JP3975777B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比を変化させることで操舵特性を変更可能な車両の操舵装置がある。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しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したものと機械的に連結したものとがある。ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達する際に、操舵用アクチュエータを制御することで操作量に対する転舵量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た操舵装置においては、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等の伝達比可変機構を介して伝達する際に、その遊星ギヤ機構を構成するリングギヤのような伝達比可変機構の構成要素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に対する転舵量の比を変更している。
【０００３】
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、車輪と路面との間の摩擦に基づく操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材に伝達されない。また、ステアリングホイールと車輪とが伝達比可変機構を介して機械的に連結されている操舵装置においては、その操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材の操作量に対応しない。そこで、その操作部材を中立位置へ復帰させる方向に作用する反力を発生する操作用アクチュエータを設け、操作部材の操作量に基づいて反力を発生させドライバーに操舵フィーリングを与えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、その操作用アクチュエータの発生反力を単に操作部材やステアリングホイールの操作量に基づいて作用させただけでは、ドライバーに路面状態を認識させることができない。
【０００５】
また、その操作用アクチュエータの発生反力を、操作部材の操作量と車輪の転舵量との偏差に応じて変化させることが提案されている。しかし、操作部材の操作量と車輪の転舵量との偏差に応じて反力を変化させた場合、舵角一定で操舵している状態でドライバーが操作部材に作用させる力を緩めた時、操作部材が振動して車両の進行方向が安定しなくなる。すなわち、舵角を一定に保持する操作力を緩めると操作部材は中立位置復帰方向に変位する。次に、この変位により操作部材の操作量と車輪の転舵量との偏差が小さくなるので反力も小さくなり、操作部材は車輪の転舵量増大方向に変位する。次に、この変位により操作部材の操作量と車輪の転舵量との偏差が大きくなるので反力が大きくなり、操作部材は再び中立位置復帰方向に変位する。これが繰り返されることで操作部材が振動する。そのため、車両進行方向がドライバーの意図する方向から逸れてしまう。
本発明は、上記課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。
【０００６】
【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、その操作部材の操作に応じて駆動される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を検出する手段と、その車輪の転舵量を検出する手段と、その操作部材の検出操作量に相関する車輪の目標転舵量を予め定めた関係に基づき演算する手段と、その操舵用アクチュエータを、その目標転舵量と検出転舵量との偏差が低減されると共に操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比が変化するように制御可能な制御系と、その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータと、車速を検出する手段と、第１の反力成分と第２の反力成分との和に対応する目標操作反力を演算する手段と、その操作用アクチュエータを演算した目標操作反力を発生するように制御可能な制御系とを備え、その第１の反力成分は、その目標転舵量と検出転舵量との偏差に、検出車速の増加に応じて増加する定数を乗じたものとされ、その第２の反力成分は、その目標転舵量と検出転舵量との偏差の変化速度に比例するように設定され、車両走行時において、その目標転舵量と検出転舵量との偏差に対する第１の反力成分の比は、その偏差が一定値以下の場合はその一定値を超える場合よりも大きくされている。
本発明の構成によれば、車輪の目標転舵量と実際の転舵量との偏差は操舵用アクチュエータの応答遅れに対応し、その応答遅れは車輪と路面との間の摩擦に基づく。よって、その偏差に比例する第１の反力成分は車輪と路面との間の摩擦に対応するので、ドライバーに路面状態を認識させることができる。
その車輪の目標転舵量と実際の転舵量との偏差に比例する第１の反力成分は、車速の増減に相関して増減する。これにより、車速の増大時に車輪と路面との間の摩擦が減少しても、その偏差に比例する第１の反力成分が小さくなるのを抑制できる。また、車速の減少時に車輪と路面との間の摩擦が増大しても、その偏差に比例する第１の反力成分が大きくなるのを抑制できる。すなわち、その偏差に比例する第１の反力成分の車速変化による変動を抑制できる。さらに、その第１の反力成分の車速変化による変動を抑制できることにより、中立位置に戻る方向への操作部材の変位を、その偏差の変化速度に比例する第２の反力成分により適正に抑制することが可能になる。その第１の反力成分の車速変化による変動の抑制と、第２の反力成分による中立位置に戻る方向への操作部材の変位の抑制とにより、操作部材の振動を防止できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備える。
【０００８】
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車輪４に伝達できれば構成は限定されない。操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、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。
【０００９】
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。その回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９は操作部材１の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１０】
操作部材１の操作量として中立位置からの操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４の転舵量として舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δとしてステアリングロッド７の移動量を検出する。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。操作部材１の操作反力に対応する操作トルクＴｈとして回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４４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、トルクセンサ４４は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。
【００１１】
その制御装置２０は駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する制御系を構成する。そのため、操作部材１の検出操作角δｈに相関する車輪４の目標舵角δ^* （目標転舵量）を予め定めた関係に基づき演算する。すなわち制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の関係を予め定めて記憶し、その関係と検出操作角δｈと検出車速Ｖとから目標舵角δ^* を求め、その目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差が低減されるように操舵用アクチュエータ２を制御する。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の関係は、例えば低車速で旋回性能を向上し、高車速で走行安定性を向上するため、車速Ｖが大きくなる程に操作角δｈに対する目標舵角δ^* の比δ^* ／δｈが小さくなるものとされる。これにより、操作角δｈに対する舵角δの比、すなわち操作部材１の操作量に対する車輪４の転舵量の比が車速Ｖに応じて変化するように操舵用アクチュエータ２が制御される。なお、その比δ^* ／δｈは車速Ｖに応じて変化するものに限定されず、例えば操作角に応じて変化してもよく、その比が変化するように操舵用アクチュエータ２が制御されるものであればよい。
【００１２】
制御装置２０は、駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を以下の式に基づき演算した目標操作反力Ｒ^* を発生するように制御する制御系を構成する。Ｒ^* ＝Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）＋Ｋａ・ｄ（δ^* −δ）／ｄｔ
すなわち制御装置２０は、第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）と第２の反力成分Ｋａ・ｄ（δ^* −δ）／ｄｔとの和に対応する目標操作反力Ｒ^* を演算する。ここで、（δ^* −δ）は検出操作角δｈに相関する上記演算した目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差、Ｋ（Ｖ）は比例定数であって検出車速Ｖの増減に応じて増減するように定められる。ｄ（δ^* −δ）／ｄｔは偏差（δ^* −δ）の変化速度、Ｋａは比例定数である。これにより、第１の反力成分は偏差（δ^* −δ）に比例すると共に検出車速Ｖの増減に応じて増減し、第２の反力成分は偏差の変化速度ｄ（δ^* −δ）／ｄｔに比例する。図２は、その偏差（δ^* −δ）と第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）と検出車速Ｖとの関係の一例を示す。
【００１３】
図３のフローチャートを参照して制御装置２０による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、検出車速Ｖと検出操作角δｈとから上記のように目標舵角δ^* を求め（ステップＳ２）、その目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ３）。また、検出車速Ｖと検出舵角δと演算した目標舵角δ^* とから上記のように目標操作反力Ｒ^* を演算し（ステップＳ４）、その目標操作反力Ｒ^* と検出操作トルクＴｈに対応する操作部材１の実操作反力との偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ５）。そして制御を終了するか否かを、例えば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Ｓ６）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００１４】
上記構成によれば、車輪４の目標舵角δ^* と実舵角δとの偏差は操舵用アクチュエータ１９の応答遅れに対応し、その応答遅れは車輪４と路面との間の摩擦に基づく。よって、その偏差に比例する第１の反力成分は車輪と路面との間の摩擦に対応するので、ドライバーに路面状態を認識させることができる。その車輪４の目標舵角δ^* と実舵角δとの偏差に比例する第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）は、車速Ｖの増減に相関して増減する。これにより、車速Ｖの増大時に車輪４と路面との間の摩擦が減少しても、その偏差に比例する第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）が小さくなるのを抑制できる。また、車速Ｖの減少時に車輪４と路面との間の摩擦が増大しても、その偏差に比例する第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）が大きくなるのを抑制できる。すなわち、その偏差に比例する第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）の車速変化による変動を抑制できる。さらに、その第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）の車速変化による変動を抑制できることにより、中立位置復帰方向への操作部材１の変位を、その偏差の変化速度に比例する第２の反力成分Ｋａ・ｄ（δ^* −δ）／ｄｔにより適正に抑制することが可能になる。その第１の反力成分Ｋ（Ｖ）・（δ^* −δ）の車速変化による変動の抑制と、第２の反力成分Ｋａ・ｄ（δ^* −δ）／ｄｔによる中立位置に戻る方向への操作部材１の変位の抑制とにより、操作部材１の振動を防止できる。
【００１５】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば図４の変形例に示すように、操作部材であるステアリングホイールＨが車輪（図示省略）に機械的に連結され、且つ、操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比を変化させることができる機構を備えた操舵装置１０１に本発明を適用してもよい。この変形例においては、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の回転は、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（図示省略）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、本変形例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。そのステアリングホイールＨの操作反力に対応する操作トルクとして入力シャフト１０２により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１４４が設けられている。また、そのステアリングホイールＨの中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられている。その操舵用アクチュエータ１３９の制御系と操作用アクチュエータ１１９の制御系を上記実施形態と同様の制御装置とセンサとにより構成することで、本発明を適用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置において、車輪と路面との間の摩擦に応じた反力を操作部材に作用させることでドライバーに路面状態を認識させ、しかも操作部材が振動するのを防止することで車両進行方向がドライバーの意図する方向から逸れるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の車両における目標舵角と検出舵角との偏差と第１の反力成分と検出車速との関係の一例を示す図
【図３】本発明の実施形態の車両の操舵装置における制御装置による制御手順を示すフローチャート
【図４】本発明の変形例の車両の操舵装置の構成説明図
【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
１１ 角度センサ
１３ 舵角センサ
１４ 速度センサ
１９、１１９ 操作用アクチュエータ
２０ 制御装置
１３９ モータ
Ｈ ステアリングホイール

Claims (1)

1. 操作部材と、
   その操作部材の操作に応じて駆動される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を検出する手段と、
   その車輪の転舵量を検出する手段と、
   その操作部材の検出操作量に相関する車輪の目標転舵量を予め定めた関係に基づき演算する手段と、
   その操舵用アクチュエータを、その目標転舵量と検出転舵量との偏差が低減されると共に操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比が変化するように制御可能な制御系と、
   その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータと、
   車速を検出する手段と、
   第１の反力成分と第２の反力成分との和に対応する目標操作反力を演算する手段と、
   その操作用アクチュエータを演算した目標操作反力を発生するように制御可能な制御系とを備え、
   その第１の反力成分は、その目標転舵量と検出転舵量との偏差に、検出車速の増加に応じて増加する定数を乗じたものとされ、
   その第２の反力成分は、その目標転舵量と検出転舵量との偏差の変化速度に比例するように設定され、
   車両走行時において、その目標転舵量と検出転舵量との偏差に対する第１の反力成分の比は、その偏差が一定値以下の場合はその一定値を超える場合よりも大きくされている車両の操舵装置。

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