JP2001088727A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステアリング操作角に応じて転舵用アクチュ
エーターにより舵取り機構を駆動する車両用操舵装置に
おいて、転舵用アクチュエーターの小容量化を図り、装
置故障時の応急的な操舵を可能にする。 【解決手段】 転舵軸４と操作軸６との間に軸断続手段
７を設けて転舵軸４と操作軸６との連結と切り離しを行
い、軸切り離し時には舵角検出値が操作角検出値に応じ
た目標舵角となるように転舵駆動手段９を制御する。こ
れにより、通常走行時には軸を切り離して操舵ゲインを
車速に応じて可変する制御などを実現できる上に、必要
に応じて軸を連結して運転者の操作力を操舵力として用
いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転者のステアリ
ング操作に応じてアクチュエーターにより転舵を行う車
両用操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】運転者のステアリング操作力を補助する
パワーステアリング装置が知られている（例えば、特開
平９−２７７９４８号公報参照）。この種の装置では、
舵取り機構に機械的に連結されたステアリング軸に、油
圧または電動アクチュエーターを連結し、特に大きな操
舵力が必要な据え切り時にアクチュエーターにより運転
者のステアリング操作力を補助している。

【０００３】また、運転者のステアリング操作に応じて
アクチュエーターにより転舵を行う車両用操舵装置が知
られている（例えば、特開平１０−２２６３５２号公報
参照）。この種の装置では、ステアリング軸と舵取り機
構とが機械的に連結されておらず、ステアリング操作角
に応じて転舵用アクチュエーターを制御し、転舵用アク
チュエーターにより舵取り機構を駆動して転舵を行って
いる。なお、操作反力はステアリング軸に連結された反
力発生用アクチュエーターにより発生させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した後者の車両用
操舵装置では、ステアリング操作角と実際の舵角との関
係（以下、操舵ゲインと呼ぶ）を車速などに応じてきめ
細かく制御することができるので、車速に応じて操舵ゲ
インを連続的に変化させ、転舵時のヨーレートを一定に
するなどの車両制御を実現することができる。

【０００５】しかしながら、一般の舵取り機構では舵角
が大きくなるほど所要転舵トルクが大きくなるので、後
者の車両用操舵装置で据え切りを行おうとすると、大き
な容量の転舵用アクチュエーターを設置しなければなら
ず、消費エネルギーが増大するとともに、車両重量およ
び設置スペースが増大するという問題がある。

【０００６】また、後者の車両用操舵装置では、転舵用
アクチュエーターとその駆動装置に故障が発生した場合
には運行を停止しなければならない。

【０００７】本発明の目的は、ステアリング操作角に応
じて転舵用アクチュエーターにより舵取り機構を駆動す
る車両用操舵装置において、転舵用アクチュエーターの
小容量化を図り、装置故障時の応急的な操舵を可能にす
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一実施の形態の構成を示
す図１に対応づけて本発明を説明すると、 （１） 請求項１の発明は、運転者が操舵を行うための
操作手段５と、操作手段５の操作角を検出する操作角検
出手段１４と、舵取り機構１に連結される転舵軸４を駆
動して車輪２を転舵させる転舵駆動手段９と、車輪２の
舵角を検出する舵角検出手段１０と、操作手段５に連結
される操作軸６を駆動して操作反力を発生する反力発生
手段１２と、転舵軸４と操作軸６との間に設けられて転
舵軸４と操作軸６との連結と切り離し（軸連結と軸切り
離し）を行う軸断続手段７と、転舵駆動手段９、反力発
生手段１２および軸断続手段７を制御する制御手段１５
とを備え、制御手段１５は、軸断続手段７による軸切り
離し時には、舵角検出値が操作角検出値に応じた目標舵
角となるように転舵駆動手段９を制御する。 （２） 請求項２の車両用操舵装置は、制御手段１５に
よって、舵角検出値と目標舵角との偏差が所定値以上の
場合に軸断続手段７により軸連結を行うようにしたもの
である。 （３） 請求項３の車両用操舵装置は、車速を検出する
車速検出手段１６と、車速検出値に基づいて車両の停車
状態と走行状態を判定する車両状態判定手段１５とを備
えるとともに、転舵駆動手段９の最大出力を最大舵角ま
で据え切りを行うために必要な最大転舵力よりも小さい
値とし、制御手段１５によって、車両状態判定手段１５
により停車状態と判定され、且つ操作角検出値が所定範
囲を超える場合に、軸断続手段７により軸連結を行うよ
うにしたものである。 （４） 請求項４の車両用操舵装置は、停車状態で軸連
結した後は、転舵駆動手段９の出力不足分を操作手段５
による運転者の操作力により補うようにしたものであ
る。 （５） 請求項５の車両用操舵装置は、停車状態で軸連
結した後は、転舵駆動手段９の出力不足分を、操作手段
５による運転者の操作力と反力発生手段１２の駆動力と
により補うようにしたものである。 （６） 請求項６の車両用操舵装置は、制御手段１５に
よって、操作手段５の操作反力が、軸切り離し状態から
軸連結状態まで滑らかに変化する目標操作反力に沿って
変化するように、転舵駆動手段９および反力発生手段１
２の駆動力を制御するようにしたものである。 （７） 請求項７の車両用操舵装置は、制御手段１５に
よって、停車状態で軸連結した後に最大舵角となる操作
手段５の操作角と、軸切り離し状態で走行しているとき
に最大舵角が得られる操作手段５の操作角とが同一とな
るように、停車状態で且つ軸切り離し時における操作手
段５の操作角に対する転舵駆動手段９の舵角制御量を調
節するようにしたものである。 （８） 請求項８の車両用操舵装置は、走行距離を検出
する走行距離検出手段１６を備え、制御手段１５によっ
て、車輪２を転舵したまま停車している状態から発進す
る場合に、走行距離検出値が所定値を越えたら軸切り離
しを行うようにしたものである。 （９） 請求項９の車両用操舵装置の操作手段はステア
リングホイールであり、その操作範囲を操舵中立位置か
ら左右にそれぞれ１／２回転以内としたものである。 （１０） 請求項１０の車両用操舵装置の操作手段はジ
ョイスティックであり、その操作範囲をほぼ垂直の操舵
中立位置から左右に９０度以内としたものである。 （１１） 請求項１１の車両用操舵装置は、転舵軸４に
変形可能なプッシュ・プルワイヤーを用い、転舵駆動手
段９を舵取り機構内に設けたものである。 （１２） 請求項１２の車両用操舵装置は、少なくとも
転舵駆動手段９と舵角検出手段１０を車室内に設けたも
のである。

【０００９】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。

【００１０】

【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、転舵
軸と操作軸との間に軸断続手段を設けて転舵軸と操作軸
との連結と切り離しを行い、軸切り離し時には舵角検出
値が操作角検出値に応じた目標舵角となるように転舵駆
動手段を制御するようにしたので、通常走行時には軸を
切り離して操舵ゲインを車速に応じて可変する制御など
を実現できる上に、必要に応じて軸を連結して運転者の
操作力を操舵力として用いることができる。 （２） 請求項２の発明によれば、舵角検出値と目標舵
角との偏差が所定値以上の場合に軸連結を行うようにし
たので、舵角偏差が所定値を越えるような装置故障時で
も運転者による応急的な操舵が可能になり、とりあえず
運行を継続することができる。 （３） 請求項３および請求項４の発明によれば、転舵
駆動手段の最大出力を最大舵角まで据え切りを行うため
に必要な最大転舵力よりも小さい値とし、停車状態と判
定され、且つ操作角検出値が所定範囲を超える場合に軸
連結を行い、軸連結後は転舵駆動手段の出力不足分を操
作手段による運転者の操作力により補うようにしたの
で、大きな操舵力が必要な据え切り時には、運転者のス
テアリング操作により転舵駆動手段の出力不足分を補助
することができ、転舵駆動手段の据え切り転舵時のエネ
ルギー消費を低減できる上に、転舵駆動手段自体が小型
軽量になるので設置スペースと車両重量の低減を図るこ
とができる。 （４） 請求項５の発明によれば、停車状態で軸連結し
た後は、転舵駆動手段の出力不足分を操作手段による運
転者の操作力と反力発生手段の駆動力とにより補うよう
にしたので、転舵駆動手段の最大出力をさらに低減する
ことができ、設置スペースと車両重量を低減することが
できる。 （５） 請求項６の発明によれば、操作手段の操作反力
が、軸切り離し状態から軸連結状態まで滑らかに変化す
る目標操作反力に沿って変化するように、転舵駆動手段
および反力発生手段の駆動力を制御するようにしたの
で、据え切り時に操作手段を操作しているときに急に”
ハンドルが重くなる”ようなことが避けられ、最大舵角
まで軽快且つ円滑に操作できる。 （６） 請求項７の発明によれば、停車状態で軸連結し
た後に最大舵角となる操作角と、軸切り離し状態で走行
しているときに最大舵角が得られる操作角とが同一とな
るように、停車状態で且つ軸切り離し時における操作角
に対する舵角制御量を調節するようにしたので、どのよ
うな場合でも一定の操作角で最大舵角が得られ、操作性
と安定性を向上させることができる。 （７） 請求項８の発明によれば、車輪を転舵したまま
停車している状態から発進する場合に、走行距離検出値
が所定値を越えたら軸切り離しを行うようにしたので、
転舵状態で発進したときに、転舵駆動手段のみで転舵可
能になると自動的に軸を切り離すことができる。 （８） 請求項９の発明によれば、操作手段としてステ
アリングホイールを用い、その操作範囲を操舵中立位置
から左右にそれぞれ１／２回転以内としたので、据え切
り時にはわずかなステアリング操作角で舵角が大きく変
化し、据え切り時にはステアリングを握り変えることな
く最大舵角まで操作することができ、操作性を向上させ
ることができる。 （９） 請求項１０の発明によれば、操作手段としてジ
ョイスティックを用い、その操作範囲をほぼ垂直の操舵
中立位置から左右に９０度以内としたので、据え切り時
にはわずかなジョイスティック操作角で舵角が大きく変
化し、操作性を向上させることができる。 （１０） 請求項１１の発明によれば、転舵軸に変形可
能なプッシュ・プルワイヤーを用い、転舵駆動手段を舵
取り機構内に設けたので、車室内のレイアウトの自由度
を増すことができ、また、操作軸が舵取り機構と剛結し
ていないので、衝突時のステアリングの衝撃吸収力を増
すことができる。 （１１） 請求項１２の発明によれば、少なくとも転舵
駆動手段と舵角検出手段を車室内に設けたので、エンジ
ンルーム内にこれらの機器を配置する場合に比べて、エ
ンジンが発する熱の影響を受けることがなく、操舵装置
の信頼性を向上させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は一実施の形態の構成を示
す。この一実施の形態では、ラック・ピニオン式の舵取
り機構１により車輪２を転舵する例を示す。舵取り機構
１のピニオン３が連結される転舵軸４と、ステアリング
ホイール５が連結されるステアリング軸６との間に電磁
クラッチ７を設け、この電磁クラッチ７により転舵軸４
とステアリング軸６の連結と切り離し（以下、単に軸連
結および軸切り離しと言う）を行う。転舵軸４には、ウ
ォームギア８を介して転舵用モーター９を連結し、この
転舵用モーター９により舵取り機構１を駆動して転舵を
行う。転舵用モーター９には舵角検出用センサー１０を
直結し、車輪２の舵角および舵取り機構１のラックスト
ロークを検出する。

【００１２】ステアリング軸６には、ウォームギア１１
を介して反力発生用モーター１２を連結し、この反力発
生用モーター１２によりステアリング操作に対する反力
を発生させる。ステアリング軸６にはまた、バネとダン
パーからなる操作抵抗発生装置１３が設置されており、
ステアリング操作に対して機械的に抵抗力を発生させ
る。反力発生用モーター１２には操作角検出用センサー
１４を直結し、ステアリングホイール５の操作角を検出
する。

【００１３】この実施の形態では、転舵モーター９およ
び舵角検出用センサー１０からステアリングホイール５
側の機器、すなわち転舵用モーター９、舵角検出用セン
サー１０、電磁クラッチ７、反力発生用モーター１２お
よび操作角検出用センサー１４を車室内に設置する。こ
れにより、エンジンルーム内にこれらの機器を配置する
場合に比べて、エンジンが発する熱の影響を受けること
がなく、操舵装置の信頼性を向上させることができる。

【００１４】なお、この実施の形態では転舵用アクチュ
エーターと反力発生用アクチュエーターに電動モーター
を用いた例を示すが、油圧モーターを用いることもでき
る。また、転舵用モーターおよび反力発生用モーターの
種類は特に限定されず、直流モーターや交流モーターを
用いることができる。

【００１５】コントローラー１５は不図示のマイクロコ
ンピューターとモーター駆動回路などから構成され、後
述する操舵制御プログラムを実行して電磁クラッチ７、
転舵用モーター９および反力発生用モーター１２を制御
し、車輪２の転舵を行う。コントローラー１５には車速
検出用センサー１６が接続される。車速検出用センサー
１６は例えば変速機の出力軸に設けられ、所定の走行距
離ごとに車速パルス信号を発生する。コントローラー１
５は車速検出用センサー１６からの車速パルス信号を計
数して走行距離を検出するとともに、車速パルス信号の
パルス時間間隔および所定時間当たりのパルス数に基づ
いて車速を検出する。

【００１６】以上の実施の形態の構成において、ステア
リングホイール５が操作手段を、操作角検出用センサー
１４が操作角検出手段を、転舵用モーター９が転舵駆動
手段を、舵角検出用センサー１０が舵角検出手段を、反
力発生用モーター１２が反力発生手段を、電磁クラッチ
７が軸断続手段を、コントローラー１５が制御手段およ
び車両状態判定手段を、車速検出用センサー１６が車速
検出手段および走行距離検出手段をそれぞれ構成する。

【００１７】この実施の形態では、通常走行時には電磁
クラッチ７を開放してステアリング軸６と転舵軸４とを
切り離し、転舵用モーター９により舵取り機構１を駆動
して車輪２の転舵を行う。一方、据え切り時には電磁ク
ラッチ７を接続してステアリング軸６と転舵軸４とを直
結し、転舵用モーター９および反力発生用モーター１２
の駆動力と、運転者のステアリングホイール５の操作力
とにより舵取り機構１を駆動し、車輪２の転舵を行う。

【００１８】上述した従来のパワーステアリング装置で
は、大きな操舵力が必要な据え切り時に、アクチュエー
ターの駆動力により運転者のステアリング操作を補助し
ている。これに対しこの実施の形態では、転舵用モータ
ー９の最大出力を、最大舵角まで据え切りを行うために
必要な最大転舵力よりも小さい値とし、大きな操舵力が
必要な据え切り時には、運転者のステアリング操作によ
り転舵用モーター９の出力不足分を補助する。

【００１９】転舵用モーター９の最大出力を小さくする
ことにより、転舵用モーター９の据え切り転舵時のエネ
ルギー消費を低減できる上に、モーター自体が小型軽量
になるので設置スペースと車両重量の低減を図ることが
できる。

【００２０】この実施の形態ではまた、通常走行時に実
際の舵角が目標舵角から大きく外れた場合には、転舵用
モーター９およびコントローラー１５を含む操舵装置の
故障と判断し、電磁クラッチ７を接続してステアリング
軸６と転舵軸４を直結する。これにより、応急的な操舵
が可能になり、とりあえず運行を続けることができる。

【００２１】図２は、この実施の形態の操舵装置の車速
Ｖ[km/h]に対する操舵ゲインＧの特性を示す。車速Ｖが
所定値Ｖ１以下の場合は、操舵ゲインＧを所定値Ｇ１一
定とする。車速Ｖが所定値Ｖ１を越えたら車速Ｖの増加
に応じて操舵ゲインＧを徐々に低減し、車速Ｖが高くな
ったら操舵ゲインＧを一定にする。車速Ｖが所定値Ｖ１
より大きい範囲における操舵ゲインＧの低減率は、転舵
時のヨーレイトがほぼ一定になるような曲線に沿うもの
とする。

【００２２】車速Ｖが所定値Ｖ１以下の低車速では、操
舵ゲインＧに従来の一般的な車両の操舵ゲインよりも大
きな値を設定する。例えば、ステアリングホイール５の
全操作範囲を１回転以内とし、ステアリングホイール５
の操舵中立位置から左右にそれぞれ１／２回転以内で車
輪２の舵角が左右でそれぞれ最大となる操舵ゲインとす
る。これにより、据え切り時にはわずかなステアリング
操作角で舵角が大きく変化し、据え切り時にはステアリ
ング５を握り変えることなく最大舵角まで操作すること
ができ、操作性を向上させることができる。

【００２３】通常走行時には電磁クラッチ７を開放して
ステアリング軸６と転舵軸４を切り離し、車輪２の舵角
がステアリング操作角に操舵ゲインＧを乗じた目標舵角
となるように転舵用モーター９を制御し、転舵用モータ
ー９により舵取り機構１を駆動して車輪２を転舵する。
通常走行時には図２に示すように車速Ｖが高くなるほど
操舵ゲインが小さくなるので、高速走行時にはステアリ
ングを大きく操作しても舵角はわずかしか変化せず、繰
安性を向上させることができる。

【００２４】据え切り時には電磁クラッチ７を投入して
ステアリング軸６と転舵軸４を連結するが、このときの
操舵ゲインＧは図２に示すＧ２一定とする。この軸連結
時の操舵ゲインＧ２は、従来の一般的な車両の操舵ゲイ
ン程度とする。

【００２５】図３は、舵取り機構１のラックストローク
に対する据え切り時に必要なトルクを示す。なお、図３
では正のラックストロークに対する正の据え切り必要ト
ルクを示すが、負のラックストロークに対する据え切り
必要トルクは極性が負になるだけで同様であり、図示を
省略する。

【００２６】舵取り機構１のタイロッドとナックルアー
ム（不図示）のリンク効率の関係から、ラックストロー
クが所定値Ｒ１を越えると据え切り必要トルクが急に増
大し、最大ラックストロークで最大据え切り必要トルク
となる特性がある。この実施の形態では、図３に示すよ
うに、転舵用モーター９の最大トルクを最大据え切り必
要トルクの半分程度のＴ１とし、この最大トルクＴ１で
駆動できる最大ラックストロークをＲ１とする。

【００２７】ここで、転舵用モーター９の最大トルクＴ
１にウォームギア８の減速比で決まるモーター回転速度
を乗じたものが、転舵用モーター９の最大出力となるか
ら、出力に換算すると、転舵用モーター９の最大出力は
最大舵角まで据え切りを行うために必要な最大転舵力の
ほぼ半分となる。なお、転舵用モーター９の最大出力
は、必ずしも所要最大転舵力の半分とする必要はなく、
少なくとも所要最大転舵力よりも小さい値とすればよ
い。

【００２８】転舵用モーター９の最大出力を所要最大転
舵力のほぼ半分としたので、当然、据え切り時には転舵
用モーター９でラックストロークＲ１以上に舵取り機構
１を駆動することができなくなる。そこでこの実施の形
態では、据え切り時に電磁クラッチ７を接続してステア
リング軸６と転舵軸４を連結し、運転者のステアリング
操作力により転舵用モーター９の出力不足分を補うこと
にする。

【００２９】図４は、一実施の形態のステアリング操作
角に対するラックストロークを示す。なお、図４では正
の操作角に対する正のラックストロークを示すが、負の
操作角に対するラックストロークは極性が負になるだけ
で同様であり、図示を省略する。

【００３０】クラッチ７接続によりステアリング軸６と
転舵軸４を連結した場合の操舵ゲインは、クラッチ７開
放によりステアリング軸６と転舵軸４を切り離した場合
の操舵ゲインに比べて小さいため、軸連結時と軸切り離
し時とでステアリング操作角に対するラックストローク
が異なり、最大ラックストロークを実現する最大ステア
リング操作角も異なる。

【００３１】ステアリングの据え切り操作は車庫入れや
駐車時に頻繁に行われ、最大ステアリング操作角まで操
作することが多い。このような場合に、最大ステアリン
グ操作角に対する最大ラックストローク、すなわち最大
舵角が変化すると、運転者に違和感を与える。そこでこ
の実施の形態では、最大ステアリング操作角に対する最
大ラックストローク、すなわち最大舵角が、軸連結時と
軸切り離し時とで同一となるようにする。

【００３２】具体的には、図４に示すように、最大ステ
アリング操作角で最大ラックストロークの点Ｐ１から、
ステアリング軸６と転舵軸４の連結時の操舵ゲインＧ２
（図２参照）で決まる傾きの直線（図中の特性２）を引
き、転舵用モーター９で駆動可能なラックストロークＲ
１との交点をＰ２とし、交点Ｐ２におけるステアリング
操作角をＳ１とする。そして、この交点Ｐ２を電磁クラ
ッチ７の開閉切替点とし、据え切り時にはステアリング
操作角Ｓ１まで電磁クラッチ７を開放し、ステアリング
操作角Ｓ１以上で電磁クラッチ７を接続する。

【００３３】軸切り離し時には転舵用モーター９により
転舵を行うが、そのときのステアリング操作角に対する
ラックストロークは図４に示す特性１の曲線に沿って変
化させる。この特性１の曲線は、ステアリング操作角が
小さい範囲では操作角に対してラックストロークが比例
増加するが、操作角がＳ１に近づくとラックストローク
が急に増加する曲線である。

【００３４】したがって、据え切り時にステアリングホ
イール５を最大操作角まで操作すると、操作角Ｓ１付近
でラックストロークが急に増加し、操作角Ｓ１を越える
とラックストロークが徐々に増加する。つまり、この実
施の形態によれば、操作角Ｓ１付近で操舵ゲインが急に
変化するが、据え切り操舵は車庫入れや駐車時などの停
車状態または極低速時に行われるので、途中で操舵ゲイ
ンが変わっても運転者にそれほど大きな違和感を与えず
にすむと考えられる。むしろ、途中で操舵ゲインを変え
ることによって、停車状態の据え切り時に途中で軸連結
して最大舵角までステアリング操作したときの操作角
と、低速走行状態で軸を切り離したまま最大舵角までス
テアリング操作したときの操作角とを同一にすることが
でき、どのような場合でも操舵中立位置からステアリン
グホイール５を左右に約１／２回転すれば左右の最大舵
角が得られることになるため、ステアリングの操作性が
向上する。

【００３５】図５は、転舵したまま停車している状態か
ら発進したときの転舵に必要なトルクを示す。なお、図
５においては正の転舵必要トルクに対する特性を示すが
負の転舵必要トルクに対する特性も同様であり、図示を
省略する。

【００３６】転舵したまま停車している状態から発進し
たときの所要転舵トルクは、据え切りでタイヤが変形し
たことによるトルクと走行中のセルフアライニングトル
クとの和になり、停車状態からの走行距離、厳密にはタ
イヤの転動距離に応じて一般に図５に示す傾向があり、
走行距離が長くなるにつれて急激に減少する。

【００３７】最大舵角で停車している状態から発進した
ときの転舵必要トルクが、転舵用モーター９の最大トル
クＴ１以下になり、転舵用モーター９により転舵が可能
になる走行距離をＬ１とする。この実施の形態では、転
舵したまま停車している状態から発進する場合、走行距
離がＬ１になったときに電磁クラッチ７を開放してステ
アリング軸６と転舵軸４を切り離し、図６に示すよう
に、ステアリング操作角に対するラックストロークが理
想特性となるように転舵用モーター９を制御する。な
お、図６では正の操作角に対する正のラックストローク
を示すが、負の操作角に対するラックストロークも極性
が負になるだけで同様であり、図示を省略する。

【００３８】なお、走行距離Ｌ１は５０ｍｍ程度であ
り、低速の場合には運転者の車両回頭に対する感覚は鈍
いこと、また、上述したように据え切りは最大操作角付
近での操作が多いことから、操舵ゲインを理想特性のゲ
インに一致させるように転舵用モーター９で強制的に補
正を行っても、運転者に違和感を与えることはないと考
えられる。

【００３９】図７は、据え切り時のステアリング操作角
に対するステアリングの操作反力の特性を示す。なお、
図７では正の操作角に対する正の操作反力を示すが、負
の操作角に対する操作反力は極性が負になるだけで同様
であり、図示を省略する。

【００４０】ステアリング軸６と転舵軸４の連結、切り
離しに拘わらず、ステアリング操作角に対するステアリ
ングの操作反力が図に示す滑らかに変化する目標操作反
力となるように、転舵用モーター９および反力発生用モ
ーター１２を制御する。

【００４１】ステアリング操作角Ｓ１までは、ステアリ
ング軸６と転舵軸４が切り離されているため、操作抵抗
発生装置１３と反力発生用モーター１２により、図７に
示す目標操作反力にしたがってステアリング操作角に対
する反力を発生させる。

【００４２】一方、軸連結後の操作角Ｓ１以上では、タ
イヤを含む舵取り機構１の抵抗力が図７に示すように急
に増加するため、このままではステアリング操作途中で
急に”ハンドルが重くなる”というような違和感を与え
る。そこで、この実施の形態では軸連結後、転舵用モー
ター９と反力発生用モーター１２から目標操作反力と上
記抵抗力との差分の駆動力を発生させ、軸連結後もステ
アリング操作に対する反力を目標操作反力に沿って変化
させる。これにより、軸切り離し状態から軸連結状態に
至るまで、ステアリング操作に対する反力が目標操作反
力に沿って滑らかに変化することになる。

【００４３】なお、ステアリング操作角が所定値Ｓ２を
越えると、目標操作反力と上記抵抗力との差分が転舵用
モーター９の駆動力を越えるので、操作角Ｓ２から最大
操作角までは反力発生用モーター１２からも駆動力を発
生させる。換言すれば、反力発生用モーター１２から駆
動力を発生させる分だけ、さらに転舵用モーター９の出
力容量を低減でき、設置スペースと車両重量を軽減でき
る。

【００４４】図８は、据え切り時のステアリング操作角
に対する転舵用モーター９と反力発生用モーター１２の
駆動トルクの特性を示す。なお、図８では正の操作角に
対する駆動トルクと反力トルクを示すが、負の操作角に
対する駆動トルクと反力トルクは極性が反対になるだけ
で同様であり、図示を省略する。

【００４５】ステアリング操作角Ｓ１まではステアリン
グ軸６と転舵軸４が切り離されているため、転舵用モー
ター９から駆動トルクを発生させて舵取り機構１を駆動
するとともに、反力発生用モーター１２から目標操作反
力に相当する反力トルクを発生させる。軸切り離し時
は、ステアリング操作角が大きくなるにしたがって転舵
用モーター９の駆動トルクが増加し、操作角Ｓ１におい
て最大トルクに達する。また、ステアリング操作角が大
きくなるにしたがって反力発生用モーター１２の反力ト
ルクも増加する。

【００４６】ステアリング操作角がＳ１からＳ２までの
範囲では、上述したように、転舵用モーター９から舵取
り機構１の抵抗力と目標操作反力との差分に相当する駆
動トルクを出力させるため、操作角Ｓ１においていった
ん駆動トルクが減少し、その後、上記差分の増加に応じ
て駆動トルクも増加し、操作角Ｓ２において最大トルク
に達する。一方、操作反力用モーター１２は、操作角Ｓ
１からＳ２の範囲では出力トルクを０とする。

【００４７】ステアリング操作角がＳ２以上では、転舵
用モーター９が最大トルクを出力しても、舵取り機構１
の抵抗力と目標操作反力との差分を負担しきれないた
め、反力発生用モーター１２からも駆動トルクを出力さ
せ、転舵用モーター９と反力発生用モーター１２とで上
記差分に相当する駆動トルクを出力する。

【００４８】図９〜図１１は操舵制御プログラムを示す
フローチャートである。これらのフローチャートによ
り、一実施の形態の動作を説明する。コントローラー１
５のマイクロコンピューターは、イグニッションキース
イッチ（不図示）がオンするとこの操舵制御プログラム
の実行を開始する。

【００４９】ステップ１において、車速センサー１６に
より車速がほぼ０かどうか、つまり停車状態かどうかを
確認する。停車状態の場合はステップ２へ進み、操作角
センサー１４によりステアリング操作角が−Ｓ１以上、
＋Ｓ１以下の範囲にあるか否かを確認する。操作角が−
Ｓ１以上、＋Ｓ１以下の範囲にある場合はステップ３へ
進み、そうでなければステップ６へ進む。

【００５０】停車状態であって、且つステアリング操作
角が−Ｓ１以上、＋Ｓ１以下の場合は、ステップ３で電
磁クラッチ７を開放してステアリング軸６と転舵軸４を
切り離す。続くステップ４で、ステアリング操作角に応
じてラックストロークが図４に示す特性１となるように
転舵用モーター９を制御し、転舵用モーター９により舵
取り機構１を駆動して転舵を行う。さらにステップ５
で、ステアリング操作反力が図７に示す操作角に応じた
目標操作反力となるように反力発生用モーター１２を制
御し、反力発生用モーター１２から反力トルクを発生さ
せる。その後、ステップ１へ戻る。

【００５１】停車状態であって、且つステアリング操作
角が−Ｓ１より小さいか、または＋Ｓ１より大きい場合
は、ステップ６で電磁クラッチ７を接続してステアリン
グ軸６と転舵軸４を連結する。続くステップ７で、転舵
用モーター９と反力発生用モーター１２を制御し、両モ
ーター９，１２から図７に示す舵取り機構１の抵抗力と
目標操作反力との差分に相当する駆動力を発生させる。
このとき、転舵用モーター９と反力発生用モーター１２
は図８に示すステアリング操作角に応じた駆動トルクと
反力トルクを発生する。その後、ステップ１へ戻る。

【００５２】車速がほぼ０でなく車両が走行状態の場合
は、ステップ１１において電磁クラッチ７が接続されて
ステアリング軸６と転舵軸４が連結されているかどうか
を確認する。両軸が連結されていればステップ１２へ進
み、そうでなければステップ２１へ進む。

【００５３】車両が走行状態で、且つすでにステアリン
グ軸６と転舵軸４が連結されている場合は、ステップ１
２で停車状態からの走行距離がＬ１以内か否かを確認す
る。なお、車速センサー１６は所定の走行距離ごとに車
速パルス信号を発生するので、車速パルスをカウントし
て走行距離を検出する。停車状態からの走行距離がＬ１
以内の場合はステップ７へ進み、そうでなければステッ
プ１３へ進む。

【００５４】停車状態からの走行距離がＬ１以内の場合
は、ステップ７で、上述したように、転舵用モーター９
と反力発生用モーター１２を制御し、両モーター９，１
２から図７に示す舵取り機構１の抵抗力と目標操作反力
との差分に相当する駆動力を発生させる。このとき、転
舵用モーター９と反力発生用モーター１２は図８に示す
ステアリング操作角に応じた駆動トルクと反力トルクを
発生する。その後、ステップ１へ戻る。

【００５５】一方、停車状態からの走行距離がＬ１を越
える場合は、ステップ１３で、転舵用モーター９のみで
転舵可能と判断して電磁クラッチ７を開放し、ステアリ
ング軸６と転舵軸４を切り離す。続くステップ１４で、
ステアリング操作角に応じてラックストロークが図６に
示す理想特性となるように転舵用モーター９を制御し、
転舵用モーター９により舵取り機構１を駆動して転舵を
行う。さらにステップ１５で、図７に示すステアリング
操作角に応じた目標操作反力となるように反力発生用モ
ーター１２を制御し、反力トルクを発生させる。その
後、ステップ１へ戻る。

【００５６】車両が走行状態で、且つすでにステアリン
グ軸６と転舵軸４が切り離されている場合には、ステッ
プ２１で、ステアリング操作角に図２に示す操舵ゲイン
を乗じた舵角となるように転舵用モーター９を制御し、
転舵用モーター９により舵取り機構１を駆動して転舵を
行う。続くステップ２２で、ステアリング操作角に応じ
て図７に示す操作反力となるように反力発生用モーター
１２を制御し、反力トルクを発生させる。

【００５７】ステップ２３で、操作角検出用センサー１
４により検出されたステアリング操作角に操舵ゲインを
乗じた目標舵角と、舵角検出用センサー１０により検出
された実際の舵角との偏差を求め、舵角偏差が所定値以
上か否かを調べる。舵角偏差が所定値以上の場合は操舵
装置に何らかの故障があると判断し、ステップ２４へ進
んで電磁クラッチ７を接続する。すなわち、ステアリン
グ軸６と転舵軸４とを直結して運転者のステアリング操
作により直接、操舵を行う。またこのとき、ディスプレ
イおよびスピーカーにより運転者に操舵装置の故障発生
を警告する。一方、舵角偏差が所定値未満の場合はステ
ップ１へ戻り、上述した処理を繰り返す。

【００５８】《発明の一実施の形態の変形例》上述した
一実施の形態では運転者の操作手段にステアリングホイ
ール５を用いた例を示したが、運転者の操作手段にジョ
イスティックを用いてもよい。

【００５９】図１２はジョイスティックを用いた変形例
の構成を示す。なお、図１に示す機器と同様な機器に対
しては同一の符号を付して説明を省略する。ステアリン
グ軸６にはジョイスティック１７が連結され、ジョイス
ティック１７を左右に倒すことにより車輪２を左右に転
舵することができる。なお、ジョイスティック１７の長
さは運転者が操舵可能な長さとする。また、ジョイステ
ィック１７の操作可能な範囲は水平面より上で１８０度
以内、すなわちジョイスティック１７を垂直にした操舵
中立位置に対して±９０度以内とする。ジョイスティッ
ク１７を用いた場合には、反力発生用モーター１２と操
作角検出用センサー１４がステアリング軸６に直結され
る。

【００６０】ステアリングホイール５の代わりにジョイ
スティック１７を用いても、上述した一実施の形態と同
様な作用効果を得ることができる。

【００６１】《発明の一実施の形態の他の変形例》転舵
用モーターをステアリングラック内に設け、転舵軸の代
わりにプッシュ・プルワイヤーを用いた他の変形例を説
明する。

【００６２】図１３は他の変形例の構成を示す。なお、
図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付
して説明を省略する。この変形例では、上述した転舵用
モーター９と舵角検出用センサー１０を舵取り機構１８
のステアリングラック１８ａ内に設置し、転舵軸４の代
わりにプッシュ・プルワイヤー１９を用いる。プッシュ
・プルワイヤー１９は右引き用と左引き用の２本の変形
可能な金属製ワイヤーからなり、ワイヤー１９の一端を
電磁クラッチ７の出力軸に直結された円盤２０に接続
し、他端をステアリングラック１８ａに接続する。

【００６３】転舵用モーター９をステアリングラック１
８ａ内に設け、転舵軸４の代わりにプッシュ・プルワイ
ヤー１９を用いても、上述した一実施の形態と同様な作
用効果を得ることができる。さらにこの変形例では、転
舵軸４の代わりに変形可能なプッシュ・プルワイヤー１
９を用いているので、車室内のレイアウトの自由度を増
すことができ、また、ステアリング軸６が舵取り機構１
８と剛結していないので、衝突時のステアリングの衝撃
吸収力を増すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】 車速に対する操舵ゲインを示す図である。

【図３】 ラックストロークに対する据え切り必要トル
クを示す図である。

【図４】 据え切り操作時のステアリング操作角に対す
るラックストロークを示す図である。

【図５】 停車状態からの走行距離に対する転舵必要ト
ルクを示す図である。

【図６】 転舵して停車している状態から発進したとき
のステアリング操作角に対するラックストロークを示す
図である。

【図７】 ステアリング操作角に対するステアリングの
操作反力を示す図である。

【図８】 ステアリング操作角に対する転舵用モーター
と反力発生用モーターの駆動トルクを示す図である。

【図９】 一実施の形態の操舵制御プログラムを示すフ
ローチャートである。

【図１０】 図９に続く、一実施の形態の操舵制御プロ
グラムを示すフローチャートである。

【図１１】 図１０に続く、一実施の形態の操舵制御プ
ログラムを示すフローチャートである。

【図１２】 一実施の形態の変形例の構成を示す図であ
る。

【図１３】 一実施の形態の他の変形例の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１ 舵取り機構 ２ 車輪 ３ ピニオン ４ 転舵軸 ５ ステアリングホイール ６ ステアリング軸 ７ 電磁クラッチ ８ ウォームギア ９ 転舵用モーター １０ 舵角検出用センサー １１ ウォームギア １２ 反力発生用モーター １３ 操作抵抗発生装置 １４ 操作角検出用センサー １５ コントローラー １６ 車速センサー １７ ジョイスティック １８ 舵取り機構 １８ａ ステアリングラック １９ プッシュ・プルワイヤー ２０ 円盤

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D032 CC01 CC08 CC33 CC34 CC35 CC48 CC49 DA03 DA04 DA23 DB02 DB03 DB05 DC09 DC33 DC34 DC35 DC40 DD02 DD06 EA01 EB04 EB11 EB12 EC02 EC22 EC27 EC29 GG01 3D033 CA02 CA05 CA13 CA17 CA18 CA21

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転者が操舵を行うための操作手段と、 前記操作手段の操作角を検出する操作角検出手段と、 舵取り機構に連結される転舵軸を駆動して車輪を転舵さ
   せる転舵駆動手段と、 車輪の舵角を検出する舵角検出手段と、 前記操作手段に連結される操作軸を駆動して操作反力を
   発生する反力発生手段と、 前記転舵軸と前記操作軸との間に設けられて前記転舵軸
   と前記操作軸との連結と切り離し（以下、単に軸連結お
   よび軸切り離しと言う）を行う軸断続手段と、 前記転舵駆動手段、前記反力発生手段および前記軸断続
   手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記軸断続手段による軸切り離し時に
   は、前記舵角検出値が前記操作角検出値に応じた目標舵
   角となるように前記転舵駆動手段を制御することを特徴
   とする車両用操舵装置。
2. 【請求項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、前記舵角検出値と目標舵角との偏差が
   所定値以上の場合に前記軸断続手段により軸連結を行う
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の車両用操舵装置におい
   て、 車速を検出する車速検出手段と、 前記車速検出値に基づいて車両の停車状態と走行状態を
   判定する車両状態判定手段とを備えるとともに、 前記転舵駆動手段の最大出力を最大舵角まで据え切りを
   行うために必要な最大転舵力よりも小さい値とし、 前記制御手段は、前記車両状態判定手段により停車状態
   と判定され、且つ前記操作角検出値が所定範囲を超える
   場合に、前記軸断続手段により軸連結を行うことを特徴
   とする車両用操舵装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の車両用操舵装置におい
   て、 停車状態で軸連結した後は、前記転舵駆動手段の出力不
   足分を前記操作手段による運転者の操作力により補うこ
   とを特徴とする車両用操舵装置。
5. 【請求項５】請求項３に記載の車両用操舵装置におい
   て、 停車状態で軸連結した後は、前記転舵駆動手段の出力不
   足分を、前記操作手段による運転者の操作力と前記反力
   発生手段の駆動力とにより補うことを特徴とする車両用
   操舵装置。
6. 【請求項６】請求項３〜５のいずれかの項に記載の車両
   用操舵装置において、 前記制御手段は、前記操作手段の操作反力が、軸切り離
   し状態から軸連結状態まで滑らかに変化する目標操作反
   力に沿って変化するように、前記転舵駆動手段および前
   記反力発生手段の駆動力を制御することを特徴とする車
   両用操舵装置。
7. 【請求項７】請求項３〜６のいずれかの項に記載の車両
   用操舵装置において、 前記制御手段は、停車状態で軸連結した後に最大舵角と
   なる前記操作手段の操作角と、軸切り離し状態で走行し
   ているときに最大舵角が得られる前記操作手段の操作角
   とが同一となるように、停車状態で且つ軸切り離し時に
   おける前記操作手段の操作角に対する前記転舵駆動手段
   の舵角制御量を調節することを特徴とする車両用操舵装
   置。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかの項に記載の車両
   用操舵装置において、 走行距離を検出する走行距離検出手段を備え、 前記制御手段は、車輪を転舵したまま停車している状態
   から発進する場合に、前記走行距離検出値が所定値を越
   えたら軸切り離しを行うことを特徴とする車両用操舵装
   置。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかの項に記載の車両
   用操舵装置において、 前記操作手段はステアリングホイールであり、その操作
   範囲を操舵中立位置から左右にそれぞれ１／２回転以内
   としたことを特徴とする車両用操舵装置。
10. 【請求項１０】請求項１〜８のいずれかの項に記載の車
    両用操舵装置において、 前記操作手段はジョイスティックであり、その操作範囲
    をほぼ垂直の操舵中立位置から左右に９０度以内とした
    ことを特徴とする車両用操舵装置。
11. 【請求項１１】請求項１〜９のいずれかの項に記載の車
    両用操舵装置において、 前記転舵軸に変形可能なプッシュ・プルワイヤーを用
    い、前記転舵駆動手段を前記舵取り機構内に設けたこと
    を特徴とする車両用操舵装置。
12. 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかの項に記載の
    車両用操舵装置において、 少なくとも前記転舵駆動手段と前記舵角検出手段を車室
    内に設けたことを特徴とする車両用操舵装置。