JP3567452B2

JP3567452B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP3567452B2
Application number: JP17584598A
Authority: JP
Inventors: 巡児河室; 守弘松田; 雅彦新堂; 隆博小城
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP2000006829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルの回転操作を操舵車輪の転舵として伝達する車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用操舵装置の一例が、例えば特開平４−１５９１７８号に開示されている。この操舵装置は、操舵ハンドルに連結されたステアリングシャフトと操舵車輪に連結されたタイロッドとをギヤ装置を介して連結しており、操舵ハンドルの回転操作に伴ってステアリングシャフトが回転し、ギヤ装置においてタイロッドの直線運動に変換して操舵車輪を転舵させる機構となっている。また、この操舵装置は、いわゆるパワーステアリング機構を備えており、操舵ハンドルに加えられる操舵トルクに応じたアシスト力が付与され、軽いハンドル操作力で車両の旋回を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
操舵ハンドルに加えられる操舵トルクは、ステアリングシャフトに対して同軸的に連結したトーションバーの作用によって検出している。すなわち、操舵ハンドルから入力される操舵トルクの大きさに応じてトーションバーが捻れるため、この捻れの相対変位を検出することで操舵トルクを検出している。操舵ハンドルと操舵車輪とを連結する操舵系に、このトーションバーのような捻れを発生する弾性機構が介在しない場合を想定すると、操舵ハンドルの操舵角と操舵車輪の転舵角とは、図１に点線で示すようにリニアの関係となる。しかし、操舵トルクに応じて捻れを生じる弾性機構を操舵系に介在させることで、図１に実線で示すようにリニアの関係とはならず、生じた捻れ分だけ操舵量の伝達ロスとなり操舵性を低下させていた。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決べくなされたものであり、その目的は、このように操舵トルク検出用の弾性機構を採用した場合における操舵量の伝達ロスを補い、操舵軸の捻れに起因した操舵性低下を抑制することができる車両用操舵装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１にかかる車両用操舵装置は、操舵ハンドルと操舵車輪との間に介在し、操舵ハンドルの回転動作を操舵車輪の転舵として伝達する車両操舵装置であって、操舵ハンドルの回転動作に連動して回転し、この操舵ハンドルに加えられる操舵トルクに応じて捻れる弾性機構を備えた操舵軸と、操舵軸の捻れ量を検知する検知手段と、検知手段で検知される捻れ量を補うように、操舵車輪を転舵駆動する転舵駆動手段とを備えて構成する。
【０００６】
転舵駆動手段によって、操舵軸の捻れ量を補うように操舵車輪を転舵駆動することで、操舵量の伝達ロスが低減され、これにより操舵軸の見掛け上の伝達剛性を向上させることができる。
【０００７】
また、請求項２にかかる車両用操舵装置は、請求項１における車両用操舵装置において、操舵車輪が、操舵ハンドルの操舵角と対応する転舵角となるまで、操舵車輪を転舵させることにより、捻れ量を補うものである。
【０００８】
さらに、請求項３にかかる車両用操舵装置は、請求項１または請求項２における車両用操舵装置において、検知手段は、弾性機構の捻れ量を検出するポテンショメータであるものである。
【０００９】
また、請求項４にかかる車両用操舵装置は、請求項１または請求項２における車両用操舵装置において、検知手段は、弾性機構の捻れ量を検出する操舵トルクセンサであるものである。
【００１０】
また、請求項５にかかる車両用操舵装置は、請求項１から請求項４のうちのいずれか１項における車両用操舵装置が車速に応じて減衰特性が変化するフィルタ手段をさらに備えて構成し、転舵駆動手段は、このフィルタ手段を介して得られる捻れ量をもとに、操舵車輪を転舵駆動することを特徴とする。
【００１１】
左右の操舵車輪のアンバランスや路面の凹凸などが原因となって、左右の操舵車輪に連結された転舵軸が車両の左右方向に振動する場合がある。この振動は操舵軸を介して操舵ハンドルの周方向の振動として伝達されることとなる。この振動周波数は車速に応じて変化し、特に高速走行時には周波数１２〜１８Ｈｚ程度の高周波振動（フラッタ）が発生し、操舵ハンドルを握る運転者に対して不快感を与えてしまう。そこで、例えば、検知手段の検知結果に含まれる高周波の振動成分を、車速の増加に伴って大きく減衰させるように、フィルタ手段の減衰特性を変化させることで、高速走行時おけるフラッタの発生を十分に抑制し、かつ、低速走行時における操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図２に実施形態にかかる操舵装置１００の構成を示す。
【００１４】
操舵軸１０は一端側が操舵ハンドル１１に連結され、他端側がトーションバー１２を介して遊星歯車機構２０の入力軸２１に連結されている。このように操舵軸１０と入力軸２１とはトーションバー１２を介して弾性的に連結されているため、操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクの大きさに応じてトーションバー１２が捻れる状態となり、この捻れ量ｅを検出するポテンショメータ５１を備えている。なお、このポテンショメータ５１の検出結果は後述する制御装置５０に与えられる。
【００１５】
遊星歯車機構２０の出力軸２２は、ラックアンドピニオン式のギヤ装置３０に連結されており、ギヤ装置３０内において、出力軸２２の回転運動がラック軸３１の往復動に変換される。このラック軸３１の両側には、それぞれタイロッド３２の一端が連結され、各々のタイロッド３２の他端側はそれぞれナックルアーム（図示せず）を介して操舵車輪ＦＷ１、ＦＷ２に連結されており、ラック軸３１の往復動によってタイロッド３２が移動し、操舵車輪ＦＷ１、ＦＷ２が転舵される機構となっている。
【００１６】
また、この操舵装置１００は油圧式のパワーステアリング装置を備えており、トーションバー１２の外周部に設けられたロータリーバルブ４０、ラック軸３１に設けられたパワーシリンダ４１、リザーバタンク４２に貯まったフルードを送り出す油圧ポンプ４３及びこれらを接続する油圧系路などで構成する。
【００１７】
ロータリーバルブ４０は、操舵軸１０側に固定されたインナバルブ４０ａと遊星歯車機構２０の入力軸２１側に固定されたアウタバルブ４０ｂとを備えている。前述したように、操舵軸１０と入力軸２１とはトーションバー１２を介して弾性的に連結されているため、操舵方向及び操舵トルクに応じて操舵軸１０と入力軸２１とが相対的に捻れ、この捻れによって、インナバルブ４０ａとアウタバルブ４０ｂとが相対的に変位する。そして、この変位方向及び変位量に応じて、ロータリーバルブ４０内に形成された各油路の油路抵抗が変化する機構となっている。このロータリーバルブ４０内の各油路は、所定の油圧系路を介してそれぞれ対応するパワーシリンダ４１の左右の圧力室に通じており、油路抵抗が変化することにより、パワーシリンダ４１の左右の圧力室内に流入するフルードの流入量が変化し、操舵ハンドル１１の操舵方向及び操舵トルクに応じた操舵補助力がパワーシリンダ４１から発生される。
【００１８】
遊星歯車機構２０は、図３に示すように、中心部に配したサンギヤ２３が入力軸２１と一体化しており、サンギヤ２３の外周部には３つのプラネタリギヤ２４を等間隔で配している。各プラネタリギヤ２４は支持ピン２４ａによって回転自在に支持されており、各支持ピン２４ａは遊星歯車機構２０の出力軸２２に対して固定されている。従って、出力軸２２は、プラネタリギヤ２４がサンギヤ２３の周囲を移動することで、回転する機構となっている。
【００１９】
また、各プラネタリギヤ２４を囲むように円環状のリングギヤ２５を配しており、各プラネタリギヤ２４は内側に位置するサンギヤ２３と外側に位置するリングギヤ２５の双方と噛合している。従って、入力軸２１の回転に伴ってサンギヤ２３が回転し、サンギヤ２３と噛合した各プラネタリギヤ２４は、リングギヤ２５と噛合しつつ、サンギヤ２３の周囲を回転移動し、このサンギヤ２３の回転移動に伴って出力軸２２が回転する。このように入力軸２１の回転量が、一連のギヤ列によって規定されるギヤ比に応じて、出力軸２２の回転量として伝達されることになる。
【００２０】
さらに、リングギヤ２５は、外周部にギヤ歯を備えており、このギヤ歯に対してウォームギヤ２６が噛合している。このウォームギヤ２６をアクチュエータ２７によって回転駆動することで、リングギヤ２５が回転し、このリングギヤ２５に連動するプラネタリギヤ２４がサンギヤ２３の周囲を回転移動する。従って、アクチュエータ２７によってリングギヤ２５を回転駆動することで、入力軸２１の回転に依らずに、出力軸２２を任意に回転させることができる構造となっている。
【００２１】
このアクチュエータ２７の駆動制御は制御装置５０によって実施されるが、ここで制御装置５０で実施されるアクチュエータ２７の駆動制御処理について、図４のフローチャートに沿って説明する。
【００２２】
このフローチャートは、イグニションスイッチのオン操作によって起動し、まず、Ｓ１０２に進み、ポテンショメータ５１で検出される捻れ量ｅを読み込む。
【００２３】
続くＳ１０４では、Ｓ１０２で読み込んだ捻れ量ｅをもとに、オーバーシュートすることなくこの捻れ量ｅを補うように、アクチュエータ２７を駆動させる制御信号Ｉｓを決定する。この処理の一例としては、Ｉｓ＝Ｃ（ｓ）・ｅ／Ｋの演算式に基づいて、ＰＩＤ制御のパラメータを適切に設定することにより制御信号Ｉｓを決定することができる。なお、式中の「ｓ」はラプラス演算子、「Ｋ」はトーションバー１２及びロータリーバルブ４０などで構成される捻れ機構部のばね定数である。
【００２４】
続くＳ１０６では、Ｓ１０４で決定された制御信号Ｉｓをアクチュエータ２７に出力し、制御信号Ｉｓに応じてアクチュエータ２７を駆動する。これによりウォームギヤ２６が回転駆動され、このウォームギヤ２６の回転がリングギヤ２５、プラネタリギヤ２４を介して出力軸２２に伝達され、出力軸２２が回転駆動される。
【００２５】
この後、Ｓ１０８に進み、イグニションスイッチ（ＩＧ）がオフ操作されたかを判定し、「Ｎｏ」の場合にはＳ１０２に戻り、Ｓ１０８で「Ｙｅｓ」と判定されるまで、前述したＳ１０２以降の処理が繰り返し実行される。
【００２６】
このようにトーションバー１２が介在することで生じる捻れを補うように出力軸２２が回転駆動されるため、操舵ハンドル１１の操舵角と操舵車輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵角との関係が、先の図１に点線で示したようにリニアの関係となり、操舵ハンドル１１から出力軸２２に至る操舵系の見掛け上の剛性を高めることができる。これにより、トーションバー１２が捻れることで発生する操舵量の伝達ロスを補うことができ、操舵系の捻れに起因する操舵性の低下を十分に抑制することができる。
【００２７】
また、他の実施形態としては、図５に示すように、ポテンショメータ５１の検出信号をローパスフィルタ５２に与え、このローパスフィルタ５２から出力される信号を制御装置５０に与える構成を採用することもできる。この場合、図６に示すように、ローパスフィルタ５２の遮断周波数が車速Ｖの増加に伴って減少するように、車速Ｖに応じて変化させる。これにより、ポテンショメータ５１の検出信号に含まれる周波数１２〜１８Ｈｚ程度の高周波の振動成分が車速Ｖの増加に伴って大きく減衰されることとなり、これにより、高速走行時おけるフラッタの発生を十分に抑制し、かつ、低速走行時における操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００２８】
以上説明した実施形態では、操舵軸１０の捻れをポテンショメータ５１によって検出する場合を例示したが、この他にもロータリエンコーダなどの相対変位を検知する変位センサを用いることができる。また、操舵トルクの大きさを検出する操舵トルクセンサの検出結果をそのまま利用して操舵軸１０の捻れ量を検知することも可能である。
【００２９】
また、実施形態では、油圧によって操舵補助力を発生する油圧式のパワーステアリング装置を示したが、電動式のパワーステアリング装置にも適用することが可能である。
【００３０】
また、ハンドル操作とは別に操舵車輪ＦＷ１、ＦＷ２を転舵駆動する機構として遊星歯車機構２０を介在させる機構を例示したが、例えば、軸方向に沿って伸縮する機構をラック軸３１、タイロッド３２又はナックルアーム自体に設けてもよく、この場合、検出される捻れ量ｅ或いは操舵トルクに応じて各部材を適宜伸縮させ、操舵車輪ＦＷ１、ＦＷ２を転舵駆動すればよい。この他、ギヤ装置３０をラック軸３１及び左右のタイロッド３２と共に、車体に対して左右にスライドさせる駆動機構を採用することも可能であり、ハンドル操作とは別に、操舵車輪ＦＷ１、ＦＷ２を転舵駆動できる機構であれば何ら限定するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項にかかる車両用操舵装置によれば、操舵軸の捻れ量を補うように操舵車輪を転舵駆動する転舵駆動手段を備えるので、操舵軸に対して操舵トルク検出のための弾性機構を備えた場合にも、操舵量の伝達ロスを補い、操舵軸の捻れに起因する操舵性低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵ハンドルの操舵角と操舵車輪の転舵角との関係を示すグラフである。
【図２】実施形態にかかる操舵装置の構成を概略的に示す構成図である。
【図３】遊星歯車機構を構成する各ギヤの配置状態を示す平面図である。
【図４】制御装置で実行される処理を示すフローチャートである。
【図５】他の実施形態を示すブロック図である。
【図６】ローバスフィルタの遮断周波数と車速との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…操舵軸、１１…操舵ハンドル、１２…トーションバー（弾性機構）、２０…遊星歯車機構（転舵駆動手段）、２７…アクチュエータ（転舵駆動手段）、４０…ロータリーバルブ、４１…パワーシリンダ、５０…制御装置、５１…ポテンショメータ（検知手段）、５２…ローパスフィルタ（フィルタ手段）。

Claims

操舵ハンドルと操舵車輪との間に介在し、操舵ハンドルの回転動作を操舵車輪の転舵として伝達する車両操舵装置であって、
操舵ハンドルの回転動作に連動して回転し、この操舵ハンドルに加えられる操舵トルクに応じて捻れる弾性機構を備えた操舵軸と、
前記操舵軸の捻れ量を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知される捻れ量を補うように、操舵車輪を転舵駆動する転舵駆動手段とを備える車両用操舵装置。
前記操舵車輪が、前記操舵ハンドルの操舵角と対応する転舵角となるまで、前記操舵車輪を転舵させることにより、前記捻れ量を補う請求項１に記載の車両用操舵装置。
前記検知手段は、前記弾性機構の捻れ量を検出するポテンショメータである請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置。
前記検知手段は、前記弾性機構の捻れ量を検出する操舵トルクセンサである請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置。
車速に応じて減衰特性が変化するフィルタ手段をさらに備え、
前記転舵駆動手段は、前記フィルタ手段を介して得られる捻れ量をもとに、操舵車輪を転舵駆動する請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。