JP2008195188A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＢＷ方式の車両操舵装置において、高価な転舵動力モータを小型化することができる技術を提供する。
【解決手段】車両用操舵装置１０は、運転者が操作するステアリングホイール２１が取り付けられた操舵機構２０と、転舵車輪３５、３５を転舵させる転舵機構３０とが機械的に分離される。転舵機構３０の転舵動力モータ４５は、車両の車速に応じて制御装置６１の制御部６６により決定された舵角比に基づいて、転舵車輪３５、３５を転舵する。この舵角比は、車速が０から所定の値までは車速の増大に応じて上昇し、車速が所定の値より増大すると下降することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置の改良技術に関する。

従来、一般的な車両用操舵装置としては、ステアリングホイールに転舵機構を連結し、ステアリングホイールの操舵力により転舵機構を介して車輪を転舵させる構成のものが知られている。

また、近年、ステアリングホイールから転舵機構を機械的に分離し、操舵量に応じて転舵用アクチュエータ（転舵動力モータ）が転舵用動力を発生し、この転舵用動力を転舵機構へ伝えることで車輪を転舵させるステア・バイ・ワイヤ式（ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−ｗｉｒｅ、以下「ＳＢＷ」と略称する）の車両用操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２９０１６号公報

このような車両用操舵装置では、制御装置により、転舵動力モータを制御することによって、ステアリングホイールの操舵量（操作角）に対する車輪の転舵角の角度比の特性、すなわち、操舵特性（舵角比）を自動的に設定できる。
ここで、従来のＳＢＷ方式の車両用操舵装置では、図４に示すように操舵特性（舵角比）を設定していた。すなわち、車速が０のときの舵角比が最も大きく、車速が増大するに応じて、舵角比を小さくしていた。これにより、低車速時では、ステアリングホイールの操舵角に対して、車輪の転舵角が大きくなり小回り性を高めることができ、また、高車速時には、ステアリングホイールの操舵角に対して、車輪の転舵角が小さくなり、車両の安定性を高めることができた。

しかしながら、一般に、車速０時（停車時）の操舵では、車輪が回転せずにその場で転舵するので、転舵に際して最大の転舵用動力が必要となる。特に、車速０で最大の舵角比となる従来のＳＢＷ方式の車両用操舵装置では、車速０時では、ステアリングホイールに対する操舵角に対して車輪の転舵角が最大となるため、転舵動力モータには、車輪の転舵に対して最大のスピードが要求され、転舵動力モータの大型化を避けることができなかった。ここで、転舵動力モータは高価なものであり、また、車両の狭いスペースに配置するため小型であることが求められる。

そこで、本発明の目的は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ＳＢＷ方式の車両操舵装置において、高価な転舵動力モータを小型化することができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、運転者が操作するステアリングホイールが取り付けられた操舵機構と、転舵車輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離された車両用操舵装置において、車両のステアリングホイールの操舵角と、転舵車輪の転舵角との比率である舵角比を車速に応じて変化させる制御手段（例えば、図２の制御部６６に相当）と、前記制御手段により決定される舵角比に基づいて、前記転舵車輪を転舵させる転舵動力モータ（例えば、図１の転舵動力モータに相当）と、を備え、前記舵角比は、車速が０から所定の値までは車速の増大に応じて上昇し、車速が所定の値より増大すると下降することを特徴とする車両用操舵装置を提案している。

この発明によれば、車速に応じて変化する舵角比は、車速が０から所定の値までは車速の増大に応じて上昇する。これにより、車速０時の舵角比は低く抑えられ、車速０時の操舵に対して、最大の出力が必要となるわけではない。そのため、転舵動力モータのスピードを低く抑えることができる。
また、舵角比は、車速が０から所定の値までは車速の増大に応じて上昇し、車速が所定の値より増大すると下降するため、ＳＢＷ方式の車両用操舵装置の特徴である、低車速時の小回り性と、高車速時の車両の安定性とを高めることができる。

本発明によれば、低車速時の小回り性と、高車速時の車両の安定性とを高めつつも、高価な転舵動力モータを小型化することができ、車両のスペースを確保できるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜車両用操舵装置の構成＞
図１を用いて、本実施形態に係る車両用操舵装置１０の構成について説明する。
車両用操舵装置１０は、操舵部材としてのステアリングホイール２１から転舵機構３０を機械的に分離し、ステアリングホイール２１の操舵量に応じて転舵用アクチュエータ３８から転舵用動力を発生させ、この転舵用動力を転舵機構３０へ伝えることで、転舵機構３０にて左右の転舵車輪３５，３５を転舵させる、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置である。

この車両用操舵装置１０の操舵機構２０は、運転者が握るステアリングホイール２１と、ステアリングホイール２１に連結した操舵軸２２と、ステアリングホイール２１の操舵角を検出する舵角センサ２３と、ステアリングホイール２１に対する操舵反力（反力トルク）を発生する反力モータ２４と、反力モータ２４の回転角を検出するモータ回転角センサ２５と、操作軸２２に作用した反力トルクを検出する反力トルクセンサ３２と、操舵反力を操舵軸２２に伝達する反力伝達機構２６とから構成されている。

ここで、反力モータ２４は電動モータであり、反力伝達機構２６は、反力モータ２４のモータ軸に設けたウォーム２７と、操舵軸２２に結合するとともにウォーム２７に噛み合わせたウォームホイール２８とから構成される、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。また、操舵反力は、ステアリングホイール２１に対して回転方向に付加する操作抵抗である。

転舵機構３０は、操舵軸２２の操舵力を入力する入力軸３１と、入力軸３１にラックアンドピニオン機構３３を介して連結したラック軸３４と、ラック軸３４の両端に左右の転舵車輪３５，３５（例えば前輪）を連結するタイロッド３６，３６及びナックル３７，３７と、入力軸３１に転舵用動力を付加する転舵用アクチュエータ３８と、入力軸３１の回転角を検出する入力軸回転角センサ４１と、ラック軸３４の位置を検出するラック軸位置センサ４２とから構成されている。

ラックアンドピニオン機構３３は、入力軸３１に形成したピニオン４３とラック軸３４に形成したラック４４とからなる。また、転舵用アクチュエータ３８は、転舵用動力を発生する転舵動力モータ４５と、転舵用動力を入力軸３１に伝達する転舵動力伝達機構４６とからなる。ここで、転舵動力モータ４５は電動モータである。転舵動力伝達機構４６は、転舵動力モータ４５のモータ軸に設けたウォーム４７と、入力軸３１に結合するとともにウォーム４７に噛み合わせたウォームホイール４８とからなる、ウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。

このように車両用操舵装置１０は、ラック軸３４の両端から転舵トルクを取り出すようにしたエンドテイクオフ型操舵装置である。さらに、車両用操舵装置１０は、ステアリングホイール２１に設けた操舵軸２２と転舵機構３０に設けた入力軸３１との間を、クラッチ機構５１にて連結したものである。具体的には、操舵軸２２にクラッチ機構５１、第１連結軸５２、第１自在軸継手５３、第２連結軸５４及び第２自在軸継手５５を介して入力軸３１を連結するようにしたものである。

また、制御装置６１は舵角センサ２３、モータ回転角センサ２５、反力トルクセンサ３２、入力軸回転角センサ４１、ラック軸位置センサ４２、クラッチ機構５１内に設けられた連結検出センサからそれぞれ検出信号を受けるとともに、車両の走行速度を検出する車速センサ６２、ヨー角速度（ヨー運動の角速度）を検出するヨーレートセンサ６３、車両の加速度を検出する加速度センサ６４、その他の各種センサ６５からそれぞれ検出信号を受けて、反力モータ２４、転舵動力モータ４５及びクラッチ機構５１に制御信号を発するものである。

また、制御装置６１は、転舵動力モータ４５を制御することによって、ステアリングホイール２１の操舵角に対する転舵車輪３５，３５の転舵角の角度比の特性、すなわち、操舵特性（舵角比）を自動的に設定することができる。つまり、上述のようにステアリングホイール２１から転舵機構３０を機械的に分離したので、ステアリングホイール２１の操舵角と転舵用アクチュエータ３８の動作量との対応関係を機械的な制約を受けることなく設定することができる。この結果、操舵特性を車速などに応じて柔軟に設定することができる。したがって、車両用操舵装置１０の設計の自由度を高めることができる。

さらに、制御装置６１は、ロック時にクラッチ機構５１内のロックホイールの回転を制御する後述するブラシレスモータの回転を停止することにより、ステアリングホイール２１とクラッチ機構５１とを機械的に接続して車輪を転舵可能とする。

＜転舵動力モータの制御処理＞
次に、図２及び図３を用いて、制御装置６１による転舵動力モータ４５の制御処理について説明する。
転舵動力モータ４５を制御する構成ブロックは、図２に示すように、舵角センサ２３と、車速センサ６２と、制御装置６１の一部をなす制御部６６及び記憶部６７と、転舵動力モータ４５とから構成されている。

制御部６６は、舵角センサ２３からのステアリングホイール２１の操作方向（回転方向）を含めた操作角信号と、車速センサ６２からの車速信号とを入力値として、記憶部６７に記憶されるデータマップを参照して目標転舵角を設定し、転舵動力モータ４５に所定の電力を供給する。
記憶部６７は、車速から舵角比を決定するための車速−舵角比のデータマップ（図３）を記憶する。

舵角比とは、ステアリングホイール２１の操作角と転舵車輪３５，３５の転舵角との関係をいい、転舵角／操舵角であらわされる。すなわち、舵角比が大きいとステアリングホイール２１の操舵角に対して、転舵車輪３５，３５の転舵角が大きくなり、また、舵角比が小さいとステアリングホイール２１の操舵角に対して、転舵車輪３５，３５の転舵角が小さくなる。

ＳＢＷ方式における車両用操舵装置は、このような車速−舵角比のデータマップを記憶しているため、操舵特性を車速などに応じて柔軟に設定することができ、車両用操舵装置の設計の自由度を高めることができる。

ここで、図３中、実線で示された部分は、本実施例における車速−舵角比の関係を示し、破線で示された部分は、従来のＳＢＷ方式における車両用操舵装置の車速−舵角比の関係を示す。また、２点鎖線で示された部分は、例えば、通常の舵角比、すなわち、ステアリングホイール２１を約２．７回転させた場合に、転舵車輪３５，３５が最大転舵となるような舵角比を示す。

本実施例における車速−舵角比の関係は、車速が０のときの舵角比が通常の舵角比であり、その後、車速が所定の速度に達するまでは車速の増加に伴って舵角比をあげるとともに、車速が所定の速度に達し、従来のＳＢＷ方式における舵角比まで上がったところで従来のＳＢＷ方式における舵角比と同一の舵角比とする点に特徴がある。

すなわち、本実施例における車両用操舵装置１０によれば、車速０のときの舵角比が低く抑えられているため、車速０時の操舵（据え切り）の場合に、ステアリングホイール２１に対する操舵角に対して、転舵車輪３５，３５の転舵角を低く抑えることができる。そのため、転舵動力モータ４５の速度を低く抑えることができ、転舵動力モータ４５の大型化を避けることができる。

そして、舵角比は、車速が所定の速度に達するまでは車速の増加に伴って上がり、従来のＳＢＷ方式における舵角比に戻される。そのため、低車速時の舵角比を大きくすることができ、低車速時の小回り性を確保できる。特に、舵角比は、車速の増加に伴い上がるため、運転者に違和感を与えないようにすることができる。

さらに、所定の速度に達し、従来のＳＢＷ方式における舵角比まで上がったところで従来のＳＢＷ方式における舵角比と同一とする。これにより、車速の増加に伴い舵角比を下げることができ、高車速時の車両の安定性を確保できる。

ここで、車速０でない場合には、転舵車輪３５，３５が回転するため、転舵動力モータ４５には車速０時のような出力（転舵力）が要求されない。その結果、車速の増加に伴い舵角比を上げたとしても、転舵動力モータ４５の速度を抑えることができ、転舵動力モータ４５を小型化できる。

したがって、本実施例によれば、低車速時の小回り性を確保しつつも、転舵動力モータ４５の小型化を図ることができ、車両のスペースを確保できる。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。

本実施形態に係る車両用操舵装置の構成図である。 本実施形態に係る転舵動力モータの制御に関する制御ブロック図である。 本実施形態に係る車速−舵角比のデータマップを示す図である。 従来のＳＢＷ方式に係る車速−舵角比のデータマップを示す図である。

符号の説明

１０・・・車両用操舵装置、２０・・・操舵機構、２１・・・ステアリングホイール、３０・・・転舵機構、４５・・・転舵動力モータ、３５・・・転舵車輪、６１・・・制御装置

Claims (1)

1. 運転者が操作するステアリンホイールが取り付けられた操舵機構と、転舵車輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離された車両用操舵装置において、
   車両のステアリングホイールの操舵角と、転舵車輪の転舵角との比率である舵角比を車速に応じて変化させる制御手段と、
   前記制御手段により決定される舵角比に基づいて、前記転舵車輪を転舵させる転舵動力モータと、を備え、
   前記舵角比は、車速が０から所定の値までは車速の増大に応じて上昇し、車速が所定の値より増大すると下降することを特徴とする車両用操舵装置。

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