(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作手段の操作角を検出する角度センサの出力信号に基づいて車両の舵取り機構を駆動する車両用操舵装置であって、
車両の挙動を表す挙動変数の検出値に基づいて前記舵取り機構を制御することにより、車両の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、
前記舵取り機構を駆動した後に一定以上のヨー角変化が生じたかどうかに基づいて、前記舵取り機構の駆動による車両挙動への有意な影響の有無を判定する操舵有効性判定手段と、
この操舵有効性判定手段によって、前記舵取り機構の駆動による車両挙動への有意な影響がないと判定された場合に、前記姿勢制御手段による車両の姿勢制御を中止する姿勢制御中止手段とを含み、
前記姿勢制御中止手段によって前記姿勢制御手段による車両の姿勢制御が中止された場合は、前記角度センサによって検出される操作角に対応した転舵角が達成されるように前記舵取り機構を制御することを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、舵取り機構の駆動により車両の姿勢制御などを行うことができる車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合を無くし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータ等のアクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置が提案されている（たとえば、特開平９−１４２３３０号公報参照）。
【０００３】
このような構成を採用することにより、舵取り機構とステアリングホイールとを機械的に連結する必要がないので、衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるとともに、舵取り機構の構成を簡素化および軽量化することができる。また、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増し、さらには、ステアリングホイール以外のレバーまたはペダル等の他の操作手段の採用をも可能とすることができる。
【０００４】
上記のような構成の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールの操作と舵取り機構の動作との関係を電気的制御によって、自由に変更することができるので、車両の運転性能を飛躍的に向上できるものと期待されている。
たとえば、ステアリングホイールの操作トルクまたは操作角に対応する目標ヨーレートまたは目標横加速度を求め、これらに基づいて舵取り機構の動作を制御することによって、車両の姿勢制御を行うことができ、操舵に対する車両の運動特性を最適化できる。
【０００５】
車両の姿勢制御のための別の手段として、４つの車輪の制動圧を個別制御する手法がある。すなわち、４つの車輪の制動圧の個別制御により、車両のヨーレートまたは横加速度を制御することができ、これにより、車両挙動の不安定化を防止できる。とくに、氷上のような低摩擦路面上では、舵取り機構による姿勢制御（ステアリング姿勢制御）よりも制動圧の制御による姿勢制御（ブレーキ姿勢制御）の方が有効である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
舵取り機構の制御のためのＥＣＵ（電子コントロールユニット）と制動圧の制御のためのＥＣＵとを接続してデータの授受を行わせることにより、たとえば、目標ヨーレートを両ＥＣＵで共通化して、ステアリング姿勢制御およびブレーキ姿勢制御が併用される場合がある。
この場合に、低摩擦路面を走行中には、ブレーキ姿勢制御は有効に働くものの、タイヤの方向を変化させても車両のヨー角はほとんど変化しないため、ステアリング姿勢制御は実質的に意味がない。したがって、低摩擦路面を走行中は、ステアリング姿勢制御の演算等は無駄に行われていることになる。
【０００７】
しかも、低摩擦路面でステアリング姿勢制御を行うと、ステアリングホイールの操作角とは全く異なる方向に舵取り車輪が向けられる場合もあり得る。そのため、低摩擦路面から高摩擦路面へ移るなどして、車両が滑り状態から復帰したときに、運転者の意図する方向に舵取り車輪が向いている保証がなく、かえって、車両姿勢を乱すおそれがある。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、舵取り機構を適切に制御することが可能な車両用操舵装置を提供することである。
【０００９】
この発明の具体的な目的は、低摩擦路面に良好に適応しつつ姿勢制御を行える車両用操舵装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作手段（１）の操作角（δｈ）を検出する角度センサ（１１）の出力信号に基づいて車両の舵取り機構（２，３）を駆動する車両用操舵装置であって、車両の挙動を表す挙動変数（Ｇy，γ）の検出値に基づいて前記舵取り機構を制御することにより、車両の姿勢制御を行う姿勢制御手段（２０，Ｓ３，Ｓ１３）と、前記舵取り機構を駆動した後に一定以上のヨー角変化が生じたかどうかに基づいて、前記舵取り機構の駆動による車両挙動への有意な影響の有無を判定する操舵有効性判定手段（Ｓ１，Ｓ１１）と、この操舵有効性判定手段によって、前記舵取り機構の駆動による車両挙動への有意な影響がないと判定された場合に、前記姿勢制御手段による車両の姿勢制御を中止する姿勢制御中止手段（Ｓ２，Ｓ１２）とを含み、前記姿勢制御中止手段によって前記姿勢制御手段による車両の姿勢制御が中止された場合は、前記角度センサによって検出される操作角に対応した転舵角（δ）が達成されるように前記舵取り機構を制御することを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１１】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この場合に、舵取り機構と操舵のための操作手段との間には機械的な結合が無く、操作手段の操作に対応して舵取り機構が電気的に制御されるようになっていることが好ましい。
この発明によれば、舵取り機構による操舵により車両姿勢に有意な変化を起こさせることができない場合には、舵取り機構の制御による車両の姿勢制御が中止される。すなわち、低摩擦路面などのように、舵が利かない状況では、舵取り機構の制御による姿勢制御が行われないので、制御の無駄がない。
【００１２】
また、姿勢制御を中止した後は、操作手段の操作に対応した転舵角を達成するように舵取り機構を制御するようになっているから、たとえば、低摩擦路面から高摩擦路面に出た場合のように、車両が滑り状態から復帰したときに、車両を運転者が意図する方向へと走行させることができ、車両姿勢の乱れを防止できる。
【００１５】
なお、前記姿勢制御手段は、車両の実際の挙動を表す挙動変数を検出する挙動変数検出手段（１５，１６）の出力を用いて、舵取り機構を制御するものであることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール（操作手段）１の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２の動作をステアリングギア３によって前部左右車輪４Ｆ（舵取り車輪）の転舵運動に変換することによって、ステアリングホイール１とステアリングギア３とを機械的に連結することなく、操舵を達成している。この場合に、操舵用アクチュエータ２およびステアリングギア３などにより、舵取り機構が構成されている。
【００１７】
操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成することができる。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換する運動変換機構（ボールねじ機構など）を有する。ステアリングロッド７の運動は、タイロッド８を介してナックルアーム９に伝達され、このナックルアーム９の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム９に支持された車輪４Ｆの転舵が達成される。
【００１８】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ１９が付設されている。具体的には、反力アクチュエータ１９は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成することができる。
回転シャフト１０のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばねなどからなる弾性部材３０が車体との間に結合されている。この弾性部材３０は、反力アクチュエータ１９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００１９】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト１０の回転角に対応する操作角δhを検出するための角度センサ１１が設けられている。また、回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクＴを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。
一方、操舵用アクチュエータ２の出力値を検出するための出力値センサとして、車輪４Ｆの転舵角δを検出する転舵角センサ１３が設けられている。この転舵角センサ１３は、操舵用アクチュエータ２によるステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータなどで構成することができる。
【００２０】
角度センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３は、コンピュータ（ＥＣＵ：電子制御ユニット）を含むステアリング系制御装置２０（姿勢制御手段、舵取り制御手段）に接続されている。
制御装置２０は、駆動回路２２，２３を介して操舵用アクチュエータ２と反力アクチュエータ１９とを制御する。
一方、ステアリング系制御装置２０は、車両の制動を制御するための走行系制御装置６０と、ライン５０を介して通信を行い、データを授受するようになっている。
【００２１】
ブレーキペダル５１の踏力に応じた制動圧は、マスターシリンダ５２によって発生され、この制動圧は、制動圧制御ユニット５３によって増幅されるとともに、前車輪４Ｆおよび後車輪４Ｒの各ブレーキ装置５４に分配されて、各ブレーキ装置５４が各車輪４Ｆ，４Ｒに制動力を作用させるようになっている。そして、制動圧制御ユニット５３が、コンピュータ（ＥＣＵ）により構成される走行系制御装置６０によって制御されることにより、各車輪４Ｆ，４Ｒの制動圧が個別に制御されるようになっている。
【００２２】
走行系制御装置６０には、ステアリング系制御装置２０の他に、各車輪４Ｆ，４Ｒの制動力を個別に検出する制動力センサ６１と、各車輪４Ｆ，４Ｒの各回転速度を個別に検出する車輪速センサ６２とが接続されている。走行系制御装置６０には、さらに、車両の横加速度Ｇyを検出するための横加速度センサ１５と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６と、車速Ｖを検出する速度センサ１４とが接続されている。そして、検出された横加速度Ｇy、ヨーレートγおよび車速Ｖを表すデータは、走行系制御装置６０内で利用されるとともに、ライン５０を介してステアリング系制御装置２０にも伝送されるようになっている。
【００２３】
走行系制御装置６０は、車輪速センサ６２によって検出される各車輪４Ｆ，４Ｒ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とに応じて、制動圧を増幅するとともに分配することができるように制動圧制御ユニット５３を制御する。これにより、各車輪４Ｆ，４Ｒ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５３は、ブレーキペダル５１の操作がなされていない場合でも、内蔵のポンプにより制動圧を発生することができるように構成されている。
【００２４】
図２は、車両の姿勢制御に関連する構成をさらに説明するためのブロック図である。ステアリング系制御装置２０は、ライン５０を介して、走行系制御装置６０に、操作角δh、トルクＴおよび転舵角δの各検出値を表すデータを与える。また、走行系制御装置６０は、ライン５０を介して、ステアリング系制御装置２０に、横加速度Ｇy、ヨーレートγおよび車速Ｖの各検出値を表すデータを与える。また、走行系制御装置６０は、内部で目標ヨーレートγ*を演算し、この目標ヨーレートγ*を表すデータをステアリング系制御装置２０に与える。
【００２５】
走行系制御装置６０は、入力される各データに基づいて目標ヨーレートγ*を定め、制動圧制御ユニット５３を介して各車輪４Ｆ，４Ｒの制動圧を個別制御し、これにより、検出ヨーレートγを目標ヨーレートγ*に近づけるように、車両の姿勢制御（ブレーキ姿勢制御）を行う。
一方、ステアリング系制御装置２０は、操作角δhに基づいて目標横加速度Ｇy*を求めるとともに、走行系制御装置６０から目標ヨーレートγ*を取り込み、これらに基づいて、目標転舵角δ*を演算する。そして、転舵角センサ１３によって検出される転舵角δが目標転舵角δ*に近づくように操舵用アクチュエータ２を制御することによって、車両の姿勢制御（ステアリング姿勢制御）を行う。
【００２６】
すなわち、この実施形態では、車両の姿勢制御のために、ブレーキ姿勢制御とステアリング姿勢制御とが併用されている。
しかし、氷上などのような低摩擦路上を走行中には、いわば舵が利かない状態となり、操舵用アクチュエータ２の制御による車両の姿勢制御を行っても、ほとんど意味がなく、現実には、専ら走行系制御装置６０の制動制御による姿勢制御（ブレーキ姿勢制御）のみが有効である。このような場合には、ステアリング系制御装置２０による姿勢制御（ステアリング姿勢制御）は無駄であるばかりでなく、走行路面が低摩擦路面から高摩擦路面に変化したりして、車両が滑り状態から復帰したときに、舵取り車輪４Ｆが運転者の意図する方向に向いていることを保証できない。そのため、かえって、車両姿勢を乱すおそれがある。
【００２７】
そこで、この実施形態では、図３に示すような動作が行われるようになっている。すなわち、ステアリング系制御装置２０は、操舵用アクチュエータ２を駆動した後に、一定以上のヨー角変化が生じたかどうかを判断する（ステップＳ１）。もしも、有意なヨー角変化がなければ（ステップＳ１でＮＯ）、ステアリング姿勢制御を中止し（ステップＳ２）、有意なヨー角変化が認められれば（ステップＳ１のＹＥＳ）、ステアリング姿勢制御を続行する（ステップＳ３）。
【００２８】
一定以上のヨー角変化が生じたかどうかの判断は、たとえば、タイヤの横滑り角βが一定値以上であるかどうかの判断により代替することができる。
ブレーキ姿勢制御が、滑りが生じたときにのみ行われることとしている場合には、図４に参考例として示す動作によっても、同様の目的が達せられる。すなわち、有意なヨー角変化の有無を調べる代わりに、ブレーキ姿勢制御が行われているかどうかを判断し（ステップＳ１１）、ブレーキ姿勢制御が行われている場合には、ステアリング姿勢制御を中止し（ステップＳ１２）、ブレーキ姿勢制御が行われていなければステアリング姿勢制御を行う（ステップＳ１３）。
【００２９】
ステアリング姿勢制御を中止した場合（ステップＳ２，Ｓ１２）には、ステアリング系制御装置２０は、角度センサ１１が検出する操作角δhに対応した転舵角δが達成されるように、操舵用アクチュエータ２を制御する。したがって、低摩擦路面から高摩擦路面に移って、車両が滑り状態から復帰したときには、運転者の意図する方向に向かって車両が進行することになる。したがって、ステアリング姿勢制御に起因する車両姿勢の乱れが生じることがない。
【００３０】
次に、この実施形態の他の特徴について、図２および図５を参照して説明する。
ステアリング系制御装置２０と走行系制御装置６０とは、ライン５０で表される通信回線を介してデータを授受するようになっている。ステアリング姿勢制御をブレーキ姿勢制御と同期させるために、ステアリング系制御装置２０は、ライン５０を介して走行系制御装置６０からのデータが受信されると、受信割込を発生させて姿勢制御演算を行う。
【００３１】
しかし、ライン５０の異常やブレーキ姿勢制御に関わるいずれかの構成要素（走行系制御装置６０、センサ類１４〜１６など）に異常が生じれば、走行系制御装置６０から送られてくるデータに基づく姿勢制御は、意味がなくなる。
そこで、この実施形態では、ステアリング系制御装置２０は、走行系制御装置６０からのデータに異常が生じた場合には、内部のタイマ７０（内部同期手段）により制御周期を規定する内部同期方式へと切り換えるようにしている。
【００３２】
より具体的には、図５に示すように、データが受信されると、そのデータに異常があるかどうかが判断される（ステップＳ２１）。データに異常があるかどうかは、たとえば、制御周期の１周期中に受信される全データの総和と、走行系制御装置６０から送られてくる総和値データとの一致／不一致を調べることによって検出することができる。
データに異常がなければ（ステップＳ２１のＮＯ）、受信割込を発生させて、当該制御周期における姿勢制御演算を行う（ステップＳ２２）。一方、受信データに異常があれば（ステップＳ２１のＹＥＳ）、受信割込を行わず、内部タイマ７０により制御周期を定める内部同期方式で、操舵用アクチュエータ２の駆動制御を行う（ステップＳ２３）。この場合、センサ類１４〜１６の検出データが入力されないので、姿勢制御は行わず、ステアリングホイール１の操作角δhに対応した転舵角δが達成されるように操舵用アクチュエータ２を制御する通常の操舵制御が行われる。
【００３３】
このようにして、この実施形態によれば、走行系制御装置６０側に何らかの異常が生じたときには、ステアリング系制御装置２０は、受信データに基づいてそのような異常を検知し、受信割込を禁止するとともに、内部同期方式に切り換えて独立した制御演算を行う。このようにして、異常対策のなされたシステムを提供することができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、速度センサ１４、横加速度センサ１５およびヨーレートセンサ１６の各検出信号は走行系制御装置６０に入力され、それらの検出値を表すデータが走行系制御装置６０からステアリング系制御装置２０に入力されるように構成されているが、図２において二点鎖線で示すように、センサ類１４，１５，１６の出力信号が、走行系制御装置６０およびステアリング系制御装置２０の両方に入力されるようになっていてもよい。この場合には、ステアリング系制御装置２０は、走行系制御装置６０に依存することなく、姿勢制御に必要な情報を得ることができるので、走行系制御装置６０からの受信データに異常が認められた後にも、ステアリング姿勢制御を継続することができる。走行系制御装置６０からのデータが正常である場合には、少なくとも目標ヨーレートγ*を走行系制御装置６０とステアリング系制御装置２０とで共有する必要があるので、両制御装置２０，６０間のデータ通信が必要となる。
【００３４】
また、上述の実施形態では、四輪車両の２つの車輪が舵取り車輪として転舵可能な場合について説明したが、４つの車輪の全てが転舵される四輪操舵システムにこの発明を適用してもよい。
また、上述の実施形態では、操作手段としてステアリングホイール１が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーやペダルなどの他の操作手段が用いられてもよい。
【００３５】
これらの他にも、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。
【図２】姿勢制御のための構成を説明するためのブロック図である。
【図３】ステアリング姿勢制御の無効化についての処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】ステアリング姿勢制御の無効化についての他の処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】ステアリング系制御装置の同期方式の切換えを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１    ステアリングホイール
２    操舵用アクチュエータ
１１    角度センサ
１２    トルクセンサ
１３    転舵角センサ
１４    速度センサ
１５    横加速度センサ
１６    ヨーレートセンサ
２０    ステアリング系制御装置
５０    ライン（通信回線）
６０    走行系制御装置
７０    内部タイマ
【図１】
0003717352.tif 000002
【図２】
0003717352.tif 000003
【図３】
0003717352.tif 000004
【図４】
0003717352.tif 000005
【図５】
0003717352.tif 000006