JP2013129334A - ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】操舵感を向上させつつ、低コスト化あるいは軽量化を図ることが可能なステアリングシステムの提供を目的とした。
【解決手段】ステアリングシステム１０は、モータ２４において発生した駆動力を用いてステアリング装置２０の操舵を補助するようにアシスト力を作用させる操舵アシスト動作を実施可能である。ステアリングシステム１０は、操舵トルクＴｓを検知可能な操舵トルク検知手段を備えており、操舵可能範囲の終端近傍における操舵トルクＴｓが所定値以上であることを条件として操舵アシスト動作を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動源において発生した駆動力を用いて操舵を補助する操舵アシスト動作を実施可能なステアリングシステムに関する。

従来、下記特許文献１に開示されているモータ駆動型パワーステアリングユニットのようなステアリングシステムが提供されている。特許文献１のパワーステアリングユニットは、左右の終端ストッパ領域における走行感を調整可能とすること等を目的とし、終端ストッパ領域においてモータによるアシストを低減させる制御を実行している。

特開２００４−５２１０１０号公報

しかしながら、上述したパワーステアリングユニットにおいては、ステアリング操作が急峻であるか否かにかかわらず、終端ストッパ領域近傍においてモータによる操舵アシスト動作によるアシスト力を低減させることとしている。そのため、従来技術のパワーステアリングユニットにおいては、終端ストッパ領域近傍においてゆっくりとした操舵を行う場合についても操舵時のアシスト力が低減されてしまい、運転者が操舵感に違和感を覚えてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、操舵感を向上させつつ、低コスト化あるいは軽量化を図ることが可能なステアリングシステムの提供を目的とした。

上述した課題を解決すべく提供される本発明のステアリングシステムは、駆動源において発生した駆動力を用いてステアリング装置の操舵を補助するようにアシスト力を作用させる操舵アシスト動作を実施可能なステアリングシステムにおいて、操舵速度を検知可能な操舵速度検知手段、及び／又は操舵トルクを検知可能な操舵トルク検知手段を備えており、前記操舵可能範囲の終端近傍における操舵速度及び／又は操舵トルクが所定値以上であることを条件として前記操舵アシスト動作を制限あるいは禁止することを特徴とするものである。

本発明のステアリングシステムにおいては、操舵可能範囲の終端近傍における操舵速度及び操舵トルクのいずれか一方又は双方が所定値以上であること、すなわち終端近傍において急峻なステアリング操作が行われることを条件として、操舵アシスト動作が制限あるいは禁止される。これにより、操舵可能範囲の終端近傍において、運転者が操舵するために要する力（操舵力）が大きくなり、ステアリング装置側に過度に大きな衝撃が加わることを防止できる。具体的には、ステアリング装置が操舵可能範囲の終端にストッパを設けた構造である場合には、ストッパに対して過剰に大きな衝撃が加わることを回避できる。従って、本発明のステアリングシステムによれば、操舵可能範囲の終端近傍における操舵に伴う衝撃に備えた構成を簡素化することが可能となる。具体的には、前述したストッパ等の部材について耐衝撃性の高いものを採用する等しなくても良い。これにより、ステアリングシステムの低コスト化、あるいは軽量化等の効果が得られる。

また、操舵可能範囲の終端近傍において急峻なステアリング操作を行った場合に操舵アシスト動作を制限あるいは禁止することにより、ステアリングの回転操作が重くなるものの、例えば上述したストッパに対する衝突による急激な衝撃を運転者が感じることを防止できる。また、緩やかなステアリング操作を行う場合には、操舵アシスト動作が制限あるいは禁止されず、運転者が操舵感に違和感を感じることがない。従って、本発明のステアリングシステムによれば、操舵感を向上させることができる。

また同様の課題を解決すべく提供される本発明のステアリングシステムは、駆動源において発生した駆動力を用いてステアリング装置の操舵を補助するようにアシスト力を作用させる操舵アシスト動作を実施可能なステアリングシステムにおいて、操舵角を検知可能な操舵角検知手段を有し、操舵角が前記操舵可能範囲の終端側に規定されている終端範囲内に存在することを条件として、操舵方向とは逆方向へのアシスト力を作用させる逆アシスト動作を実施することを特徴とするものである。

本発明のステアリングシステムにおいては、操舵可能範囲の終端範囲内に操舵角が入ると、操舵方向とは逆方向へのアシスト力が発生するように逆アシスト動作がなされる。そのため、ステアリング装置の操舵可能範囲の終端に設けるストッパの簡素化を図ること、あるいはストッパを省略することが可能となる。これにより、ステアリングシステムの低コスト化、あるいは軽量化等を図ることが可能となる。

また、終端範囲内において操舵方向とは逆方向へのアシスト力が発生するように逆アシスト動作を行うと、運転者はステアリングの回転操作が重く感じるものの、例えば上述したストッパへの衝突による急激な衝撃を感じることはない。従って、本発明のステアリングシステムによれば、操舵感を向上させることができる。

本発明によれば、操舵感を向上させつつ、低コスト化あるいは軽量化を図ることが可能なステアリングシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るステアリングシステムの構成を模式化して示した模式図である。 図１のステアリングシステムにおいて採用されている制御装置を示すブロック図である。 図１のステアリングシステムにおいて採用されているＴｓ−Ｉｔマップである。 図１のステアリングシステムにおいて採用されているθ−Ｔｓマップである。 第一実施形態に係るステアリングシステムにおけるアシスト電流の決定方法を示した説明図である。 第二実施形態に係るステアリングシステムにおける操舵角、操舵トルク、アシスト電流、及びステアリング推力の関係を示すグラフである。 第二実施形態に係るステアリングシステムにおけるアシスト電流の決定方法を示した説明図である。

≪第一実施形態≫
続いて、本発明の第一実施形態に係るステアリングシステム１０について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に示すように、ステアリングシステム１０は、運転者が操作可能なステアリング装置２０と、ステアリング装置２０の動作制御を行う制御装置３０とに大別される。

ステアリング装置２０は、ステアリング２２（ハンドル）を備えた操舵用の装置である。ステアリング装置２０は、ステアリング２２の操舵を入力信号として作動するモータ２４（駆動源）を備えている。モータ２４は、ステアリングコラムの中央に取り付けられている。ステアリング装置２０は、モータ２４を作動させることにより、操舵をアシストするためのアシスト力を発生させることができる。

また、図２に示すように、ステアリング装置２０は、ステアリング２２の操舵角θを検知するための操舵角検知手段２６、及び操舵トルクＴｓを検知するための操舵トルク検知手段２７を備えている。さらに、ステアリング装置２０は、ステアリング２２の他に、図示しないストッパやラック・ピニオン機構、シャフト等の構成部材を備えている。

また、制御装置３０は、モータ２４の動作を制御するためのものである。図２に示すように、制御装置３０は、上述した操舵角検知手段２６、操舵トルク検知手段２７、及び別途設けられた車速検知手段２８における出力信号を受け付けることができる。また、各検知手段２６，２７，２８から入力された検知信号に基づき、モータ２４に対して電流（以下、「アシスト電流Ｉｓ」とも称す）を出力させることができる。

制御装置３０は、駆動源において発生した駆動力を用いてステアリング装置の操舵を補助する操舵アシスト動作を実施可能である。具体的には。モータ２４を作動させることによりステアリングシャフトを駆動させ、ステアリングラック（図示せず）に駆動力を伝達させることにより操舵力をアシストすることができる。

さらに具体的には、制御装置３０は、図３に示すようなマップ（以下、「Ｔｓ−Ｉｔマップ」とも称す）に基づき、操舵トルク検知手段２７によって検知される操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓから導出される通常時アシスト電流Ｉｔに相当するアシスト電流Ｉｓをモータ２４に向けて出力させる。これにより、ステアリング装置２０における操舵力をアシストすることができる。

ここで、操舵角θ及び操舵トルクＴｓの関係が、図４に示すマップ（以下、「θ−Ｔｓマップ」とも称す）において点Ｐによって示すように、ハッチングを付した領域（以下、「ロック領域」とも称す）内に存在している場合、すなわち操舵角θが操舵可能範囲の終端近傍である終端範囲内に到達している状態において操舵トルクＴｓが所定値以上である場合には、それを条件として上述した操舵アシスト動作を制限あるいは禁止することとしている。

すなわち、操舵角θが終端範囲内であり、さらに操舵トルクＴｓが所定値以上であることを条件として、モータ２４に向けて実際に出力するアシスト電流Ｉｓを図３に示すＴｓ−Ｉｔマップに基づいて導出される通常時の通常時アシスト電流Ｉｔ以下に低下させる、あるいはゼロにする制御を実行する。これにより、運転者が操舵するために要する力（操舵力）を大きくし、ステアリング装置２０側に過度に大きな衝撃が加わることを回避することができる。

さらに詳細に説明すると、制御装置３０は、図５の説明図に示すような方法によりアシスト電流Ｉｓを導出し、モータ２４に向けて出力させる。すなわち、制御装置３０は、車速Ｖｓ及び操舵トルクＴｓから、図３のＴｓ−Ｉｔマップに基づきアシスト電流Ｉｓを導出する。また、操舵トルクＴｓ及び操舵角θの関係を示す点Ｐが図４に示すθ−Ｔｓマップのロック領域内に存在しているか否かを確認する。その結果、点Ｐがロック領域内に存在する場合には、アシスト電流をＩｓを導出する際に用いる係数ｋが０＜ｋ＜１の範囲で決定される。

係数ｋは、いかなる方法によって規定されても良いが、例えば次のようにして決定することができる。すなわち、以下の（数式１）等の数式を予め規定しておき、この数式から係数ｋを導出することができる。以下の（数式１）において、ｘは、図４に示すθ−Ｔｓマップにおいて、ロック領域の境界をなす境界線Ｌと点Ｐとの距離を示すものである。また、ｆ（ｘ）は距離ｘが大きくなるに連れて、係数ｋが小さくなるように規定された関数である。

ｋ＝ｆ（ｘ）・・・（数式１）

一方、操舵角θが終端範囲外である場合、あるいは操舵角θが終端範囲内であっても操舵トルクＴｓが所定値未満である場合には、係数ｋが１に設定される。このようにして係数ｋが導出されると、図３に示すＴｓ−Ｉｔマップに基づいて導出された通常時アシスト電流Ｉｔと係数ｋとを乗じることにより、実際にモータ２４に出力させるアシスト電流をＩｓが導出される。従って、操舵角θが終端範囲内であり、かつ操舵トルクＴｓが所定値以上である場合（点Ｐがロック領域内に存在する場合）には、その他の場合に比べて係数ｋが小さく、その分だけアシスト電流Ｉｓが小さくなる。

上述したように、本実施形態のステアリングシステム１０においては、操舵可能範囲の終端近傍における操舵トルクＴｓが所定値以上である場合に、終端近傍において急峻なステアリング２２の操作が行われたものと制御装置３０によって判断され、アシスト電流Ｉｓが通常時よりも抑制される。これにより、操舵アシスト動作が制限された状態になり、操舵可能範囲の終端近傍において、運転者が操舵するために要する力（操舵力）が大きくなる。従って、ステアリング２２の操舵範囲の終端近傍において急峻な操舵が行われたとしても、ステアリング装置２０側に過度に大きな衝撃が加わることを防止できる。

また、本実施形態において例示したステアリング装置２０のように、操舵可能範囲の終端にストッパ等の部材（図示せず）を設けた構造である場合には、上述したような制御を実行することによりストッパ等の部材に対して過剰に大きな衝撃が加わることを回避できる。従って、本実施形態のステアリングシステム１０によれば、ストッパ等の部材について耐衝撃性がそれ程高くないものを採用する等、ステアリング装置２０の装置構成を簡素化することが可能となる。また、ステアリングシステム１０の低コスト化、あるいは軽量化を図ることが可能となる。

また、本実施形態のステアリングシステム１０のように、操舵可能範囲の終端近傍において急峻なステアリング２２の操作が行われた場合に操舵アシスト動作を制限することにより、ストッパに対して急激に衝突することによる大きな衝撃を運転者が感じることを防止できる。また、緩やかにステアリング２２を操作する場合には、操舵アシスト動作が制限されず、運転者が操舵感に違和感を感じることがない。従って、本実施形態のステアリングシステム１０によれば、操舵感を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、図４に示すように操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係に基づき、ステアリング２２が操作が終端近傍において急峻に行われたか否かを判断する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、図２に破線で示すようにステアリング２２の操舵速度Ｓｓを検知するための操舵速度検知手段２９を設けること、あるいは操舵トルク検知手段２７により検知された操舵トルクＴｓを演算処理することにより操舵速度Ｓｓ（Ｓｓ＝ｄθ／ｄｔ）を導出し、操舵速度Ｓｓと操舵角θとの関係に基づき同様の制御を行うこととしても良い。

また、本実施形態においては、操舵角θが操舵可能範囲近傍において急峻なステアリング２２の操作が行われた場合に、係数ｋを１未満の正数として操舵アシスト動作を制限する例を示したが、係数ｋをゼロとして操舵アシスト動作を完全に禁止するようにしても良い。

≪第二実施形態≫
続いて、本発明の第二実施形態に係るステアリングシステム５０について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、上記第一実施形態のステアリングシステム１０と共通する部分については同一の符号を付し、詳細についての説明は省略する。

図１に示すように、ステアリングシステム５０は、上記ステアリングシステム１０と同様に、運転者が操作可能なステアリング装置２０と、ステアリング装置２０の動作制御を行う制御装置６０とに大別される。ステアリング装置２０は、上述したものと同様の構成を有するため、詳細の説明は省略する。

また、図２に示すように、制御装置６０は、上述した制御装置３０と同様にモータ２４の動作を制御するためのものであり、操舵角検知手段２６、操舵トルク検知手段２７、及び車速検知手段２８の出力信号に基づき、操舵角θ、操舵トルクＴｓ、及び車速Ｖｓを検知することができる。また、制御装置６０は、モータ２４に対して電流（以下、「アシスト電流Ｉｓ」とも称す）を出力させ、操舵アシスト動作を実施することができる。

制御装置６０は、上述した制御装置３０と同様に、図３に示すＴｓ−Ｉｔマップに基づき、操舵トルク検知手段２７によって検知される操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓから導出される通常時アシスト電流Ｉｔに相当するアシスト電流Ｉｓをモータ２４に向けて出力させる。これにより、ステアリング装置２０における操舵力をアシストすることができる。

具体的には、図６に示すように操舵トルクＴｓの大きさがＡ、アシスト電流Ｉｓによりモータ２４において発生する駆動力の大きさをＢとした場合、操舵角θが操舵可能範囲の終端近傍に設定されたロック設定角度θＬ未満である場合には、ステアリング２２に対してＡ及びＢの和である大きさＣの推力が作用する。

また、操舵角θがロック設定角度θＬに到達している場合には、操舵角θがロック設定角度θＬ未満である場合とは逆方向にアシスト力を作用させる逆アシスト動作を実施することにより、操舵が制限される。すなわち、図６に示すように、操舵角θがロック設定角度θＬ未満である場合とは逆方向にモータ２４の駆動力が発生するようにアシスト電流Ｉｓ（以下、この場合のアシスト電流を特に「逆アシスト電流Ｉｒ」とも称す）が印加される。これにより、操舵トルクＴｓの大きさＡを打ち消す方向及び大きさの駆動力Ｂがモータ２４によって発生する。従って、操舵角θがロック設定角度θＬに到達している場合には、ステアリング２２に対して作用する推力Ｃが略ゼロとなる。

さらに詳細に説明すると、制御装置６０は、図７の説明図に示すような方法によりアシスト電流Ｉｓを導出し、モータ２４に向けて出力させる。すなわち、制御装置６０は、車速Ｖｓ及び操舵トルクＴｓから、図３のＴｓ−Ｉｔマップに基づき通常時アシスト電流Ｉｔを導出する。またこれとは別に、操舵角θの絶対値が、ロック設定角度θＬ以上であるか否かを確認する。その結果、操舵角θの絶対値がロック設定角度θＬ未満である場合には、Ｔｓ−Ｉｔマップに基づいて導出された通常時アシスト電流Ｉｔに相当するアシスト電流Ｉｓをモータ２４に印加させ、操舵アシスト動作を実行する。

これに対し、操舵角θの絶対値がロック設定角度θＬ未満である場合には、逆アシスト動作が実行される。すなわち、操舵角θの絶対値がロック設定角度θＬ未満である場合には、モータ２４において発生する駆動力によりステアリング装置２０に作用している操舵トルクＴｓを打ち消すことができるように、モータ２４に対してアシスト電流Ｉｓ（逆アシスト電流Ｉｒ）が印加される。言い換えれば、操舵トルクＴｓに相当する大きさであって、操舵トルクＴｓとは逆方向に作用する駆動力を発生させることが可能なように、モータ２４に逆アシスト電流Ｉｒを印加する。これにより、予め規定されているロック設定角度θＬを越えてステアリング２２を操作することができなくなる。

本実施形態のステアリングシステム５０においては、操舵角θがロック設定角度θＬ以上の範囲内に入ると、操舵方向とは逆方向へのアシスト力が発生するように逆アシスト動作が実行され、ステアリング２２の操作を規制する擬似ストッパとしての機能が発揮される。従って、ステアリングシステム５０においては、ステアリング装置２０の操舵可能範囲の終端に設けるストッパ（図示せず）の簡素化を図ること、あるいはストッパを省略することが可能となる。これにより、ステアリングシステム５０の低コスト化、あるいは軽量化等を図ることが可能となる。

また、終端範囲内において操舵方向とは逆方向へのアシスト力が発生するように操舵アシスト動作を行うと、運転者はステアリング２２の回転操作が重く感じるものの、例えば上述したストッパへの衝突による急激な衝撃を感じることはない。従って、本実施形態のステアリングシステム１０によれば、操舵感を向上させることができる。

上述したステアリングシステム１０，５０は、いずれもラック・ピニオン式のステアリング装置２０を採用したものであるが、ステアリング装置２０はボールナット式の物であっても良い。

本発明のステアリングシステムは、駆動源において発生した駆動力を用いてステアリング装置の操舵を補助するようにアシスト力を作用させる操舵アシスト動作を実施可能なステアリングシステム全般において利用可能である。

１０，５０ ステアリングシステム
２０ ステアリング装置
２２ ステアリング
２４ モータ（駆動源）
２６ 操舵角検知手段
２７ 操舵トルク検知手段
２８ 車速検知手段
２９ 操舵速度検知手段
３０，６０ 制御装置
Ｔｓ 操舵トルク
Ｖｓ 車速
Ｓｓ 操舵速度
θ 操舵角

Claims (2)

1. 駆動源において発生した駆動力を用いてステアリング装置の操舵を補助するようにアシスト力を作用させる操舵アシスト動作を実施可能なステアリングシステムにおいて、
   操舵速度を検知可能な操舵速度検知手段、及び／又は操舵トルクを検知可能な操舵トルク検知手段を備えており、
   前記操舵可能範囲の終端近傍における操舵速度及び／又は操舵トルクが所定値以上であることを条件として前記操舵アシスト動作を制限あるいは禁止することを特徴とするステアリングシステム。
2. 駆動源において発生した駆動力を用いてステアリング装置の操舵を補助するようにアシスト力を作用させる操舵アシスト動作を実施可能なステアリングシステムにおいて、
   操舵角を検知可能な操舵角検知手段を有し、
   操舵角が前記操舵可能範囲の終端側に規定されている終端範囲内に存在することを条件として、操舵方向とは逆方向へのアシスト力を作用させる逆アシスト動作を実施することを特徴とするステアリングシステム。

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