JP2019043391A - 舵角制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆるロックトゥロックが小さい操舵部材の操作性を向上させることが可能な舵角制御装置を提供する。【解決手段】車両を操舵する操舵部材４と、車輪５を転舵する転舵装置３とを備え、前記操舵部材４の操舵量に基づいて前記車輪５の転舵角を制御するように構成された舵角制御装置１において、前記車両の車速が予め定められた所定値以上の場合に、前記操舵部材４の最大操舵角を機械的にもしくは電気的に制限する。【選択図】図３

Description

この発明は、運転者の操舵によって車輪を転舵する装置に関し、特に操舵部材の舵角を制御する装置に関するものである。

特許文献１には、ハンドルの回転角（操舵角）と車輪の転舵角との舵角比を変更することが可能な操舵装置が記載されている。またこの特許文献１に記載された操舵装置では、その舵角比を、先ず車速から目標舵角比を求め、その目標舵角比と実際の舵角比との偏差に基づいて目標回転速度を決定し、さらにその目標回転速度と実際の回転速度との偏差に基づいてモータに通電する電流値を決定する。そして、そのように求められた舵角比は、高車速域で小さく設定され、これとは反対に低車速域では大きく設定される。

特開平５−１０５１０６号公報

上記の特許文献１に記載された操舵装置は、上述したように高車速域と低車速域とでハンドルの回転角と車輪の転舵角との比を変更し、高車速域では舵角比を小さく、低車速域では舵角比を大きくするように構成されている。そのため、高車速域では操縦安定性を向上させることができ、低車速域ではハンドルの取り回し性を向上させることができる。一方、このような操作特性を備えた操舵装置を、いわゆるグリップ型のステアリング（ハンドル）を備えた車両（いわゆるスポーツタイプの車両）に搭載する場合には、ステアリングの操作性（あるいは操舵性）を低下させるおそれがある。具体的には、グリップ型のステアリングは、ステアリングの一端から他端まで回転させるいわゆるロックトゥロックが小さく、運転者の操作に対する反応がよい。そのため、上記のような操作特性の場合には、運転者の操作量に対して、却って反応が過敏になりすぎるおそれがある。そのような場合、例えば高車速で走行している際にステアリングを操作した場合には、車両がスピンするなど車両の安定性が低下するおそれがあり、この点で改善の余地があった。

この発明は上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、いわゆるロックトゥロックが小さい操舵部材の操作性を向上させることが可能な舵角制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、車両を操舵する操舵部材と、車輪を転舵する転舵装置とを備え、前記操舵部材の操舵量に基づいて前記車輪の転舵角を制御するように構成された舵角制御装置において、前記車両の車速が予め定められた所定値以上の場合に、前記操舵部材の最大操舵角を機械的にもしくは電気的に制限することを特徴とするものである。

この発明によれば、予め定められた所定の車速以上の場合に、操舵部材の最大操舵角を制限するように構成されている。具体的には、車速が所定値以上の場合に操舵部材の最大操舵角を機械的に制限もしくは電気的に制御している。そのため、例えば高車速で走行している際に、急ハンドルなど誤ってハンドル操作した場合であっても、その制限された操舵角となるから、それ以上、操舵部材（ステアリング）が回ることがない。したがって、高車速で走行している際に車両がスピンするなど車両の安定性が低下することを抑制できる。また、このように車両の安定性が低下することを抑制できるから、上述したロックトゥロックが小さいグリップ型のステアリングを用いた場合であっても操作性が低下することを抑制できる。

また、この発明によれば、低車速の場合には、上記のように最大操舵角を制限することにより、左右の舵角範囲を狭めることができるから、ステアリングの操作性が過敏になりすぎず、例えば車庫入れなどの据え切り時に少ない舵角で操作が可能となる。言い換えれば、低車速時におけるステアリングの操作性を向上させることができる。さらに、そのように少ない舵角で操作が可能となることにより、車両への負荷を低減することができる。

この発明の実施形態における舵角制御装置の概略図を説明する図である。 この発明の実施形態で対象とするステアリングを説明する図である。 図１の制御装置における車速と操舵角との関係を説明する図である。

この発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。図１は、この発明で対象とすることができるステアバイワイヤ型（ＳＢＷ）の舵角制御装置１である。このステアバイワイヤ型の舵角制御装置１は、ステアリングを操舵する操舵装置２と、車輪を転舵する転舵装置３とが機械的に分離されており、運転者によって操舵されるステアリング４（ハンドル）の操作力によらず、転舵装置３に設けられた動力源（例えばモータ）によって車輪５が転舵されるように構成されている。なお、この発明の実施形態では、電気系統のフェール時にステアリング４の操作力によって車輪５を転舵可能とするために、操舵装置２と転舵装置３とを連結してステアリング４の操作力を転舵装置３に伝達可能にする連結機構（例えばクラッチ）を備えている。以下、この舵角制御装置１の構成について具体的に説明する。

先ず、この舵角制御装置１は、運転者により操舵される操舵装置２と、転舵輪である左右の車輪５を運転者の操舵に応じて転舵する転舵装置３とを備えている。

操舵装置２は、上述したステアリング４、車体の一部に固定されるステアリングシャフト６、運転者により回動操作されるステアリング４の操舵角を検出する操舵角センサ７、ステアリング４に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ８、ならびに、ステアリング４の操舵反力を形成する操舵反力アクチュエータ９を備えている。

上記のステアリング４は、運転者が操舵量を入力するために回動操作される操舵部材であり、ステアリングシャフト６の上部に固定される。また、この発明の実施形態におけるステアリング４は図２に示すように、グリップ型のステアリングであって、ステアリング４を回転方向の一方の端（例えば右）から反対の端(左)まで回す、いわゆるロックトゥロック(Lock to Lock)の範囲が小さく、例えばその回転範囲が３６０度以下となるステアリングである。すなわちスポーツタイプのステアリングである。なお、図１に示すステアリング４は、便宜上、一般的な円形のステアリングを示している。

操舵反力アクチュエータ９は、上述したようにステアリング４の操舵反力を形成するものであって、操舵反力付与モータを有し、ステアリングシャフト６の下部に組み付けられている。なお、この操舵反力付与モータはステアリングシャフト６を軸線周りに回転駆動し、ステアリング４が操作されると、そのステアリング４の操作に抗する回転力を発生させる。

操舵角センサ７は、ステアリングシャフト６の回転角、すなわち運転者から入力されたステアリング４の操舵角を検出する。操舵トルクセンサ８は、ステアリングシャフト６の回転トルク、すなわち運転者により入力されたステアリング４の操舵トルクを検出する。なお、これら操舵角センサ７により検出されたステアリング４の操舵角、ならびに、操舵トルクセンサ８により検出されたステアリング４の操舵トルクは、後述するコントローラ１０に出力される。なお、この操舵装置２には、例えば車両が使用されていない状態、すなわちイグニッションスイッチがＯＦＦとされている状態における盗難防止の観点から、ステアリング４の操作を禁止するステアリングロック機構が設けられていてもよい。

転舵装置３は、車体に固定されて転舵ロッド１１を軸方向に往復移動させるように構成されている。具体的には、転舵装置３は、転舵ロッド１１に形成されたラックと、ピニオンシャフト１２に設けられたピニオンギヤとが噛み合って構成されるラックアンドピニオン機構を有し、ピニオンシャフト１２の回転によって転舵ロッド１１が軸方向に移動させられる。転舵ロッド１１の両端の各々は、ボールジョイント１３を介して、タイロッド１４の一端部に連結され、タイロッド１４の他端部も同様にボールジョイント１３を介して、車輪５を回転可能に保持するステアリングナックルの一部分であるナックルアーム１５に連結されている。また、この転舵装置３を駆動させるための転舵アクチュエータ１６が設けられている。転舵アクチュエータ１６は、転舵モータを備え、転舵モータの回転によって転舵ロッド１１が軸方向に移動させられることで、車輪５が転舵される。なお、転舵装置３には、転舵ロッド１１の転舵角（転舵量）を検出する転舵角センサ１７が設けられている。

また、この発明の実施形態における舵角制御装置１は、従来知られているステアバイワイヤシステムと同様に、このシステムがフェールした場合のバックアップとして、操舵装置と転舵装置３との間に、連結機構１８を備えている。この連結機構１８は、例えばクラッチ機構によって構成され、操舵装置２と転舵装置３とを機械的に連結（接続）ならびに分離（独立の状態）する。したがって、システムのフェール時には、上述したステアリングシャフト６とピニオンシャフト１２とが制御信号に基づいて機械的に連結され、すなわち操舵装置２と転舵装置３とが連結される。なお、図１に示す例では、操舵装置２と転舵装置３とが分離して連結されていない状態を示している。

上述した舵角制御装置１は、コントローラ（ＥＣＵ）１０によって制御される。コントローラ１０は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置である。このコントローラ１０には、各種センサ類からの検出信号や情報信号などが入力されるように構成されている。例えば、上述した操舵角センサ７、操舵トルクセンサ８、転舵角センサ１７などからの検出信号がコントローラに入力される。また、各車輪５の回転速度をそれぞれ検出して車速を求める車速センサ１９、車両のヨーレートを求めるヨーレートセンサ２０、車両の横加速度を求める横加速度センサ２１からの信号も入力される。そして、それら入力されたデータおよび予め記憶させられているデータ等を使用して演算を行い、その演算結果を基に各種アクチュエータ９，１６に制御指令信号を出力するように構成されている。なお、図１では、実線がその各種アクチュエータ９，１６に出力する線を示し、破線が各種センサから入力される線を示している。また。図１では一つのコントローラ１０が設けられた例を示しているものの、このコントローラ１０は、例えば制御する装置ごと、あるいは制御内容ごとに複数設けられていてもよい。さらに、システムがフェールした場合に備えてバックアップ用のコントローラを更に備えていてもよい。

上記のように構成された舵角制御装置１は、上述したように、操舵装置２と転舵装置３とが分離され、すなわちステアリング４と車輪５とが分離されている。この状態で運転者がステアリング４を操作すると、操舵角センサ７がステアリング４の操舵角を検出する。そして、コントローラ１０は、その操舵角に応じた転舵角を算出し、その算出された転舵角に基づいて転舵アクチュエータ１６を制御する。これにより、車輪５の転舵角をステアリング４の操舵角に応じて変化させることができる。また併せてコントローラ１０は、検出されたステアリング４の操舵角に応じた操舵反力を算出し、その操舵反力に基づいて操舵反力アクチュエータ９を制御する。これにより、ステアリング４に操舵反力を与え、運転者に適切な操舵感を与える。

また、このステアバイワイヤ型の舵角制御装置１では、従来知られている可変ステアリングギヤ機構（操舵角と転舵角とのギヤ比を変化させる機構）を備えた装置と同様に、低車速の場合には取り回し性を重視し、高車速の場合には操縦安定性を重視するように構成されている。一方、このような操作特性を備えた舵角制御装置を上述したいわゆるグリップ型のステアリングを備えた車両に搭載すると、このステアリング４はロックトゥロックが小さいから、従来知られている円形のステアリングと同様の操作を行うと、運転者にとっては、過敏な操舵感となりステアリングの操作性が低下するおそれがある。そこで、この発明の実施形態では、いわゆるグリップ型のステアリングを搭載した（すなわちロックトゥロックが小さい）車両であっても、ステアリング４の操作性が低下することを抑制するように構成されている。

具体的には、例えば上述したステアリングシャフト６に溝を設け、所定の車速以上の場合にステアリング４がそれ以上回転しないように、上記の溝に引っ掛かるピン（ストッパー）を設けるなど機械的にステアリング４の回転を制限する機構が設けられている。つまり、車速に応じて最大操舵角を制限するように構成されている。また、この最大操舵角を、機械的に制限する場合の他、上述したコントローラ１０により電気的に制御してもよい。なお、上記の最大操舵角は、例えば高車速で走行している際に、急ハンドルなどによって、車両がスピンするなど車両の安定性が損なわれない角度に設定される。また、この最大操舵角を制限する際のパラメータは、車速に限られず、ステアリング４の操舵量（操舵角）、車速の変化率（変化量）、アクセル開度、ブレーキ信号、トラクションコントロール制御量、ヨーイング、ローリング、ピッチングにおける加速度信号（Ｇ信号）などでもよく、それらの各種パラメータ（所定値以上の）のうち少なくとも一つ以上の信号がコントローラ１０に入力された場合にこの制御を実行する。

図３は、上述したステアリング４の操舵角（ハンドル操舵角）を機械的に制限あるいは電気的に制御した場合の車速と操舵角との関係を示す図であって、縦軸に操舵角、横軸に車速を示しており、車速が大きいほど（高車速）最大操舵角が小さく、これとは反対に車速が小さいほど（低車速）最大操舵角が大きくなるように構成されている。なお、破線は、ブレーキが踏まれた場合の制限値を示すものであって、ブレーキが踏まれた際には、ステアリングを通常走行の場合に比べてより操作するため、その制限値、すなわち最大操舵角を通常走行の場合に比べて大きく設定している。また、電気的に制御する場合には、所定値以上の操舵トルクがコントローラ１０に入力された際に、上記の制限値を解除するように構成してもよい。そのような場合は、例えば所定の車速までは、ステアリングの操作を滑らかに設定し、一方、所定の車速以上の場合、すなわち運転者の操作量が所定値以上（操舵トルクが所定値以上）の場合にステアリングの操作を重くするように構成する。

なお、図２に示すステアリング４には、この制御を解除するスイッチボタン２２が設けられている。これは、例えばドリフト走行する場合や、ダート路、雪道など、車輪の抵抗によりコーナリングパワーを発揮する場合がある走行においては、上記の制御を実行しないようにするためである。したがって、このスイッチボタン２２を押すことにより、上記の制御を実行せずに走行することができる。また、この制御を解除するスイッチボタン２２は、サイドブレーキなどの運転者の操作に合わせて適宜の箇所に設けられてよい。

このように、この発明の実施形態では、所定の車速以上の場合に最大操舵角を制限するように構成されている。そのため、例えば高車速で走行している際に、急ハンドルなど誤ってハンドル操作した場合であっても、その制限された操舵角となるから、それ以上、ステアリング４が回ることがない。そのため、高車速で走行している際に車両がスピンするなど車両の安定性が低下することを抑制できる。また、このように車両の安定性が低下することを抑制できるから、上述したロックトゥロックが小さいグリップ型のステアリングを用いた場合であっても操作性が低下することを抑制できる。さらに、車両の安定性の低下を抑制することができるから、ルーズな操作、言い換えれば操作性を向上させることができる。

また、低車速の場合には、上記のように最大操舵角を制限することにより、左右の舵角範囲を狭めることができるから、ステアリング４の操作性が過敏になりすぎず、例えば車庫入れなどの据え切り時に少ない舵角で操作が可能となる。言い換えれば、低車速時におけるステアリング４の操作性を向上させることができる。さらに、そのように少ない舵角で操作が可能となることにより、車両への負荷を低減することができる。

そして、このようにグリップ型のステアリングや、ロックトゥロックが小さいステアリングにおける操作性を向上させることができるから、併せてこのグリップ型のステアリングの搭載性を向上させることができ、例えばいわゆる普通車（乗用車）への搭載性が向上する。またそのように、グリップ型のステアリングを搭載できれば、ステアリング自体の大きさを小さくすることができるから、車室内のレイアウトや設計の自由度が増大し、例えば運転者とステアリングとの距離を短くすることができる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。上記の実施形態では、機械式に最大操舵角を制限する構成として、ステアリングシャフト６に溝を設ける構成を例として説明したものの、要はこの発明の実施形態では、所定の車速や操舵量など各種の少なくとも一つのパラメータが所定値以上の場合に最大操舵角を制限できる構成であればよい。そして、上述した実施形態では、ステアバイワイヤ型の舵角制御装置を例として説明したものの、従来知られている機械式に連結された舵角制御装置や、ステアリングの操舵角と車輪の転舵角とのギヤ比を変化させる可変ステアリングギヤ機構を備えた舵角制御装置に適用してもよい。また、上述した実施形態では、ステアリング４はグリップ型として説明したものの、このステアリング４はグリップ型に限られず、いわゆるロックトゥロックが小さいステアリングであればそのステアリング４の形状は適宜変更してもよい。

なお、システムがフェールした場合には、上述した連結機構１８を制御して、操舵装置２と転舵装置３とが機械的に接続される。そして、この状態で運転者がステアリング４を操作すると、ステアリングシャフト６の回転力がピニオンシャフト１２に直接伝達され、ステアリング４の操作により車輪５が直接転舵される。

１…舵角制御装置、 ２…操舵装置、 ３…転舵装置、 ４…ステアリング、 ５…車輪（転舵輪）、 ６…ステアリングシャフト、 ７…操舵角センサ、 ９…操舵反力アクチュエータ、 １０…コントローラ(ＥＣＵ）、 １６…転舵アクチュエータ、 １７…転舵角センサ。

Claims (1)

1. 車両を操舵する操舵部材と、車輪を転舵する転舵装置とを備え、前記操舵部材の操舵量に基づいて前記車輪の転舵角を制御するように構成された舵角制御装置において、
   前記車両の車速が予め定められた所定値以上の場合に、前記操舵部材の最大操舵角を機械的にもしくは電気的に制限する
   ことを特徴とする舵角制御装置。

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