(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバーにより操舵のために付与されるトルクに付加されるトルクを発生する手段を備える車両において、
操舵時において車両挙動が不安定化するのを防止可能な最大舵角である限界舵角を、実舵角が越えることがないように、その付加トルクを制御可能な車両のステアリング装置であって、
ドライバーにより操舵のために付与されるトルクを車輪に伝達するステアリングシャフトと、
そのドライバーにより付与されるトルクに付加されるトルクを発生するアクチュエータと、
そのステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクの検知手段と、
実舵角を検知する手段と、
操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量を求める手段と、
その変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係を記憶する手段と、
その記憶された関係に基づき、その求められた変量に対応する限界舵角を求める手段と、その求められた実舵角が求められた限界舵角を越えることがないように、前記アクチュエータにより付加されるトルクを制御する手段とを備え、
その設定操舵トルクは、その変量に応じて予め設定されるトルクであって、その変量の下で車両挙動が不安定になることなく操舵を行える値に設定され、
その求められた変量に対応する限界舵角は、その設定操舵トルクと検知された操舵トルクとの偏差に応じて補正された値とされている車両のステアリング装置。
【請求項２】
ドライバーにより操舵のために付与されるトルクに付加されるトルクを発生する手段を備える車両において、
操舵時において車両挙動が不安定化するのを防止可能な最大舵角である限界舵角を、実舵角が越えることがないように、その付加トルクを制御可能な車両のステアリング装置であって、
ドライバーにより操舵のために付与されるトルクを車輪に伝達するステアリングシャフトと、
そのドライバーにより付与されるトルクに付加されるトルクを発生するアクチュエータと、
そのステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクの検知手段と、
実舵角を検知する手段と、
操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量を求める手段と、
その変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係を記憶する手段と、
その記憶された関係に基づき、その求められた変量に対応する限界舵角を求める手段と、その求められた実舵角が求められた限界舵角を越えることがないように、前記アクチュエータにより付加されるトルクを制御する手段と、
前記変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係を記憶する手段と、
その求められた変量と記憶した関係とに基づき、車両挙動の不安定化防止の必要性を判断する手段と、
車両挙動の不安定化防止の必要時に、前記設定操舵トルクと前記検知した操舵トルクとの偏差を低減するように前記アクチュエータにより付加されるトルクを制御する手段とを備える車両のステアリング装置。
【請求項３】
車両の制動力の検知手段と、
前記偏差の低減のためにアクチュエータにより付加されるトルクと前記ドライバーにより付与されるトルクとの干渉度が閾値以上である場合に、その干渉度と車速とに応じて車両の制動力を付加するための信号を出力する手段とを備える請求項２に記載の車両のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両挙動の安定化を図ることができる車両のステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
カーブ走行時における速度超過やドライバーの運転ミス等により、車両がスピンやドリフトを起こした場合、ドライバーの意図に沿って車両を操舵することができなくなる。
【０００３】
そのようなドリフトやスピン等の不安定な車両挙動を防ぐため、車両の制動力や駆動力を制御する技術が開発されている。
【０００４】
しかし、そのような従来技術は、グリップ力が飽和する車両の運動限界付近での車両挙動の安定化を図るものである。その運動限界付近ではタイヤの路面に対するグリップ力に余裕がないため、車両挙動の制御に限界がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできるステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両のステアリング装置は、ドライバーにより操舵のために付与されるトルクに付加されるトルクを発生する手段を備える車両において、操舵時において車両挙動が不安定化するのを防止可能な最大舵角である限界舵角を、実舵角が越えることがないように、その付加トルクを制御可能なものである。
この構成によれば、実舵角が限界舵角を越えることがないので、操舵時において車両挙動が不安定化するのを確実に防止し、ドライバー自らの操舵により車両姿勢を制御して安全性を向上できる。
その限界舵角は、車速、操舵トルク、実舵角、舵角速度等、路面と車両との間の摩擦抵抗等の操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量に応じて、実舵角が限界舵角未満であれば車両挙動が不安定化するのを防止できるように設定すればよい。
【０００７】
本発明の車両のステアリング装置は、ドライバーにより操舵のために付与されるトルクを車輪に伝達するステアリングシャフトと、そのドライバーにより付与されるトルクに付加されるトルクを発生するアクチュエータと、そのステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクの検知手段と、実舵角を検知する手段と、操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量を求める手段と、その変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係を記憶する手段と、その記憶された関係に基づき、その求められた変量に対応する限界舵角を求める手段と、その求められた実舵角が求められた限界舵角を越えることがないように、前記アクチュエータにより付加されるトルクを制御する手段とを備えるのが好ましい。
その操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量として、車速、操舵トルク、実舵角、舵角速度、路面と車両との間の摩擦抵抗だけでなく、車輪回転速度、車両のヨーレート、車両に作用する横加速度等を併せて求めてもよく、多種の変量を求める程に限界舵角を正確に求めて車両挙動の不安定化を確実に防止できる。
その変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係は、その関係に従うことで、求められた変量に対応する設定操舵トルクを求めることができ、また、その求められた設定操舵トルクと検知された操舵トルクとから限界舵角を求めることができるように定められる。
その設定操舵トルクは、その変量に応じて予め設定されるトルクであって、その変量の下で車両挙動が不安定になることなく操舵を行える値に設定される。その設定操舵トルクと検知された操舵トルクとの偏差が大きい程に、車両挙動を不安定化させる度合いが大きくなる。よって、その変量に応じて予め求められる限界舵角を、その偏差に応じて補正された値とすることで、その限界舵角を実舵角が越えるのを確実に阻止できる。その設定操舵トルクは、車両挙動が不安定になることなく操舵を行える理想値に設定するのが好ましい。
【０００８】
本発明のステアリング装置は、前記変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係を記憶する手段と、その求められた変量と記憶した関係とに基づき、車両挙動の不安定化防止の必要性を判断する手段と、車両挙動の不安定化防止の必要時に、前記設定操舵トルクと前記検知した操舵トルクとの偏差を低減するように前記アクチュエータにより付加されるトルクを制御する手段とを備えるのが好ましい。
この構成によれば、車両挙動の不安定化防止の必要性に応じて操舵トルクを制御することで、車両挙動の不安定化防止を円滑に行い、操舵フィーリングが低下するのを防止できる。
その変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係は、その関係に従うことで、求められた変量から車両挙動の不安定化防止の必要性の有無判断を行うことができ、また、その判断を車両挙動が不安定になる前に行えるように定めればよい。
【０００９】
本発明のステアリング装置において、車両の制動力の検知手段と、前記設定操舵トルクと前記検知した操舵トルクとの偏差の低減のためにアクチュエータにより付加されるトルクと前記ドライバーにより付与されるトルクとの干渉度が閾値以上である場合に、その干渉度と車速とに応じて車両の制動力を付加するための信号を出力する手段とを備えるのが好ましい。
この構成によれば、車両挙動の不安定化防止のために操舵トルクが制御されていることをドライバーが気付かず、その不安定化防止のために付加されるトルクと干渉するトルクを付与した場合、車両挙動の不安定化防止のために付加されるトルクとドライバーが付与するトルクとの干渉度と車速とに応じて車両の制動力を付加できる。これにより、ドライバーに車両挙動の不安定化防止の必要性を気付かせ、また、実舵角が限界舵角を越えるのを確実に防止して車両挙動の不安定化を防止できる。
そのアクチュエータにより付加されるトルクと前記ドライバーにより付与されるトルクとの干渉度は、設定操舵トルクと検知した操舵トルクとの偏差に対応する値として求めることができる。その干渉度の閾値は、その干渉度が閾値未満であれば車両挙動の不安定化を防止できるように設定すればよい。その制動力の付加量は、車両挙動が不安定になることがないように、その干渉度が大きい程に、また、車速が大きい程に大きくすればよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１に示す車両のラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールＨに連結される入力軸２と、この入力軸２にトルクセンサ３を介して連結される出力軸４とを備えている。その入力軸２と出力軸４とが、ドライバーにより操舵のために付与されるトルクを車輪に伝達するステアリングシャフトを構成する。その出力軸４はユニバーサルジョイント５を介してピニオン６に接続され、そのピニオン６に噛み合うラック７に車輪８が連結される。操舵トルクがステアリングホイールＨ、入力軸２、トルクセンサ３、出力軸４、およびピニオン６を介してラック７に伝達されると、そのラック７の移動により車両の操舵がなされる。また、その入力軸２に舵角センサ９が実舵角を検知するために取り付けられている。なお、本実施形態では前輪が操舵されるが、前後輪が操舵されてもよい。
【００１２】
その出力軸４の外周にベベルギヤ１２が嵌合され、このベベルギヤ１２に噛み合うベベルギヤ１５が、アクチュエータ１３により回転駆動される。これにより、そのアクチュエータ１３は、ドライバーにより付与されるトルクに付加されるトルクを発生する。
【００１３】
車両の各車輪８を制動するために制動システムが設けられている。すなわち、ブレーキペダル１６の踏力に応じた制動圧をマスターシリンダ１７により発生させる。その制動圧は、制動圧制御ユニット１８により増幅されると共に各車輪８のブレーキ装置１９に分配され、各ブレーキ装置１９が各車輪８に制動力を作用させる。その制動圧制御ユニット１８は、コンピューターにより構成されるブレーキ系コントローラ６０に接続される。そのブレーキ系コントローラ６０に、各車輪８それぞれの回転速度を個別に検知するセンサ５２と、各車輪８それぞれの制動力を個別に検知するセンサ６１が接続される。そのブレーキ系コントローラ６０は、その車輪速センサ５２により検知される各車輪８の回転速度と制動力検知センサ６１によるフィードバック値に応じて、制動圧を増幅すると共に分配することができるように制動圧制御ユニット１８を制御し、これにより、左方の車輪の制動力と右方の車輪の制動力を個別に制御することが可能とされている。なお、制動圧制御ユニット１８は、ブレーキペダル１６の操作がなされていない場合でも、内蔵するポンプにより制動圧を発生することが可能とされている。
【００１４】
そのトルクセンサ３は、その入力軸２から出力軸４へ伝達するトルク、すなわちステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクを検出する。そのトルクセンサ３は、コンピューターにより構成されるステアリング系コントローラ５０に接続される。そのステアリング系コントローラ５０に、舵角センサ９、アクチュエータ１３、車速センサ５１、車両と路面との間の摩擦係数を検知する摩擦係数センサ６２、およびブレーキ系コントローラ６０が接続される。
【００１５】
操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量として、例えば、上記車速センサ５１により車速が求められ、舵角センサ９により実舵角が求められ、トルクセンサ３により操舵トルクが求められ、舵角センサ９によって求められる実舵角に基づきステアリング系コントローラ５０により舵角変化速度が求められ、車輪速センサ５２により各車輪８の回転速度が求められ、摩擦係数センサ６２により車両と路面との間の摩擦係数が求められる。これ以外に、その変量として車両のヨーレートや車両に作用する横加速度等を求めるセンサを設けてもよく、多種の変量を求める程に後述の限界舵角を正確に求めて車両挙動の不安定化を確実に防止できる。
【００１６】
そのステアリング系コントローラ５０は、その変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係を記憶する。
その限界舵角は、操舵時における予め設定した最大舵角であり、操舵により車両姿勢を制御できる限界に応じて定められる。その限界舵角は、車両挙動の不安定化に影響する変量に応じて、実舵角が限界舵角未満であれば車両挙動が不安定化するのを防止できるように設定すればよい。
その変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係は、その関係に従うことで、求められた変量に対応する設定操舵トルクを求めることができ、また、その求められた設定操舵トルクと検知された操舵トルクとから限界舵角を求めることができるように定められる。
その設定操舵トルクは、その変量に応じて予め設定されるトルクであって、その変量の下で車両挙動が不安定になることなく操舵を行える値に設定される。その設定操舵トルクと検知された操舵トルクとの偏差が大きい程に、車両挙動を不安定化させる度合いが大きくなる。よって、その変量に応じて予め求められる限界舵角を、その偏差に応じて補正された値とすることで、その限界舵角を実舵角が越えるのを確実に阻止できる。その設定操舵トルクは、車両挙動が不安定になることなく操舵を行える理想値に設定するのが好ましい。
すなわち、操舵トルクは路面反力に相関し、舵角が大きくなるとタイヤの路面グリップ力が小さくなって路面反力が小さくなることから、舵角が小さい間は舵角の増大に応じて操舵トルクが増大するが、舵角が大きくなると舵角の増大に応じて操舵トルクが減少する。図２における２点鎖線は、車両挙動の不安定化に影響する変量に応じた設定操舵トルクと実舵角との関係曲線を示す一例であり、実線は、その場合における検知された操舵トルクと実舵角との関係曲線を示し、θｍａｘは、その場合における限界舵角を示す。両関係曲線と限界舵角θｍａｘを、求める変量の組み合わせに毎に、その変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係として記憶することで、その関係曲線から、求められた変量に対応する設定操舵トルクを求め、その求められた設定操舵トルクと検知された操舵トルクとから限界舵角を求めることができる。
なお、図２に示す例では、その限界舵角θｍａｘは、その実舵角の増大に応じて検知される操舵トルクが増大する領域における最大操舵トルクされているが、実舵角が限界舵角未満であれば車両挙動が不安定化するのを防止できる値であればよい。また、車両挙動の不安定化に影響する変量と設定操舵トルクと検知された操舵トルクと限界舵角との関係は、テーブル形式で記憶してもよい。
【００１７】
また、そのステアリング系コントローラ５０は、その変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係を記憶する。その変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係は、その関係に従うことで、求めた変量から車両挙動の不安定化防止の必要性の有無判断を行うことができ、また、その判断を車両挙動が不安定になる前に行えるように定めればよい。この関係は実験により求めることができる。この記憶した関係と求めた変量に基づいて、ステアリング系コントローラ５０は車両挙動の不安定化防止の必要性を判断する。
例えば、図３に示すように、タイヤスリップ角とコーナリングフォースとの関係は、タイヤスリップ角が小さい間は線形関係であるが、大きくなると線形関係から外れるため車両挙動は不安定になる。よって、その変量からタイヤスリップ角を求め、そのタイヤスリップ角が設定値以上になった時点で車両挙動の不安定化防止が必要であると判断する。その変量とタイヤスリップ角との関係は実験により求めることができる。
【００１８】
さらに、ステアリング系コントローラ５０は、車両挙動の不安定化防止の必要性の判断時に、車両挙動が不安定になることでオーバーステア状態になるのかアンダーステア状態になるのかを判断することが可能とされている。すなわち、図４に示すように、操舵時における車両１０の挙動が安定している場合は破線で示すドライバーが希望する略理想的経路を進行するのに対して、車両挙動が不安定になると２点鎖線で示すようにオーバーステア状態になったり、１点鎖線で示すようにアンダーステア状態になる。その判断は、後輪の路面グリップ力が小さくなるとオーバーステア状態になり易く、前輪の路面グリップ力が小さくなるとアンダーステア状態になり易いことから、その変量から各車輪の路面グリップ力を求めることで判断する。その変量と各車輪の路面グリップ力との関係は実験により求めることができる。
【００１９】
そのステアリング系コントローラ５０は、その求められた限界舵角を求められた実舵角が越えるのを阻止するように、アクチュエータ１３により付加されるトルクを制御する。
【００２０】
そのステアリング系コントローラ５０は、車両挙動の不安定化防止の必要時に、アクチュエータ１３により付加されるトルクを制御する。すなわち、その求めた変量と記憶された関係とに基づき、設定操舵トルクと前記検知した操舵トルクとの偏差を低減するように前記アクチュエータ１３により付加されるトルクを制御する。
【００２１】
また、そのステアリング系コントローラ５０は、その不安定化防止のために付加されるトルクとドライバーにより操舵のために付与されるトルクとが干渉する場合、すなわち、その設定操舵トルクと検知した操舵トルクとの偏差の低減のためにアクチュエータ１３により付加されるトルクと前記ドライバーにより付与されるトルクとが干渉する場合、その干渉度と車速とに応じて車両の制動力を付加するための信号をブレーキ系コントローラ６０に出力する。そのアクチュエータ１３により付加されるトルクとドライバーにより付与されるトルクとの干渉度は、設定操舵トルクとトルクセンサ３により検知した操舵トルクとの偏差に対応する値として求めることができる。その制動力の付加量は、車両挙動が不安定になることがないように、その干渉度が大きい程に、また、車速が大きい程に大きくすればよく、具体的な値は実験により求めることができる。
【００２２】
図５のフローチャートは上記システムの制御手順を示す。
まず、ステアリング系コントローラ５０およびブレーキ系コントローラ６０は、上記各センサにより検知されるデータを読み込む（ステップ１）。
【００２３】
次に、上記のように、操舵時における車両挙動の不安定化に影響する求められた変量に基づいて、車両挙動の不安定化防止の必要性の有無を判断し、この際、車両挙動が不安定になることでオーバーステア状態になるのかアンダーステア状態になるのかが併せて判断される（ステップ２）。
【００２４】
車両挙動の不安定化防止の必要性がない場合、ステアリング系コントローラ５０によるアクチュエータ１３の制御により、検知された操舵トルクと車速に応じて通常の操舵補助力が付与される（ステップ３）。
【００２５】
ステップ２において車両挙動の不安定化防止の必要性がある場合、安定化制御が行われる（ステップ４）。
その安定化制御においては、ステアリング系コントローラ５０により設定操舵トルクと検知した操舵トルクとの偏差を低減するようにアクチュエータ１３が制御される。すなわち、検知した操舵トルクが設定操舵トルクよりも大きい場合はドライバーの操舵の抑制力が生じるように、検知した操舵トルクが設定操舵トルクよりも小さい場合は操舵補助力を増大するように、アクチュエータ１３が制御される。
【００２６】
その車両挙動の不安定化防止のための安定化制御がなされた後に、その不安定化防止のために付加されるトルクとドライバーにより操舵のために付与されるトルクとの干渉度が閾値以上か否かが判断される（ステップ５）。その閾値は、その干渉度が閾値未満であれば車両挙動の不安定化を防止できるように設定すればよい。
【００２７】
その干渉度が閾値未満である場合、通常の操舵補助力が付与される（ステップ３）。
【００２８】
その干渉度が閾値以上である場合、検知された実舵角が閾値以上か否かが判断される（ステップ６）。その閾値は限界舵角未満とされ、その閾値と限界舵角との差は、後述の舵角制御により実舵角が限界舵角を越えるのを阻止するのに必要な値とする。
【００２９】
検知された実舵角が閾値以上である場合、舵角制御が行われる（ステップ７）。この舵角制御は、アクチュエータ１３により付加されるトルクを制御することで、求められた変量に対応する限界舵角を実舵角が越えることがないように、操舵の抑制力を発生させることで行われる。例えば、ドライバーにより付加されるトルクと大きさが等しく方向が逆のトルクをアクチュエータ１３により付加し、ドライバーによる操舵を抑制する。
【００３０】
その舵角制御が行われた後に、若しくはステップ６において検知された実舵角が閾値未満である場合、上記干渉度と車速とに応じて車両の制動力を付加するための信号がステアリング系コントローラ５０からブレーキ系コントローラ６０に出力される。そのブレーキ系コントローラ６０は、そのステアリング系コントローラ５０が出力する信号に対応する制動力と制動力検知センサ６１により検知される制動力との差に基づいて、制動圧制御ユニット１８を制御することで、制動力を自動付加する（ステップ８）。
この際、車両挙動が不安定になることでオーバーステア状態になる場合には、外輪側の制動力が内輪側の制動力よりも大きくなるように制動力を自動付加する。車両がオーバーステア状態になるのを防止するために操舵トルクが制御されていることをドライバーが気付かず、その制御のために付加されるトルクと干渉するトルクを付与した場合、車両をスピンさせようとするモーメントが作用する。この場合において、その干渉度と車速とに応じて外輪側の制動力が内輪側の制動力よりも大きくなるように制動力を付加することで、そのスピンさせようとするモーメントと反対方向のモーメントを作用させ、車両挙動の不安定化を防止する。
【００３１】
上記制御は車両のエンジンが停止するまで繰り返される（ステップ９）。
【００３２】
上記構成によれば、実舵角が限界舵角を越えることがないので、操舵時において車両挙動が不安定化するのを確実に防止し、ドライバー自らの操舵により車両姿勢を制御して安全性を向上できる。また、車両挙動の不安定化防止の必要性に応じて操舵トルクを制御することで、車両挙動の不安定化防止を円滑に行い、操舵フィーリングが低下するのを防止できる。また、車両挙動の不安定化防止のために操舵トルクが制御されていることをドライバーが気付かず、その不安定化防止のために付加されるトルクと干渉するトルクを付与した場合、車両挙動の不安定化防止のために付加されるトルクとドライバーが付与するトルクとの干渉度と車速とに応じて車両の制動力を付加できる。これにより、ドライバーに車両挙動の不安定化防止の必要性を気付かせ、また、実舵角が限界舵角を越えるのを確実に防止して車両挙動の不安定化を防止できる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ステアリング装置はラックピニオン式に限定されず、ボールスクリュー式であってもよい。さらに、アクチュエータ、減速機の種類や、アクチュエータの操舵機構への連結位置は任意に設定できる。
【００３４】
本発明は、ドライバーが操舵のためのトルクを付与するシステムに適用されるが、ステアリングホイールとステアリング装置とが機械的に分離され、アクチュエータがステアリング装置に操舵力を付与し、ドライバーに操舵フィーリングを付与するために別のアクチュエータにより路面反力に対応するトルクをステアリングホイールに作用させるシステムにおいて、本発明と同様に操舵時において実舵角が限界舵角を越えることがないように、そのアクチュエータにより付与される操舵トルクを制御してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵時において車両挙動が不安定化するのを確実に防止し、ドライバー自らの操舵により車両姿勢を制御し、操舵フィーリングを低下させることなく安全性を向上できる車両のステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のステアリング装置の構成説明図
【図２】実舵角と操舵トルクとの関係を示す図
【図３】タイヤスリップ角とコーナリングフォースとの関係を示す図
【図４】車両の走行状態の説明図
【図５】本発明の実施形態のステアリング装置の制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１  ラックピニオン式電動パワーステアリング装置
３  トルクセンサ
８  車輪
９  舵角センサ
１３  アクチュエータ（電動モータ）
１８  制動圧制御ユニット
１９  ブレーキ装置
５０  ステアリング系コントローラ
５１  車速センサ
５２  車輪速検知センサ
６０  ブレーキ系コントローラ
６１  制動力検知センサ
６２  摩擦係数センサ
【図１】
0003678567.tif 000002
【図２】
0003678567.tif 000003
【図３】
0003678567.tif 000004
【図４】
0003678567.tif 000005
【図５】
0003678567.tif 000006