JP5332459B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、運転者が操作可能な操舵部である、第１操舵部としてのステアリングホイールおよび、ステアリングホイール以外の第２操舵部と、それらステアリングホイールおよび第２操舵部から機械的に分離されて車両の操向車輪を転舵する操向車輪転舵手段とを具え、それらステアリングホイールおよび第２操舵部の少なくとも一方の操作に応じて車両の操向車輪を転舵するステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置に関するものである。

従来、運転者が操作可能な操舵部である、第１操舵部としてのステアリングホイールおよび、ステアリングホイール以外の第２操舵部としての、ステアリングホイールの裏側でそのステアリングホイールの近傍に配置したリングを具え、それらステアリングホイールおよびリングの少なくとも一方の操作に応じて車両の操向車輪を転舵する車両用操舵装置が例えば特許文献１により知られており、この従来の車両用操舵装置では、ステアリングホイールおよびリングの操作量をそれぞれセンサで検出し、それらセンサからの電気信号に基づき、上記ステアリングホイールおよびリングから機械的に分離された転舵機構を作動させて操向車輪を転舵する、いわゆるステアバイワイヤ方式を採用している。
特開２００７−２４６００３号公報

ところで、ステアリングホイールと操向車輪とを機械的に連結した車両用操舵装置では操向車輪の転舵角（すなわちステアリングホイールの操作量）に応じた操向車輪からの反力がステアリングホイールに伝達されて、車両からのフィードバック情報として運転者にもたらされるが、上記従来の車両用操舵装置等のステアバイワイヤ方式を採用した車両用操舵装置では、操向車輪からの反力がステアリングホイールに伝達されない。このため、このような第一操作部と第二操作部を備えたステアバイワイヤ方式の車両操舵装置においては、ステアリングホイールへの運転者の感覚に合った反力を発生させる反力発生手段を実現する事が望まれていた。

この発明の車両用操舵装置は、常にステアリングホイール操作量に基づく転舵量のみに応じて反力発生手段に反力を生じさせる上記反力制御手段に替えて、前記操向車輪転舵手段が前記ステアリングホイール操作量および前記第２操舵部操作量に基づき操向車輪を転舵している間に前記第２操舵部操作量が増加して前記転舵量制御手段が前記操向車輪転舵手段に操向車輪を切り増しさせる場合は前記反力発生手段にその第２操舵部操作量の増加分反力を増加させ、それ以外の場合は前記ステアリングホイール操作量に基づく転舵量のみに応じて前記反力発生手段に反力を生じさせる反力制御手段を具えてなるものである。

この発明の車両用操舵装置にあっては、転舵量制御手段が、ステアリングホイール操作量および第２操舵部操作量の少なくとも一方に基づき操向車輪転舵手段による操向車輪の転舵量を制御する際に、反力制御手段が、操向車輪転舵手段がステアリングホイール操作量および第２操舵部操作量に基づき操向車輪を転舵している間に第２操舵部操作量が増加して転舵量制御手段が操向車輪転舵手段に操向車輪を切り増しさせる場合は反力発生手段にその第２操舵部操作量の増加分反力を増加させ、それ以外の場合はステアリングホイール操作量に基づく転舵量のみに応じて反力発生手段に反力を生じさせる。

従って第２態様のこの発明の車両用操舵装置によれば、ステアリングホイールでの操舵中に第２操舵部で操向車輪を切り増しする場合には、操向車輪を切り増しする感覚を運転者がステアリングホイールからフィードバック情報として感じることができ、切り増しする場合でない通常時は、ステアリングホイールを操作していないのにステアリングホイールが逆方向へ回されそうになることがないため、運転者がステアリングホイールへの反力で違和感を覚えることがないので、運転者の操舵感をより向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。ここに図１は、この発明の車両用操舵装置の一実施例を示す模式図、図２はその実施例の車両用操舵装置の第１操舵部としてのステアリングホイールおよび第２操舵部としてのパドルを上方から見た状態で示す説明図、そして図３は上記実施例の車両用操舵装置の制御系の構成を示すブロック線図である。

この実施例の車両用操舵装置は、いわゆるステアバイワイヤ方式を採用したもので、図１および図２に示すように、第１操舵部としてのステアリングホイール１と、コラムアッセンブリ２と、ハンドル角センサ３と、反力モータ４と、バックアップクラッチ５と、転舵モータ６と、転舵角センサ７と、ラックギヤ機構８と、操向車輪横力センサ１０と、第２操舵部としての右パドル１４および左パドル１５と、パドル角度センサ１６，１７とを具えている。コラムアッセンブリ２はステアリングホイール１に結合したコラムシャフト２ａと、そのコラムシャフト２ａに加わるトルクを検出するトルクセンサ２ｂとを有し、ラックギヤ機構８は、当該車両の操向車輪９を転舵する図示しないラックと、そのラックに噛合した図示しないピニオンと、そのピニオンに結合したステアリングシャフト８ａとを有している。そしてステアリングシャフト８ａは、通常時は後述のように、解放作動しているバックアップクラッチ５によりコラムシャフト２ａから機械的に分離されている。

また、この実施例の車両用操舵装置は、反力コントローラ１１と、転舵コントローラ１２と、通信ライン１３とを有している。なお、反力コントローラ１１と転舵コントローラ１２とはそれぞれ通常のマイクロコンピュータにより構成し、それら反力コントローラ１１と転舵コントローラ１２とは通信ライン１３を介して当該車両内でローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を構成する。

この車両用操舵装置にあっては、当該車両の運転者がステアリングホイール１を回転操作すると、ステアリングホイール１に結合されたコラムシャフト２ａが回転し、ハンドル角センサ３がそのステアリングホイール１の回転角を示すハンドル角を取得してハンドル角情報を反力コントローラ１１に送り、反力コントローラ１１はそのハンドル角情報を、通信ライン１３を介して転舵コントローラ１２に送る。そして転舵コントローラ１２はそのハンドル角情報に基づき、転舵角センサ７および操向車輪横力センサ１０からのフィードバック情報を得ながら転舵モータ６に指令（駆動電流）を出力することにより、ハンドル角に応じて操向車輪９を転舵する。また反力コントローラ１１は、その転舵の際同時に、トルクセンサ２ｂおよびハンドル角センサ３からのフィードバック情報を得ながら反力モータ４に指令（駆動電流）を出力することにより、ステアリングホイール１への反力を発生させる。

またこの車両用操舵装置にあっては、当該車両の運転者が右パドル１４または左パドル１５を指先で手前に引くようにストローク操作すると、パドル角度センサ１６，１７がそのストローク量を取得してストローク量情報を反力コントローラ１１に送り、反力コントローラ１１はそのストローク量情報を、通信ライン１３を介して転舵コントローラ１２に送る。そして転舵コントローラ１２はそのストローク量情報に基づき、転舵角センサ７および操向車輪横力センサ１０からのフィードバックを得ながら転舵モータ６に指令（駆動電流）を出力することにより、その操作したパドルの方向へパドルストローク量に応じて操向車輪９を転舵する。一方、反力コントローラ１１は、そのパドル操作による転舵量に対しては反力モータ４に指令（駆動電流）を出力せず、ステアリングホイール１への反力を発生させない。

なお、反力コントローラ１１および転舵コントローラ１２は、それらが正常に稼動している間は通電によりバックアップクラッチ５を解放状態に維持するが、それらの一方または双方に何らかの不具合が生じた場合はバックアップクラッチ５へ非通電となり、これによりバックアップクラッチ５は締結状態となってステアリングホイール１から直接ラックギヤ機構８を回転操作可能とする。

図３は、上述した制御のためのこの実施例の車両用操舵制御装置の構成を示しており、ここで、転舵コントローラ１２は、図３の下部に示すように、ハンドル角をピニオンの回転角に変換するハンドル角・ピニオン角変換部１２ａで、ステアリングホイール用角度センサ３からのハンドル角情報をピニオン角に変換し、またパドルストロークをピニオンの回転角に変換するパドルストローク・ピニオン角変換部１２ｂで、パドル角度センサ１６，１７からのストローク情報を予め定めた関係に基づきピニオン角に変換し、それらのピニオン角を加算部１２ｃで加算して得た転舵指令角（ピニオン角）と、転舵角センサ７からの実転舵角（実ピニオン角）とを指令電流算出部１２ｄに入力して、それら転舵指令角と実転舵角との差から転舵指令電流を求め、その転舵指令電流を図示しないドライバ回路に与えて、そのドライバ回路から転舵モータ６に転舵指令電流に応じた駆動電流を供給する。

また、反力コントローラ１１は、図３の上部に示すように、ハンドル角をピニオンの回転角に変換するハンドル角・ピニオン角変換部１１ａで、ステアリングホイール用角度センサ３からのハンドル角情報を転舵指令角（ピニオン角）に変換し、その転舵指令角と、図示しない車速センサが検出した当該車両の車速情報とをピニオン角・軸力変換部１１ｂに入力して、予め実験で求めた情報に基づき作成して予め記憶させた変換マップを用いてピニオン角を車速に応じたラック軸力（通常、車速が速い程、ラック軸力も大きくなる）に変換し、指令電流算出部１１ｃでそのラック軸力に変換ゲインを乗じて、そのラック軸力に応じたステアリングホイール反力を生じ得る反力指令電流を算出し、またハンドル角・指令電流変換部１１ｄで、ステアリングホイール用角度センサ３からのハンドル角情報とそれを時間微分したハンドル角速度情報と上記車速情報とから、予め実験で求めた情報に基づき作成して予め記憶させた変換マップを用いてハンドル角を、その車速、ハンドル角およびハンドル角速度に応じたステアリングホイール反力（通常、車速が速い程、またハンドル角が大きい程、そしてハンドル角速度が速い程、反力も大きくなる）を生じ得る反力指令電流に変換し、上記指令電流算出部１１ｃからの反力指令電流とハンドル角・指令電流変換部１１ｄからの反力指令電流とを加算部１１ｅで加算して求めた反力指令電流を図示しないドライバ回路に与えて、そのドライバ回路から反力モータ４に反力指令電流に応じた駆動電流を供給する。

従って、ハンドル角センサ３はステアリングホイール操作量検出手段に相当し、パドル１４，１５は第２操舵部に相当し、パドル角度センサ１６，１７は第２操舵部操作量検出手段に相当し、転舵コントローラ１２は転舵量制御手段に相当し、反力モータ４は反力発生手段に相当し、反力コントローラ１１は反力制御手段に相当する。

そしてこの実施例の車両用操舵制御装置によれば、反力コントローラ１１が、常にハンドル角に関する情報のみに応じて反力モータ４に反力を生じさせることから、当該車両の運転者がステアリングホイール１を操作していないのにステアリングホイール１に反力が発生することがないため、運転者がステアリングホイール１への反力で違和感を覚えることがないので、運転者の操舵感を向上させることができる。

さらにこの実施例の車両用操舵制御装置によれば、第２操舵部は、ステアリングホイール１の近傍に配置されたパドル１４，１５であるので、当該車両の運転者がステアリングホイール１を保持中あるいは操舵中でも容易に、指を前方に伸ばして第２操舵部であるパドル１４，１５を操作することができる。

ところで、上記のように運転者がステアリングホイール１の操舵中にパドル１４，１５を操作して走行車輪９の操舵角を切り増す場合がある。図４は、かかる場合に適したこの発明の車両用操舵制御装置の他の一実施例の構成を示すブロック線図であり、図中先の実施例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。

この実施例の車両用操舵制御装置は、図１，２に示す車両用操舵装置が具えるもので、反力コントローラ１１がパドルストローク・ピニオン角変換部１１ｆおよび加算部１１ｇを有する点のみ先の実施例と異なり、他の点では先の実施例と同一の構成を具えている。

この実施例の車両用操舵制御装置にあっては、反力コントローラ１１のパドルストローク・ピニオン角変換部１１ｆが、転舵コントローラ１２のパドルストローク・ピニオン角変換部１２ｂと同様に、パドルストロークをピニオンの回転角に変換するものであり、このパドルストローク・ピニオン角変換部１１ｆで、パドル角度センサ１６，１７からのストローク情報を予め定めた関係に基づきピニオン角に変換し、そのピニオン角とハンドル角・ピニオン角変換部１１ａでステアリングホイール用角度センサ３からのハンドル角情報から変換したピニオン角とを加算部１１ｇで加算して得た転舵指令角（ピニオン角）と、図示しない車速センサが検出した当該車両の車速情報とをピニオン角・軸力変換部１１ｂに入力して、先の実施例と同様に予め実験で求めた情報に基づき作成して予め記憶させた変換マップを用いてピニオン角を車速に応じたラック軸力（通常、車速が速い程、ラック軸力も大きくなる）に変換する。

しかしてここにおける加算部１１ｇは、ハンドル角・ピニオン角変換部１１ａでステアリングホイール用角度センサ３からのハンドル角情報から変換したピニオン角の変化速度が０若しくは略０の所定速度未満でない場合（即ちステアリングホイールが保舵状態でなく操舵されている場合）のみ、上記の様にハンドル角・ピニオン角変換部１１ａから出力されたピニオン角にパドルストローク・ピニオン角変換部１１ｆから出力されたピニオン角を加算する事により、ステアリングホイールの操作によって発生した転舵量とパドル操作を行なって発生した転舵量との両方に対するステアリングホイール１への反力を反力モータ４に発生させ、そうでない場合（即ちステアリングホイールが保舵状態である場合）はハンドル角に関する情報のみに応じて反力モータ４に反力を発生させる。

従って、この実施例の車両用操舵制御装置によれば、ステアリングホイール１での操舵中にパドル１４または１５を操作した場合には、操向車輪９を転舵する感覚を運転者がステアリングホイール１からフィードバック情報として感じることができ、ステアリングホイール１での操舵を行なっていない場合（ステアリングホイール１の保舵時）は、ステアリングホイール１を操作していないのにステアリングホイール１が逆方向へ回されそうになることがないため、運転者がステアリングホイール１への反力で違和感を覚えることがないので、運転者の操舵感をより向上させることができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、上記実施例では第２操舵部をパドル１４，１５としたが、この発明における第２操舵部は、ステアリングホイールの裏側にステアリングホイールに近接させて配置したリングでもよい。

またこの発明における第２操舵部は、腕の不自由な人が当該車両を運転する場合に膝や足等で操舵操作ができるように車両のインストルメントパネルの下方に配置したレバーやペダル等でもよい。

かくしてこの発明の車両用操舵制御装置によれば、ステアリングホイールを操作していないのにステアリングホイールが逆方向へ回されそうになることがないため、運転者がステアリングホイールへの反力で違和感を覚えることがないので、運転者の操舵感を向上させることができる。

なお、この発明の車両用操舵制御装置においては、前記反力制御手段は、前記転舵量制御手段が、前記ステアリングホイール操作量および前記第２操舵部操作量に基づき操向車輪を転舵している間に前記第２操舵部操作量が増加して操向車輪を切り増しする場合は、前記反力発生手段にその第２操舵部操作量の増加分反力を増加させるものでもよく、このようにすれば、ステアリングホイールでの操舵中に第２操舵部で操向車輪を切り増しする際に、操向車輪を切り増しする感覚を運転者がステアリングホイールからフィードバック情報として感じることができるので、運転者の操舵感をより向上させることができる。

また、この発明の車両用操舵制御装置においては、前記第２操舵部は、ステアリングホイールの近傍に配置されたパドルであってもよく、このようにすれば、運転者がステアリングホイールの操作中でも容易に第２操舵部を操作することができる。

更にまた、ハンドル角・ピニオン角変換部１１a、１２aにおいてハンドル角からピニオン角へ変換する際のハンドル角とピニオン角との関係や、パドルストローク・ピニオン角変換部１１ｆ、１２ｂにおいてパドルストロークをピニオン角へ変換する際のパドルストロークとピニオン角との関係は、車速や転舵角等によって変化させても良い。すなわち、車速や転舵角等によってハンドル角とパドルストロークとに対するピニオン角が変化する所謂ＶＧＲ（Variable Gear Ratio）に本願発明を適用しても良い。

この発明の車両用操舵制御装置の一実施例を車両用操舵装置の他の構成要素とともに示す模式図である。 上記車両用操舵装置のステアリングホイールおよび第２操舵部としてのパドルを上方から見た状態で示す説明図である。 上記実施例の車両用操舵制御装置の構成を示すブロック線図である。 この発明の車両用操舵制御装置の他の一実施例の構成を示すブロック線図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ コラムアッセンブリ
２ａ コラムシャフト
２ｂ トルクセンサ
３ ハンドル角センサ
４ 反力モータ
５ バックアップクラッチ
６ 転舵モータ
７ 転舵角センサ
８ラックギヤ機構
８ａ ステアリングシャフト
9 操向車輪
１０ 操向車輪横力センサ
１１ 反力コントローラ
１１ａ ハンドル角・ピニオン角変換部
１１ｂ ピニオン角・軸力変換部
１１ｃ，１２ｄ 指令電流算出部
１１ｄ ハンドル角・指令電流変換部
１１ｅ，１１ｇ，１２ｃ 加算部
１１ｆ，１２ｂ パドルストローク・ピニオン角変換部
１２ 転舵コントローラ
１２ａ ハンドル角・ピニオン角変換部
１３ 通信ライン
１４ 右パドル
１５ 左パドル
１６ 右パドル用パドル角度センサ
１７ 左パドル用パドル角度センサ

Claims (2)

1. 運転者が操作可能な操舵部である、第１操舵部としてのステアリングホイールおよび、ステアリングホイール以外の第２操舵部と、
   それらステアリングホイールおよび第２操舵部から機械的に分離されて車両の操向車輪を転舵する操向車輪転舵手段と、
   前記ステアリングホイールの操作量を検出するステアリングホイール操作量検出手段と、
   前記第２操舵部の操作量を検出する第２操舵部操作量検出手段と、
   前記ステアリングホイール操作量検出手段が検出したステアリングホイール操作量および前記第２操舵部操作量検出手段が検出した第２操舵部操作量の少なくとも一方に基づき前記操向車輪転舵手段による操向車輪の転舵量を制御する転舵量制御手段と、
   前記ステアリングホイールに反力を与える反力発生手段と、
   前記ステアリングホイール操作量検出手段で検出されたステアリングホイールの操作量の変化速度が予め定められた所定速度以上の場合には、前記ステアリングホイール操作量検出手段で検出されたステアリングホイール操作量と前記第２操舵部操作量検出手段で検出された第２操舵部の操作量との合計値に基づいて前記反力発生手段に反力を生じさせ、前記ステアリングホイール操作量検出手段で検出されたステアリングホイールの操作量の変化速度が予め定められた所定速度未満の場合には、前記ステアリングホイール操作量検出手段で検出されたステアリングホイールの操作量のみに基づいて前記反力発生手段に反力を生じさせる反力制御手段と、
   を具えてなる車両用操舵装置。
2. 前記第２操舵部は、ステアリングホイールの近傍に配置されたパドルであることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。

Images