(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の方向変換時における操舵トルクの大きさが大きくなる程に大きくなる度合い、車両の方向変換時における車両の減速度が大きくなる程に小さくなる度合い、車両の方向変換時における操舵の開始時点に対するブレーキ操作の開始時点の遅れが大きくなる程に大きくなる度合いの中の少なくとも一つに対応する度合いであって、車両の方向変換時にドライバーが制動操作に対して操舵を優先する度合いを操舵依存度として、操舵時にタイヤスリップ角が設定値以上になった時に、操舵依存度が大きくなる程に車両の操舵に要する力と車両の制動力が大きくなり、操舵依存度が小さくなる程に車両の操舵に要する力と車両の制動力が小さくなるように、車両の操舵に要する力の制御信号と車両の制動力の制御信号を出力する車両のステアリング装置。
【請求項２】
その操舵依存度に相関するパラメータを求める手段と、
そのパラメータと操舵依存度の関係を記憶する手段と、
その求めたパラメータと記憶した関係とに基づき操舵依存度を演算する手段とを備える請求項１に記載の車両のステアリング装置。
【請求項３】
操舵依存度を設定するための入力装置を備え、その入力装置の入力操作により操舵依存度が任意の値に設定可能とされている請求項１または２に記載の車両のステアリング装置。
【請求項４】
操舵時における車両挙動のタイヤスリップ角を求めるための変量を求める手段と、
その変量とタイヤスリップ角との予め定めた関係を記憶する手段と、
その求めた変量と記憶した関係とに基づき、タイヤスリップ角が設定値以上か否かを判断する手段と、
その変量と操舵依存度と車両の操舵に要する力と車両の制動力との予め定めた関係を記憶する手段と、
タイヤスリップ角が設定値以上である時に、その求めた変量と操舵依存度と記憶した関係とに基づき、車両の操舵に要する力の制御信号と車両の制動力の制御信号を出力する手段とを備える請求項１〜３の中の何れか１項に記載の車両のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の制動システムと連係するステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
カーブ走行時における速度超過やドライバーの運転ミス等により、車両がスピンやドリフトを起こした場合、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。
【０００３】
そのようなドリフトやスピン等の不安定な車両挙動を防ぐため、車両の制動力や駆動力を制御する技術が開発されている。
【０００４】
しかし、そのような従来技術は、グリップ力が飽和する車両の運動限界付近での車両挙動の安定化を図るものである。その運動限界付近ではタイヤの路面に対するグリップ力に余裕がないため、車両挙動の制御に限界がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできるステアリング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】
本発明の車両のステアリング装置は、操舵時における車両挙動の不安定化防止時に、車両の方向変換時における制動操作に対する操舵の優先度に対応する操舵依存度に応じて、車両の操舵に要する力の制御信号と車両の制動力の制御信号を出力することを特徴とする。
本発明は、車両挙動の不安定化にドライバーの操舵依存度が影響することに着目したことに基づくものである。
図４に示すようにパイロンＰを並べることで、幅３．５ｍの走行路を形成した。その走行路は、図において破線矢印で示すように、車両１０が一台のみ走行できる幅を有し、途中で進路変更のために操舵が必要とされている。また、その進路変更できる距離は１０ｍとされ、進路変更が遅れたり、進路変更が早すぎる場合はパイロンＰに車両１０が衝突するものとされている。
その走行路において複数のドライバーにより時速５０ｋｍでの車両１０の走行試験を行った。なお、車両挙動の不安定化防止が必要な状況を創り出すため、通常の操舵では進路変更ができないように操舵抑制力を作用させ、車両挙動の不安定化に影響する程に急激な操舵を行った場合のみ操舵抑制力を解除できるようにした。
図５、図６は、その走行試験結果であり、図中△印はパイロンＰを倒すことなく車両１０が通過でき、図中○印は車両１０が停止し、図中□はパイロンＰに車両１０が衝突した場合である。図５における横軸は操舵の優先度に対応する最大操舵トルクであり、縦軸は制動操作の優先度に対応する平均減速度である。図６における横軸は操舵の優先度に対応する最大舵角であり、縦軸は制動操作の優先度に対応する平均減速度である。
この走行試験から、車両の方向変換時における制動操作に対する操舵の優先度が高い程に、すなわちドライバーの操舵依存度が大きくなる程にパイロンＰに車両１０が衝突する傾向があり、その制動操作に対する操舵の優先度が低い程に、すなわちドライバーの操舵依存度が小さくなる程に車両１０は停止する傾向があり、制動操作と操舵とがバランスする程にパイロンＰを倒すことなく車両１０は通過できる傾向があることが確認できた。
すなわち、車両の方向変換を行う場合、操舵と制動操作の何れを優先するかはドライバー毎に異なり、その操舵の優先度が高い程に操舵依存度が大きくなる。例えば、車両の方向変換時において操舵トルクが大きく、車両の減速度が小さく、ブレーキペダルの踏力が小さく、操舵の開始時点に対するブレーキ操作の開始時点の遅れが大きくなる程に、操舵依存度は大きくなる。その操作依存度が過大であったり、逆に小さ過ぎる場合、車両の操舵に要する力と車両の制動力とがアンバランスになり、車両挙動が不安定になって車両姿勢をドライバー自らにより制御することができなくなる。
上記本発明の構成によれば、その操舵依存度が大きくなる程に車両の操舵に要する力と車両の制動力を大きくし、その操舵依存度が小さくなる程に車両の操舵に要する力と車両の制動力を小さくすることで、車両の操舵に要する力と車両の制動力とのバランスを適正化することができる。これにより、車両が運動限界に達する前の通常の運転状態において、ドライバー自らの操舵により車両挙動の安定化を図って安全性を向上できる。
【０００７】
その操舵依存度に相関するパラメータを求める手段と、そのパラメータと操舵依存度の関係を記憶する手段と、その求めたパラメータと記憶した関係とに基づき操舵依存度を演算する手段とを備えるのが好ましい。
この構成によれば、その操舵依存度をパラメータに基づき演算することで、時々刻々変化する状況に応じて車両挙動を安定化することができる。
その操舵依存度に相関するパラメータとして、操舵トルクの大きさ、車両の減速度、ブレーキペダルの踏力、操舵の開始時点に対するブレーキ操作の開始時点の遅れ等を求めることができる。
そのパラメータと操舵依存度の関係は、その関係に従うことで、そのパラメータから操舵依存度を求めることができるように定めればよい。
【０００８】
その操舵依存度を任意の値に設定可能な手段を備えるのが好ましい。
この構成によれば、操舵依存度を予め最適な任意の値に設定することで、ドライバーの特性に応じて車両挙動を安定化することができる。
【０００９】
本発明のステアリング装置において、操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量を求める手段と、その変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との予め定めた関係を記憶する手段と、その求めた変量と記憶した関係とに基づき、車両挙動の不安定化防止の必要性を判断する手段と、その変量と操舵依存度と車両の操舵に要する力と車両の制動力との予め定めた関係を記憶する手段と、車両挙動の不安定化防止の必要時に、その求めた変量と操舵依存度と記憶した関係とに基づき、車両の操舵に要する力の制御信号と車両の制動力の制御信号を出力する手段とを備えるのが好ましい。
この構成によれば、操舵依存度に応じて操舵に要する力と制動力とを適正化して円滑に車両挙動を安定化させることができる。
その操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量として、例えば車速、舵角、舵角変化速度、操舵トルク等を求めることができ、さらに、車両と路面との間の摩擦係数、車輪回転速度、車両のヨーレート、車両に作用する横加速度等を併せて求めてもよく、多種の変量を求める程に車両挙動の不安定化防止の精度を向上することができる。
その変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係は、その関係に従うことで、求められた変量から車両挙動の不安定化防止の必要性の有無判断を行うことができ、また、その判断を車両挙動が不安定になる前に行えるように定めればよい。
その変量と操舵依存度と車両の操舵に要する力と車両の制動力との関係は、その関係に従うことで、求めた変量と操舵依存度とに対応する車両の操舵に要する力と車両の制動力とを求めることができ、この求められた値になるように車両の操舵に要する力と車両の制動力とを制御することで車両の挙動安定化を図ることができるように定めればよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１に示す車両のラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールＨに連結される入力軸２と、この入力軸２にトルクセンサ３を介して連結される出力軸４とを備えている。その入力軸２と出力軸４とが、ドライバーにより操舵のために付与されるトルクを車輪に伝達するステアリングシャフトを構成する。その出力軸４はユニバーサルジョイント５を介してピニオン６に接続され、そのピニオン６に噛み合うラック７に車輪８が連結される。操舵トルクがステアリングホイールＨ、入力軸２、トルクセンサ３、出力軸４、およびピニオン６を介してラック７に伝達されると、そのラック７の移動により車両の操舵がなされる。また、その入力軸２に舵角センサ９が取り付けられている。なお、本実施形態では前輪が操舵されるが、前後輪が操舵されてもよい。
【００１２】
その出力軸４の外周にベベルギヤ１２が嵌合され、このベベルギヤ１２に噛み合うベベルギヤ１５が、アクチュエータ１３により回転駆動される。これにより、そのアクチュエータ１３は、ドライバーにより付与されるトルクに付加されるトルクを発生する。
【００１３】
車両の各車輪８を制動するために制動システムが設けられている。すなわち、ブレーキペダル１６の踏力に応じた制動圧をマスターシリンダ１７により発生させる。その制動圧は、制動圧制御ユニット１８により増幅されると共に各車輪８のブレーキ装置１９に分配され、各ブレーキ装置１９が各車輪８に制動力を作用させる。その制動圧制御ユニット１８は、コンピューターにより構成されるブレーキ系コントローラ６０に接続される。そのブレーキ系コントローラ６０に、各車輪８それぞれの回転速度を個別に検知するセンサ５２と、各車輪８それぞれの制動力を個別に検知するセンサ６１が接続される。そのブレーキ系コントローラ６０は、その車輪速センサ５２により検知される各車輪８の回転速度と制動力検知センサ６１によるフィードバック値に応じて、制動圧を増幅すると共に分配することができるように制動圧制御ユニット１８を制御し、これにより、各車輪の制動力を個別に制御することが可能とされている。なお、制動圧制御ユニット１８は、ブレーキペダル１６の操作がなされていない場合でも、内蔵するポンプにより制動圧を発生することが可能とされている。
【００１４】
そのトルクセンサ３は、その入力軸２から出力軸４へ伝達するトルク、すなわちステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクを検出する。そのトルクセンサ３は、コンピューターにより構成されるステアリング系コントローラ５０に接続される。そのステアリング系コントローラ５０に、舵角センサ９、アクチュエータ１３、車速センサ５１、車両と路面との間の摩擦係数を検知する摩擦係数センサ６２、およびブレーキ系コントローラ６０が接続される。
【００１５】
操舵時における車両挙動の不安定化に影響する変量として、例えば、上記車速センサ５１により車速が求められ、舵角センサ９により舵角が求められ、トルクセンサ３により操舵トルクが求められ、舵角センサ９によって求められる舵角からステアリング系コントローラ５０により舵角変化速度が求められ、車輪速センサ５２により各車輪８の回転速度が求められ、摩擦係数センサ６２により車両と路面との間の摩擦係数が求められる。
【００１６】
そのステアリング系コントローラ５０は、その変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係を記憶する。その変量と車両挙動の不安定化防止の必要性との関係は、その関係に従うことで、求めた変量から車両挙動の不安定化防止の必要性の有無判断を行うことができ、また、その判断を車両挙動が不安定になる前に行えるように定めればよい。この関係は実験により求めることができる。この記憶した関係と求めた変量に基づいて、ステアリング系コントローラ５０は車両挙動の不安定化防止の必要性を判断することができる。
例えば、図２に示すように、タイヤスリップ角とコーナリングフォースとの関係は、タイヤスリップ角が小さい間は線形関係であるが、大きくなると線形関係から外れるため車両挙動は不安定になる。よって、その変量からタイヤスリップ角を求め、そのタイヤスリップ角が設定値以上になった時点で車両挙動の不安定化防止が必要であると判断する。その変量とタイヤスリップ角との関係は実験により求めることができる。
【００１７】
車両の方向変換時における制動操作に対する操舵の優先度に対応する操舵依存度に相関するパラメータとして、例えば、操舵トルク、車両の減速度、ブレーキペダル１６の踏力、操舵の開始時点に対するブレーキ操作の開始時点の遅れが求められる。そのブレーキペダル１６の踏力は制動圧検知センサ６４の検出値により、操舵の開始時点は舵角センサ９の検出開始時点により、ブレーキ操作の開始時点は制動圧検知センサ６４の検出開始時点により求めることができる。
【００１８】
ステアリング系コントローラ５０は、そのパラメータと操舵依存度の関係を記憶し、その求めたパラメータと記憶した関係とに基づき操舵依存度を演算する。操舵トルクが大きく、車両の減速度が小さく、ブレーキペダル１６の踏力が小さく、操舵の開始時点に対するブレーキ操作の開始時点の遅れが大きい程に、操舵依存度は大きくなる。
【００１９】
そのステアリング系コントローラ５０は、上記変量と操舵依存度と車両の操舵に要する力と車両の制動力との予め定めた関係を記憶する。その変量と操舵依存度と車両の操舵に要する力と車両の制動力との関係は、この関係に従うことで、求めた変量と操舵依存度とに対応する車両の操舵に要する力と車両の制動力とを求めることができ、この求められた値になるように車両の操舵に要する力と車両の制動力とを制御することで、車両の挙動安定化を図ることができるように定められる。この関係は実験により求めることができる。
【００２０】
そのステアリング系コントローラ５０に、その操舵依存度を任意の値に設定するための入力装置７０が接続され、オペレータによる入力操作によって、操舵依存度を任意の値に設定することが可能とされている。この入力装置７０は、例えばキーボードにより構成できる。その操舵依存度の入力値はステアリング系コントローラ５０により記憶される。また、その入力装置７０から、操舵依存度の選択信号がステアリング系コントローラ５０にオペレータの操作により入力可能とされ、操舵依存度として入力装置７０により設定された値と上記のようにステアリング系コントローラ５０により演算されることで自動設定された値の何れを用いるかを選択することが可能とされている。
【００２１】
そのステアリング系コントローラ５０は、その求めた変量と、操舵依存度と、記憶した変量と操舵依存度と車両の操舵に要する力と車両の制動力との関係とに基づき、車両挙動の不安定化防止の必要時に、求めた変量と操舵依存度とに対応する車両の操舵に要する力と車両の制動力とを求める。この求められた値になるように車両の操舵に要する力の制御信号をアクチュエータ１３に出力すると共に、車両の制動力の制御信号をブレーキ系コントローラ６０に出力する。これにより、検知された操舵トルクと、その求められた操舵に要する力に対応するトルクとの偏差が零になるようにアクチュエータ１３が制御される。また、上記制動力検知センサ６１により検知される各車輪８の制動力と、その求められた制動力との偏差が零になるように、各ブレーキ装置１９が制御される。このアクチュエータ１３によって付加されるトルクと制動力の制御により、その操舵依存度が大きい程に車両の操舵に要する力と車両の制動力が大きくされる。つまり、アクチュエータ１３の駆動力が小さくされる。また、その操舵依存度が小さい程に車両の操舵に要する力と車両の制動力が小さくされる。つまり、アクチュエータ１３の駆動力が大きくされる。これにより、車両の操舵に要する力と車両の制動力とのバランスが適正化される。
【００２２】
図３のフローチャートは上記システムの制御手順を示す。
まず、ステアリング系コントローラ５０およびブレーキ系コントローラ６０は、上記各センサにより検知されるデータを読み込む（ステップ１）。
【００２３】
次に、上記のように、操舵時における車両挙動の不安定化に影響する求められた変量に基づいて、車両挙動の不安定化防止の必要性の有無を判断する（ステップ２）。
【００２４】
車両挙動の不安定化防止の必要性がない場合、ステアリング系コントローラ５０によるアクチュエータ１３の制御により、検知された操舵トルクと車速に応じて通常の操舵補助力が付与される（ステップ３）。
【００２５】
ステップ２において車両挙動の不安定化防止の必要性がある場合、操舵依存度として、ステアリング系コントローラ５０により演算されることで自動設定される値を用いるか否かが、上記入力装置７０から入力される選択信号に基づき判断される（ステップ４）。
【００２６】
ステップ４において、操舵依存度として自動設定される値が用いられる場合、上記のように求めたパラメータと記憶した関係とに基づき操舵依存度を演算し、その演算した値を操舵依存度として設定する（ステップ５）。
【００２７】
ステップ４において、操舵依存度として自動設定される値を用いない場合、入力装置７０によりオペレータにより操舵依存度として設定された値を読み出し、その値を操舵依存度として設定する（ステップ６）。
【００２８】
ステップ５またはステップ６において操舵依存度を設定した後に、ステアリング系コントローラ５０は、上記のように、求めた変量と操舵依存度とに対応する車両の操舵に要する力と車両の制動力とを求め、この求められた値になるように車両の操舵に要する力の制御信号をアクチュエータ１３に出力すると共に、車両の制動力の制御信号をブレーキ系コントローラ６０に出力する。これにより、車両の操舵に要する力と車両の制動力とのバランスを適正化することで車両の安定化制御を行う（ステップ７）。
【００２９】
上記制御は車両のエンジンが停止するまで繰り返される（ステップ８）。
【００３０】
上記構成によれば、操舵依存度が大きくなる程に車両の操舵に要する力と車両の制動力を大きくし、その操舵依存度が小さくなる程に車両の操舵に要する力と車両の制動力を小さくすることで、車両の操舵に要する力と車両の制動力とのバランスを適正化することができる。これにより、車両が運動限界に達する前の通常の運転状態において、ドライバー自らの操舵により円滑に車両挙動の安定化を図って安全性を向上できる。その操舵依存度をパラメータに基づき求めることで、時々刻々変化する状況に応じて車両挙動を安定化することができる。また、その操舵依存度を予め最適な任意の値に設定することで、ドライバーの特性に応じて車両挙動を安定化することができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ステアリング装置はラックピニオン式に限定されず、ボールスクリュー式であってもよい。さらに、アクチュエータ、そのアクチュエータの減速機の種類、アクチュエータの操舵機構への連結位置は任意に設定できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライバー自らの操舵により円滑に車両挙動の安定化を図ることで、安全性、操舵フィーリングを向上できる車両のステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のステアリング装置の構成説明図
【図２】タイヤスリップ角とコーナリングフォースとの関係を示す図
【図３】本発明の実施形態のステアリング装置の制御手順を示すフローチャート
【図４】車両の走行試験の説明図
【図５】車両の走行試験の結果を示す最大操舵トルクと平均減速度との関係を示す図
【図６】車両の走行試験の結果を示す最大舵角と平均減速度との関係を示す図
【符号の説明】
１  ラックピニオン式電動パワーステアリング装置
３  トルクセンサ
８  車輪
９  舵角センサ
１３  アクチュエータ（電動モータ）
１８  制動圧制御ユニット
１９  ブレーキ装置
５０  ステアリング系コントローラ
５１  車速センサ
５２  車輪速検知センサ
６０  ブレーキ系コントローラ
６１  制動力検知センサ
６２  摩擦係数センサ
６４  制動圧検知センサ
７０  入力装置
【図１】
0003774052.tif 000002
【図２】
0003774052.tif 000003
【図３】
0003774052.tif 000004
【図４】
0003774052.tif 000005
【図５】
0003774052.tif 000006
【図６】
0003774052.tif 000007