JP4803337B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を車速に応じて変更可能な車両の操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動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、その電動アクチュエータを車速に応じて制御することで、その車速に応じて操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させる車両の操舵装置が提案されている。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するものと連結しないものとがある。操作部材を車輪に機械的に連結する場合、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を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤを駆動する電動アクチュエータを車速に応じて制御することで、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ない場合、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、電動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し、その伝達に際して電動アクチュエータを車速やヨーレート等に応じて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】
【発明が解決しようとする課題】
従来の操舵装置においては車速を検出するセンサを設け、そのセンサの検出車速に応じて操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させていた。そのため、その車速の急変時に、操作量と転舵量との比も車速と同様に急変するため、ドライバーに違和感を与えて操舵フィーリングが低下するという問題がある。
【0004】
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。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、電動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、その電動アクチュエータを少なくとも車速に応じて制御することで、その車速に応じて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車両の操舵装置において、車速を時系列に検出するセンサと、その検出車速が入力される遅れ制御要素とが設けられ、その遅れ制御要素は入力の変化に対して出力の変化に遅れを生じさせるものとされ、少なくとも、その検出車速の時間変化率の大きさが設定値以上である場合においては、その遅れ制御要素の出力値を車速の値として前記電動アクチュエータが制御され、その遅れ制御要素における入力の変化に対する出力の変化の遅れは、その検出車速の時間変化率の大きさの増減に応じて増減される点にある。
この構成によれば、遅れ制御要素に入力されるセンサによる検出車速の変化に対して、その遅れ制御要素の出力の変化は遅れるので、検出車速の時間変化率に比べて遅れ制御要素の出力の時間変化率は小さくなる。よって、その遅れ制御要素の出力値を車速の値として電動アクチュエータを制御することで、その検出車速の急変時に操作量と転舵量との比が急変するのを防止できる。しかも、検出車速が変化しない定常状態においては、車速に対する操作量と転舵量との比の関係特性は遅れ制御要素の出力の影響を受けることがなく、最適な特性を維持することができる。また、検出車速の時間変化率の大きさの増加時に操作量と車輪の転舵量との比の時間変化率が増加するのを防止できる。
【0007】
本発明の第2の特徴は、電動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、その電動アクチュエータを少なくとも車速に応じて制御することで、その車速に応じて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車両の操舵装置において、車速を時系列に検出するセンサと、その検出車速の時間変化率を時系列に演算する手段と、検出車速の時間変化率の大きさと、検出車速の時間変化率の大きさよりも小さい値に設定された仮想時間変化率の大きさとの関係を記憶する手段と、その検出車速の時間変化率の大きさと記憶した関係とに基づき仮想時間変化率の大きさを時系列に求める手段と、その検出車速の時間変化率の大きさが求めた仮想時間変化率の大きさであるとした場合の仮想車速を時系列に求める手段と、少なくとも、その検出車速の時間変化率の大きさが設定値以上である場合においては、その仮想車速の値を車速の値として前記電動アクチュエータが制御される点にある。
この構成によれば、検出車速の時間変化率の大きさに比べて仮想車速の時間変化率の大きさは小さくなる。よって、その仮想車速を車速として電動アクチュエータを制御することで、その検出車速の急変時に操作量と転舵量との比が急変するのを防止できる。しかも、検出車速が変化しない定常状態においては、車速に対する操作量と転舵量との比の関係特性は仮想車速の影響を受けることがなく、最適な特性を維持することができる。
【0008】
その検出車速の時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさとの差は、その検出車速の時間変化率の大きさの増減に応じて増減されるのが好ましい。
これにより、検出車速の時間変化率の大きさの増加時に操作量と車輪の転舵量との比の時間変化率が増加するのを防止できる。
【0009】
その検出車速の時間変化率の大きさが前記設定値未満の時は、その電動アクチュエータの制御に用いられる車速として、その検出車速の値が用いられるのが好ましい。
これにより、その車速の時間変化率の小さい時に操作量と車輪の転舵量との比が不必要に変動することはない。
【0010】
その操作部材の操作に応じて回転する入力シャフトと、出力シャフトと、その入力シャフトの回転を出力シャフトに伝達する回転伝達機構と、その出力シャフトの回転を車輪に舵角が変化するように伝達するステアリングギヤとを備え、その回転伝達機構の構成要素を前記電動アクチュエータにより駆動することで、その電動アクチュエータの動きが車輪に舵角が変化するように伝達されるのが好ましい。
これにより、操作部材と車輪とが機械的に連結された車両の操舵装置に本発明を適用できる。
その回転伝達機構は、サンギヤとリングギヤとに噛み合う遊星ギヤをキャリアにより保持する遊星ギヤ機構により構成され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中の何れかである第1遊星ギヤ要素が前記入力シャフトに連結され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中で入力シャフトに連結されていない何れかである第2遊星ギヤ要素が前記出力シャフトに連結され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中で入出力シャフトに連結されていない第3遊星ギヤ要素が前記電動アクチュエータにより回転駆動されるのが好ましい。
【0011】
その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その電動アクチュエータの動きが、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達されるのが好ましい。
これにより、操作部材を車輪に機械的に連結することなく、電動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車両の操舵装置に本発明を適用できる。
さらに本発明は、電動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、その電動アクチュエータを少なくとも車速に応じて制御することで、その車速に応じて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車両の操舵装置において、車速を時系列に検出するセンサと、その検出車速が入力される遅れ制御要素とが設けられ、その遅れ制御要素は入力の変化に対して出力の変化に遅れを生じさせるものとされ、少なくとも、その検出車速の時間変化率の大きさが設定値以上である場合においては、その遅れ制御要素の出力値を車速の値として前記電動アクチュエータが制御され、その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その電動アクチュエータの動きが、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達されることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に示す第1実施形態の車両の操舵装置1は、ステアリングホイール(操作部材)Hに連結される入力シャフト2を備えている。その入力シャフト2はベアリング7、8を介してハウジング10により支持されている。
【0013】
そのステアリングホイールHの操作に応じた入力シャフト2の回転は、遊星ギヤ機構(回転伝達機構)30を介して出力シャフト11に伝達される。その出力シャフト11は、入力シャフト2と同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング12、13を介してハウジング10により支持されている。その出力シャフト11の回転はステアリングギヤにより舵角が変化するように車輪に伝達される。そのステアリングギヤは、例えば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。これにより、入力シャフト2の回転は遊星ギヤ機構30を介して出力シャフト11に伝達され、その出力シャフト11の回転により舵角が変化する。
【0014】
その遊星ギヤ機構30は、サンギヤ31とリングギヤ32とに噛み合う遊星ギヤ33をキャリア34により保持する。そのサンギヤ31は、入力シャフト2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34は、出力シャフト11に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ32は、入力シャフト2を囲むホルダー36にボルト362を介して固定されている。そのホルダー36は、入力シャフト2を囲むようにハウジング10に固定された筒状部材35によりベアリング9を介して支持されている。そのホルダー36の外周にウォームホイール37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37に噛み合うウォーム38がハウジング10により支持されている。そのウォーム38はハウジング10に取り付けられたモータ(電動アクチュエータ)39により駆動される。これにより、その遊星ギヤ機構30の構成要素であるリングギヤ32がモータ39により駆動され、そのモータ39の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。
【0015】
そのモータ39として、例えば目標駆動電流に応じてパルス幅変調駆動されるブラシ付き直流モータが用いられる。そのモータ39の動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、そのモータ39を車速に応じて閉ループ制御することで、その車速に応じて入力シャフト2から出力シャフト11への回転伝達比、すなわちステアリングホイールH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。例えば、車速零の据え切り状態では入力シャフト2の回転角速度とリングギヤ32の回転角速度とが等しくなるようにモータ39を制御することで、入力シャフト2から出力シャフト11への回転伝達比を1とする。また、高速になる程にリングギヤ32の回転角速度を低下させ、遊星ギヤ機構30を減速ギヤ機構として機能させることで、車両の低速での旋回性と高速での走行安定性とを向上できる。
【0016】
図2に示すように、そのモータ39は車両に搭載される制御装置40に接続される。車速を時系列に検出するセンサとして車速センサ41が、制御装置40と遅れ制御要素45とに接続され、その遅れ制御要素45は制御装置40に接続されている。その車速センサ41による検出車速が入力される遅れ制御要素45は入力の変化に対して出力の変化に予め設定された遅れを生じさせるもので、本実施形態では一次遅れ制御要素とされている。その制御装置40は、その車速センサ41による検出車速の時間変化率を時系列に演算する。また、その制御装置40に、ステアリングホイールHの操作量を時系列に検出するセンサとして入力シャフト2の回転角を検出する舵角センサ42と、車輪の転舵量を時系列に検出するセンサとして出力シャフト11の回転角を検出する回転角センサ43とが接続されている。操作量に対応する入力シャフト2の回転角と車速とに応じて求められる目標転舵量と、検出された出力シャフト11の回転角に応じて求められる転舵量との偏差を低減するように、制御装置40はモータ39を閉ループ制御する。
【0017】
図3は、操舵装置1における制御系の制御ブロック線図を示す。図3において、TiはステアリングホイールHの操舵トルク、Vは車速のセンサ41による検出値、Vdは遅れ制御要素45の出力値、Tdは遅れ制御要素45の予め設定される時定数、sはラプラス演算子、θiは入力シャフト2の回転角の舵角センサ42による検出値、θoは出力シャフト11の回転角の回転角センサ43による検出値、θo* は出力シャフト11の目標回転角、i* はモータ39の目標駆動電流、C1は入力シャフト2の回転角θiに対する出力シャフト11の目標回転角θo* の調節部、C2は出力シャフト11の目標回転角θo* と回転角θoとの偏差(θo* −θo)に対するモータ39の目標駆動電流i* の調節部である。
【0018】
その制御装置40は、舵角センサ42により検出した入力シャフト2の回転角θiに対する出力シャフト11の目標回転角θo* を、予め定められて記憶された関係に基づき演算する。本実施形態では、その入力シャフト2の回転角θiに対する出力シャフト11の目標回転角θo* の調節部C1は比例制御要素とされ、出力シャフト11の目標回転角はθo* =K(Vd)・θiにより求められる。ここでK(Vd)は比例ゲインであり、遅れ制御要素45の出力値Vdの関数とされている。その比例ゲインK(Vd)は、遅れ制御要素45の出力値Vdと、ステアリングホイールHの操作量に対応する入力シャフト2の回転角θiと、車輪の転舵量の目標値に対応する出力シャフト11の目標回転角θo* との間の関係を表す。その比例ゲインK(Vd)は制御装置40に記憶される。例えば図4に示すように、その比例ゲインK(Vd)は遅れ制御要素45の出力値Vdが増大する程に減少するものとされ、この関係が制御装置40に記憶される。制御装置40は、その記憶した比例ゲインK(Vd)と、入力シャフト2の検出回転角θiすなわち操作量の検出値と、遅れ制御要素45の出力値Vdとに基づき出力シャフト11の目標回転角θo* すなわち転舵量の目標値を演算する。
【0019】
その制御装置40は、出力シャフト11の目標回転角θo* と検出回転角θoとの偏差(θo* −θo)と、モータ39の目標駆動電流i* との間の関係を記憶する。本実施形態では、その偏差(θo* −θo)に対する目標駆動電流i* の調節部C2は比例積分(PI)制御要素とされ、目標駆動電流i* はi* =G・(θo* −θo)により求められる。ここでGは伝達関数であり、例えばKgをゲイン、Tを時定数として、その伝達関数GはPI制御がなされるようにG=Kg・〔1+1/(T・s)〕とされ、そのゲインKgと時定数Tは最適な制御を行えるように設定される。その伝達関数Gが制御装置40に記憶される。
【0020】
制御装置40は、その記憶した伝達関数Gと、演算した出力シャフト11の目標回転角θo* と、検出回転角θoとに基づき、モータ39の目標駆動電流i* を演算する。その演算された目標駆動電流i* が印加されることでモータ39は駆動される。これにより、遅れ制御要素45の出力値Vdを車速値としてモータ39が制御されることになる。
【0021】
本実施形態においては、その遅れ制御要素45における時定数Tdは検出車速Vの時間変化率すなわち車両の加減速度の大きさの増減に応じて増減される。その時定数Tdと検出車速Vの時間変化率の大きさとの関係は予め設定されて記憶される。これにより、遅れ制御要素45における入力の変化に対する出力の変化の遅れは、検出車速Vの時間変化率の大きさの増減に応じて増減される。なお、その時定数Tdを一定としてもよい。
【0022】
図5のフローチャートを参照して上記制御装置40による制御手順を説明する。まず、各センサ41、42、43の検出値を読み込む(ステップ1)。次に、検出車速Vの時間変化率すなわち車両の加減速度の大きさを演算し(ステップ2)、その加減速度の大きさに対応する遅れ制御要素45の時定数Tdを求める(ステップ3)。次に、検出車速Vが遅れ制御要素45に入力されることによる遅れ制御要素45の出力値Vdに対応する比例ゲインK(Vd)を求める(ステップ4)。その求めた比例ゲインK(Vd)と入力シャフト2の検出回転角θiとから出力シャフト11の目標回転角θo* を演算する(ステップ5)。その目標回転角θo* と出力シャフト11の検出回転角θiとの偏差(θo* −θo)と、伝達関数Gとから目標駆動電流i* を演算する(ステップ6)。その目標駆動電流i* に基づきモータ39を駆動する(ステップ7)。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両の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8)、終了しない場合はステップ1に戻る。
【0023】
図6は、本発明の第2実施形態に係る所謂ステアバイワイヤシステムを採用した車両の操舵装置を示す。その車両100(図7参照)の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材101と、その操作部材101の回転操作により駆動される操舵用モータ(電動アクチュエータ)102と、その操舵用モータ102の動きを、その操作部材101を車輪104に機械的に連結することなく、その動きに応じて舵角が変化するように操舵用前方左右車輪104に伝達するステアリングギヤ103とを備える。その操舵用モータ102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103は、その操舵用モータ102の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド107の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド107の動きがタイロッド108とナックルアーム109を介して車輪104に伝達され、その車輪104のトー角が変化する。そのステアリングギヤ103は、公知のものを用いることができ、操舵用モータ102の動きを舵角が変化するように車輪104に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用モータ102が駆動されていない状態では、車輪104がセルフアライニングトルクにより直進操舵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。その操作部材101は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト110に連結されている。その操作部材101を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材130が設けられている。
【0024】
車速を時系列に検出するセンサとして車速センサ114が、制御装置120と遅れ制御要素145とに接続され、その遅れ制御要素145は制御装置120に接続されている。その検出車速が入力される遅れ制御要素145は入力の変化に対して出力の変化に遅れを生じさせるもので、本実施形態では一次遅れ制御要素とされている。また、その制御装置120に、操作量の検出用センサとして回転シャフト110の回転角を検出する角度センサ111と、転舵量の検出用センサとして舵角を検出する舵角センサ113と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ116が接続されている。
【0025】
その制御装置120は、操舵用モータ102の動きを車輪104に舵角が変化するように伝達する際に、その操舵用モータ102を車速とヨーレートに応じて駆動回路122を介して閉ループ制御することで、その車速とヨーレートに応じて操作部材101の操作量と車輪104の転舵量との比を変化させる。
【0026】
図7は、第2実施形態の制御装置120の制御系の構成を示すブロック線図を示す。ここで、γは車両100のヨーレートの検出値、γ* はヨーレートの目標値、Vは車速の検出値、Vdは遅れ制御要素145の出力値、Tdは遅れ制御要素145の時定数、sはラプラス演算子、δhは操作部材101の回転角の検出値、δは舵角の検出値、δ* は目標舵角、i* は操舵用モータ102の駆動電流の目標値、G1はδhに対するγ* の調節部の伝達関数、G2はγ* とγとの偏差に対するδ* の調節部の伝達関数、G3はδ* とδとの偏差に対するi* の調節部の伝達関数である。その検出されたδh、V、γから求められるδ* と、検出されたδとの偏差を低減するように操舵用モータ102を閉ループ制御する。
【0027】
すなわち、そのδhに対するγ* の調節部は例えば比例制御要素とされ、比例ゲインは遅れ制御要素145の出力値Vdに比例するものとされ、比例定数をKとして以下の関係が制御装置120に記憶される。
γ* =G1・δh=K・Vd・δh
そのγ* とγとの偏差に対するδ* の調節部は例えばPI制御要素とされ、Kaをゲイン、Taを時定数として、以下の関係が制御装置120に記憶される。
δ* =G2・(γ* −γ)=Ka〔1+1/(Ta・s)〕(γ* −γ)
そのδ* とδとの偏差に対するi* の調節部は例えばPI制御要素とされ、Kbをゲイン、Tbを時定数として、以下の関係が制御装置120に記憶される。
i* =G3・(δ* −δ)=Kb〔1+1/(Tb・s)〕(δ* −δ)
その比例定数K、ゲインKa、Kb、時定数Ta、Tbは最適な制御を行えるように適宜調整される。その目標駆動電流i* が印加されることでモータ102は駆動される。これにより、遅れ制御要素145の出力値Vdを車速値としてモータ102が制御されることになる。
【0028】
本実施形態においては、その遅れ制御要素145における時定数Tdは検出車速Vの時間変化率すなわち車両の加減速度の大きさの増減に応じて増減される。その時定数Tdと検出車速Vの時間変化率の大きさとの関係は予め設定されて記憶される。これにより、遅れ制御要素145における入力の変化に対する出力の変化の遅れは、検出車速Vの時間変化率の大きさの増減に応じて増減される。なお、その時定数Tdを一定としてもよい。
【0029】
図8のフローチャートを参照して上記第2実施形態の制御装置120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101)。次に、検出車速Vの時間変化率すなわち車両100の加減速度の大きさを演算し(ステップ102)、その加減速度の大きさに対応する遅れ制御要素145の時定数Tdを求める(ステップ103)。次に、検出車速Vが遅れ制御要素145に入力されることによる遅れ制御要素145の出力値Vdと検出した回転角δhとに対応する目標ヨーレートγ* を演算し(ステップ104)、その目標ヨーレートγ* と検出したヨーレートγとの偏差に対応する目標舵角δ* を演算し(ステップ105)、その目標舵角δ* と検出した舵角δとの偏差に対応する操舵用モータ102の目標駆動電流i* を演算し(ステップ106)、その目標駆動電流i* に応じて操舵用モータ102を駆動する(ステップ107)。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両の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108)、終了しない場合はステップ101に戻る。
【0030】
上記第1、第2実施形態によれば、遅れ制御要素45、145に入力される車速センサ41、114による検出車速Vの変化に対して、その遅れ制御要素45、145の出力値Vdの変化は遅れる。例えば図9に示すように、実線で示す検出車速Vと時間tとの関係に対し、遅れ制御要素45、145の出力値Vdと時間tとの関係は破線で示すものとなる。これにより、検出車速Vの時間変化率の大きさに比べて遅れ制御要素45、145の出力の時間変化率の大きさは小さくされる。よって、その遅れ制御要素45、145の出力値Vdを車速の値としてモータ39、102を制御することで、その検出車速Vの急変時に操作量と転舵量との比が急変するのを防止できる。しかも、検出車速Vが変化しない定常状態においては、車速に対する操作量と転舵量との比の関係特性は遅れ制御要素45、145の出力の影響を受けることがなく、最適な特性を維持することができる。さらに、加減速度の大きさが大きくなる程に遅れ制御要素45、145の時定数Tdが大きくなるので、加減速度の大きさの増加時に操作量と車輪の転舵量との比の時間変化率が増加するのを防止できる。
【0031】
第3実施形態として、上記第1実施形態において遅れ制御要素45を用いることなく、検出車速Vの急変時に操作量と転舵量との比が急変するのを防止してもよい。以下、第1実施形態と同様部分は同一符号で示して第3実施形態を説明する。すなわち、制御装置40により、車速センサ41による検出車速Vの時間変化率を時系列に演算し、また、検出車速Vの時間変化率の大きさと検出車速Vの時間変化率の大きさよりも小さい値に予め設定された仮想時間変化率の大きさとの関係を記憶しておく。制御装置40は検出車速Vの時間変化率の大きさと記憶した関係とに基づき仮想時間変化率の大きさを時系列に求め、その検出車速Vの時間変化率の大きさが求めた仮想時間変化率の大きさであるとした場合の仮想車速Veを時系列に求める。図10は、その検出車速Vの時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさの一例を示し、実線で示す検出車速Vと時間tとの関係に対し、仮想車速Veと時間tとの関係は破線で示すものとする。その仮想車速Veの値を車速の値としてモータ39を制御する。その検出車速Vの時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさとの差は、検出車速Vの時間変化率の大きさの増減に応じて増減される。なお、その検出車速Vの時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさとの差を一定としてもよい。第3実施形態では、K(Ve)を比例ゲインとして、出力シャフト11の目標回転角はθo* =K(Ve)・θiにより求められる。その比例ゲインK(Ve)は仮想車速Veの関数とされ、その比例ゲインK(Ve)は仮想車速Veが増大する程に減少するものとされ、この関係が制御装置40に記憶される。他は第1実施形態と同様とされる。
【0032】
図11のフローチャートを参照して第3実施形態の制御装置40による制御手順を説明する。まず、各センサ41、42、43の検出値を読み込む(ステップ201)。次に、検出車速Vの時間変化率すなわち車両の加減速度dV/dtの大きさを演算し(ステップ202)、その演算した検出車速Vの時間変化率dV/dtの大きさと仮想時間変化率dVe/dtの大きさとの差を求め(ステップ203)、その求めた差を検出車速Vの時間変化率dV/dtの大きさから差し引くことで仮想時間変化率dVe/dtの大きさを求め(ステップ204)、その検出車速Vの時間変化率dV/dtの大きさが求めた仮想時間変化率dVe/dtの大きさであるとした場合の仮想車速Veを求め(ステップ205)、その求めた仮想車速Veに対応する比例ゲインK(Ve)を求める(ステップ206)。その求めた比例ゲインK(Ve)と入力シャフト2の検出回転角θiとから出力シャフト11の目標回転角θo* を演算する(ステップ207)。その目標回転角θo* と出力シャフト11の検出回転角θiとの偏差(θo* −θo)と伝達関数Gとから目標駆動電流i* を演算する(ステップ208)。その目標駆動電流i* に基づきモータ39を駆動する(ステップ209)。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両の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210)、終了しない場合はステップ201に戻る。
【0033】
第4実施形態として、上記第2実施形態において遅れ制御要素145を用いることなく、検出車速Vの急変時に操作量と転舵量との比が急変するのを防止してもよい。以下、第2実施形態と同様部分は同一符号で示して第4実施形態を説明する。すなわち、制御装置120により、車速センサ114による検出車速Vの時間変化率を時系列に演算し、また、検出車速Vの時間変化率の大きさと検出車速Vの時間変化率の大きさよりも小さい値に予め設定された仮想時間変化率の大きさとの関係を記憶しておく。制御装置120は検出車速Vの時間変化率の大きさと記憶した関係とに基づき仮想時間変化率の大きさを時系列に求め、その検出車速Vの時間変化率の大きさが求めた仮想時間変化率の大きさであるとした場合の仮想車速を時系列に求める。その検出車速Vの時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさは、例えば上記図10に示す第3実施形態と同様とされる。その仮想車速Veの値を車速の値としてモータ102を制御する。その検出車速Vの時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさとの差は、検出車速Vの時間変化率の大きさの増減に応じて増減される。なお、その検出車速Vの時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさとの差を一定としてもよい。第4実施形態では、操作部材101の回転角の検出値δhに対するヨーレートの目標値γ* の調節部は例えば比例制御要素とされ、比例ゲインは仮想車速Veに比例するものとされ、比例定数をKとして以下の関係が制御装置120に記憶される。
γ* =G1・δh=K・Ve・δh
他は第2実施形態と同様とされる。
【0034】
図12のフローチャートを参照して第4実施形態の制御装置120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301)。次に、検出車速Vの時間変化率すなわち車両の加減速度dV/dtの大きさを演算し(ステップ302)、その演算した検出車速Vの時間変化率dV/dtの大きさと仮想時間変化率dVe/dtの大きさとの差を求め(ステップ303)、その求めた差を検出車速Vの時間変化率dV/dtの大きさから差し引くことで仮想時間変化率dVe/dtの大きさを求め(ステップ304)、その検出車速Vの時間変化率dV/dtの大きさが求めた仮想時間変化率dVe/dtの大きさであるとした場合の仮想車速Veを求める(ステップ305)。その求めた仮想車速Veと検出した回転角δhとに対応する目標ヨーレートγ* を演算し(ステップ306)、その目標ヨーレートγ* と検出したヨーレートγとの偏差に対応する目標舵角δ* を演算し(ステップ307)、その目標舵角δ* と検出した舵角δとの偏差に対応する操舵用モータ102の目標駆動電流i* を演算し(ステップ308)、その目標駆動電流i* に応じて操舵用モータ102を駆動する(ステップ309)。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両の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310)、終了しない場合はステップ301に戻る。
【0035】
上記第3、第4実施形態によれば、検出車速Vの時間変化率に比べて仮想車速Veの時間変化率は小さくされる。よって、その仮想車速Veの値を車速の値としてモータ39、102を制御することで、その検出車速Vの急変時に操作量と転舵量との比が急変するのを防止できる。しかも、検出車速Vが変化しない定常状態においては、車速Vに対する操作量と転舵量との比の関係特性は仮想車速Veの影響を受けることがなく、最適な特性を維持することができる。さらに、検出車速Vの時間変化率の大きさが大きくなる程に、検出車速Vの時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさとの差が大きくなるので、加減速度の大きさの増加時に操作量と車輪の転舵量との比の時間変化率が増加するのを防止できる。
【0036】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記第1、第2実施形態では検出車速Vの時間変化率の大きさの如何にかかわらず、遅れ制御要素45、145の出力値Vdを車速値としてモータ39、102を制御している。また、第3、第4実施形態では検出車速Vの時間変化率の大きさの如何にかかわらず、仮想車速Veを車速値としてモータ39、102を制御している。これに代えて、制御装置40、120により検出車速の時間変化率の大きさが予め定めた設定値以上であるか否かを判断し、設定値以上である場合においては上記各実施形態と同様に遅れ制御要素45、145の出力値Vdあるいは仮想車速Veを用いてモータ39、102を制御し、設定値未満である場合においては、検出車速Vの値を用いてモータ39、102を制御してもよい。これにより、加減速度の小さい時に、操作量と車輪の転舵量との比が不必要に変動するのを防止できる。すなわち、少なくとも、検出車速の時間変化率の大きさが設定値以上である場合において、遅れ制御要素の出力値あるいは仮想車速の値を車速の値として電動アクチュエータを制御すればよい。
また、第1、第3実施形態における入力シャフト2に遊星ギヤ機構30のリングギヤ32あるいはキャリア34を連結し、出力シャフト11に連結される遊星ギヤ機構30の構成要素を入力シャフト2に連結されていないサンギヤ31あるいはリングギヤ32とし、モータ39により駆動される遊星ギヤ機構30の構成要素を入出力シャフト2、11に連結されていないサンギヤ31あるいはキャリア34としてもよい。すなわち、サンギヤ31、リングギヤ32、キャリア34の各遊星ギヤ要素の中の何れかを入力シャフト2に連結し、各遊星ギヤ要素の中で入力シャフト2に連結されていない何れかを出力シャフト11に連結し、各遊星ギヤ要素の中で入出力シャフト2、11に連結されていないものをモータ39により回転駆動してもよい。さらに、遊星ギヤ機構30以外の回転伝達機構、例えば遊星コーン式回転伝達機構を用いてもよい。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、車速の急変時に操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が急変するのを防止することで、ドライバーに違和感を与えることなく良好な操舵フィーリングを得ることができる車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の操舵装置の縦断面図
【図2】本発明の第1実施形態の操舵装置の制御構成の説明図
【図3】本発明の第1実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図4】本発明の第1実施形態の操舵装置の制御系における比例ゲインと車速との関係一例を示す図
【図5】本発明の第1実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図6】本発明の第2実施形態の操舵装置の構成説明図
【図7】本発明の第2実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図8】本発明の第2実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図9】本発明の第1、第2実施形態の操舵装置における検出車速と遅れ制御要素の出力値と時間との関係を示す図
【図10】本発明の第3、第4実施形態の操舵装置における検出車速と仮想車速と時間との関係を示す図
【図11】本発明の第3実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図12】本発明の第4実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
2 入力シャフト
11 出力シャフト
30 遊星ギヤ機構
39 モータ
40 制御装置
41 車速センサ
45 遅れ制御要素
101 操作部材
102 操舵用モータ
103 ステアリングギヤ
104 車輪
114 速度センサ
120 制御装置
145 遅れ制御要素
H ステアリングホイール
Claims (7)
- 電動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、その電動アクチュエータを少なくとも車速に応じて制御することで、その車速に応じて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車両の操舵装置において、車速を時系列に検出するセンサと、
その検出車速が入力される遅れ制御要素とが設けられ、
その遅れ制御要素は入力の変化に対して出力の変化に遅れを生じさせるものとされ、
少なくとも、その検出車速の時間変化率の大きさが設定値以上である場合においては、その遅れ制御要素の出力値を車速の値として前記電動アクチュエータが制御され、
その遅れ制御要素における入力の変化に対する出力の変化の遅れは、その検出車速の時間変化率の大きさの増減に応じて増減されることを特徴とする車両の操舵装置。 - 電動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、その電動アクチュエータを少なくとも車速に応じて制御することで、その車速に応じて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車両の操舵装置において、車速を時系列に検出するセンサと、
その検出車速の時間変化率を時系列に演算する手段と、
検出車速の時間変化率の大きさと、検出車速の時間変化率の大きさよりも小さい値に設定された仮想時間変化率の大きさとの関係を記憶する手段と、
その検出車速の時間変化率の大きさと記憶した関係とに基づき仮想時間変化率の大きさを時系列に求める手段と、
その検出車速の時間変化率の大きさが求めた仮想時間変化率の大きさであるとした場合の仮想車速を時系列に求める手段と、
少なくとも、その検出車速の時間変化率の大きさが設定値以上である場合においては、その仮想車速の値を車速の値として前記電動アクチュエータが制御されることを特徴とする車両の操舵装置。 - その検出車速の時間変化率の大きさと仮想時間変化率の大きさとの差は、その検出車速の時間変化率の大きさの増減に応じて増減される請求項2に記載の車両の操舵装置。
- その検出車速の時間変化率の大きさが前記設定値未満の時は、その電動アクチュエータの制御に用いられる車速として、その検出車速の値が用いられる請求項1〜3の中の何れかに記載の車両の操舵装置。
- その操作部材の操作に応じて回転する入力シャフトと、
出力シャフトと、
その入力シャフトの回転を出力シャフトに伝達する回転伝達機構と、
その出力シャフトの回転を車輪に舵角が変化するように伝達するステアリングギヤとを備え、
その回転伝達機構の構成要素を前記電動アクチュエータにより駆動することで、その電動アクチュエータの動きが車輪に舵角が変化するように伝達される請求項1〜4の中の何れかに記載の車両の操舵装置。 - その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その電動アクチュエータの動きが、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達される請求項1〜4の中の何れかに記載の車両の操舵装置。
- 電動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、その電動アクチュエータを少なくとも車速に応じて制御することで、その車速に応じて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車両の操舵装置において、車速を時系列に検出するセンサと、
その検出車速が入力される遅れ制御要素とが設けられ、
その遅れ制御要素は入力の変化に対して出力の変化に遅れを生じさせるものとされ、
少なくとも、その検出車速の時間変化率の大きさが設定値以上である場合においては、その遅れ制御要素の出力値を車速の値として前記電動アクチュエータが制御され、
その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その電動アクチュエータの動きが、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達されることを特徴とする車両の操舵装置。
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