JP2007308011A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブステア制御によるステアリングホイールへの反力伝達を防止する。
【解決手段】電動モータ６によりラック軸３を駆動する補助操舵力を発生させると共に、横風などの外乱による車両の進行方向のずれをラック軸に対して相対的に車輪ＷＬ・ＷＲを転舵して修正するために、ラック軸の両端と左右のタイロッド５との間に転舵アクチュエータ４を設けた操舵装置において、転舵アクチュエータ駆動時の反力によりラック軸を介してステアリングホイール１が回動することを防止するべく、反力によるラック軸の変位を防止するように電動モータを駆動制御する。外乱に対する修正制御を行っていることを運転者がステアリングホイール１を介して感じることがなく、何等違和感を生じることなく安定した走りを達成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵力補助アクチュエータの他に転舵アクチュエータを有する車両用操舵装置に関するものである。

従来、左右の操舵輪の舵角比を可変制御して、横風のような外乱に対して安定した走行を可能にしたり、コーナー走行に適した操舵を可能にしたりするアクティブステア機構を設けた車両用操舵装置があった（例えば特許文献１参照）。
特開平９−１９３８２７号公報

上記操舵装置にあっては、ステアリングシャフトと噛み合うラック軸およびラックがボールジョイント部を介して左右のタイロッドに連結され、左右のタイロッドの長さをそれぞれに対応して設けた油圧シリンダにより伸縮制御することにより、左右操舵輪を転舵制御することができるようにしている。これにより、左右の操舵輪を独立して転舵制御することができ、横風などの外乱となる種々の情報に応じて転舵制御することにより自動操縦への対応が可能となる。

しかしながら、車両の走行時における横風のような外乱による進行方向の乱れを解決するような修正操舵を行い、走行安定性を向上させることができるが、例えば横風に対する修正転舵制御を行う場合に、操舵輪を転舵させる時に生じるアクチュエータの反力がラック軸に伝達されると、その反力がステアリングシャフトを介してステアリングホイールに伝わってステアリングホイールが揺動するという問題がある。その場合には修正転舵を行う度にステアリングホイールが揺れることになり、運転者が違和感を覚えるという不具合が生じる。

このような課題を解決して、横風のような外乱に対して操舵輪の修正転舵制御を行う車両用操舵装置におけるステアリングホイールの挙動の違和感を防止することを実現するために本発明に於いては、運転者により操作されるステアリングホイール（１）と、前記ステアリングホイール（１）に連結されているステアリングシャフト（２）と、前記ステアリングシャフト（２）の回動運動を左右方向運動に変換して左右の操舵輪（ＷＬ・ＷＲ）を転舵するべく前記ステアリングシャフト（２）と当該左右の操舵輪（ＷＬ・ＷＲ）との間に設けられた操舵力伝達ロッド（３）と、前記ステアリングホイール（１）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ（８）と、前記ステアリングホイールの操舵力を補助するトルクを前記トルクセンサ（８）の検出値に応じて発生させるべく前記ステアリングシャフト（２）または前記操舵力伝達ロッド（３）に設けられた操舵力補助アクチュエータ（６）と、前記操舵力伝達ロッド（３）に対して前記左右の操舵輪（ＷＬ・ＷＲ）を相対的に転舵するべく前記操舵力伝達ロッド（３）と前記左右の操舵輪（ＷＬ・ＷＲ）との間にそれぞれ設けられた２つの転舵アクチュエータ（４）と、前記各アクチュエータ（４・６）を制御する制御装置（７）とを有し、前記転舵アクチュエータ（４）により修正する転舵を行う場合に、前記転舵アクチュエータ（４）に生じる反力により前記操舵力伝達ロッド（３）が変位することを防止するべく前記操舵力補助アクチュエータ（６）の駆動力を補正制御するものとした。

このように本発明によれば、左右の操舵輪に対して操舵とは別個に転舵可能な２つの転舵アクチュエータを設けて、横風などの外乱により進行方向が乱れる虞が生じた場合にそれを修正する向きに各操舵輪を転舵させると共に、その転舵を行うことにより転舵アクチュエータの反力がステアリングシャフトを介してステアリングホイールに伝達されることを防止する向きに操舵力補助アクチュエータを制御することができ、外乱に対して転舵アクチュエータにより操舵輪の転舵制御を行っている場合にその転舵アクチュエータの反力によりステアリングホイールが回動することを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用されたアクティブステア機構を備える車両用操舵装置を示す模式的全体図である。図に示されるように、運転者が操作するステアリングホイール１に同軸に結合されたステアリングシャフト２に、例えばラックアンドピニオン機構により操舵力伝達ロッドとしてのラック軸３が連結されている。ラック軸３は、操舵輪となる例えば前輪である左右の車輪ＷＬ・ＷＲ間に延在しかつ左右方向に変位自在に設けられている。

ラック軸３の両端にはそれぞれ転舵アクチュエータ４が設けられており、そのようにして左右に設けられた転舵アクチュエータ４がタイロッド５を介して各車輪ＷＬ・ＷＲのナックルアームに連結されている。ステアリングホイール１を図の矢印Ａに示されるように左右に回転させることにより、ラック軸３が図の矢印Ｂに示されるように左右方向に変位し、左右の転舵アクチュエータ４及びタイロッド５を介して左右の車輪ＷＬ・ＷＲが矢印Ｃに示されるように転舵される。そのラック軸３の変位に要する操舵力を軽減するべくラック軸３を軸線方向に駆動し得る操舵力補助アクチュエータとしての電動モータ６が設けられている。なお、電動モータ６とラック軸３との間の駆動力伝達はボールねじ機構により行われるものであって良い。

電動モータ６及び転舵アクチュエータ４は制御装置７により駆動制御される。したがって、制御装置７には駆動制御に用いる基準値となる複数のセンサ信号が入力している。センサ信号としては、ステアリングシャフト２に取り付けられた操舵トルクセンサ８及び操舵角センサ９からの操舵トルクＴ及び操舵角θと、車両の適所に設けられた車速センサ１１とヨーレイトセンサ１２と横加速度センサ１３とからの車速Ｖとヨーレイトγと横加速度Ｇなどであって良い。

図２は転舵アクチュエータ４の一例を示す側断面図である。図２の転舵アクチュエータ４にあっては、電動アクチュエータであり、円筒状ケーシング４ａ内に円板状ピストン４ｂが軸線方向に変位自在に受容され、ピストン４ｂに同軸に一体化されたロッド４ｃの一端部がケーシング４ａの外方に突出している。ピストン４ｂはケーシング４ａ内で所定量変位可能に規制されていると共に、例えば一対の圧縮コイルばね４ｅにより中間位置に弾発保持されるようになっている。ロッド４ｃの外方突出端にはタイロッド５の一端が連結されている。

ケーシング４ａの内部にはロッド４ｃを外囲する円筒状アーマチュアを有する電動モータ４ｄが設けられている。その円筒状アーマチュアとロッド４ｃとの間にはボールねじ機構が設けられている。これにより、電動モータ４ｄの回転力がロッド４ｃの軸線方向力に変換されるため、ラック軸３（ケーシング４ａ）に対してロッド４ｃのみを図の矢印Ｄに示されるように変位させることができ、それによりラック軸３を動かさずに各車輪ＷＬ・ＷＲを任意の角度に転舵させることができる。

図３は本操舵装置のメインルーチンを概略示すフロー図である。まずステップＳＴ１で各センサ信号の読み込み処理を行う。センサ信号としては、上記したように操舵角θ・車速Ｖ・ヨーレイトγ・横加速度Ｇなどである。次のステップＳＴ２ではそれら各信号に基づいて現在の車両状態量の推定を行う。車両状態量とは、例えばグリップ走行中であるか、ドリフト走行やスピン状態に対する程度などを数値化したものであって良い。次のステップＳＴ３ではステップＳＴ１の例えば操舵角θと車速Ｖとに基づいて規範ヨーレイトγeや規範横加速度Ｇeや規範スリップ角βe等を算出し、規範車両モデルを求める。

ステップＳＴ４では、車両状態量と規範車両モデルとを比較して、例えば規範ヨーレイトγeに対してヨーレイトγが許容範囲外となっていた場合や規範横加速度Ｇeに対して横加速度Ｇが許容範囲外になっていた場合などには、直進走行や車速に対する許容範囲内の操舵角一定走行にあっては横風などの外乱による影響であると判断して規範車両モデルで走行する状態に近づける向きに車輪ＷＬ・ＷＲを転舵するための制御量を算出する。

次のステップＳＴ５では、上記制御量で転舵アクチュエータ４を駆動した場合にヨーレイトγや横加速度Ｇを考慮して車輪ＷＬ・ＷＲを転舵するのに必要な発生トルクを算出する。そしてステップＳＴ６では、ステップＳＴ５で算出したトルクを発生させる電流で転舵アクチュエータ４を所定量（変位）駆動する。例えば高速直進走行時にヨーレイトγが発生した場合には、そのヨーレイトγ及び車速Ｖにより車両の進行方向に対してずれた角度を推定し、そのずれ角を修正するように左右の転舵アクチュエータ４を駆動して必要な車輪ＷＬ・ＷＲを転舵する。これにより、外乱による進行方向の乱れを抑制することができる。

そして、ステップＳＴ７では、ステアリングホイール１を操舵した場合の操舵力補助制御を行う。その詳細な説明を図４を参照して以下に示す。まずステップＳＴ１１で各信号の読み込み処理を行う。ここで読み込む信号としては、操舵トルクＴｓやモータ電流Ｉｍなどであって良い。操舵トルクＴｓは上記操舵トルクセンサ８により検出され、モータ電流Ｉｍは、電動モータ６に流れる電流であり、例えば制御装置７内に設けた電流センサにより検出される。

次のステップＳＴ１２では、電動モータ６による操舵アシスト力を発生させるための指令値としてのＰ／Ｓアシスト指示値ＰＳａを算出する。このアシスト指示値ＰＳａはステアリングホイール１の操舵に対するアシスト力を発生させるための電動モータ６に対する駆動制御値であり、公知の電動操舵装置における制御と同様であって良い。例えばステップＳＴ１１で読み込んだ操舵トルクＴｓ及びモータ電流Ｉｍの大きさに基づいてアシスト指示値ＰＳａを求めることができる。

次のステップＳＴ１３では、本発明に基づく電動モータ６の補正制御を行うためのＰ／Ｓ補正指示値ＰＳｈを算出する。このＰ／Ｓ補正指示値ＰＳｈは、上記した転舵アクチュエータ４の駆動により生じるラック軸３に対する反力によるステアリングホイール１の回動を防止するためのものであり、その反力を打ち消す向きかつ大きさの駆動力をラック軸３に発生させるためのものである。例えば、ラック軸３の駆動方向をステップＳＴ４で算出した転舵アクチュエータ４の制御量（左右転舵方向及び変位量）に応じて求め、駆動力の大きさをステップＳＴ５で算出した転舵アクチュエータ４の発生トルクに応じて求めて、Ｐ／Ｓ補正指示値ＰＳｈとして算出する。

そして、ステップＳＴ１４では、上記ステップＳＴ１２で算出したＰ／Ｓアシスト指示値ＰＳａと、ステップＳＴ１３で算出したＰ／Ｓ補正指示値ＰＳｈとを加算して電動モータ６による補助操舵力を発生する制御信号となるＰ／Ｓ指示値を求める。次のステップＳＴ１５でそのＰ／Ｓ指示値により電動モータ６を駆動制御して、本Ｐ／Ｓ制御ルーチンを終了する。なお、このＰ／Ｓ制御ルーチンは、メインルーチンステップＳＴ１〜７の実行の度に行うものであり、所定の制御サイクルで繰り返し実行される。

このようにして、ラック軸３の両端に転舵アクチュエータ４を設けて、外乱に対して車両の進行方向のずれを自動的に修正する制御を行うものにおいて、転舵アクチュエータ４の駆動時に生じるラック軸３に対する反力の影響を受けてラック軸３が変位してしまうことを防止することができる。したがって、そのようなアクティブステア機構を設けた操舵装置において、外乱に対する修正制御を行っていることを運転者がステアリングホイール１を介して感じることがなく、何等違和感を生じることなく安定した走りを達成することができる。

上記図示例では転舵アクチュエータ４として電動モータを適用した例を示したが、電動モータに限られるものではなく、油圧駆動としても良く、図５にその例を示す。図５の例では、ラック軸３の両端に油圧シリンダ１４を設け、そのピストンロッド１５の外方突出端にタイロッド５が結合されている。両油圧シリンダ１４の第１の油圧室１４ａ同士が互いに配管を介して連通し、第２の油圧室１４ｂには戻しばね１４ｃが受容され、各油圧室１４ａ・１４ｂには作動油が充満している。各第２の油圧室１４ｂは４ポート３位置電磁制御弁１６の２つの入出力ポートにそれぞれ配管され、制御弁１６の他の２つの入出力ポートに油圧ポンプ１７とタンク１８とが配管されている。

制御弁１６は、油圧ポンプ１７及びタンク１８と各第２の油圧室１４ｂとの接続関係を切り換える２位置と、それらの連通を閉鎖する中立位置とを取り得る。なお、制御弁１６の各位置への切り換え制御と油圧ポンプ１７の駆動制御は油圧回路制御用に変更した制御装置７により行われる。

この油圧駆動による転舵アクチュエータ機構においても上記電動モータ駆動による転舵アクチュエータ４と同様にアクティブステアの制御を行うことができる。例えば通常の操舵力補助制御の場合には制御弁１６を中立位置にして電動モータ６による操舵力補助制御を行い、ラック軸３を動かさずに車輪ＷＬ・ＷＲを左右いずれかに転舵する場合には制御弁１６をいずれか一方のポート連通位置に切り換え、かつ転舵量に応じて油圧ポンプ１７による作動油供給制御を行う。

また、転舵アクチュエータ４の位置も図１に示されるようにラック軸３とタイロッド５との間に限られるものではなく、図６に示されるようにタイロッド５の一部を構成するように設けられていても良い。この場合の転舵アクチュエータ４の構造の一例を図７に示す。なお、上記図示例（図２）と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

図７のものにあっては、短縮化されたタイロッド５にケーシング４ａが同軸にねじ結合され、ロッド４ｃの突出端部がタイロッドと同様のロッドエンド形状に形成されている。アクティブステア制御を行う場合には、上記と同様に操舵アクチュエータ４の駆動制御を行うことによりタイロッド部分が伸縮し、それに応じて車輪ＷＬ・ＷＲを任意の角度に転舵させることができる。

本願発明の対象となる操舵装置にあっては、転舵アクチュエータの動作時の反力によるラック軸３の変位を防止する制御対象は操舵補助力を発生させる電動モータ６であり、上記したような種々の構造の転舵アクチュエータを用いた操舵装置であっても適用可能であり、汎用性が高い。具体的には、ステアリングホイール１に対して、操舵補助力発生手段（電動モータ６）・アクティブステア機構（転舵アクチュエータ４）・車輪ＷＬ・ＷＲの順にレイアウトされている操舵装置に対して好適に適用可能である。この構成の場合には、従来の操舵装置のギアボックスをそのまま活用でき、アクティブステア専用のギアボックスを必要としない。同様にコラムも変更する必要が無く、従来の構造のままのものを活用できるなど、本発明の適用において製造コストの大きな高騰化は生じない。

本発明が適用されたアクティブステア機構を備える車両用操舵装置を示す模式的全体図である。 転舵アクチュエータを示す側断面図である。 本操舵装置のメインルーチンを示すフロー図である。 本発明に基づく制御を示すフロー図である。 転舵アクチュエータの第２の例を示す図である。 転舵アクチュエータの取り付け位置を変えた例を示す図である。 図６の転舵アクチュエータを示す図２に対応する図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ラック軸（操舵力伝達ロッド）
６ 電動モータ（操舵力補助アクチュエータ）
７ 制御装置
８ トルクセンサ
ＷＬ・ＷＲ 車輪（操舵輪）

Claims (1)

1. 運転者により操作されるステアリングホイールと、前記ステアリングホイールに連結されているステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回動運動を左右方向運動に変換して左右の操舵輪を転舵するべく前記ステアリングシャフトと当該左右の操舵輪との間に設けられた操舵力伝達ロッドと、前記ステアリングホイールに加えられたトルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングホイールの操舵力を補助するトルクを前記トルクセンサの検出値に応じて発生させるべく前記ステアリングシャフトまたは前記操舵力伝達ロッドに設けられた操舵力補助アクチュエータと、前記操舵力伝達ロッドに対して前記左右の操舵輪を相対的に転舵するべく前記操舵力伝達ロッドと前記左右の操舵輪との間にそれぞれ設けられた２つの転舵アクチュエータと、前記各アクチュエータを制御する制御装置とを有し、
   前記転舵アクチュエータにより修正する転舵を行う場合に、前記転舵アクチュエータに生じる反力により前記操舵力伝達ロッドが変位することを防止するべく前記操舵力補助アクチュエータの駆動力を補正制御することを特徴とする車両用操舵装置。

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