JP4276583B2

JP4276583B2 - 車両操舵装置

Info

Publication number: JP4276583B2
Application number: JP2004152043A
Authority: JP
Inventors: 哲早坂
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005329888A

Description

本発明は、バイワイヤ方式の車両操舵装置に係り、特に、操舵機構に設けられる検出器の削減手段に関する。

従来より、車両操舵装置としては、ステアリングシャフトと操舵機構とを機械式の動力伝達機構を介して接続したメカニカル方式の車両操舵装置が利用されているが、近年、かかる構成に代えて、ステアリングシャフトの回転状態を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて操舵機構に設けられた操舵側モータの駆動を制御し、操舵機構の操舵を行うと共に、ステアリングシャフトの回転操作部材に操作反力を付与する操作側モータの駆動を制御し、回転操作部材に所要の操作反力を付与するバイワイヤ方式の車両操舵装置が提案されている。

図６は、従来より提案されているバイワイヤ方式の車両操舵装置の一例を示す構成図であって、ステアリングシャフト１０１と、ステアリングシャフト１０１を回転操作するステアリングホイールなどの回転操作部材１０２と、回転操作部材１０２の操作角を検出する操作角検出手段１０３と、ステアリングシャフト１０１を介して回転操作部材１０２に操作反力を付与する操作側モータ１０４と、操舵機構１０５と、操舵機構１０５に備えられた車軸の操舵軸１０６と、操舵軸１０６を回転駆動する操舵側モータ１０７と、車軸の操舵角を検出する操舵角検出手段１０８と、操舵機構１０５に作用する実トルクを検出するトルク検出手段１０９と、操作角検出手段１０３から出力される操作角信号θ１及び操舵角検出手段１０８から出力される操舵角信号θ２に基づいて操舵側モータ１０７の駆動信号Ｍ２を生成し出力すると共にトルク検出手段１０９から出力される実トルク信号Ｔ１に基づいて操作側モータ１０４の駆動信号Ｍ１を生成し出力する制御手段１１０を有している。なお、操舵機構１０５は、操舵軸１０６に固着されたピニオンギア１１１と、ピニオンギア１１１と噛み合わされるラック歯が形成されたラック軸１１２とを含んで構成される。

前記制御手段１１０による操舵側モータ１０７の制御は、操作角検出手段１０３から出力される操作角信号θ１に所定の比例ゲインを乗じて目標操舵角を求め、この目標操舵角と操舵角検出手段１０８から出力される操舵角信号θ２との偏差に基づくフィードバック制御により行われる。また、前記制御手段１１０による操作側モータ１０４の制御は、トルク検出手段１０９から出力される実トルク信号Ｔ１に所定の比例ゲインを乗じて回転操作部材１０２に加えるべき目標操作反力を算出し、この目標操作反力に対応する操作側モータ１０４の駆動信号Ｍ１を算出することにより行われる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２３７６１２号公報

操作側モータ１０４及び操舵側モータ１０７の駆動制御にあたっては、操舵機構１０５に作用する実トルクを考慮することが望ましい。そのため、従来は、操舵機構１０５に作用する実トルクＴ１を検出するためのトルク検出手段１０９を設けていた。しかし、このために、車両操舵装置における検出系の構成が複雑になり、車両操舵装置ひいては車両が高コスト化するという不都合がある。

本発明は、かかる従来技術の不都合を解決するためになされたものであって、その目的は、検出系の構成が簡単で安価な車両操舵装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、ステアリングシャフトを回転操作する回転操作部材と、前記回転操作部材の操作角を検出し操作角信号を出力する操作角検出手段と、前記ステアリングシャフトを介して前記回転操作部材に操作反力を付与する操作側モータと、伝達機構を介して車軸の操舵角を変更する操舵側モータと、前記車軸の操舵角を検出し操舵角信号を出力する操舵角検出手段と、前記操作角信号及び前記操舵角信号に基づいて前記操作側モータの駆動信号及び前記操舵側モータの駆動信号を生成して出力する制御手段とを備えた車両操舵装置であって、前記制御手段には、前記操舵角信号と前記操作角信号との差分と、この差分を０にするに必要な前記操舵側モータの発生トルクとの関係を示すデータが記憶されており、前記制御手段は、前記操作角検出手段及び前記操舵角検出手段から新たな操作角信号及び操舵角信号が入力されるごとにその差分を０にする前記操舵側モータの発生トルクを前記データに基づいて算出し、算出された前記操舵側モータの発生トルクに基づいて前記操舵側モータの駆動信号及び前記操作側モータの駆動信号を生成して出力するという構成にした。

操舵側モータは操舵角信号と操作角信号との差が０になるように操舵軸を駆動するものであり、操舵角信号と操作角信号との差分とこれに応じた操舵側モータの発生トルクとの関係を示すデータ、即ちトルクカーブは、車種に応じて予め定めておくことができる。そして、このトルクカーブを用いれば、信号の検出時における操舵角信号と操作角信号との差分からそれに応じた操舵側モータの発生トルクを求めることができるので、それに基づいて操舵側モータの駆動信号を生成することができ、操舵側モータの駆動制御を行うことができる。また、トルクカーブを用いて求められたトルク値は、操舵軸が路面から受ける路面状態等に応じた反力、即ち実トルクに相当するので、それに基づいて操作側モータの駆動信号を生成することができる。よって、実トルクを検出するためのトルク検出手段が不要になり、車両操舵装置の構成を簡略化することができる。

また、本発明は、前記構成の車両操舵装置において、前記制御手段が、前記操作角信号を入力して前記操作側モータの駆動信号を出力する第１制御手段と、前記操舵角信号を入力して前記操舵側モータの駆動信号を出力する第２制御手段とからなり、前記第２制御手段に前記データが記憶され、前記第２制御手段は前記第１制御手段から前記操作角信号を取り込んで前記操舵側モータの駆動信号及び前記操作側モータの駆動信号を生成し、生成された前記操作側モータの駆動信号を前記第１制御手段に戻すという構成にした。

このように、制御手段を操作角信号を入力して操作側モータの駆動信号を出力する第１制御手段と操舵角信号を入力して操舵側モータの駆動信号を出力する第２制御手段とから構成すると、第１制御手段を操作角検出手段及び操作側モータの近傍に配置し、第２制御手段を操舵角検出手段及び操舵側モータの近傍に配置することができるので、車両に対する車両操舵装置の組立を容易化することができる。

また、本発明は、前記構成の車両操舵装置において、前記制御手段に前記操舵角信号と前記操作角信号との差分とこれに応じた前記発生トルクの変化率が異なる複数の前記データを記憶すると共に、前記制御手段に前記データの選択手段を備え、前記制御手段は、前記選択手段により選択された前記データに基づいて前記操作側モータの駆動信号及び前記操舵側モータの駆動信号を生成するという構成にした。

操舵角信号と操作角信号との差分とこれに応じた操舵側モータの発生トルクとの関係を示すデータ、即ちトルクカーブは、操舵系に要求されるレスポンスによって異なり、例えばスポーツカーにおいては操舵角信号と操作角信号との差分に対する発生トルクの変化率が高いことが要求され、ファミリーカーにおいてはその変化率が比較的緩やかであることが要求される。したがって、操舵角信号と操作角信号との差分に対する発生トルクの変化率が異なる複数のトルクカーブを予め制御手段に記憶しておき、選択手段によって適宜選択できるようにしておけば、１種の車両操舵装置を各種の車種に適用することができるので、マス効果による車両操舵装置の低コスト化を図ることができる。また、車載後においても選択手段を用いて所望のトルクカーブを選択できるようにした場合には、走行状態等に応じて操舵系のレスポンスを変更することができるので、運転者に多彩な運転フィーリングを付与することができる。

本発明の車両操舵装置は、操作角検出手段及び操舵角検出手段から新たな操作角信号及び操舵角信号が入力されるごとに、制御手段に記憶された操舵角信号と操作角信号との差分とこれに応じた操舵側モータの発生トルクとの関係を示すデータに基づいて実トルクに相当する操舵側モータの発生トルクを算出するので、実トルクを検出するためのトルク検出手段が不要になり、車両操舵装置の構成を簡略化することができる。

以下、本発明に係る車両操舵装置の実施形態例を図１乃至図５に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る車両操舵装置の構成図、図２は実施形態例に係る車両操舵装置の制御装置に記憶されるトルクカーブを示すグラフ図、図３は実施形態例に係る車両操舵装置の制御手段による処理手順を示すフロー図、図４は他の実施形態例に係る車両操舵装置の構成図、図５は他の実施形態例に係る車両操舵装置の制御装置に記憶されるトルクカーブを示すグラフ図である。

図１に示すように、第１実施形態例に係る車両操舵装置は、ステアリングホイールなどの回転操作部材１と、回転操作部材１の操作角を検出する操作角検出手段２と、回転操作部材１に操作反力を付与する操作側モータ３と、操作側モータ３のドライバ回路４と、操作角検出手段２から出力される操作角信号θ１を入力し、ドライバ回路４に操作側モータ３の駆動信号Ｍ１を出力する第１制御手段５と、操舵機構６と、操舵機構６の操舵角を検出する操舵角検出手段７と、操舵機構６に操舵用のトルクを付与する操舵側モータ８と、操舵側モータ８の回転力を後述するラック・ピニオン機構に伝達する図示しない操舵軸と、操舵側モータ８のドライバ回路９と、操舵角検出手段７から出力される操舵角信号θ２を入力し、ドライバ回路９に操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を出力する第２制御手段１０とを含んで構成されており、第１制御手段５と第２制御手段１０とは信号線又は無線送受信装置１１を介して接続されている。また、操舵機構６は、ラック・ピニオン機構１２と、ラック・ピニオン機構１２に連結された車軸１３と、車軸１３に連結されたタイヤ１４とを含んで構成されている。

操作角検出手段２及び操舵角検出手段７としてはエンコーダや可変抵抗器等を用いることができ、操作側モータ３及び操舵側モータ８としてはＤＣモータを用いることができる。また、第１制御手段５及び第２制御手段１０としてはマイクロコンピュータを用いることができる。

第２制御手段１０には、図２に示すトルクカーブ、即ち、操作角検出手段２から出力される操作角信号θ１と操舵角検出手段７から出力される操舵角信号θ２との差分θ２−θ１と、この差分θ２−θ１を０にするに必要な操舵側モータ８の発生トルクとの関係を示すデータが記憶されている。また、第２制御手段１０は、操作角検出手段２及び操舵角検出手段７から新たな操作角信号θ１及び操舵角信号θ２が入力されるごとにその差分に応じた操舵側モータ３の発生トルクを図２のトルクカーブから算出し、算出された操舵側モータ８の発生トルクに基づいて操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を生成してドライバ回路９に出力する。一方、第１制御手段５は、第２制御手段１０にて算出された操舵側モータ８の発生トルクに基づいて操作側モータ３の駆動信号Ｍ１を生成し、ドライバ回路４に出力する。

以下、図３のフロー図を用いて、第１及び第２制御手段５，１０にて行われる処理動作の手順を説明する。

第２制御手段１０は第１制御手段５からの操作角信号θ１の送信を待ち（手順Ｓ１）、第１制御手段５から新たな操作角信号θ１の送信を受けたときに、図示しない記憶部に記憶された図２のトルクカーブを読み出す（手順Ｓ２）。次いで、第２制御手段１０は、操舵角検出手段７からの操舵角信号θ２を取り込み（手順Ｓ３）、図２のトルクカーブ、第１制御手段５から送信された操作角信号θ１及び操舵角検出手段７から取り込まれた操舵角信号θ２に基づいて操舵側モータ８が発生したトルク値Ｔを求める（手順Ｓ４）。さらに、第２制御手段１０は、求められたトルク値Ｔを第１制御手段５に送信すると共に、このトルク値Ｔに基づいて操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を算出してドライバ回路９に出力する（手順Ｓ５）。第２制御手段１０からトルク値Ｔの送信を受けた第１制御手段５は、このトルク値Ｔ及び他の要素に基づいて操作側モータ３の駆動信号Ｍ１を算出し、ドライバ回路４に出力する（手順Ｓ６）。

本例の車両操舵装置は、第２制御手段１０にて実トルクに相当する操舵側モータ８の発生トルクＴを算出し、第２制御手段５にてこのトルク値Ｔに基づいて操作側モータ３の駆動信号Ｍ１を算出するので、実トルクを検出するためのトルク検出手段が不要になり、車両操舵装置の構成を簡略化することができる。

また、本例の車両操舵装置は、制御手段を操作角信号θ１を入力して操作側モータ３の駆動信号Ｍ１を出力する第１制御手段５と操舵角信号θ２を入力して操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を出力する第２制御手段１０とから構成したので、第１制御手段５を操作角検出手段２及び操作側モータ３の近傍に配置すると共に第２制御手段１０を操舵角検出手段７及び操舵側モータ８の近傍に配置することができ、車両に対する車両操舵装置の組立を容易化することができる。

次に、本発明に係る車両操舵装置の第２実施形態例を、図４及び図５に基づいて説明する。

本例の車両操舵装置は、操舵角信号θ１と操作角信号θ２との差分に対する発生トルクＴの変化率が異なる図５に示す複数のトルクカーブＡ，Ｂ，Ｃを第２制御手段１０に記憶すると共に、図４に示すように、第２制御手段１０にトルクカーブＡ，Ｂ，Ｃを択一的に選択するための選択手段１５、例えばスイッチを設けたことを特徴とする。その他の構成については、第１実施形態例に係る車両操舵装置と同じであるので、説明を省略する。

トルクカーブＡ，Ｂ，Ｃは、操舵系に要求されるレスポンスに応じて適宜設定される。例えば、トルクカーブＡを標準車に適合するものとし、トルクカーブＢをスポーツカーに適合するものとし、トルクカーブＣをファミリーカーに適合するものとすることができる。

このように、本例の車両操舵装置は、第２制御手段１０に複数のトルクカーブＡ，Ｂ，Ｃを記憶すると共に、第２制御手段１０にトルクカーブＡ，Ｂ，Ｃを択一的に選択するための選択手段１５を設けたので、１種の車両操舵装置を各種の車種に適用することができ、マス効果による車両操舵装置の低コスト化を図ることができる。また、車載後においても選択手段１５を用いて所望のトルクカーブを選択できるようにした場合には、走行状態等に応じて操舵系のレスポンスを変更することができるので、運転者に多彩な運転フィーリングを付与することができる。

第１実施形態例に係る車両操舵装置の構成図である。第１実施形態例に係る車両操舵装置の制御装置に記憶されるトルクカーブを示すグラフ図である。第１実施形態例に係る車両操舵装置の制御手段による処理手順を示すフロー図である。第２実施形態例に係る車両操舵装置の構成図である。第２実施形態例に係る車両操舵装置の制御装置に記憶されるトルクカーブを示すグラフ図である。従来例に係る車両操舵装置の構成図である。

符号の説明

１回転操作部材
２操作角検出手段
３操作側モータ
５第１制御手段
６操舵機構
７操舵角検出手段
８操舵側モータ
１０第２制御手段
１５選択手段

Claims

ステアリングシャフトを回転操作する回転操作部材と、前記回転操作部材の操作角を検出し操作角信号を出力する操作角検出手段と、前記ステアリングシャフトを介して前記回転操作部材に操作反力を付与する操作側モータと、伝達機構を介して車軸の操舵角を変更する操舵側モータと、前記車軸の操舵角を検出し操舵角信号を出力する操舵角検出手段と、前記操作角信号及び前記操舵角信号に基づいて前記操作側モータの駆動信号及び前記操舵側モータの駆動信号を生成して出力する制御手段とを備えた車両操舵装置であって、
前記制御手段には、前記操舵角信号と前記操作角信号との差分と、この差分を０にするに必要な前記操舵側モータの発生トルクとの関係を示すデータが記憶されており、
前記制御手段は、前記操作角検出手段及び前記操舵角検出手段から新たな操作角信号及び操舵角信号が入力されるごとにその差分を０にする前記操舵側モータの発生トルクを前記データに基づいて算出し、算出された前記操舵側モータの発生トルクに基づいて前記操舵側モータの駆動信号及び前記操作側モータの駆動信号を生成して出力することを特徴とする車両操舵装置。
前記制御手段が、前記操作角信号を入力して前記操作側モータの駆動信号を出力する第１制御手段と、前記操舵角信号を入力して前記操舵側モータの駆動信号を出力する第２制御手段とからなり、前記第２制御手段に前記データが記憶され、前記第２制御手段は前記第１制御手段から前記操作角信号を取り込んで前記操舵側モータの駆動信号及び前記操作側モータの駆動信号を生成し、生成された前記操作側モータの駆動信号を前記第１制御手段に戻すことを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
前記制御手段に前記操舵角信号と前記操作角信号との差分とこれに応じた前記発生トルクの変化率が異なる複数の前記データを記憶すると共に、前記制御手段に前記データの選択手段を備え、前記制御手段は、前記選択手段により選択された前記データに基づいて前記操作側モータの駆動信号及び前記操舵側モータの駆動信号を生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両操舵装置。