JP2004210024A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定常偏差の低減と保舵安定性の向上とを高次元に両立することが可能なように構成された車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】運転者が操作する操舵手段（ステアリングホイール２）と、該操舵手段の操作量に応じてタイヤ（６）に舵角を与える駆動手段（電動式モータ１０）と、前記操舵手段に運転者の操作力に対抗する反力を付与するための操舵反力付与手段（電動式モータ４）と、前記駆動手段に駆動力指示を発するべく積分制御器（１８）を備えた制御手段（１３）と、を有する車両用操舵装置において、前記積分制御器は、当該車両の運動状態量或いは路面状況に応じてその積分効果を増減するようにされるものとする。これにより、駆動手段の負荷が変化することによって生ずる目標値と実値との間の偏差の程度を、必要に応じて任意に増減させることができるので、運転者に与える反力フィードバックの程度を最適に制御することができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者が操作する操舵装置とタイヤとの間が電気的結合によって連動するように構成されたステア・バイ・ワイヤシステム（以下ＳＢＷ装置と標記する）と呼ばれる車両用操舵装置が知られている。このＳＢＷ装置では、ステアリングホイールやジョイスティック等の操舵装置に運転者が与える操作量に基づいてタイヤ切れ角の目標値を算出し、その目標値に従ってステアリングリンケージを駆動する電動モータ等のアクチュエータをフィードバック制御することにより、タイヤ切れ角を制御している。
【０００３】
このフィードバック制御は、基本的に目標値に実値を追従させる位置制御であり、フィードバック系に積分制御器を設ける等して目標値と実値との間の定常偏差を小さくしようとすることが一般的である（例えば、特開２００１−１３０４３０号公報を参照されたい）。
【０００４】
他方、ＳＢＷ装置では、ステアリングホイールとタイヤとの間が機械的に連結されていないので、運転者は、タイヤに加わる路面反力をステアリングホイールから直接感じ取ることは実質的に不可能である。タイヤからの路面情報がステアリングホイールに伝達されないと、例えば縁石に突き当たるなどしてタイヤが動けない状態にあっても運転者はそのことを認知できずに操舵するため、タイヤ切れ角の目標値が大きく出てしまい、それに追従しようとするアクチュエータの負荷が過大になり、最悪の場合には機械系統の破損に繋がるおそれがある。また、ステアリングホイールを回しているのにタイヤが向きを変えないことに運転者が違和感を覚えることもある。
【０００５】
このような不都合に対処する手法として、ステアリングホイールの回転角とタイヤ切れ角との偏差、つまりフィードバック制御における目標値と実値との間に生ずる定常偏差に応じて擬似的な反力トルクを電動モータ等で生成し、これをステアリングホイールに加えて運転者に手応えを与えるようにするものが知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１３０４３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、目標値と実値との間の定常偏差を小さくするために積分制御を行った場合、ある舵角で保持した際に目標値と実値とが等しくなると、目標値と実値との偏差に基づく操舵反力が加わらなくなり、保舵感が失われてしまうこととなる。これは機械的に結合された在来の操舵装置には見られない特性であり、在来車に乗り慣れた運転者に対して非常に大きな違和感を与えてしまう。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、定常偏差の低減と保舵安定性の向上とを高次元に両立することが可能なように構成された車両用操舵装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明は、運転者が操作する操舵手段（例えばステアリングホイール２）と、該操舵手段の操作量に応じてタイヤ（６）に舵角を与える駆動手段（例えば電動式モータ１０）と、前記操舵手段に運転者の操作力に対抗するトルクを付与するための操舵反力付与手段（例えば電動式モータ４）と、前記駆動手段に駆動力指示を発するべく積分制御器（１８）を備えた制御手段（１３）と、を有する車両用操舵装置において、前記積分制御器は、当該車両の運動状態量、或いは路面状況に応じてその積分効果を増減するようにされていることを特徴とする自動車の操舵装置を提供することとした。
【００１０】
このようにすれば、路面の摩擦状態などに応じて駆動手段の負荷が変化することによって生ずる目標値と実値との間の偏差の程度を、必要に応じて任意に増減させることができるので、運転者に与える反力フィードバックの程度を、その時の走行状態や路面状況に応じて変化させることができる。即ち、位置制御の積分ゲインを低めれば、定常偏差が増大して操舵反力が増大するので路面情報伝達性が高められ、積分ゲインを高めれば、定常偏差が減少して操舵円滑感が高められる。
【００１１】
本発明は、特に、操舵手段とタイヤとの間が電気的結合によって連動するように構成されたステア・バイ・ワイヤシステムに適用すると良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明が適用されるＳＢＷ式操舵装置の概略構成を示している。このＳＢＷ式操舵装置１は、運転者が操作するステアリングホイール２と、ステアリングホイール２に付設された操舵角センサ３、操舵反力付加モータ４、及び操舵トルクセンサ５と、左右のタイヤ６にナックルアーム７及びタイロッド８を介して連結されたステアリングロッド９と、ステアリングロッド９を軸方向に駆動してタイヤ６に切れ角を与えるステアリングモータ１０と、車速を出力する車速センサ１１と、ステアリングロッド９の軸方向位置からタイヤ６の切れ角を出力する切れ角センサ１２と、操舵反力付加モータ４及びステアリングモータ１０を制御する制御装置１３とからなっている。なお、ステアリングホイール２は、適宜なばね機構など（図示せず）により、常時中立位置へ向けて弾発付勢されている。
【００１４】
制御装置１３は、図２に示すように、操舵トルクセンサ５及び車速センサ１１の信号に基づいて操舵反力付加モータ４を制御する操舵反力制御部１４と、操舵角センサ３、車速センサ１１、及び切れ角センサ１２の信号に基づいてステアリングモータ１０を制御する転舵制御部１５とからなっており、操舵反力付加モータ４とステアリングモータ１０とを個別に制御し得るようになっている。
【００１５】
操舵反力制御部１４では、車速センサ１１からの車速信号及び転舵制御部１５からのタイヤ切れ角の目標値と実値との偏差信号に基づいて目標操舵反力設定部１６が設定した目標操舵反力を、操舵トルクセンサ５の出力値（実操舵トルク）と一致させるように、操舵反力モータ４の駆動電流を制御する。これにより、ステアリングホイール２に対し、運転者の操作方向とは逆方向の力（反力）が加えられる。この操舵反力は、例えば、タイヤ６の切れ角が増えるほど大きくなるように、或いは高速走行時は比較的大きく、低速走行時は比較的小さくなるように、連続的に可変制御され、ステアリングホイール２とタイヤ６との間が、あたかも機械的に直結されているかのような操舵フィーリングが得られるように加えられる。
【００１６】
他方、転舵制御部１５では、操舵角センサ３からのステアリングホイール２の操作方向を含めた操作量信号と、車速センサ１１からの車速信号とに基づく目標切れ角を目標切れ角設定部１７で設定し、この切れ角目標値と切れ角センサ１２が出力する実タイヤ切れ角値との偏差がその時の走行状態に応じて最適となるように、積分制御器１８、比例制御器１９、微分制御器２１で適宜に補償した上で、ステアリングモータ１０の駆動電流を制御している。これにより、運転者のステアリングホイール２の操作量に対し、その時の走行状況に応じた最適なタイヤ６の切れ角が決定され、ステアリングモータ１０がフィードバック制御される。
【００１７】
上述のように、ＳＢＷ装置において、タイヤ切れ角の制御に積分制御器１８を用いた場合、積分制御器１８のゲインの程度により、積分効果を大きくすると定常偏差を小さくできるが、その反面操舵反力が失われる（図３参照）。また積分効果を小さくすると、定常偏差は大きくなるが操舵反力は失われずに済む（図４参照）。即ち、車両の運動状態量であるヨーレイト、横加速度、車速などの大小に応じて積分効果の遮断特性を変化させるものとすれば、路面情報伝達性と、路面ノイズや外乱を遮断した円滑な操舵感とを、運転状況に応じて両立させることが可能となる。
【００１８】
例えば、低速時は、路面情報伝達性よりも操舵力の軽いことの方が重要なので、積分効果を大きくして定常偏差が小さくなるようにし、ワインディング走行などの中速で且つヨーレイトの大きい領域や高速での切り始めでは、路面情報伝達性の高い、つまり路面情報を把握し易いことが的確に操縦する上に重要なので、敢えて積分効果を小さくして定常偏差が大きくなるようにする。
【００１９】
他方、例えば歪みゲージなどをサスペンションのばねに貼り付けておき、ばねの変位に基づいて路面からタイヤ６への振動入力を検出し、この値から判断した路面状況に応じて積分効果の遮断特性を変化させることもできる。この場合は、高周波数領域での積分ゲインを比較的高目に設定すれば、路面ノイズがステアリングホイール２に伝わらないようにすることができ、低周波数領域での積分ゲインを比較的低目に設定すれば、保舵感が損なわれないようにすることができる。
【００２０】
図５に示したように、周波数と積分ゲインとの関係特性を、車種別に、或いは同一車種でもユーザーの好みに応じて切り換えられるようにしておけば、積分効果のかけ方次第で、ラグジュアリー感とスポーティー感とを容易に両立することができる。なお、最低限の操舵反力は加わるようにするために、積分ゲインの最高値には適宜なリミット値を設定しておくと良い。
【００２１】
本発明の制御は、目標タイヤ切れ角に対する定常偏差を意図的に発生させるものであるが、運転者は、定常偏差の増大を、ステアリングホイールの操作量に対して実際のタイヤ切れ角が不足する、つまりアンダーステア傾向として体感する。この場合、運転者は、さらにステアリングホイールを切り増すことによって本来辿りたかった運転軌跡（本来到達したかったタイヤ切れ角）に結果的に到達させることができる。従って、定常偏差の増大は、実際の運転には殆ど支障がない。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述した通り本発明によれば、タイヤ切れ角の位置制御演算部における積分制御効果を可変とすることにより、目標値と実値との間の偏差の程度を任意に制御することができる。この積分効果を変化させることにより、例えば据え切りなど、操舵力の軽減を狙いたい運転領域では積分効果を高めることによって偏差を小さくして反力成分を抑えたり、凹凸の多い路面を走行する際には積分効果を意図的に高めて操舵の円滑感が高まるようにしたりすることができる。また、スポーティな走行では、敢えて積分効果を減少させて偏差を大きくし、運転者に対する路面からの車両挙動の情報伝達性を高めたり、高速走行時の操舵の安定感を高めたりすることができる。従って、特にステア・バイ・ワイヤ式操舵装置に適用した場合に、機械的に結合された在来の操舵装置との操舵感の差を縮める上に多大な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるステア・バイ・ワイヤ式操舵装置の概略構成図
【図２】本発明が適用されたステア・バイ・ワイヤ式操舵装置の制御ブロック図
【図３】積分効果を高めた時の偏差と反力との相関を示すグラフ
【図４】積分効果を低めた時の偏差と反力との相関を示すグラフ
【図５】積分制御器の特性線図
【符号の説明】
１ ステア・バイ・ワイヤ操舵装置
２ ステアリングホイール
３ 操舵角センサ
４ 操舵反力付加モータ
６ 操向車輪
１０ ステアリングモータ
１３ 制御装置
１５ 転舵制御部
１６ 目標操舵反力設定部
１７ 目標タイヤ切れ角設定部
１８ 積分制御器
１９ 比例制御器
２０ 微分制御器

Claims (3)

1. 運転者が操作する操舵手段と、該操舵手段の操作量に応じてタイヤに舵角を与える駆動手段と、前記操舵手段に運転者の操作力に対抗する反力を付与するための操舵反力付与手段と、前記駆動手段に駆動力指示を発するべく積分制御器を備えた制御手段と、を有する車両用操舵装置であって、
   前記積分制御器は、当該車両の運動状態量に応じてその積分効果を増減するようにされることを特徴とする自動車の操舵装置。
2. 運転者が操作する操舵手段と、該操舵手段の操作量に応じてタイヤに舵角を与える駆動手段と、前記操舵手段に運転者の操作力に対抗する反力を付与するための操舵反力付与手段と、前記駆動手段に駆動力指示を発するべく積分制御器を備えた制御手段と、を有する車両用操舵装置であって、
   前記積分制御器は、路面状況に応じてその積分効果を増減するようにされることを特徴とする自動車の操舵装置。
3. 当該操舵装置は、前記操舵手段と前記タイヤとの間が電気的結合によって連動するように構成されたステア・バイ・ワイヤシステムであることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の自動車の操舵装置。

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