JP2006001541A - 車両用操舵システム - Google Patents

Abstract

【課題】路面状態に基づき操舵比を変更する。
【解決手段】自動車用操舵システム10が、操舵角20を規定する操舵輪、操舵角20を制御するパワー・アクチュエーター14及び、ドライバー入力制御角度を提供するステアリング・ホイール16、を有する。ドライバー入力制御角度の操舵角20に対する比が、操舵比を規定する。操舵システム10はまた、路面状態に少なくとも部分的に基づき、操舵比を選択的に変更する制御器18を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に関し、特に、自動車用アクティブ前輪操舵システムに関する。

自動車用アクティブ前輪操舵システムは、車両のステアリング・ホイールの回転と異なる割合で、又はステアリング・ホイールの回転が無くても、車両の車輪を回転させるために用いられる。車輪の回動量に対するステアリング・ホイールの回転量の比によって、操舵比が規定される。そのため、アクティブ前輪操舵システムが車両の操舵比を設定する。上記アクティブ前輪操舵システムが無い場合には、操舵比は、通常、ステアリング・ホイールと車輪との間の機械結合によって設定される比率により決定される。

また、従来より、アクティブ前輪操舵システムは、車両のラック・アンド・ピニオン・システムのラックに接続されて動作するパワー・アクチュエーター（powered actuator）を備えている。また、アクティブ前輪操舵システムは、操舵輪の回動を補助する。さらに、アクティブ前輪操舵システムは、基本的な動作として、ステアリング・ホイールを介して入力されるドライバーからの入力制御角度を補助して、操舵比に従い車輪を回転させるように構成されているのが、一般的である。

本発明の第１の観点は、操舵角を規定するための操舵輪、該操舵角を制御するためのパワー・アクチュエーター、及び、ドライバー入力制御角度を規定するためのステアリング・ホイール、を備えた自動車用操舵システムを提供することである。ドライバー入力制御角度の操舵角に対する比が、操舵比を規定する。操舵システムはまた、少なくとも路面状態に基づいて、操舵比を選択的に変更する制御器、を備えている。

本発明の別の観点は、操舵角を規定する操舵輪、操舵角を制御するパワー・アクチュエーター、及び、ドライバー入力制御角度を提供するステアリング・ホイール、を備えている自動車用操舵システムを提供することである。ドライバー入力制御角度の操舵角に対する比が操舵比を規定する。操舵システムはまた、車両の少なくとも一つの動作パラメーターを検出するための少なくとも一つのセンサー、及び、上記パワー・アクチュエーターが接続されるとともに上記少なくとも一つのセンサーから信号を受ける制御器、を備えている。この制御器は、上記少なくとも一つの動作パラメーターに少なくとも部分的に基づいてオフロード状態にあるか否かを判定し、そして、オフロード状態にあるときには、操舵比を選択的に変更する。

本発明のまた別の観点は、操舵角を規定する操舵輪及び、ドライバー入力制御角度を提供するステアリング・ホイールを備えた自動車の、ドライバー入力制御角度の操舵角に対する比を規定する操舵比を選択的に変更する方法、を提供することである。この方法は、いかなる路面状態にあるか否かを判定する判定工程、及び、該判定工程によって判定された路面状態に応じて操舵比を変更する変更工程、を備えている。

従って、車両の操舵システムは、車両の運転状態に最も良く適合する操舵比を自動的に選択することになる。この車両操舵システムは、組み込みが容易で、長期間動作することができ、そして、以下で提案する使用状態に特に適している。

これらの本発明の特徴、効果及び目的は、明細書の以下の記載、請求項及び添付の図面を参照することにより、この分野の当業者により、更に理解されるであろう。

以下の記載において、本発明では、反対に明示的に特定される場合を除き、様々な代替案が存在することが理解されるべきである。添付の図面に図示され、以下に明細書に記載された特有の装置及び方法は、請求項により規定される発明概念の単に例示的な実施形態に過ぎない。そのため、ここに記載された実施形態に関する特有の寸法などの物理特性は、請求項が明示的に述べていない限り、限定的に解釈されるべきではない。

図１を参照すると、図中の符号10が、本発明に係る自動車用操舵システムを全体的に示したものである。図示の例において、操舵システム10は、操舵角20（図２参照）を規定する操舵輪12、操舵角を制御するパワー・アクチュエーター14、及び、ドライバー入力制御角度を発生するステアリング・ホイール16、を有する。ドライバー入力制御角度の操舵角に対する比が、操舵比を規定する。操舵システム10はまた、少なくとも路面状態に基き、操舵比を変更することのできる制御器18を有する。

図示の例において、操舵システム10は、車両フレーム19に対して枢軸17回りに回動する一対の操舵輪12を含む。各車輪は、当該車両の長軸22と各車輪12の進行中心軸24との間に操舵角20（図２）を規定する。操舵角20は各操舵輪12の回動により規定される一方で、操舵角20はまた、回動可能な後輪などの他の枢動可能な車輪が車両に設けられているならば、それらの車輪によって規定することもできる。

操舵システム10はまた、矢印27により表される方向に回動可能で、ステアリング・ホイール16を介して車両ドライバーからのドライバー入力制御角度を受けるためのステアリング・コラム26を備えている。ステアリング・コラム26は、ラック32とピニオン・ギア34、一対の引き棒（drug link）36及びステアリング・アーム38を含むラック・アンド・ピニオン・システム30を介して、操舵輪12に連結されている。本実施例では、ラック・アンド・ピニオン・システムを用いているが、ここに記載される操舵システム10に比肩する他の操舵システムを用いることもできる。

操舵システム10は更に、パワー・アクチュエーター14と信号の授受可能な制御器18を備えたアクティブ前輪操舵システム40を含む。パワー・アクチュエーター14は、ラック・アンド・ピニオン・システム30にカプラー46を介して接続される。アクティブ前輪操舵システム40は、操舵輪12を枢軸17回りに回動させる補助をする。この実施例では特定の種類のアクティブ前輪操舵システムが記載されているが、この分野で公知の他のシステムを用いることもできる。基本的な動きとして、アクティブ前輪操舵システム40は、ドライバーからステアリング・ホイール16に与えられる入力制御角度を、パワー・アクチュエーター14を用いて増大させることができる。操舵輪14により規定される操舵角20は、ドライバー入力制御角度とパワー・アクチュエーター14により供給される追加の操舵角との組み合わせにより決定される。ここで、パワー・アクチュエーター14により供給される追加の操舵角は、以下の式により求められる。

∝_ASA ＝ δ_DICA ((Ｒ_A - Ｒ_D)／Ｒ_D)
ここで、∝_ASAはパワー・アクチュエーター14により供給される追加の操舵角、δ_DICAはドライバー入力操舵角により求められるステアリング・ホイール16の角度変化、Ｒ_Aは追加の操舵角なしの車両操舵比、Ｒ_Dは要求操舵比である。例えば、パワー・アクチュエーター14なしの操舵システムの操舵比が1であり（例えば、ステアリング・ホイール16を5度回転させると、操舵輪12が5度回転する）、要求操舵比は5であり（つまりステアリング・ホイール16の操舵角変化と比較して、操舵輪12の操舵角20の変化が遅くなる）、ステアリング・ホイール16が5度動くとすると、パワー・アクチュエーターが操舵輪12を動かす量は、4度小さくなる。それゆえに、ステアリング・ホイール16が5度動くと、操舵輪12は1度動くことになり、これにより、車両の操舵比を5にすることができる。

図示の例において、アクティブ前輪操舵システム40の制御器18が、少なくとも路面状態に基づいて操舵比を選択的に変更することになる。図３は、ドライバーによってステアリング・ホイールに入力されるドライバー入力制御角度の関数としての、オンロード走行用の第1操舵比グラフ50（オンロード走行用操舵比）と、オフロード走行用の第2操舵比グラフ52（オフロード走行用操舵比）とを、一の図中に示したものである。上記制御器18は、車両がオンロードにあるときには第1操舵比グラフ50の操舵比によって、車両がオフロードにあるときには第2操舵比グラフの操舵比によって、それぞれ求められる操舵角となるようにパワー・アクチュエーター14に指示信号を出力することになる。

図３に図示されたオンロード走行用第1操舵比グラフ50は、ドライバー入力制御角度に応じて変化し、ドライバー入力制御角度がゼロのときに最大値となる。それゆえに、ドライバー入力制御角度が小さい値である（つまりステアリング・ホイール18がドライバーによって小さい角度で回される）ときには、操舵角20は、ドライバー入力制御角度よりも小さくなる。ゼロ位置（つまり、ステアリング・ホイール18が回されておらず、ドライバー入力制御角度がゼロの時）からステアリング・ホイール18を回転し始めると、操舵角20が、最初は非常にゆっくりと変化し、操舵比が小さくなるにつれて速く変化することになる。ドライバー入力制御角度が点54に到達すると、操舵比はもはや変化せず、操舵角20がドライバー入力制御角度の変化と共に線形的に変化することになる。操舵輪12の操舵角20がゼロに近いときには車両が高速走行している場合が多いので、ドライバーの車両制御性を高めるために、ステアリング・ホイールがゼロ位置に近いときには、操舵角20がドライバー入力制御角度に応答してより低速で変化するのが好ましい。加えて、操舵角20が大きいとき、ドライバーは、駐車のような低速操作を実行中であり、ステアリング・ホイールを大きく回さなければならない状況を好まない、のが通常である。それゆえに、点54において、操舵比は、線形となる。

図示の例において、オフロード走行のための第2操舵比グラフ52は線形である。それゆえに、車両がオフロード走行中、車両のドライバーは、車両及び操舵角20をドライバー入力制御角度に対して迅速に応答させるために、操舵角20の緻密な制御を行なえるようになる。

好ましい実施形態において、制御器18が、車両の動作パラメーターを検出するセンサー60と信号の授受を行って、動作パラメーターに基づいてオフロード状態にあるか否かを判定する。上記制御器18は、マイクロプロセッサーをベースとした汎用制御器を含むことも、市販の制御器を含むこともできる。上記制御器18は、センサー60からの入力を処理してパワー・アクチュエーター14に対して制御信号を出力するソフトウェア・アルゴリズムを格納、処理するプロセッサー及びメモリーを含む。上記制御器18は、オフロード状態にあると判断した場合には、第1操舵比グラフ50から第2操舵比グラフ52へと変化させることによって、操舵比を変更するように構成されている。ここで、前記制御器18の動作において、車両の動作パラメータに基づいて路面状態を判定するのが判定工程に、その判定された路面状態に応じて操舵比を変更するのが変更工程に対応する。

以下は、センサー60によって検出可能な動作パラメーター、及びオフロード状態にあるか否かの制御器18による判定の例である。最初に、センサー60は、高温状態における操舵輪の路面に対する摩擦状態（摩擦力など）を検出することができる。ここで、低摩擦状態は、車両がオフロード状態にあることを表す。第二に、センサー60は、車両の鉛直方向の加速度を車両の速度と合わせて検出することができる。ここで、車両の低速状態において鉛直方向の加速度が大きい場合には、車両がオフロード状態にあることを表す。第三に、センサー60は、デファレンシャルロックの状態を検出することができる。ここで、デファレンシャル・ロック（differential lock）の締結状態は、車両がオフロード状態にあることを表す。第四に、センサー60は、低速変速機（low ratio gear box）の状態を検出することができる。ここで、低速変速機の締結状態は、車両がオフロード状態にあることを示す。第五に、センサー60は、操舵輪に作用する荷重の周波数を検出することができる。ここで、荷重が低周波数の場合には、車両がオフロード状態にあることを示す。第六に、センサー60は、アンチロール・バー（anti-roll bar）の変形を検出することができる。ここで、該アンチロール・バーの大きな変形は、車両がオフロード状態にあることを示す。第七に、センサー60は、全地球測位衛星（global positioning satellite: GPS）の信号を受信することができる。ここで、GPS信号によって、車両がオフロード状態にあることがわかる。第八に、センサー60は、ドライバーによって選択された車両内のダイアルの位置を検出することができる。ここで、ダイアルの位置によって、車両がオフロード状態であることがわかる。最後に、センサー60は、操舵輪12の高さの差を検出することができる。ここで、一定レベルを下回る差は車両が縁石に乗りあげている程度なので、オンロード状態を表すが、多くの大きなホイール・トラベルは車両がオフロード状態にあることを表す。動作パラメーターの検出値を一つだけ用いて車両の状態を判定することが可能であるものの、複数の動作パラメーターを一つ又は複数のセンサー60によって計測して車輌の状態を判定することもできる。センサー自体、センサーによって行なわれる計測そして制御器18による判定は、説明目的で列挙したもので、本発明で利用可能なセンサーやセンサー読み取り内容を限定する意味ではない。制御器18はまた、上述のものと同じ読み取り内容を用いれば、オフロード状態でないことを判定することが可能となる。そのため、制御器18は、オンロード状態にあることを判定することになる。そして、制御器18は、第1操舵比グラフ50を選択することになる。

第1の操舵比グラフ50及び第2の操舵比グラフ52のみが、この実施形態には図示されているが、制御器18は複数のグラフの間で操舵比を変更することも可能である。制御器18が、オンロード走行用に一つの操舵比グラフを持ち、オフロード走行用に複数の操舵比グラフを備えていることも、考えられる。オフロード用操舵比グラフのそれぞれは、異なるオフロード走行状態に合わせた特有のものとすることができる。例えば、制御器18は、操舵比グラフを、砂上走行用第1オフロード操舵比グラフ、ダート走行用第2オフロード操舵比グラフ、泥走行用第3オフロード操舵比グラフ、登坂及び降坂用第4オフロード操舵比グラフ、に変更することができる。更にまた、制御器18が、車両の速度に応じて複数のオンロード用操舵比グラフを備えていることも考えられる。加えて、本実施形態では、第2操舵比グラフ52のオフロード操舵角が線形のものが示されているが、第2操舵比グラフ52を非線形とし、かつ／又は、第1操舵比グラフ50を線形とすることも考えられる。

ここに記載された本発明の思想から逸脱することなしに、本発明の変形をなし得ることは、当業者には容易に理解されるであろう。例えば、操舵システムがステアリング・ホイール16と操舵輪12との間の直接の機械結合を含むものとして開示されているものの、ここに開示された操舵比を選択的に変更する操舵システム及び方法は、ドライブ・バイ・ワイヤー・システム（drive by wire system）と共に用いることもできる。ドライブ・バイ・ワイヤ・システムは、この分野の当業者に公知である。そのような変形は、特記されない限り、請求項に記載された発明に包含されると、理解されるべきである。

操舵角がゼロであるときの、本発明に係る操舵システムの一部概略図である。 操舵角が非ゼロであるときの操舵システムの一部概略図である。 本発明の操舵システムにおける、ステアリング・ホイールのドライバー入力制御角度に対する操舵比のグラフである。

符号の説明

10 アクティブ操舵システム
12 操舵輪
14 パワー・アクチュエーター
16 ステアリング・ホイール
18 制御器
60 センサー

Claims (8)

1. 車両の操舵角を規定するための操舵輪と、
   上記操舵角を制御するためのパワー・アクチュエーターと、
   上記操舵角に対する比が操舵比となるようなドライバー入力制御角度を規定するためのステアリング・ホイールと、
   上記車両の少なくとも一つの動作パラメーターを検出するためのセンサーと、
   上記パワー・アクチュエーターが接続されるとともに、上記センサーからの出力信号を受けて、上記少なくとも一つの動作パラメーターに基づいて上記車両がオフロード走行状態にあるか否かを判定し、オフロード走行状態であると判定したときには上記操舵比を選択的に変更するように構成された制御器と、
   を備えた車両用操舵システム。
2. 上記制御器は、車両がオフロード走行状態であると判定したときにはオフロード走行用操舵比を選択する一方、車両がオンロード走行状態であると判定したときにはオンロード走行用操舵比を選択するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵システム。
3. 上記オンロード走行用操舵比は、上記ドライバー入力制御角度に応じて変化し、該ドライバー入力制御角度がゼロのときに最大値となるように設定されている、請求項２に記載の車両用操舵システム。
4. 上記オフロード操舵比は、上記ドライバー入力制御角度に対して一定である、請求項３に記載の車両用操舵システム。
5. 上記制御器は、車両がオフロード走行状態にないと判定したきには上記ドライバー入力制御角度に応じて変化するオンロード走行用操舵比を選択するように構成されていて、
   上記オンロード走行用操舵比は、上記ドライバー入力制御角度がゼロのときに最大値となるように設定されている、請求項１に記載の車両用操舵システム。
6. 車両がオフロード走行状態にあるときには、上記オフロード走行用操舵比は、上記オンロード走行用操舵比よりも上記ドライバー入力制御角度に対する変化が小さくなるように設定されている、請求項５に記載の車両用操舵システム。
7. 上記制御器は、上記ドライバー入力制御角度に応じて変化するオンロード走行用操舵比またはオフロード走行用操舵比のいずれか一方を選択可能に構成されていて、
   上記オンロード走行用操舵比は、上記ドライバー入力制御角度に対して上記オフロード操舵比とは異なる態様で変化するように設定されている、請求項１に記載の車両用操舵システム。
8. 車両の操舵角を規定するための操舵輪と、該操舵角に対する比が操舵比となるようなドライバー入力制御角度を規定するためのステアリング・ホイールと、を備えた車両の操舵比を選択的に変更する方法であって、
   上記車両の少なくとも一つの動作パラメータに基づいて路面状態を判定する判定工程と、
   上記判定工程によって判定された路面状態に応じて上記操舵比を変更する変更工程と、
   を備えている方法。

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