JPH0438270A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は車両用操舵装置、特に、操向ハンドルと操向
車輪とが機械的に分離され、操向ハンドルの操作を検出
して操向ハンドルの操作に応じてアクチュエータにより
操向車輪を転舵する車両用操舵装置に関する。

（従来の技術） この種の車両用操舵装置としては、従来、例えば特開昭
１ｉ１−２９１２６８号公報に記載されたものが知られ
る。この車両用操舵装置は、操向ハンドルの操舵を操舵
変位量センサ等のセンサで検出し、これらセンサの出力
信号を基に目標転舵量決定手段で目標転舵量を決定し、
この目標転舵量に操向車輪を転舵制御手段によって転舵
する。また、この操舵装置は、操舵力センサで操向ハン
ドルの操舵力を検出して操舵力に応じた第１制御量を決
定するとともに、操向車輪の操舵反力を操舵反力センサ
で検出して操舵反力に応じた第２制御量を決定し、第１
制御量を操向ハンドルに操舵力の作用方向へ作用する力
として、また、操向ハンドルに第２制御量を中立位置へ
復帰させる力として付与し、操舵感の向上を図っ・てい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の車両用操舵装置にあって
は、目標転舵量決定手段等の制御系機器あるいは転舵制
御手段等の駆動系機器に故障等が生じると、操向車輪の
転舵が不能となるおそれがあるという問題があった。

また、この従来の車両用操舵装置は、操向ハンドルに操
舵力の作用方向へ作用する力を第１制御量として操舵力
に基づき決定するとともに、操向ハンドルを中立位置へ
復帰させる力を第２制御量として操向車輪の転舵反力に
基づき決定し、これら第１制御量と第２制御量とを合成
して得られる合力を操向ハンドルに付与するため、操向
車輪の転舵反力が小さい操向ハンドルの中立位置近傍で
は操向ハンドルを中立位置へ復帰させる力も弱く操向ハ
ンドルが僅かの操舵力でも回転し、操舵感が損なわれる
という問題があった。

この発明は、上記各問題に鑑みてなされたもので、一部
の構成機器が故障した場合でも転舵機能を完全に損失す
ることがない車両用操舵装置、また、良好な操舵感を得
られる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） ′！Ｊ１の発明は、操向ハンドルの操作を操舵検知手段
により検出し、この操舵検知手段が出力する検知信号を
′ｓ１の演算手段と第２の演算手段とで並行して演算処
理し、これら第１の演算手段と第２の演算手段とが圧力
する操舵指令信号をそれぞれ第１のアクチュエータと第
２のアクチュエータとに圧力し、これら第１のアクチュ
エータと第２のアクチュエータとにより操向車輪を前記
操舵指令信号に応して転舵することが要旨である。

また、第２の発明は、操向ハンドルの操作を操舵検知手
段により検出し、この操舵検知手段が出力する検知信号
を演算手段により演算処理し、演算手段が出力する操舵
指令信号に基づきアクチュエータにより操向車輪を転舵
する車両用操舵装置において、操向ハンドルに操舵反力
を付与する操舵反力発生手段を設けるとともに、この操
舵反力が発生する操舵反力Ｔを操舵検知手段が出力する
検知信号に基づき下式に示す操向ハンドルの操舵量θの
指数間数θｌ／ｎ（ｎ＞１）に比例するように制御する
制御手段を設けたことが要旨である。

さらに、第３の発明は、操向ハンドルの操作を操舵検知
手段により検出し、この操舵検知手段が出力検知信号を
演算手段により演算処理し、演算手段が出力する操舵指
令信号に基づきアクチュエータにより操向車輪を転舵す
る車両用操舵装置において、操舵検知手段が出力する検
知信号に基づき操向ハンドルの操舵量および操舵速度に
応じた操舵反力を定める反力決定手段と、この反力決定
手段の出力信号に基づき操向ハンドルに操舵方向と逆方
向に作用する操舵反力を付与する操舵反力発生手段と、
を設けたことが要旨である。

そして、第３の発明の車両用操舵装置は、車速を検出す
る車速検知手段を設けて反力決定手段が生じる操舵反力
を車速が大きくなると大きくなるように構成することで
、また、操向車輪の転舵反力を検臼する転舵反力検知手
段を設けて反力決定手段が生じる操舵反力を転舵反力お
よび車速が大きくなると大きくなるよう構成することで
発展的に達成される。

（作用） 第１の発明の車両用操舵装置は、操舵検知手段の検知信
号を第１の演算手段と′ｓ２の演算手段とで並行して演
算処理し、これら演算手段が出力する操舵指令信号を基
に３４１のアクチエエータと第２のアクチュエータとが
それぞれ操向車輪を転舵する。このため、演算手段の一
方あるいはアクチュエータの一方が故障等を生じても操
舵が不能となることも無く、高い信頼性が得られる。

第２の発明の車両用操舵装置は、操向ハンドルの中立位
置の近傍、すなわち操舵量θが小さい場合でも操向ハン
ドルが大きな操舵反力で中立位置に向けて付勢されるた
め、良好な操舵感を得られ、また、直進安定性を向上で
きる。

第３の発明の車両用操舵装置は、操向ハンドルの操舵量
、操舵速度および操向車輪の転舵反力に応じた操舵反力
で操向ハンドルを操舵方向と逆方向に付勢するため、操
舵感の向上が図れる。そして、この第３の発明の車両用
操舵装置は、操舵反力を車速の増加にともない大きくす
ることでより良好な操舵感を得られ、また、操舵反力を
操向車輪の転舵反力に応じて大きくすることで路面状況
等の操舵状態を認識できる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図から第６図は第１．第２および第３の発明が適用
された車両用操舵装置の一実施例を表し、第１図が模式
図、第２図が制御系のブロック図、第３図および第４図
が制御ブロック図、第５図および第６図が特性図である
。

第１図において、１１はシャフトｌｌａに設けられた操
向ハンドルであり、シャフトｌｌａは車体に回転自在に
支持されて反力モータ（操舵反力発生手段）１２と連結
されている。反力モータ１２は、制御装置１３に接続さ
れ、この制御装置１３により制御されて操向ハンドル１
１の操舵に対して抵抗力（操舵反力）を生じる。この反
力モータ１２には通電される電流値を検出する電流セン
サ４１が設けられ、この電流センサ４１も制御装置１３
に接続されている。また、シャフトｌｌａには、ポテン
ショメータ等のアナログ式センサから成る第１の操舵角
センサ１４、エンコーダ等のデジタル式センサから成る
第２の操舵角センサ１５および差動トランス等から構成
される操舵力センサ１６が設けられ、これらセンサ１４
，１５゜１６がそれぞれ制御装置１３に接続されている
。

′ｔＳ１の操舵角センサ１４は操向ハンドル１１の所定
位置（例えば中立位置）を基準としてシャフト１１ａの
回転角すなわち操向ハンドル１１の操舵角（操舵量）θ
を検出して操舵角θと対応した電位の検知信号を出力し
、第２の操舵角センサ１５は操向ハンドル１１の単位操
舵角について所定のパルス数のパルス信号を出力し、操
舵力センサ１６は操舵力を検出して操舵力に対応した電
位の検知信号を出力する。なお、上述した第１の操舵角
センサ１４、第２の操舵角センサ１５および操舵力セン
サ１６が操舵検知手段に相当する。

また、１７Ｌ、１７Ｒは左右一対の操向車輪であり、こ
れら操向車輪１７Ｌ、１７Ｒはそれぞれがタイロッド１
８Ｌ、１８Ｒを介して操舵機構１９と連結されている。

操舵機構１９は螺線状の溝が形成されたウオームシャフ
ト２０、このウオームシャフト２０の溝に多数のボール
を介して螺合するボールナツト２１およびポールナツト
２１と一体回転可能に結合された伝達ギア２２を有する
。ウオームシャフト２０は、図示しないハウジング等に
回転を禁止されて軸方内容動可能に支持され、両端が上
述のタイロッド１８Ｌ、１８Ｒを介して操向車輪１７Ｌ
。

１７Ｒと連結されている。このウオームシャフト２０は
、溝をボールが転勤してポールナツト２１との間で循環
し、ポールナツト２１の回転で軸方向に移動して操向車
輪１７Ｌ、１７Ｒを転舵する。伝達ギア２２は駆動ギア
２３に噛合して駆動ギア２３の回転でポールナツト２１
と一体に回転する。駆動ギア２３は回転軸２４に固設さ
れ、回転軸２４は２つの転舵モータ（アクチュエータ）
　２５Ｌ、２５Ｒの出力軸の双方と一体かつ同芯状に結
合している。これら転舵モータ２ＳＬ、２ＳＲはそれぞ
れが制御装置１３に接続され、また、これら転舵そ一タ
２５Ｌ、２５Ｒにはそれぞれ通電される電流値を検出す
る電流センサ４０Ｌ、４０Ｒが設けられている。これら
電流センサ４０Ｌ、４０Ｒも制御装置１３に接続されて
いる。

上述のタイロッド１８Ｌ、１８Ｒにはそれぞれ軸力セン
サ２６Ｌ、２６Ｒが、ポールナツト２１にはポテンショ
メータ等のアナログ式センサから成る絶対位置センサ２
フ（第１図中ではポールナツト２１に内包されて明示さ
れず）が、転舵モータ２５Ｌ、２５Ｈにはそれぞれエン
コータ等のデジタル式センサから成る転舵角センサ２８
Ｌ、２８Ｒが設けられ、これらセンサ２１ｉＬ、２６Ｒ
，２８Ｌ、２８Ｒが制御装置１３に接続されている。軸
力センサ２ＳＬ、２８Ｒはそれぞれ操向車輪１７Ｌ、１
７Ｒの転舵反力ＲＬ、ＲＲを検出して転舵反力ＲＬ、Ｒ
Ｒを表す検知信号を出力し、同様に、絶対位置センサ２
７は前述した第１の操舵角センサ１４と同様に中立位置
を基準とするポールナツト２１の回転角を検出して操向
車輪１７Ｌ、１７Ｒの中立位置を基準とする転舵角δを
表す検知信号を出力し、また同様に、転舵角センサ２８
Ｌ、２８Ｒはそれぞれ前述した第２の操舵角センサ１５
と同様に各転舵モータ２５Ｌ、２５Ｒの出力軸の単位回
転角について所定のパルス数のパルス信号を制御装置１
３に出力する。

なお、第１図中、２９は表示器、３ｏはイグニッション
スイッチ、３１はバッテリである。表示器２９は制御装
置１３に接続されて制御装置１３の出力信号を基に操向
ハンドル１１の操舵角θと操向車輪１７Ｌ、１７Ｒの転
舵角δとの相対的なずれを表示する。

制御装置１３は、′ｓ２図に示すように、ワンチップマ
イコン、メモリ、Ａ／Ｄ変換器およびクロック等を内蔵
した２つのコントローラ（演算手段）　１３ａ、１３ｂ
を有し、これらコントローラ１３ａ。

１３ｂが相互に接続され、また、コントローラ１３ａ。

１３ｂにそれぞれウオッチドグタイマ３２ａ、３２ｂが
接続されている。これらコントローラ１３ａ、１３ｂは
、それぞれに前述した各センサ１４，１５，１６゜２Ｓ
Ｌ　、２８Ｒ，２フ　、２８Ｌ　、２８Ｒ，４０Ｌ　、
４０Ｒ，４１、車速センサ３３およびヨーレイトセンサ
３４が並列に接続され、また、それぞれが反力モータ駆
動回路３５、転舵モータ駆動回路３６Ｌ、３６Ｒおよび
前述した表示路２９（′ｊ４１図参照）と並列に接続さ
れている。車速センサ３３は車速■を検出して車速■を
表す検知信号を出力し、ヨーレイトセンサ３４は車両の
ヨー再速度（ヨーレイト）Ｙを検出してヨー再速度Ｙを
表す検知信号を出力する。

コントローラ１３ａ　、　１３ｂは、それぞれが各セン
サ１４、　１５．１　Ｂ、　２８Ｌ　、２６Ｒ，２７，
２８Ｌ　、２８Ｒ３３、３４，４ＯＬ　、４０Ｒ，４１
の検知信号を所定のルーチンに従い並行して演算処理し
、各モータ駆動回路３５　、３ＳＬ、３６ＲにＰＷＭ信
号を、また、表示器２９に指令信号を出力する。ウオッ
チドグタイマ３２ａ、３２ｂは、それぞれがコントロー
ラ１３ａ１３ｂのルーチンの実行間隔あるいは内蔵タイ
マの周期等を監視し、コントローラ１３ａ、１３ｂの異
常を判定する。モータ駆動回路３５　．３６Ｌ　、３６
ＲはそれぞれがＦＥＴ等をブリッジ状に結線して成り、
反力モータ駆動回路３５が反力モータ１２に、転舵モー
タ駆動回路３δＬ、３８Ｒが転舵モータ２５Ｌ、２５Ｒ
に接続されている。これらモータ駆動回路３５３６Ｌ　
、３６Ｒはそれぞれコントローラ１３ａ、１３ｂから人
力するＰＷＭ信号に応じたデユーティファクタの電流を
モータ１２．２５Ｌ、２５Ｒに通電する。

この実施例の車両用操舵装置は、各コントローラ１３ａ
、１３ｂが各操舵角センサ１４，１５の検知信号を基に
操向ハンドル１１の操舵角θを、この操舵角θを基に操
舵速度θを、操舵力センサ１６の検知信号を基に操向ハ
ンドル１１に加えられる操舵力Ｔを、軸力センサ２ＢＬ
、２ＳＲの検知信号を基に操向車輪１７Ｌ、１７Ｒの転
舵反力ＲＬ、ＲＲを、絶対位置センサ２７および転舵角
センサ２８Ｌ、２８Ｒの検知信号を基に操向車輪１７Ｌ
、１７Ｒの転舵角δを、車速センサ３３の検知信号を基
に車速Ｖを、ヨーレイトセンサ３４の検知信号を基にヨ
ーレイトＹを算出する。したがって、操舵角センサ１４
，１５の一方、軸力センサ２６Ｌ、２６Ｈの一方あるい
は転舵角センサ２８Ｌ、２８Ｒまたは絶対位置センサ２
７の１つに故障が生じた場合でも操舵角θ、転舵反力Ｒ
Ｌ、ＲＲあるいは転舵角δの検知が不能となることもな
い。なお、これらセンサ、例えば操舵角センサ１４，１
５、絶対位置センサ２８Ｒ，２８Ｌおよび絶対位置セン
サ２７の故障の判別はそれぞれの出力信号を対照して多
数決の論理等により行う。また、これらコントローラ１
３ａ、１３ｂは、電流センサ４０Ｌ、４０Ｒの検知信号
を基に転舵モータ２５Ｌ。

２５ＲがＰＷＭ信号の示すデユーティファクタと著しく
異なる場合に異常と判定し、同様に、電流センサ４１の
検知信号とＰＷＭ信号とが著しく異なる場合に異常と判
定し、異常が生じた部分を切り離して制御を続行する。

したがって、より高い信頼性が得られる。

そして、この車両用操舵装置は、それぞれのコントロー
ラ１３ａ、１３ｂにおいて第３図のブロック図に示すよ
うに操向ハンドル１１の操舵角θに基づき操向車輪１７
Ｌ、１７Ｒの転舵角δを帰還制御する。

また、コントローラ１３ａ、１３ｂは、第４図に示すよ
うに、操舵角θを下式の直進特性援助関数で変換して第
５図に示す特性の情報量（便宜上、操舵反力Ｔｔｌ　と
称す）を、転舵反力ＲＬ、ＲＲを車速Ｖに応じ変換して
第６図に示す特性の情報量（便宜上、操舵反力Ｔｔ２と
称す）を、操舵速度θを車速Ｖに応じ変換して上記′ｓ
６図と路間等の特性の情報量（便宜上、操舵反力Ｔｔｓ
と称す）を得、これら操舵反力Ｔｔ＋＋Ｔｔｚ＋Ｔｔｓ
を基に反力モータ１２の出力トルクＴを帰還制御する。

Ｔｔ＋＝ＫＸθｌ／ｎ ただし、には定数、ｎは１を超える正数したがって、反
力モータ１２の出力トルクＴは、操舵角θに対しては第
５図に示すような特性、また、転舵反力ＲＬ、Ｒ１１お
よび車速■に対しては第６図に示す特性、同様に、操舵
速度δと車速Ｖとに対しては第６図に示す特性と路間等
の特性に制御され、良好な操舵感を得られる。すなわち
、操舵反力Ｔが第５図に示す特性に制御されて操向ハン
ドル１１には中立位置近傍において比較的大きな操舵反
力Ｔが中立位置へ復帰させる力として作用するため、良
好な操舵感を得られるのみならず、操向ハンドル１１の
中立位置近傍でのふらつきが抑制されてサスペンション
の設計、特にキャスタトレール等のジオメトリの設計に
も大きな自由度を得られる。ただし、第５図に示す特性
は操舵角θが小さい領域でのみ上式によって規定される
特性であるが、全領域を上式で規定される特性にするこ
とも可能である。また、操舵反力Ｔが転舵反力ＲＬ、Ｒ
Ｒと車速Ｖ、および操舵速度θと車速■のそれぞれに対
して第６図に示すような特性で操向ハンドル１１に操舵
方向と遠方内に作用するため、操向ハンドル１１と操向
車輪１７Ｌ、１７Ｒとが機械的に連結された操舵装置と
同等の良好な操舵感を得られる。

なお、上述した第３図および′ｓ４図において、Ｋｌ＋
　　Ｋ２．に３．Ｋｐ、ＫＩ、Ｋｄ、ａ、ｂ。

ｃ、ｄは定数、Ｓはラプラス演算子である。

一方、この車両用操舵装置は、コントローラ１３ａ、１
３ｂがそれぞれルーチンを実行して上述の制御を行う。

このため、コントローラ１３ａ　１３ｂの一方に故障が
生じた場合でも制御不能となることがなく、高い信頼性
が得られる。そして、これらコントローラ１３ａ、１３
ｂの故障の判定は、例えば、コントローラ１３ａ、ｆ３
ｂにそれぞれルーチンの実行に同期して出力されるフラ
グとウオッチドグタイマの出力とを対照して多数決の論
理により行う。

またさらに、この車両用操舵装置は、操向ハンドル１１
の操舵角θと操向車輪１７Ｌ、１７Ｒの転舵角δとの相
対的なずれを表示器２９に表示するため、電源投入時等
においてもそのずれを確実かつ容易に認識できる。した
がって、アナログ式の舵角センサ１４を取り外して構成
することもで牲、また、ＥＦＲＯＭ等の不揮発性メモリ
を用いること無く構成でき、これら不揮発性メモリ等を
装着すること無く操向ハンドル１１と操向車輪１７Ｌ。

１７Ｒとの位置ずれを肥識できる。

（発明の効果） 以上説明したように、第１の発明にかかる車両用操舵装
置によれば、検知系、制御系および駆動系を並列結合冗
長系に構成したため、高い信頼性を得られる。

また、第２の発明にかかる車両用操舵装置によれば、操
向ハンドルに操舵量が小さい領域で指数が１より小さい
操舵量の指数関数として規定される操舵反力を中立位置
へ復帰させるように付与するため、良好な操舵感を得ら
れ、サスペンションの設計にも大きな自由度が得られる
。

さらに、第３の発明にかかる車両用操舵装置によれば、
操向ハンドルの操舵量、操舵速度および操向車輪の操舵
反力に基づき定まる操舵反力を操向ハンドルに操舵方向
と逆方向へ作用するように付与するため、良好な操舵感
を得られる。特に、この第３の発明の車両用操舵装置で
は、操舵反力を操向ハンドルの操舵速度、操向車輪の転
舵反力および車速の大きさに応じ、これら操舵速度、転
舵反力および車速が増加にともない増大するように構成
することでより良好な操舵感が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図友ら第６図は、発明の一実施例にかかる車両用操
舵装置を示し、第１図が模式図、第２図が回路ブロック
図、第３図および第４図が制御ブロック線図、第５図お
よび第６図が制御特性図である。 １１・・・操向ハンドル １２・・・反力モータ（操舵反力発生手段）１３・・・
制御装置 １３ａ、１３ｂ・・・コントローラ（演算手段）１４・
・・第１の操舵角センサ １５・・・第２の操舵角センサ １６・・・操舵力センサ １７Ｌ、１７Ｒ・・・操向車輪 １９・・・操舵機構 ２５Ｌ、２５Ｒ・・・転舵モータ（アクチュエータ）２
６Ｌ、２６Ｒ・・・軸力センサ ２７・・・絶対位置センサ ２８Ｌ、２８Ｒ・・・転舵角センサ ２９・・・表示器 ３２ａ、３２ｂ・・・ウオッチドグタイマ３３・・・車
速センサ ３４・・・ヨーレイトセンサ 第５図 第６図 特 代 許出願人 理　人　弁理士 同　　　弁理士 同　　　弁理士 本田技研工業株式会社 下　　　１）　容一部 大　　橋　　邦　　彦 小　　　山　　　　　　有

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）操向ハンドルの操作を操舵検知手段により検出し
   、この操舵検知手段が出力する検知信号を第１の演算手
   段と第２の演算手段とで並行して演算処理し、これら第
   １の演算手段と第２の演算手段とが出力する操舵指令信
   号をそれぞれ第１のアクチュエータと第２のアクチュエ
   ータとに出力し、これら第１のアクチュエータと第２の
   アクチュエータとにより操向車輪を前記操舵指令信号に
   応じて転舵することを特徴とする車両用操舵装置。
2. （２）操向ハンドルの操作を操舵検知手段により検出し
   、この操舵検知手段が出力する検知信号を演算手段によ
   り演算処理し、演算手段が出力する操舵指令信号に基づ
   きアクチュエータにより操向車輪を転舵する車両用操舵
   装置において、 操向ハンドルに操舵反力を付与する操舵反力発生手段を
   設けるとともに、この操舵反力が発生する操舵反力Ｔを
   操舵検知手段が出力する検知信号に基づき下式に示す操
   向ハンドルの操舵量θの指数関数として定まるように制
   御する制御手段を設けたことを特徴とする車両用操舵装
   置。 Ｔ＝Ｋ×θ＾１＾／＾ｎ ただし、Ｋは定数、ｎ＞１である。
3. （３）操向ハンドルの操作を操舵検知手段により検出し
   、この操舵検知手段が出力検知信号を演算手段により演
   算処理し、演算手段が出力する操舵指令信号に基づきア
   クチュエータにより操向車輪を転舵する車両用操舵装置
   において、 操舵検知手段が出力する検知信号に基づき操向ハンドル
   の操舵量および操舵速度に応じた操舵反力を定める反力
   決定手段と、 この反力決定手段の出力信号に基づき操向ハンドルに操
   舵方向と逆方向に作用する操舵反力を付与する操舵反力
   発生手段と、を設けたことを特徴とする車両用操舵装置
   。
4. （４）車速を検出して検知信号を前記反力決定手段に出
   力する車速検知手段を設け、前記反力決定手段は操舵反
   力を操向ハンドルの操舵速度の増大にともない増大し、
   かつ車速の増大にともない増大するように定めることを
   特徴とする請求項３に記載の車両用操舵装置。
5. （５）車速を検出する車速検知手段と操向車輪の転舵反
   力を検出する転舵反力検知手段とを設け、前記反力決定
   手段は操舵反力を転舵反力の増大にともない増大するよ
   うに定めることを特徴とする請求項３に記載の車両用操
   舵装置。