(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作手段の操作に基づいて、上記操作手段と機械的に切り離された操向輪を転舵させる車両用操舵装置であって、
車速を検出する車速検出手段と、
上記操作手段の操作量を検出する操作状況検出手段と、
車両のヨーレートを検出する挙動検出手段と、
上記車速検出手段によって検出される車速に応じて基本ステアリングギヤ比を設定する基本ステアリングギヤ比設定手段と、
上記操作状況検出手段によって検出される操作量に基づいて演算される目標ヨーレートと上記挙動検出手段によって検出されるヨーレートとの偏差が一定値以上の場合に、上記基本ステアリングギヤ比設定手段によって設定される基本ステアリングギヤ比に１よりも大きな一定のギヤ比補正係数を乗じて、上記操作手段の操作量に対する上記操向輪の転舵量の比であるステアリングギヤ比を可変設定するステアリングギヤ比設定手段と
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操作手段の操作量に対する操向輪の転舵量の比であるステアリングギヤ比を可変設定できる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操向輪を転舵するための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、舵取り機構に電動モータ等の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が提案されている（たとえば、特開平９−１４２３３０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こ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と舵取り機構とが機械的に連結されていないので、ステアリングホイールの操作量に対する操向輪の転舵量の比であるステアリングギヤ比を、たとえば車速に応じて可変設定することができる。この場合、高速走行時にはステアリングギヤ比が小さく設定されることになるが、これにより、車両のふらつきを抑えることができる反面、危険を回避する場合のような緊急時に操向輪の転舵が遅れるおそれがある。
【０００４】
また、車両の挙動が不安定になると、運転者はカウンタステア操作を行って車両姿勢を立て直そうとするが、高速走行時には、ステアリングホイールの操作量に対する操向輪の転舵量が少ないために、車両挙動が不安定な状態から抜け出せないおそれがある。
一方、低速走行時にはステアリングギヤ比が大きく設定されることになり、駐車時や停車時における操舵が軽減されるが、たとえば、摩擦係数の低い路面を低速走行している場合に、微少なステアリング操作に対して操向輪が大きく転舵されると、車両の挙動が不安定になり、車両のスピンを招くおそれがある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、車両の運転性能の向上を図ることができる車両用操舵装置を提供することである。
この発明の第１の具体的な目的は、危険回避時に良好な操舵性を発揮できる車両用操舵装置を提供することである。
また、この発明の第２の具体的な目的は、車両の不安定な挙動の立て直しを良好に行うことができる車両用操舵装置を提供することである。
【０００６】
さらに、この発明の第３の具体的な目的は、摩擦係数の低い路面を走行しても車両挙動を安定に保つことができる車両用操舵装置を提供することである。
【０００９】
【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、操作手段（１）の操作に基づいて、上記操作手段と機械的に切り離された操向輪（４）を転舵させる車両用操舵装置であって、車速を検出する車速検出手段（１６）と、上記操作手段の操作量を検出する操作状況検出手段（１１）と、車両のヨーレートを検出する挙動検出手段（１５）と、上記車速検出手段によって検出される車速に応じて基本ステアリングギヤ比を設定する基本ステアリングギヤ比設定手段と、上記操作状況検出手段によって検出される操作量に基づいて演算される目標ヨーレートと上記挙動検出手段によって検出されるヨーレートとの偏差が一定値以上の場合に、上記基本ステアリングギヤ比設定手段によって設定される基本ステアリングギヤ比に１よりも大きな一定のギヤ比補正係数を乗じて、上記操作手段の操作量に対する上記操向輪の転舵量の比であるステアリングギヤ比を可変設定するステアリングギヤ比設定手段（２０，Ｓ１，Ｓ３）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
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。
【００１０】
この構成によれば、車両挙動に応じてステアリングギヤ比が可変設定される。これにより、車両の運転性能の向上を図ることができる。
すなわち、目標ヨーレートと挙動検出手段によって検出されるヨーレートとの偏差が一定値以上であり、車両挙動が不安定であると判断される場合には、基本ステアリングギヤ比に一定のギヤ比補正係数が乗じられることによって、ステアリングギヤ比が大きく設定されるので、車両挙動が不安定な状態でカウンタステア操作が行われた場合に、少ないステアリング操作で操向輪を大きく転舵させることができ、車両挙動を安定な状態に立て直すことができる。
また、基本ステアリングギヤ比設定手段が、高速走行時には基本ステアリングギヤ比を小さく設定し、低速走行時には基本ステアリングギヤ比を大きく設定するものであれば、高速走行時における車両のふらつきを抑えることができ、その一方で、低速走行時における操舵を軽減することができる。
【００１６】
【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（操作手段）の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２の動作をステアリングギヤ３によって前部左右車輪４（操向輪）の転舵運動に変換することによって、ステアリングホイール１とステアリングギヤ３とを機械的に連結することなく、操舵を達成している。この場合に、操舵用アクチュエータ２およびステアリングギヤ３などにより、舵取り機構が構成されている。
【００１７】
操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成することができる。ステアリングギヤ３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド５の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換する運動変換機構（ボールねじ機構など）を有する。ステアリングロッド５の運動は、タイロッド６を介してナックルアーム７に伝達され、このナックルアーム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。
【００１８】
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に操舵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。具体的には、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により構成することができる。
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、渦巻きばねなどからなる弾性部材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。
【００１９】
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の回転角に対応する操作角δhを検出するための角度センサ１１（操作状況検出手段）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（操作状況検出手段）が設けられている。
一方、操舵用アクチュエータ２の出力値を検出するための出力値センサとして、車輪４の転舵角δを検出する転舵角センサ１３が設けられている。この転舵角センサ１３は、操舵用アクチュエータ２によるステアリングロッド５の作動量を検出するポテンショメータなどで構成することができる。
【００２０】
角度センサ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ステアリング系制御装置２０（ステアリングギヤ比設定手段）に接続されている。この制御装置２０には、さらに、車両の横加速度Ｇyを検出するための横加速度センサ１４と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１５と、車速Ｖを検出する車速センサ１６（車速検出手段）とが接続されている。
制御装置２０は、トルクセンサ１２によって検出された操作トルクＴおよび角度センサ１１によって検出された操作角δhなどに基づき、駆動回路２１を介して、ステアリングホイール１の操作方向と逆方向の適当な反力を発生するように反力アクチュエータ９を制御する。
【００２１】
また、制御装置２０は、駆動回路２２を介して操舵用アクチュエータ２を制御する。具体的に説明すると、制御装置２０は、たとえば、車速センサ１６によって検出された車速Ｖに基づいて基本ステアリングギヤ比Ｐを設定するとともに、角度センサ１１によって検出された操作角δhの時間変化（操作角速度ｄδh）に基づいてギヤ比補正係数Ｋを設定し、その設定した基本ステアリングギヤ比Ｐとギヤ比補正係数Ｋとを乗じることにより、ステアリングホイール１の操作量に対する車輪４の転舵量の比であるステアリングギヤ比Ｋ・Ｐを設定する。そして、その設定したステアリングギヤ比Ｋ・Ｐを操作角δhに乗じることによって目標転舵角δ*を求め、この目標転舵角δ*に基づいて操舵用アクチュエータ２をフィードバック制御する。
【００２２】
基本ステアリングギヤ比Ｐは、たとえば、図２(a)に示すようなグラフに従って設定される。すなわち、車速Ｖが０km／hのときには、基本ステアリングギヤ比Ｐは３０に設定され、車速Ｖが１８０km／hのときには、基本ステアリングギヤ比Ｐは１０に設定され、車速Ｖが０km／hから１８０km／hの間のときには、基本ステアリングギヤ比Ｐは車速Ｖの増加に応じて単調に小さくなるような線形に設定される。
【００２３】
一方、ギヤ比補正係数Ｋは、たとえば、図２(b)に示すようなグラフに従って設定される。すなわち、操作角速度ｄδhが０rad／sのときには、ギヤ比補正係数Ｋは０．５に設定され、操作角速度ｄδhが約３．３rad／sのときには、ギヤ比補正係数Ｋは１．２に設定され、操作角速度ｄδhが０rad／sから約３．３rad／sの間のときには、ギヤ比補正係数Ｋが操作角速度ｄδhの増加に応じて単調に大きくなるような線形に設定される。
【００２４】
したがって、基本ステアリングギヤ比Ｐとギヤ比補正係数Ｋとを乗じて設定されるステアリングギヤ比Ｋ・Ｐは、高速走行中にステアリングホイール１が比較的緩やかに操作された場合には小さく設定される。これにより、車輪４の転舵量が抑制されて、車両の安定した走行を実現することができる。また、高速走行中であっても、たとえば、危険回避などのためにステアリングホイール１が急操作された場合には、ステアリングギヤ比Ｋ・Ｐが大きく設定される。これにより、少ないステアリングホイール１の操作で車輪４を大きく転舵させることができ、危険を回避しきれない状況に陥るおそれを少なくできる。
【００２５】
なお、この実施形態では、操作角速度ｄδhに応じてギヤ比補正係数Ｋが設定されるとしたが、たとえば、トルクセンサ１２によって検出された操作トルクＴの時間変化（トルク変化速度）に応じてギヤ比補正係数Ｋが設定されてもよく、この場合であっても同様な効果を奏することができる。
図３は、この発明の第２の実施形態について説明するためのフローチャートである。この実施形態において、制御装置２０は、角度センサ１１によって検出された操作角δhに基づいて目標ヨーレートγ*を演算し、この演算した目標ヨーレートγ*とヨーレートセンサ１５によって検出されたヨーレートγとから、車両の挙動が不安定であるか否かを判断する（ステップＳ１）。具体的には、たとえば、目標ヨーレートγ*と検出ヨーレートγとの差の絶対値｜γ*−γ｜が一定値以上であれば、車両の挙動は不安定であると判断することができ、絶対値｜γ*−γ｜が一定値未満であれば、車両の挙動は安定であると判断することができる。
【００２６】
車両の挙動が安定である場合には（ステップＳ１でＮＯ）、車速Ｖに基づいて設定した基本ステアリングギヤ比をそのままステアリングギヤ比とする（ステップＳ２）。そして、このステアリングギヤ比を操作角δhに乗じることによって目標転舵角δ*を求め、この目標転舵角δ*に基づいて操舵用アクチュエータ２をフィードバック制御する。一方、車両の挙動が不安定である場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、車速Ｖに基づいて設定した基本ステアリングギヤ比に一定のギヤ比補正係数（１よりも大きな値）を乗じることにより、車両の挙動が安定な状態の場合よりもステアリングギヤ比を大きく設定し（ステップＳ３）、こうして設定したステアリングギヤ比を用いて操舵用アクチュエータ２を制御する。
【００２７】
これにより、車両挙動が不安定な状態でカウンタステア操作が行われた場合に、少ないステアリング操作で車輪４を大きく転舵させることができ、車両挙動を安定な状態に立て直すことができる。
図４は、この発明の第３の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。この図４において、上述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
【００２８】
この実施形態では、各車輪４に関連して、車輪４の回転速度を検出する車輪速センサ１７（路面摩擦係数検出手段）が設けられており、これらの車輪速センサ１７は、制御装置２０に接続されている。制御装置２０は、車輪速センサ１７から取得される各車輪４の回転速度に基づいて車両が走行している路面の摩擦係数を演算し、この演算した路面摩擦係数に応じてギヤ比補正係数を設定する。このギヤ比補正係数は、路面摩擦係数が小さいほど小さな値に設定される。一方、上述の第１の実施形態と同様にして、車速センサ１６によって検出された車速Ｖに応じた基本ステアリングギヤ比Ｐを設定する。そして、この基本ステアリングギヤ比Ｐにギヤ比補正係数を乗じることによりステアリングギヤ比を設定する。
【００２９】
こうして設定したステアリングギヤ比を用いて操舵用アクチュエータ２を制御することにより、車両が走行している路面の摩擦係数が小さいときには、ステアリングホイール１の操作に対する車輪４の転舵量を小さくすることができ、低摩擦路面であっても車両の挙動を安定に保つことができる。
なお、この第３の実施形態では、自動演算された路面摩擦係数に応じてギヤ比補正係数が設定されるとしたが、たとえば、運転者が路面状況に応じてギヤ比補正係数を設定して制御装置２０に入力するようにしてもよい。
【００３０】
この発明の実施の形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、上述の実施形態以外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、四輪車両の２つの車輪４が舵取り車輪として転舵可能な場合について説明したが、この発明を四輪操舵システムに適用してもよい。
また、上述の実施形態では、操作手段としてステアリングホイール１が用いられた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手段が用いられてもよい。
【００３１】
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】  (a)は車速と基本ステアリングギヤ比との関係を示すグラフであり、(b)は操作角速度とギヤ比補正係数との関係を示すグラフである。
【図３】この発明の第２の実施形態について説明するためのフローチャートである。
【図４】この発明の第３の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。
【符号の説明】
１    ステアリングホイール
２    操舵用アクチュエータ
４    車輪
１１  角度センサ
１２  トルクセンサ
１３  転舵角センサ
１４  横加速度センサ
１５  ヨーレートセンサ
１６  車速センサ
１７  車輪速センサ
２０  ステアリング系制御装置
【図１】
0003806555.tif 000002
【図２】
0003806555.tif 000003
【図３】
0003806555.tif 000004
【図４】
0003806555.tif 000005