JP3663276B2 - 車両のステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両を自動操舵することのできるステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、道路から送られる誘導信号や、道路や周囲の状況の検出信号等に基づき制御装置により指令信号を生成し、その指令信号に基づきアクチュエータが発生する操舵力により車両を自動操舵するステアリング装置の開発が進められている。
【0003】
そのようなステアリング装置においては、緊急事態等に対処するため、自動操舵モードから、ドライバーが操舵力を発生させる通常操舵モードに切り換え可能であることが要望されている。
【0004】
そこで、そのアクチュエータへの指令信号に対応する指令舵角と実際の舵角との偏差を求める手段を設け、その偏差が設定値以上である時はドライバーが自動操舵に逆らっていると判断し、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることが考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのアクチュエータの発生する操舵力に抗して舵角を実際に変化させる場合、ドライバーの大きな労力と時間とを要する。そのため、緊急事態に迅速に対処できないという問題がある。
【0006】
また、その自動操舵時に上記アクチュエータが発生する操舵力以外に、走行路における凹凸や横風等の外乱に基づき、車両に外部から操舵力が付加される場合がある。従来の構成では、そのような車両に外部から付加される操舵力を、ドライバーによる操舵力である誤判定し、自動操舵モードから通常操舵モードに誤って切り換えられるという問題がある。
【0007】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両のステアリング装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御装置からの指令信号に基づきアクチュエータが操舵力を発生させる自動操舵モードと、ドライバーが操舵力を発生させる通常操舵モードとの間で操舵モードを切り換え可能な車両のステアリング装置に適用される。
【0009】
本発明の特徴の一つは、その自動操舵時に、前記アクチュエータが発生する操舵力以外に付加される操舵力に対応する値を検知する手段と、その付加操舵力が、ドライバーにより付加されたのか車両に外部から付加されたのかを判断する手段と、その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段とが設けられている点にある。
この構成によれば、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加するだけで、実際の舵角を変化させることなく、通常操舵モードに切り換えることができる。これにより、緊急事態等において迅速に自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることができる。
しかも、その自動操舵中に付加される操舵力が、ドライバーにより付加されたのか、走行路における凹凸や横風等の外乱に基づき車両に外部から付加されたのかを判断するので、その車両に外部から付加される操舵力により、自動操舵モードから通常操舵モードに誤って切り換えられるのを防止できる。
【0010】
本発明のステアリング装置において、その付加操舵力による操舵方向において検知される障害物と車両との衝突可能性の有無を判断する手段と、その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が第1設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段と、その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が前記第1設定値未満であって第2設定値以上であり、且つ、障害物と車両との衝突可能性のない時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段とが設けられているのが好ましい。
この構成によれば、自動操舵中におけるドライバーの付加操舵力に対応する値が第1設定値以上になると、その付加操舵力による操舵方向において障害物と車両との衝突可能性があっても、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられる。これにより、自動操舵中にドライバーによる操舵の必要性が大きくなった場合、例えば前方障害物を避けるためにドライバーが大きな操舵力を付加したような場合、たとえ付加操舵力による操舵方向において別の障害物との衝突可能性があっても、ドライバーによる操舵を行って前方障害物の回避等を行うことで、大きな事故等を防止できる。
また、その自動操舵中におけるドライバーの付加操舵力に対応する値が第1設定値未満であって第2設定値以上になると、その付加操舵力による操舵方向において障害物と車両との衝突可能性がなければ、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられる。これにより、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加することで通常操舵モードに切り換える際に、安全を確保することができる。
【0011】
本発明において、その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が前記第1設定値未満であって第2設定値以上であり、且つ、障害物と車両との衝突可能性のある時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えると共にドライバーの操舵を抑制する手段が設けられているのが好ましい。
そのドライバーの操舵力に対応する値が第1設定値未満であって第2設定値以上の場合、ドライバーによる操舵の緊急性は低い。よって、その付加操舵力による操舵方向において障害物と車両との衝突可能性があれば、自動操舵モードから通常操舵モードへ切り換えると共にドライバーの操舵を抑制することで、ドライバーに障害物の存在を認識させることができる。
【0012】
本発明において、ドライバーが発生させる操舵力は、ステアリングホイールからステアリングシャフトを介して車輪に伝達され、その付加操舵力に対応する値として、その付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクが求められ、そのステアリングシャフトのステアリングホイール側と車輪側とは、そのトルクに応じて弾性的に相対回転可能とされ、そのステアリングシャフトのステアリングホイール側での回転角に対応する値を時系列に求める手段と、そのステアリングシャフトの車輪側での回転角に対応する値を時系列に求める手段とが設けられ、そのステアリングシャフトのステアリングホイール側での回転角の変化が、車輪側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力はドライバーにより付加されたと判断し、そのステアリングシャフトの車輪側での回転角の変化が、ステアリングホイール側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力は車両に外部から付加されたと判断するのが好ましい。
この構成によれば、自動操舵中においてアクチュエータが発生する操舵力以外に操舵力が付加された場合、その付加操舵力に対応する値を、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクに基づき求めることができる。そのトルクの変化がドライバーの付加した操舵力に基づく場合、そのステアリングシャフトのステアリングホイール側での回転角の変化は、車輪側での回転角の変化に先行する。そのトルクの変化が車両に外部から付加される操舵力に基づく場合、そのステアリングシャフトの車輪側での回転角の変化は、ステアリングホイール側での回転角の変化に先行する。これにより、その付加操舵力が、ドライバーにより付加されたのか車両に外部から付加されたのかを確実に判断することができる。
【0013】
本発明において、前記アクチュエータは、そのステアリングシャフトと同心に同行回転するロータと、そのロータを囲むステータと、そのロータの回転角の検出器とを有するブラシレスモータとされ、そのロータの回転角の検出器により、そのステアリングシャフトのステアリングホイール側での回転角に対応する値が時系列に求められ、操舵補助力発生用の油圧アクチュエータと、その油圧アクチュエータにポンプから供給される圧油の油圧を、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクに応じて制御する制御弁とが設けられ、その制御弁は前記ブラシレスモータよりも車輪側に配置され、その制御弁よりも車輪側におけるステアリングシャフトの回転角の第2検出器が設けられ、その第2検出器により、そのステアリングシャフトの車輪側での回転角に対応する値が時系列に求められ、そのロータの回転角の検出器により求められるステアリングシャフトの回転角と、その第2検出器により求められるステアリングシャフトの回転角との差から、前記トルクが求められるのが好ましい。
この構成によれば、自動操舵モードにおいて操舵力を発生させるブラシレスモータのロータがステアリングシャフトと同心に同行回転するので、コンパクトな構造になる。また、そのロータの回転角の検出器により、そのステアリングシャフトのステアリングホイール側での回転角の変化に対応する値を時系列に求めることができるので、専用の検出器が不要になる。また、そのロータの回転角の検出器と第2検出器の出力とから、付加操舵力に対応するトルクを求めるので、専用のトルクセンサが不要になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0015】
図1に示すラックピニオン式ステアリング装置1は、ドライバーが発生させる操舵力をステアリングホイールHからステアリングシャフトを介して車輪Wに伝達する。また、後述のブラシレスモータ50が発生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車輪Wに伝達する。
【0016】
そのステアリングシャフトは、そのステアリングホイールHに連結される入力シャフト2と、この入力シャフト2にトーションバー3を介し連結される出力シャフト4とを備えている。そのトーションバー3はピン5を介し入力シャフト2に連結され、また、セレーション6を介し出力シャフト4に連結されている。その出力シャフト4にピニオン7が形成され、このピニオン7に噛み合うラック8の各端に車輪Wが連結される。その入力シャフト2は、その外周に一体化されたスリーブ2aとベアリング9とを介してモータハウジング10cに支持され、また、ブッシュ11を介して出力シャフト4に支持されている。その出力シャフト4は、ベアリング12、13を介してラックハウジング10bに支持されている。そのラックハウジング10bとモータハウジング10cは、バルブハウジング10aを介して一体化されている。
【0017】
その入力シャフト2は、操舵力に基づく操舵トルクにより回転する。その入力シャフト2の回転はトーションバー3、出力シャフト4を介してピニオン7に伝達される。そのピニオン7の回転によりラック8は軸方向に移動する。このラック8の移動により車輪が転舵される。この際、そのステアリングシャフトのステアリングホイール側の入力シャフト2と車輪W側の出力シャフト4とは、操舵トルクに応じてトーションバー3が弾性的に捩じれることで、弾性的に同軸中心に相対回転する。
【0018】
なお、その入出力シャフト2、4とバルブハウジング10aとの間にオイルシール14、15が設けられている。また、そのラック8を支持するサポートヨーク16が設けられ、このサポートヨーク16はバネ17の弾力によりラック8に押し付けられている。
【0019】
操舵補助力を発生させる油圧シリンダ(油圧アクチュエータ)18が設けられている。その油圧シリンダ18は、ラックハウジング10bにより構成されるシリンダチューブと、ラック8に一体化されるピストン20とを有し、そのピストン20により仕切られる第1油室21と第2油室22とを有する。
【0020】
各油室21、22は、操舵力に基づき作動するロータリー式油圧制御弁23に接続され、この制御弁23によりポンプ37から油圧シリンダ18に供給される圧油の油圧が制御されることで、操舵補助力が発生する。
【0021】
すなわち、その制御弁23は、筒状の第1バルブ部材24と、この第1バルブ部材24に同軸心に相対回転可能に挿入される第2バルブ部材25とを備えている。その第1バルブ部材24は、バルブハウジング10aに相対回転可能に挿入され、出力シャフト4にピン26を介し同行回転可能に取り付けられる。その第2バルブ部材25は入力シャフト2の外周に一体的に形成されることで、入力シャフト2と同行回転する。これにより、第1バルブ部材24と第2バルブ部材25とは、上記ステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクに応じてトーションバー3がねじれることで、弾性的に相対回転する。その相対回転量に応じて油圧シリンダ18にポンプ37から供給される圧油の油圧が制御される。
【0022】
すなわち、図2に示すように、その第1バルブ部材24の内周と第2バルブ部材25の外周とに軸方向に沿う複数の凹部が周方向等間隔に形成されている。その第1バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する右操舵用凹部27と左操舵用凹部28とで構成される。その第2バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する圧油供給用凹部29と圧油排出用凹部30とで構成される。各右操舵用凹部27と各左操舵用凹部28とは周方向に交互に配置され、各圧油供給用凹部29と各圧油排出用凹部30とは周方向に交互に配置される。
【0023】
各右操舵用凹部27は、第1バルブ部材24に形成された第1流路31およびバルブハウジング10aに形成された第1ポート32から、油圧シリンダ18の第1油室21に通じる。
【0024】
各左操舵用凹部28は、第1バルブ部材24に形成された第2流路33およびバルブハウジング10aに形成された第2ポート34から、油圧シリンダ18の第2油室22に通じる。
【0025】
各圧油供給用凹部29は、第1バルブ部材24に形成された第3流路35と、バルブハウジング10aに形成された入口ポート36を介してポンプ37に通じる。
【0026】
各圧油排出用凹部30は、第2バルブ部材25に形成された第1排出路38、入力シャフト2とトーションバー3の内外周間の通路47、バルブハウジング10aに形成された排出ポート40を介してタンク41に通じる。
【0027】
これにより、第1バルブ部材24と第2バルブ部材25の内外周間に形成された弁間油路42を介して、その油圧シリンダ18の各油室21、22とポンプ37とが接続される。そのポンプ37はモータ64により駆動され、例えば、そのポンプ駆動用モータ64の回転速度に応じた流量の圧油を吐出するベーンポンプやギヤポンプにより構成できる。その弁間油路42において、第1バルブ部材側凹部と第2バルブ部材側凹部の間は、両バルブ部材24、25の相対回転により開度が変化する絞り部A、B、C、Dとされる。各絞り部A、B、C、Dの開度が操舵トルクに応じ変化することで、油圧シリンダ18に作用する油圧が制御される。図3は、その油圧回路を示す。
【0028】
図2は、操舵が行なわれていない直進操舵位置での両バルブ部材24、25の相対位置を示しており、この状態においては各圧油供給用凹部29と各圧油排出用凹部30との間の絞り部A、B、C、Dの開度は一定である。
【0029】
直進操舵位置から右方へ操舵すると、操舵トルクに応じたトーションバー3の捩じれによる両バルブ部材24、25の相対回転量に応じて、各右操舵用凹部27と各圧油供給用凹部29との間の絞り部Aの開度および各左操舵用凹部28と各圧油排出用凹部30との間の絞り部Bの開度が大きくなり、各左操舵用凹部28と各圧油供給用凹部29との間の絞り部Cの開度および各右操舵用凹部27と各圧油排出用凹部30との間の絞り部Dの開度が小さくなる。これにより、ポンプ37から第1油室21へ操舵トルクに応じた圧油が供給され、第2油室22からタンク41へ油が還流され、車両の右方への操舵補助力がラック8に作用する。
【0030】
直進操舵位置から左方へ操舵すると、各絞り部A、B、C、Dの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化するので、車両の左方への操舵補助力がラック8に作用する。
【0031】
図1に示すように、操舵力発生用のアクチュエータとして3相ブラシレスモータ50が設けられている。そのブラシレスモータ50は、上記モータハウジング10cの内部において、入力シャフト2にスリーブ2aを介して同心に同行回転するように取り付けられるロータ51と、そのロータ51を囲むようにモータハウジング10cに取り付けられるステータ52と、そのロータ51の回転角を検出する検出器とを有する。その検出器は、入力シャフト2にスリーブ2aを介して一体化される回転子53aと、モータハウジング10cに取り付けられる固定子53bとを有する第1レゾルバ53により構成される。上記制御弁23は、このブラシレスモータ50よりも車輪W側に配置される。
【0032】
その制御弁23よりも車輪W側において、ステアリングシャフトの回転角を検出する第2レゾルバ65が設けられている。その第2レゾルバ65は、上記出力シャフト4に一体化される回転子65aと、上記ラックハウジング10bに取り付けられる固定子65bとを有する。
【0033】
そのブラシレスモータ50のステータ52のコイルと、第1レゾルバ53の固定子53bとは、制御装置61に接続される。その制御装置61に、モード切り換えスイッチ62と、入力装置63と、上記ポンプ駆動用モータ64と、第2レゾルバ65の固定子65bと、車体に取り付けられる複数の障害物検知センサ66、67、68、69と、車速センサ70とが接続される。
【0034】
そのモード切り換えスイッチ62の操作により、自動操舵モードと通常操舵モードとの間で車両の操舵モードを切り換えることが可能とされている。その自動操舵モードにおいては、制御装置61からの指令信号に基づきブラシレスモータ50が操舵力を発生させ、その通常操舵モードにおいてはドライバーが操舵力を発生させる。
【0035】
その入力装置63に、例えば、走行路やガードレールに設けられた発信器から発信される標識信号や、他車両に設けられた発信器から発信される衝突危険性を報知する警報信号や、道路の走行ラインの検知信号等の誘導信号が入力される。自動操舵モードにおいて誘導信号が入力装置63から入力されると、制御装置61は、その誘導信号に従って車両を操舵するのに必要な目標舵角と、第1レゾルバ53から入力される実際の操舵角との偏差をなくすための指令信号として、ブラシレスモータ50の駆動電流を出力する。そのブラシレスモータ50が発生する操舵力は、通常操舵モードにおいてドライバーが発生させる操舵力と同様に、ステアリングシャフトを介して車輪Wに伝達される。
【0036】
また、その制御装置61は、その自動操舵時に、ブラシレスモータ50が発生する操舵力以外に付加される操舵力に対応する値として、その付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクを、その第1レゾルバ53と第2レゾルバ65の出力から求める。
【0037】
すなわち、その入力シャフト2と出力シャフト4とは、操舵トルクに応じてトーションバー3が弾性的に捩じれることで、弾性的に同軸中心に相対回転する。よって、その第1レゾルバ53により検出される入力シャフト2の回転角と、第2レゾルバ65により検出される出力シャフト4の回転角との差は、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクに対応する。
【0038】
図4の(1)は、その第1レゾルバ53の出力と入力シャフト2の回転角との関係を示す。制御装置61は、ステアリングシャフトにより伝達されるトルクが零で、操舵角が零である時の第1レゾルバ53の出力Eaoを、入力シャフト2の基準位置Pでの基準出力として記憶する。制御装置61は、その第1レゾルバ53の実際の出力と基準出力Eaoとの差から、ロータ51の回転角とステアリングシャフトのステアリングホイールH側での回転角を時系列に求める。
【0039】
図4の(2)は、その第2レゾルバ65の出力と出力シャフト4の回転角との関係を示す。制御装置61は、ステアリングシャフトにより伝達されるトルクが零で、操舵角が零である時の第2レゾルバ65の出力Eboを、出力シャフト4の基準位置Pでの基準出力として記憶する。制御装置61は、その第2レゾルバ65の実際の出力と基準出力Eboとの差から、ステアリングシャフトの車輪W側での回転角を時系列に求める。
【0040】
各レゾルバ53、65の出力は正弦波形であるため、出力が同一であっても回転角が異なる場合がある。そこで、その第1レゾルバ53の基準出力Eaoと第2レゾルバ65の基準出力Eboとを異なるものとしている。これにより、両レゾルバ53、65の出力を互いに比較することで、回転角を正確に求めることができ、基準位置を求めるための専用の検出器が不要になるのでコストを低減できる。
【0041】
なお、ステアリングシャフトの回転角が各レゾルバ53、65の出力の正弦波形の1周期を超える場合に対応するため、制御装置61は、各レゾルバ53、65の出力の正弦波形の1周期毎にパルス信号を生成し、そのパルス毎に正弦波形の1周期分のステアリングシャフトの回転角を、各レゾルバ53、65の実際の出力と基準出力Eboとの差から求める回転角に加算する。
【0042】
制御装置61は、その第1レゾルバ53により求められるステアリングシャフトの回転角と、その第2レゾルバ65により求められるステアリングシャフトの回転角との差から、ステアリングシャフトにより伝達される全トルクを求め、そのステアリングシャフトにより伝達される全トルクから、上記ブラシレスモータ50が発生させる操舵力によるトルクを差し引くことで、上記付加操舵力に基づくトルクを求める。なお、そのブラシレスモータ50が発生させる操舵力によるトルクは、そのブラシレスモータ50の駆動電流値から求めることができる。
【0043】
制御装置61は、その付加操舵力が、ドライバーにより付加されたのか車両に外部から付加されたのかを判断する。すなわち、そのステアリングシャフトのステアリングホイールH側での回転角の変化が、車輪W側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力はドライバーにより付加されたと判断する。一方、そのステアリングシャフトの車輪W側での回転角の変化が、ステアリングホイールH側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力は車両に外部から付加されたと判断する。本実施形態では、そのステアリングシャフトのステアリングホイールH側での回転角速度と車輪W側での回転角速度とを比較し、回転角速度の大きい方において回転角の変化が先行していると判断する。
【0044】
制御装置61は、その付加操舵力による操舵方向において検知される障害物と車両との衝突可能性の有無を判断する。
本実施形態では、図5に示すように、上記障害物検知センサ66、67、68、69は、車両Vの左右側方と左右後側方における他車両やガードレール等の障害物を検知するもので、車両からレーザや超音波等のレーダ波を発射する発信器と、そのレーダ波の受信器と、その受信したレーダ波の増幅器とを有する。制御装置61は、そのレーダ波の発信から受信までの時間差に基づき障害物までの距離を演算し、また、上記各レゾルバ53、65からの信号により上記付加操舵力の操舵方向を判断し、その操舵方向において予め定めた一定距離内に障害物が検知された場合は衝突可能性が有ると判断する。
【0045】
制御装置61は、その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が第1設定値以上である時、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える。また、その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が前記第1設定値未満であって第2設定値以上であり、且つ、障害物と車両との衝突可能性のない時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える。
【0046】
図6のフローチャートは、その制御装置61による操舵モードの切り換え制御手順を示す。
その制御装置61は、まず、現時点が自動操舵モードか否かを判断する(ステップ1)。自動操舵モードであれば、ブラシレスモータ50を駆動することで自動操舵を行う(ステップ2)。
その自動操舵時に、そのブラシレスモータ50が発生する操舵力以外の付加操舵力が、ドライバーにより付加されたのか車両に外部から付加された外乱なのかを判断する(ステップ3)。その付加操舵力が外乱である場合は自動操舵を継続する。
その付加操舵力がドライバーにより付加された場合、その付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクTが第1設定値T1以上か否かを判断する(ステップ4)。
そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクTが第1設定値T1未満である場合、第2設定値T2以上か否かを判断する(ステップ5)。第2設定値T2未満であれば自動操舵を継続する。
そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクTが第1設定値T1未満であって第2設定値T2以上である場合、障害物との衝突可能性の有無を判断する(ステップ6)。障害物との衝突可能性がある場合は自動操舵を継続する。
ステップ4において付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクTが第1設定値T1以上である場合、すなわち、ドライバーが大きな操舵力を自動操舵に抗して作用させている場合、ドライバーによる緊急操舵の意思が大きいと考えられるので、ブラシレスモータ50の駆動電流を遮断することで自動操舵を解除する(ステップ7)。また、ステップ6において障害物との衝突可能性がない場合、ドライバーによる緊急操舵の意思は高くないが、自動操舵を解除しても危険性はないため、自動操舵を解除する。あるいは、ステップ1において自動操舵モードでない場合、自動操舵を解除する。その自動操舵の解除により通常操舵モードに切り換えられる。
その第1設定値T1は、ドライバーによる操舵の緊急性が高い時にドライバーが発生する操舵力に基づき設定することができる。その第2設定値T2は、ドライバーが操舵の意思を示す時にドライバーが発生する操舵力に基づき設定することができる。
【0047】
また、その制御装置61は、そのポンプ駆動用モータ64の回転速度を、操舵補助の必要時に操舵補助速度にし、操舵補助を必要としない時に待機速度にする。
すなわち、上記操舵トルクが設定値以上であれば、その制御装置61はポンプ駆動用モータ64の回転速度を操舵補助速度とする指示信号を出力する。その操舵補助速度は、そのポンプ37から送り出される圧油の流量が操舵補助に必要な流量になるように予め設定される速度である。その操舵補助速度は、車速センサ70により検知される車速に応じて変化するものとされる。すなわち、低車速では操舵補助力を大きくして車両の旋回性能を向上し、高車速では操舵補助力を小さくして車両の走行安定性を向上できるように、その操舵補助速度は決定される。これにより、通常操舵モードおよび自動操舵モードの双方において、操舵補助力が発生する。
また、その操舵トルクの値が設定値未満であれば、制御装置61はポンプ駆動用モータ64の回転速度を待機速度とする指示信号を出力する。その待機速度は、上記操舵補助速度よりも小さな予め設定される速度であって、本実施形態では零とされるが、零よりも大きな値であってもよい。これにより、省エネルギー化を図ることができる。
【0048】
上記構成によれば、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加するだけで、実際の舵角を変化させることなく、通常操舵モードに切り換えることができる。これにより、緊急事態等において迅速に自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることができる。しかも、その自動操舵中に付加される操舵力が、ドライバーにより付加されたのか、車両に外部から付加されたのかを判断するので、外乱により自動操舵モードから通常操舵モードに誤って切り換えられるのを防止できる。
また、自動操舵中におけるドライバーの付加操舵力に対応する値Tが第1設定値T1以上になると、その付加操舵力による操舵方向において障害物と車両Vとの衝突可能性があっても、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられる。これにより、自動操舵中にドライバーによる操舵の必要性が大きくなった場合、例えば前方障害物を避けるためにドライバーが大きな操舵力を付加したような場合、たとえ付加操舵力による操舵方向において別の障害物との衝突可能性があっても、ドライバーによる操舵を行って前方障害物の回避等を行うことで、大きな事故等を防止できる。また、その自動操舵中におけるドライバーの付加操舵力に対応する値Tが第1設定値T1未満であって第2設定値T2以上になると、その付加操舵力による操舵方向において障害物と車両との衝突可能性がなければ、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えられる。これにより、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加することで通常操舵モードに切り換える際に、安全を確保することができる。
その自動操舵中においてブラシレスモータ50が発生する操舵力以外の付加操舵力が、ステアリングシャフトのステアリングホイールH側での回転角の変化と、車輪W側での回転角の変化の何れが先行するかに基づき、ドライバーにより付加されたのか車両に外部から付加されたのかを確実に判断できる。
その自動操舵モードにおいて操舵力を発生させるブラシレスモータ50のロータ51は、ステアリングシャフトと同心に同行回転するので、制御装置61による制御に対する応答が迅速で、コンパクトでシンプルな構造になる。また、そのブラシレスモータ50の第1レゾルバ53により、そのステアリングシャフトのステアリングホイールH側での回転角の変化に対応する値を時系列に求めることができるので、専用の検出器が不要になる。また、その第1レゾルバ53と第2レゾルバ65の出力から、付加操舵力に対応するトルクを求めるので、専用のトルクセンサが不要になる。これにより、構造をシンプルでコンパクトにして、製造コストを低減できる。また、各レゾルバ53、65は、固定子53b、65bに対して回転子53a、65aを回転させるだけで出力調節できるので、組み付けが容易である。
【0049】
図7は本発明の第1変形例のフローチャートを示す。上記実施形態のフローチャートとの相違は、ドライバーの付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクTが第1設定値T1未満であって第2設定値T2以上である場合、障害物との衝突可能性が有れば、自動操舵を解除して通常操舵モードへ切り換え(ステップ8)、しかる後に操舵を抑制し(ステップ9)、衝突可能性がなくなるまで操舵抑制を継続する点にある。この場合、その操舵抑制は、ブラシレスモータ50により、ドライバーによる付加操舵力による操舵方向と反対方向の操舵力を付与したり、ポンプ駆動用モータ64の回転数を低下させることで行える。他は上記実施形態と同様である。そのドライバーの操舵力に対応する値Tが第1設定値T1未満であって第2設定値T2以上の場合、ドライバーによる操舵の緊急性は低い。よって、その付加操舵力による操舵方向において障害物と車両との衝突可能性があれば、自動操舵モードから通常操舵モードへ切り換えると共にドライバーの操舵を抑制することで、ドライバーに障害物の存在を認識させることができる。
【0050】
図8、図9は本発明の第2変形例を示す。上記実施形態との相違は、第2レゾルバ65に代えて、トルクセンサ107をブラシレスモータ50と制御弁23との間に設けた点にある。
【0051】
そのトルクセンサ107は、バルブハウジング10aにより保持される第1、第2検出コイル133、134と、制御弁23の第1バルブ部材24に同行回転可能に連結部材140を介して連結される磁性材製の第1検出リング136と、入力シャフト2に同行回転可能に連結される磁性材製の第2検出リング137とを有する。
その第1検出リング136の一端面と第2検出リング137の一端面とは互いに対向するように配置され、各検出リング136、137の対向端面に、それぞれ歯136a、137aが周方向に沿って複数設けられている。
その第2検出リング137の他端側は一端側よりも外径の小さな小径部137bとされている。
その第1検出コイル133は第1検出リング136と第2検出リング137の対向間を覆うように配置され、第2検出コイル134は第2検出リング137を覆うように配置され、各検出コイル133、134は、バルブハウジング10aに取り付けられる基板に形成される信号処理回路141に接続される。その信号処理回路141において、第1検出コイル133は抵抗145を介して発振器146に接続され、第2検出コイル134は抵抗147を介して発振器146に接続され、各検出コイル133、134は差動増幅回路148に接続される。
これにより、ステアリングシャフトにより伝達されるトルクによりトーションバー3が捩れ、両検出リング136、137が弾性的に相対回転すると、各検出リング136、137の歯136a、137aの対向面積が変化する。その面積変化により、その歯136a、137aの対向間における第1検出コイル133の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その変化に応じ第1検出コイル133の出力が変化し、その出力に対応した伝達トルクが検出される。そのトルク検出信号は制御装置61に入力される。
また、第2検出コイル134は第2検出リング137の小径部137bに対向する。その小径部137bの外径は、操舵抵抗の作用していない状態で、第2検出コイル134の発生磁束に対する磁気抵抗と第1検出コイル133の発生磁束に対する磁気抵抗とが等しくなるように設定されている。これにより、温度変動による第1検出コイル133の出力変動は、温度変動による第2検出コイル134の出力変動に等しくなるので差動増幅回路148により打ち消され、操舵トルクの検出値の温度による変動が補償される。
また、上記実施形態における入力シャフト2とバルブハウジング10aとの間のオイルシール14に代えて、連結部材140と入力シャフト2との間と、連結部材140とバルブハウジング10aとの間にオイルシール114が配置される。
他は上記実施形態と同様で、同一部分は同一符号で示す。
【0052】
上記第2変形例によれば、自動操舵時に、ブラシレスモータ50が発生する操舵力以外に付加される操舵力に対応する値として、ステアリングシャフトにより伝達されるトルクをトルクセンサ107により求める。そのトルクセンサ107により検出されるトルクは、ステアリングシャフトの車輪W側での回転角に対応する。制御装置61は、そのトルクセンサ107により検出されるトルクを時系列に求める。制御装置61は、第1レゾルバ53により求められるステアリングシャフトのステアリングホイールH側での回転角の変化が、トルクセンサ107により検出されるトルクの変化に先行する時、その付加操舵力はドライバーにより付加されたと判断する。一方、そのトルクセンサ107により検出されるトルクの変化が、ステアリングホイールH側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力は車両に外部から付加されたと判断する。
この第2変形例においては、制御弁23とトルクセンサ107はトーションバー3を共用しているので、トーションバー3の剛性低下を防止できる。
【0053】
図10は本発明の第3変形例を示す。上記第2変形例との相違は、ブラシレスモータ50に代えてブラシ付モータ150を用い、そのモータ150の回転を電磁クラッチ151と減速機構152とを介して入力シャフト2に伝達している。また、第1レゾルバ53に代えて、舵角センサ153をステアリングホイールHと減速機構152との間に設けている。この場合、自動操舵モードの解除は、その電磁クラッチ151による回転伝達の遮断、または、その電磁クラッチ151による回転伝達の遮断とモータ150の駆動停止とにより行われる。また、そのステアリングシャフトのステアリングホイールH側での回転角を、その舵角センサ153の出力により時系列に求める。他は第2変形例と同様とされている。
【0054】
図11は本発明の第4変形例を示す。上記第2変形例との相違は、操舵補助力を油圧アクチュエータに代えて電動アクチュエータを用いて付与する点にある。すなわち、トルクセンサ107により検知されるトルクに応じた操舵補助力を付与できるように、制御装置61からの信号に基づきモータ160の出力を電磁クラッチ161と減速機構162とを介して出力シャフト4に伝達する。他は第2変形例と同様とされている。
【0055】
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。
例えば、付加操舵力に対応する値は、上記実施形態では付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクとしたが、特に限定されるものではなく、例えば、そのトルクの変化加速度や、そのトルクの時間積分値としてもよい。
また、ステアリングホイールと操舵力発生用アクチュエータとの間に、ステアリングシャフトにより伝達されるトルクを検出するトルクセンサを設けてもよい。この場合、付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクを、上記のようにステアリングシャフトにより伝達される全トルクからアクチュエータにより発生されるトルクを差し引くことなく、直接に求めることができる。
【0056】
【発明の効果】
本発明によれば、自動操舵モードと通常操舵モードとを選択できる車両のステアリング装置において、自動操舵モードにおいて緊急事態が生じたような場合、外乱の影響を受けることなくドライバーの意思に応じて迅速に通常操舵モードに切り換えることができ、また、障害物との衝突の危険性を回避でき、さらに構造をコンパクトでシンプルにして低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の断面図
【図2】図1のII‐II線断面図
【図3】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の油圧回路図
【図4】本発明の実施形態の車両のステアリング装置のステアリングシャフトの回転角に対する(1)は第1レゾルバの出力の関係、(2)は第2レゾルバの出力の関係を示す図
【図5】本発明の実施形態の車両の障害物検知センサの配置説明用平面図
【図6】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の制御手順を示すフローチャート
【図7】本発明の第1変形例の車両のステアリング装置の制御手順を示すフローチャート
【図8】本発明の第2変形例の車両のステアリング装置の断面図
【図9】本発明の第2変形例の車両のステアリング装置のトルクセンサの出力処理回路図
【図10】本発明の第3変形例の車両のステアリング装置の断面図
【図11】本発明の第4変形例の車両のステアリング装置の構成説明図
【符号の説明】
2 入力シャフト
4 出力シャフト
18 油圧シリンダ
23 制御弁
50 ブラシレスモータ
51 ロータ
52 ステータ
53 第1レゾルバ
61 制御装置
65 第2レゾルバ
66、67、68、69 障害物検知センサ
107 トルクセンサ
150 モータ
153 舵角センサ
160 モータ
H ステアリングホイール
V 車両
W 車輪
Claims (2)
- 制御装置からの指令信号に基づきアクチュエータが操舵力を発生させる自動操舵モードと、ドライバーが操舵力を発生させる通常操舵モードとの間で操舵モードを切り換え可能な車両のステアリング装置において、
その自動操舵時に、前記アクチュエータが発生する操舵力以外に付加される操舵力に対応する値を検知する手段と、
その付加操舵力が、ドライバーにより付加されたのか車両に外部から付加されたのかを判断する手段と、
その付加操舵力による操舵方向において検知される障害物と車両との衝突可能性の有無を判断する手段と、
その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が第1設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段と、
その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が前記第1設定値未満であって第2設定値以上であり、且つ、障害物と車両との衝突可能性のない時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段とが設けられていることを特徴とする車両のステアリング装置。 - その付加操舵力がドライバーにより付加され、且つ、その付加操舵力に対応する値が前記第1設定値未満であって第2設定値以上であり、且つ、障害物と車両との衝突可能性のある時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えると共にドライバーの操舵を抑制する手段が設けられている請求項1に記載の車両のステアリング装置。
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