JP4333399B2 - 車両操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵を行う車両操舵装置に関するものである。

従来、車両操舵を行う装置として、特開平１１−５９４４７号公報に記載されるように、操舵トルクと車速に基づき車両のステアリング系に所定の補助トルクを付加する電動パワーステアリング装置が知られている。この電動パワーステアリング装置は、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサの故障時に操舵角信号と車速信号に基づいて操舵トルクを推定し、その推定操舵トルクに基づいて補助トルクを設定し操舵アシストを行おうとするものである。
特開平１１−５９４４７号公報

このような車両操舵装置においては、操舵トルクセンサの故障時に適切な操舵制御が行えないおそれがある。例えば、操舵トルクセンサの故障時に操舵角信号と車速信号に基づいて操舵トルクを推定する際、操舵トルクを必ずしも正確に推定することができない。実際の操舵トルクは、転舵輪のタイヤ空気圧などによっても変化するものである。このため、操舵角信号と車速信号だけでは、正確に操舵トルクを推定することは困難であり、そのように推定された操舵トルクに基づいて操舵アシストを実行しても適切な操舵制御が行えないおそれがある。

そこで本発明は、操舵トルクを正確に検出し適切な操舵制御が行える車両操舵装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る車両操舵装置は、操舵力伝達系に設けられハンドル側に連結される入力軸及び転舵輪側に連結される出力軸を有しその入力軸−出力軸間の伝達比を変更可能とする伝達比可変手段と、伝達比可変手段の出力側に設けられ操舵力伝達系に操舵アシスト力を付与するパワーステアリング手段と、操舵トルクセンサの作動正常の場合にはその操舵トルクセンサから出力される操舵トルクに基づいて操舵アシスト力を設定し操舵トルクセンサの作動異常の場合には伝達比可変手段における制御偏差に基づいて操舵トルクを検出しその検出された操舵トルクに基づいて操舵アシスト力を設定しその設定された操舵アシスト力を操舵力伝達系に付与させるようにパワーステアリング手段を制御する操舵制御手段とを備えて構成されている。

また本発明に係る車両操舵装置において、上述の操舵制御手段が、操舵トルクセンサの作動異常の場合に、伝達比可変手段に設けられるモータの目標角と出力角との角度差に基づいて操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに基づいて操舵アシスト力を設定し、その設定された操舵アシスト力を操舵力伝達系に付与させるようにパワーステアリング手段を制御することが好ましい。

また、上述の操舵制御手段が、操舵トルクセンサの作動異常の場合に、伝達比可変手段に設けられるモータに供給されるフィードバック電流値に基づいて操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに基づいて操舵アシスト力を設定し、その設定された操舵アシスト力を操舵力伝達系に付与させるようにパワーステアリング手段を制御することが好ましい。

これらの発明によれば、操舵トルクセンサが作動異常状態の場合、伝達比可変手段の制御偏差に基づいて操舵伝達系の操舵トルクを検出する。この伝達比可変手段の制御偏差は転舵輪の状態など操舵負荷に応じて変化する物理量であるため、伝達比可変手段の制御偏差に基づいて操舵トルクを検出することによって正確に操舵トルクを検出することができる。従って、この操舵トルクを用いることにより、操舵トルクセンサが作動異常状態の場合であっても、適切な操舵アシストが可能となり、適切な操舵制御が行える。

また本発明に係る車両操舵装置は、操舵力伝達系に設けられハンドル側に連結される入力軸及び転舵輪側に連結される出力軸を有しその入力軸−出力軸間の伝達比を変更可能とする伝達比可変手段と、伝達比可変手段の出力側に設けられ操舵力伝達系に操舵アシスト力を付与するパワーステアリング手段と、伝達比可変手段における制御偏差に基づいて操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに基づいて操舵アシスト力を設定しその設定された操舵アシスト力を操舵力伝達系に付与させるようにパワーステアリング手段を制御する操舵制御手段とを備えて構成されている。

この発明によれば、伝達比可変手段の制御偏差に基づいて操舵トルクを検出できるため、パワーステアリング制御用の操舵トルクを検出するために操舵トルクセンサを設置する必要がない。このため、装置の低コスト化が図れる。

本発明によれば、操舵トルクを正確に検出して適切な操舵制御が行える車両操舵装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第一実施形態）
図１は第一実施形態に係る車両操舵装置の構成概要図である。

本図に示すように、車両操舵装置１には、ハンドル２の操舵力を転舵輪３に伝達させる操舵伝達系に伝達比可変機構４が設けられている。伝達比可変機構４は、ハンドル側に連結される入力軸４１と転舵輪側に連結される出力軸４２とを有しており、その入力軸４−出力軸５間の伝達比を変化させる伝達比可変手段である。

この伝達比可変機構４は、モータ４３及び減速機４４を備えて構成されている。減速機４４としては、例えば波動歯車機構が用いられる。ハンドル２の操作に応じてモータ４３が駆動すると、そのモータ４３の回転を減速機４４が減速して出力する。これにより、出力軸４２が入力軸４２に対して相対的に回転し、操舵量に対する転舵量を変化させることが可能となる。

伝達比可変機構４の入力軸４１は、ハンドル２に接続されている。入力軸４１には、操舵角センサ５が設けられている。操舵角センサ５は、入力軸４１の回転状態に基づいて、ハンドル２の操舵角を検出する操舵角検出手段として機能する。

伝達比可変機構４の出力軸４２には、操舵トルクセンサ６、パワーステアリング機構７が設けられている。操舵トルクセンサ６は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段として機能するものである。操舵トルクセンサ６としては、例えばトーションバーの捩れ量に基づいて操舵トルクを検出するものが用いられる。パワーステアリング機構７は、操舵トルクに応じて操舵力伝達系に操舵アシスト力を付与する機構である。なお、パワーステアリング機構７は、図１に示すようなステアリングコラムにアシスト力を付与するタイプのほか、ギヤ機構８のラック又はピニオンにアシスト力を付与するものであってもよい。

パワーステアリング機構７の出力側には、ギヤ機構８が接続されている。ギヤ機構８は、ハンドル操舵による回転力を水平方向の力に変換する機構である。ギヤ機構８は、例えばラックアンドピニオン式のものが用いられる。このギヤ機構８は、パワーステアリング機構７の出力を受け、タイロッド９を移動させて転舵輪３を転舵させる。

車両操舵装置１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０及びＥＣＵ２０を備えている。ＥＣＵ１０は、伝達比可変制御を行う伝達比可変制御手段として機能するものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成される。このＥＣＵ１０は、車速センサ３１の検出信号を入力し、その車速に応じて伝達比可変機構４の伝達比を設定し、ハンドル操作された時に入力軸４１−出力軸４２間の回転伝達比が設定された伝達比となるようにモータ４３に駆動制御信号を出力しモータ４３を駆動制御する。このとき、回転センサ４５は、モータ４３の回転角を検出するための回転軸検出手段として機能する。

伝達比可変機構４の伝達比は、例えば、車速が小さいときには小さく設定され、ハンドル操作量に対して転舵輪の転舵量が大きくなるようにする。一方、車速が大きいときには伝達比が大きくなるように設定され、ハンドル操作量に対して転舵輪の転舵量が小さくなるようにする。

ＥＣＵ２０は、パワーステアリング制御を行うパワーステアリング制御手段として機能するものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成される。このＥＣＵ２０は、操舵トルクセンサ６が正常作動している場合、操舵トルクセンサ６の検出信号を入力し、その操舵トルクに応じて操舵アシスト力を設定し、パワーステアリング機構７に内蔵されるモータなどのアクチュエータ７１に駆動制御信号を出力してパワーステアリング制御を行う。

次に本実施形態に係る車両操舵装置の動作について説明する。

図２に本実施形態に係る車両操舵装置の動作についてフローチャートを示す。この図２の制御処理は、ＥＣＵ１０、２０により実行される。図２のＳ１０に示すように、操舵トルクセンサ６が正常作動状態か否かが判断される。この判断は、例えば操舵トルクセンサ６の出力信号に基づいて行われる。具体的には、操舵トルクセンサ６の出力がゼロの場合やその出力が所定時間変化しない場合など、操舵トルクセンサ６が正常に作動していないと判断される。

Ｓ１０にて操舵トルクセンサ６が正常作動状態であると判断されたときには、伝達比可変制御、パワーステアリング制御が行われる（Ｓ１２、Ｓ１４）。伝達比可変制御処理は、車速に応じて伝達比可変機構４の伝達比を設定し、ハンドル操作された際に入力軸４１−出力軸４２間の回転伝達比が設定された伝達比となるようにモータ４３に駆動制御信号を出力し、モータ４３を駆動させる制御処理である。この伝達比可変制御処理により、微低速時や据え切り時には車両の運転者のハンドル操舵量を低減することができ、高速時には緩やかな安定感のあるステアリングフィーリングを実現できる。

パワーステアリング制御処理は、ＥＣＵ２０が操舵トルクセンサ６の検出信号を入力し、その操舵トルクに応じて操舵アシスト力を設定し、パワーステアリング機構７に内蔵されるモータなどのアクチュエータ７１を駆動させて操舵伝達系に操舵アシスト力を付与する制御処理である。このパワーステアリング制御処理により、運転者のハンドル操舵に要する力を低減でき、ハンドル操作を容易とすることができる。

一方、Ｓ１０にて操舵トルクセンサ６が正常作動状態でないと判断されたときには、伝達比可変制御における目標角固定処理が行われる（Ｓ１６）。目標角固定処理は、伝達比可変機構４の出力回転角を所定の目標角に維持する処理である。すなわち、ＥＣＵ１０が回転センサ４５の出力によりモータ４３の回転位置を確認しつつ、モータ４３に駆動制御信号を出力してモータ４３を駆動制御することによって、ハンドル操作があった場合でも伝達比可変機構４の出力回転角を保持する。

そして、Ｓ１８に移行し、伝達比可変制御における制御偏差の読み込みが行われる。この制御偏差は、伝達比可変制御において伝達比可変機構４の目標値と出力値の差を意味する。制御偏差値としては、モータ４３の目標角と出力角との角度差、又はその偏差を修正するためにモータ４３に供給されるフィードバック電流値が用いられる。モータ４３の出力角は、回転センサ４５の出力に基づいて検出することができる。

そして、Ｓ２０に移行し、伝達比可変制御における制御偏差に基づいて操舵トルクの検出処理が行われる。すなわち、モータ４３の目標角と出力角との角度差、又はその偏差を修正するためにモータ４３に供給されるフィードバック電流値に基づいて、操舵伝達系における操舵トルクが演算される。この場合、制御偏差が大きい場合には操舵トルクが大きく検出され、制御偏差が小さい場合には操舵トルクが小さく検出される。

そして、Ｓ２２に移行し、Ｓ２０にて検出された操舵トルクに基づいてパワーステアリング制御が行われる。すなわち、Ｓ２０にて検出された操舵トルクに応じて操舵アシスト力が設定され、パワーステアリング機構７に内蔵されるモータなどのアクチュエータ７１が駆動され操舵伝達系に操舵アシスト力が付与される。このパワーステアリング制御処理により、運転者のハンドル操舵にかかる力が低減でき、ハンドル操作を容易とすることが可能となる。そして、制御処理を終了する。

以上のように、本実施形態に係る車両操舵装置１によれば、操舵トルクセンサ６が作動異常状態の場合、伝達比可変機構４の制御偏差に基づいて操舵伝達系の操舵トルクを検出する。この伝達比可変機構４の制御偏差は転舵輪の状態など操舵負荷に応じて変化する物理量であるため、伝達比可変機構４の制御偏差に基づいて操舵トルクを検出することによって正確に操舵トルクを検出することができる。従って、この操舵トルクを用いることにより、操舵トルクセンサ６が作動異常状態の場合であっても、適切な操舵アシストが可能となり、適切な操舵制御が行える。
（第二実施形態）
次に本発明の第二実施形態に係る車両操舵装置について説明する。

図３に本実施形態に係る車両操舵装置の構成概略図を示す。図３に示すように、本実施形態に係る車両操舵装置１ａは、図１の第一実施形態に係る車両操舵装置とほぼ同様に構成されるものであり、操舵トルクセンサ６を備えていない点で第一実施形態に係る車両操舵装置と異なっている。

本実施形態に係る車両操舵装置１ａの動作について説明する。

本実施形態に係る車両操舵装置１ａは、ハンドル２の操舵に応じて、伝達比可変制御及びパワーステアリング制御を順次実行する。

伝達比可変制御は、図２のＳ１２と同様に行われ、車速に応じて伝達比可変機構４の伝達比を設定し、ハンドル操作された際に入力軸４１−出力軸４２間の回転伝達比が設定された伝達比となるようにモータ４３に駆動制御信号を出力しモータ４３を駆動させて行われる。この伝達比可変制御処理により、微低速時や据え切り時には車両の運転者のハンドル操舵量を低減することができ、高速時には緩やかな安定感のあるステアリングフィーリングを実現できる。

また、この伝達比可変制御処理において、伝達比可変機構４における制御偏差が検出される。例えば、モータ４３の目標角と出力角との角度差、又はその偏差を修正するためにモータ４３に供給されるフィードバック電流値などが制御偏差として検出される。

パワーステアリング制御では、伝達比可変機構４の制御偏差に基づいて操舵力伝達系の操舵トルクが検出される。そして、その操舵トルクに基づいて操舵アシスト力が設定され、パワーステアリング機構７に内蔵されるモータなどのアクチュエータ７１が駆動され操舵伝達系に操舵アシスト力が付与される。このパワーステアリング制御処理により、運転者のハンドル操舵にかかる力が低減でき、ハンドル操作を容易とすることが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る車両操舵装置１ａによれば、伝達比可変機構４の制御偏差に基づいて操舵トルクを検出できるため、パワーステアリング制御用の操舵トルクを検出するために操舵トルクセンサを設置する必要がない。このため、装置の低コスト化が図れる。

なお、上述した各本実施形態では、車両操舵制御手段として、伝達比可変制御を実行するＥＣＵ１０とパワーステアリング制御を実行するＥＣＵ２０とを別個に構成したものについて説明したが、ＥＣＵ１０とＥＣＵ２０を一体に構成したものであってもよい。

また、上述した各本実施形態では、減速機として波動歯車機構を用いた場合について説明したが、本発明に係る車両操舵装置はそのようなものに限られるものではなく、減速機として遊星歯車機構などその他のものを用いたものであってもよい。

本発明の第一実施形態に係る車両操舵装置の構成概略図である。 図１の車両操舵装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態に係る車両操舵装置の構成概略図である。

符号の説明

１…車両操舵装置、２…ハンドル、３…転舵輪、４…伝達比可変機構（伝達比可変手段）、５…操舵角センサ、７…パワーステアリング機構、８…ギヤ機構、１０…ＥＣＵ、２０…ＥＣＵ、３１…車速センサ、４１…入力軸、４２…出力軸、４３…モータ、４４…減速機、４５…回転センサ。

Claims (4)

1. 操舵力伝達系に設けられ、ハンドル側に連結される入力軸及び転舵輪側に連結される出力軸を有し、その入力軸−出力軸間の伝達比を変更可能とする伝達比可変手段と、
   前記伝達比可変手段の出力側に設けられ、前記操舵力伝達系に操舵アシスト力を付与するパワーステアリング手段と、
   操舵トルクセンサの作動正常の場合にはその操舵トルクセンサから出力される操舵トルクに基づいて前記操舵アシスト力を設定し、前記操舵トルクセンサの作動異常の場合には前記伝達比可変手段における制御偏差に基づいて操舵トルクを検出しその検出された操舵トルクに基づいて前記操舵アシスト力を設定し、その設定された操舵アシスト力を前記操舵力伝達系に付与させるように前記パワーステアリング手段を制御する操舵制御手段と、
   を備えた車両操舵装置。
2. 前記操舵制御手段は、前記操舵トルクセンサの作動異常の場合に、前記伝達比可変手段に設けられるモータの目標角と出力角との角度差に基づいて操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに基づいて前記操舵アシスト力を設定し、その設定された操舵アシスト力を前記操舵力伝達系に付与させるように前記パワーステアリング手段を制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
3. 前記操舵制御手段は、前記操舵トルクセンサの作動異常の場合に、前記伝達比可変手段に設けられるモータに供給されるフィードバック電流値に基づいて操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに基づいて前記操舵アシスト力を設定し、その設定された操舵アシスト力を前記操舵力伝達系に付与させるように前記パワーステアリング手段を制御すること、
   を特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
4. 操舵力伝達系に設けられ、ハンドル側に連結される入力軸及び転舵輪側に連結される出力軸を有し、その入力軸−出力軸間の伝達比を変更可能とする伝達比可変手段と、
   前記伝達比可変手段の出力側に設けられ、前記操舵力伝達系に操舵アシスト力を付与するパワーステアリング手段と、
   前記伝達比可変手段における制御偏差に基づいて操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに基づいて前記操舵アシスト力を設定し、その設定された操舵アシスト力を前記操舵力伝達系に付与させるように前記パワーステアリング手段を制御する操舵制御手段と、
   を備えた車両操舵装置。

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