(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操向のための操作部材と舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構とが機械的に分離されている車両用操舵装置または上記操作部材の操作角に対する上記舵取り機構の転舵角の比を変更可能な車両用操舵装置であって、
上記操作部材の操作角を検出する操作角検出手段と、
上記操作部材に操作反力を付与するための反力アクチュエータと、
予め設定された、上記操作部材の操作角と反力指令値との関係を表す操作角−反力指令値特性に従って、上記操作角検出手段によって検出される操作角に対応した反力指令値を設定し、その設定した反力指令値に基づいて上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段とを含み、
上記操作角−反力指令値特性は、上記操作部材の操作可能範囲が小さいほど、上記操作部材の操作角に対する反力指令値が大きくなるように定められていることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
上記操作角−反力指令値特性は、上記操作部材の操作可能範囲と、操作部材と舵取り機構とが機械的に結合されているステアリング装置において適正とされる操作部材の操作角と操作トルクとの関係を示す基準モデル特性とに基づいて決定されたものであることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
上記操作角−反力指令値特性における最大反力指令値は、当該最大反力指令値と上記操作部材の中立位置からの最大操作角との乗算値が、上記基準モデル特性における最大操作角とこれに対応する操作トルクとの乗算値に等しくなるように決定されていることを特徴とする請求項２記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
上記操作角−反力指令値特性は、上記操作部材の操作角が零のときには、反力指令値が予め定められた最低反力指令値となり、上記操作部材の操作角が最大操作角であるときには、反力指令値が上記最大反力指令値となり、上記操作部材の操作角が零から最大操作角までの間の範囲においては、上記操作部材の操作角が大きくなるに従って、反力指令値が車両の横加速度の立方根に比例して上記最低反力指令値から上記最大反力指令値まで増加するように定められていることを特徴とする請求項３記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に対する舵取り用車輪の転舵の関係を変更可能な車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り機構とを機械的に切り離し、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に操舵アクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
ステアリングホイールに関連して、ステアリングホイールの操作角に応じた操作反力を発生する反力アクチュエータが設けられている。この反力アクチュエータが発生する操作反力がステアリングホイールに付与されることにより、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的にリンクされた従来からのステアリング装置の場合と同様の操作性が実現されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構成の車両用操舵装置においては、ステアリングホイールの操作と舵取り機構の動作との関係を自由に変更できるから、ステアリングホイールの操作可能範囲（いわゆるロックツーロック角度）を任意に設定することができる。たとえば、従来からのステアリング装置では、ロックツーロック角度がステアリングホイールの３回転分（１０８０度）に設定されているのに対し、車両用操舵装置では、ロックツーロック角度をステアリングホイールの２回転分（７２０度）に設定するといったことが可能である。
【０００４】
ロックツーロック角度を小さく設定した場合、ステアリングホイールの小さな操作で舵取り機構が大きく動作するようになる。そのため、従来からのステアリング装置と同じ感覚でステアリングホイールを操作すると、舵取り用車輪が所望する以上に転舵されてしまう。言い換えれば、従来からのステアリング装置に慣れている運転者は、ステアリングホイールを必要以上に大きく操作してしまう。
このようなステアリングホイールの過剰操作を防ぐには、ステアリングホイールに付与する操作反力を大きく設定すればよい。しかしながら、従来の車両用操舵装置では、操舵アクチュエータが発生する操作反力の大きさは評価者（操舵フィーリングを評価する者）の主観に基づいて設定され、ロックツーロック角度を考慮して操作反力の大きさを設定するといったことはなされていなかった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、操作部材（ステアリングホイール）の操作可能範囲に応じた反力を操作部材に付与することができ、これにより操作部材の過剰操作を防止することができる車両用操舵装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作部材（１）と舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構（２，３，５，６，７，Ｐ）とが機械的に分離されている車両用操舵装置または上記操作部材の操作角に対する上記舵取り機構の転舵角の比を変更可能な車両用操舵装置であって、上記操作部材の操作角を検出する操作角検出手段（１１）と、上記操作部材に操作反力を付与するための反力アクチュエータ（９）と、予め設定された、上記操作部材の操作角と反力指令値との関係を表す操作角−反力指令値特性に従って、上記操作角検出手段によって検出される操作角に対応した反力指令値を設定し、その設定した反力指令値に基づいて上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段（１４）とを含み、上記操作角−反力指令値特性は、上記操作部材の操作可能範囲が小さいほど、上記操作部材の操作角に対する反力指令値が大きくなるように定められていることを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明では、予め設定された、操作部材の操作角と反力指令値との関係を表す操作角−反力指令値特性に従って反力指令値が設定され、この反力指令値に基づいて反力アクチュエータが制御される。操作角−反力指令値特性は、操作部材の操作可能範囲が小さいほど、操作部材の操作角に対する反力指令値が大きくなるように定められている。これにより、操作部材の操作可能範囲が小さいほど大きな反力が操作部材に付与されるから、操作部材と舵取り機構とが機械的に結合されたステアリング装置に慣れた運転者であっても、操作部材を過剰操作するおそれがない。
【０００８】
上記操作部材がステアリングホイールである場合、上記操作部材の操作可能範囲とは、そのステアリングホイールのロックツーロック角度のことをいう。
上記操作角−反力指令値特性は、請求項２に記載のように、操作部材の操作可能範囲と、操作部材と舵取り機構とが機械的に結合されているステアリング装置において適正とされる操作部材の操作角と操作トルクとの関係を示す基準モデル特性とに基づいて決定されたものであってもよい。
【０００９】
具体的には、請求項３に記載のように、上記操作角−反力指令値特性における最大反力指令値（Ｔmax）が、当該最大反力指令値と操作部材の中立位置からの最大操作角（上記操作可能範囲の１／２に相当する角度）（δhmax）との乗算値が、上記基準モデル特性における最大操作角とこれに対応する操作トルクとの乗算値に等しくなるように決定されていてもよい。
さらに、請求項４に記載のように、上記操作角−反力指令値特性が、操作部材の操作角が零のときには、反力指令値が予め定められた最低反力指令値（Ｔ０）となり、操作部材の操作角が最大操作角であるときには、反力指令値が最大反力指令値となり、操作部材の操作角が零から最大操作角までの間の範囲においては、操作部材の操作角が大きくなるに従って、反力指令値が車両の横加速度の立方根に比例して上記最低反力指令値から上記最大反力指令値まで増加するように定められていてもよい。
【００１０】
この場合、上記最低反力指令値（Ｔ０）は、零であってもよいが、正の値であることが好ましい。上記最低反力指令値が正の値であれば、操作部材が中立位置にある時（操作角が零の時）でも操作部材に上記所定値に応じた反力が付与されるから、車両の直進安定性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作を、ハウジング３に支持された操舵軸５の車幅方向の直線運動に変換し、この操舵軸５の直線運動を前部左右車輪４（舵取り用の車輪）の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。操舵アクチュエータ２および操舵軸５などにより、舵取り用の車輪４を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【００１２】
操舵アクチュエータ２は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この電動モータの駆動力（出力軸の回転力）は、操舵軸５に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ機構）により、操舵軸５の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この操舵軸５の直線運動は、操舵軸５の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、さらにタイロッド６を介してキングピンＰに連結されたナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪４の転舵が達成される。
【００１３】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト８に連結されている。この回転シャフト８には、ステアリングホイール１に操作反力を与えるための反力アクチュエータ９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００１４】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト８に関連して、ステアリングホイール１の中立位置からの回転角であるステアリング操作角δhを検出する操作角センサ１１が設けられている。また、回転シャフト８には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクＴを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。一方、操舵アクチュエータ２の出力値を検出するために、舵取り用の車輪４の転舵角（実転舵角）δsを検出する転舵角センサ１３が設けられている。
【００１５】
操作角センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３は、コンピュータを含む制御装置１４に接続されている。この制御装置１４には、さらに、車速Ｖを検出する車速センサ１５が接続されている。
制御装置１４は、操作角センサ１１によって検出される操作角δhおよび車速センサ１５によって検出される車速Ｖなどに応じた操舵指令値を設定し、この操舵指令値に基づいて、駆動回路１８を介して操舵アクチュエータ２をフィードバック制御する。また、制御装置１４は、操作角センサ１１によって検出されるステアリング操作角δhおよび車速センサ１５によって検出される車速Ｖに応じた反力指令値Ｔ*を設定し、この反力指令値Ｔ*に基づいて、駆動回路１９を介して反力アクチュエータ９をフィードバック制御する。
【００１６】
反力指令値Ｔ*は、たとえば、ステアリングホイール１のロックツーロック角度（たとえば、７２０度）に応じて定められたステアリング操作角−反力指令値特性マップに従って設定される。具体的には、所定の車速域ごとにステアリング操作角−反力指令値特性マップが用意されていて、制御装置１４は、車速センサ１５によって検出される車速Ｖに応じたステアリング操作角−反力指令値特性マップを選択し、その選択したステアリング操作角−反力指令値特性マップに従って反力指令値Ｔ*を設定する。ステアリング操作角−反力指令値特性マップは、たとえば、制御装置１４に内蔵されたメモリ（図示せず）に格納されている。
【００１７】
ステアリング操作角−反力指令値特性マップの例が、図２に示されている。図２にはまた、ステアリング操作角−反力指令値特性マップを作成する際に用いられる基準モデル特性の例が示されている。基準モデル特性は、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的にリンクされたステアリング装置において適正とされるステアリング操作角と操作トルクとの関係を表すものであり、図２に示す基準モデル特性Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、ロックツーロック角度が１０８０度に設定されたステアリング装置において、このステアリング装置が搭載された車両の車速がそれぞれ１０，２０，３０km/hの時に求められたものである。
【００１８】
たとえば、車速Ｖが１０km/hの時に参照されるべきステアリング操作角−反力指令値特性マップは、車速１０km/hの時の基準モデル特性Ｍ１に基づいて作成されている。
その具体的な作成手法について説明すると、まず、基準モデル特性Ｍ１を参照して、ステアリングホイール１のロックツーロック角度に応じた最大反力トルクＴmaxを決定する。より具体的には、最大反力指令値Ｔmaxとステアリングホイール１の中立位置からの最大ステアリング操作角（ロックツーロック角度の１／２に相当する角度）δhmaxとの乗算値が、基準モデル特性Ｍ１における最大ステアリング操作角（５４０度）とこれに対応する操作トルクとの乗算値に等しくなるように、最大反力指令値Ｔmaxを決定する。これにより、最大反力指令値Ｔmaxは、この車両用操舵装置において設定されているステアリングホイール１のロックツーロック角度に反比例した値に決定され、ロックツーロック角度が小さいほど大きな値に決定されることになる。
【００１９】
次に、最大反力指令値Ｔmaxに基づいて、ステアリング操作角−反力指令値特性を表す関数式を決定する。基準モデル特性Ｍ１では、ステアリング操作角が零から最大ステアリング操作角までの間で、操作トルクがステアリング操作角の立方根に比例していることから、ステアリング操作角−反力指令値特性では、ステアリング操作角が零から最大ステアリング操作角までの間において、反力指令値Ｔ*がステアリング操作角δhと車速Ｖとの関数である横加速度Ｇyの立方根に比例するとする。また、中立位置においてもステアリングホイール１に適当な反力が付与されるように、ステアリング操作角δh＝０に対応する反力指令値Ｔ*を予め定める値Ｔ0とする。これにより、ステアリング操作角−反力指令値特性を表す関数式は、下記第(1)式のようになる。
【００２０】
Ｔ*＝Ｋt・Ｇy1/3＋Ｔ0      ・・・・・・(1)
ここで、横加速度Ｇyは、下記第(2)式で表される。
Ｇy＝[Ｖ2／[(１＋ＡＶ2)・Ｌ]・δh・Ｐ      ・・・・・・(2)
ただし、Ａ：車両用操舵装置が搭載された車両のスタビリティファクタ
Ｌ：車両用操舵装置が搭載された車両のホイールベース
Ｐ：ステアリングギア比（操作角δhに対する転舵角δsの比）
また、上記第(1)式中の係数Ｋtの値は、上記第(2)式を上記第(1)式に代入し、さらにＴ*＝Ｔmax、δh＝δhmax（たとえば、δhmax＝３６０度）として、これにより得られる式をＫtについて解くことによって求めることができる。こうして係数Ｋtを求め、その求めた係数Ｋtの値を上記第(1)式に代入すれば、ステアリング操作角−反力指令値特性を表す関数式を得ることができる。そして、その関数式に従って、ステアリング操作角δhの各値に対応する反力指令値Ｔ*を求め、これらを互いに対応づけることにより、車速Ｖが１０km/hの時に参照されるべきステアリング操作角−反力指令値特性マップを得ることができる。
【００２１】
なお、車速Ｖが２０，３０km/hの時に参照されるべきステアリング操作角−反力指令値特性マップは、それぞれ基準モデル特性Ｍ２，Ｍ３に基づいて、上述した車速１０km/hの場合と同様にして作成することができる。また、車速Ｖが３０km/hよりも大きい時に参照されるべきステアリング操作角−反力指令値特性マップは、たとえば、図示していないが、各車速における基準モデル特性に基づいて上記の場合と同様に計算することにより作成することができる。
【００２２】
以上のようにこの実施形態によれば、ステアリングホイール１のロックツーロック角度に応じて定められたステアリング操作角−反力指令値特性マップに従って反力指令値が設定され、この反力指令値に基づいて反力アクチュエータ９がフィードバック制御される。これにより、ロックツーロック角度に応じた反力、つまりロックツーロック角度が小さいほど大きな反力がステアリングホイール１に付与されるから、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的にリンクされたステアリング装置に慣れた運転者であっても、ステアリングホイール１を過剰操作するおそれがない。
【００２３】
この発明の一実施形態の説明は以上の通りであるが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、ステアリング操作角−反力指令値特性マップがメモリに記憶されており、このステアリング操作角−反力指令値特性マップに従って反力指令値Ｔ*が設定されるとしたが、ステアリング操作角−反力指令値特性マップに対応した演算式（ステアリング操作角−反力指令値特性を表す関数式）がメモリに記憶されていて、所定の制御周期ごとに反力指令値Ｔ*を設定するための演算が行われてもよい。
【００２４】
また、上述の実施形態では、操作角センサ１１によってステアリング操作角δhが検出され、この検出されたステアリング操作角δhに応じた反力指令値Ｔ*が設定されるとしたが、上記第(1)式の演算式またはこの第(1)式に基づいて作成された横加速度−反力指令値特性マップをメモリに記憶させておくとともに、横加速度Ｇyを検出する横加速度センサを設けて、この横加速度センサにより検出される横加速度Ｇyに応じて反力指令値Ｔ*が設定されるようにしてもよい。
【００２５】
さらに、上述の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール１が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーやペダルなどの他の操作部材が用いられてもよい。
さらにまた、この発明は、上述のようなステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムに限らず、操作部材の操作角と舵取り機構の転舵角との対応関係を変更することができる車両用操舵装置に対して広く適用することができる。たとえば、操作部材の操作角に対する舵取り機構の転舵角の比（ギヤ比）を変更可能な操舵装置（いわゆるバリアブル・ギヤレシオ・ステアリング（ＶＧＳ）システム）に適用することも可能である。
【００２６】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】ステアリング操作角−反力指令値特性の例を示す特性図である。
【符号の説明】
１      ステアリングホイール
２      操舵アクチュエータ
３      ハウジング
４      車輪
５      操舵軸
６      タイロッド
７      ナックルアーム
８      回転シャフト
９      反力アクチュエータ
１１    操作角センサ
１４    制御装置
【図１】
0004730577.tif 000002
【図２】
0004730577.tif 000003