JP2009101858A - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】運転者が操舵する操舵機構2と、該操舵機構2とは切り離されて転舵輪3FL,3FRを転舵する転舵機構4とを有し、前記転舵機構4は、左右の転舵輪に対して個別に転舵力を付与する転舵アクチュエータ43L,43Rを有する一対の転舵部と、該一対の転舵部間を連結する可動抵抗を与えながら可動可能な連結部材44とを少なくとも有する。
【選択図】図2
Description
なおさらに、請求項5に係る車両用操舵装置は、請求項1乃至4の何れか1つに係る発明において、前記連結部材は、可動抵抗を粘性及び摩擦の少なくとも一方で発生させるように構成されていることを特徴としている。
図1は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、図中、1はステアバイワイヤ式の車両用操舵装置であり、この車両用操舵装置1は、運転者が操舵する操舵機構2と、この操舵機構2から切り離されて左右の前輪でなる転舵輪3FL,3FRを転舵する転舵機構4とを備えている。
また、転舵機構4は、各転舵輪3FL,3FRのハブ31L,31Rに連結されたナックルアーム32L,32Rに一端が連結されたタイロッド41L,41Rと、これらタイロッド41L,41Rの他端に連結されたピットマンアーム42L,42Rと、これらピットマンアーム42L,42Rを揺動駆動する転舵アクチュエータとしてのピットマンアクチュエータ43L,43Rと、ピットマンアーム42L,42Rを連結する連結部材44とを備えている。ここで、タイロッド41L,41R、ピットマンアーム42L,42R、及びピットマンアクチュエータ43L,43Rで一対の転舵部が構成されている。
ここで、横力センサ91は、図4に示すように、車両に作用する車両外側のボール31fの公転速度Nを算出し、算出した公転速度Nから車両のアキシアル荷重即ち横力を算出するように構成されている。この横力センサ91は、保持器31eに形成した円周方向にN極及びS極を交互に形成した第1のエンコーダ91aと、この第1のエンコーダ91aに対向して外筒部31dに固定配置された接線方向に所定距離Dだけ離間し、円周方向に角度(中心角ピッチ)θだけ離間した一対の磁気センサ91b,91cと、これら磁気センサ91b及び91cで検出したパルス信号を信号処理すると共に、所定の演算処理を行って公転速度Nを算出し、算出した公転速度Nから車輪に作用する横力FyFL及びFyFRを算出する信号処理回路91dとを備えている。
N=(60/πT)×sin-1(D/2R) …………(1)
N=(30/π)×(θ/T) …………(2)
ここで、Rはエンコーダ91aの回転中心から磁気センサ91b及び91cの検出部が対向している部分までの回転半径である。
θ=2sin-1(D/2R) …………(3)
このように、ボール31fの公転速度Nを、磁気センサ91b及び91cのパルス信号間の遅延時間Tを算出することにより、算出するので、エンコーダ91aの磁気特性が変化する点即ちN極とS極との境界が磁気センサ91b及び91cを通過する毎に、公転速度Nを算出できる。上記境界は、エンコーダ91aの片側面に多数存在するので、各ボール31fの公転速度Nを略リアルタイムで求めることができる。また、エンコーダ91aの回転に拘らず、磁気センサ91b及び91c間の距離Dは変化することはないので、エンコーダ91aの製造誤差や組付け誤差に関係なく、公転速度Nを正確に検出することができる。
すなわち、内筒部31b及び外筒部31dとボール31fとで複列アンギュラ玉軸受構成を有するので、これにアキシアル荷重を負荷すると、上記各ボール31fの接触角が変化する。例えば図3に矢印αで示すように、内向きのアキシアル荷重が加わると、外側(図3の左側)の列のボール31fの接触角が大きくなる。転がり軸受の分野で周知のように、アンギュラ型の玉軸受を構成するボール31fの公転速度は、これらをボール31fの接触角が変化すると変化する。具体的には、上記アキシアル荷重を支承する、上記外側の列に関しては、このアキシアル荷重が大きくなる程、上記各ボール31fの公転速度が速くなる。したがって、この公転速度の変化を測定することで上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求めることができる。
この図5の実線aがアキシアル荷重と外側(図3の左側)の列のボール31fの公転速度との関係を、破線bがアキシアル荷重と内側の列のボール31fの公転速度との関係を、夫々表している。なお、ラジアル荷重は一定とした。このような図5の特性曲線から明らかなように、アキシアル荷重を受ける側の列のボール31fに関しては、アキシアル荷重の大きさとこれら各ボール31fの公転速度Nとは略比例関係にある。したがって、これら各ボール31fの公転速度Nを測定することにより、図5の特性曲線を参照して、アキシアル荷重を算出することができる。ここで、図5の特性曲線は実験により求めるか、シミュレーションによって求めることができる。この図5の特性曲線を横力算出マップとして信号処理回路91dに記憶させておくことにより、公転速度Nから転舵輪3FL,3FRに作用する横力FyFL及びFyFRを算出することができる。また、上記構成を有する横力センサ91は後輪3RL及び3RRにも備えられており、後輪3RL及び3RRの横力FyRL及びFyRRを算出するようにしている。
また、車両挙動推定部103では、車両を簡易な4輪モデルと考え、車両に係る横力FyFL〜FyRRを表すと図7に示す簡易4輪モデルが考えられる。
M・Gy=FyFL+FyFR+FyRL+FyRR …………(1)
I・γ′=FyFL×LFL+FyFR×LFR+FyRL×LRL+FyRR×LRR……(2)
ここで、Mは車体重量、Gyは横加速度、Iは車両慣性モーメント、γ′はヨーレート微分値である。
Gy=(FyFL+FyFR+FyRL+FyRR)/M …………(3)
で算出され、ヨーレート微分値γ′は、
γ′={(LF(FyFL+FyFR)−LR(FyRL+FyRR)}/I……(4)
で算出される。ここで、LFは重心から前輪を結ぶ軸までの距離、LRは重心から後輪を結ぶ軸までの距離である。
この車体スリップ角θの算出は、先ず、ヨーレート微分値γ′を下記(5)式に示すように積分してヨーレートγを算出すると共に、非駆動輪となる転舵輪3FL,3FRの車輪速VwFL及びVwFRの平均値を算出して車速V(=(VwFL+VwFR)/2))を算出する。
ここで、ヨーレートγは上記(5)式に従って算出する場合に限らず、車両に設けたヨーレートセンサで検出したヨーレートを適用するようにしてもよい。
次いで、算出したヨーレートγ、車速V及と横加速度Gyとに基づいて下記(6)式の演算を行って車体スリップ角θを算出する。
このようにして得られたスリップ角θは、積分時のドリフトにより値がズレで行くが、横力FyFL及びFyFRと路面摩擦係数μとスリップ角θとの関係を利用して補正を行うことが好ましい。
また、路面摩擦係数推定部105では、転舵輪3FL及び3FRの横力FyFL及びFyFRとスリップ角推定部104で推定したスリップ角θとに基づいて下記(7)式の演算を行って路面摩擦係数μを推定する。
ここで、Kfはタイヤの諸元から求めたコーナリングパワーの定数である。
さらに、規範モデル106では、入力される操舵角δに基づいて転舵角の基準となる規範挙動値を演算するが、路面摩擦係数推定部105から路面摩擦係数μが供給されることより、例えば、雪路、凍結路、降雨路等の低摩擦係数路面では大きなヨーレートを得ようとせず、車両のスピンを防止するために車体のスリップ角θを小さく保つことを規範とする等、規範モデル自体を路面状況に応じて変化させ、より安定な目標ヨーレート微分値γt′及び目標横加速度Gytでなる規範挙動値を算出する。
このアクティブトー角制御は、所定時間(例えば10msec)毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップS1で、車載LANを介して車両統合コントロールユニット100から転舵輪3FL,3FRに作用する横力FyFL及びFyFRと車輪速VwFL及びVwFRとを読込み、次いで、ステップS2に移行して、読込んだ横力FyFL及びFyFRと車輪速VwFL及びVwFRとに基づいて仕事の次元を持つ以下に表される目的関数を最小化する演算を行って転舵輪3FL,3FRの転がり抵抗を最小化する左右の転舵輪3FL,3FRのスリップ角θL及びθRを算出する。
次いで、ステップS3に移行して、算出したスリップ角θL及びθRを加算器108L及び108Rに出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
このため、スリップ角推定部104で前記(5)式に従って算出されるヨーレートγも略零となって前記(6)式で算出される車体スリップ角θも略零となる。
また、転舵輪3FL及び3FRに作用する横力FyFL及びFyFRが略零であるので、反力制御部102で出力されるトルク指令もステアリングホイール21が振れ回らない程度の小さい値となっており、これが反力アクチュエータ23に供給されることにより、この反力アクチュエータ23で、ステアリングホイール21の振れ回りを防止する程度の操舵反力が発生されて、ステアリングホイール21の振れ回りが抑制される。
このため、安定化制御器107で、車両挙動推定部103で推定した先読み値となるヨーレート微分値γ′及び横加速度Gyが規範モデル106で算出した目標ヨーレート微分値γt′及び目標横加速度Gytと一致するように転舵角を算出し、この転舵角にスリップ角θを加算すると共に、路面摩擦係数推定部105で推定した路面摩擦係数μを加味して転舵角指令値δtを算出し、この転舵角指令値δtを加算器108L及び108Rに出力する。
ここで、リレーロッド82の摺動抵抗は、左右のピットマンアクチュエータ43L及び43Rを激しく相対運動させる必要性はないので、相対運動に対する抵抗を適切に設定すれば、相対運動によるエネルギロスは小さく、左右独立制御の利点を生かすことができる。
さらに、規範モデル106で算出した規範挙動と車両挙動推定部103で横力FyFL〜FyRRから算出した先読み値となるヨーレート微分値γ′と横加速度Gyとでなる実際の車両挙動とが等しくなるように安定化制御器107で転舵角指令値δtを算出することにより、車両挙動が変化する前に挙動の変化を予測することができ、高精度な転舵角制御を行うことができる。ここで、路面摩擦係数μを規範モデル106にもフィードバックしていることにより、例えば低摩擦係数路面では大きなヨーレートを得ようとせず、スピンを防ぐため車体のスリップ角θを小さく保つことを規範とするなど、規範モデル106も路面状況に応じて変化させることができ、より安定な規範挙動を算出することができる。
また、上記実施形態においては、アクティブトー角コントローラ109で、所定の目的関数を最小化するようなフィードバック制御を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、単にスリップ角が左右で均等になるように制御するようにしてもよい。
Claims (6)
- 運転者が操舵する操舵機構と、該操舵機構とは切り離されて転舵輪を転舵する転舵機構とを有し、前記転舵機構は、左右の転舵輪に対して個別に転舵力を付与する転舵アクチュエータを有する一対の転舵部と、該一対の転舵部間を連結する可動抵抗を与えながら可動可能で可動可能範囲が規制された連結部材とを少なくとも有することを特徴とする車両用操舵装置。
- 運転者が操舵する操舵機構と、該操舵機構とは切り離されて転舵輪を転舵する転舵機構とを有し、前記転舵機構は、左右の転舵輪に対して個別に転舵力を付与する転舵アクチュエータを有する一対の転舵部と、該一対の転舵部間を連結する可動抵抗を与えながら可動可能で可動可能範囲が規制された連結部材とを少なくとも有し、さらに前記一対の転舵部の転舵アクチュエータを前記転舵輪に作用する横力に基づいて独立制御する転舵制御手段を備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
- 前記転舵制御手段は、前記転舵輪に作用する横力を検出する横力検出手段と、前記転舵輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、前記横力検出手段で検出した横力と前記車輪速検出手段で検出した車輪速とに基づいて前記転舵輪のスリップ角を独立にフィードバック制御する転舵制御部とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の車両用操舵装置。
- 前記横力検出手段及び車輪速検出手段は、前記車輪のハブに内蔵されていることを特徴とする請求項3に係る車両用操舵装置。
- 前記連結部材は、可動抵抗を粘性及び摩擦の少なくとも一方で発生させるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の車両用操舵装置。
- 前記連結部材は、軸方向に摺動抵抗を与えて伸縮可能なリレーロッドで構成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の車両用操舵装置。
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