JP3825297B2

JP3825297B2 - 車両の操舵装置

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Publication number: JP3825297B2
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Inventors: 勝利西崎
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Current assignee: JTEKT Corp
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Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2006-09-27
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Also published as: JP2003118618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵用アクチュエータを制御することで、舵角を変化させると共に操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作部材と、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系とを備える車両の操舵装置が提案されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結するものと連結しないものとがある。操作部材を車輪に機械的に連結する場合、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤを駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結しない場合、操舵用アクチュエータの動きを舵角が変化するように車輪に伝達する際に、その操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような車両の操舵装置においては、操作部材の操作量や操作速度といった操作特性が一定であっても、右操舵時と左操舵時とで車両の挙動が相違することがある。そのため、車両の走行安定性が低下し、ドライバーに違和感を与えるという問題がある。
本発明は、上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の操舵装置は、操作部材と、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、その操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定する手段とを備えることを特徴とする。
操作部材の操作量や操作速度といった操作特性が一定であっても、右操舵時と左操舵時とで車両の挙動が相違する原因としては、車両の慣性質量の中で乗員、積荷、燃料などの可変慣性質量の大きさや配置の変化が考えられる。例えば、そのような可変慣性質量の変化により、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏った場合は、路面と左側車輪との間の摩擦が路面と右側車輪との間の摩擦よりも小さくなる。そうすると、右操舵時は外輪となる左側車輪の駆動力が内輪となる右側車輪よりも小さくなるのに対して、左操舵時は外輪となる右側車輪の駆動力が内輪となる左側車輪よりも大きくなるので、右操舵時は左操舵時よりも車両の旋回性能が低下する。逆に、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも左方に偏った場合は、左操舵時は右操舵時よりも車両の旋回性能が低下する。
本発明の構成によれば、右操舵時における操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインと、左操舵時における操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインとを互いに異なる値に設定することができるので、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
【０００５】
本発明において、前記制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定されるのが好ましい。
これにより、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合に、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
【０００６】
車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインの値が設定されるのが好ましい。これにより、可変慣性質量の大きさや配置の相違に起因して車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合に、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
この場合、その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応して切替え操作可能なゲイン切替えスイッチが設けられ、そのゲイン切替えスイッチの切替え操作位置に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定されるのが好ましい。これにより、車両の乗員がゲイン切替えスイッチを操作するだけで、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
あるいは、その可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサが設けられ、そのセンサの検出結果に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定されるのが好ましい。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように自動的に操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量であるのが好ましい。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違することに大きく影響する可変慣性質量の変化に対処することができる。
【０００７】
その操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値を求める手段と、車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値を求める手段とを備え、その目標挙動指標値と実際の挙動指標値との偏差をなくすように前記操舵用アクチュエータが制御され、車両が定常旋回状態か否かを判断する手段が設けられ、その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に前記制御系におけるゲインが設定されるのが好ましい。
これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違する場合に、その原因の如何に関わらず、その車両挙動の相違を抑制するように自動的に操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示す車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように前部左右車輪４に伝達する機構としてステアリングギヤ３とを備える。
【０００９】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１０】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その操作部材１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与するバネにより構成できる。
【００１１】
その操作部材１の操作量として、操作部材１の直進位置からの回転角度δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車両の舵角δを検出する手段として舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δに対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。本実施形態では、その舵角δが車輪４の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値とされている。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。その角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続されている。その制御装置２０は、舵角変化時における車両挙動を安定化させることができるように、駆動回路２２を介して上記操舵用アクチュエータ２を制御する。
【００１２】
図２は制御装置２０により構成される制御系を示すブロック線図であり、Ｃｋは操作部材１の回転角度δｈに対する目標舵角δ^* の調節部である。この調節部ＣｋにおけるゲインをＫδ（Ｖ）として、制御装置２０は予め定められて記憶されたδ^* ＝Ｋδ（Ｖ）・δｈの関係と、角度センサ１１により検出した回転角度δｈとから目標舵角δ^* を演算する。本実施形態では、その目標舵角δ^* が操作部材１の操作量である回転角度δｈに応じた目標挙動指標値とされている。そのゲインＫδ（Ｖ）は車速Ｖの関数とされ、例えば図３に示すように車速Ｖが増大する程に減少するものとされ、このゲインＫδ（Ｖ）と車速Ｖの関係は制御装置２０に記憶される。
【００１３】
Ｃ_FFは、目標舵角δ^* に対するフィードフォワード補償値ｉａ^* の調節部であり、制御系におけるフィードフォワード補償要素を構成する。この調節部Ｃ_FFにおける伝達関数をＧａとして、制御装置２０は、予め定めて記憶したｉａ^* ＝Ｇａ・δ^* の関係と演算した目標舵角δ^* とからフィードフォワード補償値ｉａ^* を演算する。その調節部Ｃ_FFは例えば比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、この場合の伝達関数Ｇａは、Ｋａをゲイン、Ｔａを時定数、ｓをラプラス演算子としてＧａ＝Ｋａ・〔１＋１／（Ｔａ・ｓ）〕とされ、制御装置２０に記憶される。その時定数Ｔａは最適な制御を行えるように適宜設定される。
【００１４】
Ｃ_FBは、目標舵角δ^* と舵角センサ１３により検出される舵角δとの偏差（δ^* −δ）に対するフィードバック補償値ｉｂ^* の調節部であり、制御系におけるフィードバック補償要素を構成する。この調節部Ｃ_FBにおける伝達関数をＧｂとして、制御装置２０は、予め定めて記憶したｉｂ^* ＝Ｇｂ・（δ^* −δ）の関係と演算した目標舵角δ^* と舵角センサ１３により検出される舵角δとからフィードバック補償値ｉｂ^* を演算する。その調節部Ｃ_FBは例えば比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、この場合の伝達関数Ｇｂは、Ｋｂをゲイン、Ｔｂを時定数、ｓをラプラス演算子としてＧｂ＝Ｋｂ・〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕とされ、制御装置２０に記憶される。その時定数Ｔｂは最適な制御を行えるように適宜設定される。
【００１５】
そのフィードフォワード補償値ｉａ^* とフィードバック補償値ｉｂ^* との和が操舵用アクチュエータ２の目標駆動電流Ｉｍ^* とされる。その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて駆動回路２２が操舵用アクチュエータ２を例えばＰＷＭ波により駆動することで、目標舵角δ^* と舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２が制御装置２０により制御される。また、上記ゲインＫδ（Ｖ）は車速Ｖの関数とされていることから、操作部材１の操作量である回転角度δｈと車輪４の転舵量との比が車速Ｖに応じて変化するように操舵用アクチュエータ２を制御できる。
【００１６】
その制御装置２０に、右操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインと、左操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインとを互いに異なる値に設定するゲイン切替えスイッチ２１が接続されている。そのゲイン切替えスイッチ２１の切替え操作位置に応じて、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定される。これにより、車両の乗員がゲイン切替えスイッチ２１を操作するだけで、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインを設定することができる。本実施形態では、その操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて予め定められた値に設定される。その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応してゲイン切替えスイッチ２１は乗員により切替え操作可能とされている。その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量とされる。例えば以下の表１に示すように、前部に左右２座席、後部に左中右３座席を有する車両の乗員の数と配置とに対応して上記調節部Ｃ_FF、Ｃ_FBのゲインＫａ、Ｋｂが制御系におけるゲインとして予め定められて制御装置２０に記憶される。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違することに大きく影響する可変慣性質量の変化に対処することができる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
図４のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂが、ゲイン切替えスイッチ２１の操作に応じて予め定められた値に設定される（ステップＳ２）。次に、検出車速Ｖに対応するゲインＫδ（Ｖ）を求め（ステップＳ３）、その求めたゲインＫδ（Ｖ）と操作部材１の検出回転角度δｈから目標舵角δ^* を演算する（ステップＳ４）。次に、操作部材１の検出回転角度δｈから操舵方向が右か左かを判断し（ステップＳ５）、その操舵方向に対応して設定されたゲインＫａ、Ｋｂを読み出す（ステップＳ６）。次に、求めた目標舵角δ^* に対応するフィードフォワード補償値ｉａ^* を、読み出したゲインＫａを用いて演算し（ステップＳ７）、また、その求めた目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差に対するフィードバック補償値ｉｂ^* を、読み出したゲインＫｂを用いて演算する（ステップＳ８）。その求めたフィードフォワード補償値ｉａ^* とフィードバック補償値ｉｂ^* とから目標駆動電流Ｉｍ^* を求め（ステップＳ９）、その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動する（ステップＳ１０）。次に、制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ１１）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。その終了判断は、例えば車両の始動用キースイッチがオンか否かにより判断できる。
【００１９】
上記実施形態によれば、右操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインと、左操舵時における操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインとを互いに異なる値に設定することができるので、操作部材１の一定の操作に対する車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。特に、その制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定されるので、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合でも、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。さらに、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさや配置の相違に起因して車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置から偏った場合に、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。
【００２０】
図５、図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。上記第１実施形態と同様部分は同一符号で示して相違点のみ説明する。本第２実施形態においては、第１実施形態におけるゲイン切替えスイッチ２１に代えて、制御装置２０により構成される制御系は自動ゲイン設定部３１を有する。その自動ゲイン設定部３１は、車両が定常旋回状態か否かを判断し、その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインを設定する。本実施形態では、車速Ｖが予め定めた設定値α（例えば２０ｋｍ／ｈ）以上において舵角δが予め定めた時間ｔ（例えば１秒）以上に亘り一定である場合に定常旋回状態であると判断する。その追従率に相関する値は、例えば目標舵角δ^* に対する目標舵角δ^* と舵角δとの偏差の割合（δ^* −δ）／δ^* や、目標舵角δ^* に対する舵角δの割合δ／δ^* とされる。操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は、その追従率が低い程に大きくなるように予め定められ、その追従率とゲインの値との関係が制御装置２０に記憶される。例えば、（δ^* −δ）／δ^* の値が大きい程に、δ／δ^* の値が１よりも小さい程に、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインの値は大きく設定される。本実施形態では、上記調節部Ｃ_FF、Ｃ_FBのゲインＫａ、Ｋｂがその追従率に相関する値に応じて設定される。なお、車両の挙動指標値として車両のヨーレートγや横加速度Ｇｙを検出するセンサを設け、目標挙動指標値として車速Ｖと目標舵角δ^* に応じた目標ヨーレートγ^* や目標横加速度Ｇｙ^* を演算し、その追従率に相関する値を（γ^* −γ）／γ^* 、γ／γ^* 、（Ｇｙ^* −Ｇｙ）／Ｇｙ^* 、あるいはＧｙ／Ｇｙ^* としてもよい。他の構成は第１実施形態と同様とされている。
【００２１】
図６のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込む（ステップＳ１０１）。次に、検出車速Ｖが上記設定値α以上であって且つ検出舵角δが上記設定時間ｔ以上に亘り一定であるか否かにより、車両が定常旋回状態か否かを判断する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において車両が定常旋回状態でなければ、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを予め記憶した初期設定値または前回の設定値に設定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０２において車両が定常旋回状態であれば、目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値を演算し（ステップＳ１０４）、その追従率に相関する値に応じて予め定められて記憶された値に操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを設定する（ステップＳ１０５）。次に、検出車速Ｖに対応するゲインＫδ（Ｖ）を求め（ステップＳ１０６）、その求めたゲインＫδ（Ｖ）と操作部材１の検出回転角度δｈから目標舵角δ^* を演算し（ステップＳ１０７）、その求めた目標舵角δ^* に対応するフィードフォワード補償値ｉａ^* を、設定したゲインＫａを用いて演算し（ステップＳ１０８）、また、その求めた目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差に対するフィードバック補償値ｉｂ^* を、設定したゲインＫｂを用いて演算する（ステップＳ１０９）。その求めたフィードフォワード補償値ｉａ^* とフィードバック補償値ｉｂ^* とから目標駆動電流Ｉｍ^* を求め（ステップＳ１１０）、その目標駆動電流Ｉｍ^* に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動する（ステップＳ１１１）。次に、制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ１１２）、終了しない場合はステップＳ１０１に戻る。
【００２２】
上記第２実施形態によれば、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定することができるので、操作部材１の一定の操作に対する車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制できる。また、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違する場合に、その原因の如何に関わらず、その車両挙動の相違を抑制するように自動的に操舵用アクチュエータ２の制御系のゲインＫａ、Ｋｂを設定することができる。
【００２３】
なお、上記第２実施形態において、制御装置２０に第１実施形態と同様のゲイン切替えスイッチ２１を接続し、さらに、操舵用アクチュエータ２の制御系におけるゲインＫａ、Ｋｂを、ゲイン切替えスイッチ２１により設定するモードと自動ゲイン設定部３１により設定するモードとに切替え可能なモード切替えスイッチを設けてもよい。
【００２４】
図７〜図１０を参照して本発明の第３実施形態を説明する。上記各実施形態では操作部材１と車輪４とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置に本発明を適用したが、本第３実施形態においては操作部材であるステアリングホイールＨが車輪に機械的に連結された操舵装置１０１に本発明を適用している。
【００２５】
すなわち、ステアリングホイールＨの操作に応じた入力シャフト１０２の回転が、回転伝達機構１３０により出力シャフト１１１に伝達され、その出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤにより伝達される。そのステアリングギヤはラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。その回転伝達機構１３０の構成要素をモータ（操舵用アクチュエータ）１３９により駆動することで、そのモータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。その入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。その回転伝達機構１３０は、本実施形態では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。そのサンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。そのホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。そのウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられたモータ１３９により駆動される。
【００２６】
そのモータ１３９の動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、車両の走行状態を表す変量に応じて制御することで、その変量に応じて入力シャフト１０２から出力シャフト１１１への回転伝達比、すなわちステアリングホイールＨの操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる。本実施形態では、その走行状態を表す変量は車速とされている。例えば、そのモータ１３９の制御によって高速になる程にリングギヤ１３２の回転角速度を低下させ、遊星ギヤ機構１３０を減速ギヤ機構として機能させることで、車両の低速での旋回性と高速での走行安定性とを向上できる。
【００２７】
図８に示すように、そのモータ１３９は車両に搭載される制御装置１４０に接続され、その制御装置１４０に走行状態を表す変量の検出用センサとして車速センサ１４１が接続されている。また、その制御装置１４０に、ステアリングホイールＨの操作量の検出用センサとして入力シャフト１０２の回転角を検出する回転角センサ１４２と、車輪の転舵量の検出用センサとして出力シャフト１１１の回転角を検出する舵角センサ１４３とが接続されている。ステアリングホイールＨの操作量に対応する入力シャフト１０２の回転角と、走行状態を表す変量に対応する車速とから、目標挙動指標値に対応する出力シャフト１１１の目標舵角を求め、その目標舵角と車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる出力シャフト１１１の舵角との偏差をなくすように制御装置１４０はモータ１３９を閉ループ制御する。
【００２８】
図９は、制御装置１４０により構成される制御系を示すブロック線図であり、ＴｉはステアリングホイールＨの操舵トルク、Ｖは車速センサ１４１による検出値、θｉは入力シャフト１０２の回転角の回転角センサ１４２による検出値、θｏは出力シャフト１１１の回転角の舵角センサ１４３による検出値、θｏ^* は出力シャフト１１１の目標舵角、ｉ^* はモータ１３９の目標制御量に対応する目標駆動電流、Ｃ１は入力シャフト１０２の回転角θｉに対する出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* の調節部、Ｃ２は出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* と舵角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）に対するモータ１３９の目標駆動電流ｉ^* の調節部である。
その制御装置１４０は、回転角センサ１４２により検出した入力シャフト１０２の回転角θｉに対する出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* を、予め定められて記憶された関係に基づき演算する。本実施形態では、その入力シャフト１０２の回転角θｉに対する出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* の調節部Ｃ１は比例制御要素とされ、出力シャフト１１１の目標舵角はθｏ^* ＝Ｋ（Ｖ）・θｉにより求められる。ここでＫ（Ｖ）は比例ゲインであって車速Ｖの関数とされている。この比例ゲインＫ（Ｖ）は、例えば車速Ｖが増大する程に減少するものとされ、制御装置１４０に記憶される。その記憶した比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト１０２の検出回転角θｉと検出車速Ｖに基づき出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* を演算する。
その制御装置１４０は、出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* と検出舵角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、モータ１３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^* との間の関係、すなわち転舵量の目標値と検出値との偏差と、モータ１３９の目標制御量との間の関係を記憶する。本実施形態では、その偏差（θｏ^* −θｏ）に対する目標駆動電流ｉ^* の調節部Ｃ２は比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、目標駆動電流ｉ^* はｉ^* ＝Ｇ・（θｏ^* −θｏ）により求められる。ここでＧは伝達関数であり、例えばＫｇをゲイン、Ｔを時定数、ｓはラプラス演算子として、その伝達関数ＧはＰＩ制御がなされるようにＧ＝Ｋｇ・〔１＋１／（Ｔ・ｓ）〕とされ、その時定数Ｔは最適な制御を行えるように設定される。その伝達関数Ｇが制御装置１４０に記憶される。
制御装置１４０は、その記憶した伝達関数Ｇと、演算した出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* と、検出舵角θｏとに基づき、モータ１３９の目標駆動電流ｉ^* を演算する。その演算された目標駆動電流ｉ^* が印加されることでモータ１３９は駆動される。
【００２９】
その制御装置１４０に、第１実施形態におけるゲイン切替えスイッチ２１と同様のゲイン切替えスイッチ２１′が接続され、そのゲイン切替えスイッチ２１′の切替え操作位置に応じて、モータ１３９の制御系における上記調節部Ｃ２のゲインＫｇの値が、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定される。
【００３０】
図１０のフローチャートを参照して上記制御装置１４０による制御手順を説明する。まず、各センサの検出値を読み込む（ステップＳ２０１）。次に、モータ１３９の制御系におけるゲインＫｇが、ゲイン切替えスイッチ２１′の操作に応じて予め定められた値に設定される（ステップＳ２０２）。次に、検出車速Ｖに対応する比例ゲインＫ（Ｖ）を求める（ステップＳ２０３）。その求めた比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト１０２の検出回転角θｉとから出力シャフト１１１の目標舵角θｏ^* を演算する（ステップＳ２０４）。次に、入力シャフト１０２の検出回転角θｉから操舵方向が右か左かを判断し（ステップＳ２０５）、その操舵方向に対応して設定されたゲインＫｇを読み出す（ステップＳ２０６）。その目標舵角θｏ^* と出力シャフト１１１の検出舵角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、読み出されたゲインＫｇとを用いて目標駆動電流ｉ^* を演算する（ステップＳ２０７）。その目標駆動電流ｉ^* に基づきモータ１３９を駆動する（ステップＳ２０８）。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップＳ２０９）、制御を終了しない場合はステップＳ２０１に戻る。
【００３１】
上記第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、第３実施形態において、ゲイン切替えスイッチ２１′に代えて、制御装置１４０に第２実施形態の自動ゲイン設定部３１と同様の自動ゲイン設定部を接続し、モータ１３９の制御系におけるゲインＫｇを自動ゲイン設定部により設定するようにしてもよい。また、第３実施形態において、制御装置１４０に第２実施形態の自動ゲイン設定部３１と同様の自動ゲイン設定部を接続し、モータ１３９の制御系におけるゲインＫｇを、ゲイン切替えスイッチ２１′により設定するモードと自動ゲイン設定部により設定するモードとに切替え可能なモード切替えスイッチを設けてもよい。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサを設け、そのセンサの検出結果に応じて予め定められた値に操舵用アクチュエータの制御ゲインを設定するようにしてもよい。この場合、上記第１実施形態では表１に示す乗員の着座位置を乗員が判断し、ゲイン切替えスイッチ２１を切替え操作することで制御ゲインを設定したが、可変慣性質量検出センサによる乗員の着座位置の検出結果に応じて制御ゲインを設定すればよい。これにより、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制するように自動的に操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを設定することができる。
また、その設定される制御ゲインは、上記各実施形態では調節部Ｃ_FF、Ｃ_FB、Ｃ２のゲインＫａ、Ｋｂ、Ｋｇとされたが、これに限定されず、例えば第１、第２実施形態ではゲインＫδ（Ｖ）を、第３実施形態ではゲインＫ（Ｖ）を、右操舵時と左操舵時とで異なる値に設定してもよい。さらに、制御系の構成は上記各実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、車両挙動が右操舵時と左操舵時とで相違するのを抑制し、車両の走行安定性を向上してドライバーに違和感を与えることのない実用的な車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置の制御ブロック線図
【図３】本発明の第１実施形態の制御系における比例ゲインＫδ（Ｖ）と車速Ｖとの関係を示す図
【図４】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図５】本発明の第２実施形態の車両の操舵装置の制御ブロック線図
【図６】本発明の第２実施形態の車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明の第３実施形態の操舵装置の縦断面図
【図８】本発明の第３実施形態の操舵装置の制御構成の説明図
【図９】本発明の第３実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図１０】本発明の第３実施形態の車両の操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１操作部材
２操舵用アクチュエータ
３ステアリングギヤ
４車輪
２１、２１′ ゲイン切替えスイッチ
３１自動ゲイン設定部
１３９モータ
１４０制御装置
Ｈステアリングホイール

Claims

操作部材と、
操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、
その操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定する手段とを備え、
前記制御系におけるゲインの値は、車両の重心位置が車両の左右方向における中央位置よりも右方に偏っている場合は右操舵時に左操舵時よりも大きくなるように設定され、左方に偏っている場合は左操舵時に右操舵時よりも大きくなるように設定されることを特徴とする車両の操舵装置。
車両の慣性質量の一部をなす可変慣性質量の大きさと配置の中の少なくとも一方の相違に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインの値が設定される請求項１に記載の車両の操舵装置。
その可変慣性質量の大きさは予め設定された値とされ、その可変慣性質量の数と配置の相違に対応して切替え操作可能なゲイン切替えスイッチが設けられ、そのゲイン切替えスイッチの切替え操作位置に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定される請求項２に記載の車両の操舵装置。
その可変慣性質量の大きさと配置を検出する可変慣性質量検出センサが設けられ、そのセンサの検出結果に応じて予め定められた値に、前記制御系におけるゲインが設定される請求項２に記載の車両の操舵装置。
その可変慣性質量は車両の乗員、燃料、積荷の中の少なくとも一つの慣性質量である請求項３または４に記載の車両の操舵装置。
その操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値を求める手段と、
車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値を求める手段とを備え、
その目標挙動指標値と実際の挙動指標値との偏差をなくすように前記操舵用アクチュエータが制御され、
車両が定常旋回状態か否かを判断する手段が設けられ、
その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に前記制御系におけるゲインが設定される請求項１〜５の中の何れかに記載の車両の操舵装置。
操作部材と、
操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な制御系と、
その操舵用アクチュエータの制御系におけるゲインを、右操舵時と左操舵時とで互いに異なる値に設定する手段と、
その操作部材の操作量に応じた目標挙動指標値を求める手段と、
車輪の転舵により生じる実際の車両挙動の指標となる挙動指標値を求める手段とを備え、
その目標挙動指標値と実際の挙動指標値との偏差をなくすように前記操舵用アクチュエータが制御され、
車両が定常旋回状態か否かを判断する手段が設けられ、
その定常旋回状態において、その目標挙動指標値に対する実際の挙動指標値の追従率に相関する値に応じて予め定められた値に前記制御系におけるゲインが設定されることを特徴とする車両の操舵装置。