JP4069829B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、転舵輪の転舵角に対するステアリング操作手段の操舵角の伝達比であるステアリングギア比を任意に変更可能な車両用操舵装置の技術分野に属する。

従来、車両用操舵装置は、据え切り時や極低速域における操舵負担の軽減、低〜中速域における軽快なステアリングフィーリングおよび高速域における緩やかで安定感のあるステアリングフィーリングを図るために、停止時にステアリングギア比を最も小さくし、車速が高くなるに従ってステアリングギア比を大きくしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３３４６２７号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、ステアリングギア比を小さくしすぎると、ドライバの意図する以上に転舵角が増大するおそれがある。よって、ステアリング操作部材の最大操舵範囲を、ドライバが手を持ち替えない範囲（例えば、約±90deg相当）で実現することは困難である。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ステアリング操作部材の最大操舵範囲を、ドライバが手を持ち替えない範囲に設定した場合でも、過大な転舵輪の転舵を抑制でき、安定した操舵を実現できる車両用操舵装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、転舵輪の転舵角に対するステアリング操作手段に加えた操舵角の比であるステアリングギア比を任意に変更可能なステアリングギア比可変手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記ステアリング操作手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、検出された車速と操舵角に応じてステアリングギア比を設定するステアリングギア比設定部と、設定されたステアリングギア比に基づいてステアリングギア比可変手段に対し制御指令を出力するステアリングギア比制御部とを有するステアリングギア比制御手段と、前記ステアリング操作手段に任意の操舵反力を与える反力アクチュエータと、検出された車速と操舵角に応じて操舵反力を設定する操舵反力設定部と、設定された操舵反力に基づいて反力アクチュエータに対し制御指令を出力する操舵反力制御部とを有する操舵反力制御手段と、を備えた車両用操舵装置において、前記ステアリング操作手段の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段を設け、前記操舵反力設定部は、設定されたステアリングギア比が所定値以下であるとき、ステアリングギア比が所定値を超えているときよりも、検出された操舵角速度に応じて操舵反力を大きくすることを特徴とする。

本発明では、設定されたステアリングギア比が所定値以下であるとき、操舵角速度に応じて操舵反力を大きく設定するため、ステアリング操作部材の最大操舵範囲を、ドライバが手を持ち替えない範囲に設定した場合でも、ドライバが意図しない過大な転舵輪の転舵を抑制でき、安定した操舵を実現できる。

以下に、本発明の車両用操舵装置を実施する最良の形態を、実施例１と実施例２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用操舵装置の構成図である。
実施例１の車両用操舵装置は、ステアリングホイール（ステアリング操作手段）１と、反力アクチュエータ２と、反力制御量検知センサ３と、操舵角センサ（操舵角検出手段）４と、操舵トルクセンサ５と、転舵輪６と、ステアリングギア７と、転舵アクチュエータ８と、転舵制御量検知センサ９と、転舵角センサ１０と、制御装置１１と、車速センサ（車速検出手段）１２を備えている。

前記操舵トルクセンサ５は、ステアリングホイール１と反力アクチュエータ２の間に発生する操舵トルクを検出する。操舵角センサ４は、ステアリングホイール１の操舵角θを検出する。反力制御量検知センサ３は、反力アクチュエータ２の制御量を検出する。

前記転舵制御量検知センサ９は、転舵アクチュエータ８の制御量を検出する。転舵角センサ１０は、転舵輪６の転舵角δを検出する。車速センサ１２は、車両の速度Vを検出する。これら各センサの出力は、制御装置１１へ入力される。

前記制御装置１１は、各センサの出力に基づいて、ステアリングホイール１に操舵反力を発生させる反力アクチュエータ２の制御量と、ステアリングギア７を駆動する転舵アクチュエータ８の制御量とを算出する。反力アクチュエータ２は、制御装置１１から供給される制御量に応じてステアリングホイール１へ操舵反力を出力する。同様に、転舵アクチュエータ８は、制御装置１１から供給される制御量に応じて、転舵輪６の転舵角δを変化させる。

以上の構成により、実施例１の車両用操舵装置では、ドライバの操舵入力に対して任意に転舵角の特性を変更できる、いわゆるステアバイワイヤの機能を実現している。

図２は、車両用操舵装置の制御ブロック図である。
制御装置１１は、反力算出部（操舵反力設定部）１１ａと、転舵角算出部（ステアリングギア比設定部に相当）１１ｂと、反力ドライバ（操舵反力制御部）１１ｃと、転舵ドライバ（ステアリングギア比制御部に相当）１１ｄとを備えている。反力算出部１１ａと反力ドライバ１１ｃで操舵反力制御手段を構成している。また、転舵角算出部１１ｃと転舵ドライバ１１ｄでステアリングギア比制御手段を構成している。

操舵角センサ４および車速センサ１２の出力は、反力算出部１１ａおよび転舵角算出部１１ｂへ入力される。反力算出部１１ａの出力は、反力ドライバ１１ｄへ出力され、反力ドライバ１１ｃは、反力アクチュエータ２を駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。

前記反力制御量検知センサ３は、反力ドライバ１１ｃが反力アクチュエータ２へ出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、反力ドライバ１１ｃへフィードバックする。操舵トルクセンサ５の出力は、反力算出部１１ａへ入力される。

前記転舵角算出部１１ｂでは、ステアリングホイール１の操舵角θと車速Vに応じて、例えば、図４に示すように、車速Vに応じてステアリングギア比（θ／δ）を変化させる特性を、また低速では、図５に示すように、操舵角θに応じてステアリングギア比（θ／δ）を変化させるような転舵角θを算出することで、高速では直進安定性がよく、低速では車両の取り回し性に優れたステアリングギア比を実現している。

前記転舵角算出部１１ｂの出力は、転舵ドライバ１１ｄへ出力され、転舵ドライバ１１ｄは、転舵アクチュエータ８を駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。この転舵ドライバ１１ｄの出力は、反力算出部１１ａにも入力される。

前記転舵制御量検知センサ９は、転舵ドライバ１１ｄが転舵アクチュエータ８へ出力している、例えば電流値などの制御量を検出し、転舵ドライバ１１ｄへフィードバックする。転舵角センサ１０の出力は、転舵角算出部１１ｂに入力される。

反力算出部１１ａでは、操舵角θと車速Vに応じた操舵反力を算出し、転舵ドライバ１１ｄを駆動するための、例えば電流値などの物理量を出力する。また、反力算出部１１ａは、転舵角算出部１１ｂにより算出されたステアリングギア比（θ／δ）が所定値以下となった場合には、操舵角θからステアリングホイール１の操舵角速度θ'を算出し（操舵角速度検出手段に相当）、例えば操舵角速度θ'に比例した反力など、操舵角速度θ'に応じた操舵反力を、操舵角θと車速Vに応じて算出した操舵反力に加算する。

次に、作用を説明する。
［操舵反力算出制御処理］
図３は、制御装置１１の反力算出部１１ａにおいて実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップS300では、車両のイグニッションキースイッチのオンなどをトリガーとして、本システムが起動され、ステップS301へ移行する。

ステップS301では、車速Vとステアリングホイール１の操舵角θが入力され、ステップS302へ移行する。

ステップS302では、車速Vと操舵角θに応じた操舵反力（第１操舵反力）T1を算出し、ステップS303へ移行する。
ここでは、例えば図６に示すように、操舵角θが中立位置から大きくなるほど、また車速Vが高くなるほど、大きな操舵反力T1が発生するように設定されている。

ステップS303では、転舵角算出部１１ｂにおいて設定されたステアリングギア比（θ／δ）が、あらかじめ設定されたしきい値以下であるかどうかを判断する。YESの場合にはステップS304へ移行し、NOの場合にはステップS307へ移行する。

ステップS304では、操舵角θの時系列データから操舵角速度θ'を算出し、ステップS305へ移行する。

ステップS305では、操舵角θ、操舵角速度θ'に応じた操舵反力（第２操舵反力）T2を算出し、ステップS306へ移行する。
ここでは、下記の式(1)のような関係式を用いて、操舵反力T2を算出する。
T2＝ｋ×θ'ⁿ …(1)

このとき、変数ｋは、例えば図７に示すように、操舵角θの増大に伴って単調増加するように設定される。また、操舵反力T2は、図８に示すように、操舵角速度θ'がゼロのときをゼロとし、操舵角速度θ'の増大に伴って単調増加するように設定される。すなわち、操舵角速度θ'が小さい場合には、ドライバがゆっくり操舵しているので、操舵反力T2が小さくなるように設定する。一方、操舵各速度θ'が大きい場合は、ドライバが急操舵しているので、操舵反力T2が大きくなるように単調増加的に設定する。さらに、ステアリングの操舵感を損ねないように、定数ｎは、ｎ>１の範囲で設定する。

ステップS306では、ステップS302で算出した操舵反力T1とステップS305で算出した操舵反力T2との和を操舵反力Tとし、ステップS307へ移行する。

ステップS307では、ステップS302で算出した操舵反力T1を操舵反力Tとし、ステップS308へ移行する。

ステップS308では、操舵反力Tを反力ドライバ１１ｃへ出力し、本制御を終了する。

［操舵反力算出制御作用］
ステアリングギア比（θ／δ）がしきい値以下である場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS300→ステップS301→ステップS302→ステップS303→ステップS304→ステップS305→ステップS306→ステップS308へと進む流れとなる。すなわち、ステップS307において、操舵反力T1が操舵反力Tとされ、ステップS308において、算出された操舵反力T（＝T1＋T2）を指令値として反力アクチュエータ２が駆動される。

ステアリングギア比（θ／δ）がしきい値を超える場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップS300→ステップS301→ステップS302→ステップS303→ステップS307→ステップS308へと進む流れとなる。すなわち、ステップS306において、操舵反力T1に操舵反力T2を加えたものが操舵反力Tとされ、ステップS308において、算出された操舵反力T（＝T1）を指令値として反力アクチュエータ２が駆動される。

［持ち替えを必要としないステアリングの優位性］
持ち替え無しのステアリングの実現は、以下に示すような優位性があり、重要な課題となっている。
・アクセル・ブレーキをステアリング操作手段と一体化できる。
・手の操作は足の操作に比べ、微調整可能であるため、車両を制御しやすくなる。特に、車庫入れ等においてドライバの操舵負担を大幅に軽減できる。
・ステアリング操作手段の形状を、環状にする必要性がなくなるため、ドライバの膝上空間を広くできる。

［ステアリングギア比に応じた操舵反力の増加について］
現状の転舵輪６の最大転舵角を衝として、ステアリングホイール１の最大操舵範囲を、ステアリングホイール１を持ち替えない範囲（例えば、±90deg相当）にしようとすると、ステアリングギア比（θ／δ）を小さくすることになる。

ここで、従来の車両用操舵装置は、ステアリングギア比（θ／δ）に応じて操舵反力Tを変化させる構成ではないため、例えば低車速時にステアリングギア比（θ／δ）が小さく設定されたとき、ステアリング操作応答がクイックとなり、ドライバの意図する以上に転舵輪６の転舵角δが増大するおそれがある。

これに対し、実施例１では、ステアリングギア比（θ／δ）があらかじめ設定された所定値以下であるとき、操舵角速度θ'に応じて操舵反力Tを大きくすることにより、ドライバの予期しない過大な転舵を抑制している。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 反力算出部１１ａは、設定されたステアリングギア比（θ／δ）が所定値以下であるとき、車速Vと操舵角θに基づいて算出した操舵反力T1に、操舵角速度θ'に基づいて算出した操舵反力T2を加算して操舵反力Tを設定するため、ステアリングホイール１の最大操舵範囲を、ドライバが手を持ち替えない範囲に設定した場合でも、ドライバが意図しない過大な転舵輪６の転舵を抑制でき、安定した操舵を実現できる。

(2) 反力算出部１１ａは、操舵反力T2を、図８に示した式(1)により算出するため、ステアリングホイール１の最大操舵範囲をドライバが手を持ち替えないよう範囲で実現できるように設定した場合でも、ドライバの意図する以上に転舵輪６が転舵されないように操舵反力Tを増大させつつ、ドライバがステアリングホイール１を一定の操舵角で保持する場合には、ステアリングホイール１の最大操舵範囲をドライバがステアリングホイール１を持ち替えない範囲で設定しない場合と、同等の操舵反力とすることができる。

(3) 式(1)の変数ｋを、操舵角θの増大に伴って単調増加するように設定し、操舵角θに応じて操舵反力T（T1＋T2）を変化させるため、ドライバに違和感を与えることなく、ドライバの意図以上に転舵輪６の転舵角δが大きくなるのを防止できる。

(4) 式(1)の定数ｎを、１よりも大きな値としたため、操舵フィーリングを損なうことなく、ドライバの意図以上の転舵輪６の転舵角δが大きくなるのを防止できる。

次に、実施例２について説明する。
実施例２は、操舵反力T2を操舵角速度θ'とステアリングギア比（θ／δ）に応じて設定するものであり、構成等は実施例１と同一であるため、説明を省略する。

次に、作用を説明する。
［操舵反力算出制御処理］
図９は、制御装置１１の反力算出部１１ａにおいて実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップS700〜ステップS704は、図３のS300〜ステップS304と同一の処理を実施するため、説明を省略する。また、ステップS706〜ステップS709は、図３のステップS306〜ステップS309と同一の処理を実施するため、説明を省略する。

ステップS705では、操舵角速度θ'とステアリングギア比（θ／δ）に応じた操舵反力T2を算出し、ステップS706へ移行する。
ここでは、実施例１と同様に、上述した式(1)の関係式を用いて操舵反力T2を算出する。

このとき、変数ｋは、例えば図１０に示すように、操舵角速度θ'の増大に伴って単調増加するように設定される。また、操舵反力T2は、図８に示したように、操舵角速度θ'がゼロのときをゼロとし、操舵角速度θ'の増大に伴って単調増加するように設定される。すなわち、操舵角速度θ'が小さい場合には、ドライバがゆっくり操舵しているので、操舵反力T2が小さくなるように設定する。一方、操舵各速度θ'が大きい場合は、ドライバが急操舵しているので、操舵反力T2が大きくなるように単調増加的に設定する。さらに、ステアリングの操舵感を損ねないように、定数ｎは、ｎ>１の範囲で設定する。

［操舵反力算出制御作用］
ステアリングギア比（θ／δ）がしきい値以下である場合には、図９のフローチャートにおいて、ステップS700→ステップS701→ステップS702→ステップS703→ステップS704→ステップS705→ステップS706→ステップS708へと進む流れとなる。すなわち、ステップS707において、操舵反力T1が操舵反力Tとされ、ステップS708において、算出された操舵反力T（＝T1＋T2）を指令値として反力アクチュエータ２が駆動される。

ステアリングギア比（θ／δ）がしきい値よりも大きい場合には、図９のフローチャートにおいて、ステップS700→ステップS701→ステップS702→ステップS703→ステップS707→ステップS708へと進む流れとなる。すなわち、ステップS706において、操舵反力T1に操舵反力T2を加えたものが操舵反力Tとされ、ステップS708において、算出された操舵反力T（＝T1）を指令値として反力アクチュエータ２が駆動される。

次に、効果を説明する。
(5) 実施例２の車両用操舵装置にあっては、式(1)の変数ｋを、ステアリングギア比（θ／δ）の増大に伴って単調増加するように設定し、ステアリングギア比（θ／δ）に応じて操舵反力T（T1＋T2）を変化させるため、ドライバに違和感を与えることなく、ドライバの意図以上に転舵輪６の転舵角δが大きくなるのを防止できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施する最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１，２では、ステアバイワイヤシステムで本発明の構成を実現しているが、本発明は、電動パワーステアリングシステムと可変ギアシステムを組み合わせた構成でも実現できる。すなわち、ステアリングギア比（θ／δ）と操舵反力Tを任意に変化させることができる操舵機構であれば、どのような構成であっても本発明を実現できる。

車両用操舵装置の構成図である（実施例１）。 車両用操舵装置の制御ブロック図である（実施例１）。 制御装置で実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートである（実施例１）。 車速Vに対するステアリングギア比（θ／δ）の特性図である。 操舵角θに対するステアリングギア比（θ／δ）の特性図である。 操舵角θに対する操舵反力T1の特性図である。 操舵角θに対するｋの特性図である。 操舵角速度θ'に対する操舵反力T2の特性図である。 制御装置で実施される操舵反力算出制御処理の流れを示すフローチャートである（実施例２）。 ステアリングギア比（θ／δ）に対するｋの特性図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール（ステアリング操作部材）
２ 反力アクチュエータ
３ 反力制御量検知センサ
４ 操舵角センサ
５ 操舵トルクセンサ
６ 転舵輪
７ ステアリングギア
８ 転舵アクチュエータ
９ 転舵制御量検知センサ
１０ 転舵角センサ
１１ 制御装置
１１ａ 反力算出部
１１ｂ 転舵角算出部
１１ｃ 反力ドライバ
１１ｄ 転舵ドライバ
１２ 車速センサ

Claims (7)

1. 転舵輪の転舵角に対するステアリング操作手段に加えた操舵角の比であるステアリングギア比を任意に変更可能なステアリングギア比可変手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記ステアリング操作手段の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   検出された車速と操舵角に応じてステアリングギア比を設定するステアリングギア比設定部と、設定されたステアリングギア比に基づいてステアリングギア比可変手段に対し制御指令を出力するステアリングギア比制御部とを有するステアリングギア比制御手段と、
   前記ステアリング操作手段に任意の操舵反力を与える反力アクチュエータと、
   検出された車速と操舵角に応じて操舵反力を設定する操舵反力設定部と、設定された操舵反力に基づいて反力アクチュエータに対し制御指令を出力する操舵反力制御部とを有する操舵反力制御手段と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記ステアリング操作手段の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段を設け、
   前記操舵反力設定部は、設定されたステアリングギア比が所定値以下であるとき、ステアリングギア比が所定値を超えているときよりも、検出された操舵角速度に応じて操舵反力を大きくすることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力設定部は、
   設定されたステアリングギア比が所定値を超えているとき、車速と操舵角に基づいて操舵反力（第１操舵反力）を設定し、
   設定されたステアリングギア比が所定値以下であるとき、操舵角速度に基づいて第２操舵反力を設定し、この第２操舵反力を第１操舵反力に加算したものを操舵反力とすることを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力設定部は、
   検出された操舵角速度がゼロのとき、第２操舵反力をゼロに設定し、
   検出された操舵角速度がゼロ以外のとき、第２操舵反力を操舵角速度の大きさに比例して単調増加するように設定することを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力設定部は、操舵角速度をθ'としたとき、第２操舵反力Ｔを、
   Ｔ＝ｋ×θ'ⁿ（ｋ，ｎは定数）
   に基づいて設定することを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項２または請求項３に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力設定部は、操舵角速度をθ'としたとき、第２操舵反力Ｔを、
   Ｔ＝ｋ×θ'ⁿ（ｋは変数，ｎは定数）
   に基づいて設定し、
   前記変数ｋを、検出された操舵角に応じて変化させることを特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項２、３または請求項５に記載の車両用操舵装置において、
   前記操舵反力設定部は、操舵角速度をθ'としたとき、第２操舵反力Ｔを、
   Ｔ＝ｋ×θ'ⁿ（ｋは変数，ｎは定数）
   に基づいて設定し、
   前記変数ｋを、設定されたステアリングギア比に応じて変化させることを特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記定数ｎを、１よりも大きな値に設定したことを特徴とする車両用操舵装置。

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