JP4287154B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵装置に関し、特に、ステアリングホイールとタイヤを駆動する転舵機構とが機械的に連結されていないステアバイワイヤ式の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の操舵装置として、ステアリングホイールとタイヤを駆動する転舵機構とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置（以下「ＳＢＷ操舵装置」という）が知られている。このＳＢＷ操舵装置では、ステアリングホイール等（ジョイスティックを含む）の操舵手段からの操作量に基づいてタイヤの目標舵角が算出され、この目標舵角とラック軸等に設けられたセンサから得られる実際のタイヤの実舵角とから、目標舵角に追従するように転舵機構の転舵輪駆動手段であるアクチュエータを作動させて、タイヤの舵角を制御する（例えば、特許文献１の段落００２１，図３等）。
【０００３】
上記のようなＳＢＷ操舵装置では、ステアリングホイールとタイヤを駆動する転舵機構とが機械的に連結されていないので、従来の一般的な操舵装置のようにタイヤが地面から受ける力による操舵の手応えを得ることができない。そこで、ステアリングホイールとタイヤを駆動する転舵機構とが機械的に連結されている従来の操舵装置と同様の操舵の手応えを運転者に与えるために、ステアリングホイールの軸部に反力アクチュエータを設け、これによって反力トルクを与えている。この反力トルクは運転者によるステアリングホイールの操作量に応じて与えられている。運転者は与えられた反力トルクに抗してステアリングホイールを操作し、操舵トルクを発生させる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１０８９１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、タイヤを駆動させるアクチュエータを制御する際には、目標舵角と実舵角とから、目標舵角に追従するように転舵機構のアクチュエータを作動させて、タイヤの舵角を制御する。そこで、操舵フィーリングをより良くするために、目標舵角と実舵角に加え、さらに運転者のステアリングホイールの操作による操舵トルクを用いて、タイヤの舵角を制御することが望まれている。
【０００６】
しかし、一般的にステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出装置は、複雑または高価なものが多い。また、反力アクチュエータに取付ける必要があるため、反力アクチュエータと操舵トルク検出装置によって装置の大きさが大きくなってしまう。そこで、操舵トルク検出装置を取付けなくても、操舵トルクを用いた制御を行うことが望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記要望に応え、操舵トルク検出装置を取付けることなしに、操舵トルクを用いた高度な制御をする操舵装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る操舵装置は、上記目的を達成するために、次の通り構成される。
【０００９】
第１の操舵装置（請求項１に対応）は、操舵部（ステアリングホイールまたはジョイスティック等、以下代表してステアリングホイールとする）と機械的に連結されることなく、運転者によるステアリングホイールの操作に応じて転舵輪であるタイヤを操舵機構を介して駆動する転舵輪駆動部と、ステアリングホイールに連結され、運転者によるステアリングホイールの操作に対して反力（ステアリングホイールの場合には反力トルク、ジョイスティックの場合には反力）を与える反力付与部（反力トルク発生用モータ）とを備える操舵装置であって、車速検出部と、転舵輪の実舵角を検知する舵角センサと、車速検出手段で検出された車速と舵角センサで検知された実舵角とに応じて反力付与部を駆動する信号を算出する反力トルク算出部と、反力付与部に流れる電流を検知する電流検知部と、電流に基づいて操作による推定操舵力（ステアリングホイールの場合には推定操舵トルク、ジョイスティックの場合には推定操舵力）を算出する推定操舵力算出部と、操舵部の操舵角を検知する操舵角センサと、操舵角センサで検知された操舵角に基づき目標舵角を算出する目標舵角算出部と、推定操舵力算出部で算出された推定操舵力と目標舵角算出部で算出された目標舵角とを加算する加算部と、を備え、転舵輪駆動部は加算部から出力される信号に基づき転舵輪を駆動するように構成される。
【００１０】
上記の操舵装置によれば、ステアリングホイールに連結された反力トルク発生用モータに流れる電流を検知することで、運転者のステアリングホイールの操作による操舵トルクを推定するので、高価である操舵トルク検出装置を設けることなく、操舵トルクを用いた高度な制御を行うことが可能となる。また、操舵トルク検出装置を設けないので、装置のレイアウトが行いやすい。また反力トルク発生用モータの駆動を車両の車速と転舵輪（タイヤ）の舵角（タイヤ位置）に応じて行うようにしたため、当該モータの回転に対向する運転者の操舵意思がモータ電流となって表れるという特性を有している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００１５】
図１は、本願発明に係るＳＢＷ操舵装置１０の全体構成を模式的に示す構成図である。ＳＢＷ操舵装置１０は、ステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１に連結された操舵軸１２に設けられた操舵角センサ１３ならびに反力トルク発生用モータ１４と、車速検出部１５と、転舵輪駆動部１６と、制御部２０とからなる。操舵軸１２は、図示しない車体等に回転自在に支持している。
【００１６】
操舵角センサ１３は、ロータリエンコーダ等を用いて、操舵軸１２の回転を検出することで、ステアリングホイール１１の所定位置からの操舵角（ハンドル角）に係る操舵角信号θを制御部２０へ供給するよう構成する。反力トルク発生用モータ１４は、ステアリングホイール１１に操舵反力トルクを与えるモータであり、モータに流れる電流を検知する電流検知部１４ａと図示しないギア機構等を備え、制御部２０から供給される反力トルクに係る反力トルク信号Ｍｈに応じた操舵反力トルクを与えるよう構成する。
【００１７】
車速検出部１５は、車速に係る車速信号Ｖを制御部２０へ供給する。転舵輪駆動部１６は、制御部２０から出力される転舵輪の舵角制御信号θｓに基づいて転舵輪を制御する。舵角センサ１６ａは、例えば転舵機構１９（図２参照）に設けられたラック軸のストロークセンサであり、検出したラック位置よりタイヤの舵角を検出する。
【００１８】
制御部２０は、操舵角センサ１３からの操舵角信号θ、電流検知部１４ａからの反力トルク発生用モータ１４に流れるモータ電流に係る電流信号Ｉ、車速検出部１５からの車速信号Ｖ、舵角センサ１６ａからの舵角信号θｇを受け、反力トルク発生用モータ１４へ反力トルク信号Ｍｈを、転舵輪駆動部１６へ舵角制御信号θｓを出力する。
【００１９】
図２は制御部２０を中心としたＳＢＷ操舵装置１０のブロック構成図である。制御部２０は操舵角センサ１３からの操舵角θからタイヤの目標舵角を算出する目標舵角算出部２１と、舵角センサ１６ａからの実舵角および目標舵角の偏差を算出する偏差演算部２２と、当該偏差に対して比例、積分、微分処理をするＰＩＤ制御器２３と、当該偏差とタイヤ位置（舵角）および車速に基づいたゲインマップ２４Ｇより反力トルクを算出する反力トルク算出部２４と、反力トルク発生用モータ１４に流れる電流より推定操舵トルクを算出する推定操舵トルク算出部２５と、ＰＩＤ処理された偏差と推定操舵トルクの和を算出する加算演算部２６とから構成される。反力トルク発生用モータ１４、転舵輪駆動部１６、制御部２０は電源１８から電力の供給を受け、動作する。
【００２０】
目標舵角算出部２１は、ステアリングホイール１１に連結された操舵軸１２に設けられた操舵角センサ１３から得られた操舵角からタイヤの目標舵角を算出する。ここで、目標舵角算出部２１は操舵角から目標舵角を算出するとしているが、車速やヨーレイトも用いて目標舵角を算出するように構成してもよい。このように構成することによって車両の挙動に応じた目標舵角を算出することが可能となる。
【００２１】
偏差演算部２２は、舵角センサ１６ａからの実際のタイヤの舵角である実舵角および目標舵角算出部２１で算出された目標舵角の偏差を算出する。実舵角と目標舵角の偏差は、ＰＩＤ制御器２３と反力トルク算出部２４へ供給される。ＰＩＤ制御器２３は、当該偏差に対して比例、積分、微分処理をし、処理後の信号を加算演算部２６へ供給する。
【００２２】
反力トルク算出部２４は車速に応じて出力デューティを決めるゲインマップ２４Ｇを備えている。図３はゲインマップ２４Ｇの一例を示す図である。縦軸がデューティで横軸がタイヤ位置（舵角）である。Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は車速であり、車速Ｖ１が一番大きい。反力トルク算出部２４は、ゲインマップ２４Ｇによって車速と舵角に応じてデューティを算出する。デューティは反力トルク発生用モータ１４へ供給される。
【００２３】
電流検知部１４ａで反力トルク発生用モータ１４に流れるモータ電流が検知される。検知されたモータ電流は推定操舵トルク算出部２５に供給される。推定操舵トルク算出部２５は、モータ電流をＩ、モータのモータトルク定数をＫ、減速ギア比をｍとすると、下記の式（１）に従って推定操舵トルクＴｍを算出する。
Ｔｍ＝Ｋ×Ｉ×ｍ ・・・（１）
【００２４】
算出された推定操舵トルクＴｍは加算演算部２６へ供給される。加算演算部２６では、ＰＩＤ制御器２３からの処理後の信号と推定操舵トルクＴｍの和が算出され、転舵輪駆動部１６へ舵角制御信号θｓを出力する。転舵輪駆動部１６は、舵角制御信号θｓに基づいて転舵機構１９を駆動し、タイヤ１７の舵角を制御する。
【００２５】
次に本実施形態に係るＳＢＷ操舵装置１０において行うことが可能となる反力トルク発生用モータ１４の異常検知方法について説明する。図４は、反力トルク発生用モータ１４の異常検知方法を説明するフロー図である。操舵角が一定となっているか否かが判断される（ステップＳ１０１）。操舵角が一定でない場合には、反力トルク発生用モータ１４が正常であると判断される（ステップＳ１０３）。操舵角が一定である場合には、推定操舵トルク、すなわち保舵力と閾値が比較される（ステップＳ１０２）。保舵力が閾値以下の場合には、反力トルク発生用モータ１４が正常であると判断される（ステップＳ１０３）。保舵力が閾値よりも大きい場合には、反力トルク発生用モータ１４が異常であると判断される（ステップＳ１０４）。
【００２６】
これにより、反力トルク発生用モータ１４が故障等で異常な状態となっていても、推定操舵トルクの値（電流検知部１４ａにより検出される電流値）を監視することにより、反力トルク発生用モータ１４の異常判断を行うことができる。
【００２７】
次に本実施形態に係るＳＢＷ操舵装置１０に操舵トルクを検出する操舵トルク検出装置を設けた場合に行うことが可能となる操舵トルク検出装置の異常検知方法について説明する。図５は、操舵トルク検出装置の異常検知方法を説明するフロー図である。ＳＢＷ操舵装置１０の操舵軸１２に設けた操舵トルク検出装置が運転者のステアリングホイールの操作による操舵トルクを検出する。この操舵トルクと上述した本実施形態において採用された、反力トルク発生用モータ１４に流れる電流より推定操舵トルク算出部２５で算出される推定操舵トルクとの偏差δを求める（ステップＳ２０１）。操舵トルクと推定操舵トルクとの偏差δと、閾値とを比較する（ステップＳ２０２）。操舵トルクと推定操舵トルクとの偏差δが閾値以下である場合には、操舵トルク検出装置が正常であると判断する（ステップＳ２０４）。操舵トルクと推定操舵トルクとの偏差δが閾値よりも大きい場合には、反力トルク発生用モータ１４に流れるモータ電流を検知する電流検知部１４ａが異常か否かが判断される（ステップＳ２０３）。電流検知部１４ａが異常である場合には、電流検知部１４ａの異常によって偏差δが閾値よりも大きかったと判断し、操舵トルク検出装置は正常であると判断する（ステップＳ２０４）。電流検知部１４ａが正常である場合には、操舵トルク検出装置は異常であると判断する（ステップＳ２０５）。操舵トルク検出装置が異常であるために、偏差δが閾値よりも大きかったと判断されたことになる。
【００２８】
操舵トルク検出装置を有する操舵装置において、本実施形態に示したように推定操舵トルクを算出し、この推定操舵トルクを常時、実際に検出した操舵トルクと比較することにより、不一致があった場合には、操舵トルク検出装置の異常として簡易に故障診断を行うことができる。
【００２９】
以上、本実施形態においては、操舵手段としてステアリングホイールの場合を説明したが、これに限らずジョイスティックの場合にも本願発明を適用することが可能である。この場合には、運転者によるジョイスティックの操作に対して反力を与える反力付与部に流れる電流を検知し、検知された電流に基づいて運転者のジョイスティックの操作による推定操舵力を算出する。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明の操舵装置によれば、ステアリングホイール（ジョイスティック）に連結された反力トルク発生用モータに流れる電流を電流検知部で検知し、この電流値に基づいて、運転者のステアリングホイール（ジョイスティック）の操作による操舵力を推定するので、高価である操舵力検出装置（ステアリングホイールの場合には操舵トルク検出装置）を設けることなく、操舵力を用いた高度な制御を行うことができる。また、操舵力検出装置を設けずに済むので、装置のレイアウトが行いやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る操舵装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【図２】制御部を中心とした操舵装置のブロック構成図である。
【図３】ゲインマップの一例を示す図である。
【図４】反力トルク発生用モータの異常検知方法を説明するフロー図である。
【図５】操舵トルク検出装置の異常検知方法を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１０ 操舵装置
１１ ステアリングホイール
１２ 操舵軸
１３ 操舵角センサ
１４ 反力トルク発生用モータ
１４ａ 電流検知部
１５ 車速検出部
１６ 転舵輪駆動部
１６ａ 舵角センサ
１７ タイヤ
２０ 制御部
２１ 目標舵角算出部
２２ 偏差演算部
２３ 制御器
２４ 反力トルク算出部
２４Ｇ ゲインマップ
２５ 推定操舵トルク算出部
２６ 加算演算部

Claims (1)

1. 操舵手段と機械的に連結されることなく、前記操舵手段の操作に応じて転舵輪を駆動する転舵輪駆動手段と、前記操舵手段に連結され、前記操舵手段にかかる操作に対して反力を与える反力付与手段とを備える操舵装置において、
   車速検出手段と、
   前記転舵輪の実舵角を検知する舵角センサと、
   前記車速検出手段で検出された車速と前記舵角センサで検知された実舵角とに応じて前記反力付与手段を駆動する信号を算出する反力トルク算出手段と、
   前記反力付与手段に流れる電流を検知する電流検知手段と、
   前記電流に基づいて前記操作による推定操舵力を算出する推定操舵力算出手段と、
   前記操舵手段の操舵角を検知する操舵角センサと、
   前記操舵角センサで検知された操舵角に基づき目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、
   前記推定操舵力算出手段で算出された推定操舵力と前記目標舵角算出手段で算出された目標舵角とを加算する加算手段と、を備え、
   前記転舵輪駆動手段は前記加算手段から出力される信号に基づき前記転舵輪を駆動することを特徴とする操舵装置。

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