JP4474298B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵ハンドルと転舵輪とをケーブルで接続したステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に示されているように、操舵ハンドルに接続されて操舵ハンドルと連動して回転する入力部材と、転舵輪に接続されて回転により転舵輪を転舵する出力部材とを、両端部にて第１および第２電磁クラッチを接続したケーブルを介して接続するようにしたステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置は知られている。そして、この車両の操舵装置においては、その正常時には、第１および第２電磁クラッチを切断状態に設定して、第１電気アクチュエータにより操舵ハンドルの操舵操作に応じて入力部材を回転駆動することにより、操舵ハンドルの操舵操作に対して操舵反力を付与するとともに、第２電気アクチュエータにより操舵ハンドルの操舵操作に応じて出力部材を回転駆動することにより、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵輪を転舵する。一方、操舵装置の異常時には、第１および第２電磁クラッチを接続状態に設定して、入力部材と出力部材とをケーブルを介して機械的に連結し、操舵ハンドルの操舵操作が、入力部材、ケーブルおよび出力部材を介して転舵輪に伝達されるようにして、操舵ハンドルの操舵操作に応じた転舵輪の転舵を確保するようにしている。
特開２００４−２２４０９６号公報

しかし、操舵装置の正常時であっても、出力部材は、第２電気アクチュエータによる転舵輪の転舵に連動して回転するので、すなわち操舵ハンドルの操舵操作に応じて回転するので、第１および第２電磁クラッチを省略しても、ケーブルは単に回転するだけで転舵輪の転舵には影響しない。したがって、操舵装置の製造コストの低減のために、第１および第２電磁クラッチを省略することも可能である。また、第１および第２電磁クラッチを省略しなくても、第２電気アクチュエータによる転舵輪の転舵が確保されている状態で、操舵装置の一部の異常検出時には、第１および第２電磁クラッチを接続状態に設定することにより大きな異常の発生に備えた状態で、第２電気アクチュエータを駆動制御して転舵輪の転舵を続行することも考えられる。

このような電磁クラッチの省略または電磁クラッチの接続制御状態すなわち操舵ハンドルと転舵輪とをケーブルを介して接続した状態で、第２電気アクチュエータの駆動制御により転舵輪を転舵すると、操舵ハンドルの操舵操作による入力部材の回転と、第２電気アクチュエータによる出力部材の回転すなわち転舵輪の転舵との間に位相差が発生したとき、ケーブルに捩れが生じて捩れトルクが発生する。このケーブルの捩れトルクは、操舵ハンドルの操舵操作に対する操舵反力に影響を与えるので、操舵ハンドルの操舵操作時に、運転者に違和感を与える。特に、操舵ハンドルの切り戻し時には、ケーブルの捩れトルクが大きく変化するので、運転者に大きな違和感を与える。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、操舵ハンドルと転舵輪とをケーブルを介して接続した状態で、電気アクチュエータの駆動制御により転舵輪を転舵した場合でも、ケーブルの捩れトルクによる影響を受けないようにして、運転者が常に違和感をもつことなく、快適に操舵ハンドルを操舵操作できるようにした車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルに接続されて操舵ハンドルと連動して変位する入力部材と、入力部材に動力伝達可能に接続されて同入力部材を駆動することにより操舵ハンドルの操舵操作に対して反力を付与する第１電気アクチュエータと、転舵輪に接続されて転舵輪と連動して変位する出力部材と、出力部材に動力伝達可能に接続されて同出力部材を駆動することにより転舵輪を転舵する第２電気アクチュエータと、操舵ハンドルの操舵量を検出する操舵量センサと、操舵量センサによって検出された操舵ハンドルの操舵量を用いて目標操舵反力を計算し、前記計算した目標操舵反力に応じて第１電気アクチュエータを駆動制御することにより操舵ハンドルに対して前記計算した目標操舵反力の付与を制御する操舵反力制御手段と、操舵量センサによって検出された操舵ハンドルの操舵量を用いて目標転舵角を計算し、前記計算した目標転舵角に応じて第２電気アクチュエータを駆動制御することにより転舵輪を前記計算した目標転舵角に転舵制御する転舵制御手段とを備えた車両の操舵装置において、両端部にて入力部材と出力部材にそれぞれ接続されて同入力部材および同出力部材の変位に連動して回転するケーブルと、ケーブルの捩れトルクを検出する捩れトルク検出手段と、前記検出した捩れトルクを用いて操舵ハンドルに付与される目標操舵反力を補正する補正手段とを設けたことにある。

この場合、捩れトルク検出手段を、例えば、ケーブルを介して接続された状態にある入力部材と出力部材の各変位量の差により前記ケーブルの捩れ量を検出する捩れ量検出手段と、前記検出された捩れ量を用いてケーブルの捩れトルクを計算する捩れトルク計算手段とで構成することができる。また、捩れ量検出手段を、出力部材の変位量を検出する変位量センサと、操舵量センサによって検出された操舵量と変位量センサによって検出された変位量との差を計算する変位量差計算手段とで構成することができる。

上記のように構成した本発明の特徴においては、捩れ量検出手段、捩れトルク計算手段および補正手段により、ケーブルの捩れに起因した捩れトルクに応じて操舵ハンドルに付与される操舵反力が修正され、ケーブルの捩れトルクが操舵ハンドルの操舵操作に影響しなくなる。その結果、本発明によれば、運転者は、常に違和感をもつことなく、快適に操舵ハンドルを操舵操作できる。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図１は、同実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。

この車両の操舵装置は、運転者によって操舵操作される操舵操作装置１０と、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を運転者の操舵操作に応じて転舵する転舵装置２０とをケーブル３１を介して接続したステアバイワイヤ方式を採用している。操舵操作装置１０は、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下部には操舵反力用電動モータ（電気アクチュエータ）１３が組み付けられている。操舵反力用電動モータ１３は、減速機構１４を介して操舵入力軸１２を軸線周りに回転駆動する。操舵入力軸１２の下端には、変換機構１５が接続されている。変換機構１５は、ウォームおよびホイールからなり、操舵入力軸１２の軸線周りの回転を、増速するとともに前記軸線と直交する軸線周りの回転に変換して出力する。なお、これらの操舵入力軸１２および変換機構１５が、本発明の入力部材を構成する。

転舵装置２０は、車両の左右方向に延びて配置されたラックバー２１を備えている。このラックバー２１の両端部には、図示省略したタイロッドおよびナックルアームを介して、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ラックバー２１の軸線方向の変位により左右に転舵される。ラックバー２１の外周上には、図示しないハウジングに組み付けられた転舵用電動モータ（電気アクチュエータ）２２が設けられている。転舵用電動モータ２２の回転は、ねじ送り機構２３により減速されるとともにラックバー２１の軸線方向の変位に変換される。

また、転舵装置２０は、軸線周りに回転可能な操舵出力軸２４も有している。操舵出力軸２４の下端にはピニオンギヤ２５が固定されており、同ピニオンギヤ２５はラックバー２１に設けたラック歯２１ａに噛み合っていて、ラックバー２１の軸線方向の変位に応じて転舵出力軸２４は軸線周りに回転する。逆に、操舵出力軸２４の軸線周りの回転により、ラックバー２１は軸線方向に変位する。操舵出力軸２４の上端には、変換機構２６が接続されている。変換機構２６は、ウォームおよびホイールからなり、操舵出力軸２４の軸線と直交した軸線周りの入力される回転を、減速するとともに操舵出力軸２４の軸線周りの回転に変更して出力する。逆に、変換機構２６は、操舵出力軸２４の軸線周りの回転を増速してケーブル３１側にも出力する。なお、これらの変換機構２６、操舵出力軸２４、ピニオンギヤ２５およびラックバー２１が、本発明の出力部材を構成する。

ケーブル３１は、変換機構１５，２６の間に配置されている。ケーブル３１は、変換機構１５の出力軸の回転を変換機構２６の入力軸に伝達するものであり、グリースの満たされた長尺状のフレキシブルな管内に管の軸線方向に沿って配設されている。このケーブル３１は、その上端に設けた固定部材３１ａにより変換機構１５の出力軸に一体回転するように接続されているとともに、その下端に設けた固定部材３１ｂにより変換機構２６の入力軸に一体回転するように接続されている。

次に、操舵反力用電動モータ１３および転舵用電動モータ２２を制御する電気制御装置４０について説明する。電気制御装置４０は、操舵角センサ４１、回転角センサ４２、転舵角センサ４３および車速センサ４４を備えている。操舵角センサ４１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵入力軸１２の軸線周りの回転を計測することにより、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出してハンドル操舵角θhとして出力する。回転角センサ４２は、操舵出力軸２４に組み付けられて、操舵出力軸２４の軸線周りの出力軸回転角θoを検出して出力する。なお、ハンドル操舵角θhおよび出力軸回転角θoは、操舵ハンドル１１および操舵出力軸２４の各中立位置をそれぞれ「０」とし、各中立位置から右方向の回転角を正の値でそれぞれ表し、各中立位置からの左方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。転舵角センサ４３は、ラックバー２１に組み付けられて、ラックバー２１の軸線方向の変位を計測することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δを検出して出力する。なお、実転舵角δは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の中立位置を「０」とし、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の右方向の転舵角を正の値で表し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の左方向の転舵角を負の値で表す。車速センサ４４は、車速Ｖを検出して出力する。

また、電気制御装置４０は、互いに接続された転舵用電子制御ユニット（以下、転舵用ＥＣＵという）４５および操舵反力用電子制御ユニット（以下、操舵反力用ＥＣＵという）４６を備えている。転舵用ＥＣＵ４５には、操舵角センサ４１、転舵角センサ４３および車速センサ４４が接続されている。操舵反力用ＥＣＵ４６には、操舵角センサ４１、回転角センサ４２および車速センサ４４が接続されている。これらのＥＣＵ４５，４６は、それぞれＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とする。転舵用ＥＣＵ４５は、図２の転舵制御プログラムを実行して、駆動回路４７を介して転舵用電動モータ２２を駆動制御する。操舵反力用ＥＣＵ４６は、図３の操舵反力制御プログラムを実行して、駆動回路４８を介して操舵反力用電動モータ１３を駆動制御する。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。イグニッションスイッチの投入により、転舵用ＥＣＵ４５および操舵反力用ＥＣＵ４６は、転舵制御プログラムおよび操舵反力制御プログラムを所定の短時間ごとにそれぞれ繰り返し実行し始める。

転舵制御プログラムの実行は、図２のステップＳ１０にて開始され、転舵用ＥＣＵ４５は、ステップＳ１１にて、操舵角センサ４１からのハンドル操舵角θh、転舵角センサ４３からの実転舵角δ、および車速センサ４４からの車速Ｖを入力するのに加えて、操舵反力用ＥＣＵ４６から出力されるフェイルフラグＦＬ２を入力する。フェイルフラグＦＬ２は、“０”によって操舵操作装置１０の正常状態を示し、“１”によって操舵操作装置１０の異常状態を示すもので、初期には“０”に設定されている。次に、ステップＳ１２にてフェイルフラグＦＬ１が“１”であるか否かを判定する。フェイルフラグＦＬ１は、“０”によって転舵装置２０の正常状態を示し、“１”によって転舵装置２０の異常状態を示すもので、初期には“０”に設定されている。

まず、操舵操作装置１０および転舵装置２０が共に正常である場合について説明する。したがって、フェイルフラグＦＬ１は“０”であるので、ステップＳ１２にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ１３以降に進む。ステップＳ１３においては転舵装置２０の異常をチェックし、ステップＳ１４にて転舵装置２０の異常の有無を判定する。この転舵装置２０のチェックにおいては、例えば、転舵用電動モータ２２の断線、短絡、その他の異常を駆動回路４７からの信号を入力してチェックする。この場合、前述のように、転舵装置２０の正常を前提としているので、前記ステップＳ１３の異常チェック処理において転舵装置２０の異常は検出されない。したがって、転舵用ＥＣＵ４５は、前記ステップＳ１４にて「Ｎｏ」すなわち転舵装置２０は正常であると判定して、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５においては、フェイルフラグＦＬ２が“１”であるか否かを判定する。前述のように、操舵操作装置１０も正常であって、フェイルフラグＦＬ２は“０”に設定されているので、ステップＳ１５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６においては、転舵用ＥＣＵ４５は、前記入力したハンドル操舵角θhを用いて目標転舵角δ＊を計算する。この目標転舵角δ＊の計算においては、まず、ＲＯＭ内に記憶されている転舵角テーブルを参照して、ハンドル操舵角θhに応じて変化する目標転舵角δ＊を計算する。転舵角テーブルは、図４に示すように、ハンドル操舵角θhの増加に従ってほぼ線形に増加する目標転舵角δ＊を記憶している。なお、この転舵角テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θhと目標転舵角δ＊との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用して目標転舵角δ＊を計算するようにしてもよい。

そして、ステップＳ１７にて、実転舵角δが前記計算した目標転舵角δ＊に等しくなるように、両転舵角δ＊，δの差(δ＊−δ)を用いて駆動回路４７を介して転舵用電動モータ２２の回転を制御する。これにより、転舵用電動モータ２２は回転駆動され、ねじ送り機構２３を介してラックバー２１を軸線方向に駆動して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を目標転舵角δ＊に転舵する。前記ステップＳ１７の処理後、ステップＳ２３にてこの転舵制御プログラムの実行を一旦終了する。

また、前記ラックバー２１の軸線方向の変位は、ピニオンギヤ２５により操舵出力軸２４の軸線周りの回転にも変換される。操舵出力軸２４の回転は変換機構２６によって減速されてケーブル３１に伝達されて、ケーブル３１も軸線周りに回転する。一方、操舵入力軸１２は操舵ハンドル１１の回動操作によって軸線周りに回転しており、この操舵入力軸１２の回転は変換機構１５によって増速されてケーブル３１に伝達されている。本実施形態においては、操舵ハンドル１１および操舵入力軸１２の回転角すなわちハンドル操舵角θhと、転舵用電動モータ２２の回転による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に伴う操舵出力軸２４の出力軸回転角θoとがほぼ一致するように、ハンドル操舵角θhに対する目標転舵角δ＊の比、減速機構２３の減速比、およびピニオンギヤ２５とラックバー２１のラック歯２１ａのギヤ比が予め設定されている。また、変換機構１５，２６の両増速率（または両減速率）も等しく設定されている。したがって、ケーブル３１の両固定部材３１ａ，３１ｂの回転角は共にほぼ等しく、基本的には、ケーブル３１には捩れが生じない。しかしながら、操舵ハンドル１１の回転角すなわちハンドル操舵角θhと、転舵用電動モータ２２による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δとの間に位相差が生じた場合には、ケーブル３１には捩れが生じる。

なお、変換機構１５，２６の両増速率（または両減速率）を必ずしも等しく設定したり、操舵入力軸１２と操舵出力軸２４の回転角を必ずしも等しく設定する必要はない。要は、変換機構１５の出力軸の回転すなわちケーブル３１の固定部材３１ａの回転角と、変換機構２６の入力軸すなわちケーブル３１の固定部材３１ｂの回転角とが等しくなるようにすればよい。したがって、この場合、変換機構１５，２６の各増速率（または各減速率）、ハンドル操舵角θhに対する目標転舵角δ＊との比、減速機構２３の減速率、およびピニオンギヤ２５とラックバー２１のラック歯２１ａのギヤ比を適宜調整しておく。

一方、操舵反力用ＥＣＵ４６は、図３の操舵反力制御プログラムの実行をステップＳ３０にて開始する。操舵反力用ＥＣＵ４６は、ステップＳ３１にて、操舵角センサ４１からのハンドル操舵角θh、回転角センサ４２からの出力軸回転角θoおよび車速センサ４４からの車速Ｖを入力するのに加えて、転舵用ＥＣＵ４５から出力されるフェイルフラグＦＬ１を入力する。

そして、ステップＳ３２にてフェイルフラグＦＬ２が“１”であるか否かを判定する。いま、操舵操作装置１０は正常であって、フェイルフラグＦＬ２は“０”であるので、ステップＳ３２にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ３３以降に進む。ステップＳ３３においては操舵操作装置１０の異常をチェックし、ステップＳ３４にて操舵操作装置１０の異常の有無を判定する。この操舵操作装置１０の異常のチェックにおいては、例えば、操舵反力用電動モータ１３の断線、短絡、その他の異常を駆動回路４８からの信号を入力してチェックする。この場合、前述のように、操舵操作装置１０の正常を前提としているので、前記ステップＳ３３の異常チェック処理において操舵操作装置１０の異常は検出されない。したがって、操舵反力用ＥＣＵ４６は、前記ステップＳ３４にて「Ｎｏ」すなわち操舵操作装置１０は正常であると判定して、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５においては、フェイルフラグＦＬ１が“１”であるか否かを判定する。前述のように、転舵装置２０も正常であって、フェイルフラグＦＬ１は“０”に設定されているので、ステップＳ３５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６においては、操舵反力用ＥＣＵ４６は、ＲＯＭ内に設けられている操舵反力テーブルを参照して、ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖに応じて変化する目標操舵反力Ｔh＊を計算する。この操舵反力テーブルは、図５に示すように、複数の代表的な車速値ごとに、ハンドル操舵角θhの増加に従って非線形増加する複数の目標操舵反力Ｔh＊を記憶している。また、この目標操舵反力Ｔh＊は、同一のハンドル操舵角θhに対して、車速Ｖが大きいほど大きな値をとる。なお、この操舵反力テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖに応じて変化する目標操舵反力Ｔh＊を関数により予め定義しておき、同関数を利用して目標操舵反力Ｔh＊を計算するようにしてもよい。

次に、操舵反力用ＥＣＵ４６は、ステップＳ３７にて、前記入力したハンドル操舵角θhから前記入力した出力軸回転角θoを減算することにより、ケーブル３１の捩れ角Δθ（＝θh−θo）を計算する。そして、操舵反力用ＥＣＵ４６は、ステップＳ３８にて、ＲＯＭ内に設けられている捩れ補正トルクテーブルを参照して、捩れ角に応じて変化する捩れ補正トルクＴxを計算する。この捩れ補正トルクテーブルは、図６に示すように、ケーブル３１の捩れ角Δθの増加に従ってほぼ線形的に増加して、ケーブル３１の捩れによって発生されるトルクを表す捩れ補正トルクＴxを記憶している。なお、この捩れ補正トルクテーブルを利用するのに代えて、捩れ角Δθに応じて変化する捩れ補正トルクＴxを関数により予め定義しておき、同関数を利用して捩れ補正トルクＴxを計算するようにしてもよい。

次に、操舵反力用ＥＣＵ４６は、ステップＳ３９にて、前記計算した目標操舵反力Ｔh＊から前記計算した補正トルクＴxを減算することにより、目標操舵反力Ｔh＊を補正する。そして、操舵反力用ＥＣＵ４６は、ステップＳ４０にて、駆動回路４８と協働して前記補正した目標操舵反力Ｔh＊（＝Ｔh＊−Ｔx）に対応した駆動電流を操舵反力用電動モータ１３に流し、ステップＳ４６にてこの操舵反力制御プログラムの実行を一旦終了する。操舵反力用電動モータ１３は、操舵入力軸１２を前記補正した目標操舵反力Ｔh＊に対応した回転トルクで駆動する。なお、駆動回路４８は、操舵入力軸１２に操舵ハンドル１１の回動方向と反対方向の回転力が付与されるように、操舵反力用電動モータ１３を駆動する必要があるため、目標操舵反力Ｔh＊が正（または負）であるとき、操舵ハンドル１１を左方向（または右方向）に駆動する回転トルクを操舵入力軸１２に付与する。これにより、操舵ハンドル１１の回動操作に対して、操舵反力用電動モータ１３による目標操舵反力Ｔh＊が付与され、運転者は、適度な操舵反力を感じながら、操舵ハンドル１１を回動操作できる。

特に、操舵ハンドル１１のきり戻し操作により、ハンドル操舵角θhと出力軸回転角θoとの間に位相差が生じてケーブル３１に捩れトルクが発生しても、前記補正トルクＴxを用いた目標操舵反力Ｔh＊の補正により、操舵ハンドル１１に付与される操舵反力が修正され、ケーブル３１の捩れトルクが操舵ハンドル１１の操舵操作に影響しなくなる。具体的には、前記補正を行わない場合には、操舵ハンドル１１に対する操舵反力が、図７に示すように、操舵ハンドル１１の切り戻し時に急激に変化してしまうことを回避できる。その結果、本発明によれば、運転者が違和感をもつことなく、常に快適に操舵ハンドルを操舵操作できる。

次に、転舵装置２０に異常が発生した場合について説明する。この場合、転舵用ＥＣＵ４５は、図２のステップＳ１４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１８にてフェイルフラグＦＬ１を“１”に設定し、ステップＳ１９にて“１”に設定されたフェイルフラグＦＬ１を操舵反力用ＥＣＵ４６に出力する。そして、ステップＳ２０にて、転舵用電動モータ２２の作動を停止させ、ステップＳ２３にてこの転舵制御プログラムの実行を一旦終了する。

そして、このようにフェイルフラグＦＬ１が一旦“１”に設定されると、以降、転舵用ＥＣＵ４５はステップＳ１２にて「Ｙｅｓ」と判定して、前述したステップＳ１３〜Ｓ１７の処理を実行することなく、ステップＳ２０の処理を実行して、ステップＳ２３にてこの転舵制御プログラムの実行を終了する。したがって、以降、転舵用電動モータ２２は左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御しなくなる。

この状態では、操舵ハンドル１１の操舵操作に伴う操舵入力軸１２の回転は、変換機構１５、ケーブル３１および変換機構２６を介して操舵出力軸２４に伝達される。そして、操舵出力軸２４は、ピニオンギヤ２５を介してラックバー２１を軸線方向に駆動し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はラックバー２１の軸線方向の変位によって転舵される。その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ケーブル３１を介して伝達される操舵ハンドル１１の回動操作力によって転舵されるようになる。この状態では、転舵装置２０側からケーブル３１を介して操舵入力軸１２に左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に伴う反力が伝達されるので、運転者は、この反力を操舵反力として感じながら操舵ハンドル１１を回動操作することになる。

一方、この状態では、操舵反力用ＥＣＵ４６は、図３のステップＳ３１にて“１”に設定されたフェイルフラグＦＬ１を入力し、ステップＳ３５にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１においては、操舵反力用ＥＣＵ４６は、ＲＯＭ内に設けられているアシスト指令値テーブルを参照して、前記入力したハンドル操舵角θhおよび車速Ｖに応じて変化する目標アシストトルクＴa＊を計算する。このアシスト指令値テーブルは、図８に示すように、複数の代表的な車速値ごとに、ハンドル操舵角θhの増加に従って非線形増加する複数の目標アシストトルクＴa＊を記憶している。また、この目標アシストトルクＴa＊は、同一のハンドル操舵角θhに対して、車速Ｖが大きいほど小さな値をとる。なお、このアシスト指令値テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖに応じて変化する目標アシストトルクＴa＊を関数により予め定義しておき、同関数を利用して目標アシストトルクＴa＊を計算するようにしてもよい。

次に、操舵反力用ＥＣＵ４６は、ステップＳ４２にて、駆動回路４８と協働して前記計算した目標アシストトルクＴa＊に対応した駆動電流を操舵反力用電動モータ１３に流す。これにより、操舵反力用電動モータ１３は、減速機構１４を介し操舵入力軸１２を目標アシストトルクＴa＊に対応した回転力で駆動する。その結果、この転舵用電動モータ２２の作動不能状態では、操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が操舵反力用電動モータ１３の目標アシストトルクＴa＊によってアシストされる。したがって、運転者は、操舵ハンドル１１を軽快に回動操作できるようになる。

次に、操舵操作装置１０に異常が発生した場合について説明する。この場合、操舵反力用ＥＣＵ４６は、図３のステップＳ３４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４３にてフェイルフラグＦＬ２を“１”に設定し、ステップＳ４４にて“１”に設定されたフェイルフラグＦＬ２を転舵用ＥＣＵ４５に出力する。そして、ステップＳ４５にて、操舵反力用電動モータ１３の作動を停止させ、ステップＳ４６にてこの操舵反力制御プログラムの実行を一旦終了する。

そして、このようにフェイルフラグＦＬ２が一旦“１”に設定されると、以降、操舵反力用ＥＣＵ４６はステップＳ３２にて「Ｙｅｓ」と判定して、前述したステップＳ３３〜Ｓ４２の処理を実行することなく、ステップＳ４５の処理を実行して、ステップＳ４６にてこの操舵反力制御プログラムの実行を終了する。したがって、操舵反力用電動モータ１３は、操舵ハンドル１１の回動操作に対する操舵反力の付与を制御しなくなる。

一方、この状態では、転舵用ＥＣＵ４５は、図２のステップＳ１１にて“１”に設定されたフェイルフラグＦＬ２を入力し、ステップＳ１５にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１においては、転舵用ＥＣＵ４５は、前述した図３のステップＳ４１の処理と同様にして、ＲＯＭ内に設けられているアシスト指令値テーブルを参照して、ハンドル操舵角θhおよび車速Ｖに応じて変化する目標アシストトルクＴa＊を計算する。なお、この場合も、アシスト指令値テーブルを利用するのに代えて、関数を利用して目標アシストトルクＴa＊を計算するようにしてもよい。次に、転舵用ＥＣＵ４５は、ステップＳ２２にて、駆動回路４７と協働して前記計算した目標アシストトルクＴa＊に対応した駆動電流を転舵用電動モータ２２に流す。これにより、転舵用電動モータ２２は、ねじ送り機構２３を介してラックバー２１を目標アシストトルクＴa＊に対応した力で軸線方向に駆動する。

したがって、この状態では、転舵装置２０に異常が発生した場合と同様に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ケーブル３１を介して伝達される操舵ハンドル１１の回動操作力によって転舵されるようになる。また、これと同時に、操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵は、転舵用電動モータ２２の目標アシストトルクＴa＊によってアシストされる。したがって、運転者は、転舵装置２０側からケーブル３１を介して操舵入力軸１２に伝達される左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に伴う操舵反力を感じながら操舵ハンドル１１を回動操作するとともに、前記転舵用電動モータ２２によってアシストされながら操舵ハンドル１１を軽快に回動操作できるようになる。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、操舵操作装置１０および転舵装置２０が正常状態にあるときに、ケーブル３１を操舵入力軸１２側および操舵出力軸２４側に直接接続するようにしておいても、ケーブル３１の捩れトルクを考慮した操舵反力の付与制御により、運転者は違和感なく操舵ハンドル１１を操舵操作できる。

さらに、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、上記実施形態においては、本発明を、ケーブル３１を操舵入力軸１２および操舵出力軸１３に、常時、動力伝達可能に接続した車両の操舵に適用した。しかし、本発明は、図９に示すように、変換機構１５，２６とケーブル３１の固定部材３１ａ，３１ｂとの各間に電磁クラッチ３２，３３をそれぞれ介装した車両の操舵装置にも適用される。この場合、電磁クラッチ３２，３３は、ＣＵＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなってマイクロコンピュータを主要構成部品とするクラッチ用電子制御ユニット（以下、クラッチ用ＥＣＵという）５１により、駆動回路５２を介して切断および接続状態に設定制御される。

この場合、車両の操舵装置のいずれにも異常が発生していない状態では、クラッチ用ＥＣＵ５１は電磁クラッチ３２，３３を共に切断状態に設定して、転舵用ＥＣＵ４５および操舵反力用ＥＣＵ４６は、上記実施形態のフェイルフラグＦＬ１，ＦＬ２が共に“０”に設定されている場合と同様に、転舵用電動モータ２２および操舵反力用電動モータ１３をそれぞれ駆動制御する。一方、転舵用電動モータ２２または操舵反力用電動モータ１３、およびその周辺回路に異常が発生した場合には、クラッチ用ＥＣＵ５１は電磁クラッチ３２，３３を共に接続状態に設定して、転舵用ＥＣＵ４５および操舵反力用ＥＣＵ４６は、上記実施形態のフェイルフラグＦＬ１，ＦＬ２の一方が“１”に設定されている場合と同様に、転舵用電動モータ２２または操舵反力用電動モータ１３をそれぞれ駆動制御する。

さらに、この変形例においては、操舵反力用電動モータ１３による操舵反力付与および転舵用電動モータ２２による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が確保されている状態で、操舵装置の一部の異常検出時には、クラッチ用ＥＣＵ５１に電磁クラッチ３２，３３を接続状態に設定することによって大きな異常の発生に備えたうえで、転舵用ＥＣＵ４５および操舵反力用ＥＣＵ４６は、上記実施形態のフェイルフラグＦＬ１，ＦＬ２が共に“０”に設定されている場合と同様に、転舵用電動モータ２２または操舵反力用電動モータ１３をそれぞれ駆動制御する。これによれば、ケーブル３１に過度の負荷を与えなくてすむ。

より具体的には、図９に示すように、操舵反力用電動モータ１３として２つの電動モータ１３ａ，１３ｂを一方の異常時のバックアップ用に設けるとともに、転舵用電動モータ２２として２つの電動モータ２２ａ，２２ｂを一方の異常時のバックアップ用に設けたシステムが考えられる。このようなシステムでは、全ての電動モータ１３ａ，１３ｂ，２２ａ，２２ｂが正常であれば、クラッチ用ＥＣＵ５１は電磁クラッチ３２，３３を共に切断状態に設定して、転舵用ＥＣＵ４５および操舵反力用ＥＣＵ４６は、上記実施形態のフェイルフラグＦＬ１，ＦＬ２が共に“０”に設定されている場合と同様に、電動モータ２２ａ，２２ｂおよび電動モータ１３ａ，１３ｂをそれぞれ駆動制御する。

一方、電動モータ２２ａ，２２ｂおよび電動モータ１３ａ，１３ｂのいずれかに異常が発生した場合には、操舵反力の付与制御および左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵制御が可能な限り、クラッチ用ＥＣＵ５１に電磁クラッチ３２，３３を接続状態に設定することにより大きな異常の発生に備えたうえで、転舵用ＥＣＵ４５および操舵反力用ＥＣＵ４６は、上記実施形態のフェイルフラグＦＬ１，ＦＬ２が共に“０”に設定されている場合と同様に、転舵用電動モータ２２または操舵反力用電動モータ１３をそれぞれ駆動制御する。なお、操舵反力の付与制御または左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵制御が不能な状態時には、クラッチ用ＥＣＵ５１は電磁クラッチ３２，３３を共に接続状態に設定して、転舵用ＥＣＵ４５および操舵反力用ＥＣＵ４６は、上記実施形態のフェイルフラグＦＬ１，ＦＬ２の一方が“１”に設定されている場合と同様に、操舵ハンドル１１の操舵操作に対する操舵アシスト力を発生するように、転舵用電動モータ２２または操舵反力用電動モータ１３をそれぞれ駆動制御する。

この変形例によれば、電磁クラッチ３２，３３を切断状態に設定した状態では、変換機構１５の出力軸の回転角と、変換機構２６の入力軸の回転角を等しくすることなく、操舵入力軸１２の回転と操舵出力軸２４とを独立に回転させることが可能となる。これにより、この状態では、ハンドル操舵角θhの増加に従って非線形に増加する目標転舵角δ＊を設定できる。例えば、目標転舵角δ＊のハンドル操舵角θhに対する変化率が、図４に破線で示すように、ハンドル操舵角θhの絶対値｜θh｜の小さな範囲内で小さく、ハンドル操舵角θhの絶対値｜θh｜が大きくなると大きくなるように設定できる。また、車速Ｖに応じて目標転舵角δ＊を変化させることもできる。たとえば、目標転舵角δ＊が、車速Ｖの増加にしたがって減少するように設定できる。

これによれば、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ハンドル操舵角θhの小さな範囲で同操舵角θhの変化に対して小さく転舵され、ハンドル操舵角θhの大きな範囲で同操舵角θhの変化に対して大きく転舵される。その結果、操舵ハンドル１１の持ち替えなしで左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は大きな転舵角まで転舵される。また、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、車速Ｖが小さいときにはハンドル操舵角θhに対して大きく転舵され、車速Ｖが大きくなるとハンドル操舵角θhに対して小さく転舵される。その結果、低速走行時における車両の小回り性能が良好になるとともに、高速走行時における車両の走行安定性が良好となる。

また、上記実施形態においては、操舵角センサ４１によって検出されたハンドル操舵角θhと回転角センサ４２によって検出された出力軸回転角θoとを用いてケーブル３１の捩れ角Δθを計算するようにした。しかし、転舵角センサ４３によって検出された実転舵角δを出力軸回転角θoに代えて用いることにより、ケーブル３１の捩れ角Δθを計算するようにしてもよい。この場合、操舵ハンドル１１の回転角と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の回転角の比を用いて、検出された実転舵角δをハンドル操舵角θhに対応させるようにする必要がある。

また、上記実施形態においては、転舵用電動モータ２２を用いてラックバー２１を駆動することにより左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵用電動モータを操舵出力軸２４に組み付けて、同電動モータを用いて操舵出力軸２４を回転駆動することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。

また、上記実施形態およびそれらの変形例においては、操舵ハンドル１１として回動操作されるものを採用した。しかし、この操舵ハンドル１１に代えて、例えばジョイスティックなどのように直線的な操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させる操舵ハンドルを利用した車両の操舵装置にも本発明は適用される。

本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。 図１の転舵用ＥＣＵにより実行される転舵制御プログラムのフローチャートである。 図１の操舵反力用ＥＣＵにより実行される操舵反力制御プログラムのフローチャートである。 ハンドル操舵角と目標転舵角の関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角と、車速と、目標操舵反力との関係を示すグラフである。 捩れ角と、捩れ補正トルクとの関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角と、操舵反力との関係を示すグラフである。 ハンドル操舵角と、車速と、目標アシストトルクとの関係を示すグラフである。 上記実施形態の変形例に係る車両の操舵装置の全体概略図である。

符号の説明

１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…操舵反力用電動モータ、１５…変換機構、２１…ラックバー、２２…転舵用電動モータ、２４…操舵出力軸、２６…変換機構、３１…ケーブル、３２，３３…電磁クラッチ、４０…電気制御装置、４１…操舵角センサ、４２…回転角センサ、４３…転舵角センサ、４４…車速センサ、４５…転舵用ＥＣＵ、４６…操舵反力用ＥＣＵ、５１…クラッチ用ＥＣＵ

Claims (3)

1. 操舵ハンドルに接続されて操舵ハンドルと連動して変位する入力部材と、
   前記入力部材に動力伝達可能に接続されて同入力部材を駆動することにより操舵ハンドルの操舵操作に対して反力を付与する第１電気アクチュエータと、
   転舵輪に接続されて転舵輪と連動して変位する出力部材と、
   前記出力部材に動力伝達可能に接続されて同出力部材を駆動することにより転舵輪を転舵する第２電気アクチュエータと、
   操舵ハンドルの操舵量を検出する操舵量センサと、
   前記操舵量センサによって検出された操舵ハンドルの操舵量を用いて目標操舵反力を計算し、前記計算した目標操舵反力に応じて前記第１電気アクチュエータを駆動制御することにより操舵ハンドルに対して前記計算した目標操舵反力の付与を制御する操舵反力制御手段と、
   前記操舵量センサによって検出された操舵ハンドルの操舵量を用いて目標転舵角を計算し、前記計算した目標転舵角に応じて前記第２電気アクチュエータを駆動制御することにより転舵輪を前記計算した目標転舵角に転舵制御する転舵制御手段とを備えた車両の操舵装置において、
   両端部にて前記入力部材と前記出力部材にそれぞれ接続されて同入力部材および同出力部材の変位に連動して回転するケーブルと、
   前記ケーブルの捩れトルクを検出する捩れトルク検出手段と、
   前記検出した捩れトルクを用いて操舵ハンドルに対して付与される前記目標操舵反力を補正する補正手段とを設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両の操舵装置において、
   前記捩れトルク検出手段を、
   前記ケーブルを介して接続された状態にある前記入力部材と前記出力部材の各変位量の差により前記ケーブルの捩れ量を検出する捩れ量検出手段と、
   前記検出された捩れ量を用いて前記ケーブルの捩れトルクを計算する捩れトルク計算手段とで構成した特徴とする車両の操舵装置。
3. 請求項２に記載の車両の操舵装置において、
   前記捩れ量検出手段を、
   前記出力部材の変位量を検出する変位量センサと、
   前記操舵量センサによって検出された操舵量と前記変位量センサによって検出された変位量との差を計算する変位量差計算手段とで構成した車両の操舵装置。
   

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