JP4605265B2

JP4605265B2 - 車両の操舵装置

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Publication number: JP4605265B2
Application number: JP2008188150A
Authority: JP
Inventors: 裕充景山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: EP2315690B1; US8504243B2; WO2010010441A1; US20110106382A1; EP2315690A1; JP2010023697A; CN102105342A; CN102105342B

Description

本発明は、運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの操作に対応して前輪を転舵させる前輪側転舵機構と、前記前輪の転舵に関連して後輪を転舵させる後輪側転舵機構とを備えた車両の操舵装置に関する。

前輪側と後輪側とがそれぞれ転舵可能な４輪転舵車両においては、車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるために、前後輪の転舵方向が車体の前後軸方向に向いていることが必要となる。すなわち、運転者によって操作される操舵ハンドルの操作位置が中立操作位置とされたとき、この操舵ハンドルの中立操作位置に対応して、前輪および後輪の転舵方向が車体の前後軸方向に向いていることが必要となる。したがって、車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるためには、車両の直進走行を適切に判定し、この判定に基づいて前輪および後輪の転舵方向を車体の前後軸方向に向かせることが重要となる。

この車両の直進走行判定に関し、例えば、下記特許文献１には、操舵角センサによって検出された操舵角の変化量が所定の小さな変化量以内であること、車速センサによって検出された車速が所定の車速以上であること、さらに、ラックバーに作用する軸力が所定の所定の小さな範囲以内であることの３つの条件が設定された判定時間継続して成立するときに、車両が直進状態であると判定することが示されている。

また、この車両の直進走行判定に関し、例えば、下記特許文献２には、各車輪速が零より大きく、左右の車輪の車輪速がほぼ等しく、さらに操舵トルクがほぼ零であれば、車両直進状態と判断することが示されている。
特開２００６−１０３３９０号公報特開２００３−２７６６３５号公報

ところで、４輪転舵車両においては、後輪側が若干転舵された状態であっても、運転者が操舵ハンドルを操作して、前輪側を後輪側に合わせて転舵させることにより、車両の進行方向と車体の前後軸方向とが若干の角度を有した状態で直進走行することができる。しかしながら、このように車両を直進走行させるためには、操舵ハンドルを中立操作位置と異なる操作位置で保舵する、すなわち、オフセンターした状態で保舵する必要があり、運転者は車両が直進走行しているにもかかわらず操舵ハンドルの中立操作位置がずれるという感覚的な違和感を覚える。このため、４輪転舵車両において発生し得る操舵ハンドルの中立操作位置のずれ、すなわち、オフセンターした状態を適切に補正する必要がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、前輪および後輪が転舵可能な車両において発生する操舵ハンドルの中立操作位置のずれを補正する車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルとシャフトを介して接続されて前輪を転舵させる前輪側転舵機構と、前記前輪の転舵に関連して後輪を転舵させる後輪側転舵機構とを備えた車両の操舵装置において、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記操舵ハンドルに対する操作力を検出する操作力検出手段と、前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量検出手段と、前記車速検出手段によって検出された車速が予め設定された所定の車速以上のときに、前記操作力検出手段によって検出された操作力が予め設定された所定の操舵力以下であり、かつ、前記変位量検出手段によって検出された変位量の変化量が予め設定された所定の変化量以下となる状態で予め設定された所定の時間以上継続すると、車両が直進走行していると判定する直進走行判定手段と、前記直進走行判定手段によって車両が直進走行していると判定されたときに、前記変位量検出手段によって検出された前記操舵ハンドルの変位量に対応する前記操舵ハンドルの操作位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための前記操舵ハンドルの中立操作位置と異なるか否かを判定する操作位置判定手段と、前記操作位置判定手段によって前記操舵ハンドルの操作位置が前記中立操作位置と異なると判定されたとき、前記操舵ハンドルの操作位置を前記中立操作位置に補正する操作位置補正手段とを備え、前記後輪側転舵機構が、前記後輪を転舵させるためのアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動による前記後輪の車体に対する相対的な転舵量を検出する転舵量検出手段とを備えており、前記操作位置補正手段を、前記変位量検出手段によって検出された前記操舵ハンドルの変位量と、前記前輪側転舵機構における前記操舵ハンドルの変位量と前記前輪の転舵量との間の比とを用いて、前記前輪の転舵量と一致する前記後輪の転舵量を算出する後輪転舵量算出手段と、前記後輪転舵量算出手段によって算出された前記転舵量に対応する前記後輪の転舵位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための中立転舵位置となるまで、前記転舵量検出手段によって検出された相対的な転舵量を用いて、前記アクチュエータを作動させるアクチュエータ作動制御手段とで構成したことにある。

また、本発明の他の特徴は、運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの操作に対応して前輪を転舵させる前輪側転舵機構と、前記前輪の転舵に関連して後輪を転舵させる後輪側転舵機構とを備えた車両の操舵装置において、前記操舵ハンドルに連結された第１軸と、前記前輪側転舵機構に連結された第２軸とを相対回転可能とし、前記前輪の転舵に対して前記操舵ハンドルを独立的に変位させるアクチュエータを設けて、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記操舵ハンドルに対する操作力を検出する操作力検出手段と、前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量検出手段と、前記車速検出手段によって検出された車速が予め設定された所定の車速以上のときに、前記操作力検出手段によって検出された操作力が予め設定された所定の操舵力以下であり、かつ、前記変位量検出手段によって検出された変位量の変化量が予め設定された所定の変化量以下となる状態で予め設定された所定の時間以上継続すると、車両が直進走行していると判定する直進走行判定手段と、前記直進走行判定手段によって車両が直進走行していると判定されたときに、前記変位量検出手段によって検出された前記操舵ハンドルの変位量に対応する前記操舵ハンドルの操作位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための前記操舵ハンドルの中立操作位置と異なるか否かを判定する操作位置判定手段と、前記直進走行判定手段によって車両が直進走行していると判定され、かつ、前記操作位置判定手段によって前記操舵ハンドルの操作位置が前記中立操作位置と異なると判定されたとき、前記アクチュエータの作動を制御して前記操舵ハンドルの操作位置を前記中立操作位置に補正する操作位置補正手段とを備えたことにもある。

これらによれば、車両の直進走行において、前輪と後輪とをそれぞれ操舵可能な４輪転舵車両に発生し得る操舵ハンドルのオフセンター状態を判定すると、この操舵ハンドルがオフセンターした状態を補正することができる。具体的には、まず、検出された車速が予め設定された所定の車速以上のときに、検出された操作力が予め設定された所定の操舵力以下であり、かつ、検出された変位量の変化量が予め設定された所定の変化量以下となる状態で予め設定された所定の時間以上継続していれば、車両が直進走行していると判定する。これにより、簡単な構成によって車両の直進走行を確実に判定することができる。

そして、車両が直進走行している状態で、操舵ハンドルの変位量に対応する操舵ハンドルの操作位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための操舵ハンドルの中立操作位置と異なるか否かを判定することによって、操舵ハンドルがオフセンターした状態であるか否かを判定することができる。このようにして、操舵ハンドルがオフセンターした状態であると判定されると、操舵ハンドルの操作位置を中立操作位置に戻して補正することができる。これにより、直進走行時における操舵ハンドルの操作位置を運転者の感覚に一致する中立操舵位置に戻すことができる、言い換えれば、操舵ハンドルのオフセンター状態を補正することができるため、運転者は違和感を覚えることがない。

ところで、４輪転舵車両は、操舵ハンドルがオフセンターした状態で直進走行しているときは、進行方向と車体の前後軸方向とが若干の角度を有して直進走行しており、前輪の転舵量と後輪の転舵量とは一致している。このため、操舵ハンドルの操作位置の補正は、操舵ハンドルの変位量と、前輪側転舵機構における操舵ハンドルの変位量と前輪の転舵量との比とを用いて前輪の転舵量すなわち後輪の転舵量を算出し、この算出された転舵量に対応する後輪の転舵位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための中立転舵位置となるまで、アクチュエータが後輪を転舵することによって行われる。

すなわち、後輪が中立転舵位置まで転舵された状態で車両を直進走行させるためには、前輪を後輪の中立転舵位置に対応する転舵位置（前輪側の中立転舵位置）に転舵させる必要がある。ここで、前輪を中立転舵位置に転舵させることは、操舵ハンドルの操作位置を中立操作位置に戻すことにより実現される。したがって、後輪を中立転舵位置まで転舵させることにより、操舵ハンドルのオフセンター状態を補正することができ、車両は直進走行することができる。これにより、運転者は違和感を覚えることがない。

また、４輪転舵車両においては、上述したように、進行方向と車体の前後軸方向とが若干の角度を有するものの直進走行することができる。このため、車両の操舵装置に対して操舵ハンドルに連結された第１軸と、前輪側転舵機構に連結された第２軸とを相対回転可能とし、前輪の転舵に対して操舵ハンドルを独立的に変位させるアクチュエータが設けられている場合には、アクチュエータの作動を制御して、前輪及び後輪を転舵させることなく操舵ハンドルの操作位置を中立操作位置に戻して補正することもできる。この場合、厳密には、車体の前後軸方向が進行方向に対して若干傾いて直進走行することになるが、この傾き量は操舵ハンドルのオフセンター状態に伴う変位量に比して小さい。したがって、操舵ハンドルのオフセンター状態を補正することにより、運転者は違和感を覚えることがない。

以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両の操舵装置が搭載された車両を概略的に示している。

この車両の操舵装置は、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１はステアリングシャフト１２の上端に固定され、ステアリングシャフト１２の下端は、例えば、ラックアンドピニオン機構を備えるとともに運転者による操舵ハンドル１１の回動操作をアシストするアシストモータを備えた前輪側転舵機構１３に接続されている。そして、前輪側転舵機構１３により、ステアリングシャフト１２の回転運動が車両左右方向の軸線方向運動に変換され、タイロッドおよびナックルアームを介して接続された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が左右に転舵されるようになっている。

また、この車両の操舵装置は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に関連して左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させることができる。このため、この車両の操舵装置は、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させるための回転駆動力を発生するアクチュエータとしての電動モータ１４と、この電動モータ１４の回転駆動によって左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させる後輪側転舵機構１５とを備えている。後輪側転舵機構１５は、周知のギア機構を有していて、電動モータ１４の回転を減速するとともにこの減速された回転運動を軸線方向運動に変換し、例えば、トーコントロールアームを介して左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２に接続されている。

これにより、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に応じて、すなわち、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に合わせて電動モータ１４が回転駆動し、後輪側転舵機構１５によって減速された回転が軸線方向運動に変換される。そして、この軸線方向運動がトーコントロールアームに伝達され、このトーコントロールアームに接続された左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２が左右に転舵されるようになっている。

次に、電動モータ１４の回転駆動を制御する電気制御装置２０について説明する。電気制御装置２０は、操舵角センサ２１、操舵トルクセンサ２２、後輪絶対角センサ２３、転舵量検出手段としての転舵量検出手段としての後輪相対角センサ２４および車速センサ２５を備えている。

操舵角センサ２１は、ステアリングシャフト１２に組み付けられていて、車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための操舵ハンドル１１の操作位置（以下、この操作位置を中立操作位置という）からの回転角を検出して操舵角θとして出力する。なお、操舵角センサ２１は、操舵ハンドル１１が中立操作位置（センター）にあるときに、操舵角θを「０」として出力する。操舵トルクセンサ２２も、ステアリングシャフト１２に組み付けられていて、運転者が操舵ハンドル１１に対して入力するトルクを操舵トルクTとして出力する。後輪絶対角センサ２３は、後輪側転舵機構１５に組み付けられていて、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の車体に対する絶対的な転舵量を検出して絶対転舵角δaとして出力する。後輪相対角センサ２４も、後輪側転舵機構１５に組み付けられていて、例えば、同機構１５を構成するラックバーの車体に対する相対的な軸線方向変位を検出し、この検出した相対的な軸線方向変位に基づき左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の相対的な転舵量を相対転舵角δrとして出力する。車速センサ２５は、車速Vを検出して出力する。

また、これらの各センサ２１〜２５は、電子制御ユニット２６に接続されている。電子制御ユニット２６は、ＣＰＵ、不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）、揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ）、タイマなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、後述するプログラムを含む各種プログラムを実行することにより、電動モータ１４の作動を制御する。このため、電子制御ユニット２６の出力側には、電動モータ１４を回転駆動させるための駆動回路２７が接続されている。駆動回路２７内には、電動モータ１４に流れる駆動電流を検出するための電流検出器２７ａが設けられている。そして、電流検出器２７ａによって検出された駆動電流は、電動モータ１４の回転駆動を制御するために、電子制御ユニット２６にフィードバックされている。

このように構成された車両においては、運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、この回動操作がステアリングシャフト１２を介して前輪側転舵機構１３に伝達され、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵される。これにより、車両は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に応じた態様で旋回することができる。また、低速域での車両の取り回し性を向上させるため、また、中・高速域での旋回状態における車両の挙動を安定させるために、電子制御ユニット２６は、図示しないプログラムを実行することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に合わせて左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の目標転舵量（目標転舵角）を計算し、この目標転舵量（目標転舵角）となるように左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵制御する。

ここで、電子制御ユニット２６は、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を目標転舵量（目標転舵角）まで転舵させるために、駆動回路２７を制御して電動モータ１４を回転駆動させる。この電動モータ１４の回転駆動制御において、電子制御ユニット２６は、後輪絶対角センサ２３によって検出された絶対転舵角δaを用いて左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させるための基準転舵位置（以下、この基準転舵位置を制御中立転舵位置という）を決定し、後輪相対角センサ２４によって検出された制御中立転舵位置からの転舵量に相当する相対転舵角δrを用いて左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を目標転舵量（目標転舵角）まで転舵させる。

ところで、後輪絶対角センサ２３は、例えば、運転者によってイグニッションスイッチが投入された時点で左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の後輪転舵角δaを検出するものであるが、前回までの車両の走行状況や角度検出状況によっては、絶対角である後輪転舵角δaを検出するための基準が変化する場合がある。そして、このように後輪絶対角センサ２３の検出基準が変化した状況では、上述した制御中立転舵位置が変化することになり、その結果、制御中立転舵位置と、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２が車両の進行方向と車両の前後軸方向とを一致させて直進走行させる転舵位置（以下、この転舵位置を絶対中立転舵位置という）とが異なる状態となる。すなわち、制御中立転舵位置と絶対中立転舵位置とが異なる状態では、運転者が操舵ハンドル１１を直進位置に保舵して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を直進位置（前輪側の中立転舵位置）に保持しても、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２は制御中立転舵位置と絶対中立転舵位置とのずれ量だけ転舵された状態となる。

このような状態であっても、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２と左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２がそれぞれ転舵可能な４輪転舵車両（所謂、４ＷＳ車両）においては、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることによって車両を直進走行状態に保つことができる。具体的には、図２に示すように、運転者は、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置と絶対中立転舵位置とのずれ量によって決定される車両の進行方向と一致するように、操舵ハンドル１１を回動操作して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させることによって、車両を直進状態に保つことができる。

しかし、この場合、車両は、図２に示すように、進行方向と車体の前後軸方向とが僅かに角度を有する走行状態（所謂、かに走り状態）で直進走行することになり、直進走行しているにもかかわらず、操舵ハンドル１１が回動した状態すなわち操舵ハンドル１１がオフセンターした状態となる。そして、このような直進走行状態（かに走り状態）における操舵ハンドル１１のオフセンター状態は通常の直進走行時の操舵ハンドル１１の中立操作位置と異なるため、運転者は違和感を覚える。

このため、電子制御ユニット２６は、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置を絶対中立転舵位置に補正（修正）し、操舵ハンドル１１の中立操作位置のずれ、すなわちオフセンター状態を補正するための中立操作位置補正プログラムを実行する。以下、この中立操作位置補正プログラムを、図３に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

運転者によってイグニッションスイッチが投入されると、電子制御ユニット２６は、ステップＳ１０にて中立操作位置補正プログラムの実行を開始する。そして、電子制御ユニット２６は、ステップＳ１１にて、車速センサ２５から検出車速Vを入力し、続くステップＳ１２にて、入力した車速Vが予め設定された所定の車速Voよりも大きいか否かを判定する。すなわち、電子制御ユニット２６は、入力した検出車速Vが所定の車速Voよりも大きければ、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１３以降の直進判定処理に進む。一方、電子制御ユニット２６は、入力した検出車速Vが所定の車速Vo以下であれば、「Ｎｏ」と判定してステップＳ２２に進み、プログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間の経過後、再び、ステップＳ１０にてプログラムの実行を開始する。

ステップＳ１３〜ステップＳ１９の各処理においては、電子制御ユニット２６は、車両が直進走行しているか否かを判定する。具体的に説明すると、電子制御ユニット２６は、ステップＳ１３にて操舵トルクセンサ２２から検出された操舵トルクTを入力し、続くステップＳ１４にて前記入力した操舵トルクTの絶対値が、実験的に予め設定される所定の小さなトルクToよりも小さいか否かを判定する。すなわち、電子制御ユニット２６は、入力した操舵トルクTの絶対値が所定のトルクToよりも小さければ、運転者によって操舵ハンドル１１が大きく回動操作されていない（言い換えれば、保舵されている）ため、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１５に進む。一方、入力した操舵トルクTの絶対値が所定のトルクTo以上であれば、運転者によって操舵ハンドル１１が積極的に回動操作されているために「Ｎｏ」と判定する。そして、電子制御ユニット２６は、直進判定を中止するためにステップＳ２２に進み、プログラムの実行を一旦終了する。

ステップＳ１５においては、電子制御ユニット２６は、操舵角センサ２１から検出された操舵角θを入力してステップＳ１６に進む。ステップＳ１６においては、前回の中立操作位置補正プログラムの実行により前記ステップＳ１５にて入力した操舵角θ（以下、この前回の操舵角を操舵角θ_n-1という）と、今回のプログラムの実行により前記ステップＳ１５にて入力した操舵角θ（以下、この今回の操舵角を操舵角θ_nという）との変化量Δθ（＝θ_n−θ_n-1）の絶対値が、実験的に予め設定される所定の小さな操舵角θoよりも小さいか否かを判定する。

すなわち、電子制御ユニット２６は、変化量Δθの絶対値が所定の操舵角θoよりも小さければ、運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されておらず保舵されているため、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１７に進む。一方、変化量Δθの絶対値が所定の操舵角θo以上であれば、運転者によって操舵ハンドル１１が積極的に回動操作されているために「Ｎｏ」と判定する。そして、電子制御ユニット２６は、直進判定を中止するためにステップＳ２２に進み、プログラムの実行を一旦終了する。

ステップＳ１７においては、電子制御ユニット２６は、前記ステップＳ１６が成立している状態、言い換えれば、操舵ハンドル１１の操舵角θがほぼ一定に保舵されている状態が継続している継続時間tをカウントアップする。そして、電子制御ユニット２６は、ステップＳ１８にて、前記ステップＳ１７にてカウントアップした継続時間tが予め設定された所定の時間toよりも大きいか否かを判定する。

すなわち、電子制御ユニット２６は、継続時間tが所定の時間toよりも大きければ、運転者によって操舵ハンドル１１が一定時間以上保舵されている状態であるため、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１９に進む。一方、継続時間tが予め設定された所定の時間to以下であれば、電子制御ユニット２６は、継続時間tが所定の時間toよりも大きくなるまで「Ｎｏ」と判定し続け、ステップＳ１１〜ステップＳ１７までの各処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１９においては、電子制御ユニット２６は、操舵トルクTの絶対値が所定のトルクToよりも小さく、かつ、操舵角θの変化が一定時間以上変化していないため、車両が直進状態にあると判定する。そして、電子制御ユニット２６は、続くステップＳ２０にて、前記ステップＳ１５にて入力した操舵角θが「０」でなければ、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２１に進み、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置を絶対中立転舵位置に補正する。一方、前記ステップＳ１５にて入力した操舵角θが「０」であれば、操舵ハンドル１１がオフセンターした状態ではない、すなわち、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置が既に絶対中立転舵位置となっているため、電子制御ユニット２６は「Ｎｏ」と判定してステップＳ２２に進み、プログラムの実行を一旦終了する。

ステップＳ２１においては、電子制御ユニット２６は、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置を絶対中立転舵位置に補正する。以下、この補正を具体的に説明する。

後輪絶対角センサ２３の検出基準が変化して制御中立転舵位置が変化した状態では、検出精度に優れた後輪相対角センサ２４を用いても、検出する後輪転舵角δrが制御中立転舵位置を基準に検出されるため、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵量（転舵角）、言い換えれば、制御中立転舵位置と絶対中立転舵位置とのずれ量を把握することができない。ところが、４ＷＳ車両においては、上述したように、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置が絶対中立転舵位置と異なる状況では、操舵ハンドル１１をオフセンター状態にして左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵量（転舵角）に合わせることによって直進走行することができる。

このことに基づき、電子制御ユニット２６は、オフセンター状態にある操舵ハンドル１１の操舵角θを操舵角センサ２１から入力し、この入力した操舵角θに基づき左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵量（転舵角）すなわち左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵量（転舵角）を算出する。そして、電子制御ユニット２６は、この算出した転舵量（転舵角）が「０」となるように、後輪相対角センサ２４からの後輪転舵角δrを用いて電動モータ１４を回転駆動させる。

具体的に説明すると、電子制御ユニット２６は、前記ステップＳ１５にて入力した操舵角θ、より具体的には、オフセンター状態にある操舵ハンドル１１の操舵角θを用いた下記式１に従って、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２すなわち左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵量（転舵角）Sを算出する。
S＝θ／D …式１
ただし、前記式１中のDは、前輪側転舵機構１３における操舵ハンドル１１と一体的に回転するステアリングシャフト１２の回転量（操舵角θ）と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵量（転舵角）との間の予め設定されたギア比を表す。

この算出した転舵量（転舵角）Sは、車両が直進走行している状態における絶対中立転舵位置と制御中立転舵位置との間のずれ量に相当するものである。このため、電子制御ユニット２６は、駆動回路２７を介して、電動モータ１４を回転駆動させ、算出した転舵量（転舵角）Sが「０」となるまで左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させる。このとき、電子制御ユニット２６は、後輪絶対角センサ２３の検出精度に比してより高精度な後輪相対角センサ２４によって検出された後輪転舵角δrを入力し、算出した転舵量（転舵角）Sが「０」となるまで左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させる。これにより、制御中立転舵位置と絶対中立転舵位置とを一致させて補正（修正）することができ、直進走行状態における左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵位置を絶対中立転舵位置に合わせることができる。そして、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵位置を絶対中立転舵位置に合わせることにより、直進走行状態における左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２も前輪側の中立転舵位置に合わせることができるため、操舵ハンドル１１をオフセンターした状態から中立操作位置（センター）に戻すことができる。

このように、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置を補正すると、電子制御ユニット２６は、ステップＳ２２に進み、プログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間の経過後、再び、ステップＳ１０にてプログラムの実行を開始する。

以上の説明からも理解できるように、この実施形態によれば、車両の直進走行において、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２と左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２とをそれぞれ操舵可能な４輪転舵車両に発生し得る操舵ハンドル１１のオフセンター状態を判定すると、操舵ハンドル１１がオフセンターした状態を補正することができる。具体的には、電子制御ユニット２６は、まず、検出された車速Vが予め設定された所定の車速Vo以上のときに、検出された操舵トルクTが予め設定された所定の操舵トルクTo以下であり、かつ、検出された操舵角θの変化量を表す変化量Δθが予め設定された所定の操舵角θo以下となる状態で予め設定された所定の時間to以上継続していれば、車両が直進走行していると判定することができる。これにより、簡単な構成によって車両の直進走行を確実に判定することができる。

そして、電子制御ユニット２６は、車両が直進走行している状態で、操舵ハンドル１１の操舵角θが車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための操舵ハンドル１１の中立操作位置を表す「０」と異なるか否かを判定することによって、操舵ハンドル１１がオフセンターした状態であるか否かを判定することができる。このようにして、操舵ハンドル１１がオフセンターした状態であると判定すると、電子制御ユニット２６は、操舵ハンドル１１の操作位置を中立操作位置に戻して補正することができる。

具体的には、４輪転舵車両は、操舵ハンドル１１がオフセンターして直進走行しているときは、進行方向と車体の前後軸方向とが若干の角度を有して、所謂かに走り状態で、直進走行しており、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角と左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵角とは一致している。このため、電子制御ユニット２６は、前記式１に従って、操舵ハンドル１１の操舵角θと、前輪側転舵機構１３における操舵ハンドル１１（ステアリングシャフト１２）の操舵角θと前輪の転舵量（転舵角）とのギア比Dとを用いて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵量すなわち左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の転舵量（転舵角）Sを算出する。そして、電子制御ユニット２６は、後輪相対角センサ２４によって検出される後輪転舵角δrに基づいて、算出された転舵量（転舵角）Sに対応する左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための絶対中立転舵位置となるまで、電動モータ１４を回転駆動制御して左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵することによって、操舵ハンドル１１のオフセンター状態を補正する。

すなわち、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２が絶対中立転舵位置まで転舵された状態で車両を直進走行させるためには、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の絶対中立転舵位置に対応する前輪側の中立転舵位置に転舵させる必要がある。ここで、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を中立転舵位置に転舵させることは、操舵ハンドル１１の操作位置を中立操作位置に戻すこと、具体的には、操舵角θを「０」とすることにより実現される。したがって、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を絶対中立転舵位置まで転舵させることにより、操舵ハンドル１１のオフセンター状態を補正することができ、車両は直進走行することができる。これにより、直進走行時における操舵ハンドル１１の操作位置を運転者の感覚に一致する中立操作位置に戻すことができる、言い換えれば、操舵ハンドル１１のオフセンター状態を補正することができるため、運転者は違和感を覚えることがない。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態においては、オフセンターとなっている操舵ハンドル１１を中立操作位置（センター）に補正するために、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の制御中立転舵位置を絶対中立転舵位置となるように補正するように実施した。これにより、車両の進行方向と車体の前後軸方向との向きを一致させて、操舵ハンドル１１のオフセンターを補正するようにした。

しかしながら、上述したように、４ＷＳ車両においては、上述したように、制御中立転舵位置と絶対中立転舵位置とが異なることによって左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２が転舵している状況であっても、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２に合わせて転舵させることにより、車両を直進走行させることができる。このため、車両の操舵装置において、ステアリングシャフト１２が操舵ハンドル１１側（第１軸）と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２側（第２軸）とに分割されていて、操舵ハンドル１１の操舵角θに対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角を可変とすることができるステアリングギア比可変機構（所謂、ＶＧＲＳ）を備えていたり、操舵ハンドル１１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２との機械的な連結が解除されたステアバイワイヤ機構を備えている場合には、車両が直進状態であると判定されたときに操舵ハンドル１１のみを中立操作位置に戻すようにすることも可能である。

このような、ステアリングギア比可変機構やステアバイワイヤ機構を備えた車両の操舵装置においては、アクチュエータによって操舵ハンドル１１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２とを独立的に作動させることができる。このため、操舵ハンドル１１のオフセンター状態を補正した場合には、車両は所謂かに走り状態で直進走行するものの、操舵ハンドル１１のオフセンター状態は補正される。なお、この場合、厳密には、車体の前後軸方向が進行方向に対して若干傾いて直進走行することになるが、この傾き角度は操舵ハンドル１１のオフセンターに伴う操舵角θに比して小さい。したがって、操舵ハンドル１１のオフセンター状態を補正することにより、運転者は違和感を覚えることがない。

本発明の実施形態に係る車両の操舵装置が搭載された車両の全体概略図である。後輪の制御中立転舵位置が絶対中立転舵位置からずれたときの車両の直進走行を説明するための図である。図１の電子制御ユニットにより実行される中立操作位置補正プログラムのフローチャートである。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪、ＲＷ１，ＲＷ２…左右後輪、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…前輪側転舵機構、１４…電動モータ（アクチュエータ）、１５…後輪側転舵機構、２０…電気制御装置（後輪転舵制御装置）、２１…操舵角センサ（変位量検出手段）、２２…操舵トルクセンサ（操作力検出手段）、２３…後輪絶対角センサ，２４…後輪相対角センサ（転舵量検出手段）、２５…車速センサ（車速検出手段）、２６…電子制御ユニット、２７…駆動回路、２７ａ…電流検出器

Claims

運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルとシャフトを介して接続されて前輪を転舵させる前輪側転舵機構と、前記前輪の転舵に関連して後輪を転舵させる後輪側転舵機構とを備えた車両の操舵装置において、
車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記操舵ハンドルに対する操作力を検出する操作力検出手段と、
前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量検出手段と、
前記車速検出手段によって検出された車速が予め設定された所定の車速以上のときに、前記操作力検出手段によって検出された操作力が予め設定された所定の操舵力以下であり、かつ、前記変位量検出手段によって検出された変位量の変化量が予め設定された所定の変化量以下となる状態で予め設定された所定の時間以上継続すると、車両が直進走行していると判定する直進走行判定手段と、
前記直進走行判定手段によって車両が直進走行していると判定されたときに、前記変位量検出手段によって検出された前記操舵ハンドルの変位量に対応する前記操舵ハンドルの操作位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための前記操舵ハンドルの中立操作位置と異なるか否かを判定する操作位置判定手段と、
前記操作位置判定手段によって前記操舵ハンドルの操作位置が前記中立操作位置と異なると判定されたとき、前記操舵ハンドルの操作位置を前記中立操作位置に補正する操作位置補正手段とを備え、
前記後輪側転舵機構が、
前記後輪を転舵させるためのアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動による前記後輪の車体に対する相対的な転舵量を検出する転舵量検出手段とを備えており、
前記操作位置補正手段を、
前記変位量検出手段によって検出された前記操舵ハンドルの変位量と、前記前輪側転舵機構における前記操舵ハンドルの変位量と前記前輪の転舵量との間の比とを用いて、前記前輪の転舵量と一致する前記後輪の転舵量を算出する後輪転舵量算出手段と、
前記後輪転舵量算出手段によって算出された前記転舵量に対応する前記後輪の転舵位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための中立転舵位置となるまで、前記転舵量検出手段によって検出された相対的な転舵量を用いて、前記アクチュエータを作動させるアクチュエータ作動制御手段とで構成したことを特徴とする車両の操舵装置。
運転者によって操作される操舵ハンドルと、この操舵ハンドルの操作に対応して前輪を転舵させる前輪側転舵機構と、前記前輪の転舵に関連して後輪を転舵させる後輪側転舵機構とを備えた車両の操舵装置において、
前記操舵ハンドルに連結された第１軸と、前記前輪側転舵機構に連結された第２軸とを相対回転可能とし、前記前輪の転舵に対して前記操舵ハンドルを独立的に変位させるアクチュエータを設けて、
車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記操舵ハンドルに対する操作力を検出する操作力検出手段と、
前記操舵ハンドルの変位量を検出する変位量検出手段と、
前記車速検出手段によって検出された車速が予め設定された所定の車速以上のときに、前記操作力検出手段によって検出された操作力が予め設定された所定の操舵力以下であり、かつ、前記変位量検出手段によって検出された変位量の変化量が予め設定された所定の変化量以下となる状態で予め設定された所定の時間以上継続すると、車両が直進走行していると判定する直進走行判定手段と、
前記直進走行判定手段によって車両が直進走行していると判定されたときに、前記変位量検出手段によって検出された前記操舵ハンドルの変位量に対応する前記操舵ハンドルの操作位置が車両の進行方向と車体の前後軸方向とを一致させて車両を直進走行させるための前記操舵ハンドルの中立操作位置と異なるか否かを判定する操作位置判定手段と、
前記直進走行判定手段によって車両が直進走行していると判定され、かつ、前記操作位置判定手段によって前記操舵ハンドルの操作位置が前記中立操作位置と異なると判定されたとき、前記アクチュエータの作動を制御して前記操舵ハンドルの操作位置を前記中立操作位置に補正する操作位置補正手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。