JP2009126421A - 車両用操舵特性制御装置及び車両用操舵特性制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、特定の走行領域で運転する特定のドライバーの操舵負担を低減することができる、車両用操舵特性制御装置等の提供を目的とする。
【解決手段】車両の操舵特性としてのステアリングギヤ比を変更する差動歯車機構３と、前記車両の標準特性として設定された第１の操舵特性を、ユーザの利用が限定される操舵特性であって前記第１の操舵特性よりも前記車両が旋回しやすくなる第２の操舵特性に、変更するための指示入力を取得し、その指示入力に従って差動歯車機構３を動作させることによりステアリングギヤ比を制御する電子制御装置２とを備える、車両用操舵特性制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵特性を制御する車両用操舵特性制御装置及び車両用操舵特性制御方法に関する。

従来技術として、操舵部材の操作量に対する転舵輪の転舵量の比を可変する転舵比可変手段を備える、車両用操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この車両用操舵装置は、車両前方の道路の視認性の良否を検出するための視認性検出手段と、車両前方の道路の路面状態を検出するための路面状態検出手段と、少なくとも車速を含む車両の走行状態を検出する走行状態検出手段とを備え、視認性検出手段および走行状態検出手段からの信号に基づいて転舵比可変手段により転舵比を変更させるための視認性重視モード、並びに路面状態検出手段および走行状態検出手段からの信号に基づいて転舵比可変手段により転舵比を変更させるための路面状況重視モードの何れかの一方を選択することのできるモード選択手段を備え、制御部は、モード選択手段により選択されたモードに基づいて転舵比を転舵比可変手段により変更させるものである。
特開２００４−３４７４０号公報

しかしながら、上述の従来技術では、道路状況や走行状態に基づいて可変する転舵比をモード選択によって選択できるものの、走行する領域がある程度特定された状況（例えば、車両の生産工場）では、車両を購入されたお客様などの一般ユーザ向けに設定された操舵特性である必要性は必ずしもないため、上述の特定の状況で運転する特定のドライバーにとっては、旋回操舵する上で、使い勝手が悪いことがある。

そこで、本発明は、特定の走行領域で運転する特定のドライバーの操舵負担を低減することができる、車両用操舵特性制御装置及び車両用操舵特性制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る車両用操舵特性制御装置は、
車両の操舵特性を変更する操舵特性変更機構と、
前記車両の標準特性として設定された第１の操舵特性を、ユーザの利用が限定される操舵特性であって前記第１の操舵特性よりも前記車両が旋回しやすくなる第２の操舵特性に、変更するための指示入力を取得する指示入力取得手段と、
前記指示入力に基づいて前記操舵特性変更機構を動作させる制御手段とを備えることを特徴とする。

ここで、前記第２の操舵特性は、前記操舵特性変更機構又は前記制御手段を検査するための検査モード中に適用される操舵特性であると好適である。また、前記操舵特性変更機構は、ステアリングギヤ比を変更するものであると好適である。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る車両用操舵特性制御方法は、
車両の操舵特性を制御する車両用操舵特性制御方法であって、
前記車両の標準特性として設定された第１の操舵特性をユーザの利用が限定される第２の操舵特性に変更するための指示入力を取得する指示入力取得工程と、
前記第２の操舵特性を前記第１の操舵特性よりも前記車両が旋回しやすくなる操舵特性に決定する操舵特性決定工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、特定の走行領域で運転する特定のドライバーの操舵負担を低減することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る車両用操舵特性制御装置の一実施形態であるステアリング機構１００の概略構成図である。ステアリング機構１００は、ステアリングホイール１、回転伝達機構１８及びステアリングギヤ機構３０などを備えている。ステアリングホイール１はステアリングコラム（図示せず）に挿入された第１のステアリングシャフト１４と接続されており、運転者がステアリングホイール１を回動操作すると、第１のステアリングシャフト１４もステアリングホイール１と一体的に回動する。第１のステアリングシャフト１４は、回転伝達機構１８に接続されている。回転伝達機構１８には、パワーステアリング機構（図示せず）や、可変ギヤステアリングシステムの差動歯車機構３等が含まれる。差動歯車機構３についての説明は、後述する。ステアリングホール１の回転が、回転伝達機構１８及び第２のステアリングシャフト１５を介して、ステアリングギヤ機構３０に伝達される。

ステアリングギヤ機構３０は、例えば、第２のステアリングシャフト１５の回転を直線運動に変換するラックアンドピニオン式の装置である。ステアリングギヤ機構３０は、第２のステアリングシャフト１５に接続されたピニオン４と、車幅方向に延在しタイロッド１６を介して左右の車輪５に接続されるラック６とを備える。タイロッド１６は、ナックルアーム１７を介して車輪５に接続される。したがって、左右のタイロッド１６が車幅方向に移動することにより、転舵輪としての車輪５に転舵角が付く。

ところで、車両の操舵特性を変更する手段として、例えば、可変ギヤ比ステアリングシステム、電動パワーステアリング、可変スタビライザー、減衰力可変ショックアブゾーバーが挙げられる。

可変ギヤ比ステアリングシステムは、走行状態に応じてステアリングギヤ比を任意に変化させることができ、ステアリングホイールの操舵に必要な操舵量を調整することができる。ステアリングギヤ比は、転舵輪の転舵量を単位量とした操舵部材（ステアリングホイールなど）の操舵量の大きさを表す比の値である。

電動パワーステアリング（「ＥＰＳ」ともいう）は、走行状態に応じてステアリングホイールの操舵アシストトルクを任意に変化させることができ、ステアリングホイールの操舵に必要な操舵荷重を調整することができる。

可変スタビライザーは、走行状態に応じてスタビライザーのばね定数を任意に変化させることができ、車両のロール角を調整することができる。ロール角を調整することによって、車両自体の操舵特性（アンダーステア特性やオーバーステア特性）を変化させることができる。したがって、可変スタビライザーのばね定数を小さくすればするほど、車両の操舵動作の応答は鈍くなる。

減衰力可変ショックアブゾーバーは、走行状態に応じてショックアブゾーバーの減衰力を任意に調整することができ、急ブレーキや急ハンドルという過渡変化時の車両の姿勢変化量を調整することができる。車両の姿勢変化量を調整することによって、車両自体の操舵特性を変化させることができる。したがって、減衰力ショックアブゾーバーの減衰力を小にすればするほど、車両の操舵動作の応答は鈍くなる。

なお、本発明は、車両の操舵特性を変更する手段（ハードウェア機構）について詳細に特定するものではないが、その手段の代表例として、可変ギヤ比ステアリングシステムのハードウェア機構について説明する。従来のステアリング機構は、高速走行時にステアリング操作量に対して緩やかに車両を反応させるために、低速走行時よりも高速走行時を想定したステアリングギヤ比に設定されていた。これに対し、可変ギヤ比ステアリングシステムは、ステアリングギヤ比を任意に変更し、走行状態に応じたステアリングギヤ比を変化させることができる。可変ギヤ比ステアリングシステムは、図１に示した差動歯車機構３を備える。差動歯車機構３の具体例として、ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering）アクチュエーターが挙げられる。

差動歯車機構３の機能について、簡単に説明する。図２は、差動歯車機構３の構成を示す断面図である。差動歯車機構３は、減速機構、ＤＣブラシレスモーター及びロック機構などを備えている。図３は、減速機構を分解した図を示す。ステアリングホイールの回転は、ゴムカップリングを介して差動歯車機構３のハウジングに伝わる。ハウジングは、ＤＣブラシレスモーターのケースとステーターギヤを固定している。差動歯車機構３を制御する電子制御装置２（図１参照）からの制御信号及び電源によりＤＣブラシレスモーターが回転すると、減速機構の楕円状の波動発生器のカムが回転して、フレキシブルギヤを回転させる。フレキシブルギヤは薄いベルト状で金属弾性体である。フレキシブルギヤはステーターギヤ内を楕円状に変形しながら回転し、同軸上のドリブンギヤを回転させることになる。ドリブンギヤはステーターギヤより歯数が少ない。例えば歯数が２歯少ない場合、波動発生器が１回転すると、ドリブンギヤは波動発生器の回転方向とは逆方向に２歯分回転する。つまり、ステアリングホイール側のステーターギヤとピニオン側のドリブンギヤ間に回転差が発生することになる。このように、ステアリングホイールから車輪まではメカニカルに結合されており、ステアリング機構が切断された構造にはなっていない。

電子制御装置２は、中央演算処理装置、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータを備える。マイクロコンピュータは、電子制御装置２への入力情報に基づいて、当該入力情報に対して最適なステアリングギヤ比を演算するためのＲＯＭ上に記憶されたプログラムやマップに従って、差動歯車機構３を動作させることによりステアリングギヤ比を制御する。ステアリングギヤ比の制御に必要な入力情報として、例えば、ステアリングホールの操舵量や操舵速度、転舵輪の転舵量や転舵速度、ヨーレート、車輪速などが挙げられる。

図４は、可変ギヤ比ステアリングシステムを示す概念図である。図４において、差動歯車機構３の具体例であるＶＧＲＳアクチュエーターを制御するＶＧＲＳコントロールコンピューター６０及び車両の挙動の安定させるスキッドコントロールコンピューター５０は、図１の電子制御装置２の具体例である。ＶＧＲＳコントロールコンピューター６０は、ステアリングホイールの操作量から検出された操舵角や、車速や、スキッドコントロールコンピューター５０からの信号等に基づいて、所定のマップやプログラムに従って、ＶＧＲＳアクチュエーター内のＤＣブラシレスモーターを回転させる。つまり、ＤＣブラシレスモーターの回転数を制御することによって、最適なステアリングギヤ比を得ることが可能になる。例えば、運転者のステアリングホイールの操舵角を一定の状態で、ステアリングギヤ比を上げると、車輪の転舵角は小さくなり、逆にステアリングギヤ比を下げると、車輪の転舵角は大きくなる。なお、ステアリングギヤ比を無限大、つまり、運転者がステアリングホイールを回転させても車輪に転舵角がつかないようにすることもできる。言い換えれば、ステアリングホイールの回転とは関係なしに、ＶＧＲＳアクチュエーター内のＤＣブラシレスモーターの回転制御をすることによって、ピニオンを回転させて車輪に転舵角を付けることも可能である。

ところで、図１の電子制御装置２は、操舵特性の変更を指示する指示信号に従って、車両の操舵特性を変更し、その変更された操舵特性に基づいて、差動歯車機構３を制御する。

例えば、図４の場合、通常モードからテストモードへの移行を指示するモード移行指示信号がスキッドコントロールコンピューター５０に入力される。テストモードは、特別なツールやインフラがなければ移行できないモードであって、コンピューター５０，６０やＶＧＲＳアクチュエーターなどの検査をするためのモードである。特別なツールやインフラとは、例えば、故障診断ツール、車両と無線通信することによって情報を送受する路側通信装置、メーカーやディーラーに設置されたコンピューターなどが挙げられる。したがって、テストモードは、一般ユーザは利用することができず、メーカーやディーラー等に所属する特定ユーザのみが利用できるモードである。

モード移行指示信号を受信したスキッドコントロールコンピューター５０は、ステアリングギヤ比を通常の操舵特性よりクイックとなる操舵特性に変更することを要求する信号（ギヤ比クイック要求信号）をＶＧＲＳコントロールコンピューター６０に出力する。ギヤ比クイック要求信号を受信したＶＧＲＳコントロールコンピューター６０は、ステアリングギヤ比がクイックとなる操舵特性に基づいて、ＶＧＲＳアクチュエーターを制御する。なお、この具体例の場合、電子制御装置２に入力される操舵特性の変更を指示する指示信号とは、モード移行指示信号ととらえてもよいし、ギヤ比クイック要求信号ととらえてもよい。

車両の操舵特性は、例えば、図５〜図７に示されるマップにより定まるものである。ＶＧＲＳコントロールコンピューター６０は、例えば、ＲＯＭ等に内蔵されたこれらのマップに従い、操舵角信号、車速信号、ギヤ比クイック要求信号などのスキッドコントロールコンピューター５０からの信号に基づいて、ＶＧＲＳアクチュエーターを制御する。図５〜図７に示されるマップは、スキッドコントロールコンピューター５０などの他のコンピューターに備えてもよく、これらのコンピューターが車両の操舵特性を制御してもよい。また、操舵特性は、マップに限らず、演算式に求められてもよい。

図５は、ステアリングホイールの操舵角に対する車輪の転舵角を定めたマップである。ステアリングホイールの操舵角が増えれば、車輪の舵角が増えることを示す。このとき、ギヤクイック要求信号が入力されている場合（すなわち、「テストモード」）における車輪の所定舵角に対して必要なステアリングホイールの操舵角は、ギヤ比クイック要求信号が入力されていない場合（すなわち、「通常モード」）よりも小さくなることを示している。すなわち、図５のＢのマップ値が選択されることによって、可変ギヤ比ステアリングシステムによる可変ステアリングのギヤ比が小になり、車輪の舵角が切れやすくなり車両が旋回しやすくなることを示している。Ｂのマップ値が選択される限り、常時、車輪の舵角が通常モードより切れやすくなる。

車輪の舵角が切れやすくなるようにするために、図６のＢのマップ値を選択してもよい。図６は、車速に対するステアリングギヤ比を定めたマップである。車速が増えるにつれてステアリングギヤ比も増えるため、高速走行時のステアリング操作の「ぶれ」による急激な車両の挙動変化が防止できる。逆に言えば、低速走行時のステアリング操作や停止時の据え切り操作が少ない操作量で車輪を大きく切れるようになり、運転操作が楽になる。

そこで、テストモード時は、低速走行や旋回走行する機会が多いとして、低速走行時にステアリングギヤ比の低い図６のＢのマップ値を選択する。これによって、可変ギヤ比ステアリングシステムによる可変ステアリングのギヤ比がテストモード時に小になり、車輪の舵角が切れやすくなり車両が旋回しやすくなる。

図７は、ステアリングホイールの操舵角に対するアシストトルクを定めたマップである。ステアリングホイールの操舵角が増えれば、アシストトルクが増えることを示す。このとき、テストモードにおける車輪の所定舵角に対して必要なステアリングホイールの操舵荷重は、通常モードよりも小さくなることを示している。通常モードとテストモードのステアリングホイールの操舵角を比較すると、テストモードのマップ値のアシストゲインが増えている（傾きが大きくなっている）からである（図７のＩ参照）。

また、このとき、テストモードの自車が所定操舵動作方向になるまでに必要なステアリングホイールの操舵時間は、一定の操舵荷重で比較すると、通常モードよりも小さくなることを示している。テストモードのマップ値のアシストの開始点が早まっているからである（図７のＩＩ参照）。

すなわち、図７のＢのマップ値が選択されることによって、電動パワーステアリングの操舵アシストトルクが大になるとともに、ステアリングホイールの操舵角をアシストする開始点が早まるため、車輪の舵角が切れやすくなり車両が旋回しやすくなる。

図８は、電子制御装置２による操舵特性の制御方法を示した図である。電子制御装置２は、外部からの入力信号に基づいて、テストモードか否かを判断する（ステップ１０）。テストモードか否かは、例えば、テストモードへのモード移行指示信号の入力有無によって判断する。

電子制御装置２は、通常モードの場合には、図５から図７に例示のマップＡを選択することによって、通常モード用の操舵特性に従って、操舵特性を定める制御量を決定する（ステップ１２）。このとき、可変スタビライザーのばね定数や減衰力可変ショックアブゾーバーの減衰力についても、標準操舵特性としての通常値が選択されてよい。

一方、電子制御装置２は、テストモードの場合には、図５から図７に例示のマップＢを選択することによって、テストモード用の操舵特性に従って、操舵特性を定める制御量を決定する（ステップ１４）。このとき、可変スタビライザーのばね定数や減衰力可変ショックアブゾーバーの減衰力については、通常値よりも大きい値が選択されてよい。

したがって、上述の実施例によれば、特定の走行領域で運転する特定のドライバーの操舵負担を低減することができる。例えば、車両の生産工場やヤードでの車両の旋回性が向上し、狭い場所を運転する作業者の負担を軽減することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、ラックアンドピニオン式に限らず、ボールナット式などの他のステアリングギヤ機構でもよい。

本発明に係る車両用操舵特性制御装置の一実施形態であるステアリング機構１００の概略構成図である。 差動歯車機構３の構成を示す断面図である。 減速機構を分解した図を示す。 可変ギヤ比ステアリングシステムを示す概念図である。 ステアリングホイールの操舵角に対する車輪の転舵角を定めたマップである。 車速に対するステアリングギヤ比を定めたマップである。 ステアリングホイールの操舵角に対するアシストトルクを定めたマップである。 電子制御装置２による操舵特性の制御方法を示した図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ 電子制御装置
３ 差動歯車機構
４ ピニオン
６ ラック

Claims (4)

1. 車両の操舵特性を変更する操舵特性変更機構と、
   前記車両の標準特性として設定された第１の操舵特性を、ユーザの利用が限定される操舵特性であって前記第１の操舵特性よりも前記車両が旋回しやすくなる第２の操舵特性に、変更するための指示入力を取得する指示入力取得手段と、
   前記指示入力に基づいて前記操舵特性変更機構を動作させる制御手段とを備える、車両用操舵特性制御装置。
2. 前記第２の操舵特性は、前記操舵特性変更機構又は前記制御手段を検査するための検査モード中に適用される操舵特性である、請求項１に記載の車両用操舵特性制御装置。
3. 前記操舵特性変更機構は、ステアリングギヤ比を変更する、請求項１又は２に記載の車両用操舵特性制御装置。
   
4. 車両の操舵特性を制御する車両用操舵特性制御方法であって、
   前記車両の標準特性として設定された第１の操舵特性をユーザの利用が限定される第２の操舵特性に変更するための指示入力を取得する指示入力取得工程と、
   前記第２の操舵特性を前記第１の操舵特性よりも前記車両が旋回しやすくなる操舵特性に決定する操舵特性決定工程とを備えることを特徴とする、車両用操舵特性制御方法。