(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材と、
操舵用アクチュエータと、
その操作部材の操作に応じて前記操舵用アクチュエータを制御可能な制御手段と、
その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両の操舵用前方車輪に伝達する手段と、
車両の全車輪それぞれと路面との間の摩擦係数を求める手段と、
その操作部材の左右一方への操作により、全ての車輪と路面との間の摩擦係数が予め設定した基準値未満の状態から、前方内輪のみと路面との間の摩擦係数が前記基準値以上の状態に移行したか否かを判断する手段と、
前記操作部材を左右他方へ操作したか否かを判断する手段とを備え、
全ての車輪と路面との間の摩擦係数が前記基準値未満の状態から、前方内輪のみと路面との間の摩擦係数が前記基準値以上の状態に移行した状態では、全ての車輪と路面との間の摩擦係数が前記基準値未満の状態に比べ、その左右他方への操作部材の操作に応じた前記操舵用アクチュエータの制御による舵角変化量が増大されることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記摩擦係数と車速と各車輪の回転速度との予め定めた関係を記憶する手段と、
車速を検出する手段と、
各車輪の回転速度それぞれを検出する手段と、
その記憶された関係と検出された車速と車輪回転速度とから前記摩擦係数を求める手段とを備える請求項１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】
本発明は、ステアリングホイール等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可能な車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車線変更等の進路変更時における速度超過やドライバーの運転ミス等により車両がスピンを起こした場合、ドライバーの意図に沿って車両を操舵することができなくなる。そのようなスピンを防ぐため、制動力や駆動力を制御することで車両の姿勢制御を行うシステムが開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の車両の姿勢制御システムは、車輪と路面との間の摩擦係数が変化する場合に対応しておらず、十分に車両挙動を安定化できない場合がある。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、操作部材と、操舵用アクチュエータと、その操作部材の操作に応じて前記操舵用アクチュエータを制御可能な制御手段と、その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両の操舵用前方車輪に伝達する手段と、車両の全車輪それぞれと路面との間の摩擦係数を求める手段と、その操作部材の左右一方への操作により、全ての車輪と路面との間の摩擦係数が予め設定した基準値未満の状態から、前方内輪のみと路面との間の摩擦係数が前記基準値以上の状態に移行したか否かを判断する手段と、前記操作部材を左右他方へ操作したか否かを判断する手段とを備え、全ての車輪と路面との間の摩擦係数が前記基準値未満の状態から、前方内輪のみと路面との間の摩擦係数が前記基準値以上の状態に移行した状態では、全ての車輪と路面との間の摩擦係数が前記基準値未満の状態に比べ、その左右他方への操作部材の操作に応じた前記操舵用アクチュエータの制御による舵角変化量が増大される点にある。
走行車両の全ての車輪が摩擦係数の小さい路面上にある状態で操作部材を左右一方へ操作すると、進行方向が変化すると共に車両姿勢が変化する。この姿勢変化後の進行方向に摩擦係数の大きい路面が存在する場合、全ての車輪が摩擦係数の小さい路面上にある状態から、前方内輪のみが摩擦係数の大きい路面にある状態に移行する。この移行により車両をスピンさせようとするモーメントが増大して車両姿勢が変化した場合、運転者は車両がスピン状態になるのを防止するために、その姿勢変化を打ち消す方向へ舵角が変化するように操作部材を左右他方へ切返し操作する。
本発明によれば、車両がスピン状態になるのを防止するための操作部材の左右他方への操作に応じた操舵用アクチュエータの制御による舵角変化量を、走行車両の全ての車輪が摩擦係数の小さい路面上にある状態で操作部材を操作した場合に比べて増大することができる。これにより、左右一方への操作部材の操作により摩擦係数の小さい路面から大きい路面に車両が移行する場合に、運転者が操作部材を左右他方へ切返し操作することで、迅速に車両をスピンさせようとするモーメントを打ち消す方向に舵角を変化させ、車両がスピン状態になるのを確実に防止できる。
【０００７】
本発明において、前記摩擦係数と車速と各車輪の回転速度との予め定めた関係を記憶する手段と、車速を検出する手段と、各車輪の回転速度それぞれを検出する手段と、その記憶された関係と検出された車速と車輪回転速度とから前記摩擦係数を求める手段とを備えるのが好ましい。
各車輪の回転速度は、各車輪と路面との間の摩擦係数が小さくなる程に、また、車速が大きくなる程に大きくなるので、その摩擦係数と車速と各車輪の回転速度との関係を予め定めて記憶しておくことで、車速と車輪回転速度とを検出して摩擦係数を求めることができる。これにより、全ての車輪と路面との間の摩擦係数が前記基準値未満か否かの判断と、前方内輪と路面との間の摩擦係数のみが前記基準値以上か否かの判断を正確に行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に示す車両用操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２の動きを、その操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく、その動きに応じて舵角が変化するようにステアリングギヤ３により操舵用前方左右車輪４に伝達する。
【０００９】
その操舵用アクチュエータ２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。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運動変換機構を有する。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、その車輪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。なお、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がセルフアライニングトルクにより直進操舵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。
なお、後方左右車輪も操舵用として操舵用アクチュエータの動きを伝達してもよい。
【００１０】
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。その操作部材１を操舵するのに要する操舵反力を作用させるため、その回転シャフト１０にトルクを付加する反力アクチュエータ１９が設けられている。その反力アクチュエータ１９は、その回転シャフト１０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により構成できる。
【００１１】
操作部材１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト１０に弾力を付与するバネにより構成できる。上記反力アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルクを付加していない時、その弾力により操作部材１は直進操舵位置に復帰する。
【００１２】
操作部材１の操作入力値として、その回転シャフト１０の回転角に対応する操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。
その操作部材１の操作トルクＴとして、その回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。
その車輪４の舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では、その舵角δに対応するステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータにより構成されている。
車速ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。
各車輪４の回転速度それぞれを検出する車輪速センサ１５が設けられている。
【００１３】
上記操舵用アクチュエータ２、角度センサ１１、トルクセンサ１２、舵角センサ１３、速度センサ１４、車輪速センサ１５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。
【００１４】
図２のフローチャートを参照して上記制御装置２０による制御手順を説明する。まず、各センサによる車速ｖ、舵角δ、操作角δｈ、操作トルクＴ、車輪回転速度の検出データが読み込まれる（ステップ１０１）。
【００１５】
次に、操作反力として目標操舵トルクＴ* を付与できるように反力アクチュエータ１９を制御する（ステップ１０２）。本実施形態では、その目標操舵トルクＴ* は操作角δｈの関数Ｋ１とされ、その関数Ｋ１は予め定められて制御装置２０に記憶される。この関数Ｋ１に基づき検出操作角δｈに応じて定まる目標操舵トルクＴ* から検出操作トルクＴを差し引いた偏差が零になるように、反力アクチュエータ１９が制御される。例えば操作角δｈが大きくなる程に目標操舵トルクＴ* が小さくなるように関数Ｋ１が定められる。
【００１６】
次に、全ての車輪４と路面との間の摩擦係数が、予め設定した基準値未満か否かが判断される（ステップ１０３）。
制御装置２０は、車両の全車輪４それぞれと路面との間の摩擦係数と、車速と、各車輪の回転速度との予め定めた関係を記憶し、その記憶された関係と、上記速度センサ１４により検出された車速ｖと、上記車輪速センサ１５により検出された車輪回転速度とから、その摩擦係数を求める。
その基準値は、その摩擦係数が基準値以上であれば、全ての車輪４が摩擦係数の小さい低μ路面上にある状態から、前方内輪のみが摩擦係数の大きい高μ路面にある状態に移行する際に、車両がスピン状態になるおそれがないように定めればよい。
なお、その基準値は、車速ｖや舵角δ等の車両走行状態を表す変数の関数としてもよく、例えば車速ｖや舵角δが大きい程に基準値を小さくしてもよい。
【００１７】
ステップ１０３において全ての車輪４と路面との間の摩擦係数が基準値未満であれば、低μフラグがオンされ（ステップ１０４）、次いで舵角を目標値δ* にすることができるように操舵用アクチュエータ２が制御される（ステップ１０５）。本実施形態では、その目標舵角δ* は操作入力値である操作角δｈの関数Ｋ２とされ、その関数Ｋ２は予め定められて制御装置２０に記憶される。この関数Ｋ２に基づき検出操作角δｈに応じて定まる目標舵角δ* から検出舵角δを差し引いた偏差が零になるように、操舵用アクチュエータ２が制御される。
なお、その操舵用アクチュエータ２は操作角δｈにのみ応じて制御されるものに限定されず、操作部材１の操作に応じて制御可能であればよい。例えば、検出操作角δｈに代えて検出操作トルクＴを操作入力値とし、目標舵角δ* を操作トルクＴの関数とし、検出操作トルクＴから目標舵角δ* を定めるようにしてもよい。また、その目標舵角δ* を操作角δｈだけでなく例えば車速ｖの関数とし、目標舵角δ* が操作角δｈだけでなく車速ｖによっても変化するようにしてもよい。
また、操作部材１の操作に応じて操舵用アクチュエータ２を制御して舵角δを変化させる際に車両挙動が不安定になるのを防止するため、例えば、車両挙動が不安定になるおそれがある場合に制動力や駆動力を制御することで車両の姿勢制御を行うような車両挙動安定化システムを併用してもよい。
【００１８】
次に、制御を終了するか否かが、例えば車両のエンジン始動用キースイッチのオン・オフに基づき判断され（ステップ１０６）、終了しない場合はステップ１０１に戻る。
【００１９】
ステップ１０３において全ての車輪４と路面との間の摩擦係数が基準値未満でない場合、低μフラグがオンか否かが判断され（ステップ１０７）、低μフラグがオンでなければステップ１０５において操舵用アクチュエータ２が制御される。
【００２０】
ステップ１０７において低μフラグがオンであれば、スピンフラグがオンか否かが判断される（ステップ１０８）。スピンフラグがオンでなければ、前方内輪と路面との間の摩擦係数が上記基準値以上で、且つ、残りの車輪と路面との間の摩擦係数が上記基準値未満か否かが判断される（ステップ１０９）。すなわち、図４において実線で示すように走行車両１００の全ての車輪４が摩擦係数の小さい路面Ｕ１上にある状態で操作部材１を左右一方へ操作すると、一点鎖線で示すように進行方向が変化すると共に車両姿勢が変化する。その変化後の進行方向に摩擦係数の大きい路面Ｕ２が存在する場合、全ての車輪４が摩擦係数の小さい路面上にある状態から、前方内輪４のみが摩擦係数の大きい路面Ｕ２上にある状態に移行する。よって、操作部材１の左右一方への操作により、全ての車輪４と路面との間の摩擦係数が予め設定した基準値未満の状態から、前方内輪４のみと路面との間の摩擦係数が前記基準値以上の状態に移行したか否かが判断されることになる。なお、本実施形態では操作部材１の操作方向は上記トルクセンサ１２により検出するが、その検出手段は特に限定されない。
【００２１】
ステップ１０９において、前方内輪４のみが摩擦係数の大きい路面Ｕ２上にある場合、車両をスピンさせようとするモーメントが増大し、この場合にスピンフラグがオンされ（ステップ１１０）、次いでステップ１０５において操舵用アクチュエータ２が制御される。
【００２２】
ステップ１０８においてスピンフラグがオンであれば、操作部材１を左右他方へ操作したか否かが判断される（ステップ１１１）。すなわち、操作部材１を左右一方へ操作することにより、全ての車輪４が摩擦係数の小さい路面Ｕ１上にある状態から、前方内輪４のみが摩擦係数の大きい路面Ｕ２にある状態に移行し、車両をスピンさせようとするモーメントが増大した場合に、図４において二点鎖線で示すように、車両のスピンを防止するために運転者が操作部材１を左右他方へ切返し操作を行ったか否かが判断される。
【００２３】
ステップ１１１において切返し操作が行われていない場合、ステップ１０５において操舵用アクチュエータ２が制御される。
【００２４】
ステップ１１１において切返し操作が行われている場合、舵角を目標値δ* にすることができるように操舵用アクチュエータ２が制御される（ステップ１１２）。このステップ１１２では、その目標舵角δ* はステップ１０５における目標舵角δ* のＮ倍とされ（Ｎ＞１）、操作部材１の操作量に対する舵角の比がステップ１０５におけるよりも大きくなる。すなわち、全ての車輪４と路面との間の摩擦係数が上記基準値未満の状態から、前方内輪４のみと路面との間の摩擦係数が上記基準値以上の状態に移行した状態では、全ての車輪４と路面との間の摩擦係数が上記基準値未満の状態に比べ、その左右他方への操作部材１の切返し操作に応じた操舵用アクチュエータ２の制御による舵角変化量が増大される。しかる後にステップ１０６において制御を終了するか否かが判断される。
【００２５】
ステップ１０９において、前方内輪４のみが摩擦係数の大きい路面Ｕ２上にない場合は、他の車輪４も摩擦係数の大きい路面Ｕ２上にある。この場合は低μフラグとスピンフラグとが解除され（ステップ１１３）、次いでステップ１０５において操舵用アクチュエータ２が制御される。
【００２６】
上記実施形態によれば、操作部材１を左右一方へ操作することで全ての車輪４が摩擦係数の小さい路面Ｕ１上にある状態から、前方内輪４のみが摩擦係数の大きい路面Ｕ２にある状態に移行することで、車両をスピンさせようとするモーメントが増大した場合に、車両がスピン状態になるのを防止するための操作部材１の左右他方への切返し操作に応じた操舵用アクチュエータ２の制御による舵角変化量を、走行車両の全ての車輪４が摩擦係数の小さい路面Ｕ１上にある状態で操作部材１を切返し操作した場合に比べて増大することができる。これにより、操作部材１の左右一方への操作により摩擦係数の小さい路面Ｕ１から大きい路面Ｕ２に車両が移行する場合に、運転者が操作部材１を左右他方へ切返し操作することで、迅速に車両をスピンさせようとするモーメントを打ち消す方向に舵角を変化させ、車両がスピン状態になるのを確実に防止できる。
【００３７】
上記実施形態では各車輪４の回転速度は、各車輪４と路面との間の摩擦係数が小さくなる程に、また、車速ｖが大きくなる程に大きくなるので、その摩擦係数と車速ｖと各車輪４の回転速度との関係を予め定めて記憶し、車速ｖと車輪回転速度とを検出して摩擦係数を求めている。これにより、全ての車輪４と路面との間の摩擦係数が上記基準値未満か否かの判断と、前方内輪と路面との間の摩擦係数のみが上記基準値以上か否かの判断を正確に行うことができる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、操作部材と車輪を機械的に連結した車両に本発明を適用してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、車輪と路面との間の摩擦係数が変化する場合でも十分に車両挙動の安定化を図ることができる車両用操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の操舵装置の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操舵装置の制御手順を示すフローチャート
【図４】本発明の実施形態の操舵装置の作用説明図
【符号の説明】
１  操作部材
２  操舵用アクチュエータ
４  車輪
１１  角度センサ
１３  舵角センサ
１４  速度センサ
１５  車輪速センサ
１６  ヨーレートセンサ
２０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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