JP3922934B2

JP3922934B2 - 車両の操舵装置

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Publication number: JP3922934B2
Application number: JP2002043275A
Authority: JP
Inventors: 友保嘉田; 勝利西崎; 秀司木村; 良平葉山; 眞之植野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP2003237610A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることで操舵特性を変更可能な車両の操舵装置がある。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したものと機械的に連結したものとがある。ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達する際に、操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結した操舵装置においては、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構等の伝達比可変機構を介して伝達する際に、その遊星ギヤ機構を構成するリングギヤのような伝達比可変機構の構成要素を駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。
【０００３】
上記のような操舵装置を備えた車両に、操舵方向において衝突可能性のある障害物を検知するセンサを取り付け、その障害物の検知時に障害物に向かう舵角変化を抑制することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車両の進行方向に障害物が存在するだけでなく、その障害物を避けるための操舵方向にも別の障害物が存在することがある。このような場合、ドライバーは進行方向の障害物と操舵方向の別の障害物とを比べ、安全性の高い方向へ車両を導こうとする。しかし、障害物の検知時に障害物に向かう舵角変化を抑制すると、そのようなドライバーの意図を反映することができない場合がある。
【０００５】
また、ドライバーが認識していない障害物を検知することにより舵角変化を抑制した場合、操作部材の動きが抑制されるとドライバーが車両故障であると勘違いして不安感を持つおそれがある。
本発明は上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の操舵装置は、操作部材と、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の操作量を検出する手段と、その操舵用アクチュエータを、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御可能な制御系と、操舵方向において衝突可能性のある障害物を検知する手段と、その障害物の検知時に障害物に向かう舵角変化を抑制する手段と、その舵角変化の抑制時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続しているか否かを判断する手段と、その障害物の検知時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続している時、その舵角変化の抑制解除信号を出力する手段とを備え、その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により、障害物に向かう舵角変化の抑制が解除される。
本発明によれば、操舵しようとする方向において障害物が検知されると、その障害物に向かう舵角変化を抑制することができる。その舵角変化の抑制時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続していると、その舵角変化の抑制が解除される。これにより、安全性の高い方向へ車両を導くことが可能になる。
【０００７】
その舵角変化の抑制時に、その操作部材の操作は抑制されないのが好ましい。
これにより、障害物の検知時に操作部材の動きを抑制することなく舵角変化を抑制でき、ドライバーに不安感を与えることなく障害物との衝突を回避できる。さらに、舵角変化の抑制時にドライバーが操舵の意図を有する場合、そのドライバーの意図を阻害することなく舵角変化の抑制を解除することができる。
【０００８】
その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータと、その操作用アクチュエータを操作反力が変化するように制御可能な制御系とを備え、その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により、障害物を検知していない状態での通常制御時よりも操作反力を低減するように操作用アクチュエータを制御するのが好ましい。
これにより、舵角変化の抑制の解除後における迅速な操舵が可能になる。
【０００９】
その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により、車速が減少するように制動力を作用させる手段を備えるのが好ましい。
これにより、舵角変化の抑制の解除後における安全性を向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を前部左右車輪４ｆに機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように前部左右車輪４ｆに伝達するステアリングギヤ３とを備える。
【００１１】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構を有する。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して前部左右車輪４ｆに伝達され、前部左右車輪４ｆのトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４ｆに伝達できれば構成は限定されない。操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４ｆはセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１２】
その操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。その回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９は操作部材１の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１３】
車両の前後左右車輪４ｆ、４ｒを制動するための油圧制動システムが設けられている。その制動システムは、ブレーキペダル５１の踏力に応じて各車輪４ｆ、４ｒの制動圧をマスターシリンダ５２により発生させる。その制動圧は、制動圧制御ユニットＢにより増幅されると共に各車輪４ｆ、４ｒのブレーキ装置５４のホイルシリンダ圧として分配される。各ブレーキ装置５４が各車輪４ｆ、４ｒに制動力を作用させる。その制動圧制御ユニットＢは、コンピュータにより構成される走行系制御装置６０に接続される。この走行系制御装置６０に、ステアリング系制御装置２０と、各車輪４ｆ、４ｒそれぞれのホイルシリンダ圧Ｐを個別に検出する制動圧センサ６１と、各車輪４ｆ、４ｒそれぞれの回転速度ωを個別に検出する車輪速センサ６２が接続される。その走行系制御装置６０は、検出回転速度ωと検出ホイルシリンダ圧Ｐに応じて制動圧が分配されると共に増幅されるように制動圧制御ユニットＢを制御する。これにより、前後左右車輪４ｆ、４ｒそれぞれの制動力を個別に制御することが可能とされている。その制動圧制御ユニットＢは、ブレーキペダル５１の操作がなされていない場合でも、走行系制御装置６０からの信号に対応する制動圧を内蔵ポンプにより発生することが可能とされている。
【００１４】
操作部材１の操作量として中立位置からの操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４ｆの転舵量として舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δとして車輪４ｆの転舵量に対応するステアリングロッド７の移動量を検出する。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。操作部材１の操作反力に対応する操作トルクＴｈとして回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４４が設けられている。その角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４、トルクセンサ４４は、コンピュータにより構成されるステアリング系制御装置２０に接続される。
【００１５】
その制御装置２０に複数の障害物検知センサ５３が接続される。例えば図２に示すように、それら障害物検知センサ５３は２点鎖線で示すような車両１００の左右側方領域と左右後側方領域における障害物を検知するものとされる。各障害物検知センサ５３は、例えば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から構成される。制御装置２０は、そのレーダ波の発信から受信までの時間差から障害物までの距離を演算し、検出操作角δｈから判断した操舵方向において設定距離内における障害物を検知する。なお、操舵方向において衝突可能性のある障害物を検知することができれば、その検知手段の具体的構成は特に限定されない。
【００１６】
その制御装置２０は駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する制御系を構成する。例えば制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の関係を予め定めて記憶し、障害物を検知していない状態での通常制御において、その関係と検出車速Ｖと検出操作角δｈとから求められる目標舵角δ^* と、検出舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２２に操舵用アクチュエータ２の駆動信号を出力する。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の関係は、例えば低車速で旋回性能を向上して高車速で走行安定性を向上するため、車速Ｖが大きくなる程に操作角δｈに対する目標舵角δ^* の比δ^* ／δｈが小さくなるものとされる。これにより、操作角δｈと舵角δとの比、すなわち操作部材１の操作量と車輪４ｆの転舵量との比が車速Ｖに応じて変化するように操舵用アクチュエータ２が制御される。なお、その比δ^* ／δｈは車速Ｖに応じて変化するものに限定されず、例えば操作角のような他の車両運転条件を表す変量に応じて変化してもよく、その比が変化するように操舵用アクチュエータ２が制御されるものであればよい。
【００１７】
制御装置２０は、車両運転条件に応じて操作反力が変化するように駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を制御する制御系を構成する。本実施形態では、その運転条件は操作角δｈとされている。制御装置２０は、障害物を検知していない状態での通常制御においては、操作角δｈに相関する目標操作反力として目標操作トルクＴｈ^* を求める。例えば、操作角δｈと目標操作トルクＴｈ^* とが比例するものとし、その比例関係を記憶し、その記憶した関係と検出操作角δｈとから目標操作トルクＴｈ^* を求める。その目標操作トルクＴｈ^* と検出操作トルクＴｈとの偏差をなくすように駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を制御する。なお、車両運転条件は操作角δｈに限定されず、例えば操作角δｈと車速とに目標操作トルクＴｈ^* が相関するようにしてもよい。また、通常制御時においては一定の操作反力を付与するようにしてもよい。
【００１８】
制御装置２０は、障害物の検知時に障害物に向かう舵角変化を操舵用アクチュエータ２の作動をロックすることで抑制する抑制制御を行う。この舵角変化の抑制時に、操作用アクチュエータ１９は障害物を検知していない状態での通常制御時と同様に制御されることで、操作部材１の操作は抑制されない。
【００１９】
制御装置２０は、その舵角変化の抑制時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続しているか否かを判断する。その障害物に向かう操舵が継続されているか否かの判断は、例えば角度センサ１１による検出操作角δｈが増加しているか否かに基づき行うことができる。その設定時間は、その操舵を継続するドライバーの意図を確認するのに必要な最小限の時間に対応させればよく、例えば０．５秒とされる。その障害物の検知時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続している時、その舵角変化の抑制解除信号を制御装置２０は出力する。その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により操舵用アクチュエータ２は作動ロックが解除されるように制御され、これにより障害物に向かう舵角変化の抑制が解除される。また、その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により、障害物を検知していない状態での通常制御時よりも操作反力が低減するように制御装置２０は操作用アクチュエータ１９を制御する舵角変化促進制御を行う。例えば、操作角δｈと目標操作トルクＴｈ^* とが比例するように制御する際に、その操作角δｈに対する目標操作トルクＴｈ^* の比を、抑制解除信号の出力中は通常制御時におけるよりも小さくする。さらに制御装置２０は、舵角変化の抑制解除信号により走行系制御装置６０を介して制動圧制御ユニットＢを制御することで、車速が減少するように制動力を作用させる。
【００２０】
図３のフローチャートを参照して制御装置２０による制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、舵角変化の抑制必要性の判断を行い（ステップＳ２）、抑制フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ３）。抑制フラグがオンでなければ抑制解除フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ４）。ステップＳ４において抑制解除フラグがオンでなければ、制動圧制御ユニットＢによる制動力付加を解除し（ステップＳ５）、操舵用アクチュエータ２の通常制御を上記のように行い（ステップＳ６）、また、操作用アクチュエータ１９の通常制御を上記のように行う（ステップＳ７）。そして制御を終了するか否かを、例えばイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップＳ８）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。ステップＳ３において抑制フラグがオンであれば、舵角変化を抑制するように操舵用アクチュエータ２の抑制制御を行い（ステップＳ９）、操作用アクチュエータ１９の制御はステップＳ７において通常制御とする。その舵角変化の抑制制御に際して音や表示等によって警報を発するようにしてもよい。ステップＳ４において抑制解除フラグがオンであれば、操舵用アクチュエータ２の制御を通常制御とすることで舵角変化の抑制を解除し（ステップＳ１０）、また、通常制御時よりも操作反力が低減するように操作用アクチュエータ１９を制御し（ステップＳ１１）、さらに制動圧制御ユニットＢを制御して制動力を付加することで車速を減少させ（ステップＳ１２）、制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ８）。抑制解除フラグがオンである場合、音や表示等によって警報を発することで障害物の存在をドライバーに認識させてもよく、この場合の警報は舵角変化抑制制御に際しての警報と音や表示等を変化させて区別できるようにしてもよい。
【００２１】
図４のフローチャートを参照して上記舵角変化の抑制必要性の判断手順を説明する。
まず、操舵方向における障害物の有無を判断する（ステップＳ１０１）。障害物があれば、その障害物に向かう操舵の継続時間ｔが設定時間を超えているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。その継続時間ｔが設定時間を超えていれば、抑制解除フラグをオンし（ステップＳ１０３）、抑制フラグをオフし（ステップＳ１０４）、リターンする。ステップＳ１０２において継続時間ｔが設定時間を超えていない場合、抑制フラグをオンし（ステップＳ１０５）、リターンする。ステップＳ１０１において障害物がない場合、抑制解除フラグをオフし（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０４において抑制フラグをオフする。
【００２２】
上記車両の操舵装置によれば、操舵しようとする方向において障害物が検知されると、その障害物に向かう舵角変化を抑制することができる。その舵角変化の抑制時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続していると、その舵角変化の抑制が解除される。これにより、安全性の高い方向へ車両を導くことが可能になる。その舵角変化の抑制時に操作部材１の操作は抑制されないので、障害物の検知時に操作部材１の動きを抑制することなく舵角変化を抑制でき、ドライバーに不安感を与えることなく障害物との衝突を回避できる。さらに、舵角変化の抑制時にドライバーが操舵の意図を有する場合、そのドライバーの意図を阻害することなく舵角変化の抑制を解除することができる。また、障害物検知状態での舵角変化の抑制解除時は、障害物を検知していない状態での通常制御時よりも操作反力を低減するので、舵角変化の抑制の解除後における迅速な操舵が可能になる。さらに、その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除時に制動力を作用させて車速を減少させるので、その舵角変化の抑制解除後における安全性を向上できる。
【００２３】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば図５の変形例に示すような回転伝達機構１３０を介して操作部材であるステアリングホイールＨが車輪（図示省略）に機械的に連結され、且つ、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる操舵装置１０１に本発明を適用してもよい。この変形例の回転伝達機構１３０においては、ステアリングホイールＨの操作に応じた入力シャフト１０２の回転は出力シャフト１１１に伝達され、その出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤ（図示省略）により伝達される。そのステアリングギヤはラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。その回転伝達機構１３０の構成要素をモータ（操舵用アクチュエータ）１３９により駆動することで、そのモータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。その入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。その回転伝達機構１３０は、本変形例では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。そのサンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。そのホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。そのウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられたモータ１３９により駆動される。そのステアリングホイールＨの中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられている。
【００２４】
上記実施形態では操舵用アクチュエータ２の作動をロックすることで障害物に向かう舵角変化を抑制したが、操舵用アクチュエータ２の作動速度を低減させたり、舵角を障害物とは反対方向に変化させることで障害物に向かう舵角変化を抑制してもよい。
【００２５】
また、上記実施形態では操舵用アクチュエータ２を制御することで障害物に向かう舵角変化を抑制したが、操作用アクチュエータ１９を制御することで障害物に向かう舵角変化を抑制してもよい。すなわち、操作用アクチュエータ１９の動きをロックしたり、操作反力を大きくしたり、ドライバーが作用させるトルクと大きさが等しく方向が反対のトルクを操作用アクチュエータ１９により発生させ、これにより操作部材１の動きを抑制することで障害物に向かう舵角変化を抑制してもよい。さらに、操作用アクチュエータ１９を制御することで障害物に向かう舵角変化を抑制する場合、操作部材１の操作トルクＴｈに基づき障害物に向かう操舵を継続しているか否かを判断してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置において、障害物の検知時にドライバーの意図を反映しつつ、車両を安全な方向に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の車両の障害物検知領域を示す図
【図３】本発明の実施形態の車両の操舵装置における制御装置による制御手順を示すフローチャート
【図４】本発明の実施形態の車両の操舵装置における制御装置による舵角変化の抑制必要性の判断手順を示すフローチャート
【図５】本発明の変形例の車両の操舵装置の構成説明図
【符号の説明】
１操作部材
２操舵用アクチュエータ
３ステアリングギヤ
４ｆ、４ｒ車輪
１１角度センサ
１９、１１９操作用アクチュエータ
２０制御装置
５３障害物検知センサ
１３９モータ
Ｂ制動圧制御ユニット
Ｈステアリングホイール

Claims

操作部材と、
その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
その操作部材の操作量を検出する手段と、
その操舵用アクチュエータを、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御可能な制御系と、
操舵方向において衝突可能性のある障害物を検知する手段と、
その障害物の検知時に障害物に向かう舵角変化を抑制する手段と、
その舵角変化の抑制時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続しているか否かを判断する手段と、
その障害物の検知時に障害物に向かう操舵が設定時間を超えて継続している時、その舵角変化の抑制解除信号を出力する手段とを備え、
その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により、障害物に向かう舵角変化の抑制が解除される車両の操舵装置。
その舵角変化の抑制時に、その操作部材の操作は抑制されない請求項１に記載の車両の操舵装置。
その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータと、
その操作用アクチュエータを操作反力が変化するように制御可能な制御系とを備え、
その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により、障害物を検知していない状態での通常制御時よりも操作反力を低減するように操作用アクチュエータを制御する請求項１または２に記載の車両の操舵装置。
その障害物検知状態での舵角変化の抑制解除信号の出力により、車速が減少するように制動力を作用させる手段を備える請求項１〜３の中の何れかに記載の車両の操舵装置。