JP2005254901A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクティブ操舵に起因した操舵ハンドルの異常な動きによる違和感を運転者に与えないようにする。
【解決手段】 操舵装置は、操舵ハンドル１１と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を機械的に連結している。操舵装置は、電動モータ２７を有するアクティブ操舵装置２０を備え、操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵に加え、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２をアクティブ操舵する。ＥＣＵ５４は、ハンドル操舵角センサ５１によって検出されたハンドル操舵角と、アクティブ操舵によるアクティブ操舵角とを比較して、運転者による操舵ハンドル１１の手離し状態を検出する。手離し状態の検出時には、ＥＣＵ５４は前記アクティブ操舵を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操舵ハンドルと操舵輪とを機械的に連結していて操舵ハンドルの操舵操作に対応して操舵輪を操舵する操舵機構内に電動モータを備え、同電動モータの回転により操舵ハンドルの操舵操作に対応した操舵輪の操舵に加えて操舵輪を補正操舵することが可能な車両の操舵装置に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に示されているように、車両走行中の外乱横加速度による車両挙動の変化を予測し、同予測した車両挙動の変化をなくすための補正操舵角を計算して、同計算した補正操舵角に応じて操舵機構内に設けた補正操舵用の電動モータを回転させることにより、操舵ハンドルの操舵操作に対応した操舵輪の操舵に加えて操舵輪を補正操舵するようにした車両の操舵装置は知られている。そして、この車両の操舵装置においては、補正操舵による操舵反力が操舵ハンドルに伝達されて操舵トルクの増減が運転者に違和感を与えないようにするために、同操舵反力に対応した操舵アシスト力を計算し、同計算した操舵アシスト力に応じて操舵アシスト用の電動モータの回転を制御して、前記補正操舵に伴う操舵反力が操舵ハンドルに伝達されないようにしている。さらに、下記特許文献１には、前記操舵アシスト用の電動モータによる操舵アシスト力を操舵ハンドルに付与しないと、操舵ハンドルに対する運転者の手離し状態では、前記補正操舵用の電動モータの回転によるトルクが操舵ハンドルに伝達されてしまい、操舵輪は操舵されずに、操舵ハンドルだけが回転してしまうことも指摘している。
特開平５−７７７５１号公報

しかし、上記従来の装置においては、外乱横加速度による車両挙動の変化をなくすための補正操舵角を正確に計算すること、補正操舵によって操舵ハンドルに伝達される操舵反力を正確に計算すること、および操舵反力に応じて操舵アシスト用の電動モータを正確に制御することは難しく、操舵ハンドルに対する運転者の手離し状態では、操舵ハンドルは前記補正操舵に起因して僅かながらでも回転してしまう。また、車両走行中における前記手離し状態では、操舵輪は路面反力によって中立位置に復帰するので前記補正操舵による効果も多くは期待できない。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、無駄な補正操舵角の制御を行わないようにするとともに、操舵ハンドルの異常な動きによる違和感を運転者に与えないようにした車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルと操舵輪とを機械的に連結していて操舵ハンドルの操舵操作に対応して操舵輪を操舵する操舵機構内に電動モータを備え、同電動モータの回転により操舵ハンドルの操舵操作に対応した操舵輪の操舵に加えて操舵輪を補正操舵することが可能な車両の操舵装置において、操舵輪を補正操舵するための補正操舵角を決定して電動モータの回転を補正操舵角に応じて制御する補正操舵制御手段と、操舵ハンドルに対する運転者の手離し状態を検出する手離し検出手段と、手離し検出手段により運転者の手離し状態が検出されたとき補正操舵制御手段による電動モータの回転制御を停止させる補正操舵停止手段とを設けたことにある。

上記のように構成した本発明においては、運転者が操舵ハンドルから手を離すと、手離し検出手段がこの手離し状態を検出して、補正操舵停止手段が補正操舵制御手段による操舵輪の補正操舵を停止させる。これにより、手離し状態にある操舵輪の無駄な補正操舵を停止させることができると同時に、運転者が操舵ハンドルから手を離している状態では操舵ハンドルの異常な動きを確実に回避して運転者に違和感を与えないようにすることができる。

また、本発明の他の特徴は、手離し検出手段が、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段を備えるように構成して、補正操舵制御手段によって決定された補正操舵角と、操舵角検出手段によって検出された操舵ハンドルの操舵角とを用いて前記手離し状態を検出するように構成したことにある。運転者が操舵ハンドルから手を離した状態では、路面から操舵輪に入力される反力により操舵ハンドルは中立方向に戻されるとともに、電動モータの回転によるトルクは操舵ハンドルに伝達され、操舵輪は操舵されずに、操舵ハンドルだけが回転する。したがって、操舵ハンドルは、補正操舵角とは反対方向に補正操舵角に相当する分だけ回転されるので、補正操舵角と操舵ハンドルの操舵角とを比較すれば、操舵ハンドルに対する運転者の手離し状態が簡単かつ精度よく検出できる。また、この場合、前記補正操舵角と操舵ハンドルの操舵角との比較を所定時間続けるようにすれば、前記手離し状態の検出精度がより向上する。

また、本発明の他の特徴は、手離し検出手段が、操舵ハンドルに付与される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備えるように構成し、操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて前記手離し状態を検出するように構成するとよい。運転者が操舵ハンドルから手を離した状態では、操舵トルクは、操舵機構内の部材の慣性、部材間の摩擦などに起因した極めて小さな値を示すので、検出操舵トルクの大きさを判定すれば、操舵ハンドルに対する運転者の手離し状態が簡単かつ精度よく検出できる。また、この場合も、前記操舵トルクの大きさの判定を所定時間続けるようにすれば、前記手離し状態の検出精度がより向上する。

さらに、本発明の他の特徴は、補正操舵停止手段を、手離し検出手段による手離し状態の検出に応答して、同手離し状態の検出直前に補正操舵制御手段によって決定された補正操舵角を徐々に「０」にするように構成するとよい。これによれば、補正操舵角により操舵ハンドルの回転が急に「０」に戻されないので、運転者に与える違和感を低減できる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明すると、図1は、同実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。この操舵装置は、操舵ハンドル１１と操舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２とを機械的に連結していて操舵ハンドル１１の操舵操作に対応して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵する操舵機構と、同操舵機構を制御する電気制御装置とからなる。

操舵機構は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されており、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。この操舵機構内には、アクティブ操舵装置２０と、操舵アシスト装置４０とが設けられている。

アクティブ操舵装置２０は、図２に示すように、図示しない車体側に固定された段付き円筒状のハウジング２１，２２を備えており、ステアリングシャフト１２は、これらのハウジング２１，２２内にて、詳しくは後述するハーモニックドライブ機構を介して動力伝達可能に連結されているが、上部ステアリングシャフト１２ａと下部ステアリングシャフト１２ｂとに分離されている。上部ステアリングシャフト１２ａは、ハウジング２１の内周面上にボールベアリング２３を介して軸線回りに回転可能に支持されている。下部ステアリングシャフト１２ｂは、ハウジング２２の内周面上にボールベアリング２４，２５を介して軸線回りに回転可能に支持されている。上部ステアリングシャフト１２ａと下部ステアリングシャフト１２ｂとの間には、ボールベアリング２６が介装されて、両シャフト１２ａ，１２ｂは相対回転可能になっている。また、ハウジング２１，２２内にはアクティブ操舵用（すなわち補正操舵用）の電動モータ２７と、ハーモニックドライブ機構とが収容されている。

電動モータ２７は、ハウジング２１の内周面上に固定されたコイルからなるステータ２７ａと、同ステータ２７ａに対向配置された永久磁石からなるロータ２７ｂとからなる。ロータ２７ｂは、段付き円筒状の回転体２８の大径部外周面上に固定されている。回転体２８の大径部内周面と上部ステアリングシャフト１２ａとの間にはボールベアリング３１，３２が介装されており、回転体２８は電動モータ２７のロータ２７ｂの回転に応じて上部ステアリングシャフト１２ａに対して軸線回りに相対回転するようになっている。

ハーモニックドライブ機構は、図２および図３に示すように、ウェーブジェネレータ３３、フレクスプライン３４およびサーキュラスプライン３５からなる。ウェーブジェネレータ３３は、カム３３ａと、同カム３３ａの外周面上に設けたボールベアリング３３ｂとからなる。カム３３ａは、金属剛体で楕円状に形成されて回転体２８の外周面上に固着されている。ボールベアリング３３ｂの内輪は金属剛体で構成されてカム３３ａの外周面に固定さているが、ボールベアリング３３ｂの外輪は金属弾性体で構成されてボールを介して弾性変形する。フレクスプライン３４は、薄肉の金属弾性体でカップ状に形成され、ボールベアリング３３ｂの外輪上に同ボールベアリング３３ｂの形状に合わせて楕円形状となるように組み付けられているとともに、その底面にて上部ステアリングシャフト１２ａに固定されている。このフレクスプライン３４の外周面上には外歯が形成されている。

サーキュラスプライン３５は、金属剛体で環状に形成されて、下部ステアリングシャフト１２ｂに固着されている。このサーキュラスプライン３５の内周面には、フレクスプライン３４の外歯と噛み合う内歯が形成されている。サーキュラスプライン３５の内歯の数はフレクスプライン３４の外歯の数よりも僅かに多く（例えば、２個多く）、サーキュラスプライン３５の内歯は、楕円状のフレクスプライン３４の長軸部分でのみフレクスプライン３４の外歯と噛み合っている。

操舵アシスト装置４０は、図１に示すように、電動モータ４１およびねじ送り機構４２からなる。電動モータ４１は、ラックバー１４の外周面上に設けられてねじ送り機構４２を駆動する。ねじ送り機構４２は、電動モータ４１の回転運動を直線運動に変えて、ラックバー１４を軸線方向に駆動する。

電気制御装置は、ハンドル操舵角センサ５１、実操舵角センサ５２および車速センサ５３を有する。ハンドル操舵角センサ５１は、上部ステアリングシャフト１２ａの回転角を計測することにより、操舵ハンドル１１のハンドル操舵角θhを検出する。このハンドル操舵角θhは、「０」により操舵ハンドル１１の基準位置を表し、正の値により操舵ハンドル１１の右回転角を表し、負の値により操舵ハンドル１１の左回転角を表す。実操舵角センサ５２は、下部ステアリングシャフト１２ｂの回転角を計測することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実操舵角δを検出する。なお、この実操舵角センサ５２に代えて、ラックバー１４の軸線方向の変位量を計測することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実操舵角δを検出するようにしてもよい。この実操舵角δは、「０」により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の中立状態を表し、正の値により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の右操舵角を表し、負の値により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の左操舵角を表す。ただし、実操舵角δは、ハンドル操舵角θhに換算された値を示している。車速センサ５３は、車速Ｖを検出する。

これらのセンサ５１〜５３には、電子制御ユニット５４（以下、単にＥＣＵ５４という）が接続されており、同ＥＣＵ５４には警報装置５５および駆動回路５６，５７が接続されている。ＥＣＵ５４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、図４に示す操舵制御プログラムおよび図５の手離し検出プログラムをそれぞれ所定の短時間ごとに繰り返し実行する。警報装置５５は、ブザー、ランプなどからなり、運転者に警報を発するものである。駆動回路５６，５７は、ＥＣＵ５４からの指示に従って電動モータ２７，４１に駆動電流を流し、電動モータ２７，４１の回転を制御する。駆動回路５７は、電動モータ４１に流れる駆動電流を検出してＥＣＵ５４に供給する駆動電流センサ５７ａを内蔵している。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。運転者が車両を走行させて、操舵ハンドル１１を回動操作すると、上部ステアリングシャフト１２ａは操舵ハンドル１１の回転角に等しい角度だけ軸線回りに回転する。この上部ステアリングシャフト１２ａの回転はフレクスプライン３４に伝達され、フレクスプライン３４はボールベアリング３３ｂの外輪と一体的に軸線回りに回転し、その外歯とサーキュラスプライン３５の内歯との噛み合いによりサーキュラスプライン３５を軸線回りに回転させる。ただし、フレクスプライン３４の外歯の数は、サーキュラスプライン３５の内歯の数よりも若干少ないので、微量ではあるが、サーキュラスプライン３５の回転角は歯数の少ない分だけフレクスプライン３４の回転角よりも小さい。このサーキュラスプライン３５の回転は下部ステアリングシャフト１２ｂに伝達され、ピニオンギヤ１３を介してラックバー１４を軸線方向に変位させる。そして、ラックバー１４の軸線方向の変位により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が左右に操舵される。したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、操舵ハンドル１１の回動操作により左右に操舵される。

一方、ＥＣＵ５４は、前記動作中、図４の操舵制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行している。この操舵制御プログラムの実行はステップＳ１０にて開始され、ＥＣＵ５４は、ステップＳ１１にてハンドル操舵角センサ５１、実操舵角センサ５２および車速センサ５３からの検出値を入力する。そして、ステップＳ１２に手離しフラグＦＬＧが“１”であるか否かを判定する。この手離しフラグＦＬＧは、“０”により運転者が操舵ハンドル１１を把持している状態を表し、“１”により運転者が操舵ハンドル１１から手を離した状態を表すもので、初期には“０”に設定されている。したがって、運転者が操舵ハンドル１１を把持していれば、ステップＳ１２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３においては、ＲＯＭ内に記憶されているアクティブ操舵角テーブルを参照して、ハンドル操舵角θhに対応した補正操舵角としてのアクティブ操舵角θaを計算する。アクティブ操舵角テーブルは、図６に示すように、ハンドル操舵角θhの増加に従って増加するアクティブ操舵角θaを記憶している。なお、このアクティブ操舵角テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θhとアクティブ操舵角θaとの関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用してアクティブ操舵角θaを計算するようにしてもよい。

また、前記アクティブ操舵角θaに代えまたは加えて、車両の走行状態に応じたアクティブ操舵角を計算するようにしてもよい。例えば、図１に破線で示すように、車両の実ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ６１をＥＣＵ５４に接続する。そして、ＲＯＭ内に記憶されている目標ヨーレートテーブルを参照して、前記入力したハンドル操舵角θhおよび車速Ｖに応じた目標ヨーレートγ＊を計算する。目標ヨーレートテーブルは、図７に示すように、ハンドル操舵角θhの増加に従って増加するとともに、車速Ｖの増加に従って絶対値の増加する目標ヨーレートγ＊を記憶している。なお、この目標ヨーレートテーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖと目標ヨーレートγ＊との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用して目標ヨーレートγ＊を計算するようにしてもよい。次に、ヨーレートセンサ６１によって検出された実ヨーレートγが目標ヨーレートγ＊に等しくなるようなアクティブ操舵角（＝ｋ・(γ＊−γ)）を計算する。ただし、ｋは予め決められた係数である。そして、この計算したアクティブ操舵角を前述したアクティブ操舵角θaに代えて用い、または前述したアクティブ操舵角θaに加えて用いるようにしてもよい。

さらに、前記ヨーレートセンサ６１に代えて、図１に破線で示すように、車両の実横加速度Ｇyを検出する横加速度センサ６２をＥＣＵ５４に接続して、横加速度センサ６２によって検出された実横加速度Ｇyが目標横加速度Ｇy＊に等しくなるような補正操舵角としてのアクティブ操舵角（＝ｋ・(Ｇy＊−Ｇy)）を計算する。そして、この計算したアクティブ操舵角を前述したアクティブ操舵角θaに代えて用い、または前述したアクティブ操舵角θaに加えて用いるようにしてもよい。この場合も、目標横加速度Ｇy＊の計算は、図７に示す特性を有するデータを記憶したテーブルを用いてもよいし、関数を用いてもよい。

前記ステップＳ１３の処理後、ステップＳ１５にて、アクティブ操舵制御を実行すなわち前記アクティブ操舵角θaだけ左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵制御する。このアクティブ操舵制御においては、アクティブ操舵角θaに対応した回転角だけ電動モータ２７を回転させるように駆動回路５６を制御する。言い換えれば、実操舵角センサ５２によって検出される実操舵角δがハンドル操舵角θhとアクティブ操舵角θaの和θh＋θaに等しくなるように、駆動回路５６を介して電動モータ２７の回転を制御する。なお、前記のように、操舵ハンドル１１の回動のみによる上部ステアリングシャフト１２ａの回転角と下部ステアリングシャフト１２ｂの回転角との間には若干の差が存在するが、これは操舵機構内のステアリングギヤ比の問題であると同時に、実操舵角δがハンドル操舵角θhに換算された値を示しているので問題ない。

前記のように電動モータ２７が回転制御されると、ロータ２７ｂおよび回転体２８の回転により、ウェーブジェネレータ３３のカム３３ａが軸線回りに回転し、フレクスプライン３４は弾性変形しながらその外歯のサーキュラスプライン３５の内歯に対する噛み合い位置を移動させる。そして、フレクスプライン３４の外歯の数とサーキュラスプライン３５の内歯の数とを異ならせてあるので、この歯数の差に対応した角度だけ、フレクスプライン３４の回転角とサーキュラスプライン３５の回転角との間には差が生じる。このことは、フレクスプライン３４とサーキュラスプライン３５との間に相対回転が発生していることを意味する。そして、運転者が操舵ハンドル１１を把持していて上部ステアリングシャフト１２ａおよびフレクスプライン３４の回転を規制している状態では、カム３３ａの回転により、サーキュラスプライン３５がフレクスプライン３４に対して回転することになる。これにより、上部ステアリングシャフト１２ａに対して下部ステアリングシャフト１２ｂがアクティブ操舵角θa分だけ多く回転する。

そして、この下部ステアリングシャフト１２ｂの回転も、ピニオンギヤ１３を介してラックバー１４の軸線方向の変位に変換される。したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、前記操舵ハンドル１１の回動操作による操舵に加えて、アクティブ操舵角θaだけ操舵されることになる。その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、補正操舵角としてのアクティブ操舵角θaだけ補正操舵されるので、車両の操舵特性を任意に選択できるようになるとともに、同操舵特性を良好にすることもできる。

前記ステップＳ１５のアクティブ操舵制御後、ＥＣＵ５４は、ステップＳ１６にて目標アシストトルクＴa＊を計算する。この目標アシストトルクＴa＊の計算においては、ＲＯＭ内に記憶されているアシストトルクテーブルを参照して、前記入力したハンドル操舵角θhおよび車速Ｖに応じた目標アシストトルクＴa＊を計算する。アシストトルクテーブルは、図８に示すように、ハンドル操舵角θhの増加に従って増加するとともに、車速Ｖが小さくなる従って絶対値の増加する目標アシストトルクＴr＊を記憶している。なお、このアシストトルクテーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖと目標アシストトルクＴr＊との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用して目標アシストトルクＴr＊を計算するようにしてもよい。

次に、ステップＳ１７にて手離しフラグＦＬＧが“１”であるか否かを判定するが、この場合も前記ステップＳ１２の場合と同様に「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１８に進む。ステップＳ１８においては、前記アクティブ操舵によって操舵ハンドル１１への反力を低減するための反力低減値Ｔaaを計算する。この反力低減値Ｔaaの計算においては、ＲＯＭ内に記憶されている反力低減値テーブルを参照して、前記計算したアクティブ操舵角θaに応じた反力低減値Ｔaaを計算する。反力低減値テーブルは、図９に示すように、アクティブ操舵角θaの増加に従って増加する反力低減値Ｔaaを記憶している。なお、この反力低減値テーブルを利用するのに代えて、アクティブ操舵角θaと反力低減値Ｔaaとの関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用して反力低減値Ｔaaを計算するようにしてもよい。

次に、ステップＳ２０にて、前記計算した目標アシストトルクＴa＊に前記計算した反力低減値Ｔaaを加算することにより、反力低減値Ｔaaにより補正した目標アシストトルクＴa＊（＝Ｔa＊＋Ｔaa）を計算する。そして、ステップＳ２１にて、駆動回路５７を介して電動モータ４１を駆動制御して、ステップＳ２２にて操舵制御プログラムの実行を一旦終了する。この駆動制御においては、ＥＣＵ５４は、駆動電流センサ５７ａによって検出された駆動電流を入力して、電動モータ４１が目標アシストトルクＴa＊を発生するように駆動回路５７を制御する。この制御のもとに、駆動回路５７は、電動モータ４１に目標アシストトルクＴa＊に対応した駆動電流をそれぞれ流して、電動モータ４１を駆動する。

このような電動モータ４１の駆動制御により、電動モータ４１は、ねじ送り機構４２を介してラックバー１４に動力を伝達してラックバー１４をその軸線方向に直線駆動する。これにより、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作して左右前輪ＦＷ１,ＦＷ２を操舵しようとすると、電動モータ４１により前記運転者による操舵ハンドル１１の回動操作がアシストされ、運転者は小さな操舵力で左右前輪ＦＷ１,ＦＷ２を操舵することができる。また、前記ステップＳ２１の反力低減値Ｔaaを用いた目標アシストトルクＴa＊の補正により、アクティブ操舵に起因した操舵反力も打ち消されるので、運転者はアクティブ操舵制御による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵による反力も感じない。

前記操舵制御プログラムに並行して、ＥＣＵ５４は、図５の手離し検出プログラムも所定の短時間ごとに繰り返し実行している。この手離し検出プログラムの実行はステップＳ３０にて開始され、ステップＳ３１にて、アクティブ操舵制御が実行されているか、具体的には図４のステップＳ１３，Ｓ１４の処理によって計算されたアクティブ操舵角θaの絶対値｜θa｜が「０」よりも大きいかを判定する。アクティブ操舵制御が行われておらず、絶対値｜θa｜が「０」であれば、ステップＳ３１にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ３３にて手離しフラグＦＬＧを“０”に設定し、ステップＳ３６にてこの手離し検出プログラムの実行を一旦終了する。一方、アクティブ操舵制御が実際に行われていて、絶対値｜θa｜が「０」よりも大きければ、ステップＳ３１にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２においては、前記アクティブ操舵角θaとハンドル操舵角センサ５１によって検出されたハンドル操舵角θhとを加算した加算値θa＋θhの絶対値｜θa＋θh｜が正の小さな所定値θo未満であるかを判定する。

このステップＳ３２の判定は、運転者が操舵ハンドル１１から手を離している状態を検出するものである。運転者が操舵ハンドル１１を把持していれば、図４のステップＳ１５にてアクティブ操舵制御が実行されると、前述したように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は操舵ハンドル１１による操舵に加えてアクティブ操舵される。ゆえに、運転者が操舵ハンドル１１を把持している状態では、前記絶対値｜θa＋θh｜はある程度大きな正の値となる。一方、運転者が操舵ハンドル１１から手を離した状態で、図４のステップＳ１５にてアクティブ操舵制御が実行されると、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は路面からの反力によってアクティブ操舵されない。このことは下部ステアリングシャフト１２ｂおよびサーキュラスプライン３５が回転不能に拘束されていることを意味する。そして、前記アクティブ操舵制御による電動モータ２７の駆動による回転体２８の回転はウェーブジェネレータ３３およびフレクスプライン３４を介して上部ステアリングシャフト１２ａに伝達されて、上部ステアリングシャフト１２ａがアクティブ操舵角θaの絶対値｜θa｜に等しい角度だけアクティブ操舵による方向とは反対方向に回転する。ゆえに、運転者が操舵ハンドル１１から手を離している状態では、前記絶対値｜θa＋θh｜はほぼ「０」になる。

したがって、前記絶対値｜θa＋θh｜が所定値θo以上であれば、ステップＳ３２にて「Ｎｏ」と判定して、前記ステップＳ３３にて手離しフラグＦＬＧを“０”に設定し、ステップＳ３６にてこの手離し検出プログラムの実行を一旦終了する。一方、前記絶対値｜θa＋θh｜が所定値θo未満のときには、ステップＳ３２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３４にて手離しフラグＦＬＧを“１”に設定する。その後、ステップＳ３５にて車両が走行していることを条件（車速Ｖが「０」よりも大きいことを条件）に、警報装置５５を作動させて運転者に警告を発し、ステップＳ３６にてこの手離し検出プログラムの実行を一旦終了する。このような手離し検出プログラムの実行により、操舵ハンドル１１に対する運転者の手離し状態が簡単かつ精度よく検出される。

このようにして運転者の操舵ハンドル１１に対する手離し状態が検出されて、手離しフラグＦＬＧが“１”に設定されると、前述した図４のステップＳ１２にて「Ｎｏ」と判定されるようになり、ステップＳ１３の処理に代えてステップＳ１４の処理が実行される。ステップＳ１４においては、アクティブ操舵角θaが「０」に設定される。したがって、この状態で、ステップＳ１５のアクティブ操舵制御処理が実行されても、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はアクティブ操舵されず、実質的に左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２のアクティブ操舵制御が停止される。

また、この手離しフラグＦＬＧが“１”に設定された状態では、前述した図４のステップＳ１７においても「Ｎｏ」と判定されるようになり、ステップＳ１８の処理に代えてステップＳ１９の処理が実行される。ステップＳ１９においては、反力低減値Ｔaaも「０」に設定される。したがって、この状態で、ステップＳ２０，Ｓ２１の操舵アシスト制御処理が実行されても、目標アシストトルクＴa＊には、アクティブ操舵による操舵ハンドル１１への操舵反力の影響をなくすための反力低減値Ｔaaも考慮されなくなる。

上記作動説明のように、上記実施形態によれば、運転者が操舵ハンドル１１から手を離すと、この手離し状態が検出されて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２のアクティブ操舵（補正操舵）が停止する。これにより、手離し状態にある左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の無駄なアクティブ操舵を停止させることができると同時に、運転者が操舵ハンドル１１から手を離している状態では、アクティブ操舵に起因して操舵ハンドル１１の異常な動きを確実に回避して運転者に違和感を与えないようにすることができる。

次に、上記実施形態の各種変形例について説明する。第１変形例は、図４のステップＳ１４の処理を図１０(Ａ)のステップＳ４１〜Ｓ４５の処理に変更するとともに、図４のステップＳ１９の処理を図１０(Ｂ)のステップＳ４６の処理に変更したものである。この第１変形例によれば、ステップＳ４１にて、前回の操舵制御プログラムの実行時における手離しフラグＦＬＧが“０”であったか、すなわち手離しフラグＦＬＧが今回の操舵制御プログラムの実行時に始めて“１”になったかを判定する。

手離しフラグＦＬＧが今回の操舵制御プログラムの実行時に始めて“１”になった場合には、ステップＳ４１にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ４２にて現在のアクティブ操舵角θaをホールド操舵角θaoとして設定し、現在の反力低減値Ｔaaをホールド低減値Ｔaaoとして設定し、時間カウント値ｔを「０」に初期設定する。そして、ステップＳ４３にて、時間カウント値ｔにこの操舵制御プログラムの実行時間間隔に対応した微小時間値Δｔを加算して、ステップＳ４４にてＲＯＭ内に記憶されているゲインテーブルを参照して、前記手離し状態の検出からの時間経過に従ったゲインＧを計算する。ゲインテーブルは、図１１に示すように、時間カウント値ｔの「０」からの増加に従って「１」から「０」まで徐々に減少するゲインＧを記憶している。なお、このゲインテーブルを利用するのに代えて、時間カウント値ｔとゲインＧとの関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用してゲインＧを計算するようにしてもよい。また、ゲインＧの時間変化を表す特性線は、直線でなくて曲線であってもよい。

前記ステップＳ４４の処理後、ステップＳ４５にて前記ホールド操舵角θaoにゲインＧを乗算して、アクティブ操舵角θa（＝Ｇ・θao）を計算する。そして、前述した図４のステップＳ１５の処理により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は前記ゲインＧを乗算したアクティブ操舵角θaにより操舵制御される。一方、手離しフラグＦＬＧが“１”に設定された状態で、次に操舵制御プログラムが実行された場合には、ステップＳ４１にて「Ｎｏ」と判定されて、ステップＳ４３〜Ｓ４５の処理のみが実行される。したがって、時間カウント値ｔは徐々に大きくなるとともにゲインＧは徐々に小さくなり、アクティブ操舵角θaは徐々に「０」に向かって変化する。その結果、この第１変形例においては、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態の検出時には、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２のアクティブ操舵は、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態の検出直前のアクティブ操舵角θaから時間経過に従って徐々に小さくなるように制御される。そして、最終的にアクティブ操舵制御が中止される。これにより、アクティブ操舵角θaにより操舵ハンドル１１の回転が急に「０」に戻されないので、運転者に与える違和感を低減できる。

また、図１０(Ｂ)のステップＳ４６においては、前記ホールド低減値Ｔaaoに前記ゲインＧを乗算して、反力低減値Ｔaa（＝Ｇ・Ｔaao）を計算する。そして、前述した図４のステップＳ２０，Ｓ２１の処理により、操舵アシスト制御される。その結果、操舵アシストも前記アクティブ操舵に連動して変更制御されるので、運転者に与える違和感を低減できる。

次に、第２変形例について説明する。第２変形例は、上記実施形態の図５の手離し検出プログラムを図１２に示す手離し検出プログラムに変更したものである。この第２変形例に係る手離し検出プログラムも、所定の短時間ごとに実行される。また、この第２変形例に係る手離し検出プログラムは、図５のステップＳ３３の処理に若干の処理を追加してステップＳ３３’とするとともに、ステップＳ３２，Ｓ３４の間にステップＳ５１，Ｓ５２の処理を追加したものである。

ステップＳ３３’においては、手離し検出フラグＦＬＧを“０”に設定するのに加えて、時間カウント値ＣＴを「０」に初期設定する。すなわち、ステップＳ３１，Ｓ３２の判定処理により、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態が判定されない場合には、手離し検出フラグＦＬＧが“０”に保たれるのに加えて、時間カウント値ＣＴが「０」に保たれる。

また、ステップＳ５１においては、時間カウント値ＣＴにこの手離し検出プログラムの実行時間間隔に等しい微小時間値ΔＣＴを加算する。ステップＳ５２においては、時間カウント値ＣＴが所定時間値ＣＴo以上であるかを判定する。そして、時間カウント値ＣＴが所定時間値ＣＴo以上であれば、ステップＳ５２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３４以降の処理を実行する。一方、時間カウント値ＣＴが所定時間値ＣＴo未満であれば、ステップＳ５２にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ３６にてこの手離し検出プログラムの実行を終了する。これにより、ステップＳ３１，Ｓ３２にて共に「Ｙｅｓ」と所定時間値ＣＴo以上判定され続けたときにのみ、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態が検出されることになる。その結果、この第２変形例によれば、手離し状態の誤検出が回避され、検出精度が向上する。

次に、第３変形例について説明する。第３変形例は、図１に破線で示すように、上部ステアリングシャフト１２ａに操舵トルクセンサ６３を配置するとともに、上記実施形態の図５の手離し検出プログラムを図１３に示す手離し検出プログラムに変更したものである。操舵トルクセンサ６３は、上部ステアリングシャフト１２ａに組みつけられて、操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクＴrを検出して、同検出した操舵トルクＴrをＥＣＵ５４に出力する。この場合、操舵トルクセンサ６３は、例えば、上部ステアリングシャフト１２ａの一部をトーションバーで構成しておき、トーションバーの両端の回転角をそれぞれ検出して、同両端の回転角の差により操舵トルクＴrを検出するように構成できる。

また、この第３変形例に係る手離し検出プログラムも、所定の短時間ごとに実行される。第３変形例に係る手離し検出プログラムにおいては、図５のステップＳ３２の処理に代えてステップＳ５３の判定処理が実行される。このステップＳ５３の判定処理は、操舵トルクセンサ６３から操舵トルクＴrを入力して、同操舵トルクＴrの絶対値｜Ｔr｜が所定値Ｔro以下であるかを判定するものである。この判定処理は、運転者が操舵ハンドル１１から手を離した状態では、操舵トルクＴrがほとんど「０」になることを利用したものである。すなわち、前記絶対値｜Ｔr｜が所定値Ｔroよりも大きければ、ステップＳ５３にて「Ｎｏ」すなわち手離し状態ではないと判定して、ステップＳ３３に進む。一方、前記絶対値｜Ｔr｜が所定値Ｔro以下であれば、ステップＳ５３にて「Ｙｅｓ」すなわち手離し状態であると判定してステップＳ３４，Ｓ３５に進む。その結果、この第３変形例によっても、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態が簡単かつ精度よく検出される。

次に、第４変形例について説明する。第４変形例は、前記第３変形例と同様な操舵トルクセンサ６３を備え、上記実施形態の図５の手離し検出プログラムを図１４に示す手離し検出プログラムに変更したものである。この図１４の手離し検出プログラムにおいては、前記第３変形例で説明したステップＳ５３の操舵トルクＴrに関する判定処理を実行するとともに、前記第２変形例で説明したステップＳ３３’，Ｓ５１，Ｓ５２の時間カウント値ＣＴを用いた検出処理を実行する。したがって、この第４変形例によれば、前記第３変形例による手離し状態の誤検出がなくなり、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態がより精度よく検出されるようになる。

次に、第５変形例について説明する。第５変形例は、前記第３変形例と同様な操舵トルクセンサ６３を備え、上記実施形態の図５の手離し検出プログラムを図１５に示す手離し検出プログラムに変更したものである。この図１５の手離し検出プログラムにおいては、上記実施形態の手離し状態の判定処理に、前記第３変形例で説明したステップＳ５３の操舵トルクＴrに関する判定処理を追加したものである。したがって、この第５変形例によれば、アクティブ操舵角θaおよびハンドル操舵角θhによる判定処理に、操舵トルクＴrを用いた判定処理が加えられる。したがって、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態がより精度よく検出されるようになる。特に、上記実施形態のようにアクティブ操舵角θaとハンドル操舵角θhとによって手離し状態を検出した場合には、操舵ハンドル１１の手離し状態と同じ態様で操舵ハンドル１１を回動操作すると、手離し状態が誤検出される可能性があるが、この第５変形例のように操舵トルクＴrの判定を加味することにより前記誤検出を回避できる。

次に、第６変形例について説明する。第６変形例は、前記第５変形例と同様な操舵トルクセンサ６３を備え、上記実施形態の図５の手離し検出プログラムを図１６に示す手離し検出プログラムに変更したものである。この図１６の手離し検出プログラムにおいては、前記第５変形例で説明したステップＳ５３の操舵トルクＴrに関する判定処理を実行するとともに、前記第２変形例で説明したステップＳ３３’，Ｓ５１，Ｓ５２の時間カウント値ＣＴを用いた検出処理を実行する。したがって、この第６変形例によれば、前記第５変形例による手離し状態の誤検出がなくなり、運転者による操舵ハンドル１１からの手離し状態がより精度よく検出されるようになる。

さらに、本発明は上記実施形態および各種変形例に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、上記実施形態および各種変形例においては、操舵アシスト用の電動モータ４１でラックバー４１を軸性方向に駆動するようにした。しかし、これに代えて、操舵アシスト用の電動モータ４１で減速機構を介して下部ステアリングシャフト１２ｂを回転駆動するようにしてもよい。

また、車両の操舵ハンドル１１の回動操作によって左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵する車両の操舵装置に本発明を適用した。しかし、本発明は、ジョイスティックなどのように直線的な操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵する車両の操舵装置にも適用される。

本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。 図１のアクティブ操舵装置の縦断面図である。 図２のハーモニックドライブ機構の横断面図である。 図１のＥＣＵにより実行される操舵制御プログラムのフローチャートである。 図１のＥＣＵにより実行される手離し検出プログラムのフローチャートである。 ハンドル操舵角θhとアクティブ操舵角θaとの関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖと目標ヨーレートγ＊（又は目標横加速度Ｇy＊）との関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖと目標アシストトルクＴa＊との関係を示すグラフである。 アクティブ操舵角θaと反力低減値Ｔaaとの関係を示すグラフである。 (Ａ)(Ｂ)は、第１変形例に係り、図４の操舵制御プログラムの変更部分を示すフローチャートである。 第１変形例に係り、ゲインの時間経過に従った変化を示すグラフである。 第２変形例に係る手離し検出プログラムを示すフローチャートである。 第３変形例に係る手離し検出プログラムを示すフローチャートである。 第４変形例に係る手離し検出プログラムを示すフローチャートである。 第５変形例に係る手離し検出プログラムを示すフローチャートである。 第６変形例に係る手離し検出プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１２ａ…上部ステアリングシャフト、１２ｂ…下部ステアリングシャフト、１３…ピニオンギヤ、１４…ラックバー、２０…アクティブ操舵装置、２７…電動モータ、４０…操舵アシスト装置、５１…ハンドル操舵角センサ、５２…実操舵角センサ、５３…車速センサ、５４…ＥＣＵ、６１…ヨーレートセンサ、６２…横加速度センサ、６３…操舵トルクセンサ。

Claims (4)

1. 操舵ハンドルと操舵輪とを機械的に連結していて操舵ハンドルの操舵操作に対応して操舵輪を操舵する操舵機構内に電動モータを備え、同電動モータの回転により前記操舵ハンドルの操舵操作に対応した操舵輪の操舵に加えて操舵輪を補正操舵することが可能な車両の操舵装置において、
   操舵輪を補正操舵するための補正操舵角を決定して前記電動モータの回転を補正操舵角に応じて制御する補正操舵制御手段と、
   操舵ハンドルに対する運転者の手離し状態を検出する手離し検出手段と、
   前記手離し検出手段により運転者の手離し状態が検出されたとき前記補正操舵制御手段による電動モータの回転制御を停止させる補正操舵停止手段と
   を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記手離し検出手段は、前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、前記補正操舵制御手段によって決定された補正操舵角と、前記操舵角検出手段によって検出された操舵ハンドルの操舵角とを用いて前記手離し状態を検出する請求項１に記載した車両の操舵装置。
3. 前記手離し検出手段は、前記操舵ハンドルに付与される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて前記手離し状態を検出する請求項１に記載した車両の操舵装置。
4. 前記補正操舵停止手段は、前記手離し検出手段による手離し状態の検出に応答して、同手離し状態の検出直前に前記補正操舵制御手段によって決定された補正操舵角を徐々に「０」にする請求項１ないし３のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置。
   

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