JP5660005B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に設けられた操舵装置に関する。

自動車等の車両の操舵装置における操舵入力手段としてはステアリングホイールが一般的であるが、例えば特許文献１に開示されるように、運転席の左右両側に設けられた２つのジョイスティックを操舵入力手段とする操舵装置が知られている。

ジョイスティック式の操舵装置においては、ステアリングホイールの場合と比べて、ジョイスティックの操舵角に対する操舵輪の転舵角の比（以下、適宜「舵角比」と呼ぶ）が遥かに大きいため、ステアリングホイールによる操舵に慣れた運転者が違和感や操作性の悪さを感じたり、操舵輪の切れ過ぎに起因して車両の操縦安定性が悪化し易いという課題がある。

そこで、特許文献１に開示された操舵装置は、車速センサにより検出された車速が高いほど舵角比が小さくなるよう構成されている。これにより、低車速域における良好な操舵の感度を維持しつつ、高車速域における操舵の感度を低減して操舵輪の切れ過ぎを防止し微妙な操舵を行うことができ、操舵装置の操作性および高速走行時の車両の操縦安定性を向上させることができる。

特開平８−３４３５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された操舵装置においては、車速センサがフェールした場合に車速に基づいて舵角比を変化させることができず、操作性および操縦安定性が低下するおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車速センサがフェールした場合であっても、操作性および操縦安定性の低下を抑制することのできる操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の操舵装置は、第１操舵入力部と、第２操舵入力部と、車速センサと、第１操舵入力部および第２操舵入力部の少なくとも一方の操舵角に応じて操舵輪を転舵する転舵機構と、車速センサにより検出された車速に基づいて、第１操舵入力部および第２操舵入力部の少なくとも一方の操舵角に対する操舵輪の転舵角の比である舵角比を設定する設定部とを備える。設定部は、車速センサがフェールした場合、第１操舵入力部の操舵角に対する操舵輪の転舵角の比である第１舵角比と、第２操舵入力部の操舵角に対する操舵輪の転舵角の比である第２舵角比とを異なる値に設定する。

設定部は、車速センサがフェールした場合、第１舵角比を所定の高車速時舵角比に設定し、第２舵角比を高車速時舵角比よりも高い低車速時舵角比に設定してもよい。

本発明によれば、車速センサがフェールした場合であっても、操作性および操縦安定性の低下を抑制できる操舵装置を提供できる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る操舵装置を適用可能な車両を示す図である。 本実施形態に係る操舵装置の構成を説明するための概略平面図である。 本実施形態に係る操舵装置の構成を説明するための概略側面図である。 本実施形態に係る操舵装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る操舵装置を適用可能な車両を示す。

図１（ａ）に示す車両１は、前輪ＦＷおよび後輪ＲＷが、右側車輪ＲＳＷと左側車輪ＬＳＷとの間の中心を通る前後線上に位置する車両である。車両１においては、前輪ＦＷが操舵輪である。

図１（ｂ）に示す車両２は、車両前方に右側車輪ＲＳＷと左側車輪ＬＳＷの２輪を備え、車両後方に後輪ＲＷの１輪を備える車両である。車両２においては、後輪ＲＷが操舵輪である。

図１（ｃ）に示す車両３は、車両前方に右前輪ＦＲＷと左前輪ＦＬＷの２輪を備え、車両後方に右後輪ＲＲＷと左後輪ＲＬＷの２輪を備える車両である。車両３においては、右前輪ＦＲＷおよび左前輪ＦＬＷが操舵輪とされることが多い。

以下においては、本実施形態に係る操舵装置が図１（ｂ）に示す車両２に適用される場合について説明する。本実施形態に係る操舵装置は、電気的にステアリング操作を行うステア・バイ・ワイヤの操舵装置である。

図２は、本実施形態に係る操舵装置１０の構成を説明するための概略平面図である。また、図３は、本実施形態に係る操舵装置１０の構成を説明するための概略側面図である。

図２および図３に示すように、操舵装置１０は、後輪ＲＷ（以下、「操舵輪ＲＷ」と呼ぶ）を転舵するための転舵機構１２と、車両の運転席（図示せず）の両側に設けられた右側操舵入力部２０Ｒおよび左側操舵入力部２０Ｌと、車両の車速を検出する車速センサ４０と、右側操舵入力部２０Ｒ、左側操舵入力部２０Ｌの操作量および車速に基づいて操舵輪ＲＷの転舵角を制御するステアリングＥＣＵ３０とを備える。

転舵機構１２は、操舵輪ＲＷを支持する支持部材１５と、支持部材１５に固定されたキングピン軸１６と、転舵モータ１７と、転舵モータ１７からの駆動力をキングピン軸１６の回転力に変換するウォームギヤ１８と、キングピン軸の回転角、すなわち操舵輪ＲＷの転舵角を検出する転舵角センサ１９とを備える。

右側操舵入力部２０Ｒ、左側操舵入力部２０Ｌは、それぞれ、操作レバー２１Ｒ，２１Ｌと、操作レバー２１Ｒ，２１Ｌを回転可能に保持するレバー保持部２２Ｒ，２２Ｌと、操作レバー２１Ｒ，２１Ｌの回転角を検出する操舵角センサ２３Ｒ，２３Ｌと、操作レバー２１Ｒ，２１Ｌを回転させるモータ２７Ｒ，２７Ｌとを備える。

操作レバー２１Ｒ，２１Ｌは、概してＬ字形を成したものであり、それぞれ、回転軸２４Ｒ，２４Ｌと、該回転軸２４Ｒ，２４Ｌに直交する操作軸２５Ｒ，２５Ｌとを有する。操作軸２５Ｒ，２５Ｌの先端部には、それぞれグリップ２６Ｒ，２６Ｌが設けられている。操作レバー２１Ｒ，２１Ｌは、回転軸２４Ｒ，２４Ｌが車両の前後方向に延びた姿勢で、レバー保持部２２Ｒ，２２Ｌに、軸線Ｓ回りに回転可能に保持される。回転軸２４Ｒ，２４Ｌは、モータ２７Ｒ，２７Ｌに連結されており、ステアリングＥＣＵ３０からの指令により回転可能となっている。

運転者は、グリップ２６Ｒを右手で、グリップ２６Ｌを左手で把持し、操作レバー２１Ｒ，２１Ｌを軸線Ｓ回りに回転操作する。グリップ２６Ｒ，２６Ｌが設けられた操作軸２５Ｒ，２５Ｌが車両の上下方向に延びた姿勢が、中立位置である。操作レバー２１Ｒ，２１Ｌが中立位置にある状態においては、車両が直進する状態にあり、操舵輪ＲＷの転舵角が０度となる。

ステアリングＥＣＵ３０には、操舵角センサ２３Ｒ，２３Ｌにより検出された操作レバー２１Ｒ，２１Ｌの操舵角と、転舵角センサ１９により検出された操舵輪ＲＷの転舵角と、車速センサ４０により検出された車速とが入力される。

通常時において、ステアリングＥＣＵ３０は、入力された車速に基づいて、右側操舵入力部２０Ｒ、左側操舵入力部２０Ｌの操舵角に対する操舵輪ＲＷの転舵角の比（舵角比）を設定する。具体的には、ステアリングＥＣＵ３０は、車速が高いほど舵角比が小さくなるよう設定する。これにより、低速域では右側操舵入力部２０Ｒ、左側操舵入力部２０Ｌを操作しはじめた瞬間からクイックに操舵輪ＲＷを転舵させることができ、操作性を向上できる。また、高速域では右側操舵入力部２０Ｒ、左側操舵入力部２０Ｌの操作感度が低下するので、操舵輪ＲＷの切れ過ぎが防止され、操作性および操縦安定性を向上できる。

本実施形態に係る操舵装置１０は、右側操舵入力部２０Ｒおよび左側操舵入力部２０Ｌの少なくとも一方が操作されれば、操舵輪ＲＷが転舵するよう構成されている。ここでは、右側操舵入力部２０Ｒが操作された場合を例として説明する。

運転者により右側操舵入力部２０Ｒが操作されると、操舵角センサ２３Ｒにより操舵角θ１が検出される。検出された操舵角θ１は、ステアリングＥＣＵ３０に送られる。ステアリングＥＣＵ３０は、入力された操舵角θ１と設定した舵角比Ｒとに基づいて目標転舵角δ＊を決め、転舵モータ１７を駆動して該目標転舵角δ＊となるよう操舵輪ＲＷを転舵する。操舵輪ＲＷの転舵を行う際には、転舵角センサ１９によって検出された実際の転舵角δを用いたフィードバック制御が行われる。

操舵輪ＲＷの転舵を行うのと同時に、ステアリングＥＣＵ３０は、左側操舵入力部２０Ｌの操舵角θ２が操舵角θ１と同じになるようモータ２７Ｌを制御してもよい。これにより、操作レバー２１Ｌが操作レバー２１Ｒと同じように動く。操作レバー２１Ｌの移動を行う際には、操舵角センサ２３Ｌによって検出された値を用いたフィードバック制御が行われる。

以上、右側操舵入力部２０Ｒが操作された場合の動作について説明したが、左側操舵入力部２０Ｌが操作された場合も同様に動作する。

次に、車速センサ４０がフェールした場合の動作について説明する。車速センサ４０がフェールした場合、ステアリングＥＣＵ３０は車速情報を取得できないので、通常時のように車速に基づいた舵角比の設定を行うことができない。この場合、仮の車速を適当に決め、その車速に基づいて舵角比を設定する方法が考えられる。しかしながら、このような方法においては、例えば設定した仮の車速が高速であるが実際の車速が低速であるような場合には、操舵入力部の操作感度が低く、操作性が悪化する。また、例えば設定した仮の車速が低速であるが実際の車速が高速であるような場合には、操舵入力部の操作感度が高く、操作性および操縦安定性が悪化する。

そこで、本実施形態に係る操舵装置１０においては、ステアリングＥＣＵ３０は、車速センサ４０がフェールした場合、右側操舵入力部２０Ｒの操舵角θ１に対する操舵輪ＲＷの転舵角δの比である第１舵角比Ｒ１と、左側操舵入力部２０Ｌの操舵角θ２に対する操舵輪ＲＷの転舵角δの比である第２舵角比Ｒ２とを異なる値に設定する。

例えば、ステアリングＥＣＵ３０は、右側操舵入力部２０Ｒの第１舵角比Ｒ１を所定の高車速時舵角比ＲＨに設定し、左側操舵入力部２０Ｌの第２舵角比Ｒ２を高車速時舵角比ＲＨよりも高い低車速時舵角比ＲＬに設定する。

高車速時舵角比ＲＨとは、高速走行時（例えば６０ｋｍ／ｈ以上）に適した舵角比であり、標準的な舵角比よりも低い舵角比である。ここで、標準的な舵角比とは、車両が平均的な車速（例えば４０ｋｍ／ｈ）である場合に設定される舵角比である。

低車速時舵角比ＲＬとは、低速走行時（例えば２０ｋｍ／以下）に適した舵角比であり、標準的な舵角比よりも高い舵角比である。

適切な高車速時舵角比ＲＨと低車速時舵角比ＲＬの値は、車両の種類等によって異なるので、実験やシミュレーションにより適宜設定すればよい。

上記のように右側操舵入力部２０Ｒの第１舵角比Ｒ１と左側操舵入力部２０Ｌの第２舵角比Ｒ２を設定した場合、運転者は、車両の速度に応じて左右２つの操作入力部から適切な方を選択して操作することができる。

例えば車両が高速走行している場合、運転者は、右手で右側操舵入力部２０Ｒを操作する。これにより、例えば走行中に車速センサ４０がフェールした場合であっても、操作性および操縦安定性の低下を防止または少なくとも緩和できる。

一方車両が低速走行している場合、運転者は、左手で左側操舵入力部２０Ｌを操作する。これにより、例えば走行中に車速センサ４０がフェールした場合であっても、操作性の低下を防止または少なくとも緩和できる。

勿論、左右の操舵入力部に関し、高車速時舵角比ＲＨと低車速時舵角比ＲＬの設定は逆であってもよい。すなわち、右側操舵入力部２０Ｒの第１舵角比Ｒ１を低車速時舵角比ＲＬに設定し、左側操舵入力部２０Ｌの第２舵角比Ｒ２を高車速時舵角比ＲＨに設定してもよい。

操舵輪ＲＷの転舵を行うのと同時に、ステアリングＥＣＵ３０は、操作されていない操舵入力部の操舵角が、操作された操舵入力部の操舵角と同じになるようにモータを制御してもよい。

図４は、本実施形態に係る操舵装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。図４に示す制御フローは、所定の時間間隔で実行される。

まず、ステアリングＥＣＵ３０は、車速センサ４０が正常か否か判定する（Ｓ１０）。

速度センサが正常な場合（Ｓ１０のＹ）、ステアリングＥＣＵ３０は、速度センサから車速情報を受信する（Ｓ１２）。

次に、ステアリングＥＣＵ３０は、車速に応じて舵角比Ｒを設定する（Ｓ１４）。具体的には、車速が高いほど舵角比Ｒが小さくなるよう設定する。

次に、ステアリングＥＣＵ３０は、右側操舵入力部２０Ｒおよび左側操舵入力部２０Ｌの一方が操作されたか否か判定する（Ｓ１６）。この判定は、右側操舵入力部２０Ｒ、左側操舵入力部２０Ｌから受信した操舵角の変化を見ることで行うことができる。操作されていない場合（Ｓ１６のＮ）、操作の実行を待つ。

右側操舵入力部２０Ｒおよび左側操舵入力部２０Ｌの一方が操作された場合（Ｓ１６のＹ）、ステアリングＥＣＵ３０は、Ｓ１４にて設定された舵角比Ｒで操舵輪ＲＷの転舵制御を行い（Ｓ１８）、制御フローを終了する。

一方、車速センサ４０がフェールしている場合（Ｓ１０のＮ）、ステアリングＥＣＵ３０は、右側操舵入力部２０Ｒの第１舵角比Ｒ１を高車速時舵角比ＲＨに設定し、左側操舵入力部２０Ｌの第２舵角比Ｒ２を低車速時舵角比ＲＬに設定する（Ｓ２０）。ここで、高車速時舵角比ＲＨ＜低車速時舵角比ＲＬである。

次に、ステアリングＥＣＵ３０は、右側操舵入力部２０Ｒが操作されたか否か判定する（Ｓ２２）。

右側操舵入力部２０Ｒが操作された場合（Ｓ２２のＹ）、ステアリングＥＣＵ３０は、高車速時舵角比ＲＨに設定された第１舵角比Ｒ１で操舵輪ＲＷの転舵制御を行い（Ｓ２４）、制御フローを終了する。

右側操舵入力部２０Ｒが操作されていない場合（Ｓ２２のＮ）、ステアリングＥＣＵ３０は、左側操舵入力部２０Ｌが操作されたか否か判定する（Ｓ２６）。左側操舵入力部２０Ｌが操作されていない場合（Ｓ２６のＮ）、Ｓ２２に戻り操舵入力部の操作を待つ。

左側操舵入力部２０Ｌが操作された場合（Ｓ２６のＹ）、ステアリングＥＣＵ３０は、低車速時舵角にＲＬに設定された第２舵角比Ｒ２で操舵輪ＲＷの転舵制御を行い（Ｓ２８）、制御フローを終了する。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０ 操舵装置、 １２ 転舵機構、 １６ キングピン軸、 １７ 転舵モータ、 １９ 転舵角センサ、 ２０Ｒ 右側操舵入力部、 ２０Ｌ 左側操舵入力部、 ３０ ステアリングＥＣＵ、 ４０ 車速センサ。

Claims (2)

1. 第１操舵入力部と、
   第２操舵入力部と、
   車速センサと、
   前記第１操舵入力部および前記第２操舵入力部の少なくとも一方の操舵角に応じて操舵輪を転舵する転舵機構と、
   前記車速センサにより検出された車速に基づいて、前記第１操舵入力部および前記第２操舵入力部の少なくとも一方の操舵角に対する操舵輪の転舵角の比である舵角比を設定する設定部と、を備え、
   前記設定部は、前記車速センサがフェールした場合、前記第１操舵入力部の操舵角に対する操舵輪の転舵角の比である第１舵角比と、前記第２操舵入力部の操舵角に対する操舵輪の転舵角の比である第２舵角比とを異なる値に設定することを特徴とする操舵装置。
2. 前記設定部は、前記車速センサがフェールした場合、前記第１舵角比を所定の高車速時舵角比に設定し、前記第２舵角比を前記高車速時舵角比よりも高い低車速時舵角比に設定することを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。

Images