WO2006134789A1

WO2006134789A1 - 車両の操舵装置

Info

Publication number: WO2006134789A1
Application number: PCT/JP2006/311148
Authority: WO
Inventors: Takeshi Goto; Ryuuichi Kurosawa
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2006-12-21
Also published as: KR20070072583A; EP1892176A4; CN100509520C; KR100859309B1; US20070265750A1; JP2006347281A; CN101039837A; US7957867B2; EP1892176A1; JP4513659B2

Abstract

電子制御ユニットは、ステップS11にて、車体の横滑り角βを入力する。次に、電子制御ユニットは、ステップS12にて、運転者によって入力された補正量Nを入力する。次に、電子制御ユニットは、ステップS15にて、車体の横滑り角βに起因して車両に発生する横力を低減するために、操舵入力軸12の回転量と所定の関係にある転舵出力軸13の回転量(K1･θ)から補正項(N･β)を減算することにより、目標転舵角δaを計算する。そして、電子制御ユニットは、ステップS16,17にて、転舵出力軸の回転量が目標転舵角δaとなるまで、可変ギア比アクチュエータの電動モータを駆動制御する。

Description

明細書

車両の操舵装置技術分野

本発明は、 3¾者によって回動操作される操舵ハンドルに一体的に接続される操舵入力軸と、転舵輪を転舵するための転 1¾1構に接続される転舵出力軸と、前記操舵入力軸の回転量に対して前記転舵出力軸の回転量を相対的に変化させる電気ァクチユエータとを備えた車両の操蛇装置に関する。背景技術

近年、車両の旋回状態における運動性能の向上と挙動安定性の向上を両立させる車両の操舵装置の開発は、盛んに行われている。そして、例えば、特開平 2— 9 5 9 8 2号公報に示されるような 4輪操舵車両の操舵制御方法を採用した車両の赚装置にぉレヽては、前輪および後輪の舵力、横力または横滑り角のいずれかを検出し、前輪および後輪の舵力またはがそれぞれ横滑り角に比例するものとして、前輪舵角を、前輪操舵角に前輪横滑り角に比例する補正舵角を加算した値で制御し、後輪舵角を後輪横滑り角に比例して制御するようになつている。これにより、前輪の横滑り角おょぴ後輪の横滑り角に対する比例係数すなわち前輪転舵係数および後輪転舵係数をそれぞれ別個に可変制御することができるため、操舵に対するョーィングモーメントの発生の位相の発生の遅れを防ぐことができるとともに、前後輪のコーナリングパワーのバランスを変えて、ステア特性を自由に制御できるようになつている。発明の開示

ところで、車两が旋回するために必要な横力は、前後輪に装着されたタイヤと路面との間の摩擦力により与えられる。この旋回に必要な横力を詳細に考察すると、同横力は、 4 輪操舵車の ¾ ^には前後輪が転舵（前輪転舵車の場合には前輪が転舵）されることによつて発生する転舵角分の横力と、前後輪（より詳しくは、タイヤ）力横滑り角を有することによって発生する横滑り角分の横力とが合算されたものとなる。そして、前後輪は車体に組み付けられているため、前後輪が横滑り角を有して車両が旋回状態にあれば、車体にも横滑り角が発生することになる。したがって、車両が旋回するために必要な横力は、転舵角分の横力と、車体が横滑り角を有することによつて発生する横滑り角分の横力とが合算されたものともいえる。ここで、横滑り角は、車速が大きいほど大きく発生しやすく、横滑り角分横力は、前後輪のタイヤの横滑り角が大きいほど大きく発生する。

ここで、上記従来の操舵制御方法を採用した車両の操舵装置において、運転者が操舵ハンドルを操舵した場合には、前後輪が転舵されることにより、前後輪のタイヤの横滑り角が増加する。これにより、車両に作用する横力は、転舵角分の横力に対して、前後輪の増加した横滑り角分の横力が ϋ¾πされるためにより大きな横力となり、車両はより旋回しやすくなる。言い換えれば、運転者が操舵ハンドルを操舵して前後輪が転舵された場合には、同転舵によって発生した車体の横滑り角分の横力が ϋ¾されて、前後輪が ϋ¾ι転舵された場合と同様になる。この場合、例えば、車両が高速走行している場合では、上記従来の操舵制御方法は、前後輪を同位相に転舵することにより、車体の横滑り角を小さくして、横滑り角分の横力の発生を抑制するようにしている。しかし、車体の横滑り角は小さくなるものの、後輪が転舵されることには変わりなく、前後輪に大きな横滑り角が発生して横力が生じるため、結果として、車両には者が意図しない大きな横力が作用することになる。

この点に関し、上記従来の操舵制御方法は、後輪の転舵を禁止するとともに、前輪の転舵角を、同輪に発生した横滑り角に比例する補正転舵角を加算することによつて補正することもできる。しかしながら、この場合の補正は、前輪の横滑り角分の横力を低減するのみであって、車両の旋回に伴って転舵が禁止された後輪側で生する横滑り角分の横力を低減する補正ではない。その結果、旋回状態にある車両の車体に発生した横滑り角を補正することができず、依然として、車両には、者が意図しない車体の横滑り角分の横力が作用することになる。

このように、 s¾者による操舵ノヽンドルの操舵に依存して発生する転舵角分の横力に対して、運転者が意図しない車体の横滑り角分の横力が付加される状況では、操舵ノヽンドルを操舵した以上に車両に横力が作用するため、舵が効きすぎる状態となる。この結果、車两のステア特性は、運転者が意図する旋回半径よりも小さな旋回半径で旋回する、所謂、オーバーステア特性となる可能性がある。このため、例えば、高速走行しているや雪上、氷上を走行している場合には、運転を熟知した運転者であっても、車両の旋回時における挙動を安定させることが難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の旋回状態にて、車両に作用する車体の横滑り角分の横力の影響を積極的に低減し、車両の旋回時における挙動を安定させる車両の操舵装置を«することにある。

上記目的を達成するために、本宪明の特徴は、運転者によって回動操作される操舵ハンドルに一体的に接続される操舵入力軸と、転舵輪を転るための転«構に接続される転舵出力軸と、前記操蛇入力軸の回転量に対して前記転舵出力軸の回転量を相対的に変化させる電気ァクチユエータとを備えた車両の操舵装置において、車両が旋回状態にあるときに発生する車体の横滑り角を検出する横滑り角検出手段と、前記車体の横滑り角に起因して車两に発生する横力の前記車両の旋回状態に対する影響を低減するために、前記横滑り角検出手段により検出した車体の横滑り角に応じて定めた捕正項を加味して、前記転舵出力軸の目標回転量を計算する目標回転量計算手段と、前記目標回転量計算手段によって計算した目標回転量に基づいて、前記電気ァクチユエータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えたことにある。この^、觸己目標回転量計算手段は、前記操舵入力軸の回転量に対して予め定められた関係にある前記転舵出力軸の回転量から、前記捕正項を減ずることによって目標回転量を計算するとよレ、。

これらの、前記補正項は、旋回状態にある車両の前後輪と路面との間における摩擦力に基づ!/、て車両の旋回中心方向に作用するコーナリングフォースを用いて計算される係数と前記検出した車体の横滑り角とを乗算して計算されるとよい。また、運転者によって操作されて、前言纖力の車両の旋回状態に対する影響を低減する度合いを表す調整値を入力するための調整値入力手段を備え、前記補正項は、前記調整値入力手段を用いて入力された前記調整値と前記検出した車体の横滑り角とを乗算して計算されるとよレ、。

これらによれば、例えば、可変ギア機構を有する操舵装置やステアリングバイワイヤ方式の操舵装置など、操舵入力軸の回転量に対して転舵出力軸の回転量を相対的に変化させることが可能な操舵装置にぉレヽて、目標回転量計算手段は、車体に発生して横滑り角検出手段によって検出された車体の横滑り角に応じて定めた補正項を加味して、転舵出力軸の目標回転角を計算することができる。ここで、目標回転量の計算に際して、より具体的には、操舵入力軸の回転量に対して予め定めた関係（例えば、操舵入力軸の回転を転舵出力軸へ伝 ¾1 "る伝達比など）に基づいて回転された転舵出力軸の回転量から、補正項を減算して計算することができる。そして、駆動制御手段は、電気ァクチユエータを駆動制御して、 «出力軸を計算された目標回転量に回転させることができ、輪は、転 β構を介して伝達される目標回転量に対応する ¾16角に転舵される。

このように、 ¾|¾出力軸の目標回転量を、車体に発生した横滑り角に応じて定めた補正項を加味して計算することにより、旋回状態にある車両に作用する ¾者の意図しない横力の影響を低減することができる。この結果、者が操蛇ハンドルを回動操作した^ には、見かけ上、この回動操作に基づく横力、すなわち、転舵角分の横力のみが車両に作用することになる。これにより、運転者の操舵ハンドルの操作に一致して、言い換えれば、操舵ハンドルを回動操作した分だけ車両を旋回させることができる。したがって、車両の運転を熟知していない運転者力高速走行、雪上あるいは水上を走行する場合であっても、車両の旋回時における挙動を安定させ、意のままに車両を運転することができる。また、目標回転量を計算するための補正項は、前後輪のコーナリングフォースを用いて計算される係数と車体の横滑り角との乗算することによって計算することができる。これにより、車両の旋回状態に応じて最適な補正項を決定することができ、車両を極めて容易に力つ安定した状態で旋回させることができる。さらには、補正項は、 «者によって入力されて、車体の横滑り角に起因して車両の旋回状態に影響を及ぼす横力の低減度合いを表す調整値と車体の横滑り角とを乗算することによっても計算することができる。これによれば、運転者の好みに応じて補正の程度を決定することができる。したがって、旋回状態にある車両の挙動を安定させることができるとともに、運転者は、良好な操舵フィーリングを確保した状態で意のままに車両を運転することができる。

さらに、車両の車速を検出する車速検出手段と、前記車速検出手段によって検出した車速が所定の車速未満のとき、前記目標回転量計算手段による目標回転量の計算を禁止する禁止手段とを備えることもできる。これによれば、車速に応じて目標回転量の計算の要否を決定することができるため、状況に応じたな車両の旋回状態を得ることができる。これによつても、運転者は、意のままに車両を ¾$云することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。

図 2は、図 1の電子制御ュ-ットによって実行される目標転舵角計算プログラムを示すフローチヤ一トである。

図 3は、本発明の変形例に係る車両の操舵装置の概略図である発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について、図面を用いて詳細に説明する。図 1は、実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。

この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪 FW 1， FW2を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ノヽンドル 1 1を備えている。操舵ハンドル 1 1は、操舵入力軸 1 2の上端に固定されており、操舵入力軸 1 2の下端は、電気ァクチユエータとしての可変ギア比ァクチユエータ 2 0に接続されている。可変ギア比ァクチユエータ 2 0は、電動モータ 2 1および減速機 2 2を備えており、操舵入力軸 1 2の回転量（すなわち操舵角 Θ ) に対して、減速機 2 2に接続された転舵出力軸 1 3の回転量（すなわち転舵角 δ ) を適宜相対的に変更するものである。

電動モータ 2 1は、そのモータハウジングが操舵入力軸 1 2と一体的に接続されており、者による操舵ハンドル 1 1の回動操作に従って一体的に回転するようになっている。また、電動モータ 2 1の駆動シャフト 2 1 aは減速機 2 2に接続されており、同電動モータ 2 1の回転力が駆動シャフト 2 1 aを介して減速機 2 2に伝達されるようになっている。減速機 2 2は、所定のギア機構（例えば、遊星ギア機構など）によって構成されており、転舵出力軸 1 3はこのギア機構に接続されている。これにより、減速機 2 2は、電動モータ 2 1の回転力が駆動シャフト 2 1 aを介して伝達されると、所定のギア機構によつて駆動シャフト 2 1 aの回転を適宜減速して転舵出力軸 1 3に回転を伝 ¾1 "ることができる。

これにより、可変ギア比ァクチユエータ 2 0は、電動モータ 2 1の駆動シャフト 2 1 a および減速機 2 2を介して、操舵入力軸 1 2と転舵出力軸 1 3とを相対回転可能に連結しており、操舵入力軸 1 2の操舵角 Θに対する転舵出力軸 1 3の転舵角 δの比、すなわち、操舵入力軸 1 2から転舵出力軸 1 3への回転量の伝達比 Κを適宜変更することができる。したがって、転舵出力軸 1 3の転舵角 δは操舵入力軸 1 2の操舵角 Θを用いて下記式 1 に従って表される。

δ =κ· Θ …式 1 また、この実施形態における操舵装置は、 «出力軸 1 3の下端に接続された転舵ギアユニット 3 0を備えている。転舵ギアュニット 3 0は、例えば、ラックアンドピユオン方式を採用したギアュニットであり、転舵出力軸 1 3の下端に一体的に組み付けられたピニオンギア 3 1の回転がラックパー 3 2に伝達されるようになっている。これにより、ラックバ一 3 2は、ピニオンギア 3 1からの回転力によって軸線方向に変位する。したがって、ラックバー 3 2の両端に接続された左右前輪 FW 1 , FW2は、転舵角 δに転舵されるようになつている。

次に、上述した可変ギア比ァクチユエータ 2 0の作動（より詳しくは、電動モータ 2 1 の駆動）を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、車速センサ 4 1、操舵角センサ 4 2、転舵角センサ 4 3および横滑り角センサ 4 4を備えている。車速センサ 4 1は、車両の車速 Vを検出して出力する。操舵角センサ 4 2は、操舵ハンドル 1 1 の中立位置からの回動操作量すなわち操舵入力軸 1 2の回転量を検出して操舵角 0として出力する。転舵角センサ 4 3は、転舵出力軸 1 3の中立位置からの回転量を検出して転舵角 δ (左右前輪 FW 1， FW2の転舵角に对応）として出力する。なお、操舵角 0および転舵角 δは、中立位置を「0'」とし、左方向の回転量を正の値で表すとともに、右方向の回転量を負の値でそれぞれ表す。

横滑り角センサ 4 4は、旋回状態にある車両の車体に発生した横滑り角 ]3を検出して出力する。ただし、車体の横滑り角 ;3は、車両の前後方向に対して、左方向に生じる横滑り角を負の値で表し、右方向に生じる横滑り角を正の値で表す。ここで、車体の横滑り角の検出については、種々の方法が考えられる力例えば、以下に示すように検出するとよい。すなわち、今、車両の前後方向の車速を車速 Vxとし、車両の左右方向の車速を車速 Vyとすれば、車体の横滑り角は、下記式 2に従つて計算して検出することができる。

i3 =tan-¹(Vy/Vx) …式 2

なお、車速 Vxおよび車速 Vyは、例えば、光または音響を利用した検出器を用いて検出するとよい。

これらのセンサ 4 1〜4 4は、電子制御ユニット 4 5に接続されている。電子制御ュニット 4 5は、 C P U、 ROM, RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、プログラムの実行により可変ギア比ァクチユエータ 2 0の電動モータ 2 1 の作動を制御する。そして、電子制御ユニット 4 5の出力側には、電動モータ 2 1を駆動するための駆動回路 4 6が接続されている。駆動回路 4 6内には、電動モータ 2 1に流れる駆動電流を検出するための電流検出器 4 6 aが設けられている。電流検出器 4 6 aによつて検出された駆動電流は、電動モータ 2 1の駆動を制御するために、電子制御ユニット 4 5にフィードバックされる。

さらに、電子制御ュニット 4 5には、 31¾者によって操作される補正量調整スィツチ 4 7が接続されている。この補正量調整スィッチ 4 7は、後述する目標転舵角計算プロダラムの実行により転舵出力軸 1 3 (すなわち左右前輪 FW 1 , FW 2 ) の目標転舵角 S aを計算するときに用いられる補正項の値の大きさ（度合い）を調整するためのものである。このため、補正量調整スィッチ 4 7は、補正の度合い（程度）を表す捕正量 Nを、例えば、 0〜 5までの間で任意に設定できるように構成されており、設定された補正量 Nを表す信号を電子制御ュニット 4 5に出力する。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について詳細に説明する。者によって図示しないイダ二ッションスィツチがオン状態とされると、電子制御ュニット 4 5 (より詳しくは、 C P U) は、図 2に示す目標繊角計算プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。

すなわち、電子制御ユニット 4 5は、目標転舵角計算プログラムの実行をステップ S 1 0にて開始し、ステップ S 1 1にて、車速センサ 4 1、操舵角センサ 4 2および横滑り角センサ 4 4によつて検出された各検出値、具体的には、車速 V、操舵角 Θおよぴ横滑り角 ]3を入力する。そして、電子制御ユニット 4 5は、各センサから各検出値を入力すると、ステップ S 1 2にて、補正量調整スィツチ 4 7を利用して運転者により設定された補正量 Nを表す信号を入力し、ステップ S 1 3に進む。

ステップ S 1 3においては、電子制御ユニット 4 5は、前記ステップ S 1 1にて操舵角センサ 4 2から入力した操舵角 Θの絶対値が予め設定された正の小さな操舵角 0 0 よりも大きいか否かを判定する。ここで、操舵角 0 0は、車両の直進状態を維持できる操舵ハンドル 1 1の回動操作範囲を決定するための所定値である。したがって、このステップ S 1 3における判定処理は、運転者によつて入力された操舵ハンドル 1 1 (操舵入力軸 1 2 ) の操舵角 0に基づいて車両が旋回状態であるカゝ否かを判定するものである。すなわち、入力した操舵角 Θの絶対値が正の操舵角 0 0 よりも大きければ、運転者によって操舵ハンドル 1 1が積極的に回動操作されていて、車両は旋回状態にある。このため、電子制御ュニット 4 5は、「Y e s」と判定して、ステップ S 1 4以降の各処理を実行する。

一方、入力した操舵角 0の絶対値が正の操舵角 0 o以下であれば、者によって操舵ハンドル 1 1が中立位置近傍で回動操作されている。このように、操舵ノヽンドル 1 1が中立位置近傍で回動操作されているときには、左右前輪 FW 1， FW2は転舵されず、車両は直進状態にある。したがって、電子制御ユニット 4 5は、「N o」と判定してステップ S 1 9に進み、目標転舵角計算プログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短時間が経過すると、電子制御ユニット 4 5は、ふたたび、目標転舵角計算プログラムの実行をステップ S 1 0にて開台する。

前記ステップ S 1 3の判定処理によって「Y e s」と判定すると、電子制御ュニット 4 5は、ステップ S 1 4にて、前記ステップ S 1 1にて車速センサ 4 1力ら入力した車速 V が予め設定された所定の小さな車速 Vo よりも大きいか否かを判定する。ここで、車速 Voは、車両の旋回状態にて車体に大きな横滑り角が生じない車速範囲を決定する所定値である。そして、このステップ S 1 4における判定処理は、現在の検出車速 Vに基づき、転舵角 δを車体に発生した横滑り角 )3に応じて補正すなわち後述する目標転舵角 δ a を計算する必要があるカゝ否かを判定するものである。すなわち、電子制御ユニット 4 5は、車速 Vが所定の車速 Voよりも大きければ、車体の横滑り角 βの影響を加味して目標転舵角 S a を計算する必要があるため、「Y e s」と判定してステップ S 1 5に進む。一方、電子制御ュニット 4 5は、車速 Vが所定の車速 Vo以下であれば、目標転舵角 δ aを計算する必要がないため、「N o」と判定してステップ S 1 9に進み、目標転舵角計算プログラムの実行をー且終了する。そして、所定の短時間が経過すると、電子制御ユニット 4 5は、ふたたび、目標転舵角計算プログラムの実行をステップ S 1 0にて開始する。ここで、左右前輪 FW 1 , FW 2力例えば、転舵角 S cに転舵された車両の旋回状態に対して、車体の横滑り角 ]3が与える影響について説明しておく。車両は、運転者によつて操舵ノヽンドル 1 1を介して操舵角 0 cが入力されると、前記式 1に従って計算される転舵角 5 cに左右前輪 FW 1， FW 2が転舵される。これにより、車両は、直進状態から旋回状態に移行し、または、旋回状態を維持する。このように、旋回状態にある車両には、旋回に伴つて発生する遠心力と旋回の中心方向に発生する求心力とが作用している。そして、旋回状態にある車両に作用する求心力は、車両の前後輪（より詳しくは、前後輪に装着されたタイヤ）と路面との間にて旋回中心方向に作用する横力（以下、この横力をコーナリングフォースという) により与えられる。

具体的に説明すると、旋回状態にある車両は、左右前輪 FW 1 , FW 2の転舵角 S cに基づいて決定される所定の旋回円上を走行（以下、この走行方向を進行方向という）する一方で、慣性力の作用方向に進もうとする。このため、旋回状態にある車体においては、進行方向と慣性力の作用方向との角度差で表される車体の横滑り角を有することになる。ところで、前後輪は車体に一体的に組み付けられているため、車体が横滑り角 j3を有する状況においては、前後輪のタイヤは、前記慣性力の作用方向に、路面に対して相対的に変位しょうとする。しかしながら、前後輪のタイヤが路面に対して相対的に変位しようとすれば、前後輪のタイヤと路面との間に摩擦力力発生し、この結果、車両は慣性力の作用方向ではなく旋回円上を進行方向に走行する。言い換えれば、この摩擦力に基づいてコーナリングフォースが発生し、この発生したコーナリングフォースによって車両を進行方向へ走行させるための求心力が発生する。

したがって、左 ¾tif輪 FW 1， FW 2 (転舵出力軸 1 3 ) が転舵角 S cに転舵されて、旋回状態にある車両の求心力は、前後輪に発生するコーナリングフォースを用いた下記式 3に従って計算することができる。

M- a =2-Kf- 6 c+2-(Kf+Kr) - i3 + ε …式 3

ここで、前記式 3中の Μは車両の質量である。また、前記式 3中の aは旋回の中心方向に作用する加速度（以下、この加速度を求心加速度という）であり、下記式 4のように表すことができる。

a =V²- (l/R) …式 4

ただし、 Rは転舵角 5 cすなわち運転者によって入力された操舵角 Θに基づいて決定される車両の旋回半径を表しており、 1/Rは旋回円の曲率（所謂、旋回曲率）を表すものである。

ここで、転舵角 δ cと旋回曲率 1/Rとの間には、下記式 5に示す関係が成立する。

5 c=L- (l+A-V²)- (l/R) …式 5

ただし、前記式 5中の Lは車両のホイールベースを表す予め定められた所定値であり、 A は車両の挙動安定性を表す予め定められた所定値である。そして、前記式 5を変形することにより、旋回曲率 1/Rは、下記式 6により表すことができる。

1/R= δ c/CL-d+A-V²)) …式 6 さらに、前記式 6に対して、前記式 1を代入することによって、下記式 7が成立する。 1/R=(K/(L- (1+A-V²))) · 0 c …式 7

したがって、求心加速度 αは、前記式 4に対して、前記式 7を代入することによって、下記式 8により表すことができる。

0 c …式 8

そして、前記式 8によれば、求心加速度 αは、者が操舵ハンドル 1 1の回動操作を介して入力した操舵角 Θ cに基づいて決定されることが ¾|军できる。

また、前記式 3の右辺において、 Kf は左右前輪 FW 1， FW 2に発生するコーナリングフォースを表す係数であり、 Krは後輪に発生するコーナリングフォースを表す係数である。また、車体の横滑り角 /3は、上述したように、転舵角 δが正すなわち車両が左方向に旋回していれば、右方向に発生するため正の値を有し、転舵角 δが負すなわち車両が右方向に旋回していれば、左方向に発生するため負の値を有する。なお、前記式 3の右辺において、 εは、例えば、車両の旋回時に発生するョーレートなどに関連して発生する極めて小さな力であるため、無視することができる。したがって、旋回状態にある車両の求心力は、前記式 3に代えて、下記式 9に示すように表すことができる。

Μ· a =2-Rf- 5 c+2- (Kf+Kr) - β …式 9

前記式 9によれば、車両に発生する求心力 Μ· aは、左右前輪 FW 1， FW 2の転舵角 6 cに比例する横力（以下、この横力を転舵横力という）と、車体の横滑り角 ;3に比例する横力（以下、この横力をすベり横力という）とを合算して計算される。ところで、すべり横力は、前記式 9からも明らかなように、車体に横滑り角 jSが発生する状況において必然的に発生する横力であって、運転者が操舵ノ、ンドル 1 1を介して直接制御することが難しい横力である。このように必然的にすべり横力が発生することによって、運転者が操舵ハンドル 1 1の回動操作により見込んだ求心力よりも大きな求心力が車両に作用することになる。

これにより、車両は、運転者が操舵ハンドル 1 1の回動操作によって見込んだ旋回半径で旋回できず、者は、見込んだ旋回雑で車両が旋回するように、操舵ハンドル 1 1 を適宜回動操作（以下、この回動操作を修正操舵という）して、転舵角 S cを修正する必要がある。すなわち、者は、車両の旋回に伴って必然的に発生するであろうすべり横力分だけ求心力 Μ· αが小さくなるように、操舵ノヽンドル 1 1を修正操舵する必要がある。このように、必然的に発生する車体の横滑り角 i3は、左右前輪 FW 1， FW2が転舵角 δ cに転舵された車両の旋回状態に対して影響を与える。

したがって、電子制御ュュット 4 5は、ステップ S 1 5にて、旋回状態にある車両において必然的に発生したすべり横力（より詳しくは、車体の横滑り角）の影響を排除して、運転者が操舵ノヽンドル 1 1の回動操作によつて見込んだ旋回半径で車両を旋回させるための目標転舵角 δ aを計算する。以下、この目標転舵角 S aの計算について詳細に説明する。

上述したように、左右前輪 FW 1 , FW 2が転舵角 S cに転舵されることによって車体の横滑り角が発生する状況においては、求心力 Μ· αは、前記式 9に従って転舵横力にすべり横力が合算されて（上乗せされて）計算される。このとき、操舵ハンドル 1 1の回動操作に起因して車両を旋回させるために必要な横力は転舵横力であり、すべり横カは不必要な横力となる。したがって、運転者が操舵ハンドル 1 1の回動操作によって見込んだ旋回で車両を旋回させるためには、目標転舵角 δ aを用いて、前記式 9の両辺からすベり横力を減じた下記式 1 0に示す関係が成立するように転舵横力を決定すればょレ、。

2-Ef- 6 a=M- a -2-(Kf+Kr)- i3 …式 1 0

これにより、目標転舵角 δ aは、前記式 1 0を変形することによって、下記式 1 1により計算することができる。

δ α=(Μ/(2·Κ£»· a -(l+Kr/K£)- …式 1 1

この式 1 1によれば、目標転舵角 δ aは、求心加速度 αに比例する項すなわち前記式 8 から明らかなように運転者によって入力された操舵角 Θに起因する項から車体の横滑り角 ]3に比例する項すなわち補正項を減ずることによって決定される。このため、上述したように、運転者の入力した操蛇角 Θに対して車両が見込んだ旋回半径で走行しない場合においては、運転者は、前記式 1 1に従って決定される目標転舵角 δ a となるように修正操舵を行うことになる。

言い換えれば、運転者によって入力された操舵角 0と所定の関係に基づいて回動する転舵出力軸 1 3の転舵角 δから車体の横滑り角に比例する補正項を減じて目標転舵角 δ a を決定すれば、車両の旋回状態に対するすべり横力すなわち車体の横滑り角 j8の影響を排除することができ、求心加速度 α言い換えれば操舵角 Θのみに基づいて車両を旋回させることができる。これにより、者による修正操舵がなくても、操舵ハンドル 1 1の回動操作に一致して、車両は、運転者の見込む旋回 «で旋回することができる。

ここで、補正量調整スィッチ 4 8を利用して入力された補正量 Nを、下記式 1 2に示すように、前記式 1 1にて車体の横滑り角 j8に乗算される (l+KrZK£Hこ対応させて設定するとともに、前記式 1を用いて前記式 1 1を変形すると、目標転舵角 δ aは下記式 1 3 のように示すことができる。

N=l+Kr/Rf …式 1 2

5 a=Kl- θ -Ν· β …式 1 3

ただし、前記式 1 3中の補正量 Νは、初期値として Ν= 2、すなわち、前記式 1 2に従つてコーナリングフォース Kf とコーナリングフォース Krが等しレヽ状態に設定されてレ、る。また、前記式 1 3中の K1は、可変ギア比ァクチユエータ 2 0の減速機 2 2によって適宜変更される伝達比であり、下記式 1 4のように示すことができる。

K1 = (Μ/(2 ·Κ£))·(Κ· V²/(L - (1+A-V²))) …式 1 4

そして、電子制御ュニット 4 5は、前記ステップ S 1 1にて入力した操舵角 Θおよび横滑り角 /3と、前記ステップ S 1 2にて入力した補正量 N とを用い、前記式 1 3に従って、目標転舵角 δ aを計算する。

前記ステップ S 1 5にて目標転舵角 S aを計算すると、電子制御ユエット 4 5は、ステップ S 1 6およびステップ S 1 7を繰り返し実行して、転舵出力軸 1 3 (すなわち左右前輪 FW 1， FW 2 ) が目標転舵角 S a となるまで、オーバーシュートさせることなく電動モータ 2 1を駆動制御する。具体的に説明すると、電子制御ユニット 4 5は、ステップ S 1 6にて、駆動回路 4 6の電流検出器 4 6 aから可変ギア比ァクチユエータ 2 0の電動モータ 2 1に流れる駆動電流を入力し、駆動電流が適切に電動モータ 2 1に流れるようにフイードバック制御する。これにより、電動モータ 2 1は、転舵出力軸 1 3を回転させる。そして、電子制御ユニット 4 5は、ステップ S 1 7にて、転舵角センサ 4 3から入力した転舵出力軸 1 3の転舵角 δが目標転舵角 δ aに一致するまで「N o」と判定し続け、転舵角 δが補正目標転舵角 δ aと一致すると、「Y e s」と判定してステップ S 1 8に進む。ステップ S 1 8においては、電子制御ユニット 4 5は、電動モータ 2 1の駆動を停止させ、ステップ S 1 9にて、プログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短時間が経過すると、ふたたび、目標転舵角計算プログラムの実行を開始する。

以上の説明からも理解できるように、この実施形態によれば、電子制御ュニット 4 5は、前記式 1 3に従い、横滑り角センサ 4 4によって検出された車体の横滑り角 j3に応じて定められる補正項を加味して、転舵出力軸 1 3の目標転舵角 δ aを計算することができる。すなわち、電子制御ユニット 4 5は、前記式 1に従って計算される«出力軸 1 3の転舵角 δ (=Κ1· Θ ) 力、ら、補正項 (Ν· )3 ) を減算して計算することができる。

これにより、旋回状態にある車両に作用する者の意図しない横力の影響を低減することができ、この結果、運転者が操舵ハンドル 1 1を回動操作した場合には、見かけ上、この回動操作に基づく横力、すなわち、転舵^のみが車両に作用することになる。これにより、運転者の操舵ノヽンドル 1 1の操作に一致して、言い換えれば、操舵ハンドル 1 1 を回動操作した分だけ車両を旋回させることができる。したがって、車両の運転を熟知していない者が、高速走行、雪上あるいは水上を走行するであっても、車両の旋回時における挙動を安定させ、意のままに車両を; ¾することができる。

また、補正項は、運転者によって入力された補正量 Ν と車体の横滑り角 ]3とを乗算することによって計算することができるため、 «者の好みに応じて捕正の程度を決定することができる。この結果、旋回状態にある車両の挙動を安定させることができるとともに、良好な操舵フィーリングを確保して意のままに車両を運転することができる。

さらに、検出車速 Vに応じて目標転舵角 δ aの計算の要否を決定することができるため、状況に応じた最適な車両の旋回状態を得ることができる。これによつても、運転者は、意のままに車両を M¾することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、可変ギア比ァクチユエータ 2 0を介して操舵入力軸 1 2と転舵出力軸 1 3が連結されて、操舵入力軸 1 2と転舵出力軸 1 3とを相対的に回転可能な操舵装置にっレ、て実施した。しかしながら、操舵入力軸 1 2と転舵出力軸 1 3とを相対的に回転可能な他の操舵装置、例えば、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置に上述した目標転舵角計算プログラムを適用して実施することも可能である。以下、この変形例について説明する。なお、上記実施形態と同一部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この変形例における車両の操舵装置は、図 3に示すように、操舵入力軸 1 2と転舵出力軸 1 3との « ^的な連結が解除されたステアリングバイワイヤ方式を採用している。このため、操舵入力軸 1 2の下端には、纖モータおよび減速機構からなる反カァクチユエ一タ 5 0が接続されている。この反カァクチユエータ 5 0は、者のハンドル 1 1の回動操作に対して反力を付与するものである。一方、転舵出力軸 1 3の上端には、電気ァクチユエータとしての転舵ァクチユエータ 6 0を備えている。この転舵ァクチユエータ 6 0は、電動モータ 6 1および減速機構 6 2を備えており、転舵出力軸 1 3を回転駆動させるものである。そして、転舵出力軸 1 3の回転は、上記実施形態と同様に、転舵ギアユニット 3 0に伝達される。これにより、ラックバー 3 2が二オンギア 3 1からの回転力によって軸線方向に変位することにより、左右前輪 FW 1， FW2は左右に転舵される。

また、この変形例における車两の操舵装置の電子制御ユニット 4 5は、その出力側に、転舵ァクチユエータ 6 0の電動モータ 6 1を駆動するための駆動回路 4 8が接続されている。この駆動回路 4 8内には、電動モータに流れる駆動電流を検出するための電流検出器 4 8 aが設けられており、同検出器 4 8 aによって検出された駆動電流は、電子制御ュニット 4 5にフィードバックされる。

そして、このように構成された変形例における車両の操舵装置においても、操舵入力軸 1 2の回転量（操舵角 6 ) に対して、転舵出力軸 1 3の回転量（転舵角 δ ) を相对的に変更することができる。具体的に説明すると、者によって操舵ハンドル 1 1が回動操作されると、操舵角センサ 4 2によって操舵入力軸 1 2の回転量すなわち操舵角 0が検出される。電子制御ュニット 4 5は、この検出された操舵角 Θを入力すると、操舵入力軸 1 2 の操舵角 Θに対する転舵出力軸 1 3の転舵角 δの比、すなわち、伝達比 Κを適宜設定し、上述した実施形態と同様に、前記式 1に従って転舵出力軸 1 3の転舵角 δを計算する。そして、電子制御ユニット 4 5は、転舵角センサ 4 3によって検出される転舵出力軸 1 3 が転舵角 δとなるまで、転舵ァクチユエータ 6 0の電動モータ 6 1を駆動制御する。これにより、上記実施形態と同様に、者が操舵ノヽンドル 1 1を介して入力した操舵角 Θに対して、予め定められた関係にある転舵角 δで左右前輪 FW 1， FW 2を転舵することができる。したがって、この変形例においても、上述した目標転¾角計算プログラムを実行することにより、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、横滑り角センサ 4 4が、検出器によって検出した車速 Vxおよび車速 Vyを用いた前記式 2を計算することによって、車体の横滑り角 ]3を検出するように実施した。これに代えて、例えば、車両に発生した働 0速度 α (求心加速度 _α に相当）ゃョーレート ωを検出するための加速度センサゃョーレートセンサ力予め車両に搭載されている場合には、これらのセンサによる検出値を用いて車体の横滑り角 ]3を検出して実施することもできる。この # ^には、車体の横滑り角 )3は、下記式 1 5に従って計算されて検出されるとよい。

i3 = i (_W - a/V)dt …式 1 5

ただし、前記式 1 5中の Vは、車速センサ 4 1によって検出される車速 Vである。

これによれば、横加速度 aおよびョーレート _Ίが発生するまでの時間的な遅れなどにより、車体の横滑り角 ]3の検出精度が若干劣るものの、上記実施形態のように、別途検出器を設ける必要が無レヽ。このため、操舵装置の製造コストを低減することができる。

また、上記実施形態においては、目標転舵角計算プログラムのステップ S 1 4にて、検出車速 Vに応じて、目標転舵角 δ aの計算の要否を判定するように実施したが、ステツプ S 1 4を省略して実施することも可能である。この^には、全車速域で目標転舵角 δ aが計算されること以外、上記実施形態と同様に実施することができる。したがって、この場合にも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、前記式 1 3に従って、転舵出力軸 1 3の転舵角 δ (= Κ1· θ ) から補正項としての Ν· βを減ずることにより、目標転舵角 δ aを計算するように実施した。しかしながら、電気ァクチユエータとしての可変ギア比ァクチユエータ 2 0 によって、伝達比 Kを自在に変更することができるため、前記式 1中の伝達比 Kに対して補正項（Ν· を加味し、同伝達比 Κよりも小さいな伝達比 Κ2を決定して実施することもできる。これによれば、伝達比 Κ2は補正項 (N- j3 ) が加味されたものであるため、前記式 1中の伝達比 Kを伝達比 K2に変更して計算される転舵角 δは、上記実施形態の目標転舵角 S a と等しくすることができる。したがって、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、蘇者が補正量調整スィッチ 4 7を利用して任意に入力した補正量 N と車体の横滑り角とを乗算することによって補正項を計算するように実施した。し力しながら、補正項を前後輪のコーナリングフォースを用いた係数 (1+Kr / 0と車体の横滑り角 |3とを自動的に乗算して、目標転舵角 δ aを計算するように実施可能であることはいうまでもない。これによれば、車両の旋回状態に応じて最適な補正項を自動的に決定することができ、車両を極めて容易に力つ安定した状態で旋回させることができる。

さらに、上記実施形態においては、転舵ギアユニット 3 0にラックアンドピニオン式を採用して実施したが、例えば、ボールねじ機構を採用して実施してもよい。また、可変ギァ比ァクチユエータ 2 0を電動モータ 2 1と減速機 2 2とから構成して実施したが、例えば、モータ 2 1にステップモータを採用して減速機 2 2を省略することも可能である

Claims

請求の範囲

1 . »者によって回動操作される操舵ハンドルに一体的に接続された操舵入力軸と、転舵輪を転舵するための転構に接続された転舵出力軸と、 fins操舵入力軸の回転量に对して前記転舵出力軸の回転量を相対的に変ィヒさせる電気ァクチユエータとを備えた車両の操舵装置において、

車両が旋回状態にあるときに発生する車体の横滑り角を検出する横滑り角検出手段と、前記車体の横滑り角に起因して車両に発生する横力の前記車両の旋回状態に対する影響を低減するために、前記横滑り角検出手段により検出した車体の横滑り角に応じて定めた捕正項を加味して、前記転舵出力軸の目標回転量を計算する目標回転量計算手段と、前記目標回転量計算手段によつて計算した目標回転量に基づレヽて、前記電気ァクチユエータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。

2 . 請求項 1に記載した車両の操舵装置にお!/ヽて、

前記目標回転量計算手段は、

前記操舵入力軸の回転量に対して予め定められた関係にある前記転舵出力軸の回転量から、前記補正項を減ずることによって目標回転量を計算することを特徴とする車両の操舵装置。

3 . 請求項 1または請求項 2に記載した車両の操舵装置にぉレ、て、

前記補正項は、

旋回状態にある車両の前後輪と路面との間における摩擦力に基づいて車両の旋回中心方向に作用するコーナリングフォースを用いて計算される係数と前記検出した車体の横滑り角とを乗算して計算されることを特徴とする車両の操舵装置。

4. 請求項 1または請求項 2に記載した車両の操舵装置にぉレ、て、

運転者によつて操作されて、前記横力の車両の旋回状態に対する影響を低減する度合レヽを表す調整値を入力するための調整値入力手段を備え、

前記捕正項は、

前記調整 «Λ力手段を用いて入力された前記調整値と前記検出した車体の横滑り角とを乗算して計算されることを特徴とする車両の操舵装置。

5 . 請求項 1または請求項 2に記載した車両の操舵装置において、

車両の車速を検出する車速検出手段と、前記車速検出手段によつて検出した車速が所定の車速未満のとき、前記目標回転量計算手段による目標回転量の計算を禁止する禁止手段とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。

6 . 請求項 1に記載した車両の操舵装置にお、て、

前記横滑り角検出手段は、

光または音響を利用して検出した車両の前後方向の車速と車両の左右方向の車速とを用レ、て、前記車体の横滑り角を検出することを特徴とする車両の操舵装置。

7 . 請求項 1に記載した車両の操舵装置にぉレ、て、

前記横滑り角検出手段を、

車両のョーレートを検出するョーレートセンサと、

車両の働口速度を検出する加速度センサと、

車両の車速を検出する車速センサと、

前記検出したョーレート、横加速度および車速を用いて、前記車体の横滑り角を計算する横滑り角計算手段とで構成したことを特徴とする車両の操舵装置。

8 . 請求項 2に記載した車両の操舵装置にぉレヽて、

前記予め定められた関係は、

前記操舵入力軸の回転を前記転舵出力軸へ伝 ¾ る伝達比を表す関係であることを特徴とする車両の操蛇装置。