(57)【要約】      （修正有）【課題】自動操舵アクチュエータ３が自動操舵を行うことによるステアリングホイール１への逆入力を低消費電力にて確実に抑制できると共に、自動操舵が行われている際であっても運転者がステアリングホイール１を容易に操舵できる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】アッパステアリングシャフト４の操舵とは別にロアステアリングシャフト５を自動操舵して転舵輪を転舵する自動操舵アクチュエータ３と、自動操舵アクチュエータ３とステアリングホイール１との間に介在し、自動操舵アクチュエータ３の作動によりステアリングホイール１側へ伝達される伝達トルクＴｒを抑制する伝達トルク抑制アクチュエータ２とを備える。そして、自動操舵アクチュエータ３が作動する際に伝達トルクＴｒを抑制する抑制トルクＴｄを算出する抑制トルク算出手段７６と、伝達トルク抑制アクチュエータ２に抑制トルクＴｄを出力させる抑制トルク出力手段７７とを有する。【選択図】図１
2006206011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側をステアリングホイール側の入力軸に連結され他端側を転舵輪側の出力軸に連結されると共に前記入力軸の操舵とは別に前記出力軸を自動操舵して転舵輪を転舵する自動操舵アクチュエータと、
前記自動操舵アクチュエータと前記ステアリングホイールとの間に介在し、前記自動操舵アクチュエータの作動により前記ステアリングホイール側へ伝達される伝達トルクを抑制する伝達トルク抑制アクチュエータと、
前記自動操舵アクチュエータが作動する際に前記伝達トルクを抑制する抑制トルクを算出する抑制トルク算出手段と、
前記伝達トルク抑制アクチュエータに前記抑制トルクを出力させる抑制トルク出力手段と、
を有することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記抑制トルクは、前記伝達トルク以上である請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記抑制トルクは、前記伝達トルクおよび前記転舵輪からの逆入力により前記ステアリングホイール側へ伝達される逆入力伝達トルクを抑制するトルクである請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記自動操舵アクチュエータの制御量に基づき前記伝達トルクを算出する伝達トルク算出手段を有し、
前記抑制トルク算出手段は、前記伝達トルクに基づき前記抑制トルクを算出する請求項１〜３の何れかに記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記伝達トルク算出手段は、前記自動操舵アクチュエータにより操舵される前記出力軸の操舵情報である出力軸操舵情報、車速およびヨーレートのうち少なくとも何れかに基づき前記伝達トルクを算出する請求項４記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
前記自動操舵アクチュエータは、前記出力軸操舵情報および車速に基づき算出される理想ヨーレートと車両に作用している実ヨーレートとの偏差が所定範囲内にない場合に作動する請求項５記載の車両用操舵装置。
【請求項７】
前記伝達トルク抑制アクチュエータは、電動機を有する請求項１〜６の何れかに記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールの操舵に関わらずに操舵することができる自動操舵アクチュエータを備える車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との伝達比を変化させることができる舵角比可変操舵装置を用いて、ステアリングホイールの操舵とは無関係に転舵輪を転舵するいわゆる自動操舵が行われている。この自動操舵とは、運転者がステアリングホイールの操舵を行うことなく、例えば、車線に沿って追従走行するレーンキーピング走行や前車に追従走行する前車追従走行など自動的に行われる操舵である。この自動操舵が行われる場合には、舵角比可変操舵装置が作動することによる逆入力により、ステアリングホイールが回転されないようにする必要がある。この手段の一例が、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、ステアリングホイールと舵角比可変操舵装置との間に設けられ、ハウジングに回転可能に支持されステアリングホイールに連結された駆動側シャフトおよび舵角比可変操舵装置に連結された従動側シャフトを有し、ハウジングが固定状態とされた際に駆動側シャフトからの入力は従動側シャフトへ伝達しかつ従動側シャフトからの入力は遮断して駆動側シャフトへ伝達しない逆入力遮断機構を備えることが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−９９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述した逆入力遮断機構とは異なる装置を用いて、自動操舵が行われることによる舵角比可変操舵装置からステアリングホイールへの逆入力を低消費電力にて確実に抑制できると共に、自動操舵が行われている際であっても運転者がステアリングホイールを容易に操舵でき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及び発明の効果】
【０００５】
本発明の車両用操舵装置は、一端側をステアリングホイール側の入力軸に連結され他端側を転舵輪側の出力軸に連結されると共に前記入力軸の操舵とは別に前記出力軸を自動操舵して転舵輪を転舵する自動操舵アクチュエータと、前記自動操舵アクチュエータと前記ステアリングホイールとの間に介在し、前記自動操舵アクチュエータの作動により前記ステアリングホイール側へ伝達される伝達トルクを抑制する伝達トルク抑制アクチュエータと、前記自動操舵アクチュエータが作動する際に前記伝達トルクを抑制する抑制トルクを算出する抑制トルク算出手段と、前記伝達トルク抑制アクチュエータに前記抑制トルクを出力させる抑制トルク出力手段と、を有することを特徴とする。
【０００６】
このように、伝達トルク抑制アクチュエータを用いてトルク制御を行うことで、確実に自動操舵アクチュエータの作動による伝達トルクがステアリングホイールに伝達されることを抑制できる。つまり、自動操舵が行われている際には、ステアリングホイールが回転することを抑制できる。さらに、伝達トルクに応じた抑制トルクを伝達トルク抑制アクチュエータに出力させているので、ステアリングホイールを回転させないために必要な伝達トルク抑制アクチュエータの消費電力を低減することができる。また、伝達トルクに応じた抑制トルクを伝達トルク抑制アクチュエータに出力させているので、危険回避時などで運転者がステアリングホイールを操舵する場合に容易に操舵することができる。
【０００７】
なお、自動操舵アクチュエータは、例えば、ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比を可変にすることができる舵角比可変アクチュエータを用いることができる。この場合、自動操舵アクチュエータは、ステアリングホイールの操舵力を入力して出力軸に出力する手動操舵モードと、ステアリングホイールの操舵とは別に（無関係に）出力軸を自動操舵する自動操舵モードとを切り換えることが可能である。
【０００８】
また、自動操舵アクチュエータは、例えば、舵角比可変電動機を含む構成からなるようにしてもよい。もちろん、自動操舵アクチュエータは、舵角比可変電動機および減速機から構成されるようにしてもよい。この場合、舵角比可変電動機の回転が減速機により減速されて出力軸に伝達される。
【０００９】
また、前記抑制トルク出力手段が伝達トルク抑制アクチュエータに出力させる前記抑制トルクは、前記伝達トルク以上であるとよい。これにより、伝達トルクがステアリングホイールへ伝達されることを確実に抑制できる。つまり、自動操舵によりステアリングホイールが回転することを確実に抑制できる。
【００１０】
また、前記抑制トルクは、自動操舵アクチュエータの作動により前記ステアリングホイール側へ伝達される前記伝達トルクおよび前記転舵輪からの逆入力により前記ステアリングホイール側へ伝達される逆入力伝達トルクを抑制するトルクであるとよい。これにより、自動操舵アクチュエータが作動していない場合には、少なくとも逆入力伝達トルクを抑制することができる。従って、逆入力伝達トルクが発生した場合であっても、逆入力伝達トルクがステアリングホイールに伝達されることを確実に抑制できる。また、自動操舵アクチュエータが作動している場合には、伝達トルクおよび逆入力伝達トルクを確実に抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の車両用操舵装置は、前記自動操舵アクチュエータの制御量に基づき前記伝達トルクを算出する伝達トルク算出手段を有し、前記抑制トルク算出手段は、前記伝達トルクに基づき前記抑制トルクを算出するようにしてもよい。ここで、例えば、自動操舵アクチュエータが舵角比可変電動機及び減速機から構成される場合には、自動操舵アクチュエータの制御量は、舵角比可変電動機および減速機全体の制御量、すなわち減速機から出力される制御角度や回転速度などとなる。この場合、前記制御角度は、舵角比可変電動機および減速機全体の制御角度、すなわち舵角比可変電動機の駆動により出力軸に伝達される角度となる。また、自動操舵アクチュエータの制御量は、舵角比可変電動機の制御量、すなわち舵角比可変電動機の制御角度や回転速度としてもよい。これにより、抑制トルクが自動操舵アクチュエータの制御量に応じて適切に算出されるので、確実に自動操舵アクチュエータの作動による伝達トルクがステアリングホイールに伝達されることを抑制できる。さらに、抑制トルクを出力するための電力は最低限の電力とすることができるので、低消費電力化を図ることができる。
【００１２】
また、前記伝達トルク算出手段は、前記自動操舵アクチュエータにより操舵される前記出力軸の操舵情報である出力軸操舵情報、車速およびヨーレートのうち少なくとも何れかに基づき前記伝達トルクを算出するようにしてもよい。なお、出力軸操舵情報は、例えば、出力軸の操舵角、操舵角速度、操舵角加速度、または出力軸に生じるトルクの何れであってもよい。このように伝達トルクを算出することにより、より正確に伝達トルクを推定することができ、結果として適切な抑制トルクを算出することができる。
【００１３】
また、前記伝達トルクは、自動操舵アクチュエータおよび出力軸などの自動操舵を行う構造部分のイナーシャ、及び、自動操舵を行う構造部分のフリクション等に基づき算出するようにしてもよい。さらに、前記伝達トルクは、自動操舵アクチュエータが自動操舵することにより生じるセフルアライニングトルク及び路面反力トルクを合成したトルクを含むようにしてもよい。なお、路面反力とは、路面とタイヤとのすべり及びねじり等に基づき生じる力である。そして、路面反力トルクは、路面反力により生じるトルクである。
【００１４】
また、前記自動操舵アクチュエータは、前記出力軸操舵情報および車速に基づき算出される理想ヨーレートと車両に作用している実ヨーレートとの偏差が所定範囲内にない場合に作動するようにしてもよい。実ヨーレートと理想ヨーレートとの偏差が大きくなった場合には、偏差を０に近づけるように自動操舵アクチュエータを駆動させる場合がある。そして、レーンキーピング走行や前車追従走行などのいわゆる通常の自動操舵に加えて、ヨーレート偏差を０に近づけるように駆動させる自動操舵の場合にも本発明を適用することができる。なお、実ヨーレートは、例えば、路面摩擦係数、車速、出力軸操舵情報などに基づき算出することができる。
【００１５】
また、前記伝達トルク抑制アクチュエータは、電動機を有するようにするとよい。電動機を適切に制御することにより、抑制トルクを確実にかつ容易に発生することができる。また、前記伝達トルク抑制アクチュエータは、電磁ブレーキとしてもよい。電磁ブレーキは、電動機に比べて構成が容易となので、小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、実施形態を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
【００１７】
（１）車両用操舵装置の全体構成
まず、車両用操舵装置の全体構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、車両用操舵装置の全体構成を示す図である。図２は、伝達トルク抑制アクチュエータ２及び自動操舵アクチュエータ３等の軸方向断面図を示す。
【００１８】
図１に示すように、車両用操舵装置は、主として、ステアリングホイール１と、伝達トルク抑制アクチュエータ２と、自動操舵アクチュエータ３と、アッパステアリングシャフト（入力軸）４と、ロアステアリングシャフト（出力軸）５と、アクチュエータ制御部７と、ピニオン角センサ８と、自動操舵モード選択スイッチ９と、ＣＣＤカメラ１０と、車速センサ１１と、ヨーレートセンサ１２とから構成される。
【００１９】
伝達トルク抑制アクチュエータ２は、自動操舵アクチュエータ３の自動操舵駆動によりステアリングホイール１側に伝達される伝達トルクを抑制するアクチュエータである。この伝達トルク抑制アクチュエータ２は、後述する自動操舵アクチュエータとステアリングホイールとの間に介在している。すなわち、伝達トルク抑制アクチュエータ２は、アッパステアリングシャフト４の下端側に配置されている。この伝達トルク抑制アクチュエータ２は、図２に示すように、伝達トルク抑制電動機２１と、伝達トルク抑制電動機２１により出力される回転を減速してアッパステアリングシャフト４に伝達する減速機２２とから構成される。
【００２０】
自動操舵アクチュエータ３は、一端側をアッパステアリングシャフト４に連結され、他端側をロアステアリングシャフト５に連結されている。すなわち、自動操舵アクチュエータ３は、伝達トルク抑制アクチュエータ２の下方側に配置されている。そして、この自動操舵アクチュエータ３は、ステアリングホイール１の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比を可変にすることができる舵角比可変アクチュエータである。つまり、自動操舵アクチュエータは、ステアリングホイールの操舵力を入力してロアステアリングシャフト５に出力する手動操舵モードと、ステアリングホイール１の操舵とは別に（無関係に）ロアステアリングシャフト５を自動操舵する自動操舵モードとを切り換えることが可能なアクチュエータである。なお、ロアステアリングシャフト５の下端側には、ラックギヤに噛合するピニオンギヤが形成されている。
【００２１】
この自動操舵アクチュエータ３は、図２に示すように、舵角比可変電動機３１と、アッパステアリングシャフト４の回転をロアステアリングシャフト５に伝達すると共に舵角比可変電動機３１により出力される回転を減速してロアステアリングシャフト５に伝達する減速機３２とから構成される。
【００２２】
アクチュエータ制御部７は、伝達トルク抑制アクチュエータ２及び自動操舵アクチュエータ３を制御する。ピニオン角センサ８は、ロアステアリングシャフト５の角度（ピニオン角）θａを検出する。自動操舵モード選択スイッチ９は、運転者により操作されるスイッチであって、ＯＮのときが自動操舵モードが選択された状態で、ＯＦＦのときが手動操舵モードが選択された状態となる。ＣＣＤカメラ１０は、車両前方側に配置され、車両前方画像を認識する。車速センサ１１は、前輪に取り付けられ、車速Ｖを検出する。ヨーレートセンサ１２は、車両のほぼ中央に取り付けられ、車両の生じる実ヨーレートγを検出する。
【００２３】
（２）アクチュエータ制御部７の詳細構成
次に、アクチュエータ制御部７の詳細構成について図１を参照して説明する。アクチュエータ制御部７は、図１に示すように、自動操舵判定部７１と、理想ヨーレート算出部７２と、自動操舵制御量算出部７３と、自動操舵制御部７４と、伝達トルク算出部７５と、抑制トルク算出部７６と、伝達トルク抑制制御部７７とから構成される。
【００２４】
自動操舵判定部７１は、自動操舵モード選択スイッチ９がＯＮとされたか否かを判定して、自動操舵を行うか否かを判定する。理想ヨーレート算出部７２は、車速Ｖ、ピニオン角θａおよび路面摩擦係数μに基づき、車両に生じるべき理想ヨーレートγｔを算出する。なお、車速Ｖは車速センサにより検出され、ピニオン角θａはピニオン角センサ８により検出され、路面摩擦係数μは例えばタイヤ滑り角などから算出される。
【００２５】
自動操舵制御量算出部７３は、自動操舵判定部７１により自動操舵を行うと判定された場合に、ＣＣＤカメラ１０から入力される車両前方画像に基づき、車両前方情報を検出する。この車両前方情報とは、例えば、レーンキーピング走行の場合には車両の前方のセンターラインなどの車線境界線の情報であり、前車追従走行の場合には前車の位置情報などである。そして、自動操舵制御量算出部７３は、検出された車両前方情報、車速Ｖ、ピニオン角θｃ、実ヨーレートγおよび理想ヨーレートγｔに基づき、自動操舵アクチュエータ３の舵角比可変電動機３１の制御角度θｃおよび回転速度Ｖｃなどの制御量を算出する。ここで、実ヨーレートγと理想ヨーレートγｔとの偏差であるヨーレート偏差Δγが所定範囲外の場合には、ヨーレート偏差Δγが所定範囲内に入るようにするための制御量を算出する。
【００２６】
自動操舵制御部７４は、自動操舵制御量算出部７３により算出された制御量に基づき舵角比可変電動機３１を駆動制御して自動操舵を行う。具体的には、自動操舵制御部７４は、自動操舵制御量算出部７３により算出された制御角度θｃ及び回転速度Ｖｃに基づき、舵角比可変電動機３１を駆動制御する。
【００２７】
伝達トルク算出部７５は、自動操舵判定部７１により自動操舵を行うと判定された場合に伝達トルクＴｒを算出する。伝達トルクＴｒとは、自動操舵アクチュエータ３の自動操舵を行うことによりアッパステアリングシャフト４に生じるトルクである。この伝達トルク算出部７５は、伝達トルクＴｒを算出する際に、自動操舵制御量算出部７３により算出された制御角度θｃを入力している。この伝達トルクＴｒは、数１に示すように、制御角度θｃ、自動操舵アクチュエータ３のイナーシャＩｃ及びフリクションＲｃ、自動操舵アクチュエータ３が自動操舵を行うことによるセルフアライニングトルク及び路面反力トルクなどの合成トルクＴｃに基づき算出することができる。
【００２８】
【数１】
2006206011.tif 000003
【００２９】
抑制トルク算出部７６は、伝達トルク算出部７５により算出された伝達トルクＴｒに基づき、伝達トルクＴｒがステアリングホイール１に伝達されないようにするための抑制トルクＴｄを算出する。具体的には、抑制トルク算出部７６は、数２に従って、抑制トルクＴｄを算出する。
【００３０】
ここで、係数Ａ、Ｂは、車速Ｖ、伝達トルクＴｒなどによって決定される係数である。そして、伝達トルクＴｒがステアリングホイール１側へ伝達されないようにするために、抑制トルクＴｄは伝達トルクＴｒ以上となるように、係数Ａ、Ｂを決定している。例えば、係数Ａを１以上とすることで、抑制トルクＴｄは伝達トルクＴｒ以上となる。そして、係数Ｂは、伝達トルクＴｒが０の場合であっても出力させる抑制トルクＴｄ分に相当する。例えば、転舵輪側からの逆入力によりステアリングホイール１側へ伝達される逆入力伝達トルク相当を抑制することができるトルク値相当の値とする。
【００３１】
【数２】
2006206011.tif 000004
【００３２】
伝達トルク抑制制御部７７は、抑制トルク算出部７６により算出された抑制トルクＴｄに基づき、伝達トルク抑制アクチュエータ２の伝達トルク抑制電動機２１を駆動制御する。具体的には、伝達トルク抑制電動機２１の減速機２２を介してアッパステアリングシャフト４に出力されるトルクが、抑制トルク算出部７６により算出された抑制トルクＴｄとなるように、伝達トルク抑制電動機２１が駆動制御される。
【００３３】
（３）アクチュエータ制御部７の処理動作
次に、アクチュエータ制御部７の処理動作について図３を参照して説明する。図３は、アクチュエータ制御部７の処理動作を示すフローチャートである。まず、アクチュエータ制御部７の自動操舵判定部７１にて、自動操舵モード選択スイッチ９がＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ１）。そして、自動操舵モード選択スイッチ９がＯＮでなければ（ステップＳ１：Ｎｏ）、ＯＮになるまで判定を繰り返す。一方、自動操舵モード選択スイッチ９がＯＮであれば（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、各種センサから出力信号を読み込む（ステップＳ２）。具体的には、ＣＣＤカメラ１０から車両前方画像を読み込み、車速センサ１１から車速信号を読み込み、ヨーレートセンサ１２から実ヨーレート信号を読み込み、ピニオン角センサ８からピニオン角信号を読み込む。
【００３４】
続いて、自動操舵制御量算出部７３にて、自動操舵制御量を算出する（ステップＳ３）。自動操舵制御量は、具体的には、制御角度θｂ及び回転速度Ｖｂである。なお、ヨーレート偏差Δγが所定範囲内にない場合には、ヨーレート偏差Δγが所定範囲内に入るような制御量が算出される。
【００３５】
続いて、伝達トルク算出部７５にて、上述した数１に従って伝達トルクＴｒを算出する（ステップＳ４）。続いて、抑制トルク算出部７６にて、上述した数２に従って抑制トルクＴｄを算出する（ステップＳ５）。続いて、自動操舵制御部７４にて、自動操舵制御が行われる（ステップＳ６）。具体的には、自動操舵制御量算出部７３にて算出した制御角度θｂおよび回転角度Ｖｂに基づき舵角比可変電動機３１を制御する。
【００３６】
続いて、伝達トルク抑制制御部７７にて、伝達トルク抑制電動機２１が抑制トルクＴｄを出力するように伝達トルク抑制電動機２１を制御する（ステップＳ７）。つまり、抑制トルクＴｄに相当する制御電流を伝達トルク抑制電動機２１に供給することにより行われる。
【００３７】
（４）効果
上述した車両用操舵装置によれば、伝達トルク抑制アクチュエータ２に出力させる抑制トルクＴｄは上記数２により算出している。つまり、抑制トルクＴｄは、自動操舵アクチュエータ３の作動によりステアリングホイール１に伝達される伝達トルクＴｒ以上としている。したがって、伝達トルク抑制アクチュエータ２を用いて抑制トルクＴｄを出力させることで、自動操舵アクチュエータ３の作動により生じる伝達トルクＴｒがステアリングホイール１に伝達されることを確実に抑制できる。つまり、自動操舵が行われている際には、ステアリングホイール１が回転することを抑制できる。
【００３８】
さらに、伝達トルク抑制アクチュエータ２に出力させる抑制トルクＴｄは上記数２により算出しているので、抑制トルクＴｄは伝達トルクＴｒに応じたトルクとなる。つまり、伝達トルクＴｒが増加すると伝達トルクＴｒに合わせて抑制トルクＴｄも増加し、伝達トルクＴｒが減少すると伝達トルクＴｒに合わせて抑制トルクＴｄも減少する。このように、ステアリングホイール１を回転させないために、常に大きな抑制トルクＴｄを出力しているわけではない。つまり、ステアリングホイール１を回転させないために必要かつ適切な抑制トルクＴｄを出力させている。その結果、伝達トルク抑制アクチュエータ２の消費電力を低減することができる。また、伝達トルクＴｒに応じた抑制トルクＴｄを伝達トルク抑制アクチュエータ２に出力させているので、危険回避時などで運転者がステアリングホイール１を操舵する場合に容易に操舵することができる。
【００３９】
（５）その他
上記実施例において、抑制トルクＴｄを伝達トルク抑制電動機２１により発生させるようにしたが、これに限られるものではない。例えば、抑制トルクＴｄを発生させることができる電磁ブレーキを用いることもできる。電磁ブレーキとしては、例えば、パウダーブレーキなどである。この場合、車体に固定されたハウジングに対してアッパステアリングシャフト４を拘束することにより、伝達トルクＴｒを抑制することができる。
【００４０】
また、上記実施例において、自動操舵制御量算出部７３により自動操舵制御量を算出する際に、ピニオン角センサ８により検出したピニオン角θａを用いたが、これに限られるものではない。例えば、ピニオン角θａに代えて、ピニオン角速度ｄθａ／ｄｔ、ピニオン角加速度ｄ2θａ／ｄｔ2、またはロアステアリングシャフト５に作用するトルクなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】車両用操舵装置の全体構成を示す図である。
【図２】伝達トルク抑制アクチュエータ２及び自動操舵アクチュエータ３の軸方向断面図を示す図である。
【図３】アクチュエータ制御部７の処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１：ステアリングホイール、  ２：伝達トルク抑制アクチュエータ、  ３：自動操舵アクチュエータ、  ４：アッパステアリングシャフト（入力軸）、  ５：ロアステアリングシャフト（出力軸）、  ７：アクチュエータ制御部
【図１】
2006206011.tif 000005
【図２】
2006206011.tif 000006
【図３】
2006206011.tif 000007