JP3770048B2

JP3770048B2 - 操舵装置

Info

Publication number: JP3770048B2
Application number: JP2000130667A
Authority: JP
Inventors: 光弘牧田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001310751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操舵状態に応じて左右の車輪を個別に操舵することができる操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平８−３３７１０６号公報には、サスペンション装置を構成するリンクの一部をアクチュエータによって伸縮し、左右の後輪を個別に操舵する操舵装置が開示されている。この操舵装置は、後輪を補助操舵するものであるが、これを一般的な主操舵輪、即ち前輪に適用することも可能である。この場合には、例えば操舵軸回りに回転可能に指示された左右の前輪の前方か、又は後方を、個別のアクチュエータによって車両幅方向に押し出すか、又は引き込むことによって、それらを個別に操舵することが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の後輪操舵装置を前輪に操舵装置に展開したものでは、凡そアクチュエータを、車両前後軸方向に対して対称に配置することになるが、左右の操舵アクチュエータの駆動方向が一致するために、その駆動反力も同じ方向に作用し、例えば極低速などでの取り回し時、前輪を据え切りするような場合には、後輪タイヤの捩り剛性によって決まる回転中心を中心として、車体が操舵方向に回転する。このようになると、車体と左右前輪との実舵角が小さくなり、操舵の応答性が低下してしまうという問題が発生する。
【０００４】
本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、前左右輪を個別の操舵アクチュエータで操舵するにあたり、据え切り時にも車体が操舵方向に回転するのを抑制防止することができる操舵装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するために、本発明のうち請求項１に係る操舵装置は、左右の車輪の夫々を個別に操舵する左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータと、運転者による操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、少なくとも前記操舵状態検出手段で検出された操舵状態に応じて前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータを駆動する制御手段とを備え、前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータは、操舵時の車体に対する駆動反力が互いに逆向きになるように車体に配設され、且つ前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータが電動アクチュエータであり、前記制御手段は、前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータの駆動量が所定量以上であるときに、両者を交互に駆動することを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明のうち請求項２に係る操舵装置は、前記請求項１の発明において、前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータのうち、何れか一方は、操舵対象車軸位置より車両後方に配設され、他方は、操舵対象車軸位置より車両前方に配設されていることを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項３に係る操舵装置は、前記請求項２の発明において、前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータは、車両平面視で、操舵対象車軸位置から、互いに等距離又はほぼ等距離の位置に配設されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のうち請求項４に係る操舵装置は、前記請求項１乃至３の発明において、前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータは、互いに同等の構成であることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の効果】
而して、本発明のうち請求項１に係る操舵装置によれば、操舵時の車体に対する駆動反力が互いに逆向きになるように、左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータを車体に配設したことにより、両操舵アクチュエータの駆動反力が互いに相殺し、操舵時に車体が回転するのを抑制防止することができる。
また、左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータを電動アクチュエータとし、左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータの駆動量が所定量以上であるときに、両操舵アクチュエータを交互に駆動することとしたため、蓄電装置などのエネルギー供給源の容量を不必要に大きくする必要がなく、また消費エネルギーを低減することが可能となると共に、交互駆動のタイミングを短くすれば、消費エネルギーを低減しながら、左右両輪を同じように操舵することができる。
【００１０】
また、本発明のうち請求項２に係る操舵装置によれば、左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータのうち、何れか一方を、操舵対象車軸位置より車両後方に配設し、他方を、操舵対象車軸位置より車両前方に配設したことにより、車両平面視でも、両操舵アクチュエータは、車両前後軸に対して非対称であり、駆動反力を相殺し、同時に車体を回転しようとするモーメントをもほぼ相殺することができる。
【００１１】
また、本発明のうち請求項３に係る操舵装置によれば、車両平面視で、操舵対象車軸位置から、互いに等距離又はほぼ等距離の位置に左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータを配設したことにより、駆動反力を相殺し、車体を回転しようとするモーメントを相殺することができる。
【００１２】
また、本発明のうち請求項４に係る操舵装置によれば、左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータを、互いに同等の構成としたため、部品の同一化をはかり、コストや部品種類の低減が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の操舵装置の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、図１に四輪操舵装置の全体的な構成を簡潔に示す。同図において、１０ＦＬ，１０ＦＲは操舵輪である左右の前輪であり、１０ＲＬ，１０ＲＲは、個々では操舵されない左右の後輪である。このうち、前輪１０ＦＬ，１０ＦＲは、アクスル１１ＦＬ、１１ＦＲによって、車体に対して操舵軸回りに回転可能に支持されている。なお、前輪１０ＦＬ，１０ＦＲは、一般的な車両のように、ステアリングホイール１５に、機械的に接続されていない。
【００１４】
図２にも示すように、前記二つの前輪のうち、前右輪１０ＦＲのアクスル１１ＦＲには、車両前方端部にタイロッド１３の一端部が揺動可能に連結され、前左輪１０ＦＬのアクスル１１ＦＬには、車両前方端部にタイロッド１３の一端部が揺動可能に連結されている。そして、夫々のタイロッド１３の他方の端部は、サスペンションメンバ１３の前後、つまり前車軸の車両前方及び車両後方に取付けられたアクチュエータ１４ＦＲ，１４ＦＬの駆動ロッド１６に揺動可能に連結されている。
【００１５】
これらのアクチュエータ１４ＦＲ，１４ＦＬは、同じ構造のものであり、図３に示すように、モータ２０の回転によって駆動ロッド１６を車両幅方向、即ち図示左右方向に移動させるものである。即ち、前記モータ２０はブラシ２０Ｂとステータ２０Ｓとロータ２０Ｒとで構成されるが、このロータ２０の回転軸２１は中空の円筒管となっており、その内部に駆動ロッド１６が挿通されている。駆動ロッド１６は軸受２６によって回転自在に支持され、モータ２０の回転軸２１は軸受２２で回転自在に支持されているが、当該回転軸２１の拡径部分に、ボールねじのナット２３が形成され、駆動ロッド１６の外周部分にボールねじの雄ねじ部２４が形成され、両者の間にボール２５が介装されている。従って、モータ２０のロータ２０Ｒにブラシ２０Ｂから給電すると、ロータ２０Ｒと共に回転軸２１及びボールねじのナット２３が回転し、ねじの推力がボール２５を介してボールねじの雄ネジ部２４に伝達されるので、駆動ロッド１６は、その軸線方向、即ち図示左右方向であって、車両幅方向に移動される。このように、左右のアクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲを同じ構造とすることにより、部品の種類を低減し、コストの低廉化を図ることができる。なお、図中の符号２７は、前記ボールねじのナット２３，即ちモータ２０のロータ２０Ｒの回転角度から、前左右輪１０ＦＬ，１０ＦＲの舵角δ_fL，δ_fRを検出するための舵角センサである。
【００１６】
従って、図２では、前右輪用のアクチュエータ１４ＦＲを伸長すると前右輪１０ＦＲが右操舵され、収縮すると左操舵される。また、前左輪用のアクチュエータ１４ＦＬを伸長すると前左輪１０ＦＬが右操舵され、収縮すると左操舵される。従って、これ以降、単に前右操舵アクチュエータ１４ＦＲ、前左操舵アクチュエータ１４ＦＬとも記す。
【００１７】
この実施形態におけるアクスル１１ＦＲ，１１ＦＬと操舵アクチュエータ１４ＦＲ，１４ＦＲとの相対的な位置関係は図４に示すようになっている。即ち、操舵の対称となる前車軸を挟んで、前右操舵アクチュエータ１４ＦＲが車両前方にあり、前左操舵アクチュエータ１４ＦＬが車両後方にあり、しかも前車軸から等距離の位置に配設されている。なおかつ、前左右輪１０ＦＬ，１０ＦＲを右操舵するときには両操舵アクチュエータ１４ＦＬ，１４ＦＲを伸長し、左操舵するときには、共に収縮するように構成されている。
【００１８】
一方、前記ステアリングホイール１５を支持するステアリングシャフト１７には、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１８，操舵角を検出する操舵角センサ１９，ステアリングシャフト１７からステアリングホイール１５に操舵反力を付与する操舵反力モータ９が取付けられている。また、車両には、車速を検出する車速センサ４が取付けられている。
【００１９】
また、車両には、前記前輪１０ＦＬ，１０ＦＲの舵角を制御すると共に、前記ステアリングホイール１５への操舵反力を制御するコントロールユニット３が設けられている。このコントロールユニット３は、Ａ／Ｄ変換機能等を有する入力インタフェース回路，中央演算装置（ＣＰＵ），記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ），Ｄ／Ａ変換機能等を有する出力インタフェース回路等を有するマイクロコンピュータや、このマイクロコンピュータからの出力信号を各アクチュエータ駆動用の駆動信号に変換する駆動回路等を備えて構成される。
【００２０】
次に、前記コントロールユニット３のマイクロコンピュータで実行される前輪操舵制御のための演算処理を、図５のフローチャートに基づいて説明する。この演算処理は、所定制御時間ΔＴ（例えば１０ｍsec.）毎のタイマ割込処理として実行される。また、この演算処理では特に通信のためのステップを設けていないが、前記記憶装置のＲＯＭに記憶されているプログラムやマップ或いはＲＡＭに記憶されている各種のデータ等は常時演算処理装置のバッファ等に伝送され、また演算処理装置で算出された各演算結果も随時記憶装置に記憶される。
【００２１】
この演算処理では、まず、ステップＳ１で、前記車速センサ４からの車速Ｖ_SP及び前記操舵角センサ１９からの操舵角θ及び前輪舵角センサ２７からの前左輪舵角δ_fL、前右輪舵角δ_fRを読込む。
次に、ステップＳ２に移行して、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記操舵角θの時間微分値、即ち操舵角速度θ’を算出する。具体的には、例えば前回制御時刻における操舵角θ_(n-1)と今回制御時刻における操舵角θ_(n)との差分値を前記制御時間ΔＴで除してもよいし、適切な位相進み特性を有するハイパスフィルタ処理を行ってもよい。
【００２２】
次に、ステップＳ３に移行して、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記ステップＳ１で読込んだ車速Ｖ_SP、操舵角θ及び前記ステップＳ２で算出した操舵角速度θ’に応じた目標前輪舵角δ_f ^*を算出する。具体的には、操舵角θが大きければ大きいほど、目標前輪舵角δ_f ^*を大きく設定するのは当然だが、例えば車速Ｖ_SPが大きいときには安定性を考慮して目標前輪舵角δ_f ^*を少し小さめに設定するとか、操舵角速度θ’が大きいときには応答性を考慮して目標前輪舵角δ_f ^*を少し大きめに設定する。
【００２３】
次に、ステップＳ４に移行して、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前左右輪舵角差Δδ_fL、Δδ_fRを算出する。具体的には、前左輪舵角差Δδ_fLは前記目標後輪舵角δ_f ^*から前左輪舵角δ_fLを減じた値、前右輪舵角差Δδ_fRは前記目標後輪舵角δ_f ^*から前右輪舵角δ_fRを減じた値からなる。
次に、ステップＳ５に移行して、前記車速Ｖ_SPが予め設定された比較的小さな所定車速値Ｖ_SP0以下であるか否かを判定し、当該車速Ｖ_SPが所定車速値Ｖ_SP0以下である場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ７に移行する。
【００２４】
前記ステップＳ６では、前記ステップＳ４で算出した前左輪舵角差Δδ_fLが予め設定された比較的大きな所定前輪舵角差値Δδ_f0以上であるか否かを判定し、前左輪舵角差Δδ_fLが所定前輪舵角差値Δδ_f0以上である場合にはステップＳ８に移行し、そうでない場合にはステップＳ９に移行する。
前記ステップＳ９では、前記ステップＳ４で算出した前右輪舵角差Δδ_fRが前記所定前輪舵角差値Δδ_f0以上であるか否かを判定し、前右輪舵角差Δδ_fRが所定前輪舵角差値Δδ_f0以上である場合には前記ステップＳ８に移行し、そうでない場合には前記ステップＳ７に移行する。
【００２５】
前記ステップＳ８では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記前左右輪舵角差Δδ_FL、Δδ_fRに応じた電流値制御信号を左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲに短時間毎に交互に出力してからメインプログラムに復帰する。
一方、前記ステップＳ９では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記前左右輪舵角差Δδ_FL、Δδ_fRに応じた電流値制御信号を左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲに同時に出力してからメインプログラムに復帰する。
【００２６】
ちなみに、このコントロールユニット３では、この演算処理の他に、操舵反力トルクの制御も行われる。この操舵反力トルク制御は、例えば車速Ｖ_SP、操舵角θ、操舵角速度θ’などに基づいて、目標とする操舵反力トルクを設定し、その操舵反力トルクが発生されるように前記操舵反力モータ９を駆動するようになっている。
【００２７】
前記図５の演算処理によれば、ステップＳ１で種々の検出値を読込み、ステップ２で操舵角速度θ’を算出した後、ステップＳ３で目標前輪舵角δ_f ^*を算出し、更にステップＳ４で前左右輪舵角差Δδ_fL、Δδ_fRを算出する。そして、車速Ｖ_SPが前記低速所定車速値Ｖ_SP0より大きいか、或いは前記前左右輪舵角差Δδ_fL、Δδ_fRの何れもが前記比較的大きな所定前輪舵角差値Δδ_f0未満である場合にはステップＳ７に移行し、ここで前左右輪舵角差Δδ_fL、Δδ_fRに応じた電流値制御信号を左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲに向けて同時に出力する。
【００２８】
このとき、例えば図６に示すように、目標前輪舵角δ_f ^*が右操舵状態で、前左右輪１０ＦＬ、１０ＦＲを右操舵する場合、左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲを共に伸長することになる。車体、具体的には前記フロントサスペンションメンバ１３には、この操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲの伸長方向と逆方向に駆動反力が作用するが、図６に示すように、両操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲの駆動反力Ｎ_FL、Ｎ_FRは、互いに逆向きで、しかも二つのアクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲが同じ構造をしていることから、その反力Ｎ_FL、Ｎ_FRの大きさも等しい。従って、二つの操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲの駆動反力Ｎ_FL、Ｎ_FRは互いに相殺する。また、左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲは、前車軸から等距離の位置に配設されているため、前左右輪１０ＦＬ、１０ＦＲを操舵する際、それらの接地点回り、即ち凡そ前車軸位置で発生する駆動反力によるモーメントの大きさも同じになるので、そのモーメントも相殺される。
【００２９】
図１０は、前左右のアクスルＡＸ_FL，ＡＸ_FRに対して、操舵アクチュエータＡＣＴ_FL，ＡＣＴ_FRを、共に前車軸より車両後方に、当該前車軸から等距離の位置に配設した操舵装置である。両アクチュエータＡＣＴ_FL，ＡＣＴ_FRの構成は前記実施形態のものと同様であるとする。このような操舵装置では、例えば前左右輪Ｗ_FL，Ｗ_FRを右操舵する場合、図１１に示すように、前右操舵アクチュエータＡＣＴ_FRは収縮、前左操舵アクチュエータＡＣＴ_FLは伸長しなければならないが、そのとき、車体に発生するアクチュエータの駆動反力Ｎ_FL、Ｎ_FRは、共に同じ向き、この場合は右向きに作用する。図中のＯ（図６も同じ）は、後輪タイヤの捩り剛性に応じて決まる車体回転中心を示しているが、例えば据え切りのように、極低速で前左右輪Ｗ_FL、Ｗ_FRを大きく操舵しなければならない場合、当然ながら左右の操舵アクチュエータＡＣＴ_FL、ＡＣＴ_FRが発生する駆動力も大きくなり、その駆動反力Ｎ_FL、Ｎ_FRも大きくなるから、車体は前記回転中心Ｏを中心として操舵方向、即ちこの場合は右方向に回転してしまう。前左右輪Ｗ_FL、Ｗ_FRの操舵方向が右で、車体も右に回転してしまうと、前左右輪Ｗ_FL、Ｗ_FRの実舵角は小さくなることになり、操舵に対する応答性が低下することになる。
【００３０】
本実施形態では、前述のように駆動反力Ｎ_FL、Ｎ_FRが互いに相殺され、そのモーメントも相殺されるので、前記回転中心Ｏを中心として、操舵時に車体が回転することがなく、操舵に対する応答性を確保することができる。
一方、車速Ｖ_SPが前記低速所定車速値Ｖ_SP0以下で、前記前左右輪舵角差Δδ_fL、Δδ_fRの何れかが前記比較的大きな所定前輪舵角差値Δδ_f0以上である場合には、前記図５の演算処理のステップＳ８に移行して、前左右輪舵角差Δδ_fL、Δδ_fRに応じた電流値制御信号を左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲに向けて短時間毎に交互に出力する。つまり、この場合には、図７に示すように、例えば前左右輪１０ＦＬ、１０ＦＲを右操舵する場合であっても、例えば先に前左操舵アクチュエータ１４ＦＬを伸長して前左輪１０ＦＬを少し右操舵し、次に前左操舵アクチュエータ１４ＦＬを停止して、前右操舵アクチュエータ１４ＦＲを伸長して前右輪１０ＦＲを少し右操舵し、次に前右操舵アクチュエータ１４ＦＲを停止して、前左操舵アクチュエータ１４ＦＬを伸長して前左輪１０ＦＬを少し右操舵し、という動作を繰り返して、前左右輪１０ＦＬ、１０ＦＲを少しずつ交互に操舵する。
【００３１】
このように左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲを交互に作動させることにより、最大電流値、つまり消費エネルギーを低減することが可能となる。即ち、図８に示すように、左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲを同時に駆動するときの消費エネルギー、つまり電流値が破線のように大きな値だとすると、左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲを交互に駆動すれば、消費エネルギー、つまり電流値は、その半分程度の実線のような値で済む。消費電流値が小さいことは、例えばバッテリなどのエネルギー供給源の容量が小さくて済むことになり、同時に省エネルギーを達成することができる。
【００３２】
但し、このように左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲを交互に駆動する場合には、前記後輪タイヤの捩り剛性によって決まる回転中心Ｏを中心として車体を回転方向に加振してしまう恐れがある。この場合の共振周波数は、車体の慣性モーメントＪを前記後輪タイヤの捩り剛性Ｇ（二輪分）で除した値の平方根であるから、例えば車体の慣性モーメントＪが８００kg/m²で、後輪タイヤの捩り剛性Ｇが１２kgf/deg.だとすると、共振周波数は５Ｈｚとなるので、この共振周波数より高い周波数で左右の操舵アクチュエータ１４ＦＬ、１４ＦＲを交互駆動すれば、車体は加振されることがない。
【００３３】
なお、前記実施形態はコントロールユニット３としてマイクロコンピュータを適用した場合について説明したが、これに代えてカウンタ，比較器等の電子回路を組み合わせて構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の操舵装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の操舵装置の主要構成要素の構成図である。
【図３】図２の操舵アクチュエータの構造説明図である。
【図４】図２の操舵装置のアクスルと操舵アクチュエータとの相対的な位置関係の説明図である。
【図５】図１のコントロールユニットを行われる演算処理のフローチャートである。
【図６】図５の演算処理による操舵の説明図である。
【図７】図５の演算処理による操舵の説明図である。
【図８】図５の演算処理による操舵アクチュエータへの電流値制御信号の説明図である。
【図９】左右の操舵アクチュエータを交互駆動するときの周波数の設定説明図である。
【図１０】操舵アクチュエータを操舵対称車軸に対して同じ側に配設した操舵装置のアクスルと操舵アクチュエータとの相対的な位置関係の説明図である。
【図１１】図１０の操舵装置による操舵の説明図である。
【符号の説明】
３はコントロールユニット
４は車速センサ
１０ＦＬ〜１０ＲＲは前左輪〜後右輪
１１ＦＬ、１１ＦＲは前左右アクスル
１３はタイロッド
１４ＦＬ、１４ＦＲは前左右操舵アクチュエータ
１５はステアリングホイール
１６は駆動ロッド
１７はステアリングシャフト
１８は操舵トルクセンサ
１９は操舵角センサ
２０はモータ

Claims

左右の車輪の夫々を個別に操舵する左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータと、運転者による操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、少なくとも前記操舵状態検出手段で検出された操舵状態に応じて前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータを駆動する制御手段とを備え、前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータは、操舵時の車体に対する駆動反力が互いに逆向きになるように車体に配設され、且つ前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータが電動アクチュエータであり、前記制御手段は、前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータの駆動量が所定量以上であるときに、両者を交互に駆動することを特徴とする操舵装置。
前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータのうち、何れか一方は、操舵対象車軸位置より車両後方に配設され、他方は、操舵対象車軸位置より車両前方に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータは、車両平面視で、操舵対象車軸位置から、互いに等距離又はほぼ等距離の位置に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の操舵装置。
前記左操舵アクチュエータ及び右操舵アクチュエータは、互いに同等の構成であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の操舵装置。