JP5139700B2

JP5139700B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP5139700B2
Application number: JP2007056878A
Authority: JP
Inventors: 仁志岩井; 卓也山口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: JP2008213757A

Description

本発明は、ステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置に関し、特に、タイヤ角度の検出を低コストで実現する車両用操舵装置に関する。

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

しかしながら、上記のステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置では、ステアリングホイールとタイヤとが機構的に分離されているために、ステアリングホイールのハンドル角度を検出するセンサのほかに、タイヤ角度を検出するセンサを備える必要があり、従来の一般的な車両用操舵装置に比較してコストアップの要因になっているといった問題があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、タイヤ角度を検出するセンサを用いることなく、タイヤ角度を精度よく検出することができる車両用操舵装置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、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶った状態で、ステアリングホイールの操作量を電気信号に変換し、その電気信号に基づいてステアリングギヤボックスに設けた操舵モータを駆動して車輪を転舵するとともに、前記操作量に応じてステアリングホイールに接続した操舵反力モータを駆動して該ステアリングホイールに操舵反力を付与する車両用操舵装置において、車両の走行時にヨーセンサが検出する車両のヨーレートからタイヤ角度を推定するタイヤ角度推定手段（例えば、図２のタイヤ角度推定部１０２に相当）と、該推定したタイヤ角度を操舵モータの回転角センサ（例えば、図２のレゾルバ１０４に相当）の値により補正してタイヤ角度を検出するタイヤ角度検出手段（例えば、図２のタイヤ角度検出部１０３に相当）と、を備えた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、車両の走行時に、車両のヨーレートからタイヤ角度を推定し、推定したタイヤ角度を操舵モータの回転角センサの値により補正してタイヤ角度を検出する。つまり、車両のヨーレートから大まかなタイヤ角度を算出し、この算出したタイヤ角度を検出分解能が高い操舵モータの回転角センサの出力信号により補正することによって、精度の高いタイヤ角度を検出することができる。

（２）本発明は、ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶った状態で、ステアリングホイールの操作量を電気信号に変換し、その電気信号に基づいてステアリングギヤボックスに設けた操舵モータを駆動して車輪を転舵するとともに、前記操作量に応じてステアリングホイールに接続した操舵反力モータを駆動して該ステアリングホイールに操舵反力を付与する車両用操舵装置において、前記車両の停車時に、前記操舵モータの回転角センサの出力変化量からステアリングホイールのストロークエンドを検出するストロークエンド検出手段（例えば、図４のストロークエンド検出部２０１に相当）と、該ストロークエンド時のタイヤ角度を最大タイヤ角度と推定する最大タイヤ角度推定手段（例えば、図４の最大タイヤ角度推定部２０２に相当）と、前記車両の走行後に、前記推定された最大タイヤ角度と車両のヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致するときに、最大タイヤ角度を確定し、該確定した最大タイヤ角度を基準に、操舵モータの回転角センサ（例えば、図４のレゾルバ１０４に相当）の出力値に基づいてタイヤ角度を検出するタイヤ角度検出手段（例えば、図４のタイヤ角度検出部２０７に相当）と、を備えた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、車両の停車時に、操舵モータの回転角センサの出力変化量からストロークエンドを検出し、ストロークエンド時のタイヤ角度を最大タイヤ角度と推定する。そして、車両の走行時に、推定された最大タイヤ角度と車両のヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致するときに、最大タイヤ角度を確定し、確定した最大タイヤ角度を基準に、操舵モータの回転角センサの値によりタイヤ角度を検出する。つまり、ＳＷＢシステムの起動直後の停車状態におけるステアリングホイールの据え切り操舵のように、ヨーレートが発生しない状態においては、ステアリングホイールの操舵角に対して規定の比で相対的にタイヤを転舵し、ストロークエンドに達したときには、操舵モータの回転角センサの出力変化量が略ゼロとなるために、これを利用して最大タイヤ角度と推定する。そして、車両の走行後に、車両のヨーレートから算出されるタイヤ角度と推定した最大タイヤ角度とが略一致すれば、推定した最大タイヤ角度を基準に、操舵モータの回転角センサの値から補正を行うことにより、タイヤ角度を検出することができる。

（３）本発明は、（２）の車両用操舵装置について、前記タイヤ角度検出手段が、前記車両の走行後に、前記推定された最大タイヤ角度と車両のヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致しないときに、前記ヨーレートからタイヤ角度を推定し、該推定したタイヤ角度を前記操舵モータの回転角センサの値により補正してタイヤ角度を検出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、推定された最大タイヤ角度とヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致しないときに、ヨーレートからタイヤ角度を推定し、推定したタイヤ角度を操舵モータの回転角センサの値により補正してタイヤ角度を検出する。例えば、タイヤが道路の縁石等に乗り上げているような場合には、操舵モータの回転角センサの出力変化量のみからストロークエンドを検出することができない。したがって、推定された最大タイヤ角度とヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致しないときには、ストロークエンドを正確に検出できなかったと判断し、ヨーレートから推定したタイヤ角を操舵モータの回転角センサの値により補正してタイヤ角度を検出する。

本発明によれば、タイヤ角度を検出するセンサを用いなくても、タイヤ角度を精度よく検出することができるという効果がある。また、タイヤ角度を検出するセンサが不要であるため、装置全体のコストダウンを図ることが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、既存の構成要素等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、操舵反力を操舵軸２２に伝達する反力伝達機構２６と、操舵軸２２のトルクを検出するトルクセンサ３２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、制御部６１は舵角センサ２３、モータ回転角センサ２５、転舵トルクセンサ３２、転舵動力モータ４５内の図示しないレゾルバ１０４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。

すなわち、制御部６１は、反力モータ２４を制御することによって、ステアリングホイール２１の操作に応じた操舵反力を自動的に設定し、操舵反力をステアリングホイール２１に付加して、次の（１）〜（４）のように制御することができる。

（１）反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングホイール２１の操舵方向とは逆方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール２１の操舵力を反力モータ２４の操舵反力によって打ち消す作用が働く。このため、ステアリングホイール２１を操舵するときに、操舵反力分だけ大きい操舵力が必要となる。

（２）反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングホイール２１の操舵方向と同方向へ回転させた場合には、ステアリングホイール２１の操舵力に反力モータ２４の操舵反力を加える作用が働く。このため、ステアリングホイール２１を操舵するときに、操舵反力分だけ小さい操舵力ですむ。

（３）ステアリングホイール２１を任意の角度で停止状態に保持させる場合には、それまでのステアリングホイール２１の回転方向とは逆方向に、反力モータ２４の操舵反力を調整しながらウォームホイール２８を回転させることによって、保持力を発生させる。

（４）その後にステアリングホイール２１を戻す場合には、ステアリングホイール２１の中立位置までステアリングホイール２１を自動的に戻す、いわゆるセルフアライニングトルクに相当する戻し力（操舵反力）が、反力モータ２４からウォームホイール２８に伝達する。

また、制御部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、車両の旋回程度や加減速の有無等、車両の走行状態に応じて柔軟に設定することができる。従って、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、この車両用操舵装置１０では、操舵機構２０のステアリングシャフト２２と転舵機構３０の入力軸３１とが、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および第２自在軸継手５５を介して連結されている。

＜タイヤ角度検出ブロックの構成と処理動作＞
次に、図２から図５を用いて、タイヤ角度検出ブロックの構成と処理動作について説明する。なお、タイヤ角度検出ブロックの構成と処理動作については、車両走行時のタイヤ角度検出と、ステアリングホイールの据え切り時におけるタイヤ角度検出とに分けて説明する。

＜車両走行時におけるタイヤ角度検出の機能ブロックと処理動作＞
車両走行時におけるタイヤ角度検出の機能ブロックは、図２に示すように、ヨーレートセンサ６３と、タイヤ角度推定部１０２と、タイヤ角度検出部１０３と、レゾルバ１０４とから構成されている。なお、タイヤ角度推定部１０２と、タイヤ角度検出部１０３とは制御部６１内で構成されている。

ここで、タイヤ角度推定部１０２は、ヨーレートセンサ６３のヨーレートに基づいて、タイヤ角度を推定する。具体的には、ヨーレートとタイヤ角度の関係式等を用いて、タイヤ角度を算出してもよいし、予め、ヨーレートとタイヤ角度との関係をデータテーブル上に展開し、このデータテーブルに基づいて、タイヤ角度を算出してもよい。

タイヤ角度検出部１０３は、タイヤ角度推定部１０２が推定したタイヤ角度を検出分解能の高いレゾルバ１０４からの出力信号により補正して精度の高いタイヤ角度を検出する。

具体的な処理は、図３に示すように、まず、タイヤ角度推定部１０２がヨーレートセンサ６３のヨーレートからタイヤ角度を推定し、その推定結果をタイヤ角度検出部１０３に出力する（ステップＳ１０１）。タイヤ角度検出部１０３には、レゾルバ１０４からの出力信号も入力され、レゾルバ１０４からの出力信号により、タイヤ角度推定部１０２におけるタイヤ角度の推定値を補正して（ステップＳ１０２）、タイヤ角度を決定する（ステップＳ１０３）。

したがって、上記の実施形態においては、車両のヨーレートから大まかなタイヤ角度を算出し、この算出したタイヤ角度を検出分解能が高いレゾルバの出力信号により補正することによって、精度の高いタイヤ角度を検出することができる。

＜ステアリングホイールの据え切り時におけるタイヤ角度検出の機能ブロックと処理＞
ステアリングホイールの据え切り時におけるタイヤ角度検出の機能ブロックは、図４に示すように、ストロークエンド検出部２０１と、最大タイヤ角度推定部２０２と、比較部２０４と、最大タイヤ角度判定部２０５と、レゾルバ１０４と、タイヤ角度検出部２０７と、ヨーレートセンサ６３とから構成されている。なお、ストロークエンド検出部２０１、最大タイヤ角度推定部２０２、比較部２０４、最大タイヤ角度判定部２０５、タイヤ角度検出部２０７は制御部６１内で構成されている。

ここで、ストロークエンド検出部２０１は、ＳＷＢシステムの起動直後の停車状態におけるステアリングホイールの据え切り操舵において、レゾルバ１０４からの出力信号の変化量をモニターし、出力信号の変化量が略ゼロとなったときに、ストロークエンドを検出する。

最大タイヤ角度推定部２０２は、ストロークエンド検出部２０１がストロークエンドを検出したときに、タイヤ角度が最大であると推定する。比較部２０４は、最大タイヤ角度推定部２０２が推定した最大タイヤ角度と車両の走行直後にヨーレートセンサ６３から得られるヨーレートとを比較し、比較結果を最大タイヤ角度判定部２０５に出力する。

最大タイヤ角度判定部２０５は、比較部２０４による比較結果が略一致するときに、最大タイヤ角度推定部２０２が推定したタイヤ角度を最大タイヤ角度と判定し、最大タイヤ角度をタイヤ角度検出部２０７に出力する。

タイヤ角度検出部２０７は、最大タイヤ角度判定部２０５から最大タイヤ角度を入力した時には、この角度を基準としてレゾルバ１０４からの信号に基づいて、補正を行いタイヤ角度の検出を行う。一方で、最大タイヤ角度判定部２０５から最大タイヤ角度が入力されなかった時には、ヨーレートセンサ６３のヨーレートからタイヤ角度を推定し、推定したタイヤ角度をレゾルバ１０４の値により補正してタイヤ角度を検出する。

具体的な処理は、図５に示すように、まず、ストロークエンド検出部２０１が、ＳＷＢシステムの起動直後の停車状態におけるステアリングホイールの据え切り操舵において、レゾルバ１０４からの出力信号の変化量をモニターし、出力信号の変化量が略ゼロとなったときに、ストロークエンドを検出する。そして、ストロークエンド検出部２０１がストロークエンドを検出したときに、最大タイヤ角度推定部２０２が、タイヤ角度が最大であると推定する（ステップＳ２０１）。

次に、車両の走行後、最大タイヤ角度推定部２０２が推定した最大タイヤ角度とヨーセンサ６３からのヨーレートとを比較部２０４が比較して（ステップＳ２０２）、比較の結果、両者が略一致する場合（ステップＳ２０３の「Ｙｅｓ」）には、最大タイヤ角度判定部２０５が最大タイヤ角度を確定し（ステップＳ２０４）、タイヤ角度検出部２０７が、確定した最大タイヤ角度を基準にレゾルバ１０４の出力値によりタイヤ角度を検出し（ステップＳ２０５）、タイヤ角度を決定する（ステップＳ２０８）。

一方、比較の結果、両者が一致しない場合（ステップＳ２０３の「Ｎｏ」）には、タイヤ角度検出部２０７がヨーレートセンサ６３のヨーレートからタイヤ角度を推定し（ステップＳ２０６）、レゾルバ１０４の値によりタイヤ角度の推定値を補正して（ステップＳ２０７）、タイヤ角度を決定する（ステップＳ２０８）。

したがって、上記の実施形態によれば、車両の走行後に、車両のヨーレートから算出されるタイヤ角度と推定した最大タイヤ角度とが略一致すれば、推定した最大タイヤ角度を基準に、レゾルバの値から補正を行うことにより、タイヤ角度を検出する。一方、推定された最大タイヤ角度とヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致しないときには、ストロークエンドを正確に検出できなかったと判断し、ヨーレートから推定したタイヤ角をレゾルバの値により補正してタイヤ角度を検出する。これにより、タイヤ角度を検出するセンサを用いなくても、タイヤ角度を精度よく検出することができる。

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等も含まれる。

本実施形態に係る車両用操舵装置の構成図である。本実施形態にタイヤ角度検出に係るブロック図である。本実施形態にタイヤ角度検出に係る処理フローである。本実施形態にタイヤ角度検出に係るブロック図である。従来例に係るタイヤ角度検出に係る処理フローである。

符号の説明

１０・・・車両用操舵装置、２１・・・ステアリングホイール、２３・・・舵角センサ、２４・・・反力モータ、３８・・・転舵用アクチュエータ、６３・・・ヨーレートセンサ、１０２・・・タイヤ角度推定部、１０３・・・タイヤ角度検出部、１０４・・・レゾルバ、２０１・・・ストロークエンド検出部、２０２・・・最大タイヤ角度推定部、２０４・・・比較部、２０５・・・最大タイヤ角度判定部、２０７・・・タイヤ角度検出部

Claims

ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶った状態で、ステアリングホイールの操作量を電気信号に変換し、その電気信号に基づいてステアリングギヤボックスに設けた操舵モータを駆動して車輪を転舵するとともに、前記操作量に応じてステアリングホイールに接続した操舵反力モータを駆動して該ステアリングホイールに操舵反力を付与する車両用操舵装置において、
前記車両の停車時に、前記操舵モータの回転角センサの出力変化量からステアリングギヤボックスのストロークエンドを検出するストロークエンド検出手段と、
該ストロークエンド時のタイヤ角度を最大タイヤ角度と推定する最大タイヤ角度推定手段と、
前記車両の走行後に、前記推定された最大タイヤ角度と車両のヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致するときに、最大タイヤ角度を確定し、該確定した最大タイヤ角度を基準に、操舵モータの回転角センサの出力値に基づいてタイヤ角度を検出するタイヤ角度検出手段と、
を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
前記タイヤ角度検出手段が、前記車両の走行後に、前記推定された最大タイヤ角度と車両のヨーレートから推定されるタイヤ角度とが略一致しないときに、前記ヨーレートからタイヤ角度を推定し、該推定したタイヤ角度を前記操舵モータの回転角センサの出力値により補正してタイヤ角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。