旋回走行として検出される。このように、従来の車両制御装置では、運転者が旋回意思を持ち、操舵トルクを発生させてから、数段階を経てから旋回走行が検出される。

一方、旋回走行に備えて変速比変更を行う場合、理想的には車両の旋回が始まる前に、変速比変更を完了しているほうが、旋回走行中の駆動力変化を発生させないため、運転者に違和感を与えることがない。従って、このような装置においては、できる限り早く運転者の旋回意思を検出し、変速比変更を開始することが重要である。しかし、前述のように、従来装置においては旋回の検出タイミングが遅いため、変速比変更を実施した際に運転者に違和感を与えることがあった。また、これに加えて、ハンドル角センサやヨーレートセンサ、横加速度センサが非常に高価であり、車両制御装置のコストアップを招く要因となっていた。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、運転者が旋回の意思を持ち、操舵トルクを発生させた際に、ただちに変速比変更を開始することで、運転者に違和感を与えずに良好な旋回走行を行わせると共に、ハンドル角センサやヨーレートセンサ、横加速度センサ等の高価なセンサを用いることもない、従来よりも高性能で安価な車両制御装置を提供するものである。

この発明に係る車両制御装置は、車両に搭載された自動変速機の変速比を制御する車両制御装置であって、少なくともステアリングの操舵力に関する情報により運転者の旋回意思を検出する旋回意思検出手段と、前記旋回意思検出手段の出力により前記自動変速機の変速比を制御する変速比制御手段と、を備えた車両制御装置において、前記旋回意思検出手段は、少なくとも運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵トルクをアシストする電動モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、を備え、少なくとも前記操舵トルク検出手段の出力と、前記モータ電流検出手段の出力により旋回意思を検出するものである。

この発明に係る車両制御装置によれば、運転者が旋回の意思を持ち、操舵トルクを発生させた際に、ただちに変速比変更を開始し、運転者に違和感を与えずに良好な旋回走行を行う車両制御装置が提供できる。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る車両制御装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両制御装置の構成図である。図１において、電動パワーステアリング制御器１は、操舵アシスト用の電動モータを制御するとともに、操舵トルク信号Ｔｓおよびモータ電流信号Ｉｍｔｒを旋回意思検出器２に出力する。旋回意思検出器２は、電動パワーステアリング制御器１から出力される操舵トルク信号Ｔｓおよびモータ電流信号Ｉｍｔｒにより運転者の旋回意思指標Ｓを演算し、その旋回意思指標Ｓを変速比制御器３に出力する。変速比制御器３は、旋回意思検出器２から出力される旋回意思指標Ｓにより自動変速機４の変速比を制御する。なお、ここでの自動変速機４は無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）とし、電動パワーステアリング制御器１、旋回意思検出器２、変速比制御器３、自動変速機４は自動車などの車両に搭載されている。

次に、この実施の形態１に係る車両制御装置の動作について説明する。
まず、電動パワーステアリング制御器１について説明する。図２は、電動パワーステアリング制御器１を含む車両の電動パワーステアリング機構を説明する図である。

図２において、電動パワーステアリング機構２０は、ハンドル２１、ハンドル２１の回転に応じて転舵される車輪のタイヤ２２、運転者の操舵トルクＴｈｄｌを検出し、操舵トルク信号Ｔｓを出力するトルクセンサ２３、操舵アシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生する電動モータ２４、電動モータ２４の電流を検出してモータ電流信号Ｉｍｔｒを出力する電流センサ２５、車両の走行速度を検出して車速信号Ｖｈを出力する車速センサ２６、および電動パワーステアリング制御器１により構成されている。なお、Ｔｓｔｒはステアリング軸トルクであり、操舵トルクＴｈｄｌと操舵アシストトルクＴａｓｓｉｓｔの合計値と一致し、また、路面反力トルクＴａｌｉｇｎとステアリング機構摩擦Ｔｆｒｉｃの合計値に釣り合うものである。Ｖｓｕｐｐｌｙは電動パワーステアリング制御器１が電動モータ２４に供給する電圧である。

次に、電動パワーステアリング制御器１の動作を説明する。図３は電動パワーステアリング制御器１の動作フローを示す図であるが、ステップＳ３１〜Ｓ３４までの処理は一般的な電動パワーステアリングと同様である。

まず、操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｈを入力する（ステップＳ３１）。次に、操舵トルク信号Ｔｓ、車速信号Ｖｈにより、電動モータ２４の目標電流Ｉｔａｇを決定する（ステップＳ３２）。ここでは一般的に図４に示すようなマップに従い目標電流Ｉｔａｇを決定する。図４は、横軸を操舵トルク信号Ｔｓ、縦軸を電動モータ２４の目標電流Ｉｔａｇとし、車速信号Ｖｈをパラメータとするマップである。

次に、モータ電流信号Ｉｍｔｒを入力し（ステップＳ３３）、モータ電流信号Ｉｍｔｒが目標電流Ｉｔａｇに一致するようモータ供給電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを制御する（ステップＳ３４）。このようにして電動パワーステアリング制御器１は操舵アシストトルクＴａｓｓｉｓｔを制御する。

本実施の形態における電動パワーステアリング制御器１では、更に、旋回走行時における変速比制御のために、操舵トルク信号Ｔｓおよびモータ電流信号Ｉｍｔｒを旋回意思検出器２へ出力する（ステップＳ３５）。前述のように操舵トルクＴｈｄｌと操舵アシストトルクＴａｓｓｉｓｔの合計はステアリング軸トルクＴｓｔｒであり、後述するように旋回意思検出手段２は、これらを入力してステアリング軸トルクＴｓｔｒを演算することができる（操舵アシストトルクＴａｓｓｉｓｔは、モータ電流信号Ｉｍｔｒに既知の定数を乗算することで演算できる）。電動パワーステアリング制御器１は、これらステップＳ３１〜Ｓ３５の処理を所定周期ごとに繰り返す。

次に、旋回意思検出器２について説明する。本実施の形態における旋回意思検出器２は前述のように、操舵トルク信号Ｔｓおよびモータ電流信号Ｉｍｔｒを入力し、式１に基づいてステアリング軸トルクＴｓｔｒを演算し、これを旋回意思指標Ｓとして変速比制御器３へ出力する。
旋回意思指標Ｓ＝ステアリング軸トルクＴｓｔｒ
＝操舵トルク信号Ｔｓ＋モータ電流信号Ｉｍｔｒ＊Ｋｔ・・（式１）
（Ｋｔ：モータ電流から操舵アシストトルクへの変換定数）

ここで、旋回意思指標Ｓとしたステアリング軸トルクＴｓｔｒの特性を、図５を用いて説明する。図５は、直進走行から旋回走行に入った際の、ステアリング軸トルクＴｓｔｒとハンドル角、ヨーレート、横加速度の位相を比較したものである。運転者が旋回の意思を持ち、操舵トルクを発生させると、その操舵トルクに応じてステアリング機構２０を構成する電動モータ２４に電流が流れ、操舵アシストトルクが発生する。そして、操舵トルクと操舵アシストトルクの合計トルク、すなわちステアリング軸トルクＴｓｔｒがステアリング機構摩擦Ｔｆｒｉｃを超えたところで、ハンドル角が発生し始める。そして、ハンドル２１の回転に応じて車輪が転舵され、タイヤ２２に横力が発生し、車両にヨー方向、横方向の運動が発生し、ようやくヨーレートや横加速度が発生する。このような原理によって、ステアリング軸トルクＴｓｒによれば、ハンドル角やヨーレートセンサ、横加速度センサを用いるよりも早期に運転者の旋回意思を検出することができる。

次に、変速比制御器３および自動変速機４について説明する。図６は、変速比制御器３の動作フローを示す図である。まず、アクセルペダル踏み込み量や車速に基づいて目標ベース変速比Ｒｔａｇ_ｂａｓｅを決定する（ステップ６１）。一般的な変速比制御器はこのステップ２１で演算した目標ベース変速比Ｒｔａｇ_ｂａｓｅに基づいて、自動変速機４の変速比制御を行うが、本実施の形態における変速比制御器３は、旋回走行時における変速比制御のために以降の処理を行う。

まず、旋回意思検出器２から出力される旋回意思指標Ｓを入力する（ステップ６２）、そして入力された旋回意思指標Ｓにより、目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎを決定する。ここでは図７に示すように、旋回意思指標Ｓが大きいほど、目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎが大きくなるよう設定する（ステップ６３）。次に、式２に基づいて目標変速比Ｒｔａｇを演算する（ステップ６４）。
目標変速比Ｒｔａｇ＝目標ベース変速比Ｒｔａｇ_ｂａｓｅ
＋目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎ・・（式２）

そして演算された目標変速比Ｒｔａｇにより、自動変速機４の変速比制御を行う（ステップ６５）。変速比制御器３は、これらステップ６１〜６５の処理を所定周期ごとに繰り返す。

以上のように、実施の形態１係る車両制御装置では、電動パワーステアリング制御器１から出力される操舵トルク信号Ｔｓおよびモータ電流信号Ｉｍｔｒにより、運転者の旋回意思を検出し、旋回時の変速比制御を行うように構成されている。これによって、従来よりも早期に旋回意思を検出でき、違和感のない車両制御が可能になる。

また、従来のハンドル角やヨーレートセンサ、横加速度センサ等のセンサに代えて、電動パワーステアリング制御器１から得られる信号を用いるので、車両制御装置のコストダウンを実現することができる。なお、電動パワーステアリング制御器１を備えた電動パワーステアリング機構２０は、従来の油圧パワーステアリング機構に比べ、約５％の燃費削減効果があり、環境・資源対策が重要な近年、ほぼ全車種に標準装備となりつつある装置である。

本実施の形態においては、図７に示すように、旋回意思指標Ｓが大きいほど、目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎが大きくなるように設定したが、このようにすれば旋回意思が大きいほど、強いエンジンブレーキにより車両を減速させることでき、良好な旋回フィーリングを実現しやすい効果がある。

しかし、旋回意思指標Ｓから目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎを決定する方法はこれに限るものではなく、目標とする車両特性に応じて設定すれば良い。例えば、目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎを車速によっても変更するようにして、高速の場合は低速の場合よりも目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎが小さくなるように設定するなどしても良いし、旋回意思指標Ｓ自体を車速により補正するようにして、結果的に、高速の場合は低速の場合よりも目標シフトダウン量Ｒｔａｇ_ｄｏｗｎが小さくなるように設定するなどしても良い。

また、本実施の形態においては、電動パワーステアリング制御器１から出力される信号により、運転者の旋回意思を検出し、旋回走行時にシフトダウンを行う場合について説明したが、旋回意思指標Ｓが所定値より大きい場合に、シフトダウンではなく、変速比の変動を所定範囲に制限（例えばシフトアップの禁止）するようにしても、旋回走行中の駆動力変動を抑制することができ、一定の良好な旋回フィーリングを得ることができる。このような場合でも、本実施の形態によればハンドル角センサやヨーレートセンサ、横加速度センサが不要であるので、安価に車両制御装置を実現できる。

更に、本実施の形態においては、式１に基づいてステアリング軸トルクＴｓｔｒを演算し、これを旋回意思指標Ｓとした場合について説明したが、モータ電流は操舵トルクと車速から概算可能であり、逆に、操舵トルクはモータ電流と車速から概算可能である（前述のように通常、操舵トルクと車速からモータ電流を決定しているため）。そのため、旋回意思検出器２は、操舵トルクと車速を入力してステアリング軸トルクを演算し、これを旋回意思指標Ｓとしても良いし、モータ電流と車速を入力してステアリング軸トルクＴｓｔｒを演算し、これを旋回意思指標Ｓとしても良い。

また、本実施の形態においては、式１に基づいてステアリング軸トルクＴｓｔｒを演算し、これを旋回意思指標Ｓとしたが、旋回意思指標Ｓとして、必ずしもステアリング軸トルクＴｓｔｒを用いる必要はなく、少なくともステアリングの操舵力に関する情報（操舵トルクあるいは操舵アシストトルクあるいは路面反力トルク）により、運転者の旋回意思を検出できるものであれば、ハンドル角やヨーレートセンサ、横加速度センサ等に比べて早期に旋回意思を検出して、違和感のない車両制御が可能であったり、あるいは、ハンドル角センサやヨーレートセンサ、横加速度センサが不要であるので、安価に車両制御装置を実現できる。なお、前述のようにステアリング軸トルクＴｓｔｒは路面反力トルクＴａｌｉｇｎとステアリング機構摩擦Ｔｆｒｉｃの合計値であるため、ステアリング軸トルクＴｓｔｒから既知のステアリング機構摩擦Ｔｆｒｉｃを除くことにより、路面反力トルクＴａｌｉｇｎを取得できる。また、ステアリングの操舵力に関する情報は必ずしも電動パワーステアリング制御器１から得る必要はなく、別途、電動パワーステアリング機構２０内に設置したトルクセンサや力センサを用いても、ハンドル角やヨーレートセンサ、横加速度センサ等に比べて、早期に旋回意思を検出でき、違和感のない車両制御が可能である。また、本実施の形態においては、式２に基づいて目標変速比Ｒｔａｇを決定したが、これに限るものではなく、目標ベース変速比Ｒｔａｇ_ｂａｓｅを使用せずに、例えば、アクセルぺダル踏み込み量と車速と旋回意思指標Ｓに基づいて、目標変速比Ｒｔａｇを直接、決定するようにしても良い。

また、本実施の形態においては、自動変速機４を無段変速機とし、シフトダウンを行うために、式２に基づいて目標変速比を演算する場合について説明したが、自動変速機４は有段変速機でも良く、従来装置のように変速マップの値を補正するような方法でシフトダウンを実現しても良い。

また、本実施の形態においては、自動変速機４の変速比を制御する場合について説明したが、一部の一般的な無段変速機のように、変速比を直接的には制御せずに、自動変速機４の入力側回転数を制御する（実質的には変速比が変わる）ようなものであっても良い。

この発明の実施の形態１に係る車両制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御器を含む車両のステアリング機構の説明図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御器の動作フロー図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御器において、目標電流を決定するためのマップである。 この実施の形態１によるステアリング軸トルクとハンドル角、ヨーレート、横加速度の位相関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る変速比制御器の動作フロー図である。 この発明の実施の形態１に係る変速比制御器において、目標シフトダウン量を決定するためのマップである。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング制御器
２ 旋回意思検出器
３ 変速比制御器
４ 自動変速機
２０ 電動パワーステアリング機構
２１ ハンドル
２２ タイヤ
２３ トルクセンサ
２４ 電動モータ
２５ 電流センサ
２６ 車速センサ

Claims (4)

1. 車両に搭載された自動変速機の変速比を制御する車両制御装置であって、
   少なくともステアリングの操舵力に関する情報により運転者の旋回意思を検出する旋回意思検出手段と、前記旋回意思検出手段の出力により前記自動変速機の変速比を制御する変速比制御手段と、を備えた車両制御装置において、
   前記旋回意思検出手段は、
   少なくとも運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵トルクをアシストする電動モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、を備え、
   少なくとも前記操舵トルク検出手段の出力と、前記モータ電流検出手段の出力により旋回意思を検出することを特徴とする車両制御装置。
2. 車両に搭載された自動変速機の変速比を制御する車両制御装置であって、
   少なくともステアリングの操舵力に関する情報により運転者の旋回意思を検出する旋回意思検出手段と、前記旋回意思検出手段の出力により前記自動変速機の変速比を制御する変速比制御手段と、を備えた車両制御装置において、
   前記旋回意思検出手段は、
   少なくとも運転者の操舵力をアシストする電動モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
   前記車両の走行速度もしくは車輪速を検出する車速検出手段と、を備え、
   少なくとも前記モータ電流検出手段の出力と、前記車速検出手段の出力により旋回意思を検出することを特徴とする車両制御装置。
3. 前記変速比制御手段は、前記旋回意思検出手段で検出される旋回意思が大きい場合に、旋回意思が小さい場合に比べ、前記変速比を大きくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両制御装置。
4. 前記変速比制御手段は、前記旋回意思検出手段で検出される旋回意思が所定値より大きい場合に、前記変速比の変動を所定範囲に制限することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両制御装置。

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