JP2007269047A - 操舵反力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の直進安定性を維持しつつ、ステアリングの切替し時における操作性を向上させる操舵反力制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】操舵角度を検出する操舵角度センサ１２と、操舵角速度を算出する操舵角速度算出部４５と、検出された操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、算出された操舵角速度が所定の操舵角速度以内のときに、操舵装置に第１の反力を付与するとともに、操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、操舵角速度が所定の操舵角速度よりも大きいときに、第１の反力よりも小さい第２の反力を操舵装置に付与する制御部４４とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング機構における操舵反力制御装置に関する。

従来より、車両の転舵輪を転舵する運転操作装置として、ステアリングホイルを用いたステアリングシステムが知られている。また、近年、ステアリングホイルに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、ステアリング装置に設けられたステアリングモータを操舵装置から電気的に制御するいわゆるステアバイワイヤ方式も知られている。

このようなステアバイワイヤ方式においては、ステアリングホイルの回転に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように伝達している。そのため、車輪や路面との間の摩擦に基づく操舵抵抗やセルフアライニングトルクは、そのステアリングホイルには伝達されない。

そこで、ステアリングホイルを中立位置に戻す方向にステアリングホイルの回転角に応じた操舵反力を作用させて、ステアリングホイルが車輪に機械的に連結された通常の車両と同様に運転者に、操舵フィーリングを与えるとともに、ステアリングホイルの中立位置付近においては、一定の操舵反力を与えて運転者に、いわゆる、ステアリング操作のしっくり感を与えることにより車両の直進安定性を確保する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−１３３８６０号公報

つまり、上記の従来技術においては、図７に示すように、操舵反力の制御がステアリングの操舵角度θと車速Ｖに基づいて実行され、図６に示すように、操舵角度θの大きさに比例して操舵反力が付与されるとともに、ステアリングホイルの中立位置付近においては、一定の操舵反力が付与されていた。

しかしながら、単に、操舵角度が小さいというだけで、ステアリングホイルが中立位置付近にあると判断して、一定の操舵反力を付与すると、例えば、ステアリングの切り替しを行った場合には、図８に示すように、ステアリングホイルが中立位置付近（操舵角度θが０度の付近）を通過するたびに、付与される一定の操舵反力の影響で、ステアリングがひっかかるような違和感を覚えるという問題がある。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、車両の直進安定性を維持しつつ、ステアリングの切り替し時における操作性を向上させる操舵反力制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の事項を提案している。
（１）本発明は、操舵装置に付与する反力を制御する操舵反力制御装置であって、操舵角度を検出する操舵角度検出手段（例えば、図２の操舵角度センサ１２に相当）と、操舵角速度を算出する操舵角速度算出手段（例えば、図２の操舵角速度算出部４５に相当）と、前記操舵角度検出手段により検出された操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、前記操舵角速度算出手段により算出された操舵角速度が所定の操舵角速度以内のときに、前記操舵装置に第１の反力を付与するとともに、前記操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、前記操舵角速度が所定の操舵角速度よりも大きいときに、前記第１の反力よりも小さい第２の反力を前記操舵装置に付与する操舵反力制御手段（例えば、図２の制御部４４に相当）と、を備えたことを特徴とする操舵反力制御装置を提案している。ここで、所定の操舵角度は、車両が直進走行を行っている場合に通常生じる操舵角度の上限値をいい、所定の操舵角速度は、車両が直進走行を行っている場合に通常生じる操舵角速度の上限値をいう。

この発明によれば、操舵反力制御手段は、操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、操舵角速度が所定の操舵角速度以内のときに、操舵装置に第１の反力を付与し、操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、操舵角速度が所定の操舵角速度よりも大きいときに、第１の反力よりも小さい第２の反力を操舵装置に付与する。

したがって、急速なステアリング操作を行わない運転状態の場合には、従来と同様に、ステアリングホイルの中立位置付近において、一定の操舵反力を付与して、車両の直進安定性を維持することができる。一方、ステアリングの切り替しのように、急速なステアリング操作を行う運転状態の場合には、従来、ステアリングホイルの中立位置付近において付与していた操舵反力よりも小さい操舵反力を付与するため、ステアリングホイルが中立位置付近を通過するたびに、従来、運転者が感じていたステアリングがひっかかるような違和感を覚えることがない。

（２）本発明は、（１）について、前記操舵反力制御手段が、前記第２の反力として、前記操舵角度検出手段により検出された操舵角度の大きさに比例する反力を前記操舵装置に付与することを特徴とする操舵反力制御装置を提案している。

この発明によれば、第２の反力が操舵角度の大きさに比例する反力となる。したがって、急速なステアリング操作を行わない運転状態の場合には、従来と同様に、ステアリングホイルの中立位置付近において、一定の操舵反力を付与して、車両の直進安定性を維持することができる。一方、ステアリングの切り替しのように、急速なステアリング操作を行う運転状態の場合には、従来、ステアリングホイルの中立位置付近において付与していた操舵反力よりも小さい、操舵角度の大きさに比例する反力を付与するため、ステアリングホイルが中立位置付近を通過するたびに、従来、運転者が感じていたステアリングがひっかかるような違和感を覚えることがない。

（３）本発明は、（１）について、前記操舵反力制御手段が、前記第２の反力として、前記操舵角度検出手段により検出された操舵角度の大きさに関わらず大きさが零である反力を前記操舵装置に付与することを特徴とする操舵反力制御装置を提案している。

この発明によれば、第２の反力が操舵角度の大きさに関わらず、その大きさが零である反力になる。したがって、急速なステアリング操作を行わない運転状態の場合には、従来と同様に、ステアリングホイルの中立位置付近において、一定の操舵反力を付与して、車両の直進安定性を維持することができる。一方、ステアリングの切り替しのように、急速なステアリング操作を行う運転状態の場合には、操舵角度の大きさに関わらず、反力を付与しないため、ステアリングホイルが中立位置付近を通過するたびに、従来、運転者が感じていたステアリングがひっかかるような違和感を覚えることがない。

本発明によれば、急速なステアリング操作を行わない運転状態では、ステアリングホイルの中立位置付近において、一定の操舵反力を付与するため、車両の直進安定性を向上させることができるという効果がある。

また、ステアリングの切り替しのように、急速なステアリング操作を行う運転状態では、従来、ステアリングホイルの中立位置付近において付与していた操舵反力よりも小さい操舵反力を付与するため、ステアリングホイルが中立位置付近を通過するたびに、従来、運転者が感じていたステアリングがひっかかるような違和感を覚えることがなく、切り替し時の操作性が向上するという効果がある。

本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
本実施形態に係る操舵反力制御装置は、操舵角度θと、車速Ｖ、操舵角速度ｄθ／ｄｔに基づいて、運転者によるステアリングの操作状態を判別し、急速なステアリング操作が行われていない場合には、ステアリングホイルの中立位置付近において、一定の操舵反力を付与し、急速なステアリング操作が行われている場合には、前記一定の操舵反力よりも小さい操舵反力を付与するものである。以下では、ステアバイワイヤシステムを例にとって、本実施形態に係る操舵反力制御装置について、詳細に説明する。

図１は、ステアバイワイヤシステムの構成を示した図であり、その構成は、図１に示すように、ステアリングホイル１と、操舵用アクチュエータ２と、ステアリングギア３と、車輪４と、ステアリングロッド７と、タイロッド８と、ナックルアーム９と、回転シャフト１０と、ヨーレートセンサ１１と、操舵角度センサ１２と、舵角センサ１３と、車速センサ１４と、反力モータ１９と、制御装置２０と、第１の駆動回路２２と、第２の駆動回路２３とからなっている。

操舵用アクチュエータ２は、ステアリングホイル１の回転に応じて駆動される。これにより、ステアリングホイル１は、車輪４に機械的に連結することない。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエータ２の動きに応じて舵角が変化するように、その動きを車輪４に伝達する。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換し、ステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、その車輪４のトー角が変化する。

回転シャフト１０は、ステアリングホイル１を車体側から回転可能に支持し、反力モータ１９の出力シャフトと一体化されている。ヨーレートセンサ１１は、車両のヨーレートを検出する。操舵角度センサ１２は、回転シャフト１０に設けられ、ステアリングホイル１の中立位置からの回転角度θを検出する。

舵角センサ１３は、車両の舵角を検出するセンサであり、ステアリングロッド７の作動量を検出するポテンションメータから構成されている。車速センサ１４は、車速を検出するセンサである。これらのヨーレートセンサ１１、舵角センサ１３、車速センサ１４は、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続されている。

反力モータ１９は、ステアリングホイル１を中立位置に復帰させる方向に作用する反力と、中立位置に復帰させる方向とは反対の方向に作用する復帰抵抗力とを発生させる。制御装置２０は、第１の駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する。また、第２の駆動回路２３を介して、反力モータ１９を制御する。

ステアバイワイヤシステムにおける操舵反力の制御に関する制御ブロックは、図２に示すように、ヨーレートセンサ１１と、操舵角度センサ１２と、舵角センサ１３と、車速センサ１４と、反力モータ１９と、図１の制御装置内に設けられた反力制御部４１と、乗算器４２と、ゲイン設定部４３、制御部４４と、操舵角速度算出部４５と、記憶部４６とから構成されている。なお、ヨーレートセンサ１１、操舵角度センサ１２、舵角センサ１３、車速センサ１４、反力モータ１９は、図１に示したものと同様の機能を有するものであることから、詳細な説明は省略する。

反力制御部４１は、ヨーレートセンサ１１からのヨーレート値、舵角センサ１３からの舵角、車速センサ１４からの車速を入力して、反力モータ１９に付与する操舵反力を制御する。

乗算器４２は、ゲイン設定部４３から入力したゲインを反力制御部４１から出力された操舵反力に乗じる。ゲイン設定部４３は、制御部４４から入力したパラメータに基づいて、乗算器４２に供給するゲインを設定する。

制御部４４は、車速センサ１４からの車速と、操舵角度センサ１２からの操舵角度と、操舵角速度算出部４５からの操舵角速度とを入力し、記憶部４６に格納されている操舵角度と操舵角速度および操舵反力を関連付けたデータテーブルを参照して、適切な操舵反力を検出するとともに、これに対応したパラメータをゲイン設定部４３に出力する。

操舵角速度算出部４５は、操舵角度センサ１２から操舵角度を入力し、これを時間で微分することにより、操舵角速度を算出する。記憶部４６は、操舵角度と操舵角速度および操舵反力を関連付けたデータテーブルを格納する。

＜第１の実施例＞
第１の実施例は、図３に示すように、操舵角速度が、車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値以内である場合には、従来と同様の操舵反力を付与する（図３の実線部）とともに、操舵角速度が、車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値以上である場合には、操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内において、操舵角度に応じた操舵反力を付与する（図３の点線部）ものである。

具体的には、制御部４４が操舵角速度算出部４５から入力した操舵角速度を予め定めた車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値と比較し、入力した操舵角速度が前記上限値よりも遅い場合には、記憶部４６から図３の実線部分に相当するデータテーブルを読み出して、操舵角度センサ１２から入力した操舵角度に対応した操舵反力に相当するパラメータをゲイン設定部４３にセットする。

一方で、入力した操舵角速度が前記上限値よりも速く、かつ、操舵角度センサ１２から入力した操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内の場合には、記憶部４６から図３の点線部分に相当するデータテーブルを読み出して、操舵角度センサ１２から入力した操舵角度に応じた操舵反力に相当するパラメータをゲイン設定部４３にセットする。

したがって、本実施例によれば、操舵角速度が予め定めた上限値よりも遅い場合には、通常の直進走行状態であると判断し、従来と同様に、ステアリングホイルの中立位置付近において、一定の操舵反力を付与することから、車両の直進安定性を維持することができる。一方、操舵角速度が予め定めた上限値よりも速い場合には、ステアリングの切り替しのように、急速なステアリング操作が行われていると判断して、従来、ステアリングホイルの中立位置付近において付与していた操舵反力よりも小さい、操舵角度の大きさに比例する反力を付与することから、ステアリングホイルが中立位置付近を通過するたびに、従来、運転者が感じていたステアリングがひっかかるような違和感を覚えることがない。

＜第２の実施例＞
第２の実施例は、図４に示すように、操舵角速度が、車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値以内である場合には、従来と同様の操舵反力を付与する（図４の実線部）とともに、操舵角速度が、車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値以上である場合には、操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内において、操舵角度に関わらず、操舵反力を零とする（図４の点線部）ものである。

具体的には、制御部４４が操舵角速度算出部４５から入力した操舵角速度を予め定めた車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値と比較し、入力した操舵角速度が前記上限値よりも遅い場合には、記憶部４６から図４の実線部分に相当するデータテーブルを読み出して、操舵角度センサ１２から入力した操舵角度に対応した操舵反力に相当するパラメータをゲイン設定部４３にセットする。

一方で、入力した操舵角速度が前記上限値よりも速く、かつ、操舵角度センサ１２から入力した操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内の場合には、記憶部４６から図４の点線部分に相当するデータテーブルを読み出して、操舵角度センサ１２から入力した操舵角度に関わらず操舵反力を零とするパラメータをゲイン設定部４３にセットする。

したがって、本実施例によれば、操舵角速度が予め定めた上限値よりも遅い場合には、通常の直進走行状態であると判断し、従来と同様に、ステアリングホイルの中立位置付近において、一定の操舵反力を付与することから、車両の直進安定性を維持することができる。一方、操舵角速度が予め定めた上限値よりも速い場合には、ステアリングの切り替しのように、急速なステアリング操作が行われていると判断して、操舵角度の大きさに関わらず、反力を付与しないため、ステアリングホイルが中立位置付近を通過するたびに、従来、運転者が感じていたステアリングがひっかかるような違和感を覚えることがない。

なお、第１の実施例および第２の実施例においては、操舵角速度が車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値よりも遅く、かつ、操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内の場合に、操舵角度に関わらず、一定の操舵反力を付与する例について述べたが、例えば、操舵角速度が車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値よりも速く、かつ、操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内の場合に付与される操舵反力よりも小さい操舵反力であれば、図５の実線部に示すように、必ずしも、付与する操舵反力が一定である必要はない。

以上、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、本実施形態においては、本発明の操舵反力制御装置をステアバイワイヤ方式の運転操作装置に適用する場合について述べたが、これに限らず、本発明の操舵反力制御装置を電動パワーステアリングに適用してもよい。すなわち、操舵角速度が車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値よりも遅く、かつ、操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内の場合には、電動パワーステアリングによるアシストを行わないように制御し、操舵角速度が車両の直進走行において通常生じる操舵角速度の上限値よりも速く、かつ、操舵角度の絶対値が零よりも大きく、車両の直進走行において通常生じる操舵角度の上限値以内の場合には、電動パワーステアリングによるアシストを通常よりも大きくする制御を行うことで、ステアバイワイヤ方式と同様の効果が期待できる。

本実施形態に係るステアバイワイヤシステムの構成図である。 ステアバイワイヤシステムにおける本実施形態に係る操舵反力制御装置の制御ブロック図である。 第１の実施例における操舵角度と操舵反力との関係を示した図である。 第２の実施例における操舵角度と操舵反力との関係を示した図である。 第１の実施例および第２の実施例の変形例における操舵角度と操舵反力との関係を示した図である。 従来例における操舵角度と操舵反力との関係を示した図である。 従来例における操舵反力の制御に関するブロック図である。 従来例において、ステアリングの切替し時における操舵角度の変化と運転者が違和感を覚えるポイントを示した図である。

符号の説明

１・・・ステアリングホイル、２・・・操舵用アクチュエータ、３・・・ステアリングギア、４・・・車輪、７・・・ステアリングロッド、８・・・タイロッド、９・・・ナックルアーム、１０・・・回転シャフト、１１・・・ヨーレートセンサ、１２・・・操舵角度センサ（操舵角度検出手段）、１３・・・舵角センサ、１４・・・車速センサ、１９・・・反力モータ、２０・・・制御装置、２２・・・第１の駆動回路、２３・・・第２の駆動回路、４１・・・反力制御部、４２・・・乗算器、４３・・・ゲイン設定部、４４・・・制御部（操舵反力制御手段）、４５・・・操舵角速度算出部（操舵角速度算出手段）、４６・・・記憶部

Claims (3)

1. 操舵装置に付与する反力を制御する操舵反力制御装置であって、
   操舵角度を検出する操舵角度検出手段と、
   操舵角速度を算出する操舵角速度算出手段と、
   前記操舵角度検出手段により検出された操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、前記操舵角速度算出手段により算出された操舵角速度が所定の操舵角速度以内のときに、前記操舵装置に第１の反力を付与するとともに、前記操舵角度が零よりも大きく、所定の操舵角度以内であって、かつ、前記操舵角速度が所定の操舵角速度よりも大きいときに、前記第１の反力よりも小さい第２の反力を前記操舵装置に付与する操舵反力制御手段と、
   を備えたことを特徴とする操舵反力制御装置。
2. 前記操舵反力制御手段が、前記第２の反力として、前記操舵角度検出手段により検出された操舵角度の大きさに比例する反力を前記操舵装置に付与することを特徴とする請求項１に記載の操舵反力制御装置。
3. 前記操舵反力制御手段が、前記第２の反力として、前記操舵角度検出手段により検出された操舵角度の大きさに関わらず大きさが零である反力を前記操舵装置に付与することを特徴とする請求項１に記載の操舵反力制御装置。

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