JP3972696B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作手段の操作に対する舵取り用車輪の転舵の関係を変更可能な車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構とを機械的に切り離し、ステアリングホイールの操作角を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に操舵アクチュエータからのトルクを与えることにより、舵取り用の車輪の転舵を達成するようにしたシステム（いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システム）が提案されている。
【０００３】
操舵アクチュエータは、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置によって制御されるようになっている。すなわち、車両のイグニッションスイッチがオンにされている間、ステアリングホイールの操作角を検出する操作角センサおよび舵取り用の車輪の転舵角を検出する転舵角センサの各検出信号が制御装置に入力されており、制御装置は、それらの入力信号に基づいて、舵取り用の車輪の転舵角がステアリングホイールの操作角に合うように操舵アクチュエータを制御する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
イグニッションスイッチがオフの間にステアリングホイールが操作されることにより、イグニッションスイッチをオンする時に、ステアリングホイールの操作角と舵取り用の車輪の転舵角との間にずれを生じている場合がある。このような場合、上述の構成では、イグニッションスイッチのオンに応答して、車輪がステアリングホイールの操作角に応じた角度に転舵される。そのため、イグニッションスイッチオンの後、車両を発進させると、車両が運転者の意図しない方向に進んでしまうおそれがある。
【０００５】
また、車両が停止している状態での車輪の転舵は、車両の振動を発生したり、車輪を摩耗させたりするという別の問題も生じる。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、始動時（イグニッションスイッチオン時）に操作角と転舵角との間にずれを生じている場合であっても、このずれをなくすための舵取り用車輪の転舵が行われない車両用操舵装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作手段（１）の操作と舵取り用の車輪（５）を転舵させるための舵取り機構（４，６，７）の動作との関係を変更可能な車両用操舵装置であって、上記操作手段の操作角を検出する操作位置検出手段（１１）と、上記車輪の絶対転舵角を検出する車輪位置検出手段（１３）と、当該車両用操舵装置の始動を検出する始動検出手段（Ｓ１）と、この始動検出手段による始動検出時に上記車輪位置検出手段によって検出された絶対転舵角に予め定めるギヤ比を乗じることにより演算操作角を求め、この演算操作角と上記始動検出手段による始動検出時に上記操作位置検出手段によって検出された操作角との偏差を操作角オフセット値として、その後に上記操作位置検出手段によって検出される操作角を上記操作角オフセット値だけオフセット補正する補正手段（１４）と、この補正手段によるオフセット補正後の操作角と上記車輪位置検出手段によって検出される絶対転舵角に上記ギヤ比を乗じた値との偏差が零に近づくように、上記舵取り機構の動作を制御する制御手段（１４）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。
この発明によれば、操作位置検出手段による検出操作角が補正手段によって補正され、この補正後の操作角に基づいて舵取り機構の動作が制御される。
【０００９】
この車両用操舵装置がオフの間（たとえば、車両のイグニッションスイッチがオフの間）に操作手段が操作されることにより、車両用操舵装置を始動させる時に、操作手段の位置と舵取り用の車輪の位置との間にずれを生じていても、車両用操舵装置の始動に応答して、車輪が操作手段の位置に応じた位置に転舵されることがない。よって、車両用操舵装置の始動直後に車両を発進させても、車両が運転者の意図しない方向に進んでしまうおそれがない。また、車両が停止している状態での車輪の転舵による車体の振動や車輪の摩耗を生じることがない。さらに、車両用操舵装置の始動に応答して車輪が転舵される構成のものと比較して、エネルギー消費量を低く抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作を、ハウジング３に支持された操舵軸４の車幅方向の直線運動に変換し、この操舵軸４の直線運動を舵取り用の前部左右車輪５の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。
【００１１】
操舵アクチュエータ２は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この電動モータの駆動力（出力軸の回転力）は、操舵軸４に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、操舵軸４の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この操舵軸４の直線運動は、操舵軸４の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、さらにタイロッド６を介してキングピンＰに連結されたナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪５の転舵が達成される。操舵軸４、タイロッド６およびナックルアーム７などにより、舵取り用の車輪５を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【００１２】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト８に連結されている。この回転シャフト８には、ステアリングホイール１に操作反力を与えるための反力アクチュエータ９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００１３】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト８に関連して、ステアリングホイール１の操作角を検出するための操作角センサ１１が設けられている。また、回転シャフト８には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。一方、操舵軸４に関連して、舵取り用の車輪５の転舵角（タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１３が設けられている。
【００１４】
操作角センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置１４に入力されるようになっている。この制御装置１４には、さらに、車速を検出するための車速センサ１５の検出信号と、車両のイグニッションスイッチ１６の状態信号（オン／オフ信号）とが入力されるようになっている。
制御装置１４は、イグニッションスイッチ１６がオンされると、その時点での操作角と転舵角とのずれ量に基づいて操作角オフセット値を演算する。そして、イグニッションスイッチ１６がオフされるまで、操作角オフセット値、操作角センサ１１によって検出される操作角、転舵角センサ１３によって検出される転舵角および車速センサ１５によって検出される車速に基づいて、操舵指令値を設定し、この操舵指令値に基づいて、駆動回路１７を介して操舵アクチュエータ２を制御する。また、制御装置１４は、操作角センサ１１による検出操作角、トルクセンサ１２によって検出される操作トルクおよび車速センサ１５によって検出される車速に基づいて、ステアリングホイール１の操作方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路１８を介して反力アクチュエータ９を制御する。
【００１５】
なお、この実施形態において、操作角センサ１１による検出操作角は、ステアリングホイール１が中立位置（車両直進時の位置）の時に零であり、その中立位置から右左に回転操作された時にそれぞれ正負の値をとるものとする。また、転舵角センサ１３による検出転舵角は、舵取り用の車輪５が中立位置の時に零であり、その中立位置から右左に転舵された時にそれぞれ正負の値をとるものとする。
【００１６】
図２は、車両のイグニッションスイッチ１６がオンされたことに応答して行われる操作角オフセット値θoffの演算処理を説明するためのフローチャートである。車両のイグニッションスイッチ１６がオンされると（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御装置１４は、まず、操作角センサ１１による検出操作角θｄを読み込む（ステップＳ２）。
次に、制御装置１４は、舵取り用の車輪５の現在の絶対的な転舵角（車両直進時の転舵角である転舵角中点に対する現在の転舵角）を検出し、その検出した車輪５の絶対転舵角に予め定めるギヤ比（＝最大操作角／最大転舵角）を乗じることにより演算操作角θｃを求める（ステップＳ３）。すなわち、この実施形態では、転舵角センサ１３による検出転舵角に予め定めるギヤ比を乗じることにより演算操作角θｃを求める。
【００１７】
その後、制御装置１４は、ステップＳ２で取得した検出操作角θｄからステップＳ３で求めた演算操作角θｃを減算し、この減算により得られる値を操作角オフセット値θoffに設定する（ステップＳ４）。
これ以降、制御装置１４は、操作角センサ１１による検出操作角θｄからステップＳ４で設定した操作角オフセット値θoffを減算し、その減算後の値と転舵角センサ１３による検出転舵角に上記ギヤ比を乗じた値との偏差が零に近づくような車速に応じた操舵指令値を設定する。そして、その設定した操舵指令値に基づいて操舵アクチュエータ２を制御する。
【００１８】
すなわち、制御装置１４は、イグニッションスイッチ１６のオン時におけるステアリングホイール１と車輪５とのずれに応じた操作角オフセット値θoffを演算し、それ以降は、操作角センサ１１による検出操作角を操作角オフセット値θoffの分だけ車輪５の転舵角に近づく方向にオフセットし、このオフセット後の検出操作角と転舵角センサ１３による検出転舵角に上記ギヤ比を乗じた値とが一致するように操舵アクチュエータ２を制御する。
【００１９】
したがって、イグニッションスイッチ１６がオフの間にステアリングホイール１が操作されることにより、イグニッションスイッチ１６をオンする時に、ステアリングホイール１の操作角と舵取り用の車輪５の転舵角との間にずれを生じていても、イグニッションスイッチ１６のオンに応答して、車輪５がステアリングホイール１の操作角に応じた角度に転舵されることがない。よって、イグニッションスイッチ１６のオンの直後に車両を発進させても、車両が運転者の意図しない方向に進んでしまうおそれがなく、また、車両が停止している状態での車輪５の転舵による車体の振動や車輪５の摩耗を生じることがない。さらに、イグニッションスイッチ１６のオンに応答して車輪５が転舵される構成のものと比較して、エネルギー消費量を低く抑えることができる。
【００２０】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、転舵角センサ１３による検出転舵角は、舵取り用の車輪５が中立位置の時に零であり、その中立位置から右左に転舵された時にそれぞれ正負の値をとるとしたが、転舵角センサ１３の検出転舵角が、車輪５の左方向（または右方向）への最大転舵状態で零をとり、車輪５の右方向（または左方向）への最大転舵状態で最大値をとる場合、車輪５の絶対転舵角は、転舵角センサ１３による検出転舵角から車輪５が中立位置の時の転舵角を減算することにより検出することができる。
【００２１】
また、上記の実施形態では、舵取り用の車輪５の位置を検出する車輪位置検出手段として、車輪５の転舵角を直接的に検出する転舵角センサ１３を採用し、この転舵角センサ１３による検出転舵角に予め定めるギヤ比を乗じることにより、演算操作角θｃを求めるとしたが、たとえば、転舵角センサ１３に代えて、操舵軸４の絶対的な位置を検出するための操舵軸位置センサを設けて、この操舵軸位置センサによる検出位置に、操作角センサ１１の最大検出値（最大操作角）と操舵軸位置センサの最大検出値との比を乗じることにより、演算操作角θｃが求められてもよい。この場合、操舵軸４の絶対的な位置を検出することは、車輪５の転舵角を検出することと実質的に同じであるから、操舵軸位置センサは、車輪５の位置を検出する車輪位置検出手段に相当する。
【００２２】
さらに、車両用操舵装置の例としてステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムを取り上げたが、この発明は、ステア・バイ・ワイヤシステムに限らず、操作部材の操作角と舵取り機構の転舵角との対応関係を変更することができる車両用操舵装置に対して広く適用することができる。たとえば、操作部材の操作角に対する舵取り機構の転舵角の比（ギヤ比）を変更可能であり、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結されている操舵装置（いわゆるバリアブル・ギヤレシオ・ステアリング（ＶＧＳ）システム）に適用することもできる。
【００２３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】車両のイグニッションスイッチがオンされたことに応答して行われる操作角オフセット値の演算処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 操舵アクチュエータ
４ 操舵軸
５ 車輪
６ タイロッド
７ ナックルアーム
１１ 操作角センサ
１２ トルクセンサ
１３ 転舵角センサ
１４ 制御装置
１５ 車速センサ
１６ イグニッションスイッチ

Claims (1)

1. 車両の操向のための操作手段の操作と舵取り用の車輪を転舵させるための舵取り機構の動作との関係を変更可能な車両用操舵装置であって、
   上記操作手段の操作角を検出する操作位置検出手段と、
   上記車輪の絶対転舵角を検出する車輪位置検出手段と、
   当該車両用操舵装置の始動を検出する始動検出手段と、
   この始動検出手段による始動検出時に上記車輪位置検出手段によって検出された絶対転舵角に予め定めるギヤ比を乗じることにより演算操作角を求め、この演算操作角と上記始動検出手段による始動検出時に上記操作位置検出手段によって検出された操作角との偏差を操作角オフセット値として、その後に上記操作位置検出手段によって検出される操作角を上記操作角オフセット値だけオフセット補正する補正手段と、
   この補正手段によるオフセット補正後の操作角と上記車輪位置検出手段によって検出される絶対転舵角に上記ギヤ比を乗じた値との偏差が零に近づくように、上記舵取り機構の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。

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