JP4349034B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置の技術分野に属する。

この種の従来技術としては、例えば、据え切り時や極低速での操舵時において、操舵速度が大きいときは操舵方向と反対方向に操舵反力を発生させ、操舵速度が小さいときは操舵反力の発生を解除することにより、操舵フィーリングの向上を図るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２２４号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、据え切り時や極低速での操舵時において、転舵輪を転舵させたときにタイヤ接地面の捩れ等の抗力が発生している場合、目標転舵角が変化しなくても、この抗力に対抗する力を転舵アクチュエータが発生し続ける。よって、操舵手段が操舵されていなくても、転舵アクチュエータに駆動電流が出力され続けるため、消費電力のロスや転舵アクチュエータの機能低下を招くおそれがある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、タイヤ接地面の捩れ等に起因する過剰な電力消費を削減できる車両用操舵装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、検出された操舵角と車速に基づいて反力アクチュエータの制御量を設定し、反力アクチュエータを制御する操舵制御手段と、検出された操舵角と車速に基づいて転舵アクチュエータの制御量を設定し、転舵アクチュエータを制御する転舵制御手段と、を備えた車両用操舵装置において、前記操舵手段へ入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を設け、前記操舵制御手段は、検出された操舵トルクが、転舵制御手段から転舵アクチュエータへ出力される制御量に応じた操舵反力と一致するように、反力アクチュエータの制御量を設定することを特徴とする。

本発明では、転舵制御手段から出力される制御量に応じて反力アクチュエータが駆動され、操舵手段に操舵反力を発生させる。すなわち、転舵アクチュエータへ制御量が出力されている間は、反力アクチュエータにより操舵反力が発生する。よって、ドライバが操舵手段から手を離すと、転舵制御手段から転舵アクチュエータへ制御量が出力されなくなったとき、すなわち、転舵アクチュエータの消費電流がほぼゼロとなる位置で操舵手段が停止するため、タイヤ接地面の捩れ等に起因する過剰な電力消費を削減できる。

以下に、本発明の車両用操舵装置を実施する最良の形態を、実施例１と実施例２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用操舵装置の構成図である。
実施例１の車両用操舵装置は、ステアリングホイール（操舵手段）１と、反力アクチュエータ２と、反力制御量検知センサ３と、操舵角センサ（操舵角検出手段）４と、操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）５と、転舵アクチュエータ８と、転舵制御量検知センサ（転舵制御量検出手段）９と、転舵角センサ１０と、制御装置（操舵制御手段，転舵制御手段）１１と、車速センサ（車速検出手段）１２を備えている。

前記操舵トルクセンサ５は、ステアリングホイール１と反力アクチュエータ２の間に発生する操舵トルクを検出する。操舵角センサ４は、ステアリングホイール１の操舵角を検出する。反力制御量検知センサ３は、反力アクチュエータ２の制御量を検出する。

前記転舵制御量検知センサ９は、転舵アクチュエータ８の制御量を検出する。転舵角センサ１０は、転舵輪６の転舵角を検出する。車速センサ１２は、車両の速度を検出する。これら各センサの出力は、制御装置１１へ入力される。

前記制御装置１１は、各センサの出力に基づいて、ステアリングホイール１に操舵反力を発生させる反力アクチュエータ２の制御量と、ステアリングギア７を駆動する転舵アクチュエータ８の制御量とを算出する。反力アクチュエータ２は、制御装置１１から供給される制御量に応じてステアリングホイール１へ操舵反力を出力する。同様に、転舵アクチュエータ８は、制御装置１１から供給される制御量に応じて、転舵輪６の転舵角を変化させる。

以上の構成により、実施例１の車両用操舵装置では、ドライバの操舵入力に対して任意に転舵角の特性を変更できる、いわゆるステアバイワイヤの機能を実現している。

図２は、車両用操舵装置の制御ブロック図である。
制御装置１１は、反力算出部１１ａと、転舵角算出部１１ｂと、反力ドライバ１１ｃと、転舵ドライバ１１ｄとを備えている。

操舵角センサ４および車速センサ１２の出力は、反力算出部１１ａおよび転舵角算出部１１ｂへ入力される。反力算出部１１ａの出力は、反力ドライバ１１ｄへ出力され、反力ドライバ１１ｃは、反力アクチュエータ２を駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。

前記反力制御量検知センサ３は、反力ドライバ１１ｃが反力アクチュエータ２へ出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、反力ドライバ１１ｃへフィードバックする。操舵トルクセンサ５の出力は、反力算出部１１ａへ入力される。転舵角算出部１１ｂの出力は、転舵ドライバ１１ｄへ出力され、転舵ドライバ１１ｄは、転舵アクチュエータ８を駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。この転舵ドライバ１１ｄの出力は、反力算出部１１ａにも入力される。

前記転舵制御量検知センサ９は、転舵ドライバ１１ｄが転舵アクチュエータ８へ出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、転舵ドライバ１１ｄへフィードバックする。転舵角センサ１０の出力は、転舵角算出部１１ｂに入力される。

反力算出部１１ａでは、車速センサ１２により検出された車速が、所定値（第１設定車速に相当）以下となった場合には、例えば、転舵ドライバ１１ｄの出力する制御量に比例した操舵反力など、転舵アクチュエータ８の制御量に応じた操舵反力を発生させる。

次に、作用を説明する。
［操舵反力算出制御処理］
図３は、制御装置１１の反力算出部１１ａにおいて実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップS300では、車両のイグニッションキースイッチのオンなどをトリガーとして、本システムが起動され、ステップS301へ移行する。

ステップS301では、車速センサ１２から車両の速度Vが入力され、ステップS302へ移行する。

ステップS302では、車速Vがあらかじめ決められた所定値（第１設定車速；例えば、２km/hなど）以下であるかどうかを判断する。YESの場合にはステップS303へ移行し、NOの場合にはS305へ移行する。

ステップS303では、転舵ドライバ１１ｄから出力される転舵アクチュエータ８への指令値を入力し、ステップS304へ移行する。
このステップでは、例えば転舵アクチュエータ８が回転モータ構造のような場合は、駆動電流に比例した操舵反力が出力されるので、転舵ドライバ１１ｄにおいて算出された指令電流iを入力する。

ステップS304では、転舵ドライバ１１ｄにおいて算出された指令電流iに応じた操舵反力Tを算出し、ステップS301へ移行する。
この場合、例えばT＝i×k（kは比例定数）といった比例出力としても良いし、i＝０でT＝０となり、かつiに対して単調増加であるような関係式で表される操舵反力を出力するようにしても良い。

ステップS305では、操舵角センサ４より、ドライバにより操舵されたステアリングホイール１の操舵角θを入力し、ステップS306へ移行する。

ステップS306では、車速Vとステアリングホイール１の操舵角θに応じた操舵反力Tを算出し、ステップS301へ移行する。
ここでは、あらかじめ車速Vと操舵角θの値から与える操舵反力をマップ化したものを記憶しておき、そのマップ上の値を出力しても良いし、車両の運動方程式と、ステアリングギア比（操舵角θ／転舵角δ）など車両固有のパラメータから、車速Vと操舵角θを用いて算出するようにしても良い。

［操舵反力算出制御作用］
停車または極低速で走行している場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS300→ステップS301→ステップS302→ステップS303→ステップS304へと進む流れとなる。すなわち、ステップS302において、車速Vが所定値以下であると判断され、ステップS303において、転舵ドライバ１１ｄから転舵アクチュエータ８へ出力される指令出力電流iが入力され、ステップS304において、指令出力電流iに応じた操舵反力Tが出力される。

中速または高速で走行している場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS300→ステップS301→ステップS302→ステップS305→ステップS306へと進む流れとなる。すなわち、ステップS302において、車速Vが所定値よりも大きいと判断され、ステップS305において、ステアリングホイール１の操舵角θが入力され、ステップS306において、操舵角θ，車速Vに応じた操舵反力Tが出力される。

以上説明したように、実施例１の車両用操舵装置にあっては、
・ステアリングホイール１を操舵して手を離したとき、ステアリングホイール１はほぼその操舵角で停止する。
・どの操舵角位置から左右どちらに操舵する場合も、同等の操舵反力が発生する。
・転舵輪６が転舵し始めたとき、操舵角によらず一定の操舵反力が発生する。
という制御仕様を満たすことができ、良好な操舵フィーリングが得られる。

また、転舵輪６の捩れ等により、ステアリングホイール１を操舵していなくても転舵アクチュエータ８が駆動している場合には、ステアリングホイール１から手を離したとき、転舵アクチュエータ８の消費電力がほぼゼロとなる位置でステアリングホイール１が停止するため、据え切り時や極低速の操舵時において、転舵輪６のタイヤ接地面の捩れ等に起因する過剰な電力消費を削減できる。

また、反力算出部１１ａは、転舵ドライバ１１ｄから転舵アクチュエータ８へ出力される制御量に比例した操舵反力Tを算出するため、車両が直進する操舵角から離れるに従って、徐々に操舵反力が大きくなり、ステアリングホイール１を車両が直進する操舵角に戻しやすい。

次に、実施例２について説明する。
実施例１では、転舵ドライバ１１ｄから転舵アクチュエータ８へ出力される制御量に基づいて反力アクチュエータ２の制御量を算出したのに対し、実施例２では、転舵アクチュエータ８へ出力された制御量に基づいて反力アクチュエータ２の制御量を算出する点で異なる。

すなわち、実施例１では、同一制御周期の転舵アクチュエータ８の制御量に基づいて、反力アクチュエータ２の制御量を設定したが、実施例２では、１制御周期前の転舵アクチュエータ８の制御量に基づいて、反力アクチュエータ２の制御量を設定する。

図４は、車両用操舵装置の制御ブロック図である。
操舵角センサ４および車速センサ１２の出力は、反力算出部１１ａおよび転舵角算出部１１ｂに入力される。反力算出部１１ａの出力は、反力ドライバ１１ｄへ出力され、反力ドライバ１１ｃは、反力アクチュエータ２を駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。

前記反力制御量検知センサ３は、反力ドライバ１１ｃが反力アクチュエータ２へ出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、反力ドライバ１１ｃへフィードバックする。操舵トルクセンサ５の出力は、反力算出部１１ａへ入力される。転舵角算出部１１ｂの出力は、転舵ドライバ１１ｄへ出力され、転舵ドライバ１１ｄは、転舵アクチュエータ８を駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。転舵制御量検知センサ９は、転舵ドライバ１１ｄが出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、転舵ドライバ１１ｄへフィードバックする。また、転舵制御量検知センサ９の検出値は、反力算出部１１ａへも入力される。

前記転舵角センサ４の出力は、転舵角算出部１１ｂへ入力される。反力算出部１１ａでは、車速が所定値以下になった場合には、例えば転舵ドライバ１１ｄの出力値に比例した操舵反力など、転舵制御量検知センサ９の検出値に応じた操舵反力を発生させる。

次に、作用を説明する。
［操舵反力算出制御処理］
図５は、制御装置１１の反力算出部１１ａにおいて実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップS500では、車両のイグニッションキースイッチのオンなどをトリガーとして、本システムが起動され、ステップS500へ移行する。

ステップS501では、転舵制御量検知センサ９の検出値を入力し、ステップS502へ移行する。例えば、実施例１の例に倣うと、転舵アクチュエータ８への出力ハーネス内に設置された電流センサの検出値などが用いられる。

ステップS502では、図３のS304と同様の処理を実行して操舵反力T1（極低速域反力アクチュエータ制御量に相当）を算出し、ステップS503へ移行する。

ステップS503では、車速センサ１２より車速Vを、操舵角センサ４よりステアリングホイール１の操舵角θを入力し、ステップS504へ移行する。

ステップS504では、図３のS306と同様の処理を実行して操舵反力T2（中速域反力アクチュエータ制御量に相当）を算出し、ステップS505へ移行する。

ステップS505では、下記の式(1)から、車速Vに応じて、操舵反力Tを算出し、ステップS501へ移行する。
T＝ｋ₁×T1＋ｋ₂×T2 …(1)
ここで、ｋ₁，ｋ₂は、車速Vに応じた操舵反力T1，T2のゲインである。

図６（ａ）に示すように、T1のゲインｋ₁は、車速ゼロから第１設定車速V1までは１、第１設定車速V1から第２設定車速V2までは徐々に小さくなり、第２設定車速V2以上ではゼロに設定されている。

一方、図６（ｂ）に示すように、T2のゲインｋ₂は、車速ゼロから第１設定車速V1まではゼロ、第１設定車速V1から第２設定車速V2までは徐々に大きくなり、第２設定車速V2以上では１に設定されている。

［操舵反力算出制御作用］
停車または極低速で走行している場合には、図６のステップS505において、T1が操舵反力Tとして出力される。また、中速または高速で走行している場合には、図６のステップS505において、T2が操舵反力Tとして出力される。

極低速域と中速域の間の車速域で走行している場合には、図６のステップS505において、ｋ₁×T1＋ｋ₂×T2が操舵反力Tとして出力される。すなわち、車速Vが大きくなるに従って、操舵トルクTに占めるT1の配分比率が、T2の配分比率よりも徐々に小さくなる。

以上説明したように、実施例２の車両用操舵装置にあっては、極低速と中速の間の車速域で走行している場合、車速Vが大きくなるに従って、操舵反力Tに対するT1の配分比率をT2の配分比率よりも徐々に小さくするため、車速域が変化しても、T1からT2へ滑らかに変化させながら操舵反力Tを移行させることができる。

また、停止時または極低速以外では、
・どんな操舵角でも、ドライバがステアリングホイール１から手を離せば車両が直進する操舵角に戻るように操舵反力が発生する。
・車両が直進する操舵角から離れる操舵の操舵反力は大きいが、車両が直進する操舵角へ戻す操舵の操舵反力は小さい。
・車両が直進する操舵角から離れるに従って、徐々に操舵反力が大きくなる。
という制御仕様を満たすことができ、良好な操舵フィーリングが得られる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施する最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１，２では、操舵制御手段（反力算出部１１ａ，反力ドライバ１１ｃ）と転舵制御手段（転舵角算出部１１ｂ，転舵ドライバ１１ｄ）を制御装置１１内に設けたが、これら制御手段を別々に設けても良い。

車両用操舵装置の構成図である（実施例１）。 車両用操舵装置の制御ブロック図である（実施例１）。 制御装置で実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートである（実施例１）。 車両用操舵装置の制御ブロック図である（実施例２）。 制御装置で実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートである（実施例２）。 車速に対する操舵反力T1，T2の各ゲインｋ₁，ｋ₂の特性図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ 反力アクチュエータ
３ 反力制御量検知センサ
４ 操舵角センサ
５ 操舵トルクセンサ
６ 転舵輪
７ ステアリングギア
８ 転舵アクチュエータ
９ 転舵制御量検知センサ
１０ 転舵角センサ
１１ 制御装置
１１ａ 反力算出部
１１ｂ 転舵角算出部
１１ｃ 反力ドライバ
１１ｄ 転舵ドライバ
１２ 車速センサ

Claims (5)

1. 転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと機械的に連結されていない操舵手段と、
   この操舵手段に操舵反力を与える反力アクチュエータと、
   前記操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   自車速を検出する車速検出手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて反力アクチュエータの制御量を設定し、反力アクチュエータを制御する操舵制御手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて転舵アクチュエータの制御量を設定し、転舵アクチュエータを制御する転舵制御手段と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記操舵手段へ入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を設け、
   前記操舵制御手段は、検出された操舵トルクが、転舵制御手段から転舵アクチュエータへ出力される制御量に応じた操舵反力と一致するように、反力アクチュエータの制御量を設定することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと機械的に連結されていない操舵手段と、
   この操舵手段に操舵反力を与える反力アクチュエータと、
   前記操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   自車速を検出する車速検出手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて反力アクチュエータの制御量を設定し、反力アクチュエータを制御する操舵制御手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて転舵アクチュエータの制御量を設定し、転舵アクチュエータを制御する転舵制御手段と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記操舵制御手段は、検出された車速が、あらかじめ設定された第１設定車速以下であるとき、転舵制御手段から転舵アクチュエータへ出力される制御量に基づいて、反力アクチュエータの制御量を設定することを特徴とする車両用操舵装置。
3. 転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと機械的に連結されていない操舵手段と、
   この操舵手段に操舵反力を与える反力アクチュエータと、
   前記操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   自車速を検出する車速検出手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて反力アクチュエータの制御量を設定し、反力アクチュエータを制御する操舵制御手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて転舵アクチュエータの制御量を設定し、転舵アクチュエータを制御する転舵制御手段と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記転舵アクチュエータの制御量を検出する転舵制御量検出手段を設け、
   前記操舵制御手段は、検出された操舵トルクが、検出された転舵アクチュエータの制御量に応じた操舵反力と一致するように、反力アクチュエータの制御量を設定することを特徴とする車両用操舵装置。
4. 転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと機械的に連結されていない操舵手段と、
   この操舵手段に操舵反力を与える反力アクチュエータと、
   前記操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   自車速を検出する車速検出手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて反力アクチュエータの制御量を設定し、反力アクチュエータを制御する操舵制御手段と、
   検出された操舵角と車速に基づいて転舵アクチュエータの制御量を設定し、転舵アクチュエータを制御する転舵制御手段と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記転舵アクチュエータの制御量を検出する転舵制御量検出手段を設け、
   前記操舵制御手段は、検出された車速が、あらかじめ設定された第１設定車速以下であるとき、検出された転舵アクチュエータの制御量に応じて、反力アクチュエータの制御量を設定することを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項２または請求項４に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵制御手段は、
   検出された車速が、第１設定車速よりも大きく、かつ、第１設定車速よりも大きな第２設定車速よりも小さいとき、検出された操舵角と車速に基づいて設定した中速域反力アクチュエータ制御量と、検出された転舵アクチュエータの制御量に基づいて設定した極低速域反力アクチュエータ制御量の加算値から、反力アクチュエータの制御量を設定し、
   検出された車速が第１設定車速から第２設定車速へ近づくに従って、設定する反力アクチュエータの制御量に対する極低速域反力アクチュエータ制御量の配分比率を、中速域アクチュエータ制御量の配分比率よりも徐々に小さくすることを特徴とする車両用操舵装置。

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