JP2002046638A - 車両用操舵装置 - Google Patents
車両用操舵装置Info
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Abstract
車両用操舵装置に姿勢制御機能を付加する。 【解決手段】ステアリングホイール20は、クラッチ3
0を介して舵取り機構10に機械的に連結されている。
通常時においては、クラッチ30は結合状態とされ、舵
取り制御部50は、トルクセンサ36によって検出され
る操作トルクに応じて、操舵モータ40を駆動制御し、
舵取り機構10に操舵補助力を与える。μスプリット路
面上における急制動が検出されると、舵取り制御部50
は、クラッチ30を解除状態とするとともに、ヨーレー
トセンサ38によって検出される実ヨーレートを目標ヨ
ーレートに保持すべく、操舵モータ40を駆動制御す
る。目標ヨーレートは、μスプリット路面上における急
制動が検出される直前の転舵角または実ヨーレートに基
づいて定められる。
Description
イールなどの操作部材と舵取り機構とが機械的にリンク
された構成の車両用操舵装置に関する。
両の急制動操作が行われる状況は、車両姿勢に乱れが生
じる典型的な走行シーンである。μスプリット路とは、
車両の右側と左側とで路面の摩擦係数が著しく異なる路
面をいい、たとえば、右側車輪が乾いたアスファルト路
上にあり、左側車輪が氷面上にある場合が典型例であ
る。このようなμスプリット路面上において車両の制動
機構を作動させると、高μ(高摩擦係数)側で大きな制
動力が発生し、これに伴う大きなヨーモーメントがすみ
やかに生じて、車両姿勢に乱れが生じる。したがって、
運転者は、いわゆるカウンタ操舵を行い、車両に逆方向
のヨーモーメントを与え、車両姿勢の安定化を図ること
になる。
舵取り車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な連
結を無くし、ステアリングホイールの操作方向および操
作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵
取り機構に電動モータ等のアクチュエータからの駆動力
を与えるようにした車両用操舵装置(いわゆる、ステア
・バイ・ワイヤ・システム)が提案されている(たとえ
ば、特開平9−142330号公報参照)。
は、ステアリングホイールの操作と舵取り機構の動作と
の関係を電気的制御によって自由に変更することができ
る。そこで、ステアリングホイールの操作トルクまたは
操作角に対応する目標ヨーレートまたは目標横加速度を
求め、これらに基づいて舵取り機構の動作を制御すれ
ば、車両の姿勢制御を行うことができる。すなわち、μ
スプリット路面上において制動操作が行われることによ
り車両挙動が不安定になっても、車両姿勢の乱れを抑制
することができる。
アリングホイールの操作に応じて舵取り機構に操舵補助
力を与える電動パワーステアリング装置が広く用いられ
ている。しかし、この種の装置では、ステアリングホイ
ールと舵取り機構とが機械的に連結されていて、ステア
・バイ・ワイヤ・システムの場合のような姿勢制御が行
われている例はない。すなわち、μスプリット路面上に
おける制動時に生じる車両挙動の乱れは、もっぱら運転
者のステアリングホイールの操作による車両姿勢の立て
直しによって抑制されなければならない。
的は、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結された車
両用操舵装置に姿勢制御機能を付加することによって、
付加価値の向上された車両用操舵装置を提供することで
ある。
目的を達成するための請求項1記載の発明は、車両の操
向のための操作部材(20)と、この操作部材と機械的
にリンクされた舵取り機構(10)と、上記舵取り機構
に駆動力を与えるアクチュエータ(40)と、車両のヨ
ーレートを検出するためのヨーレート検出手段(38)
と、左右輪の走行路面の摩擦係数の差が一定値以上であ
るμスプリット路を走行しているときの急制動を検出す
るμスプリット路急制動検出手段(37,50,S1)
と、上記操作部材の操作に応じて上記アクチュエータを
制御する第1アクチュエータ制御手段(50,S2)
と、上記μスプリット路急制動検出手段によってμスプ
リット路における急制動が検出されたことに応答して、
上記第1アクチュエータ制御手段による制御に代えて、
上記ヨーレート検出手段によって検出されるヨーレート
変動を打ち消すように上記アクチュエータを制御する第
2アクチュエータ制御手段(50,S3,S4,S5)
とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。な
お、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構
成要素等を表す。以下、この項において同じ。
は、操作部材の操作に応じてアクチュエータが駆動され
ることにより、舵取り機構に操舵補助力が与えられる。
これに対して、μスプリット路面上における急制が検出
されると、車両のヨーレート変動を打ち消すようにアク
チュエータが駆動され、これにより、舵取り機構は、車
両のヨーレート変動を抑制するように作動する。これに
より、操作部材と舵取り機構とが機械的にリンクされた
車両用操舵装置においても、μスプリット路面上におけ
る車両姿勢の乱れを抑制するための姿勢制御を実現する
ことができる。
エータ制御手段は、μスプリット路における急制動の開
始時における操舵角に基づいて目標ヨーレートを設定す
る手段(S4)と、上記ヨーレート検出手段によって検
出される実ヨーレートが当該設定された目標ヨーレート
に導かれるように上記アクチュエータを制御する手段
(S5)とを含むことを特徴とする請求項1記載の車両
用操舵装置である。この発明によれば、μスプリット路
面上における急制動の開始時における操舵角に対応した
目標ヨーレートが設定され、ヨーレート検出手段によっ
て検出される実ヨーレートが目標ヨーレートと一致する
ようにアクチュエータが駆動される。これにより、μス
プリット路面における急制動が開始された時点での車両
の挙動状態を保持しつつ車両の制動を行うことができ
る。
エータ制御手段は、μスプリット路における急制動の開
始時に上記ヨーレート検出手段が検出する実ヨーレート
を目標ヨーレートに設定する手段(S4)と、上記ヨー
レート検出手段によって検出される実ヨーレートが当該
設定された目標ヨーレートに導かれるように上記アクチ
ュエータを制御する手段(S5)とを含むことを特徴と
する請求項1記載の車両用操舵装置である。
る急制動の開始時の実ヨーレートを目標ヨーレートとし
て、アクチュエータの動作が制御される。これにより、
μスプリット路面上における制動時において、制動期間
中におけるヨーレート変動を抑制することができる。請
求項4記載の発明は、車両が直進状態かどうかを検出す
る直進状態検出手段(S11)をさらに含み、上記第2
アクチュエータ制御手段は、上記直進状態検出手段が車
両の直進状態を検出していることを条件に、上記第1ア
クチュエータ制御手段による制御に代えて上記アクチュ
エータを制御するものであることを特徴とする請求項1
ないし3のいずれかに記載の車両用操舵装置である。
ときにのみ、車両のヨーレート変動を打ち消すための姿
勢制御が行われる。車両がカーブを通過しているとき
は、制動により車速が減少すると、車両のヨーレートを
一定に保持しても、車両が描く軌跡の曲率が徐々に変化
する。そのため、カーブを走行中の車両に対する姿勢制
御はきわめて複雑である。そこで、この発明の構成を採
用することにより、μスプリット路面上における急制動
時の姿勢制御を車両が直進状態であるときにのみ行うこ
ととして、制御内容を簡単にし、実現が容易で、かつ、
実用的な車両用操舵装置を提供することができる。
記舵取り機構とを機械的に結合する結合状態とこの結合
を解除した解除状態とを切り換えることができる連結機
構(30)をさらに含み、上記第2アクチュエータ制御
手段は、上記連結機構を解除状態に切り換えた後に(S
3)、上記第1アクチュエータ制御手段による制御に代
えて上記アクチュエータを制御するものであることを特
徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の車両用操
舵装置である。
は、これらの間の機械的結合を解除することができる連
結機構を介して結合されている。そしてμスプリット路
面上における急制動時には、連結機構による操作部材と
舵取り機構との結合を解除した後に、車両姿勢の安定化
のためのアクチュエータ制御を行うこととしている。こ
れによって、操作部材が意に反して動作するという感覚
が運転者に与えられることがないので、操舵フィーリン
グを向上できる。
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、この
発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を示す図
解図である。この車両用操舵装置は、舵取り用の一対の
操向輪(通常は前輪)W(舵取り車輪)に舵取り動作を
行わせるための舵取り機構10と、この舵取り機構10
に対してクラッチ30を介して機械的に連結されたステ
アリングホイール20とを有している。クラッチ30は
連結状態と解除状態とを切り換えることができるもので
あり、解除状態とすることによって、ステアリングホイ
ール20と舵取り機構10との機械的な連結を解除する
ことができる。
て配設された操舵軸11と、この操舵軸11の両端部に
タイロッド12,12を介して結合され、操向輪W,W
を支持するナックルアーム13,13とを有している。
操舵軸11は、ハウジング14に支承されて軸方向に摺
動可能にされており、その途中部には、操舵アクチュエ
ータとしての操舵モータ40が同軸的に組み込まれてい
る。操舵モータ40が駆動されると、操舵モータ40の
回転がボールねじ等からなる運動変換機構によって操舵
軸11の摺動に変換され、この操舵軸11の摺動により
操向輪W,Wの操舵が達成される。
が形成されており、このラックギア11aには、クラッ
チ30の一方側に結合されたシャフト31の先端のピニ
オンギア33が噛合している。クラッチ30の他方側に
結合されたシャフト32は、ステアリングホイール20
に結合されている。したがって、クラッチ30が連結状
態であれば、ステアリングホイール20に加えられた操
作トルクは、操舵軸11に機械的に伝達され、これによ
り、操向輪Wの転舵が達成される。
とを結合するシャフト32は、入力軸部32Aと、出力
軸部32Bとに分割されていて、これらは、トーション
バー35を介して連結されている。トーションバー35
は、ステアリングホイール20に加えられた操作トルク
に応じて捻れを生じる弾性体からなる。このトーション
バー35に関連して、その捻れ量を検出することによっ
てステアリングホイール20に加えられている操作トル
クを検出するトルクセンサ36が設けられている。
を含む舵取り制御部50によって制御されるようになっ
ている。具体的に説明すると、舵取り制御部50には、
トルクセンサ36の出力が入力されている。さらに、操
舵モータ40に関連して、操舵モータ40の回転位置を
検出するためのロータリエンコーダ41が配置されてお
り、このロータリエンコーダ41の検出信号が舵取り制
御部50に入力されるようになっている。また、操舵軸
11に関連して、この操舵軸11の軸方向位置を検出す
ることによって舵取り機構10の実転舵角を検出するた
めの転舵角センサ15が設けられている。この転舵角セ
ンサ15の検出信号も舵取り制御部50に入力されるよ
うになっている。舵取り制御部50には、さらに、この
車両の4つの車輪の車輪速をそれぞれ検出する4つの車
輪速センサ37の検出信号が入力されるようになってい
る。さらに、舵取り制御部50には、車両のヨーレート
を検出するヨーレートセンサ38の出力信号が入力され
ている。
びヨーレートセンサ38は舵取り制御部50に直接的に
接続されている必要はなく、車両に搭載された他の電子
制御ユニット(たとえば、アンチロックブレーキシステ
ム制御用の電子制御ユニットまたはダイナミックヨーレ
ート制御用の電子制御ユニットなど)からそれらのセン
サの検出出力に対応したデータが舵取り制御部50に入
力されるようになっていてもよい。
の入力信号に基づいて電圧指令値を設定し、この設定し
た電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路42に与え
る。これにより、駆動回路42から操舵モータ40に制
御信号に応じた電流が供給され、その結果、ステアリン
グホイール20の操作方向に応じた方向に操舵軸11を
摺動させるためのトルクが操舵モータ40から出力され
る。一方、舵取り制御部50は、クラッチ30を駆動す
るための駆動回路39を制御する。クラッチ30は、通
常は連結状態とされていて、ステアリングホイール20
と舵取り機構10とを機械的にリンクしている。舵取り
制御部50は、後述するように、μスプリット路面上に
おける急制動が検知された場合などに、必要に応じて、
クラッチ30を解除状態に制御する。
ける制動の様子を説明するための図解図である。μスプ
リット路面70は、車両80の進行方向85に向かって
右側が乾いたアスファルトの路面のような高μ路面71
であり、車両80の進行方向85に向かって左側の路面
が、氷面のような低μ路面72である。車両80の右側
車輪が高μ路面71上にあり、左側車輪が低μ路面72
上にある状態でブレーキペダルを踏み込むと、車両80
には、矢印81方向のヨーモーメントが生じる。この矢
印81方向のヨーモーメントを打ち消すべく、舵取り制
御部50が姿勢制御動作を行う。
を説明するためのフローチャートである。この図3に
は、特にμスプリット路面上における急制動時における
処理が示されている。舵取り制御部50は、たとえば車
輪速センサ37からの出力を参照して、車両の左右の車
輪の車輪速の差が予め定めるしきい値を超えるか否かに
応じて、車両がμスプリット路面上における制動状態に
あるか否かを判断する(ステップS1)。μスプリット
路面上においては、低μ路面側の車輪の車輪速は制動圧
の増加に伴ってすみやかに減少する。これに対して、高
μ路面側の車輪の車輪速は、低μ路面側の車輪に比較し
て緩やかに減少する。そこで、左右の車輪の車輪速が一
定値以上の差を有していれば、μスプリット路面上にお
ける急制動が行われているとみなすことができる。
ると判断されると、舵取り制御部50は、通常の電動パ
ワーステアリング制御を行う(ステップS2)。この場
合、通常の電動パワーステアリング制御とは、トルクセ
ンサ36よって検出される操作トルクの大きさに応じ
て、操舵モータ40から操舵補助力を舵取り機構10に
与えるための制御をいう。ただし、舵取り制御部50
は、転舵角センサ15の出力に基づき、舵角中点付近に
おいては比較的小さな操舵補助力が舵取り機構10に与
えられ、舵角が大きいときには大きな操舵補助力が操舵
モータ40から発生されるように、駆動回路42を制御
する。さらに、舵取り制御部50は、車輪速センサ37
からの出力に基づいて、車両の速さを求め、いわゆる車
速感応制御を行う。すなわち、車速が大きいときには小
さな操舵補助力が発生され、車速が小さいとき(停止状
態のときを含む。)には大きな操舵補助力が発生される
ように、操舵モータ40を制御する。
れていると判断されると(ステップS1のYES)、舵
取り制御部50は、クラッチ30を解除状態に切り換え
る(ステップS3)。これにより、ステアリングホイー
ル20と舵取り機構10との機械的なリンクが解除され
る。さらに舵取り制御部50は、目標ヨーレートを定め
るとともに(ステップS4)、この定められた目標ヨー
レートに基づいて、操舵モータ40をフィードバック制
御する(ステップS5)。すなわち、舵取り制御部50
は、目標ヨーレートと、ヨーレートセンサ38によって
検出される実際のヨーレート(実ヨーレート)との偏差
の大小に基づき、操舵モータ40に所要の操舵トルクを
発生させるべく、駆動回路42に制御信号を与える。
レートは、μスプリット路面上における急制動が検知さ
れる直前または直後(好ましくは直前)のタイミングで
転舵角センサ15が出力する実転舵角に基づいて定めら
れてもよい。また、上記目標ヨーレートは、μスプリッ
ト路面上における急制動が検出される直前または直後
(好ましくは直前)のタイミングでヨーレートセンサ3
8が出力する実ヨーレートと等しく定められてもよい。
ける急制動が検出されている期間には、急制動の開始時
における操舵角(転舵角)に基づいて定められた目標ヨ
ーレート、または急制動の開始時における実ヨーレート
に等しく設定された目標ヨーレートが達成されるよう
に、操舵モータ40が制御される。これによって、車両
のヨーレートの変動が抑制されるから、車両姿勢の安定
化を図ることができる。しかも、この実施形態では、ク
ラッチ30を解除状態に切り換えた後に、上述のような
姿勢制御を行うこととしているから、舵取り機構10が
意に反して駆動されているといった感覚が、ステアリン
グホイール20を介して運転者に与えられることがな
い。これにより、操舵フィーリングを損なうこともな
い。
車両用操舵装置の動作を説明するためのフローチャート
である。この実施形態の説明では、上述の図1および図
2を再び参照する。また、図4において、上述の図3に
示された各ステップと同様な処理が行われるステップに
は、図3の場合と同一の参照符号を付して示す。この実
施形態では、舵取り制御部50は、車両が直進状態かど
うかを判断する(ステップS11)。たとえば、舵取り
制御部50は、転舵角センサ15の出力が舵角の中点付
近で安定していることに基づき、車両が直進状態である
と判断する。車輪が直進状態でなければ、ステップS
1,S3,S4,S5の処理が行われることはなく、通
常の電動パワーステアリング制御(ステップS2)が行
われる。すなわち、車両が直進状態である場合に限っ
て、μスプリット路面上での急制動時に(ステップS
1)、クラッチ30の解除状態への切り換え(ステップ
S3)、およびヨーレートフィードバック制御による車
両の姿勢制御(ステップS4,S5)が行われる。
部50による制御内容が簡単になり、ステアリングホイ
ール20と舵取り機構10とが機械的に連結された構成
の車両用操舵装置に対する姿勢制御の導入が容易にな
る。すなわち、車両がカーブを走行中に制動が行われる
と、車両のヨーレートを一定に保ったとしても、車速の
減少に伴って、車両が描く軌跡は一定の曲率を有するこ
とができず、その曲率は徐々に大きくなる。そのため、
カーブしたμスプリット路面上における急制動が行われ
た場合までを考慮すると、ヨーレートのみならず車速を
加味して目標ヨーレートを時間変化させていかなければ
ならない。そのため、舵取り制御部50による制御内容
が複雑になり、姿勢制御の導入が困難になる可能性があ
る。
おける急制動時の姿勢制御を、車両が直進走行している
場合に限ることによって、上述の問題を回避している。
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、
この発明はさらに他の形態で実施することもできる。た
とえば、上述の実施形態では、ステアリングホイール2
0と舵取り機構10との間にクラッチ30を介装して、
ステアリングホイール20と舵取り機構10との連結を
必要に応じて解除できるようにしているが、クラッチ3
0を設けずに、ステアリングホイール20と舵取り機構
10とが、常時、機械的に連結されている構成としても
よい。この場合には、図3および図4のステップS3の
処理が省かれることになる。
路面上における急制動時において、目標ヨーレートを達
成する操舵トルクが生じるように操舵モータ40が制御
されることとしたが、目標ヨーレートと実ヨーレートと
の偏差に基づき、目標転舵角を設定することとして、こ
の目標転舵角と、転舵角センサ15によって検出される
実転舵角との偏差を零に導くように、操舵モータ40が
制御されてもよい。また、上述の実施形態では、左右の
車輪の車輪速の差が一定のしきい値を超えることに基づ
き、μスプリット路面上における急制動操作を検知する
こととしているけれども、たとえば、転舵角センサ15
によって検出される実転舵角および/またはヨーレート
センサ38によって検知される実ヨーレートがほぼ一定
の状態から急変した場合に、μスプリット路面上におけ
る急制動が行われたものと判断することとしてもよい。
が急変する直前の転舵角の値または実ヨーレートの値に
基づき、μスプリット路面上での急制動期間における目
標ヨーレートを定めることが好ましい。その他、特許請
求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施
すことが可能である。
構成を示す図解図である。
子を説明するための図解図である。
フローチャートである。
置の動作を説明するためのフローチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】車両の操向のための操作部材と、 この操作部材と機械的にリンクされた舵取り機構と、 上記舵取り機構に駆動力を与えるアクチュエータと、 車両のヨーレートを検出するためのヨーレート検出手段
と、 左右輪の走行路面の摩擦係数の差が一定値以上であるμ
スプリット路を走行しているときの急制動を検出するμ
スプリット路急制動検出手段と、 上記操作部材の操作に応じて上記アクチュエータを制御
する第1アクチュエータ制御手段と、 上記μスプリット路急制動検出手段によってμスプリッ
ト路における急制動が検出されたことに応答して、上記
第1アクチュエータ制御手段による制御に代えて、上記
ヨーレート検出手段によって検出されるヨーレート変動
を打ち消すように上記アクチュエータを制御する第2ア
クチュエータ制御手段とを含むことを特徴とする車両用
操舵装置。 - 【請求項2】上記第2アクチュエータ制御手段は、μス
プリット路における急制動の開始時における操舵角に基
づいて目標ヨーレートを設定する手段と、上記ヨーレー
ト検出手段によって検出される実ヨーレートが当該設定
された目標ヨーレートに導かれるように上記アクチュエ
ータを制御する手段とを含むことを特徴とする請求項1
記載の車両用操舵装置。 - 【請求項3】上記第2アクチュエータ制御手段は、μス
プリット路における急制動の開始時に上記ヨーレート検
出手段が検出する実ヨーレートを目標ヨーレートに設定
する手段と、上記ヨーレート検出手段によって検出され
る実ヨーレートが当該設定された目標ヨーレートに導か
れるように上記アクチュエータを制御する手段とを含む
ことを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。 - 【請求項4】車両が直進状態かどうかを検出する直進状
態検出手段をさらに含み、 上記第2アクチュエータ制御手段は、上記直進状態検出
手段が車両の直進状態を検出していることを条件に、上
記第1アクチュエータ制御手段による制御に代えて上記
アクチュエータを制御するものであることを特徴とする
請求項1ないし3のいずれかに記載の車両用操舵装置。 - 【請求項5】上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的
に結合する結合状態とこの結合を解除した解除状態とを
切り換えることができる連結機構をさらに含み、 上記第2アクチュエータ制御手段は、上記連結機構を解
除状態に切り換えた後に、上記第1アクチュエータ制御
手段による制御に代えて上記アクチュエータを制御する
ものであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
かに記載の車両用操舵装置。
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