JPH01233170A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は車両等に施用される操舵装置、詳しくは、車
両の基準方向に対する進行方向変化量を指示し、この指
示された進行方向変化量と検出された実際の車両の進行
方向変化量との偏差が零となるように操向車輪を車速等
に応じた所定の特性で転舵する操舵装置に関する。

（従来の技術） 車両等の操舵装置は、一般に、操向ハンドルと操向車輪
との間をギア機構およびリンケージ等の操舵系で機械的
に連結し、操向ハンドルのハンドル操作を操向車両に伝
達して操向車輪をハンドル操作に応した舵角に転舵する
。このような操舵装置では、操向ハンドルのハンドル舵
角は車両の現進行方向に対する相対的な方向変化量を示
すため、一定方向に進行する場合には操向ハンドルを所
定位置に保持する。具体的には、例えば、第６図に示す
ような進路変更を行う場合には、同図（ｂ）に示される
ように、進路変更開始時に一方向に転舵し、この後に走
路の分離線を超えた時に他方向に転舵し、再度、進路変
更終了時に直進位置に戻すための操舵を行い、また、第
７図（ａ）に示すような鉤形状の道路を９０度旋回する
場合には、同図（ｂ）に示されるように、旋回開始時に
一方向に転舵し、旋回終了後に他方向に転舵する。

（この発明が解決しようとする課題） 上述のような操舵装置にあっては、車両の旋回制御に際
して運転者は１つの操作量として操向ハンドルの操舵角
を付与することができるが、車両の旋回挙動は横運動（
左右運動）およびヨーイング等により支配的な影響を受
ける。そして、操向ハンドルの操舵角θＳが操向車輪の
転舵角δｆに対応し、横運動を決定する横加速度■、ヨ
ーイングを決定するヨーレイト（ヨー角速度）ｒおよび
旋回半径Ｒは転舵角δｆおよび車速Ｕの関数として下式
（１）　、（２）、（３）に示すような特性を呈する。

（以下、余白） 文 Ｒ＝（１＋ＫＵ２）●一　　　　・・・・・・　　（３
）δ　ｆ ただし、 Ｋ；スタビリテイファクタ 立；ホイールベース これら式（１　）、　（２）、　（３）から明らかなよ
うに、運転者は意図する旋回挙動を得るには車速を考慮
した転舵角δｆすなわち操向ハンドルの操舵角θＳを与
えることが不可欠であり、車両の操縦を難しくする一因
となっていた。

また、車両の運動速度が大きい場合等、例えばタイヤの
スリップアングルが大きくコーナリングフォース特性の
非線形性が顕著化する場合にあっては、過渡特性の影響
が重畳されて上述のスタビリテイファクタにも変化し、
運転者はスタビリテイファクタにの変化をも考慮して操
向ハンドルを操舵しなければならない。このため、車両
の操縦の困難も著しく、車両の運転に習熟するには相当
の練習が不可欠であった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、操作が
容易な操舵装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 第１の発明は、第１図（ａ）の構成図に示されるように
、操向車輪をアクチュエータが転舵する動力舵取手段を
有する操舵装置において、車両の基準方向に対する進行
方向変化量を指示する操向指示手段と、 車両の進行方向変化量を検出する進行方向検知手段と、 前記操向指示手段および前記進行方向検知手段の出力信
号に基づき前記操向指示手段に指示された進行方向変化
量と前記進行方向検知手段により検出された進行方向変
化量との偏差が零になるように前記動力舵取手段を制御
する制御手段と、を備えることが要旨である。

また、第２の発明は、第１図（ｂ）の構成図に示される
ように、操向車輪をアクチュエータが転舵する動力舵取
手段を有する操舵装置において、車両の基準方向に対す
る進行方向を指示する操向指示手段と、 車両の前記基準方向に対する進行方向を検出する進行方
向検知手段と、 前記操向指示手段および前記進行方向検知手段の出力信
号に基づき前記操向指示手段に指示された進行方向と前
記進行方向検知手段により検出された進行方向との偏差
を算出し、該偏差に応じて目標舵角を決定する目標舵角
決定手段と、該目標舵角決定手段の出力信号に基づき前
記操向車輪が前記目標舵角に転舵されるように前記動力
舵取手段を制御する制御手段と、 を備えることが要旨である。

（作用） 第１の発明にかかる操舵装置によれば、運転者によって
車両の基準方向に対する進行方向変化量が指示され、こ
の指示ネれた進行方向変化量と検出された進行方向変化
量との偏差に応じて操向車輪が転舵されるため、相対的
な進行方向差を考慮する必要が無く、操向ハンドルを中
立位置に復帰させる戻し操作が不要となり、また、外乱
によって受ける影響を小さくでき、操縦の容易化が図れ
る。

また、第２の発明にかかる操舵装置によれば、偏差に応
じて目標舵角が決定されるため、第１の発明に加えて、
操向車輪の過渡的な転舵特性を偏差に応じた特性に設定
でき、より良好な操舵性能が得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第２図から第３図は第１および第２の発明の一実施例に
かかる操舵装置を表し、第２図が模式化した全体概略図
、第３図がブロック線図である。

第２図において、１１はステアリングシャフト１２の上
端に固設された操向／＼ンドル（操向指示手段）であり
、ステアリングシャフト１２は車体等に回転自在に支持
されて下端にエンコーダ１３およびモータを有する反力
発生器（反力付与手段）１４が設けられている。これら
エンコーダ１３および反力発生器１４はコントローラ（
制御手段）１５に結線され、エンコーダ１３はステアリ
ングシャツ）１２の回転を検出して操向ハンドル１１の
所定位置からの操舵角度θＳを表す信号をコントローラ
１５に出力し、また、反力発生器１４は後述するように
モータがコントローラ１５によって制御されて操向ハン
ドル１１に操舵反力を付与する。なお、エンコーダ１３
により検出される操舵角度θＳは、上述の所定位置を所
定の絶対方位例えば北あるいは現在の車両の進行方向等
として、この方位を基準とする方位角度を表す。

コントローラ１５には、また、スピードメータ１６、ヨ
ーレイトジャイロ（進行方向検知手段）１７および図示
しない動力舵取器が結線されている。スピードメータ１
６は車速を表す信号をコントローラ１５に出力し、ヨー
レイトジャイロ１７はヨーレイト（ヨー角速度）を表す
信号をコントローラ１５に出力する。動力舵取器は、転
舵力を発生する電動機および電動機と操向車輪との間に
介設されたギア機構等を有し、電動機がコントローラ１
５から通電されて操向車輪を転舵する。

コントローラ１５は、マイクロコンピュータ等から構成
され、エンコーダ１３、スピードメータ１６およびヨー
レイトジャイロ１７から入力する信号を所定のプログラ
ムに従い処理して反力発生器１４のモータを制御して操
向ハンドル１１の操舵に操舵反力を付与するとともに動
力舵取器の電動機を制御して操向車両を転舵する。なお
、上述の動力舵取器等の具体的構成については、本出願
人が先に提出した特願昭６２−３３１０８４号明細書等
に詳細に記載されているため説明および図示を省略して
いる。

次に、この実施例の作用を第３図、第４図および第５図
を参照して説明する。

この操舵装置にあっては、操向ハンドル１１の操舵角θ
は車両の基準方向に対する進行方向変化量を表し、この
操向ハンドル１１の操舵角θにゲイン定数Ｋを乗じて求
めた指示角Ｋ・θを加算、またヨーレイトｒを積分して
得られたヨー角度ψにゲイン定数Ｋｎを乗じて求めた車
両進行角Ｋｎψを減算して偏差θｅを算出し、この偏差
θｅにゲイン定数Ｋｓを乗じて偏差θｅに対し比例的な
特性の目標転舵角Ｋｓ　・Ｏｅを求める。この目標転舵
角Ｋｓ　・Ｏｅは、高偏差域において大、低偏差域にお
いて小さくなり、偏差θｅに対して比例的な特性を有す
る。そして操向車輪を目標転舵角Ｋｓ　・Ｏｅに動力舵
取装置によって転舵し、また、偏差θｅにゲイン定数Ｋ
ｐを乗じて操舵反力Ｔを決定し、反力発生器１４によっ
て操向ハンドル１１の操舵に操舵反力を付与する。この
ため、操向車輪は過渡的に偏差Ｏｅに応じた特性で転舵
されて車両は運転者の操舵意志に応じた旋回挙動を呈し
、また、車両の進行方向が横風等の外乱により乱されて
も最終的な車両の進行方向が影響を受けること無く車両
の走行が安定し、Ｓらに、進路変更時においても第６図
（ｃ）に示すような一方向のみの操舵で足りて同図（ｂ
）に示す現行の操舵装置のように両方向への操舵を必要
とせず、また、９０度旋回時においても第７図（Ｃ）に
示すように一方向に所定角度操舵するのみで足りて同図
（ｂ）に示す現行の操舵装置のように中立位置に復帰さ
せるための操舵を必要としない。したがって、車両の操
縦は簡単かつ容易化され、その習練に要する期間の短縮
化も図れる。

ここで、この操舵装置にあっては、旋回角度の指示量で
ある操向ハンドル１１の操舵角θにゲイン定数Ｋを乗じ
て指示角Ｋ・θを得、また、車両の最終的挙動であるヨ
ー角度ψにゲイン定数Ｋｎを乗じて車両進行角Ｋｎ・ψ
を得、次式（４）によって定まる指示角Ｋ・０と車両進
行角Ｋｎψとの偏差θｅを基礎として目標転舵角Ｋｓ−
θｅを決定するが、式（４）は下式（４°）に書き換え
られ、また、」二連の角ゲイン定数に、Ｋｎは車速Ｕの
関数として車速Ｕに応じ変化させている。

θｅ＝ＫＯ−Ｋｎ拳ψ・・・・・・（４）θ　ｅ／　θ
　＝に−Ｋｎ　　　拳　ψ　／　θ　　　　　　・・・
　・・・　　　　（４°　）そして、式（４°）おいて
、左辺中の（θｅ／θ）は偏差θｅの操舵角θに対する
感受性すなわち入力を表し、また、右辺中の（ψ／θ）
はヨー角度ψの操舵角θに対する感受性すなわち出力を
表す。したがって、例えば、第４図に実線で示すように
、ゲイン定数Ｋｎのみを車速Ｕに応じ低車速域に小さく
高車速域に大きくなるような関数に定めれば出力も車速
Ｕに応じ変化し、車両の旋回特性換言すれば車両の旋回
軌跡を車速に応じ設定できて良好な操舵フィーリングが
得られる。同様に、例えば、第４図中に鎖線で示すよう
に、ゲイン定数に、Ｋｎをともに車速Ｕの関数としてそ
れぞれ低車速域に大きく高車速域に小さくなるように定
めても良好な操舵フィーリングが得られ、また、同図中
に破線で示すように、ゲイン定数にのみを車速Ｕの関数
として低車速域に大きく高車速域に小さくなるように定
めても良好な操舵フィーリングが得られる。

一方、前述のように、操舵反力Ｔは偏差θｅにゲイン定
数Ｋｐを乗じて決定されるが、ゲイン定数に＋）は車速
Ｕの関数として高車速域で大きく低車速域で小さくなる
ように定められている。このため、第５図に示すように
、操舵反力Ｔの特性も車速Ｕに応じ変化し、操舵反力Ｔ
は高車速域で大きく（破線）、低車速域で小さくなり（
鎖線）、操向ハンドル１１の操舵に車速Ｕに応じて適正
な反力が付与される。したがって、操向ハンドル１１の
操舵が安定し、より良好な操舵フィーリングが得られる
。

なお、上述した実施例では、各ゲイン定数Ｋ。

Ｋｎ　、Ｋｐを車速のみの関数とするが、操向ハンドル
１１の操舵速度あるいは操向ハンドル１１によって指示
される進行方向変化量等の操舵を表す状態量または横風
の風速等の車両の走行を表す状態量の関数、若しくは、
これらの複合的な関数とすることも可能、である。

（発明の効果） 以上説明したように、第１の発明にかかる操舵装置によ
れば、車両の基準方向に対する進行方向変化量を指示す
るとともに車両の進行方向変化量を検出し、これら指示
された進行方向変化量と検出された進行方向変化量との
偏差に基づき操向車輪を操舵するため、車両の最終的な
旋回挙動が横風等の外乱の影響を受けることも無くなり
、また、車両の旋回操縦を簡単かつ容易に行なえるとい
う効果が得られる。

また、第２の発明にかかる操舵装置によれば、指示され
た進行方向と検出された進行方向との偏差に基づき目標
転舵角を決定して該目標転舵角に転舵するため、過渡的
な転舵特性を偏差に応じた特性に設定でき、操舵性能を
より向上できる。

さらに、上述した実施例においては、操向車輪の操舵特
性を車速に応じ制御するため、上記効果に加えて、より
良好な操舵フィーリングを得られるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は第１の発明の操舵装置の構成図、第１図
（ｂ）は第２の発明の操舵装置の構成図である。第２図
から第５図まではこの発明の一実施例にかかる操舵装置
を示し、第２図が概略模式図、第３図がブロック線図、
第４図が転舵特性図、第５図が操舵反力特性図である。 第６図および第７図は作用説明図であり、第６図が進路
変更時、第７図が９０度の方向転換時を示す。 １１・・・操向ハンドル（操向指示手段）１２・・・ス
テアリングシャフト １３・・・エンコーダ １４・・・反力発生器（反力付与手段、目標転舵角決定
手段） １５・・・コントローラ（制御手段） １６・・・スピードメータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）操向車輪をアクチュエータが転舵する動力舵取手
   段を有する操舵装置において、 車両の基準方向に対する進行方向変化量を指示する操向
   指示手段と、 車両の進行方向変化量を検出する進行方向検知手段と、 前記操向指示手段および前記進行方向検知手段の出力信
   号に基づき前記操向指示手段に指示された進行方向変化
   量と前記進行方向検知手段により検出された進行方向変
   化量との偏差が零になるように前記動力舵取手段を制御
   する制御手段と、を備えることを特徴とする操舵装置。 （２）前記操向指示手段の出力利得を変更可能な指示利
   得制御手段を設けたことを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項記載の操舵装置。 （３）前記指示利得制御手段は、前記操向指示手段の出
   力利得を車速に応じ高車速時に小さく低車速時に大きく
   なるように制御することを特徴とする前記特許請求の範
   囲第２項記載の操舵装置。 （４）前記進行方向検知手段の出力利得を変更可能な検
   知利得制御手段を設けたことを特徴とする前記特許請求
   の範囲第１項記載の操舵装置。 （５）前記検知利得制御手段は前記進行方向検知手段の
   出力利得を車速に応じ高車速時に大きく低車速時に小さ
   くなるように制御することを特徴とする前記特許請求の
   範囲第４項記載の操舵装置。 （６）前記操向指示手段に操作反力を付する反力付与手
   段と、該反力付与手段を前記操向指示手段に指示された
   進行方向変化量と前記進行方向検知手段によって検出さ
   れた進行方向変化量との偏差に基づき該偏差に対して操
   作反力が比例的な特性になるように制御する反力制御手
   段と、を設けたことを特徴とする前記特許請求の範囲第
   １項記載の操舵装置。（７）前記反力制御手段は、前記
   偏差に対する操作反力の特性を車速に基づき操作反力が
   高車速域に大きく低車速域に小さくなるように制御する
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第６項記載の操舵
   装置。 （８）操向車輪をアクチュエータが転舵する動力舵取手
   段を有する操舵装置において、 車両の基準方向に対する進行方向を指示する操向指示手
   段と、 車両の前記基準方向に対する進行方向を検出する進行方
   向検知手段と、 前記操向指示手段および前記進行方向検知手段の出力信
   号に基づき前記操向指示手段に指示された進行方向と前
   記進行方向検知手段により検出された進行方向との偏差
   を算出し、該偏差に応じて目標舵角を決定する目標舵角
   決定手段と、 該目標舵角決定手段の出力信号に基づき前記操向車輪が
   前記目標舵角に転舵されるように前記動力舵取手段を制
   御する制御手段と、 を備えることを特徴とする操舵装置。