(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操向のための操作部材と、
上記操作部材から機械的に切り離されていて、車両の舵取り用車輪を転舵するための舵取り機構と、
上記操作部材の操作量を検出する操作量検出手段と、
上記舵取り用車輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、
上記舵取り機構の動作駆動源としての操舵アクチュエータと、
上記操作部材に操作反力を付与するための反力アクチュエータと、
上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段とを含み、
上記反力制御手段は、
上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値以下のときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力を、上記反力アクチュエータから発生させる手段と、
上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値よりも大きいときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力に加えて、上記操作量検出手段によって検出される操作量と上記転舵量検出手段によって検出される転舵量との偏差に比例した反力を、上記反力アクチュエータから発生させる手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
車両の操向のための操作部材と、
上記操作部材から機械的に切り離されていて、車両の舵取り用車輪を転舵するための舵取り機構と、
上記操作部材の操作量を検出する操作量検出手段と、
上記舵取り用車輪の転舵量を検出する転舵量検出手段と、
上記舵取り機構の動作駆動源としての操舵アクチュエータと、
上記操作部材に操作反力を付与するための反力アクチュエータと、
上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段とを含み、
上記反力制御手段は、
上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値以下のときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力を、上記反力アクチュエータから発生させる手段と、
上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値よりも大きいときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力に加えて、上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値と上記転舵量検出手段によって検出される転舵量の時間微分値との偏差に比例した反力を上記反力アクチュエータから発生させる手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量とは、上記操舵アクチュエータを制御するための制御指令値であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
上記操舵アクチュエータは、電動モータであって、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量とは、上記電動モータに流れる電流値であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくした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用の車輪を転舵するための舵取り機構とを機械的に切り離し、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、舵取り機構に操舵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（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
【０００３】
このような車両用操舵装置には、ステアリングホイールに操作反力を付与するための反力アクチュエータが備えられている。この反力アクチュエータは、コンピュータを含む制御装置によって制御されるようになっている。すなわち、ステアリングホイールの操作角を検出する操作角センサが制御装置に接続されていて、制御装置は、操作角センサによって検出された操作角に適当な比例定数を乗じることによって反力指令値を設定し、この反力指令値に基づいて反力アクチュエータをフィードバック制御する。これにより、操作角が大きいほど大きな反力がステアリングホイールに与えられ、操作角が小さいほど小さな反力がステアリングホイールに与えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、操舵アクチュエータ（舵取り機構）の動作と反力アクチュエータの制御とに関連性がないため、車両の挙動とステアリングホイールに付与される反力とがつり合っていない状態になりやすいという問題がある。車両の挙動とステアリングホイールに付与される反力とがつり合っていないと、運転者によって車両の挙動に応じたステアリング操作が行われないおそれがある。たとえば、舵取り用車輪が大きく転舵されているにもかかわらず、ステアリングホイールに付与されている反力が小さいと、運転者は、舵取り用車輪が十分に転舵されていないと感じ、舵取り用車輪がさらに転舵される方向にステアリングホイールを操作してしまう。
【０００５】
また、操舵アクチュエータ（舵取り機構）の動作と反力アクチュエータの制御とに関連性がないため、ステアリングホイールの急操作が行われると、ステアリングホイールの操作に対して操舵アクチュエータの動作に遅れが生じ、運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、操舵アクチュエータの動作に応じた適切な反力を操作部材に付与することができる車両用操舵装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作部材（１）と、上記操作部材から機械的に切り離されていて、車両の舵取り用車輪を転舵するための舵取り機構（５，６，７，Ｐ）と、上記操作部材の操作量を検出する操作量検出手段（１１）と、上記舵取り用車輪の転舵量を検出する転舵量検出手段（１３）と、上記舵取り機構の動作駆動源としての操舵アクチュエータ（２）と、上記操作部材に操作反力を付与するための反力アクチュエータ（９）と、上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段（１４）とを含み、上記反力制御手段は、上記操作量検出手段によって検出される操作量（δｈ）の時間微分値（δｈ’）が所定値以下のときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力を、上記反力アクチュエータから発生させる手段と、上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値よりも大きいときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力に加えて、上記操作量検出手段によって検出される操作量と上記転舵量検出手段によって検出される転舵量（δｓ）との偏差（δｈ−δｓ）に比例した反力を、上記反力アクチュエータから発生させる手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００７】
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。
この発明によれば、操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値以下のときには、操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力を反力アクチュエータから発生させることができる。これにより、操舵アクチュエータの動作（舵取り用の車輪の転舵）に応じた反力を操作部材に付与することができ、操作部材と舵取り機構とが機械的にリンクされた操舵装置の場合と同様な操作性を実現することができる。
一方、操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値よりも大きいときには、操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力に加えて、操作量検出手段によって検出される操作量と転舵量検出手段によって検出される転舵量との偏差に比例した反力を、反力アクチュエータから発生させることができる。これにより、操作部材の急操作が行われた場合に、操作部材に大きな反力を付与することができるから、操作部材の操作に対する操舵アクチュエータの動作の遅れを小さくすることができる。
なお、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量とは、請求項３に記載のように、上記操舵アクチュエータを制御するための制御指令値（Ｔs）であってもよいし、請求項４に記載のように、上記操舵アクチュエータが電動モータであれば、上記電動モータに流れる電流値（Ｉs）であってもよい。
【０００８】
請求項２記載の発明は、車両の操向のための操作部材（１）と、上記操作部材から機械的に切り離されていて、車両の舵取り用車輪を転舵するための舵取り機構（５，６，７，Ｐ）と、上記操作部材の操作量を検出する操作量検出手段（１１）と、上記舵取り用車輪の転舵量を検出する転舵量検出手段（１３）と、上記舵取り機構の動作駆動源としての操舵アクチュエータ（２）と、上記操作部材に操作反力を付与するための反力アクチュエータ（９）と、上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段（１４）とを含み、上記反力制御手段は、上記操作量検出手段によって検出される操作量（δｈ）の時間微分値（δｈ’）が所定値以下のときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力を、上記反力アクチュエータから発生させる手段と、上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値よりも大きいときには、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力に加えて、上記操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値と上記転舵量検出手段によって検出される転舵量（δｓ）の時間微分値（δｓ’）との偏差（δｈ’−δｓ’）に比例した反力を上記反力アクチュエータから発生させる手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
この発明によれば、操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値以下のときには、操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力を反力アクチュエータから発生させることができる。これにより、操舵アクチュエータの動作（舵取り用の車輪の転舵）に応じた反力を操作部材に付与することができ、操作部材と舵取り機構とが機械的にリンクされた操舵装置の場合と同様な操作性を実現することができる。
一方、操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値が所定値よりも大きいときには、操舵アクチュエータの出力に対応する物理量に比例した反力に加えて、操作量検出手段によって検出される操作量の時間微分値と転舵量検出手段によって検出される転舵量の時間微分値との偏差に比例した反力を、反力アクチュエータから発生させることができる。これにより、操作部材の急操作が行われた場合に、操作部材に大きな反力を付与することができるから、操作部材の操作に対する操舵アクチュエータの動作の遅れを小さくすることができる。
なお、上記操舵アクチュエータの出力に対応する物理量とは、請求項３に記載のように、上記操舵アクチュエータを制御するための制御指令値（Ｔs）であってもよいし、請求項４に記載のように、上記操舵アクチュエータが電動モータであれば、上記電動モータに流れる電流値（Ｉs）であってもよい。
なお、上記所定値は、上記操舵アクチュエータが電動モータであれば、この電動モータの最高回転速度に等しい値に設定されてもよい。
【００１１】
【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１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作を、ハウジング３に支持されたラック軸５の車幅方向の直線運動に変換し、このラック軸５の直線運動を前部左右車輪４（舵取り用の車輪）の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。操舵アクチュエータ２およびラック軸５などにより、舵取り用の車輪４を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【００１２】
操舵アクチュエータ２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。この電動モータの駆動力（出力軸の回転力）は、ラック軸５に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ機構）により、ラック軸５の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。このラック軸５の直線運動は、ラック軸５の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、さらにタイロッド６を介してキングピンＰに連結されたナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪４の転舵が達成される。
【００１３】
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８に連結されている。この回転シャフト８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９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８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８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９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。
【００１４】
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８の回転角に対応する操作角δhを検出する操作角センサ１１が設けられている。また、回転シャフト８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、操舵アクチュエータ２の出力値を検出するために、車輪４の転舵角δsを検出する転舵角センサ１３が設けられている。
【００１５】
操作角センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３は、コンピュータを含む制御装置１４に接続されている。この制御装置１４には、さらに、車速Ｖを検出する車速センサ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、車両の横加速度Ｇyを検出する横加速度センサ１７とが接続されている。
制御装置１４は、操作角センサ１１によって検出される操作角δh、車速センサ１５によって検出される車速Ｖおよび横加速度センサ１７によって検出される横加速度Ｇyなどに基づいて目標転舵角δs*を設定し、さらに目標転舵角δs*と転舵角センサ１３によって検出される転舵角（実転舵角）δsとの偏差（δs*−δs）に応じた操舵アクチュエータ指令値Ｔsを適当な制御演算により求めて、この操舵アクチュエータ指令値Ｔsに応じた駆動電流が操舵アクチュエータ２に供給されるように駆動回路１８を制御する。また、制御装置１４は、所定の演算処理を行うことにより反力アクチュエータ指令値Ｔrを求め、この反力アクチュエータ指令値Ｔrに応じた駆動電流が反力アクチュエータ９に供給されるように駆動回路１９を制御する。
【００１６】
図２は、反力アクチュエータ指令値Ｔrを求めるために制御装置１４が実行する演算処理の流れを示すフローチャートである。制御装置１４は、この図２の処理を所定の制御周期ごとに繰り返し実行する。
制御装置１４は、まず、基本反力指令値Ｔrbの演算を行う（ステップＳ１）。この実施形態において、基本反力指令値Ｔrbは、その時点で設定されている操舵アクチュエータ指令値Ｔsに予め定める比例定数Ｋ１を乗じることにより求められる。すなわち、制御装置１４は、下記第(1)式に従って基本反力指令値Ｔrbを演算する。
【００１７】
Ｔrb＝Ｋ１・Ｔs      ・・・・・・(1)
次に、制御装置１４は、操作角センサ１１によって検出される操作角δhを時間微分して得られる操作角速度δh'が所定値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。上記所定値は、操舵アクチュエータ２の最高回転速度に等しい既知の値である。
操作角速度δh'が上記所定値以下である場合、つまり操舵アクチュエータ２が十分な応答性で動作できるような回転速度でステアリングホイール１が操作された場合には、制御装置１４は、上記第(1)式に従って演算した基本反力指令値Ｔrbをそのまま反力アクチュエータ指令値Ｔrとする（ステップＳ３）。
【００１８】
一方、操作角速度δh'が上記所定値よりも大きい場合、つまり操舵アクチュエータ２の最高回転速度を超えるような回転速度でステアリングホイール１が操作された場合には、制御装置１４は、付加反力指令値Ｔrpの演算を行う（ステップＳ４）。この実施形態において、付加反力指令値Ｔrpは、操作角センサ１１によって検出される操作角δhと転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsとの偏差（δh−δs）に予め定める比例定数Ｋ２を乗じることにより求められる。すなわち、制御装置１４は、下記第(2)式に従って付加反力指令値Ｔrpを演算する。
【００１９】
Ｔrp＝Ｋ２・(δh−δs)      ・・・・・・(2)
制御装置１４は、上記第(2)式に従って付加反力指令値Ｔrpの演算を行った場合、その演算した付加反力指令値Ｔrpを上記第(1)式に従って演算した基本反力指令値Ｔrbに加算し、これにより得られる値（Ｔrb＋Ｔrp）を反力アクチュエータ指令値Ｔrとする（ステップＳ５）。
以上のように、この実施形態では、操舵アクチュエータ指令値Ｔsに予め定める比例定数Ｋ１を乗じることにより基本反力指令値Ｔrbが演算され、操舵アクチュエータ２が十分な応答性で動作できるような回転速度でステアリングホイール１が操作された場合には、その基本反力指令値Ｔrbがそのまま反力アクチュエータ指令値Ｔrに設定されて、この反力アクチュエータ指令値Ｔr＝Ｔrbに基づく反力アクチュエータ９の制御が行われる。これにより、舵取り用の車輪４の転舵（車両の挙動）に応じた反力をステアリングホイール１に付与することができ、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的にリンクされた操舵装置の場合と同様な操作性を実現することができる。
【００２０】
また、操舵アクチュエータ２の最高回転速度を超えるような回転速度でステアリングホイール１が操作された場合には、基本反力指令値Ｔrbに、操作角センサ１１によって検出される操作角δhと転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsとの偏差に予め定める比例定数Ｋ２を乗じることにより演算された付加反力指令値Ｔrpを付加して得られる値が反力アクチュエータ指令値Ｔrとされる。そして、この反力アクチュエータ指令値Ｔr＝Ｔrb＋Ｔrpに基づく反力アクチュエータ９の制御が行われる。これにより、ステアリングホイール１に大きな反力が付与されるから、ステアリングホイール１の操作に対する操舵アクチュエータ２の動作の遅れを小さくすることができる。ゆえに、操舵フィーリングを向上することができる。
【００２１】
この発明の一実施形態の説明は以上の通りであるが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、操舵アクチュエータ指令値Ｔsに予め定める比例定数Ｋ１を乗じることにより基本反力指令値Ｔrbが演算されるとしたが、基本反力指令値Ｔrbは、操舵アクチュエータ２が電動モータである場合、この電動モータに実際に流れる電流値Ｉsに予め定める比例定数Ｋ３を乗じることにより演算されてもよい。すなわち、下記第(3)式に従って基本反力指令値Ｔrbが演算されてもよい。
【００２２】
Ｔrb＝Ｋ３・Ｉs      ・・・・・・(3)
また、上述の実施形態では、操作角センサ１１によって検出される操作角δhと転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsとの偏差に予め定める比例定数Ｋ２を乗じることにより付加反力指令値Ｔrpが演算されるとしたが、付加反力指令値Ｔrpは、操作角センサ１１によって検出される操作角δhの時間微分値δh'と転舵角センサ１３によって検出される転舵角δsの時間微分値δs'との偏差に予め定める比例定数Ｋ４を乗じることにより演算されてもよい。すなわち、下記第(4)式に従って付加反力指令値Ｔrpが演算されてもよい。
【００２３】
Ｔrp＝Ｋ４・(δh'−δs'）      ・・・・・・(4)
その他、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構成を説明するための概念図である。
【図２】反力指令値Ｔrを求めるための演算処理の流れを示す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      操舵アクチュエータ
５      ラック軸
６      タイロッド
７      ナックルアーム
９      反力アクチュエータ
１１    操作角センサ
１３    転舵角センサ
１４    制御装置
【図１】
0004807545.tif 000002
【図２】
0004807545.tif 000003