(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、
その操作部材の中立位置からの操作量を検出する手段と、
その操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御系と、
操作部材の操作トルクを検出する手段とを備え、
その操舵用アクチュエータは、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制御可能とされ、
その操作用アクチュエータは操作反力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置において、
その操作部材の中立位置からの操作許容量が設定変更可能とされ、
その操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比は、その操作許容量の設定値の大きさが大きくなる程に小さくされ、
その操作部材の中立位置からの操作量が設定された操作許容量に至った時、その操作部材の中立位置から離れる方向への操作を阻止する操作反力が発生するように、その操作トルクと大きさが等しく方向が逆のトルクが操作反力に基づき操作部材に作用するように前記操作用アクチュエータが制御されることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】
その操作部材の中立位置からの操作許容量の設定値は、手動操作スイッチの操作により変更可能とされている請求項１に記載の車両の操舵装置。
【請求項３】
車両の現在位置を求める手段と、
予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の中立位置からの操作許容量の設定値とを対応付けて記憶する手段とを備え、
その操作部材の中立位置からの操作許容量の設定値を、現在の車両走行経路に対応付けて記憶された設定値に一致させることが可能とされている請求項１に記載の車両の操舵装置。
【請求項４】
その車輪の転舵量を検出する手段を備え、
その操作部材の中立位置からの操作量が設定された操作許容量である時、その車輪の転舵量が設定最大値とされる請求項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】
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】
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やセルフアライニングトルクは操作部材に伝達されない。また、ステアリングホイールと車輪とが伝達比可変機構を介して機械的に連結されている操舵装置においては、その操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操作部材の操作量に対応しない。そのため、ドライバーに適正な操舵フィーリングを与える手段が必要になる。そこで、その操作部材を中立位置へ復帰させる方向に作用する反力を発生する操作用アクチュエータを設け、ドライバーに操舵フィーリングを与えている。
【０００４】
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、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を車速のような車両運転条件に応じて変化させ、また、車輪の転舵量が最大である時に操作反力を急増させることで操作部材の過剰操作を阻止することが提案されている（特開平４−１３３８６４号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の操舵装置においては、操作部材の操作許容量を設計上の必要性、ドライバーの好み、走行経路の状況等に応じて任意に設定することができないという問題がある。
本発明は、上記課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、その操作部材の中立位置からの操作量を検出する手段と、その操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御系とを備え、その操舵用アクチュエータは、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制御可能とされ、その操作用アクチュエータは操作反力が変化するように制御可能とされている車両の操舵装置において、その操作部材の中立位置からの操作許容量が設定変更可能とされ、その操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比は、その操作許容量の設定値の大きさが大きくなる程に小さくされ、その操作部材の中立位置からの操作量が設定された操作許容量に至った時、その操作部材の中立位置から離れる方向への操作を阻止する操作反力が発生するように操作用アクチュエータが制御されることを特徴とする。
本発明によれば、操作部材の中立位置からの操作許容量を、車両の特性や種類等に応じた設計上の必要性を充足する値に設定できる。しかも、操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比を、操作部材の中立位置からの操作許容量の設定値の大きさが大きくなる程に小さくすることで、その設定値に応じた操舵特性を得ることができる。
【０００７】
その操作部材の中立位置からの操作許容量の設定値は、手動操作スイッチの操作により変更可能とされているのが好ましい。
これにより、操作部材の操作許容量をドライバーの好みに応じて任意に設定できる。
【０００８】
車両の現在位置を求める手段と、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材の中立位置からの操作許容量の設定値とを対応付けて記憶する手段とを備え、その操作部材の中立位置からの操作許容量の設定値を、現在の車両走行経路に対応付けて記憶された設定値に一致させることが可能とされているのが好ましい。
これにより、操作部材の操作許容量を走行経路の状況に応じて設定できる。
【０００９】
操作部材の操作トルクを検出する手段を備え、その操作部材の中立位置からの操作量が設定された操作許容量である時、その操作トルクと大きさが等しく方向が逆のトルクが操作反力に基づき操作部材に作用するように前記操作用アクチュエータが制御されるのが好ましい。
これにより、操作部材の操作量が操作許容量である時に操作部材の操作を確実に阻止できる。
【００１０】
その車輪の転舵量を検出する手段を備え、その操作部材の中立位置からの操作量が設定された操作許容量である時、その車輪の転舵量が設定最大値とされるのが好ましい。
これにより、操作部材の操作許容量の設定値の如何に関わらず、車輪の最大転舵量を機械的な制限を受けるまで可及的に大きくできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示す本発明の第１実施形態の車両の操舵装置は、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を前部左右車輪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前部左右車輪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。その車輪４の転舵量の大きさはストッパー（図示省略）により機械的に一定以下に制限される。
【００１２】
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。操舵用アクチュエータ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。
【００１３】
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。
【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、本実施形態では、その舵角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。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、舵角センサ１３、トルクセンサ４４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。その操作角δｈ、舵角δ、操作トルクＴｈの符号は、中立位置から左右一方への操舵時は正、左右他方への操舵時は負とされる。
【００１５】
制御装置２０は、操作反力が車両運転条件に応じて変化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。本実施形態では、その運転条件は操作角δｈとされ、操作反力は操作角δｈの増減に応じて増減し、制御装置２０は操作角δｈに相関する操作反力目標値として目標操作トルクＴｈ* を求める。例えば図２に示す操作角δｈと目標操作トルクＴｈ* との関係が制御装置２０に記憶され、その記憶した関係と検出操作角δｈとから制御装置２０は目標操作トルクＴｈ* を求める。なお、車両運転条件は操作角δｈに限定されず、例えば車速センサを設け、操作角δｈと車速とに目標操作トルクＴｈ* が相関するようにしてもよい。また、通常操舵時は一定の操作反力を付与するようにしてもよい。
【００１６】
その制御装置２０に手動操作スイッチ３０が接続されている。その手動操作スイッチ３０の操作により、操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値が変更可能とされている。例えば、その設定値は±９０度〜±３６０度の範囲において無段階あるいは一定角度毎に設定可能とされる。その操作部材１の中立位置からの操作量が設定された操作許容量に至った時、その操作部材１の中立位置から離れる方向への操作を阻止する操作反力が発生するように操作用アクチュエータ１９が制御される。本実施形態では、操作トルクＴｈと大きさが等しく方向が逆のトルクが操作反力に基づき操作部材１に作用するように操作用アクチュエータ１９が制御される。
【００１７】
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。制御装置２０は、操作角δｈと目標舵角δ* と操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値との間の予め定めた関係を記憶する。その関係に従って操舵用アクチュエータ２を制御することで、検出舵角δと目標舵角δ* との偏差をなくすように駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２の駆動信号を出力する。また、操作部材１の操作量に対する車輪の転舵量の比、すなわち操作角δｈに対する舵角δの比δ／δｈは、操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値の大きさが大きくなる程に小さくなる。例えば図３において、操作角δｈと目標舵角δ* との間の関係は、操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値δｈｍａｘが３６０度の時は実線で示すものとされ、その設定値δｈｍａｘが９０度の時は破線で示すものとされる。さらに、操作部材１の中立位置からの操作量が設定された操作許容量である時、車輪４の転舵量は設定最大値とされ、例えば図３において目標舵角δ* が最大値δ* ｍａｘ＝３０度とされる。その車輪４の転舵量の設定最大値は、ストッパーにより転舵が機械的に制限される時の車輪４の転舵量に対応する。
【００１８】
図４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）、手動操作スイッチ３０の操作により設定された操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値δｈｍａｘを読み込み（ステップＳ２）、その設定値δｈｍａｘに応じて検出操作角δｈに対応する目標舵角δ* を演算し（ステップＳ３）、その目標舵角δ* と検出舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステップＳ４）。次に、検出操作角δｈが操作許容量の設定値δｈｍａｘに至ったか否かを判断し（ステップＳ５）、設定値δｈｍａｘに至っていなければ操作角δｈに応じた目標操作トルクＴｈ* を演算し（ステップＳ６）、その目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９を制御する（ステップＳ７）。そして制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ８）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。ステップＳ５において検出操作角δｈが設定値δｈｍａｘに至っていれば、検出操作トルクＴｈと大きさが等しく方向が反対のトルク−Ｔｈを目標操作トルクＴｈ* とし（ステップＳ９）、操作用アクチュエータ１９を制御する。
【００１９】
上記実施形態によれば、操作部材１の中立位置からの操作許容量を、手動操作スイッチ３０の操作により、車両の特性や種類等に応じた設計上の必要性を充足する値に設定したり、ドライバーの好みに応じて任意に設定できる。しかも、操作部材１の操作量に対する車輪４の転舵量の比を、操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値の大きさが大きくなる程に小さくすることで、その設定値に応じた操舵特性を得ることができる。すなわち、その設定値の大きさを大きくすることで走行安定性を向上し、その設定値の大きさを小さくすることで車両の旋回性能を向上できる。また、操作部材１の操作量が操作許容量である時は、操作トルクＴｈと大きさが等しく方向が逆のトルクを作用させることで操作部材１の操作を確実に阻止できる。さらに、操作部材１の中立位置からの操作量が設定された操作許容量である時、車輪４の転舵量が設定最大値とされるので、操作部材１の操作許容量の設定値の如何に関わらず、車輪４の転舵量の設定最大値をストッパーにより機械的な制限を受けるまで可及的に大きくできる。
【００２０】
本発明の第２実施形態の車両の操舵装置として、上記第１実施形態における手動操作スイッチ３０に代えて、図１において２点鎖線で示すように制御装置２０に車両の現在位置を求める手段として測位装置２１を接続してもよい。その測位装置２１としては、例えばＧＰＳを利用して測位する市販のカーナビゲーション装置を用いることができる。
【００２１】
制御装置２０は、予め定めた車両走行経路と、その車両走行経路における予め定めた操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値とを対応付けて記憶する。その予め定める車両走行経路としては、市販のカーナビゲーション装置に記憶されている走行経路情報を利用できる。その予め定める操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値は、例えば、真直な道や曲率の小さなカーブにより主に構成される高速道路や自動車専用道路等では大きくし、曲率の大きなカーブの多い山道等では小さくするといった基準に従って定める。
【００２２】
制御装置２０は、操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値を、測位装置２１により求めた現在の車両走行経路に対応付けて記憶された設定値に一致させる。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の制御手順は、第１実施形態における図４のフローチャートにおけるステップＳ２において、操作部材１の中立位置からの操作許容量の設定値として手動操作スイッチ３０の操作により設定された値δｈｍａｘを読み込むのに代えて、測位装置２１により求めた現在の車両走行経路に対応付けて記憶された設定値δｈｍａｘを読み出す。これにより、操作部材１の操作許容量を走行経路の状況に応じて設定できる。他は第１実施形態と同様とされる。
【００２３】
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Ｈ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１０１に本発明を適用してもよい。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。その回転伝達機構１３０の構成要素をモータ（操舵用アクチュエータ）１３９により駆動することで、そのモータ１３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。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に取り付けられたモータ１３９により駆動される。そのステアリングホイールＨの操作反力に対応する操作トルクとして入力シャフト１０２により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１４４が設けられている。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操作反力を発生する操作用アクチュエータ１１９が設けられている。上記モータ１３９と操作用アクチュエータ１１９の制御に本発明を適用できる。
【００２４】
また、上記各実施形態において、操作部材の中立位置から離れる方向への操作を阻止する操作反力として、車両運転条件に応じた操作反力よりも大きな操作反力を作用させるようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、操作部材の操作許容量を設計上の必要性、ドライバーの好み、走行経路の状況等に応じて任意に設定することができ、その設定値に応じて操舵特性を変化させることができ、また、何れの設定値においても車輪の転舵量を機械的な制限を受けるまで可及的に大きくでき、操作部材の過剰操作を確実に防止できる車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置における操作角と目標操作トルクとの関係を示す図
【図３】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置における操作角と目標舵角との関係を示す図
【図４】本発明の第１実施形態の車両の操舵装置における制御装置による操舵用アクチュエータと操作用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図５】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  操舵用アクチュエータ
３  ステアリングギヤ
４  車輪
１９、１１９  操作用アクチュエータ
２０  制御装置
２１  測位装置
３０  手動操作スイッチ
４４  トルクセンサ
１３９  モータ
Ｈ  ステアリングホイール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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