JP2005297668A

JP2005297668A - 操舵装置

Info

Publication number: JP2005297668A
Application number: JP2004114165A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Sugitani; 伸夫杉谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】操舵方向と転舵方向が逆転した際に生じる車両挙動の悪化を抑制することのできる操舵装置を提供する。
【解決手段】運転者が操舵を行うステアリングと転舵される車輪とが機械的に連結されていない操舵装置において、ステアリングの操舵量に応じて車輪の目標転舵角を決定する目標転舵角設定部と、車輪の実転舵角を測定する転舵角センサと、目標転舵角と実転舵角との偏差に応じて車輪を転舵するステアリングモータと備え、ステアリングの操舵方向がそれまでと逆方向となった際には、車輪の転舵を停止させる。その後、実転舵角が目標転舵角と一致した際、又は実転舵角が目標転舵角と一致する前にステアリングの操舵方向を再度逆にした際には、転舵の停止を終了させて通常の転舵制御に復帰する。
【選択図】図５

Description

本発明は、運転者が操作を行う操作子と転舵される転舵輪とが機械的に連結されていない又はその状態から連結可能に構成された操舵装置に関する。

いわゆるＳＢＷ（Steer By Wire）式の操舵装置においては、運転者が操舵するステアリングホイール（以下、ステアリング）と、転舵輪（車輪）とが機械的に連結されていない（例えば、特許文献１）。
このため、実際に転舵輪に切れ角（転舵角）を与える転舵装置は、運転者による操舵力がステアリングを介して伝達されない分、ステアリングと転舵装置が機械的に連結されている従来の車両に比して、より大きな出力が必要となる。
特開２００３−１２７８８６号公報

ところで、転舵装置に電動モータを用いたＳＢＷ式の操舵装置の場合、製造コストや消費電力の観点から、転舵装置の出力をなるべく下げたいという要求がある。
しかしながら、モータ出力が十分でないと、運転者が意図している転舵角、つまり、操舵角に応じて決まる目標転舵角に転舵輪を十分に追従させることができず、運転者は大きな違和感を感じることがある。特に車庫入れ等の大きな転舵出力を必要とする極低速時に、その違和感は顕著なものとなる。

また、運転者の操舵による目標転舵角に転舵輪が十分追従していないとき、つまり、転舵装置のモータが最大出力で転舵輪を転舵しているときに、運転者がステアリングの操舵方向を逆転させても、転舵輪はそれまでの転舵方向に転舵し続ける現象が発生し得る。
このとき、運転者が転舵輪の追従遅れに気付いていなくても、ステアリングの操舵方向と転舵輪の転舵方向とが逆転した状態が続くと、それまでと同方向の旋回（操舵方向と逆方向の旋回）に遅れて運転者の意図する方向（操舵方向と同方向）に旋回し始めるという車両挙動を示し、運転者は非常に大きな違和感を感じることとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、操舵方向と転舵方向が逆転した際に生じる車両挙動の悪化を抑制することのできる操舵装置の提供にある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、運転者が操作（操舵）を行う操作子（例えば、後述の実施例におけるステアリング２）と転舵される転舵輪（例えば、後述の実施例における車輪６）とが機械的に連結されていない又はその状態から連結可能に構成された操舵装置（例えば、後述の実施例における操舵装置１）において、前記操作子の操作量（例えば、後述の実施例における操舵角）に応じて前記転舵輪の目標転舵角を決定する目標転舵角決定手段（例えば、後述の実施例における目標転舵角設定部２１）と、前記転舵輪の実転舵角を測定する転舵角測定手段（例えば、後述の実施例における転舵角センサ１２）と、前記目標転舵角と前記実転舵角との偏差に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータ（例えば、後述の実施例におけるステアリングモータ１０）とを備え、前記操作子の操作方向（操舵方向）が逆方向となった際には、前記転舵輪の転舵を停止させることを特徴とする。
このような構成によれば、少なくとも運転者の操舵方向と、実転舵角に従う車両の旋回方向とが逆転することはない。

このような転舵輪の転舵停止を行うと、いずれは目標転舵角と実転舵角とが一致することになるが、その後は目標転舵角と実転舵角との間に偏差が生じ、その偏差が次第に拡大する。このことは、転舵停止後、目標転舵角と実転舵角とが一致する前に、運転者が操舵方向を再度逆転させたときも同様である。
そこで、請求項２に係る発明は、請求項１記載の操舵装置において、前記実転舵角が前記目標転舵角と一致した際、又は前記実転舵角が前記目標転舵角と一致する前に前記操作子の操作方向を再度逆にした際には、前記転舵の停止を終了させることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも運転者の操舵方向と、実転舵角に従う車両の旋回方向とが逆転することがないので、それまでと同方向の旋回（操舵方向と逆方向の旋回）に遅れて運転者の意図する方向（操舵方向と同方向）に旋回し始める、という極めて違和感の強い車両挙動を有効に防ぐことができる。
また、転舵停止制御から通常制御への復帰は、目標転舵角と実転舵角とが一致した状況からだけでなく、再び目標転舵角と実転舵角とに偏差が生じるような状況からでも、必ず転舵アクチュエータが最大出力のときに行われるので、運転者に違和感を感じさせない自然な復帰が可能である。

以下、本発明の最良の形態であるＳＢＷ式の操舵装置の一実施例について、図１〜図７の図面を参照して説明する。
この操舵装置１は、図１に示すように、運転者が操舵を行うステアリング（操作子）２と、ステアリング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、左右の車輪（転舵輪）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車輪６に舵角を与えるステアリングモータ（転舵アクチュエータ）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の軸方向位置から車輪６の舵角を出力する転舵角センサ（転舵角測定手段）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とを備えている。
なお、ステアリング２は、適宜なばね機構など（図示略）により、常時中立位置へ向けて弾発付勢されている。

制御装置１３は、図２のブロック図に示すように、操舵角センサ３，車速センサ１１，及び転舵角センサ１２から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２０と、該転舵制御部２０，操舵トルクセンサ５，車速センサ１１及び転舵角センサ１２から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３０とを備えており、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。

転舵制御部２０は、操舵角センサ３からのステアリング２の操舵方向を含めた操舵角信号と、車速センサ１１からの車速信号とに基づいて目標転舵角を設定する目標転舵角設定部（目標転舵角設定手段）２１と、この目標転舵角に転舵角センサ１２の出力値、つまり、車輪６の実転舵角を一致させるためのステアリングモータ１０への供給電力を制御するステアリングモータ制御部２２とを備えている。
これにより、ステアリング２に運転者が与えた操舵角（操作量）に対し、その時の車速を加味した最適な車輪６の転舵角が決定される。

操舵反力制御部３０は、車速センサ１１からの車速信号，転舵角センサ１２からの転舵角信号，及び転舵制御部２０からの舵角指令信号に基づいて目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定部３１と、この目標操舵反力設定部３１で設定された目標操舵反力に操舵トルクセンサ５の出力値（実操舵トルク）を一致させるための操舵反力モータ４への供給電力を制御する操舵反力モータ制御部３２とを備えている。
これにより、運転者の操舵方向とは逆方向の操舵反力がステアリング２に加えられ、ステアリング２と車輪６との間が、あたかも直接連結されているかのような操舵フィーリングが得られる。

ところで、ステアリングモータ１０の最大出力に比して、運転者によるステアリング２の操舵が急激であると、図３に示すように、運転者の意図している目標転舵角に対して車輪６に追従遅れが生じることがある（区間Ｏ〜Ｂ）。
このような追従遅れが発生している状況下では、その途中で運転者がステアリング２の操舵方向を逆転させたとしても（状態Ａ）、車輪６はそれまでの転舵方向に転舵し続ける場合がある（区間Ａ〜Ｃ）。

このような場合、たとえ運転者が車輪６の追従遅れに気付いていなくても、それまでと同方向の車両旋回に遅れて、つまり、操舵方向とは逆方向の車両旋回（区間Ａ〜Ｃ）に遅れて、運転者の意図する方向、つまり、操舵方向と同方向に車両が旋回し始めるので（状態Ｃ以降）、運転者は非常に大きな違和感を感じることとなる。
そこで、本実施例の操舵装置１では、図４に示すように、車輪６に追従遅れが生じている場合（区間Ｏ〜Ｃ）に、ステアリング２の操舵方向が逆向きになったら（状態Ａ）、ステアリングモータ１０の回転を止めて車輪６の転舵を停止し、実転舵角をそれ以上変えないようにしている（状態Ａ以降）。

この転舵停止制御を行うことにより、少なくとも運転者の操舵方向と、実転舵角に従う車両の旋回方向とが逆転することがなくなるので、それまでと同方向の旋回（操舵方向と逆方向の旋回）に遅れて運転者の意図する方向（操舵方向と同方向）に旋回し始める、という極めて違和感の強い車両挙動を有効に防ぐことができる。
加えて、転舵停止後は、目標転舵角と実転舵角との偏差Δも徐々に減少（ΔＢ→ΔＮ）するので、車輪６の追従遅れに起因する違和感を緩和することもできる。

このようにして車輪６の転舵を停止させると、図５に示すように、いずれは目標転舵角と実転舵角とが一致することになるが（状態Ｄ）、車輪６の転舵停止をそのまま継続させると、波線で示すように、目標転舵角と実転舵角との間に偏差が生じるだけでなく、その偏差Δが次第に拡大する。このことは、図６に示すように、転舵停止（状態Ａ）後、目標転舵角と実転舵角とが一致する（状態Ｄ）前に、運転者が操舵方向を再度逆転させたとき（状態Ｅ）も同様である。

そこで、本実施例の操舵装置１では、図５及び図６に示すように、実転舵角が目標転舵角と一致した際（図５の状態Ｄ）、又は実転舵角が目標転舵角と一致する前にステアリング２の操舵方向を再度逆にした際（図６の状態Ｅ）には、転舵停止制御を終了させて、通常の転舵制御に復帰させるようにしている。
これにより、目標転舵角と実転舵角との偏差Δが不必要に拡大する現象を防止し、運転者が感ずる違和感の更なる緩和を図ることができる。

次に、図７のフローチャートを用いて、上述の車輪６に追従遅れが生じている場合において、ステアリング２の操舵方向が逆方向になった際に、車輪６の転舵を停止して実転舵角を変えないようにした、いわゆる転舵停止制御の処理内容を説明する。
まず、ステップＳ１では、転舵停止制御中であるかの判定が行われる。この判定において、転舵停止制御中でない場合（判定結果が「Ｎｏ」）、処理はステップＳ３に進み、転舵停止制御中である場合（判定結果が「Ｙｅｓ」）、処理はステップＳ２１に進む。

ステップＳ３では、ステアリングモータ制御部２２から出力される制御指令信号に基づき、ステアリングモータ１０の出力が最大出力に達しているかの判定が行われる。この判定において、ステアリングモータ１０の出力が既に最大出力に達している場合（判定結果が「Ｙｅｓ」）、つまり、実転舵角が目標転舵角に十分追従していない虞のある場合、処理はステップＳ５に進み、ステアリングモータ１０の出力が未だ最大出力に達していない場合（判定結果が「Ｎｏ」）、つまり、実転舵角が目標転舵角に十分追従している場合は、転舵停止制御を行う必要はないので、以下のステップＳ５，Ｓ７，Ｓ９の処理をスキップし、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ５では、目標転舵角設定部２１で設定した目標転舵角と、転舵角センサ１２で検出した実転舵角との偏差（以下、「転舵角制御偏差」という。）の今回値ΔＮが、予め定めておいた所定の偏差閾値ＴＨ以上であるかの判定が行われる。この判定において、転舵角制御偏差の今回値ΔＮが偏差閾値ＴＨ以上である場合（判定結果が「Ｙｅｓ」）、つまり、実転舵角が目標転舵角に十分追従していない場合、処理はステップＳ７に進み、転舵角制御偏差の今回値ΔＮが偏差閾値ＴＨ未満である場合（判定結果が「Ｎｏ」）、つまり、実転舵角が目標転舵角に十分追従している場合は、転舵停止制御を行う必要はないので、ステップＳ７，Ｓ９の処理をスキップし、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、後述するステップＳ２１の判定で用いる転舵角制御偏差の前回値ΔＢに、転舵角制御偏差の今回値ΔＮをセットする。
ステップＳ７では、ステアリング２の操舵方向を含めた操舵速度ω_Ｈに、車輪６の転舵方向を含めた転舵角速度ω_Ｔを乗じて得た乗算値が負であるかの判定が行われる。この判定において、乗算値が負である場合（判定結果が「Ｙｅｓ」）、つまり、ステアリング２の操舵方向と車輪６の転舵方向とが逆である場合、言い換えれば、実転舵角が目標転舵角に追従していないときに、ステアリング２がそれまでとは逆方向に操舵された場合、処理はステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ステアリングモータ制御部２２から出力された制御指令信号に基づきステアリングモータ１０の回転が停止し、車輪６をそれ以上転舵させないようする。
他方、操舵速度ω_Ｈと転舵角速度ω_Ｔとの乗算値が負でない場合（判定結果が「Ｎｏ」）、つまり、ステアリング２の操舵方向と車輪６の転舵方向とが一致している場合又は操舵と転舵の何れか一方が停止中である場合、さらに言い換えれば、実転舵角が目標転舵角には追従していないものの、ステアリング２がそれまでと逆方向に操舵されていない場合は、転舵停止制御を行う必要はないので、ステップＳ９の処理をスキップし、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合、つまり、転舵停止制御中である場合に行われるステップＳ２１では、転舵角制御偏差の今回値ΔＮの絶対値から転舵角制御偏差の前回値ΔＢの絶対値を減じて得た減算値が負であるかの判定が行われる。この判定において、減算値が負である場合（判定結果が「Ｙｅｓ」）、つまり、転舵角制御偏差が減少傾向にある場合、さらに言い換えれば、実転舵角と目標転舵角との偏差が以前よりも減少している場合、処理はステップＳ２３に進む。

他方、この減算値が負でない場合（判定結果が「Ｎｏ」）、つまり、転舵角制御偏差が不変または増加傾向にある場合、さらに言い換えれば、実転舵角と目標転舵角とが既に一致している、又はこれら実転舵角と目標転舵角との偏差が以前よりも拡大している場合、ステップＳ２３の処理をスキップして、ステップＳ２５に進む。
ステップＳ２５では、転舵停止制御を解除し、転舵制御を通常制御に戻す。この転舵停止制御から通常制御への復帰は、これまでの処理フローから明らかなように、必ずステアリングモータ１０が最大出力のときに行われるので、運転者に違和感を感じさせない自然な復帰が可能である。

ステップＳ２３では、転舵角制御偏差の今回値ΔＮがゼロであるかの判定が行われる。この判定において、転舵角制御偏差の今回値ΔＮがゼロである場合（判定結果が「Ｙｅｓ」）、処理はステップＳ２５に進む。このステップＳ２５で行われる転舵停止制御から通常制御への復帰も、これまでの処理フローから明らかなように、必ずステアリングモータ１０が最大出力のときに行われるので、運転者に違和感を感じさせない自然な復帰が可能である。
他方、転舵角制御偏差の今回値ΔＮがゼロでない場合（判定結果が「Ｎｏ」）、つまり、実転舵角と目標転舵角との偏差が減少傾向にあるが、未だ一致するに至っていない場合は、ステップＳ２５の処理をスキップし、転舵停止制御を続行する。

以上説明した通り、本実施例の操舵装置１によれば、少なくとも運転者の操舵方向と、実転舵角に従う車両の旋回方向とが逆転することがないので、それまでと同方向の旋回（操舵方向と逆方向の旋回）に遅れて運転者の意図する方向（操舵方向と同方向）に旋回し始める、という極めて違和感の強い車両挙動を有効に防ぐことができる。
また、転舵停止制御から通常制御への復帰は、目標転舵角と実転舵角とが一致した状況（図７のステップＳ２３）からだけでなく、再び目標転舵角と実転舵角とに偏差が生じるような状況（図７のステップＳ２１）からでも、必ずステアリングモータ１０が最大出力のときに行われるので、運転者に違和感を感じさせない自然な復帰が可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
例えば、操作子と転舵輪との間がクラッチを介して機械的に連結されていて、平常時は、クラッチ接続が断たれて操作子と転舵輪が機械的に連結されていないが、故障等の異常発生時は、クラッチが接続されて操作子と転舵輪が機械的に連結されるように構成されたものでもよい。

本発明に係る一実施例による操舵装置の概略構成図である。同操舵装置の制御ブロック図である。同操舵装置による転舵停止制御を行わない場合における操舵角と目標転舵角及び実転舵角との関係を示すタイミングチャートである。同操舵装置による転舵停止制御を行った場合における操舵角と目標転舵角及び実転舵角との関係を示すタイミングチャートである。同操舵装置による転舵停止制御を行った後、通常の転舵制御に移行する場合における操舵角と目標転舵角及び実転舵角との関係を示すタイミングチャートである。同操舵装置による転舵停止制御を行った後、通常の転舵制御に移行する図５とは別の場合における操舵角と目標転舵角及び実転舵角との関係を示すタイミングチャートである。同操舵装置による転舵停止制御の処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１操舵装置
２ステアリング（操作子）
６車輪（転舵輪）
１０ステアリングモータ（転舵アクチュエータ）
１２転舵角センサ（転舵角測定手段）
２１目標転舵角設定部（目標転舵角決定手段）

Claims

運転者が操作を行う操作子と転舵される転舵輪とが機械的に連結されていない又はその状態から連結可能に構成された操舵装置において、
前記操作子の操作量に応じて前記転舵輪の目標転舵角を決定する目標転舵角決定手段と、
前記転舵輪の実転舵角を測定する転舵角測定手段と、
前記目標転舵角と前記実転舵角との偏差に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータとを備え、
前記操作子の操作方向が逆方向となった際には、前記転舵輪の転舵を停止させることを特徴とする操舵装置。
前記実転舵角が前記目標転舵角と一致した際、又は前記実転舵角が前記目標転舵角と一致する前に前記操作子の操作方向を再度逆にした際には、前記転舵の停止を終了させることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。