特開 2025-17122 操舵システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025017122

(43)【公開日】2025-02-05

(54)【発明の名称】操舵システム

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20250129BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20250129BHJP

   B62D 119/00 20060101ALN20250129BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D5/04

B62D119:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023120020

(22)【出願日】2023-07-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】小川 皓俊

(72)【発明者】

【氏名】立入 泉樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 文彦

(72)【発明者】

【氏名】鳥谷 和史

【テーマコード（参考）】

3D232

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D232CC02

3D232CC08

3D232DA15

3D232DC08

3D232DD01

3D232DD06

3D232EA01

3D232EB04

3D232EB11

3D232EC22

3D232EC37

3D232GG01

3D333CB02

3D333CB29

3D333CB44

3D333CE45

3D333CE48

(57)【要約】

【課題】操舵性と走行安定性とが優れた操舵システムを提供することを課題とする。
【解決手段】車両に搭載されたステアバイワイヤ方式の操舵システムであって、前記車両に片持ち支持され前記車両の運転者により力が入力される入力装置と、前記入力装置に作用する力又はトルクの大きさを検出する検出装置と、前記車両の車輪の転舵角を制御するモータと、前記検出装置の検出結果に応じた前記転舵角となるように前記モータを制御する制御装置と、を備えた操舵システム。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載されたステアバイワイヤ方式の操舵システムであって、
前記車両に片持ち支持され前記車両の運転者により力が入力される入力装置と、
前記入力装置に作用する力又はトルクの大きさを検出する検出装置と、
前記車両の車輪の転舵角を制御するモータと、
前記検出装置の検出結果に応じた前記転舵角となるように前記モータを制御する制御装置と、
を備えた操舵システム。

【請求項2】

前記入力装置を前記車両との間で弾性支持する弾性部材を備え、
前記入力装置は、所定範囲を移動可能に前記車両に支持され、前記所定範囲内での当該入力装置の位置に応じた前記弾性部材の弾性反力が入力され、
前記検出装置は、前記入力装置の前記運転者の力が入力される部位と前記入力装置の前記弾性反力が入力される部位との間に作用する力又はトルクを検出する、請求項１の操舵システム。

【請求項3】

前記入力装置の移動速度を減衰させる減衰部材を備えた、請求項２の操舵システム。

【請求項4】

前記検出結果によらずに前記転舵角を保持する指令を前記制御装置に出力する操作部を備えた、請求項１乃至３の何れかの操舵システム。

【請求項5】

前記検出結果が上限値を超えた場合に所定の報知を行う報知装置を備えた、請求項１乃至３の何れかの操舵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、操舵システムに関する。

【背景技術】

【0002】

車両に搭載されるステアバイワイヤ方式の操舵システムが知られている（例えば特許文献１参照）。ステアバイワイヤ方式では、ハンドルと車輪と機械的に連結することなく、ハンドルの操舵角に基づいてモータにより車輪が転舵する。この方式では、操舵角に対する車輪の転舵角の比である舵角比を任意に設定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０６８５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

舵角比を高く設定することにより、ハンドルを持ち替えずに操舵が可能となり操舵性が向上する。しかしながら舵角比が高すぎると、操舵角の微小な変動により転舵角が大きく変動するおそれがある。これにより、走行安定性が低下するおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、操舵性と走行安定性とが優れた操舵システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的は、車両に搭載されたステアバイワイヤ方式の操舵システムであって、前記車両に片持ち支持され前記車両の運転者により力が入力される入力装置と、前記入力装置に作用する力又はトルクの大きさを検出する検出装置と、前記車両の車輪の転舵角を制御するモータと、前記検出装置の検出結果に応じた前記転舵角となるように前記モータを制御する制御装置と、を備えた操舵システムによって達成できる。

【0007】

前記入力装置を前記車両との間で弾性支持する弾性部材を備え、前記入力装置は、所定範囲を移動可能に前記車両に支持され、前記所定範囲内での当該入力装置の位置に応じた前記弾性部材の弾性反力が入力され、前記検出装置は、前記入力装置の前記運転者の力が入力される部位と前記入力装置の前記弾性反力が入力される部位との間に作用する力又はトルクを検出してもよい。

【0008】

前記入力装置の移動速度を減衰させる減衰部材を備えていてもよい。

【0009】

前記検出結果によらずに前記転舵角を保持する指令を前記制御装置に出力する操作部を備えた、請求項１乃至３の何れかの操舵システム。

【0010】

前記検出結果が上限値を超えた場合に所定の報知を行う報知装置を備えていてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、操舵性と走行安定性とが優れた操舵システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、操舵システム１の概略構成図である。

【図2】図２は、目標転舵角を規定したマップの一例である。

【図3】図３Ａ及び図３Ｂは、入力装置の説明図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、第１変形例の入力装置の説明図である。

【図5】図５Ａは、第２変形例の入力装置の説明図であり、図５Ｂは、第３変形例の入力装置の説明図である。

【図6】図６Ａは、変形例のハンドルの説明図であり、図６Ｂは、目標転舵角を規定したマップの変形例である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［操舵システムの概略構成］
図１は、操舵システム１の概略構成図である。操舵システム１は、車両に搭載されたステアバイワイヤ方式の操舵システムである。操舵システム１は、入力装置１０、検出装置３０、制御装置５０、モータ制御装置７０、モータ７２、伝達装置７４、車輪７６、転舵角検出装置７８を含む。詳しくは後述するが入力装置１０には、運転者の操作により力が入力される。検出装置３０は、入力装置１０に入力された力の大きさを検出する。制御装置５０は、検出装置３０の検出結果に応じて、車輪７６の目標転舵角を算出する。モータ制御装置７０は、目標転舵角に従ってモータ７２の駆動トルクを制御する。制御装置５０及びモータ制御装置７０はそれぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。モータ７２の駆動トルクは、伝達装置７４を介して車輪７６に伝達される。車輪７６の転舵角は、目標転舵角に制御される。伝達装置７４は、モータ７２の回転を減速させてラックシャフトを直線運動させる。これにより、タイロッドを介して車輪７６が転舵する。転舵角検出装置７８は、車輪７６の実際の転舵角を検出し、制御装置５０に検出信号を出力する。

【0014】

図２は、目標転舵角を規定したマップの一例である。横軸が検出装置３０により検出される力を示し、縦軸が目標転舵角を示す。制御装置５０は、このマップを参照して目標転舵角を算出する。詳しくは後述するが、検出装置３０が検出した力の方向が反時計方向の場合、目標転舵角は正の値として算出される。目標転舵角が正の場合、車輪７６は反時計方向に転舵するように制御される。検出装置３０が検出した力の方向が時計方向の場合、目標転舵角は負の値として算出される。目標転舵角が負の場合、車輪７６は時計方向に転舵するように制御される。図２に示すように、検出装置３０が検出した力が大きいほど、目標転舵角も大きな値として算出される。尚、目標転舵角は、検出装置３０が検出した力を引数とした演算式により算出してもよい。

【0015】

［入力装置］
図３Ａ及び図３Ｂは、入力装置１０の説明図である。図３Ａは、入力装置１０の上面図である。図３Ｂは、図３ＡのＡ－Ａ断面図である。入力装置１０は、車両のダッシュボードに設けられている。入力装置１０は、車両側に片持ち支持されている。入力装置１０は、軸部１１、ハンドル１２、及びストッパ部１６を含む。軸部１１の基端が車両に支持されている。軸部１１は、軸部１１の中心軸周りに回転可能に車両に支持されている。軸部１１は例えば金属製である。ハンドル１２は、軸部１１の先端に固定されている。ハンドル１２は、ホイール状であるがこれに限定されない。ハンドル１２は、例えば金属製である。詳しくは後述するが、ハンドル１２には運転者によって力が入力される。軸部１１には、その外周面から突出した突部１３が設けられている。突部１３は、軸部１１の基端側から軸方向に沿って延びて設けられている。

【0016】

検出装置３０は、軸部１１のハンドル１２と突部１３との間に取り付けられている。検出装置３０は、軸部１１に作用する力を検出する。検出装置３０は、例えば歪ゲージなどの検出部が出力する、軸部１１に作用する力の大きさに応じて変化する電気信号を力に変換する。

【0017】

ストッパ部１６は、軸部１１の基端周辺を囲うように車両に固定されている。ストッパ部１６は例えば金属製である。ストッパ部１６は円環状である。ストッパ部１６には切欠部１７が形成されている。切欠部１７は、軸部１１の突部１３を挟持している。これにより、軸部１１は車両に対して回転不能となる。従ってハンドル１２の操舵角は略ゼロである。尚、軸部１１は完全に回転不能であることに限定されない。例えば切欠部１７と突部１３との間に隙間があり、その隙間分だけ軸部１１が回転可能であってもよい。

【0018】

運転者は、ハンドル１２に対して回転させるような力を入力する。ここで、軸部１１の基端は上述したようにストッパ部１６により回転不能である。従って、軸部１１にはねじり力が作用する。検出装置３０は、軸部１１に作用するねじり力の大きさを検出する。上述したように制御装置５０は、検出装置３０が検出した力が大きいほど、目標転舵角を大きな値として算出する。このようにして車輪７６の転舵角が目標転舵角に制御される。

【0019】

以上のように、運転者は操舵角がゼロであるハンドル１２に力を入力することにより、車輪７６の転舵角を操作することができる。従って、運転者はステアリングホイールのように持ち替えてハンドル１２を回転させる必要がない。このように操舵性が向上している。また、運転者がハンドル１２に入力した力の大きさにより車輪７６の転舵角は制御される。このため、車輪７６の転舵角が大きく変動することが防止される。このように走行安定性が向上している。

【0020】

［入力装置の変形例］
次に入力装置の変形例について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、第１変形例の入力装置１０ａの説明図である。図４Ａは図３Ａに対応している。図４Ｂは図３Ｂに対応している。尚、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。

【0021】

入力装置１０ａのストッパ部１６ａの切欠部１７ａは、上述した切欠部１７よりも周方向に大きく形成されている。このためハンドル１２は、突部１３が切欠部１７ａに接触しない所定範囲で回転可能である。突部１３が切欠部１７ａに接触することにより、それ以上のハンドル１２の回転が規制される。

【0022】

軸部１１の突部１３は、バネ２０ａ及び２０ｂにより車両との間で弾性支持されている。バネ２０ａの一端は、車両に取り付けられている。バネ２０ａの他端は、突部１３に取り付けられている。バネ２０ｂの一端は、車両に取り付けられている。バネ２０ｂの他端は、突部１３に取り付けられている。突部１３は、バネ２０ａとバネ２０ｂとにより、軸部１１の軸方向に交差する方向で挟まれるように支持されている。バネ２０ａ及び２０ｂは、ストッパ部１６ａに干渉しない位置に取り付けられている。バネ２０ａ及びバネ２０ｂはそれぞれ、コイル状のバネである。突部１３には、バネ２０ａの弾性反力とバネ２０ｂの弾性反力とが作用する。バネ２０ａの弾性反力とバネ２０ｂの弾性反力が釣り合っている状態で、突部１３は切欠部１７ａにより規定された回転可能範囲の中心に位置する。バネ２０ａ及び２０ｂは、弾性部材の一例である。弾性部材は、コイル状のバネに限定されず、板状のバネであってもよい。

【0023】

運転者はバネ２０ａ及び２０ｂの弾性反力に抗してハンドル１２を回転させる。軸部１１には、ハンドル１２の回転位置に応じたバネ２０ａ及び２０ｂの弾性反力が作用する。これにより軸部１１のハンドル１２と突部１３との間には、ねじり力が作用する。検出装置３０は、軸部１１のハンドル１２と突部１３との間に設けられている。このため検出装置３０は、入力装置１０の運転者の力が入力される部位と入力装置１２の弾性反力が入力される部位との間に作用する力を検出できる。従って、検出装置３０は軸部１１に作用するねじり力を検出できる。ハンドル１２が回転可能範囲内に位置している状態においても、検出装置３０が検出した力の大きさに基づいて車輪７６の転舵角が制御される。

【0024】

例えば、ハンドル１２の回転位置を検出するセンサを設け、このセンサの検出結果に基づいて車輪７６の転舵角を制御することが考えられる。しかしながら検出装置３０に加えて上記のセンサを設けると、部品点数やコストが増大するおそれがある。また、構造や制御も複雑となるおそれがある。本実施例では、ハンドル１２が回転可能範囲内に位置している場合においても検出装置３０を利用して車輪７６の転舵角を制御することができる。これにより、上記のような問題の発生を抑制できる。

【0025】

例えば車輪７６の転舵角が小さい右折や左折、レーンチェンジは、ハンドル１２の回転可能範囲内での回転操作により行われる。車輪７６の転舵角が大きいＵターンは、ハンドル１２の回転が規制された状態でのハンドル１２に入力された力の大きさに基づいて行われる。このようにハンドル１２の操作感が向上している。

【0026】

尚、ハンドル１２の回転が規制された状態では、ハンドル１２の回転が規制された位置でのバネ２０ａ及び２０ｂの弾性反力と、運転者がハンドル１２に加えた力とにより、軸部１１にねじり力が作用する。検出装置３０はこの力の大きさを検出し、検出装置３０の検出結果に基づいて車輪７６の転舵角が制御される。

【0027】

バネ２０ａ及び２０ｂは突部１３に取り付けられているが、これに限定されない。例えば、検出装置３０と軸部１１の基端との間の部位に、バネ２０ａ及び２０ｂが取り付けられていてもよい。

【0028】

図５Ａは、第２変形例の入力装置１０ｂの説明図である。軸部１１ａの検出装置３０とハンドル１２との間には、突部１４が設けられている。突部１４は、軸部１１ａの外周面から突出している。突部１４は、軸部１１ａの軸方向に沿って延びている。軸部１１ａは、ダンパ２２ａ及び２２ｂにより支持されている。ダンパ２２ａの一端は、車両に取り付けられている。ダンパ２２ａの他端は、突部１４に取り付けられている。ダンパ２２ｂの一端は、車両に取り付けられている。ダンパ２２ｂの他端は、突部１４に取り付けられている。突部１４は、ダンパ２２ａとダンパ２２ｂとにより、軸部１１ａの軸方向に交差する方向で挟まれるように支持されている。ダンパ２２ａ及び２２ｂのそれぞれは、軸部１１ａの回転速度に応じた反力を軸部１１に作用させる。これによって、軸部１１ａの回転速度は減衰する。ダンパ２２ａ及び２２ｂは、減衰部材の一例である。

【0029】

ダンパ２２ａ及び２２ｂにより、バネ２０ａの弾性反力とバネ２０ｂの弾性反力とが釣り合った位置でのハンドル１２のがたつきを抑制することができる。これにより操作性が向上する。また、ダンパ２２ａ及び２２ｂにより、ハンドル１２の回転速度が抑制される。これにより、速すぎるハンドル１２の回転速度に対して車輪７６の転舵の応答が遅れることを抑制できる。

【0030】

図５Ｂは、第３変形例の入力装置１０ｃの説明図である。入力装置１０ｃでは、ダンパ２２ａ及び２２ｂは突部１３に取り付けられている。本変形例においても、バネ２０ａの弾性反力とバネ２０ｂの弾性反力とが釣り合った位置でのハンドル１２のがたつきを抑制することができる。

【0031】

運転者がハンドル１２を回転させた場合、バネ２０ａ及び２０ｂの弾性反力とダンパ２２ａ及び２２ｂの反力とが軸部１１に作用する。このため、例えば運転者がハンドル１２を大きな力で回転させようとした場合には、ハンドル１２が回転可能範囲内にあっても、軸部１１に大きなねじり力を作用させることができる。これにより例えば緊急時などに運転者がハンドル１２に大きな力を入力させた場合には、それに対応した力が検出装置３０により検出される。従って、短時間で車輪７６を大きく転舵させることができ、安全性が向上している。

【0032】

［ハンドルの変形例］
図６Ａは、変形例のハンドル１２ａの説明図である。ハンドル１２ａの外周部には、スイッチ１２ｂが設けられている。スイッチ１２ｂは運転者によって押下げ可能である。スイッチ１２ｂは制御装置５０ａに電気的に接続されている。スイッチ１２ｂが押下げられている間は、スイッチ１２ｂは検出装置３０の検出結果によらずに転舵角を保持する指令を制御装置５０ａに出力する。指令を受けた制御装置５０ａは、現時点での車輪７６の転舵角を目標転舵角に設定する。従って、スイッチ１２ｂが押下げられている間は車輪７６の転舵角が保持される。これにより、運転者はハンドル１２ａに継続的な力を入力せずとも、スイッチ１２ｂの押下げにより車輪７６の転舵角が保持される。このように操作性が向上している。尚、スイッチ１２ｂは、ハンドル１２ａに設けられていることに限定されない。例えば、スイッチ１２ｂは運転席の足元に設けられていてもよい。スイッチ１２ｂは操作部の一例である。

【0033】

ハンドル１２ａ内には振動アクチュエータ１２ｃが設けられている。振動アクチュエータ１２ｃは、制御装置５０ａに電気的に接続されている。検出装置３０により検出された力が上限値を超えていた場合、制御装置５０ａは振動アクチュエータ１２ｃを駆動し、ハンドル１２ａを振動させる。これにより運転者は、過剰な力をハンドル１２ａに与えていることを認識することができる。これにより運転者が無用に過剰な力をハンドル１２ａに入力することが抑制される。このように操作性が向上している。振動アクチュエータ１２ｃは報知部の一例である。

【0034】

尚、報知部はこのような振動アクチュエータ１２ｃに限定されない。例えば報知部は、画像を表示するディスプレイや、音を出力するスピーカ、及び光の出力するライトであってもよい。例えば、ダッシュボードのディスプレイに警告画像を表示してもよい。車両のスピーカやカーナビゲーションのスピーカから警告音を出力してもよい。所定の警告灯を点灯させてもよい。

【0035】

［目標転舵角の算出の変形例］
図６Ｂは、目標転舵角を規定したマップの変形例である。図６Ｂは図２に対応している。図６Ｂでは、車速に応じて目標転舵角が規定されている。具体的には、低速走行、中速走行、及び高速走行毎に目標転舵角が規定されている。制御装置５０は、車速センサから車速を取得し、図６Ｂのマップを参照して目標転舵角を算出する。このマップによれば、車速が高いほど目標転舵角は小さく算出される。これにより、例えば低速走行時での操舵性を確保しつつ、高速走行時での安全性が向上する。尚、目標転舵角は、検出装置３０が検出した力と車速とを引数とした演算式により算出してもよい。

【0036】

上記実施例及び変形例では、検出装置３０は入力装置１０入力された力の大きさを検出したが、入力装置１０に入力されたトルクの大きさを検出してもよい。この場合も、トルクが大きいほど目標転舵角が大きな値として算出される。

【0037】

上記実施例及び変形例では、運転者により回転するように力を入力できる１２を備えた入力装置１０を説明した。しかしながら入力装置はこれに限定されない。例えば、入力装置は左右方向の力を入力可能なジョイスティックであってもよい。この場合、ジョイスティックはスライド不能及び傾動不能に車両に支持されていてもよい。運転者は、ジョイスティックに左右方向の力を入力する。これにより、ジョイスティックには曲げ力が作用する。検出装置は、この曲げ力を検出する。

【0038】

ジョイスティックは、左右方向に所定範囲をスライド可能又は傾動可能に車両に支持されていてもよい。この場合、ジョイスティックは車両との間で弾性部材により弾性支持されていてもよい。ジョイスティックのスライド速度又は傾動速度を減衰するダンパが設けられていてもよい。ジョイスティックには、上述したスイッチ１２ｂや振動アクチュエータ１２ｃが設けられていてもよい。

【0039】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 操舵システム
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 入力装置
１１ 軸部
１２、１２ａ ハンドル
１２ｂ スイッチ（操作部）
１２ｃ 振動アクチュエータ（報知部）
１３、１４ 凸部
１６、１６ａ ストッパ部
１７、１７ａ 切欠部
２０ａ、２０ｂ バネ（弾性部材）
２２ａ、２２ｂ ダンパ（減衰部材）
３０ 検出装置
５０、５０ａ 検出装置
７２ モータ
７６ 車輪

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】