JP7151307B2 - 操舵システム - Google Patents

Description

本開示は、油圧パワーステアリング（以下、「油圧パワステ」と呼ぶ）ユニットと電動モーターとを用いた車両の操舵システムに関する。

車両の車線内の走行維持や運転者の操舵操作の補助などの操舵支援を行うため、ステアリングホイールと車輪とを連結するステアリング機構に操舵トルクを付与する操舵システムを搭載した車両が知られている。この種の操舵システムとしては、操舵トルクを電動モーターによって付与する電動タイプのもの（特許文献１）や、油圧によって付与する油圧タイプのもの（特許文献２）がある。

トラックなどの大型車の操舵システムでは、操舵トルクを油圧とモーターとを併用して付与する場合がある。油圧とモーターとを併用するハイブリッド式の操舵システムでは、油圧によって十分な大きさの操舵トルクを付与するとともに、付与するトルクの大きさや操舵角の変動量をモーター制御によって精度良く調整することが可能となる。

ここで、トラックなどの大型車では、走行時の路面からのキックバックを抑えて運転者の操舵への負担を低減するため、中立位置でのステアリングホイール（ステアリング機構）にある程度の遊び（車輪と連動せずにステアリングホイールが回転する範囲）を持たせ、操舵に対する応答を抑えた設定がなされることが多い。実際上、この遊びは、油圧パワステユニットの油圧プールやトーションバネの設定によって調節されている。

特開平５－１５５３４３号公報 特開２００７－２６１５０６号公報

ところで、上述したようなステアリングホイール（ステアリング機構）にある程度の遊びを持たせた操舵システムでは、この遊びを補償するために、電動モーターに対して微分制御などの位相補償を施す場合が多い。しかしながら、このような位相補償を行うと、電動モーターが小刻みに動作することにより、電動モーターからステアリング機構及びステアリングホイールに高周波振動が伝導し、その結果、運転手に不快感を与えるおそれがある。

本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、電動モーターによる運転者の不快感を低減し得る操舵システムを提供する。

本開示の操舵システムの一つの態様は、
車輪とステアリングホイールとの間に設けられ、前記ステアリングホイールの回転に応じた操舵トルクを車輪に与える油圧パワーステアリングユニット及び電動モーターと、
前記油圧パワーステアリングユニット及び前記電動モーターを制御する制御部と、
前記電動モーターと前記ステアリングホイールとの間のステアリングシャフトの位置に設けられ、少なくとも前記電動モーターによる回転方向の振動の抑制を行う制振装置と、
を具備する。

本開示によれば、制振装置によって電動モーターによる回転方向の振動を抑制するので、電動モーターによるステアリングホイールへの振動が抑制され、電動モーターによる不快感を低減できる。

実施の形態に係る操舵システムの全体構成を示す概略図 制振装置のイメージを示す図 制振装置の締結状態を示す図 実施の形態の動作の説明に供するフローチャート 他の実施の形態の動作を示すフローチャート

以下、本開示の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本開示の実施の形態に係る操舵システムの全体構成を示す概略図である。操舵システム１００は、トラックなどの大型車に搭載される。

操舵システム１００は、ステアリングホイール１０１と、ステアリングシャフト１０２と、リンク機構１０３と、車輪１０４と、を有する。なお、リンク機構１０３には、ラック軸やタイロッドが含まれる。ステアリングホイール１０１と車輪１０４は、ステアリングシャフト１０２及びリンク機構１０３を介して機械的に連結され、車輪１０４は運転者によるステアリングホイール１０１の操舵操作（回転操作）に応じて転舵する。

また、操舵システム１００は、油圧パワステユニット１１１と電動モーター１１２と、操舵角センサー１１３と、磁極位置センサー１１４と、を有する。油圧パワステユニット１１１及び電動モーター１１２としては、種々の既知の構成を利用可能であり、特定の構成に限定されるものではない。以下ではその一例について述べる。

油圧パワステユニット１１１は、パワーシリンダ及びパワーピストンを有し、パワーシリンダの内部に供給される油圧が操舵制御部１２１によって制御される。パワーピストンは、パワーシリンダの内部を右操舵用シリンダ室と左操舵用シリンダ室とに区画する。右操舵用シリンダ室及び左操舵用シリンダ室の一方に作動油が流入すると、当該シリンダ室の油圧が高まり、パワーピストンが、一方のシリンダ室から他方のシリンダ室へ向かって移動し、その移動方向及び移動量に応じて、リンク機構１０３に含まれるタイロッドが作動されて車輪１０４が回転するとともに、リンク機構１０３に含まれるピニオンが車輪１０４と同方向に回転し、ピニオンの回転に応じた大きさの操舵トルクがリンク機構１０３に付与される。

電動モーター１１２は、ブラシレスモータ（三相ブラシレスモータ）によって構成されている。電動モーター１１２の回転軸（図示せず）は、直接又はギア（図示せず）を介してステアリングシャフト１０２に連結されている。電動モーター１１２は、操舵制御部１２１によって制御され、所望の操舵トルクを出力してステアリングシャフト１０２に付与する。磁極位置センサー１１４は、電動モーター１１２の磁極位置を検出して操舵制御部１２１へ出力する。

本実施の形態の操舵システム１００は、操舵トルクを油圧パワステユニット１１１と電動モーター１１２とを併用して付与する、いわゆるハイブリッド式の操舵システムとなっており、これにより、油圧パワステユニット１１１によって十分な大きさの操舵トルクを付与することができるとともに、付与する操舵トルクの大きさや操舵角の変動量をモーター制御によって精度良く調整することが可能となっている。

なお、操舵システム１００は、走行時の路面からのキックバックを抑えて運転者の操舵への負担を低減するため、中立位置でのステアリングホイール１０１にある程度の遊び（車輪１０４と連動せずにステアリングホイール１０１が回転する範囲）を持たせ、操舵に対する応答を抑えた設定がなされている。この遊びは、例えば油圧パワステユニット１１１の油圧プールやトーションバネの設定によって調節できる。ただし、遊びは、これ以外の方法で調節して付与するようにしてもよい。

操舵制御部１２１は、電動モーター１１２を微分制御することにより、ステアリングホイール１０１の遊びを位相補償する。ここで、電動モーター１１２を用いることにより、上述したように操舵トルクの大きさや操舵角の変動量を精度良く調整することが可能となるというメリットがある。加えて、電動モーター１１２によって遊びの位相補償を行うことにより、遊びによるバックラッシュの影響を低減できるというメリットがある。要するに、適度なハンドルの遊びは運転者が運転する際に負担を軽減するが、例えば自動操舵モード時にはステアリングホイール１０１の遊びは操舵制御系のむだ時間として作用するため、操舵制御系の応答性低下や車線変更時にオーバーシュートを生じる。これを考慮して、本実施の形態の操舵システム１００では、特に自動操舵時には、電動モーター１１２で遊びの位相補償を行うことにより、遊びによるバックラッシュの影響を低減するようになっている。

操舵角センサー１１３は、ステアリングシャフト１０２に設けられ、ステアリングシャフト１０２の操舵角（中立位置を基準とした回転角度）を逐次検出し、検出した操舵角を操舵制御部１２１へ出力する。

操舵制御部１２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などからなる記憶部と、を有する。記憶部には、ＣＰＵが各種処理を実行するための各種プログラムや各種データが記憶されている。各種プログラムには、操舵制御処理を実行するための操舵制御処理実行プログラムが含まれる。ＣＰＵは、操舵制御処理実行プログラムを実行することによって、油圧パワステユニット１１１及び電動モーター１１２を制御する。

また、操舵支援部１２２は、運転者の入力操作によって自動操舵モードが設定されると、自動操舵支援制御を実行する。自動操舵支援制御において、操舵支援部１１２は、例えば自車両に設けられた車載カメラ（図示せず）が撮像する走行方向前方の画像から道路に標示された区画線（白線）を検出し、自車両が走行する車線内における自車両の幅方向の位置が所定の目標位置となるように自車両を走行させるための目標操舵角を算出し、算出した目標操舵角を操舵制御部１２１へ出力する。操舵制御部１２１は、操舵角センサー１１３によって検出される操舵角が目標操舵角に近づくように、電動モーター１１２及び油圧パワステユニット１１１を制御する。

また、車線維持支援制御において、操舵支援部１２２は、自車両が目標位置から外れる場合に、目標位置に向けた方向へのトルクをステアリングシャフト１０２に付与する指示（操舵反力の発生指示）を操舵制御部１２１へ出力する。操舵制御部１２１は、操舵反力となるトルク（反力トルク）がステアリングシャフト１０２に付与されるように、電動モーター１１２及び油圧パワステユニット１１１を制御する。

かかる構成に加えて、操舵システム１００は、電動モーター１１２とステアリングホイール１０１との間のステアリングシャフト１０２の位置に、少なくとも電動モーター１１２による回転方向の振動を抑制する制振装置２００を有する。本実施の形態の場合、制振装置２００は、ステアリングシャフト１０２の回転方向に緩衝作用をもつロータリーダンパーにより構成されている。制振装置２００は、操舵制御部１２１によって制御される。

図２は、制振装置２００のイメージを示す図である。制振装置２００は、噛み合いクラッチ２０１のような構造により実現可能である。噛み合いクラッチ２０１を完全に締結せずに隙間を開け、ステアリングホイール１０１と電動モーター１１４の間に遊びを設ける。そして、その遊びをばね２０２とダンパー２０３によって接続することで、制振装置として動作させる。なお、図２では、便宜上スラスト方向のばね２０２とダンパー２０３とで表示しているが、実際には、制振装置２００は、回転方向のばねとダンパーとを有する構成とされており、回転方向に緩衝作用を持つ構成となっている。

制振装置２００は、動作モードのときには図２に示したように噛み合いクラッチ２０１が離れた状態となりステアリングシャフト１０２の回転方向に緩衝作用を生じさせる。これに対して、制振装置２００は、動作停止モードのときには図３に示したように噛み合いクラッチ２０１が完全に締結された状態となりステアリングシャフト１０２の回転方向に緩衝作用を生じさせない（つまり遊びが生じない）。

次に、本実施の形態の操舵システム１００の動作について説明する。

図４に示したように、操舵システム１００の操舵制御部１２１は、ステップＳ１１において自動操舵モードであると判断すると（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、ステップＳ１２に移って制振装置２００を制振モードに制御する。具体的には、図２に示したように噛み合いクラッチ２０１が離れた状態に制御することにより、ステアリングシャフト１０２の回転方向に緩衝作用を生じさせる制振モードとする。これにより、自動操舵モードにおいて、電動モーター１１２からステアリングシャフト１０２へと伝達する高周波振動を制振装置２００によって抑制し得、この結果、電動モーター１１２の回転方向の高周波振動に起因する運転手の不快感を低減し得る。

これに対して、操舵システム１００の操舵制御部１２１は、ステップＳ１１において自動操舵モードでない、つまり手動操舵モードと判断すると（ステップＳ１１；ＮＯ）、ステップＳ１３に移って制振装置２００を制振停止モードに制御する。具体的には、図３に示したように噛み合いクラッチ２０１を締結した状態に制御することにより、ステアリングシャフト１０２の回転方向に緩衝作用を生じさせないようにする。これにより、手動操舵モードにおいては、制振装置２００の遊びを無くすことで、運転手が違和感を感じないようにする。

つまり、本実施の形態では、自動操舵モード時には電動モーター１１２からのステアリングホイール１０１への振動の抑制を優先して制振装置２００を動作させ、一方、手動操舵モード時には運転者の操舵感を優先して制振装置２００の動作を停止させるようになっている。

なお、図４の動作例では、自動操舵モードか手動操舵モードかによって制振装置２００の作動状態を制御する場合について述べたが、電動モーター１１２の作動状態に応じて制振装置２００の作動状態を制御するようにしてもよい。

つまり、図５示したように、操舵システム１００の操舵制御部１２１は、ステップＳ２１において電動モーター１１２が作動していると判断すると（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、ステップＳ２２に移って制振装置２００を制振モードに制御する。これに対して、操舵システム１００の操舵制御部１２１は、ステップＳ２１において電動モーター１１２が作動していないと判断すると（ステップＳ２１；ＮＯ）、ステップＳ２３に移って制振装置２００を制振停止モードに制御する。

このようにすることで、電動モーター１１２の作動中に電動モーター１１２からステアリングシャフト１０２へと伝達する高周波振動を制振装置２００によって抑制し得るとともに、電動モーター１１２が作動中でないときには制振装置２００の動作も停止させることで制振装置２００による運転手の違和感を無くすことができるようになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、操舵システム１００は、電動モーター１１２とステアリングホイール１０１との間のステアリングシャフト１０２の位置に設けられ、少なくとも電動モーター１１２による回転方向の振動を抑制する制振装置２００を有することにより、電動モーター１１２により生じるステアリングシャフト１０２の回転方向への高周波振動に起因する運転手の不快感を低減できる。

特に、電動モーター１１２による回転方向の振動は、油圧パワステと電動モーターとを組み合わせたハイブリッド式の操舵システムにおいて、電動モーター１１２の位相補償によって遊びを補償するようなシステムに顕著に現れるので、上述の実施の形態の構成はこのような油圧パワステと電動モーターとを組み合わせたハイブリッド式の操舵システムに特に有効である。

上述の実施の形態は、本開示の操舵システムを実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示の操舵システムはその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本開示は、油圧パワステと電動モーターとを組み合わせたハイブリッド式の操舵システムに適用し得る。

１００ 操舵システム
１０１ ステアリングホイール
１０２ ステアリングシャフト
１０３ リンク機構
１０４ 車輪
１１１ 油圧パワステユニット
１１２ 電動モーター
１１３ 操舵角センサー
１１４ 磁極位置センサー
１２１ 操舵制御部
１２２ 操舵支援部
２００ 制振装置
２０１ 噛み合いクラッチ
２０２ ばね
２０３ ダンパー

Claims (5)

1. 車輪とステアリングホイールとの間に設けられ、前記ステアリングホイールの回転に応じた操舵トルクを車輪に与える油圧パワーステアリングユニット及び電動モーターと、
   前記油圧パワーステアリングユニット及び前記電動モーターを制御する制御部と、
   前記電動モーターと前記ステアリングホイールとの間のステアリングシャフトの位置に設けられ、少なくとも前記電動モーターによる回転方向の振動の抑制を行う制振装置と、
   を具備する操舵システム。
2. 前記制振装置は、
   自動操舵モードのときには回転方向の振動の抑制を行う制振モードとなり、かつ、手動操舵モードのときには回転方向の振動の抑制を停止する制振停止モードとなる、
   請求項１に記載の操舵システム。
3. 前記制御部は、
   前記電動モーターの作動状態に応じて前記制振装置の作動状態を制御する、
   請求項１に記載の操舵システム。
4. 前記制御部は、
   前記電動モーターを作動させるモードでは前記制振装置を制振モードとし、かつ、前記電動モーターを停止させるモードでは前記制振装置を制振停止モードとする、
   請求項３に記載の操舵システム。
5. 前記制振装置は、前記ステアリングシャフトの回転方向に緩衝作用をもつロータリーダンパーである、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の操舵システム。

Images