JP4300103B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両のステアリングホイールの回転操作によって操舵機構から出力された操舵トルクに応じて操舵力をアシストするアシスト機構を備えた車両の操舵制御装置に関する。

この種の従来の車両の操舵制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。

概略を説明すれば、この車両の操舵制御装置は、駆・制動力制御ユニットからの駆・制動力左右輪差信号を受信する駆・制動力左右輪差信号入力手段と、その駆・制動力左右輪差信号入力信号による左右輪差信号に基づいてトルクステアを防止するための補助トルク信号を出力するトルクステア防止補助トルク決定手段とを設け、その補助トルク信号を、通常のアシスト制御における補助操舵トルク信号に加えて、電動機に対する制御信号として、操舵制御を行うようになっている。

これによって、駆・制動力の制御信号の左右輪差によりキングピンの回りに発生するモーメントを電動パワーステアリング装置により打ち消すことができ、複雑なサスペンションを構成せずに、ハンドル取られを防止できるといった作用効果が奏せられる。
特開平１１−１２９９２７号公報

しかしながら、前記従来の車両の操舵制御装置にあっては、左右輪の間の制御値に差が発生した場合のみ、つまり左右輪の回転差だけをみて、この回転差が発生した場合のみにトルクステアの抑制制御を行っているに過ぎない。

しかも、この従来例におけるトルクステアの抑制制御とは、前述のように左右輪の回転差信号に基づいて電動パワーステアリング装置に補助反力トルクを発生させることによってハンドルの取られを防止するものである。

さらには、本トルクステアの抑制制御において、誤作動を防止するため、左右輪の回転差信号が微小な場合には、本制御が行われないように不感帯が設けられている。

したがって、以下の技術的課題を招来するおそれがある。

すなわち、トルクステアとは、駆動輪である左右輪間に生じるエンジンからの駆動伝達トルクのアンバランス（差）によっても発生するものであり、この伝達トルクのアンバランスは、通常、前輪駆動型（ＦＦ型車）で、いわゆるエンジンをエンジンルーム内で横置きしたタイプに多く発生し易い。つまり、この横置きタイプでは、トランスミッションの位置がエンジンルーム内で、車体幅方向の左右いずれかに片寄って配置されることから、左右の駆動軸の長さなどがそれぞれ異なっている。このため、左右の駆動軸の剛性が異なってしまうことから、この両駆動軸から左右輪へのエンジンからの伝達トルクに差が発生してしまうのである。

このように、エンジンルーム内でのエンジンのレイアウトに起因した問題によって生じるトルクステアは、車両の急発進時や、出力トルクの大きなターボチャージャ付きエンジンなどにおいて顕著となり、駆動軸の短い側の車輪の内向きのトルクが大きくなって、車両は駆動軸の長い側に旋回しようとする。

このようなトルクステアは、摩擦抵抗の大きい路面上では、左右輪間に回転差が生じていない状態、あるいは微小な回転差が発生している場合においても、駆動軸には左右に異なる大きさのトルクが発生する。

この結果、かかる両駆動軸でのトルク差は、ステアリングシャフト及びステアリングホイールを介して運転者に伝達され、運転者の操舵負荷を増加させたり、操舵フィーリングを悪化させるおそれがある。

そして、このようなトルクステアは、前述したように、左右輪間に回転差が生じない場合や微小な回転差でも発生するのであるから、前記従来技術のように、左右両輪に不感帯以上の回転差が生じなければ制御できない装置では、前記の技術的課題に対応することが不可能である。

本発明は、前記従来の車両の操舵制御装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、とりわけ、アクチュエータ制御手段は、左右トルク差検出手段によって検出された左右の駆動軸の伝達トルク差によって発生するトルクステアを打ち消す方向に前記アクチュエータを駆動制御する制御回路を備えたことを特徴としている。

したがって、この発明によれば、制御回路は、左右駆動輪の回転差ではなく、実際にトルクステアが発生するおそれのある左右の駆動軸の伝達トルク差をみて、前記トルクステアを打ち消すように制御するようになっていることから、現実的かつ具体的なトルクステアの発生を抑制することができる。

請求項２に記載の発明にあっては、前記左右トルク差検出手段は、エンジントルクを検出または推定するエンジントルク検出回路と、前記エンジントルクに対する前記左右の駆動軸に掛かるトルク差の関係を記憶した記憶回路とを備えたことを特徴としている。

この発明によれば、左右の駆動軸に作用するトルク差検出手段の記憶回路を、例えばテーブルマップなどによって構成することによって、エンジントルクとテーブルマップとを照合するだけで左右の駆動軸に掛かるトルク差を簡単に求めることができると共に、特別に各駆動軸のトルク差を検出する機器を設ける必要がない。したがって、コストの高騰を抑制することができる。

以下、本発明にかかる車両の操舵制御装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態における操舵制御装置は、エンジンルーム内に横置きされた前輪駆動車に適用されたものである。

図１は本実施形態における車両の操舵制御装置の概略を示し、ステアリングホイール１が連結された操舵軸２と、該操舵軸２の下端部の出力軸３に設けられて、エンジンから駆動トルクが伝達される左右の転舵輪ＦＬ、ＦＲ（駆動輪）に転舵トルクを付与する操舵機構であるラック・ピニオン機構４と、操舵軸２の下端側に設けられてステアリングホイール１の操舵トルクを検出するアシスト力検出手段であるトルクセンサ５と、前記ラック・ピニオン機構４のラック部４ａに連繋されて、前記ラック・ピニオン機構４に操舵補助力を付与するアシスト機構である油圧パワーシリンダ６と、該油圧パワーシリンダ６に作動油圧を給排する油圧回路７と、該油圧回路７に有する後述のギアポンプ９を駆動するアクチュエータである電動モータ８と、該電動モータ８を制御するアクチュエータ制御手段であるコントロールユニット１０とから主として構成されている。

また、前記転舵輪ＦＬ、ＦＲには、図外のエンジンの駆動力が左右の駆動軸を介して伝達されるようになっている。

前記油圧パワーシリンダ６は、車体幅方向に延設された筒状シリンダ部１１内を前記ラック部４ａが貫通していると共に、該ラックに筒状シリンダ部１１内を摺動する図外のピストンが固定されている。また、筒状シリンダ部１１内には、前記ピストンによって左右の第１油圧室と第２油圧室が隔成されている。

前記油圧回路７は、各一端部が前記各油圧室に接続された一対の第１、第２通路１２，１３と、該両通路１２，１３の他端部に接続された正逆回転可能な１つの可逆式ポンプであるギアポンプ９とを備えている。

前記電動モータ８は、前記コントロールユニット１０から出力される制御電流により正逆回転駆動されて、これによって、前記ギアポンプ９の駆動制御が行われるようになっており、このギアポンプ９の駆動制御によって油圧パワーシリンダ６の各油圧室に供給される油圧が制御されて、ステアリングホイール１による操舵力及び操舵方向に応じて操舵アシスト制御が行われるようになっている。

前記コントロールユニット１０は、図１及び図２に示すように、トーションバートルクを検出する前記トルクセンサ５から出力されたトルク信号と、車輪速から車速を推定する車速センサ１５からの現在の車速信号とを入力していると共に、クランク角センサ１６からのエンジン回転数信号やスロットル開度センサ１７からのスロットルバルブのスロットル開度量信号、ギアポジションセンサ１８からの変速機のギアシフト位置信号、車輪速センサ１９からの車輪速信号及び舵角センサ２０からの舵角信号をそれぞれ入力している。

また、前記駆動輪ＦＬ、ＦＲに対する駆動力及び制動力を制御する駆・制動力制御ユニット２１が設けられている。この駆・制動力制御ユニット２１は、例えば車両の急加速時などにエンジンの駆動力を制御して駆動輪ＦＬ、ＦＲのスリップを防止する制御などを行う、いわゆるトラクションコントロール（ＴＣＳ）を行うもので、この駆・制動力制御ユニット２１内には駆・制動力制御部２１ａと、この駆・制動力制御部２１ａからの出力信号に基づいて駆・制動力左右輪差信号を出力する図外の駆・制動力左右輪差信号出力手段を有している。

また、コントロールユニット１０は、図２にも示すように、前記トルクセンサ５と車速センサ１５からのそれぞれの検出信号に基づいて通常の必要なアシスト操舵トルクを決定する補助操舵トルク決定部２２と、前記クランク角センサ１６とスロットル開度センサ１７、ギアポジションセンサ１８及び車輪速センサ１９からの情報信号に基づいてトルクステアの補正トルクを決定する補正トルク決定部２３とを備えている。

さらに、該各決定部２２，２３からの情報信号及び前記駆・制動力制御部２１ａからのオン・オフ信号、つまり駆動輪ＦＬ、ＦＲのスリップ防止制御が行われているか否かの信号に基づいて前記電動モータ８の目標電流値を決定する目標電流値決定部２４と、電動モータ８への出力電流値を決定する出力電流値決定部２５と、該出力電流値決定部２５からの信号に基づいて電動モータ８を駆動電流を出力する駆動回路２６とを備えている。

以下、コントロールユニット１０による操舵アシスト制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップ１では、前記トルクセンサ５や車速センサ１５からのそれぞれの情報信号を読み取る。

ステップ２では、前記各センサ５，１５の情報信号から、前記トーションバートルクと車速との関係を示す図４のテーブルマップによってアシストトルクを求める。

ステップ３では、現在、前述したエンジンの駆動力を制御してトラクションコントロール（ＴＣＳ）が行われているか否かを判断し、行われていないと判断した場合は、ステップ４に移行する。

このステップ４では、トルクステア補正値を算出する。この補正値は、図５に示すフローチャート図の方法によって前記トルクステア補正トルク決定部２３によって補正トルクを決定する。

具体的に説明すれば、ステップ１１でクランク角センサ１６やスロットル開度センサ１７、ギアポジションセンサ１８及び車輪速センサ１９からトルクステアを求めるためのそれぞれの情報信号を読み取る。

次に、ステップ１２では、図６に示すテーブルマップに基づき、エンジン回転数とアクセル開度（スロットル開度）との相対関係によって推定エンジントルク値を求める。

次に、ステップ１３では、図７に示すテーブルマップに基づき、ステップ１２で推定したエンジントルクとギアポジションとの関係によって両駆動軸のそれぞれのトルク値（タイヤのスリップ量）を推定する。

続いて、ステップ１４では、図８に示すテーブルマップに基づき、ステップ１３で推定した両駆動軸の推定トルク値と駆動輪ＦＬ、ＦＲのタイヤスリップ量がしきい値よりも大きいか否かによってトルクステアの推定値を求める。

次に、ステップ１５では、図９に示すテーブルマップに基づき、ステップ１４で求められたトルクステアの推定値からアシスト補正値を求める。

図３のフローチャートに戻って、ステップ５では、前記左右の駆動軸のトルク差が発生しているか否かを判断し、トルク差が発生していると判断した場合は、ステップ６に移行する。

ここでは、前記アシストトルクとトルクステア補正値とによって電動モータ８への電流指令値を算出してステップ７に進む。

ステップ７では、前記電流指令値を前記駆動回路２６から電動モータ８に出力して終了する。

また、前記ステップ３において、トラクションコントロール（ＴＣＳ）が行われていると判断した場合は、制御の干渉を防止するために、ステップ４以下のトルクステア制御を行わずに、そのままステップ７に移行して所定の電流指令値を電動モータ８に出力する。

さらに、前記ステップ５において左右の駆動軸にトルク差が発生していないと判断した場合は、トルクステア制御を行う必要がないので、同じくステップ７に進んで電動モータ８に所定の電流指令値を出力する。

以上のように、この実施形態によれば、制御回路は、左右駆動輪ＦＬ、ＦＲの回転差ではなく、実際にトルクステアが発生するおそれのある左右の駆動軸ＦＬ、ＦＲの伝達トルク差をみて、前記トルクステアを打ち消すように制御するようになっていることから、現実的かつ具体的なトルクステアの発生を抑制することができる。

この結果、運転者の操舵負荷の増加を防止することができると共に、操舵フィーリングを悪化を抑制することができる。

また、アシストトルクや推定エンジントルク、推定駆動軸トルク及びトルクステア推定値、アシスト補正値などを求めるための手段として、図４，図６〜図９に示すテーブルマップによって行うようにしたため、テーブルマップを照合するだけで左右の駆動軸に掛かるトルク差などを簡単に求めることができると共に、特別に各駆動軸のトルク差などを検出するための機器を設ける必要がない。したがって、コストの高騰を抑制することができる。

なお、図６〜図９に示すテーブルマップは、車両走行実験などにより予め作成されたものである。すなわち、エンジントルクを推定することにより、車両に発生するトルクステアの大きさの推定が可能となる。

さらに、エンジントルクを、クランク角センサ１６によるエンジン回転数信号とスロットル開度センサ１７によるスロットル開度量及び変速機のギアポジションセンサ１８の３つパラメータによって推定することから、容易かつ高精度なエンジントルクを検出できる。

また、前記トラクションコントロール（スリップ防止制御）を行っている場合は、トルクステアの制御を行わないようにしたため、制御が互いに干渉することがないことから、車両の挙動の不安定化を防止することができる。

図１０は本発明の第２の実施形態を示し、アシスト機構のアクチュエータとして油圧パワーシリンダに代えて電動式のパワーステアリングによって構成したものである。

すなわち、操舵軸２とラック・ピニオン機構４との間に、アシスト用の電動モータ３０と該電動モータ３０の回転を減速して前記ラック・ピニオン機構４に伝達する減速ギア３１とが設けられている。

そして、前記電動モータ３０には、第１の実施形態と同様なアクチュエータ制御手段であるコントロールユニット１０から出力された制御電流によって制御されており、前述した図３及び図５に基づく制御フローによってトルクステアの発生が抑制されるようになっている。

したがって、この実施形態も第１の実施形態と同様な作用効果が奏せられる。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について、その効果と共に以下に説明する。
（１）前記エンジントルク検出回路は、少なくともスロットル弁のスロットル開度と変速機のギアポジション及びエンジンの回転数の情報信号からエンジントルクを検出あるいは推定することを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵制御装置。

この発明によれば、少なくとも前記の３つパラメータによってエンジントルクを検出あるいは推定することから、容易かつ高精度なエンジントルクを検出できる。
（２）前記左右駆動輪の回転差を検出または推定する回転差検出手段と、
該回転差検出手段によって左右駆動輪の回転差が検出された場合には、該駆動輪への伝達トルクを制御してスリップを防止するスリップ制御手段とを備え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記回転差検出手段によって左右駆動輪の回転差が検出されると共に、前記スリップ制御手段によって駆動輪への伝達トルク制御が行われた場合には、前記制御回路によるトルクステアの制御を行わないことを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵制御装置。

この発明によれば、スリップ制御手段によるスリップ制御と制御回路によるトルクステア制御が互いに干渉することないため、車両の挙動の不安定化を防止することができる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えばその適用対象車両としては、以下のようなものがある。

すなわち、駆動軸の曲がり角度を等しくするためにインターミディエイトシャフトを用いて、等長式ドライブシャフトとしたものも存在するが、かかるインターミディエイトシャフトを用いた側の剛性が低くなるため、その分の伝達トルクにロスが生じる。よって、このような等長式ドライブシャフトを採用した車両であっても、本発明を適用することができる。

さらに、エンジンルーム内にエンジンを縦置きにした場合でも、直列式エンジンの場合は、左右どちらか側にスラントした状態で車両に搭載されるため、左右輪に掛かるトルクにも差が発生する。したがって、縦置きタイプのエンジンであっても、本発明を適用することができる。

また、いわゆるミッドシップエンジンやリアエンジンであっても、左右輪に伝達されるトルクに差が生じるものであれば、そのトルクがシャシーを介してステアリングホイールに伝達されるため、同様の技術的課題が発生する。よって、これらのエンジン搭載車であっても、本発明を適用することが可能である。

また、前記以外の車両であっても、左右輪に伝達されるエンジントルクに差が生じるものであれば本発明が適用可能である。

また、エンジントルクや駆動軸トルクの大きさは、センサなどによって直接検出するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態における車両の操舵制御装置を示す機械的な概略構成図である。 本実施形態におけるコントロールユニットの制御ブロック図である。 同コントロールユニットによる基本アシスト制御及びトルクステア制御を示すフローチャート図である。 アシストトルクを求めるテーブルマップである。 同コントロールユニットによるトルクステア補正値を求める制御フローチャート図である。 図５のフローチャートに対応して推定エンジントルクを求めるテーブルマップである。 図５のフローチャートに対応して駆動軸トルクを求めるテーブルマップである。 図５のフローチャートに対応してトルクステア推定値を求めるテーブルマップである。 図５のフローチャートに対応してアシスト補正値を求めるテーブルマップである。 第２の実施形態における車両の操舵制御装置を示す機械的な概略構成図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール
２…操舵軸
４…ラック・ピニオン機構（操舵機構）
５…トルクセンサ
６…油圧パワーシリンダ（アシスト機構）
８…電動モータ（アクチュエータ）
９…ギアポンプ
１０…コントロールユニット
１５…車速センサ
１６…クランク角センサ
１７…スロットル開度センサ
１８…ギアポジションセンサ
１９…車輪速センサ

Claims (3)

1. 操舵軸に連係されて、左右の駆動輪である転舵輪に操舵力を付与する操舵機構と、
   該操舵機構に操舵補助力を付与するアシスト機構と、
   前記操舵機構に発生する操舵トルクに基づき前記アシスト機構のアクチュエータに制御信号を出力するアクチュエータ制御手段と、
   エンジンの駆動トルクを前記転舵輪の左右それぞれの車輪に伝達する左右の駆動軸と、
   エンジンから前記左右の駆動軸に出力された伝達トルクの差を検出または推定する左右トルク差検出手段とを有する車両の操舵制御装置において、
   前記左右トルク差検出手段は、エンジントルクを検出または推定するエンジントルク検出回路と、前記左右の駆動軸の剛性が異なることに基づいて生ずる前記エンジントルクに対する前記左右の駆動軸に掛かるトルク差の関係を記憶した記憶回路とから構成され、前記エンジントルクに基づいて前記記憶回路を参照することによって前記伝達トルクの差を検出または推定すると共に、
   前記アクチュエータ制御手段は、前記左右トルク差検出手段によって検出された前記左右の駆動軸の伝達トルク差によって発生するトルクステアを打ち消す方向に前記アクチュエータを駆動制御する制御回路を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
2. 前記左右の転舵輪の回転差を検出または推定する回転差検出手段と、
   該回転差検出手段によって前記左右の転舵輪の回転差が検出された場合には、該各転舵輪への伝達トルクを制御してスリップを防止するスリップ制御手段とをさらに備え、
   前記アクチュエータ制御手段は、前記回転差検出手段によって前記左右の転舵輪の回転差が検出されると共に、前記スリップ制御手段によって前記左右の転舵輪への伝達トルクの制御が行われた場合には、前記制御回路によるトルクステア制御を行わないことを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。
3. 前記左右トルク差検出手段は、少なくともスロットル弁のスロットル開度と変速機のギアポジション及びエンジンの回転数の情報信号から前記左右の駆動軸の伝達トルク差を検出または推定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の操舵制御装置。

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