JP2007186014A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の操作性を向上させること。
【解決手段】ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置は、一端がステアリングホイール２１に連結され、他端が車両本体１００に連結される操舵軸２２と、操舵軸２２に配設され、操舵軸２２の操舵角を検出する操舵検出手段５０と、を備えている。操舵軸２２は、直列に連結された複数の剛性部材２３及び摩擦部材２４を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関する。

従来、ステアリングホイールに連結されたモータにより、操舵反力を付加するステアバイワイヤシステムを用いた車両用操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−５３３６４号公報

しかしながら、上記従来の車両用操舵装置においては、モータにより操舵反力を付与している。この為、運転者によるステアリングホイールの操舵操作に応じて、常時、モータを駆動させることから、電力消費量が増加する虞がある。また、ステアバイワイヤ式の当該装置は、操舵角センサにより検出された操舵角度に基づいて、モータにより操舵トルクを付与する。この為、操舵初期の立ち上がり特性において、操舵トルクに対して、操舵角が先行することとなる。一方、実際の操舵時においては、操舵トルクが操舵角に対して、先行する。さらに、実際の操舵時に生じるような機械的な摩擦特性を、モータによる操舵反力により、擬似的に作り込むことは困難である。このように、モータのみにより操舵反力を付加する場合、実際の操舵感と異なることから、運転者に対して違和感を与える虞がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、車両の操作性を向上させることを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
一端がステアリングホイールに連結され、他端が車両本体に連結される操舵軸と、
該操舵軸に配設され、該操舵軸の操舵角を検出する操舵検出手段と、を備える、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置であって、
前記操舵軸は、直列に連結された複数の剛性部材及び摩擦部材を有することを特徴とする車両用操舵装置である。

この一態様によれば、実際の操舵に近い、最適な操舵トルクと操舵角との特性を得ることができる為、車両の操作性を向上させることができる。

この一態様において、前記操舵検出手段は、前記複数の剛性部材及び摩擦部材間に配設されていてもよい。これにより、操舵初期の立ち上がり特性において、操舵トルクを操舵角に対して、より先行させることができる。

この一態様において、例えば、前記剛性部材は、前記操舵軸方向に延びるシャフト部材であり、前記摩擦部材は、前記シャフト部材を回転可能に支持する軸受部材であってもよい。

この一態様において、前記剛性部材は、外筒部と、該外筒部の内側に配置される内筒部と、該内筒部と前記外筒部とを連結するバネと、からなるバネ部材を更に有し、
前記シャフト部材の一端には開口部が形成され、他端には突状部が形成され、
前記開口部に前記外筒部が嵌合し、前記突状部に前記内筒部が嵌合していてもよい。これにより、操舵軸を短く構成することができる為、当該装置の小型化を図ることができる。

この一態様において、前記軸受部材は、前記シャフト部材の外周を回転可能に支持する第１軸受部材と、円筒状に形成され、一端が開口し、その内側において、前記第１軸受部材の外周を回転可能に支持する第２軸受部材と、を有していてもよい。これにより、操舵軸を短く構成することができる為、当該装置の小型化を図ることができる。

この一態様において、前記剛性部材のバネ係数を可変させるバネ定数可変手段を更に備えていてもよい。これにより、例えば、車両の挙動状態に応じて、最適な操舵感を得ることができる。

この一態様において、車両のタイヤから発生する反力を検出する反力検出手段を更に備え、
前記バネ係数可変手段は、前記反力検出手段により検出された前記反力に応じて、前記バネ係数を可変させてもよい。これにより、運転者は、ステアリングホイールを介して、車両の走行状態等のインフォメーションをタイヤから得ることができる。なお、タイヤの反力は、例えば、車両の横方向の加速度、上下方向の加速度、タイヤスリップ角度等に基づいて、検出される。

この一態様において、車速を検出する車速検出手段を更に備え、
前記バネ係数可変手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速に応じて、前記バネ係数を可変させてもよい。これにより、車速に応じて、安定した操舵感を得ることができる。

この一態様において、ユーザ操作可能なモードスイッチを更に備え、
前記バネ係数可変手段は、モードスイッチの操作位置に応じて、前記バネ係数を可変させてもよい。これにより、運転者の好みに応じた操舵感を得ることができる。

この一態様において、車両の現在位置を検出する位置検出手段を更に備え、
前記バネ係数可変手段は、前記位置検出手段により検出された前記車両の現在位置に応じて、前記バネ係数を可変させてもよい。これにより、例えば、車両の走行する道路形態に応じて、最適な操舵感を設定することができる。

この一態様において、前記摩擦部材の摩擦係数を可変させる摩擦係数可変手段を更に備えていてもよい。これにより、例えば、車両の挙動状態に応じて、最適な操舵感を得ることができる。

本発明によれば、車両の操作性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施の形態を挙げて説明する。なお、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置のシステム構成の概略を示すブロック図である。

本実施の形態に係る車両用操舵装置１において、運転者によって操作される操舵操作装置２０と、左右前輪３１を運転者の操作により転舵させる転舵装置３０と、を機械的に分離したステアバイワイヤ式が採用されている。

操舵操作装置２０は、運転者によって回転操作される操作部としてのステアリングホイール２１と、一端がステアリングホイール２１に連結され、他端が車両本体１００に回転可能に取付られる操舵軸２２と、を有している。

ところで、ステアバイワイヤ式を用いた車両用操舵装置１において、上述の如く、運転者によって操作される操舵操作装置２０と、左右前輪３１を運転者の操作により転舵させる転舵装置３０と、が機械的に分離している。したがって、操舵時に、擬似的ではあるが適度な操舵反力が操舵軸２２に付与されることで、恰も操舵操作装置２０と転舵装置３０とが機械的に結合しているような（実際の操舵時のような）、操舵感を与えている。これにより、運転者は適度な操舵の手応えを得ることができる。

一方で、従来のステアバイワイヤ式による操舵装置において、ステアリングホイールの操舵操作（操舵入力）に応じて、反力モータのみにより、操舵軸に操舵反力が付加されている。

この場合、操舵初期の立ち上がり特性において、操舵トルクに対して、操舵角が先行することとなる。一方、実際の操舵時においては、操舵トルクが操舵角に対して、先行する。さらに、実際の操舵時に生じるような機械的な摩擦特性を、反力モータによる操舵反力により、擬似的に作り込むことは困難である。このように、反力モータのみにより操舵反力を付加する場合、実際の操舵感と異なることから、運転者に対して違和感を与える虞がある。

そこで、本実施の形態に係る車両用操舵装置１において、操舵軸２２は、複数の剛性部材２３及び摩擦部材２４を有している。これにより、操舵トルクと操舵角度との関係、操舵トルクとヨー角速度との関係等の操舵特性において、適度なヒステリシスをもたせることができる。

また、操舵角と操舵トルクとが略比例するような関数となる、操舵トルクに対する操舵角の特性を作ることができる。さらに、実際の操舵時に生じるような機械的な摩擦特性をつくることができる。なお、複数の剛性部材２３及び摩擦部材２４間に、操舵軸２２の操舵角度を検出する操舵角センサ５０が取り付けられている。これにより、操舵角センサ５０は、ステアリングホイール２１から入力される操舵トルクに対して、適度に遅れた回転角を検出する為、実際の舵角を操舵トルクに対して、適度に遅らせることができる。したがって、操舵初期の立ち上がり特性において、実際の操舵時のように、操舵トルクを操舵角に対して、先行させる特性を作ることができる。すなわち、実際の操舵時のような、操舵感を与えることができ、操作性を向上させることができる。

次に、上記操舵特性を実現する具体的な方法について説明する。

操舵軸２２は、直列に連結された複数の剛性部材２３及び摩擦部材２４を有している。例えば、操舵軸２２は、３組の剛性部材２３及び摩擦部材２４により構成されている（図２）。ここで、各剛性部材２３のバネ係数を、夫々、ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３とし、各摩擦部材２４の摩擦係数を、夫々、ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３とする。なお、これら剛性部材２３及び摩擦部材２４は、交互に連結されているが、連結される順は任意でよい。また、接続される剛性部材２３及び摩擦部材２４の数は任意でよく、各々のバネ係数ｋ及び摩擦係数ｆも任意の値に設定することができる。

剛性部材２３には、例えば、鉄合金等の金属からなるシャフトが用いられている（図３）。シャフト２３の一端には縮径部２３ａが形成され、他端には他のシャフト２３の縮径部２３ａが嵌合する凹部２３ｂが形成されている。一方のシャフト２３の縮径部２３ａと他方のシャフト２３の凹部２３ｂが嵌合し、３つのシャフト２３が相互に連結される。なお、剛性部材２３における捻り方向（シャフトの回転方向）のバネ係数ｋは、シャフト２３の径、材質、形状等により、設定される。

また、摩擦部材２４は、例えば、筒状のハウジング２４ａと、ハウジング２４ａ内に固定される一対のベアリング（例えば、ボールベアリング、ローラーベアリング等）２４ｂと、から構成されている。１組の剛性部材２３及び摩擦部材２４は、剛性部材２３であるシャフト２３が摩擦部材２４のベアリング２４ｂにより回転可能に支持されて、構成されている。また、摩擦部材２４の摩擦係数ｆは、ベアリング２４ｂの与圧により設定される。すなわち、シャフト２３が回転する際に生じるベアリング２４ｂ内に発生する摩擦力は、ベアリング２４ｂの与圧を調整することで設定される。これにより、摩擦部材２４の摩擦係数ｆが設定される。

上述したように、３つのシャフト２３は車両上下方向に相互に嵌合されて、３組の剛性部材２３及び摩擦部材２４が連結されている。

３組の剛性部材２３及び摩擦部材２４間には、操舵角センサ５０が取り付けられている。操舵角センサ５０は、剛性部材２３及び摩擦部材２４間において、例えば、ステアリングホイール２１が取り付けられる反対側（車両本体側）の剛性部材２３に取り付けられている。したがって、操舵軸２２に操舵トルクが掛かり、操舵軸２２が捩れることで、操舵角センサ５０は、ステアリングホイール２１から入力される操舵トルクに対して、適度に遅れた回転角を検出する。これにより、操舵トルクを操舵角に対して、先行させる特性を作ることができる。なお、操舵角センサ５０の取り付け位置を、ステアリングホイール２１側から車両本体側にするにしたがって、操舵角センサ５０は、入力される操舵トルクに対して、より遅れた回転角を検出する為、操舵トルクを操舵角に対して、より先行させることができる。

以上、述べたように、剛性部材２３のバネ係数ｋ、摩擦部材２４の摩擦係数ｆ、連結される剛性部材２３及び摩擦部材２４の数、操舵角センサ５０の取り付け位置を調整することにより、例えば、図４（ａ）に示す如く、操舵トルクと操舵角度との操舵特性において、適度なヒステリシスをもたせることができる。また、図４（ｂ）に示す如く、操舵角と操舵トルクとが略比例するような関数となるような、操舵初期における最適な立ち上がり特性を作ることができる。

転舵装置３０は、車両幅方向に延びて配置された転舵軸３２を有している（図１）。この転舵軸３２の両端部には、タイロッド３３およびナックルアーム３４を介して、転舵輪としての左右前輪３１が転舵可能に連結されている。

左右前輪３１は、転舵軸３２の軸線方向の変位により左右に転舵される。転舵軸３２の外周上には、図示しないハウジングに組み付けられた電動モータ等のアクチュエータ５１が配設されている。電動モータ５１の回転は、夫々ねじ送り機構により減速されるとともに転舵軸３２の軸線方向の変位に変換される。したがって、電動モータ５１の駆動により転舵軸３２はその軸線方向へ変位し、左右前輪３１が転舵する。

電動モータ５１には、後述する各種のセンサからの信号に基づいて、電動モータ５１の制御を行うＥＰＳ−ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、電子式パワーステアリング電子制御装置）５２が接続されている。

なお、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、マイクロコンピュータから構成されており、制御、演算プログラムに従って各種処理を実行するとともに、当該装置の各部を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵの実行プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、タイマ、カウンタ、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）等を有している。

ＥＰＳ−ＥＣＵ５２には、上述の操舵角センサ５０と、左右前輪３１の転舵角度を検出する転舵角センサ５３とが接続されている。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、例えば、操舵角センサ５０により検出された操舵角度と、転舵角センサ５３により検出された転舵角度と、基づいて、電動モータ５１を制御し、左右前輪３１を転舵させる。

以上、第１の実施の形態に係る車両用操舵装置１において、操舵軸２２は、複数組の剛性部材２３及び摩擦部材２４を有している。これにより、操舵トルクと操舵角度との関係、操舵トルクとヨー角速度との関係等の操舵特性において、適度なヒステリシスをもたせることができる。また、操舵角と操舵トルクとが略比例するような関数となるように、操舵トルクに対する操舵角の特性を作ることができる。さらに、複数の剛性部材２３及び摩擦部材２４間に、操舵軸２２の操舵角度を検出する操舵角センサ５０が取り付けられている。これにより、操舵角センサ５０は、ステアリングホイール２１から入力される操舵トルクに対して、適度に遅れた回転角を検出する為、実際の舵角を操舵トルクに対して、適度に遅らせることができる。したがって、操舵初期の立ち上がり特性において、実際の操舵時のように、操舵トルクを操舵角に対して、先行させる特性を作ることができる。すなわち、実際の操舵時のような、操舵感を与えることができ、車両の操作性を向上させることができる。なお、従来のように、反力モータを用いて操舵反力を付加しないことから、反力モータによる電力消費量を削減することができ、車両の電力消費量を抑制することができる。

次に、第１の実施の形態の変形例について説明する。

例えば、上記実施の形態において、複数の剛性部材２３及び摩擦部材２４を有する操舵軸２２に、操舵軸２２に操舵反力を付加する反力モータ５４が連結されていてもよい（図５）。反力モータ５４は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２に接続されており、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２からの制御信号により制御されている。

剛性部材２３及び摩擦部材２４により設定される操舵軸２２の操舵反力に対して、反力モータ５４による反力を付加することで、より最適な操舵特性を実現することができる。例えば、初期設計時の剛性部材２３のバネ係数ｋ、摩擦部材２４の摩擦係数ｆが夫々変化した場合に、反力モータ５４の操舵反力により補正を行うようにしてもよい。なお、この場合は、反力モータ５４により電力消費がなされるが、従来の反力モータのみにより操舵反力を付加した構成と比較して、電力消費量を抑制することができる。

上記実施の形態において、操舵軸４２の剛性部材（シャフト）４３は、円筒状に形成された外筒部４３ａと、外筒部４３ａの内側で、略中央に配置される内筒部４３ｂと、内筒部４３ｂと外筒部４３ａとを接続する複数（例えば、４つ）のバネ４３ｃと、からなる金属製等のバネ部材４３ｄを更に有していてもよい（図６（ａ））。

また、シャフト４３は、一端に開口部４３ｅが形成され、他端に突状部４３ｆが形成されている（図６（ｂ））。シャフト４３の開口部４３ｅには、バネ部材４３ｄの外筒部４３ａが嵌合し、突状部４３ｆには内筒部４３ｂが嵌合している。また、シャフト４３の外周には、摩擦部材であるベアリング４４が嵌合している。以上のようにして複数の剛性部材４３及び摩擦部材４４は相互に連結されている。これにより、操舵軸４２を当該軸方向に短くすることができる為、車両用操舵装置１の小型化を図ることができる。

上記実施の形態において、操舵軸６２は、シャフト（剛性部材）６３の外周を回転可能に支持する第１軸受部材６４と、円筒状に形成され、一端が開口し、その内側において、第１軸受部材６４の外周を回転可能に支持する第２軸受部材６５と、を有していてもよい（図７）。

操舵軸６２は、一端にステアリングホイール２１が連結され、他端に操舵軸方向に凹状をなす凹部６３ａが形成された、操舵軸方向へ延びるシャフト６３を有している。第１軸受部材６４は、シャフト６３の外周を回転可能に支持する一対のベアリング６４ａと、ベアリング６４ａの外周に嵌合する筒状の第１筒状部６４ｂと、を有している。

第２軸受部６５は、第１筒状部６４ｂを回転可能に支持する１つのベアリング６５ａと、ステアリングホイール２１側に開口する略円筒状に形成され、内側かつ底部に凸状部６５ｂが形成された第２内筒部６５ｃと、を有している。

第２内筒部６５ｃの凸状部６５ｂには、シャフト６３の凹部６３ａが嵌合している。また、第２内筒部６５ｃの外側に配置され、外側かつ底部に操舵軸方向に延びる軸部６５ｄが形成された略円筒状の第２外筒部６５ｅが、第２内筒部６５ｃの開口縁に接続されている。

第２外筒部６５ｃの軸部６５ｄは、車両本体に支持されたベアリング６６により、回転可能に支持されている。なお、第２内筒部６５ｃと第２外筒部６５ｅとは、一体で形成されていてもよい。以上のように構成されることで、操舵軸６２を当該軸方向に短くすることができる為、車両用操舵装置１の小型化を図ることができる。
（第２の実施の形態）
図８（ａ）は、第２の実施の形態に係る車両用操舵装置２の操舵軸２５を模式的に示す図である。

図８（ａ）に示す如く、操舵軸２５において、複数の剛性部材２３のうち少なくとも１つの剛性部材２６のバネ係数ｋを可変させるようにしてもよい。

例えば、操舵軸２５は、一端がステアリングホイール２１に連結されたバネ係数がｋ_１となる剛性部材２３を有している。この剛性部材２３の他端には、摩擦係数がｆ_１となる摩擦部材２４の一端が連結され、この摩擦部材２４の他端には、バネ係数がｋ_２となる剛性部材２３の一端が連結されている。剛性部材２３の他端には、摩擦係数ｆ_２となる摩擦部材２４の一端が連結され、この摩擦部材２４の他端には、バネ係数ｋ_３が可変する可変式剛性部材２６の一端が連結されている。

可変式剛性部材２６の他端は、車両本体１００に固定されている。可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を調整し、操舵トルクと操舵角をの関係を最適な状態に設定することで、上述の如く、操舵初期における最適な立ち上がり特性を作ることができる（図８（ｂ））。

図９は、本実施の形態に係る操舵軸２５の可変式剛性部材２６の一例を示す図である。図９に示す如く、可変式剛性部材２６は、一端が車両本体１００に固定され、車両上下方向に延びる軸部材２６ａを有している。

軸部材２６ａの外周には、当該軸部材２６ａに沿って、延びるセレーション（凹凸状部）２６ｂが複数形成されている。軸部材２６ａには、円環状に形成され、その内周がセレーション２６ｂに嵌合する円環状部材２６ｃが車両上下方向に摺動可能に連結されている。円環状部材２６ｃは電動モータ等のアクチュエータ２６ｄを内蔵しており、このアクチュエータ２６ｄにより円環状部材２６ｃは軸部材２６ａのセレーション２６ｂに沿って、車両上下方向へ移動する。

円環状部材２６ｃの外周には、当該部材２６ｃを車両上下方向へガイドし、回転方向への動作を規制するガイド部材２６ｅが連結されている。ガイド部材２６ｅの下端部は、車両本体１００に固定されている。

ガイド部材２６ｅ及び円環状部材２６ｃにより、軸部材２６ａの捩れが規制される。例えば、円環状部材２６ｃが車両下方へ移動し、捩れが生じるトーション部の長さＬ１が増加した場合に、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３は、減少する。

一方、円環状部材２６ｃが車両上方へ移動し、トーション部の長さＬ１が減少した場合に、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３は、増加する。円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄは、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２に接続されている。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、アクチュエータ２６ｄに制御信号を送信することで、円環状部材２６ｃを車両上方又は下方に移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させる。

第２の実施の形態に係る車両用操舵装置２において、操舵軸２５において、複数の剛性部材２３のうち少なくとも１つの可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させる。これにより、車両の走行状態に応じて、例えば、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させることで、ステアリングホイール２１に対して、走行状態に応じた最適な手応えを与えることができる。

次に、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させることで、走行状態に応じた最適な手応えを与える方法について説明する。図１０は、第２の実施の形態に係る車両用操舵装置２のシステム構成の一例を示すブロック図である。

ＥＰＳ−ＥＣＵ５２には、車速を検出する車速センサ５３が接続されていてもよい。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、例えば、車速センサ５３により検出された車速に応じて、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させる。具体的には、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、車速センサ５３により検出された車速が増加すると、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを車両上方へ移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を増加させる。これにより、車速の増加に伴い、操舵時の手応えが増し、運転者に安心感を与えることができる。

また、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２には、車両横方向の横加速度を検出する横加速度センサ５４が接続されていてもよい。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、例えば、横加速度センサ５４により検出された横加速度に応じて、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させる。具体的には、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、横加速度センサ５４により検出された横加速度が増加すると、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを車両上方へ移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を増加させる。これにより、例えば、車両旋回時に車両の横加速度が増加した際、運転者はステアリングホイール２１の手応えを感じることで、タイヤのグリップ状態を適切に感じることができ、安心して車両の旋回操作を行うことができる。

さらに、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、タイヤスリップ角度に応じて、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させてもよい。ここで、タイヤスリップ角度とは、タイヤの中心線（タイヤを上方から見たときの中心線）と車両の進行方向との成す角度を指す。また、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、例えば、ヨーレートセンサにより検出された車両のヨーレートと、転舵角センサ５３により検出された転舵角度と、に基づいて、タイヤスリップ角度を算出する。また、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、車両の横滑り等を制御するＶＳＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）−ＥＣＵにおいて算出されたタイヤスリップ角度を取得してもよい。なお、ＶＳＣについては、周知の技術であることから、詳細な説明は省略する。

例えば、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、タイヤスリップ角度が所定値以上（６ｄｅｇ以上）となると、タイヤスリップ角度の増加量に比例して、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを車両下方へ移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を減少させる。なお、所定値は、例えば、タイヤ特性、車両重量等に基づいて、適切な値が設定される。

車両操舵時において、タイヤスリップ角度に応じて、コーナリングフォースが発生し、それに伴い、セルフアライニングトルクが発生する。ここで、セルフアライニングトルクとは、タイヤスリップ角度を戻す方向（０となる方向）へ作用するモーメント力をいう。

運転者は、このセルフアライニングトルクの変化により、ステアリングホイール２１の手応えを感じている。とりわけ、車両の旋回限界に近付き、又は路面の摩擦係数μが低下するに従って、タイヤスリップ角度が増加し、セルフアライニングトルクが飽和し、減少していく。運転者は、このセルフアライニングトルクの減少を感じ取って、旋回時のタイヤのグリップ限界を感じ取っている。

従来のステアバイワイヤ式の操舵装置において、このセルフアライニングトルクの変化を運転者が感じ取れないという問題がある。一方、本実施の形態において、上述の如く、タイヤスリップ角度に応じて、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させることで、ステアリングホイール２１に対して操舵反力を付加することに加えて、セルフアライニングトルクの変化等のドライバーインフォメーションを与えている。これにより、運転者は、車両を安全かつ最適に、車両の旋回操作を行うことができる。

ＥＰＳ−ＥＣＵ５２には、車両上下方向の加速度を検出する上下加速度センサ５５が接続されていてもよい。なお、上記横加速度センサ５４と上下加速度センサ５５とは、一体で構成されていてもよい。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、上下加速度センサ５５により検出された加速度に応じて、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させる。

例えば、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、上下加速度センサ５５により検出された車両下方の加速度が増加すると、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを車両上方へ移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を増加させる。一方、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、上下加速度センサ５５により検出された車両上方の加速度が増加すると、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを車両下方へ移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を減少させる。

これにより、車両下方の加速度が増加し、タイヤの接地荷重が増加すると、上述のセルフアライニングトルクが増加し、操舵時におけるステアリングホイール２１の手応えが増加する。一方、車両上方の加速度が増加し、タイヤの接地荷重が減少すると、上述のセルフアライニングトルクが減少し、操舵時におけるステアリングホイール２１の手応えが減少する。

このようにして、運転者は、セルフアライニングトルクの変化等のドライバーインフォメーションに基づいて、車両の旋回操作等を安心して行うことができる。また、路面のアップダウンが大きく、また車両が大きく旋回する道路では、車両の旋回限界に近付く為、上記インフォメーションを与えることが、特に車両の安全性上、効果的となる。

ＥＰＳ−ＥＣＵ５２には、車両の運転席近傍に配設され、ユーザにより操作可能なダイヤル式又は切替式スイッチ等のモードスイッチ５６が接続されていてもよい。モードスイッチ５６は、切り替え位置に応じた信号をＥＰＳ−ＥＣＵ５２に対して、出力する。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、モードスイッチ５６から出力される出力信号に基づいて、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させる。

モードスイッチ５６として、例えば、ハードモード、ソフトモード等を設定してもよい。モードスイッチ５６がハードモードに設定された場合は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、モードスイッチ５６から出力信号に基づいて、円環状部材２６ｃを車両上方に移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を増加させる。この場合、操舵時におけるステアリングホイール２１の手応えが増加し、運転者はステアリングホイール２１からリニアな操舵感を得ることができ、操作フィーリングを向上させることができる。

一方、モードスイッチ５６がソフトモードに設定された場合は、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、モードスイッチ５６からの出力信号に基づいて、円環状部材２６ｃを車両下方に移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を減少させる。この場合、操舵時におけるステアリングホイール２１の手応えが減少し、運転者はステアリングホイール２１からソフトな操舵感を得ることができ、例えば、リラックスして操舵操作を行うことができる。このように、モードスイッチ５６の設定により、運転者は好みの操舵感を得ることが可能となり、操作性を向上させることができる。

また、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、車速センサ５３により検出された車速に基づいて、車両の加速度を算出してもよい。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、算出された車両の加速度に基づいて、車両が急激に減速された急ブレーキ状態であると判断したとき、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させてもよい。これにより、運転者は急ブレーキ状態においても、適切に操舵操作を行うことができる。

また、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２には、車両の現在位置を検出し、設定された目的地まで車両を案内するナビゲーション装置５７が接続されていてもよい。ＥＳＰ−ＥＣＵ５２は、ナビゲーション装置５７により検出された車両の現在位置（走行中の道路等）に応じて、円環状部材２６ｃのアクチュエータ２６ｄを制御して、円環状部材２６ｃを移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させてもよい。これにより、走行位置に応じた、最適な操舵感を設定することができる。

例えば、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、ナビゲーション装置５７により検出された車両の現在位置に基づいて、高速道路（例えば、米国のフリーウエイ）等の比較的長い直線道路を走行中であると判断したとき、円環状部材２６ｃを車両下方に移動させ、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を減少させる。これにより、操舵時におけるステアリングホイール２１の手応えが減少し、操舵操作が楽に行える為、直線道路をリラックスして走行することができる。

他の構成は図１乃至図７に示す第１の実施の形態と略同一である。図８乃至図１１において、図１乃至図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

以上、第２の実施の形態に係る車両用操舵装置２において、操舵軸２５において、複数の剛性部材２３のうち少なくとも１つの可変式剛性部材２６のバネ係数ｋを可変させる。これにより、車両の走行状態に応じて、例えば、可変式剛性部材２６のバネ係数ｋを可変させることで、ステアリングホイール２１に対して、走行状態に応じて、又はユーザの好み応じて最適な手応えを与えることができる。すなわち、車両の操作性を向上させることができる。

次に、第２の実施の形態に係る車両用操舵装置２の変形例について、説明する。

上記実施の形態において、一つの可変剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させているが、複数の剛性部材２３のバネ係数ｋを可変させる構成であってもよい。

上記実施の形態において、可変剛性部材２６のバネ係数ｋ_３を可変させているが、摩擦部材６０の摩擦係数ｆを可変させてもよく、剛性部材２３、２６のバネ係数ｋ及び摩擦部材６０の摩擦係数ｆを任意に組み合わせて、夫々を可変させる構成であってもよい。

なお、例えば、アクチュエータ６１により、アンギュラベアリング等のベアリング６２に対する与圧を可変させることで、摩擦部材６０の摩擦係数ｆを可変させる（図１１）。ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、アクチュエータ６１を制御して、ベアリング６２への与圧を増加させることで、摩擦部材６０の摩擦係数ｆを増加させる。この場合、操舵時の手応えが増し、運転者に安心感を与えることができる。

一方、ＥＰＳ−ＥＣＵ５２は、アクチュエータ６１を制御して、ベアリング６２への与圧を減少させることで、摩擦部材６０の摩擦係数ｆを減少させる。この場合、操舵時の手応えが減少し、運転者はリラックスして、車両操作を行うことができる。なお、ベアリング６２をアクチュエータ６１により、車両上下方向から挟み込むようにして与圧を付加しているが、与圧の付加方法には任意の方法が適用可能である。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、ステアバイワイヤシステムを用いた車両用操舵装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。

本発明の第１の実施の形態に係る車両用操舵装置のシステム構成の概略を示すブロック図である。 直列に連結された複数組の剛性部材及び摩擦部材を有する操舵軸を示す模式図である。 直列に連結された複数組の剛性部材及び摩擦部材を有する操舵軸の一例を示す断面図である。 （ａ）操舵トルクと操舵角との関係を示す図であり、操舵トルクと操舵角度との操舵特性において、適度なヒステリシスをもたせた状態の一例を示す図である。（ｂ）操舵トルクと操舵角との関係を示す図であり、操舵初期における立ち上がり特性の一例を示す図である。 直列に連結された複数組の剛性部材及び摩擦部材を有する操舵軸に、反力モータにより反力を付加する構成の一例を示す模式図である。 （ａ）第１の実施の形態に係る操舵軸の一変形例に係るバネ部材の斜視図である。（ｂ）第１の実施の形態に係る操舵軸の一変形例を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る操舵軸の一変形例を示す断面図である。 （ａ）第２の実施の形態に係る車両用操舵装置の操舵軸を模式的に示す図である。（ｂ）可変剛性部材のバネ係数を調整する状態を示す図であり、操舵トルクと操舵角との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係る操舵軸の可変式剛性部材の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る車両用操舵装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。 ベアリングに対する与圧を可変させて、摩擦部材の摩擦係数を可変させる一態様を示す図である。

符号の説明

１ 車両用操舵装置
２０ 操舵操作装置
２１ ステアリングホイール
２２ 操舵軸
２３ 剛性部材
２４ 摩擦部材
３０ 転舵装置
５０ 操舵角センサ
５２ ＥＰＳ−ＥＣＵ
５３ 車速センサ
５６ モードスイッチ

Claims (11)

1. 一端がステアリングホイールに連結され、他端が車両本体に連結される操舵軸と、
   該操舵軸に配設され、該操舵軸の操舵角を検出する操舵検出手段と、を備える、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置であって、
   前記操舵軸は、直列に連結された複数の剛性部材及び摩擦部材を有することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１記載の車両用操舵装置であって、
   前記操舵検出手段は、前記複数の剛性部材及び摩擦部材間に配設されていることを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１又は２記載の車両用操舵装置であって、
   前記剛性部材は、前記操舵軸方向に延びるシャフト部材であり、前記摩擦部材は、前記シャフト部材を回転可能に支持する軸受部材であることを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項３記載の車両用操舵装置であって、
   前記剛性部材は、外筒部と、該外筒部の内側に配置される内筒部と、該内筒部と前記外筒部とを連結するバネと、からなるバネ部材を更に有し、
   前記シャフト部材の一端には開口部が形成され、他端には突状部が形成され、
   前記開口部に前記外筒部が嵌合し、前記突状部に前記内筒部が嵌合することを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項３記載の車両用操舵装置であって、
   前記軸受部材は、前記シャフト部材の外周を回転可能に支持する第１軸受部材と、円筒状に形成され、一端が開口し、その内側において、前記第１軸受部材の外周を回転可能に支持する第２軸受部材と、を有することを特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の車両用操舵装置であって、
   前記剛性部材のバネ係数を可変させるバネ定数可変手段を更に備えることを特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項５記載の車両用操舵装置であって、
   車両のタイヤから発生する反力を検出する反力検出手段を更に備え、
   前記バネ係数可変手段は、前記反力検出手段により検出された前記反力に応じて、前記バネ係数を可変させることを特徴とする車両用操舵装置。
8. 請求項５記載の車両用操舵装置であって、
   車速を検出する車速検出手段を更に備え、
   前記バネ係数可変手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速に応じて、前記バネ係数を可変させることを特徴とする車両用操舵装置。
9. 請求項５記載の車両用操舵装置であって、
   ユーザ操作可能なモードスイッチを更に備え、
   前記バネ係数可変手段は、モードスイッチの操作位置に応じて、前記バネ係数を可変させることを特徴とする車両用操舵装置。
10. 請求項５記載の車両用操舵装置であって、
    車両の現在位置を検出する位置検出手段を更に備え、
    前記バネ係数可変手段は、前記位置検出手段により検出された前記車両の現在位置に応じて、前記バネ係数を可変させることを特徴とする車両用操舵装置。
11. 請求項１乃至１０のうちいずれか１項記載の車両用操舵装置であって、
    前記摩擦部材の摩擦係数を可変させる摩擦係数可変手段を更に備えることを特徴とする車両用操舵装置。

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