(57)【要約】【課題】運転者がステアリングホイールの操舵により期待した車両のヨー運動と実際の車両のヨー運動とを一致させ易くする。【解決手段】電動パワーステアリング装置１のステアリングホイール２に一体結合されたステアリングシャフト３が、舵角比可変装置４を介して転舵機構のピニオン軸７に接続されている。ピニオン軸７は転舵機構のラック８に接続され、ラック８の両端にタイロッド９を介して左右の前輪１０，１０が連結されている。舵角比制御装置１２は、ヨーレートゲインがほぼ１となるように操舵角に対する転舵角の舵角比を制御し、舵角比可変装置４は舵角比制御装置１２から入力した舵角比信号に基づいて制御される。【選択図】図１
2009280045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵角に応じて車輪の転舵角を制御する操舵装置において、
前記操舵角に対する前記転舵角の舵角比を、［数１］となるようにしたことを特徴とする操舵装置。
ここで、δ／θＰは舵角比、δは転舵角、θＰは操舵角、ｌは車両のホイールベース、Ａはスタビリティファクター、Ｖは車速、τは定数とする。
【数１】
2009280045.tif 000015
【請求項２】
ステアリングホイールの操舵角に応じて車輪の転舵角を制御する操舵装置において、
ヨーレートゲインがほぼ１となるように前記操舵角に対する前記転舵角の舵角比を制御することを特徴とする操舵装置。
【請求項３】
前記ステアリングホイールは、車体の垂直軸とほぼ平行な軸回りに回転可能に設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイールの操舵角に応じて車輪の転舵角を制御する操舵装置には、操舵角に対する転舵角の舵角比を、車速やその他の諸条件に応じて可変制御するものが知られている。例えば、車速に因らず車両のヨーレートゲインがほぼ一定となるように、前記舵角比を制御する操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３１５９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記操舵装置においても、運転者がステアリングホイールの操舵により期待した車両のヨー運動と実際の車両のヨー運動とを一致させるのは難しく、運転者による修正操舵が必要であるという課題があった。
そこで、この発明は、運転者がステアリングホイールの操舵により期待した車両のヨー運動と実際の車両のヨー運動とを一致させ易い操舵装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に係る操舵装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、ステアリングホイール（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール２）の操舵角に応じて車輪（例えば、後述する実施例における前輪１０）の転舵角を制御する操舵装置（例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置１）において、前記操舵角に対する前記転舵角の舵角比を、［数１］となるようにしたことを特徴とする操舵装置である。。
ここで、δ／θＰは舵角比、δは転舵角、θＰは操舵角、ｌは車両のホイールベース、Ａはスタビリティファクター、Ｖは車速、τは定数とする。
【０００５】
【数１】
2009280045.tif 000003
【０００６】
請求項２に係る発明は、ステアリングホイール（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール２）の操舵角に応じて車輪（例えば、後述する実施例における前輪１０）の転舵角を制御する操舵装置（例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置１）において、ヨーレートゲインがほぼ１となるように前記操舵角に対する前記転舵角の舵角比を制御することを特徴とする操舵装置である。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記ステアリングホイールは、車体の垂直軸とほぼ平行な軸回りに回転可能に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１および請求項２に係る発明によれば、運転者がステアリングホイールを操作することにより期待した車両のヨー運動と実際の車両のヨー運動とを一致させ易くなる。
請求項３に係る発明によれば、ステアリングホイールの操作面と車両のヨー運動の面が平行で且つステアリングホイールの操舵方向と車両のヨー運動の方向が同一になるので、運転者は車両を向けたい方向へステアリングホイールの向きを合わせるように操舵すればよく、操舵感覚が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明に係る操舵装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下の実施例においては、この発明を車両の電動パワーステアリング装置に適用した態様で説明する。
【００１０】
この電動パワーステアリング装置１においては、ステアリングホイール（操作子）２に一体結合されたステアリングシャフト３が、舵角比可変装置（舵角比可変手段）４を介して中間軸５に接続され、中間軸５はユニバーサルジョイント６を介して転舵機構のピニオン軸７に接続され、ピニオン軸７は転舵機構のラック８に接続され、ラック８の両端には、タイロッド９を介して転舵輪としての左右の前輪（車輪）１０，１０が連結されている。
また、ステアリングシャフト３にはステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ（操舵角検出手段）１１が設けられている。また、電動パワーステアリング装置１は、車速を検出する車速センサ１３と、ラック８の位置（ラック位置）を検出するラック位置センサ１７を備えている。
【００１１】
舵角比可変装置４は、遊星歯車機構やこれを動作させる駆動手段等から構成されており、ステアリングホイール２の操舵角θＰに対する前輪１０の転舵角δの比、すなわち舵角比（δ／θ）を変更する。
舵角比制御装置１２には舵角比可変装置４を制御するために、操舵角センサ１１と、車速センサ１３と、ラック位置センサ１７等の出力信号が入力される。舵角比制御装置１２は、車速センサ１３により検出された車速に基づいて適切な目標舵角比を設定し、操舵角センサ１１により検出された実操舵角と前記目標舵角比から目標転舵角を算出し、ラック位置センサ１７により検出されたラック位置に基づいて算出した実転舵角が前記目標転舵角と一致するように舵角比可変装置４を制御する。換言すると、舵角比制御装置１２は、実舵角比が目標舵角比と一致するように舵角比可変装置４を制御する。なお、後述する操舵アシストモータ１４がブラシレスモータである場合には、実転舵角をラック位置から算出するのに代えて、操舵アシストモータ１４のモータ回転角と後述する減速機構１５のギア比に基づいて実転舵角を算出することも可能である。
目標舵角比の設定方法については後で詳述する。
【００１２】
また、ピニオン軸７には操舵アシストモータ１４と減速機構１５からなる操舵力補助装置１６が設けられており、図示しない操舵力制御装置によって制御された適切な操舵補助力をピニオン軸７に供給することができるようになっていて、これにより運転者の操舵力が軽減される。
なお、転舵機構のラック８とピニオン軸７によるラックアンドピニオン機構は、舵角比が大きいときにも直進走行時の操舵安定性を確保するために、中立付近の比ストローク量を中立付近以外の比ストローク量に比べて低めとするのが好ましい。
【００１３】
次に、舵角比制御装置１２において実行される目標舵角比の設定方法について説明する。
図２は車両２０がカーブを走行するときの運転者の操舵感覚を説明する図である。なお、以下の説明では、車両が乾燥した舗装路面を、十分に余裕のある車速でカーブを走行し、車体の横滑り角も極小さいものと仮定する。
図２においてＯ点を車速Ｖで走行している車両２０の運転者が、道路と路外との境界線で示される曲線Ｃから一定の間隔を保持して、曲線Ｃの曲率にできるだけ一致するように自車両を操縦する場合を考える。
【００１４】
実験によれば、この場合、運転者の多くは、車両の前方に距離ＬＰだけ離れた所に注視点Ｐを仮想し、この注視点Ｐと車両２０を走行させるべき目標到達地点Ｑとの横方向変位Δｙに応じて目標操舵角θＰを設定し、ステアリングホイール２を操舵していることが判明した。なお、距離ＬＰは車速Ｖに対して一定の比率（以下、到達時間と称す）τで定まり、ＬＰ＝Ｖτと定義する。なお、実験によれば、τは運転者を問わず１．１〜１．２秒程度である。
ここで、目標到達地点Ｑと注視点Ｐとの横方向変位Δｙを到達時間τで展開すると、［数２］となる。なお、３次以降の高次項は微少であるので無視するものとする。
【００１５】
【数２】
2009280045.tif 000004
【００１６】
ここで、［数２］における第１項をΔｙ１＝（ｄｙ／ｄｔ）τと定義して、両辺のラプラス変換を取ると、操舵入力の周波数が車両応答時定数と比べて十分に低い領域では、［数３］となる。なお、［数３］において、δは転舵角であり、左前輪１０の転舵角δＬと右前輪１０の転舵角δＲの平均値とし（δ＝（δＬ＋δＲ）／２）、ｌは車両のホイールベース、Ａはスタビリティファクター、ψは車両のヨー角である。
【００１７】
【数３】
2009280045.tif 000005
【００１８】
［数３］を時間領域に戻して考えると、ヨー角速度（ｄψ／ｄｔ）についての積分は時刻ｔ＝０からｔ＝τに至る間の車両のヨー角変化と考えられるから、これをψＰとすると［数４］を得る。
【００１９】
【数４】
2009280045.tif 000006
【００２０】
また、［数２］における第２項をΔｙ２＝（１／２）（ｄ２ｙ／ｄｔ２）τ２と定義して、同様に変換すると、［数５］を得る。
【００２１】
【数５】
2009280045.tif 000007
【００２２】
したがって、［数２］は［数６］で表すことができる。
【００２３】
【数６】
2009280045.tif 000008
【００２４】
［数６］によれば、運転者は目標ヨー角ψＰだけでなく、ヨー角変化率、すなわちヨーレート（ｄψ／ｄｔ）に対しても目標操舵角θＰを修正していることが分かる。
【００２５】
ところで、ヨーレートゲインは［数７］で表されることが知られている。
【００２６】
【数７】
2009280045.tif 000009
【００２７】
つまり、ヨーレートゲインは車速Ｖによって大きく変化するものであり、前述したように運転者がヨーレートに対しても目標操舵角θＰを修正する場合、この修正には運転者の経験に頼るところが少なくなかった。そのため、経験の少ない運転者には、目標操舵角θＰの修正が難しかった。
しかしながら、目標操舵角θＰと転舵角δとを［数８］で表される関係となるように設定すると、［数７］は［数９］となり、これから［数１０］が得られる。
【００２８】
【数８】
2009280045.tif 000010
【００２９】
【数９】
2009280045.tif 000011
【００３０】
【数１０】
2009280045.tif 000012
【００３１】
これから［数６］は［数１１］となる。
【００３２】
【数１１】
2009280045.tif 000013
【００３３】
［数１１］のようになれば、運転者は、道路カーブの曲率に変化がない場合には、視覚情報として得られる目標ヨー角ψＰをそのまま目標操舵角θＰとして入力すれば、道路カーブの曲線Ｃに沿って車両を走行させることができ、また、道路カーブの曲率が変化する場合には、曲線Ｃの曲率の変化に対してその変化速度に合わせた早さで修正操舵を行えば曲率が変化する曲線Ｃに沿って車両を走行することができる。
【００３４】
そこで、この操舵装置１の舵角比制御装置１２では、目標舵角比δ／θＰを［数１２］に基づいて算出するようにした。［数１２］において、ｌは車両のホイールベース、Ａはスタビリティファクター、Ｖは車速、τは定数で１．１〜１．２程度とする。
【００３５】
【数１２】
2009280045.tif 000014
【００３６】
このように目標舵角比を設定し、実舵角比を制御するということは、車速にかかわらず定常ヨーレートゲインをほぼ１となるように舵角比を制御することと同等である。つまり、ヨーレートゲインを１とすると転舵角に対するヨーレートが１となるので、ヨーレートが転舵角になると、τ時間後にはヨー角は転舵角とほぼ同じになる。
【００３７】
このように構成された操舵装置１によれば、運転者は次の瞬間に予想される車両の動きを自らの手や上腕の動きとして、より直感的に把握することができるようになり、運転者がステアリングホイール２を操作することにより期待した車両のヨー運動と実際の車両のヨー運動とを一致させ易くなる。また、操舵入力の角速度と車両のヨー運動の角速度が基本的に一致し、車両の動きに合わせた操舵を行えるようになるため、ステアリングホイール２の切り過ぎのように不用意な入力をすることによる不安定な車両挙動の発生を抑制することができる。
【００３８】
これまでの説明は、前述したように乾燥した舗装路面を十分に余裕のある車速でカーブを走行し、車体の横滑り角も極小さいものと仮定しているが、現実には路面状況やタイヤの接地荷重などの諸要因により応答特性が変わるため、操舵入力に対して必ずしも運転者が期待した通りの挙動を車両が示すわけではない。しかしながら、この操舵装置１では、前述したように操舵入力と車両挙動とを直接的に関連付けられることから、例え運転者の期待通りの挙動を示さなかった場合であっても、運転者はその状況を素早く認識、察知し、より的確な修正操舵を行うことができる。
【００３９】
なお、ステアリングホイール２を車体の垂直軸とほぼ平行な軸回りに回転可能に設置し、このステアリングホイール２をギヤ機構を介して前記実施例におけるステアリングシャフト３に連結するようにした場合には、図３に示すように、ステアリングホイール２の操作面と車両のヨー運動の面（路面）が平行で且つステアリングホイール２の操舵方向と車両のヨー運動の方向が同一になるので、運転者は車両を向けたい方向へステアリングホイールの向きを合わせるように操舵すればよいこととなる。その結果、運転者はあたかも自車両の車体の向きを直接自らの手で操るかの如き感覚で、より直感的に車両の操舵を行うことができる。
【００４０】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、この発明を、ステアリングホイールと転舵機構とを機械的に連結した電動パワーステアリング装置に適用した態様で説明したが、この発明は、油圧等、他の形態のパワーステアリング装置に対しても適用可能である。また、ステアリングホイールと転舵機構とを機械的に分離した、所謂ステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用可能である。
また、舵角比可変装置についても、前述した実施例で用いられている遊星歯車機構に限るものではなく、例えば波動歯車機構のような他の形態のものを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明に係る操舵装置の実施例である電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】車両がカーブを走行するときの運転者の操舵感覚を説明する図である。
【図３】ステアリングホイールを車体の垂直軸とほぼ平行な軸回りに回転可能に設置した場合の運転者の操舵感覚を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電動パワーステアリング装置（操舵装置）
２  ステアリングホイール
１０  前輪（車輪）
【図１】
2009280045.tif 000016
【図２】
2009280045.tif 000017
【図３】
2009280045.tif 000018