(57)【要約】【課題】操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置において、操作部材を介してドライバーに路面情報を適正かつ確実に伝達する。【解決手段】操作トルク付与条件と車輪４に接する路面の状態を検知する。検知された操作トルク付与条件に応じた操作トルクが操作部材１に作用するように、操作部材１に接続される第１操作用モータ１９を制御する。検知された路面状態に応じた路面情報伝達トルクが操作部材１に作用するように、操作部材１に接続される第２操作用モータ４０を制御する。【選択図】図１
2005053357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置において、
前記操作部材に接続される第１操作用モータと、
前記操作部材に接続されると共に前記第１操作用モータと特性が相違する第２操作用モータと、
操作トルク付与条件を検知する手段と、
前記車輪に接する路面の状態を検知する手段と、
検知された操作トルク付与条件に応じた操作トルクが前記操作部材に作用するように、前記第１操作用モータを制御する手段と、
検知された路面状態に応じた路面情報伝達トルクが前記操作部材に作用するように、前記第２操作用モータを制御する手段とを備えることを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置において、
前記操作部材に接続される第１操作用モータと、
前記操作部材に接続されると共に前記第１操作用モータと特性が相違する第２操作用モータと、
操作トルク付与条件を検知する手段と、
前記車輪に接する路面の状態を検知する手段と、
検知された操作トルク付与条件に応じた操作トルクが前記操作部材に作用するように、前記第１操作用モータを制御する手段と、
検知された路面状態に応じた振動が前記操作部材に作用するように、前記第２操作用モータを制御する手段とを備えることを特徴とする操舵装置。
【請求項３】
前記第２操作用モータは振動モータにより構成されると共に、前記操作部材の把持部位を振動させることができるように前記操作部材に内蔵されている請求項２に記載の操舵装置。
【請求項４】
前記第２操作用モータは前記第１操作用モータよりも定格出力と機械的時定数が小さくされている請求項１〜３の中の何れかに記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、操作部材を車輪に機械的に接続することなく操作部材の操作に応じて舵角を変化させる所謂ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置や、操作部材を車輪に遊星歯車機構等の回転伝達比可変機構を介して連結する操舵装置においては、操作部材の操作に応じて操舵用モータを制御することで車輪を転舵させることで、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる。  
【０００３】
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、車輪と路面との間の摩擦に基づく操舵抵抗を操作部材に伝達することができない。また、操作部材を車輪に回転伝達比可変機構を介して連結する操舵装置においては、その操舵抵抗を操作部材に正確に伝達することができない。そのため、操作部材に接続される操作用モータを設け、操作部材の操作量や車速等の操作トルク付与条件に応じて操作用モータを制御し、操作部材に操作トルクを作用させることでドライバーに操作反力を作用させている。
【０００４】
さらに、路面から車輪に作用する所謂キックバックや振動等も加味して操作用モータを制御することで、操作反力に路面情報を反映させることが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３１００７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例においては、単一の操作用モータによって操作部材に操作トルクを作用させることで路面情報を反映した操作反力をドライバーに作用させている。しかし、操作トルクはドライバーによる操作部材の操作速度に応じて変化するものであるため、その変化周期は比較的長く、また、操舵時は常に操作部材に作用させる必要があるため比較的長時間にわたり作用する。一方、路面から車輪に作用するキックバック等に基づき操作部材に作用する力は急激に変化すると共に作用するのは短時間であり、また、路面の凹凸等に基づき操作部材に作用する振動の周期はドライバーが作用させる操作トルクの変化周期に比べて非常に短かいものでる。すなわち、操作トルクを作用させるのに適したモータ特性と路面情報を伝達するのに適したモータ特性とは相違する。そのため、単一の操作用モータにより路面情報を正確かつドライバーが認識し易いように反映させた操作トルクを作用させるのは困難である。
本発明は上記問題を解決することのできる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】
【０００６】
本発明の一つの特徴は、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置において、前記操作部材に接続される第１操作用モータと、前記操作部材に接続されると共に前記第１操作用モータと特性が相違する第２操作用モータと、操作トルク付与条件を検知する手段と、前記車輪に接する路面の状態を検知する手段と、検知された操作トルク付与条件に応じた操作トルクが前記操作部材に作用するように、前記第１操作用モータを制御する手段と、検知された路面状態に応じた路面情報伝達トルクが前記操作部材に作用するように、前記第２操作用モータを制御する手段とを備えることを特徴とする。
これにより、第１操作用モータを制御することで操作部材に操作トルクを作用させ、第２操作用モータを制御することで路面状態に応じた路面情報伝達トルクを操作部材に作用させることができる。よって、特性の相異なる第１、第２操作用モータにより、操作部材に適正な操作トルクを作用させると共に、路面情報を適正に反映した路面情報伝達トルクを作用させることができる。
【０００７】
本発明の別の一つの特徴は、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置において、前記操作部材に接続される第１操作用モータと、前記操作部材に接続されると共に前記第１操作用モータと特性が相違する第２操作用モータと、操作トルク付与条件を検知する手段と、前記車輪に接する路面の状態を検知する手段と、検知された操作トルク付与条件に応じた操作トルクが前記操作部材に作用するように、前記第１操作用モータを制御する手段と、検知された路面状態に応じた振動が前記操作部材に作用するように、前記第２操作用モータを制御する手段とを備える点にある。
これにより、第１操作用モータを制御することで操作部材に操作トルクを作用させ、第２操作用モータを制御することで路面状態に応じた振動を操作部材に作用させることができる。よって、特性の相異なる第１、第２操作用モータにより、操作部材に適正な操作トルクを作用させると共に、路面情報を反映した振動を作用させることができる。
この場合、前記第２操作用モータは振動モータにより構成されると共に、前記操作部材の把持部位を振動させることができるように前記操作部材に内蔵されているのが好ましい。これにより、ドライバーに確実に路面情報を振動として認識させることができ、また、構造を簡単化できる。
【０００８】
本発明の操舵装置においては、前記第２操作用モータは前記第１操作用モータよりも定格出力と機械的時定数が小さくされているのが好ましい。これにより、第１操作用モータを定格出力と機械的時定数が比較的大きく、操作トルクを作用させるのに適したものとできる。また、第２操作用モータを定格出力と機械的時定数が比較的小さく、キックバック等に対応した路面情報伝達トルクや周波数の高い振動を作用させるのに適したものにできる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置において、低コストで簡単な構成により、操作部材を介してドライバーに路面情報を適正かつ確実に伝達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に示す本発明の第１実施形態の操舵装置は、操作部材１の回転操作に応じて操舵用モータ２を制御することで、操舵用モータ２の動きをステアリングギヤ機構３を介して前部左右車輪４に伝達し、その車輪４を転舵させる。これにより、操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく操作部材１の操作に応じて舵角を変化させる所謂ステアバイワイヤシステムが構成され、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との比が可変とされている。
【００１１】
操舵用モータ２としては、例えば公知の直流ブラシレスモータ等の電動モータを採用できる。ステアリングギヤ機構３は、操舵用モータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する例えばボールネジ機構等の運動変換機構により構成されている。ステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪４の転舵角が変化する。ステアリングギヤ機構３は公知のものを用いることができ、操舵用モータ２の動きを舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達できれば構成は限定されない。操舵用モータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１２】
操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に連結されている。回転シャフト１０に操作トルクを発生する第１操作用モータ１９の出力シャフトが一体化されることで、第１操作用モータ１９が操作部材１に接続されている。第１操作用モータ１９としては例えば公知の直流ブラシレスモータ等を採用できる。
【００１３】
回転シャフト１０に路面情報伝達トルクを発生する第２操作用モータ４０が減速ギヤ機構５０を介して接続されている。第２操作用モータ４０としては例えば公知の直流ブラシレスモータ等を採用できる。第２操作用モータ４０は第１操作用モータ１９よりも定格出力と機械的時定数が小さくされることで、第１操作用モータ１９と特性が相違するものとされている。なお、第２操作用モータ４０を、回転シャフト１０に一体化される出力シャフトを有するものとし、第１操作用モータ１９と直列に配置することで、ギヤ機構を介することなく操作部材１に接続してもよい。
【００１４】
操作部材１の操作量として中立位置からの操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４の転舵量として舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられ、本第１実施形態では舵角δとして車輪４の転舵量に対応するステアリングロッド７の移動量を検出する。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。第２操作用モータ４０の駆動電流Ｉを検出する電流センサ４１が設けられている。操作部材１の操作トルクＴｈとして回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４４が設けられている。車輪４に接する路面状態に応じた変動量として前部左右車輪４それぞれの車軸に作用する軸力Ｆを検出する左右軸力センサ２８が設けられている。角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４、軸力センサ２８、電流センサ４１、およびトルクセンサ４４は制御装置２０に接続される。
【００１５】
制御装置２０は駆動回路２２を介して操舵用モータ２を制御する。すなわち、制御装置２０は例えば操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ* との間の予め定められた関係を記憶し、目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２２を介して操舵用モータ２の駆動信号を出力する。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ* との間の関係は、例えば目標舵角δ* が操作角δｈに比例すると共に、その比例定数が車速Ｖの関数であって車速Ｖが大きくなる程に目標舵角δ* が小さくなるように設定される。すなわち、操舵用モータ２の動きを車輪４に舵角が変化するように伝達する際に、操作部材１の回転操作量に対する車輪４の転舵量の比が変化するように操舵用モータ２が制御される。操作部材１の操作量に対する車輪４の転舵量の比を低車速で大きくすることで旋回性能を向上し、高車速で小さくすることで走行安定性を向上できる。なお、操舵用モータ２の制御方法は、操作部材１の回転操作量に対する車輪４の転舵量の比が変化するように制御可能であれば特に限定されるものではない。
【００１６】
制御装置２０は、操作トルク付与条件に応じた操作トルクが操作部材１に作用するように駆動回路２３を介して第１操作用モータ１９を制御する。第１操作用モータ１９の制御のため、制御装置２０は例えば操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標操作トルクＴｈ* との間の予め定められた関係を記憶し、目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差をなくすように駆動回路２３を介して第１操作用モータ１９の駆動信号を出力する。その操作角δｈと目標操作トルクＴｈ* と車速Ｖとの間の関係は、例えば操作角δｈが大きく車速Ｖが小さくなる程に目標操作トルクＴｈ* が大きくなるものとされる。これにより、操作部材１を中立位置に復帰させる方向の操作トルクが操作部材１に作用し、ドライバーに操作反力を作用させることができる。この場合、操作角δｈと車速Ｖが操作トルク付与条件とされ、角度センサ１１と速度センサ１４により操作トルク付与条件の検知手段が構成される。なお、操作トルク付与条件は操作角や車速に限定されず、例えば車両のヨーレートや横加速度等の検知センサを設け、その検出値に応じた操作トルクを付与するように第１操作用モータ１９を制御してもよい。
【００１７】
制御装置２０は、路面状態に応じた路面情報伝達トルクが操作部材１に作用するように駆動回路２４を介して第２操作用モータ４０を制御する。例えば制御装置２０は、前部左右車輪４の車軸に作用する軸力Ｆの平均値と、第２操作用モータ４０の出力トルクに相関する目標駆動電流Ｉ* との間の予め定められた関係を記憶し、目標駆動電流Ｉ* と検出駆動電流Ｉとの偏差をなくすように駆動回路２４を介して第２操作用モータ４０の駆動信号を出力する。その軸力Ｆの平均値と目標駆動電流Ｉ* との間の関係は例えば比例関係とされる。その軸力Ｆは路面状態に応じて変動することから、路面状態に応じた路面情報伝達トルクを操作部材１に作用させることができる。この場合、軸力センサ２８により車輪に接する路面の状態の検知手段が構成される。
【００１８】
上記第１実施形態によれば、第１操作用モータ１９を制御することで操作部材１に操作トルクを作用させ、第２操作用モータ４０を制御することで路面状態に応じた路面情報伝達トルクを操作部材１に作用させることができる。よって、特性の相異なる第１、第２操作用モータ１９、４０により、操作部材１に適正な操作トルクを作用させると共に、路面情報を反映した路面情報伝達トルクを作用させることができる。
【００１９】
図２〜図４は本発明の第２実施形態を示し、上記第１実施形態と同様部分は同一符号で示す。第２実施形態においては、路面状態の検知手段として第１実施形態の軸力センサ２８に代えて路面から車輪４に伝達される振動を検出する振動センサ２８′が設けられている。振動センサ２８′としては、例えば、車輪４と車体との間のサスペンションを構成するショックアブソーバーにおけるシリンダ２１ａに対する伸縮ロッド２１ｂや吸振バネ２１ｃの振動の振幅、速度あるいは加速度を振動として検出する公知のものを用いることができる。
【００２０】
また、第２実施形態においては、第２操作用モータとして第１実施形態のように回転シャフト１０を介して操作部材１に接続されるものに代えて、操作部材１に直接に接続される一対の振動モータ４０′が用いられている。すなわち、図３に示すように振動モータ４０′の回転シャフト４０ａにウェイト４０ｂが、その重心が回転シャフト４０ａの回転軸に対して偏心するように取り付けられている。図４に示すように、振動モータ４０′は操作部材１の左右把持部位１ａに内蔵され、駆動されることで把持部位１ａを振動させる。振動モータ４０′が操作部材１に作用させる振動の周波数は例えば３０Ｈｚ程度とされる。
【００２１】
制御装置２０は、路面状態に応じた振動が操作部材１に作用するように駆動回路２４′を介して振動モータ４０′を制御する。例えば制御装置２０は、振動センサ２８′により検出される振動の大きさの平均値と振動モータ４０′の出力トルクに相関する目標駆動電流Ｉ* との間の予め定められた関係を記憶し、目標駆動電流Ｉ* と検出駆動電流Ｉとの偏差をなくすように駆動回路２４′を介して振動モータ４０′の駆動信号を出力する。検出振動の大きさの平均値と目標駆動電流Ｉ* との間の関係は例えば比例関係とされる。検出振動の大きさは路面状態に応じて変動することから、路面状態に応じた強さの振動を操作部材１に作用させることができる。他の構成は第１実施形態と同様とされる。
【００２２】
上記第２実施形態によれば、第１操作用モータ１９を制御することで操作部材１に操作トルクを作用させ、振動モータ４０′を制御することで路面状態に応じた振動を操作部材１に作用させることができる。よって、特性の相異なる第１操作用モータ１９と振動モータ４０′により、操作部材１に適正な操作トルクを作用させると共に、路面情報を反映した振動を作用させることができる。また、振動モータ４０′は操作部材１に内蔵されているので、ドライバーに確実に路面情報を振動として認識させることができると共に構造を簡単化できる。
【００２３】
上記各実施形態によれば、第１操作用モータ１９を定格出力と機械的時定数が比較的大きく、操作トルクを作用させるのに適したものとできる。また、第２操作用モータ４０および振動モータ４０′を定格出力と機械的時定数が比較的小さく、キックバックに対応した路面情報伝達トルクや周波数の高い振動を作用させるのに適したものにできる。
【００２４】
本発明は上記各実施形態に限定されない。例えば図５の変形例に示すように、操作部材であるステアリングホイール１′が車輪（図示省略）に機械的に連結され、且つ、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる操舵装置に本発明を適用してもよい。すなわち、ステアリングホイール１′の操作に応じた入力シャフト１０２の回転は、回転伝達機構１３０により出力シャフト１１１に伝達され、出力シャフト１１１の回転が車輪に舵角が変化するようにステアリングギヤ（図示省略）により伝達される。そのステアリングギヤはラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。回転伝達機構１３０の構成要素を操舵用モータ１３９により駆動することで、モータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。入力シャフト１０２と出力シャフト１１１は互いに同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１０７、１０８、１１２、１１３を介してハウジング１１０により支持されている。回転伝達機構１３０は、本変形例では遊星ギヤ機構とされ、サンギヤ１３１とリングギヤ１３２とに噛み合う遊星ギヤ１３３をキャリア１３４により保持する。サンギヤ１３１は、入力シャフト１０２の端部に同行回転するように連結されている。キャリア１３４は、出力シャフト１１１に同行回転するように連結されている。リングギヤ１３２は、入力シャフト１０２を囲むホルダー１３６にボルト３６２を介して固定されている。ホルダー１３６は、入力シャフト１０２を囲むようにハウジング１１０に固定された筒状部材１３５によりベアリング１０９を介して支持されている。ホルダー１３６の外周にウォームホイール１３７が同行回転するように嵌め合わされている。ウォームホイール１３７に噛み合うウォーム１３８がハウジング１１０により支持されている。ウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられたモータ１３９により駆動される。ステアリングホイール１′に作用する操作トルクを発生する第１操作用モータ１１９の出力シャフトが、第１実施形態と同様に入力シャフト１０２に一体化されている。その入力シャフト１０２を介してステアリングホイール１′に第１実施形態と同様に第２操作用モータを接続したり、あるいは、第２実施形態と同様にステアリングホイール１′に第２操作用モータである振動モータを内蔵し、上記各実施形態と同様の制御装置とセンサにより同様の制御を行うことで、この変形例の操舵装置に本発明を適用することができる。
【００２５】
また、第１実施形態において路面状態を第２実施形態と同様に振動センサにより検出し、検出振動の大きさに相関した大きさの路面情報伝達トルクを操作部材に作用させてもよい。あるいは、第２実施形態において路面状態を第１実施形態と同様に軸力センサにより検出し、検出軸力の大きさに相関した強さの振動を操作部材に作用させてもよい。第２操作用モータとして振動モータを用いる場合、検知した路面状態に応じて第２操作用モータの回転数を制御することで、路面状態に応じた周波数の振動を操作部材に作用させてもよい。この場合、路面状態として車輪と路面との間の摩擦係数を検知し、摩擦係数が小さい程に操作部材に作用させる振動周波数を高くし、その摩擦係数が氷結等により小さい場合は高周波振動を作用させることでドライバーの注意を喚起できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の第２実施形態の操舵装置の構成説明図
【図３】本発明の第２実施形態の操舵装置における第２操作用モータを示す図
【図４】本発明の第２実施形態の操舵装置における操作部材を示す図
【図５】本発明の変形例の操舵装置の構成説明図
【符号の説明】
【００２７】
１  操作部材
１′  ステアリングホイール
４  車輪
１１  角度センサ
１４  速度センサ
１９  第１操作用モータ
２０  制御装置
２８  軸力センサ
２８′  振動センサ
４０  第２操作用モータ
４０′  振動モータ
【図１】
2005053357.tif 000003
【図２】
2005053357.tif 000004
【図３】
2005053357.tif 000005
【図４】
2005053357.tif 000006
【図５】
2005053357.tif 000007