JP2005186679A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速道路等の高速直進走行でスローな操舵応答に慣れた運転者が、高速道路から降りたときに感じる操舵応答性の変化に伴う違和感の発生を防止するステアリング装置を提供する。
【解決手段】 前輪４，４の転舵角に対するステアリングホイール１の操舵角の比であるステアリングギヤ比を、車速に応じて可変に制御する可変ギヤ比コントローラ７を備えたステアリング装置において、可変ギヤ比コントローラ７は、高速直進走行が所定時間継続した後に車両が減速しているとき、ステアリングギヤ比の変化特性を、通常のステアリングギヤ比制御時よりも緩やかにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車速に応じてステアリングギヤ比を可変させるステアリング装置の技術分野に属する。

従来のステアリング装置では、低〜中速域ではステアリングギヤ比（操向輪の転舵角に対するステアリングホイールの転舵角の比）を小さくして操舵応答をクイックにし、高速域ではステアリングギヤ比を大きくして操舵応答をスローにすることで、低〜中速域における軽く良好な操舵感と、高速域における緩やかで安定感のある操舵感を実現している（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１２４５２８号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、高速道路等で高速直進走行を継続し、運転者がスローな操舵応答に慣れた後、高速降り口などのカーブで車速を落とし、操舵応答がクイックになった場合に、操舵応答の差により違和感（ギャップ）を感じるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、高速道路等の高速直進走行でスローな操舵応答に慣れた運転者が、高速道路から降りたときに感じる操舵応答性の変化に伴う違和感の発生を防止するステアリング装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、操向輪の転舵角に対するステアリング操作手段の操舵角の比であるステアリングギヤ比を、車速に応じて可変に制御する可変ギヤ比制御手段を備えたステアリング装置において、
高速直進走行が所定時間継続したかどうかを判定する高速直進走行判定手段を設け、
前記可変ギヤ比制御手段は、高速直進走行が所定時間継続した後に車両が減速しているとき、ステアリングギヤ比の変化特性を、通常のステアリングギヤ比制御時よりも緩やかにするスロー制御を実施することを特徴とする。

本発明のステアリング装置にあっては、運転者が高速直進走行に慣れた後に車両が減速しているとき、ステアリングギヤ比を通常よりも緩やかに変化させるため、スローな操舵応答に慣れた運転者が、高速道路から降りたとき等に感じる操舵応答性の変化に伴う違和感の発生を防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図であり、実施例１のステアリング装置は、コラムシャフト２と、前輪転舵機構３と、前輪（操向輪）４，４と、後輪５，５と、可変ギヤ比アクチュエータ６と、可変ギヤ比コントローラ（可変ギヤ比制御手段）７と、操舵角センサ８と、各車輪速センサ９ａ〜９ｄと、を備えている。

前輪転舵機構３は、ステアリングホイール（ステアリング操作手段）１からコラムシャフト２に入力された回転を、ラックアンドピニオンにより車両の横方向運動へ変換し、前輪４，４を転舵させる。

転舵アクチュエータ６は、例えば、減速機を備えたDCブラシレスモータ（以下、モータ）を備え、図１において、上端位置にステアリングホイール１が取り付けられたアッパコラムシャフト２ａと、前輪転舵機構３に連結されるロアコラムシャフト２ｂとの間の位置に配置されている。この可変ギヤ比アクチュエータ６は、アッパコラムシャフト２ａを介して入力される回転を、ステアリングギヤ比により減速してロアコラムシャフト２ｂへ出力するもので、これにより、前輪転舵角δに対するステアリングホイール１の操舵角θの比であるステアリングギヤ比（θ／δ）を変化させる。

操舵角センサ８は、ステアリングホイール１の操舵角θを検出し、可変ギヤ比コントローラ７へ出力する。車輪速センサ９ａ〜９ｄは、前輪４，４と後輪６，６の回転速度から車輪速を検出し、可変ギヤ比コントローラ７へ出力する。

可変ギヤ比コントローラ７は、操舵角と、操舵角から求まる操舵速度と、各車輪速から求まる車速（車体速）とに基づいて、可変ギヤ比アクチュエータ６を制御する。

また、可変ギヤ比コントローラ７は、高速直進走行が所定時間継続した後に車両が減速しているとき、ステアリングギヤ比の特性を、通常のステアリングギヤ比制御時よりも緩やかにするスロー制御を実施する。

ステアリングギヤ比の特性は、車速に応じてあらかじめ設定された複数のギヤ比マップを変更することにより行われる。ギヤ比マップは、低〜中速域ではステアリングギヤ比（前輪４，４の転舵角に対するステアリングホイール１の転舵角の比）を小さくして操舵応答をクイックにし、高速域ではステアリングギヤ比を大きくして操舵応答をスローにすることで、低〜中速域における軽く良好な操舵感と、高速域における緩やかで安定感のある操舵感を両立できるように設定されている。

次に、作用を説明する。
［スロー制御処理］
図２は、実施例１の可変ギヤ比コントローラ７で実行されるステアリングギヤ比のスロー制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１では、高速直進走行が所定時間継続したかどうかを判定する（高速直進走行判定手段に相当）。YESの場合にはステップＳ２へ移行し、NOの場合にはリターンへ移行する。
判定方法は任意であるが、実施例１では、１０分間の車速平均値が８０km/h以上であり、かつ車速二乗平均誤差が一定値以下であり、かつヨーレート絶対値の積分値があるしきい値以下の場合に、高速直進走行が所定時間継続したと判定する。

ステップＳ２では、スロー制御を開始するための基準車速VSP_aveを設定し、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、図４に示すように、通常制御ギヤ比よりも緩やかな特性を有するスロー制御時の変更後ギヤ比マップを設定し、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、基準車速VSP_aveが現在の車速よりも小さいかどうかを判定する。YESの場合にはステップＳ２へ移行し、NOの場合にはステップＳ５へ移行する。

ステップＳ５では、スロー制御フラグをセットし、ステップＳ６へ移行する。

ステップＳ６では、図４のギヤ比マップに基づいて制御ギヤ比を設定し、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ７では、設定した制御ギヤ比となるように、可変ギヤ比アクチュエータ６を駆動し、ステップＳ８へ移行する。

ステップＳ８では、車両が停止したかどうかを判定する。YESの場合にはステップＳ９へ移行し、NOの場合にはステップＳ４へ移行する。

ステップＳ９では、スロー制御フラグをクリアし、ステップＳ１０へ移行する。

ステップＳ１０では、スロー制御を解除し、ギヤ比マップを通常のステアリングギヤ比制御におけるギヤ比マップに戻し、リターンへ移行する。

すなわち、高速直進走行が行われた後、車両が徐々に減速した場合には、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８へと進み、ステップＳ８において、車両が停止するまで、ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８が繰り返される。すなわち、ステップＳ４において、車速が基準車速VSP_ave以下となったとき、ステップＳ６において、ステップＳ３で設定されたスロー制御時のギヤ比マップに基づいて制御ギヤ比が設定され、ステップＳ７において、設定された制御ギヤ比となるように可変ギヤ比アクチュエータ６が駆動される。よって、操舵応答がスローからクイックに緩やかに変化するため、操舵応答性の変化に伴い運転者が感じる違和感の発生を防止できる。

スロー制御中に車両が再び加速し、車速が設定された基準車速VSP_aveを超えた場合には、ステップＳ４→ステップＳ２→ステップＳ３へと進み、ステップＳ２において、基準車速VSP_aveが再設定され、ステップＳ３において、図５に示すように、スロー制御時のギヤ比マップが再設定される。よって、一度設定したスローギヤ比から更に高い車速で走行した場合に対応できる。

車両が停車した場合には、ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１０へと進み、ステップＳ１０において、スロー制御が解除され、ギヤ比マップが通常制御のマップに戻される。すなわち、車速ゼロで通常のステアリングギヤ比に戻すことにより、発進時には、クイックな操舵応答となり、低車速域における軽く良好な操舵感が得られる。

ここで、図６に示すように、車速ゼロ（車両停止）となったときのステアリングギヤ比は、通常制御時のステアリングギヤ比まで低下させないように設定されている。すなわち、通常制御に戻そうとするとステアリングギヤ比の変化が大きくなってしまい、運転者に違和感を与えてしまうが、車速ゼロのステアリングギヤ比を通常制御のステアリングギヤ比まで下げないようにすることで、停車時のステアリングギヤ比の変化を小さくし、違和感の発生を抑えることができる。

［微分ステア制御マップ変更制御処理］
図３は、可変ギヤ比コントローラ７で実行されるスロー制御時の微分ステア制御マップ変更制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１１では、スロー制御中であるかどうかを、スロー制御フラグがセットされているかどうかから判定する。YESの場合にはステップＳ１２へ移行し、NOの場合にはステップＳ１５へ移行する。

ステップＳ１２では、図７に示すように、微分ステア制御マップを、波線で示すスロー制御時（通常制御時も同一）のものから、実線で示すものに変更し、ステップＳ１３へ移行する。変更後のマップは、操舵速度が200deg/sec以上で、スロー制御よりも制御角Ｋが大きくなるように設定されている。

ステップＳ１３では、図７のマップから、操舵速度に応じた微分ステア制御角Ｋを算出し、ステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４では、微分ステア制御角Ｋに対し、車速に応じたゲインＧを掛け合わせ、これに車速に応じたリミッタをかけてリターンへ移行する。ゲインＧは、図８に示すように、スロー制御時にステアリングギヤ比が大きくなる領域に対しゲインＧが大きくなるように設定されている。また、リミッタにおいても、図９に示すように、スロー制御時に制御量が減ってしまう車速領域のリミッタを上げるように設定されている。

ステップＳ１５では、微分ステア制御マップを、通常のステアリングギヤ比制御における微分ステア制御マップに戻し、リターンへ移行する。

［スロー制御作用］
従来のステアリング装置では、停止時にステアリングギヤ比を最も小さくし、車速が高くなるに従ってステアリングギヤ比を大きくしているため、高速道路等で高速直進走行を継続した場合、運転者はスローな操舵応答に慣れてしまい、高速道路降り口などのカーブで車速を落とし、操舵応答がクイックとなったとき、違和感を感じるという問題があった。

なお、ステアリングギヤ比の急変動を防止する技術としては、特開２０００−８９３２４号公報において、車速の変化量が所定値を超えたとき、ステアリングギヤ比の変化量を鈍らせる技術が開示されている。

ところが、この従来技術は、極短い時間変化でステアリングギヤ比の急変を防止するものであり、運転者の慣れによる比較的長時間における高速走行時からのギヤ比変化によるギャップには対応できない。

これに対し、実施例１のステアリング装置では、高速直進走行が所定時間継続してから、車速が基準車速VSP_ave以下となったとき、車両が停止するまでの間、通常制御ギヤ比よりも緩やかな特性のギヤ比マップに切り替えるため、スロー操舵応答に慣れた運転者が、高速道路から降りたときなどに感じる操舵応答性の変化に伴う違和感を防止できる。

［微分ステア制御マップ変更制御作用］
スロー制御を実施した場合、上述した操舵応答性の変化に伴う違和感の発生を防止できるが、単純にステアリングギヤ比をスローにすると、例えば、高速道路からサービスエリアに入る場合など、比較的大きな操舵が必要となる場面において、操舵応答性が悪くなってしまう。これを改善するために、操舵速度に応じて微分ステア舵角を増加させる方法が考えられるが、単純に増加した場合には、ステアリングギヤ比をスローにする効果が失われてしまう。

よって、これらを両立するため、図７に示したように、操舵速度200deg/sec以下では、ギヤ比変化を緩やかにして運転者に与える違和感を防止する一方、障害物回避等の操舵と考えられる操舵速度200deg/sec以上では、ステアリングギヤ比の変化速度を速くすることで、操舵応答性を十分クイックにすることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のステアリング装置にあっては、下記の効果が得られる。

(1) 可変ギヤ比コントローラ７は、高速直進走行が所定時間継続した後、車両が減速しているとき、ステアリングギヤ比の変化特性を、通常のステアリングギヤ比制御時よりも緩やかにするスロー制御を実施するため、高速道路等でスローな操舵応答に慣れた運転者が、高速道路から降りたとき等に感じる操舵応答性の変化に伴う違和感の発生を防止できる（請求項１に対応する効果）。

(2) 可変ギヤ比コントローラ７は、スロー制御実施中に車両が加速したとき、ステアリングギヤ比の変化特性を更新するため、一度設定したステアリングギヤ比から更に高い車速で走行した場合でも、車速に応じて運転者に違和感を与えないステアリングギヤ比の変化特性を設定できる（請求項２に対応する効果）。

(3) 可変ギヤ比コントローラ７は、車速ゼロでのステアリングギヤ比を、通常制御時のステアリングギヤ比まで低下させないため、停車時にステアリングギヤ比が大きく変化することに起因して運転者に違和感を与えるのを防止できる（請求項３に対応する効果）。

(4) 可変ギヤ比コントローラ７は、車速ゼロでスロー制御を解除するため、発進時の低車速域において、軽く良好な操舵感を確保できる。

(5) 可変ギヤ比コントローラ７は、スロー制御実施中、操舵速度が操舵速度しきい値200deg/secを超えたとき、ステアリングギヤ比の時間当たりの制御量、すなわち変化速度を、スロー制御実施中よりも大きくするため、操舵応答特性の急変に伴う違和感の発生を抑制しつつ、運転者が高応答な操舵を要求している場合には、運転者の意図するクイックな操舵応答性が得られる（請求項５に対応する効果）。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、車両が停止したとき、スロー制御を終了することとしたが、車速があらかじめ設定した極低速を下回ったとき、またはETC通信信号により高速道路を降りたことを判断してスロー制御を終了してもよい。

また、高速直進走行が所定時間継続したと判定する方法としては、カーナビゲーション装置を用いて高速道路走行情報を取得し、その時間が例えば１０分を超えたときに高速直進走行と判断してもよい。

ステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図である。 可変ギヤ比コントローラ７で実行されるスロー制御処理の流れを示すフローチャートである。 可変ギヤ比コントローラ７で実行されるスロー制御時の微分ステア制御マップ変更制御処理の流れを示すフローチャートである。 スロー制御時における車速に応じたギヤ比マップの一例である。 スロー制御時における車速に応じたギヤ比マップ更新例である。 スロー制御時における車速ゼロのステアリングギヤ比の一例である。 操舵速度に応じた制御角設定マップの一例である。 車速に応じたゲイン設定マップの一例である。 車速に応じたリミッタ設定マップの一例である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ コラムシャフト
２ａ アッパコラムシャフト
２ｂ ロアコラムシャフト
３ 前輪転舵機構
４ 前輪
５ 後輪
６ 可変ギヤ比アクチュエータ
７ 可変ギヤ比コントローラ
８ 操舵角センサ
９ａ〜９ｄ 車輪速センサ

Claims (5)

1. 操向輪の転舵角に対するステアリング操作手段の操舵角の比であるステアリングギヤ比を、車速に応じて可変に制御する可変ギヤ比制御手段を備えたステアリング装置において、
   高速直進走行が所定時間継続したかどうかを判定する高速直進走行判定手段を設け、
   前記可変ギヤ比制御手段は、高速直進走行が所定時間継続した後に車両が減速しているとき、ステアリングギヤ比の変化特性を、通常のステアリングギヤ比制御時よりも緩やかにするスロー制御を実施することを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記可変ギヤ比制御手段は、スロー制御実施中に車両が加速したとき、ステアリングギヤ比の変化特性を更新することを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記可変ギヤ比制御手段は、スロー制御実施中は、車速がゼロまたは極低速となったときのステアリングギヤ比を、通常のステアリング制御時のステアリングギヤ比まで低下させないことを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
   前記可変ギヤ比制御手段は、車速がゼロまたは極低速となったとき、スロー制御を解除することを特徴とするステアリング装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
   前記ステアリング操作手段の操舵速度を検出する操舵速度検出手段を設け、
   前記可変ギヤ比制御手段は、操舵速度が高いほどステアリングギヤ比の変化速度を大きくし、
   スロー制御実施中に、操舵速度があらかじめ設定された操舵速度しきい値を超えたとき、ステアリングギヤ比の変化速度を、スロー制御実施中のステアリングギヤ比の変化速度よりも大きくすることを特徴とするステアリング装置。
   

Images