JP3605885B2

JP3605885B2 - 車両の自動操舵装置

Info

Publication number: JP3605885B2
Application number: JP14640795A
Authority: JP
Inventors: 宏毛利
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JPH08337181A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、道路形状等の情報から設定される操舵角目標値に応じて車両を自動操舵する自動操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動操舵装置は、サーボモータの回転軸とステアリングシャフトとを歯車を介して接続し、操舵目標角に応じてサーボモータの回転角を制御することにより、自動的にステアリングシャフトを所定量だけ回転させて、車両を操舵するものである。このような自動操舵装置において、特開平４−３８２６６号公報には、自動操舵制御機構に異常が生じた場合に自動操舵を解除する安全機構を備えた技術が開示されている。
【０００３】
すなわち、この装置は、ステアリングホイールと歯車との間のステアリングシャフトにかかるトルクが所定値以上となると、自動操舵中に異常を感じた運転者が自動操舵に抗してステアリングホイールを回転させたためにトルクが生じたと判断して、自動操舵が解除される構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動操舵時には、運転者がステアリングホイールを支持しないため、ステアリングホイールの慣性によってステアリングホイールと歯車との間のステアリングシャフトにねじりトルクが発生するが、このトルクはステアリングホイールの回転角加速度が大きいほど大きくなる。
【０００５】
そして、このような状態は、自動操舵により障害物を回避する場合に起こりやすいが、前記特開平４−３８２６６号公報に記載の装置では、この場合に、運転者がステアリングホイールを回転させたと判断して自動操舵が解除されることがあり、必要な自動操舵がなされない可能性がある。
また、近年、エアバックを搭載した車両が増加しているが、このような車両のステアリングホイールは慣性モーメントが比較的高く設定される傾向があるため、従来の装置ではこのような誤った判断が起こり易くなっている。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、自動操舵を誤って解除することが防止された自動操舵装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ステアリングホイールと操舵輪とを連結する操舵系に、操舵角目標値に応じた自動操舵力を入力する自動操舵手段を備えた車両の自動操舵装置において、前記操舵系の自動操舵力の入力位置とステアリングホイールとの間に発生するトルクを検出するトルク検出手段と、当該操舵系の操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段と、前記トルク検出手段からのトルク検出値が所定値以上であり且つ前記操舵角加速度検出手段からの操舵角加速度検出値が所定値以下であるときに、前記自動操舵手段の作動を解除する解除手段とを有することを特徴とする車両の自動操舵装置を提供するものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の自動操舵装置において、前記操舵角加速度検出手段は、ステアリングシャフトの回転角加速度を検出する回転角度検出手段であることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
本発明の自動操舵装置は、操舵系の自動操舵入力点とステアリングホイールとの間に発生するトルクは、運転者による自動操舵に抗する操舵に伴って発生する場合と、ステアリングホイールの慣性力により生じる場合とがあること、および前記トルクは後者の場合には操舵角加速度に応じた大きさになることに着目したものであり、前記トルクが所定値以上となっても、前記操舵角加速度検出手段からの操舵角加速度検出値（請求項２では、ステアリングシャフトの回転角加速度検出値）が所定値より大きいときには、運転者によるステアリングホイールの回転ではなく、ステアリングホイールの慣性力によりトルクが生じたものと判断して、自動操舵を解除しない。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、この実施例における車両操舵系の概略構成図であり、これに基づいて先ず構成を説明する。
この操舵系において、ステアリングホイール１と一体に回転するステアリングシャフト２は、自在継手３により連結されたアッパシャフト２ａとロアシャフト２ｂとで構成され、アッパシャフト２ａの上端にステアリングホイール１が回転方向に一体に取り付けられているとともに、ロアシャフト２ｂの下端に設けたピニオンが、既知のラックアンドピニオン式ステアリングギヤボックス４内で車両左右方向に延びるサイドロッド５に螺合されている。
【００１１】
前記アッパシャフト２ａの自在継手３側の端部には歯車６が外嵌してあり、これに自動操舵用のモータ７の出力軸が内嵌された歯車８が螺合してある。前記モータ７は、内部に図示されないロータリーエンコーダ、タコジェネレータを格納し、電磁式等のクラッチも内蔵している。そして、このモータ７は、マイクロコンピュータと駆動回路とにより構成されるコントローラ９に接続され、このコントローラ９からの出力信号Ｓ_Ｍに基づいてクラッチのＯＮ・ＯＦＦとモータ７の回転量が制御されるようになっている。
【００１２】
また、アッパシャフト２ａのステアリングホイール１側の端部には、ステアリングホイール１と歯車６との間のアッパシャフト２ａにかかるトルクを検出するトルクセンサ１０と、アッパシャフト２ａの回転角度を検出する角度センサ１１とが配設されており、トルクセンサ１０によるトルク検出値Ｔおよび角度センサ１１による角度検出値θが前記コントローラ９に入力されるようになっている。また、このコントローラ９には道路形状情報等を検出する情報センサ１２が接続してあり、この情報センサ１２から入力された検出値Ｄに基づいて、当該コントローラ９で操舵角の目標値が算出されるようになっている。
【００１３】
一方、この操舵系は、既知の油圧式パワーステアリング機構を備えており、前記サイドロッド５は、油圧シリンダ１４のピストンロッドとしても機能している。そして、例えば、ロアシャフト２ｂに生じるねじりトルクに応じて、油圧シリンダ１４の左右のシリンダ室に供給する油圧を制御することより、アシスト力が付与されるようになっている。また、このパワーステアリング機構は、自動操舵時および手動操舵時のいずれの場合にも作動するようになっており、これによって、手動操舵時には運転者の操舵に対する負担が低減されるとともに、自動操舵用のモータ７を小型化することができる。
【００１４】
また、この実施例では、前記コントローラ９内で図２に示す演算処理が実行されることにより、自動操舵モード選択中における自動操舵解除制御がなされるようになっている。
すなわち、操舵系の自動操舵入力点（歯車６）とステアリングホイール１との間に発生するトルク（トルクセンサ１０で検出される値）は、運転者による自動操舵に抗する操舵に伴って発生する場合と、ステアリングホイールの慣性力により生じる場合とがあり、前者の場合には自動操舵を素早く解除して早急に手動モードに切り換えることが有効であるが、後者の場合には自動操舵を解除すべきではない。そこで、この実施例では、図２に示す演算処理により、前者の場合にのみ自動操舵を解除して、後者の場合には自動操舵を解除しないようにする。
【００１５】
ここで、操舵系の歯車６とステアリングホイール１との間を図３に示すようにモデル化すると、自動操舵時にモータ７によってアッパーシャフト２ａが歯車６側から角度θ_０だけ回転され、これに伴って、運転者により支持されていないステアリングホイール１が慣性力により角度θ_ｈだけ振れ回った場合に、アッパーシャフト２ａのねじり剛性をＫ_ｈ、ステアリングホイール１の慣性モーメントをＩ_ｈとすれば、運動方程式から下記の（１）式が成立する。なお、θ_ｈ”はθ_ｈの二階微分値を示す。
【００１６】
Ｉ_ｈ・θ_ｈ”＋Ｋ_ｈ（θ_ｈ−θ_０）＝０ ……（１）
また、この場合にアッパーシャフト２ａにかかるねじりトルクＴ_ａは、下記の（２）式で表されるため、
Ｔ_ａ＝Ｋ_ｈ（θ_０−θ_ｈ） ……（２）
これら式から下記の（３）式が導出される。
【００１７】
Ｔ_ａ＝Ｉ_ｈ・θ_ｈ” ……（３）
したがって、自動操舵時にステアリングホイール１の慣性力によりアッパーシャフト２ａにかかるねじりトルクＴ_ａは、ステアリングホイール１の回転角加速度θ_ｈ”を検出することによって推定できる。
これに基づいて、図２に示す演算処理は、ステップＳ１で読込まれたトルク検出値Ｔが予め設定された基準値Ｔ_０以上であっても、ステップＳ３で算出された角度検出値θの二階微分値θ”（ステアリングホイール１の回転角加速度）が予め設定された基準値Ａ以下より大きい場合には、モータ７の停止指令を出力するステップＳ５に移行しないものとしてある。
【００１８】
ここで、図４に、ステアリングホイール１の回転角度θ_ｈ、回転角速度θ_ｈ’、回転角加速度θ_ｈ”、および前記トルクＴ_ａの関係をグラフで示すが、回転角加速度の基準値Ａは、ステアリングホイール１の慣性モーメントＩ_ｈと前記トルクの基準値Ｔ_０とに応じて、若干のマージンを見込み、Ｉ_ｈ・Ａ＜Ｔ_０となる値に設定することが好ましい。
【００１９】
次に、この操舵系における自動操舵機構の作用について説明する。
自動操舵時には、情報センサ１２からの検出値Ｄに応じたコントローラ９からの出力信号Ｓ_Ｍによって、モータ７の回転軸が所定量だけ回転し、この回転力が歯車８、歯車６を介してアッパーシャフト２ａに伝達され、さらに、自在継手３、ロアシャフト２ｂ、ステアリングギヤボックス４内のピニオンに伝達され、この回転力がサイドロッド５の並進運動に変化されて、図示されないタイロッド等を介して操舵輪が所定量だけ転舵される。また、その際に、ロアシャフト２ｂにかかる操舵トルクに応じたアシスト力が油圧シリンダ１４により付与される。
【００２０】
このような自動操舵時に、運転者が自動操舵に異常があると感じてステアリングホイール１を自動操舵に抗する方向に回転させると、アッパーシャフト２ａの歯車６とステアリングホイール１との間にねじりトルクが発生する。
このトルクはトルクセンサ１０で検出されているため、その検出値Ｔが所定値Ｔ_０以上であれば、図２の演算処理でステップＳ２からステップＳ３に移行し、ステアリングホイール１の回転角度検出値θから回転角加速度θ”が算出されるが、運転者がステアリングホイール１を支持しているため、ステップＳ４で回転角加速度θ”は所定値Ａ以下であると判定されてステップＳ５に至り、自動操舵を解除するためのモータ停止指令が出力される。
【００２１】
これに伴って、コントローラ９からの出力信号Ｓ_ＭはクラッチをＯＦＦにする信号として出力され、これによってモータ７内部のクラッチはＯＦＦとなり、自動操舵が解除される。
一方、自動操舵により障害物回避等のために急な操舵が行われた時には、ステアリングホイール１の回転角加速度が大きいため、ステアリングホイール１に加わる慣性力が大きくなって、アッパーシャフト２ａの歯車６とステアリングホイール１との間にねじりトルクが発生し、そのトルクは過渡的に前記所定値Ｔ_０以上となることがある。
【００２２】
その場合には、トルクセンサ１０からのトルク検出値Ｔが所定値Ｔ_０以上となって、図２の演算処理でステップＳ２からステップＳ３に移行し、ステアリングホイール１の回転角度検出値θから回転角加速度θ”が算出され、ステップＳ４で回転角加速度θ”は所定値Ａより大きいと判定されてメインプログラムに復帰し、ステップＳ５には至らない。
【００２３】
これに伴って、コントローラ９からの出力信号Ｓ_ＭはクラッチをＯＮとする信号として出力され、これによってモータ７内部のクラッチはＯＮのままとなり、自動操舵が続行される。
したがって、従来の自動操舵解除機構を有する自動操舵装置では、トルク検出値がＴ_０以上となる図４の時刻ｔ_１〜ｔ_２の間は、運転者の意思に反して自動操舵が解除されるのに対して、この実施例ではこの間も自動操舵が行われる。すなわち、この実施例の自動操舵装置では、運転者の意思に応じた自動操舵およびその解除がなされる。
【００２４】
なお、この実施例において、歯車６，８、モータ７、およびコントローラ９が本発明の自動操舵手段に相当し、図２の演算処理全体が解除手段に相当し、角度センサ１１および図２の演算処理のステップＳ３が操舵角加速度検出手段に相当する。
また、前記実施例では、ステアリングホイール１側のステアリングシャフトであるアッパーシャフト２ａの回転角を角度センサ１１で検出し、この検出値から操舵角加速度を検出しているが、本発明の操舵角加速度検出手段はこれに限定されず、モータ７の出力軸の回転角加速度をコントローラ９内で算出することにより検出してもよく、この場合には専用のセンサが不要となる。また、サイドロッド５の進退加速度を操舵角加速度として検出してもよいが、前記実施例のようにステアリングシャフト２の回転角加速度を検出する方が検出精度の高いものとなる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動操舵装置によれば、操舵系の自動操舵入力点とステアリングホイールとの間にかかるトルクがステアリングホイールの慣性力により生じたものである場合には自動操舵を解除しない構成としたため、運転者の意思に反した自動操舵の解除が回避され、必要な自動操舵がなされる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の自動操舵装置が適用された車両操舵系を示す概略構成図である。
【図２】この実施例のコントローラで行われる自動操舵解除のための演算処理を示すフローチャートである。
【図３】実施例における操舵系の自動操舵入力点（歯車）とステアリングホイールとの間をモデル化した模式図である。
【図４】ステアリングホイールの回転角度、回転角速度、回転角加速度、および前記トルクＴ_ａの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト（操舵系）
４ステアリングギヤボックス（操舵系）
５ラック軸（操舵系）
６歯車（自動操舵手段）
７モータ（自動操舵手段）
８歯車（自動操舵手段）
９コントローラ（自動操舵手段、解除手段）
１０トルクセンサ
１１角度センサ（回転角加速度検出手段）

Claims

ステアリングホイールと操舵輪とを連結する操舵系に、操舵角目標値に応じた自動操舵力を入力する自動操舵手段を備えた車両の自動操舵装置において、
前記操舵系の自動操舵力の入力位置とステアリングホイールとの間に発生するトルクを検出するトルク検出手段と、当該操舵系の操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段と、前記トルク検出手段からのトルク検出値が所定値以上であり且つ前記操舵角加速度検出手段からの操舵角加速度検出値が所定値以下であるときに、前記自動操舵手段の作動を解除する解除手段とを有することを特徴とする車両の自動操舵装置。
前記操舵角加速度検出手段は、ステアリングシャフトの回転角加速度を検出する回転角加速度検出手段であることを特徴とする請求項１記載の車両の自動操舵装置。