JP4421426B2

JP4421426B2 - 操舵装置

Info

Publication number: JP4421426B2
Application number: JP2004252087A
Authority: JP
Inventors: 伸夫杉谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP2006069259A; DE102005034176A1; DE102005034176B4; US7308346B2; US20060047389A1

Description

本発明は、運転者が操作を行う操作子と転舵される転舵輪とが機械的に連結されていない又はその状態から連結可能に構成された操舵装置に関する。

従来、いわゆるＳＢＷ（Steer By Wire）式の操舵装置においては、運転者が操舵するステアリングホイール（以下、ステアリング）と、転舵輪（車輪）とが機械的に連結されていない。このため、実際に転舵輪に切れ角（転舵角または舵角）を与える転舵装置は、運転者による操舵力がステアリングを介して伝達されない分、ステアリングと転舵装置が機械的に連結されている車両に比して、より大きな出力が必要となる。

また、ＳＢＷ式の操舵装置では、転舵装置側の物理的なラックエンド位置をステアリング側で感じることができないので、いわゆるラックエンドの突き当て、すなわち、転舵角の最大値を運転者に知らせてやる必要がある。
その一手法として、転舵角が最大値となるような操舵角（ハンドル角）付近で操舵反力を相対的に急激に増大させ、そのときに転舵角が最大値であることを運転者に知らせるものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００３−１２７８８６号公報

ところで、転舵装置に電動モータを用いたＳＢＷ式の操舵装置の場合、製造コストや消費電力を低減する観点から、転舵装置の出力をなるべく下げたいという要求がある。
しかしながら、モータ出力が十分でないと、運転者が意図している転舵角、つまり、ハンドル角に応じて決まる目標転舵角に転舵輪を十分に追従させることができず、運転者は大きな違和感を感じることがある。特に車庫入れ等の相対的に大きな転舵出力を必要とする極低速時に、その違和感は顕著なものとなる。

また、運転者の操舵による目標舵角に転舵輪が十分追従していないとき、つまり、転舵装置のモータが最大出力で転舵輪を転舵しているときに、運転者がステアリングの操舵方向を逆転させても、転舵輪はそれまでの転舵方向に転舵し続ける現象が発生し得る。
このとき、運転者が転舵輪の追従遅れに気付いていなくても、ステアリングの操舵方向と転舵輪の転舵方向とが逆転した状態が続くと、それまでと同方向の旋回（操舵方向と逆方向の旋回）に遅れて運転者の意図する方向（操舵方向と同方向）に旋回し始めるという車両挙動を示し、運転者は非常に大きな違和感を感じることとなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、操舵方向と転舵方向が逆転した際に生じる車両挙動の悪化を抑制することが可能な操舵装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の操舵装置は、運転者が操作を行う操作子（例えば、実施の形態でのステアリングホイール２）と転舵される転舵輪（例えば、実施の形態での車輪６）とが機械的に連結されていない又はその状態から連結可能に構成された操舵装置であって、前記操作子の操作量（例えば、実施の形態での操舵角）に応じて前記転舵輪の目標転舵角（例えば、実施の形態での制御目標転舵角λｔｔ）を設定する目標転舵角設定手段（例えば、実施の形態での目標転舵角設定部２１）と、前記転舵輪の実転舵角（例えば、実施の形態での実転舵角λ）を測定する転舵角測定手段（例えば、実施の形態での転舵角センサ１２）と、前記目標転舵角と前記実転舵角との偏差に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータ（例えば、実施の形態でのステアリングモータ１０）とを備え、前記目標転舵角設定手段は、前記転舵アクチュエータの出力が最大出力に達している状態で前記操作子の操作方向が逆方向となった際には、その時点での前記転舵角測定手段にて測定される実転舵角に応じて目標転舵角を設定することを特徴としている。

上記構成の操舵装置によれば、運転者の操舵に応じた目標転舵角に対して転舵輪の実転舵角が追従遅れを有する状態で、運転者が操舵方向を反転させた場合であっても、この時点で測定される実転舵角を目標転舵角に反映させることで、運転者の操舵方向と、実転舵角に従う車両の旋回方向との対応関係が逆転してしまうことを防止することができる。
しかも、運転者が操舵方向を反転させた時点で実転舵角に応じて目標転舵角を設定することで、目標転舵角と実転舵角との間の偏差を小さく、あるいは、ゼロに設定することができ、目標転舵角に対する実転舵角の追従性を向上させることができる。

さらに、請求項２に記載の本発明の操舵装置では、前記操作子の操作量に応じた前記目標転舵角と前記実転舵角との符号が異なるか否かを判定する判定手段を備え、前記目標転舵角設定手段は、前記転舵アクチュエータの出力が最大出力に達している状態で前記操作子の操作量に応じた前記目標転舵角と前記実転舵角との符号が同じである場合に前記操作子の操作方向が逆方向となった際には、その時点での前記転舵角測定手段にて測定される実転舵角に応じて目標転舵角を設定することを特徴としている。

上記構成の操舵装置によれば、運転者の操舵方向と、実転舵角に従う車両の旋回方向との対応関係が逆転してしまうことを防止しつつ、運転者が操舵フィーリングに違和感を感じることを防止することができる。

以上説明したように、本発明の操舵装置によれば、運転者の操舵に応じた目標転舵角に対して転舵輪の実転舵角が追従遅れを有する状態で、運転者が操舵方向を反転させた場合であっても、運転者の操舵方向と、実転舵角に従う車両の旋回方向との対応関係が逆転してしまうことを防止することができる。
しかも、運転者が操舵方向を反転させた時点で実転舵角に応じて目標転舵角を設定することで、目標転舵角と実転舵角との間の偏差を小さく、あるいは、ゼロに設定することができ、目標転舵角に対する実転舵角の追従性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る操舵装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による操舵装置１は、例えば図１に示すように、運転者が操舵を行うステアリングホイール（操作子、以下、単にステアリングと呼ぶ）２と、ステアリング２に付設された操舵角センサ３および操舵反力付加モータ（反力アクチュエータ）４および操舵トルクセンサ５と、左右の車輪（転舵輪）６にナックルアーム７及びタイロッド８を介して連結されたステアリングロッド９と、ステアリングロッド９を軸方向に駆動して車輪６に舵角（転舵角）を与えるステアリングモータ（転舵アクチュエータ）１０と、車両の速度（車速）を出力する車速センサ１１と、ステアリングロッド９の軸方向位置から車輪６の舵角を出力する転舵角センサ（転舵角測定手段）１２と、操舵反力付加モータ４及びステアリングモータ１０を制御する制御装置１３とを備えて構成されている。

制御装置１３は、例えば図２に示すように、操舵角センサ３および車速センサ１１および転舵角センサ１２からの各検出信号に基づいてステアリングモータ１０を制御する転舵制御部２０と、該転舵制御部２０および操舵トルクセンサ５および車速センサ１１および転舵角センサ１２からの制御信号および各検出信号に基づいて操舵反力付加モータ４を制御する操舵反力制御部３０とを備えており、操舵反力付加モータ４とステアリングモータ１０とを個別に制御し得るようになっている。

転舵制御部２０は、操舵角センサ３からのステアリング２の操舵角（ハンドル角：操作量）および操舵方向を含めた操舵角信号と、車速センサ１１からの車速信号とに基づいて目標転舵角を設定する目標転舵角設定部（目標転舵角設定手段）２１と、この目標転舵角に転舵角センサ１２の出力値、つまり、車輪６の実転舵角を一致させるためのステアリングモータ１０への供給電力を制御するステアリングモータ制御部２２とを備えている。
これにより、ステアリング２に運転者が与えた操舵角に対し、その時の車速を加味した最適な車輪６の転舵角が決定される。

操舵反力制御部３０は、車速センサ１１からの車速信号および転舵角センサ１２からの転舵角信号および転舵制御部２０からの舵角指令信号に基づいて目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定部３１と、この目標操舵反力設定部３１で設定された目標操舵反力に操舵トルクセンサ５の出力値（実操舵トルク）を一致させるための操舵反力モータ４への供給電力を制御する操舵反力モータ制御部３２とを備えている。
これにより、運転者による操舵方向とは逆方向の操舵反力がステアリング２に加えられ、ステアリング２と車輪６との間が、あたかも直接連結されているかのような操舵フィーリングが得られる。

本実施の形態による操舵装置１は上記構成を備えており、次に、この操舵装置１の動作、特に、ステアリングモータ１０の最大出力に比して運転者によるステアリング２の操舵動作が急激であることに起因して運転者の意図している目標転舵角に対して車輪６に追従遅れが生じた状態で、運転者がステアリング２の操舵方向を逆転させた場合において、制御目標転舵角λｔｔを設定する動作について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、例えば図３に示すステップＳ０１においては、後述する標準目標転舵角λｔを補正して得た値が制御目標転舵角λｔｔとして設定される状態であることを示す目標転舵角修正フラグＦ＿Ｒのフラグ値が「１」であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ１０に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０２に進む。

ステップＳ０２においては、ステアリングモータ１０の出力が既に最大出力に達していることを示す操舵制御最大出力フラグＦ＿ＯＵＴのフラグ値が「１」であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０８に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまりステアリングモータ１０の出力が既に最大出力に達していることで、実転舵角λが操舵角信号と車速信号とに基づいて設定される標準目標転舵角λｔに十分追従していない虞のある場合には、ステップＳ０３に進む。

ステップＳ０３においては、標準目標転舵角λｔまたは実転舵角λがゼロ近傍の値であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり標準目標転舵角λｔに応じて実転舵角λが変更される際の応答誤差や実転舵角λの検出誤差等が相対的に増大する虞がある場合には、ステップＳ０８に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４に進む。

ステップＳ０４においては、標準目標転舵角λｔと実転舵角λとが異符号であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり標準目標転舵角λｔに応じて実転舵角λの符号が反転する可能性がある場合には、後述するステップＳ０８に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０５に進む。

ステップＳ０５においては、ステアリング２の操舵方向が反転したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０８に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、標準目標転舵角λｔを補正するための目標修正比ｒとして、実転舵角λを標準目標転舵角λｔで除算して得た値（λ／λｔ）を設定する。
そして、ステップＳ０７においては、目標転舵角修正フラグＦ＿Ｒのフラグ値に「１」を設定する。

次に、ステップＳ０８においては、制御目標転舵角λｔｔとして、標準目標転舵角λｔと目標修正比ｒとを積算して得た値（λｔ×ｒ）を設定する。
次に、ステップＳ０９においては、例えばＰＩ（比例・積分）制御等によって制御目標転舵角λｔｔと実転舵角λとの差がゼロとなるようにしてステアリングモータ１０を駆動制御する操舵制御を実行し、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ１０においては、操舵角θがゼロであるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０８に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１においては、目標修正比ｒに「１」を設定する。
次に、ステップＳ１２においては、目標転舵角修正フラグＦ＿Ｒのフラグ値に「０」を設定し、上述したステップＳ０８に進む。

例えば、図４に示す時刻ｔ０以降のように運転者による適宜の操舵方向での操舵角θが増大傾向に変化することに伴い、操舵角信号と車速信号とに基づいて設定される標準目標転舵角λｔが増大傾向に変化する状態において、時刻ｔ１以降のようにステアリングモータ１０の出力が最大出力に到達すると、この標準目標転舵角λｔを制御目標転舵角λｔｔとして設定する制御において、制御目標転舵角λｔｔに対する実転舵角λの追従遅れが増大し、制御目標転舵角λｔｔと実転舵角λとの差異が増大する。

この状態で、例えば時刻ｔ２のように、運転者による操舵方向が反転すると、操舵角信号と車速信号とに基づいて設定される標準目標転舵角λｔは減少傾向に変化する。
このため、例えば時刻ｔ２以降において標準目標転舵角λｔを制御目標転舵角λｔｔとして設定する制御を継続すると、減少傾向に変化する制御目標転舵角λｔｔに対して、追従遅れを有する実転舵角λは増大傾向に変化し続ける状態が発生することになる。
これに対して、上述した実施形態では、標準目標転舵角λｔが減少傾向に変化する時刻ｔ２以後の適宜のタイミングで実転舵角λを制御目標転舵角λｔｔとして設定し、このときの実転舵角λと制御目標転舵角λｔｔとの比を目標修正比ｒ（＝λ／λｔ）として記憶し、このタイミング以降においては、操舵角信号と車速信号とに基づいて設定される標準目標転舵角λｔに目標修正比ｒを作用させた値（λｔ×ｒ）を制御目標転舵角λｔｔとして設定する制御を実行する。
これにより、少なくとも運転者の操舵方向と、実転舵角λに従う車両の旋回方向とが逆転することが防止され、運転者による操舵方向が反転するより以前と同方向の旋回（つまり運転者による操舵方向と逆方向の旋回）に遅れて運転者の意図する方向（つまり操舵方向と同方向）に車両が旋回し始める、という極めて違和感の強い車両挙動が発生してしまうことを防ぐことができる。

そして、標準目標転舵角λｔを目標修正比ｒにより補正して制御目標転舵角λｔｔとして設定する制御は、例えば時刻ｔ３のように操舵角θがゼロに到達して、ステアリング２の状態が中立位置に到達した時点で停止され、目標修正比ｒに「１」が設定されることで、時刻ｔ３以降においては、操舵角信号と車速信号とに基づいて設定される標準目標転舵角λｔを制御目標転舵角λｔｔとして設定する制御が開始される。

上述したように、本実施の形態による操舵装置１によれば、運転者の操舵に応じた標準目標転舵角λｔに対して転舵輪の実転舵角λが追従遅れを有する状態で、運転者が操舵方向を反転させた場合であっても、この時点で測定される実転舵角λを標準目標転舵角λｔで除算して得た値（λ／λｔ）を標準目標転舵角λｔを補正するための目標修正比ｒとして設定することで、運転者の操舵方向と、実転舵角λに従う車両の旋回方向との対応関係が逆転してしまうことを防止することができ、例えば、それまでと同方向の旋回（操舵方向と逆方向の旋回）に遅れて運転者の意図する方向（操舵方向と同方向）に旋回し始める、という極めて違和感の強い車両挙動の発生を有効に防ぐことができる。
しかも、運転者が操舵方向を反転させた時点で制御目標転舵角λｔｔを実転舵角λに一致させることで、これ以降において、制御目標転舵角λｔｔと実転舵角λとの間の偏差を小さく、あるいは、ゼロに設定することができ、制御目標転舵角λｔｔに対する実転舵角λの追従性を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、操舵角信号と車速信号とに基づいて設定される標準目標転舵角λｔと実転舵角λとに基づき、制御目標転舵角λｔｔを設定するとしたが、これに限定されず、例えば図５に示す上述した実施形態の変形例のように、車速信号に応じて設定される操舵角と転舵角との比、つまり標準舵角比Ｇ（Ｖ）に基づき制御目標転舵角λｔｔを設定してもよい。
すなわち、この変形例では、ステップＳ０１の判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２１に進み、ステップＳ２１においては、車速Ｖを取得する。
次に、ステップＳ２２においては、予め記憶している車速Ｖと標準舵角比Ｇ（Ｖ）との所定の関係を示すマップを、取得した車速Ｖによりマップ検索して得た標準舵角比Ｇ（Ｖ）を、制御舵角比Ｇとして設定し、ステップＳ０２に進む。
さらに、この変形例では、上述した実施形態でのステップＳ１１を省略すると共に、ステップＳ０６およびステップＳ０８の代わりに、ステップＳ２３およびステップＳ２４を実行する。
つまり、ステップＳ０５の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２３に進み、ステップＳ２３においては、実転舵角λを操舵角θで除算して得た値（λ／θ）を制御舵角比Ｇとして設定し、ステップＳ０７に進む。
また、ステップＳ２４においては、制御舵角比Ｇに操舵角θを積算して得た値（Ｇ×θ）を制御目標舵角λｔｔとして設定する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
例えば、ステアリング２と車輪６との間がクラッチを介して機械的に連結され、平常時は、クラッチ接続が断たれてステアリング２と車輪６とが機械的に連結されていないが、異常発生時は、クラッチが接続されてステアリング２と車輪６とが機械的に連結されるように構成されたものでもよい。

なお、上述した実施の形態においては、「転舵角」に代えて、これと所定の相関を有するステアリングロッド９の「ラックストローク」を用いてもよい。この場合には、標準目標転舵角は標準目標ラックストローク、実転舵角は実ラックストローク、制御目標転舵角は制御目標ラックストローク、目標転舵角修正フラグは目標ラックストローク修正フラグに対応する。

本発明の一実施形態に係る車両の構成図である。本発明の一実施形態に係る操舵装置の構成図である。図２に示す操舵装置の動作を示すフローチャートである。図２に示す操舵装置における制御目標転舵角λｔｔの時間変化の一例を示すグラフ図である。本実施形態の変形例に係る操舵装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１操舵装置
２ステアリングホイール（操作子）
６車輪（転舵輪）
１０ステアリングモータ（転舵アクチュエータ）
１２転舵角センサ（転舵角測定手段）

Claims

運転者が操作を行う操作子と転舵される転舵輪とが機械的に連結されていない又はその状態から連結可能に構成された操舵装置であって、
前記操作子の操作量に応じて前記転舵輪の目標転舵角を設定する目標転舵角設定手段と、
前記転舵輪の実転舵角を測定する転舵角測定手段と、
前記目標転舵角と前記実転舵角との偏差に応じて転舵輪を転舵する転舵アクチュエータとを備え、
前記目標転舵角設定手段は、前記転舵アクチュエータの出力が最大出力に達している状態で前記操作子の操作方向が逆方向となった際には、その時点での前記転舵角測定手段にて測定される実転舵角に応じて目標転舵角を設定することを特徴とする操舵装置。
前記操作子の操作量に応じた前記目標転舵角と前記実転舵角との符号が異なるか否かを判定する判定手段を備え、
前記目標転舵角設定手段は、前記転舵アクチュエータの出力が最大出力に達している状態で前記操作子の操作量に応じた前記目標転舵角と前記実転舵角との符号が同じである場合に前記操作子の操作方向が逆方向となった際には、その時点での前記転舵角測定手段にて測定される実転舵角に応じて目標転舵角を設定することを特徴とする請求項１記載の操舵装置。