JP5358172B2 - 車両用ステアリングシステム - Google Patents
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Description
そのステアリング操作部材の操作に応じて車輪を転舵する転舵装置と、
(A)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との一方に一端部が連結され、回転可能に配設された第1シャフトと、(B)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との他方に一端部が連結され、前記第1シャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離だけズレた状態で回転可能に配設された第2シャフトと、(C)(c-1) 前記第1シャフトの他端部において、その第1シャフトの回転軸線からその第1シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置に設けられた係合部と、(c-2) 前記第2シャフトの他端部において、その第2シャフトの径方向に平行に延びるようにして設けられ、前記係合部を前記第2シャフトの周方向においてクリアランスを有する状態で係合させるとともに前記第2シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、前記第1シャフトと前記第2シャフトとの一方の回転によって、その第1シャフトおよび第2シャフトのそれぞれの回転位相の差である回転位相差を変化させつつ、他方が回転するように構成された回転伝達機構とを有し、前記ステアリング操作部材に加わる操舵力を前記転舵装置に伝達する操舵力伝達装置と、
その操舵力伝達装置の前記回転伝達機構より車輪側に設けられ、駆動源を有してその駆動源が発生させる力に依拠して車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる転舵助勢装置と、
その転舵助勢装置を制御する制御装置と
を備えた車両用ステアリングシステムであって、
前記制御装置が、
(i)前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力に応じた大きさの力を、前記助勢力として前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する転舵助勢制御と、(ii)その転舵助勢制御に代えて、あるいは、その転舵助勢制御とともに、前記ステアリング操作部材の操作量が設定操作量より小さい場合に、その操作量に基づく大きさの力を、前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する操作量依拠制御とを実行することを特徴とする車両用ステアリングシステム。
それの回転軸線に沿って延びる空間が形成されて中空状のものとされ、相対回転可能に分割された2つの部分を有するシャフト本体部と、
そのシャフト本体部に形成された空間に配設され、両端部がそれぞれ前記シャフト本体部の2つの部分の各々に回転可能に保持され、前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力によって捩られるトーションバーと
を含んで構成され、
前記転舵助勢制御が、
前記トーションバーの捩れ量に基づいて前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力を推定し、その推定された操舵力に応じた大きさの力を前記転舵助勢装置が発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(1)項に記載の車両用ステアリングシステム。
それぞれが前記係合部の移動が許容される方向に平行に延びるとともに互いに向かい合うように設けられ、それらの間隔が前記係合部の第1シャフトの周方向における寸法より大きくされた1対の側壁面を有し、
前記回転伝達機構が、
それら1対の側壁面が前記案内通路を区画して前記係合部を挟むように構成された(1)項または(2)項に記載の車両用ステアリングシステム。
前記転舵装置が転舵中立位置にある状態で、前記係合部と前記1対の側壁面の一方とが互いに当接する場合における前記ステアリング操作部材の操作量より大きな操作量に設定された(3)項に記載の車両用ステアリングシステム。
前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて車輪の目標となる転舵量である目標転舵量を決定し、車輪の転舵量がその目標転舵量となるように当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(1)項ないし(4)項のいずれか1つに記載の車両用ステアリングシステム。
前記操作量依拠制御が、
前記転舵助勢装置の駆動源の動作量に基づいて実際の転舵量である実転舵量を推定し、その推定された実転舵量と前記目標転舵量とに基づいて、当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(5)項または(6)項に記載の車両用ステアリングシステム。
前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記ステアリング操作部材をそれの操作中立位置に復帰させる向きでそのステアリング操作部材の操作量に応じた大きさの力である復帰力となるように、その転舵助勢装置が発生させる力を、前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御する(1)項ないし(4)項のいずれか1つに記載の車両用ステアリングシステム。
当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記ステアリング操作部材の操作量が大きくなるにつれて、漸増し、その後に漸減するように決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(8)項に記載の車両用ステアリングシステム。
前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が設定値を超える場合に、前記操作量依拠制御の実行を禁止するように構成された(1)項ないし(9)項のいずれか1つに記載の車両用ステアリングシステム。
当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が前記設定値に近づくにつれて漸減するように決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(10)項に記載の車両用ステアリングシステム。
<車両用ステアリングシステムの全体構成>
図1に、請求可能発明の第1実施例である車両用ステアリングシステムの全体構成を示す。本ステアリングシステムは、運転者によって操作されるステアリング操作部材としてのステアリングホイール10と、一端部においてステアリングホイール10を保持するステアリングコラム12と、車輪を転舵する転舵装置14と、ステアリングコラム12と転舵装置14との間に位置するインタミディエイトシャフト(以下、「I/Mシャフト」と略す場合がある)16とを含んで構成されている。さらに、I/Mシャフト16の一端部とステアリングコラム12の備える出力シャフト18とは、ユニバーサルジョイント20によって連結され、I/Mシャフト16の他端部と転舵装置14の備える入力シャフト22の一端部とは、もう1つのユニバーサルジョイント24によって連結されている。
ステアリングコラム12においては、互いの軸線が平行にズレた状態で配設された第1シャフトとしての出力シャフト18と第2シャフトとしてのメインシャフト54とが、詳しく言えば、出力シャフト18の入力側シャフト88とメインシャフト54のロアシャフト60とが、上記回転伝達機構によって連結されている。そのことから、ロアシャフト60の回転位相と入力側シャフト88の回転位相とがズレて、それら2本のシャフト60,88の回転位相の差である回転位相差が変化するものとされている。以下に、具体的に図を用いて説明する。
i)転舵助勢制御
本ステアリングシステムでは、前述した転舵助勢装置82、詳しくは、それが有するモータ80が、ECU180によって制御される。通常、ECU180は、車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる転舵助勢制御を実行する。この転舵助勢制御では、まず、相対変位量センサ108によって検出されるトーションバー90の端部の各々の相対回転変位量δに基づいて、ステアリングホイール10に加えられた操舵力、詳しく言えば、操舵力伝達装置の回転伝達機構によって出力シャフト18に伝達された操舵トルクTSが推定される。そして、その推定された操舵トルクTSに基づいて、助勢装置82が発生させる力の一成分であり、目標となる助勢力である助勢トルク成分TAが決定される。ECU180のコントローラ内には、図9に示すような、操舵トルクTSをパラメータとする助勢トルク成分TAのマップデータが格納されており、助勢トルク成分TAの決定にあたっては、そのマップデータが参照される。
また、ECU180は、上述した転舵助勢制御とともに、ステアリングホイール10に連結されたメインシャフト54が、そのステアリングホイール10の操作中立位置に対応する回転角度位置が含まれる設定角度範囲内にある場合に、ステアリングホイール10の操作角φに基づく大きさの力を、転舵助勢装置82に発生させる操作量依拠制御を実行する。その操作量依拠制御について詳しく言えば、操作角φに応じた転舵量となるように、車輪を積極的に転舵させるための転舵力を発生させる制御(以下、「転舵量制御」という場合がある)である。
TD=Kp・Δθ+Ki・Int(Δθ)+Kd・Δθ’
ここで、Int(Δθ)は、モータ回転角偏差Δθの積分値に相当し、第1項,第2項,第3項は、それぞれ、転舵トルク成分TDにおける比例項成分,積分項成分,微分項成分を、Kp,Ki,Kdは、それぞれ、比例ゲイン,積分ゲイン,微分ゲインを意味する。
助勢装置82の制御は、それが発生させるべきトルクである目標出力トルクに基づいて行われる。詳しく言えば、上述のようにして、助勢装置82に発生させる力の助勢トルク成分TA,転舵トルク成分TDが決定されると、それらに基づき、次式に従って目標出力トルクT*が決定される。
T*=TA+TD
そして、このように決定された目標出力トルクT*を発生させるためのモータ80の作動制御が、インバータ182によって行われる。詳しく言えば、上述のように決定された目標出力トルクT*に基づいて、モータ80への目標となる供給電流i*=KT・T*(KT:ゲイン)が決定される。そして、その目標供給電流i*に基づいて、目標となるデューティ比が決定され、そのデューティ比に基づいた指令がインバータ182に送信される。インバータ182は、その適切なデューティ比の下、インバータ182の備えるスイッチング素子の開閉が制御されて、目標出力トルクT*を発生させるようにモータ80を作動させる。つまり、助勢装置82が発生させる力は、モータ80の作動が制御されることによって制御されるのである。
図11に、ロアシャフト60と入力側シャフト88とが、それぞれ、操作中立位置,転舵中立位置に対応する位置付近に位置する場合の、ロアシャフト60の回転角αと入力側シャフト88の回転角βとの関係を示す。この図は、ステアリングホイール10が操作中立位置から操作された場合のものであり、転舵量制御が実行される本ステアリングシステムにおける関係を、実線で示し、転舵量制御が実行されない従来のステアリングシステムにおける関係を、一点鎖線で示している。
なお、上述した転舵量制御は、回転伝達機構によって出力シャフト18に伝達された操舵トルクTSが設定値TS0を超える場合に、実行が禁止されるようになっている。相対変位量センサ108の検出値から推定された操舵トルクTSが設定値TS0を超える場合には、すでに回転伝達機構による回転伝達が可能な状態となっており、先に述べた転舵助勢制御における助勢トルク成分TAが、比較的大きくなってきていると考えられる。そこで、本ステアリングシステムにおいては、操舵トルクTSが設定値TS0を超える場合、操舵トルクTSが0とされ、転舵量制御の実行が禁止されるようになっている。具体的には、補正係数kが、図12に示すように、操舵トルクTSが設定値TS0に向かって大きくなるにつれて、1.0から0に向かって小さくなるように設定されている。そして、その操舵トルクTSの大きさに応じた補正係数kを転舵トルク成分TDに乗じて、目標出力トルクT*が決定されるようになっている。これにより、本ステアリングシステムにおいては、転舵量制御から転舵助勢制御に徐々に移行することになり、操作角φが設定値φ1以上となり転舵量制御の実行が禁止される場合に、舵助勢装置82が発生させる力を急変させないようにすることが可能である。
上述した転舵助勢装置82の制御は、図13にフローチャートを示す助勢装置制御プログラムが、イグニッションスイッチがON状態とされている間、短い時間間隔をおいて、ECU180により繰り返し実行されることによって行われる。以下に、その制御のフローを、図に示すフローチャートを参照しつつ、簡単に説明する。
第1実施例の車両用ステアリングシステムは、操作量依拠制御として、ステアリングホイール10の操作角に応じた車輪の転舵量となるように助勢装置82が発生させる力を制御する転舵量制御が行われるように構成されていた。それに対して、第2実施例のステアリングシステムにおいては、助勢装置82が発生させる力が、ステアリングホイール10を操作中立位置に復帰させる向きで操作角に応じた大きさの力である復帰力となるように、助勢装置82が発生させる力を制御する復帰力制御が実行されるように構成される。なお、第2実施例の車両用ステアリングシステムは、第1実施例のシステムと同様、あるいは類似の構成要素を含んで構成されているため、それらについては、同じ符号を用いるものとし、それらについての説明は、省略するあるいは簡略に行うものとする。
上記転舵量制御としての復帰力制御は、操作角センサ184によって検出された操作角φが設定された操作角φ2より小さい場合に実行される。そして、操作角φが設定値φ2より小さい場合には、その操作角φに基づいて、助勢装置82に発生させる力の一成分であり、目標となる復帰力である復帰トルク成分TRが決定される。ECU180のコントローラ内には、図14(b)に示すような、操作角φをパラメータとする復帰トルク成分TRのマップデータが格納されており、復帰トルク成分TRの決定にあたっては、そのマップデータが参照される。
T*=TA+TR (φ<φ2)
そして、このように決定された目標出力トルクT*を発生させるためのモータ80の作動制御が、インバータ182によって行われる。
本実施例のステアリングシステムにおける転舵助勢装置82の制御は、図15にフローチャートを示す助勢装置制御プログラムが、イグニッションスイッチがON状態とされている間、短い時間間隔をおいて、ECU180により繰り返し実行されることによって行われる。この助勢装置制御プログラムは、第1実施例のシステムにおけるプログラムと同様の処理があるため、それらについての説明は、省略するあるいは簡略に行うものとする。
90:トーションバー 108:相対変位量センサ[δ] 114:溝(案内通路)
116:円環プレート 118:ピン 120:ニードルベアリング 122:ローラ 126:1対の側壁面 180:ステアリング電子制御ユニット(ECU) 182:インバータ 184:操作角センサ[φ] 186:モータ回転角センサ[θ]
Claims (6)
- 運転者によって操作されるステアリング操作部材と、
そのステアリング操作部材の操作に応じて車輪を転舵する転舵装置と、
(A)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との一方に一端部が連結され、回転可能
に配設された第1シャフトと、(B)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との他方に
一端部が連結され、前記第1シャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離だけズレた状態で回転可能に配設された第2シャフトと、(C)(c-1) 前記第1シャフトの他端部において、その第1シャフトの回転軸線からその第1シャ
フトの径方向に前記所定距離より離れた位置に設けられた係合部と、(c-2) 前記第2シャフトの他端部において、その第2シャフトの径方向に平行に延びるようにして設けられ、前記係合部を前記第2シャフトの周方向においてクリアランスを有する状態で係合させるとともに前記第2シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、前記第1シャフトと前記第2シャフトとの一方の回転によって、その第1シャフトおよび第2シャフトのそれぞれの回転位相の差である回転位相差を変化させつつ、他方が回転するように構成された回転伝達機構とを有し、前記ステアリング操作部材に加わる操舵力を前記転舵装置に伝達する操舵力伝達装置と、
その操舵力伝達装置の前記回転伝達機構より車輪側に設けられ、駆動源を有してその駆動源が発生させる力に依拠して車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる転舵助勢装置と、
その転舵助勢装置を制御する制御装置と
を備えた車両用ステアリングシステムであって、
前記制御装置が、
(i)前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力に応じた大きさの力を、前記助勢力として前
記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する転舵助勢制御と、(ii)その転舵助勢制御に代えて、あるいは、その転舵助勢制御とともに、前記ステアリング操作部材の操作量が設定操作量より小さい場合に、その操作量に基づく大きさの力を、前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する操作量依拠制御とを実行するように構成され、
前記操作量依拠制御が、
前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて車輪の目標となる転舵量である目標転舵量を決定し、車輪の転舵量がその目標転舵量となるように当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである車両用ステアリングシステム。 - 前記転舵助勢装置が、前記駆動源の動作量が車輪の転舵量に応じた量となる構造とされ、
前記操作量依拠制御が、
前記転舵助勢装置の駆動源の動作量に基づいて実際の転舵量である実転舵量を推定し、その推定された実転舵量と前記目標転舵量とに基づいて、当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである請求項1に記載の車両用ステアリングシステム。 - 運転者によって操作されるステアリング操作部材と、
そのステアリング操作部材の操作に応じて車輪を転舵する転舵装置と、
(A)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との一方に一端部が連結され、回転可能に配設された第1シャフトと、(B)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との他方に一端部が連結され、前記第1シャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離だけズレた状態で回転可能に配設された第2シャフトと、(C)(c-1) 前記第1シャフトの他端部において、その第1シャフトの回転軸線からその第1シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置に設けられた係合部と、(c-2) 前記第2シャフトの他端部において、その第2シャフトの径方向に平行に延びるようにして設けられ、前記係合部を前記第2シャフトの周方向においてクリアランスを有する状態で係合させるとともに前記第2シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、前記第1シャフトと前記第2シャフトとの一方の回転によって、その第1シャフトおよび第2シャフトのそれぞれの回転位相の差である回転位相差を変化させつつ、他方が回転するように構成された回転伝達機構とを有し、前記ステアリング操作部材に加わる操舵力を前記転舵装置に伝達する操舵力伝達装置と、
その操舵力伝達装置の前記回転伝達機構より車輪側に設けられ、駆動源を有してその駆動源が発生させる力に依拠して車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる転舵助勢装置と、
その転舵助勢装置を制御する制御装置と
を備えた車両用ステアリングシステムであって、
前記制御装置が、
(i)前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力に応じた大きさの力を、前記助勢力として前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する転舵助勢制御と、(ii)その転舵助勢制御に代えて、あるいは、その転舵助勢制御とともに、前記ステアリング操作部材の操作量が設定操作量より小さい場合に、その操作量に基づく大きさの力を、前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する操作量依拠制御とを実行するように構成され、
前記操作量依拠制御が、
前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記ステアリング操作部材をそれの操作中立位置に復帰させる向きでそのステアリング操作部材の操作量に応じた大きさの力である復帰力となるように、その転舵助勢装置が発生させる力を、前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御する車両用ステアリングシステム。 - 前記制御装置が、
前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が設定値を超える場合に、前記操作量依拠制御の実行を禁止するように構成された請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の車両用ステアリングシステム。 - 前記操作量依拠制御が、
当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が前記設定値に近づくにつれて漸減するように決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである請求項4に記載の車両用ステアリングシステム。 - 前記第2シャフトが、
それぞれが前記係合部の移動が許容される方向に平行に延びるとともに互いに向かい合うように設けられ、それらの間隔が前記係合部の第1シャフトの周方向における寸法より大きくされた1対の側壁面を有し、
前記回転伝達機構が、
それら1対の側壁面が前記案内通路を区画して前記係合部を挟むように構成され、
前記設定操作量が、
前記転舵装置が転舵中立位置にある状態で、前記係合部と前記1対の側壁面の一方とが互いに当接する場合における前記ステアリング操作部材の操作量より大きな操作量に設定された請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載の車両用ステアリングシステム。
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