JP2004058730A - ステアリングシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】交差点等の車両が走行する道路形状などに応じて、当該車両の操舵特性を最適に変更することができ、よってドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができるステアリングシステムを提供する。
【解決手段】演算部（制御手段）３ｂが、データ記憶部（記憶手段）３ａに予め記憶されている交差点に関する交差点情報を含む所定の道路情報に基づいてステアリング機構の駆動制御を変更し、操舵部材１への操舵動作に対する車両の操向車輪の転舵量を変更することにより、当該車両の操舵特性を道路形状などに合わせて最適に変更する。
【選択図】 図２
【解決手段】演算部（制御手段）３ｂが、データ記憶部（記憶手段）３ａに予め記憶されている交差点に関する交差点情報を含む所定の道路情報に基づいてステアリング機構の駆動制御を変更し、操舵部材１への操舵動作に対する車両の操向車輪の転舵量を変更することにより、当該車両の操舵特性を道路形状などに合わせて最適に変更する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に搭載され、ドライバーの操舵動作に応じて車両の舵取り動作を行うステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用のステアリングシステムでは、車両に設けられた操向車輪とドライバーにより運転操作される操舵部材とを機械的に連結した連結タイプと機械的な連結を行わずにそれらを分離させた分離タイプの二つのタイプが開発されている。これらのいずれのタイプにおいても、ドライバーの運転操作に伴い上記操舵部材に加わる操舵角などを検出部にて検出し、制御装置が検出部からの検出結果に基づいて当該操舵部材と上記操向車輪との間に設けたステアリング機構の駆動を制御することで車輪角度（タイヤ角）を変え、車両の舵取りをドライバー操作に合わせるようになっている（連結タイプ及び分離タイプのステアリングシステムについては、例えば特開平１１−９９９５６号公報及び特開平９−１４２３３０号公報をそれぞれ参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなステアリングシステムでは、上記ステアリング機構の駆動制御を変更することにより車両の操舵特性を変え、ドライバーの操舵負担を軽減している。具体的には、上記連結タイプでは、そのステアリング機構に含まれた遊星ギヤ機構等からなる伝達比可変機構において操舵角とタイヤ角との比であるステアリングギヤ比を変更することで操舵負担が軽減するように操舵特性を変えている。また、操舵補助部としての電動モータをステアリング機構に備えた連結タイプ、つまり電動パワーステアリングシステムでは、その電動モータから付与させる操舵補助力（モータ回転力）を変えることで操舵特性を変更して操舵負担を軽減している。
【０００４】
また、上記分離タイプとしてのステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式のステアリングシステムでは、左右の操向車輪の間に設けられたステアリングギヤでの上記ステアリングギヤ比を変更することにより、上記操舵特性を変えドライバーの負担軽減を実現している。また、このＳＢＷ方式または上記伝達比可変機構を備えた連結タイプのシステムでは、操舵補助用電動モータを備えた連結タイプと異なり、車両が走行する路面との摩擦による操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操舵部材を介してドライバーに伝わらない。それ故、ＳＢＷ方式及び伝達比可変機構を備えたシステムでは、制御装置が検出部からの検出結果に基づき操舵部材に加えられた操舵方向と正反対の方向に作用する反力を演算し、その演算結果及び上記操舵特性の変更に従って反力発生用電動モータを駆動することにより、操舵動作に応じた操舵フィーリングをドライバーに与えている。
【０００５】
ところが、上記従来のステアリングシステムでは、車両が走行するカーブや交差点等の道路形状などによっては、上記ステアリング機構におけるステアリングギヤ比や操舵補助力などを走行道路に合わせて最適にできないことがあった。この結果、ドライバーの操舵負担を軽減できなかったり、操舵フィーリングが低下したりするという問題を生じることがあった。
また、従来のシステムでは、例えば上記特開平１１−９９９５６号公報に開示されているように、走行道路の路面状態を推定し上記ステアリングギヤ比を決定する際にその推定した路面状態を考慮することも提案されているが、車両が交差点を左折する場合などでは、決定したギヤ比がその交差点での当該車両の左折走行に必ずしも最適なものとならずにドライバーの負担軽減や操舵フィーリングの低下防止を十分に行えないことがあった。
【０００６】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、交差点等の車両が走行する道路形状などに応じて、当該車両の操舵特性を最適に変更することができ、よってドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができるステアリングシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材と、この操舵部材に加わる操舵動作に応じて車両の操向車輪の転舵量を変化させるステアリング機構と、このステアリング機構の駆動を制御する制御手段とを備えたステアリングシステムであって、
前記制御手段が、交差点に関する交差点情報を含む所定の道路情報に基づいて前記ステアリング機構の駆動制御を変更し、前記操舵部材への操舵動作に対する前記操向車輪の転舵量を変更することを特徴とするものである（請求項１）。
【０００８】
上記のように構成されたステアリングシステムでは、制御手段が上記交差点情報を含んだ道路情報に基づいてステアリング機構の駆動制御を変更し、操舵部材への操舵動作に対する操向車輪の転舵量を変更しているので、例えば車両が交差点を左折する場合でも、制御手段は上記交差点情報から得られる交差点形状に対応して当該ステアリング機構の駆動制御を的確に行うことができ、車両の操舵特性を交差点等の道路形状などに合わせて最適に変更することができる。
【０００９】
また、上記ステアリングシステム（請求項１）において、少なくとも前記道路情報を予め記憶する記憶手段を設けてもよい（請求項２）。
この場合、上記記憶手段に車両の走行予定経路に対応した上記道路情報を予め記憶させることができる。
【００１０】
また、上記ステアリングシステム（請求項１または２）において、車両の走行環境を示す走行環境情報を外部から受信する情報受信手段を備え、
前記制御手段が、前記道路情報及び前記情報受信手段が受信した走行環境情報に基づいて前記ステアリング機構の駆動制御を変更し、前記操舵部材への操舵動作に対する前記操向車輪の転舵量を変更することが好ましい（請求項３）。
この場合、制御手段が道路情報に加え上記走行環境情報に基づいてステアリング機構の駆動制御を変更することにより、走行環境の変化に対応してステアリング機構の駆動制御をより一層的確に行うことができ、車両の操舵特性をさらに最適に変更することができる。
【００１１】
また、上記ステアリングシステム（請求項１〜３のいずれか）において、前記制御手段が、少なくとも前記道路情報に基づいて前記車両に設けられた制御系に対する駆動制御を変更させてもよい（請求項４）。
この場合、制御手段が例えばエンジン系などの車両側の制御系に対する駆動制御を少なくとも道路情報に基づき変更するので、走行する道路形状などに応じて当該車両を適切に駆動させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステアリングシステムを示す好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、操舵部材と操向車輪とを機械的に連結していない分離タイプのステアリングシステムを自動車に適用した場合を例示して説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態に係るステアリングシステムの具体例を模式的に示す図であり、図２は上記ステアリングシステムの要部構成例を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のステアリングシステムは、ドライバーの操舵動作が加わる操舵部材（ステアリングホイール）１と、この操舵部材１及び左右一対の操向車輪５０の間に設けられたステアリング機構２と、このステアリング機構２の駆動を制御する制御装置３とを備えており、ステアリング機構２が制御装置３からの指示信号に従って動作することにより、当該ステアリング機構２は操向車輪５０の向き（すなわちタイヤ角）を変え、ステアリングシステムはドライバーの操舵動作に応じた自動車の舵取り動作を行う。
【００１４】
上記ステアリング機構２は、操舵部材１側に取り付けられ、その操舵部材１に付与する反力を発生する反力発生用アクチュエータ部４と、操向車輪５０側に取り付けられ、その操向車輪５０のタイヤ角を実質的に変更する操舵用アクチュエータ部５とを備えたものであり、これら分離配置されたアクチュエータ部４，５と上記制御装置３とが電気配線で接続されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式により構成されている。また、このＳＢＷ方式のステアリング機構２では、舵取り操作手段としての上記操舵部材１と自動車側の操向車輪５０とが機械的に互いに連結されていないことから、ドライバーの操舵動作を受容可能な例えばジョイスティックを上記ステアリングホイールに代えて用いることができる。
【００１５】
上記反力発生用アクチュエータ部４には、上端部が操舵部材１に一体回転可能に取り付けられた回転軸４ａと、この回転軸４ａに連結された電動モータ４ｂと、この電動モータ４ｂを駆動する駆動回路４ｃとが設けられている。上記回転軸４ａには、ドライバーの操舵動作に伴い回転する操舵部材１の所定の中立位置（例えば自動車が直進する、上記タイヤ角が０度）からの回転角を示す操舵角δｉ及びその回転トルクを示す操舵トルクＴｉをそれぞれ検出する操舵角検出部６及び操舵トルク検出部７が設けられている。また、上記駆動回路４ｃは、制御装置３からの指示信号（反力発生指令）に従って上記電動モータ４ｂを駆動するように構成されており、操舵部材１が操舵動作によって例えば左回転した場合に、その操舵部材１が上記中立位置に復帰するよう当該操舵部材１を右回転させる反力を回転軸４ａを介して与えるようになっている。
また、電動モータ４ｂが発生する反力は、制御装置３において上記操舵角δｉ及び操舵トルクＴｉの検出結果と後述のデータ記憶部に予め格納されている道路情報を用いて決定されており（詳細は後述）、自動車が走行する道路形状などにかかわらず操舵動作に十分フィットした操舵フィーリングをドライバーに体感させるようになっている。
【００１６】
上記操舵用アクチュエータ部５は、自動車の車幅方向（図の左右方向）に配置されているステアリングロッド５１に連結されたステアリングギヤ５ａと、このステアリングギヤ５ａを回転駆動する電動モータ５ｂと、この電動モータ５ｂを駆動する駆動回路５ｃとを備えている。上記ステアリングギヤ５ａは、ボールネジ機構等により構成されたものであり、電動モータ５ｂの回転動作をステアリングロッド５１の直線運動に変換することにより、タイロッド５２及びナックルアーム５３を介在させて当該ステアリングロッド５１の両端部に連結された上記左右一対の操向車輪５０のタイヤ角を変更する。また、上記駆動回路５ｃには、制御装置３から電動モータ５ｂの回転角度及び速度を指示する指示信号（操舵指令）が入力されるようになっており、駆動回路５ｃがその操舵指令に従って電動モータ５ｂを回転させて上記タイヤ角の変更動作を行わせる。
【００１７】
また、上記ステアリングギヤ５ａには、操向車輪５０のタイヤ角δｏを検出するタイヤ角検出部８が取り付けられており、当該ステアリングギヤ５ａによるステアリングロッド５１の移動量を検出し、その検出値を示す検出信号を制御装置３に出力するようになっている。さらに、制御装置３には車速センサ９が接続されており、制御装置３は車速センサ９からの検出信号を用いて自動車の速度Ｖを取得し、上記タイヤ角δｏと速度Ｖとに基づきステアリングギヤ５ａのステアリングギヤ比（操舵角δｉとタイヤ角δｏとの比）を適切に設定し、自動車の操舵特性を変更してドライバーの操舵負担を軽減するようになっている。具体的には、自動車の速度Ｖが低下するにつれて、操舵角δｉに対してタイヤ角δｏが大きく変化するように上記ステアリングギヤ比が設定される。
また、このステアリングギヤ比は、後に詳述するように、自動車が走行する道路形状などに対応して適切に設定されるようになっており、自動車の操舵特性をその走行道路形状などに応じて最適に変更して、操舵負担が極力増加しないようになっている。
また、上記操舵角検出部６、操舵トルク検出部７、タイヤ角検出部８、及び車速センサ９が、ドライバーの運転操作に応じた信号を出力する検出手段を構成している。
【００１８】
上記制御装置３には、図２も参照して、不揮発性メモリなどにより構成されたデータ記憶部３ａと、ＣＰＵなどにより構成された演算部３ｂと、ナビゲーション装置１３等の自動車内に設けられた他の情報機器及び車外の送信設備１４との間で情報を送受信可能に構成された情報送受信部３ｃとが設けられており、上記検出手段からの検出信号を入力してステアリング機構２の駆動制御を行うようになっている。
また、制御装置３は、上記検出手段以外に、自動車側に設けられ、ドライバーの運転操作を直接的にまたは間接的に検出する検出機器、装置等の検出部からの検出信号を入力可能に構成されており、これら検出手段及び検出部の検出結果とデータ記憶部３ａに記憶されている情報等を用いて、上記ステアリング機構２及び自動車側に設けられたエンジン系やブレーキ系等の制御系の各駆動制御を行えるようになっている。尚、自動車側に設けられた上記検出部には、図２に図示するように、アクセルペダル１１への踏込み量を検出する踏込み量検出部１０と、ブレーキペダル１６の踏込み量を検出する踏込み量検出部１５がある。さらに、この検出部には、他にＣＣＤカメラ等を含んで構成され、少なくとも自動車の前部及び後部側の道路路面をカラー撮影し車線の塗装色や障害物の有無などを認識するための車線認識センサやミリ波レーダ等からなる衝突回避用レーダ、またはハンドブレーキ等のレバー操作、あるいは方向指示器やハザードランプなどのライト類のスイッチ操作の状態を検出するセンサなどが含まれている。
【００１９】
上記データ記憶部３ａには、上記演算部３ｂ等で用いられるプログラムや演算式等のデータ、例えば当該ステアリングシステムのシステムゲインＫ１が格納されており、さらには制御装置３に入力される上記検出手段等の検出結果などを示す情報が適宜記憶されるようになっている。
また、データ記憶部３ａは、所定の道路情報を予め記憶する記憶手段を構成するものであり、自動車が走行する道路形状に応じてステアリングギヤ比を適切に変更するための道路ゲインＫ２を保持している。上記道路情報には、走行道路におけるカーブの曲率半径や傾斜角度（道路勾配）等あるいは高速道路や一般道路、山道等の種類を含んだ道路形状を示すデータ情報や、交差点の大きさや交差角度などの交差点形状を数値化または関数化したデータ等からなる交差点に関する交差点情報が含まれており、上記演算部３ｂが演算式等を用いることで上記道路ゲインＫ２を自動車の走行道路に合わせ適切に変更できるようになっている。
【００２０】
上記演算部３ｂは、上記データ記憶部３ａに記憶されている所定の道路情報に基づいて上記ステアリング機構２の駆動制御を変更する制御手段を構成している。具体的には、演算部３ｂは、上記データ記憶部３ａに記憶されている記憶情報のうち、車速センサ９の検出結果で得られる自動車の速度Ｖ及び現在走行している道路にそれぞれ基づいて、上記システムゲインＫ１及び道路ゲインＫ２を選択し決定することにより、上記ステアリングギヤ比を設定する。
この道路ゲインＫ２を決定する際での走行道路の判別処理は、演算部３ｂが例えば上記ナビゲーション装置１３に予め設定された自動車の走行予定経路あるいは上記送信設備１４から情報送受信部３ｃを介して取得した位置情報などに従って行われる。また、上記ステアリングギヤ比を設定する際、情報送受信部３ｃが受信した情報に自動車の走行環境に関する走行環境情報またはこの情報により決定されるステアリングギヤ比を変更するための環境ゲインＫ３が含まれている場合は、演算部３ｂは当該環境ゲインＫ３をも加味してステアリングギヤ比を設定する。そして、演算部３ｂは、操舵角検出部６及びタイヤ角検出部８の検出結果に基づいて、操舵部材１での上記操舵角δｉとその操舵速度及び実際に動いた操向車輪５０の上記タイヤ角δｏを取得するとともに、上記決定したステアリングギヤ比と取得した操舵角δｉ及びタイヤ角δｏとを用いて上記操舵用アクチュエータ部５に対する操舵指令を生成してそのアクチュエータ部５の電動モータ５ｂを駆動させる。このように、演算部３ｂは自動車の速度Ｖ及び走行中の道路形状などに対応したステアリングギヤ比を設定することができ、上記操舵指令生成処理を当該速度Ｖ及び道路形状などに応じて最適に行うことができる。
【００２１】
また、演算部３ｂは、上記反力発生用アクチュエータ部４に対しても、上記検出手段の検出結果及びデータ記憶部３ａの記憶情報を用いることにより、自動車速度及び走行道路形状などに応じて反力の大きさなどを適宜変更するようになっている。具体的には、演算部３ｂは、操舵角検出部６及び操舵トルク検出部７の検出結果により上記操舵角δｉ及び操舵トルクＴｉをそれぞれ求めるとともに、例えばそれらの検出値と上記システムゲインＫ１、道路ゲインＫ２、及び環境ゲインＫ３とを用いて設定したステアリングギヤ比に応じて反力が生じるように、反力発生用アクチュエータ部４の電動モータ４ｂにより発生させる反力の方向及び大きさを決定し上記反力発生指令に含めて駆動回路４ｃに指示する。このように、演算部３ｂは上記反力発生指令生成処理を検出した速度Ｖ及び道路形状などに応じて最適に行うことができる。
【００２２】
また、上記演算部３ｂは、上記検出手段や検出部の検出結果及び道路情報等のデータ記憶部３ａに記憶されている記憶情報を用いて、上記エンジン系やブレーキ系等の自動車側の各制御系に対する指示信号を生成して対応する制御系の駆動制御を行う。具体的には、踏込み量検出部１０からの検出信号に基づきアクセルペダル１１の移動距離を算出し、その算出した値に応じて必要なガソリンをエンジン１２に供給させる。このとき、演算部３ｂが例えば上記道路情報に道路勾配のデータが含まれていることを判別した場合、そのデータ値に応じてガソリン供給量を変更することにより、自動車を道路勾配に対応して適切に加速させることができ、ドライバーの操作負担などを軽減することができる。
【００２３】
上記情報送受信部３ｃは、自動車の走行環境を示す上記走行環境情報を外部から受信する情報受信手段を含んで構成されたものであり、上記道路情報を含んだ走行環境情報を外部から受信しデータ記憶部３ａに記憶させるとともに、データ記憶部３ａに記憶されている記憶情報を外部に送信できるよう構成されている。上記走行環境情報には、道路の規制状況や混雑状況を示す情報や天候などを示す情報、さらにはデータ記憶部３ａに保持されている道路情報を更新するための当該道路情報の最新情報などが含まれており、それ故、演算部３ｂが動的に変化する走行環境に応じて上記道路ゲインＫ２及び環境ゲインＫ３を決定しステアリングギヤ比や反力を設定できるようになっている。
【００２４】
また、上記情報送受信部３ｃは、演算部３ｂの指示に従って上記ナビゲーション装置１３等の車内の他の情報機器のデータメモリなどの情報記憶部にアクセス可能に構成されており、演算部３ｂが必要に応じて情報記憶部のデータを参照できるようになっている。また、情報送受信部３ｃに情報送信を行う送信設備１４の具体例には、道路沿いに設けられ、交通管理センターなどからの送信情報を無線送信する送信局、あるいはＦＭ放送局等の放送設備、さらには携帯電話やメール通信を伝達する中継局があり、情報送受信部３ｃが演算部３ｂの指示に従って走行予定の道路情報などの必要な情報をデータ記憶部３ａにダウンロードできるようになっている。
また、上記情報参照やダウンロードは、上記ステアリングギヤ比などの設定と同様に、演算部３ｂが走行道路の上記判別処理に結果に基づいて自動車の走行予定経路を判断して自動的に行うようになっているが、情報送受信部３ｃにドライバーの指示を直接的に入力させる入力手段を制御装置３に設けたり、上記ナビゲーション装置１３の操作ボタンや携帯電話などを上記入力手段として使用できるよう当該情報送受信部３ｃを構成することもできる。
【００２５】
上記のように構成されたステアリングシステムの動作について、図１〜図５を参照して具体的に説明する。尚、以下の説明では、説明の簡略化のために、自動車１００が図４の実線Ｒ１にて示す軌跡を描き交差点Ｆを左折する場合での操舵用アクチュエータ部５に対する制御動作について主に説明する。また、システムゲインＫ１及び道路ゲインＫ２を用いてステアリングギヤ比を変更する場合を例示して説明する。
図３のステップＳ１に示すように、演算部３ｂはデータ記憶部３ａに設定されている記憶領域内の制御フラグのＯＮ／ＯＦＦを判別することにより、当該データ記憶部３ａ内の道路情報を用いてステアリングギヤ比を変更する必要があるかについて判断する。制御フラグがＯＮである場合には、上記ギヤ比を変更する必要があると判断し、後述のステップＳ９に示す処理を行う。
【００２６】
また、上記制御フラグがＯＦＦである場合には、演算部３ｂはステアリングギヤ比を変更する必要がないと判断し、例えばナビゲーション装置１３を用いて設定され、データ記憶部３ａに予め格納されている走行予定経路に従って、次の交差点情報及び右左折する各場合に対応する必要な情報（後述のステップＳ７，Ｓ１０における第１及び第２判定基準等）をデータ記憶部３ａから読み出す（ステップＳ２）。さらに、演算部３ｂは、上記ナビゲーション装置１３や車線認識センサなどからの情報を用いることにより、自動車が左折可能な車線を走行中か否かについて判断する（ステップＳ３）。
左折可能な車線を走行していないと判断した場合、演算部３ｂはステップＳ６に示す、δｏ＝Ｋ１・δｉの（１）式を満足するように、上記タイヤ角δｏについてフィードバック制御を行う。つまり、演算部３ｂは、上記車速センサ９の検出結果により自動車の速度Ｖを求め、この求めた速度Ｖに応じて上記システムゲインＫ１を選択する。さらに、演算部３ｂは、操舵角検出部６及びタイヤ角検出部８の検出結果から操舵角δｉ及びタイヤ角δｏをそれぞれ取得し、そのタイヤ角δｏが上記（１）式を満足するように操舵用アクチュエータ部５に対する上記操舵指令を生成し通知する。これにより、速度Ｖに応じたステアリングギヤ比が適切に設定され、その速度Ｖで自動車１００を直進させる場合に最適な操舵特性に変更される。
【００２７】
一方、上記ステップＳ３において、左折可能な車線を走行していると判断した場合、演算部３ｂは交差点Ｆの上記軌跡Ｒ１に沿う左折走行に応じた道路ゲインＫ２を上記ステップＳ２で読み込んだ交差点情報を用いて算出する（ステップＳ４）。具体的には、演算部３ｂは、読み込んだ交差点情報のうち上記軌跡Ｒ１にて自動車１００が左折走行する場合での上記交差点Ｆに大きさに関する関数ｆ（ｘ）と、その交差点Ｆの交差角度に関する関数ｆ（ｙ）とを選択し、それらを乗算することにより、上記道路ゲインＫ２を求める。この関数ｆ（ｘ）は交差点の規模を示す車線数に応じて変化するものであり、データ記憶部３ａ内に保持されている上記交差点Ｆ固有の値ｘを代入することで求められる。また、関数ｆ（ｙ）は交差点の交差角度に応じて変化するものであり、同記憶部３ａ内に保持されている交差点Ｆ固有の値ｙを代入することで求められる。上記固有値ｘ，ｙは、軌跡Ｒ１上で左折走行する場合でのドライバーによる操舵部材１の操舵動作量（操舵角）を減らすよう決定されたものであり、必要な操舵動作量が大きくなるにつれて、操舵角δｉに対してタイヤ角δｏが大きく変化するよう上記ギヤ比を決定する値が選択されている。
【００２８】
次に、演算部３ｂは、左折用の方向指示器からの信号に基づいて、ドライバーにより上記方向指示器が操作されているか否かについて判別し（ステップＳ５）、同指示器が操作されていないことを判別した場合、演算部３ｂは交差点Ｆを左折しないと判断して上記ステップＳ６に進んで上記処理動作を実施する。
一方、上記方向指示器が操作されていることを判別した場合、演算部３ｂは交差点Ｆを左折すると判断し、操舵角検出部６の検出結果から得られる操舵角δｉ及び操舵速度が上記ステップＳ２で読み込んだ上記第１判定基準を満足しているか否かについて判別することにより、実際に左折走行を開始しているかどうかについて判断する（ステップＳ７）。具体的には、同ステップＳ７に示すように、演算部３ｂが操舵角検出部６の検出結果に基づいて、操舵部材１が例えば−３０（ｄｅｇ／Ｓ）より早い回転速度で、かつ−２０（ｄｅｇ）よりも小さい回転操作されたことを判別したときは、演算部３ｂは実際に左折走行が行われていないと判断してステップＳ６に示した処理動作を行う。
【００２９】
一方、上記ステップＳ７において、検出した操舵角δｉ及び操舵速度が上記第１判定基準を満足していると判別した場合、演算部３ｂは左折走行が開始されていると判断して上記制御フラグをＯＮとする（ステップＳ８）。
続いて、演算部３ｂは、上記ステップＳ６と同様に、ステップＳ９に示す、δｏ＝Ｋ１・Ｋ２・δｉの（２）式を満足するように、上記タイヤ角δｏについてフィードバック制御を行う。すなわち、演算部３ｂが、操舵角検出部６及びタイヤ角検出部８の検出結果から操舵角δｉ及びタイヤ角δｏをそれぞれ取得しつつ、そのタイヤ角δｏが上記（２）式を満足するように操舵用アクチュエータ部５に対する上記操舵指令を生成し通知する。これにより、検出した速度Ｖで交差点Ｆを左折走行する場合に応じたステアリングギヤ比が適切に設定され、自動車１００の操舵特性は上記軌跡Ｒ１上の左折走行に最適に変更される。
【００３０】
その後、演算部３ｂは、ステップＳ１０に示すように、操舵部材１での上記操舵角δｉがステップＳ２で読み込まれた終了判定用の上記第２判定基準、例えば−２０（ｄｅｇ）より大きく、かつ２０（ｄｅｇ）より小さい範囲の値かどうかについて判別する。そして、操舵角δｉが上記範囲内の値であることを判別した場合は、演算部３ｂは左折走行が終了されたと判断し、制御フラグをＯＦＦに変更してステップＳ６の処理動作に進む。
一方、操舵角δｉが上記範囲外の値であることを判別した場合は、演算部３ｂは左折走行が終了されていないと判断し、上記道路ゲインＫ２を用いたギヤ比を維持する必要ありと判断して上記ステップＳ１に戻る。以上のように、演算部３ｂが操舵角検出部６などの検出結果とデータ記憶部３ａに記憶されている道路情報とを用いることにより、演算部３ｂは交差点Ｆを左折走行する際でのステアリングギヤ比を適宜設定し、自動車１００の操舵特性を常に最適なものに変更することができる。
【００３１】
尚、上記の説明では、システムゲインＫ１及び道路ゲインＫ２を用いてステアリングギヤ比を設定する場合について説明したが、上記環境ゲインＫ３を用いる場合には、上記（１）式及び（２）式の各右辺の項にその環境ゲインＫ３を乗算することにより、ステアリングギヤ比の設定が行われる。また、右折動作を行う場合にも、上記左折動作の場合と同様な制御動作が行われる。
また、上記の説明では、自動車１００が交差点Ｆを軌跡Ｒ１に沿って左折走行する場合について説明したが、交差点Ｆの左折走行において、自動車１００が例えば図４に一点鎖線にて示す軌跡Ｒ２に沿って左折走行する場合では、演算部３ｂは上記ステップＳ４において上記軌跡Ｒ２に対応した道路ゲインＫ２を算出し、上記ステップＳ７，１０において軌跡Ｒ２用の第１及び第２判定基準を用いることにより、ステアリングギヤ比を適切に設定し当該軌跡Ｒ２上の左折走行を円滑に行わせることができる。また、このように自動車１００が交差点Ｆを左折する場合に上記軌跡Ｒ１だけでなくそれ以外の軌跡Ｒ２にも対応可能に構成されているので、演算部３ｂが速度Ｖや操舵角δｉ等の検出データを用いて自動車の挙動を把握している点とも相まって、ドライバーによる危険回避操作などによってナビゲーション装置１３などに予め設定されていた走行予定経路（例えば軌跡Ｒ１）と異なる走行経路（例えば軌跡Ｒ２）が選択された場合でも、演算部３ｂはその運転操作に応じた記憶情報を用いることにより、ステアリングギヤ比などを適切に設定して容易に対処することができる。
【００３２】
また、上記道路情報に自動車１００が走行する道路の種類が含まれている場合には、演算部３ｂはその道路種類に応じてステアリングギヤ比を設定する。例えば図５の実線４０に示す一般道路を走行する場合でのステアリングギヤ比に対して、操舵角δｉに対するタイヤ角δｏの変化を大きくすることが要求される山道を走行する場合、演算部３ｂは同図の一点鎖線４１のようにギヤ比を変更する。また、操舵角δｉに対するタイヤ角δｏの変化を抑えることが要求される高速道路を走行する場合、演算部３ｂは同図の破線４２に示すようにギヤ比を設定し操舵特性を変更する。このように、演算部３ｂが道路種類等に応じつつ、ギヤ比を変更することにより、自動車走行での安全性を高めることことができる。
【００３３】
以上のように構成された本実施形態のステアリングシステムでは、演算部（制御手段）３ｂが操舵角検出部６などの上記検出手段の検出結果及びデータ記憶部３ａに予め記憶されている道路情報を用いて、ステアリング機構２の反力発生用アクチュエータ部４及び操舵用アクチュエータ部５への指示信号を生成している。これにより、検出した速度Ｖ及び走行中の道路形状に対応したステアリングギヤ比及び反力を設定し、道路形状などに応じてステアリング機構２の駆動制御を的確に行うことができ、自動車の操舵特性を道路形状などに合わせて最適に変更することができる。従って、上記従来例と異なり、道路形状などにかかわらずドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができる。
【００３４】
また、本実施形態では、データ記憶部３ａに自動車の走行予定経路に対応した少なくとも上記道路情報を予め記憶させることができるので、演算部３ｂがその走行予定経路に従いステアリング機構２の駆動制御を変更することにより、自動車の操舵特性を容易に変更することができ、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に行うことができる。
【００３５】
また、本実施形態では、情報送受信部３ｃが外部から上記走行環境情報を受信し、演算部３ｂがその受信した走行環境情報をも用いてステアリング機構２でのステアリングギヤ比及び反力の設定を行うので、刻々と変化する走行環境に対して、当該ステアリング機構２の駆動制御及び車両の操舵特性をより動的に対応させることができる。この結果、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に、かつさらに十分に行うことができる。また、情報送受信部３ｃが受信した走行環境情報をデータ記憶部３ａに適宜記憶させることができるので、当該記憶部３ａの記憶容量が増大するのを抑えることができ、制御装置３の回路構成が複雑、かつ大型化するのを防ぐことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、エンジン系などの自動車側の制御系が道路情報に基づいて変更されるように、演算部３ｂが少なくとも上記検出結果及び道路情報に基づきエンジン系などの自動車側の制御系に対する指示信号を生成するので、自動車が走行する道路形状などに応じてエンジン系などの自動車側の制御系を適切に駆動させることができ、道路形状などに応じた自動車走行を快適でしかも安全に行わせることができる。
【００３７】
尚、上記の説明では、分離タイプのステアリングシステムに適用した場合について説明したが、本発明は上記交差点情報を含む道路情報を用いてステアリング機構の駆動制御を変更し、操舵部材への操舵動作（操舵角δｉ）に対する操向車輪の転舵量（タイヤ角δｏ）を変更することにより、道路形状などに応じて車両の操舵特性を最適に変更できるものであればよく、ステアリング機構の構成、形式や検出手段の種類や結果データなどは上記のものに何等限定されるものではなく、操舵部材と操向車輪とが機械的に連結されている連結タイプのステアリングシステムにも適用することができる。具体的には、例えば遊星ギヤ機構により構成された伝達比可変機構によってステアリング機構でのステアリングギヤ比を変更可能に構成された連結タイプに適用する場合、そのステアリング機構でのギヤ比と反力とを上記分離タイプのものと同様に、道路形状などに応じて上記操舵特性を最適に変更することにより、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができる。また、操舵補助用電動モータを用いた電動パワーステアリング装置に適用する場合は、そのモータで発生させる操舵補助力を上記検出結果及び道路情報を用いて決定することにより、道路形状などに応じて操舵補助力の操舵部材に加わる操作力に対するアシストレシオを適切に設定することができる。これにより、車両の操舵特性を道路形状などに合わせて最適なものとすることができ、操舵フィーリングを全く低下させることなくドライバーの負担を確実に、かつ十分に軽減できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のステアリングシステムによれば、上記ステアリング機構におけるステアリングギヤ比や操舵補助力などを交差点等の車両が走行する道路形状などに応じて適切に設定することができ、当該車両の操舵特性を道路形状などに合わせて最適に変更することができるので、道路形状などにかかわらずドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができる。
【００３９】
また、請求項２のステアリングシステムによれば、上記記憶手段に車両の走行予定経路に対応した上記道路情報を予め記憶させることができるので、制御手段はその走行予定経路に従いステアリング機構の駆動制御を順次変更することで上記操舵特性を容易に変更してドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に行うことができる。
【００４０】
また、請求項３のステアリングシステムによれば、制御手段が情報受信手段で受信した上記走行環境情報も用いてステアリング機構の駆動制御を行うので、刻々と変化する走行環境に対して、当該ステアリング機構の駆動制御及び車両の操舵特性をより動的に対応させることができ、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に、かつさらに十分に行うことができる。また、情報受信手段が受信した走行環境情報を記憶手段に適宜記憶させることができるので、当該記憶手段の記憶容量が増大するのを抑えることができる。
【００４１】
また、請求項４のステアリングシステムによれば、上記制御手段は車両が走行する道路形状などに応じてエンジン系などの車両に設けられた制御系を適切に駆動させることができるので、道路形状などに応じた車両走行を快適でしかも安全に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るステアリングシステムの具体例を模式的に示す図である。
【図２】上記ステアリングシステムの要部構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に示した制御装置の動作例を示すフローチャートである。
【図４】上記ステアリングシステムによる具体的な自動車の挙動を示す図である。
【図５】上記制御装置の他の動作例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 操舵部材
２ ステアリング機構
３ 制御装置
３ａ データ記憶部（記憶手段）
３ｂ 演算部（制御手段）
３ｃ 情報送受信部（情報受信手段）
６ 操舵角検出部
７ 操舵トルク検出部
８ タイヤ角検出部
９ 車速センサ
１０ 踏込み量検出部（車両側の制御系）
１１ アクセルペダル（車両側の制御系）
１２ エンジン（車両側の制御系）
１３ ナビゲーション装置
１４ 送信設備
１５ 踏込み量検出部（車両側の制御系）
１６ ブレーキペダル（車両側の制御系）
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に搭載され、ドライバーの操舵動作に応じて車両の舵取り動作を行うステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用のステアリングシステムでは、車両に設けられた操向車輪とドライバーにより運転操作される操舵部材とを機械的に連結した連結タイプと機械的な連結を行わずにそれらを分離させた分離タイプの二つのタイプが開発されている。これらのいずれのタイプにおいても、ドライバーの運転操作に伴い上記操舵部材に加わる操舵角などを検出部にて検出し、制御装置が検出部からの検出結果に基づいて当該操舵部材と上記操向車輪との間に設けたステアリング機構の駆動を制御することで車輪角度（タイヤ角）を変え、車両の舵取りをドライバー操作に合わせるようになっている（連結タイプ及び分離タイプのステアリングシステムについては、例えば特開平１１−９９９５６号公報及び特開平９−１４２３３０号公報をそれぞれ参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなステアリングシステムでは、上記ステアリング機構の駆動制御を変更することにより車両の操舵特性を変え、ドライバーの操舵負担を軽減している。具体的には、上記連結タイプでは、そのステアリング機構に含まれた遊星ギヤ機構等からなる伝達比可変機構において操舵角とタイヤ角との比であるステアリングギヤ比を変更することで操舵負担が軽減するように操舵特性を変えている。また、操舵補助部としての電動モータをステアリング機構に備えた連結タイプ、つまり電動パワーステアリングシステムでは、その電動モータから付与させる操舵補助力（モータ回転力）を変えることで操舵特性を変更して操舵負担を軽減している。
【０００４】
また、上記分離タイプとしてのステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式のステアリングシステムでは、左右の操向車輪の間に設けられたステアリングギヤでの上記ステアリングギヤ比を変更することにより、上記操舵特性を変えドライバーの負担軽減を実現している。また、このＳＢＷ方式または上記伝達比可変機構を備えた連結タイプのシステムでは、操舵補助用電動モータを備えた連結タイプと異なり、車両が走行する路面との摩擦による操舵抵抗やセルフアライニングトルクは操舵部材を介してドライバーに伝わらない。それ故、ＳＢＷ方式及び伝達比可変機構を備えたシステムでは、制御装置が検出部からの検出結果に基づき操舵部材に加えられた操舵方向と正反対の方向に作用する反力を演算し、その演算結果及び上記操舵特性の変更に従って反力発生用電動モータを駆動することにより、操舵動作に応じた操舵フィーリングをドライバーに与えている。
【０００５】
ところが、上記従来のステアリングシステムでは、車両が走行するカーブや交差点等の道路形状などによっては、上記ステアリング機構におけるステアリングギヤ比や操舵補助力などを走行道路に合わせて最適にできないことがあった。この結果、ドライバーの操舵負担を軽減できなかったり、操舵フィーリングが低下したりするという問題を生じることがあった。
また、従来のシステムでは、例えば上記特開平１１−９９９５６号公報に開示されているように、走行道路の路面状態を推定し上記ステアリングギヤ比を決定する際にその推定した路面状態を考慮することも提案されているが、車両が交差点を左折する場合などでは、決定したギヤ比がその交差点での当該車両の左折走行に必ずしも最適なものとならずにドライバーの負担軽減や操舵フィーリングの低下防止を十分に行えないことがあった。
【０００６】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、交差点等の車両が走行する道路形状などに応じて、当該車両の操舵特性を最適に変更することができ、よってドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができるステアリングシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材と、この操舵部材に加わる操舵動作に応じて車両の操向車輪の転舵量を変化させるステアリング機構と、このステアリング機構の駆動を制御する制御手段とを備えたステアリングシステムであって、
前記制御手段が、交差点に関する交差点情報を含む所定の道路情報に基づいて前記ステアリング機構の駆動制御を変更し、前記操舵部材への操舵動作に対する前記操向車輪の転舵量を変更することを特徴とするものである（請求項１）。
【０００８】
上記のように構成されたステアリングシステムでは、制御手段が上記交差点情報を含んだ道路情報に基づいてステアリング機構の駆動制御を変更し、操舵部材への操舵動作に対する操向車輪の転舵量を変更しているので、例えば車両が交差点を左折する場合でも、制御手段は上記交差点情報から得られる交差点形状に対応して当該ステアリング機構の駆動制御を的確に行うことができ、車両の操舵特性を交差点等の道路形状などに合わせて最適に変更することができる。
【０００９】
また、上記ステアリングシステム（請求項１）において、少なくとも前記道路情報を予め記憶する記憶手段を設けてもよい（請求項２）。
この場合、上記記憶手段に車両の走行予定経路に対応した上記道路情報を予め記憶させることができる。
【００１０】
また、上記ステアリングシステム（請求項１または２）において、車両の走行環境を示す走行環境情報を外部から受信する情報受信手段を備え、
前記制御手段が、前記道路情報及び前記情報受信手段が受信した走行環境情報に基づいて前記ステアリング機構の駆動制御を変更し、前記操舵部材への操舵動作に対する前記操向車輪の転舵量を変更することが好ましい（請求項３）。
この場合、制御手段が道路情報に加え上記走行環境情報に基づいてステアリング機構の駆動制御を変更することにより、走行環境の変化に対応してステアリング機構の駆動制御をより一層的確に行うことができ、車両の操舵特性をさらに最適に変更することができる。
【００１１】
また、上記ステアリングシステム（請求項１〜３のいずれか）において、前記制御手段が、少なくとも前記道路情報に基づいて前記車両に設けられた制御系に対する駆動制御を変更させてもよい（請求項４）。
この場合、制御手段が例えばエンジン系などの車両側の制御系に対する駆動制御を少なくとも道路情報に基づき変更するので、走行する道路形状などに応じて当該車両を適切に駆動させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステアリングシステムを示す好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、操舵部材と操向車輪とを機械的に連結していない分離タイプのステアリングシステムを自動車に適用した場合を例示して説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態に係るステアリングシステムの具体例を模式的に示す図であり、図２は上記ステアリングシステムの要部構成例を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のステアリングシステムは、ドライバーの操舵動作が加わる操舵部材（ステアリングホイール）１と、この操舵部材１及び左右一対の操向車輪５０の間に設けられたステアリング機構２と、このステアリング機構２の駆動を制御する制御装置３とを備えており、ステアリング機構２が制御装置３からの指示信号に従って動作することにより、当該ステアリング機構２は操向車輪５０の向き（すなわちタイヤ角）を変え、ステアリングシステムはドライバーの操舵動作に応じた自動車の舵取り動作を行う。
【００１４】
上記ステアリング機構２は、操舵部材１側に取り付けられ、その操舵部材１に付与する反力を発生する反力発生用アクチュエータ部４と、操向車輪５０側に取り付けられ、その操向車輪５０のタイヤ角を実質的に変更する操舵用アクチュエータ部５とを備えたものであり、これら分離配置されたアクチュエータ部４，５と上記制御装置３とが電気配線で接続されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式により構成されている。また、このＳＢＷ方式のステアリング機構２では、舵取り操作手段としての上記操舵部材１と自動車側の操向車輪５０とが機械的に互いに連結されていないことから、ドライバーの操舵動作を受容可能な例えばジョイスティックを上記ステアリングホイールに代えて用いることができる。
【００１５】
上記反力発生用アクチュエータ部４には、上端部が操舵部材１に一体回転可能に取り付けられた回転軸４ａと、この回転軸４ａに連結された電動モータ４ｂと、この電動モータ４ｂを駆動する駆動回路４ｃとが設けられている。上記回転軸４ａには、ドライバーの操舵動作に伴い回転する操舵部材１の所定の中立位置（例えば自動車が直進する、上記タイヤ角が０度）からの回転角を示す操舵角δｉ及びその回転トルクを示す操舵トルクＴｉをそれぞれ検出する操舵角検出部６及び操舵トルク検出部７が設けられている。また、上記駆動回路４ｃは、制御装置３からの指示信号（反力発生指令）に従って上記電動モータ４ｂを駆動するように構成されており、操舵部材１が操舵動作によって例えば左回転した場合に、その操舵部材１が上記中立位置に復帰するよう当該操舵部材１を右回転させる反力を回転軸４ａを介して与えるようになっている。
また、電動モータ４ｂが発生する反力は、制御装置３において上記操舵角δｉ及び操舵トルクＴｉの検出結果と後述のデータ記憶部に予め格納されている道路情報を用いて決定されており（詳細は後述）、自動車が走行する道路形状などにかかわらず操舵動作に十分フィットした操舵フィーリングをドライバーに体感させるようになっている。
【００１６】
上記操舵用アクチュエータ部５は、自動車の車幅方向（図の左右方向）に配置されているステアリングロッド５１に連結されたステアリングギヤ５ａと、このステアリングギヤ５ａを回転駆動する電動モータ５ｂと、この電動モータ５ｂを駆動する駆動回路５ｃとを備えている。上記ステアリングギヤ５ａは、ボールネジ機構等により構成されたものであり、電動モータ５ｂの回転動作をステアリングロッド５１の直線運動に変換することにより、タイロッド５２及びナックルアーム５３を介在させて当該ステアリングロッド５１の両端部に連結された上記左右一対の操向車輪５０のタイヤ角を変更する。また、上記駆動回路５ｃには、制御装置３から電動モータ５ｂの回転角度及び速度を指示する指示信号（操舵指令）が入力されるようになっており、駆動回路５ｃがその操舵指令に従って電動モータ５ｂを回転させて上記タイヤ角の変更動作を行わせる。
【００１７】
また、上記ステアリングギヤ５ａには、操向車輪５０のタイヤ角δｏを検出するタイヤ角検出部８が取り付けられており、当該ステアリングギヤ５ａによるステアリングロッド５１の移動量を検出し、その検出値を示す検出信号を制御装置３に出力するようになっている。さらに、制御装置３には車速センサ９が接続されており、制御装置３は車速センサ９からの検出信号を用いて自動車の速度Ｖを取得し、上記タイヤ角δｏと速度Ｖとに基づきステアリングギヤ５ａのステアリングギヤ比（操舵角δｉとタイヤ角δｏとの比）を適切に設定し、自動車の操舵特性を変更してドライバーの操舵負担を軽減するようになっている。具体的には、自動車の速度Ｖが低下するにつれて、操舵角δｉに対してタイヤ角δｏが大きく変化するように上記ステアリングギヤ比が設定される。
また、このステアリングギヤ比は、後に詳述するように、自動車が走行する道路形状などに対応して適切に設定されるようになっており、自動車の操舵特性をその走行道路形状などに応じて最適に変更して、操舵負担が極力増加しないようになっている。
また、上記操舵角検出部６、操舵トルク検出部７、タイヤ角検出部８、及び車速センサ９が、ドライバーの運転操作に応じた信号を出力する検出手段を構成している。
【００１８】
上記制御装置３には、図２も参照して、不揮発性メモリなどにより構成されたデータ記憶部３ａと、ＣＰＵなどにより構成された演算部３ｂと、ナビゲーション装置１３等の自動車内に設けられた他の情報機器及び車外の送信設備１４との間で情報を送受信可能に構成された情報送受信部３ｃとが設けられており、上記検出手段からの検出信号を入力してステアリング機構２の駆動制御を行うようになっている。
また、制御装置３は、上記検出手段以外に、自動車側に設けられ、ドライバーの運転操作を直接的にまたは間接的に検出する検出機器、装置等の検出部からの検出信号を入力可能に構成されており、これら検出手段及び検出部の検出結果とデータ記憶部３ａに記憶されている情報等を用いて、上記ステアリング機構２及び自動車側に設けられたエンジン系やブレーキ系等の制御系の各駆動制御を行えるようになっている。尚、自動車側に設けられた上記検出部には、図２に図示するように、アクセルペダル１１への踏込み量を検出する踏込み量検出部１０と、ブレーキペダル１６の踏込み量を検出する踏込み量検出部１５がある。さらに、この検出部には、他にＣＣＤカメラ等を含んで構成され、少なくとも自動車の前部及び後部側の道路路面をカラー撮影し車線の塗装色や障害物の有無などを認識するための車線認識センサやミリ波レーダ等からなる衝突回避用レーダ、またはハンドブレーキ等のレバー操作、あるいは方向指示器やハザードランプなどのライト類のスイッチ操作の状態を検出するセンサなどが含まれている。
【００１９】
上記データ記憶部３ａには、上記演算部３ｂ等で用いられるプログラムや演算式等のデータ、例えば当該ステアリングシステムのシステムゲインＫ１が格納されており、さらには制御装置３に入力される上記検出手段等の検出結果などを示す情報が適宜記憶されるようになっている。
また、データ記憶部３ａは、所定の道路情報を予め記憶する記憶手段を構成するものであり、自動車が走行する道路形状に応じてステアリングギヤ比を適切に変更するための道路ゲインＫ２を保持している。上記道路情報には、走行道路におけるカーブの曲率半径や傾斜角度（道路勾配）等あるいは高速道路や一般道路、山道等の種類を含んだ道路形状を示すデータ情報や、交差点の大きさや交差角度などの交差点形状を数値化または関数化したデータ等からなる交差点に関する交差点情報が含まれており、上記演算部３ｂが演算式等を用いることで上記道路ゲインＫ２を自動車の走行道路に合わせ適切に変更できるようになっている。
【００２０】
上記演算部３ｂは、上記データ記憶部３ａに記憶されている所定の道路情報に基づいて上記ステアリング機構２の駆動制御を変更する制御手段を構成している。具体的には、演算部３ｂは、上記データ記憶部３ａに記憶されている記憶情報のうち、車速センサ９の検出結果で得られる自動車の速度Ｖ及び現在走行している道路にそれぞれ基づいて、上記システムゲインＫ１及び道路ゲインＫ２を選択し決定することにより、上記ステアリングギヤ比を設定する。
この道路ゲインＫ２を決定する際での走行道路の判別処理は、演算部３ｂが例えば上記ナビゲーション装置１３に予め設定された自動車の走行予定経路あるいは上記送信設備１４から情報送受信部３ｃを介して取得した位置情報などに従って行われる。また、上記ステアリングギヤ比を設定する際、情報送受信部３ｃが受信した情報に自動車の走行環境に関する走行環境情報またはこの情報により決定されるステアリングギヤ比を変更するための環境ゲインＫ３が含まれている場合は、演算部３ｂは当該環境ゲインＫ３をも加味してステアリングギヤ比を設定する。そして、演算部３ｂは、操舵角検出部６及びタイヤ角検出部８の検出結果に基づいて、操舵部材１での上記操舵角δｉとその操舵速度及び実際に動いた操向車輪５０の上記タイヤ角δｏを取得するとともに、上記決定したステアリングギヤ比と取得した操舵角δｉ及びタイヤ角δｏとを用いて上記操舵用アクチュエータ部５に対する操舵指令を生成してそのアクチュエータ部５の電動モータ５ｂを駆動させる。このように、演算部３ｂは自動車の速度Ｖ及び走行中の道路形状などに対応したステアリングギヤ比を設定することができ、上記操舵指令生成処理を当該速度Ｖ及び道路形状などに応じて最適に行うことができる。
【００２１】
また、演算部３ｂは、上記反力発生用アクチュエータ部４に対しても、上記検出手段の検出結果及びデータ記憶部３ａの記憶情報を用いることにより、自動車速度及び走行道路形状などに応じて反力の大きさなどを適宜変更するようになっている。具体的には、演算部３ｂは、操舵角検出部６及び操舵トルク検出部７の検出結果により上記操舵角δｉ及び操舵トルクＴｉをそれぞれ求めるとともに、例えばそれらの検出値と上記システムゲインＫ１、道路ゲインＫ２、及び環境ゲインＫ３とを用いて設定したステアリングギヤ比に応じて反力が生じるように、反力発生用アクチュエータ部４の電動モータ４ｂにより発生させる反力の方向及び大きさを決定し上記反力発生指令に含めて駆動回路４ｃに指示する。このように、演算部３ｂは上記反力発生指令生成処理を検出した速度Ｖ及び道路形状などに応じて最適に行うことができる。
【００２２】
また、上記演算部３ｂは、上記検出手段や検出部の検出結果及び道路情報等のデータ記憶部３ａに記憶されている記憶情報を用いて、上記エンジン系やブレーキ系等の自動車側の各制御系に対する指示信号を生成して対応する制御系の駆動制御を行う。具体的には、踏込み量検出部１０からの検出信号に基づきアクセルペダル１１の移動距離を算出し、その算出した値に応じて必要なガソリンをエンジン１２に供給させる。このとき、演算部３ｂが例えば上記道路情報に道路勾配のデータが含まれていることを判別した場合、そのデータ値に応じてガソリン供給量を変更することにより、自動車を道路勾配に対応して適切に加速させることができ、ドライバーの操作負担などを軽減することができる。
【００２３】
上記情報送受信部３ｃは、自動車の走行環境を示す上記走行環境情報を外部から受信する情報受信手段を含んで構成されたものであり、上記道路情報を含んだ走行環境情報を外部から受信しデータ記憶部３ａに記憶させるとともに、データ記憶部３ａに記憶されている記憶情報を外部に送信できるよう構成されている。上記走行環境情報には、道路の規制状況や混雑状況を示す情報や天候などを示す情報、さらにはデータ記憶部３ａに保持されている道路情報を更新するための当該道路情報の最新情報などが含まれており、それ故、演算部３ｂが動的に変化する走行環境に応じて上記道路ゲインＫ２及び環境ゲインＫ３を決定しステアリングギヤ比や反力を設定できるようになっている。
【００２４】
また、上記情報送受信部３ｃは、演算部３ｂの指示に従って上記ナビゲーション装置１３等の車内の他の情報機器のデータメモリなどの情報記憶部にアクセス可能に構成されており、演算部３ｂが必要に応じて情報記憶部のデータを参照できるようになっている。また、情報送受信部３ｃに情報送信を行う送信設備１４の具体例には、道路沿いに設けられ、交通管理センターなどからの送信情報を無線送信する送信局、あるいはＦＭ放送局等の放送設備、さらには携帯電話やメール通信を伝達する中継局があり、情報送受信部３ｃが演算部３ｂの指示に従って走行予定の道路情報などの必要な情報をデータ記憶部３ａにダウンロードできるようになっている。
また、上記情報参照やダウンロードは、上記ステアリングギヤ比などの設定と同様に、演算部３ｂが走行道路の上記判別処理に結果に基づいて自動車の走行予定経路を判断して自動的に行うようになっているが、情報送受信部３ｃにドライバーの指示を直接的に入力させる入力手段を制御装置３に設けたり、上記ナビゲーション装置１３の操作ボタンや携帯電話などを上記入力手段として使用できるよう当該情報送受信部３ｃを構成することもできる。
【００２５】
上記のように構成されたステアリングシステムの動作について、図１〜図５を参照して具体的に説明する。尚、以下の説明では、説明の簡略化のために、自動車１００が図４の実線Ｒ１にて示す軌跡を描き交差点Ｆを左折する場合での操舵用アクチュエータ部５に対する制御動作について主に説明する。また、システムゲインＫ１及び道路ゲインＫ２を用いてステアリングギヤ比を変更する場合を例示して説明する。
図３のステップＳ１に示すように、演算部３ｂはデータ記憶部３ａに設定されている記憶領域内の制御フラグのＯＮ／ＯＦＦを判別することにより、当該データ記憶部３ａ内の道路情報を用いてステアリングギヤ比を変更する必要があるかについて判断する。制御フラグがＯＮである場合には、上記ギヤ比を変更する必要があると判断し、後述のステップＳ９に示す処理を行う。
【００２６】
また、上記制御フラグがＯＦＦである場合には、演算部３ｂはステアリングギヤ比を変更する必要がないと判断し、例えばナビゲーション装置１３を用いて設定され、データ記憶部３ａに予め格納されている走行予定経路に従って、次の交差点情報及び右左折する各場合に対応する必要な情報（後述のステップＳ７，Ｓ１０における第１及び第２判定基準等）をデータ記憶部３ａから読み出す（ステップＳ２）。さらに、演算部３ｂは、上記ナビゲーション装置１３や車線認識センサなどからの情報を用いることにより、自動車が左折可能な車線を走行中か否かについて判断する（ステップＳ３）。
左折可能な車線を走行していないと判断した場合、演算部３ｂはステップＳ６に示す、δｏ＝Ｋ１・δｉの（１）式を満足するように、上記タイヤ角δｏについてフィードバック制御を行う。つまり、演算部３ｂは、上記車速センサ９の検出結果により自動車の速度Ｖを求め、この求めた速度Ｖに応じて上記システムゲインＫ１を選択する。さらに、演算部３ｂは、操舵角検出部６及びタイヤ角検出部８の検出結果から操舵角δｉ及びタイヤ角δｏをそれぞれ取得し、そのタイヤ角δｏが上記（１）式を満足するように操舵用アクチュエータ部５に対する上記操舵指令を生成し通知する。これにより、速度Ｖに応じたステアリングギヤ比が適切に設定され、その速度Ｖで自動車１００を直進させる場合に最適な操舵特性に変更される。
【００２７】
一方、上記ステップＳ３において、左折可能な車線を走行していると判断した場合、演算部３ｂは交差点Ｆの上記軌跡Ｒ１に沿う左折走行に応じた道路ゲインＫ２を上記ステップＳ２で読み込んだ交差点情報を用いて算出する（ステップＳ４）。具体的には、演算部３ｂは、読み込んだ交差点情報のうち上記軌跡Ｒ１にて自動車１００が左折走行する場合での上記交差点Ｆに大きさに関する関数ｆ（ｘ）と、その交差点Ｆの交差角度に関する関数ｆ（ｙ）とを選択し、それらを乗算することにより、上記道路ゲインＫ２を求める。この関数ｆ（ｘ）は交差点の規模を示す車線数に応じて変化するものであり、データ記憶部３ａ内に保持されている上記交差点Ｆ固有の値ｘを代入することで求められる。また、関数ｆ（ｙ）は交差点の交差角度に応じて変化するものであり、同記憶部３ａ内に保持されている交差点Ｆ固有の値ｙを代入することで求められる。上記固有値ｘ，ｙは、軌跡Ｒ１上で左折走行する場合でのドライバーによる操舵部材１の操舵動作量（操舵角）を減らすよう決定されたものであり、必要な操舵動作量が大きくなるにつれて、操舵角δｉに対してタイヤ角δｏが大きく変化するよう上記ギヤ比を決定する値が選択されている。
【００２８】
次に、演算部３ｂは、左折用の方向指示器からの信号に基づいて、ドライバーにより上記方向指示器が操作されているか否かについて判別し（ステップＳ５）、同指示器が操作されていないことを判別した場合、演算部３ｂは交差点Ｆを左折しないと判断して上記ステップＳ６に進んで上記処理動作を実施する。
一方、上記方向指示器が操作されていることを判別した場合、演算部３ｂは交差点Ｆを左折すると判断し、操舵角検出部６の検出結果から得られる操舵角δｉ及び操舵速度が上記ステップＳ２で読み込んだ上記第１判定基準を満足しているか否かについて判別することにより、実際に左折走行を開始しているかどうかについて判断する（ステップＳ７）。具体的には、同ステップＳ７に示すように、演算部３ｂが操舵角検出部６の検出結果に基づいて、操舵部材１が例えば−３０（ｄｅｇ／Ｓ）より早い回転速度で、かつ−２０（ｄｅｇ）よりも小さい回転操作されたことを判別したときは、演算部３ｂは実際に左折走行が行われていないと判断してステップＳ６に示した処理動作を行う。
【００２９】
一方、上記ステップＳ７において、検出した操舵角δｉ及び操舵速度が上記第１判定基準を満足していると判別した場合、演算部３ｂは左折走行が開始されていると判断して上記制御フラグをＯＮとする（ステップＳ８）。
続いて、演算部３ｂは、上記ステップＳ６と同様に、ステップＳ９に示す、δｏ＝Ｋ１・Ｋ２・δｉの（２）式を満足するように、上記タイヤ角δｏについてフィードバック制御を行う。すなわち、演算部３ｂが、操舵角検出部６及びタイヤ角検出部８の検出結果から操舵角δｉ及びタイヤ角δｏをそれぞれ取得しつつ、そのタイヤ角δｏが上記（２）式を満足するように操舵用アクチュエータ部５に対する上記操舵指令を生成し通知する。これにより、検出した速度Ｖで交差点Ｆを左折走行する場合に応じたステアリングギヤ比が適切に設定され、自動車１００の操舵特性は上記軌跡Ｒ１上の左折走行に最適に変更される。
【００３０】
その後、演算部３ｂは、ステップＳ１０に示すように、操舵部材１での上記操舵角δｉがステップＳ２で読み込まれた終了判定用の上記第２判定基準、例えば−２０（ｄｅｇ）より大きく、かつ２０（ｄｅｇ）より小さい範囲の値かどうかについて判別する。そして、操舵角δｉが上記範囲内の値であることを判別した場合は、演算部３ｂは左折走行が終了されたと判断し、制御フラグをＯＦＦに変更してステップＳ６の処理動作に進む。
一方、操舵角δｉが上記範囲外の値であることを判別した場合は、演算部３ｂは左折走行が終了されていないと判断し、上記道路ゲインＫ２を用いたギヤ比を維持する必要ありと判断して上記ステップＳ１に戻る。以上のように、演算部３ｂが操舵角検出部６などの検出結果とデータ記憶部３ａに記憶されている道路情報とを用いることにより、演算部３ｂは交差点Ｆを左折走行する際でのステアリングギヤ比を適宜設定し、自動車１００の操舵特性を常に最適なものに変更することができる。
【００３１】
尚、上記の説明では、システムゲインＫ１及び道路ゲインＫ２を用いてステアリングギヤ比を設定する場合について説明したが、上記環境ゲインＫ３を用いる場合には、上記（１）式及び（２）式の各右辺の項にその環境ゲインＫ３を乗算することにより、ステアリングギヤ比の設定が行われる。また、右折動作を行う場合にも、上記左折動作の場合と同様な制御動作が行われる。
また、上記の説明では、自動車１００が交差点Ｆを軌跡Ｒ１に沿って左折走行する場合について説明したが、交差点Ｆの左折走行において、自動車１００が例えば図４に一点鎖線にて示す軌跡Ｒ２に沿って左折走行する場合では、演算部３ｂは上記ステップＳ４において上記軌跡Ｒ２に対応した道路ゲインＫ２を算出し、上記ステップＳ７，１０において軌跡Ｒ２用の第１及び第２判定基準を用いることにより、ステアリングギヤ比を適切に設定し当該軌跡Ｒ２上の左折走行を円滑に行わせることができる。また、このように自動車１００が交差点Ｆを左折する場合に上記軌跡Ｒ１だけでなくそれ以外の軌跡Ｒ２にも対応可能に構成されているので、演算部３ｂが速度Ｖや操舵角δｉ等の検出データを用いて自動車の挙動を把握している点とも相まって、ドライバーによる危険回避操作などによってナビゲーション装置１３などに予め設定されていた走行予定経路（例えば軌跡Ｒ１）と異なる走行経路（例えば軌跡Ｒ２）が選択された場合でも、演算部３ｂはその運転操作に応じた記憶情報を用いることにより、ステアリングギヤ比などを適切に設定して容易に対処することができる。
【００３２】
また、上記道路情報に自動車１００が走行する道路の種類が含まれている場合には、演算部３ｂはその道路種類に応じてステアリングギヤ比を設定する。例えば図５の実線４０に示す一般道路を走行する場合でのステアリングギヤ比に対して、操舵角δｉに対するタイヤ角δｏの変化を大きくすることが要求される山道を走行する場合、演算部３ｂは同図の一点鎖線４１のようにギヤ比を変更する。また、操舵角δｉに対するタイヤ角δｏの変化を抑えることが要求される高速道路を走行する場合、演算部３ｂは同図の破線４２に示すようにギヤ比を設定し操舵特性を変更する。このように、演算部３ｂが道路種類等に応じつつ、ギヤ比を変更することにより、自動車走行での安全性を高めることことができる。
【００３３】
以上のように構成された本実施形態のステアリングシステムでは、演算部（制御手段）３ｂが操舵角検出部６などの上記検出手段の検出結果及びデータ記憶部３ａに予め記憶されている道路情報を用いて、ステアリング機構２の反力発生用アクチュエータ部４及び操舵用アクチュエータ部５への指示信号を生成している。これにより、検出した速度Ｖ及び走行中の道路形状に対応したステアリングギヤ比及び反力を設定し、道路形状などに応じてステアリング機構２の駆動制御を的確に行うことができ、自動車の操舵特性を道路形状などに合わせて最適に変更することができる。従って、上記従来例と異なり、道路形状などにかかわらずドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができる。
【００３４】
また、本実施形態では、データ記憶部３ａに自動車の走行予定経路に対応した少なくとも上記道路情報を予め記憶させることができるので、演算部３ｂがその走行予定経路に従いステアリング機構２の駆動制御を変更することにより、自動車の操舵特性を容易に変更することができ、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に行うことができる。
【００３５】
また、本実施形態では、情報送受信部３ｃが外部から上記走行環境情報を受信し、演算部３ｂがその受信した走行環境情報をも用いてステアリング機構２でのステアリングギヤ比及び反力の設定を行うので、刻々と変化する走行環境に対して、当該ステアリング機構２の駆動制御及び車両の操舵特性をより動的に対応させることができる。この結果、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に、かつさらに十分に行うことができる。また、情報送受信部３ｃが受信した走行環境情報をデータ記憶部３ａに適宜記憶させることができるので、当該記憶部３ａの記憶容量が増大するのを抑えることができ、制御装置３の回路構成が複雑、かつ大型化するのを防ぐことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、エンジン系などの自動車側の制御系が道路情報に基づいて変更されるように、演算部３ｂが少なくとも上記検出結果及び道路情報に基づきエンジン系などの自動車側の制御系に対する指示信号を生成するので、自動車が走行する道路形状などに応じてエンジン系などの自動車側の制御系を適切に駆動させることができ、道路形状などに応じた自動車走行を快適でしかも安全に行わせることができる。
【００３７】
尚、上記の説明では、分離タイプのステアリングシステムに適用した場合について説明したが、本発明は上記交差点情報を含む道路情報を用いてステアリング機構の駆動制御を変更し、操舵部材への操舵動作（操舵角δｉ）に対する操向車輪の転舵量（タイヤ角δｏ）を変更することにより、道路形状などに応じて車両の操舵特性を最適に変更できるものであればよく、ステアリング機構の構成、形式や検出手段の種類や結果データなどは上記のものに何等限定されるものではなく、操舵部材と操向車輪とが機械的に連結されている連結タイプのステアリングシステムにも適用することができる。具体的には、例えば遊星ギヤ機構により構成された伝達比可変機構によってステアリング機構でのステアリングギヤ比を変更可能に構成された連結タイプに適用する場合、そのステアリング機構でのギヤ比と反力とを上記分離タイプのものと同様に、道路形状などに応じて上記操舵特性を最適に変更することにより、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができる。また、操舵補助用電動モータを用いた電動パワーステアリング装置に適用する場合は、そのモータで発生させる操舵補助力を上記検出結果及び道路情報を用いて決定することにより、道路形状などに応じて操舵補助力の操舵部材に加わる操作力に対するアシストレシオを適切に設定することができる。これにより、車両の操舵特性を道路形状などに合わせて最適なものとすることができ、操舵フィーリングを全く低下させることなくドライバーの負担を確実に、かつ十分に軽減できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のステアリングシステムによれば、上記ステアリング機構におけるステアリングギヤ比や操舵補助力などを交差点等の車両が走行する道路形状などに応じて適切に設定することができ、当該車両の操舵特性を道路形状などに合わせて最適に変更することができるので、道路形状などにかかわらずドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止を確実に、かつ十分に行うことができる。
【００３９】
また、請求項２のステアリングシステムによれば、上記記憶手段に車両の走行予定経路に対応した上記道路情報を予め記憶させることができるので、制御手段はその走行予定経路に従いステアリング機構の駆動制御を順次変更することで上記操舵特性を容易に変更してドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に行うことができる。
【００４０】
また、請求項３のステアリングシステムによれば、制御手段が情報受信手段で受信した上記走行環境情報も用いてステアリング機構の駆動制御を行うので、刻々と変化する走行環境に対して、当該ステアリング機構の駆動制御及び車両の操舵特性をより動的に対応させることができ、ドライバーの負担軽減及び操舵フィーリングの低下防止をより確実に、かつさらに十分に行うことができる。また、情報受信手段が受信した走行環境情報を記憶手段に適宜記憶させることができるので、当該記憶手段の記憶容量が増大するのを抑えることができる。
【００４１】
また、請求項４のステアリングシステムによれば、上記制御手段は車両が走行する道路形状などに応じてエンジン系などの車両に設けられた制御系を適切に駆動させることができるので、道路形状などに応じた車両走行を快適でしかも安全に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るステアリングシステムの具体例を模式的に示す図である。
【図２】上記ステアリングシステムの要部構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に示した制御装置の動作例を示すフローチャートである。
【図４】上記ステアリングシステムによる具体的な自動車の挙動を示す図である。
【図５】上記制御装置の他の動作例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 操舵部材
２ ステアリング機構
３ 制御装置
３ａ データ記憶部（記憶手段）
３ｂ 演算部（制御手段）
３ｃ 情報送受信部（情報受信手段）
６ 操舵角検出部
７ 操舵トルク検出部
８ タイヤ角検出部
９ 車速センサ
１０ 踏込み量検出部（車両側の制御系）
１１ アクセルペダル（車両側の制御系）
１２ エンジン（車両側の制御系）
１３ ナビゲーション装置
１４ 送信設備
１５ 踏込み量検出部（車両側の制御系）
１６ ブレーキペダル（車両側の制御系）
Claims (4)
- 操舵部材と、この操舵部材に加わる操舵動作に応じて車両の操向車輪の転舵量を変化させるステアリング機構と、このステアリング機構の駆動を制御する制御手段とを備えたステアリングシステムであって、
前記制御手段が、交差点に関する交差点情報を含む所定の道路情報に基づいて前記ステアリング機構の駆動制御を変更し、前記操舵部材への操舵動作に対する前記操向車輪の転舵量を変更することを特徴とするステアリングシステム。 - 少なくとも前記道路情報を予め記憶する記憶手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステアリングシステム。
- 車両の走行環境を示す走行環境情報を外部から受信する情報受信手段を備え、前記制御手段が、前記道路情報及び前記情報受信手段が受信した走行環境情報に基づいて前記ステアリング機構の駆動制御を変更し、前記操舵部材への操舵動作に対する前記操向車輪の転舵量を変更することを特徴とする請求項１または２に記載のステアリングシステム。
- 前記制御手段が、少なくとも前記道路情報に基づいて前記車両に設けられた制御系に対する駆動制御を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステアリングシステム。
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