JP2004148952A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】舵取モータのモータ電流の所定周波数成分に対応する操舵反力を操舵手段に付与することができる操舵装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール２に加えられた操舵量に応じた舵取力を舵取機構１に付与する舵取モータ５のモータ電流を、電流センサ８ａで検出し、主制御部４により、電流センサ８ａで検出したモータ電流の所定範囲の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を増幅し、ステアリングホイール２に加えられた操舵量に応じた操舵反力と前記抽出及び増幅した周波数成分の電流に応じた操舵反力とをステアリングホイール２に付与するように、反力モータ３を駆動制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵量に応じた操舵反力を操舵手段に付与する操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の操舵装置として、操舵手段であるステアリングホイールと舵取機構とが機械的に非連結（ステアバイワイヤ）のものがある。ステアバイワイヤの操舵装置は、ステアリングホイールを舵取機構から機械的に切り離して配置し、舵取機構に舵取用のアクチュエータ（電動モータ）を設けている。この電動モータを、マイクロプロセッサからなる制御手段を用いて、ステアリングホイールの操舵量（ステアリング舵角及び操舵方向）の検出結果に基づいて駆動制御することにより、ステアリングホイールの操舵量に応じた舵取を行わせる。
【０００３】
舵取機構と機械的に連結されないステアリングホイールには、反力アクチュエータ（電動モータ）が付設されている。反力アクチュエータは、例えばステアリングホイールの操舵量及び車速の検出結果に基づいて制御手段が出力する反力指示信号によって駆動制御される。反力アクチュエータにより、ステアリングホイールには、操舵量の大小及び車速の高低に応じて大小が変化し、中立位置へ向かう反力が加えられる。これにより、ステアリングホイールと舵取機構とが機械的に連結された一般的な操舵装置と同様の感覚で操舵を行える（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５８７５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
反力アクチュエータ（電動モータ）の駆動制御は、ステアリングホイールの操舵量（ステアリング舵角）、車両の車速、ヨーレートまたは横加速度などの車両情報に基づいて行われる。ステアリング舵角、車速、ヨーレートまたは横加速度は短時間に急激に変動することは少なく、反力モータの駆動制御は、主に低い周波数帯域（例えば２Ｈｚ〜３Ｈｚ以下）の車両情報に基づいて制御されている。
一方、路面の凹凸などは短時間に変動することが多く、周波数帯域は高い（例えば３Ｈｚ〜１５Ｈｚ）。反力モータの駆動制御には、主に低い周波数帯域の車両情報が使用されているため、路面の凹凸などに応じた反力は、ドライバーに伝わり難い。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、舵取モータのモータ電流の所定周波数成分に対応する操舵反力を操舵手段に付与し、操舵フィーリングを向上させる操舵装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、舵取モータのモータ電流の所定周波数成分の増幅度を増減し、操舵手段に付与する前記周波数成分に対応する操舵反力の大小を調整することができる操舵装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、舵取モータのモータ電流のうち、路面の凹凸に対応する３Ｈｚから１５Ｈｚの周波数成分に対応する操舵反力を操舵手段に付与し、操舵フィーリングを向上させる操舵装置を提供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る操舵装置は、操舵手段に加えられた操舵量に応じた舵取力を舵取モータから舵取機構に付与し、前記操舵量に応じた操舵反力を反力モータから前記操舵手段に付与する操舵装置において、前記舵取モータのモータ電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段が検出したモータ電流の所定範囲の周波数成分を抽出する抽出手段と、抽出手段が抽出した周波数成分に応じた操舵反力及び前記操舵量に応じた操舵反力を前記操舵手段に付与するように前記反力モータを駆動する反力モータ駆動手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係る操舵装置は、第１発明において、前記抽出手段が抽出した周波数成分を増幅する増幅手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係る操舵装置は、第１又は第２発明において、前記所定範囲は３Ｈｚから１５Ｈｚであることを特徴とする。
【００１２】
第１発明においては、舵取モータのモータ電流を電流検出手段で検出し、電流検出手段が検出したモータ電流の所定範囲の周波数成分を抽出手段で抽出し、反力モータ駆動手段により、操舵手段に加えられた操舵量及び抽出手段が抽出した周波数成分に応じた操舵反力を操舵手段に付与するように反力モータを駆動する。抽出手段で抽出する周波数範囲は、例えば路面の凹凸などの変化に対応する比較的高い周波数範囲に設定することが可能である。
【００１３】
第２発明においては、抽出手段が抽出した周波数成分を増幅手段で増幅する。
抽出手段で抽出する周波数範囲が、例えば路面の凹凸などの変化に対応する周波数範囲の場合、増幅手段の増幅度を変化させ、操舵手段に加える路面の凹凸などに対応する操舵反力を増減することが可能になる。
【００１４】
第３発明においては、電流検出手段が検出したモータ電流の３Ｈｚから１５Ｈｚの周波数成分を抽出手段で抽出し、反力モータ駆動手段により、操舵手段に加えられた操舵量及び抽出手段が抽出した周波数成分に応じた操舵反力を操舵手段に付与するように反力モータを駆動する。３Ｈｚから１５Ｈｚの周波数成分をモータ電流から抽出することにより、路面の凹凸などに対応する操舵反力を操舵手段に付与することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る操舵装置の構成を示すブロック図である。図１に示す操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪１０，１０に舵取動作を行わせるための舵取機構１と、舵取機構１から機械的に切り離して配された操舵手段であるステアリングホイール２と、ステアリングホイール２に反力を付与する電動モータ（以下、反力モータ）３と、反力モータ３を駆動制御する反力制御部７と、舵取機構１の中途に配した舵取用の電動モータ（以下、舵取モータ）５を駆動制御する舵取機構制御部８と、マイクロプロセッサを用いてなる主制御部４とを備え、主制御部４により、ステアリングホイール２の操作に応じて舵取モータ５を駆動して、舵取機構１を作動させる構成となっている。
【００１６】
舵取機構１は、公知のように、車体の左右方向に延設されて軸長方向に摺動する舵取軸１１の両端部に、車輪１０，１０を支持するナックルアーム１２，１２が、各別のタイロッド１３，１３により連結されている。舵取軸１１の両方向への摺動によりタイロッド１３，１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、車輪１０，１０を左右に操向させる。この操向は、舵取軸１１の中途部に同軸的に構成された舵取モータ５の回転を、適宜の運動変換機構により舵取軸１１の摺動に変換して行う。
【００１７】
舵取軸１１は、舵取軸ハウジング１４との間に介装された図示しない回転拘束手段により軸回りの回転を拘束されており、舵取モータ５の回転は、舵取軸１１の軸長方向の摺動に変換され、舵取モータ５の回転に応じた舵取（車輪１０，１０の操向）が行われる。舵取モータ５に流れる電流（舵取モータ電流）は、電流センサ８ａにより検出され、主制御部４に与えられる。
【００１８】
車輪１０，１０の舵角は、舵取モータ５の一側の舵取軸ハウジング１４と舵取軸１１との相対摺動位置を媒介として、舵角センサ１６により検出される。舵角センサ１６の出力は、舵取モータ５の回転位置を検出するロータリエンコーダ１５の出力と共に、主制御部４に与えられる。タイロッド１３，１３には、車輪１０，１０が路面から受ける路面反力により加わる軸力を検出する軸力センサ９，９が付設され、軸力センサ９，９の各出力は、主制御部４に与えられる。
【００１９】
ステアリングホイール２に反力を付与する反力モータ３（例えばＤＣモータ）は、回転軸３０のハウジングに固定して取り付けてあり、その回転運動は、電磁クラッチ３ａを介して、また、ウォームギヤ機構３ｂによりその回転方向が変換されて、回転軸３０に伝えられる。ステアリングホイール２は、回転軸３０の一端に同軸的に固定されており、回転軸３０の他端は、所定の弾性を有する捩ればね３１により、図示しない車体の適宜部位に連結されている。
【００２０】
反力モータ３は、主制御部４から与えられる反力指示信号に応じた反力制御部７からの通電により正逆両方向に駆動され、回転軸３０の一端に取り付けたステアリングホイール２に、その操作方向と逆方向の力（反力）を付与する。従って、ステアリングホイール２の回転操作には、反力モータ３が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要がある。ステアリングホイール２に加えられる操舵トルクは、トルクセンサ３２により検出され、検出結果は主制御部４に与えられる。
【００２１】
ステアリングホイール２の操舵量（ステアリング舵角）は、ロータリエンコーダ３３により、操作方向を含めて検出される。この検出結果は、主制御部４に与えられる。また、反力モータ３に流れる電流（反力モータ電流）は、電流センサ７ａにより検出され、主制御部４に与えられる。
【００２２】
なお、回転軸３０の他端と車体の一部との間に介装された捩ればね３１は、以上のように行われる回転操作の停止時に、その弾性により回転軸３０を回転させて、ステアリングホイール２を所定の中立位置に復帰させる。この復帰は、機械的に切り離された舵取機構１側にて生じる車輪１０，１０の直進方向への復帰動作に伴ってステアリングホイール２を戻すために必要なものである。
【００２３】
以上のように主制御部４には、舵取機構１側にて実際に生じている舵取の状態が、ロータリエンコーダ１５及び舵角センサ１６からの入力として与えられ、また操舵手段としてのステアリングホイール２の操作の状態が、トルクセンサ３２及びロータリエンコーダ３３からの入力として夫々与えられている。また、主制御部４には、車両の走行速度を検出する車速センサ６の出力が与えられている。
【００２４】
一方、主制御部４の出力は、前述したように、ステアリングホイール２に反力を付与する反力制御部７と、舵取機構１に操舵動作を行わせるための舵取機構制御部８とに与えられており、反力制御部７及び舵取機構制御部８は、主制御部４からの指示信号に応じて各別の制御動作を行うようになしてある。主制御部４は、ステアリングホイール２に付与すべき目標反力を、例えば、ロータリエンコーダ３３から与えられるステアリングホイール２の操舵量（ステアリング舵角）と、車速センサ６から与えられる車速とに応じて決定し、目標反力を発生させるべく反力制御部７に反力指示信号を与える反力制御を行う。
【００２５】
また、主制御部４は、ロータリエンコーダ３３から与えられるステアリングホイール２の操舵量（ステアリング舵角）と、車速センサ６から与えられる車速とに応じて、舵取機構１の舵角（舵角センサ１６で検出）の目標値（目標舵角）を決定し、目標舵角が得られるまで舵取モータ５を駆動する舵取制御を行う。このとき、ロータリエンコーダ１５からの入力は、舵取モータ５が所望の回転位置に達したか否かを調べるためのフィードバック信号として用いられる。
【００２６】
図２に、主制御部４の機能を概念的に示すブロック図を示す。主制御部４には、上述したように、操舵トルク、ステアリング舵角、反力モータ電流、舵取モータ電流、モータ回転位置、舵角、軸力及び車速などの車両情報が入力されている。主制御部４は、目標舵角を設定する目標舵角設定部４０と、目標舵角設定部４０で設定された目標舵角と舵角センサ１６で検出された舵角との差を演算する減算部４２と、目標舵角及び検出された舵角の差（偏差）を修正するための舵取モータ電流を設定する舵取モータ電流設定部４４とを備え、設定した舵取モータ電流を舵取機構制御部８に与えて、舵取モータ５を駆動制御する。
【００２７】
また、主制御部（反力モータ駆動手段）４は、目標反力モータ電流を設定する目標反力モータ電流設定部５０と、電流センサ８ａで検出された舵取モータ電流の所定範囲（例えば３Ｈｚ〜１５Ｈｚ）の周波数成分を抽出するフィルタ（抽出手段）５２と、フィルタ５２で抽出された周波数成分の電流を増幅する増幅器（増幅手段）５４と、増幅後の電流と設定された目標反力モータ電流とを加算する加算部５６とを備え、加算後の目標反力モータ電流を反力制御部７に与えて、反力モータ３を駆動制御する。ここで、舵取モータ電流の３Ｈｚから１５Ｈｚの周波数成分は、路面の凹凸の周波数帯域に対応している。
【００２８】
以下に、このような構成の操舵装置の動作を、フローチャートに基づき説明する。
図３は、主制御部４が反力トルクＴを演算する動作を示すフローチャートである。主制御部４は、軸力センサ９が検出したタイロッド１３の軸力Ｆを読み込み（Ｓ１０）、車速センサ６が検出した車速Ｖを読み込む（Ｓ１２）。次に、ロータリエンコーダ３３の出力からステアリングホイール２の操舵量（ステアリング舵角）θを読み込む（Ｓ１４）。
【００２９】
次に、主制御部４は、図４（ａ）に示すような比例関係にあるタイロッド軸力Ｆ−基本反力トルクＴＢ特性を記憶してあるテーブルから、タイロッド軸力Ｆに対応する基本反力トルクＴＢを読み込む（Ｓ１６）。次に、主制御部４は、図４（ｂ）に示すように、最小値が０より少し大きく、所定速度迄緩やかに大きくなり、所定速度から急速に大きくなり、１が上限である車速係数ＫＶ−車速Ｖ特性を記憶してあるテーブルから、車速Ｖに対応する車速係数ＫＶを読み込む（Ｓ１８）。
【００３０】
次に、主制御部４は、図４（ｃ）に示すように、所定のステアリング舵角θ迄比例関係にあり、所定のステアリング舵角θより大のときは１であるステアリング舵角係数Ｋθ−ステアリング舵角θ特性を記憶してあるテーブルから、ステアリング舵角θに対応するステアリング舵角係数Ｋθを読み込む（Ｓ２０）。次に、主制御部４は、反力トルクＴ＝ＫＶ・Ｋθ・ＴＢを演算する（Ｓ２２）。主制御部４（目標反力モータ電流設定部５０）は、演算した反力トルクに対応する目標反力モータ電流を設定する。なお、上述した各テーブルは、例えば主制御部４内蔵又は主制御部４に接続されたＲＯＭに記憶されている。
【００３１】
図５は、主制御部４が反力モータを駆動する動作を示すフローチャートである。主制御部４は、目標反力モータ電流を設定すると共に、舵取モータ電流を読込んで（Ｓ３０）、図６に示すように、舵取モータ電流の３Ｈｚから１５Ｈｚの周波数成分を抽出し（Ｓ３２）、抽出した周波数成分の電流を増幅し（Ｓ３４）、増幅した電流を、前記設定した目標反力モータ電流に加算し（Ｓ３６）、加算後の目標反力モータ電流を反力制御部７に与え、反力モータ３を駆動制御させる。
【００３２】
上述した実施の形態においては、フィルタ５２で抽出した電流を増幅器５４で増幅しているが、増幅器５４を省くことも可能である。また、増幅器５４の増幅率は、任意の増幅率に設定することが可能である。例えば、増幅率は固定としたり、車速に応じて増減（車速が高い場合は増幅率は低い）させることも可能である。また、加算部５６における加算の実行／実行停止を切り換えることも可能である。実行停止に切り換えた場合は、従来と同様に、路面の凹凸に応じた反力はステアリングホイール２にあまり伝わらない。
【００３３】
また、舵取モータ電流から抽出する周波数の範囲は、３Ｈｚ〜１５Ｈｚに限定はされず、任意の周波数範囲に設定することが可能である。例えば、抽出する周波数の範囲は固定としたり、車速に応じて増減（例えば車速が高い場合は３Ｈｚ〜９Ｈｚ、車速が低い場合は３Ｈｚ〜１５Ｈｚ）させることも可能である。
【００３４】
尚、以上の実施の形態は、本発明に係る車両用操舵装置の一例を示すものであり、反力アクチュエータとしての反力モータ３、舵取モータ５の構成を限定するものではなく、また、操舵手段として、ステアリングホイール２に代えて、レバー、ジョイスティック等の他の操舵手段を用いることができることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
第１又は第３発明によれば、舵取モータのモータ電流から例えば３Ｈｚから１５Ｈｚなどの路面の凹凸に対応する所定範囲の周波数成分を抽出して、抽出した周波数成分に応じた操舵反力を操舵手段に付与することにより、従来では伝わり難かった高周波数帯域の路面の凹凸などに応じた操舵反力をドライバに伝え、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３６】
第２発明によれば、舵取モータのモータ電流から例えば路面の凹凸などの比較的高い周波数成分を抽出して増幅することにより、ドライバに伝える路面の凹凸などに応じた操舵反力の大きさを、増幅度を変更して調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る操舵装置の構成を示すブロック図である。
【図２】主制御部の機能の例を概念的に示すブロック図である。
【図３】主制御部の反力トルクを演算する動作を示すフローチャートである。
【図４】反力トルクの演算に使用する基本反力トルク及び係数の特性を示す図である。
【図５】反力モータを駆動する動作を示すフローチャートである。
【図６】舵取モータ電流の３Ｈｚ〜１５Ｈｚの抽出の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 舵取機構
２ ステアリングホイール（操舵手段）
３ 反力モータ
３ａ 電磁クラッチ
４ 主制御部（反力モータ駆動手段）
５ 舵取モータ
６ 車速センサ
７ 反力制御部
８ａ 電流センサ（電流検出手段）
９ 軸力センサ
１３ タイロッド
１５ ロータリエンコーダ
１６ 舵角センサ
３０ 回転軸
３３ ロータリエンコーダ
４０ 目標舵角設定部
４２ 減算部
４４ 舵取モータ電流設定部
５０ 目標反力モータ電流設定部
５２ フィルタ（抽出手段）
５４ 増幅器（増幅手段）
５６ 加算部

Claims (3)

1. 操舵手段に加えられた操舵量に応じた舵取力を舵取モータから舵取機構に付与し、前記操舵量に応じた操舵反力を反力モータから前記操舵手段に付与する操舵装置において、
   前記舵取モータのモータ電流を検出する電流検出手段と、
   電流検出手段が検出したモータ電流の所定範囲の周波数成分を抽出する抽出手段と、
   抽出手段が抽出した周波数成分に応じた操舵反力及び前記操舵量に応じた操舵反力を前記操舵手段に付与するように前記反力モータを駆動する反力モータ駆動手段と
   を備えることを特徴とする操舵装置。
2. 前記抽出手段が抽出した周波数成分を増幅する増幅手段を備えることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
3. 前記所定範囲は３Ｈｚから１５Ｈｚであることを特徴とする請求項１又は２記載の操舵装置。

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