(57)【要約】【課題】  カウンタステアが必要なことを運転者に確実に報知して車両挙動の安定を図る。【解決手段】  カウンタステア必要性判定手段Ｍ３は、車両の横加速度、車速およびヨーレートから車輪のスリップ角を算出し、スリップ角が閾値以上になって車両がスピン状態に陥る可能性がある場合に、カウンタステアの必要があると判定する。カウンタステアの必要があると判定されると、操舵反力変更手段Ｍ４が、運転者にカウンタステアを促すべくブレーキ・バイ・ワイヤ式の操舵装置の操舵反力アクチュエータＡｂが発生する操舵反力の大きさを一瞬だけ急激に減少させる。これにより、運転者はカウンタステアが必要なことを認識し、的確なタイミングでカウンタステアを行うことで車両挙動が不安定になるのを回避することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が操舵を行うためのステアリング操作子（１１）に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータ（Ａｂ）と、この操舵反力アクチュエータ（Ａｂ）が発生する操舵反力の大きさを制御する制御手段（Ｕ）とを備えた車両用操舵装置において、
前記制御手段（Ｕ）は、車両挙動の変化からカウンタステアの必要性を判定するカウンタステア必要性判定手段（Ｍ３）と、カウンタステア必要性判定手段（Ｍ３）がカウンタステアの必要があると判定したときに、運転者にカウンタステアを促すべく操舵反力アクチュエータ（Ａｂ）が発生する操舵反力の大きさを変更する操舵反力変更手段（Ｍ４）とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記操舵反力変更手段（Ｍ４）は、操舵反力アクチュエータ（Ａｂ）が発生する操舵反力を一瞬だけ急激に減少させて運転者にカウンタステアを促すことを特徴とする、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記カウンタステア必要性判定手段（Ｍ３）は、車輪のスリップ角（β）が所定値以上になったときにカウンタステアが必要であると判定することを特徴とする、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者が操舵を行うためのステアリング操作子に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータと、この操舵反力アクチュエータが発生する操舵反力の大きさを制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的な連結を切り離し、運転者によるステアリングホイールの操作を電気信号に変換してステアリングギヤボックスに設けたステアリングアクチュエータを制御することで車輪を転舵し、操舵反力アクチュエータが発生するトルクでステアリングホイールに擬似的な操舵反力を付与する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）式の操舵装置が、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開２００５−１３２３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両の旋回中にオーバーステア傾向になったときに、ステアリングホイールを旋回方向と逆方向に切る操作（カウンタステア）を行わないと車両がスピンに陥る場合がある。しかしながら、未熟な運転者は的確なタイミングでカウンタステアを行うことができないため、そのタイミングを逸して車両挙動を不安定にしてしまう可能性がある。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、カウンタステアが必要なことを運転者に確実に報知して車両挙動の安定を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、運転者が操舵を行うためのステアリング操作子に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータと、この操舵反力アクチュエータが発生する操舵反力の大きさを制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置において、前記制御手段は、車両挙動の変化からカウンタステアの必要性を判定するカウンタステア必要性判定手段と、カウンタステア必要性判定手段がカウンタステアの必要があると判定したときに、運転者にカウンタステアを促すべく操舵反力アクチュエータが発生する操舵反力の大きさを変更する操舵反力変更手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置が提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記操舵反力変更手段は、操舵反力アクチュエータが発生する操舵反力を一瞬だけ急激に減少させて運転者にカウンタステアを促すことを特徴とする車両用操舵装置が提案される。
【０００７】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記カウンタステア必要性判定手段は、車輪のスリップ角が所定値以上になったときにカウンタステアが必要であると判定することを特徴とする車両用操舵装置が提案される。
【０００８】
尚、実施の形態のステアリングホイール１１は本発明のステアリング操作子に対応し、実施の形態の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の構成によれば、カウンタステア必要性判定手段が車両挙動の変化からカウンタステアの必要があると判定すると、操舵反力変更手段が運転者にカウンタステアを促すべく操舵反力アクチュエータが発生する操舵反力の大きさを変更するので、運転者にカウンタステアが必要なことを認識させ、的確なタイミングでカウンタステアを行わせて車両挙動が不安定になるのを回避することができる。
【００１０】
また請求項２の構成によれば、操舵反力アクチュエータが発生する操舵反力を一瞬だけ急激に減少させて運転者にカウンタステアを促すので、運転者にカウンタステアが必要なことを確実に報知することができる。
【００１１】
また請求項３の構成によれば、車輪のスリップ角が所定値以上になったときにカウンタステアが必要であると判定するので、運転者に的確なタイミングでカウンタステアを促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図７は本発明の実施の形態を示すもので、図１はステア・バイ・ワイヤ式操舵装置のスケルトン図、図２は制御系のブロック図、図３はカウンタステアの説明図、図４は作用を説明するフローチャート、図５は操舵反力の低減制御を説明するグラフ、図６は操舵反力の低減制御を説明するブロック図、図７は操舵反力の他の低減制御を説明するブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置は、ステアリングホイール１１に接続されてハウジング１２にベアリング１３を介して支持された上部ステアリングシャフト１４と、ステアリングギヤボックス１５に接続されてハウジング１２にベアリング１６を介して支持された下部ステアリングシャフト１７との間に、直列に接続された第１遊星歯車機構１８および第２遊星歯車機構１９を備える。ステアリングギヤボックス１５の内部に左右摺動自在に支持されたラックバー２０と、下部ステアリングシャフト１７に設けたピニオン２１とが噛合しており、ラックバー２０の両端が左右の車輪Ｗ，Ｗに接続される。下部ステアリングシャフト１７には、電動モータよりなるステアリングアクチュエータＡａが直結される。
【００１５】
第１遊星歯車機構１８は、上部ステアリングシャフト１４に固定されたリングギヤ２２と、下部ステアリングシャフト１７に固定されたプラネタリキャリヤ２３と、プラネタリキャリヤ２３に回転自在に支持されて前記リングギヤ２２に噛合する複数のプラネタリギヤ２４…と、下部ステアリングシャフト１７の外周に相対回転可能に嵌合するスリーブ２５に設けられて前記プラネタリギヤ２４…に噛合するサンギヤ２６とを備える。
【００１６】
第２遊星歯車機構１９は、ハウジング１２に固定されたリングギヤ２７と、前記スリーブ２５に設けられたプラネタリキャリヤ２８と、プラネタリキャリヤ２８に回転自在に支持されて前記リングギヤ２７に噛合する複数のプラネタリギヤ２９…と、下部ステアリングシャフト１７の外周に相対回転可能に嵌合するスリーブ３０に設けられて前記プラネタリギヤ２９…に噛合するサンギヤ３１とを備える。
【００１７】
第１遊星歯車機構１８のリングギヤ２２に固定されたウオームホイール３２に、操舵反力アクチュエータＡｂの出力軸に設けたウオーム３３が噛合する。また第２遊星歯車機構１９のサンギヤ３１を支持するスリーブ３０に固定されたロックホイール３４に、電動モータよりなるロックアクチュエータＡｃで出没するロックピン３５が係合可能に対向する。
【００１８】
電子制御ユニットＵは、運転者がステアリングホイール１１に入力する操舵角を検出する操舵角センサＳａからの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度センサＳｂからの信号と、車速を検出する車速センサＳｃからの信号と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサＳｄからの信号とに基づいて、ステアリングアクチュエータＡａ、操舵反力アクチュエータＡｂおよびロックアクチュエータＡｃの作動を制御する。
【００１９】
図２に示すように、電子制御ユニットＵは、ステアリングアクチュエータ制御手段Ｍ１と、操舵反力アクチュエータ制御手段Ｍ２と、カウンタステア必要性判定手段Ｍ３と、操舵反力変更手段Ｍ４とを備える。
【００２０】
次に、上記構成を備えた本実施の形態の作用を説明する。
【００２１】
ＳＢＷ式のステアリング装置が正常に機能しているとき、電子制御ユニットＵのステアリングアクチュエータ制御手段Ｍ１は、操舵角センサＳａにより検出した操舵角に基づいてステアリングアクチュエータＡａの作動を制御することで、運転者がステアリングホイール１１に入力した操舵角に応じた転舵角を車輪に発生させる。これと同時に、電子制御ユニットＵのス操舵反力アクチュエータ制御手段Ｍ２は、ヨーレートセンサＳｄにより検出したヨーレート、あるいは操舵角センサＳａにより検出した操舵角に基づいて操舵反力アクチュエータ制御手段Ｍ２の作動を制御することで、ステアリングホイール１１に仮想的な操舵反力を発生させる。
【００２２】
このとき、ロックアクチュエータＡｃによりロックピン３５がロックホイール３４から離脱しているため、ロックホイール３４、つまり第２遊星歯車機構１９のサンギヤ２６は回転を許容され、第２遊星歯車機構１９のプラネタリキャリヤ２３および第１遊星歯車機構１８のサンギヤ２６も回転を許容される。その結果、運転者がステアリングホイール１１を操作して第１遊星歯車機構１８のリングギヤ２２を回転させても、プラネタリギヤ２４…が空転することでプラネタリキャリヤ２３、つまり下部ステアリングシャフト１７は回転せず、ステアリングホイール１１およびステアリングギヤボックス１５の機械的な接続は遮断される。またステアリングアクチュエータＡａが作動して下部ステアリングシャフト１７が回転しても、その回転はステアリングホイール１１に逆伝達されることはない。
【００２３】
従って、操舵反力アクチュエータＡｂを駆動するとステアリングホイール１１に所定の操舵反力を付与することができるが、そのトルクがステアリングギヤボックス１５を経て車輪Ｗ，Ｗに伝達されることはない。
【００２４】
尚、電源の失陥等によってステアリングアクチュエータＡａや操舵反力アクチュエータＡｂが作動不能になるステアリング装置の異常時には、ロックアクチュエータＡｃによりロックピン３５が突出してロックホイール３４が回転不能に拘束されることで第２遊星歯車機構１９がロック状態になり、運転者の操作によるステアリングホイール１１および上部ステアリングシャフト１４の回転は、第１遊星歯車機構１８のリングギヤ２２、プラネタリギヤ２４…およびプラネタリキャリヤ２３を介して下部ステアリングシャフト１７に伝達され、マニュアルによる操舵が可能になる。
【００２５】
ところで、図３に示すように、車両の旋回時にオーバーステア傾向になった場合に、ステアリングホイール１１を旋回方向と逆方向に操作（いわゆるカウンタステア）を行わないと、車両がスピン状態に陥る可能性がある。熟練した運転者であれば車両挙動からカウンタステアを行うタイミングを知ることができるが、未熟な運転者はカウンタステアを行う行うタイミングを逃し易いため、本実施の形態では運転者にカウンタステアを促す報知が行われる。
【００２６】
カウンタステアが必要になる条件は、車輪のスリップ角β≧閾値により判定される。スリップ角βの時間微分値ｄβ／ｄｔは、横加速度センサＳｂで検出した横加速度をＧとし、車速センサＳｃで検出した車速をＶとし、ヨーレートセンサＳｄで検出したヨーレートをγとすると、ｄβ／ｄｔ＝（Ｇ／Ｖ）−γにより与えられるため、この値を積分することでスリップ角βを算出することができる。
【００２７】
しかして、図４のフローチャートのステップＳ１で横加速度Ｇ、ヨーレートγ、車速Ｖおよび操舵角θを検出し、ステップＳ２でカウンタステア必要性判定手段Ｍ３が上述のようにして車輪のスリップ角βを算出し、続くステップＳ３でカウンタステアが必要か否かを判断する。即ち、図５において、車輪のスリップ角βが増加すると操舵反力アクチュエータＡｂが発生する操舵反力は次第に増加するが、そのスリップ角βが閾値を超えるとカウンタステアが必要であると判断し、ステップＳ４で操舵反力変更手段Ｍ４が操舵反力アクチュエータＡｂが発生する操舵反力を一瞬だけ急激に０まで減少させる（図５のａ部参照）。
【００２８】
このように、操舵反力を一瞬だけ急激に減少させると、運転者がステアリングホイール１１から受けている操舵反力が一瞬だけ消滅する。その結果、運転者はタイヤのグリップが失われたように感じて無意識にステアリングホイールを戻す操作、即ちカウンタステアを行うことで、車両がスピン状態に陥るのを未然に防止することができる。
【００２９】
操舵反力を一瞬だけ急激に減少させる制御は以下のようにして行われる。図６に示すように、操舵反力アクチュエータ制御手段Ｍ２がヨーレートγあるいは操舵角θにゲインＫ１を乗算して操舵反力１を算出し、操舵反力変更手段Ｍ４は車輪のスリップ角βにゲインＫ２を乗算して操舵反力２を算出する。カウンタステア必要性判定手段Ｍ３がカウンタステアが必要であると判定すると、所定の短い時間だけ、操舵反力１から操舵反力２を減算した操舵反力を目標値として操舵反力アクチュエータＡｂを制御することで、操舵反力を一時的に急激に減少させる。尚、操舵反力２は必ずしもスリップ角βに比例した値である必要はなく、予め設定した一定の値であっても良い。
【００３０】
また図７に示すように、操舵反力アクチュエータ制御手段Ｍ２がヨーレートγあるいは操舵角θにゲインＫを乗算して操舵反力を算出する際に、操舵反力変更手段Ｍ４が車輪のスリップ角βに応じて前記ゲインＫを変更するように構成しても良い、この場合、カウンタステア必要性判定手段Ｍ３がカウンタステアが必要であると判定すると、操舵反力変更手段Ｍ４が所定の短い時間だけゲインＫを減少させることで、操舵反力の目標値を減少させる。
【００３１】
以上のように、旋回中の車両がオーバーステア傾向になってスピンに陥る可能性があるときに、操舵反力アクチュエータＡｂが発生する操舵反力の大きさを一瞬だけ急激に減少させるので、運転が未熟な運転者にカウンタステアが必要なことを認識させて的確なタイミングでカウンタステアを行わせることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
例えば、実施の形態ではステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置を例示したが、本発明は電動パワーステアリング装置に対しても適用することができる。この場合、運転者のステアリング操作をアシストするアシストモータのトルクを制御することで操舵反力を変化させることができる。但し、電動パワーステアリング装置を用いた場合には、アシストモータのトルクを制御すると、それに応じて車輪が転舵される可能性があるため、ステアリングホイール１１と車輪との機械的な連結が解除されているステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置を用いる方が望ましい。
【００３４】
また実施の形態ではカウンタステア必要性判定手段Ｍ３がカウンタステアが必要であると判定すると、操舵反力を一瞬だけ急激に減少させることで運転者に報知しているが、操舵反力を一瞬だけ急激に増加させることで運転者に報知しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置のスケルトン図
【図２】制御系のブロック図
【図３】カウンタステアの説明図
【図４】作用を説明するフローチャート
【図５】操舵反力の低減制御を説明するグラフ
【図６】操舵反力の低減制御を説明するブロック図
【図７】操舵反力の他の低減制御を説明するブロック図
【符号の説明】
【００３６】
１１        ステアリングホイール（ステアリング操作子）
Ａｂ        操舵反力アクチュエータ
Ｍ３        カウンタステア必要性判定手段
Ｍ４        操舵反力変更手段
Ｕ          電子制御ユニット（制御装置）
β          スリップ角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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