JP2005186680A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 山岳路等の左右にカーブが連続する区間を走行中、操舵応答性を良好に保ちつつ、運転者に与える違和感を抑制できるステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ステアリングホイール１と前輪４，４との間に設けられ、ステアリングホイール１の操舵角に対する前輪４，４の転舵角の比である舵角比を、車速に応じて可変に制御する可変舵角比コントローラ７を備えたステアリング装置において、可変舵角比アクチュエータ７は、カーブが連続する区間では、直線走行時よりも舵角比を大きく設定するとともに、舵角比の変化幅もしくは変化速度の少なくとも一方を制限する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステアリング操作手段の操舵角に対する操向輪の転舵角の比である舵角比を可変に制御する可変舵角比制御手段を備えたステアリング装置の技術分野に属する。

従来の可変舵角比機構を備えたステアリング装置では、左右にカーブが連続する例えば山岳路走行が検出されたとき、市街地等の通常走行時よりも舵角比を大きく設定し、ステアリング操舵応答をクイックにすることにより、カーブの多い山岳路における車両の操舵応答性を高めている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２４５８３３号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、車速に応じて舵角比を変化させている。よって、山岳路等で比較的タイトなカーブが連続する場合には、加減速が頻繁に行われるのに起因して、舵角比が頻繁に変化し、運転者に違和感を与え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、山岳路等の左右にカーブが連続する区間を走行中、操舵応答性を良好に保ちつつ、運転者に与える違和感を抑制でき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、ステアリング操作手段と操向輪との間に設けられ、ステアリング操作手段の操舵角に対する操向輪の転舵角の比である舵角比を、車速に応じて可変に制御する可変舵角比制御手段を備えたステアリング装置において、前記可変舵角比制御手段は、左右にカーブが連続する区間では、直線走行時よりも舵角比を大きく設定し、カーブが連続する区間を走行中、舵角比の変化幅もしくは変化速度の少なくとも一方を制限する舵角比制限手段を設けた。

本発明のステアリング装置にあっては、左右にカーブが連続する区間では、舵角比制限手段により舵角比の変化幅もしくは変化速度の少なくとも一方が制限されるため、運転者に与える違和感が抑制される。一方、可変舵角比制御手段により通常走行時よりも舵角比が大きくなるため、良好な操舵応答性は維持される。すなわち、山岳路等のカーブが連続する区間を走行中、操舵応答性を良好に保ちつつ、運転者に与える違和感を抑制できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜４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、ステアリングホイール（ステアリング操作手段）１と、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、可変舵角比アクチュエータ６と、可変舵角比コントローラ（可変舵角比制御手段）７と、操舵角センサ８と、各車輪速センサ９ａ〜９ｄと、カーナビゲーションシステム（道路情報検出手段）１０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。この可変舵角比アクチュエータ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、可変舵角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、ステアリングホイール１の操舵角θに対する前輪転舵角δの比である舵角比（δ／θ）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、可変舵角比コントローラ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、可変舵角比コントローラ７へ出力する。

カーナビゲーションシステム１０は、GPS衛星から送信されてくる位置情報と、CD-ROMソフトやDVDソフトに収められた地図情報とを組み合わせた各種の道路情報を運転者に知らせるものである。実施例１では、車両前方の道路情報（走行する道路の形状、走行するカーブの半径、カーブまでの距離、走行する道路の制限車速情報等）を検出し、可変舵角比コントローラ７へ出力する。

可変舵角比コントローラ７は、操舵角センサ８の出力と、各車輪速センサ９ａ〜９ｄの出力と、カーナビゲーションシステム１０の出力に基づいて、可変舵角比アクチュエータ６を制御する。

可変ギア比コントローラ７は、通常、車速と操舵角に基づいて舵角比を制御する（通常制御）が、カーナビゲーションシステム１０の道路情報により、山岳路等の比較的タイトなコーナーが左右交互に連続する場合には、通常制御時よりも舵角比を小さくして操舵応答性を高めた状態で舵角比をホールドする（舵角比制限制御）。

図２は、可変舵角比コントローラ７の制御ブロック図であり、可変舵角比コントローラ７は、目標舵角比生成部７ａと、目標出力値生成部７ｂとを備える。

目標舵角比生成部７ａは、操舵角センサ８からの操舵角θと、各車輪速センサ９ａ〜９ｄからの各車輪速に基づく車体速（車速）に基づいて、目標舵角比を生成し、目標出力値生成部７ｂに出力する。

目標出力値生成部７ｂは、実舵角比が生成された目標舵角比と一致するように、転舵角指令値を生成し、可変舵角比アクチュエータ６を駆動する。

次に、作用を説明する。
［舵角比制限制御処理］
図３は、実施例１の可変舵角比コントローラ７で実行される舵角比制限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、山岳路を走行中である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Ｓ６へ移行する。なお、山岳路の判定は、車速と操舵角に基づいて行う。すなわち、ある程度の車速が検出され、かつ、左右交互にカーブが連続することで切り返しが頻繁に行われている場合に、山岳路を走行中であると判定する。

ステップＳ２では、カーナビゲーションシステム１０の道路情報から、現在走行中のコーナーの半径Ｒ１（図４参照）がカーブ閾値Ｘ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Ｓ３へ移行し、NOの場合にはステップＳ６へ移行する。

ステップＳ３では、カーナビゲーションシステム１０の道路情報から、次のコーナーまでの距離Ｌ（図４参照）があらかじめ設定された設定距離Ｙ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Ｓ４へ移行し、NOの場合にはステップＳ６へ移行する。

ステップＳ４では、カーナビゲーションシステム１０の道路情報から、次に走行するコーナーの半径Ｒ２（図４参照）がカーブ閾値Ｘ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Ｓ５へ移行し、NOの場合にはステップＳ６へ移行する。

ステップＳ５では、舵角比をホールド、すなわち目標舵角比を現在の舵角比に固定し、リターンへ移行する（舵角比制限手段に相当）。

ステップＳ６では、直線走行時等、車速と操舵角に応じた通常走行時の舵角比制御に移行し、リターンへ移行する。

すなわち、左右交互に連続するコーナーの半径がカーブ閾値Ｘよりも小さな山岳路を走行している場合には、図３のフローチャートにおいては、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へと進む流れとなる。すなわち、ステップＳ３において、次のコーナーまでの距離Ｌが設定距離Ｙよりも小さくなったとき、ステップＳ５において、車速にかかわらず舵角比がホールドされるため、操舵応答性はクイックのままで一定の操舵特性が維持される。

［舵角比制限制御作用］
図５は、山岳路走行時における舵角比制限制御作用を示す説明図である。
上述したように、従来のステアリング装置では、車速に応じて舵角比を変化させているため、例えば、図４に示すような山岳路等で左右交互にカーブが連続する場合には、Ｒ１地点からＲ２地点まで、車速の急変に伴い舵角比変更が頻繁に行われてしまう。この舵角比の頻繁な急変により、ステアリング操舵応答はクイックからスロー、またはスローからクイックへと頻繁に変化するため、運転者に違和感を与える。

これに対し、実施例１のステアリング装置では、次のカーブにすぐ到達することが判っている場合には、Ｒ１地点において、舵角比をホールドするため、操舵応答性はクイックのままで一定の操舵特性が維持される。よって、良好なステアリング操舵応答性と、運転者に与える違和感の抑制を両立できる。

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) 可変舵角比コントローラ７は、カーブが連続する区間を走行中、舵角比をクイックな状態でホールドするため、操舵応答性を良好に保ちつつ、運転者に与える違和感を抑制できる（請求項１に対応する効果）。

(2) 可変舵角比コントローラ７は、現在走行中のカーブの半径Ｒ１と、次に走行するカーブの半径Ｒ２が共にカーブ閾値Ｘよりも小さく、かつ、次のカーブまでの距離Ｌが設定距離Ｙよりも小さいとき、舵角比をホールドするため、山岳路以外を走行中であっても車速の頻繁な急変に備えることができ、運転者に与える違和感をより確実に抑制できる（請求項２に対応する効果）。

実施例２のステアリング装置は、現在走行中のカーブから次に走行するカーブまでの到達時間を推定し、この推定時間に基づいて舵角比をホールドする点で実施例１と異なり、構成等は実施例１と同じであるため、構成の説明を省略する。

次に、作用を説明する。
［舵角比制限制御処理］
図６は、実施例２の可変舵角比コントローラ７で実行される舵角比制限制御処理の流れを示すフローチャートであり、図３と異なるステップのみ説明する。

ステップＳ１３では、カーナビゲーションシステム１０の道路情報から、次のコーナーまでの到達時間Ｔが、あらかじめ設定された設定時間Ｚよりも短いかどうかを判定する。YESの場合にはステップＳ４へ移行し、NOの場合にはステップＳ６へ移行する。

なお、次のコーナーまでの到達時間Ｔは、カーブまでの距離Ｌを制限車速Ｖで除することにより算出する（到達時間推定手段に相当）。制限車速Ｖは、カーナビゲーションシステム１０からの道路情報により得られる。

すなわち、連続するコーナーの半径がカーブ閾値Ｘよりも小さな山岳路を走行している場合には、図６のフローチャートにおいては、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ１３→ステップＳ４→ステップＳ５へと進む流れとなる。すなわち、ステップＳ１３において、次のコーナーまでの到達時間Ｔが設定時間Ｚよりも短くなったとき、ステップＳ５において、車速にかかわらず舵角比がホールドされるため、操舵応答性はクイックのままで、一定の操舵特性が維持される。

次に、効果を説明する。
実施例２のステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)に加え、下記の効果が得られる。

(3) 可変舵角比コントローラ７は、現在走行中のカーブの半径Ｒ１と、次に走行するカーブの半径Ｒ２が共に設定距離Ｘよりも小さく、かつ、次のカーブまでの到達時間Ｔが設定時間Ｚよりも短いとき、舵角比をホールドするため、次のカーブへの到達時間を正確に判断でき、適正なタイミングで舵角比をホールドできる（請求項３に対応する効果）。

実施例３は、実施例１におけるカーブ閾値Ｘを、カーナビゲーションシステム１０により得られる制限車速Ｖに応じて変化させる点で、実施例１と異なり、構成等は同一であるため、構成の説明を省略する。

次に、作用を説明する。
図７は、制限車速Ｖに応じたカーブ閾値Ｘの特性図であり、図７に示すように、カーブ閾値Ｘは、車速Ｖが40km/h以下では20m、車速Ｖが100km/h以上では300mとなり、その間の区間は、車速Ｖに正比例して大きくなるように設定される。

次に、効果を説明する。
実施例３のステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)，(2)に加え、下記の効果が得られる。

(4) 可変舵角比コントローラ７は、車速Ｖに応じて舵角比をホールドする条件となるカーブ閾値Ｘを変化させるため、車速に応じた適正な舵角比のホールドを実現できる（請求項４に対応する効果）。

実施例４は、実施例１におけるカーブ閾値Ｘを、車両加速度Ｇに応じて変化させる点で実施例１と異なる。なお、車両加速度Ｇは、車輪速センサ９ａ〜９ｄから求めた車体速を微分して算出できる（加速度検出手段）。

図８は、加速度Ｇに応じたカーブ閾値Ｘの特性図であり、現在のカーブへの制動減速度Ｇdと、そこからの脱出加速度Ｇaをとり、その加速度と図８の特性図に基づいて、カーブ閾値Ｘを変化させる。

カーブ閾値Ｘは、減速度Ｇdの絶対値が0.4以下で、脱出加速度Ｇaが0.5以下のときは一定であり、減速度Ｇdの絶対値が大きくなるに従って大きく、また脱出加速度Ｇaが大きくなるに従って大きくなるように設定される。

すなわち、加速度変化量（Ｇa＋Ｇd）が大きい場合には、舵角比の変化が大きくなるため、運転者が違和感を感じやすい。よって、加速度変化量（Ｇa＋Ｇd）が大きい場合には、カーブ閾値Ｘを大きくし、より緩やかなカーブが連続する場合であっても舵角比をホールドさせることにより、運転者に与える違和感を抑制できる。

次に、効果を説明する。
実施例４のステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)，(2)に加え、下記の効果が得られる。

(5) 可変舵角比コントローラ７は、現在のカーブへの制動減速度Ｇdと、そこからの脱出加速度Ｇaとの差が大きいとき、カーブ閾値Ｘを大きくするため、加速度変化量（Ｇa＋Ｇd）が大きく舵角比が変化しやすい場合には、緩やかな山岳路であっても舵角比をホールドすることにより、運転者に与える違和感を防止できる（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１〜４に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１〜４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１〜４では、舵角比をホールド（固定）する例を示したが、本発明は、舵角比の変化幅もしくは変化速度の少なくとも一方を制限する構成であればよい。

舵角比の変化幅を制限する場合には、変化幅は、舵角比が最大に変化したとき、運転者に違和感を与えない幅とする。また、舵角比の変化速度を制限する場合には、例えば、変化率リミッタにより舵角比上昇側または舵角比下降側の一方を1.0/secに制限する構成としてもよい。さらに、変化幅と変化速度を共に制限してもよい。

実施例３と実施例４を組み合わせて、カーブ閾値Ｘを車速Ｖと加速度変化量（Ｇa＋Ｇd）の両方に基づいて変化させる構成としてもよい。
また、Ｇセンサを設け、車両加速度Ｇを実測する構成としてもよい。

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。 可変舵角比コントローラ７の制御ブロック図である。 実施例１の可変舵角比コントローラ７で実行される舵角比制限制御処理の流れを示すフローチャートである。 山岳路走行の一例である。 山岳路走行時における舵角比制限制御作用を示す説明図である。 実施例２の可変舵角比コントローラ７で実行される舵角比制限制御処理の流れを示すフローチャートである。 制限車速Ｖに応じたカーブ閾値Ｘの特性図である。 加速度Ｇに応じたカーブ閾値Ｘの特性図である。

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 可変舵角比アクチュエータ
７ 可変舵角比コントローラ
８ 操舵角センサ
９ａ〜９ｄ 車輪速センサ
１０ カーナビゲーションシステム

Claims (5)

1. ステアリング操作手段と操向輪との間に設けられ、ステアリング操作手段の操舵角に対する操向輪の転舵角の比である舵角比を、車速に応じて可変に制御する可変舵角比制御手段を備えたステアリング装置において、
   前記可変舵角比制御手段は、左右にカーブが連続する区間では、直線走行時よりも舵角比を大きく設定し、
   カーブが連続する区間を走行中、舵角比の変化幅もしくは変化速度の少なくとも一方を制限する舵角比制限手段を設けた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、
   車両前方の道路情報を検出する道路情報検出手段を設け、
   前記舵角比制限手段は、現在走行中のカーブの半径と、次のカーブの半径が共に予め設定されたカーブ閾値よりも小さく、かつ、次のカーブまでの距離があらかじめ設定された設定距離よりも短いとき、舵角比の変化幅もしくは変化速度の少なくとも一方を制限することを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項２に記載のステアリング装置において、
   次のカーブまでの到達時間を推定する到達時間推定手段を設け、
   前記舵角比制限手段は、推定された到達時間があらかじめ設定された設定時間よりも小さいとき、舵角比の変化幅もしくは変化速度の少なくとも一方を制限することを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項２または請求項３に記載のステアリング装置において、
   カーブ走行時の車速を予測する車速予測手段を設け、
   前記舵角比制限手段は、予測された車速に応じてカーブ閾値を変化させることを特徴とするステアリング装置。
5. 請求項２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、
   車両の加速度を検出する加速度検出手段を設け、
   前記舵角比制限手段は、検出された加速度の変化量に応じてカーブ閾値を変化させることを特徴とするステアリング装置。

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