JP2010058595A - 車両操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車速に応じたダンパ制御を行い、最適な操舵フィーリングが得られる車両操舵装置を提供する。
【解決手段】転舵輪用の懸架装置のキングピン軸のオフセットを極力大きくして前輪の軸力を低減させることができるが、ステアリング剛性が低下する。そこで、ステアリングダンパ装置１として発電機７を用いる。すなわち、車速に応じてステアリングダンパ装置１の発電機７の電機子コイルの両端子を接続／開放する制御を行う。高速時においてはＰＷＭデューティを大きくし、長いＯＮ時間によって両端子を接続して発電機７に回生電力を発生させ、ステアリングホイール２にブレーキを加えてステアリング剛性を高める。低速時には両端子を開放して発電機７を動作させないでステアリング剛性を弱める。これによって、低速から高速まで最適な操舵フィーリングが得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング系の操舵力をダンパ制御する車両操舵装置に関する。

ステアリング系の操舵力をアシストする装置として電動パワーステアリング装置が広く知られている。例えば、ブラシレスモータによって操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置において、そのブラシレスモータの位相（電動機位相）に基づいてステアリング系の操舵力をダンパ制御することにより操舵フィーリングを改善する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、従来の前輪（転舵側）の懸架装置は、走行時の車両の直線安定性、低速時の転舵のし易さ、走行時の外乱によってハンドルがとられないようにするキックバックタフネス、ハンドル手放し時のハンドルの戻り方などを総合的に鑑みた上で、アライメント変化を決める位置関係を示すサスペンションジオメトリが設定されている。この場合、従来の懸架装置は、キングピンの中心線が路面に交わる点とタイヤ接地点との間の距離を示すキングピンオフセットをできるだけ小さくして、低速時の操舵力（軸力）を低減させてハンドル操作を軽くしている。
特開２００７−５５６０５号公報

しかしながら、前記従来の電動パワーステアリング装置は、ダンパ制御機能を有しているために車両のハンドル手放し収斂性などを向上させているが、これは主に舵角速度（モータの回転速度）に応じた制御的粘性成分の付与であり、車両の直進性を保つセルフアライニングトルク（以下、ＳＡＴ）の減少によるステアリング剛性の不足や直進性の不足に対しては直接作用しないものがほとんどである。

また、前記従来の懸架装置は、サスペンションジオメトリの設定を最適化しただけでは、極低速時において操舵力（軸力）を低減しようとしても限界がある。そこで、キングピンオフセットを大きくするなどして、タイヤ接地点の移動量を大きくしてキングピン軸を中心にタイヤを公転させることで、低速時の軸力を低減させる方法が発明者等によって考案されている(特願２００８−２１４８１５号、未公開)。

ところが、軸力を低減させることによって、ＳＡＴが減少してステアリング反力が不足する結果、走行時の車両がふらついたり、直進性が低下したりするおそれがある。また、タイヤの公転時における回転モーメントが大きくなって、轍にとられたり外乱タフネスが低下したりするおそれもある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、良好な操舵フィーリングが得られるような車両操舵装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の車両操舵装置は、ステアリングホイールとタイヤとの間を連結するステアリング系連結部材と、ステアリングホイールの操舵力を調整するようにステアリング系連結部材に付設された発電機と、発電機における電機子コイルの両端子の接続状態を車速に応じて制御する制御部とを備える構成を採っている。

この構成によれば、従来の電動パワーステアリング装置に設けられたステアリングモータの電源系統を取り外して、そのステアリングモータを発電機として使用するステアリングダンパ装置を用いている。すなわち、高速時においては、電機子コイルの両端子を接続状態にしてステアリングモータを発電機として使用して、回生電力の発生によって生じるブレーキ力をステアリング系連結部材に加えている。これによって、高速時においてはステアリングホイールの操舵力にブレーキ力が加わってダンパ作用を成すので、高速時の操舵フィーリングが安定する。また、低速時においては、ステアリングモータの電機子コイルの両端子を開放するため、発電機として使用されないので、ステアリング系連結部材にブレーキ力は加わらない。これによって、低速時の操舵力（軸力）は低いまま維持されるために操舵フィーリングは良好に保たれる。

また、請求項２に係る発明の車両操舵装置は、請求項１に記載の構成において、ステアリングホイールの舵角が中立付近である場合、電機子コイルの両端子を接続状態とすることを特徴とする。

この構成によれば、ステアリングホイールの舵角が中立付近であるときは、電機子コイルの両端子を接続状態にして発電機に回生電力を発生させる。これによって、直線走行時においては、発電機の回生電力発生によるブレーキ力によってステアリングホイールの舵角のフラツキが抑制されるため、安定した直線走行を維持できる。

また、請求項３に係る発明の車両操舵装置は、請求項１または請求項２に記載の構成において、タイヤのキングピン軸の延長線は、そのタイヤの接地面との交点が該タイヤのトレッド面よりも車両内方であるように構成されている。

この構成によれば、キングピンオフセットを大きくすることができるので、転舵輪の据え切りなどの低走行状態での転舵操作時に前輪の転がりが利用できるため、転舵に必要な力を大幅に低減することができる。さらに、転舵操作時の車体の片側が持ち上げられる量が極めて少ないので、それによっても転舵に必要な力を低減することができる。

また、請求項４に係る発明の車両操舵装置は、請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の車両操舵装置において、発電機における電機子コイルの両端子は、バッテリを介して接続状態としている。

この構成によれば、発電機で発生する電力がバッテリに蓄電されるので、エネルギの有効活用が図れ、低消費電力化が可能である。

本発明によれば、ステアリング系に対して車速に応じたダンパ制御を行うので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

＜＜本実施形態の概要＞＞
転舵輪用の懸架装置においてキングピン軸のオフセットを極力大きくし、そのキングビン軸を中心にタイヤを公転させることにより、従来の操舵装置に比べて、前輪の操舵負荷を大きく低減（つまり、軸力を大きく低減）させることができる。しかし、軸力が大きく低減することによって、ステアリングホイール２の回動操作が軽くなるため、車両の走行時安定性やステアリング剛性に影響が生じるおそれがある。
そこで、本実施形態の車両操舵装置では、既存の電動パワーステアリング装置とは異なる技術思想により構成されたステアリングダンパ装置及び前記転舵輪用の懸架装置を用い、該ステアリングダンパ装置では、電動パワーステアリング装置のステアリングモータであったものを発電機として作用させることにより、電子ステアリングダンパ機構のダンパ制御を行うようにしている。
すなわち、車速に応じて前記ステアリングモータの電機子コイルの両端子を接続／開放する制御を行い、該電機子コイルの両端子の接続時において、電動パワーステアリング装置ではステアリングモータとして作用するものを発電機として作用させることにより、ステアリング系のダンパ制御を行うようにしている。
これによって、低速から高速まで最適なステアリングホイール２の操舵フィーリングを得ることができる。

＜＜実施形態＞＞
以下、図面を参照しながら、本発明における車両操舵装置の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明の車両操舵装置は、キングピン軸のオフセットを極力大きくした転舵輪用の懸架装置と、発電機を備えるステアリングダンパ装置との構成のもと、従来とは異なる技術思想によって実現されるので、先ず、それぞれの構成について個別に説明する。

＜転舵輪用の懸架装置＞
図１は、本発明の実施形態に係る車両操舵装置に適用される転舵輪用の懸架装置の概要図である。すなわち、この図は、左前輪のストラット式の懸架装置を後方側から見た概要図である。なお、以下の説明では、左側の前輪（転舵輪）３１Ｌの懸架装置３０を例に説明するが、右側の前輪（転舵輪）の懸架装置は、左側の前輪３１Ｌの懸架装置３０と左右対称に構成されている。

ストラット式の懸架装置３０は、前輪３１Ｌを介して車体を支えるストラットアセンブリ３１と、ロアアーム３３とを有し構成されている。また、前輪３１Ｌの回転軸近傍に構成される車軸アセンブリやハブ３６を保持するステアリングナックル３５の上部側のダンパ保持部３５ａが、ストラットアセンブリ３１のダンパ３１ａの下端と固定接合されている。
そして、ステアリングナックル３５の下部側のナックルロアアーム部３５ｃは、従来と異なり、図１に示すように、前輪３１Ｌの幅よりも更に車両幅方向内側にまで延伸され、その端部がＡ形のロアアーム３３の先端部分とでロアボールジョイント部３４を構成し、上下方向に延びるキングピン軸Ａ_Ｋ回りに回動自在に接合されている。なお、キングピン軸Ａ_Ｋとは、ベアリング３１ｃの中心とロアボールジョイント部３４の中心とを結ぶ仮想的な軸であり、前輪３１Ｌの転舵の中心軸となるものである。

ロアアーム３３の車体側の端部は、サスペンションメンバ３７と、ブッシュを用いて上下方向に回動可能に接続されている。サスペンションメンバ３７はボディ４０に取り付けられている。
ちなみに、前輪３１Ｌのドライブシャフト３８は、前記の車軸アセンブリやハブ３６を介して、アクスル中心軸Ａ_ＸＣを回転軸として前輪３１Ｌを駆動する。

ストラットアセンブリ３１は、主に、衝撃、振動を減衰するダンパ３１ａ、車高変化の減少、操縦安定性等を確保するためのコイルスプリング３１ｂ、及び取り付けの用を成すマウント部３１ｄから構成され、マウント部３１ｄがボディ４０にボルトで固定されている。
また、マウント部３１ｄには、ストラットアセンブリ３１をボディ４０に鉛直方向廻りに回動自在に連結するベアリング３１ｃが内蔵されている。ベアリング３１ｃの中心と前記ロアボールジョイント部３４の中心を結ぶキングピン軸Ａ_Ｋ(図１参照)廻りに、ストラットアセンブリ３１のダンパ３１ａ及びコイルスプリング３１ｂが、ステアリングナックル３５と共に一体に回動可能となっている。

ここで、キングピン軸Ａ_Ｋはほぼ鉛直方向に設定されキングピン軸Ａ_Ｋのキングピン角はゼロに設定され、キャスタ角もほぼゼロに設定されている。その結果、ストラット軸とキングピン軸Ａ_Ｋがほぼ一致し、ダンパ３１ａの荷重入力軸もストラット軸とほぼ一致する。

キングピン軸Ａ_Ｋは、図１に示すように、前輪３１Ｌの幅よりも車幅方向内側でほぼ鉛直方向に延在し、キングピン軸Ａ_Ｋの延長線の路面(タイヤ接地面Ｇ)との交点のキングピン軸延長点Ｐ_Ｃとタイヤ接地点Ｐ_Ｗとの差（距離）であるキングピンオフセット（以下、ＫＰオフセットという）Ｌ_Ｏｆｆは、従来の高々数ｃｍ以下のものが、例えば、数十ｃｍ程度となり、トレールはほぼゼロとなる。
なお、ステアリングナックルアーム３５ｂは、例えば、ダンパ保持部３５ａのキングピン軸Ａ_Ｋ近傍から後方内側に向けて短く延出しており、その端部にはタイロッド３９の端部がネジで接続されている。

運転席でステアリングホイール２が操作(図２の矢印α2参照)されると、ピニオン軸４が回転して、例えば、ラックアンドピニオン式の操舵機構の場合、ステアリングギヤボックス内のラック軸８を左右方向(図２の矢印α1方向)に移動させ、図１に示すタイロッド３９が、ステアリングナックルアーム３５ｂを介して、ステアリングナックル３５、ダンパ３１ａ及びコイルスプリング３１ｂを一体に、キングピン軸Ａ_Ｋ周りに回動させ（キングピン軸Ａ_Ｋ周りに前輪３１Ｌが公転し）、前輪３１Ｌが転舵させられる。

すなわち、前輪３１Ｌが転舵されるとき、ほぼ鉛直に延在するキングピン軸Ａ_Ｋを中心にして前輪３１Ｌが回動される（公転させられる）ことになり、ＫＰオフセットＬ_Ｏｆｆが数十ｃｍと大きいので、前輪３１Ｌが路面上をアクスル中心軸Ａ_ＸＣを中心に転がりながら（自転しながら）転舵することになり、従来のように据え切り操舵時に、タイヤ接地点Ｐ_Ｗを中心にタイヤを捩じるときに生じるような大きな抵抗を生じることなく、極めて小さな抵抗に抑制できる。

また、図１の構成では、キングピン角をゼロ、およびキャスタ角をほぼゼロとしているので、前輪を転舵させるときに、車体の片側が持ち上げられる量が極めて少ない。その結果、転舵時に必要な力も小さくなる。なお、キャスタ角がほぼゼロの小さな値でも、車両が走行時には１〜４ｃｍ程度のニューマチックトレールがタイヤに生じるので、直進性の復元性はある程度確保される。

また、懸架装置３０におけるストラットアセンブリ３１では、ストラット軸と荷重入力軸がほぼ一致するため、曲げモーメントを生じさせるウデの長さがほぼ０となり、ストラットアセンブリ３１に曲げモーメントがほとんど発生しない。その結果、ダンパ３１ａの摺動時のコジリが抑制され、すなわち、ダンパ３１ａの摺動方向に交わる方向にかかる力が抑制され、ダンパ３１ａが、フリクション少なくスムーズに作動し、従来の懸架装置よりも乗り心地が良くなる。
さらに、ストラットアセンブリ３１に掛かる曲げモーメントが少ないので、マウント部３１ｄに掛かる負荷が、従来の懸架装置３０Ａのストラットアセンブリ５１のマウント部５１ｄに掛かる負荷より少なくなる。

図１の構成によれば、キングピン角がゼロであるとともに、キャスタ角がほぼゼロであり、キングピン軸Ａ_Ｋをほぼ鉛直に設定し、かつＫＰオフセットＬ_Ｏｆｆが、従来よりも極めて大きい。そのため、（１）転舵輪の据え切り等の低走行状態での転舵操作時に、前輪の転がりが利用できるので、転舵に必要な力を大幅に低減できる。また、（２）転舵操作時の車体の片側が持ち上げられる量が極めて少ないので、これによっても転舵に必要な力を低減できる。
つまり、図２に示すラックアンドピニオン式の操舵機構の場合、ステアリング軸３につながるラック軸８を左右方向に駆動するピニオン軸４にかける軸力を低減することができる。その結果、電動パワーステアリング装置の電動機の駆動力も従来に比して小さいもので済むことになり、電動機７を小型化することができ、ひいては、車両の軽量化に寄与し、燃費低減や車両のコスト低減を図ることができる。

なお、図１では、転舵輪用の懸架装置としてストラット式の懸架装置３０を例に説明したが、それに限定されるものではなく、ダブルウイッシュボーン式やマルチリンク式の懸架装置にも適用可能である。

以上述べたように、図１に示す懸架装置３０は、ＫＰオフセットＬ_Ｏｆｆを減らしてタイヤ(前輪３１Ｌ)のねじり力を低減させるのではなく、あえてＫＰオフセットＬ_Ｏｆｆを大きく取ることによってタイヤ接地点の移動量を大きくし、キングピン軸Ａ_Ｋを中心にタイヤ(前輪３１Ｌ)を公転させることにより軸力を低減させている。言い換えると、キングピン軸Ａ_Ｋの延長線は、タイヤ接地面Ｇとの交点がタイヤのトレッド面Ｔ(図１参照)よりも車両内方となるようにして、軸力の低減化を図っている。
なお、トレッド面Ｔとは、左右のタイヤの中心間の面をいう。

しかし、軸力が低減したために、車両の直進性を保つセルフアライニングトルク（以下、ＳＡＴ）が減少してステアリング反力が不足した結果、車両の直進性が低下するおそれがある。また、転舵輪のタイヤ(左側の前輪３１Ｌおよび右側の前輪)が公転することによって転舵輪のタイヤ(左側の前輪３１Ｌおよび右側の前輪)の公転における回転モーメントが大きくなり、轍とられや外乱タフネスが低下するおそれもある。
そこで、本実施形態では、前記の懸架装置３０をそのまま用いると共に、既存の電動ステアリング装置のステアリングモータを、ステアリングダンパ装置１においては発電機として転用してダンパ制御を行うことにより、軸力の低減によるステアリング系の不具合を解消している。以下、本実施形態に適用されるステアリングダンパ装置１について詳細に説明する。

＜ステアリングダンパ装置１＞
図２は、本発明の実施形態に係るステアリングダンパ装置１の全体構成図である。このステアリングダンパ装置１は、一般的な電動パワーステアリング装置と異なり、操舵トルクを検出するトルクセンサやステアリング系に補助トルクを加えるための電動機（ステアリングモータ）を備えていない。
したがって、ドライバの手動操舵力を軽減させるための操舵アシストは行わない。すなわち、本実施形態のステアリングダンパ装置１は、既存のステアリングモータは存在せず、発電機７が存在する。

さらに詳しく説明すると、本実施形態では、ステアリングモータは存在しないので、ステアリングダンパ装置１に電力を供給する必要はない。その代わり、車速に応じて発電機７の電機子コイルの両端子を開放／接続することにより、接続時において、例えば操舵がなされると発電機７が発電を行う。そして、その発電機７による回生電力の発生によって、ステアリング系に回生制動力（ブレーキ力）をかけることでダンパ制御を行うように構成されている。その他の見かけ上の構成は既存の電動パワーステアリング装置と同じである。このため、製造コストを安価にすることができる。

すなわち、図２に示すように、ステアリングダンパ装置１は、運転者が車両の進行方向を定めるに際して矢印α2方向に回動させるステアリングホイール２を有しており、該ステアリングホイール２は、ステアリング軸３を介して、ラック軸８を矢印α1方向に移動させるピニオン軸４に連結されている。
運転者がステアリングホイール２を手動操作して生じる操舵トルクは、ステアリング軸３を介してピニオン軸４に伝達される。ピニオン軸４にはステアリング系に作用する操舵トルクを伝達するトルク伝達手段６が取り付けられており、トルク伝達手段６は、必要に応じてステアリング系にブレーキ力を加えるための発電機７に接続されている。なお、請求項で述べるステアリング系連結部材とは、ステアリング軸３、ピニオン軸４、及びラック軸８など、ステアリングホイール２の操舵力を駆動輪９(左側の前輪３１Ｌおよび右側の前輪)へ伝達させるための要素である。

前記発電機７は、通常の電動パワーステアリング装置に使用されているステアリングモータと同じ構成であって、例えば、永久磁石からなる回転子と電機子コイルである固定子とによって構成されている。発電機７の電機子コイルの両端子は、バッテリなどの電源に接続されることなく、オープン（開放）状態で外部に露出している。つまり、電機子コイルの両端子には電源からの電力の供給は行われない。言い換えると、発電機７は、電機子コイルの両端子が開放されているときは発電作用を呈さないが、電機子コイルの両端子が接続されているときは、永久磁石からなる回転子の回転によって回生電力を発生するようになっている。

また、ステアリングダンパ装置１は、図２に示すように、いわゆるラック・アンド・ピニオン式の構成となっていて、ピニオン軸４の下端に設けられたピニオン４Ａは、ラック軸８に形成されたラック歯８Ａと噛み合わされており、ピニオン軸４の回転がラック軸８の軸方向の変位(矢印α1方向)に変換されて、駆動輪９、９(左側の前輪３１Ｌおよび右側の前輪)を、キングピン軸Ａ_Ｋ廻りに転舵させる。

速度センサ１１は、車速を検出して速度信号ｖを制御部１０へ出力する。制御部１０は、速度センサ１１から入力された速度信号ｖに基づいてＰＷＭ信号を発生させる。すなわち、制御部１０は、車速が高速になるほど（速度信号ｖの値が高くなるほど）ＰＷＭデューティ（ＰＷＭ波形の１サイクル中のＯＮ時間の比率）を大きくしてＰＷＭ波形のＯＮ時間を長くする一方、車速が低速になるにしたがって（速度信号ｖの値が低くなるにしたがって）ＰＷＭデューティを小さくしてＰＷＭ波形のＯＦＦ時間を長くする。
さらに、制御部１０は、ＰＷＭ波形のＯＮ時間中において発電機７の電機子コイルの両端子を接続して該発電機７に回生電力を発生させ、ＰＷＭ波形のＯＦＦ時間において発電機７の電機子コイルの両端子を開放して該発電機７の発電作用を停止させる。

また、トルク伝達手段６は、詳細は図示していないが、ステアリングホイール２の回転トルクによってウォームギア（図示せず）を介してピニオン軸４を回転させるように構成されている。このようにして、ステアリングホイール２の回転トルクはトルク伝達手段６を介してピニオン軸４に伝達され、さらにピニオン４Ａとラック歯８Ａを介して、ラック軸８からステアリング系に伝達されて駆動輪９(左側の前輪３１Ｌおよび右側の前輪)を転舵させるように構成されている。
また、トルク伝達手段６は、発電機７からの回生制動トルク（回生電力の発生によるブレーキ力）を、発電機７の回動軸に連結されるウォームギア（図示せず）、このウォームギアに噛み合いステアリング軸３に連結されるホイールギア（図示せず）等を介してステアリング軸３へ伝達して、ステアリングホイール２に加わる回転力に対してダンパ制御を行っている。

このような構成によって、運転者がステアリングホイール２を回動操作(図２の矢印α2方向)して車両の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸３に加えられた操舵トルクに基づく回転力は、ピニオン４Ａからラック歯８Ａを介して、ラック軸８の軸方向の直線運動に変換されて駆動輪９、９(左側の前輪３１Ｌおよび右側の前輪)の走行方向を変化させるように作用する。
なお、本実施形態では、ステアリング軸３に発電機７のブレーキ力をかけてダンパ制御を行う場合を例示しているが、ステアリング軸３でなくラック軸８に発電機７のブレーキ力をかけてダンパ制御を行う構成としてもよく、ステアリングホイール２と駆動輪９、９(左側の前輪３１Ｌおよび右側の前輪)間の操舵力の伝達機構に発電機７のブレーキ力をかけてダンパ制御を行えば、その構成は適宜選択可能であり、限定されない。

次に、図２に示すステアリングダンパ装置１において、本発明の実施形態に係る発電機７によるステアリング系のダンパ制御の動作について説明する。例えば、車速が速くなると、速度センサ１から制御部１０へ供給される速度信号ｖの値が高くなるので、制御部１０は、ＰＷＭデューティを高くしてＰＷＭ波形のＯＮ時間を長くし、このＯＮ時間の期間中において発電機７の電機子コイルの両端子を接続させ、例えば、操舵により発電機７が回転されるような状況において、発電機７に回生電力を発生させる。これによって、発電機７はトルク伝達手段６へ負のトルク、すなわち抵抗となるトルクを加えるように作用するので、ステアリングホイール２の操舵に伴う回転トルクにブレーキ力が加わるようなダンパ制御が行われる。
なお、発電機７の回生電力は、バッテリへ蓄電されるか抵抗等によって消費される。ちなみに、同じ車速でも、発電機７の回転速度が速い場合の方が遅い場合よりも、発電機７の発電量が大きくなり、ステアリング系におけるより大きなブレーキ力が生じる。また、同じ発電機７の回転速度でも、車速が速い場合の方が遅い場合よりも、発電機７の発電量が大きくなり、ステアリング系におけるより大きなブレーキ力が生じる。

このようにして、車速が速くなるほどＰＷＭデューティが大きくなってＰＷＭ波形のＯＮ時間が長くなる。それによって、電機子コイルの接続時間が長くなるので発電機７の発電電力量（回生電力量）が増加する。その結果、発電機７の回生制動力（ブレーキ力）が増加して、ステアリングホイール２の操舵に伴う回転力に比較的大きなブレーキ力がかかる。
このような高速時において速いステアリング操作を行うと、発電機７の発電電力量がさらに増加してステアリング操作時のブレーキ力が増加する、一方、ゆっくりしたステアリング操作を行うと、発電機７の発電電力量が減少してステアリング操作時のブレーキ力が減少する。このように、高速走行時においては、ステアリングホイール２のステアリング操作の速さに応じてステアリング操作にブレーキがかかるようなダンパ制御が行われるので、運転者によるステアリングホイール２の操舵操作に安定感が増す。

また、車速が遅くなるにしたがって、ＰＷＭ波形のＯＮ時間が短くなるので、電機子コイルの接続時間が短くなって発電機７の発電電力量が減少して行き、発電機７によるブレーキ力が減少して行くので、ステアリングホイール２のブレーキ力が弱まる。これによって、車速が遅くなるにしたがって、テアリングホイール２の操舵力（軸力）が小さくなって低速時における操舵操作において、軽快な操舵が可能である。

さらに、車速が極低速になると、制御部１０から出力されるＰＷＭ波形のＯＮ時間がなくなる。すなわち、制御部１０から出力されるＰＷＭ波形は全てＯＦＦ時間となるので、発電機７の電機子コイルは開放されたままの状態となるので、発電機７の回生電力は消費されることなく全て無効電力となるため、該発電機７には回生制動力は発生しない。
その結果、発電機７がステアリングホイール２の回転にブレーキ力を作用させることはなくなるので、極低速時おいて軸力を低減させることができるため、速いステアリング操作を行うことができる。従って、極低速時においてもステアリング操作がし易くなる。
なお、発電機７の電機子コイルの両端子を開放状態のままにしておくと、無効電力の発生によって電機子コイルの両端子に極めて高い電圧が発生するおそれがあるので、電機子コイルの両端子は高抵抗で接続するか、サージ電圧吸収素子などを接続しておくことが望ましい。

また、ステアリングホイール２の舵角が中立付近であるときは、発電機７の電機子コイルの両端子を接続状態とする。これによって、直線走行時においては、発電機７によるブレーキ力が、ステアリングホイール２の回転の抵抗力となってステアリングホイール２の舵角がふらつかないので、安定した直線走行を維持することができる。

＜ステアリングダンパ装置１によるステアリング系のダンパ制御＞
次に、図２に示すステアリングダンパ装置１によるステアリング系のダンパ制御の流れについて、説明する。
図３は、本発明に係る車両操舵装置におけるステアリングダンパ装置１によるステアリング系のダンパ制御の流れを示すフローチャートである。
図３に示すように、先ず、制御部１０は、車両が極低速であるか否かを判定する（ステップＳ１）。
車両が、極低速である場合は（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御部１０は、発電機７の電機子コイルの両端子を非接続状態とし発電機出力を発生させず、ステアリング系にブレーキ力を作用させないでダンパ制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１で、車両が極低速でない場合は（ステップＳ１でＮｏ）、制御部１０は、舵角センサ(図示せず)で検出したステアリングホイール２の舵角が所定の角度θ_０より大きい（舵角＞θ_０？）か否かを判定する（ステップＳ２）。
ステアリングホイール２の舵角＞θ_０である場合は（ステップＳ２でＹｅｓ）、車両が旋回中であるので、制御部１０は、発電機７の電機子コイルの両端子を非接続状態とし発電機出力を発生させず、ステアリング系にブレーキ力を作用させないでダンパ制御処理を終了する。

一方、図３のステップＳ２で、舵角＞θ０でない場合、すなわち、ステアリングホイール２の舵角がθ０以下の場合は（ステップＳ２でＮｏ）、車両は、ほぼ直進中であるので、制御部１０は、ＰＷＭデューティ＝１００−（最高速−現車速）の計算を行う（ステップＳ３）。そして、制御部１０は、現車速に基づいて計算されたＰＷＭデューティに応じて、発電機７の電機子コイルの両端子を接続状態とし発電機出力（回生電力）を発生させる（ステップＳ４）。
そして、発電機７の発電に伴う回生制動によってステアリング系にブレーキ力を作用させて、ダンパ制御を行う（ステップＳ５）。なお、ステップＳ５は、制御の結果として得られる効果を記載したものである。

図３のステップＳ３〜Ｓ５の処理について、具体的に説明すると、例えば、最高速が１００ｋｍ/ｈであって現車速が５０ｋｍ／ｈの場合は、ＰＷＭデューティ＝５０（％）であるので、制御部１０は、発電機７の電機子コイルの両端子をＰＷＭデューティ＝５０（％）に従って接続させ、発電機出力を５０％発生させる。これによって、５０％の発電機出力に相当する回生制動力（ブレーキ力）がステアリング系に作用してダンパ制御を行うので、５０ｋｍ／ｈの車速に最適な操舵フィーリングが得られる。
すなわち、現車速が１０ｋｍ／ｈ〜９０ｋｍ／ｈの範囲で変化した場合は、ＰＷＭデューティ＝１０％〜９０％の範囲で発電機７の発電機出力が変化して、それぞれの発電機出力に相当するブレーキ力がステアリング系に作用してダンパ制御を行う。そのため、車速１０ｋｍ／ｈ〜９０ｋｍ／ｈのいずれの速度においても最適な操舵フィーリングが得られる。言い換えると、制御部１０は、車速が０ｋｍ/ｈと１００ｋｍ/ｈの間では、そのときの車速に応じたＰＷＭデューティにしたがって発電機出力（回生電力）を発生させて、発電機出力に相当するブレーキ力が、ステアリング系に作用してステアリングホイール２の回転ダンパ制御を行うので、各車速に応じて最適なステアリングホイール２の操舵フィーリングが得られる。

また、車速１００ｋｍ/ｈの走行時においては、発電機７の電機子コイルは常に直結状態（接続状態）となっているので、車速１００ｋｍ/ｈの走行時に速いステアリング操作がなされた場合は、ステアリングホイール２に大きな操舵抵抗が働くので、安定した操舵フィーリングが得られる。さらに、車速０ｋｍ/ｈに近い走行時においては、発電機７の電機子コイルは常に開放状態となっているので発電機には回生制動力は働かないため、比較的軽い操舵力でステアリングホイール２のステアリング操作を行うことができる。
また、車速１００ｋｍ/ｈの走行時においては発電機７の電機子コイルは常に直結状態（接続状態）となっているので、車速１００ｋｍ/ｈの走行時に速いステアリング操作がなされた場合は、ステアリングホイールに大きな操舵抵抗が働くので、安定した操舵フィーリングが得られる。さらに、車速０ｋｍ/ｈに近い走行時においては、図３のステップＳ１に示すように、発電機７の電機子コイルは常に開放状態となっているので、速いステアリング操作がなされようが遅いステアリング操作がなされようが、いずれも発電機７には回生制動力は働かないため、軽い操舵力でステアリング操作を行うことができる。

なお、最高速を１００ｋｍ/ｈと設定しておいて現車速が１００ｋｍ/ｈを超えた場合は、全てＰＷＭデューティを１００％とする。つまり、車速１２０ｋｍ/ｈでも車速１８０ｋｍ/ｈでもＰＷＭデューティを１００％として、最大の発電機出力を発生させいて最大の回生制動力（ブレーキ力）をステアリング系に作用させる。これによって、１００ｋｍ/ｈ以上の走行状態では高いステアリング剛性によって安定した操舵操作を行うことができ、安定性を高めることができる。ちなみに、図３のステップＳ３におけるデューティ比は関数により算出しているが、マップやテーブルを用いるものでもよい。

＜＜まとめ＞＞
以上述べたように、本実施形態の車両操舵装置は、ステアリングダンパ装置１または電子制御ステアリングダンパのダンパ制御を、車速とステアリングホイール２の舵角に応じて変化させることにより、車両の直進性や適切なステアリングホイール２の回転時のステアリング剛性を確保すると同時に、車速が極低速での軸力低減を両立させている。

また、路面からの外乱などが入ってハンドル(ステアリングホイール２)取られなどが発生するような状況においては、ステアリングホイール２の舵角や車両の挙動量に応じてダンパ制御を変化させることによって外乱タフネスを確保している。なお、外乱タフネスに対するダンパ制御においては、ステアリングダンパ装置１にトルクセンサなどを設けて外乱検知を行ってもよい。

また、本実施形態の車両操舵装置によれば、軸力低減のために導入された転舵輪用の懸架装置におけるタイヤ公転の前輪サスペンションジオメトリによって、本来失われがちである直進安定性や外乱タフネスを、発電機７によるダンパ制御によって補うことができる。例えば、ステアリング系の剛性が必要とされるような一定車速以上の直進状態を車速と舵角で判定して、装備したステアリングダンパ装置１や転舵輪用の懸架装置における電子制御ステアリングダンパのダンピング効果を高めることにより、各車速において最適な操舵フィーリングを得ることができる。

具体的には、ステアリングモータを発電機として転用し、その発電機７の電機子コイルの両端子をＰＷＭ制御のＯＮ時間を介して直結状態にして電磁ダンパ効果を高めることにより、ステアリング系に最適なダンパ制御を行うことができる。このとき、従来の電動ステアリング装置のダンパ制御のように舵角速度は必要としない。

なお、本実施形態では、本発明を図１に示す構造のサスペンション装置に適用した例を説明したが、通常のサスペンション装置のうちで、操舵力が軽いものに適用してもよい。例えば、重量が軽い車両とか、タイヤの幅が狭い車両(軽自動車等)とかに適用してもよい。
また、前記したような外乱タフネスに対するダンパ制御においては、トルクセンサにて外乱検知を行なってもよい。

本発明の実施形態に係る車両操舵装置に適用される転舵輪用の懸架装置の概要図である。 本発明の実施形態に係るステアリングダンパ装置の全体構成図である。 本発明に係る車両操舵装置におけるステアリング系のダンパ制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ ステアリングダンパ装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリング軸(ステアリング系連結部材)
４ ピニオン軸(ステアリング系連結部材)
４Ａ ピニオン(ステアリング系連結部材)
６ トルク伝達手段(ステアリング系連結部材)
７ 発電機
８ ラック軸(ステアリング系連結部材)
８Ａ ラック歯(ステアリング系連結部材)
９ 駆動輪（タイヤ）
１０ 制御部
３１Ｌ 前輪（タイヤ）
４０ ボディ(車両)
Ａ_Ｋ キングピン軸
Ｇ タイヤ接地面(タイヤの接地面)
Ｌ_Ｏｆｆ ＫＰオフセット
Ｐ_Ｗ タイヤ接地点
Ｐ_Ｃ キングピン軸延長点(キングピン軸の延長線のタイヤの接地面との交点)
Ｔ トレッド面

Claims (4)

1. ステアリングホイールとタイヤとの間を連結するステアリング系連結部材と、
   前記ステアリングホイールの操舵力を調整するように、前記ステアリング系連結部材に付設された発電機と、
   前記発電機における電機子コイルの両端子の接続状態を車速に応じて制御する制御部とを備えることを特徴とする車両操舵装置。
2. 前記ステアリングホイールの舵角が中立付近である場合、前記電機子コイルの両端子を接続状態とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
3. 前記タイヤのキングピン軸の延長線は、前記タイヤの接地面との交点が該タイヤのトレッド面よりも車両内方である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両操舵装置。
4. 前記発電機における電機子コイルの両端子は、バッテリを介して接続状態とする
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の車両操舵装置。

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