JP2008201167A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】据え切りなどにおける操舵フィーリングを向上する。
【解決手段】操作部１Ａは、ステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ３を備える。転舵部１Ｂは、車輪６を転舵するラック軸９に噛合するピニオン軸１０と、ピニオン軸１０にウォームギヤ１２を介して連結された転舵モータ１１と、ピニオン軸１０の回転角を検出するピニオン角センサ１３を備える。転舵モータ１１を制御することにより操舵角に対するピニオン角の比率を変更制御可能であり、運転者の操作速度が高いときは前記比率を低くし、操作速度が低下しているときは前記比率を保持する。
【選択図】図１

Description

この発明は、操舵装置に関するものである。

運転者が操作を行う操作部と転舵輪を転舵させる転舵部とが機械的に連結されていない所謂ステア・バイ・ワイヤの操舵装置においては、運転者により操作されるハンドルの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比率を変更制御可能である。

また、操作部と転舵部とが機械的に連結され、ハンドルの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比率を変更制御可能な操舵装置において、低車速のときに運転者のハンドルの操作速度が高いときに前記比率を低くする操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようにすると、低速時で操作速度が速いときに生じ易い操舵追従性の低下を抑制することができる。
特許第３３４４４７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明においては、ハンドルの操作速度の上昇に伴い前記比率が低くなった後に、操作速度を低くしたときには直ちに前記比率が高くなるように制御されるため、前記比率の変化が操舵フィーリングを悪化させる場合があるという課題があった。

そこで、この発明は、操作子の操作量に対する転舵輪の転舵角の比率を変更制御可能な操舵装置における操舵フィーリングをさらに向上させることができる操舵装置を提供するものである。

この発明に係る操舵装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、運転者により操作される操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール２，１０２）の操作量に対する転舵輪（例えば、後述する実施例における車輪６）の転舵角の比率を変更制御可能な操舵装置（例えば、後述する実施例における操舵装置１，１００）において、運転者の操作速度が高いときは前記比率を低くし、その後、前記操作速度が低下した場合には、低くした前記比率を保持することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記操作子の操作量が所定値まで小さくなるまで前記比率保持を継続することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、運転者による操作子の操作速度が高いときには、操作子の操作量に対する転舵輪の転舵角の比率を低くするので、操作速度が高いときの操舵の追従性が低下するのを抑制することができ、操舵フィーリングが向上する。しかも、その後、操作速度が低下した場合には、低くした前記比率を保持するので、操作速度を低下したときに転舵角が急に増大するのを防止することができ、運転者に違和感を感じさせなくすることができ、操舵フィーリングが向上する。

請求項２に係る発明によれば、前記比率保持の終点を設定することができ、その終点以後に前記比率を回復させることができる。

以下、この発明に係る操舵装置の実施例を図１から図５の図面を参照して説明する。なお、この実施例は車両用操舵装置の態様である。
この操舵装置１は、図１に示すように、運転者が操作を行う操作部１Ａと転舵輪を転舵させる転舵部１Ｂとが機械的に連結されていないステア・バイ・ワイヤの操舵装置である。
操作部１Ａは、運転者により操作されるステアリングホイール（操作子）２と、ステアリングホイール２の操舵角（操作入力量）を検出する操舵角センサ（操作入力量検出手段）３と、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する反力モータ４と、を備えて構成されている。

一方、転舵部１Ｂは、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ラック軸９と、ラック軸９のラックに噛合するピニオンを備えたピニオン軸１０と、転舵モータ１１と、ピニオン軸１０と転舵モータ１１との間に設けられたウォームギヤ１２と、ピニオン軸１０の回転角を検出するピニオン角センサ１３と、を備えて構成されており、転舵モータ１１を回転することによりラック軸９を軸方向へ駆動し、車輪６を転舵することができる。

また、この車両は、電子制御装置２０を備えており、電子制御装置２０には、操舵角センサ３、ピニオン角センサ１３の各出力が入力されるととも、自車両の車速を検出する車速センサ１４の出力が入力される。電子制御装置２０はこれらセンサ等からの入力に基づいて、転舵モータ１１や反力モータ４を制御する。

次に、この操舵装置１における転舵角制御について図２のフローチャートに従って説明する。図２のフローチャートに示す転舵角制御ルーチンは電子制御装置２０によって一定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１において、操舵角センサ３により検出された操舵角θｈと、ピニオン角センサ１３により検出されたピニオン角θｐと、車速センサ１４により検出された車速Ｖとを読み込む。
次に、ステップＳ１０２に進み、例えば図３に示すような基準レシオマップを参照して、車速Ｖに応じた目標基準レシオＮ２を算出する。なお、基準レシオマップは、車速Ｖが大きくなるにしたがって目標基準レシオＮ２が小さくなるように設定されている。

次に、ステップＳ１０３に進み、車速Ｖが所定値α（例えば、４０ｋｍ／ｈｒ）よりも小さいか否かを判定する。この実施例では、車速Ｖが所定値αよりも小さいか否かの判断によって、転舵モータ１１に大きな出力が要求される状態か否かを判定する。なお、前記所定値αをその車両の最大速度に設定し、このステップＳ１０３の車速判定を無効にしてもよい。

ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｖ＜α）である場合には、ステップＳ１０４に進み、例えば図４に示すような補正レシオマップを参照して操舵角速度θｈ’の絶対値に応じた目標補正レシオＮ１を算出する。なお、操舵角速度θｈ’は操舵角θｈを時間微分することにより算出することができる。補正レシオマップは、操舵角速度θｈ’がゼロのときに補正レシオＮ１が「１」に設定されていて、操舵角速度θｈ’の絶対値が大きくなるにしたがって目標補正レシオＮ１が小さくなるなるように設定されている。

次に、ステップＳ１０５に進み、操舵角θｈの絶対値が所定値β（例えば、５度）以上か否かを判定する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（｜θｈ｜≧β）である場合には、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０４で算出された目標補正レシオの今回値Ｎ１（ｋ）から目標補正レシオの前回値Ｎ１（ｋ−１）を減算して得られる目標補正レシオ差ΔＮ１が０以上か否か、すなわち、目標補正レシオの今回値Ｎ１（ｋ）が前回値Ｎ１（ｋ−１）と同じあるいは前回値Ｎ１（ｋ−１）よりも増大したか否かを判定する（ΔＮ１＝Ｎ１（ｋ）−Ｎ１（ｋ−１））。換言すると、操舵角速度θｈ’の絶対値が前回値と同じあるいは前回値よりも減少したか否かを判定する。なお、目標補正レシオの前回値とは、前回このルーチンを実行したときに最終的に設定された目標補正レシオＮ１を言う。

ステップＳ１０６における判定結果が「ＹＥＳ」（ΔＮ１≧０）である場合には、ステップＳ１０７に進み、目標補正レシオの今回値Ｎ１（ｋ）として前回値Ｎ１（ｋ−１）を設定し、ステップＳ１０８に進む。すなわち、操舵角速度θｈ’が前回値と同じあるいは減少したときには、目標補正レシオＮ１を増大させず、前回値Ｎ１（ｋ−１）を保持する。

一方、ステップＳ１０６における判定結果が「ＮＯ」（ΔＮ１＜０）である場合には、ステップＳ１０７の処理をすることなくステップＳ１０８に進む。すなわち、操舵角速度θｈ’が増加したときには、ステップＳ１０４で算出した目標補正レシオＮ１を目標補正レシオの今回値Ｎ１（ｋ）として設定する。

ステップＳ１０８においては、操舵角θｈに目標基準レシオＮ２と目標補正レシオＮ１を積算して目標ピニオン角θｐｒｅｑを算出する（θｐｒｅｑ＝θｈ・Ｎ１・Ｎ２）。このとき、操舵角θｐに対する目標ピニオン角θｐｒｅｑの角度比（以下、目標角度比という）Ｒは、Ｒ＝θｐｒｅｑ／θｈ＝Ｎ１・Ｎ２である。
次に、ステップＳ１０９に進み、ピニオン角θｐが目標ピニオン角θｐｒｅｑとなるように転舵モータ１０を制御して、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（Ｖ≧α）である場合、および、ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（｜θｈ｜＜β）である場合には、ステップＳ１１０に進み、補正レシオＮ１を初期値である「１」に設定してステップＳ１０８に進む。

以上説明するように、この実施例における操舵装置１では、車速が所定値αより高速の車速域においては、目標補正レシオＮ１が「１」に設定されるので、目標角度比Ｒは、Ｒ＝Ｎ２となり、車速のみから設定される基準レシオＮ２と同一になる。なお、以下の説明では、車速のみから設定される基準レシオＮ２と同一の目標角度比Ｒを通常時の目標角度比と言う。

また、車速が所定値α以下の車速域であって、操舵角θｈの絶対値が所定値βより小さい操舵角領域のときにも、目標補正レシオＮ１が「１」に設定されるので、目標角度比Ｒは、Ｒ＝Ｎ２となり、通常時の目標角度比に設定される。

つまり、車速Ｖが低速でないとき（転舵モータ１１に大きな出力が要求されないとき）や、車速Ｖが低速であっても操舵角θｈが小さいときには、目標角度比Ｒを小さくする必要がないので、目標補正レシオＮ１は「１」に設定され、目標角度比は通常時の目標角度比Ｒに設定される（Ｒ＝Ｎ２）。

そして、車速が所定値α以下の車速域であって、操舵角θｈの絶対値が所定値βよりも大きい操舵角領域のときには、操舵角速度θｈ’の絶対値の大きさに応じて目標補正レシオＮ１が１よりも小さい値に設定されて、目標角度比Ｒは通常時の目標角度比よりも小さい値に設定される（Ｒ＜Ｎ２）。これにより、例えば据え切り操舵時に操舵の追従性が低下するのを抑制することができ、操舵フィーリングが向上する。

しかも、操舵角速度θｈ’の絶対値が大きいほど目標補正レシオＮ１が小さい値に設定され、目標角度比Ｒが小さい値に設定されるので、ステアリングホイール２を素早く動かした場合にも操舵の追従性が低下するのを抑制することができる。

そして、操舵角速度θｈ’の絶対値が前回値と同じあるいは減少したときには、目標補正レシオＮ１が増大せずに前回値に保持され、したがって目標角度比Ｒが増大せず前回値に保持されるので、運転者がステアリングホイール２の操舵速度を遅くしたときに急に車輪６の転舵角が大きくなって運転者が違和感を感じるのを防止することができ、操舵フィーリングが向上する。この目標補正レシオＮ１の前回値保持は、操舵角速度θｈ’の絶対値が前回値と同じあるいは減少している間は、ステップＳ１０５において操舵角θｈの絶対値が所定値βより小さくなるまで続く。

なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例のステップＳ１０３では、車速に基づいて転舵モータ１１に大きな出力が要求される状態か否かを判定しているが、これに代えて、転舵モータ１１の電流値を検出し、検出された電流値に基づいて転舵モータ１１に大きな出力が要求されている状態か否かを判定してもよい。その場合には、ステップＳ１０３において転舵モータ１１に流れている電流値ｉが所定値γよりも大きいか否かを判定し、判定結果が「ＹＥＳ」（ｉ＞γ）である場合にステップＳ１０４に進み、判定結果が「ＮＯ」（ｉ≦γ）である場合にはステップＳ１１０に進むようにする。

また、前述した実施例では目標ピニオン角θｐｒｅｑを算出し、ピニオン角θｐが目標ピニオン角θｐｒｅｑとなるように転舵モータ１１を制御したが、ピニオン角θｐとラック移動量との間には相関関係があるので、目標ピニオン角θｐｒｅｑに対応する目標ラック移動量を算出し、実際のラック移動量が目標ラック移動量となるように転舵モータ１１を制御してもよい。

また、前述した実施例はステア・バイ・ワイヤの操舵装置に適用した態様であるが、この発明は、図５に示すように、運転者が操作を行う操作部１Ａと転舵輪を転舵させる転舵部１Ｂとが遊星歯車装置を介して機械的に連結された操舵装置１００にも適用可能である。
操舵装置１００の構成を簡単に説明すると、操作部１Ａのステアリングホイール１０２は第１サンギヤ１２１に連結され、転舵部１Ｂのラック軸１０９に噛合するピニオン軸１１０は自在継手１１１，１１２を介して第２サンギヤ１２２に連結され、第１サンギヤ１２１の外歯に噛合する第１ピニオンギヤ１２３と第２サンギヤ１２２の外歯に噛合する第２ピニオンギヤ１２４が一体に連結され且つキャリヤ１２５に回転自在に支持されており、第２ピニオンギヤ１２４に噛合する内歯を有する第２リンクギヤ１２６がステアリングコラム１３０に固定され、第１ピニオンギヤ１２３に噛合する内歯を有する第１リンクギヤ１２７が第１サンギヤ１２１およびステアリングコラム１３０に対して回転自在に支持され、第１リンクギヤ１２７の外歯に噛合するウォーム１２８がステアリング比可変モータ１３１によって駆動可能に構成されている。なお、図５においては、ステアリング比可変モータ１３１はその出力軸のみが図示されている。

この操舵装置１００においては、ステアリング比可変モータ１３１を制御して第１リンクギヤ１２７の回転を制御することによって、第１サンギヤ１２１と第２サンギヤ１２２の回転角比を変えることができ、つまり、ステアリングホイール１０２の回転角に対するピニオン軸１１０の回転角の角度比を変えることができる。

そして、この操舵装置１００についても前述したステア・バイ・ワイヤの場合と同様の手順によって、ステアリングホイール１０２の操舵角θｈに対するピニオン軸１１０の目標ピニオン角θｐｒｅｑを算出し、実際のピニオン角が目標ピニオン角θｐｒｅｑとなるようにステアリング比可変モータ１３１を制御することにより、前述した実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

さらに、操舵装置１００におけるピニオン軸１１０に補助操舵トルクを付与するアシストモータを備えた操舵装置にも適用可能であり、この場合には、車速が所定値α以下の車速域であって操舵角θｈの絶対値が所定値βよりも大きい操舵角領域のときの操舵の追従性の低下が抑制されるので、前記アシストモータによる操舵アシストに遅れが発生するのを抑制することができ、運転者の操作負担が増大するのを抑制することができる。

この発明に係る操舵装置の実施例における構成図である。 前記実施例における転舵角制御を示すフローチャートである。 前記実施例において用いられる基準レシオマップの一例である。 前記実施例において用いられる補正レシオマップの一例である。 この発明に係る操舵装置の他の実施例における構成図である。

符号の説明

１，１００ 操舵装置
６ 車輪（転舵輪）
２，１０２ ステアリングホイール（操作子）

Claims (2)

1. 運転者により操作される操作子の操作量に対する転舵輪の転舵角の比率を変更制御可能な操舵装置において、
   運転者の操作速度が高いときは前記比率を低くし、その後、前記操作速度が低下した場合には、低くした前記比率を保持することを特徴とする操舵装置。
2. 前記操作子の操作量が所定値まで小さくなるまで前記比率保持を継続することを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。

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