JP2005067448A - ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステア・バイ・ワイヤを採用した車両用操舵装置において、車輪のタイヤの空気圧の異常をステアリングホイールを介してドライバーに警報できるようにする。
【解決手段】 ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶ったステア・バイ・ワイヤ式操舵装置は、ステアリングアクチュエータの作動を制御して左右の車輪を転舵するとともに、ステアリングホイールの操舵角を操舵角−操舵反力マップに適用して検索した操舵反力が得られるように操舵反力発生手段の作動を制御する。操舵反力発生手段の作動を制御する電子制御ユニットは、左右の車輪のタイヤの空気圧の差圧に応じて操舵角−操舵反力マップのセンターにオフセット量θｍを与えることで、タイヤの空気圧が低下した車輪側にステアリングホイールが積極的に取られるようにし、タイヤの空気圧の低下をドライバーに警報することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶ち、第１の制御手段がステアリングアクチュエータの作動を制御して左右の車輪を転舵するとともに、第２の制御手段がステアリングホイールの操舵角を操舵角−操舵反力マップに適用して検索した操舵反力が得られるように操舵反力発生手段の作動を制御するステア・バイ・ワイヤ式操舵装置に関する。

自動車の各車輪の車輪速度を検出してその平均車輪速度を算出し、各車輪の車輪速度が前記平均車輪速度に対して所定値以上増大している場合に、その車輪のタイヤの空気圧が低下して直径が減少したと推定するものが、下記特許文献１により公知である。
特開平７−６１２１５号公報

ところで、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとが機械的に接続された通常の操舵装置では、左右の車輪のタイヤの空気圧の差圧が増加するとステアリングホイールが一方に取られるため、ステアリングホイールを握るドライバーはその感覚からタイヤの空気圧の異常を認識することができる。しかしながら、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続が絶たれたステア・バイ・ワイヤ式操舵装置では、タイヤの空気圧の異常がステアリングホイールに機械的に伝達されないため、ドライバーはタイヤの空気圧の異常を認識し難いという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ステア・バイ・ワイヤを採用した車両用操舵装置において、車輪のタイヤの空気圧の異常をステアリングホイールを介してドライバーに警報できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶ち、第１の制御手段がステアリングアクチュエータの作動を制御して左右の車輪を転舵するとともに、第２の制御手段がステアリングホイールの操舵角を操舵角−操舵反力マップに適用して検索した操舵反力が得られるように操舵反力発生手段の作動を制御するステア・バイ・ワイヤ式操舵装置であって、前記第２の制御手段は、左右の車輪のタイヤの空気圧の差圧を検出し、その差圧に応じて前記操舵角−操舵反力マップのセンターをオフセットすることを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第２の制御手段は、前記操舵角−操舵反力マップのセンターのオフセット量を、左右の車輪のタイヤの空気圧の差圧に基づいて変更することを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第２の制御手段は、車速が所定値以上の場合に前記オフセット量の変更を許可することを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記第２の制御手段は、前記オフセット量を所定時間が経過する毎に所定量ずつ変化させることを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置が提案される。

尚、実施例の第１ステアリングアクチュエータ１４は本発明のステアリングアクチュエータに対応し、実施例の第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａは本発明の第１の制御手段に対応し、実施例の操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃは本発明の第３の制御手段に対応し、実施例の目標オフセット量θｍは本発明のオフセット量に対応する。

請求項１の構成によれば、ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置の第２の制御手段が、ステアリングホイールの操舵角を操舵角−操舵反力マップに適用して検索した操舵反力が得られるように操舵反力発生手段の作動を制御する際に、左右の車輪のタイヤの空気圧の差圧に応じて操舵角−操舵反力マップのセンターをオフセットするので、ステアリングホイールが積極的に左右一方に取られるようにして前記差圧の増加をドライバーに警報することができる。

請求項２の構成によれば、左右の車輪のタイヤの空気圧の差圧に基づいてオフセット量を変更するので、空気圧の差圧に応じた最適のオフセット量を得ることができる。

請求項３の構成によれば、車速が所定値以上の場合にオフセット量の変更が許可されるので、車両の走行中にステアリングホイールを取られ易くして差圧の増加をドライバーに確実に警報することができ、また車速が所定値未満の場合にオフセット量の変更が許可されないので、操舵反力発生手段の消費電力を節減することができる。

請求項４の構成によれば、オフセット量を所定時間が経過する毎に所定量ずつ変化させるので、オフセット量が急激に変化してドライバーに違和感を与えるのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施例を示すもので、図１は車両用操舵装置の全体図、図２は作用を説明するフローチャート、図３は左右の車輪のタイヤの圧力差から目標オフセット量を検索するマップ、図４は操舵角から操舵反力を検索するマップのオフセットを説明する図である。

図１に示すように、自動車の車輪Ｗ，Ｗを転舵するステアリングギヤボックス１１は車体左右方向に摺動自在なラックバー１２を備えており、ラックバー１２の両端が左右のタイロッド１３，１３を介して左右の車輪Ｗ，Ｗに接続される。電気モータよりなる第１ステアリングアクチュエータ１４により回転するピニオン１５がラックバー１２に形成したラック１６に噛み合っており、第１ステアリングアクチュエータ１４を駆動するとピニオン１５およびラック１６を介してラックバー１２が車体左右方向に摺動し、タイロッド１３，１３を介して左右の車輪Ｗ，Ｗが転舵される。

電気モータよりなる第２ステアリングアクチュエータ１７と、それにより回転する環状のドライブギヤ１８とがラックバー１２の外周を囲むように配置される。ラックバー１２に固定したブラケット１９に支持した雌ねじ部材２０に雄ねじ部材２１が噛み合っており、この雄ねじ部材２１の一端に設けたドリブンギヤ２２が前記ドライブギヤ１８に噛み合っている。従って、第２ステアリングアクチュエータ１７を駆動すると、ドライブギヤ１８の回転がドリブンギヤ２２を介して雄ねじ部材２１に伝達され、回転する雄ねじ部材２１に噛み合う雌ねじ部材２０が車体左右方向に移動することで、ラックバー１２が車体左右方向に摺動して左右の車輪Ｗ，Ｗが転舵される。

ステアリングホイール２３と一体のステアリングシャフト２４の下端に操舵反力発生手段２５が設けられる。操舵反力発生手段２５は電気モータあるいは油圧によりステアリングホイール２３に擬似的な操舵反力を付与するもので、その操舵反力の方向および大きさは任意に制御可能である。

第１ステアリングアクチュエータ１４の作動は第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａにより制御され、第２ステアリングアクチュエータ１７の作動は第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵｂにより制御され、操舵反力発生手段２５の作動は操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃにより制御される。

第１、第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａ，Ｕｂには操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖと、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐとが入力され、操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃには、操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、操舵トルクセンサＳｂで検出した操舵トルクＴと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖとが入力される。

次に、上記構成を備えた実施例の作用を説明する。

第１ステアリングアクチュエータ１４は通常時に使用され、第２ステアリングアクチュエータ１７は、第１ステアリングアクチュエータ１４の故障時のバックアップに使用される。第１ステアリングアクチュエータ１４が正常に機能する通常時に、ドライバーがステアリングホイール２３を操作すると、操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖと、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐとが第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａに入力される。第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵａは、例えば、ステアリングホイール２３の操舵角δに比例した車輪Ｗ，Ｗの転舵角γが得られるように第１ステアリングアクチュエータ１４を駆動し、ステアリングギヤボックス１１を介して車輪Ｗ，Ｗを転舵する。

このとき、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐ（つまり、車輪Ｗ，Ｗの転舵角γ）が目標位置に一致するようにフィードバック制御が行われる。また、例えば、車速センサＳｃで検出した車速Ｖが大きいときには車輪Ｗ，Ｗの目標転舵角を減少させ、前記車速Ｖが小さいときには車輪Ｗ，Ｗの目標転舵角を増加させることで、高速時に車両の直進安定性を高めるとともに、低速時に車両の取り回しを容易にすることができる。

ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置ではステアリングホイール２３に車輪Ｗ，Ｗからの操舵反力が作用しないため、操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃからの指令で操舵反力発生手段２５を駆動し、ステアリングホイール２３に操舵反力を付与する必要がある。その際の目標操舵反力は、図４（Ａ）に示すマップに基づいて、操舵角センサＳａで検出した操舵角δおよび車速センサＳｃで検出した車速Ｖをパラメータとして検索される。このマップは、操舵角δが大きくなるほど操舵反力が大きくなり、かつ車速Ｖが大きくなるほど操舵反力が大きくなるように設定される。そして操舵トルクセンサＳｂで検出した操舵トルクＴが前記目標操舵反力に一致するように、操舵反力発生手段２５の駆動がフィードバック制御される。このように、操舵反力発生手段２５でステアリングホイール２３に擬似的な操舵反力を付与することで、ドライバーの違和感を解消することができる。

また第１ステアリングアクチュエータ１４の故障時には、第２ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニットＵｂが第２ステアリングアクチュエータ１７を同様に制御することで、車輪Ｗ，Ｗの転舵を支障なく継続することができる。

次に、左右の車輪Ｗ，Ｗのタイヤの空気圧がアンバランスになった場合に、操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃにより行われる警報の作用を、図２のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ステップＳ１で後述するタイマーがタイムアップして所定時間ｔが経過し、かつステップＳ２で車速センサＳｃが出力する車速Ｖが所定値Ｖｓ以上であるとき、ステップＳ３で左右の車輪Ｗ，Ｗのタイヤの空気圧の差圧ΔＰを検出する。左右の車輪Ｗ，Ｗのタイヤの空気圧の差圧ΔＰは、例えば、車速センサＳｃが出力する左右の車輪Ｗ，Ｗの車輪速の各々の平均値の差から算出することができる。なぜならば、あるタイヤの空気圧が低下すると直径が減少するため、そのタイヤの回転数が他のタイヤの回転数よりも増加して見かけの車輪速が増加するからである。

続くステップＳ４で左右の車輪Ｗ，Ｗのタイヤの空気圧の差圧ΔＰを図３のマップに適用し、図４のマップのセンター（縦軸）の目標オフセット量θｍを検索する。図３のマップは、差圧ΔＰの絶対値が０から増加すると目標オフセット量θｍの絶対値が０からリニアに増加し、その増加率が途中から大きくなった後に一定値になるように設定されている。

ここで図４のマップのセンターのオフセット量θｒとは、そのセンターの位置の左右方向の偏倚を表すもので、図４（Ａ）のオフセット量θｒ＝０の状態では、操舵角δ＝０のとき（つまりステアリングホイール２３がニュートラル位置にあるとき）に操舵反力＝０となる。そしてステアリングホイール２３を右側に操作すると、ステアリングホイール２３を左側に戻そうとする操舵反力が発生し、ステアリングホイール２３を左側に操作すると、ステアリングホイール２３を右側に戻そうとする操舵反力が発生する。

図４（Ｂ）は右側の車輪Ｗの空気圧が低下した場合に対応し、センターを左側にオフセットすることで、ステアリングホイール２３がニュートラル位置にあっても、ステアリングホイール２３を右側に回転させる操舵反力が発生し、ドライバーに右側の車輪Ｗの空気圧が低下したことを気づかせることができる。また図４（Ｃ）は左側の車輪Ｗの空気圧が低下した場合に対応し、センターを右側にオフセットすることで、ステアリングホイール２３がニュートラル位置にあっても、ステアリングホイール２３を左側に回転させる操舵反力が発生し、ドライバーに左側の車輪Ｗの空気圧が低下したことを気づかせることができる。

続くステップＳ５で操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃに記憶されている実際のオフセット量θｒがマップ検索した目標オフセット量θｍに一致していなければ、ステップＳ６で実際のオフセット量θｒおよび目標オフセット量θｍの大小を比較し、その結果θｍ−θｒ＞０が成立すれば、つまり実際のオフセット量θｒが不足していれば、ステップＳ７で操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃから操舵反力発生手段２５に出力するオフセット量θｒを所定値Δθだけ増加させる。

逆に、前記ステップＳ６でθｍ−θｒ＞０が成立しなければ、つまり実際のオフセット量θｒが過剰であれば、ステップＳ８で操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃから操舵反力発生手段２５に出力するオフセット量θｒを所定値Δθだけ減少させる。

そしてステップＳ９で新たなオフセット量θｒを操舵反力発生手段用電子制御ユニットＵｃに記憶し、ステップＳ１０でタイマーをリセットする。このタイマーは前記ステップＳ１で所定時間ｔが経過したか否かを判断するためのもので、所定時間ｔが経過してタイマーがタイムアップするまでオフセット量θｒの増減を行わないことで、そのオフセット量θｒが急変してドライバーに違和感を与えるのを防止することができる。

また前記ステップＳ２で車速Ｖが所定値Ｖｓ以上である場合にオフセット量θｒの変更を行うので、車両の走行中にステアリングホイール２３を取られ易くしてタイヤの空気圧の差圧ΔＰの増加をドライバーに確実に警報することができる。しかも、車速が所定値Ｖｓ未満でステアリングホイール２３が取られ難い場合にオフセット量θｒの変更を行わないので、操舵反力発生手段２５の消費電力を節減することができる。

以上のように、ステアリングホイール２３とステアリングギヤボックス１１との機械的接続が絶たれたステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置では、ドライバーは左右の車輪Ｗ，Ｗのタイヤの空気圧がアンバランスになったことをステアリングホイール２３を介して認識することが困難であるが、本実施例では、ドライバーがステアリングホイール２３をニュートラル位置に保持していても、右側のタイヤの空気圧が減少すると操舵反力発生手段２５がステアリングホイール２３が右側にとられるような操舵反力を発生し、左側のタイヤの空気圧が減少すると操舵反力発生手段２５がステアリングホイール２３が左側にとられるような操舵反力を発生するため、ドライバーはステアリングホイール２３を左右に取られる感覚により、タイヤの空気圧の減少を確実に認識し、運転に支障を来す状態になる前に速やかに対応することが可能となる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では第１ステアリングアクチュエータ１４のバックアップ用として第２ステアリングアクチュエータ１７を設けているので、第１ステアリングアクチュエータ１４が故障した場合に第２ステアリングアクチュエータ１７を用いて上記制御を実行することができる。

また左右の車輪Ｗ，Ｗのタイヤの空気圧の差圧ΔＰの算出手法は任意であり、四輪の回転数の平均回転数に対する左右の車輪Ｗ，Ｗの回転数の差をそれぞれ算出し、その回転数の差から左右の車輪Ｗ，Ｗのタイヤの内圧をそれぞれ推定し、推定した両タイヤの内圧の差から前記差圧ΔＰの算出しても良い。

また図３のマップの目標オフセット量θｍの特性は、必要に応じて任意に変更することが可能である。

車両用操舵装置の全体図 作用を説明するフローチャート 左右の車輪のタイヤの圧力差から目標オフセット量を検索するマップ 操舵角から操舵反力を検索するマップのオフセットを説明する図

符号の説明

１１ ステアリングギヤボックス
１４ 第１ステアリングアクチュエータ（ステアリングアクチュエータ）
２３ ステアリングホイール
２５ 操舵反力発生手段
Ｖ 車速
Ｖｓ 所定値
Ｕａ 第１ステアリングアクチュエータ用電子制御ユニット（第１の制御手段）
Ｕｃ 操舵反力発生手段用電子制御ユニット（第２の制御手段）
Ｗ 車輪
ｔ 所定時間
θｍ 目標オフセット量（オフセット量）
ΔＰ 左右のタイヤの空気圧の差圧
Δθ 所定量
δ ステアリングホイールの操舵角

Claims (4)

1. ステアリングホイール（２３）とステアリングギヤボックス（１１）との機械的接続を絶ち、第１の制御手段（Ｕａ）がステアリングアクチュエータ（１４）の作動を制御して左右の車輪（Ｗ）を転舵するとともに、第２の制御手段（Ｕｃ）がステアリングホイール（２３）の操舵角（δ）を操舵角−操舵反力マップに適用して検索した操舵反力が得られるように操舵反力発生手段（２５）の作動を制御するステア・バイ・ワイヤ式操舵装置であって、
   前記第２の制御手段（Ｕｃ）は、左右の車輪（Ｗ）のタイヤの空気圧の差圧（ΔＰ）を検出し、その差圧（ΔＰ）に応じて前記操舵角−操舵反力マップのセンターをオフセットすることを特徴とするステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
2. 前記第２の制御手段（Ｕｃ）は、前記操舵角−操舵反力マップのセンターのオフセット量（θｍ）を、左右の車輪（Ｗ）のタイヤの空気圧の差圧（ΔＰ）に基づいて変更することを特徴とする、請求項１に記載のステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
3. 前記第２の制御手段（Ｕｃ）は、車速（Ｖ）が所定値（Ｖｓ）以上の場合に前記オフセット量（θｍ）の変更を許可することを特徴とする、請求項１に記載のステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
4. 前記第２の制御手段（Ｕｃ）は、前記オフセット量（θｍ）を所定時間（ｔ）が経過する毎に所定量（Δθ）ずつ変化させることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のステア・バイ・ワイヤ式操舵装置。
   

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