JP3641735B2

JP3641735B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP3641735B2
Application number: JP25099597A
Authority: JP
Inventors: 史郎中野; 裕川口
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JPH1178947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵手段に連結されるコラムが、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されていない車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用操舵装置は、操舵手段のステアリングホイールに連結されるコラムが、舵取機構に機械的に連結されているリンク式と、前記コラムが、前記舵取機構に機械的に連結されていないリンクレス式とに大別される。
【０００３】
後者のリンクレス式は、例えば、特開平２−１７５４６５号公報に記載されているように、コラムを舵取機構から切り離して配し、舵取機構の中途に操舵用のアクチュエータとしての操舵モータを設け、制御ユニットが、操舵用の車輪の実舵角と目標舵角との偏差に応じて前記アクチュエータを駆動制御することにより、操舵用の車輪を、目標舵角に調整する構成となっている。また、前記コラムには、一対の圧縮コイルばねと、前記コラムの回転に連動して軸長方向に相対移動し、前記圧縮コイルばねの一方を圧縮して前記ステアリングホイールの操舵角に比例した圧縮反力が発生する反力装置と、該反力装置に発生する圧縮反力によるステアリングホイールの振動を防止するブレーキ装置とが設けられている。
このブレーキ装置は、ステアリングホイールの操舵角、操舵角速度、車速、車体横加速度のパラメータにより駆動制御するように構成されている。
【０００４】
また、操舵反力制御装置として、例えば特開平７−１８６９８３号公報に記載されているように、舵取機構に機械的に連結されていないコラムに、ステアリングホイールに操舵反力を付与するアクチュエータ及び車速、操舵角、操舵角速度に応じて駆動制御されるパウダブレーキを設けて、車両停止時、操舵角及び操舵角速度によらず、ほぼ一定の操舵反力をステアリングホイールに付与するように構成したものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
リンクレスの車両用操舵装置は、車速及び路面摩擦係数、轍、路面傾斜などにより常時変化する車輪側からのトルク伝達を情報として、舵取機構のアクチュエータに負荷変化が発生し、アクチュエータに流れる電流が大きく変化し、これに伴いアクチュエータの負荷トルクが大きく変化することになるのに対し、リンクレスの前者の反力装置は、操舵角の増大に伴い圧縮反力が大きくなる圧縮コイルばねを圧縮させる構成であるため、低速、中速、高速走行の夫々の場面に対応した操舵反力に制御することは不可能であった。
【０００６】
また、リンクレスの後者の操舵反力制御装置は、車速に基づいて車両が停止した状態か否かが判断され、車両停止時においては、パウダブレーキによって操舵角及び操舵角速度によらず、ほぼ一定の操舵反力をステアリングホイールに付与するようにしたものであるから、低速、中速、高速走行の夫々の場面に対応した操舵反力に制御することは不可能であった。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、リンクレスの車両用操舵装置において、操舵反力をステアリングホイールに付与する電動モータと、車速信号及び車輪側からの路面情報信号に応じて一次式で抵抗が得られる抵抗付与機とを設けて、該抵抗付与機の抵抗をコラムに付与することにより、低速、中速、高速走行の夫々の場面に対応した操舵反力に制御することができて、しかも、電動モータ制御による反力制御則を簡単に作ることができる車両用操舵装置を構成することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されていないコラムと、該コラムに連結され、操作力が加えられる操舵手段と、該操舵手段に、前記操作力に対抗する操舵反力を付与する電動モータと、前記舵取機構に配した操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作に応じて前記操舵モータを駆動し、前記舵取機構を作動させるように構成された車両用操舵装置において、前記コラムに抵抗を付与する抵抗付与機と、車速を検出する車速検出手段と、車輪側から前記操舵モータに作用する負荷トルクを検出するトルクセンサと、前記車速検出手段が検出した車速信号、及び前記トルクセンサが検出した路面情報信号に応じて前記抵抗付与機の抵抗を制御する抵抗制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
この本発明にあっては、操舵反力を付与する電動モータとは別個に、常時変化する車速及び車輪側からの路面情報に基づいて得られる抵抗をコラムに付与する抵抗付与機が設けられているから、低速、中速、高速走行の夫々の場面に対応した操舵反力に制御することができるのであり、また、車速及び車輪側からの路面情報に応じて一次式で抵抗が得られる抵抗付与機を設けているから、操舵反力を付与する電動モータが出力する出力トルクの制御則、換言すると、反力制御則を簡単に作成することができる。しかも、路面情報を、舵取機構に配した操舵モータに作用する負荷トルクを検出することにより得られるから、検出構造が簡単であり、路面情報を検出するためのコストを低減できる。
【００１０】
また、前記電動モータの出力トルクは、予め設定する指示トルクだけでは決まらなくて、負荷トルクに依存し、該負荷トルクは、運転者の手動操作によるものなので、常時変化することになる。従って、この負荷トルクの変化をフィードバックして、指示トルクとの偏差に応じて前記電動モータを制御する必要があるため、トルクの出力に遅れが生ずることになり、また、この制御が繰り返されることにより、制御回路内に発生するトルクノイズがループされることになるが、上述のように電動モータの制御による反力制御則を簡単に作成することができるから、電動モータの出力の遅れを小さくでき、制御回路内に発生するトルクノイズがループされるのを防止することができる。
【００１１】
第２発明に係る車両用操舵装置は、前記抵抗付与機が、通電により駆動される電磁石及び該電磁石に磁気吸引可能なディスクを備え、これら電磁石及びディスクの一方が前記コラムに設けられ、他方が、前記コラムを支持するコラムハウジングを含む静止部材に設けられていることを特徴とする。
この第２発明にあっては、コラムに接触させることなく該コラムの動作に抵抗を付与することができ、しかも、抵抗付与機は、電流値として指示することができるから、コラムへの抵抗付与を微細に制御することができる。
【００１３】
【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、本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態を示す模式図である。この車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪Ａ，Ａに操舵動作を行わせるための舵取機構１と、舵取機構１から切り離して配された回転自在のコラム２と、該コラム２の上端部に連結され、操舵手段であるステアリングホイール３と、該ステアリングホイール３に、ステアリングホイール３の入力トルクに対抗する操舵反力を付与する電動モータ４と、マイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部５と、車速検出手段（車速センサ）が検出した車速信号及び路面情報検出手段が検出した路面情報信号に応じて求められる抵抗を前記コラム２及びステアリングホイール３に付与する抵抗付与機６と、前記舵取機構１の中途に配した操舵モータ７とを備え、ステアリングホイール３の操作に応じた舵取制御部５の動作により、操舵モータ７を駆動し、舵取機構１を作動させる構成となっている。
【００１４】
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操舵軸１１の両端部と、車輪Ａ，Ａを支持するナックルアーム１２，１２とを、各別のタイロッド１３，１３により連結し、操舵軸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Ａ，Ａを左右に操向させるものであり、この操向は、操舵軸１１の中途部に同軸的に構成された操舵モータ７の回転を、適宜の運動変換機構により操舵軸１１の摺動に変換して行われる。
【００１５】
操舵軸１１は、操舵軸ハウジング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、操舵モータ７は、舵取制御部５から与えられる駆動回路５ａからの通電により回転し、その操舵モータ７の回転は、操舵軸１１の軸長方向の摺動に変換され、操舵モータ７の回転に応じた操舵（操舵用の車輪Ａ，Ａの操向）が行われる。操舵モータ７に作用する負荷トルクは、トルクセンサ８により検出され、舵取制御部５に与えられる。また、操舵軸１１の摺動量は、ストロークセンサ１９，１９により検出され、舵取制御部５に与えられる。
【００１６】
このように操舵される車輪Ａ，Ａの舵角は、操舵モータ７の一側の操舵軸ハウジング１４と操舵軸１１との相対摺動位置を媒介として、舵角センサ１５により検出されるようになしてあり、舵角センサ１５の出力は、操舵モータ７の回転位置を検出するロータリエンコーダ１６の出力と共に、舵取制御部５に与えられる。また、車輪Ａ，Ａの回転数は、車輪回転数センサ１７，１７により検出され、舵取制御部５に与えられる。
【００１７】
タイロッド１３，１３には、車輪Ａ，Ａ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１８，１８が付設され、軸力センサ１８，１８の各出力は、舵取制御部５に与えられる。また、この舵取制御部５には、車両の走行速度を検出する車速検出手段（車速センサ）９の出力が与えられる。
【００１８】
ステアリングホイール３に操舵反力を付与する電動モータ４は、コラム２を回転自在に支持するコラムハウジング（図示せず）に固定して取付けてあり、その回転は、電磁クラッチ４ａを介して、また、ウォームギヤ機構４ｂによりその回転方向が変換されて、コラム２に伝えられる。
【００１９】
このコラム２は、その軸長方向中途がコラムハウジングに回転自在に支持され、上端部には、前記ステアリングホイール３が連結され、下端部は、所定の弾性を有する捩ればね２０により、図示しない車体の適宜部位に連結されている。
【００２０】
電動モータ４は、舵取制御部５から与えられる駆動回路５ｂからの通電により正逆両方向に駆動され、コラム２の上端部に連結されたステアリングホイール３に、その操作方向と逆方向の力（反力）を付与する動作をなす。従って、ステアリングホイール３に加える回転操作力には、電動モータ４が発生するトルクに抗する操作力を加える必要があり、このようにしてステアリングホイール３に加えられる操作力は、トルクセンサ２１により検出される。トルクセンサ２１の出力は、舵取制御部５に与えられる。
【００２１】
また、電動モータ４は図２に示すように、駆動回路５ｂを介して接続される舵取制御部５に入力として与えられるトルクセンサ８、舵角センサ１５、軸力センサ１８、ロータリエンコーダ２２などの各信号に応じて制御される。
【００２２】
抵抗付与機６は、電磁クラッチを用いてなり、舵取制御部５から与えられる抵抗制御部５ｃからの通電により駆動されるもので、電磁石６ａ及び該電磁石６ａに対し移動可能なディスク６ｂを有し、前記電磁石６ａへの通電により、前記ディスク６ｂが電磁石６ａに磁気吸引され、この磁気吸引により生ずる所定の回転拘束力が抵抗として前記コラム２に付与される。尚、前記電磁石６ａ及びディスク６ｂの一方は前記コラム２に設けられ、他方は、前記コラム２が支持されるコラムハウジングを含む静止部材に設けられている。
【００２３】
抵抗付与機６は、図３に示すように、抵抗制御部５ｃを介して接続される舵取制御部５に入力として与えられる車速検出手段（車速センサ）９、トルクセンサ８、車輪回転数センサ１７、軸力センサ１８、ストロークセンサ１９などの各信号に応じて制御される。
【００２４】
抵抗付与機６の抵抗は、電磁石６ａに流れる電流値により制御され、電流値が小さい場合は、抵抗が小さく、また、電流値が大きい場合は、抵抗が大きくなる。電流値は、前記車速センサ９が検出した車速信号及びトルクセンサ８が検出した路面情報信号に応じて変化する。
【００２５】
前記路面情報は、路面摩擦係数、轍、路面傾斜などにより変化する車輪側からのトルク伝達の情報であり、この情報に基づいて操舵モータ７の負荷トルクが変化することになるため、この負荷トルクの変化情報を前記トルクセンサ（路面情報検出手段）８により検出する。そして、この負荷トルクの変化情報、つまり路面情報と、各車輪回転数センサ１７，１７、操舵軸用のストロークセンサ１９，１９、軸力センサ１８，１８、車速センサ９などの情報及びこれら各情報の変化加速度から低速、中速、高速走行場面の状態を予測判断し、各走行場面で所定の抵抗を与えるように設定している。
【００２６】
このように、操舵反力用の電動モータ４とは別個に電磁クラッチなどの一次式で抵抗を与えることができる抵抗付与機６を用いてコラム２に抵抗を与えることにより、低速、中速、高速走行の夫々の場面に対応した操舵反力に制御することができる。
【００２７】
これに対し、抵抗付与機６を設けることなく、電動モータ４のみを用いて操舵反力を制御する場合、電動モータ４に目標トルクを付与するのは、電流値として指示することになり、この目標トルクと、運転者がステアリングホイール３に加える操作力（入力トルク）とのやりとりがあり（トルク−電流ループ）、運転者が、電動モータ４が発生するトルクの乱れまでも調整しようと前記入力トルクを変化させてしまうことになり、この結果、入力トルク及び目標トルクの合致が遅れることになり、操舵反力を安定させることが難しいのである。
【００２８】
ステアリングホイール３の操作量（操舵角）は、操舵角検出手段であるロータリエンコーダ２２により、操作方向を含めて検出される。この検出結果は、舵取制御部５に与えられる。
【００２９】
なお、コラム２の下端部と車体の一部との間に介装された前記捩ればね２０は、以上のように行われるステアリングホイール３の回転操作の停止時に、その弾性によりコラム２を回転させて、ステアリングホイール３を所定の中立位置に復帰させる作用をする。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Ａ，Ａ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３を戻すために必要なものである。また、ステアリングホイール３を所定の中立位置に復帰させる手段として、前記捩ればね２０をなくし、この代わりに、前記電動モータ４が、前記操舵反力に加えて、ステアリングホイール３を所定の中立位置に復帰させるのに必要なトルクを出力するように構成してもよい。
【００３０】
以上のように舵取制御部５には、舵取機構１の側にて実際に生じている操舵の状態が、車両の走行速度を検出する車速センサ９、操舵モータ７に作用する負荷を検出するトルクセンサ８、ロータリエンコーダ１６及び舵角センサ１５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３の操作の状態が、トルクセンサ２１及びロータリエンコーダ２２からの入力として夫々与えられている。
【００３１】
一方、舵取制御部５の出力は、前述したように、舵取機構１に操舵動作を行わせる電動モータ７を駆動するための駆動回路５ａと、ステアリングホイール３に操舵反力を付与する電動モータ４を駆動するための駆動回路５ｂと、コラム２の回転に抵抗を付与するための抵抗付与機６を動作させる抵抗制御部５ｃとに与えられている。
【００３２】
抵抗制御部５ｃは、マイクロプロセッサを用いてなり、コラム２に付与すべき抵抗を、車速センサ９からの入力として与えられる車速の高低、及びトルクセンサ８からの入力として与えられる操舵モータ７の負荷の高低に応じて大小となるように決定し、コラム２に所定の抵抗を付与すべく抵抗付与機６の制御を行う。
【００３３】
また、舵取制御部５は、ロータリエンコーダ２２からの入力によりステアリングホイール３の操作方向を含めた操作角度を認識し、舵取機構１に付設された舵角センサ１５からの入力により認識される実舵角度との舵角偏差を求め、この舵角偏差を車速に応じて補正して目標舵角を求め、この目標舵角が得られるまで操舵モータ７を駆動する舵取制御動作を行う。また、電動モータ４が発生するトルクＴm が数式(1) により算出される。
【００３４】
【数１】

【００３５】
このように、電動モータ４が発生するトルクＴm は、車速センサ９から出力される車速を取り入れることなく算出されるため、該トルクＴm の制御則、つまり、電動モータ４の制御による反力制御則を簡単に作成することができる。このため、電動モータ４の出力の遅れを小さくでき、制御回路内に発生するトルクノイズがループされるのを防止することができる。
【００３６】
尚、以上説明した実施の形態は、操舵手段として、ステアリングホイール３を用いたが、その他、ステアリングホイール３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。
【００３７】
【発明の効果】
第１発明に係る車両用操舵装置によれば、操舵反力を付与する電動モータとは別個に、常時変化する車速及び車輪側からの路面情報に基づいて得られる抵抗をコラムに付与する抵抗付与機が設けられているから、低速、中速、高速走行の夫々の場面に対応した操舵反力に制御することができる。しかも、車速及び車輪側からの路面情報に応じて一次式で抵抗が得られる抵抗付与機を設けているから、操舵反力を付与する電動モータが出力する出力トルクの制御則、換言すると、反力制御則を簡単に作成することができ、また、電動モータの出力の遅れを小さくでき、制御回路内に発生するトルクノイズがループされるのを防止することができる。しかも、路面情報を、舵取機構に配した操舵モータに作用する負荷トルクを検出することにより得られるから、検出構造が簡単であり、路面情報を検出するためのコストを低減できる。
【００３８】
第２発明に係る車両用操舵装置によれば、電磁石及び該電磁石に磁気吸引可能なディスクを用いて抵抗付与機が構成されているから、コラムに接触させることなく該コラムの動作に抵抗を付与することができ、しかも、抵抗付与機は、電流値として指示することができるから、コラムへの抵抗付与を微細に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る車両用操舵装置の反力制御部分のブロック図である。
【図３】本発明に係る車両用操舵装置の抵抗付与制御部分のブロック図である。
【符号の説明】
１舵取機構
２コラム
３操舵手段
４電動モータ
６抵抗付与機
８トルクセンサ
９車速センサ

Claims

車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されていないコラムと、該コラムに連結され、操作力が加えられる操舵手段と、該操舵手段に、前記操作力に対抗する操舵反力を付与する電動モータと、前記舵取機構に配した操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作に応じて前記操舵モータを駆動し、前記舵取機構を作動させるように構成された車両用操舵装置において、前記コラムに抵抗を付与する抵抗付与機と、車速を検出する車速検出手段と、車輪側から前記操舵モータに作用する負荷トルクを検出するトルクセンサと、前記車速検出手段が検出した車速信号、及び前記トルクセンサが検出した路面情報信号に応じて前記抵抗付与機の抵抗を制御する抵抗制御手段とを備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
前記抵抗付与機は、通電により駆動される電磁石及び該電磁石に磁気吸引可能なディスクを備え、これら電磁石及びディスクの一方が前記コラムに設けられ、他方が、前記コラムを支持するコラムハウジングを含む静止部材に設けられている請求項１記載の車両用操舵装置。