JP3059012B2 - 操舵装置 - Google Patents

操舵装置

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JP3059012B2 JP33004692A JP33004692A JP3059012B2 JP 3059012 B2 JP3059012 B2 JP 3059012B2 JP 33004692 A JP33004692 A JP 33004692A JP 33004692 A JP33004692 A JP 33004692A JP 3059012 B2 JP3059012 B2 JP 3059012B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は車両の操舵装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に4輪車において、ステアリングハ
ンドルの回転運動をラックピニオンにて直線運動に変換
し、ナックルアーム等を押し引きすることで前輪の方向
を変更し、いわゆる転舵動作をなす。パワステアリング
と称して油圧や電動の力を介することで転舵操作を楽に
するものもある。更に、車両の取り廻し性と操縦安定性
の両立を図る手段として車速応答型転舵比可変装置及び
舵角応答型転舵比可変装置が知られている。なお、ステ
アリングギヤ比(転舵比)は、(ハンドル角÷実舵角)
で定義され、ステアリングギヤ比(転舵比)をZとおけ
ば、実舵角は(ハンドル角÷Z)で計算されるものであ
る。
【0003】車速応答型転舵比可変装置は、例えば特開
昭58−224852号で提案され、同号公報によれば
この装置は車速を計測しこの車速に応じて車輪舵角(実
舵角)に対するハンドル角の転舵比を可変する構成とさ
れ、高速になるほど転舵比を大きくすることで低速での
取り廻しと高速での安定性の両立を図ることが出来ると
されている。
【0004】舵角応答型転舵比可変装置はハンドル回転
角の大小に応じて転舵比を変更するものであり、例えば
ハンドル回転角が大きいほど転舵比を小さくすることで
低速での取り廻しと高速での安定性の両立を図ることが
出来るとされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで車両が旋回す
る際に起こる動きをヨーイングといい、車体に対して垂
直な軸(一般にZ軸という)まわりの角速度をヨーレイ
トと称し、車速の大小によってハンドル角に対するヨー
レイトの出方が異なることが分っている。
【0006】一方、車速応答型転舵比可変装置は転舵比
(ステアリングギヤ比)の変更を車速にのみ依存してい
るため、車両のヨーレイトの変化に対応できない。そこ
で、車速応答型転舵比可変装置では運転者が経験的にヨ
ーレイトの出方を予測して操舵する必要があり、操舵操
作が煩雑になる。
【0007】また、舵角応答型転舵比可変装置は、高速
は良いが、それ以外の低速において転舵比が大きくなり
過ぎて大きなハンドル回転が必要となり、運転者の疲労
が増す。更に、転舵比(ステアリングギヤ比)の変更を
舵角にのみ依存しているため、車両のヨーレイトの変化
に対応できず、運転者が経験的にヨーレイトの出方を予
測して操舵する必要があり、操舵操作が煩雑になる。そ
こで本発明の目的は運転者の負担を軽減できる操舵装置
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明は、操舵装置の制御ユニットに、上に凸なヨーレ
イトゲイン一定曲線に基いて高速領域のステアリングギ
ヤ比を決定し、下に凸な横Gゲイン一定曲線に基いて低
速領域のステアリングギヤ比を決定する中央制御装置を
備えたことを特徴とする。
【0009】さらに中央制御装置は、低速領域の内の極
低速域のステアリングギヤ比を、常用操舵最大角で最大
実舵角に達する一定比とし、その他の低速領域のステア
リングギヤ比を前記横Gゲイン一定曲線に基いて決定す
るものであればなお良い。
【0010】
【作用】ステアリング回転軸の操作角信号および車速セ
ンサの車速信号を入力した制御ユニットは、車速に応じ
てヨーレイトゲイン一定、横Gゲイン一定または常用操
舵角で最大実舵角に達する一定のいずれかに基いてステ
アリングギヤ比を演算し、制御ユニットからの制御指令
に基いて車輪の転舵をなす。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を添付図面に基づいて以下に
説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明のグリップ式操舵装置の側面図であり、グ
リップ式操舵装置1はステアリング回転軸2上に、握り
棒部3、U環4、ピボット軸5、グリップ絶対角検出機
構6、トルクセンサ7、反力発生モータ8、グリップ回
転角検出機構9を直列に配置してなる。
【0012】詳しくは、トルクセンサ7の一側面に第1
ブラッケット11が複数の六角穴付きボルト12で取付
けられ、この第1ブラケット11にグリップ絶対角検出
機構6が細長い十字付き小ねじ13で取付けられ、トル
クセンサ7の第1軸7aとグリップ絶対角検出機構6と
に共通にピボット軸5が挿入され、このピボット軸5の
他端にU環4が取付けられ、平座金14及びナット15
で固定されている。ピボット軸5とU環4とはスプライ
ン結合であって相対取付け角度は変更可能である。な
お、ピボット軸5は止めねじ16及びキー17でトルク
センサ7の第1軸7aに締結されている。止めねじ16
は第1ブラッケット11に開けた切欠き(図示せず)を
介してドライバ等で捩じ込まれる。
【0013】また、グリップ回転角検出機構9が予め取
付けられた反力発生モータ8にサブブラッケット18が
複数の六角穴付きボルト19で取付けられ、このサブブ
ラケット18と第2ブラケット21とが別の六角穴付き
ボルト22にてトルクセンサ7の他の側面にとも締めさ
れる。このときに、モータ軸8aはトルクセンサ7の第
2軸7bに嵌合される。
【0014】図2は図1の2矢視図であり、第1ブラケ
ット11に形成された取付座23はボルト24にて例え
ば前ドア25の内面に接合、固定される。第2ブラケッ
ト21も同様である。
【0015】なお図1において、グリップ絶対角検出機
構6は、例えば回転式可変抵抗器、ポテンショメータで
あってピボット軸5とともに回転する刷子が固定側の抵
抗素子上を摺動することで、出力電圧が比例的に変化す
るものであり、握り棒部3の絶対角度を電気信号に変換
するところのアナログ計器である。
【0016】トルクセンサ7は、ピボット軸5とモータ
軸8aの相対トルク差を計測するものであり、内部に圧
電素子やストレーンゲージを備え、歪量を電流若しくは
電圧に変換する。
【0017】反力発生モータ8は、握り棒部3に所定の
回転反力すなわち手応え力を付与するものであり、内蔵
の減速機で適度に減速される。グリップ回転角検出機構
9はロータリエンコーダすなわち回転角度を電気信号に
変換するものであり、例えば磁気式エンコーダであり、
回転角度をパルス数に変換するところのデジタル計器で
ある。
【0018】図3は本発明のグリップ式操舵装置の使用
例を示す斜視図であり、運転者Mは右手でグリップ式操
舵装置1の握り棒部3を握り、左又は右に矢印,の
如く回転し転舵する。図中、27はシート、28は計器
パネル、29はバックミラーである。
【0019】図4は本発明のグリップ式操舵装置のシス
テム図であり、運転者が握り棒部3を左又は右に回転す
ると、グリップ回転角検出機構9は直ちにその回転角度
及び向き信号を電子制御ユニット30(以下「ECU3
0」と記す)に送る。ECU30は演算部で回転反力を
計算し、モータドライブユニット31を介してモータ8
を始動し握り棒部3に回転反力を与える。トルクセンサ
7はその第1軸と第2軸(図1参照)に作用したトルク
の差を検出し、この信号をストレーンアンプ32を介し
て、ECU30に送る。ECU30はトルクの差が所定
値になるようにモータ8を制御する。
【0020】図5は図4のCPU(中央制御装置)に係
る演算フロー図であり、ST01(ステップ1番。以下
同)でエンコーダからのスティク操作角θ信号および車
速センサからの車速V信号を読み込む。本実施例では、
車速Vを高速、低速、極低速の区分をすべくST02お
よびST03の判別ステップを設け、車速Vが低・高速
の切替り速度Vh以上であればST04へ、Vh未満で
極低・低速度切替り速度Vm以下であればST05へ、
Vm未満であればST06へ選択的に分岐する。
【0021】ST04は「ヨーレイトゲイン一定ライ
ン」と呼ぶステアリングギヤ比関数Zhに係り、演算式
は「数1」で与えられる。これにより、車速の大小によ
って操作角に対するヨーレイトの出方が異なることがな
く、運転者が予想して操舵操作を行なう必要がなくな
り、安定した運転性が確保されて運転者の負担が軽減さ
れる。
【0022】
【数1】
【0023】ST05は「横Gゲイン一定ライン」と呼
ぶステアリングギヤ比関数Zmに係り、演算式は「数
2」で与えられる。これにより、車両の操舵応答性が要
求される低速域での俊敏な運動性が確保されて、運転者
の操作量が軽減される。
【0024】
【数2】
【0025】ST06は「最大実舵角達成レシオ」と呼
ぶステアリングギヤ比関数Zlにステアリングギヤ比を
設定するもので、このZlは、運転者が普通に無理なく
切れるスティック角を常用操作角とした場合に、{常用
操作最大角}÷{前輪最大実舵角}で算出される。これ
により、わずかな操作角で実舵角が最大になるのを防
ぎ、最大実舵角は操作角の最大値で実現できて極低速で
の車両の取り廻し性を確保できる。
【0026】図6は本発明の車速−ステアリングギヤ比
の関係の一例を示すグラフであり、x軸は車速、y軸は
ステアリングギヤ比Zである。即ち、Vh以上の高速領
域では上に凸の曲線である「ヨーレイトゲイン一定ライ
ン」にてステアリングギヤ比Zは決定され、Vm−Vh
の間の低速領域では下に凸の曲線である「横Gゲイン一
定ライン」にてステアリングギヤ比Zが決定され、0−
Vmの極低速領域ではステアリングギヤ比Zは「最大実
舵角達成レシオ」となる。x座標がVmおよびVh付近
では隣り合う曲線同士を滑らかなラインで接続して読み
取りステアリングギヤ比Zの値が著しく不連続となるこ
とを防止したことを特徴とする。
【0027】以上の処理をした後、図5に戻り、ST0
8でスティク操作角θをステアリングギヤ比Zで割って
前輪実舵角指令値αf1を求める。次にST09にて車
両応答チューニングフィルタ処理を施し、前輪実舵角指
令値αfを決定する(ST10)。これは、図6に示す
とおり極低・低速域では車両の応答性が過敏になる恐れ
がある。そこでチューニングフィルタを通すことにより
ヨーレイトの立ち上がりを抑え運転者に不快感を与えぬ
ようにしたものである。
【0028】ST11の前輪ギヤボックス制御ルーチン
を介した制御信号は図4のPWM(パルス・ウイドス・
モジュレーション)発生器33でパルス信号に変換さ
れ、PWMインターフェースユニット34およびモータ
ドライブユニット35,36を介して転舵モータ37,
38を駆動して、車輪39,40を転舵する。
【0029】なお、グリップ絶対角検出機構(ポテンシ
ョメータ)6はグリップ回転角検出機構(エンコーダ)
9と同様に握り棒部3の中立位置からの回転角度をモニ
ターするのと同時にグリップの絶対角度を検出し、シス
テム立ち上げ時のニュートラル位置の決定をするもので
あり、本実施例ではグリップ回転角検出機構9のバック
アップのためにも設けてある。例えばECU30はグリ
ップ回転角検出機構9のデジタル信号をポテンショメー
タ6のアナログ信号と比較しそれらの差が一定値以下で
あれば各機器の精度が良好であると判断する。
【0030】次に図6における各曲線の選定理由を説明
する。基本的にはヨーレイトゲインを一定にすること
で、車速の大小によって操作角に対するヨーレイトの出
方が異なることがなくなり、運転者が予想して操舵操作
を行なう必要がなくなり、安定した運転性が確保されて
運転者の負担が軽減される。しかし、低速域では横Gゲ
インを一定とし車両の立ち上がり、即ち俊敏さを重視す
るようにした。そして、いわゆる据え切りを伴う車庫入
れ等の極低速域では、常用の操作最大角で最大実舵角ま
で至る必要があるので最大実舵角達成レシオが選択さ
れ、これ以下の転舵比は必要としない。
【0031】図7は図5の別実施例図であり、図5の演
算フロー(ST02〜ST06)をマップST02Aに
置き換えたものである。ST02Aのマップは車速とス
テアリングギヤ比の関係をチャートやグラフの形態とし
たもので、車速を与えることでステアリングギヤ比が決
定される。
【0032】図8は本発明の車速−ステアリングギヤ比
の関係を示すグラフであり、前記図6では本発明の車速
−ステアリングギヤ比の関係の一例を示したが、図8に
示す如く、要求される横G及びヨーレイトに応じて車速
−ステアリングギヤ比の関係グラフが選択される。
【0033】尚、本実施例ではグリップ式操舵装置を用
いて発明の説明をしたが、これに限るものではなく通常
のステアリングホイールを用いた操舵装置に本発明を適
用して差し支えない。
【0034】
【発明の効果】以上に述べた通り本発明は、ステアリン
グ回転軸の操作角信号および車速センサ等の車速信号を
入力した制御ユニットにて、車速に応じてヨーレイトゲ
イン一定または横Gゲイン一定のいずれかに基いてステ
アリングギヤ比を演算し、制御ユニットからの制御指令
に基いて車輪の転舵をなすようにしたので、高速時には
操縦安定性が確保され、また、低速域では車両の立ち上
がり、即ち俊敏さが良好となり、よって運転者の負担を
軽減できる。
【0035】そして、極低低域で、常用の操作最大角で
最大実舵角を達成するようにすればいわゆる据え切りが
容易になる。この様に本発明によれば、全ての車速に亘
って運転者は車両の運動を意識すること無く、容易に操
舵できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のグリップ式操舵装置の側面図
【図2】図1の2矢視図
【図3】本発明のグリップ式操舵装置の使用例を示す斜
視図
【図4】本発明のグリップ式操舵装置のシステム図
【図5】図4のCPU(中央制御装置)に係る演算フロ
ー図
【図6】本発明の車速−ステアリングギヤ比の関係の一
例を示すグラフ
【図7】図5の別実施例図
【図8】本発明の車速−ステアリングギヤ比の関係を示
すグラフ
【符号の説明】 1…操舵装置、2…ステアリング回転軸、3…握り棒
部、30…制御ユニット、Z…ステアリングギヤ比、V
…車速、θ…スティック操作角。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B62D 125:00 137:00 (56)参考文献 特開 昭62−46768(JP,A) 特開 昭61−193969(JP,A) 特開 平4−283168(JP,A) 特開 昭62−46774(JP,A) 特開 昭62−178474(JP,A) 特開 昭61−238570(JP,A) 特開 昭62−46770(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 6/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステアリング回転軸の操作角信号および
    車速センサの車速信号を制御ユニットに入力し、この制
    御ユニットでステアリングギヤ比を演算し、制御ユニッ
    トからの制御指令に基いて車輪の転舵をなす操舵装置に
    おいて、前記制御ユニットは、x軸を車速、y軸をステ
    アリングギヤ比とした場合に、上に凸なヨーレイトゲイ
    ン一定曲線に基いて高速領域のステアリングギヤ比を決
    定し、下に凸な横Gゲイン一定曲線に基いて低速領域の
    ステアリングギヤ比を決定する中央制御装置を備えてい
    ることを特徴とした操舵装置。
  2. 【請求項2】 前記中央制御装置は、低速領域の内の極
    低速域のステアリングギヤ比を、常用操舵最大角で最大
    実舵角に達する一定比とし、その他の低速領域のステア
    リングギヤ比を前記横Gゲイン一定曲線に基いて決定す
    るものであることを特徴とした請求項1記載の操舵装
    置。
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