JP5141025B2

JP5141025B2 - 車両用操舵システム

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Publication number: JP5141025B2
Application number: JP2007023289A
Authority: JP
Inventors: 純佐久川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2008189058A

Description

この発明は、車両用操舵システムに関し、さらに詳しくは、自動操舵制御の精度を向上できる車両用操舵システムに関する。

近年の車両用操舵システムでは、ＬＫＡ（Lane Keeping Assist）制御のような自動操舵制御が採用されつつある。かかる自動操舵制御では、例えば、ＣＣＤカメラにより走行路の車線が認識されて、走行路の曲率半径や走行路における走行車線に対する車両のヨー角、オフセット量、走行速度などの各種の情報が取得される。そして、これらの情報に基づいて車両の電動パワーステアリングが駆動され、車両が車線内の目標ラインに沿って走行するように操舵輪の操舵角が制御される。これにより、ドライバーの操舵負担が軽減される。

かかる自動操舵制御を採用する従来の車両用操舵システムには、特許文献１に記載される技術が知られている。

特開２００６−４４５６３号公報

ここで、上記の構成を有する車両用操舵システムでは、自動操舵制御の精度を向上すべき要請がある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、自動操舵制御の精度を向上できる車両用操舵システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる車両用操舵システムは、車両の操舵輪を電動機にて駆動して操舵輪の操舵角を制御するＥＰＳ装置を有すると共に、車両の走行時にて、前記ＥＰＳ装置が車両の操舵輪を自動操舵することによりドライバーのステアリング操作が支援される車両用操舵システムであって、通常操舵時にて、前記ＥＰＳ装置がステアリングホイールの反力トルクを制御対象としてアシストトルクを発生するトルク制御を行うと共に、自動操舵時にて、前記ＥＰＳ装置が操舵輪の操舵角を制御対象とする角度制御を行い、前記ＥＰＳ装置が所定の制御指示により駆動されて前記トルク制御および前記角度制御を行い、トルク制御時の前記制御指示がトルク制御用制御指示に基づいて算出されると共に角度制御時の前記制御指示が前記角度制御用制御指示に基づいて算出され、通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、前記トルク制御用制御指示と前記角度制御用目標指示との指示値差により前記制御指示が変化するときに、前記制御指示を徐変させる徐変制御が行われ、且つ、前記徐変制御時にて、前記トルク制御用制御指示と前記角度制御用目標指示との指示値差が所定の閾値よりも大きいときに、前記制御指示が前記トルク制御用制御指示と所定の徐変制御値との和に基づいて算出されることを特徴とする。

この車両用操舵システムでは、自動操舵時にて、ＥＰＳ装置が操舵輪の操舵角を制御対象とする角度制御を行うので、ＥＰＳ装置がトルク制御のみにより車両の操舵輪を駆動する構成と比較して、外乱（ロードギャンバー）やＥＰＳギアのプレロード摩擦に対するロバスト性が向上する。これにより、操舵角の制御の精度が向上して、操舵輪の自動操舵が適正に行われる利点がある。
この車両用操舵システムでは、操舵モードの切替時にて反力トルクの変動が緩和されるので、ドライバーがステアリングホイール越しに感じる違和感が低減される利点がある。
この車両用操舵システムでは、徐変制御値によりトルク制御用制御指示と角度制御用目標指示との指示値差が低減されるので、この指示値差に起因する反力トルクＭＴの変動ΔＭＴが効果的に緩和される。これにより、ドライバーがステアリングホイール越しに感じる違和感が効果的に低減される利点がある。

この車両用操舵システムでは、操舵モードの切替時にて反力トルクの変動が緩和されるので、ドライバーがステアリングホイール越しに感じる違和感が低減される利点がある。

この車両用操舵システムでは、除変制御値によりトルク制御用制御指示と角度制御用目標指示との指示値差が低減されるので、この指示値差に起因する反力トルクＭＴの変動ΔＭＴが効果的に緩和される。これにより、ドライバーがステアリングホイール越しに感じる違和感が効果的に低減される利点がある。

また、この発明にかかる車両用操舵システムは、車両の操舵輪を電動機にて駆動して操舵輪の操舵角を制御するＥＰＳ装置を有すると共に、車両の走行時にて、前記ＥＰＳ装置が車両の操舵輪を自動操舵することによりドライバーのステアリング操作が支援される車両用操舵システムであって、通常操舵時にて、前記ＥＰＳ装置がステアリングホイールの反力トルクを制御対象としてアシストトルクを発生するトルク制御を行うと共に、自動操舵時にて、前記ＥＰＳ装置が操舵輪の操舵角を制御対象とする角度制御を行い、前記ＥＰＳ装置が所定の制御指示により駆動されて前記トルク制御および前記角度制御を行い、トルク制御時の前記制御指示がトルク制御用制御指示に基づいて算出されると共に角度制御時の前記制御指示が前記角度制御用制御指示に基づいて算出され、ステアリングホイールと操舵輪との間の操舵系に配置されると共にステアリングホイールの操舵に対して相対的かつ自動的に操舵輪を補助操舵するＶＧＲＳ装置を備え、且つ、前記ＶＧＲＳ装置が、通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、前記徐変制御に起因する操舵輪の運動性能の遅れ分を補償するための運動性能補償制御を行うことを特徴とする。

この車両用操舵システムでは、ＶＧＲＳ装置が操舵輪の操舵角を角度制御することにより、操舵輪の運動性能の遅れ分が補償される。これにより、ＬＫＡ制御に必要な操舵輪の操舵角が確保されて、自動操舵制御が適正に行われる。

また、この発明にかかる車両用操舵システムでは、操舵輪の目標舵角δ^*を制御対象として前記運動性能補償制御が行われ、且つ、目標舵角δ^*が前記指示値差と前記除変制御値との差に基づいて算出される。

この車両用操舵システムでは、制御モードの切替時に発生するトルク制御用制御指示および前記角度制御用目標指示の指示値差と、除変制御にて制御指示に付加された除変制御値とが加味されて目標舵角δ^*が算出され、この目標舵角δ^*に基づいて運動性能補償制御が行われる。これにより、除変制御に起因する操舵角の不足分が適正に補償されて、車両１０の自動操舵が好適に行われる利点がある。

また、この発明にかかる車両用操舵システムでは、前記ＥＰＳ装置が、前記運動性能補償制御に起因するステアリングホイールの反力トルクを略一定に維持するための反力補償制御を行う。

この車両用操舵システムでは、例えば、運動性能補償制御時に起因してステアリングホイールに反力トルクが発生するときに、ＥＰＳ装置がアシストトルクを発生して、この反力トルクＭＴを略一定に維持する。これにより、ドライバーがステアリングホイール越しに感じる違和感が低減される利点がある。

この発明にかかる車両用操舵システムでは、自動操舵時にて、ＥＰＳ装置が操舵輪の操舵角を制御対象とする角度制御を行うので、ＥＰＳ装置がトルク制御のみにより車両の操舵輪を駆動する構成と比較して、外乱（ロードギャンバー）やＥＰＳギアのプレロード摩擦に対するロバスト性が向上する。これにより、操舵角の制御の精度が向上して、操舵輪の自動操舵が適正に行われる利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかる車両用操舵システムを示す構成図である。図２〜図６は、図１に記載した車両用操舵システムの作用を示すフローチャート（図２および図３）ならびに説明図（図４〜図６）である。図７は、図１に記載した車両用操舵システムの変形例を示すフローチャートである。

［車両用操舵システム］
この車両用操舵システム１は、ドライバーのステアリング操作に依存することなく操舵輪を自動操舵制御して、ドライバーの操舵負担を軽減する機能を有する。このような自動操舵制御には、例えば、ＬＫＡ（Lane Keeping Assist）制御が知られている。かかるＬＫＡ制御では、車両の走行時にて車両の車線内走行が維持されるように操舵輪が自動操舵され、ドライバーのステアリング操作が支援される（車線維持支援機能）。

この車両用操舵システム１は、電動式パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳ（electronic power steering）装置という。）２と、ギア比可変ステアリング装置（以下、ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering）装置という。）３と、各種のセンサ４１〜４５と、操舵制御装置５と、ＬＫＡスイッチ６とを有する（図１参照）。なお、この実施例では、車両１０の左側後輪１１ＲＬおよび右側後輪１１ＲＲが車両１０の駆動輪であり、左側前輪１１ＦＬおよび右側前輪１１ＦＲが車両１０の操舵輪である。

ＥＰＳ装置２は、ステアリングホイール１２の転舵に連動して動力（補助操舵力）を発生し、左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵を補助する装置である。このＥＰＳ装置２は、例えば、ラック・アンド・ピニオン式のステアリング装置であり、ピニオンシャフト２１と、ラックバー２２と、一対のタイロッド２３Ｌ、２３Ｒと、電動機２４と、変換機構２５と、ＥＰＳ制御装置２６とを有する。

ピニオンシャフト２１は、ＶＧＲＳ装置３を介して車両１０のステアリングホイール１２に連結され、ステアリングホイール１２の操作により回転する。ラックバー２２は、ピニオンシャフト２１に連結され、ピニオンシャフト２１の回転により軸方向にスライド変位する。タイロッド２３Ｌ（２３Ｒ）は、ラックバー２２と左側操舵輪１１ＦＬ（右側操舵輪１１ＦＲ）とを連結し、ラックバー２２の変位を左側操舵輪１１ＦＬ（右側操舵輪１１ＦＲ）に伝達して、左側操舵輪１１ＦＬ（右側操舵輪１１ＦＲ）の操舵角を変化させる。電動機２４は、変換機構２５を介してラックバー２２を軸方向にスライド変位させる。変換機構２５には、例えば、ボールネジ式のものが採用される。ＥＰＳ制御装置２６は、電動機２４を駆動制御することにより、ラックバー２２をスライド変位させて左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角を変化させる。

このＥＰＳ装置２では、ドライバーがステアリングホイール１２を転舵させると、ピニオンシャフト２１が回転してラックバー２２が軸方向（ステアリングホイール１２の転舵方向）にスライド変位する。すると、タイロッド２３Ｌ、２３Ｒがラックバー２２と連動して変位して、左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角が変化する。また、このとき、ＥＰＳ制御装置２６が電動機２４を駆動制御し、電動機２４の回転トルクが変換機構２５を介してラックバー２２に伝達される。具体的には、車両の走行速度Ｖおよびステアリングの転舵角（後述するアッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓ）に基づいて電動機３３が駆動制御される。これにより、左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵が補助されて、ドライバーの操舵負担が軽減される。

また、このＥＰＳ装置２は、操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵によりステアリングホイール１２に反力トルクＭＴが発生するときに、この反力トルクＭＴを略一定に維持するためのアシストトルクＡＴを発生する。具体的には、発生した反力トルクＭＴが検出され、この反力トルクＭＴに基づいて必要なアシストトルクＡＴが算出される。そして、このアシストトルクＡＴに基づいてＥＰＳ制御装置２６が電動機２４を駆動制御することにより、ステアリングホイール１２に伝達される反力トルクＭＴが一定に維持される。これにより、操舵時にてドライバーがステアリングホイール１２越しに感じる違和感が低減される。

ＶＧＲＳ装置３は、ステアリングホイール１２と操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲとの間の操舵系に配置されると共に、ステアリングホイール１２の操舵に対して相対的かつ自動的に操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲを補助操舵する装置である。このＶＧＲＳ装置３は、アッパ・ステアリングシャフト３１およびロア・ステアリングシャフト３２と、電動機３３と、転舵角可変制御装置３４とを有する。アッパ・ステアリングシャフト３１は、ステアリングホイール１２に連結される。ロア・ステアリングシャフト３２は、ユニバーサルジョイント３５を介してＥＰＳ装置２のピニオンシャフト２１に連結される。また、アッパ・ステアリングシャフト３１およびロア・ステアリングシャフト３２は、電動機３３を介して相互に連結される。具体的には、電動機３３にアッパ・ステアリングシャフト３１が連結され、電動機３３のロータ３３２側にロア・ステアリングシャフト３２が連結される。転舵角可変制御装置３４は、電動機３３を駆動制御してロア・ステアリングシャフト３２を回転させる。

このＶＧＲＳ装置３では、ドライバーがステアリングホイール１２を転舵させると、このステアリングホイール１２と共にアッパ・ステアリングシャフト３１が回転する。すると、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転に連動して電動機３３が駆動され、ロア・ステアリングシャフト３２が回転して動力がＥＰＳ装置２のピニオンシャフト２１に伝達される。これにより、ＥＰＳ装置２が駆動されて、左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵が行われる。

また、このとき、転舵角可変制御装置３４が電動機３３を駆動制御することにより、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓとロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａとの差（相対回転角度φａ−φｓ）が制御される。具体的には、車両の走行速度Ｖ、各ステアリングシャフトの回転角φｓ、φａに基づいて電動機３３が駆動制御され、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓとロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａとの相対回転角度φａ−φｓが制御される。これにより、ステアリングホイール１２の転舵が補助されて、ドライバーの操舵負担が軽減される。

例えば、車両１０の通常操舵時には、ドライバーによりステアリング操作が行われて操舵輪１１ＦＲ、１１ＦＬの転舵が行われる。このとき、ＶＧＲＳ装置３では、転舵角可変制御装置３４が電動機３３を駆動制御することにより、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓとロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａとがφｓ＝φａ（中立位置）に維持される（保持状態）。具体的には、ＬＫＡ制御のＯＦＦ時、交差点での右左折時あるいは車庫入れ時などに、このような制御が行われる。これにより、ステアリング操作に対して操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角がクイックに変化するので、車両１０の操舵性が向上する。

一方、車両１０の自動操舵時には、転舵角可変制御装置３４が電動機３３を駆動制御して、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓとロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａとの相対回転角度φａ−φｓが積極的に設けられる。例えば、ＬＫＡ制御にて、走行時における車両１０の車線内走行が維持されるように、操舵輪が自動操舵される。これにより、ドライバーのステアリング操作に依存することなく操舵輪が適正に操作されるので、ドライバーの操舵負担が低減される利点がある。また、例えば、高速走行時にて、ロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａがアッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓよりも小さく（φａ＜φｓ）設定される。これにより、ステアリング操作に対して緩やかに操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角が変化し、穏やかで安定感あるハンドリングを実現されて、高速走行時における走行安定性が向上する。

各種のセンサ４１〜４５は、車速センサ４１と、ヨーレートセンサ４２と、アッパ回転角センサ４３およびロア回転角センサ４４と、トルクセンサ４５とを含んで構成される。車速センサ４１は、車両１０の走行速度Ｖを検出するセンサである。ヨーレートセンサ４２は、車両１０のヨーレートθを検出するセンサである（図４参照）。アッパ回転角センサ４３は、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓを検出するセンサである。ロア回転角センサ４４は、ロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａを検出するセンサである。なお、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓは、ステアリングの転舵角に等しい。また、ロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａに基づいて、左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの実際の操舵角が算出される。トルクセンサ４５は、ロア・ステアリングシャフト３２の操舵トルクＴｓを検出するセンサである。

操舵制御装置５は、車両１０の通常操舵時および自動操舵時におけるＥＰＳ装置２およびＶＧＲＳ装置３の駆動を制御する装置である。具体的には、各種のセンサ４１〜４５により検出された走行速度Ｖ、ヨーレートθ、アッパ・ステアリングシャフト３１の回転角φｓおよびロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａに基づいて、ＥＰＳ装置２およびＶＧＲＳ装置３が駆動制御される。この通常操舵時および自動操舵時における制御については、後述にてフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。

ＬＫＡスイッチ６は、ＬＫＡ制御のＯＮ／ＯＦＦを選択するためのスイッチであり、操舵制御装置５に接続される。また、ＬＫＡスイッチ６は、車両１０の運転席に設置されている。このＬＫＡスイッチ６のＯＮ／ＯＦＦ切り替えにより、車両１０の操舵モード（通常操舵か自動操舵か）が切り替えられる。

［車両の操舵制御］
この車両用操舵システム１では、以下のように車両１０の操舵制御が行われる（図２および図３参照）。まず、車両１０の走行時にて、走行路１００の曲率半径Ｒ、走行路１００における車両１０のオフセット量Ｄ、ヨーレートθおよび走行速度Ｖが取得される（ＳＴ１０１）（図２参照）。例えば、ヨーレートセンサ４２がＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラにより構成され、このＣＣＤカメラにより車両１０の前方にかかる走行路１００の状況（例えば、走行路１００のセンターライン）が撮像される。操舵制御装置５は、ＣＣＤカメラからの画像情報に基づいて画像処理を行い、走行路１００の曲率半径Ｒ、車両１０のオフセット量Ｄ（目標走行路１０１に対する車両１０の車幅方向のズレ量）およびヨーレートθを算出する。また、車速センサ４１により車両１０の走行速度Ｖが検出される。

車両１０の通常操舵時（ＬＫＡスイッチ６がＯＦＦ状態の時）には、通常時のパワーステアリング制御が行われる（ＳＴ１０２、ＳＴ１０３）。具体的には、まず、車両１０の走行時にて、トルクセンサ４５がロア・ステアリングシャフト３２の操舵トルクＴｓを検出している。そして、操舵制御装置５が、この操舵トルクＴｓに基づいて反力トルクＭＴを算出する。この反力トルクＭＴは、操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵時にて、アッパ・ステアリングシャフト３１を介してステアリングホイール１２に伝達される。次に、操舵制御装置５が反力トルクＭＴを略一定に維持するためのアシストトルクＡＴを算出し、このアシストトルクＡＴに基づいてトルク制御用目標電流Ｉｔ（トルク制御用制御指示）を算出する。次に、操舵制御装置５がトルク制御用目標電流Ｉｔを目標指示電流Ｉ^*（制御指示）としてＥＰＳ装置３（ＥＰＳ制御装置２６）に入力し（ＳＴ１０４）、この目標指示電流Ｉ^*に基づいてＥＰＳ制御装置２６が電動機２４を駆動制御する（ＳＴ１０５）。これにより、アシストトルクＡＴが発生してステアリングホイール１２の反力トルクＭＴが略一定に維持され、操舵時にてドライバーがステアリングホイール１２越しに感じる違和感が低減される。

一方、車両１０の自動操舵時（ＬＫＡ制御時）には、以下の制御が行われる。まず、ドライバーがＬＫＡスイッチ６をＯＮすると（ＳＴ１０２）、操舵制御装置５が左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの目標舵角（きれ角）δ^*を算出する（ＳＴ１０６）。この目標舵角δ^*は、車両１０を目標走行路１０１に沿って走行させるために必要な操舵角である。目標舵角δ^*は、走行路１００の曲率半径Ｒ、オフセット量Ｄ、走行速度Ｖおよびヨーレートθに基づいて以下の算出式（１）により算出される。

なお、この算出式（１）では、Ｌが車両のホイールベース、Ｋｈがスタビリティファクター、Ｋ１、Ｋ２およびＫ３が定数である。

次に、ＬＫＡ制御に用いられる角度制御用目標電流Ｉａ^*（角度制御用制御指示）が、目標舵角δ^*および操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの実際の操舵角δに基づいて以下の算出式（２）により算出される。
Ｉａ^*＝Ｋ・（δ^*−δ） …（２）
なお、この算出式（２）では、Ｋが定数である。また、実際の操舵角δは、ロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａに基づいて算出される。

ここで、上記の角度制御用目標電流Ｉａ^*と通常操舵時のトルク制御用目標電流Ｉｔとは、電流値差ΔＩ（指示値差）を有する（図５参照）。すなわち、通常操舵時には、ＥＰＳ装置２がトルク制御によりアシストトルクＡＴを発生するため、ＥＰＳ装置２への目標指示電流Ｉ^*がトルク制御用目標電流Ｉｔに基づいて算出される。ところが、このトルク制御用目標電流Ｉｔと角度制御用目標電流Ｉａ^*とは、一般に電流値が異なる。このため、ＬＫＡスイッチ６がＯＮされて操舵モードが通常操舵時から自動操舵時に切り替えられたとき（ｔ＝ｔｃ）に、トルク制御用目標電流Ｉｔがそのまま目標指示電流Ｉ^*としてＥＰＳ装置２に入力されると、制御対象である反力トルクＭＴに大きな不連続部が生じて、ドライバーがステアリングホイール１２越しに違和感を感じるおそれがある（図６参照）。したがって、この目標指示電流Ｉ^*を除変させてドライバーの違和感を低減するために、以下の処理が行われる。

まず、トルク制御用目標電流Ｉｔと角度制御用目標電流Ｉａ^*との電流値差ΔＩが算出される（ＳＴ１０７）。次に、電流値差ΔＩと所定の閾値（安全率ガード）ΔＩ_MAXとが比較される（ＳＴ１０８）。そして、電流値差ΔＩが所定の閾値ΔＩ_MAXよりも小さいときは、除変制御を行うためのＦｌａｇＧがＯＦＦ状態のまま維持され、角度制御用目標電流Ｉａ^*が目標指示電流Ｉ^*としてＥＰＳ装置２に入力される（ＳＴ１０９）。そして、この目標指示電流Ｉ^*に基づいてＥＰＳ制御装置２６が電動機２４を駆動制御する（ＳＴ１０５）。これにより、操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角が制御されて、車両１０を目標走行路１０１に沿って走行させるためのドライバーの操舵負担が低減される。

一方、電流値差ΔＩが所定の閾値ΔＩ_MAXよりも大きいときは、除変制御を行うためのＦｌａｇＧがＯＮされる（ＳＴ１１０）。そして、通常操舵時のトルク制御用目標電流Ｉｔと所定の除変電流ΔＩ’（除変制御値）との和が目標指示電流Ｉ^*として算出される（ＳＴ１１１）。この除変電流ΔＩ’は、目標指示電流Ｉ^*を閾値ΔＩ_MAX内に収めるための加算分となる。そして、この目標指示電流Ｉ^*がＥＰＳ装置２に入力され、この目標指示電流Ｉ^*に基づいてＥＰＳ制御装置２６が電動機２４を駆動制御する（ＳＴ１０５）。

かかる構成では、通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、目標指示電流Ｉ^*に除変電流ΔＩ’が加算されることにより、トルク制御用目標電流Ｉｔと角度制御用目標電流Ｉａ^*との電流値差ΔＩの変化が緩和される（除変制御）。これにより、操舵モードの切替時における反力トルクＭＴの変動ΔＭＴが緩和されて、ドライバーがステアリングホイール１２越しに感じる違和感が低減される。

なお、除変電流ΔＩ’は、閾値ΔＩ_MAXに応じて適宜規定され得る。また、除変電流ΔＩ’は、一定の電流値を有しても良いし、電流値差ΔＩあるいは時間ｔに応じて変動する電流値を有しても良い。

［効果］
以上説明したように、この車両用操舵システム１では、自動操舵時にて、ＥＰＳ装置２が操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角を制御対象とする角度制御を行うので（図１および図２参照）、ＥＰＳ装置がトルク制御のみにより車両の操舵輪を駆動する構成と比較して、外乱（ロードギャンバー）やＥＰＳギアのプレロード摩擦に対するロバスト性が向上する。これにより、操舵角の制御の精度が向上して、操舵輪の自動操舵が適正に行われる利点がある。例えば、操舵時には、操舵輪が路面から受ける反力が走行路の路面状況によって変化する。また、ＥＰＳ装置では、ラック・アンド・ピニオン構造によるギア摩擦があり、且つ、このギア摩擦が製造工程上のバラつきにより各ＥＰＳ装置で相異する。このため、トルク制御により操舵輪の操舵角が駆動制御される構成では、路面状況やギア摩擦の影響が無視できず、操舵角の制御の精度が低下し易い。

また、この車両用操舵システム１では、通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、トルク制御用目標電流Ｉｔと角度制御用目標電流Ｉａ^*との電流値差ΔＩ（＝Ｉｔ−Ｉａ^*）により目標指示電流Ｉ^*が変化するときに、目標指示電流Ｉ^*を除変させる除変制御が行われる（図２および図５参照）。これにより、操舵モードの切替時にて反力トルクＭＴの変動ΔＭＴが緩和されるので、ドライバーがステアリングホイール１２越しに感じる違和感が低減される利点がある。

具体的には、上記のように、除変制御時にて、トルク制御用目標電流Ｉｔと角度制御用目標電流Ｉａ^*との電流値差ΔＩが所定の閾値ΔＩ_MAXよりも大きいときに、目標指示電流Ｉ^*がトルク制御用目標電流Ｉｔと所定の除変電流ΔＩ’との和に基づいて算出されることが好ましい（図２参照）。かかる構成では、除変電流ΔＩ’によりトルク制御用目標電流Ｉｔと角度制御用目標電流Ｉａ^*との電流値差ΔＩが低減されるので、この電流値差ΔＩに起因する反力トルクＭＴの変動ΔＭＴが効果的に緩和される。これにより、ドライバーがステアリングホイール１２越しに感じる違和感が効果的に低減される利点がある。

［運動性能補償制御］
一方、上記のように、操舵モードの切替時にて目標指示電流Ｉ^*を除変させて反力トルクＭＴの変動ΔＭＴを緩和する構成（除変制御）では、自動操舵が適正に行われないおそれがある。すなわち、操舵モードの切替時にて除変制御が行われると、目標指示電流Ｉ^*がトルク制御用目標電流Ｉｔから角度制御用目標電流Ｉａ^*に直ちに切り替わらないため、操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角が不足する。すると、ＬＫＡ制御としての運動性能に遅れ分が発生して、自動操舵が適正に行われないおそれがある。

そこで、この車両用操舵システム１では、通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、除変制御に起因する操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの運動性能の遅れ分を補償するための制御（運動性能補償制御）がＶＧＲＳ装置３により行われる（図３および図５参照）。具体的には、ＶＧＲＳ装置３が操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角を角度制御することにより、操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの運動性能の遅れ分が補償される。これにより、ＬＫＡ制御に必要な操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角が確保されて、車両１０の自動操舵が適正に行われる。

特に、上記の構成では、通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、（１）ＥＰＳ装置２による除変制御と（２）ＶＧＲＳ装置３による運動性能補償制御とが連動して行われる。すなわち、（１）ＥＰＳ装置２の除変制御により、ステアリングホイール１２の反力トルクＭＴの変動ΔＭＴが緩和されて、ドライバーがステアリングホイール１２越しに感じる違和感が低減される。また、（２）ＶＧＲＳ装置３の運動性能補償制御により、除変制御に起因する操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角の不足分が補償されて、自動操舵が適正に行われる。したがって、これらの相乗効果により、自動操舵の精度および実用性が飛躍的に高められる利点がある。

例えば、この実施例では、操舵モードの切換時にて、以下のように運動性能補償制御が行われる（図３参照）。まず、ＬＫＡスイッチ６のＯＮ／ＯＦＦ状態および除変制御のＦｌａｇＧのＯＮ／ＯＦＦ状態が確認される（ＳＴ２０１およびＳＴ２０２）。そして、ＬＫＡスイッチ６がＯＮ状態にあり、且つ、除変制御のＦｌａｇＧがＯＮ状態にある場合には、操舵制御装置５が左右の操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの目標舵角δ^*を算出する（ＳＴ２０３）。そして、この目標舵角δ^*がＶＧＲＳ装置３に出力され、この目標舵角δ^*に基づいて操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角が制御される（ＳＴ２０４）。また、このとき、ロア・ステアリングシャフト３２の回転角φａ（操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの実際の操舵角）に基づいて、操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角がフィードバック制御される。これにより、ＬＫＡ制御に必要な操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角が確保されて、車両１０の自動操舵が適正に行われる。

また、上記の構成では、目標舵角δ^*が除変制御に用いられた電流値差ΔＩと除変電流ΔＩ^'との差（ΔＩ−ΔＩ^'）に基づいて算出される（図５参照）。すなわち、制御モードの切替時に発生するトルク制御用目標電流Ｉｔおよび角度制御用目標電流Ｉａ^*の電流値差ΔＩと、除変制御にて目標指示電流Ｉ^*に付加された除変電流ΔＩ^'とが加味されて目標舵角δ^*が算出され、この目標舵角δ^*に基づいて運動性能補償制御が行われる。これにより、除変制御に起因する操舵角の不足分が適正に補償されて、車両１０の自動操舵が好適に行われる利点がある。

［反力補償制御］
また、上記のように、ＶＧＲＳ装置３が駆動されて運動性能補償制御が行われる構成では、操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵により反力トルクＭＴが発生する。

そこで、この車両用操舵システム１では、ＥＰＳ装置２が、運動性能補償制御に起因するステアリングホイール１２の反力トルクＭＴを略一定に維持するための反力補償制御を行うことが好ましい。例えば、運動性能補償制御時に起因してステアリングホイール１２に反力トルクＭＴが発生するときに、ＥＰＳ装置２がアシストトルクＡＴを発生して、この反力トルクＭＴを略一定に維持する（反力補償制御）。これにより、ドライバーがステアリングホイール１２越しに感じる違和感が低減される利点がある。

例えば、この実施例では、除変制御における目標指示電流Ｉ^*の算出時にて、ＶＧＲＳ装置３の駆動により発生した反力トルクが加味されて目標指示電流Ｉ^*が算出される（ＳＴ１１１）（図７参照）。具体的には、目標指示電流Ｉ^*が、トルク制御用目標電流Ｉｔと除変電流ΔＩ^'とＶＧＲＳ装置３による操舵輪１１ＦＬ、１１ＦＲの操舵角δ_VGRS ^*とに基づく以下の算出式により算出される。
Ｉ^*＝Ｉｔ＋ΔＩ^'＋Ｋ_V・δ_VGRS ^* …（３）
なお、この算出式（３）では、Ｋ_Vが定数である。これにより、ＶＧＲＳ装置３の駆動による反力トルクＭＴの変動ΔＭＴが低減される。

以上のように、本発明にかかる車両用操舵システムは、自動操舵制御の精度を向上できる点で有用である。

この発明の実施例にかかる車両用操舵システムを示す構成図である。図１に記載した車両用操舵システムの作用を示すフローチャートである。図１に記載した車両用操舵システムの作用を示すフローチャートである。図１に記載した車両用操舵システムの作用を示す説明図である。図１に記載した車両用操舵システムの作用を示す説明図である。図１に記載した車両用操舵システムの作用を示す説明図である。図１に記載した車両用操舵システムの変形例を示すフローチャートである。

符号の説明

１車両用操舵システム
２ＥＰＳ装置
２１ピニオンシャフト
２２ラックバー
２３タイロッド
２４電動機
２５変換機構
２６ＥＰＳ制御装置
３ＶＧＲＳ装置
３１アッパ・ステアリングシャフト
３２ロア・ステアリングシャフト
３３電動機
３３２ロータ
３４転舵角可変制御装置
３５ユニバーサルジョイント
４１車速センサ
４２ヨーレートセンサ
４３アッパ回転角センサ
４４ロア回転角センサ
４５トルクセンサ
５操舵制御装置
６ＬＫＡスイッチ
１０車両
１１ＦＲ、１１ＦＬ操舵輪
１１ＲＲ、１１ＲＬ駆動輪
１２ステアリングホイール

Claims

車両の操舵輪を電動機にて駆動して操舵輪の操舵角を制御するＥＰＳ装置を有すると共に、車両の走行時にて、前記ＥＰＳ装置が車両の操舵輪を自動操舵することによりドライバーのステアリング操作が支援される車両用操舵システムであって、
通常操舵時にて、前記ＥＰＳ装置がステアリングホイールの反力トルクを制御対象としてアシストトルクを発生するトルク制御を行うと共に、自動操舵時にて、前記ＥＰＳ装置が操舵輪の操舵角を制御対象とする角度制御を行い、
前記ＥＰＳ装置が所定の制御指示により駆動されて前記トルク制御および前記角度制御を行い、トルク制御時の前記制御指示がトルク制御用制御指示に基づいて算出されると共に角度制御時の前記制御指示が前記角度制御用制御指示に基づいて算出され、
通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、前記トルク制御用制御指示と前記角度制御用目標指示との指示値差により前記制御指示が変化するときに、前記制御指示を徐変させる徐変制御が行われ、且つ、
前記徐変制御時にて、前記トルク制御用制御指示と前記角度制御用目標指示との指示値差が所定の閾値よりも大きいときに、前記制御指示が前記トルク制御用制御指示と所定の徐変制御値との和に基づいて算出されることを特徴とする車両用操舵システム。
車両の操舵輪を電動機にて駆動して操舵輪の操舵角を制御するＥＰＳ装置を有すると共に、車両の走行時にて、前記ＥＰＳ装置が車両の操舵輪を自動操舵することによりドライバーのステアリング操作が支援される車両用操舵システムであって、
通常操舵時にて、前記ＥＰＳ装置がステアリングホイールの反力トルクを制御対象としてアシストトルクを発生するトルク制御を行うと共に、自動操舵時にて、前記ＥＰＳ装置が操舵輪の操舵角を制御対象とする角度制御を行い、
前記ＥＰＳ装置が所定の制御指示により駆動されて前記トルク制御および前記角度制御を行い、トルク制御時の前記制御指示がトルク制御用制御指示に基づいて算出されると共に角度制御時の前記制御指示が前記角度制御用制御指示に基づいて算出され、
ステアリングホイールと操舵輪との間の操舵系に配置されると共にステアリングホイールの操舵に対して相対的かつ自動的に操舵輪を補助操舵するＶＧＲＳ装置を備え、且つ、
前記ＶＧＲＳ装置が、通常操舵と自動操舵との操舵モードの切替時にて、前記徐変制御に起因する操舵輪の運動性能の遅れ分を補償するための運動性能補償制御を行うことを特徴とする車両用操舵システム。
操舵輪の目標舵角δ^*を制御対象として前記運動性能補償制御が行われ、且つ、目標舵角δ^*が前記指示値差と前記徐変制御値との差に基づいて算出される請求項２に記載の車両用操舵システム。
前記ＥＰＳ装置が、前記運動性能補償制御に起因するステアリングホイールの反力トルクを略一定に維持するための反力補償制御を行う請求項２または３に記載の車両用操舵システム。