JP2002087307A

JP2002087307A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP2002087307A
Application number: JP2000285654A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Sato; 晴彦佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ステアリングホイールの操舵時にギア比の変
化を運転者に的確に教示する。【解決手段】バリアブルラック４を有する車両用操舵
装置において、ギヤ比Ｇの減少に伴い操舵反力Ｔが大き
くなるように電動モータ６を駆動するとともに、ギヤ比
Ｇが変化する前のステアリングホイール１の操舵角θの
所定範囲θ11＜θ＜θ12における舵角速度の平均値Ｖ1
とギヤ比Ｇが変化する途中の所定範囲θ21＜θ＜θ22に
おける舵角速度の平均値Ｖ2との比Ｖ2／Ｖ1を算出し、
この比Ｖ2／Ｖ1の増加の伴い操舵反力Ｔが増加するよう
に電動モータ６を駆動する。これによって、運転者はギ
ヤ比Ｇの変化を認識するとともに、予測で一気にステア
リングホイール１を操舵する運転では慎重に操舵する運
転よりも大きな操舵反力Ｔが作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用操舵装置に
関し、特にステアリングの操舵反力を制御するようにし
た車両用操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車両用操舵装置として、
例えば特開２０００−３３８７９号公報に示すものが知
られている。この公報記載の装置では、車速や横加速
度、ヨーレイト等の車両情報を検出し、それらの検出値
に基づいてステアリングの操舵反力を決定し、車両のコ
ントロール性を高めるようにしている。また、車両用操
舵装置には、ステアリングの操作に応じてステアリング
ギア比（ステアリングの操舵角に対する車輪の転舵角）
が変化する可変ギヤ比機構を有するものがある。これに
よって、大舵角時のギヤ比を小さく設定し、ステアリン
グの操舵角を減少させて、低車速時の車両の取り回し性
を向上させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
操舵反力の調整装置に加え、大舵角時のギヤ比を小さく
取り、ステアリングのロック・トウ・ロック角度を減少
させ、低車速時の取り回し性を向上させる可変ギヤ比機
構を付加すると以下の課題が発生する。すなわち、運転
者がギヤ比が変化していることを認識してステアリング
操作速度をギヤ比に合わせて調整すれば違和感はない
が、そうでないと違和感が発生することである。この点
は特に運転者の操作パターンに依存する所が大きく、慎
重に運転する運転者はスムーズに操作できるが、ステア
リング操作角度を予測して操作速度がほぼ一定で一気に
ステアリングを切るパターンの運転者に取ってはギヤ比
が変化する状態での違和感が発生しやすい。従来では発
生した車両挙動により操舵反力を調整しているため運転
者のメンタルモデルの中にギヤ比が変化していることの
情報が伝わりづらく、運転者のステアリング特性に対す
る効率的な学習を行うことが出来ない。

【０００４】本発明の目的は、運転者にギヤ比の変化を
的確に教示することができる車両用操舵装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）請求項１の発明
は、ステアリングホイールの操舵力を車輪に伝達する可
変ギヤ機構を有する伝達手段と、ステアリングホイール
に作用する操舵反力を増減する操舵力調整手段とを備え
た車両用操舵装置に適用される。そして、可変ギヤ機構
は、ギヤ比一定の第１の範囲と、ステアリングホイール
の操舵角の増加に応じてギヤ比が変化する第２の範囲と
を有し、ギヤ比を検出するギヤ比検出手段と、運転者の
ステアリングホイール操舵状態と相関関係を有する物理
量を検出する物理量検出手段と、ギヤ比検出手段によっ
て検出されたギヤ比と、第１の範囲において物理量検出
手段により検出された物理量の代表値と第２の範囲にお
いて物理量検出手段により検出された物理量の代表値と
の比に応じて操舵反力が変化するように操舵力調節手段
を制御する制御手段とを備えることにより上述した目的
は達成される。（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用操
舵装置において、物理量の代表値を、所定時間において
検出されたステアリングホイールの実舵角速度の平均値
としたものである。（３）請求項３の発明は、請求項１に記載の車両用操
舵装置において、物理量の代表値を、所定時間において
検出されたステアリングホイールの実舵角加速度の平均
値としたものである。（４）請求項４の発明は、請求項１に記載の車両用操
舵装置において、制御手段が、第１の範囲において検出
された物理量の代表値と、第２の範囲において検出され
た物理量の代表値との比をギヤ比検出手段で検出された
ギヤ比で除算した値に操舵反力がほぼ比例するように、
操舵力調整手段を制御するものである。（５）請求項５の発明は、請求項４に記載の車両用操
舵装置において、車両の速度を検出する車速検出手段
と、ステアリングホイールの操舵角θを検出する操舵角
検出手段とを有し、制御手段が、車速検出手段によって
検出された車速に応じて変化する実操舵角の上限値と、
舵角検出手段によって検出された操舵角をギヤ比検出手
段で検出されたギヤ比で除算した値との比に操舵反力が
ほぼ比例するように操舵力調整手段を制御するものであ
る。（６）請求項６の発明は、請求項１に記載の車両用操
舵装置において、第１の範囲と第２の範囲との境界をま
たぐ第３の範囲を検出する境界検出手段を有し、制御手
段が、境界検出手段により第３の範囲が検出されると、
第１の範囲において検出された物理量の代表値と、第２
の範囲において検出された物理量の代表値との比に応じ
た瞬間的に高い操舵反力が発生するように操舵力調整手
段を駆動するものである。（７）請求項７の発明は、請求項６に記載の車両用操
舵装置において、ステアリングホイールの舵角速度を検
出する舵角速度検出手段を有し、制御手段が、舵角速度
検出手段によって検出された舵角速度の増加に伴い瞬間
的に高い操舵反力の発生する第３の範囲が大きくなるよ
うに操舵力調整手段を制御するものである。（８）請求項８の発明は、請求項６に記載の車両用操
舵装置において、制御手段が、第１の範囲において検出
された物理量の代表値と、第２の範囲において検出され
た物理量の代表値との比が所定値以下のとき、瞬間的に
高い操舵反力が発生しないように操舵力調整手段を制御
するものである。（９）請求項９の発明は、請求項１に記載の車両用操
舵装置において、制御手段が、操舵反力にギヤ比検出手
段で検出されたギヤ比を乗算した値が所定値となるよう
に操舵反力を決定し、この所定値を、第１の範囲におい
て検出された物理量の代表値と第２の範囲において検出
された物理量の代表値との比にほぼ比例するようにした
ものである。（１０）請求項１０の発明は、請求項９に記載の車両
用操舵装置において、制御手段が、車速に対する基準と
なる実操舵角の範囲の上限値である実用実舵角のテーブ
ルを有し、現在の操舵角をギヤ比検出手段で検出された
ギヤ比で除算した値と実用実舵角との比に応じて所定値
を調整するものである。（１１）請求項１１の発明は、請求項１に記載の車両
用操舵装置において、制御手段が、第１の範囲から第２
の範囲への変化点において操舵反力を大きくするクリッ
ク力を発生させ、そのクリック力の大きさを第１の範囲
において検出された物理量の代表値と第２の範囲におい
て検出された物理量の代表値との比に応じて決定するも
のである。（１２）請求項１２の発明は、請求項１１に記載の車
両用操舵装置において、制御手段が、ステアリングホイ
ールの舵角速度が大きいほどクリック力を発生する舵角
範囲が広くなるように決定するものである。

【０００６】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果を奏
することができる。（１）請求項１の発明によれば、ギヤ比一定の第１の
範囲において検出されたギヤ比の大きさと相関関係を有
する物理量の代表値と、ギヤ比が変化する第２の範囲に
おいて検出された物理量の代表値との比を算出し、この
比とギヤ比の検出値とに応じてステアリングホイールに
作用する操舵反力を制御するようにしたので、運転者に
ギヤ比の変化を的確に教示することができる。（２）請求項２、３の発明によれば、ステアリングホ
イールの実舵角速度の平均値または実舵角加速度の平均
値から操舵反力を算出するので、慎重にステアリングホ
イールを操舵する運転と予測で一気に操舵する運転とで
操舵反力が大きく異なり、操作性が向上する。（３）請求項４の発明によれば、第１の範囲における
物理量の代表値と第２の範囲における物理量の代表値と
の比をギヤ比で除算した値に操舵反力がほぼ比例するよ
うにしたので、運転者が一定の操舵力でステアリングホ
イールを操舵した場合にギヤ比の減少に伴い操舵反力が
増加し、ステアリングホイールの実操舵角が適切にな
る。請求項９の発明によっても同様な効果が得られる。（４）請求項５の発明によれば、車速に応じて変化す
る実操舵角の上限値と操舵角をギヤ比で除算した値との
比に操舵反力がほぼ比例するようにしたので、適切な操
舵がなされる。請求項１０の発明によっても同様な効果
が得られる。（５）請求項６の発明によれば、第１の範囲と第２の
範囲との境界をまたぐ第３の範囲が検出されると、第１
の範囲において検出された物理量の代表値と第２の範囲
において検出された物理量の代表値との比に応じた瞬間
的に高い操舵反力が発生するようにしたので、運転者は
ギヤ比の変化の開始、終了を容易に認識することができ
る。請求項１１の発明によっても同様な効果が得られ
る。（６）請求項７の発明によれば、舵角速度の増加に伴
い第３の範囲が大きくなるようにしたので、操舵性能が
向上する。請求項１２の発明によっても同様な効果が得
られる。（７）請求項８の発明によれば、第１の範囲における
物理量の代表値と第２の範囲における物理量の代表値と
の比が所定値以下のときには瞬間的な操舵反力が発生し
ないようにしたので、例えば慎重にステアリングを操舵
する運転ではスムーズなステアリングホイールの操舵が
行える。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。 −第１の実施の形態− 図１は、本実施の形態に係わる車両用操舵装置の構成を
示す図である。ステアリングホイール１を回転自在に支
持するコラムシャフト２にはピニオン３が連結され、ピ
ニオン３には車幅方向に移動可能にラック４が歯合され
て、いわゆるラックアンドピニオン式の操舵機構が形成
されている。ラック４はその移動量に応じてギヤ比が変
化するバリアブルラックである（可変ギヤ比機構を有す
る伝達手段）。これによって、ステアリング１の操作量
（操舵角θ）とラック４のギヤ比Ｇに応じてラック４が
移動し、車輪５が転舵する、コラムシャフト２には電動
モータ６（操舵力調整手段）が連結され、コントローラ
７（ギヤ比検出手段、物理量検出手段、制御手段、境界
検出手段）からの制御信号によりモータ６の駆動を制御
することでシャフト２に操舵反力を与えるようになって
いる。

【０００８】コラムシャフト２にはステアリングホイー
ル１の操舵角を検出する操舵角検出センサ８（ギヤ比検
出手段、物理量検出手段、操舵角検出手段、境界検出手
段）が設けられている。操舵角検出センサ８は車両直進
時、すなわちステアリングホイール１が中立位置にある
時に０を検出し、ステアリングホイール１が右方向（時
計方向）に操舵されると＋、左方向（反時計方向）に操
舵されるとマイナスの値を検出する。車両には車速セン
サ９（車速検出手段）が設けられている。これら操舵角
検出センサ８と車速センサ９からの信号はコントローラ
７に取り込まれる。コントローラ７ではこれらからの入
力信号に基づいて後述するような処理を実行し、電動モ
ータ６に制御信号を出力する。これによって、コラムシ
ャフト６を介してステアリング１に後述するような操舵
反力が作用する。

【０００９】ラック４のギヤ比Ｇは図２に示すように設
定されている。図２は、ステアリングホイール１の操舵
角の絶対値｜θ｜とギヤ比Ｇとの関係を示す図である。
図２に示すように、操舵角｜θ｜≦θAの範囲（第１の
範囲）ではギヤ比Ｇは一定（＝ＧA）であり、θA≦｜θ
｜≦θBの範囲（第２の範囲）ではギヤ比ＧはＧAからＧ
Bにかけて比例的に減少し、θB≦｜θ｜の範囲ではギヤ
比は一定（＝ＧB）となっている。すなわち、操舵角が
θA≦｜θ｜≦θBθの範囲でギヤ比Ｇは変化しており、
このギヤ比Ｇの変化に対応して図３に示すような操舵反
力Ｔを作用させることで、運転者にギヤ比Ｇの変化を認
識させる。

【００１０】図３は、操舵角｜θ｜と操舵反力Ｔとの関
係を示す図である。なお、この特性は後述するコントロ
ーラ７での処理により算出される。図３に示すように、
操舵反力Ｔは、操舵角がθA,θB付近でそれぞれ局所的
に大きくなっている（これを、クリック力と呼ぶ）。こ
こで、クリック力の高さをクリック高さＴCで表し、ク
リック力の作用する操舵角の範囲（第３の範囲）をクリ
ック角度θCで表す。操舵角が０≦｜θ｜≦（θ−θC／
２）の範囲で操舵反力Ｔは一定（＝ＴN）であり、（θA
＋θC／２）≦｜θ｜≦（θB−θC／２）の範囲で操舵
反力Ｔは徐々に増加し、（θB＋θC／２）≦｜θ｜≦θ
maxの範囲で操舵反力Ｔは一定となっている。

【００１１】本実施の形態では、操舵力一定でステアリ
ングホイール１を操作した場合、車輪５の転舵角（実操
舵角θ／Ｇ）がどのギア比Ｇでも一定となるように、Ｔ
＝Ｋ／Ｇにより操舵反力Ｔを設定する。ここで、Ｋは運
転者の操舵速度Ｖや操舵角θ、車速Ｓ等に応じて算出さ
れる値であり、操舵反力係数と呼ぶ。これを前提として
ギヤ比Ｇと操舵反力Ｔとの関係を図示すると、図４に示
すように反比例の関係となる。なお、図４ではクリック
力を無視している。

【００１２】操舵反力係数Ｋは、次式(I)により算出さ
れる。Ｋ＝ＫC×ＫD×ＫM (I) 但し、ＫC：定数ＫD：運転者の慎重度合いを示す操舵反力係数ＫM：運転者の操作余裕を示す操舵反力係数

【００１３】ここで、運転者の慎重度合いに関する操舵
反力係数ＫDについて説明する。図５（ａ）は、運転者
がステアリングホイール１を慎重に操舵する場合、すな
わち、実操舵角θ／Ｇに合わせてゆっくりと操舵する場
合の操舵角θと実舵角速度（操舵角の時間微分値Ｖθを
ギヤ比Ｇで除算した値）との関係を示す図であり、図５
（ｂ）は、運転者がほぼ一定の操作速度でステアリング
ホイール１を操舵する場合、すなわち、ステアリングホ
イール１の操舵角θを予測して一気に操舵する場合の操
舵角θと実舵角速度Ｖθ／Ｇとの関係を示す図である。
図５（ａ）において、ギヤ比Ｇが変化する前の所定区間
θ11≦θ≦θ12（第１の範囲）における実舵角速度の平
均値Ｖ１（物理量の代表値）と、ギヤ比Ｇが変化してる
途中の所定区間θ21≦θ≦θ22（第２の範囲）における
実舵角速度の平均値Ｖ２（物理量の代表値）との比Ｖ２
／Ｖ１（運転者操作指数Ｄと呼ぶ）は１に近いのに対
し、図５（ｂ）においては、運転者操作指数Ｄは１より
甚だしく大きくなっている。

【００１４】図５（ｂ）において、運転者がギヤ比Ｇの
変化を認識しないと、実舵角速度Ｖθ／Ｇの変化により
運転者は違和感を感じることとなる。そこで、実舵角速
度Ｖθ／Ｇの変化に応じて以下のように操舵反力係数Ｋ
Dを設定する。コントローラ７には、図６に示すような
運転者操作指数Ｄと操舵反力係数ＫDとの関係が予め設
定されている。図６では、操舵反力係数ＫDは運転者操
作指数Ｄが１以下の範囲で一定（＝１）であり、１≦Ｄ
≦Ｄ１の範囲では運転者操作指数Ｄの増加に伴い操舵反
力係数ＫDも比例的に増加し、Ｄ1以上で一定となってい
る。これにより、慎重な運転の場合は操舵反力係数ＫD
が小さくなるため操舵反力Ｔも小さくなり、予測でステ
アリングホイール１を操作する場合は操舵反力係数ＫD
が大きくなるため操舵反力Ｔも大きくなる。

【００１５】次に、運転者の操作余裕に関する操舵反力
係数ＫMについて説明する。コントローラ７には、図７
に示すような特性が予め記憶されている。これは、一般
的な道路を走行する場合の車速Ｓに対する実用的な実操
舵角の上限値（実用実舵角θrefと呼ぶ）の特性であ
り、操舵反力係数ＫMを算出する際の基準となる値であ
る。図７に示すように、車速Ｓが所定値Ｓ1以下では実
用実舵角θrefは最大値θrm（フルロック角度）で一定
となる。そして、車速Ｓが所定値Ｓ1を越えると、車速
Ｓの増加に伴い実用実舵角θは減少する。この実用実舵
角θrefを用いて次式(II)により実用実舵角θrefに対す
る実操舵角θ／Ｇの割合Ｒ（余裕係数と呼ぶ）を算出す
る。Ｒ＝θ／Ｇ／θref (II)

【００１６】コントローラ７には、図８に示すような余
裕係数Ｒと操舵反力係数ＫMとの関係が予め設定されて
おり、この図８により余裕係数Ｒに対応する操舵反力係
数ＫMを算出する。図８に示すように、余裕係数Ｒが
０．８以下、すなわち、実操舵角θ／Ｇが実用実舵角θ
refの８０％以下のとき、操舵反力係数ＫMは所定値（＝
１）に設定され、余裕係数Ｒが０．８以上では余裕係数
Ｒの増加に伴い操舵反力係数ＫMは比例的に増加するよ
うに設定される。この場合、余裕係数Ｒ＝１のとき、操
舵反力係数ＫM＝１．２とされる。このように余裕係数
Ｒに応じて操舵反力係数ＫMをを設定し、操舵反力Ｔを
調整することで、操舵角θが増加した際にギヤ比Ｇの増
加によりステアリングホイール１を切りすぎることが防
止される。

【００１７】以上によって算出された操舵反力係数Ｋに
より操舵反力Ｔ（＝Ｋ／Ｇ）を設定し、この操舵反力Ｔ
を基準に次のようなクリック力を設定する。図９は、操
作反力係数ＫD,ＫMの乗算値ＫD×ＫMとクリック高さＴC
との関係を示す図であり、この特性は予めコントローラ
７に記憶されている。図９に示すように、ＫD×ＫMが所
定値（＝１）以下ではクリック高さＴCは０である。こ
れによって、運転者がステアリングホイールを慎重に操
舵し（ＫD＝１）、かつ、余裕係数Ｒが０．８以下のと
き（ＫM＝１）、ステアリングホイール１にクリック力
は作用しない。

【００１８】１≦ＫD×ＫM≦Ｃ1の範囲では、クリック
高さＴCはＫD×ＫMの増加に伴い比例的に増加し、ＫD×
ＫMが所定値Ｃ1以上では一定（＝ＴCmax）とされる。こ
の場合のクリック角度θCは、図１０の特性により定め
られる。図１０は、操舵角の時間微分値Ｖθの絶対値で
ある舵角速度｜Ｖθ｜とクリック角度θCとの関係を示
す図である。図１０に示すように、舵角速度｜Ｖθ｜が
所定値Ｖθ1以下では舵角速度｜Ｖθ｜とクリック角度
θCとは比例関係にあり、舵角速度｜Ｖθ｜が所定値Ｖ
θ1以上でクリック角度θCは一定（＝θCmax）となって
いる。

【００１９】次に、コントローラ７で実行される処理に
ついて説明する。図１１、１２は、第１の実施の形態に
係わるコントローラ７で実行される処理の一例を示すフ
ローチャートである。このフローチャートはエンジンキ
ースイッチのオンによってスタートする。まず、ステッ
プＳ１で各種パラメータの初期値を次のように設定す
る。すなわち、前述した実舵角速度の平均値Ｖ１,Ｖ２
をそれぞれ０に設定するとともに、操舵反力係数ＫD,Ｋ
Mをそれぞれ１に設定し、操舵反力係数ＫCを所定値に設
定する。また、実舵角速度の平均値Ｖ1,Ｖ2を算出する
際の総サンプル数を所定値Ｓ1e,Ｓ2eにそれぞれ設定す
るとともに、サンプル数０〜Ｓ1e,０〜Ｓ2eに対応する
瞬時の実舵角速度Ｖ1（０〜Ｓ1e）,Ｖ2（０〜Ｓ2e）を
全て０に設定する。

【００２０】次いで、ステップＳ２で、舵角検出センサ
８が検出した操舵角θと車速センサ９が検出した車速Ｓ
をそれぞれ読み込み、ステップＳ３でその操舵角θに対
応するギヤ比Ｇを前述した図２の特性より算出する。続
いて、ステップＳ４で操舵角の絶対値｜θ｜が実舵角速
度の平均値Ｖ1を求める際の所定の範囲θ11＜｜θ｜＜
θ12にあるか否かを判定し、肯定されるとステップＳ５
に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップ
Ｓ５では｜Ｖθ｜／Ｇより瞬時の実舵角速度Ｖ1eを算出
し、次いで、ステップＳ６でサンプル数Ｓを１に設定す
るとともに、実舵角速度の平均値Ｖ1を０に設定する。

【００２１】続いて、ステップＳ７でサンプル数Ｓが設
定した総サンプル数Ｓ1eより小さいか否かを判定し、肯
定されるとステップＳ８に進む。ステップＳ８ではＳ番
目にサンプルした実舵角速度Ｖ1（Ｓ）をその直前にサ
ンプルした実舵角速度Ｖ1（Ｓ−１）に代入し、ステッ
プＳ９でその実舵角速度Ｖ1（Ｓ）を総サンプル数Ｓ1e
で除算した値に実舵角速度の平均値Ｖ1を加算して、平
均値Ｖ1を更新する。次いで、ステップＳ１０でサンプ
ル数Ｓに１を加えてサンプル数Ｓを更新し、ステップＳ
７に戻ってサンプル数Ｓが総サンプル数Ｓ1eになるまで
所定時間だけ同様な処理を繰り返す。サンプル数Ｓが総
サンプル数Ｓ1eになると、ステップＳ７が否定されてス
テップＳ１１に進み、実舵角速度Ｖ1eをＶ1（Ｓ）に代
入する。次いで、ステップＳ１２でその実舵角速度Ｖ1
（Ｓ）を総サンプル数Ｓ1eで除算した値にそれまでの実
舵角速度の平均値Ｖ1を加算して、平均値Ｖ1を更新し、
ステップＳ１３に進む。これによって、実舵角速度Ｖ1
（０〜Ｓ1e）が全て書き換えられ、この書き換え後の実
舵角速度Ｖ1（０〜Ｓ1e）により実舵角速度の平均値Ｖ1
が算出される。

【００２２】ステップＳ１３では、操舵角の絶対値｜θ
｜が実舵角速度の平均値Ｖ2を求める際の所定の範囲θ2
1＜｜θ｜＜θ22にあるか否かを判定し、肯定されると
ステップＳ１４に進み、否定されるとステップＳ２２に
進む。ステップＳ１４では｜Ｖθ｜／Ｇより瞬時の実舵
角速度Ｖ2eを算出し、次いで、ステップＳ１５でサンプ
ル数Ｓを１に設定するとともに、実舵角速度の平均値Ｖ
2を０に設定する。

【００２３】続いて、ステップＳ１６でサンプル数Ｓが
設定した総サンプル数Ｓ2eより小さいか否かを判定し、
肯定されるとステップＳ１７に進む。ステップＳ１７で
はＳ番目にサンプルした実舵角速度Ｖ２（Ｓ）をその直
前にサンプルした実舵角速度Ｖ2（Ｓ−１）に代入し、
ステップＳ１８でその実舵角速度Ｖ2（Ｓ）を総サンプ
ル数Ｓ2eで除算した値に実舵角速度の平均値Ｖ2を加算
して、平均値Ｖ2を更新する。次いで、ステップＳ１９
でサンプル数Ｓに１を加えてサンプル数Ｓを更新し、ス
テップＳ１６に戻ってサンプル数Ｓが総サンプル数Ｓ2e
になるまで所定時間だけ同様な処理を繰り返す。サンプ
ル数Ｓが総サンプル数Ｓ2eになると、ステップＳ１６が
否定されてステップＳ２０に進み、実舵角速度Ｖ2eをＶ
2（Ｓ）に代入する。次いで、ステップＳ２１でその実
舵角速度Ｖ2（Ｓ）を総サンプル数Ｓ2eで除算した値に
それまでの実舵角速度の平均値Ｖ2を加算して、平均値
Ｖ2を更新し、ステップＳ２２に進む。これによって、
実舵角速度Ｖ2（０〜Ｓ2e）が全て書き換えられ、この
書き換え後の実舵角速度Ｖ2（０〜Ｓ2e）により実舵角
速度の平均値Ｖ2が算出される。

【００２４】ステップＳ２２では平均値Ｖ１が０か否か
を判定し、肯定されるとステップＳ２３に進み、運転者
操作指数Ｄを１に設定して図１２のステップＳ２５に進
む。一方、ステップＳ２２が否定されるとステップＳ２
４に進み、運転者操作指数ＤをＶ２／Ｖ１により算出し
てステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では運手者操
作指数Ｄに対応する操舵反力係数ＫDを前述した図６に
より算出する。次いで、ステップＳ２６で車速の検出値
Ｓに対応する実用実舵角θrefを前述した図７を用いて
算出する。

【００２５】次いで、ステップＳ２７で、前述した式(I
I)により余裕係数Ｒを算出し、ステップＳ２８でこの余
裕係数Ｒに対応する操舵反力係数ＫMを図８により算出
する。続いて、ステップＳ２９で前述した式(I)により
操舵反力係数Ｋを算出し、ステップＳ３０でこの操舵反
力係数Ｋをそのときのギヤ比Ｇにより除算する。これに
よって、図４に示すように、ギヤ比Ｇに対応する操舵反
力Ｔが算出される。

【００２６】次のステップＳ３１では図１０の関係を用
いて舵角速度｜Ｖθ｜に対応するクリック角度θCを算
出する。次いで、ステップＳ３２で操舵角｜θ｜がクリ
ック力の作用する所定の範囲θA−θC／２＜｜θ｜＜θ
A＋θC／２にあるか否かを判定する。ステップＳ３２が
肯定されるとステップＳ３３に進み、図９の関係を用い
て操舵反力係数ＫD,ＫMの乗算値ＫD×ＫMに対応するク
リック高さＴCを算出する。そして、ステップＳ３４で
次式(III)によりクリック高さＴCを考慮した操舵反力Ｔ
を算出し、ステップＳ３５でその操舵反力Ｔがステアリ
ングホイール１の戻り方向のトルクＴとして作用するよ
うに電動モータ６に制御信号を出力し、図１１のステッ
プＳ２に戻る。Ｔ＝Ｔ＋ＴC−２ＴC・｜θA−｜θ｜｜／θC (III)

【００２７】一方、ステップＳ３２が否定されるとステ
ップＳ３６に進み、操舵角｜θ｜がクリック力の作用す
る所定の範囲θB−θC／２＜｜θ｜＜θB＋θ／２にあ
るか否かを判定する。ステップＳ３６が肯定されるとス
テップＳ３７に進み、否定されるとステップＳ３５に進
む。ステップＳ３７では、図９の関係を用いて操舵反力
係数ＫD,ＫMの乗算値ＫD×ＫMに対応するクリック高さ
ＴCを算出し、ステップＳ３８で次式(IV)によりクリッ
ク高さＴCを考慮した操舵反力Ｔを算出し、ステップＳ
３５に進む。Ｔ＝Ｔ＋ＴC−２ＴC・｜θB−｜θ｜｜／θC (IV)

【００２８】次に、本実施の形態の動作をより具体的に
説明する。ステアリングホイール１を中立位置から操舵
角θBに至るまで操舵する場合、前述したコントローラ
７での処理（ステップＳ４〜ステップＳ１２、ステップ
Ｓ１３〜ステップＳ２１）により実舵角速度の平均値Ｖ
1,Ｖ2がそれぞれ算出される。ステアリングホイール１
を慎重に操作する運転では、図５（ａ）に示すように、
運転者操作指数Ｄ（＝Ｖ２／Ｖ１）が小さくなり、ステ
ップＳ２５の処理で算出される操舵反力係数ＫDはほぼ
１に等しくなる。このとき、余裕係数Ｒが０．８以下の
場合には、すなわち、実操舵角が実用実舵角θrefに対
して十分に余裕がある場合には、ステップＳ２８の処理
により操舵反力係数ＫM＝１が算出され、ステップＳ３
０の処理でギヤ比Ｇに応じて算出される操舵反力Ｔは小
さくなる。また、ＫD×ＫMはほぼ１となり、クリック力
もほとんど作用しない。このように、ステアリングホイ
ール１を慎重に操作する運転では、運転者は大きな操舵
反力Ｔを受けることなく、また、クリック力も作用しな
いので、スムーズな操作性が得られる。

【００２９】車速Ｓの増加により実用実舵角θrefが減
少し、または、車速一定でも操舵角θが増加して余裕係
数Ｒが０．８より大きくなれば、それに伴い操舵反力係
数ＫMが増加し、操舵反力Ｔは大きくなる。これによっ
て、運転手はステアリングホイール１の切りすぎを認識
することができ、ステアリングホイール１の操舵時に、
より一層の注意が喚起される。

【００３０】一方、ステアリングホイール１を予測で一
気に操舵する運転では、図５（ｂ）に示すように運転者
操作指数Ｄは大きくなり、操舵反力係数ＫDも大きくな
る。その結果、運転者が受ける操舵反力Ｔはギヤ比Ｇに
応じて大きく異なったものとなり、この操舵反力Ｔの増
加により運転者はギヤ比Ｇの変化を認識することができ
る。また、ギヤ比Ｇの変化が開始する操舵角θAとギヤ
比Ｇの変化が終了する操舵角θBにおいて、運転者は操
舵反力係数ＫD,ＫMに応じたクリック力を受ける。これ
によって、運転者はギヤ比Ｇの変化を容易に認識する。
そして、このような運転では操舵反力Ｔおよびクリック
力が大きいため、運転者は慎重な運転を学習することと
なる。その結果、ステアリングホイール１の操舵の毎に
更新される運転者指数Ｄは次第に小さくなり、操舵反力
Ｔも小さくなる。

【００３１】このように第１の実施の形態では、ギヤ比
一定の所定区間θ11≦θ≦θ12とギヤ比Ｇの変化する所
定区間θ21≦θ≦θ22で、ギヤ比Ｇの変化に伴って変化
する実舵角速度の平均値Ｖ1,Ｖ2をそれぞれ算出し、そ
の比Ｖ2／Ｖ1とギヤ比Ｇとに応じて操舵反力Ｔを調整す
るようにした。これによって、ギヤ比Ｇの変化に応じて
異なった操舵反力Ｔが作用するとともに、ゆっくりステ
アリングホイール１を操舵する運転の場合には速くステ
アリングホイール１を操舵する運転に比べて操舵反力Ｔ
が小さくなり、運転者にギヤ比Ｇの変化を的確に教示す
ることができる。その結果、ステアリングホイール１を
操舵する際の運転者の違和感が防止される。また、平均
値Ｖ1,Ｖ2から操舵反力Ｔを算出するので、実舵角速度
の検出値Ｖθ／Ｇがばらついていても適切な操舵反力Ｔ
が与えられる。さらにまた、操舵角検出センサ８からの
検出値に基づいてギヤ比Ｇと舵角速度Ｖθなどが算出さ
れるので、センサの数を節約できる。

【００３２】また、Ｔ＝Ｋ／Ｇにより操舵反力Ｔを算出
したので、運転者が一定の操舵力でステアリングホイー
ル１を操舵した場合にギヤ比Ｇの減少に伴い操舵反力Ｔ
が増加し、ステアリングホイール１の実操舵角θ／Ｇが
大きくなりすぎない。さらに、車速Ｓに応じて変化する
実用実舵角θrefに対する実操舵角の割合θ／Ｇ／θref
に応じて操舵反力Ｔを変化させるようにしたので、ステ
アリングホイール１を的確に操舵することができる。

【００３３】さらにまた、ギヤ比Ｇの変化の開始時θA
および終了時θBに、瞬間的に操舵反力Ｔを大きくする
ようなクリック力を作用させたので、運転者はギヤ比Ｇ
の変化の開始と終了を容易に認識することができる。ま
た、舵角速度｜Ｖθ｜が大きいほどクリック力を発生さ
せる範囲θCを大きくするようにしたので、慎重な運転
が一層促進される。さらに、操舵反力係数ＫD,ＫMの乗
算値に応じてクリック高さＴCを算出し、ＫD×ＫMが所
定値１以下のときはクリック力を発生させないようにし
たので、この場合にはスムーズなステアリングホイール
１の操舵を行える。

【００３４】−第２の実施の形態− 図１３、１４を用いて本発明の第２の実施の形態を説明
する。なお、第２の実施の形態に係わる車両用操舵装置
の構成は図１と同様であり、以下では第１の実施の形態
との相違点を主に説明する。第１の実施の形態では、ギ
ヤ比一定の所定区間θ11＜θ＜θ12およびギヤ比Ｇが変
化する所定区間θ21＜θ＜22における実舵角速度の平均
値Ｖ1,Ｖ2により運転者操作指数Ｄを算出したが、第２
の実施の形態では、後述するように実舵角加速度の平均
値Ａa,Ａbから運転者操作指数Ｄを算出する。

【００３５】図１３（ａ）は、運転者がステアリングホ
イール１を慎重に操舵する場合の操舵角θと実舵角加速
度（操舵角θを二階微分した値Ａθをギヤ比Ｇで除算し
たもの）との関係を示す図であり、図１３（ｂ）は、運
転者がステアリングホイール１の操舵角を予測して一気
に操舵する場合の操舵角θと実舵角加速度Ａθ／Ｇとの
関係を示す図である。図において、Ａａはギヤ比Ｇが変
化する直前（θ≒θa：第１の範囲）の実舵角加速度の
平均値（物理量の代表値）であり、Ａbはギヤ比Ｇが変
化している途中（θ≒θb：第２の範囲）の実舵角加速
度の平均値（物理量の代表値）である。ステアリングホ
イール１を慎重に操作する場合にはギヤ比Ｇの変化の前
後で実舵角加速度の平均値Ａa,Ａbはほぼ等しくなるの
に対し、予測で操作する場合には、ギヤ比の増加に伴い
実舵角加速度の平均値Ａbも上昇し、舵角θB付近で極大
値となっている。ここで、実舵角加速度の平均値の比Ａ
b／Ａaが小さいほど操作の慎重度合いが大きいことを意
味し、以下では運転者操作係数ＤをＡb／Ａaとして説明
する。

【００３６】図１４は、第２の実施の形態に係わるコン
トローラ７で実行される処理の一部を示すフローチャー
トである。なお、図１４に続く処理（ステップＳ２５〜
ステップＳ３８）は図１２と同一であるのでその説明を
省略するとともに、図１４において、図１１と同一の箇
所には同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説
明する。第２の実施の形態では、実操舵速度の平均値Ｖ
1,Ｖ2の代わりに実操舵加速度の平均値Ａa,Ａbを運転者
操作指数Ｄを算出する際のパラメータとして用いる。し
たがって、ステップＳ１の代わりのステップＳ１Ａで
は、初期値として実舵角加速度の平均値Ａa,Ａb、およ
び所定のサンプル数Ｓ1e,Ｓ2eに対応する実舵角加速度
Ａa（０〜Ｓ1e）,Ａb（０〜Ｓ2e）をそれぞれ０に設定
する。

【００３７】ステップＳ４の代わりのステップＳ４Ａ、
およびステップＳ１３のステップＳ１３Ａでは操舵角θ
が前述した所定の操舵角θa,θbにほぼ等しいか否かを
判定する。これは、例えば0.95×θa＜θ＜1.05×θa,
0.95×θb＜θ＜1.05×θbを満たすか否かにより判定さ
れる。そして、ステップＳ５〜ステップＳ１２、ステッ
プＳ１４〜ステップＳ２１の代わりのステップＳ５Ａ〜
ステップＳ１２Ａ、ステップＳ１４Ａ〜ステップＳ２１
Ａでは、実舵角速度の平均値Ｖ1,Ｖ2の代わりに実舵角
加速度の平均値Ａa,Ａbを算出する。この場合、実舵角
加速度の平均値Ａa,Ａbは第１の実施の形態における実
舵角速度の平均値Ｖ1,Ｖ2と同様、ステアリングホイー
ル１の操舵の度に更新される。なお、第２の実施の形態
では、操舵角θａ,θbにおける実舵角加速度をサンプル
する範囲が狭いため、サンプリングタイムを短く設定す
る。

【００３８】第２の実施の形態では、実舵角加速度の平
均値Ａa,Ａbに基づいて運転者操作指数Ｄを算出するの
で、図１３に示すように所定の操舵角θa,θbにおける
実舵角加速度の差（Ａb−Ａa）が顕著な場合には、実舵
角速度の平均値Ｖa,Ｖ2によって運転者操作指数Ｄを算
出した場合に比べて運転者操作指数Ｄの値が大きくな
る。その結果、ゆっくり操舵する運転と速く操舵する運
転とで操舵反力Ｔの値をさらに大きく異ならせることが
でき、違和感を防止することができ、運転の学習を一層
促進する。

【００３９】なお、上記実施の形態では、電動モータ６
により操舵反力Ｔを作用させるようにしたが、他のアク
チュエータにより操舵反力Ｔを作用させるようにしても
よい。その一例として、コラムシャフト２にブレーキ力
を付与するようなブレーキパッドを設け、パッドの押し
付け力を調整して操舵トルクＴを作用させるようにして
もよい。また、上記実施の形態では、操舵反力Ｔとギヤ
比Ｇとの関係をＴ＝Ｋ／Ｇにより設定したが、操舵反力
Ｔがギヤ比Ｇに応じて変化するのであれば、操舵反力Ｔ
とギヤ比Ｇとの関係はいかなるものであってもよい。さ
らに、上記実施の形態では、ギヤ比Ｇ（操舵角θ）の変
化に応じて変化する実舵角速度の平均値Ｖ1,Ｖ2や実舵
角加速度の平均値Ａa,Ａbに基づいて操舵反力Ｔを変化
させるようにしたが、ギヤ比Ｇの大きさと相関関係を有
する他のパラメータにより操舵反力Ｔを変化させてもよ
い。さらにまた、上記実施の形態では、運転者の操作余
裕を考慮して操舵反力係数Ｋを算出したが（Ｋ∝Ｋ
M）、これ以外に運転者の操作度合いのみから操舵反力
係数Ｋを算出してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる車両用操舵装置の
構成を示す図。

【図２】ステアリングホイールの操舵角とギヤ比との関
係を示す図。

【図３】操舵角とステアリングホイールに作用する操舵
反力との関係を示す図。

【図４】ギヤ比と操舵反力との関係を示す図。

【図５】ステアリングホイールの操舵のパターンの違い
による操舵角と実舵角速度との関係を示す図。

【図６】運転者操作指数と操舵反力係数との関係を示す
図。

【図７】車速と実用実舵角との関係を示す図。

【図８】余裕係数と操舵反力係数との関係を示す図。

【図９】操舵反力係数ＫD,ＫMの乗算値とクリック高さ
との関係を示す図。

【図１０】舵角速度とクリック角度との関係を示す図。

【図１１】第１の実施の形態に係わる車両用操舵装置を
構成するコントローラでの処理の一例を示す図（その
１）。

【図１２】第１の実施の形態に係わる車両用操舵装置を
構成するコントローラでの処理の一例を示す図（その
２）。

【図１３】ステアリングホイールの操舵のパターンの違
いによる操舵角と実舵角加速度との関係を示す図。

【図１４】第２の実施の形態に係わる車両用操舵装置を
構成するコントローラでの処理の一例を示す図。

【符号の説明】

１ステアリングホイール２コラ
ムシャフト３ピニオン４ラッ
ク６電動モータ７コン
トローラ８操舵角検出センサ９車速
センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６２Ｄ 119:00 Ｂ６２Ｄ 119:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングホイールの操舵力を車輪に
伝達する可変ギヤ機構を有する伝達手段と、前記ステアリングホイールに作用する操舵反力を増減す
る操舵力調整手段とを備えた車両用操舵装置において、前記可変ギヤ機構は、ギヤ比一定の第１の範囲と、前記
ステアリングホイールの操舵角の増加に応じてギヤ比が
変化する第２の範囲とを有し、前記ギヤ比を検出するギヤ比検出手段と、運転者のステアリングホイール操舵状態と相関関係を有
する物理量を検出する物理量検出手段と、前記ギヤ比検出手段によって検出されたギヤ比と、前記
第１の範囲において前記物理量検出手段により検出され
た物理量の代表値と前記第２の範囲において前記物理量
検出手段により検出された物理量の代表値との比に応じ
て操舵反力が変化するように前記操舵力調節手段を制御
する制御手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装
置。
【請求項２】請求項１に記載の車両用操舵装置におい
て、前記物理量の代表値は、所定時間において検出された前
記ステアリングホイールの実舵角速度の平均値であるこ
とを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】請求項１に記載の車両用操舵装置におい
て、前記物理量の代表値は、所定時間において検出された前
記ステアリングホイールの実舵角加速度の平均値である
ことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】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、前記第１の範囲において検出された物
理量の代表値と、前記第２の範囲において検出された物
理量の代表値との比を前記ギヤ比検出手段で検出された
ギヤ比で除算した値に操舵反力がほぼ比例するように前
記操舵力調整手段を制御することを特徴とする車両用操
舵装置。
【請求項５】請求項４に記載の車両用操舵装置におい
て、車両の速度を検出する車速検出手段と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検
出手段とを有し、前記制御手段は、前記車速検出手段によって検出された
車速に応じて変化する実操舵角の上限値と、前記舵角検
出手段によって検出された操舵角を前記ギヤ比検出手段
で検出されたギヤ比で除算した値との比に前記操舵反力
がほぼ比例するように前記操舵力調整手段を制御するこ
とを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項６】請求項１に記載の車両用操舵装置におい
て、前記第１の範囲と前記第２の範囲との境界をまたぐ第３
の範囲を検出する境界検出手段を有し、前記制御手段は、前記境界検出手段により第３の範囲が
検出されると、前記第１の範囲において検出された物理
量の代表値と、前記第２の範囲において検出された物理
量の代表値との比に応じた瞬間的に高い操舵反力が発生
するように前記操舵力調整手段を駆動することを特徴と
する車両用操舵装置。
【請求項７】請求項６に記載の車両用操舵装置におい
て、前記ステアリングホイールの舵角速度を検出する舵角速
度検出手段を有し、前記制御手段は、前記舵角速度検出手段によって検出さ
れた舵角速度の増加に伴い前記瞬間的に高い操舵反力の
発生する第３の範囲が大きくなるように前記操舵力調整
手段を制御することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項８】請求項６に記載の車両用操舵装置におい
て、前記制御手段は、前記第１の範囲において検出された物
理量の代表値と、前記第２の範囲において検出された物
理量の代表値との比が所定値以下のとき、前記瞬間的に
高い操舵反力が発生しないように前記操舵力調整手段を
制御することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項９】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、操舵反力に前記ギヤ比検出手段で検出
されたギヤ比を乗算した値が所定値となるように操舵反
力を決定し、この所定値は、前記第１の範囲において検
出された物理量の代表値と前記第２の範囲において検出
された物理量の代表値との比にほぼ比例することを特徴
とする車両用操舵装置。
【請求項１０】請求項９に記載の車両用操舵装置にお
いて、前記制御手段は、車速に対する基準となる実操舵角の範
囲の上限値である実用実舵角のテーブルを有し、現在の
操舵角を前記ギヤ比検出手段で検出されたギヤ比で除算
した値と前記実用実舵角との比に応じて前記所定値を調
整することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項１１】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、前記第１の範囲から前記第２の範囲へ
の変化点において操舵反力を大きくするクリック力を発
生させ、そのクリック力の大きさは前記第１の範囲にお
いて検出された物理量の代表値と前記第２の範囲におい
て検出された物理量の代表値との比に応じて決定するこ
とを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の車両用操舵装置に
おいて、前記制御手段は、前記ステアリングホイールの舵角速度
が大きいほど前記クリック力を発生する舵角範囲が広く
なるように決定することを特徴とする車両用操舵装置。