JPH10218001A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 違和感を生じない自然な操舵感覚を有する車
両用操舵装置の提供。 【解決手段】 車輪１０の向きを変える舵取機構１に機
械的に連結されていない操舵手段２と、操舵手段２の操
舵角を検出する操舵角検出手段３３と、操舵手段２に中
立位置へ向かう反力を付与する反力付与手段３とを備
え、操舵角検出手段３３が検出した操舵角に応じて、舵
取機構１の舵角を増減制御する車両用操舵装置。操舵角
検出手段３３が検出した操舵角の中立位置を含む所定範
囲に、反力付与手段３が反力を付与しない不感帯を設定
する設定手段４を備える構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転者の操作に応
じて車両を操向させるための車両用操舵装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】車両の操舵は、車室の内部に配された操
舵手段の操作、例えば、ステアリングホイールの回転
を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために
車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。近年
においては、舵取機構の中途に油圧シリンダ、電動モー
タ等の操舵補助用のアクチュエータを配し、このアクチ
ュエータを、操舵のためにステアリングホイールに加え
られる操作力の検出結果に基づいて駆動して、ステアリ
ングホイールの回転に応じた舵取機構の動作を、アクチ
ュエータの発生力により補助し、操舵のための運転者の
労力負担を軽減する構成とした動力操舵装置（パワース
テアリング装置）が広く普及している。

【０００３】ところが、このような従来の車両用操舵装
置においては、操舵手段であるステアリングホイールと
舵取機構との機械的な連結が必要であり、車室の内部に
おけるステアリングホイールの配設位置が車室外での舵
取機構との連結が可能な位置に限定されるという問題が
あり、また、連結可能にステアリングホイールが配設さ
れた場合であっても、連結の実現のために複雑な連結構
造を要し、車両の軽量化、組立て工程の簡素化を阻害す
る要因となっている。

【０００４】例えば、実公平２−２９０１７号公報に
は、このような問題の解消を目的としたリンクレスのパ
ワーステアリング装置である車両用の操舵装置が開示さ
れている。この車両用の操舵装置は、ステアリングホイ
ールを舵取機構から切り離して配し、また、動力操舵装
置における操舵補助用のアクチュエータと同様に、舵取
機構の中途に舵取り用のアクチュエータとしての電動モ
ータを配してなり、この電動モータを、ステアリングホ
イールの操作方向及び操作量の検出結果に基づいて駆動
することにより、ステアリングホイールの操作に応じた
舵取りを行わせる構成となっている。

【０００５】舵取機構に機械的に連結されないステアリ
ングホイールには、モータを備えた反力アクチュエータ
が付設されている。反力アクチュエータは、車速及びス
テアリングホイールの操舵角の検出結果に基づいて前記
モータを駆動することにより、ステアリングホイールに
中立位置へ向かう反力を加える。この反力は、縦軸−横
軸に、車速毎に、反力指示トルク−舵角を取った特性図
である図４に示すように、車速の高低及び操舵角の大小
に応じて大小となる特性を有する。このような車両用操
舵装置等では、この反力に抗してステアリングホイール
に加えられるトルクを検出し、この検出結果に応じて舵
取り用の電動モータのモータ電流を増減させ、この電動
モータが発生する操舵力を増減させる。これにより、ス
テアリングホイールと舵取機構とが機械的に連結された
一般的な車両用操舵装置（連結型の操舵装置）と同様の
感覚での操舵を行わせ得るようにしてある。

【０００６】以上のように構成された分離型の車両用操
舵装置は、ステアリングホイールの配設自由度の増加、
車両の軽量化等の前述した目的に加え、レバー、ペダル
等、ステアリングホイールに代わる新たな操舵手段の実
現、及び路面上の誘導標識の検出、衛星情報の受信等の
走行情報に従う自動運転システムの実現等、将来におけ
る自動車技術の発展のために有用なものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４は、上述したよう
に、縦軸−横軸に、車速毎に、反力指示トルク−舵角を
取った特性図であり、ステアリングホイールに加える反
力は、車速の高低及び操舵角の大小に応じて増減制御さ
れることを示している。しかし、操舵角の中立位置は、
操舵動作の中で推定されるようになっており、必ずしも
固定されないため、このように反力を操舵角の中立位置
（推定位置）でその方向を切り換えると、真の中立位置
でない位置で反力の方向が切り換わり、運転者に違和感
を与えることが起こり得る。また、反力の方向が中立位
置の１点で切り換わり、反力の方向が急変すると、ステ
アリングホイールの動きが円滑でなくなり、違和感を与
える可能性がある。一方、高速走行時にステアリングホ
イールの回転が軽いのは操舵感が良くないため、高速走
行時は常時、反力を加えておく方がよい。

【０００８】ステアリングホイールに生じる違和感を解
消するものとしては、操舵トルクに対するアシストトル
クの不感帯を車速の増加に従って広げる、特開昭６１−
８１８６６号公報に開示された電動式パワーステアリン
グ装置があるが、これは、アシストトルクの不感帯の幅
を拡縮するものであり、また、リンクレスのパワーステ
アリング装置ではないので、反力を必要としていない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、
違和感を生じない自然な操舵感覚を有する車両用操舵装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明に係る
車両用操舵装置は、車輪の向きを変える舵取機構に機械
的に連結されていない操舵手段と、該操舵手段の操舵角
を検出する操舵角検出手段と、前記操舵手段に中立位置
へ向かう反力を付与する反力付与手段とを備え、前記操
舵角検出手段が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構
の舵角を増減制御する車両用操舵装置において、前記操
舵角検出手段が検出した操舵角の中立位置を含む所定範
囲に、前記反力付与手段が反力を付与しない不感帯を設
定する設定手段を備えることを特徴とする。

【００１０】この車両用操舵装置では、設定手段が、操
舵角検出手段が検出した操舵角の中立位置を含む所定範
囲に、反力付与手段が反力を付与しない不感帯を設定す
る。これにより、操舵角の中立位置（推定位置）を不感
帯内に吸収することができるので、真の中立位置でない
位置で反力の方向が切り換わることがなく、また、ステ
アリングホイールの動きが円滑になり、違和感を生じな
い自然な操舵感覚を有する車両用操舵装置を実現でき
る。

【００１１】第２発明に係る車両用操舵装置は、車両の
走行速度を検出する車速検出手段を備え、前記設定手段
は、該車速検出手段が検出した走行速度に応じて前記不
感帯の幅を増減する手段を備えることを特徴とする。

【００１２】この車両用操舵装置では、車速検出手段が
車両の走行速度を検出し、設定手段における増減する手
段がこの検出した走行速度に応じて、操舵角の、反力付
与手段が反力を付与しない不感帯の幅を増減する。これ
により、ステアリングホイールの回転が軽いのは危険で
ある高速走行時には、違和感を生じない程度に不感帯の
幅を狭くすることができ、違和感を生じない自然な操舵
感覚を有する車両用操舵装置を実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る
車両用操舵装置の全体構成を示すブロック図である。こ
の車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された
一対の舵取り用の車輪１０，１０に舵取り動作を行わせ
るための舵取機構１と、舵取機構１から切り離して配さ
れた操舵手段であるステアリングホイール２と、ステア
リングホイール２に反力を付与する反力アクチュエータ
３と、マイクロプロセッサを用いてなる操舵制御部４と
を備え、ステアリングホイール２の操作に応じた操舵制
御部４の動作により、舵取機構１の中途に配した操舵モ
ータ５を駆動し、舵取機構１を作動させる構成となって
いる。

【００１４】舵取機構１は、公知のように、車体の左右
方向に延設されて軸長方向に摺動する操舵軸１１の両端
部と、車輪１０，１０を支持するナックルアーム１２，
１２とを、各別のタイロッド１３，１３により連結し、
操舵軸１１の両方向への摺動によりタイロッド１３，１
３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、車
輪１０，１０を左右に操向させるものであり、この操向
は、操舵軸１１の中途部に同軸的に構成された操舵モー
タ５の回転を、適宜の運動変換機構により操舵軸１１の
摺動に変換して行われる。

【００１５】操舵軸１１は、操舵軸ハウジング１４との
間に介装された図示しない回転拘束手段により軸回りの
回転を拘束されており、操舵モータ５の回転は、操舵軸
１１の軸長方向の摺動に変換され、操舵モータ５の回転
に応じた舵取り（操舵用の車輪１０，１０の操向）が行
われる。このように舵取りされる車輪１０，１０の舵角
は、操舵モータ５の一側の操舵軸ハウジング１４と操舵
軸１１との相対摺動位置を媒介として、舵角検出手段で
ある舵角センサ１６により検出されるようになしてあ
り、舵角センサ１６の出力は、操舵モータ５の回転位置
を検出するロータリエンコーダ１５の出力と共に、操舵
制御部４に与えられている。

【００１６】ステアリングホイール２に反力を付与する
反力付与手段である反力アクチュエータ３は、電動モー
タ（例えば３相ブラシレスモータ）であり、回転軸３０
に関連して、そのケーシングを図示しない車体の適宜部
に固定して取り付けてある。ステアリングホイール２
は、回転軸３０の一側の突出端に同軸的に固定されてお
り、他側の突出端は、所定の弾性を有する捩ればね３１
により、図示しない車体の適宜部位に連結されている。

【００１７】反力アクチュエータ３は、操舵制御部４か
ら与えられる反力指示トルク信号に応じた駆動回路３ａ
からの通電により正逆両方向に駆動され、回転軸３０の
一端に取り付けたステアリングホイール２に、その操作
方向と逆方向の力（反力）を付与する動作をなす。従っ
て、ステアリングホイール２の回転操作には、反力アク
チュエータ３が発生する反力に抗する操舵トルクを加え
る必要があり、このようにしてステアリングホイール２
に加えられる操舵トルクは、反力アクチュエータ３に付
設されたトルクセンサ３２により検出される。また、ス
テアリングホイール２の操作量（操舵角）は、反力アク
チュエータ３に付設された操舵角検出手段であるロータ
リエンコーダ３３により、操作方向を含めて検出されて
おり、これらの検出結果は、操舵制御部４に与えられて
いる。また、駆動回路３ａから反力アクチュエータ３に
通電する電流は、電流センサ３ｂにより検出され、操舵
制御部４に与えられる。

【００１８】なお、回転軸３０の他端と車体の一部との
間に介装された捩ればね３１は、以上のように行われる
回転操作の停止時に、その弾性により回転軸３０を回転
させて、ステアリングホイール２を所定の中立位置に復
帰させる作用をする。この復帰は、機械的に連結されて
いない舵取機構１側にて生じる車輪１０，１０の直進方
向への復帰動作に伴ってステアリングホイール２を戻す
ために必要なものである。

【００１９】以上のように操舵制御部４には、舵取機構
１の側にて実際に生じている舵取りの状態が、ロータリ
エンコーダ１５及び舵角センサ１６からの入力として与
えられ、また操舵手段としてのステアリングホイール２
の操作の状態が、トルクセンサ３２及びロータリエンコ
ーダ３３からの入力として夫々与えられており、これら
に加えて操舵制御部４の入力側には、車両の走行速度を
検出する車速センサ６の出力が与えられている。

【００２０】一方、操舵制御部４の出力は、前述したよ
うに、ステアリングホイール２に反力を付与する反力ア
クチュエータ３と、舵取機構１に舵取り動作を行わせる
ための操舵モータ５とに、各別の駆動回路３ａ，５ａを
介して与えられており、反力アクチュエータ３及び操舵
モータ５は、操舵制御部４からの指示信号に応じて各別
の動作を行うようになしてある。

【００２１】操舵制御部４は、ステアリングホイール２
に付与すべき反力を決定し、反力を発生させるべく反力
アクチュエータ３に反力指示トルク信号を発する反力制
御を行う。ステアリングホイール２に付与すべき反力
は、例えば、図２に示すように、ステアリングホイール
２の操舵角の中立位置を含む所定範囲に、反力が０にな
る不感帯を有し、車速センサ６からの入力として与えら
れる車速（走行速度）の高低及び操舵角の大小に応じて
大小となるように、また、車速の高低に応じて、不感帯
の幅が減増するような特性を有している。

【００２２】この特性は、車速毎の舵角−反力指示トル
クのテーブルとして、操舵制御部４に内蔵されている。
操舵制御部４は、車速センサ６からの車速に応じて、舵
角−反力指示トルクのテーブルを選択し、そのテーブル
の特性に従う反力を発生させるべく反力アクチュエータ
３に反力指示トルク信号を発する。

【００２３】また、操舵制御部４は、ロータリエンコー
ダ３３からの入力によりステアリングホイール２の操作
方向を含めた操作角度を認識し、舵取機構１に付設され
た舵角センサ１６の入力により認識される実舵角度との
舵角偏差を求め、この舵角偏差を車速センサ６からの入
力として与えられる車速の遅速に応じて大小となるよう
に補正して目標舵角を求め、この目標舵角が得られるま
で操舵モータ５を駆動する操舵制御動作を行う。このと
き、ロータリエンコーダ１５からの入力は、操舵モータ
５が所望の回転位置に達したか否かを調べるためのフィ
ードバック信号として用いられる。

【００２４】以下に、このような構成の本発明に係る車
両用操舵装置の動作を、それを示すフローチャートに基
づき説明する。図３は、本発明に係る車両用操舵装置の
動作を示すフローチャートである。操舵制御部４は、先
ず、車速センサ６から車速を読み込み（Ｓ２）、その車
速に応じた、舵角−反力指示トルクのテーブルを選択す
る（Ｓ４）。次に、操舵制御部４は、選択した（Ｓ４）
テーブルから、ロータリエンコーダ３３により検出した
ステアリングホイール２の操舵角に応じた反力指示トル
クＴ _M を読み込み（Ｓ６）、トルクセンサ３２により操
舵トルクＴ_S を検出する（Ｓ８）。次に、反力指示トル
クＴ_M と操舵トルクＴ_S とのトルク偏差ΔＩ_n ＝Ｔ_M −
Ｔ _S を演算し（Ｓ１０）、反力制御の積分要素Ｉ_n ＝Δ
Ｉ_n ×Ｋ_I （Ｋ_I ：所定の積分定数）を演算する（Ｓ１
２）。

【００２５】次に、比例要素Ｐ_n ＝（ΔＩ_n −Δ
Ｉ_n-1 ）×Ｋ_P （ΔＩ_n-1 ：前回周期のトルク偏差、Ｋ
_P ：所定の比例定数）を演算し（Ｓ１４）、反力アクチ
ュエータ３の電動モータの目標電流（反力モータ目標電
流）Ｊ_M ＝Ｊ₀ ＋Ｉ_n ＋Ｐ_n （Ｊ₀：前回周期の目標電
流）を演算する（Ｓ１６）。次に、電流センサ３ｂによ
り、反力アクチュエータ３の電動モータの電流Ｊ_Sを検
出し（Ｓ１８）、電動モータの目標電流Ｊ_M と実際の電
流Ｊ_S との電流偏差ΔＩ_n ′＝Ｊ_M −Ｊ_S を演算する
（Ｓ２０）。

【００２６】次に、操舵制御部４は、反力制御の積分要
素Ｉ_n ′＝ΔＩ_n ′×Ｋ_I ′（Ｋ_I′：所定の積分定
数）を演算し（Ｓ２２）、比例要素Ｐ_n ′＝（ΔＩ_n ′
−ΔＩ _n-1 ′）×Ｋ_P ′（ΔＩ_n-1 ′：前回周期の電流
偏差、Ｋ_P ′：所定の比例定数）を演算する（Ｓ２
４）。次に、反力アクチュエータ３の電動モータの目標
電圧（反力モータ目標電圧）Ｖ_M ＝Ｖ₀ ＋Ｉ_n ′＋
Ｐ_n ′（Ｖ₀ ：前回周期の目標電圧）を演算し（Ｓ２
６）、駆動回路３ａにこの目標電圧Ｖ_M を出力させて、
反力アクチュエータ３の電動モータを駆動する。

【００２７】次に、目標電流Ｊ_M を前回周期の目標電流
Ｊ₀ に、目標電圧Ｖ_M を前回周期の目標電圧Ｖ₀ に、ト
ルク偏差ΔＩ_n を前回周期のトルク偏差ΔＩ_n-1 に、電
流偏差ΔＩ_n ′を前回周期の電流偏差ΔＩ_n-1 ′にそれ
ぞれ移し（Ｓ２８）リターンする。尚、以上の実施の形
態は、本発明に係る車両用操舵装置の一例を示すもので
あり、反力アクチュエータ３、操舵モータ５の構成を限
定するものではなく、また、操舵手段として、ステアリ
ングホイール２に代えて、レバー、ペダル等の他の操作
手段を用いることができることは言うまでもない。ま
た、車速の高低に応じて、図２に示すように不感帯の幅
を減増する例を示したが、車速の高低に応じて、他の態
様で不感帯の幅を増減しても良い。

【００２８】

【発明の効果】本発明の第１発明に係る車両用操舵装置
によれば、操舵角の中立位置（推定位置）を不感帯内に
吸収することができるので、真の中立位置でない位置で
反力の方向が切り換わることがなく、また、ステアリン
グホイールの動きが円滑になり、違和感を生じない自然
な操舵感覚を有する車両用操舵装置を実現できる。

【００２９】第２発明に係る車両用操舵装置によれば、
ステアリングホイールの回転が軽いのは危険である高速
走行時には、違和感を生じない程度に不感帯の幅を狭く
することができ、違和感を生じない自然な操舵感覚を有
する車両用操舵装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明に係る車両用操舵装置のステアリングホ
イールに付与すべき反力の特性を示すグラフである。

【図３】本発明に係る車両用操舵装置の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図４】従来の車両用操舵装置のステアリングホイール
に付与すべき反力の特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 舵取機構 ２ ステアリングホイール（操舵手段） ３ 反力アクチュエータ（反力付与手段） ３ａ 駆動回路 ３ｂ 電流センサ ４ 操舵制御部（設定手段、増減する手段） ５ 操舵モータ ６ 車速センサ（車速検出手段） ３２ トルクセンサ ３３ ロータリエンコーダ（操舵角検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 裕 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪の向きを変える舵取機構に機械的に
   連結されていない操舵手段と、該操舵手段の操舵角を検
   出する操舵角検出手段と、前記操舵手段に中立位置へ向
   かう反力を付与する反力付与手段とを備え、前記操舵角
   検出手段が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構の舵
   角を増減制御する車両用操舵装置において、 前記操舵角検出手段が検出した操舵角の中立位置を含む
   所定範囲に、前記反力付与手段が反力を付与しない不感
   帯を設定する設定手段を備えることを特徴とする車両用
   操舵装置。
2. 【請求項２】 車両の走行速度を検出する車速検出手段
   を備え、前記設定手段は、該車速検出手段が検出した走
   行速度に応じて前記不感帯の幅を増減する手段を備える
   請求項１記載の車両用操舵装置。