JPH1159456A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 舵取機構及び操舵手段が機械的に非連結な車
両用操舵装置において、舵取機構の舵取方向が操舵手段
の操舵方向と異なる場合に、舵取機構が操舵手段の操舵
方向と逆方向へ更に舵取りを行なうのを抑制することに
より、運転者の違和感を解消することができる車両用操
舵装置を提供する。 【解決手段】 ステアリングホイール２の操舵方向及び
舵取モータ１５による舵取方向を比較し、操舵方向と舵
取方向とが異なる場合に、舵取モータ１５の舵取力を抑
制させる舵取制御部３を備えている構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操舵手段と舵取機
構が機械的に非連結の車両用操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】操舵手段及び舵取機構が機械的に非連結
の車両用操舵装置は、動力舵取装置における舵取補助用
のアクチュエータと同様に、舵取機構に舵取用のアクチ
ュエータとしての電動モータからなる舵取モータを配し
てなり、操舵手段たるステアリングホイールの操舵角の
検出値に基づいて前記舵取モータを駆動することによ
り、ステアリングホイールの操舵に応じた舵取りを行な
わせる構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、以上の如き
従来の構成においては、スラローム走行等、ステアリン
グホイールの切り返し動作が短時間で行われるような走
行が行われた場合に、舵取機構側の不可避的に生じる応
答遅れにより、舵取機構の舵取方向がステアリングホイ
ールの操舵方向と異なる方向となるために運転者が違和
感を感じる。

【０００４】図５は、ステアリングホイール及び舵取機
構の方向関係を示す模式図である。図５において、ｔｎ
（ｎ＝１，２，…）は、所定の制御周期において操舵角
θ及び舵取角Θをサンプリングする時点を示している。
なお、説明を簡略化するために、ステアリングホイール
側の操舵角θに対して舵取機構側の舵取角Θを１：１と
している。

【０００５】例えば、ｔ１時点で、ステアリングホイー
ルは、右へ５０°（θ＝５０°）切られており、一方、
舵取機構もこれに一致すべく右へ舵取りを行ない、この
時点では、右へ４０°（Θ＝４０°）の位置にある。従
って、この時点において、操舵角θ及び舵取角Θの偏差
は＋１０°であるので、舵取機構は、Θ＝θとなるよう
に更に右へ舵取りを行なう。

【０００６】そして、ｔ２時点で、運転者がステアリン
グホイールを逆に左へ２°操舵した場合（θ＝４８
°）、ｔ１時点〜ｔ２時点の間に舵取機構がΘ＝４５°
まで追動しているので、このｔ２時点での偏差は＋３°
となる。このため、舵取機構は、更に右へ３°舵取りを
行なうが、ステアリングホイールが左方向へ切られてい
るのにも拘わらず、舵取機構は逆方向へ舵取りを行なう
結果となる。この状態は、次のサンプリング時点（ｔ３
時点）に修正されるが、切り返しが頻繁に行われた場
合、このような状態が連続して起こり得る。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、舵取機構の舵取方向がステアリングホイールの
操舵方向と異なる場合に、舵取機構がステアリングホイ
ールの操舵方向と逆方向へ更に舵取りを行なうのを抑制
することにより、運転者の違和感を解消することができ
る車両用操舵装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る車両用操舵
装置は、舵取機構と機械的に非連結の操舵手段と、該操
舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記舵取
機構の舵取角を検出する舵取角検出手段と、前記操舵角
検出手段の操舵角の検出値及び前記舵取角検出手段の舵
取角の検出値の偏差に応じて前記舵取機構に舵取力を加
えるアクチュエータとを備えている車両用操舵装置にお
いて、前記操舵手段の操舵方向及び前記アクチュエータ
による舵取方向を比較する比較手段と、前記操舵方向及
び前記舵取方向が異なる場合に、前記アクチュエータの
舵取力を抑制させる制御手段とを備えていることを特徴
とする。

【０００９】本発明に係る車両用操舵装置によれば、前
記操舵角検出手段により検出される操舵角の変位の方向
と、前記舵取角検出手段により検出される舵取角の変位
の方向とを比較し、各方向が異なる場合に、前記操舵手
段及び前記舵取機構が異なる方向へ動作していると判断
し、前記舵取機構の舵取力の大きさを抑制することによ
り、前記舵取機構が前記操舵手段の操舵方向と異なる方
向へ更に舵取りを行なうのを抑制し、運転者の違和感を
解消することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両
用操舵装置の要部の構成を示すブロック図である。

【００１１】本発明における車両用操舵装置は、車体の
左右に配された一対の舵取用の車輪１０，１０に舵取動
作を行なわせるための舵取機構１と、舵取機構１とは機
械的に非連結の操舵手段たるステアリングホイール２
と、マイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部３とを
備え、ステアリングホイール２の操舵に応じて舵取制御
部３が舵取機構１に配したアクチュエータとしての舵取
モータ１５を駆動する構成となっている。

【００１２】舵取機構１は、車体の左右方向に設けられ
て軸方向に移動する舵取軸１１の両端部と、左右の車輪
１０，１０を支持するナックルアーム１２，１２とを各
別のタイロッド１３，１３により連結し、舵取軸１１の
左右両方向への移動により、タイロッド１３，１３を介
してナックルアーム１２，１２を押し引きし、車輪１
０，１０を左右に転舵させるものであり、この転舵は、
舵取軸１１の中途部に設けられた電動モータからなる舵
取モータ１５の回転を、ギヤ及びボールねじを組み合わ
せてなる運動変換機構により舵取軸１１の軸方向運動に
変換して行われる。

【００１３】一方のタイロッド１３及び舵取軸１１の連
結部と、舵取軸１１を軸方向へ移動自在に支持する舵取
軸ハウジング１４とを跨いで、直線摺動形ポテンショメ
ータからなるタイロッド１３の位置センサ１６が架設さ
れており、舵取軸ハウジング１４に対するタイロッド１
３の軸方向位置を検出している。その検出結果は、舵取
制御部３に与えられ、舵取機構１の舵取角に代わる値と
して利用される。

【００１４】ステアリングホイール２は、その下側に操
舵軸２０を突出して設けられ、操舵軸２０は、筒状の操
舵軸ハウジング２１を介して車体の適宜部に回動自在に
支持されている。また、操舵軸２０は、操舵軸ハウジン
グ２１の内部に設けた図示しないセンタリングばねによ
り付勢されており、ステアリングホイール２の回転操舵
の停止時に中立位置へ復帰されるようになっている。こ
の復帰は、舵取機構１側において生じる車輪１０，１０
の直進方向への復帰に伴って、ステアリングホイール２
を戻すために必要なものである。

【００１５】また、操舵軸２０の中途部にはウォームギ
ヤ及びピニオンギヤを組み合わせてなる運動変換機構が
設けてあり、これに電動モータからなる反力モータ２４
が、その出力軸にて図示しない電磁クラッチを介して繋
げられている。反力モータ２４は、車速の高低に応じて
大小となる操舵方向と逆方向の力（反力）を、舵取制御
部３からの制御指示に応じてステアリングホイール２に
加える作用をなしている。従って、ステアリングホイー
ル２の回転操舵には、反力モータ２４が発生する反力に
抗する操舵トルクを加える必要があり、この操舵トルク
は、操舵軸２０上で反力モータ２４の運動変換機構に隣
接して設けられたトルクセンサ２２により検出される。

【００１６】また、ステアリングホイール２の操舵角
は、操舵軸２０に付設されたポテンショメータを用いて
なる操舵角センサ２３により検出され、その検出結果
は、舵取制御部３に与えられる。

【００１７】以上の如く、舵取制御部３には、舵取機構
１側にて実際に生じている舵取りの状態が、位置センサ
１６からの入力として与えられ、また、ステアリングホ
イール２の操舵の状態が、トルクセンサ２２及び操舵角
センサ２３からの入力として与えられている。これらに
加えて、車両の走行速度を検出する車速センサ４と、車
両が旋回する際に起こる、車体に対して垂直な軸回りの
角速度、即ちヨーレートを検出するヨーレートセンサ５
と、車体に対して横方向の加速度を検出する横加速度セ
ンサ６と、車体に対して前後方向の加速度を検出する前
後加速度センサ７とが夫々車体の適宜部に設けられてお
り、舵取制御部３にそれらの出力を与えている。

【００１８】舵取制御部３は、操舵角センサ２３から与
えられる操舵角に応じて目標舵取角を算出し、車速セン
サ４から与えられる車速と、ヨーレートセンサ５から与
えられるヨーレートと、横加速度センサ６から与えられ
る横加速度と、前後加速度センサ７から与えられる前後
加速度とに応じて前記目標舵取角を補正し、位置センサ
１６から与えられる実際の舵取角を、補正された目標舵
取角と一致させるように舵取モータ１５を駆動する。

【００１９】さらに、舵取制御部３は、車速センサ４か
ら入力として与えられる車速の高低に応じて、ステアリ
ングホイール２に付与すべき目標反力を大小とするよう
に決定し、決定した目標反力に応じて反力モータ２４を
駆動することにより、ステアリングホイール２及び舵取
機構１が機械的に連結された一般的な操舵装置（連結型
の操舵装置）と同様の感覚での操舵が行なえるようにな
っている。

【００２０】図２は、舵取モータ１５の駆動に伴う舵取
制御部３の制御内容を示すフローチャートである。ま
ず、エンジン始動のためのキースイッチの状態を確認し
（ステップ１）、オフである場合は終了となり、オンで
ある場合は、操舵角センサ２３により検出される操舵角
を取り込み、この操舵角をメモリ３ａに格納する（ステ
ップ２）とともに、この操舵角の検出値に基づいて目標
舵取角を演算する（ステップ３）。

【００２１】次いで、位置センサ１６により検出される
実際の舵取角を取り込み、この実際の舵取角をメモリ３
ａに格納する（ステップ４）とともに、実際の舵取角
と、ステップ３にて演算した目標舵取角との偏差ｅ_n を
演算する（ステップ５）。

【００２２】そして、ステップ２にて取り込んだ操舵角
と、メモリ３ａに格納されている過去の操舵角との偏差
を演算し（ステップ６）、この偏差が所定値を越えるか
否かを確認する（ステップ７）。操舵角の偏差が所定値
を越える場合に「操舵中」であると判断し、ステップ４
にて取り込んだ実際の舵取角と、メモリ３ａに格納して
ある過去の実際の舵取角との偏差を演算する（ステップ
８）。

【００２３】さらに、ステップ６にて演算した操舵角の
偏差と、ステップ８にて演算した実際の舵取角の偏差と
に基づいて、ステアリングホイール２の操舵方向と、舵
取機構１の舵取方向とが一致しているか否かを確認し
（ステップ９）、方向が異なる場合は、舵取モータ１５
の出力トルクＴを演算するための式（１）における比例
ゲインＫｐを零（Ｋｐ＝０）とする（ステップ１０）。

【００２４】ステップ１０の後、又はステップ７にて操
舵角の偏差が所定値以下の場合、又はステップ９にて方
向が同一である場合は、舵取モータ１５の出力トルクＴ
を式（１）に基づいて演算する（ステップ１１）。な
お、Ｋｄは微分要素のゲインを示し、Ｅ_n はｅ_n の時間
微分値を示している。

【００２５】Ｔ＝Ｋｐ・ｅ_n ＋Ｋｄ・Ｅ_n …（１）

【００２６】そして、演算した出力トルクＴに応じて舵
取モータ１５の駆動を行ない（ステップ１２）、ステッ
プ１からの動作を繰り返す。

【００２７】以上の如く、舵取機構１側の舵取方向がス
テアリングホイール２の操舵方向と異なる方向へ動作し
ている場合に、舵取機構１を動作させる舵取モータ１５
への出力、即ち、出力トルクＴに応じたモータ電流を減
じることにより、ステアリングホイール２の回転位置
と、それに対応する舵取機構１側の転舵位置が大きく異
なることがなく、操舵フィーリングが飛躍的に向上す
る。

【００２８】また、以上の如き構成の車両用操舵装置に
おいて、運転者がステアリングホイール２の回転操舵の
後でステアリングホイール２を中立方向へ戻す場合に、
ステアリングホイール２から手を放したとき、反力モー
タ２４によりステアリングホイール２が急激に中立位置
へ戻されるという問題が考えられるが、このような場合
には、車速に応じた操舵反力制御に代えて、車輪１０，
１０が路面から受ける路面反力に応じた操舵反力制御に
切り替えることにより、セルフアライニングトルクによ
る車輪の中立位置（直進走行位置）への復帰に追従し
た、自然なステアリングホイール２の中立位置への復帰
を実現することができる。

【００２９】路面反力に応じた操舵反力制御を実現する
ために、図３に示す如く、左右両側のタイロッド１３，
１３の中途部に、ストレインゲージを用いてなる軸力セ
ンサ１７，１７を貼付し、路面の反力によって変化する
タイロッド１３，１３の軸力（軸方向に作用する引張力
又は圧縮力）を路面反力として検出するようにしてあ
り、その検出結果は舵取制御部３に与えられる。なお、
軸力センサ１７，１７は、片側の車輪１０が縁石に乗り
上げている場合、又は片側の車輪１０が溝にはまってい
る場合等、左右の車輪１０，１０に発生する路面との反
力が夫々異なる状態を検出するために、左右両側のタイ
ロッド１３，１３に備えられている。

【００３０】舵取制御部３は、手放し状態でない場合に
車速に応じた反力モータ２４の駆動を行ない、手放し状
態である場合に軸力センサ１３，１３から入力として与
えられる軸力の大小に応じて、ステアリングホイール２
に付与すべき目標反力を大小とするように決定し、決定
した目標反力に応じて反力モータ２４を駆動するように
してある。

【００３１】また、手放し状態の検出は、トルクセンサ
２２から入力として与えられる操舵トルクにより判断さ
れ、操舵トルクが所定値以下である場合に手放し状態で
あると判断するようにしてある。

【００３２】図４は、操舵反力制御に伴う舵取制御部３
の制御内容を示すフローチャートである。まず、トルク
センサ２２により検出される操舵トルクを取り込み（ス
テップ１）、取り込んだ操舵トルクが所定値を越えるか
否かを確認し（ステップ２）、所定値を越える場合は、
「手放し状態」ではないと判断し、前述の如き通常の操
舵反力制御を行なう（ステップ３）。また、所定値以下
の場合は、「手放し状態」であると判断し、軸力センサ
１７，１７により検出されるタイロッド１３，１３の軸
力を取り込み（ステップ４）、取り込んだ軸力に応じて
反力モータ２４を駆動する（ステップ５）。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係る車両用
操舵装置においては、前記操舵角検出手段により検出さ
れる操舵角の変位の方向と、前記舵取角検出手段により
検出される舵取角の変位の方向とを比較し、各方向が異
なる場合に、前記操舵手段及び前記舵取機構が異なる方
向へ動作していると判断し、前記舵取機構の舵取力の大
きさを抑制させることにより、前記舵取機構が前記操舵
手段の操舵方向と異なる方向へ更に舵取りを行なうのを
抑制し、運転者の違和感を解消することができる等、本
発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両用操舵装置の要部の構成を示
すブロック図である。

【図２】舵取モータの駆動に伴う舵取制御部の制御内容
を示すフローチャートである。

【図３】車両用操舵装置の要部の構成を示すブロック図
である。

【図４】操舵反力制御に伴う舵取制御部の制御内容を示
すフローチャートである。

【図５】ステアリングホイール及び舵取機構の方向関係
を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 舵取機構 ２ ステアリングホイール ３ 舵取制御部 ４ 車速センサ ５ ヨーレートセンサ ６ 横加速度センサ ７ 前後加速度センサ １１ 舵取軸 １２ ナックルアーム １３ タイロッド １４ 舵取軸ハウジング １５ 舵取モータ １６ 位置センサ １７ 軸力センサ ２０ 操舵軸 ２１ 操舵軸ハウジング ２２ トルクセンサ ２３ 操舵角センサ ２４ 反力モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者 加藤 高之 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 杉谷 伸芳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 舵取機構と機械的に非連結の操舵手段
   と、該操舵手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記舵取機構の舵取角を検出する舵取角検出手段と、前
   記操舵角検出手段の操舵角の検出値及び前記舵取角検出
   手段の舵取角の検出値の偏差に応じて前記舵取機構に舵
   取力を加えるアクチュエータとを備えている車両用操舵
   装置において、 前記操舵手段の操舵方向及び前記アクチュエータによる
   舵取方向を比較する比較手段と、前記操舵方向及び前記
   舵取方向が異なる場合に、前記アクチュエータの舵取力
   を抑制させる制御手段とを備えていることを特徴とする
   車両用操舵装置。