(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材と、
その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、
その操作部材の操作量を検出するセンサと、
その操舵用アクチュエータの作動量を検出するセンサと、
その車輪に連結された軸に作用する軸力を検出するセンサと、
その検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かを判断する手段と、
その検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満である時点での操舵用アクチュエータの検出作動量を中点値として記憶する手段と、
その記憶された中点値を基準として操舵用アクチュエータの検出作動量から車輪の転舵量を求める手段と、
その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な手段とを備えることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】
その操舵用アクチュエータとしてブラシレスモータが用いられ、
その操舵用アクチュエータの作動量を検出するセンサとして、そのブラシレスモータの回転子の回転角検出用センサが用いられる請求項１に記載の車両の操舵装置。
【請求項３】
車速を検出するセンサを備え、
その検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かの判断は、その検出車速が設定範囲内である時に行われる請求項１または２に記載の車両の操舵装置。
【請求項４】
その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータと、
その操作用アクチュエータを前記検出軸力に応じた操作反力を発生するように制御する手段とを備える請求項１〜３の中の何れかに記載の車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
操作部材の操作に応じた操舵用アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、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で操舵特性を変更可能な車両の操舵装置が提案されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したものと機械的に連結したものとがある。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、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達し、その伝達に際して操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。また、操作部材を車輪に機械的に連結した操舵装置においては、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構等の伝達比可変機構を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤ等を駆動する操舵用アクチュエータを制御することで操作量と転舵量との比を変更している。
【０００３】
上記操舵用アクチュエータを操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように閉ループ制御する上では、操作部材の操作量を検出するセンサだけでなく、車輪の転舵量を検出するセンサが必要になる。また、その車輪の転舵量は右操舵時の値と左操舵時の値とを区別するために中点値を基準として求める必要がある。
【０００４】
従来においては、車輪の転舵量を検出するセンサとして、舵角の中点値を基準に右操舵時と左操舵時とで出力値の符号が異なるセンサを用いていた。しかし、そのようなセンサを車両に取り付ける場合、センサ出力値の中点と舵角の中点値とを一致させるために面倒な調整が必要である。また、長期使用によりセンサ出力値の中点と舵角の中点値とがずれると再調整が必要になる。さらに、専用のセンサはコスト増大の原因になる。
【０００５】
そこで、舵角の中点値を自動的に求めることが提案されている。すなわち、車輪の転舵量を検出するセンサの出力値の大きさが設定値未満であれば、車両は舵角一定でのコーナリング状態ではないと判断でき、また、舵角センサの出力値の変化速度が設定値未満であれば、車両は実質的に操舵されていない状態であると判断できる。よって、舵角センサの出力値の大きさが設定値未満で、且つ、その変化速度が設定値未満である時、舵角センサの出力値を舵角の中点値とすることができる。これにより、センサ出力値の中点と舵角の中点値とを一致させる作業は不要になる。しかし、舵角を検出するための専用のセンサが必要であるため、コストが増大するという問題は解決できない。
本発明は上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操作部材と、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構と、その操作部材の操作量を検出するセンサと、その操舵用アクチュエータの作動量を検出するセンサと、その車輪に連結された軸に作用する軸力を検出するセンサと、その検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かを判断する手段と、その検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満である時点での操舵用アクチュエータの検出作動量を中点値として記憶する手段と、その記憶された中点値を基準として操舵用アクチュエータの検出作動量から車輪の転舵量を求める手段と、その操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータを制御可能な手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、車輪に連結された軸に作用する軸力は直進状態で最小になることから、検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かを判断することで、車両が直進状態であるか否かを判断できる。これにより、その検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満である時点での操舵用アクチュエータの検出作動量を舵角の中点値として、車輪の転舵量を操舵用アクチュエータの検出作動量から求めることができる。すなわち、舵角を検出するための専用のセンサを用いることなく、操舵用アクチュエータの作動量を検出するセンサにより車輪の転舵量を求めることができる。
【０００７】
その操舵用アクチュエータとしてブラシレスモータが用いられ、その操舵用アクチュエータの作動量を検出するセンサとして、そのブラシレスモータの回転子の回転角検出用センサが用いられるのが好ましい。
これにより、ブラシレスモータの駆動に必要なセンサを利用して車輪の転舵量を求めることができる。
【０００８】
車速を検出するセンサを備え、その検出軸力の大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かの判断は、その検出車速が設定範囲内である時に行われるのが好ましい。
これにより、車輪に作用する軸力の検出値の変動を小さくし、車輪の転舵量を精度良く求めることができる。
【０００９】
その操作部材の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する操作用アクチュエータと、その操作用アクチュエータを前記検出軸力に応じた操作反力を発生するように制御する手段とを備えるのが好ましい。
これにより、操作用アクチュエータの制御に必要な車輪の軸力センサを利用して車輪の転舵量を求めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、その操作部材１の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２と、その操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を左右の前車輪４に機械的に連結することなく、舵角変化が生じるように各前車輪４に伝達する機構としてステアリングギヤ３とを備える。
【００１１】
その操舵用アクチュエータ２はブラシレスモータにより構成されている。そのブラシレスモータは、自身の回転子の回転角検出用センサとしてレゾルバ２ａを有する。そのレゾルバ２ａが本発明における操舵用アクチュエータ２の作動量を検出するセンサとして用いられる。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエータ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。その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のトー角が変化する。そのステアリングギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できれば構成は限定されない。操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、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】
その操作部材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。その回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１９は操作部材１の中立位置復帰方向へ作用する操作反力を発生する。その操作用アクチュエータ１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１３】
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。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。車輪４に連結された軸として本実施形態ではタイロッド８に作用する軸力を検出する軸力センサ４９が設けられている。操作部材１の操作反力に対応する操作トルク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。その角度センサ１１、速度センサ１４、軸力センサ４９、トルクセンサ４４、および上記レゾルバ２ａは、コンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。本実施形態では、各タイロッド８に軸力センサ４９が取り付けられ、両軸力センサ４９の出力値Ｆｒ、Ｆｌの平均値が検出軸力Ｆとされるが、一方のタイロッド８に作用する軸力を単一の軸力センサにより検出してもよい。
【００１４】
その制御装置２０は、駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する制御系を構成する。例えば制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ* との間の関係を予め定めて記憶し、目標舵角δ* と舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２２に操舵用アクチュエータ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、例えば低車速で旋回性能を向上して高車速で走行安定性を向上するため、車速Ｖが大きくなる程に操作角δｈに対する目標舵角δ* の比δ* ／δｈが小さくなるものとされる。これにより、操作角δｈと舵角δとの比、すなわち操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータ２が制御される。なお、その比δ* ／δｈは車速Ｖに応じて変化するものに限定されず、例えば操作角に応じて変化してもよく、その比が変化するように操舵用アクチュエータ２が制御されるものであればよい。
【００１５】
その舵角δに対応する車輪４の転舵量は、上記レゾルバ２ａにより検出される操舵用アクチュエータ２の作動量と、軸力センサ４９により検出される軸力Ｆと、速度センサ１４により検出される車速Ｖとに基づき制御装置２０により求められる。すなわち制御装置２０は、検出車速Ｖが設定範囲内である時の軸力センサ４９による検出軸力Ｆの大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かを判断する。その車速Ｖの設定範囲は、車両が直進状態である時に作用する軸力の変動が小さくなる範囲に設定すればよく、例えば２０ｋｍ／時〜４０ｋｍ／時とされる。その設定時間は、車両が直進状態であると判断するのに必要な時間にすればよく、例えば５秒に設定される。その軸力の設定値は、車両が直進状態である時に作用する軸力の最大値に対応するように定めればよく、例えば１００Ｎとされる。その検出車速Ｖが設定範囲内であり、検出軸力Ｆの大きさが設定時間を超えて設定値未満である時点でのレゾルバ２ａによる操舵用アクチュエータ２の検出作動量を、制御装置２０は中点値として設定して記憶する。その記憶された中点値を基準として制御装置２０は操舵用アクチュエータ２の検出作動量から車輪４の転舵量に対応する舵角δを求める。
【００１６】
その制御装置２０は、上記軸力センサ４９による検出軸力Ｆに応じた操作反力を発生するように、駆動回路２３を介して操作用アクチュエータ１９を制御する制御系を構成する。例えば制御装置２０は、操作部材１の操作角δｈと目標反力トルクＴ* と検出軸力Ｆの間の関係を予め定めて記憶し、その目標反力トルクＴ* 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に操作用アクチュエータ１９の駆動信号を出力する。その目標反力トルクＴ* は、操作角δｈに相関する成分Ｔｈ* と検出軸力Ｆに相関する成分Ｔｆ* との和とされ、路面反力を反映した操作反力Ｔｈをドライバーに作用させることができるものとされている。
【００１７】
図２のフローチャートを参照して制御装置２０による操舵用アクチュエータ２と操作用アクチュエータ１９の制御手順を説明する。
まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ１）、その検出値に基づいて中点値の設定処理を行って記憶し、前回の中点値設定処理により記憶した中点値を更新する（ステップＳ２）。なお、制御開始当初においては、前回の制御において最終的に記憶された中点値が初期中点値として記憶保持される。その設定された中点値を基準として、レゾルバ２ａにより検出された操舵用アクチュエータ２の作動量から車輪４の転舵量として舵角δを演算する（ステップＳ３）。次に、検出操作角δｈと検出車速Ｖとから上記のように目標舵角δ* を求め、その目標舵角δ* と舵角δとの偏差をなくすように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ４）。これにより、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との比が変化するように操舵用アクチュエータ２が制御される。また、検出操作角δｈと検出軸力Ｆから上記のように目標反力トルクＴ* を求め、その目標反力トルクＴ* と検出操作トルクＴｈとの偏差をなくすように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ５）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ６）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００１８】
図３のフローチャートを参照して上記中点値の設定処理手順を示す。まず、検出車速Ｖが設定範囲内であるか否かを判断し（ステップＳ１０１）、設定範囲内でなければリターンし、設定範囲内であれば検出軸力Ｆの大きさが設定値未満であるか否かを判断し（ステップＳ１０２）、設定値未満でなければリターンし、設定値未満であれば検出軸力Ｆの大きさが設定値未満である状態の継続時間ｔが設定時間を超えているか否かを判断し（ステップＳ１０３）、設定時間を超えていなればリターンし、設定時間を超えていればその時点でのレゾルバ２ａによる操舵用アクチュエータ２の検出作動量を中点値として設定し、前回設定した中点値を更新して記憶し（ステップＳ１０４）、リターンする。
【００１９】
上記構成によれば、車輪４に連結された軸に作用する軸力は直進状態で最小になることから、軸力センサ４９による検出軸力Ｆの大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かを判断することで、車両が直進状態であるか否かを判断できる。これにより、その検出軸力Ｆの大きさが設定時間を超えて設定値未満である時点での操舵用アクチュエータ２の検出作動量を舵角の中点値として、車輪４の転舵量を操舵用アクチュエータ２の検出作動量から求めることができる。すなわち、舵角を検出するための専用のセンサを用いることなく、操舵用アクチュエータ２の作動量を検出するレゾルバ２ａにより車輪４の転舵量を求めることができる。その操舵用アクチュエータ２をブラシレスモータとすることで、ブラシレスモータの駆動に必要なレゾルバ２ａを利用して車輪４の転舵量を求めることができる。その検出軸力Ｆの大きさが設定時間を超えて設定値未満であるか否かの判断を車速Ｖが設定範囲内である時に行うことで、車輪４に作用する軸力の検出値の変動を小さくし、車輪４の転舵量を精度良く求めることができる。さらに、その検出軸力Ｆに応じた反力を発生するように操作用アクチュエータ１９を制御することで、その操作用アクチュエータ１９の制御に必要な軸力センサ４９を利用して車輪４の転舵量を求めることができる。
【００２０】
図４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Ｈが車輪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１０１に本発明を適用してもよい。すなわち、そのステアリングホイールＨ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、その出力シャフト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。その入力シャフト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。その回転伝達機構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。そのサンギヤ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。そのキャリア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。そのリングギヤ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。そのホルダー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。そのホルダー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。そのウォームホイール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。そのウォーム１３８がハウジング１１０に取り付けられた操舵用アクチュエータ１３９により駆動される。これにより、その操舵用アクチュエータ１３９の制御によってステアリングホイールＨ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。また、そのステアリングホイールＨの中立位置復帰方向へ作用する反力を発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられ、その操作用アクチュエータ１１９の制御によって操作反力を発生させる。その操舵用アクチュエータ１３９の制御系と操作用アクチュエータ１１９の制御系とが上記実施形態と同様の制御装置とセンサとにより構成される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、アクチュエータの制御により車両の操舵特性を変更可能な車両の操舵装置において、その制御に必要な構成を簡単化してコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の車両の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図３】本発明の実施形態の車両の操舵装置における中点値の設定処理手順を示すフローチャート
【図４】本発明の変形例の車両の操舵装置の構成説明図
【符号の説明】
１  操作部材
２、１３９  操舵用アクチュエータ
２ａ  レゾルバ
３  ステアリングギヤ
１１  角度センサ
１４  速度センサ
１９、１１９  操作用アクチュエータ
２０  制御装置
４９  軸力センサ
Ｈ  ステアリングホイール
【図１】
0003921394.tif 000002
【図２】
0003921394.tif 000003
【図３】
0003921394.tif 000004
【図４】
0003921394.tif 000005