WO1999024307A1 - A steering device for vehicles - Google Patents

Description

明細書

車両のステアリ ング装置 技術分野

本発明は、 車両における挙動安定化システムと連係するステアリ ング装置に関 する。 背景技術

カーブ走行時における速度超過やドライバーの運転ミス等により、 車両がスピ ンゃ ドリフ トを起こした場合、 ドライバーの意図に沿って車両を操舵することが できなくなる。 そのようなドリフ トゃスピン等の不安定な車両挙動を防ぐため、 車両の制動力 や駆動力を制御する技術が開発されている。 しかし、 その車両挙動を安定化するための制動力や駆動力の制御はドライバ一 の意思とは無関係に行われ、 その制動力や駆動力の変化に基づき操舵トルクが変 化することから、 操舵フィ一リ ングが悪化するという問題がある。 本発明は、 上記問題を解決することのできるステアリ ング装置を提供すること を目的とする。 発明の開示

本発明の車両のステアリ ング装置は、 操舵のために ドライバ一により付与され る トルクを車輪に伝達する手段を備え、 車両挙動の安定化のために車輪の制動力 および駆動力の中の少なく とも一方を制御可能な車両において、 その安定化制御 による制動力および駆動力の中の少なく とも一方の変化に基づく操舵トルクの変 化を打ち消すように、 操舵トルクを制御可能なことを特徴とする。

この構成によれば、 車輪の制動力および駆動力の中の少なく とも一方を制御す ることで車両挙動を安定化させる際に、 その安定化制御に基づく操舵トルクの変 化を打ち消すことで、 操舵フィ一リ ングが悪化するのを防止できる。

その車両挙動の安定化のための制御は公知の手段を用いることができる。 本発明の車両のステアリ ング装置は、 操舵のためにドライバ一により付与され る トルクを車輪に伝達するステアリ ングシャフ トと、 そのドライバ一により付与 される トルクに付加される トルクを発生するァクチユエ一夕と、 そのステアリ ン グシャフ トにより伝達される操舵トルクの検知手段と、 前記安定化制御による車 両の制動力および駆動力の中の少なく とも一方の変化に対応する変量を求める手 段と、 その変量と操舵トルクの変化との関係を記憶する手段と、 その求めた変量 と記憶した関係とから求められる操舵トルクの変化を打ち消すように、 前記ァク チユエ一タにより付加される トルクを制御する手段とを備えるのが好ましい。 この構成によれば、 車両挙動の安定化のために制動力および駆動力の中の少な く とも一方が制御された場合、 その制動力および駆動力の中の少なく とも一方の 変化に基づく操舵トルクの変化を、 操舵のためにドライバ一により付与される ト ルクに付加される トルクを制御することで、 円滑に打ち消すことができる。 その安定化制御による車両の制動力および駆動力の中の少なく とも一方の変化 に対応する変量としては、 例えば、 各車輪の制動力や回転速度、 車速、 舵角、 車 両と路面との間の摩擦係数、 車両のョ一レー ト等の安定化制御開始時からの変化 量を求めることができ、 多種の変量を求める程に操舵トルクの変化を精度良く打 ち消すことができる。

その変量と操舵トルクの変化との関係は、 その関係に従うことで、 求められた 変量から操舵トルクの変化を求めることができるように定められる。 その安定化 制御に基づく操舵トルクの変化と大きさが等しく逆向きのトルクをァクチユエ一 夕により付加することで、 その操舵トルクの変化を打ち消すことができる。 本発明の車両のステアリ ング装置において、 前記安定化のために車両にモーメ ントが作用するように制動力および駆動力の中の少なく とも一方が制御される場 合に、 そのモーメ ン卜と同方向の操舵補助トルクが前記ァクチユエ一夕により付 加されるのが好ましい。

車両がオーバーステア状態になってスピンするのを防止して車両挙動を安定化 させる場合は、 例えば外輪の制動力を内輪の制動力よりも大きくすることで、 車 両の転舵方向と逆方向のモーメ ン トを車両に作用させる。 この場合、 その安定化 のため車両に作用するモーメ ン トと反対方向に転舵させようとする操舵トルク変 化が生じることから、 そのモーメ ン卜と同方向の操舵補助トルクをァクチユエ一 夕により付加することで、 そのドライバーに作用する操舵トルクの変化を打ち消 すことができる。

車両がアンダーステア状態になってドリフ 卜するのを防止して車両挙動を安定 化させる場合、 例えば内輪の制動力を外輪の制動力よりも大きくすることで、 車 両の転舵方向と同方向のモーメ ン トを車両に作用させる。 この場合、 その安定化 のため車両に作用するモーメ ン 卜と反対方向に転舵させようとする操舵トルク変 化が生じることから、 そのモーメ ントと同方向の操舵補助トルクをァクチユエ一 夕により付加することで、 そのドライバーに作用する操舵トルクの変化を打ち消 すことができる。 本発明によれば、 車両挙動の安定化のために車輪の制動力や駆動力を制御する 場合に、 その安定化制御による操舵トルクの変動をなく し、 操舵フィ一リ ングを 向上できる車両のステアリ ング装置を提供できる。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明の実施形態のステァリ ング装置の構成説明図。

図 2は車両の走行状態の説明図。

図 3は本発明の実施形態のステアリ ング装置の制御手順を示すフローチヤ一 ト

発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図 1 に示す車両のラックピニオン式電動パワーステアリ ング装置 1は、 ステア リ ングホイール Hに連結される入力軸 2と、 この入力軸 2にトルクセンサ 3を介 して連結される出力軸 4 とを備えている。 その入力軸 2と出力軸 4 とが、 ドライ バーにより操舵のために付与される トルクを車輪に伝達するステアリ ングシャフ トを構成する。 その出力軸 4はユニバーサルジョイン ト 5を介してピニォン 6に 接続され、 そのピニオン 6に嚙み合うラック 7に車輪 8が連結される。 操舵トル クがステアリ ングホイール H、 入力軸 2、 トルクセンサ 3、 出力軸 4、 およびピ 二オン 6を介してラック 7に伝達されると、 そのラック 7の移動により車両の操 舵がなされる。 また、 その入力軸 2に舵角センサ 9が取り付けられている。 なお 、 本実施形態では前輪が操舵されるが、 前後輪が操舵されてもよい。 その出力軸 4の外周にベベルギヤ 1 2が嵌合され、 このべベルギヤ 1 2に嚙み 合うベベルギヤ 1 5力く、 ァクチユエ一タ 1 3により回転駆動される。 これにより 、 そのァクチユエ一夕 1 3は、 ドライバ一により付与される トルクに付加される トルクを発生する。 車両の各車輪 8を制動するために制動システムが設けられている。 すなわち、 ブレーキペダル 1 6の踏力に応じた制動圧をマスターシリ ンダ 1 7により発生さ せる。 その制動圧は、 制動圧制御ュニッ ト 1 8により増幅されると共に各車輪 8 のブレーキ装置 1 9に分配される。 各ブレーキ装置 1 9は、 その分配された制動 圧に基づき各車輪 8に制動力を作用させる。 その制動圧制御ュニッ ト 1 8は、 コ ンピュータ一により構成されるブレーキ.系コン トローラ 6 0に接続される。 その ブレーキ系コン 卜ローラ 6 0に、 舵角センサ 9、 各車輪 8それぞれの回転速度を 個別に検知するセンサ 5 2、 各車輪 8それぞれの制動力を個別に検知するセンサ 6 1、 車両と路面との間の摩擦係数を検知する摩擦係数センサ 6 2が接続される 。 そのブレーキ系コントローラ 6 0は、 その車輪速センサ 5 2により検知される 各車輪 8の回転速度と制動カ検知センサ 6 1 によるフィ一ドバック値に応じて、 制動圧を増幅すると共に分配することができるように制動圧制御ュニッ 卜 1 8を 制御する。 これにより、 左方の車輪の制動力と右方の車輪の制動力を個別に制御 することが可能とされている。 その制動圧制御ユニッ ト 1 8は、 ブレーキペダル 1 6の操作がなされていない場合でも、 内蔵するポンプにより制動圧を発生する ことが可能とされている。 そのトルクセンサ 3は、 その入力軸 2から出力軸 4へ伝達する トルク、 すなわ ちステアリ ングシャフ トにより伝達される操舵トルクを検出する。 その トノレクセ ンサ 3は、 コンピューターにより構成されるステアリ ング系コン トローラ 5 0に 接続される。 そのステアリ ング系コン トローラ 5 0に、 ァクチユエ一夕 1 3、 車 速センサ 5 1、 およびブレーキ系コン トローラ 6 0が接続される。 そのブレーキ系コントローラ 6 0は、 車両挙動の安定化のために車輪 8の制動 力を制御する。 この車両挙動の安定化のための制御は公知の手段を用いることが できる。

例えば、 車速、 舵角、 車輪回転速度、 車両と路面との間の摩擦係数、 車両のョ 一レー ト、 各車輪の制動力等の車両挙動に相関する変量と、 車両のスピンやドリ フ 卜の原因になるモーメ ントとの関係を、 実験等により予め求めて記憶する。 そ の車両挙動に相関する変量のセンサによる検出値と記憶した関係とから、 そのス ピンやドリフ トの原因になるモーメ ン トを求め、 そのモーメ ントの値から車両の スピンゃドリ フ トの発生危険性を判断する。 危険性がある場合、 そのモーメ ン ト と反対方向のモーメ ン トを車両に作用させることができるように制動力を制御す る。 図 2に示すように、 操舵時において車両 1 0の挙動が安定している場合は破 線で示すドライバーが希望する略理想的経路を進行する。 これに対し、 車両挙動 が不安定になって矢印 Aで示すモーメ ン トにより 2点鎖線で示すようにオーバー ステア状態からスピンする場合、 外輪の制動力を内輪の制動力よりも大きくする ことで、 矢印 Bで示すモーメ ン 卜を作用させて車両挙動を安定化させることがで きる。 また、 車両挙動が不安定になって矢印 Bで示すモーメ ン トにより 1点鎖線 で示すようにアンダーステア状態から ドリフ 卜する場合、 内輪の制動力を外輪の 制動力よりも大きくすることで、 矢印 Aで示すモ一メ ントを作用させて車両挙動 を安定化させることができる。 その安定化制御による車両の制動力変化に対応する変量として、 例えば、 制動 カ検知センサ 6 1 により検知される各車輪 8の制動力、 車速センサ 5 1 により検 知される車速、 舵角センサ 9により検知される舵角、 車輪速センサ 5 2により検 知される各車輪 8の回転速度、 摩擦係数センサ 6 2により検知される車両と路面 との間の摩擦係数の、 安定化制御開始時からの変化量を求めることができる。 こ れ以外にも、 例えば車両のョ一レー卜の安定化制御開始時からの変化量を求める ことができ、 多種の変量を求める程に操舵トルクの変化を精度良く打ち消すこと ができる。 そのステアリ ング系コン トローラ 5 0は、 その変量と操舵トルクの変化との関 係を記憶する。 この関係は、 この関係に従うことで、 求められた変量から操舵ト ルクの変化を求めることができるように定められ、 実験により求めることができ る。 ステアリ ング系コン トローラ 5 0は、 その求められた変量と記憶した関係とに 基づき、 その安定化制御による制動力変化に基づく操舵トルクの変化を演算する 。 そして、 その操舵トルクの変化を打ち消すように、 上記ァクチユエ一夕 1 3に より付加される トルクを制御することで操舵トルクを制御する。 すなわち、 その 安定化制御に基づく操舵トルクの変化と大きさが等しく逆向きの トルクをァクチ ユエ一夕 1 3により付加することで、 その操舵トルクの変化を打ち消す。

例えば、 上記のように車両挙動の安定化のために車両にモーメ ン 卜が作用する ように制動力が制御される場合、 そのモ一メ ン トと同方向の操舵補助トルクがァ クチユエ一夕 1 3により付加される。 すなわち、 車両がスピンするのを防止する ため矢印 Bで示すモーメ ン トを作用させて車両挙動を安定化させる場合、 そのモ ーメ ン 卜と反対方向に転舵させようとする操舵トルク変化が生じることから、 そ の矢印 Bで示すモーメ ン トと同方向の操舵補助トルクをァクチユエータ 1 3によ つて付加する。 また、 車両がドリフ トするのを防止するため矢印 Aで示すモーメ ン トを作用させて車両挙動を安定化させる場合、 そのモーメ ントと反対方向に転 舵させようとする操舵トルク変化が生じることから、 その矢印 Aで示すモ一メ ン 卜と同方向の操舵補助トルクをァクチユエ一夕 1 3によって付加する。 図 3のフローチャートは上記システムの制御手順を示す。

まず、 ステアリ ング系コントローラ 5 0およびブレーキ系コン トローラ 6 0は 、 上記各センサにより検知されるデータを読み込む （ステップ 1 ) 。 次に、 上記のような車両挙動の安定化のための制動力の制御の有無を判断する (ステップ 2 ) この判断は、 前述のようにスピンやドリフ 卜の発生防止のための 制動力制御が行なわれているか否かにより判断する。 その安定化のための制御がない場合、 ステアリ ング系コン トローラ 5 0による ァクチユエ一夕 1 3の制御により、 検知された操舵トルクと車速に応じて通常の 操舵補助力が付与される （ステップ 3 ) 。 ステップ 2において車両挙動の安定化のための制御がある場合、 上記のように 、 その安定化制御による制動力の変化に基づく操舵トルクの変化を求める （ステ ップ 4 ) 。 次に、 その操舵トルクの変化を打ち消すように、 上記のようにァクチユエ一夕 1 3により付加される トルクを制御することで操舵トルクを制御する （ステップ 5 ) ₀ 上記制御は車両のエンジンが停止するまで繰り返される （ステップ 6 ) 。 上記構成によれば、 車輪の制動力を制御することでスピンやドリフ トを防止し て車両挙動を安定化させる際に、 操舵のためにドライバ一により付与される トル クにァクチユエ一夕 1 3により付加される トルクを制御することで、 その安定化 制御に基づく操舵トルクの変化を円滑に打ち消すことができるので、 操舵フィ一 リ ングが悪化するのを防止できる。 なお、 本発明は上記実施形態に限定されない。 例えば、 上記実施形態では車両 挙動の安定化のために車輪の制動力を制御可能な車両に本発明を適用したが、 駆 動力を制御することで車両挙動の安定化を図る車両や、 制動力と駆動力の両方を 制御することで車両挙動の安定化を図る車両にも本発明を同様に適用できる。 こ の場合、 その安定化制御による制動力と駆動力の中の少なく とも一方の変化に基 づく操舵トルクの変化を打ち消すように、 操舵トルクを制御すればよい。 また、 ステアリ ング装置はラックピニォン式に限定されず、 ボールスク リ ユー式であつ てもよい。 さらに、 ァクチユエ一タゃァクチユエ一夕の減速機の種類、 ァクチュ ェ一夕の操舵機構への連結位置は任意に設定できる。 本発明は、 ドライバーが操舵のためのトルクを付与するシステムに適用される 。 そのシステムに代えて、 ステアリ ングホイールとステアリ ング装置とが機械的 に分離され、 ァクチユエ一夕がステアリ ング装置に操舵トルクを付与し、 ドライ バーに操舵フィ一リ ングを付与するために別のァクチユエ一夕により路面反力に 対応する トルクをステアリ ングホイールに作用させるシステムにおいても、 車両 挙動の安定化制御による制動力および駆動力の中の少なく とも一方の変化に基づ く操舵トルクの変化を打ち消すように、 そのステアリ ングホイールに作用させる トルクを制御することで、 操舵フィ一リ ングを向上できる。

Claims

請求の範囲

1 . 操舵のためにドライバ一により付与される トルクを車輪に伝達する手段 を備え、

車両挙動の安定化のために車輪の制動力および駆動力の中の少なく とも一方を 制御可能な車両において、

その安定化制御による制動力および駆動力の中の少なく とも一方の変化に基づ く操舵トルクの変化を打ち消すように、 操舵トルクを制御可能なことを特徴とす る車両のステアリ ング装置。

2 . 操舵のためにドライバ一により付与される トルクを車輪に伝達するステ ァリ ングシャフ トと、

その ドライバ一により付与される トルクに付加される トルクを発生するァクチ ユエ一タと、

そのステアリ ングシャフ トにより伝達される操舵トルクの検知手段と、 前記安定化制御による車両の制動力および駆動力の中の少なく とも一方の変化 に対応する変量を求める手段と、

その変量と操舵トルクの変化との関係を記憶する手段と、

その求めた変量と記憶した関係とから求められる操舵トルクの変化を打ち消す ように、 前記ァクチユエータにより付加される トルクを制御する手段とを備える 請求項 1に記載の車両のステアリ ング装置。

3 . 前記安定化のために車両にモーメ ン 卜が作用するように制動力および駆 動力の中の少なく とも一方が制御される場合に、 そのモーメ ン 卜と同方向の操舵 補助トルクが前記ァクチユエ一夕により付加される請求項 2に記載の車両のステ ァリ ング装置。