(57)【要約】【課題】ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、安価で操舵フィーリングが良いこと。【解決手段】転舵機構の転舵軸のハウジングを車体にリジッドに固定する。転舵角センサ１４による検出転舵角δW を濾波するローパスフィルタ２３によって、ステアリング剛性を低下させる。目標転舵角δW * と濾波された検出転舵角δW との偏差が、ＰＩＤ制御部２５に入力される。ゲイン設定部２６がＰＩＤ制御の各ゲインＫP ，ＫI ，ＫD を低く設定することにより、ステアリング剛性を低下させる。ＰＩＤ制御部２５が目標電流ｉ* を出力し、駆動回路２０が転舵用アクチュエータ４を例えばＰＷＭ制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解除された車両用操舵装置において、
転舵機構を駆動するための転舵用アクチュエータと、
転舵用アクチュエータを駆動制御する制御装置と、を備え、
制御装置は、ステアリング剛性を低下させるステアリング剛性低下手段を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、上記制御装置は、転舵角センサによる検出転舵角を濾波するステアリング剛性低下手段としてのローパスフィルタを含み、目標転舵角とローパスフィルタによって濾波された検出転舵角との偏差に基づいて転舵用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記制御装置は、目標転舵角と検出転舵角または濾波された検出転舵角との偏差に基づいて転舵用アクチュエータを駆動制御するＰＩＤ制御部と、所定の条件が満たされたときにＰＩＤ制御部のゲインを相対的に低く設定するステアリング剛性低下手段としてのゲイン設定部と、を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項３において、上記所定の条件には、検出された車速が所定値以上であること、検出された車両のスリップ角が所定値以上であること、および検出された車体の上下加速度が所定値以上であることの少なくとも１つが含まれていることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項において、転舵に伴って軸方向に移動する転舵軸と、この転舵軸を支持するハウジングと、を備え、このハウジングが車体に剛性連結されてい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】
本発明は操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
操舵部材と転舵輪が機械的に連結された、いわゆるリンク式の車両用操舵装置では、例えば、ステアリングコラムやラックハウジングは、ゴムブッシュその他の弾性支持部材を用いて弾性支持されている。
近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステアバイワイヤ式（リンクレス）の車両用操舵装置が提案されている。
【０００３】
この種のステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、操舵部材に連なるステアリングシャフトを支持したハウジングが弾性支持された車両用操舵装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−３０６３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置の転舵機構を支持する構造として、従来のリンク式の車両用操舵装置に用いていた弾性支持構造を適用した場合、実際の転舵角の制御性が低下するおそれがある。すなわち、操舵角に対する実際の転舵角の再現性が低下し、操舵フィーリングが悪くなるおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、安価で且つ操舵フィーリングの良いステアバイワイヤ式の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】
【０００５】
本願発明者は、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、転舵機構を支持する構造の剛性を向上させれば、運転者が操舵部材に与えた操舵角に対して、転舵角の再現性が良くなり、操舵フィーリングが向上すると考えた。
しかしながら、転舵機構を例えば剛体支持した場合、路面からの逆入力を転舵機構がまともに受けることになるため、転舵輪が受けるサイドフォースが大きくなる。その結果、転舵輪の横滑り角が変化して車両挙動が大きくなったり、車体振動を発生したりするおそれがある。
【０００６】
本願発明者は、上記のように転舵機構を剛体支持した場合であっても、転舵制御によってステアリング剛性を適度なレベルに低下させることができるのではないかと考えた。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、操舵部材（２）と転舵輪（３）との機械的な連結が解除された車両用操舵装置において、転舵機構（５０）を駆動するための転舵用アクチュエータ（４）と、転舵用アクチュエータを駆動制御する制御装置（１９）と、を備え、制御装置は、ステアリング剛性を低下させるステアリング剛性低下手段（２３，２５）を含むことを特徴とするものである。
【０００７】
例えば、上記制御装置は、転舵角センサによる検出操舵角を濾波するステアリング剛性低下手段としてのローパスフィルタ（２３）を含み、目標転舵角( δW * ）とローパスフィルタによって濾波された検出転舵角( δW ) との偏差に基づいて転舵用アクチュエータを駆動制御する場合がある（請求項２）。
この場合、ローパスフィルタを用いることで、路面振動等に相当する比較的高い周波数に対するゲインを下げることができ、その結果、路面からの逆入力に対してステアリング剛性を下げ、操舵フィーリングを向上することができる。また、転舵機構を支持する構造として、従来のような弾性支持構造を用いずに済み、支持構造を簡素化できるので、製造コストを安くすることができる。
【０００８】
また、上記制御装置は、目標転舵角と検出転舵角または濾波された検出転舵角( δW ')との偏差に基づいて転舵用アクチュエータを駆動制御するＰＩＤ制御部（２５）と、所定の条件が満たされたときにＰＩＤ制御部のゲイン（ＫP ，ＫI ，ＫD ）を相対的に低く設定するステアリング剛性低下手段としてのゲイン設定部（２６）と、を含む場合がある（請求項３）。
【０００９】
この場合、所定の条件が満たされたときに、ＰＩＤ制御部のゲインを下げることにより、転舵角の定常偏差を相対的に大きくすることができる。その結果、状況に応じてステアリング剛性を下げ、操舵フィーリングを向上することができる。また、転舵機構を支持する構造として、従来のような弾性支持構造を用いずに済み、支持構造を簡素化できるので、製造コストを安くすることができる。
【００１０】
ステアリング剛性低下手段としては、上記のローパスフィルタまたは上記のＰＩＤ制御のゲイン設定部の少なくとも一方が設けられていればよい。
また、上記所定の条件には、検出された車速（Ｖ）が所定値以上であること、検出された車両のスリップ角( β) が所定値以上であること、および検出された車体（６０）の上下加速度（Ｇy ）が所定値以上であることの少なくとも１つが含まれている場合がある（請求項４）。高速走行のときや雪道走行のときに、ＰＩＤ制御のゲインを高くしていると、運手者の操作による操舵角入力に対して実転舵角の追従性が高くなるため、車両の挙動が不自然となり、その結果、運転者が繰り返し修正操舵をする必要が生ずる。また、悪路走行のときに路面からの凹凸等によるショックが運転者側に過度に伝わったりするおそれがある。そこで、状況に応じてＰＩＤ制御のゲインを下げることにより、運転者の操作に、実質的に適度な遊びを持たせることが可能となり、その結果、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１１】
また、転舵に伴って軸方向に移動する転舵軸（６）と、この転舵軸を支持するハウジング（５）と、を備え、このハウジングが車体に剛性連結されている場合がある（請求項５）。この場合、ハウジングを車体に剛体支持することで、支持構造を実質的に簡素化し、製造コストを安くすることができる。また、上記のようにステアリング剛性を低下させることとの組み合わせにより、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００１２】
なお、上記において、括弧内の数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。
操舵部材２の回転操作に応じて駆動される転舵用アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸６の直線運動を舵取り用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換することにより転舵が達成される。
【００１４】
転舵用アクチュエータ５は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この転舵用アクチュエータ５の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸６の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端から突出して設けられたタイロッド７に伝達され、ナックルアーム８の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム８に支持された転舵輪３の転舵が達成される。転舵軸６、タイロッド７およびナックルアーム８などにより、転舵輪３を転舵するための転舵機構５０が構成されている。
【００１５】
転舵軸６を支持するハウジング５や転舵用アクチュエータ４のハウジングは、車体６０に対して金属ブラケット６１，６２等を介して固定ねじ等でリジッドに固定されている。すなわち、車体６０に対して剛性連結されている。したがって、従来用いていた、ゴムブッシュ、ステアリングダンパおよびダンパ付きタイロッドのような弾性構造が廃止されている。
【００１６】
操舵部材２は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト９に連結されている。この回転シャフト９には、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ１０が付設されている。反力用アクチュエータ１０は、回転シャフト９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を含む。
回転シャフト９の操作部材２とは反対側の端部には、例えば渦巻きばね等からなる弾性部材１１が車体との間に結合されている。この弾性部材１１は、反力用アクチュエータ１０が操舵部材２にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる。
【００１７】
操舵部材２の操作入力値を検出するために、回転シャフト９に関連して、操舵部材２の操舵角θh を検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、回転シャフト９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。一方、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角δW （タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。
【００１８】
これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車体６０の上下加速度ＧZ を検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇy を検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが設けられている。
上記のセンサ類１２〜１８の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１９に入力されるようになっている。
【００１９】
制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θh および車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角δW * を設定し、この目標転舵角δW * と転舵角センサ１４によって検出された転舵角δW （以後、検出転舵角δW という）を濾波（フィルタ処理）して得られた濾波転舵角δW ' （図２参照）との偏差に基づいて、駆動回路２０を介し、転舵用アクチュエータ４を駆動制御する。
【００２０】
一方、制御装置１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、操舵部材２の操舵方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路２１を介して、反力用アクチュエータ１０を制御する（反力制御）。
図２は転舵制御に関わる構成のブロック図である。制御装置１９は、目標転舵角δW * を算出するための目標転舵角算出部２２と、検出転舵角δW を濾波するステアリング剛性低下手段としてのローパスフィルタ２３と、スリップ角βを算出するスリップ角算出部２４と、転舵用アクチュエータ４としての電動モータの目標電流ｉ* を設定するためのＰＩＤ制御部２５と、このＰＩＤ制御部２５の後述するゲインＫP ，ＫI ，ＫD を設定するためのステアリング剛性低下手段としてのゲイン設定部２６とを備えている。
【００２１】
操舵角センサ１２によって検出された操舵角θh および車速センサ１５によって検出された車速Ｖが目標転舵角算出部２２に入力され、目標転舵角算出部２２は、入力された操舵角θh および車速Ｖに基づいて目標転舵角δW * を算出し、出力する。
一方、転舵角センサ１４による検出転舵角δW がローパスフィルタ２３に入力され、ローパスフィルタ２３は、検出転舵角δW を濾波して、濾波転舵角δW ' を出力する。ローパスフィルタ２３の周波数特性（遮断特性）は、例えば図３に示すように、積分回路のそれと似ている。すなわち、低周波数領域Ａ１（０〜９Ｈｚ）でゲインを高くし、高周波数領域Ａ３（１８Ｈｚ以上）でゲインを低くして路面からの逆入力成分を実質的にカットし、中周波数領域Ａ２（９〜１８Ｈｚ）では、周波数の増大に伴ってゲインを漸減させている。
【００２２】
ＰＩＤ制御部２５は、比例処理２７、積分処理２８、微分処理２９、比例ゲイン乗算部３０、積分ゲイン乗算部３１および微分ゲイン乗算部３２を有している。ＰＩＤ制御部２５には、目標転舵角算出部２２から出力された目標転舵角δW * とローパスフィルタ２３から出力された濾波転舵角δW ' との偏差（δW * −δW ' ）が入力される。
比例ゲイン乗算部３０では、上記偏差（δW * −δW ' ）を比例処理２７で比例処理したものに、ゲイン設定部２６から与えられる比例ゲインＫP が乗算される。積分ゲイン乗算部３１では、上記偏差（δW * −δW ' ）を積分処理２８で積分処理したものに、ゲイン設定部２６から与えられる積分ゲインＫI が乗算される。微分ゲイン乗算部３２では、上記偏差（δW * −δW ' ）を微分処理２９で微分処理したものに、ゲイン設定部２６から与えられる微分ゲインＫD が乗算される。
【００２３】
ＰＩＤ制御部２５では、比例ゲイン乗算部３０、積分ゲイン乗算部３１および微分ゲイン乗算部３２の各乗算結果（それぞれ比例補償、積分補償、微分補償に相当）を加算することにより、転舵用アクチュエータ４としての電動モータの目標電流ｉ* を得て、これを出力する。
駆動回路２０は、上記の目標電流ｉ* と転舵用アクチュエータ４としての電動モータに流れる電流値ｉとの偏差を入力し、この偏差に基づいて、転舵用アクチュエータ４としての電動モータを、例えばパルス幅制御（ＰＷＭ制御）する。
【００２４】
上述したように、比例ゲイン乗算部３０で乗算される比例ゲインＫP 、積分ゲイン乗算部３１で乗算される積分ゲインＫI 、微分ゲイン乗算部３２で乗算される微分ゲインＫD は、ステアリング剛性を低下させるステアリング剛性低下手段としてのゲイン設定部２６から与えられる。ゲイン設定部２６では、所定の条件が満たされたときにＰＩＤ制御部２５の比例ゲインＫP 、積分ゲインＫI および微分ゲインＫD のそれぞれを相対的に低く設定する。比例ゲインＫP 、積分ゲインＫI および微分ゲインＫD の３つのゲイン全てを低く設定しなくても、何れか１つまたは２つのゲインを低く設定するようにしてもよい。
【００２５】
具体的には、横加速度センサ１７により検出された横加速度Ｇy 、ヨーレートセンサ１８により検出されたヨーレートγおよび車速センサ１５により検出された車速Ｖが、スリップ角算出部２４に入力され、スリップ角算出部２４では、入力された横加速度Ｇy 、ヨーレートγおよび車速Ｖに基づいて、車両のスリップ角βを算出し、これをゲイン設定部２６に出力する。
【００２６】
車両のスリップ角βは、例えば下記式（１）による積分演算を用いて算出することができる。
β＝∫( Ｇy ／Ｖ  −γ)dt               …（１）
上記では、車両のスリップ角βを上記式（１）による積分演算により計算するようにしたが、この積分演算に代えて、１次遅れ疑似積分演算によりスリップ角βを計算するようにしてもよい。また、車両のスリップ角βを実測するようにしてもよい。
【００２７】
ゲイン設定部２６には、車速センサ１５により検出された車速Ｖ、スリップ角算出部２４から出力されたスリップ角β、および上下加速度センサ１６により検出された上下加速度ＧZ が入力される。
ゲイン設定部２６は、検出された車速Ｖが所定値Ｖ１（例えば、６０ｋｍ／ｈ）以上であること（Ｖ≧Ｖ１）、検出されたスリップ角βが所定値β１（例えば２度）以上であること（β≧β１）、および検出された上下加速度ＧZ が所定値ＧZ １（例えば１．５ｇ。ただし、ｇは重力加速度）以上であることの少なくとも１つが満たされたときに、比例ゲインＫP 、積分ゲインＫI および微分ゲインＫD のそれぞれを相対的に低く設定する。
【００２８】
本実施の形態では、転舵機構５０を支持する構造として、転舵軸６のハウジング５や転舵用アクチュエータ４のハウジングを車体６０に対してリジッドに固定する構造（剛体支持構造）を採用している。したがって、従来のようなゴムブッシュ等の弾性支持構造を用いずに済み、支持構造を簡素化できるので、製造コストを安くすることができるという利点がある。特に、従来、車種毎に適合するゴムブッシュ等を選定して用いる必要があったが、このような手間をなくすことができる。また、異なる車種の車両で支持構造を共通化できるという利点もある。
【００２９】
しかしながら、上記のようにハウジング５等をリジッドに支持している場合、そのままでは、ステアリング剛性が高くなり過ぎ、下記のことが懸念される。すなわち、高速走行のときや雪道走行のときに、ＰＩＤ制御のゲインを高くしていると、運手者の操作による操舵角入力に対して実転舵角の追従性が高くなり過ぎるため、車両の挙動が不自然となり、その結果、運転者が繰り返し修正操舵をする必要が生ずるおそれがある。また、悪路走行のときに路面からの凹凸等によるショックが運転者側に過度に伝わったりするおそれがある。これらの場合、操舵フィーリングが悪くなる。
【００３０】
そこで、転舵機構５０の剛体支持構造を採用している本実施の形態では、状況（車速、スリップ角または上下加速度の検出値）に応じてＰＩＤ制御の各ゲインＫP ，ＫI ，ＫD を下げることにより、転舵角の定常偏差を相対的に大きくしている。すなわち、状況に応じてステアリング剛性を低下させることにより、運転者の操作に、実質的に適度な遊びを持たせることが可能となり、その結果、操舵フィーリングを向上することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、ローパスフィルタ２３を用いることで、路面振動等に相当する比較的高い周波数に対するゲインを下げることができ、その結果、路面からの逆入力に対してステアリング剛性を下げ、操舵フィーリングを向上することができる。
なお、ステアリング剛性低下手段としては、上記のローパスフィルタ２３または上記のＰＩＤ制御のゲイン設定部２６の少なくとも一方が設けられていればよい。
【００３２】
なお、本発明のステアリング剛性低下手段は、転舵軸６のハウジング５や転舵アクチュエータ４のハウジングが弾性支持されている構造と組み合わせてもよい。例えば、ハウジング５等を剛体支持構造に近い弾性支持構造で支持し、ステアリング剛性低下手段としてのローパスフィルタ等によって、ステアリング剛性を調整することが可能である。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の制御装置の転舵制御に関わる構成のブロック図である。
【図３】ローパスフィルタの周波数特性（遮断特性）を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…転舵輪、４…転舵用アクチュエータ、５…ハウジング、６…転舵軸、１２…操舵角センサ、１４…転舵角センサ、１５…車速センサ、１６…上下加速度センサ、１７…横加速度センサ、１８…ヨーレートセンサ、１９…制御装置、２２…目標転舵角算出部、２３…ローパスフィルタ（ステアリング剛性低下手段）、２４…スリップ角算出部、２５…ＰＩＤ制御部、２６…ゲイン設定部（ステアリング剛性低下手段）、５０…転舵機構、６０…車体、６１，６２…金属ブラケット、θh …操舵角、δW * …目標転舵角、δW …検出転舵角、δW ' …濾波された検出転舵角、Ｖ…車速、γ…ヨーレート、Ｇy …横加速度、ＧZ …上下加速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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