(57)【要約】【課題】  最大転舵を容易に認識することができる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】  車両用操舵装置１は、運転者が操作を行うステアリングホイール２と、車輪６を転舵するステアリングモータ１０およびラック軸９と、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する反力モータ４と、ステアリングホイール２への操作量に応じてステアリングモータ１０を制御する転舵アクチュエータ制御手段と、反力モータ４の制御を行う反力アクチュエータ制御手段と、を備え、車輪６が最大転舵付近になった場合に反力モータ４によりステアリングホイール２を振動させる。【選択図】    図１
2006224903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が操作を行う操作子と、
転舵輪を転舵する転舵アクチュエータと、
前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータと、
前記操作子への操作量に応じて前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段と、
前記反力アクチュエータの制御を行う反力アクチュエータ制御手段と、
を備え、前記転舵輪が最大転舵付近になった場合に前記反力アクチュエータにより前記操作子を振動させることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記操作子に振動を付与してもさらに前記操作子への操作量が増大する場合に、前記操作子の操作を規制する規制手段を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、運転者が操作を行う操作子と転舵輪を転舵する転舵アクチュエータとを機械的に接続および切り離しが可能な車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
運転者が操作するステアリングホイール（操作子）と転舵輪が機械的に接続されていない所謂ステア・バイ・ワイヤの操舵装置においては、運転者がステアリングホイールを操作したときに適切な操舵反力を与えるための反力アクチュエータと、運転者のステアリングホイールの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータとを備えており、両アクチュエータをそれぞれ独立に制御している。
このステア・バイ・ワイヤの操舵装置では、転舵アクチュエータにより転舵輪が最大転舵になってもステアリングホイールはさらに切り増しが可能な状態にあるため、このような状態になったときには、運転者にこれ以上は転舵輪を転舵させることができないことを認識させる必要がある。
【０００３】
この最大転舵を認識させる従来の手法として、最大転舵に近づいたときに反力アクチュエータの推力を急激に立ち上げてステアリングホイールをそれ以上切り増しすることができないようにする方法（以下、反力急増式と称す）、あるいは、最大転舵に近づいたときにステアリングホイールと転舵アクチュエータとを機械的に接続することで最大転舵以上にステアリングホイールを切り増しすることができないようにする方法（以下、接続式と称す）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１４２５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記反力急増式の場合には、最大転舵を認識させるときに必要な推力が、通常操舵時に必要となるアクチュエータ生成反力に比べて大きくなり、最大転舵認識のために反力アクチュエータの高出力化が必要になり、アクチュエータが大型化する。
【０００５】
また、前記接続式の場合には、反力アクチュエータの小型化は達成可能であるが、最大転舵付近においてステアリングホイールの切り増し・切り戻し操作を繰り返したときには、ステアリングホイールと転舵アクチュエータとを機械的に接続・解除を繰り返すこととなり、反力アクチュエータが生成する操舵反力と機械的接続によりタイヤから伝達される反力とが一致しないときに、運転者に不連続な操舵反力、すなわち不連続な手応えを与えることになる。
そこで、この発明は、ステア・バイ・ワイヤの状態において最大転舵を容易に認識することができる車両用操舵装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、運転者が操作を行う操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール２）と、転舵輪（例えば、後述する実施例における車輪６）を転舵する転舵アクチュエータ（例えば、後述する実施例におけるラック軸９、ステアリングモータ１０）と、前記操作子に操舵反力を付与する反力アクチュエータ（例えば、後述する実施例における反力モータ４）と、前記操作子への操作量に応じて前記転舵アクチュエータを制御する転舵アクチュエータ制御手段（例えば、後述する実施例における転舵制御部２０）と、前記反力アクチュエータの制御を行う反力アクチュエータ制御手段（例えば、後述する実施例における反力制御部２３）と、を備え、前記転舵輪が最大転舵付近になった場合に前記反力アクチュエータにより前記操作子を振動させることを特徴とする車両用操舵装置（例えば、後述する実施例における車両用操舵装置１）である。
このように構成することにより、操作子と転舵アクチュエータとが機械的に切り離されたステア・バイ・ワイヤの状態において、運転者は操作子の振動により、転舵輪が最大転舵付近になっていることを容易に認識することができる。また、操作子の振動に必要な反力アクチュエータの推力は通常の操舵反力を生成するのに必要な推力と大差ないので、反力アクチュエータの低出力化・小型化が可能になる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記操作子に振動を付与してもさらに前記操作子への操作量が増大する場合に、前記操作子の操作を規制する規制手段（例えば、後述する実施例における回転規制ギヤ１７、ストッパ１９ｃ）を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、操作子の過回転を防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、運転者は操作子の振動により、転舵輪が最大転舵付近になっていることを容易に認識することができる。また、反力アクチュエータの低出力化・小型化が可能になるので、車両用操舵装置の低出力化・小型化が可能になる。
請求項２に係る発明によれば、操作子の過回転を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明に係る車両用操舵装置の実施例を図１〜図５の図面を参照して説明する。
この車両用操舵装置１は、図１に示すように、運転者が操作を行うステアリングホイール（操作子）２と、ステアリングホイール２に一体に連結されたステアリングシャフト３と、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する反力モータ（反力アクチュエータ）４と、左右の車輪（転舵輪）６にナックルアーム７及びタイロッド８を介して連結されたラック軸９と、出力軸に設けたピニオンギヤ１０ａをラック軸９のラック歯に噛合させたステアリングモータ１０と、反力モータ４及びステアリングモータ１０を制御する制御装置５とを備えている。この車両用操舵装置１では、ステアリングモータ１０を回転動作させることによりラック軸９を軸方向に駆動して車輪６を転舵することができ、この実施例においてラック軸９とステアリングモータ１０は転舵アクチュエータを構成している。
【００１０】
ステアリングシャフト３はその先端側にプラネタリーギヤ１１を備えており、プラネタリーギヤ１１はサンギヤ１２とリングギヤ１３に噛合している。リングギヤ１３の回転軸１３ａには、ラック軸９のラック歯に噛合するピニオンギヤ１３ｂが設けられている。サンギヤ１２にはロックリング１４が同心上に一体に連結されている。
また、ステアリングシャフト３はその中間部に２つのギヤ１５，１６を備えており、一方のギヤ１５は反力モータ４の出力軸に取り付けられたギヤ４ａに噛合し、他方のギヤ１６は回転規制ギヤ１７に噛合している。図２および図３に示すように、回転規制ギヤ１７は外周部の一部が円弧状に切り欠かれて切り欠き部１８が形成されている。
【００１１】
また、車両用操舵装置１は、ロックリング１４と回転規制ギヤ１７に係合・解除可能なクラッチ１９を備えている。クラッチ１９は支点１９ａを中心に回動可能なシャフト部１９ｂを備え、このシャフト部１９ｂの一端に回転規制ギヤ１７の切り欠き部１８に対して挿脱可能なストッパ１９ｃが設けられ、他端にロックリング１４に係合・解除可能なストッパ１９ｄが設けられている。シャフト部１９ｂは電磁ソレノイド３０のロッド３０ａに連係されており、ロッド３０ａの突没動作に追従して回動するようになっている。
図１において実線で示すように、電磁ソレノイド３０をＯＮ状態にするとロッド３０ａが突き出て、クラッチ１９が図中時計回り方向に回転する。その結果、ストッパ１９ｄがロックリング１４から離反し、ストッパ１９ｃが切り欠き部１８に進入する（図２参照）。また、図１において破線で示すように、電磁ソレノイド３０をＯＦＦ状態にするとロッド３０ａがスプリングバックし、クラッチ１９が図中反時計回り方向に回転する。その結果、ストッパ１９ｄがロックリング１４に係合してロックリング１４を回転不能にし、ストッパ１９ｃが切り欠き部１８から退避する（図３参照）。以下、ストッパ１９ｄをロックリング１４から離反させた状態をクラッチ１９の解放状態といい、ストッパ１９ｄをロックリング１４に係合してロックリング１４を回転不能にした状態をクラッチ１９の係合状態という。
【００１２】
この車両用操舵装置１においては、クラッチ１９を解放状態にすると、ロックリング１４が自由回転可能になり、ロックリング１４に一体のサンギヤ１２も自由回転可能になる。その結果、プラネタリーギヤ１１とリングギヤ１３は相互に規制されることなく回転可能になり、車両用操舵装置１は所謂ステア・バイ・ワイヤの操舵装置になる。このとき、ステアリングモータ１０と反力モータ４は後述するようにそれぞれ独立に制御される。
また、クラッチ１９の解放状態では、ストッパ１９ｃが回転規制ギヤ１７の切り欠き部１８に進入するので、図２（Ｂ）に示すように、ストッパ１９ｃが切り欠き部１８の端部１８ａ，１８ｂに突き当たることにより、回転規制ギヤ１７の回転が規制される。つまり、ストッパ１９ｃが切り欠き部１８の端部１８ａ，１８ｂに突き当たったときに、ステアリングホイール２は最大操舵角となる。ここで、最大操舵角は後述する車輪６の最大転舵角よりも大きく設定されている。なお、図２（Ａ）はステアリングホイール２が中立の状態を示している。
この実施例において、回転規制ギヤ１７とストッパ１９ｃは、操作子（ステアリングホイール２）の操作を規制する規制手段を構成する。
【００１３】
一方、クラッチ１９を係合状態にすると、ロックリング１４に一体のサンギヤ１２が回転不能になるので、プラネタリーギヤ１１とリングギヤ１３は所定の回転比で回転するようになる。すなわち、このときにはステアリングホイール２とラック軸９がプラネタリーギヤ１１とリングギヤ１３を介して機械的に接続されるので、ステアリングホイール２の回転操作によりラック軸９を軸方向に移動させることができ、車輪６を転舵することができるようになる。つまり、このときには車両用操舵装置１はステア・バイ・ワイヤではなくなり、手動で車輪６を転舵することが可能な操舵装置となる。そして、ラック軸９はラックエンドがストッパ（いずれも図示せず）に突き当たって最大ストロークが規制され、その位置において車輪６の転舵角は最大となり（最大転舵角）、つまり最大転舵となる。
【００１４】
また、クラッチ１９が係合状態のときには、図３に示すように、ストッパ１９ｃが回転規制ギヤ１７の切り欠き部１８から退避しているので、ストッパ１９ｃと切り欠き部１８によってステアリングホイール２が回転を規制されることがなくなる。そして、この場合には、車輪６が最大転舵となることによりステアリングホイール２の回転が規制される。なお、図３（Ａ）はステアリングホイール２が中立の状態を示し、図３（Ｂ）は最大操舵角の状態を示す。
このように、クラッチ１９によって、ステアリングホイール２（操作子）とラック軸９（転舵アクチュエータ）を機械的に接続された状態と切り離された状態に切り換えることができる。
【００１５】
この車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２の操舵角（操作量）を検出する操舵角センサ３１と、ステアリングホイール２に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ３２と、ラック軸９の軸方向位置から車輪６の転舵角を検出する転舵角センサ（転舵角検出手段）３３と、を備えており、これらセンサ３１〜３３の出力信号が電子制御装置５に入力される。また、車速を検出する車速センサ３４の出力信号も電子制御装置５に入力される。
【００１６】
そして、前述したようにクラッチ１９を解放状態にして車両用操舵装置１をステア・バイ・ワイヤの操舵装置としているときに、電子制御装置５は、これらセンサ３１〜３４の出力信号に基づいて、反力モータ４とステアリングモータ１０とを個別に制御する。
詳述すると、電子制御装置５は、図４のブロック図に示すように、操舵角センサ３１，車速センサ３４，及び転舵角センサ３３からの信号に基づいてステアリングモータ１０を制御する転舵制御部（転舵アクチュエータ制御手段）２０と、転舵制御部２０，操舵トルクセンサ３２，車速センサ３４及び転舵角センサ３３からの信号に基づいて反力モータ４を制御する反力制御部（反力アクチュエータ制御手段）２３とを備えている。
【００１７】
転舵制御部２０は、操舵角センサ３１からのステアリングホイール２の操舵方向を含めた操舵角信号と、車速センサ３４からの車速信号とに基づいて目標転舵角を設定する目標転舵角設定部（目標転舵角設定手段）２１と、この目標転舵角に転舵角センサ３３の出力値、つまり、車輪６の実転舵角を一致させるためのステアリングモータ１０への供給電流を制御するステアリングモータ制御部２２とを備えている。
これにより、ステアリングホイール２に運転者が与えた操舵角（操作量）に対し、その時の車速を加味した最適な車輪６の転舵角が決定される。
【００１８】
反力制御部２３は、車速センサ３４からの車速信号，転舵角センサ３３からの転舵角信号，および転舵制御部２０からの舵角指令信号に基づいて目標操舵反力を設定する目標操舵反力設定部（反力決定手段）２４と、この目標操舵反力設定部２４で設定された目標操舵反力に操舵トルクセンサ３２の出力値（つまり、実操舵トルク）を一致させるための反力モータ４への供給電流を制御する反力モータ制御部２５とを備えている。ここで、転舵制御部２０からの舵角指令信号は、目標転舵角設定部２１から出力される目標転舵角信号と転舵角センサ３３から出力される転舵角信号（実転舵角信号）との偏差信号である。
これにより、運転者の操舵方向とは逆方向の操舵反力がステアリングホイール２に加えられ、ステアリングホイール２と車輪６との間に、あたかもトーションバーが存在するかのような操舵フィーリングを得ることができる。
【００１９】
さらに、この車両用操舵装置１では、クラッチ１９を解放状態にしてステア・バイ・ワイヤの操舵装置としている場合には、車輪６が最大転舵となったときにステアリングホイール２を強制的に微振動させて運転者に最大転舵を認識させるようにしており、それでもなおステアリングホイール２が操舵角増大方向に切り増し操作されたときには、ステアリングホイール２の回転を阻止することで、ステアリングホイール２の過回転を防止するようにしている。
【００２０】
図５のタイムチャートを参照して詳述すると、電子制御装置５の反力制御部２３において転舵角センサ３３の出力信号に基づいて車輪６の実転舵角が最大転舵角であることが検出されると、ステアリングホイール２を所定の微少角度で振動させるべく、目標操舵反力設定部２４は反力モータ４への供給電流を制御する（時間ｔ１）。このステアリングホイール２の振動による警告によって運転者は車輪６が最大転舵であることを認識することができる。
ただし、前述したように、車輪６の最大転舵角よりもステアリングホイール２の最大操舵角が大きく設定されているので、車輪６が最大転舵角に達した時点（時間ｔ１）では、クラッチ１９のストッパ１９ｃは回転規制ギヤ１７の切り欠き部１８内に進入してはいるものの、切り欠き部１８の端部１８ａ（あるいは１８ｂ）に突き当たってはいない。したがって、この時点でステアリングホイール２の回転が阻止されるわけではない。
【００２１】
そのため、ステアリングホイール２の振動による警告を運転者が認識せず、ステアリングホイール２をさらに切り増し操作する場合がある（時間ｔ１〜ｔ２）。この場合、ストッパ１９ｃが切り欠き部１８の端部１８ａ（あるいは１８ｂ）に突き当たるまではステアリングホイール２を回転可能であるが、ストッパ１９ｃが切り欠き部１８の端部１８ａ（あるいは１８ｂ）に突き当ると、ステアリングホイール２をそれ以上回転することができなくなる。したがって、ステアリングホイール２の振動による警告を運転者が認識できなかった場合にも、ステアリングホイール２の回転が阻止されることで、運転者は車輪６が最大転舵であることを確実に認識することができる。また、ステアリングホイール２の過回転を防止することができるので、ステアリングホイール２内に内蔵されているエアバッグや電気信号線等が過回転に起因して破損するのを防止することができる。
【００２２】
なお、図５において時間ｔ１〜ｔ２に示すように、ステアリングホイール２の振動による警告後もステアリングホイール２を切り増ししたときには、車輪６が最大転舵で固定された状態でステアリングホイール２の操舵角が増加していくこととなるため、本来のステア・バイ・ワイヤ機能による操舵角と目標転舵角の制御舵角比（以下、通常時の制御舵角比という）の関係が崩れてしまう。そのため、前記警告後の操舵角の増加後に運転者がステアリングホイール２を切り戻し操作したときに、警告前と同じ通常時の制御舵角比で目標転舵角を設定し、ステアリングモータ１０を制御すると、ステアリングホイール２を中立に戻したときに車輪６が中立（実転舵角ゼロの位置）にならなくなってしまう。
【００２３】
そこで、この実施例では、本来の最大目標転舵角を発生させるステアリングホイール２の操作角位置を超えてからステアリングホイール２を切り戻し操作する場合には、切り戻し操作を開始した位置における操作角を、最大目標転舵角を発生させる新たなステアリングホイール２の操作角と定義し直し、その位置から実転舵角ゼロまでの位置を均等に割り付けし直して操作角と目標転舵角の制御舵角比（以下、オーバー制御舵角比という）を新たに設定し、ステアリングホイール２の操作角がゼロになるまで（時間ｔ３）、オーバー制御舵角比に基づいて目標転舵角を設定し、ステアリングモータ１０を制御するようにしている。これにより、ステアリングホイール２を中立位置に戻したときに車輪６を中立（実転舵角ゼロの位置）にすることができる。
【００２４】
そして、ステアリングホイール２の操作角がゼロに達した後（時間ｔ３〜ｔ４）は、制御舵角比をオーバー制御舵角比から通常時の制御舵角比に戻し、通常時の制御舵角比に基づいて目標転舵角を設定し、ステアリングモータ１０を制御する。
【００２５】
この実施例の車両用操舵装置１によれば、運転者はステアリングホイール２の振動により、車輪６が最大転舵付近になっていることを容易に認識することができる。
しかも、ステアリングホイール２を振動させるために必要な反力モータ４の出力は、通常の操舵反力を生成するために必要な出力と大差ないので、反力モータ４を高出力化、大型化する必要なく、車両用操舵装置１の低出力化、小型化を図ることができる。
また、ステアリングホイール２とラック軸９とが機械的に接続されていないステア・バイ・ワイヤの状態を維持しながら最大転舵を認識させることができるので、ステアリングホイール２とラック軸９とを機械的に接続することによって最大転舵を認識させる場合のように反力モータ４が生成する操舵反力と機械的接続により車輪６から伝達される反力との不一致による不連続な手応えを感じることはない。
また、ステアリングホイール２の振動による警告後にさらにステアリングホイール２を切り増した場合には、ストッパ１９ｃが切り欠き部１８の端部１８ａ（または１８ｂ）に突き当たることにより、ステアリングホイール２の更なる回転が阻止されるので、ステアリングホイール２の過回転を防止することができ、過回転に起因して種々の不具合が生じるのを防止することができる。
【００２６】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、この実施例では、転舵輪（車輪６）の実転舵角が最大転舵角となったときに操作子（ステアリングホイール２）を振動させるようにしているが、目標転舵角に対して実転舵角の追従が遅れることを考慮して、目標転舵角が予め設定した最大値となったとき、または目標転舵角の最大値に対応する操舵角となったときに、操作子を振動させるようにしてもよい。つまり、操作子を振動させるタイミングは転舵輪が最大転舵になったときに限るものではなく、最大転舵付近であればよい。
また、前述した実施例では、操作子の操作を規制する規制手段を、回転規制ギヤ１７とストッパ１９ｃによって構成しているが、操作子の操作を規制する機能を有する限り、他の構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明に係る車両用操舵装置の一実施例における概略構成図である。
【図２】前記実施例の車両用操舵装置においてクラッチを解放しているときの規制手段の作動状態を説明する模式図であり、（Ａ）はステアリングホイールが中立の状態を示す図、（Ｂ）は最大操舵角の状態を示す図である。
【図３】前記実施例の車両用操舵装置においてクラッチを係合しているときの規制手段の作動状態を説明する模式図であり、（Ａ）はステアリングホイールが中立の状態を示す図、（Ｂ）は最大操舵角の状態を示す図である。
【図４】前記実施例の車両用操舵装置の制御ブロック図である。
【図５】前記実施例の車両用操舵装置におけるタイムチャートの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  車両用操舵装置
２  ステアリングホイール（操作子）
４  反力モータ（反力アクチュエータ）
６  車輪（転舵輪）
９  ラック軸（転舵アクチュエータ）
１０  ステアリングモータ（転舵アクチュエータ）
１７  回転規制ギヤ（規制手段）
１９ｃ  ストッパ１９ｃ（規制手段）
２０  転舵制御部（転舵アクチュエータ制御手段）
２３  反力制御部（反力アクチュエータ制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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