JP2005041416A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非操舵時における操舵手段の中立位置への円滑な戻りと、車両操縦の安定性の確保とを両立できる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】 操舵制御装置１０は、ステアリングホイール１へ入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ３の出力と、ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ４の出力とに基づいて、ドライバがステアリングホイール１を戻し操舵しているかどうかを判定し、ドライバが操舵しているとき、操舵反力アクチュエータ２の操舵反力特性を一定に保持し、ドライバが操舵していないとき、操舵反力特性を変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステアバイワイヤシステムにおける車両用操舵装置の技術分野に属する。

この種の従来技術としては、目標転舵角δ^*に基づいて操舵用アクチュエータ２を制御する舵取り制御部３３を有し、舵取り制御部３３の制御ゲインを、ゲイン設定部３５により変化させる車両用操舵装置が知られている。

前記ゲイン設定部３５は、切込み操舵検出部３６２により切込み操舵が検出されている場合には、制御ゲインを大きく設定する。また、戻し操舵検出部３６３により戻し操舵が検出されている場合には、制御ゲインを小さく設定する。これにより、切込み操舵時における良好な応答性と戻し操舵時における円滑性とを両立できる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−４６６３９号公報（図２）

しかしながら、上記従来技術にあっては、例えば、スラローム走行など、ドライバが意図的にステアリングを左右に連続して操舵するとき、制御ゲインが頻繁に変更されるため、車両を操縦しづらくなるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、非操舵時における操舵手段の中立位置への円滑な戻りと、車両操縦の安定性の確保とを両立できる車両用操舵装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、操舵制御手段に、ドライバが操舵手段を操舵しているかどうかを判定するドライバ操舵判定部と、ドライバが操舵しているとき、操舵反力アクチュエータの操舵反力特性を一定に保持し、ドライバが操舵していないとき、操舵反力特性を変化させる操舵反力特性制御部と、を設けた。

よって、本発明にあっては、ドライバが操舵していないとき、操舵反力アクチュエータの操舵反力特性を変化させるため、操舵手段を適切な速度で中立位置に戻すことができる。一方、ドライバが自らの操舵により操舵手段を中立位置に戻すときには、操舵反力特性を一定に保持するため、ドライバが自らの操舵入力に対する車両挙動を予測しやすくなる。すなわち、非操舵時における操舵手段の中立位置への円滑な戻りと、車両操縦の安定性の確保とを両立できる。

以下に、本発明の車両用操舵装置を実施する最良の形態を、実施例１と実施例２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用操舵装置の構成図である。
実施例１の車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と、操舵反力アクチュエータ２と、操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）３と、操舵角センサ（操舵角検出手段）４と、転舵輪５と、伝達部６と、ステアリングギア７と、転舵アクチュエータ８と、転舵角センサ９と、操舵制御装置（操舵制御手段）１０と、車速センサ１１とを備えている。

前記操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１と操舵反力アクチュエータ２の間に発生する操舵トルクを検出する。操舵角センサ４は、ステアリングホイール１の操舵角を検出する。転舵角センサ９は、転舵輪５の転舵角を検出する。車速センサ１１は、車両の速度を検出する。これら各センサの出力は、操舵制御装置１０へ入力される。

前記操舵制御装置１０は、各センサの出力に基づいて、操舵反力アクチュエータ２に発生させる操舵反力を算出するとともに、ステアリングギア７を駆動する転舵アクチュエータ８の制御量を算出する。ステアリングギア７が出力する車両横方向への力は、伝達部６を介して転舵輪５へ伝達され、ステアリングギア７の駆動量に応じて転舵輪５の転舵角が変更される。

以上の構成により、実施例１の車両用操舵装置では、ドライバの操舵入力に対して任意に転舵角の特性を変更できる、いわゆるステアバイワイヤの機能を実現している。

次に、操舵制御装置１０の構成を図２に示す。
図２において、操舵角センサ４および操舵トルクセンサ３の出力は、操舵制御装置１０内に設定されたドライバ操舵判定部１０ａに入力され、操舵トルクセンサ３、操舵角センサ４および車速センサ１１の出力は、操舵制御装置１０内に設定された操舵反力算出部（操舵反力特性制御部）１０ｂと転舵角算出部１０ｃに入力される。

前記ドライバ操舵判定部１０ａでは、操舵トルクセンサ３と操舵角センサ４の出力を基に、ドライバが操舵力を付加してステアリングホイール１を操舵しているのか、または、操舵反力アクチュエータ２によって中立位置へ戻る力を利用してステアリングホイール１を操舵しているのかを判定する。

前記操舵反力算出部１０ｂでは、操舵トルクセンサ３、操舵角センサ４および車速センサ１１の出力と、ドライバ操舵判定部１０ａの判定結果を基に、目標操舵反力を算出し、この目標操舵反力を発生するための操舵反力アクチュエータ２への指令値を算出する。

目標操舵反力は、操舵角に応じて設定した操舵トルク係数と、操舵角速度に応じて設定したダンピング係数に基づいて設定される。このとき、操舵トルク係数が大きく、ダンピング係数が小さいほど、目標操舵反力は大きな値となる。一方、操舵トルク係数が小さく、ダンピング係数が大きいほど、目標操舵反力は小さな値となる。

前記転舵角算出部１０ｃでは、操舵トルクセンサ３、操舵角センサ４および車速センサ１１の出力を基に、目標転舵角を算出し、転舵輪５が目標転舵角となるように転舵アクチュエータ８への指令値を算出する。

［ダンピング係数設定制御処理］
図３は、操舵制御装置１０のドライバ操舵判定部１０ａと操舵反力算出部１０ｂで実施されるダンピング係数設定制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップS300では、イグニッションキースイッチのオンなどをトリガーとして、本システムが起動し、ステップS301へ移行する。

ステップS301では、操舵反力の操舵角速度に対するダンピング係数の初期値η₁を設定し、ステップS302へ移行する。
これは、低速走行時等において、ステアリングギア比（操舵角／転舵角）を通常よりも小さく設定している場合に、転舵角が急に大きくなったことを、ドライバに伝えるための手段としても用いられる。

ステップS302では、操舵トルクセンサ３および操舵角センサ４からの信号を入力し、ステップS303へ移行する。

ステップS303では、ステップS302で得られた操舵トルクセンサ３および操舵角センサ４の出力結果から、トルクの発生している向きと操舵角速度を算出し、ステップS304へ移行する。

ステップS304では、ドライバが中立方向へ戻し操舵を行っているかどうかを判定する。YESの場合にはステップS306へ移行し、NOの場合にはステップS305へ移行する。

ステップS305では、ステアリングギア比があらかじめ設定された所定値よりも大きいかどうかを判断する。YESの場合にはステップS308へ移行し、NOの場合にはステップS307へ移行する。

ステップS306では、ダンピング係数を初期値η₁のまま保持し、本制御を終了する。

ステップS307では、操舵反力のダンピング係数を、初期値η₁よりも大きい値η₂に設定し、本制御を終了する。

ステップS308では、操舵反力のダンピング係数を、初期値η₁よりも小さい値η₃に設定し、本制御を終了する。

［ダンピング係数設定制御作用］
ドライバが中立位置へ戻し操舵している場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS301→ステップS302→ステップS303→ステップS304→ステップS306へと進む流れとなり、ステップS306において、ダンピング係数が初期値η₁のまま保持される。すなわち、操舵反力アクチュエータ２の操舵反力特性が一定であるため、ドライバが自らの操舵入力に対する車両挙動を予測しやすく、車両操縦の安定性が確保される。

ドライバが中立位置へ戻し操舵しておらず、ステアリングギア比が所定値以下である場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS301→ステップS302→ステップS303→ステップS304→ステップS305→ステップS307へと進む流れとなる。すなわち、ステップS307において、ダンピング係数が初期値η₁よりも大きなη₂とされ、戻し操舵しているときよりも小さな操舵反力が設定される。

ドライバが中立位置へ戻し操舵しておらず、ステアリングギア比が所定値よりも大きい場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS301→ステップS302→ステップS303→ステップS304→ステップS305→ステップS308へと進む流れとなる。すなわち、ステップS308において、ダンピング係数が初期値η₁よりも小さなη₃とされ、戻し操舵しているときよりも大きな操舵反力が設定される。

［戻し操舵判定ロジック］
ここでは、以降の説明を容易にするために、トルクの発生している向きを、ステアリングホイール１側が操舵反力アクチュエータ２のモータ側に対して右回り方向に発生している場合を正とする。同様に、操舵角が変化している向きは、ドライバから見てステアリングホイール１が右回り方向を正と定義する。

操舵反力アクチュエータ２により付加される操舵反力は、車両が直進する方向に戻るように付加されている。したがって、ドライバがステアリングホイール１を右回り方向に操舵した後にその操舵力を弱めると、操舵反力アクチュエータ２のトルクによりステアリングホイール１は中立位置に戻る動きを始める。このときは、図４（ａ）に示すように、操舵角速度は負の方向（左回転）に回転し、トルクは正の方向に出力される。

ここで、ドライバが転舵輪５を早く逆方向に向かせようとすると、操舵反力アクチュエータ２による戻りよりも速く戻そうとするので、図４（ｂ）に示すように、操舵角速度は負の方向（左回転）に回転し、トルクも負の方向に出力される。

同様に、ドライバがステアリングホイール１を左回り方向に操舵した後にその操舵力を弱めると、図４（ｃ）に示すように、操舵角速度は正の方向（右回転）に回転し、トルクは負の方向に出力される。

一方、ドライバが転舵輪５を早く逆方向に向かせようとすると、図４（ｄ）に示すように、操舵角速度は正の方向（右回転）に回転し、トルクも正の方向に出力される。

以上から、ステアリングホイール１が中立位置へ戻る場合に、ドライバが戻し操舵を行っているのか、あるいは操舵反力アクチュエータ２のトルクにより中立位置へ戻っているのかを、操舵トルクと操舵角速度から区別できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 操舵制御装置１０は、ドライバが戻し操舵しているとき、ダンピング係数を初期値η₁のまま保持するため、戻し操舵時におけるドライバの操舵入力に対する車両挙動の予測が容易となり、車両操縦の安定性を確保できる。

(2) 操舵制御装置１０は、ドライバが戻し操舵をしていないとき、ステアリングギア比が小さい場合には、ダンピング係数を初期値η₁よりも大きいη₂に変更するため、車庫入れ等の低速走行時において、中立位置への戻りがドライバの操舵感覚とずれるのを防止できる。

例えば、車庫入れ等の低速走行時において、ドライバの操舵負荷軽減を図るために、ステアリングギア比を通常よりも小さく設定している場合、ダンピング係数が初期値η₁のままであると、中立位置へ戻る速度が速すぎて、ドライバの操舵感覚とずれが生じる。よって、この場合はダンピング係数を大きくすることにより、操舵感覚にあった戻りを実現できる。

(3) 操舵制御装置１０は、ドライバが戻し操舵をしていないとき、ステアリングギア比が大きい場合には、ダンピング係数を初期値η₁よりも小さいη₃に変更するため、高速走行時において、中立位置への戻りがドライバの操舵感覚とずれるのを防止できる。

例えば、高速走行時の直進安定性を向上させるために、ステアリングギア比を通常よりも大きく設定している場合、ダンピング係数が初期値η₁のままであると、中立位置へ戻る速度が遅すぎて、ドライバの操舵感覚とずれが生じる。よって、この場合はダンピング係数を小さくすることにより、ドライバの操舵感覚に合った戻りを実現できる。

(4) ドライバ操舵判定部１０ａは、操舵角速度と操舵トルクとが同一方向に作用しているとき、ドライバが操舵していると判定するため、ドライバの戻し操舵の有無を確実に判定できる。

次に、実施例２について説明する。
実施例２の構成は、実施例１の構成と同一であるため、説明を省略する。

次に、作用を説明する。
［操舵トルク係数設定制御処理］
図５は、操舵制御装置のドライバ操舵判定部と操舵反力算出部で実施される操舵トルク係数設定制御処理の流れを示すフローチャートである。

ステップS500では、イグニッションキースイッチのオンなどをトリガーとして、本システムが起動し、ステップS501へ移行する。

ステップS501では、操舵反力の操舵角に対する操舵トルク係数の初期値Ｔ₁(θ)を設定し、ステップS502へ移行する。

ステップS502では、操舵トルクセンサ３および操舵角センサ４からの信号を入力し、ステップS503へ移行する。

ステップS503では、ステップS502で得られた操舵トルクセンサ３および操舵角センサ４の出力結果から、トルクの発生している向きと操舵角速度を算出し、ステップS504へ移行する。

ステップS504では、ドライバが中立方向へ戻し操舵を行っているかどうかを判定する。YESの場合にはステップS506へ移行し、NOの場合にはステップS505へ移行する。

ステップS505では、ステアリングギア比があらかじめ設定された所定値よりも大きいかどうかを判断する。YESの場合にはステップS508へ移行し、NOの場合にはステップS507へ移行する。

ステップS506では、操舵トルク係数を初期値Ｔ₁(θ)のまま保持し、本制御を終了する。

ステップS507では、操舵トルク係数を、初期値Ｔ₁(θ)よりも小さい値Ｔ₂(θ)に設定し、本制御を終了する。

ステップS508では、操舵トルク係数を、初期値Ｔ₁(θ)よりも大きい値Ｔ₃(θ)に設定し、本制御を終了する。

［操舵トルク係数設定制御作用］
ドライバが中立位置へ戻し操舵している場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS501→ステップS502→ステップS503→ステップS504→ステップS506へと進む流れとなり、ステップS506において、操舵トルク係数が初期値Ｔ₁(θ)のまま保持される。すなわち、操舵反力アクチュエータ２の操舵反力特性が一定に保持されるため、ドライバが自らの操舵入力に対する車両挙動を予測しやすく、車両操縦の安定性が確保される。

ドライバが中立位置へ戻し操舵しておらず、ステアリングギア比が所定値以下である場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS501→ステップS502→ステップS503→ステップS504→ステップS505→ステップS507へと進む流れとなる。すなわち、ステップS507において、操舵トルク係数が初期値Ｔ₁(θ)よりも小さなＴ₂(θ)とされ、戻し操舵しているときよりも小さな操舵反力が設定される。

ドライバが中立位置へ戻し操舵しておらず、ステアリングギア比が所定値よりも大きい場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS501→ステップS502→ステップS503→ステップS504→ステップS505→ステップS508へと進む流れとなる。すなわち、ステップS508において、操舵トルク係数が初期値Ｔ₁(θ)よりも大きなＴ₃(θ)とされ、戻し操舵しているときよりも大きな操舵反力が設定される。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(5) 操舵制御装置１０は、ドライバが戻し操舵しているとき、操舵トルク係数を初期値Ｔ₁(θ)のまま保持するため、戻し操舵時におけるドライバの操舵入力に対する車両挙動の予測が容易となり、車両操縦の安定性を確保できる。

(6) 操舵制御装置１０は、ドライバが戻し操舵をしていないとき、ステアリングギア比が小さい場合には、操舵トルク係数を初期値Ｔ₁(θ)よりも小さいＴ₂(θ)に変更するため、車庫入れ等の低速走行時において、中立位置への戻りが速すぎてドライバの操舵感覚とずれるのを防止できる。

(7) 操舵制御装置１０は、ドライバが戻し操舵をしていないとき、ステアリングギア比が大きい場合には、操舵トルク係数を初期値Ｔ₁(θ)よりも大きいＴ₃(θ)に変更するため、高速走行時において、中立位置への戻りが遅すぎてドライバの操舵感覚とずれるのを防止できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施する最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１，２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、操舵反力特性を変化させる具体的手段として、実施例１ではダンピング係数を変化させ、実施例２では操舵トルク係数を変化させる例を示したが、ダンピング係数と操舵トルク係数の両方を変化させる構成としてもよい。

車両用操舵装置の構成図である（実施例１）。 操舵制御装置１０の構成図である。 操舵制御装置で実施されるダンピング係数設定制御処理の流れを示すフローチャートである（実施例１）。 ドライバの戻し操舵判定ロジックを示す説明図である。 操舵制御装置で実施される操舵トルク係数設定制御処理の流れを示すフローチャートである（実施例２）。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ 操舵反力アクチュエータ
３ 操舵トルクセンサ
４ 操舵角センサ
５ 転舵輪
６ 伝達部
７ ステアリングギア
８ 転舵アクチュエータ
９ 転舵角センサ
１０ 操舵制御装置
１０ａ ドライバ操舵判定部
１０ｂ 操舵反力算出部
１０ｃ 転舵角算出部
１１ 車速センサ

Claims (5)

1. 転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと機械的に連結されていない操舵手段と、
   この操舵手段に操舵反力を与える操舵反力アクチュエータと、
   前記操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵手段への入力トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   検出された操舵角と操舵トルクとに応じて、操舵反力アクチュエータの出力トルクと、転舵アクチュエータの駆動量を可変に制御する操舵制御手段と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記操舵制御手段に、
   ドライバが操舵手段を操舵しているかどうかを判定するドライバ操舵判定部と、
   ドライバが操舵しているとき、操舵反力アクチュエータの操舵反力特性を一定に保持し、ドライバが操舵していないとき、操舵反力特性を変化させる操舵反力特性制御部と、
   を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力特性制御部は、転舵輪の転舵角に対する操舵手段の操舵角の比であるステアリングギア比の大きさに応じて、変化させる操舵反力特性の大きさを設定することを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力特性制御部は、ドライバが操舵しているとき、操舵反力の操舵角速度に対するダンピング係数を一定に保持し、ドライバが操舵していないとき、ダンピング係数を変化させることを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力特性制御部は、ドライバが操舵しているとき、操舵反力の操舵角に対する操舵トルク係数を一定に保持し、ドライバが操舵していないとき、操舵トルク係数を変化させることを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記ドライバ操舵判定部は、操舵角速度と操舵トルクとが同一方向に作用しているとき、ドライバが操舵していると判定することを特徴とする車両用操舵装置。

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