JP3593110B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の操舵装置に関し、例えば、運転者のハンドル操作量を補償するための自動操舵を実施したり、自動運転のための操舵を実施する場合に必要な副操舵機構を備える操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両においては、従来より、例えば操舵特性、即ちハンドル操作量に対する実際の車体進行方向の変化が最適になるように、補助的に車輪の向きを自動制御したり、あるいは車両の走行位置が所定の車線内を維持するようにドライバに代わって自動的に操舵系を駆動制御することが提案されている。
【０００３】
この種の車輪舵角制御を実施するために、我々は、図１１に示すような車両用操舵装置を出願（特願２００１−３５３１３０）した。
【０００４】
従来の車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。図１１は、従来の車両用操舵装置の構成を示す図である。
【０００５】
図１１において、１は運転者が操舵するハンドル、２は第１の遊星ギア機構である。この第１の遊星ギア機構２は、ハンドル１が接続されているサンギア２０１と、キャリア２０３により支持されているプラネタリギア２０２ａ、２０２ｂと、リングギア２０４と、リングギア２０４を回転させるためのウオームホイール２０５とより構成されている。
【０００６】
また、同図において、３は第２の遊星ギア機構である。この第２の遊星ギア機構は、サンギア３０１と、キャリア３０３により支持されているプラネタリギア３０２ａ、３０２ｂと、固定されたリングギア３０４とより構成されている。また、４は第１の遊星ギア機構２のキャリア２０３と、第２の遊星ギア機構３のキャリア３０３を接続するシャフトである。ここで、第１の遊星ギア機構２、又は第１の遊星ギア機構２と第２の遊星ギア機構３を併せたものが、ハンドル１の回転角に補助舵角を機械的に加算することができる副操舵機構となる。
【０００７】
また、同図において、５はラックアンドピニオン方式の操舵機構である。この操舵機構５は、ラックアンドピニオン５０１と、車輪舵角制御用アクチュエータとして用いる電気モータ９０１によりピニオン５０１を回転させるための逆転可能なウオームホイール５０２とより構成されている。６ａ及び６ｂはナックルアームであり、７ａ及び７ｂは操舵車輪である。
【０００８】
また、同図において、８は副操舵機構として動作する第１の遊星ギア機構２に駆動トルクを与えることにより、ハンドル１に反力トルクを与えるための反力制御機構である。この反力制御機構８は、第１の遊星ギア機構２に駆動トルクを与える反力用モータ８０１と、第１の遊星ギア機構２のウオームホイール２０５に噛み合うウオームギア８０２とより構成される。ここで、ウオームホイール２０５からウオームギア８０２へは、回転できない、即ちセルフロックが掛かるように構成されている。
【０００９】
また、同図において、９は操舵機構５を駆動する車輪舵角制御機構である。この車輪舵角制御機構９は、電気モータ９０１と、操舵機構５のウオームホール５０２と噛み合うウオームギア９０２とより構成される。ただし、ウオームホイール５０２とウオームギア９０１の組み合わせは、ウオームホール５０２側からでも回転が可能、即ち、逆転可能な構成である。
【００１０】
また、同図において、１０はハンドル１に生じている反力トルクを検出するための反力トルク検出手段、１１は操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を検出するための車輪舵角検出手段、１２はハンドル１の操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段である。
【００１１】
また、同図において、１３は目標車輪舵角生成手段である。この目標車輪舵角生成手段１３は、例えばハンドル操舵角検出手段１２の出力１２０１や、他システム（例えば、車線維持装置）からの操舵要求２０、車両状態信号（例えば、車速、ヨーレートなど）２１等から、必要な車輪舵角を計算し目標車輪舵角１３０１を生成するものである。
【００１２】
また、同図において、１４は車輪舵角制御手段である。この車輪舵角制御手段１４は、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角検出手段１１の出力１１０１が等しくなるよう、車輪舵角制御用電気モータ９０１を駆動して操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を制御するものである。
【００１３】
また、同図において、１５はハンドル１を介して運転者に与える反力トルク目標値を設定する目標反力生成手段である。この目標反力生成手段１５は、例えばハンドル操舵角検出手段１２の出力１２０１や、車両状態信号（例えば、車速、ヨーレートなど）２１等から、適当な反力を計算し目標反力トルク１５０１を生成するものである。
【００１４】
さらに、同図において、１６は反力トルク制御手段である。この反力トルク制御手段１６は、目標反力トルク１５０１と反力トルク検出手段１０の出力１００１が等しくなるよう、反力用電気モータ８０１を駆動してハンドル１に生じる反力トルクを制御するものである。
【００１５】
以上説明したように、本従来例では、運転者が操舵するハンドル１の操舵や、他システムからの信号等により適切な車輪舵角を計算して、車輪舵角を制御し、同時に適切な操舵反力を計算して、ハンドル反力がハンドル１に生じるよう制御している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明した副操舵機構を備えた装置で、車輪舵角とハンドル反力とを独立して制御すると、図２に示すように、車輪舵角制御用電気モータ（車輪舵角制御機構）９まわりの釣合より、車輪舵角制御用電気モータ９は、操舵車輪に生じるセルフアライメントトルク（路面反力）Ｔａと、反力用電気モータ８より副操舵機構（遊星ギア機構）２及び３により分配されるトルクＴｂを賄う駆動トルク（Ｔａ＋Ｔｂ）が必要となる。
【００１７】
一方、反力用電気モータ（反力制御機構）８まわりの釣合より、反力用電気モータ８は、ハンドル１に生じさせる反力トルクＴｃと、副操舵機構２及び３により分配されるＴｂを賄う駆動トルク（Ｔｂ＋Ｔｃ）が必要となる。
【００１８】
従って、通常のパワーステアリングと比較して多くのエネルギーを消費するという問題点があった。なお、以上の説明は簡略化のため、遊星ギア機構２、３のギア比や、操舵機構５のギア比等を１本のステアリング軸上に換算して示している。
【００１９】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、副操舵機構を備えた装置で、車輪舵角とハンドル反力とを独立して制御し、エネルギー消費を低減することができる車両用操舵装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用操舵装置は、運転者が操舵するハンドルと、前記ハンドルの回転角に補助舵角を機械的に加算する副操舵機構と、操舵車輪を操舵する操舵機構と、前記副操舵機構に駆動トルクを付勢することにより前記ハンドルに反力トルクを与える反力制御機構と、前記操舵機構を駆動する車輪舵角制御機構と、前記ハンドルに生じている反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、前記操舵車輪の車輪舵角を検出する車輪舵角検出手段と、前記ハンドルを操舵したときのハンドル角を検出するハンドル操舵角検出手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標車輪舵角を生成する目標車輪舵角生成手段と、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角とが一致するように、前記車輪舵角制御機構を駆動して前記操舵車輪の車輪舵角を制御する車輪舵角制御手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標反力を生成する目標反力生成手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記反力制御機構を駆動して前記ハンドルに生じる反力トルクを制御する第１の反力トルク制御手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記車輪舵角制御手段の出力を補償する第２の反力トルク制御手段と、制限値に基づいて前記第１の反力トルク制御手段の出力に制限を加える反力制御制限手段と、前記反力制御制限手段で用いる前記制限値を設定する制限範囲設定手段とを備えたものである。
【００２１】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差に基づいて前記制限値を設定するものである。
【００２２】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差が第１の所定値以下、前記目標車輪舵角の１次微分値が第２の所定値以下、前記車輪舵角の１次微分値が第３の所定値以下、かつ前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角の１次微分値が第４の所定値以下の条件を満足した場合は、所定のパターンに従って前記制限値を斬減し、前記条件を満足しない場合には、前記第１の反力トルク制御手段の出力を制限しないような制限値にするものである。
【００２３】
さらに、この発明に係る車両用操舵装置は、前記制限範囲設定手段が、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角と前記目標車輪舵角との関係が１：１の条件を満足している場合には、前記第１の反力トルク制御手段による反力制御ができないような制限値を出力するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２５】
図１において、ハンドル１、第１の遊星ギア機構２、第２の遊星ギア機構３、第１の遊星ギア機構２と第２の遊星ギア機構３を接続するシャフト４、操舵機構５、ナックルアーム６ａ、６ｂ、操舵車輪７ａ、７ｂ、反力制御機構８、車輪舵角制御機構９、反力トルク検出手段１０、車輪舵角検出手段１１、ハンドル操舵角検出手段１２、目標車輪舵角生成手段１３、車輪舵角制御手段１４、目標反力生成手段１５、他システムからの操舵要求２０、及び車両状態信号２１は、従来例と同一であり、説明を省略する。
【００２６】
また、同図において、１６は第１の反力トルク制御手段である。この第１の反力トルク制御手段１６は、目標反力トルク１５０１と反力トルク検出手段１０の出力１００１が等しくなるよう、後述する反力制御制限手段を介して、反力用電気モータ８０１を駆動してハンドル１に生じる反力トルクを制御する。
【００２７】
また、同図において、１７は第２の反力トルク制御手段である。この第２の反力トルク制御手段１７は、目標反力トルク１５０１と反力トルク検出手段１０の出力１００１が等しくなるよう、車輪舵角制御手段１４の制御出力１４０１を補償する。
【００２８】
さらに、同図において、１８は反力制御制限手段である。この反力制御制限手段１８は、第１の反力トルク制御手段１６の出力に制限を加えて出力する。また、１９は制限範囲設定手段である。この制限範囲設定手段１９は、反力制御制限手段１８の制限範囲を設定する。
【００２９】
つぎに、この実施の形態１に係る車両用操舵装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図２及び図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の副操舵機構を用いて反力制御を行っている時のトルクの釣合を説明するための図である。また、図４は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００３１】
この図４は、車両走行中にハンドル１を操舵した後、保舵しているときの状態を示している。
【００３２】
図４のａ部において、反力制御制限手段１８を介した第１の反力トルク制御手段１６の制御出力が、制限範囲設定手段１９による制限値（破線）より小さい。従って、ハンドル１に生じている反力トルクの制御が、第１の反力トルク制御手段１６により制御されており、第２の反力トルク制御手段１７による車輪舵角制御手段１４の制御信号に対する補償制御出力が０であることを示している。
【００３３】
即ち、第１の反力トルク制御手段１６は、目標反力生成手段１５からの目標反力１５０１と、反力トルク検出手段１０からの反力トルク信号１００１の偏差が０となるよう制御しているので、第２の反力トルク制御手段１７からの補償制御出力が０になる。
【００３４】
つまり、図２に示しているように、車輪舵角制御用モータ９０１は、Ｔａ＋Ｔｂ相当の駆動出力、反力用モータ８０１には、Ｔｂ＋Ｔｃ相当の駆動出力が要求される訳である。
【００３５】
図４のｂ部は、制限範囲設定手段１９により、反力制御制限手段１８に与える制限値（破線）を徐々に減らしていった時の状況を示している。この制限値が、第１の反力トルク制御手段１６による制御出力より大きい場合は前述した通りであるが、制限値が第１の反力トルク制御手段１６の制御出力より小さくなると、第１の反力トルク制御手段１６だけでは、反力制御が成立しなくなる。
【００３６】
即ち、目標反力生成手段１５からの目標反力１５０１と、反力トルク検出手段１０からの反力トルク信号１００１との間に偏差が生じるわけである。従って、第２の反力トルク制御手段１７は、この偏差が０となるよう、車輪舵角制御手段１４の制御出力を補償する動作を行う。
【００３７】
ここで、車輪舵角制御手段１４は、従来例で説明したように、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角検出手段１１の出力１１０１が等しくなるよう、車輪舵角制御用電気モータ９０１を駆動して操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を制御している。従って、この車輪舵角制御用電気モータ９０１は、操舵車輪７ａ及び７ｂにより生じているセルフアライメントトルクの全てに見合うトルクを発生している。
【００３８】
即ち、車輪舵角制御用電気モータ９０１に印加している駆動トルクを減らすことにより、セルフアライメントトルクを、ハンドル反力として利用できるわけである。従って、目標反力生成手段１５からの目標反力１５０１と、反力トルク検出手段１０からの反力トルク信号１００１の偏差が０となるよう、車輪舵角制御手段１４の制御出力１４０１から、第２の反力トルク制御手段１７の出力を減算することにより、結果として、ハンドル１にセルフアライメントトルクの一部を印加することとなり、反力制御が成立する。
【００３９】
図４のｃ部は、制限範囲設定手段１９による制限値を０にした状態を示している。この状態では、もはや第１の反力トルク制御手段１６による反力用電気モータ８の駆動はできず、車輪舵角制御用電気モータ９のみで反力を制御していることになる。
【００４０】
従って、ハンドル１に生じている反力は、図３に示したように、全てセルフアライメントトルクから生成されていることになるので、車輪舵角制御用電気モータ９に必要なトルクが、Ｔａ＋ＴｂからＴａ−Ｔｃへ、反力用電気モータ８に必要なトルクが、Ｔｂ＋Ｔｃから０となるので、エネルギー消費が少なくなるわけである。
【００４１】
すなわち、制限範囲設定手段１９により設定された制限範囲に基づいて、反力制御制限手段１８が、第１の反力トルク制御手段１６の制御出力を制限するので、目標反力に制御するために必要な反力用モータ８の駆動トルクが不足することになる。その時、目標反力に対して不足する反力トルクを操舵車輪７ａ、７ｂのセルフアライメントトルクから得るよう、第２の反力トルク制御手段１７が、車輪舵角制御用モータ９の駆動トルクを減ずる様に補償制御するように構成したので、エネルギー消費の低減ができる。
【００４２】
次に、制限範囲設定手段による制限値の設定の方法、すなわち第１の方法、第２の方法、及び第３の方法について順々に説明する。
【００４３】
図５は、車両用操舵装置の制限範囲設定手段１９による制限値の設定の第１の方法について説明するための図である。また、図６は、制限範囲テーブルを示す図である。
【００４４】
この第１の方法は、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角１１０１の偏差より制限値を設定する方法である。
【００４５】
図５において、車輪舵角制御手段１４は、目標車輪舵角１３０１と、車輪舵角検出手段１１の出力１１０１との偏差１４０１が０となるよう、ＰＩＤ制御器などの制御器１４０２により、車輪舵角制御用モータ９０１を制御するように構成されている。
【００４６】
従って、目標車輪舵角１３０１が変化しているときや、外乱などにより車輪舵角検出手段１１の出力１１０１が変化した時は、偏差１４０１が大きくなり、逆に変化が無く定常状態に近いときには、偏差１４０１が０に近くなる。
【００４７】
この第１の方法は、この性質を利用したものである。制限範囲設定手段１９では、偏差１４０１と同じ値である偏差の絶対値１９０１より、図６に示すような制限範囲テーブル１９０２を参照することにより、制限値の絶対値１９０３を出力するものである。
【００４８】
即ち、偏差１９０１が大きい場合は、制限値１９０３が大きく設定されるため、反力制御が次のように行なわれる。第１の反力トルク制御手段１６は、目標反力値１５０１と反力トルク検出手段１０の出力値１００１との偏差１６０１が０となるよう、ＰＩＤ制御器のような制御器１６０２により、反力用モータ８０１を駆動制御する。
【００４９】
この時、第１の反力トルク制御手段１６により反力が制御されているので、第２の反力トルク制御手段１７における、目標反力値１５０１と出力１００１との偏差１７０１が０となっている。従って、ＰＩＤ制御器のような制御器１７０２の出力も０となるため、車輪舵角制御手段１４の制御出力１４０３への補償制御出力１７０３が０となり、車輪舵角制御への第２の反力トルク制御手段１７の影響が抑止される。
【００５０】
偏差１９０１が小さくなると、先に説明した制限値１９０３が小さくなるので、第１の反力トルク制御手段１６のみでは反力制御が成立しなくなる。
【００５１】
即ち、第２の反力トルク制御手段１７における、目標反力値１５０１と、反力トルク検出手段１０の出力１００１との偏差１７０１の絶対値が大きくなり、制御器１７０２による車輪舵角制御用モータ９０１への駆動トルクを減らす補償制御量１７０３が生じ、反力トルク制御が成立する。
【００５２】
最終的に、偏差１９０１が０になると、反力制御制限手段１８により、第１の反力トルク制御手段１６による反力用モータ８０１への駆動が遮断され、第２の反力トルク制御手段１７による車輪舵角制御用モータ９０１への補償制御のみで、反力制御を行うため、図３に示すような状態となるため、エネルギー消費が低減される。
【００５３】
図７は、車両用操舵装置の制限範囲設定手段１９による制限値の設定の第２の方法について説明するための図である。また、図８は、第２の方法の条件判定手段の動作を示す図である。
【００５４】
この第２の方法では、制限範囲設定手段１９は、図８に示したように、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角１１０１の偏差が第１の所定値以下、目標操車輪舵角１３０１の１次微分値が第２の所定値以下、車輪舵角１１０１の１次微分値が第３の所定値以下、かつハンドル角１２０１の１次微分値が第４の所定値以下の条件を満足した時点（ｉ）、即ち、条件判定手段１９０４の判定値が偽から真に変わった時点（ｉ）より、所定のパターンｐｔｎに従って制限値１９０３を斬減する。条件が再度、偽となる時点（ｉｉ）で、制限値１９０３は大きくなる。なお、制限範囲設定手段１９は、前記条件を満足しない場合には、第１の反力トルク制御手段１６の出力１６０３を制限しないような大きな制限値１９０３にする。
【００５５】
目標車輪舵角１３０１と車輪舵角１１０１の偏差が第１の所定値以下の条件は、上述したように、車輪舵角の制御を優先させるためであり、制限範囲設定手段１９による制限値１９０３を大きくする条件である。
【００５６】
また、目標操車輪舵角１３０１の１次微分値が第２の所定値以下と、車輪舵角１１０１の１次微分値が第３の所定値以下と、ハンドル角１２０１の１次微分値が第４の所定値以下の条件は、運転者がハンドル１を動かしている時や、他システムからの操舵要求２０等により操舵車輪７ａ及び７ｂが動かされている時に、運転者の操舵フィーリング確保を優先するために、反力制御を第１の反力トルク制御手段１６により行わせる条件である。
【００５７】
即ち、操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を変化させるため、車輪舵角制御手段１４により車輪舵角制御用モータ９０１を制御するが、同じ車輪舵角制御用モータ９０１を用いる第２の反力トルク制御手段１７により反力トルクを制御しようとすると、２つの制御が干渉するためである。従って、以上の条件を課すことにより、第２の反力トルク制御手段１７による反力制御を、保舵時などの定常状態に限定し、定常状態におけるエネルギー消費を低減させる。
【００５８】
図９は、車両用操舵装置の制限範囲設定手段１９による制限値の設定の第３の方法について説明するための図である。また、図１０は、第３の方法の条件判定手段の動作を示す図である。
【００５９】
この第３の方法は、上記の第２の方法に、ハンドル１のハンドル角１２０１と目標車輪舵角１３０１との関係が１：１であることを示す信号１９０６と、制限値１９０３を強制的に０にする切替スイッチ１９０５が加えられている。
【００６０】
即ち、図１０の時点（ｉｉｉ）に示すよう、信号１９０６の状態によりハンドル角１２０１と目標車輪舵角１３０１の比率が１：１の場合は、制限範囲設定手段１９による制限値１９０３を０にすることで、反力制御の全てを第２の反力トルク制御手段１７により行うものである。
【００６１】
本実施例に用いている副操舵機構２及び３では、反力用モータ８０１への制御出力を０にすると、ハンドル１と操舵機構５が１：１に機構的に対応することになる。従って、車輪舵角制御手段１４に依らなくともハンドル１の操舵に応じて、操舵車輪７ａ及び７ｂに車輪舵角を与えることができる。従って、第２の反力トルク制御手段１７のみで、通常の電気モータアシストパワーステアリング相当の制御、即ち常時、図３で示したものとなり、消費エネルギーの低減ができる。
【００６２】
なお、上記説明は、遊星ギア機構を２つ組み合わせて副操舵機構を構成した機構を例として説明したが、本発明はこの副操舵機構の構成に捕らわれるものではなく、機構的に２つの回転角を加算できる全ての副操舵機構に対して適応することが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、運転者が操舵するハンドルと、前記ハンドルの回転角に補助舵角を機械的に加算する副操舵機構と、操舵車輪を操舵する操舵機構と、前記副操舵機構に駆動トルクを付勢することにより前記ハンドルに反力トルクを与える反力制御機構と、前記操舵機構を駆動する車輪舵角制御機構と、前記ハンドルに生じている反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、前記操舵車輪の車輪舵角を検出する車輪舵角検出手段と、前記ハンドルを操舵したときのハンドル角を検出するハンドル操舵角検出手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標車輪舵角を生成する目標車輪舵角生成手段と、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角とが一致するように、前記車輪舵角制御機構を駆動して前記操舵車輪の車輪舵角を制御する車輪舵角制御手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標反力を生成する目標反力生成手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記反力制御機構を駆動して前記ハンドルに生じる反力トルクを制御する第１の反力トルク制御手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記車輪舵角制御手段の出力を補償する第２の反力トルク制御手段と、制限値に基づいて前記第１の反力トルク制御手段の出力に制限を加える反力制御制限手段と、前記反力制御制限手段で用いる前記制限値を設定する制限範囲設定手段とを備えたので、エネルギーの消費を低減することができるという効果を奏する。
【００６４】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差に基づいて前記制限値を設定するので、エネルギーの消費を低減することができるという効果を奏する。
【００６５】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差が第１の所定値以下、前記目標車輪舵角の１次微分値が第２の所定値以下、前記車輪舵角の１次微分値が第３の所定値以下、かつ前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角の１次微分値が第４の所定値以下の条件を満足した場合は、所定のパターンに従って前記制限値を斬減し、前記条件を満足しない場合には、前記第１の反力トルク制御手段の出力を制限しないような制限値にするので、車輪舵角の制御性とエネルギー消費の低減を両立させることができるという効果を奏する。
【００６６】
さらに、この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、前記制限範囲設定手段が、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角と前記目標車輪舵角との関係が１：１の条件を満足している場合には、前記第１の反力トルク制御手段による反力制御ができないような制限値を出力するので、エネルギーの消費を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の副操舵機構を用いて反力制御を行っている時のトルクの釣合を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の副操舵機構を用いて反力制御を行っている時のトルクの釣合を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段による制限値の設定の第１の方法について説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段で用いる制限範囲テーブルを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段による第２の方法について説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段の第２の方法の動作を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段による第３の方法について説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段の第３の方法の動作を示す図である。
【図１１】従来の車両用操舵装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ハンドル、２ 第１の遊星ギア機構、３ 第２の遊星ギア機構、４ シャフト、５ 操舵機構、６ａ、６ｂ ナックルアーム、７ａ、７ｂ 操舵車輪、８反力制御機構、９ 車輪舵角制御機構、１０ 反力トルク検出手段、１１ 車輪舵角検出手段、１２ ハンドル操舵角検出手段、１３ 目標車輪舵角生成手段、１４ 車輪舵角制御手段、１５ 目標反力生成手段、１６ 第１の反力トルク制御手段、１７ 第２の反力トルク制御手段、１８ 反力制御制限手段、１９ 制限範囲設定手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の操舵装置に関し、例えば、運転者のハンドル操作量を補償するための自動操舵を実施したり、自動運転のための操舵を実施する場合に必要な副操舵機構を備える操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両においては、従来より、例えば操舵特性、即ちハンドル操作量に対する実際の車体進行方向の変化が最適になるように、補助的に車輪の向きを自動制御したり、あるいは車両の走行位置が所定の車線内を維持するようにドライバに代わって自動的に操舵系を駆動制御することが提案されている。
【０００３】
この種の車輪舵角制御を実施するために、我々は、図１１に示すような車両用操舵装置を出願（特願２００１−３５３１３０）した。
【０００４】
従来の車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。図１１は、従来の車両用操舵装置の構成を示す図である。
【０００５】
図１１において、１は運転者が操舵するハンドル、２は第１の遊星ギア機構である。この第１の遊星ギア機構２は、ハンドル１が接続されているサンギア２０１と、キャリア２０３により支持されているプラネタリギア２０２ａ、２０２ｂと、リングギア２０４と、リングギア２０４を回転させるためのウオームホイール２０５とより構成されている。
【０００６】
また、同図において、３は第２の遊星ギア機構である。この第２の遊星ギア機構は、サンギア３０１と、キャリア３０３により支持されているプラネタリギア３０２ａ、３０２ｂと、固定されたリングギア３０４とより構成されている。また、４は第１の遊星ギア機構２のキャリア２０３と、第２の遊星ギア機構３のキャリア３０３を接続するシャフトである。ここで、第１の遊星ギア機構２、又は第１の遊星ギア機構２と第２の遊星ギア機構３を併せたものが、ハンドル１の回転角に補助舵角を機械的に加算することができる副操舵機構となる。
【０００７】
また、同図において、５はラックアンドピニオン方式の操舵機構である。この操舵機構５は、ラックアンドピニオン５０１と、車輪舵角制御用アクチュエータとして用いる電気モータ９０１によりピニオン５０１を回転させるための逆転可能なウオームホイール５０２とより構成されている。６ａ及び６ｂはナックルアームであり、７ａ及び７ｂは操舵車輪である。
【０００８】
また、同図において、８は副操舵機構として動作する第１の遊星ギア機構２に駆動トルクを与えることにより、ハンドル１に反力トルクを与えるための反力制御機構である。この反力制御機構８は、第１の遊星ギア機構２に駆動トルクを与える反力用モータ８０１と、第１の遊星ギア機構２のウオームホイール２０５に噛み合うウオームギア８０２とより構成される。ここで、ウオームホイール２０５からウオームギア８０２へは、回転できない、即ちセルフロックが掛かるように構成されている。
【０００９】
また、同図において、９は操舵機構５を駆動する車輪舵角制御機構である。この車輪舵角制御機構９は、電気モータ９０１と、操舵機構５のウオームホール５０２と噛み合うウオームギア９０２とより構成される。ただし、ウオームホイール５０２とウオームギア９０１の組み合わせは、ウオームホール５０２側からでも回転が可能、即ち、逆転可能な構成である。
【００１０】
また、同図において、１０はハンドル１に生じている反力トルクを検出するための反力トルク検出手段、１１は操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を検出するための車輪舵角検出手段、１２はハンドル１の操舵角を検出するハンドル操舵角検出手段である。
【００１１】
また、同図において、１３は目標車輪舵角生成手段である。この目標車輪舵角生成手段１３は、例えばハンドル操舵角検出手段１２の出力１２０１や、他システム（例えば、車線維持装置）からの操舵要求２０、車両状態信号（例えば、車速、ヨーレートなど）２１等から、必要な車輪舵角を計算し目標車輪舵角１３０１を生成するものである。
【００１２】
また、同図において、１４は車輪舵角制御手段である。この車輪舵角制御手段１４は、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角検出手段１１の出力１１０１が等しくなるよう、車輪舵角制御用電気モータ９０１を駆動して操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を制御するものである。
【００１３】
また、同図において、１５はハンドル１を介して運転者に与える反力トルク目標値を設定する目標反力生成手段である。この目標反力生成手段１５は、例えばハンドル操舵角検出手段１２の出力１２０１や、車両状態信号（例えば、車速、ヨーレートなど）２１等から、適当な反力を計算し目標反力トルク１５０１を生成するものである。
【００１４】
さらに、同図において、１６は反力トルク制御手段である。この反力トルク制御手段１６は、目標反力トルク１５０１と反力トルク検出手段１０の出力１００１が等しくなるよう、反力用電気モータ８０１を駆動してハンドル１に生じる反力トルクを制御するものである。
【００１５】
以上説明したように、本従来例では、運転者が操舵するハンドル１の操舵や、他システムからの信号等により適切な車輪舵角を計算して、車輪舵角を制御し、同時に適切な操舵反力を計算して、ハンドル反力がハンドル１に生じるよう制御している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明した副操舵機構を備えた装置で、車輪舵角とハンドル反力とを独立して制御すると、図２に示すように、車輪舵角制御用電気モータ（車輪舵角制御機構）９まわりの釣合より、車輪舵角制御用電気モータ９は、操舵車輪に生じるセルフアライメントトルク（路面反力）Ｔａと、反力用電気モータ８より副操舵機構（遊星ギア機構）２及び３により分配されるトルクＴｂを賄う駆動トルク（Ｔａ＋Ｔｂ）が必要となる。
【００１７】
一方、反力用電気モータ（反力制御機構）８まわりの釣合より、反力用電気モータ８は、ハンドル１に生じさせる反力トルクＴｃと、副操舵機構２及び３により分配されるＴｂを賄う駆動トルク（Ｔｂ＋Ｔｃ）が必要となる。
【００１８】
従って、通常のパワーステアリングと比較して多くのエネルギーを消費するという問題点があった。なお、以上の説明は簡略化のため、遊星ギア機構２、３のギア比や、操舵機構５のギア比等を１本のステアリング軸上に換算して示している。
【００１９】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、副操舵機構を備えた装置で、車輪舵角とハンドル反力とを独立して制御し、エネルギー消費を低減することができる車両用操舵装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用操舵装置は、運転者が操舵するハンドルと、前記ハンドルの回転角に補助舵角を機械的に加算する副操舵機構と、操舵車輪を操舵する操舵機構と、前記副操舵機構に駆動トルクを付勢することにより前記ハンドルに反力トルクを与える反力制御機構と、前記操舵機構を駆動する車輪舵角制御機構と、前記ハンドルに生じている反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、前記操舵車輪の車輪舵角を検出する車輪舵角検出手段と、前記ハンドルを操舵したときのハンドル角を検出するハンドル操舵角検出手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標車輪舵角を生成する目標車輪舵角生成手段と、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角とが一致するように、前記車輪舵角制御機構を駆動して前記操舵車輪の車輪舵角を制御する車輪舵角制御手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標反力を生成する目標反力生成手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記反力制御機構を駆動して前記ハンドルに生じる反力トルクを制御する第１の反力トルク制御手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記車輪舵角制御手段の出力を補償する第２の反力トルク制御手段と、制限値に基づいて前記第１の反力トルク制御手段の出力に制限を加える反力制御制限手段と、前記反力制御制限手段で用いる前記制限値を設定する制限範囲設定手段とを備えたものである。
【００２１】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差に基づいて前記制限値を設定するものである。
【００２２】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差が第１の所定値以下、前記目標車輪舵角の１次微分値が第２の所定値以下、前記車輪舵角の１次微分値が第３の所定値以下、かつ前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角の１次微分値が第４の所定値以下の条件を満足した場合は、所定のパターンに従って前記制限値を斬減し、前記条件を満足しない場合には、前記第１の反力トルク制御手段の出力を制限しないような制限値にするものである。
【００２３】
さらに、この発明に係る車両用操舵装置は、前記制限範囲設定手段が、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角と前記目標車輪舵角との関係が１：１の条件を満足している場合には、前記第１の反力トルク制御手段による反力制御ができないような制限値を出力するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２５】
図１において、ハンドル１、第１の遊星ギア機構２、第２の遊星ギア機構３、第１の遊星ギア機構２と第２の遊星ギア機構３を接続するシャフト４、操舵機構５、ナックルアーム６ａ、６ｂ、操舵車輪７ａ、７ｂ、反力制御機構８、車輪舵角制御機構９、反力トルク検出手段１０、車輪舵角検出手段１１、ハンドル操舵角検出手段１２、目標車輪舵角生成手段１３、車輪舵角制御手段１４、目標反力生成手段１５、他システムからの操舵要求２０、及び車両状態信号２１は、従来例と同一であり、説明を省略する。
【００２６】
また、同図において、１６は第１の反力トルク制御手段である。この第１の反力トルク制御手段１６は、目標反力トルク１５０１と反力トルク検出手段１０の出力１００１が等しくなるよう、後述する反力制御制限手段を介して、反力用電気モータ８０１を駆動してハンドル１に生じる反力トルクを制御する。
【００２７】
また、同図において、１７は第２の反力トルク制御手段である。この第２の反力トルク制御手段１７は、目標反力トルク１５０１と反力トルク検出手段１０の出力１００１が等しくなるよう、車輪舵角制御手段１４の制御出力１４０１を補償する。
【００２８】
さらに、同図において、１８は反力制御制限手段である。この反力制御制限手段１８は、第１の反力トルク制御手段１６の出力に制限を加えて出力する。また、１９は制限範囲設定手段である。この制限範囲設定手段１９は、反力制御制限手段１８の制限範囲を設定する。
【００２９】
つぎに、この実施の形態１に係る車両用操舵装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図２及び図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の副操舵機構を用いて反力制御を行っている時のトルクの釣合を説明するための図である。また、図４は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００３１】
この図４は、車両走行中にハンドル１を操舵した後、保舵しているときの状態を示している。
【００３２】
図４のａ部において、反力制御制限手段１８を介した第１の反力トルク制御手段１６の制御出力が、制限範囲設定手段１９による制限値（破線）より小さい。従って、ハンドル１に生じている反力トルクの制御が、第１の反力トルク制御手段１６により制御されており、第２の反力トルク制御手段１７による車輪舵角制御手段１４の制御信号に対する補償制御出力が０であることを示している。
【００３３】
即ち、第１の反力トルク制御手段１６は、目標反力生成手段１５からの目標反力１５０１と、反力トルク検出手段１０からの反力トルク信号１００１の偏差が０となるよう制御しているので、第２の反力トルク制御手段１７からの補償制御出力が０になる。
【００３４】
つまり、図２に示しているように、車輪舵角制御用モータ９０１は、Ｔａ＋Ｔｂ相当の駆動出力、反力用モータ８０１には、Ｔｂ＋Ｔｃ相当の駆動出力が要求される訳である。
【００３５】
図４のｂ部は、制限範囲設定手段１９により、反力制御制限手段１８に与える制限値（破線）を徐々に減らしていった時の状況を示している。この制限値が、第１の反力トルク制御手段１６による制御出力より大きい場合は前述した通りであるが、制限値が第１の反力トルク制御手段１６の制御出力より小さくなると、第１の反力トルク制御手段１６だけでは、反力制御が成立しなくなる。
【００３６】
即ち、目標反力生成手段１５からの目標反力１５０１と、反力トルク検出手段１０からの反力トルク信号１００１との間に偏差が生じるわけである。従って、第２の反力トルク制御手段１７は、この偏差が０となるよう、車輪舵角制御手段１４の制御出力を補償する動作を行う。
【００３７】
ここで、車輪舵角制御手段１４は、従来例で説明したように、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角検出手段１１の出力１１０１が等しくなるよう、車輪舵角制御用電気モータ９０１を駆動して操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を制御している。従って、この車輪舵角制御用電気モータ９０１は、操舵車輪７ａ及び７ｂにより生じているセルフアライメントトルクの全てに見合うトルクを発生している。
【００３８】
即ち、車輪舵角制御用電気モータ９０１に印加している駆動トルクを減らすことにより、セルフアライメントトルクを、ハンドル反力として利用できるわけである。従って、目標反力生成手段１５からの目標反力１５０１と、反力トルク検出手段１０からの反力トルク信号１００１の偏差が０となるよう、車輪舵角制御手段１４の制御出力１４０１から、第２の反力トルク制御手段１７の出力を減算することにより、結果として、ハンドル１にセルフアライメントトルクの一部を印加することとなり、反力制御が成立する。
【００３９】
図４のｃ部は、制限範囲設定手段１９による制限値を０にした状態を示している。この状態では、もはや第１の反力トルク制御手段１６による反力用電気モータ８の駆動はできず、車輪舵角制御用電気モータ９のみで反力を制御していることになる。
【００４０】
従って、ハンドル１に生じている反力は、図３に示したように、全てセルフアライメントトルクから生成されていることになるので、車輪舵角制御用電気モータ９に必要なトルクが、Ｔａ＋ＴｂからＴａ−Ｔｃへ、反力用電気モータ８に必要なトルクが、Ｔｂ＋Ｔｃから０となるので、エネルギー消費が少なくなるわけである。
【００４１】
すなわち、制限範囲設定手段１９により設定された制限範囲に基づいて、反力制御制限手段１８が、第１の反力トルク制御手段１６の制御出力を制限するので、目標反力に制御するために必要な反力用モータ８の駆動トルクが不足することになる。その時、目標反力に対して不足する反力トルクを操舵車輪７ａ、７ｂのセルフアライメントトルクから得るよう、第２の反力トルク制御手段１７が、車輪舵角制御用モータ９の駆動トルクを減ずる様に補償制御するように構成したので、エネルギー消費の低減ができる。
【００４２】
次に、制限範囲設定手段による制限値の設定の方法、すなわち第１の方法、第２の方法、及び第３の方法について順々に説明する。
【００４３】
図５は、車両用操舵装置の制限範囲設定手段１９による制限値の設定の第１の方法について説明するための図である。また、図６は、制限範囲テーブルを示す図である。
【００４４】
この第１の方法は、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角１１０１の偏差より制限値を設定する方法である。
【００４５】
図５において、車輪舵角制御手段１４は、目標車輪舵角１３０１と、車輪舵角検出手段１１の出力１１０１との偏差１４０１が０となるよう、ＰＩＤ制御器などの制御器１４０２により、車輪舵角制御用モータ９０１を制御するように構成されている。
【００４６】
従って、目標車輪舵角１３０１が変化しているときや、外乱などにより車輪舵角検出手段１１の出力１１０１が変化した時は、偏差１４０１が大きくなり、逆に変化が無く定常状態に近いときには、偏差１４０１が０に近くなる。
【００４７】
この第１の方法は、この性質を利用したものである。制限範囲設定手段１９では、偏差１４０１と同じ値である偏差の絶対値１９０１より、図６に示すような制限範囲テーブル１９０２を参照することにより、制限値の絶対値１９０３を出力するものである。
【００４８】
即ち、偏差１９０１が大きい場合は、制限値１９０３が大きく設定されるため、反力制御が次のように行なわれる。第１の反力トルク制御手段１６は、目標反力値１５０１と反力トルク検出手段１０の出力値１００１との偏差１６０１が０となるよう、ＰＩＤ制御器のような制御器１６０２により、反力用モータ８０１を駆動制御する。
【００４９】
この時、第１の反力トルク制御手段１６により反力が制御されているので、第２の反力トルク制御手段１７における、目標反力値１５０１と出力１００１との偏差１７０１が０となっている。従って、ＰＩＤ制御器のような制御器１７０２の出力も０となるため、車輪舵角制御手段１４の制御出力１４０３への補償制御出力１７０３が０となり、車輪舵角制御への第２の反力トルク制御手段１７の影響が抑止される。
【００５０】
偏差１９０１が小さくなると、先に説明した制限値１９０３が小さくなるので、第１の反力トルク制御手段１６のみでは反力制御が成立しなくなる。
【００５１】
即ち、第２の反力トルク制御手段１７における、目標反力値１５０１と、反力トルク検出手段１０の出力１００１との偏差１７０１の絶対値が大きくなり、制御器１７０２による車輪舵角制御用モータ９０１への駆動トルクを減らす補償制御量１７０３が生じ、反力トルク制御が成立する。
【００５２】
最終的に、偏差１９０１が０になると、反力制御制限手段１８により、第１の反力トルク制御手段１６による反力用モータ８０１への駆動が遮断され、第２の反力トルク制御手段１７による車輪舵角制御用モータ９０１への補償制御のみで、反力制御を行うため、図３に示すような状態となるため、エネルギー消費が低減される。
【００５３】
図７は、車両用操舵装置の制限範囲設定手段１９による制限値の設定の第２の方法について説明するための図である。また、図８は、第２の方法の条件判定手段の動作を示す図である。
【００５４】
この第２の方法では、制限範囲設定手段１９は、図８に示したように、目標車輪舵角１３０１と車輪舵角１１０１の偏差が第１の所定値以下、目標操車輪舵角１３０１の１次微分値が第２の所定値以下、車輪舵角１１０１の１次微分値が第３の所定値以下、かつハンドル角１２０１の１次微分値が第４の所定値以下の条件を満足した時点（ｉ）、即ち、条件判定手段１９０４の判定値が偽から真に変わった時点（ｉ）より、所定のパターンｐｔｎに従って制限値１９０３を斬減する。条件が再度、偽となる時点（ｉｉ）で、制限値１９０３は大きくなる。なお、制限範囲設定手段１９は、前記条件を満足しない場合には、第１の反力トルク制御手段１６の出力１６０３を制限しないような大きな制限値１９０３にする。
【００５５】
目標車輪舵角１３０１と車輪舵角１１０１の偏差が第１の所定値以下の条件は、上述したように、車輪舵角の制御を優先させるためであり、制限範囲設定手段１９による制限値１９０３を大きくする条件である。
【００５６】
また、目標操車輪舵角１３０１の１次微分値が第２の所定値以下と、車輪舵角１１０１の１次微分値が第３の所定値以下と、ハンドル角１２０１の１次微分値が第４の所定値以下の条件は、運転者がハンドル１を動かしている時や、他システムからの操舵要求２０等により操舵車輪７ａ及び７ｂが動かされている時に、運転者の操舵フィーリング確保を優先するために、反力制御を第１の反力トルク制御手段１６により行わせる条件である。
【００５７】
即ち、操舵車輪７ａ及び７ｂの車輪舵角を変化させるため、車輪舵角制御手段１４により車輪舵角制御用モータ９０１を制御するが、同じ車輪舵角制御用モータ９０１を用いる第２の反力トルク制御手段１７により反力トルクを制御しようとすると、２つの制御が干渉するためである。従って、以上の条件を課すことにより、第２の反力トルク制御手段１７による反力制御を、保舵時などの定常状態に限定し、定常状態におけるエネルギー消費を低減させる。
【００５８】
図９は、車両用操舵装置の制限範囲設定手段１９による制限値の設定の第３の方法について説明するための図である。また、図１０は、第３の方法の条件判定手段の動作を示す図である。
【００５９】
この第３の方法は、上記の第２の方法に、ハンドル１のハンドル角１２０１と目標車輪舵角１３０１との関係が１：１であることを示す信号１９０６と、制限値１９０３を強制的に０にする切替スイッチ１９０５が加えられている。
【００６０】
即ち、図１０の時点（ｉｉｉ）に示すよう、信号１９０６の状態によりハンドル角１２０１と目標車輪舵角１３０１の比率が１：１の場合は、制限範囲設定手段１９による制限値１９０３を０にすることで、反力制御の全てを第２の反力トルク制御手段１７により行うものである。
【００６１】
本実施例に用いている副操舵機構２及び３では、反力用モータ８０１への制御出力を０にすると、ハンドル１と操舵機構５が１：１に機構的に対応することになる。従って、車輪舵角制御手段１４に依らなくともハンドル１の操舵に応じて、操舵車輪７ａ及び７ｂに車輪舵角を与えることができる。従って、第２の反力トルク制御手段１７のみで、通常の電気モータアシストパワーステアリング相当の制御、即ち常時、図３で示したものとなり、消費エネルギーの低減ができる。
【００６２】
なお、上記説明は、遊星ギア機構を２つ組み合わせて副操舵機構を構成した機構を例として説明したが、本発明はこの副操舵機構の構成に捕らわれるものではなく、機構的に２つの回転角を加算できる全ての副操舵機構に対して適応することが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、運転者が操舵するハンドルと、前記ハンドルの回転角に補助舵角を機械的に加算する副操舵機構と、操舵車輪を操舵する操舵機構と、前記副操舵機構に駆動トルクを付勢することにより前記ハンドルに反力トルクを与える反力制御機構と、前記操舵機構を駆動する車輪舵角制御機構と、前記ハンドルに生じている反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、前記操舵車輪の車輪舵角を検出する車輪舵角検出手段と、前記ハンドルを操舵したときのハンドル角を検出するハンドル操舵角検出手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標車輪舵角を生成する目標車輪舵角生成手段と、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角とが一致するように、前記車輪舵角制御機構を駆動して前記操舵車輪の車輪舵角を制御する車輪舵角制御手段と、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標反力を生成する目標反力生成手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記反力制御機構を駆動して前記ハンドルに生じる反力トルクを制御する第１の反力トルク制御手段と、前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記車輪舵角制御手段の出力を補償する第２の反力トルク制御手段と、制限値に基づいて前記第１の反力トルク制御手段の出力に制限を加える反力制御制限手段と、前記反力制御制限手段で用いる前記制限値を設定する制限範囲設定手段とを備えたので、エネルギーの消費を低減することができるという効果を奏する。
【００６４】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差に基づいて前記制限値を設定するので、エネルギーの消費を低減することができるという効果を奏する。
【００６５】
また、この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、前記制限範囲設定手段が、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差が第１の所定値以下、前記目標車輪舵角の１次微分値が第２の所定値以下、前記車輪舵角の１次微分値が第３の所定値以下、かつ前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角の１次微分値が第４の所定値以下の条件を満足した場合は、所定のパターンに従って前記制限値を斬減し、前記条件を満足しない場合には、前記第１の反力トルク制御手段の出力を制限しないような制限値にするので、車輪舵角の制御性とエネルギー消費の低減を両立させることができるという効果を奏する。
【００６６】
さらに、この発明に係る車両用操舵装置は、以上説明したとおり、前記制限範囲設定手段が、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角と前記目標車輪舵角との関係が１：１の条件を満足している場合には、前記第１の反力トルク制御手段による反力制御ができないような制限値を出力するので、エネルギーの消費を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の副操舵機構を用いて反力制御を行っている時のトルクの釣合を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の副操舵機構を用いて反力制御を行っている時のトルクの釣合を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段による制限値の設定の第１の方法について説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段で用いる制限範囲テーブルを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段による第２の方法について説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段の第２の方法の動作を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段による第３の方法について説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の制限範囲設定手段の第３の方法の動作を示す図である。
【図１１】従来の車両用操舵装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ハンドル、２ 第１の遊星ギア機構、３ 第２の遊星ギア機構、４ シャフト、５ 操舵機構、６ａ、６ｂ ナックルアーム、７ａ、７ｂ 操舵車輪、８反力制御機構、９ 車輪舵角制御機構、１０ 反力トルク検出手段、１１ 車輪舵角検出手段、１２ ハンドル操舵角検出手段、１３ 目標車輪舵角生成手段、１４ 車輪舵角制御手段、１５ 目標反力生成手段、１６ 第１の反力トルク制御手段、１７ 第２の反力トルク制御手段、１８ 反力制御制限手段、１９ 制限範囲設定手段。
Claims (4)
- 運転者が操舵するハンドルと、
前記ハンドルの回転角に補助舵角を機械的に加算する副操舵機構と、
操舵車輪を操舵する操舵機構と、
前記副操舵機構に駆動トルクを付勢することにより前記ハンドルに反力トルクを与える反力制御機構と、
前記操舵機構を駆動する車輪舵角制御機構と、
前記ハンドルに生じている反力トルクを検出する反力トルク検出手段と、
前記操舵車輪の車輪舵角を検出する車輪舵角検出手段と、
前記ハンドルを操舵したときのハンドル角を検出するハンドル操舵角検出手段と、
前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標車輪舵角を生成する目標車輪舵角生成手段と、
前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角とが一致するように、前記車輪舵角制御機構を駆動して前記操舵車輪の車輪舵角を制御する車輪舵角制御手段と、
前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角に基づいて目標反力を生成する目標反力生成手段と、
前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記反力制御機構を駆動して前記ハンドルに生じる反力トルクを制御する第１の反力トルク制御手段と、
前記反力トルク検出手段により検出された反力トルクと前記目標反力生成手段により生成された目標反力とが一致するように、前記車輪舵角制御手段の出力を補償する第２の反力トルク制御手段と、
制限値に基づいて前記第１の反力トルク制御手段の出力に制限を加える反力制御制限手段と、
前記反力制御制限手段で用いる前記制限値を設定する制限範囲設定手段と
を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記制限範囲設定手段は、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差に基づいて前記制限値を設定する
ことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。 - 前記制限範囲設定手段は、前記車輪舵角検出手段により検出された車輪舵角と前記目標車輪舵角生成手段により生成された目標車輪舵角の偏差が第１の所定値以下、前記目標車輪舵角の１次微分値が第２の所定値以下、前記車輪舵角の１次微分値が第３の所定値以下、かつ前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角の１次微分値が第４の所定値以下の条件を満足した場合は、所定のパターンに従って前記制限値を斬減し、前記条件を満足しない場合には、前記第１の反力トルク制御手段の出力を制限しないような制限値にする
ことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。 - 前記制限範囲設定手段は、前記ハンドル操舵角検出手段により検出されたハンドル角と前記目標車輪舵角との関係が１：１の条件を満足している場合には、前記第１の反力トルク制御手段による反力制御ができないような制限値を出力する
ことを特徴とする請求項３記載の車両用操舵装置。
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