JP4432601B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、後輪転舵機構を備えたステアリング装置の技術分野に属する。

従来のステアリング装置では、後輪転舵アクチュエータが作動限界に達したとき、作動角不足分を前輪転舵角で補うことにより、車両挙動が不連続となるのを防止している（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−７２０２４号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、作動角不足分を前輪転舵角で補うことで目標ヨーレートは得られるが、目標横加速度が得られず、車両応答特性の変化に伴い運転者に予期せぬ違和感を与えるという問題があった。

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、後輪転舵アクチュエータの作動限界領域において、運転者の予期せぬ違和感を抑制できるステアリング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、
後輪転舵機構を駆動する後輪転舵アクチュエータと、
ステアリング操舵角に応じた後輪転舵角指令値を算出する後輪転舵角指令値算出手段と、
を備えたステアリング装置において、
自車両の車速を検出する車速検出手段と、
運転者の操舵に必要な操舵力を変更する操舵力変更手段と、
前記後輪転舵角指令値が後輪転舵アクチュエータの作動限界閾値を超えたとき、操舵力変更手段に対し運転者に前記後輪転舵アクチュエータの作動限界を教えるような操舵力変更量を出力する操舵力変更制御手段と、
を備え、
前記操舵力変更制御手段は、前記操舵力変更量に基づいて、検出された車速が所定値より小さい場合には、操舵力をより重くし、検出された車速が前記所定値以上の場合には、操舵力をより軽くすることを特徴とする。

本発明のステアリング装置にあっては、操舵力が変更されることにより、運転者に後輪転舵アクチュエータの作動限界を教えることができるため、車両挙動の不連続と操舵力の変動が一致し、運転者の予期せぬ違和感を抑制できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３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のステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図であり、実施例１のステアリング装置は、ステアリングホイール１と、コラムシャフト２と、前輪転舵機構３と、前輪４，４と、後輪転舵機構５と、後輪６，６と、前輪転舵アクチュエータ７と、後輪転舵アクチュエータ８と、転舵コントローラ９と、操舵角センサ等のステアリング操舵角検出手段１０と、車輪速センサ等による車速検出手段１１と、電動パワーステアリングモータ等の操舵力変更手段１２を備えている。

前輪転舵機構３は、ステアリングホイール１からコラムシャフト２に入力された回転を、ラックアンドピニオンにより車両の横方向運動へ変換し、前輪４，４を転舵させる。また、後輪転舵機構５は、後輪転舵アクチュエータ８の入力を車両横方向運動に変換し、後輪６，６を転舵させる。

前輪転舵アクチュエータ７は、例えば、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸がコラムシャフト２に連結されている。この前輪転舵アクチュエータ７は、転舵コントローラ９からの前輪ACTR制御指令値（前輪転舵角指令値）に基づいて、前輪転舵角δfに対する操舵角θの比であるステアリングギア比（θ／δf）を可変に制御する。

後輪転舵アクチュエータ８は、前輪転舵アクチュエータ７と同様に、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸が後輪転舵機構５のラック軸と連結されている。この後輪転舵アクチュエータ８は、転舵コントローラ９からの後輪ACTR制御指令値（後輪転舵角指令値）に基づいて、後輪６，６の転舵角を可変に制御する。ここで、後輪転舵アクチュエータ８は、低速走行時には前輪４，４と逆相方向に転舵させ、旋回性能を向上させるように設定されている。一方、中・高速走行時には、前輪４，４と同相に転舵させ、走行安定性を向上させるように設定されている。

操舵力変更手段１２は、例えば、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸が前輪転舵機構３のラック軸と連結されている。この操舵力変更手段１２は、転舵コントローラ９からの制御指令に基づいて、ステアリングホイール１を操舵するときの操舵力を可変に制御する。

図２は、転舵コントローラ９の制御ブロック図であり、転舵コントローラ９は、前輪ACTR制御指令値計算手段（前輪転舵角制御手段）９ａと、後輪ACTR制御指令値計算手段（後輪転舵角指令値算出手段）９ｂと、後輪転舵角不足分計算手段（作動角不足分算出手段）９ｃと、指令値補正手段９ｄと、操舵力変更量演算手段（操舵力変更制御手段）９ｅと、を備えている。

前輪ACTR制御指令値計算手段９ａは、ステアリング操舵角検出手段１０からの操舵角情報と車速検出手段１１からの車体速情報とに基づいて、前輪転舵角指令値δfを算出し、前輪転舵アクチュエータ７に対し、前輪転舵角指令値δfを得る前輪ACTR制御指令値を出力する。

後輪ACTR制御指令値計算手段９ｂは、ステアリング操舵角検出手段１０からの操舵角情報と車速検出手段１１からの車体速情報とに基づいて、後輪転舵角指令値δrを算出し、後輪転舵アクチュエータ８に対し、後輪転舵角指令値δrを得る後輪ACTR制御指令値を出力する。

後輪転舵角不足分計算手段９ｃは、後輪ACTR制御指令値計算手段９ｂで算出された後輪転舵角指令値δrが、機械的もしくは制御的に決定された後輪転舵アクチュエータ８の作動最大値δmaxを超えているとき、その差分である作動角不足分δmrを算出する。

指令値補正手段９ｄは、後輪転舵角不足分計算手段９ｃで算出された作動角不足分δmrにゲインKを乗じた値を、前輪ACTR制御指令値に加算し、前輪ACTR制御指令値を補正する。

操舵力変更量演算手段９ｅは、後輪転舵角不足分計算手段９ｃにおいて、作動角不足分δmrが算出されたとき、車体速に応じた操舵力変更量を算出し、操舵力変更手段１２に対し、操舵力を変更する制御指令を出力する。ここで、操舵力の変更方向は、車体速Ｖが所定値より小さい低速走行時では操舵力をより重くし、車体速Ｖが所定値以上である高速走行時では操舵力をより軽くするように設定する。

次に、作用を説明する。
［操舵力変更制御処理］
図３は、実施例１の転舵コントローラ９で実行される操舵力変更制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、ステアリング操舵角検出手段１０からの操舵角θと、車速検出手段１１からの車体速Vを読み込み、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、操舵角θと車体速Vに応じた前輪転舵角指令値δfと後輪転舵角指令値δrを算出し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、ステップS2で算出された後輪転舵角指令値δrの絶対値が、機械的もしくは制御的に決定された最大値δmaxを超えるかどうかを判定する。YESの場合にはステップS4へ移行し、NOの場合にはリターンへ移行する。

ステップS4では、後輪転舵角指令値δrと最大値δmaxの差分として作動角不足分δmrを算出し、ステップS5へ移行する。

ステップS5では、車速に応じた操舵力変更量を算出し、ステップS6へ移行する。

ステップS6では、ステップS5で算出された操舵力変更量Tmを操舵力変更手段１２に出力し、リターンへ移行する。

すなわち、後輪転舵角指令値δrの絶対値が後輪転舵アクチュエータ８の作動最大値δmaxを超えている場合には、ステップS6において、車速Vに応じた操舵力変更量Tmが、操舵力変更手段１２に出力される。

［従来技術の問題点］
従来、前後輪操舵制御装置では、ヨーレートのみならず横加速度をも目標値通りに制御できる。その理由は、制御したい出力が２系統に対し、入力自由度も前輪／後輪と２系統備えているためである。

ところが、このような制御システムでは、後輪転舵角が不足した場合、２つの入力自由度のうち１つが不足するままにしておくと、２つの出力（ヨーレートと横加速度）が共に目標値から外れてしまうことになる。

そこで、特開２０００−７２０２４号公報に記載の技術では、図４に示すように、後輪転舵角が不足してしまうとき、２つの出力のうちヨーレートγを目標値と一致させるように前輪転舵角δfを修正している。

しかしながら、上記従来技術では、ヨーレートγが目標値から外れないようにできるものの、横加速度Ygの実際値が目標値とずれてしまうため、運転者に予期せぬ違和感を与えてしまう。特に、高速走行中、後輪の同相方向の不足後はヨーレートγを重視した制御とする場合、定常旋回からの追加操舵を行うと、運転者は前輪だけが対応するという感覚を受けやすい。また、低速走行時には、後輪転舵角が逆相方向に不足した場合、追加操舵に対して思ったほど旋回半径が小さくならないと感じやすい。

本来、このように車両応答特性が変化するときは、例えば路面μの変化や限界域でのタイヤ非線形特性の影響などにより現れる操舵力の変化と同様に、操舵力も変化するのが運転者にとって自然である。

［操舵力変更作用］
上記従来技術に対し、実施例１では、図５に示すように、後輪転舵角の不足が発生したときには、操舵力Tを変更することによって、運転者に後輪転舵アクチュエータ８の作動限界を教えることができるため、車両挙動の不連続と操舵力の変動が一致し、上記のような違和感を低減させることが可能となる。

このとき、操舵力の変化方向を、低速走行時には操舵力を重くする方向に変更するため、ラックストローク限界のような操舵感を演出でき、運転者が必要以上の操舵を行うことを防ぐことができる。また、高速走行時には操舵力を軽くする方向に変更するため、タイヤ横力の限界のような操舵感を演出でき、運転者が車両挙動上の不必要な追加操舵を行うのを防止できる。

なお、操舵力を変更する際の変化部分では、操舵力だけが急変やハンチングをしないように、適度な傾斜を持たせる、または切り増しと切り戻しでヒステリシスを持たせてもよい。

次に、効果を説明する。
実施例１のステアリング装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。

(1) 転舵コントローラ９は、後輪転舵角指令値δrが後輪転舵アクチュエータ８の作動最大値δmaxを超えたとき、操舵力変更手段１２に対し操舵力を変更する制御指令を出力する操舵力変更量演算手段９ｅを備えるため、運転者に後輪転舵アクチュエータ８の作動限界を教えることができるため、車両挙動の不連続と操舵力の変動とが一致し、運転者の予期せぬ違和感を抑制できる。

(2) 転舵コントローラ９は、検出された車体速Ｖが所定値より小さい低速走行時には、操舵力をより重くし、検出された車体速Ｖが所定値以上の高速走行時には、操舵力をより軽くするため、低速走行時にはラックストローク限界を演出でき、高速走行時にはタイヤ横力の限界を演出できる。よって、低速走行時と高速走行時とで運転者の必要以上の操舵を防止できる。

(3) 転舵コントローラ９は、後輪転舵角不足分計算手段９ｃで算出された作動角不足分δmrにゲインKを乗じた値を、前輪ACTR制御指令値に加算し、前輪ACTR制御指令値を補正する指令値補正手段９ｄを備えるため、後輪６，６の作動角不足分δmrを前輪転舵角δfで補うことができ、車両のヨーレートを目標値に近づけることができる。

実施例２は、作動角不足分δmrに応じて操舵力変更量Tmを変更する点で実施例１と異なり、構成については図１，２に示した実施例１と同じであるため、構成の説明は省略する。

次に、作用を説明する。
［作動角不足分に応じた操舵力変更作用］
図６に示すように、実施例２では、操舵力変更量演算手段９ｅにおいて、作動角不足分の絶対値|δmr|が大きくなるほど操舵力変更量Tmが大きくなるように設定されている。よって、後輪転舵角指令値δrと作動最大値δmaxとの差が操舵力変更量Tmに反映される。

次に、効果を説明する。
実施例２のステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)に加え、以下の効果が得られる。

(4) 後輪転舵角指令値δrと実際の後輪転舵角との差分である作動角不足分δmrを算出する後輪転舵角不足分計算手段９ｃを設け、操舵力変更量演算手段９ｅは、作動角不足分δmrに応じて操舵力変更量Tmを設定するため、後輪転舵角指令値δrと作動最大値δmaxとの差を操舵力Tとして運転者に知らせることができ、運転者に与える違和感をより低減できる。

実施例３は、後輪転舵角指令値δrが後輪転舵アクチュエータ８の作動限界付近にあるとき、後輪転舵角指令値δrを補正する点で実施例１と異なり、構成については図１，２に示した実施例１と同じであるため、構成の説明は省略する。

次に、作用を説明する。
［後輪転舵角指令値補正作用］
図７に示すように、実施例３では、後輪ACTR指令値計算手段９ｂにおいて、後輪転舵角指令値δrが作動最大値δmaxに近い所定値δaを超えたとき、ステアリング操舵角θに対する後輪転舵角の変化量が小さくなるように転舵角指令値δrを補正するため、所定値δaから作動最大値δmaxに至るまで、車両挙動を連続させることができる。

また、上記のように転舵角指令値δrを補正することにより、後輪転舵角指令値δrが作動最大値δmaxを超えたときの作動角不足分δmrを、実施例１，２の場合よりも小さくできるため、作動角不足分δmrに応じた操舵力変更量Tmを小さくでき、操舵力Tの急な変動を抑制できる。

次に、効果を説明する。
実施例３のステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)と実施例２の効果(4)に加え、以下の効果が得られる。

(5) 後輪ACTR指令値計算手段９ｂは、後輪転舵角指令値δrが後輪転舵アクチュエータ８の作動限界付近にあるとき、ステアリング操舵角θに対する後輪転舵角の変化量が小さくなるように後輪転舵角指令値δrを補正するため、車両挙動の不連続と操舵力の急な変動とを共に抑制でき、運転者に与える違和感をより低減できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１〜３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。

実施例２では、作動角不足分に比例して操舵角変更量を設定したが、操舵角変更量に非線形的な特性を持たせてもよい。

実施例１〜３では、ステアリングホイールと前輪転舵機構とがコラムシャフトを介して機械的に連結された構成を示したが、本発明のステアリング装置は、ステアリングホイールと前輪転舵機構とが機械的に切り離された、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムにも適用できるのは言うまでもない。

実施例１のステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図である。 転舵コントローラ９の制御ブロック図である。 実施例１の転舵コントローラ９で実行される操舵力変更制御処理の流れを示すフローチャートである。 従来技術の問題点を示す説明図である。 実施例１の操舵力変更作用を示す説明図である。 実施例２の操舵力変更作用を示す説明図である。 実施例３の操舵力変更作用を示す説明図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ コラムシャフト
３ 前輪転舵機構
４ 前輪
５ 後輪転舵機構
６ 後輪
７ 前輪転舵アクチュエータ
８ 後輪転舵アクチュエータ
９ 転舵コントローラ
１０ ステアリング操舵角検出手段
１１ 車速検出手段
１２ 操舵力変更手段

Claims (4)

1. 後輪転舵機構を駆動する後輪転舵アクチュエータと、
   ステアリング操舵角に応じた後輪転舵角指令値を算出する後輪転舵角指令値算出手段と、
   を備えたステアリング装置において、
   自車両の車速を検出する車速検出手段と、
   運転者の操舵に必要な操舵力を変更する操舵力変更手段と、
   前記後輪転舵角指令値が後輪転舵アクチュエータの作動限界閾値を超えたとき、操舵力変更手段に対し運転者に前記後輪転舵アクチュエータの作動限界を教えるような操舵力変更量を出力する操舵力変更制御手段と、
   を備え、
   前記操舵力変更制御手段は、前記操舵力変更量に基づいて、検出された車速が所定値より小さい場合には、操舵力をより重くし、検出された車速が前記所定値以上の場合には、操舵力をより軽くすることを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記後輪転舵角指令値と実際の後輪転舵角との差分である作動角不足分を算出する作動角不足分算出手段を設け、
   前記操舵力変更制御手段は、作動角不足分に応じて操舵力を変更することを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記後輪転舵角指令値算出手段は、後輪転舵角指令値が後輪転舵アクチュエータの作動限界付近にあるとき、ステアリング操舵角に対する後輪転舵角の変化量が小さくなるように後輪転舵角指令値を補正することを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
   前輪転舵機構を駆動する前輪転舵アクチュエータと、
   前記後輪転舵角指令値が後輪転舵アクチュエータの作動限界領域を超えたとき、前輪転舵アクチュエータに対し作動角不足分に応じた前輪転舵角を得る制御指令を出力する前輪転舵角制御手段と、
   を設けたことを特徴とするステアリング装置。

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