JP4862523B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変可能な伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に関するものである。

従来、例えば、カーオーディオやカーナビゲーションシステム等といった車載機器の操作スイッチがステアリング又はその近傍に設けられた車両がある。そして、このような配置とすることで、運転者は、ステアリングから手を離すことなく、容易にスイッチ操作を行うことが可能になる（例えば、特許文献１参照）。

ところが、上記構成では、ステアリングにある程度の大きな舵角が与えられた場合、ステアリングとともに操作スイッチが回転することで、同操作スイッチがステアリングに手を添えた状態では操作困難な位置に移動する、或いは操作スイッチがステアリングに隠れてしまうことになる。このため、こうした状況化においては、その入力操作の困難性から運転者の意識がおのずとスイッチ操作に向いてしまい、その結果、そのステアリング操作に対する注意力が散漫になるおそれがある。

このような問題に対応可能なものとして、従来、操舵角が所定の閾値を超えた場合には、ステアリングに設けられた操作スイッチへの入力操作を無効とする構成がある（例えば、特許文献２参照）。つまり、大舵角発生時にはこうしたスイッチ操作ができないことを予め運転者に認識させることにより、その注意力をステアリング操作に集中させるという効果が期待できる。
実開平５−８２７４５号公報 特開２００３−１３７１０３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、その閾値を適切に設定することが極めて困難である。即ち、通常、運転者がステアリング操作以外の操作を行うのは、そのステアリング操作に余裕がある場合である。しかし、運転者が「スイッチ操作を行う程度の余裕がある」と考える状況には、明らかにばらつきがあり、これを一定の操舵角により規定することは略不可能である。このため、運転者が「スイッチ操作を行う程度の余裕はある」と感じているにも関わらず、そのスイッチ操作が無効とされる可能性があり、特に、操舵角が閾値近傍にある場合にスイッチ操作が開始された場合、僅かなステアリングの切り増しによって、一連のスイッチ操作が途中でキャンセルされてしまうような事態も起こり得る。そして、このような事態の発生は、運転者に不快感を与えるのみならず、そのステアリング操作に対する注意力をも散漫なものとしてしまうおそれがあり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ステアリングに設けられた操作スイッチのより安全な操作を可能とする車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変可能な伝達比可変装置と、前記伝達比可変装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記ステアリングには、操作スイッチが設けられた車両用操舵装置であって、前記制御手段は、前記操作スイッチの操作中には、前記伝達比が大となるように、前記伝達比可変装置の作動を制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、スイッチ操作中は、そのステアリング特性がクイックになり、より少ないステアリング操作での車両進行方向の変更が可能になる。これにより、ステアリングの回転に伴い操作スイッチの操作性が低下するような状況が起こり難くなり、その結果、より安全に操作スイッチを操作できるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記操作スイッチの操作時間が長いほど前記伝達比を大とすること、を要旨とする。
即ち、スイッチ操作時間が長くなることで、運転者の意識は、おのずとスイッチ操作に向けられることになり、これによりステアリング操作の反応に遅れが生じやすくなる。このとき、上記構成によってクイックなステアリング特性を実現すれば、突発的にステアリング操作を必要とする状況が発生した場合であっても、運転者は余裕をもってそのステアリング操作を行うことができる。その結果、より一層安全に操作スイッチを操作できるようになる。

請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記伝達比を徐々に変化させること、を要旨とする。
上記構成によれば、伝達比の急変に伴う操舵フィーリングの低下を回避することができる。

請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、所定の操舵速度を超えるステアリング操作があった場合には、前記伝達比を前記操作スイッチが非操作状態である場合の値に戻すこと、を要旨とする。

上記構成によれば、運転者が慌てて急操舵を行った場合であっても、これに伴う過剰操舵（過大な転舵角）の発生を抑制することができる。
請求項５に記載の発明は、前記操作スイッチに入力される圧力を検出可能な圧力検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出される圧力が所定の閾値を超える場合には、前記伝達比を前記操作スイッチが非操作状態である場合の値に戻すこと、を要旨とする。

即ち、運転者には、緊急時（緊急回避操舵を必要とするような状況）、ステアリングを強く握る特性がある。従って、このような構成とすれば、急操舵に伴う過剰操舵の発生を抑制することができる。尚、この構成は、操作スイッチが、ステアリング（ホイール部分）の裏側に配置されているものについて、特に有効である。

本発明によれば、ステアリングに設けられた操作スイッチのより安全な操作を可能とする車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明を伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両用操舵装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両進行方向が変更されるようになっている。尚、本実施形態の車両用操舵装置１は、所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）であり、ボール螺子機構（図示略）を介して駆動源であるモータ７の発生するアシストトルクをラック５に伝達することにより、操舵系にアシスト力を付与するようになっている。

また、本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）と転舵輪６の舵角（転舵角）との間の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置８と、該伝達比可変装置８の作動を制御する制御手段としてのＩＦＳＥＣＵ９とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト１０とラックアンドピニオン機構４に連結される第２シャフト１１とからなり、伝達比可変装置８は、第１シャフト１０及び第２シャフト１１を連結する差動機構１２と、該差動機構１２を駆動するモータ１３とを備えている。そして、伝達比可変装置８は、ステアリング操作に伴う第１シャフト１０の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１１に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）し、これによりステアリング２に対する転舵輪６の伝達比を可変させる。

つまり、図２（ａ）（ｂ）に示すように、伝達比可変装置８は、ステアリング操作に基づく転舵輪６の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく転舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比を可変させる。

尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「伝達比（ギヤ比）」は「転舵角θt／操舵角θs」により表すものとする。従って、図２（ａ）に示すように、ステア転舵角θtsと同方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることでギヤ比は大となり（転舵角θt大）、図２（ｂ）に示すように、逆方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることでギヤ比は小となる（転舵角θt小）。

本実施形態では、伝達比可変装置８の駆動源であるモータ１３には、ブラシレスモータが採用されており、同モータ１３は、ＩＦＳＥＣＵ９から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力が供給されることにより回転する。そして、ＩＦＳＥＣＵ９は、この駆動電力の供給を通じてモータ１３の回転を制御することにより、伝達比可変装置８の作動、即ちＡＣＴ角θtaを制御する（伝達比可変制御）。

さらに詳述すると、ＩＦＳＥＣＵ９には、ステアリングセンサ１６及び車速センサ１７が接続されており、ＩＦＳＥＣＵ９は、これら各センサにより検出された操舵角θs及び車速Ｖに基づいて、ＡＣＴ角θtaの目標値であるＡＣＴ指令角θta*を決定する。また、ＩＦＳＥＣＵ９には、モータ１３のモータ回転角θmが入力されるようになっており、ＩＦＳＥＣＵ９は、このモータ回転角θmに基づいて実際のＡＣＴ角θtaを検出する。そして、ＩＦＳＥＣＵ９は、目標値であるＡＣＴ指令角θta*に実際のＡＣＴ角θtaを追従させるべくフィードバック制御演算（Ｆ／Ｂ制御演算）を実行し、その演算結果に基づいてモータ１３に駆動電力を供給する。

即ち、図３のフローチャートに示すように、ＩＦＳＥＣＵ９は、各状態量として、操舵角θs、車速Ｖ、及びＡＣＴ角θta（並びに後述する操作信号Ｓ_sw）を取得すると（ステップ１０１）、先ず目標ギヤ比Ｒgrを演算し（ステップ１０２）、続いて後述する目標ギヤ比補正演算を実行する（ステップ１０３）。尚、本実施形態では、上記ステップ１０２の目標ギヤ比演算は、車速Ｖと目標ギヤ比Ｒgrとが関連付けられたマップを用いることにより行われる。また、ステップ１０３の目標ギヤ比補正演算は、ステップ１０２において演算された目標ギヤ比Ｒgrに補正係数αを乗ずることにより行われる（Ｒgr´＝Ｒgr×α）。次に、ＩＦＳＥＣＵ９は、上記ステップ１０３において演算された補正後の目標ギヤ比Ｒgr´と操舵角θsとに基づいて、ＡＣＴ指令角θta*を演算する（ＡＣＴ指令角演算、ステップ１０４）。そして、このＡＣＴ指令角θta*と実際のＡＣＴ角θtaとに基づいてＦ／Ｂ制御演算を実行し（ステップ１０５）、その演算結果に基づいて、伝達比可変装置８の駆動源であるモータ１３に対する駆動電力の供給を実行する（ステップ１０６）。

（目標ギヤ比補正制御）
次に、本実施形態における目標ギヤ比補正制御の態様について説明する。
図１及び図４に示すように、本実施形態では、ステアリング２には、車両に設けられた車載機器（カーオーディオやカーナビゲーションシステム等）２０を操作するための操作スイッチ２１が設けられている。そして、本実施形態では、操作スイッチ２１は、複数のロータリースイッチ２２ａを備えた第１操作スイッチ２２と、複数の押しボタン式スイッチ２３ａを備えた第２操作スイッチ２３とにより構成されている。

第１操作スイッチ２２は、その円柱状に形成された基部２２ｂがステアリングコラム（図示略）から径方向外側に向かって突設されることによりステアリング２の裏面側に配置されている。また、第２操作スイッチ２３は、ステアリングパッド２ａの背面から径方向に延びるアーム２３ｂと、これに支持された操作パネル２３ｃとを有しており、各押しボタン式スイッチ２３ａは、この操作パネル２３ｃ上に配置されている。つまり、第２操作スイッチ２３はステアリング２とともに一体回転するが、第１操作スイッチ２２は、回転しない。しかしながら、第１操作スイッチ２２もまた、ステアリング２の回転により、その操作性に影響を受ける位置に配置されている。このため、「ステアリングに設けられた操作スイッチ」とは、第２操作スイッチ２３のように、直接ステアリングに設けられたものに加え、第１操作スイッチ２２のように、ステアリング近傍、ステアリングの回転によりその操作性に影響を受ける範囲に設けられたものを含むものとし、以下同様とする。

図１に示すように、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ９には、操作スイッチ２１に対する入力操作の有無を示す操作信号Ｓ_swが入力されるようになっている。そして、ＩＦＳＥＣＵ９は、この操作信号Ｓ_swが示す操作スイッチ２１の操作状態に基づいて伝達比可変制御を実行する。

詳述すると、ＩＦＳＥＣＵ９は、入力される操作信号Ｓ_swに基づいて、操作スイッチ２１が操作中であるか否かを判定し、操作中である場合には、伝達比（ギヤ比）が大、即ち少ないステアリング操作で転舵角θtがより大きく変更されるように、目標ギヤ比Ｒgrを補正する（図３参照、ステップ１０３）。尚、この場合の「操作中」とは、操作スイッチ２１が連続的に操作される状態以外にも、断続的に継続してその操作が繰り返される状態を含む。そして、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ９は、操作スイッチ２１の操作時間に応じて補正係数αを増減することにより、その目標ギヤ比補正演算を実行する。

さらに詳述すると、図５のフローチャートに示すように、ＩＦＳＥＣＵ９は、補正係数αの増減処理において、先ず、操作スイッチ２１への操作入力があった旨を示す操作フラグがセットされているかを判定する（ステップ２０１）。次に、操作フラグがセットされていない場合（ステップ２０１：ＮＯ）、ＩＦＳＥＣＵ９は、入力される操作信号Ｓ_swが「オン」、即ち操作スイッチ２１への入力操作がある旨を示すものであるか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、操作信号Ｓ_swが「オン」である場合（ステップ２０２：ＹＥＳ）には、補正係数αに所定値Ａ１を加算することにより同補正係数αを増加させ、（α＝α＋Ａ１、ステップ２０３）、操作フラグのセット（ステップ２０４）、及び計時用のタイマのリセットを実行する（ｔ＝０、ステップ２０５）。

一方、上記ステップ２０１において、既に操作フラグがセットされている場合（ステップ２０１：ＹＥＳ）には、ＩＦＳＥＣＵ９は、計時用のタイマをインクリメントし（ステップ２０６）、続いて経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えたか否かを判定する（ステップ２０７）。そして、経過時間ｔが所定時間ｔ１を超えた場合（ステップ２０７：ＹＥＳ）には、操作フラグをリセットし（ステップ２０８）、タイマをリセットする（ステップ２０９）。尚、上記ステップ２０７において、経過時間ｔが所定時間ｔ１以下である場合（ステップ２０７：ＮＯ）には、上記ステップ２０８，２０９の処理を実行しない。

また、上記ステップ２０２において、操作信号Ｓ_swが「オフ」である場合（ステップ２０２：ＮＯ）、ＩＦＳＥＣＵ９は、タイマをインクリメントし（ステップ２１０）、続いて経過時間ｔが所定時間ｔ２を超えたか否かを判定する（ステップ２１１）。そして、経過時間ｔが所定時間ｔ２を超えた場合（ステップ２１１：ＹＥＳ）には、補正係数αから所定値Ａ２を減算することにより同補正係数αを減少させる（α＝α−Ａ２、ステップ２１２）。次に、ＩＦＳＥＣＵ９は、補正係数αが「１」よりも小さな値であるか否かを判定する（ステップ２１３）。そして、補正係数αが「１」よりも小さな値である場合（α＜１、ステップ２１３：ＹＥＳ）には、補正係数αを「１」として（α＝１、ステップ２１４）、タイマをリセットする（ステップ２１５）。尚、上記ステップ２１３において、補正係数αが「１」以上である場合（α≧１、ステップ２１３：ＮＯ）には、上記ステップ２１４の処理は実行しない。また、上記ステップ２１１において、経過時間ｔが所定時間ｔ２以下である場合（ステップ２１１：ＮＯ）には、上記ステップ２１２〜ステップ２１５の処理を実行しない。

このように、ＩＦＳＥＣＵ９は、操作信号Ｓ_swに基づき操作スイッチ２１に対する操作入力を検出する毎に、補正係数αを所定値Ａ１ずつ増加させる。これにより、操作スイッチ２１の操作時間が長いほど、補正係数αは大きな値となり、その結果、補正後の目標ギヤ比Ｒgr´が徐々に大、即ち伝達比（ギヤ比）が徐々に大きな値となる。そして、操作信号Ｓ_swが操作されていない状態が所定時間ｔ２以上経過する毎に、補正係数αを所定値Ａ２ずつ減少させることで、伝達比（目標ギヤ比Ｒgr´）は、徐々に通常時、即ち操作スイッチ２１が非操作状態である場合の値に復帰するようになっている。尚、操作スイッチ２１の非操作状態が継続する通常時には、上記ステップ２１４の処理によって、補正係数αの値は「１」とされる。つまり、当初に演算された目標ギヤ比Ｒgrは変更されない。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ＩＦＳＥＣＵ９は、ステアリング２に設けられた操作スイッチ２１の操作中は、伝達比（ギヤ比）が大、即ち少ないステアリング操作で転舵角θtがより大きく変更されるように目標ギヤ比Ｒgrを補正する。

上記構成によれば、操作スイッチ２１の操作中は、そのステアリング特性がクイックになり、より少ないステアリング操作での車両進行方向の変更が可能になる。これにより、ステアリング２の回転に伴い操作スイッチ２１の操作性が低下するような状況が起こり難くなり、その結果、より安全に操作スイッチ２１を操作できるようになる。

（２）ＩＦＳＥＣＵ９は、操作スイッチ２１の操作時間が長いほど伝達比が大となるように制御する。即ち、スイッチ操作時間が長くなることで、運転者の意識は、おのずとスイッチ操作に向けられることになり、これによりステアリング操作の反応に遅れが生じやすくなる。このとき、上記構成によってクイックなステアリング特性を実現すれば、突発的にステアリング操作を必要とする状況が発生した場合であっても、運転者は余裕をもってそのステアリング操作を行うことができる。その結果、より一層安全に操作スイッチ２１を操作できるようになる。

（３）ＩＦＳＥＣＵ９は、伝達比を徐々に変化させる。このような構成とすれば、伝達比の急変に伴う操舵フィーリングの低下を回避することができる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。

・本実施形態では、本発明をステアリング２にカーオーディオやカーナビゲーションシステム等の車載機器２０を操作するための操作スイッチ２１が設けられた車両（車両用操舵装置１）に具体化した。しかし、これに限らず、ステアリングに設けられる操作スイッチは、例えば、車両用空調設備や変速機等、その他の操作スイッチであってもよい。

・本実施形態では、操作スイッチ２１を構成する個々のスイッチ（各ロータリースイッチ２２ａ及び各押しボタン式スイッチ２３ａ）の何れが操作された場合でも同様の制御を行う構成としたが、これら個々のスイッチについて、その目標ギヤ比可変制御の態様を変化させる構成としてもよい。これにより、個別のスイッチ操作に応じた適切な伝達比を設定することが可能になる。尚、このような構成は、例えば、上記図５のフローチャート（ステップ２０３）において補正係数αに加算する所定値Ａ１を、個別のスイッチ毎に設定することで、容易に具現化することができる。

・また、所定の操舵速度を超えるステアリング操作があった場合には、スイッチ操作の発生により大とした伝達比を操作スイッチ２１が非操作状態である場合の値に戻す、即ち補正係数αを「１」とする制御を追加してもよい。このような構成とすることで、運転者が慌てて急操舵を行った場合であっても、これに伴う過剰操舵（過大な転舵角θt）の発生を抑制することができる。

・更に、操作スイッチに圧力センサを設け、検出される圧力が所定の閾値を超える場合には、伝達比を操作スイッチが非操作状態である場合の値に戻す構成を追加してもよい。即ち、運転者には、緊急時（緊急回避操舵を必要とするような状況）、ステアリングを強く握る特性がある。従って、このような構成としても、急操舵に伴う過剰操舵の発生を抑制することができる。尚、この構成は、操作スイッチが、ステアリング（ホイール部分）の裏側に配置されているものについて、特に有効である。

次に、本実施形態から把握することのできる技術的思想をその効果とともに記載する。
（付記１）ステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変可能な伝達比可変装置と、前記伝達比可変装置の作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置であって、車載機器の操作状態を判定する判定手段を備え、前記制御手段は、前記車載機器の操作中であると判定された場合には、前記伝達比が大となるように、前記伝達比可変装置の作動を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。

即ち、車載機器の操作中は、総じて運転者の意識がその操作に向けられやすく、ステアリング操作の反応に遅れが生じやすくなる。このとき、上記構成によってクイックなステアリング特性を実現すれば、突発的にステアリング操作を必要とする状況が発生した場合であっても、運転者は余裕をもってそのステアリング操作を行うことができる。尚、車載機器の操作状態は、車載機器から操作中であること示す信号を制御手段に入力することで、容易に具現化することができる。また、このような構成とすることで、スイッチ操作はもとより、音声や画像認識による操作態様についても適切に判定することができる。そして、伝達比を大とする構成は、本実施形態の構成をそのまま適用することが可能である。

車両用操舵装置の概略構成図。 （ａ）（ｂ）伝達比可変制御の作用説明図。 ＩＦＳＥＣＵによる伝達比可変装置の制御態様を示すフローチャート。 ステアリングの概略構成図。 補正係数の増減処理の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…ステアリング、６…転舵輪、８…伝達比可変装置、９…ＩＦＳＥＣＵ、２０…車載機器、２１…操作スイッチ、θs…操舵角、θt…転舵角、θta…ＡＣＴ角、θta*…ＡＣＴ指令角、Ｒgr，Ｒgr´…目標ギヤ比、α…補正係数、Ｓ_sw…操作信号。

Claims (5)

1. ステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変可能な伝達比可変装置と、前記伝達比可変装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記ステアリングには、操作スイッチが設けられた車両用操舵装置であって、
   前記制御手段は、前記操作スイッチの操作中には、前記伝達比が大となるように、前記伝達比可変装置の作動を制御すること、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、
   前記制御手段は、前記操作スイッチの操作時間が長いほど前記伝達比を大とすること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記伝達比を徐々に変化させること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、所定の操舵速度を超えるステアリング操作があった場合には、前記伝達比を前記操作スイッチが非操作状態である場合の値に戻すこと、
   を特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記操作スイッチに入力される圧力を検出可能な圧力検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出される圧力が所定の閾値を超える場合には、前記伝達比を前記操作スイッチが非操作状態である場合の値に戻すこと、
   を特徴とする車両用操舵装置。

Images