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発明の名称 車両用操舵装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−1426(P2007−1426A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−183730(P2005−183730)
出願日 平成17年6月23日(2005.6.23)
代理人 【識別番号】100067356
【弁理士】
【氏名又は名称】下田 容一郎
発明者 大山 泰晴 / 佐野 彰一
要約 課題
操作素子の操作で転舵用タイヤを左または右に転舵させたときに操作素子を戻さなくても転舵用タイヤを中立位置に戻すことができ、操舵操作を簡単に行うことができる車両用操舵装置を提供する。

解決手段
この車両用操舵装置10は、運転者の操舵操作に応じて操作量を発生する操作素子11と、操作素子11の操作量を検出する操作量検出部13と、タイヤ19の向きを変更する舵角発生部17等と、操作素子の操作量に応じて舵角発生部17等を駆動する制御装置20とを備え、さらにリセット信号発生部42を有し、かつ制御装置は、リセット信号発生部からのリセット信号を入力した時、このリセット信号に基づきタイヤの向きが中立位置になるように舵角発生部等の駆動を制御するタイヤ中立位置設定手段(選択部41と偏差演算部44等)を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
運転者の操舵操作に応じて操作量を発生する操作素子と、前記操作素子の前記操作量を検出する操作量検出手段と、タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータと、前記操作素子の前記操作量に応じて前記転舵アクチュエータを駆動する制御手段とを備える車両用操舵装置において、
リセット信号発生手段を有し、
前記制御手段は、前記リセット信号発生手段からのリセット信号を入力した時、このリセット信号に基づき前記タイヤの向きが中立位置になるように前記転舵アクチュエータの駆動を制御するタイヤ中立位置設定手段を備える、
ことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項2】
前記タイヤ中立位置設定手段は、前記リセット信号が入力された時の前記操作量を基準として、前記リセット信号入力後における前記転舵アクチュエータの駆動制御を行うことを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は車両用操舵装置に関し、特に、操作素子と転舵機構が機械的に分離されたステア・バイ・ワイヤ(SBW)式であって操作素子を戻さなくても転舵用タイヤを中立位置に戻せる車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の車両の操舵系では、従来、ハンドル等のハンドル角(操舵角)で転舵輪(転舵用タイヤ)の舵角を制御する通常のハンドル角制御の操舵系が知られている。
【0003】
通常のハンドル角制御の操舵系は、一般的には、ハンドルと転舵機構が機械的に連結された関係にあり、ハンドル等を操作し車体の中心軸に対して転舵用タイヤを左右に切って操舵を行う。転舵用タイヤで生じる舵角はハンドルのハンドル角に応じて決まる。他方、ハンドル等の操作素子と転舵機構とが機械的に分離されたステア・バイ・ワイヤ(SBW)式の操舵系であって、通常のハンドル角制御の操舵系と同様に、ハンドルを操作してハンドル角を生じ、これにより電子的制御に基づき転舵用タイヤに舵角を生じさせ、転舵動作させる通常のステア・バイ・ワイヤ式の操舵系も存在する。このような通常のステア・バイ・ワイヤ式の操舵系では、良く知られた通常の従来の操舵系と同様な態様でハンドル等を操舵する。
【0004】
ここで、関連する公知の先行技術として特許文献1に記載された操舵制御装置を挙げる。この操舵制御装置は、ハンドルに結合された操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離された関係にあり、その代わりに、これらの連結関係を電子的制御装置で仮想的に実現するようにしている。この操舵系は、前述した通常のステア・バイ・ワイヤ(SBW)式の操舵系であり、ハンドルを操舵すると、電子的制御に基づき、転舵輪において操舵角に応じた舵角を生じさせる。
【特許文献1】特開平10−258748号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のよく知られた通常のハンドル角制御(または「タイヤ角制御」ともいう)による操舵系で例えば走行車線から追越し車線への車線変更の際のハンドル操作では、初めに転舵用タイヤを右に転舵し、車線境界領域を過ぎたらハンドルを戻し始め、中立位置を過ぎてさらに左に転舵し、追越し車線に到達したらハンドルを中立位置まで戻す、という一波長の正弦波のような操舵が要求される。また90度旋回のようなハンドル操作では、同様にして、半波長の正弦波のような操舵が要求され、90度旋回後に直線走行に戻る度に必ずハンドルを中立位置に戻すという操作が必要になる。
【0006】
従来の通常の操舵系における上記のようなハンドルの操作方法は、初心者にとってはわかりにくく、運転技術の習得を困難なものにしている。さらに緊急車線変更のように迅速な操舵が必要な場合には、操舵量が多くなり、熟練運転者であっても適切な操舵を行うことが困難な場合が生じる。
【0007】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、操作素子の操作で転舵用タイヤを左または右に転舵させたときに操作素子を戻さなくても転舵用タイヤを中立位置に戻すことができ、操舵操作を簡単に行うことができる車両用操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る車両用操舵装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【0009】
第1の車両用操舵装置(請求項1に対応)は、運転者の操舵操作に応じて操作量を発生する操作素子(ハンドル等)と、操作素子の操作量を検出する操作量検出部と、タイヤの向きを変更する転舵アクチュエータ(舵角発生部17および転舵機構18)と、操作素子の操作量に応じて転舵アクチュエータを駆動する制御部とを備え、さらにリセット信号発生部を有し、かつ制御部は、リセット信号発生部からのリセット信号を入力した時、このリセット信号に基づきタイヤの向きが中立位置になるように転舵アクチュエータの駆動を制御するタイヤ中立位置設定手段(選択部41と偏差演算部44)を備える。
【0010】
上記の構成によれば、通常のハンドル角制御のステア・バイ・ワイヤ式の操舵系であって転舵用タイヤを転舵させた後に、タイヤ中立位置設定手段に基づいて、当該タイヤを運転者の意思または自動的な制御で中立位置に戻すように構成したため、運転者は旋回等の走行でハンドル等の操舵後に一々ハンドル等を戻さなくともよい。
【0011】
第2の車両用操舵装置(請求項2に対応)は、上記の構成において、好ましくは、タイヤ中立位置設定手段は、リセット信号が入力された時の上記の操作量を基準として、リセット信号入力後における転舵アクチュエータの駆動制御を行うことで特徴づけられる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、車両を走行運転で車線変更・右左折・旋回等の操舵を行う場合において、ハンドル等の操舵後に、所定条件に基づいて、転舵されたタイヤを中立位置に戻す、すなわち舵角を0にするタイヤ中立位置設定手段を設けたため、運転者はハンドル等を元の中立位置に戻す必要がなくなり、自動車等の運転が容易になり、運転者の負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。
【0014】
図1は、本発明の実施形態に係る車両用操舵装置の模式構造図である。車両用操舵装置10は、車両に搭載され、ハンドル等の操作素子11(以下では「ハンドル11」という)の操舵入力に対して、転舵輪である前側タイヤ19の舵角(転舵角)を任意に制御できる電子制御式の操舵装置である。
【0015】
ハンドル11は、運転者が操舵操作することにより、前側タイヤ19の舵角を設定する操作量(ハンドルの操舵角またはハンドル角)を入力する入力手段である。前側タイヤ19の舵角を設定する量は「θ」で表される。実際にはハンドル11の操作量は「Θ」として出力される。ハンドル11の実際の操作量を「Θ」とするとき、通常において操作量Θは「nθ」に設定される。ここで「n」は、運転者のハンドル操作感覚を考慮して適宜に設定される係数である。
【0016】
操作量検出部13は、ハンドル11から運転者により入力された操作量すなわちハンドル操舵角Θを検出し、このハンドル操舵角Θを制御装置(ECU)20に入力する。操作量検出部13は、ロータリエンコーダ等を用いて、操舵軸12の回転を検出することで、ハンドル11の所定位置からのハンドル操舵角Θに係る信号13sを制御装置20へ供給するように構成される。
【0017】
操舵反力発生アクチュエータ14は、制御装置20により制御され、ハンドル11に反力を与えるものである。操舵反力発生アクチュエータ14は、通常、モータによって構成されるので、以下では「操舵反力発生モータ14」と記す。操舵反力発生モータ14には、図示しないギア機構等が備えられ、制御装置20から供給されるモータ電流14s等の大きさに応じた操舵反力(T)を与えるよう構成している。
【0018】
操舵トルクセンサ15は、ハンドル11から入力される操舵トルクを検出し、操舵トルク信号15sを制御装置20に対して出力する。
【0019】
車速センサ16は、車速Vに係る信号16sを制御装置20へ供給する。
【0020】
舵角発生部17は舵角アクチュエータであり、通常はモータが用いられる。舵角発生部17は、制御装置20から出力される操舵駆動信号17sに基づいて、転舵機構18と共に、転舵輪である前側タイヤ19を転舵するように構成される。また舵角発生部17から制御装置20に対しては、実際の舵角(δ)に係る信号17s’が供給されている。
【0021】
さらに、制御装置20にはヨーレートセンサ22からヨーレート(γ)に係る信号22sが入力されている。
【0022】
制御装置20は、ハンドル操舵角Θに係る信号13s、車速Vに係る信号16s、操舵トルクに係る信号15s、ヨーレート(γ)に係る信号22s、実際の舵角(δ)に係る信号17s’を入力し、モータ電流の極性ならびに電流値を制御してハンドル11に操舵反力を与えると共に、ハンドル操舵角Θに応じて転舵用前側タイヤ19の舵角を制御するように舵角発生部17を駆動する。
【0023】
上記の車両用操舵装置10は、ハンドル11と、舵角発生部17および転舵機構18とが機械的に分離された関係にある。従ってハンドル11の操舵操作の指令内容は、制御装置20による電子的な制御処理に基づいて舵角発生部17等に与えられるように構成されたステア・バイ・ワイヤ式の操舵系である。
【0024】
上記の車両用操舵装置10において、さらに、ハンドル11の近くには、運転者によって操作されるリセットボタン21が配置されている。運転者がリセットボタン21を適宜なタイミングで押し操作すると、リセット指令信号21sが制御装置20に供給される。制御装置20の内部ではリセット指令信号21sに基づいて「リセット信号」が生成される。
【0025】
次に図2を参照して、本実施形態に係る車両用操舵装置10の制御装置20によって実行される前側タイヤ19のタイヤ角の制御の代表例を説明する。なお図2では、説明を理解しやすくするため、ハンドル11の操舵に対して車両の挙動状態の応答に遅れがない理想の自動車等の車両による車線変更の走行を想定している。
【0026】
図2では、上記のハンドル11を操作して車線変更を行っている。図2において、(A)は車両の走行軌跡を示し、(B)は従来の通常のハンドル角制御の操舵系のハンドル操舵角の変化を示し、(C)は本実施形態に係る車両用操舵装置10のハンドル操舵角の変化を示している。図2の(A)では、車線R1から車線R2への車線変更の走行軌跡が示されている。
【0027】
上記の車線変更の操舵において、図2の(B)に示す従来の通常のハンドル角制御の操舵系によれば、時点t1でハンドルを右に切り(状態ST11)、その後、時点t2でハンドルを中立位置(舵角0の位置)に戻し(状態ST12)、さらにその後に時点t3でハンドルを左に切り(状態ST13)、最後に時点t4でハンドルを再び中立位置に戻している(状態ST14)。すなわち、車両の進路を直線に戻すためには、必ずハンドル操舵角を中立位置に戻すことが必要である。
【0028】
上記に対して本実施形態に係る車両用操舵装置10によれば、時点t1でハンドル11を右に切り(状態ST21)、時点t2では電子制御により上述の「リセット信号」に基づいてリセット処理を行いハンドル11はそのままの状態に保持しても時点t1で与えられた操舵量で制御が継続され(状態ST22)、時点t3でハンドル11を左に切り(状態ST23)、その後、時点t4で電子制御により「リセット信号」に基づいてリセット処理を行いハンドル11はそのままの状態に保持しても時点t3で与えられた操舵量で制御が継続されるようにしている(状態ST24)。以上のごとく本実施形態に係る操舵装置では、車両の信号方向を直進に戻す場合に「リセット信号」によるリセット処理で前側タイヤ19の舵角をゼロに戻す。これにより、車両は即座に直線状態になり、同時にハンドル11の操舵角はその直前に設定された操舵角が新たな中立位置になる。その結果、ハンドル11を元の中立位置に戻す必要がなくなる。
【0029】
次に、図3に示す制御装置20の具体的構成に基づいて上記のごときタイヤ角の制御を実行する装置構成を説明する。
【0030】
車両用操舵装置10の制御系は、図1で説明した通り、制御装置20(以下では「ECU20」と記す)と、その入力側に設けられるハンドル操舵角入力部(ハンドル)11、操作量検出部13、およびリセットボタン21と、ECU20の出力側に設けられる操舵反力発生モータ14および舵角発生部17とから構成されている。なお図3のブロック図において、上記ハンドル11は、その機能に対応させて「ハンドル操舵角入力部11」として示している。
【0031】
上記のECU20は、その基本的な制御機能要素として、操舵角ゲイン調整部31と、偏差演算部32と、舵角ゲイン調整部33と、舵角制御部34と、舵角駆動部35と、操舵反力ゲイン調整部37と、操舵反力発生モータ駆動部38を備えている。本実施形態に係るECU20は、特徴的な構成として、さらに、操舵角ゲイン調整部31の前段部分に、選択部41と、リセット信号発生部42と、ゼロ(0)の値に係る信号を出力するゼロ値供給部43と、偏差演算部44を備えている。
【0032】
操舵角ゲイン調整部31は、通常、操作量検出部13から与えられる操作量すなわちハンドル操舵角Θ(=nθ))に係る信号を適正に調整して(1/nの演算やギア比の逆数相当を乗算すること等)目標舵角(θ)に係る信号を出力する。
【0033】
上記の構成において、ハンドル操舵角入力部11および操作量検出部13の構成に基づき出力されるハンドル操舵角Θ(=nθ)に係る信号は、目標舵角(θ)よりも大きくなっており、この例では例えばn倍である。従って上記の操舵角ゲイン調整部31では1/nの割算処理を行って目標舵角(θ)の値を得ている。
【0034】
次に、選択部41とリセット信号発生部42とゼロ値供給部43と偏差演算部44の構成・作用について説明する。
【0035】
選択部41は、後述するごとく「ゼロ値」または「リセット時初期値(Θ)」を選択的に保持し出力する機能部である。選択部41には、操作量検出部13から出力されるハンドル操舵角Θ(=nθ)に係る信号と、リセット信号発生部42から出力されるリセット信号SI1と、ゼロ値供給部43から出力されるゼロ値信号(0)とが入力されている。選択部41は、リセット信号発生部42からのリセット信号SI1が入力された時、その際のハンドル操舵角Θを「リセット時初期値(Θ)」として保持し出力する。その他の場合に選択部41はゼロ値に係る信号を保持し出力する。
【0036】
選択部41から出力される信号は偏差演算部44に供給される。偏差演算部44は、操舵量検出部13から供給されるハンドル操舵角Θから選択部41の出力信号を減算し、その偏差信号を操舵角ゲイン調整部31に供給する。
【0037】
車両用操舵装置10において、操舵系が機能を開始する前の段階では、選択部41から出力されるリセット時初期値Θはゼロ(0)である。そのため、運転者のハンドル11の操作で入力されるハンドル操舵角Θは、偏差演算部44で減算処理が行われることなく、そのままの信号状態で操舵角ゲイン調整部31に入力される。操舵角ゲイン調整部31は、前述の通り調整を行って、目標舵角(θ)に係る信号を偏差演算部32に供給する。
【0038】
偏差演算部32では、目標舵角(θ)に係る信号とフィードバックされた実際の舵角(δ)に係る信号の偏差(θ−δ)が算出される。この偏差に係る信号は、次段の舵角ゲイン調整部33に供給される。
【0039】
次に、舵角ゲイン調整部33は、偏差演算部32から出力された偏差(θ−δ)に係る信号をゲイン(Ks)で調整し、得られた信号(Ks・(θ−δ))を次段の舵角制御部34に対して出力する。舵角制御部34は、入力された信号(Ks・(θ−δ))に基づいて、前述の舵角発生部17の動作を制御する制御信号を生成する。さらに後段の舵角駆動部35は、舵角制御部34からの当該制御信号に基づき駆動信号17sを生成し、この駆動信号17sによって舵角発生部17を駆動する。舵角発生部17は舵角(δ)を発生し、これに基づいて車両30における前側タイヤ19の転舵動作が行われ、前側タイヤ19に舵角が生じる。実際に生じた舵角(δ)に係る信号は図示しない舵角センサで検出され、上記の偏差演算部32にフィードバックされる。このような制御に基づき、車両30の実際の舵角(δ)は目標舵角(θ)と一致するように変化していく。
【0040】
車両30の挙動は各種の挙動センサ30Aによって検出される。図3では挙動センサ30Aのうちのヨーレートセンサ22で検出されたヨーレート(γ)に係る信号22sが出力された状態が示されている。
【0041】
また、上記の舵角発生部17から出力される実舵角(δ)に係る信号は、操舵反力ゲイン調整部37にも入力されている。操舵反力ゲイン調整部37は実舵角(δ)に係る信号に基づき、操舵反力発生モータ駆動部38を作動させるための制御信号を生成する。次段の操舵反力発生モータ駆動部38は、さらに、当該制御信号に基づき、操舵反力発生モータ14を駆動する駆動信号14sを生成し、この駆動信号14sを操舵反力発生モータ14に供給する。操舵反力発生モータ14では、反力トルクが調整され、生成される。操舵反力発生モータ14が動作すると、ハンドル操舵角入力部すなわちハンドル11に対してトルクTが与えられる。このトルクTに基づき運転者はハンドル11を介して反力を感じる。
【0042】
図2で説明したごとく、例えば時点t1でハンドル11を右(時計回り)に切ると、上記のごとくハンドル操舵角Θが発生し、目標舵角(θ)に応じて実際の舵角δが生じ、前側タイヤ19は舵角δで転舵される。その結果、車両30では横運動が開始され、その進行方向を変化させる。車両用操舵装置10のECU20による以上の制御プロセスは、従来の通常のハンドル角制御の操舵系と同じである。仮に上記舵角δが一定値であれば、車両30は一定半径の円弧を描いて旋回動作を行う。
【0043】
次に上記舵角δが0でない状態で、運転者がリセットボタン21を操作したとする。図2で云えば例えば時点t2の場合である。リセット信号発生部42は、リセットボタン21からリセット指令信号21sを受けると、リセット信号SI1を出力する。リセット信号発生部42がリセット信号SI1を出力すると、選択部41はその時点(リセット時)のハンドル操舵角Θをリセット時初期値「Θ」として保持し出力する。選択部41におけるこの状態は、リセット信号発生部42から次のリセット信号SI1が発生するまで維持される。
【0044】
このため、次の瞬間には、偏差演算部44からは(Θ−Θ)の演算が行われ、ゼロ信号が出力される。その結果、操舵角ゲイン調整部31から出力される目標舵角に係る信号(θ)もゼロ(0)となる。その結果、次段の操舵角ゲイン調整部31から出力される信号も0になるので、その後の制御プロセスで舵角発生部17から出力される舵角(δ)は0となり、車両30の走行運動は旋回から直進に戻る。
【0045】
換言すれば、リセット信号SI1を発生させると、ハンドル11をそのままのハンドル操舵角で維持していても、前側タイヤ角19の舵角δは0に戻り、直線走行状態に移行する。図2で云えば、状態ST21になる。
【0046】
また同時に、リセット信号が発生以降の運転者によるハンドル操舵角Θの入力は、偏差演算部44で(Θ−Θ)として出力され、上記の制御プロセスにおける舵角ゲイン調整部33での入力信号は(1/n)×(Θ−Θ)となり、最終的にはこれを基準にして舵角発生部17から出力される舵角δが決定される。従って、リセット操作に基づくリセット信号(SI1)の発生以降は、リセット時初期値(Θ)がハンドル11での新たな中立位置として設定されること以外は、リセット信号発生以前の入出力関係がそのまま再現されることになる。
【0047】
上記により、運転者はハンドル(ハンドル操舵角入力部)11を元の中立位置に戻すことなく、リセット時初期値(Θ)を新たな中立位置として以前と同様に車両30の車線変更、右左折、旋回等の走行運動を制御するための操舵操作を行うことができる。
【0048】
次のリセット操作では、その時点でのハンドル操舵角が、再び新たなリセット時初期値(Θ)となり、同様な制御のプロセスが繰り返される。
【0049】
制御装置(ECU)20における上記の構成・作用に基づいて、選択部41と偏差演算部44等は、リセット信号発生部42からのリセット信号を入力した時、このリセット信号に基づき前側タイヤ19の向きが中立位置になるように舵角発生部17や転舵機構18等を駆動・制御するタイヤ中立位置設定手段として機能するものである。
【0050】
なおリセット信号SI1はリセットボタン21を運転者が操作することにより発生させるようにしたが、車両挙動センサ等を利用して車両30の車両状態を検出することにより適宜なタイミングで自動的にリセット信号SI1を発生させるように構成してもよい。
【0051】
次に、図4を参照して本発明に係る車両用操舵装置の他の実施形態を説明する。
【0052】
図4は上記の図3に対応する図である。この実施形態に係る車両用操舵装置では、基本的な構成はステア・バイ・ワイヤ式の方位角フィードバック制御による操舵系であることを前提としており、その上に、ハンドル11によって指定されるハンドル操舵角Θを「目標方位角増加率」とすることにより通常のハンドル角制御の操舵系を実現している。図4において、上記実施形態で説明した要素と実質的に同一な要素は同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0053】
なお、上記「θ」について、前述の実施形態では目標舵角の意味で用いたが、この実施形態では「θ」は目標車両進行方向(または目標方位角)の意味で用いる。
【0054】
本実施形態の車両用操舵装置の制御装置(ECU)20では、図3に示された要素に加えて、上記偏差演算部32の代わりに他の偏差演算部50が設けられ、さらに積分要素部36が付加されている。積分要素部36は、車両30に装備された挙動センサ30Aのヨーレートセンサ22から出力されるヨーレート(γ)に係る信号22sを積分演算し、実際の車両進行方向(進行方位角:ψ)に係る信号を出力する機能を有する。偏差演算部50は、操舵ゲイン調整部31と舵角ゲイン調整部33の間に設けられ、目標とする車両進行方向(θ)に係る信号と方位角(ψ)に係る信号との偏差(θ−ψ)を演算する機能を有する。偏差演算部50から出力される偏差信号(θ−ψ)は、その後段の舵角ゲイン調整部33の側、および操舵反力ゲイン調整部37の側に供給される。
【0055】
この実施形態で特徴的な点は、ハンドル11によって指定されるハンドル操舵角Θが「目標方位角増加率」である点である。従って図4において、ハンドル11は「目標方位角増加率入力部11」として示されている。
【0056】
ハンドル11によるハンドル操舵角で入力される操作量の内容が「目標方位角増加率」になることで、追加の制御要素として、操作量検出部13の次段に位相進み要素部51が設けられ、操舵角ゲイン調整部31の次段に積分要素部52が設けられ、偏差演算部50と舵角ゲイン調整部33との間に位相遅れ補償要素部53が設けられる。上記位相進み要素部51から出力される信号は、偏差演算部44と選択部41に入力される。また積分要素部52には、操舵角ゲイン調整部31の出力信号、リセット信号発生部42から出力されるリセット信号SI1、積分要素部36の出力信号(ψ)が入力される。その他の構成は前述の実施形態における構成と基本的に同じである。
【0057】
上記において、ハンドル11は、車両の目標方位角の増加率を設定する操作量(ハンドル操舵角)を入力する入力手段となっている。「目標方位角の増加率」は、車両の目標方位角の時間に対する増加率である。目標の車両進行方向すなわち目標方位角を「θ」とするとき、目標方位角の増加率は「dθ/dt」で与えられる。ハンドル11の操作量を「Θ」とすると、通常、操作量Θは「n(dθ/dt)」に設定される。
【0058】
上記の位相進み要素部51は、ハンドル操舵角Θを目標方位角増加率としたことから、運転者によるハンドルでの操舵操作の遅れ(応答遅れ)、積分要素部52での位相の遅れ(90度遅れ)を補償するため、目標方位角に係る信号の位相を進ませる働きを有する。また積分要素部52は、目標方位角増加率(dθ/dt)の信号を積分し、目標方位角θに係る信号を算出・設定し、偏差演算部50に供給する。位相遅れ補償要素部53は、上記の舵角発生部17等での応答の遅れを補償するため、方位角偏差に係る信号の位相を進ませる働きを有する。位相遅れ補償要素部53を設けることにより周波数特性を改善することができる。
【0059】
上記の車両用操舵装置10によれば、ハンドル操舵角Θを大きくすると、目標方位角増加率も増加し、より大きな傾きで時間に比例した目標方位角の変化を生じさせることができる。またハンドル操舵角Θに比例してヨーレートを決めることができるため、運転者の立場から見ると、従来の通常のタイヤ角制御の操舵系と同様な運転操作で車両の操舵を行うことができる。さらに、ハンドル操舵角Θがゼロの場合は、偏差演算部50から出力される偏差信号で目標方位角が実際の進行方位角(ψ)に基づいて一定に維持され、進行方位角(ψ)で決まる方位に向かって直進走行する。そのため、横風などで車両30の進行方位角(ψ)が目標方位角から変動した場合、運転者が修正操舵をすることなく、車両30が自動的に進行方位を修正して目標方位角を維持する。また、ハンドル操舵角を一定にしたとき、目標方位角が時間に比例して増加する。進行方位角は、その増加する目標方位角に追随するように変化するので、ハンドル操舵角を一定に保持しておけば、旋回することができる。
【0060】
上記の車両用操舵装置10の制御装置(ECU)20においても、同様に、選択部41と偏差演算部44等に基づいて、リセット信号発生部42からのリセット信号を入力した時、このリセット信号に基づき前側タイヤ19の向きが中立位置になるように舵角発生部17や転舵機構18等を駆動・制御する前述のタイヤ中立位置設定手段を実現することができる。
【0061】
以下に、本実施形態におけるタイヤ中立位置設定の作用を説明する。
【0062】
選択部41は「ゼロ値」または「リセット時初期値(Θ)」を選択的に保持し出力する。選択部41には、位相進み要素部51から出力されるハンドル操舵角Θ(=n(dθ/dt))に係る信号と、リセット信号発生部42から出力されるリセット信号SI1と、ゼロ値供給部43から出力されるゼロ信号とが入力される。選択部41は、リセット信号発生部42からのリセット信号SI1が入力された時、その際のハンドル操舵角Θを「リセット時初期値(Θ)」として保持し出力し、その他の場合にはゼロ(0)に係る信号を保持し出力する。
【0063】
選択部41から出力される信号は偏差演算部44に供給される。偏差演算部44は、位相進み要素部51から供給されるハンドル操舵角Θから選択部41の出力信号を減算し、その偏差信号を操舵角ゲイン調整部31に供給する。なお操舵系が機能を開始する前の段階では、前述の通り、選択部41から出力されるリセット時初期値Θはゼロ(0)である。
【0064】
リセット時初期値保持機能を有する積分要素部52は、操舵角ゲイン調整部31から出力される目標方位角変化率を目標方位角(θ)に変換する。目標変位角に係る信号は偏差演算部50に入力される。偏差演算部50以降の制御要素の構成および機能は前述の実施形態で説明したものと実質的に同じである。
【0065】
偏差演算部50には、積分要素部52から出力される目標方位角(θ)に係る信号と、積分要素部36から出力される実際の進行方位角(ψ)に係る信号とが入力される。積分要素部52から出力される目標方位角(θ)に係る信号は、積分値であるので、常に増加する量である。同様にまた、積分要素部36から出力される実際の進行方位角(ψ)に係る信号も、積分値であるので、常に増加する量である。偏差演算部50によって算出される目標方位角(θ)に係る信号と実際の進行方位角(ψ)に係る信号との差は、各積分値の差である。一方、目標方位角増加率入力部11で任意の目標方位角増加率を指定してハンドル操舵を行う場合において、当該ハンドル操舵を継続して維持し、舵角δが一定に保持されるようにするためには、目標方位角(θ)に係る信号の増加量と実際の進行方位角(ψ)に係る信号の増加量とが等しくなり、かつ偏差信号(θ−ψ)が0にならないことが必要である。さらに、目標方位角(θ)に係る信号の増加量と実際の進行方位角(ψ)に係る信号の増加量との関係において、前者が大きければ舵角δは増加することになり、前者が小さければ舵角δは減少することになる。本実施形態において、ハンドル11のハンドル操舵角Θと前側タイヤ19の舵角(転舵角)δとの関係は、従来の操舵系の場合に基本的に同じである。舵角δが一定値であれば、車両30は一定半径の円弧を描いて旋回する。
【0066】
次に上記舵角δが0でない状態で、前述のごとくリセット信号発生部42からリセット信号SI1が出力されると、選択部41はその時点(リセット時)のハンドル操舵角Θをリセット時初期値「Θ」として保持し出力する。選択部41におけるこの状態は、リセット信号発生部42から次のリセット信号SI1が発生するまで維持される。
【0067】
さらに、同時に、舵角δが0でない状態でリセット信号発生部42からリセット信号SI1が出力されると、積分要素部52には、その時点の車両30の進行方位角ψがリセット時初期値(ψ)として入力される。偏差演算部50からの出力信号はゼロ(0)となる。このため、前側タイヤ19の舵角δは0になり、車両30の走行運動は旋回状態から直進状態に戻る。
【0068】
上記の結果、リセット信号が入った次の瞬間には、偏差演算部44からは(Θ−Θ)の演算が行われ、ゼロ信号が出力される。その結果、リセット時初期値保持機能を有する積分要素部52からの出力値はリセット時初期値ψのみとなる。この初期値ψは、リセット信号発生部42から次のリセット信号SI1が発生するまで維持される。従ってハンドル操舵角Θが変化しなければ、舵角δが0になり、進行方位各ψで車両の直進状態が維持される。リセット操作に基づくリセット信号(SI1)の発生以降は、運転者の入力するハンドル操舵角Θは、偏差演算部44で(Θ−Θ)として出力され、積分要素部52の入力は(1/n)×(Θ−Θ)となるので、リセット時初期値(Θ)がハンドル11での新たな中立位置として設定されること以外は、リセット信号発生以前の入出力関係がそのまま再現される。これにより、運転者はハンドル(目標方位角入力部)11を元の中立位置に戻すことなく、進行方位角をψとし、リセット時初期値(Θ)を新たな中立位置として以前と同様に車両30の車線変更、右左折、旋回等の走行運動を制御するための操舵操作を行うことができる。
【0069】
次のリセット操作では、その時点でのハンドル操舵角が、再び新たなリセット時初期値(Θ)となり、車両進行方位角を新たな方位基準ψとして同様な制御のプロセスが繰り返される。
【0070】
以上の実施形態で説明された構成、配置関係等については本発明が理解・実施できる程度に概略的にしたものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【0071】
本発明は、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)式のハンドル角制御の操舵系またはそれと実質的に同様に構成される方位角フィードバック制御の操舵系に基づく車両用操舵装置として利用される。
【図面の簡単な説明】
【0072】
【図1】本発明に係る車両用操舵装置の構成を概略的に示した模式図である。
【図2】本発明の本実施形態に係る車両用操舵装置の特徴的動作を説明するための図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の制御装置のブロック構成図である。
【図4】本発明の他の実施形態に係る車両用操舵装置の制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
【0073】
10 車両用操舵装置
11 操作素子(ハンドル)
12 操舵軸
13 操作量検出部
14 操舵反力発生アクチュエータ(操舵反力発生モータ)
15 操舵トルクセンサ
16 車速センサ
17 舵角発生部
18 転舵機構
19 前側タイヤ(転舵輪)
20 制御装置(ECU)
21 リセットボタン
36 積分要素部
41 選択部
42 リセット信号発生部
43 ゼロ値供給部
51 位相進み要素部
52 積分要素部
53 位相遅れ補償要素部




 

 


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