JP3877395B2 - ステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハンドル操作に応じて電動機を駆動してステアリング系の伝達比を変更可能なステアリング装置に係り、特に操舵トルクに基づいて伝達比を変更するステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のステアリング装置において、特開平４−２８３１６８号公報に開示されているように、車速、およびタイヤと路面間の摩擦係数に対応してハンドル操舵角に対する車輪転舵角の目標伝達比を設定し、実際の伝達比を目標伝達比に近付けるようアクチュエータを駆動制御するように構成されたものは知られている。
【０００３】
このように構成されたステアリング装置は、目標伝達比の設定にタイヤと路面間の摩擦係数が考慮されているので、ハンドルを所定量（水平状態に握った位置から持ち替えなく操作可能な９０度）操舵した場合に、車輪転舵角が車両に設定限界横Ｇ（例えば、低μ路で０.２５Ｇ、中μ路で０.５Ｇ、高μ路で１.０Ｇに設定）を発生させる値となる伝達比（車速に応じて変化する）に目標伝達比を設定することにより、任意の車速および路面状態においてもハンドルを持ち替えることなく操作できる範囲において、それぞれの路面状態の設定限界横Ｇ内での操舵が可能であり、いわゆるハンドルの切り過ぎを防止して適切な旋回性能が得られるとしている。
【０００４】
また、従来のステアリング装置において、特開平６−３３６１７５号公報に開示されているように、車速に対応してハンドル操舵角に対する車輪転舵角の伝達比を設定し、検出した操舵トルクの値によって車両が直進時かコーナリング時かを判定して伝達比を変更したり同じ状態を保つように構成されたものは知られている。
【０００５】
例えば、操舵トルクが所定値以下の場合には、車両が直進時と判定して伝達比が変更可能となり、操舵トルクが所定値を超える場合にはコーナリング時と判定して伝達比の変更が禁止される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−２８３１６８号公報に開示されたステアリング装置は、ハンドルを水平状態に握った位置から持ち替えない範囲（例えば、９０度）で、任意の車速および路面状態に対してそれぞれの路面状態の設定限界横Ｇ内での操舵が可能であるが、ドライバの操舵意志としてはハンドル操舵角のみを採用している。
【０００７】
また、特開平６−３３６１７５号公報に開示されたステアリング装置は、操舵トルクの有無で車両が直進状態かコーナリング状態かを判定し、ステアリングギヤのギヤ比（変速比）の変更を行なったり、禁止したりできるものであるが、操舵トルクでステアリング系の転舵量を変更するものではない。
【０００８】
このように、従来のステアリング装置は、ドライバの操舵意志としてハンドルの操舵角のみを検出してステアリング系の転舵角（転舵量）を変更しており、新しい操舵フィーリングを有するステアリング装置が望まれている。
【０００９】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的はドライバの操舵意志の情報として操舵トルクを採用し、これによりステアリング系の転舵量を変更することによって従来にない操舵フィーリングを有するステアリング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためこの発明に係るステアリング装置の伝達比制御手段は、
少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対応する転舵量のゲインが増加するように設定する目標伝達比設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るステアリング装置は、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号基づいて電動機の操作量を制御する伝達比制御手段を備えたので、ドライバの意志に応じた従来に無い新たな操舵フィーリングを得ることができる。
また、この発明に係るステアリング装置は、ハンドルの操作量を検出する操作量センサおよび車速を検出する車速センサを備え、伝達比制御手段は、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対応する転舵量のゲインが増加するように設定する目標伝達比設定手段を備えたので、車両が低速走行時にはハンドル操作量に対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定してドライバの車線追従能力を確保し、車両が高速走行時には操舵トルクに対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定して従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができる。
【００１２】
また、この発明に係るステアリング装置は、ハンドルの操作量を検出する操作量センサおよび車速を検出する車速センサを備え、伝達比制御手段は、少なくとも操作量センサからの操作量信号に基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操作量信号に対応する転舵量のゲインが減少するように設定する目標伝達比設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、この発明に係るステアリング装置は、路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数センサまたは車両挙動を検出する車両挙動センサを備えるとともに、伝達比制御手段は、路面摩擦係数センサからの路面摩擦係数信号または車両挙動センサからの車両挙動信号に基づいてステアリング系の転舵量の最大値を制限する最大転舵量制限手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るステアリング装置は、路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数センサまたは車両挙動を検出する車両挙動センサを備えるとともに、伝達比制御手段は、路面摩擦係数センサからの路面摩擦係数信号または車両挙動センサからの車両挙動信号に基づいてステアリング系の転舵量の最大値を制限する最大転舵量制限手段を備えたので、路面状態の変化、または横加速度等の車両挙動に対応して車両の転舵量の最大値を制限し、ステアリングホイールの切り過ぎに対しても車両の走行状態を適切に保つことができる。
【００１６】
また、この発明に係るステアリング装置は、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを備え、伝達比制御手段は、転舵量センサからの転舵量信号と目標伝達比設定手段からの目標転舵量信号が等しくなるように制御する駆動制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明に係るステアリング装置は、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを備え、伝達比制御手段は、転舵量センサからの転舵量信号と目標伝達比設定手段からの目標転舵量信号が等しくなるように制御する駆動制御手段を備えたので、伝達比を所望の値に設定して車両の走行状態に応じて車両の転舵量を適切に決定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、操舵トルクに対応してステアリング系の転舵量を設定することにより、ステアリングホイールの操作量が小さくても車両の転舵量を自由に設定することができ、従来に無い新たな操舵フィーリングが得られるステアリング装置を提供するものである。
【００１９】
図１はこの発明に係るステアリング装置の全体構成図である。
図１において、ステアリング装置１は、ステアリング系から機械的に独立したステアリングホイール２に一体的に設けた操作量センサ１７、操舵トルクセンサ１８を備える。
操作量センサ１７は、ステアリングホイール２の操作に対応した操舵角を電気信号に変換した操舵角信号（θS）、または操舵位置を電気信号に変換した操舵位置信号（ＰS）である操作量信号ＯSを発生する。
【００２０】
また、ステアリング装置１は、操舵力伝達軸３に設けたウォームギヤ４、自在継ぎ手６Ａ、６Ｃを備えた連結軸６Ｂを備え、電動機５で伝達比（転舵角／操舵角）に対応した操作量を発生し、ウォームギヤ４を介して操舵力伝達軸３の回転運動力に変換し、この回転運動力を連結軸６Ｂを介してラック＆ピニオン機構７に伝達する。
【００２１】
ラック＆ピニオン機構７は、連結軸６Ｂから伝達されるピニオンギヤ８の回転運動力をラック軸１０に設けたラック歯９で水平方向の直線運動力に変換し、ラック軸１０を水平方向に往復運動させ、タイロッド１１を介して操向車輪である、例えば前輪１２を転動させて車両の向きを変えている。
【００２２】
ピニオンギヤ８の近傍には、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを構成する転舵角センサ１９を設け、ピニオンギヤ８の回転角（転舵角θDに対応）を検出するよう構成する。
また、車両の速度（車速）を検出する車速センサ１６を設ける。
【００２３】
なお、転舵角センサ１９の代りに、ラック軸１０の端部に切り欠き部１３を設け、この切り欠き部１３に接触してラック軸１０の転舵量を検出する転舵位置センサ２０を設けてもよい。
【００２４】
伝達比制御手段１４は、マイクロプロセッサを基本にして各種演算機能、処理機能、メモリ機能を備え、操作量センサ１７から供給されるステアリングホイール２の操作量に対応した電気信号の操作量信号ＯS、操舵トルクセンサ１８から供給される操舵トルクに対応した電気信号の操舵トルク信号ＴSに基づいて目標転舵量信号（ＩMT）を発生するとともに、この目標転舵量信号（ＩMT）に対応したオン信号（ＶON）およびＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号（ＶPWM）の混成信号からなる電動機制御信号ＶOを電動機駆動手段１５に供給する。
【００２５】
また、伝達比制御手段１４は、車速センサ１６から供給される車速に対応した電気信号の車速信号ＶSで目標転舵量信号（ＩMT）を補正するとともに、転舵角センサ１９から供給される転舵角信号θD、または転舵位置センサ２０から供給される転舵位置信号（ＰD）に対応した実転舵量信号（ＩJO）を目標転舵量信号（ＩMT）にフィードバック（負帰還）し、ステアリング系の実転舵量信号（ＩJO）が目標転舵量信号（ＩMS）となるよう（ＩJO＝ＩMS）制御する。
【００２６】
電動機駆動手段１５は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子でブリッジ回路を構成し、伝達比制御手段１４から供給される電動機制御信号ＶOに基づいて操作量信号ＶAを出力し、この操作量信号ＶAで電動機５をＰＷＭ駆動することによって電動機５の操作量を制御する。
【００２７】
電動機５は、操作量信号ＶAでＰＷＭ駆動され、操作量に対応した補助トルクをウォームギヤ４に作用させることによって操舵力伝達軸３に回転運動力を付勢し、伝達比制御手段１４で設定した伝達比となるようステアリング系を駆動する。
【００２８】
図２はこの発明に係るステアリング装置に適用するステアリングホイールの一実施の形態イメージ図である。
図２において、ステアリングホイール２は、運転者の操作量（例えば、操舵角）が小さい形状として操作量ＯPで停止するよう構成し、操作量ＯPを超えるステアリング操作は、ステアリングホイール２に加えられる運転者の操舵トルクに依存するよう構成する。
【００２９】
なお、ステアリングホイール２に適当な反力手段（例えば、ダンパ機構や反力スプリング）を設けることにより、操作量ＯPの範囲内でも操舵トルクが発生するように構成することもできる。
【００３０】
ステアリング操作を操作量（例えば、操舵角）と操舵トルクで実行する構成とすることにより、ステアリング操作の範囲を大幅（例えば、４５度以内）に減少することができ、従来のステアリングホイールのような円形状のものから開放されて形状の自由度、小型化を実現できるとともに、従来のステアリングホイールのような、例えば２回転を超えるような回転操作からも開放される。
【００３１】
このことは、ステアリングホイールとステアリング系を機械的に独立させ、ドライバの操舵意志をハンドル操作量（例えば、操舵角）と操舵トルクで検出し、これらの検出量に対応してステアリング系に作用する操作量を電動機５から発生させ、車両の転舵量を決定するものである。
【００３２】
なお、図２に示すステアリング系ホイール２の形状は、時計方向および反時計方向に対象な操作量ＯPの可動部を有するものであれば、任意形状のものでよい。
【００３３】
図３はこの発明に係るステアリング装置の基本要部ブロック構成図である。
図３において、ステアリング装置１は、車速センサ１６、ハンドルの操作位置を検出する操作位置センサまたは操舵角を検出する操舵角センサからなる操作量センサ１７、操舵トルクセンサ１８、伝達比制御手段１４、電動機駆動手段１５、電動機５、転舵量センサ１９、２０を備える。
【００３４】
伝達比制御手段１４は、目標伝達比設定手段２１、偏差演算手段２２、駆動制御手段２３、転舵量信号変換手段２４を備える。
【００３５】
目標伝達比設定手段２１は、ＲＯＭ等のメモリ、ソフト制御の加算機能や乗算機能を備え、操作量センサ１７から供給される操作量信号ＯS、操舵トルクセンサ１８から供給される操舵トルク信号ＴSおよび車速センサ１６から供給される車速信号ＶSに基づいて目標転舵量信号ＩMTを設定し、この目標転舵量信号ＩMTを偏差演算手段２２に供給する。
【００３６】
目標転舵量信号ＩMTは、操舵トルク信号ＴSを車速信号ＶSで補正した値と、操作量信号ＯSを車速信号ＶSで補正した値とを加算した値に対応し、転舵角θDと操舵角θSとの比で決定される伝達比ＴH（＝θD／θS）の目標転舵角信号θDMに対応するように設定する。
【００３７】
図４はこの発明に係る目標伝達比設定手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。
図４において、目標伝達比設定手段２１は、トルク−転舵量変換手段３０、トルク変化量演算手段３１、変化量−転舵量変換手段３２、加算手段３３、車速係数発生手段３４、乗算手段３５、車速係数発生手段３６、操作量−転舵量変換手段３７、乗算手段３８、加算手段３９を備える。
【００３８】
トルク−転舵量変換手段３０は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、例えば図５に示す操舵トルク信号（ＴS）−転舵量信号（ＸT）特性図のデータを設定しておき、操舵トルク信号ＴSが供給されると対応する転舵量信号ＸTを読み出して加算手段３３に供給する。
【００３９】
トルク変化量演算手段３１は、微分演算機能を備え、操舵トルク信号ＴSに１回の微分演算（ｄＴS／ｄｔ）、または２回の微分演算（ｄＴS 2／ｄｔ）を施し、演算した結果を操舵トルク変化量信号ＤTとして変化量−転舵量変換手段３２に供給する。
【００４０】
変化量−転舵量変換手段３２は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、例えば図６に示す操舵トルク変化量（信号）ＤT−転舵量信号ＸD特性図のデータを設定しておき、操舵トルク変化量信号ＤTが供給されると対応する転舵量信号ＸDを読み出して加算手段３３に供給する。
【００４１】
加算手段３３は、ソフト制御の加算機能を備え、トルク−転舵量変換手段３０から供給される転舵量信号ＸTと、変化量−転舵量変換手段３２から供給される転舵量信号ＸDとを加算処理し、転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）を乗算手段３５に提供する。
【００４２】
車速係数発生手段３４は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、図７に示す車速信号（ＶS）−車速係数（ＫT）特性図のデータを設定しておき、車速信号ＶSが供給されると対応する車速係数ＫTを発生して乗算手段３５に提供する。
【００４３】
乗算手段３５は、ソフト制御の乗算機能を備え、加算手段３３から提供される転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）に、車速係数発生手段３４から提供される車速係数ＫTを乗算処理し、転舵量信号ＸA｛＝ＫT＊（ＸT＋ＸD）｝を加算手段３９に供給する。
【００４４】
なお、車速係数ＫTは、図７に示すように車速信号ＶSが増加するにつれて増加するよう設定するので、車速信号ＶSが小さい場合（低車速領域）には、操舵トルク信号ＴSに対応した転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）を減少補正する。
【００４５】
一方、車速係数ＫTは、車速信号ＶSが大きな場合（高車速領域）には、操舵トルク信号ＴSに対応した転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）を大きな値に補正する。
【００４６】
このように、車速係数ＫTで転舵量信号ＸQを補正することによって、低車速領域では転舵量信号ＸQを減少補正した転舵量信号ＸA｛＝ＫT＊（ＸT＋ＸD）｝となり、高車速領域では転舵量信号ＸQと同等の転舵量信号ＸA｛＝ＫT＊（ＸT＋ＸD）｝が得られ、高車速領域における操舵トルク信号ＴSおよびトルク変化量信号ＤTに対応する転舵量信号ＸQを大きな値に補正して操舵トルク信号成分に対する転舵量のゲインを大きな値に設定することができる。
【００４７】
車速係数発生手段３６は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、図８に示す車速信号（ＶS）−車速係数（ＫS）特性図のデータを設定しておき、車速信号ＶSが供給されると対応する車速係数ＫSを発生して乗算手段３８に提供する。
【００４８】
操作量−転舵量変換手段３７は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、例えば操作量センサ１７を操舵角センサで構成した場合の図９に示す操舵角信号（θS）−転舵量（ＸS）特性図のデータを設定しておき、操舵角信号θSが供給されると対応する転舵量信号ＸSを読み出して乗算手段３８に提供する。
【００４９】
乗算手段３８は、ソフト制御の乗算機能を備え、操作量−転舵量変換手段３７から供給される転舵量信号ＸSに、車速係数発生手段３６から供給される車速係数ＫSを乗算処理し、転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）を加算手段３９に供給する。
【００５０】
なお、車速係数ＫSは、図８に示すように車速信号ＶSが増加するにつれて減少するよう設定するので、車速信号ＶSが小さい場合（低車速領域）には、車速係数ＫSは大きな値となり、転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）は、図９に示す転舵量ＸSの値になる。
【００５１】
一方、車速係数ＫSは、車速信号ＶSが大きな場合（高車速領域）には、小さな値となるので、操舵角信号θSに対する転舵量信号ＸSを小さな値に補正し、転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）を出力する。
【００５２】
このように、車速係数ＫSで転舵量信号ＸSを補正することによって、低車速領域では転舵角信号θSに対応した転舵量信号ＸSと同等の転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）となり、高車速領域では転舵角信号θSに対応した転舵量信号ＸSを減少させた転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）が得られ、低車速領域における転舵量信号ＸSに対応する転舵量信号ＸBを大きな値に補正して操作量信号（操舵角または操舵位置）成分に対する転舵量のゲインを大きな値に設定することができる。
【００５３】
加算手段３９は、ソフト制御の加算手段を備え、乗算手段３５から供給される転舵量信号ＸAと、乗算手段３８から供給される転舵量信号ＸBを加算処理し、目標転舵量信号ＩMT（＝ＸA＋ＸB）を図３に示す偏差演算手段２２に供給する。
【００５４】
なお、目標転舵量信号ＩMTは、目標転舵角信号θDMに対応する値、または目標転舵位置信号ＰDMに対応する値である。
【００５５】
このように、目標伝達比設定手段２１は、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対する転舵量のゲインが増加するよう設定するので、車両が低速走行時には操作量に対する転舵量のゲインを大きく設定することによってドライバは従来の操舵フィーリングと余り変化がないので車両前方の車線に車両を適切に追従させることができ、ドライバの車線追従能力を確保することができる。
また、車両が高速走行時には操舵トルクに対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定して従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができる。
【００５６】
偏差演算手段２２は、ソフト制御の減算機能を備え、目標伝達比設定手段２１から供給される目標転舵量信号ＩMTと、転舵量信号変換手段２４から供給される実転舵量信号ＩJOとの偏差（＝ＩMT−ＩJO）を演算し、偏差信号ΔＩ（＝ＩMT−ＩJO）を駆動制御手段２３に提供する。
【００５７】
駆動制御手段２３は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラ、ＰＷＭ信号発生器等で構成し、偏差演算手段２２から供給される偏差信号ΔＩ（ＩMT−ＩJO）にＰＩＤ制御を施した後、対応したＰＷＭ信号を電動機制御信号ＶOとして電動機駆動手段１５に供給する。
【００５８】
また、駆動制御手段２３は、電動機駆動手段１５、転舵量センサ１９、２０、転舵量信号変換手段２４および偏差演算手段２２とともにフィードバック（負帰還）ループを形成し、偏差信号ΔＩ（＝ＩMT−ＩJO）を速やかに０（ＩMT＝ＩJO）にして実転舵量信号ＩJOを目標転舵量信号ＩMTに等しくなるよう制御する。
【００５９】
電動機駆動手段１５は、図１で説明したように、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子でブリッジ回路を構成し、伝達比制御手段１４から供給される電動機制御信号ＶOに基づいて操作量信号ＶAを出力し、この操作量信号ＶAで電動機５をＰＷＭ駆動することによって電動機５の操作量を制御する。
【００６０】
転舵量センサ１９は、転舵角センサで構成し、電動機５からステアリング系に供給される電動機操作量ＴMをピニオンギヤ８の回転角（転舵角θDに対応）として検出し、回転角（転舵角θDに対応）に対応した電気信号の転舵角信号ＴDを転舵量信号変換手段２４に供給する。
【００６１】
また、転舵量センサ１９は、ポテンショメータ等の転舵位置センサ２０で構成し、図１に示すラック軸１０の切り欠き部１３の位置を検出し、電気信号の転舵位置信号ＴDを転舵量信号変換手段２４に供給する。
【００６２】
このように、この発明に係るステアリング装置１は、少なくとも操舵トルクセンサ１８からの操舵トルク信号ＴSに基づいて電動機５の操作量を制御する伝達比制御手段１４を備えたので、従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができる。
【００６３】
図１０は路面摩擦係数または車両挙動の影響を考慮したこの発明に係る伝達比制御手段の要部ブロック構成図である。
図１０において、伝達比制御手段４０は、目標伝達比設定手段２１、最大転舵量制限手段４１、偏差演算手段２２、駆動制御手段２３、転舵量信号変換手段２４を備える。
【００６４】
なお、伝達比制御手段４０は、目標転舵量信号ＩMT、路面摩擦係数センサ４２または車両挙動センサ４３からのセンサ信号（摩擦係数信号μSまたは車両挙動信号ＭS）に基づいて目標転舵量信号ＩMTの最大値を制限する最大転舵量制限手段４１を設けた点が図３に示す伝達比制御手段１４と異なる。
【００６５】
最大転舵量制限手段４１は、路面摩擦係数センサ４２から供給される路面摩擦係数信号μS、または車両挙動センサ４３から供給される車両挙動信号ＭSに基づいて目標伝達比設定手段２１から供給される目標転舵量信号ＩMTの最大値を制限した目標転舵量最大信号ＩMTMを偏差演算手段２２に供給する。
【００６６】
図１１はこの発明に係る最大転舵量制限手段の要部ブロック構成図である。
図１１において、最大転舵量制限手段４１は、最大値記憶手段４４、最大値制限手段４５を備える。
【００６７】
最大値記憶手段４４は、ＲＯＭ等のメモリで構成し、予め路面摩擦係数信号μS、または車両挙動信号ＭSの値に対応した目標転舵量信号ＩMTの最大値ＩMMを設定してしておき、路面摩擦係数センサ４２で検出した路面摩擦係数信号μS、または車両挙動センサ４３で検出した車両挙動信号ＭSに基づいて最大値ＩMMを読み出し、最大値信号ＩMMを最大値制限手段４５に供給する。
【００６８】
図１２はこの発明に係る最大値記憶手段の路面摩擦係数信号（μS）−最大値信号（ＩMM）特性図である。
図１２において、最大値信号ＩMMは、路面摩擦係数信号μSのそれぞれの値に対して設定し、路面摩擦係数信号μSに比例して増加する特性に設定する。
【００６９】
このように、路面摩擦係数信号μSが小さい低μ路面状態では、最大値信号ＩM Mを小さく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が小さく制限されるようにする。
一方、路面摩擦係数信号μSが大きい高μ路面状態では、最大値信号ＩMMを大きく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が大きくなるようにする。
【００７０】
図１３はこの発明に係る最大値記憶手段の車両挙動信号（ＭS）−最大値信号（ＩMM）特性図である。
図１３において、最大値信号ＩMMは、車両挙動信号ＭSのそれぞれ値に対して設定し、車両挙動信号ＭSに反比例して減少する特性に設定する。
【００７１】
このように、車両挙動信号ＭSが小さく、車両に作用する横加速度、ヨーレイトが小さい場合には、最大値信号ＩMMを大きく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が大きくなるようにする。
一方、車両挙動信号ＭSが大きく、車両に作用する横加速度、ヨーレイトが大きい場合には、最大値信号ＩMMを小さく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が小さく制限されるようにする。
【００７２】
最大値制限手段４５は、コンパレータ、クリップ回路を備え、目標伝達比設定手段２１から供給される目標転舵量信号ＩMTと最大値記憶手段４４から供給される最大値信号ＩMMとを比較する。
【００７３】
目標転舵量信号ＩMTが最大値信号ＩMMを下回る場合（ＩMT＜ＩMM）には、目標転舵量信号ＩMTをそのまま目標転舵量信号ＩMTMとして出力し、目標転舵量信号ＩMTが最大値信号ＩMM以上の場合（（ＩMT≧ＩMM）には、目標転舵量信号ＩMTを最大値信号ＩMMに制限し、この最大値信号ＩMMを目標転舵量信号ＩMTMとして出力する。
【００７４】
このように、伝達比制御手段４０に、路面摩擦係数センサ４２、または車両挙動センサ４３からの出力信号（μS、ＭS）に基づいて車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）の最大値を制限する最大転舵量制限手段４１を備えたので、路面状態の変化、または横加速度等の車両挙動に対応して車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）の最大値を制限してステアリングホイールの切り過ぎに対しても車両の走行状態を適切に保つことができる。
【００７５】
本実施の形態では、ステアリングホイール２がステアリング系から機械的に独立した構成を示したが、図１４に示すようにステアリングホイール２とステアリング系が可変ギア比機構４２を介して機械的に結合されたステアリング装置５０でも本願発明を適用することができる。
【００７６】
なお、図１４に示す実施の形態では、図１に示す転舵角センサ１９、転舵位置センサ２０に代えて伝達比検出手段を可変ギア比機構４２に設け、伝達比制御手段１４は目標転舵量信号の代わりに車速センサ１６、操作量センサ１７および操舵トルクセンサ１８から目標伝達比を求め、この目標伝達比と伝達比検出手段からの実伝達比との偏差が０になるように電動機駆動手段１５を介して駆動制御するよう構成することもできる。
【００７７】
また、本実施の形態では、操作量センサ１７、操舵トルクセンサ１８、車速センサ１６、転舵量センサ１９、２０、伝達比制御手段１４、電動機駆動手段１５をそれぞれ１個で構成したが、実用化に際してはそれぞれ複数個設け、切り替え可能な構成としてもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態では、ドライバの操舵意志の情報としてハンドル操作量と操舵トルクを検出したが、操舵トルクのみを検出するようにしてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
この発明に係るステアリング装置は、少なくとも前記操舵トルクセンサからの操舵トルク信号基づいて前記電動機の操作量を制御する伝達比制御手段を備え、ドライバの意志に応じた従来に無い新たな操舵フィーリングを得ることができるので、例えばハンドル操作量が少なくて長時間の運転にも疲れなく、緊急時のハンドルの切り過ぎを防止でき、快適で安定性に優れたハンドル操作を実現することができる。
【００８０】
また、この発明に係るステアリング装置は、ハンドルの操作量を検出する操作量センサおよび車速を検出する車速センサを備え、伝達比制御手段は、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対応する転舵量のゲインが増加するように設定する目標伝達比設定手段を備え、車両が低速走行時にはハンドル操作量に対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定してドライバの車線追従能力を確保し、車両が高速走行時には操舵トルクに対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定して従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができるため、ドライバの意志を忠実に実現して快適で安定性に優れたハンドル操作を実現することができる。
【００８１】
さらに、この発明に係るステアリング装置は、路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数センサまたは車両挙動を検出する車両挙動センサを備えるとともに、伝達比制御手段は、路面摩擦係数センサからの路面摩擦係数信号または車両挙動センサからの車両挙動信号に基づいてステアリング系の転舵量の最大値を制限する最大転舵量制限手段を備え、路面状態の変化、または横加速度等による車両挙動の変化に対応して車両の転舵角の最大値を制限し、ステアリングホイールの切り過ぎに対しても車両の走行状態を適切に保つことができるので、様々な走行条件においても安定した走行を実現することができる。
【００８２】
また、この発明に係るステアリング装置は、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを備え、伝達比制御手段は、転舵量センサからの転舵量信号と目標伝達比設定手段からの目標転舵量信号が等しくなるように制御する駆動制御手段を備え、伝達比を所望の値に設定して車両の走行状態に応じて車両の転舵量を適切に決定することができるので、安定した操舵フィーリングを得ることができる。
【００８３】
よって、長時間の運転にも疲れなく、緊急時のハンドルの切り過ぎを防止でき、快適で安定性に優れたハンドル操作を実現してドライバの意志に応じた従来に無い新たな操舵フィーリングを得ることができるステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るステアリング装置の全体構成図
【図２】この発明に係るステアリング装置に適用するステアリングホイールの一実施の形態イメージ図
【図３】この発明に係るステアリング装置の基本要部ブロック構成図
【図４】この発明に係る目標伝達比設定手段の一実施の形態要部ブロック構成図
【図５】操舵トルク信号（ＴS）−転舵量信号（ＸT）特性図
【図６】操舵トルク変化量（信号）ＤT−転舵量信号ＸD特性図
【図７】車速信号（ＶS）−車速係数（ＫT）特性図
【図８】車速信号（ＶS）−車速係数（ＫS）特性図
【図９】操舵角信号（θS）−転舵量（ＸS）特性図
【図１０】路面摩擦係数または車両挙動の影響を考慮したこの発明に係る伝達比制御手段の要部ブロック構成図
【図１１】この発明に係る最大転舵量制限手段の要部ブロック構成図
【図１２】この発明に係る最大値記憶手段の路面摩擦係数信号（μS）−最大値信号（ＩMM）特性図
【図１３】この発明に係る最大値記憶手段の車両挙動信号（ＭS）−最大値信号（ＩMM）特性図
【図１４】ステアリングホイール２とステアリング系が機械的に結合されたステアリング装置の全体構成図
【符号の説明】
１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…操舵力伝達軸、４…ウォームギヤ、５…電動機、６Ａ，６Ｃ…自在継ぎ手、６Ｂ…連結軸、７…ラック＆ピニオン機構、８…ピニオンギヤ、９…ラック歯、１０…ラック軸、１１…タイロッド、１２…前輪、１３…切り欠き部、１４，４０…伝達比制御手段、１５…電動機駆動手段、１６…車速センサ、１７…操作量センサ、１８…操舵トルクセンサ、１９…転舵角センサ、２０…転舵位置センサ、２１…目標伝達比設定手段、２２…偏差演算手段、２３…駆動制御手段、２４…転舵量信号変換手段、３０…トルク−転舵量変換手段、３１…トルク変化量演算手段、３２…変化量−転舵量変換手段、３３…加算手段、３４…車速係数発生手段、３５…乗算手段、３６…車速係数発生手段、３７…操作量−転舵量変換手段、３８…乗算手段、３９…加算手段、４１…最大転舵量制限手段、４２…路面摩擦係数センサ、４３…車両挙動センサ、ＩMM…最大値、ＩJO…実転舵量信号、ＩMT…目標転舵量信号、ＩMTM…目標転舵量最大信号、ΔＩ（ＩMT−ＩJO）…偏差信号、ＭS…車両挙動信号、ＯS…操作量信号、ＰD…転舵位置信号、ＰS…操舵位置信号、ＴD…転舵角信号、ＴM…電動機操作量、ＴS…操舵トルク信号、ＶA…操作量信号、ＶO…電動機制御信号、ＶS…車速信号、θD…転舵角、θS…操舵角信号、μS…路面摩擦係数信号。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハンドル操作に応じて電動機を駆動してステアリング系の伝達比を変更可能なステアリング装置に係り、特に操舵トルクに基づいて伝達比を変更するステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のステアリング装置において、特開平４−２８３１６８号公報に開示されているように、車速、およびタイヤと路面間の摩擦係数に対応してハンドル操舵角に対する車輪転舵角の目標伝達比を設定し、実際の伝達比を目標伝達比に近付けるようアクチュエータを駆動制御するように構成されたものは知られている。
【０００３】
このように構成されたステアリング装置は、目標伝達比の設定にタイヤと路面間の摩擦係数が考慮されているので、ハンドルを所定量（水平状態に握った位置から持ち替えなく操作可能な９０度）操舵した場合に、車輪転舵角が車両に設定限界横Ｇ（例えば、低μ路で０.２５Ｇ、中μ路で０.５Ｇ、高μ路で１.０Ｇに設定）を発生させる値となる伝達比（車速に応じて変化する）に目標伝達比を設定することにより、任意の車速および路面状態においてもハンドルを持ち替えることなく操作できる範囲において、それぞれの路面状態の設定限界横Ｇ内での操舵が可能であり、いわゆるハンドルの切り過ぎを防止して適切な旋回性能が得られるとしている。
【０００４】
また、従来のステアリング装置において、特開平６−３３６１７５号公報に開示されているように、車速に対応してハンドル操舵角に対する車輪転舵角の伝達比を設定し、検出した操舵トルクの値によって車両が直進時かコーナリング時かを判定して伝達比を変更したり同じ状態を保つように構成されたものは知られている。
【０００５】
例えば、操舵トルクが所定値以下の場合には、車両が直進時と判定して伝達比が変更可能となり、操舵トルクが所定値を超える場合にはコーナリング時と判定して伝達比の変更が禁止される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−２８３１６８号公報に開示されたステアリング装置は、ハンドルを水平状態に握った位置から持ち替えない範囲（例えば、９０度）で、任意の車速および路面状態に対してそれぞれの路面状態の設定限界横Ｇ内での操舵が可能であるが、ドライバの操舵意志としてはハンドル操舵角のみを採用している。
【０００７】
また、特開平６−３３６１７５号公報に開示されたステアリング装置は、操舵トルクの有無で車両が直進状態かコーナリング状態かを判定し、ステアリングギヤのギヤ比（変速比）の変更を行なったり、禁止したりできるものであるが、操舵トルクでステアリング系の転舵量を変更するものではない。
【０００８】
このように、従来のステアリング装置は、ドライバの操舵意志としてハンドルの操舵角のみを検出してステアリング系の転舵角（転舵量）を変更しており、新しい操舵フィーリングを有するステアリング装置が望まれている。
【０００９】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的はドライバの操舵意志の情報として操舵トルクを採用し、これによりステアリング系の転舵量を変更することによって従来にない操舵フィーリングを有するステアリング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためこの発明に係るステアリング装置の伝達比制御手段は、
少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対応する転舵量のゲインが増加するように設定する目標伝達比設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るステアリング装置は、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号基づいて電動機の操作量を制御する伝達比制御手段を備えたので、ドライバの意志に応じた従来に無い新たな操舵フィーリングを得ることができる。
また、この発明に係るステアリング装置は、ハンドルの操作量を検出する操作量センサおよび車速を検出する車速センサを備え、伝達比制御手段は、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対応する転舵量のゲインが増加するように設定する目標伝達比設定手段を備えたので、車両が低速走行時にはハンドル操作量に対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定してドライバの車線追従能力を確保し、車両が高速走行時には操舵トルクに対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定して従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができる。
【００１２】
また、この発明に係るステアリング装置は、ハンドルの操作量を検出する操作量センサおよび車速を検出する車速センサを備え、伝達比制御手段は、少なくとも操作量センサからの操作量信号に基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操作量信号に対応する転舵量のゲインが減少するように設定する目標伝達比設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、この発明に係るステアリング装置は、路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数センサまたは車両挙動を検出する車両挙動センサを備えるとともに、伝達比制御手段は、路面摩擦係数センサからの路面摩擦係数信号または車両挙動センサからの車両挙動信号に基づいてステアリング系の転舵量の最大値を制限する最大転舵量制限手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るステアリング装置は、路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数センサまたは車両挙動を検出する車両挙動センサを備えるとともに、伝達比制御手段は、路面摩擦係数センサからの路面摩擦係数信号または車両挙動センサからの車両挙動信号に基づいてステアリング系の転舵量の最大値を制限する最大転舵量制限手段を備えたので、路面状態の変化、または横加速度等の車両挙動に対応して車両の転舵量の最大値を制限し、ステアリングホイールの切り過ぎに対しても車両の走行状態を適切に保つことができる。
【００１６】
また、この発明に係るステアリング装置は、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを備え、伝達比制御手段は、転舵量センサからの転舵量信号と目標伝達比設定手段からの目標転舵量信号が等しくなるように制御する駆動制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明に係るステアリング装置は、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを備え、伝達比制御手段は、転舵量センサからの転舵量信号と目標伝達比設定手段からの目標転舵量信号が等しくなるように制御する駆動制御手段を備えたので、伝達比を所望の値に設定して車両の走行状態に応じて車両の転舵量を適切に決定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、操舵トルクに対応してステアリング系の転舵量を設定することにより、ステアリングホイールの操作量が小さくても車両の転舵量を自由に設定することができ、従来に無い新たな操舵フィーリングが得られるステアリング装置を提供するものである。
【００１９】
図１はこの発明に係るステアリング装置の全体構成図である。
図１において、ステアリング装置１は、ステアリング系から機械的に独立したステアリングホイール２に一体的に設けた操作量センサ１７、操舵トルクセンサ１８を備える。
操作量センサ１７は、ステアリングホイール２の操作に対応した操舵角を電気信号に変換した操舵角信号（θS）、または操舵位置を電気信号に変換した操舵位置信号（ＰS）である操作量信号ＯSを発生する。
【００２０】
また、ステアリング装置１は、操舵力伝達軸３に設けたウォームギヤ４、自在継ぎ手６Ａ、６Ｃを備えた連結軸６Ｂを備え、電動機５で伝達比（転舵角／操舵角）に対応した操作量を発生し、ウォームギヤ４を介して操舵力伝達軸３の回転運動力に変換し、この回転運動力を連結軸６Ｂを介してラック＆ピニオン機構７に伝達する。
【００２１】
ラック＆ピニオン機構７は、連結軸６Ｂから伝達されるピニオンギヤ８の回転運動力をラック軸１０に設けたラック歯９で水平方向の直線運動力に変換し、ラック軸１０を水平方向に往復運動させ、タイロッド１１を介して操向車輪である、例えば前輪１２を転動させて車両の向きを変えている。
【００２２】
ピニオンギヤ８の近傍には、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを構成する転舵角センサ１９を設け、ピニオンギヤ８の回転角（転舵角θDに対応）を検出するよう構成する。
また、車両の速度（車速）を検出する車速センサ１６を設ける。
【００２３】
なお、転舵角センサ１９の代りに、ラック軸１０の端部に切り欠き部１３を設け、この切り欠き部１３に接触してラック軸１０の転舵量を検出する転舵位置センサ２０を設けてもよい。
【００２４】
伝達比制御手段１４は、マイクロプロセッサを基本にして各種演算機能、処理機能、メモリ機能を備え、操作量センサ１７から供給されるステアリングホイール２の操作量に対応した電気信号の操作量信号ＯS、操舵トルクセンサ１８から供給される操舵トルクに対応した電気信号の操舵トルク信号ＴSに基づいて目標転舵量信号（ＩMT）を発生するとともに、この目標転舵量信号（ＩMT）に対応したオン信号（ＶON）およびＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号（ＶPWM）の混成信号からなる電動機制御信号ＶOを電動機駆動手段１５に供給する。
【００２５】
また、伝達比制御手段１４は、車速センサ１６から供給される車速に対応した電気信号の車速信号ＶSで目標転舵量信号（ＩMT）を補正するとともに、転舵角センサ１９から供給される転舵角信号θD、または転舵位置センサ２０から供給される転舵位置信号（ＰD）に対応した実転舵量信号（ＩJO）を目標転舵量信号（ＩMT）にフィードバック（負帰還）し、ステアリング系の実転舵量信号（ＩJO）が目標転舵量信号（ＩMS）となるよう（ＩJO＝ＩMS）制御する。
【００２６】
電動機駆動手段１５は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子でブリッジ回路を構成し、伝達比制御手段１４から供給される電動機制御信号ＶOに基づいて操作量信号ＶAを出力し、この操作量信号ＶAで電動機５をＰＷＭ駆動することによって電動機５の操作量を制御する。
【００２７】
電動機５は、操作量信号ＶAでＰＷＭ駆動され、操作量に対応した補助トルクをウォームギヤ４に作用させることによって操舵力伝達軸３に回転運動力を付勢し、伝達比制御手段１４で設定した伝達比となるようステアリング系を駆動する。
【００２８】
図２はこの発明に係るステアリング装置に適用するステアリングホイールの一実施の形態イメージ図である。
図２において、ステアリングホイール２は、運転者の操作量（例えば、操舵角）が小さい形状として操作量ＯPで停止するよう構成し、操作量ＯPを超えるステアリング操作は、ステアリングホイール２に加えられる運転者の操舵トルクに依存するよう構成する。
【００２９】
なお、ステアリングホイール２に適当な反力手段（例えば、ダンパ機構や反力スプリング）を設けることにより、操作量ＯPの範囲内でも操舵トルクが発生するように構成することもできる。
【００３０】
ステアリング操作を操作量（例えば、操舵角）と操舵トルクで実行する構成とすることにより、ステアリング操作の範囲を大幅（例えば、４５度以内）に減少することができ、従来のステアリングホイールのような円形状のものから開放されて形状の自由度、小型化を実現できるとともに、従来のステアリングホイールのような、例えば２回転を超えるような回転操作からも開放される。
【００３１】
このことは、ステアリングホイールとステアリング系を機械的に独立させ、ドライバの操舵意志をハンドル操作量（例えば、操舵角）と操舵トルクで検出し、これらの検出量に対応してステアリング系に作用する操作量を電動機５から発生させ、車両の転舵量を決定するものである。
【００３２】
なお、図２に示すステアリング系ホイール２の形状は、時計方向および反時計方向に対象な操作量ＯPの可動部を有するものであれば、任意形状のものでよい。
【００３３】
図３はこの発明に係るステアリング装置の基本要部ブロック構成図である。
図３において、ステアリング装置１は、車速センサ１６、ハンドルの操作位置を検出する操作位置センサまたは操舵角を検出する操舵角センサからなる操作量センサ１７、操舵トルクセンサ１８、伝達比制御手段１４、電動機駆動手段１５、電動機５、転舵量センサ１９、２０を備える。
【００３４】
伝達比制御手段１４は、目標伝達比設定手段２１、偏差演算手段２２、駆動制御手段２３、転舵量信号変換手段２４を備える。
【００３５】
目標伝達比設定手段２１は、ＲＯＭ等のメモリ、ソフト制御の加算機能や乗算機能を備え、操作量センサ１７から供給される操作量信号ＯS、操舵トルクセンサ１８から供給される操舵トルク信号ＴSおよび車速センサ１６から供給される車速信号ＶSに基づいて目標転舵量信号ＩMTを設定し、この目標転舵量信号ＩMTを偏差演算手段２２に供給する。
【００３６】
目標転舵量信号ＩMTは、操舵トルク信号ＴSを車速信号ＶSで補正した値と、操作量信号ＯSを車速信号ＶSで補正した値とを加算した値に対応し、転舵角θDと操舵角θSとの比で決定される伝達比ＴH（＝θD／θS）の目標転舵角信号θDMに対応するように設定する。
【００３７】
図４はこの発明に係る目標伝達比設定手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。
図４において、目標伝達比設定手段２１は、トルク−転舵量変換手段３０、トルク変化量演算手段３１、変化量−転舵量変換手段３２、加算手段３３、車速係数発生手段３４、乗算手段３５、車速係数発生手段３６、操作量−転舵量変換手段３７、乗算手段３８、加算手段３９を備える。
【００３８】
トルク−転舵量変換手段３０は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、例えば図５に示す操舵トルク信号（ＴS）−転舵量信号（ＸT）特性図のデータを設定しておき、操舵トルク信号ＴSが供給されると対応する転舵量信号ＸTを読み出して加算手段３３に供給する。
【００３９】
トルク変化量演算手段３１は、微分演算機能を備え、操舵トルク信号ＴSに１回の微分演算（ｄＴS／ｄｔ）、または２回の微分演算（ｄＴS 2／ｄｔ）を施し、演算した結果を操舵トルク変化量信号ＤTとして変化量−転舵量変換手段３２に供給する。
【００４０】
変化量−転舵量変換手段３２は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、例えば図６に示す操舵トルク変化量（信号）ＤT−転舵量信号ＸD特性図のデータを設定しておき、操舵トルク変化量信号ＤTが供給されると対応する転舵量信号ＸDを読み出して加算手段３３に供給する。
【００４１】
加算手段３３は、ソフト制御の加算機能を備え、トルク−転舵量変換手段３０から供給される転舵量信号ＸTと、変化量−転舵量変換手段３２から供給される転舵量信号ＸDとを加算処理し、転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）を乗算手段３５に提供する。
【００４２】
車速係数発生手段３４は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、図７に示す車速信号（ＶS）−車速係数（ＫT）特性図のデータを設定しておき、車速信号ＶSが供給されると対応する車速係数ＫTを発生して乗算手段３５に提供する。
【００４３】
乗算手段３５は、ソフト制御の乗算機能を備え、加算手段３３から提供される転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）に、車速係数発生手段３４から提供される車速係数ＫTを乗算処理し、転舵量信号ＸA｛＝ＫT＊（ＸT＋ＸD）｝を加算手段３９に供給する。
【００４４】
なお、車速係数ＫTは、図７に示すように車速信号ＶSが増加するにつれて増加するよう設定するので、車速信号ＶSが小さい場合（低車速領域）には、操舵トルク信号ＴSに対応した転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）を減少補正する。
【００４５】
一方、車速係数ＫTは、車速信号ＶSが大きな場合（高車速領域）には、操舵トルク信号ＴSに対応した転舵量信号ＸQ（＝ＸT＋ＸD）を大きな値に補正する。
【００４６】
このように、車速係数ＫTで転舵量信号ＸQを補正することによって、低車速領域では転舵量信号ＸQを減少補正した転舵量信号ＸA｛＝ＫT＊（ＸT＋ＸD）｝となり、高車速領域では転舵量信号ＸQと同等の転舵量信号ＸA｛＝ＫT＊（ＸT＋ＸD）｝が得られ、高車速領域における操舵トルク信号ＴSおよびトルク変化量信号ＤTに対応する転舵量信号ＸQを大きな値に補正して操舵トルク信号成分に対する転舵量のゲインを大きな値に設定することができる。
【００４７】
車速係数発生手段３６は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、図８に示す車速信号（ＶS）−車速係数（ＫS）特性図のデータを設定しておき、車速信号ＶSが供給されると対応する車速係数ＫSを発生して乗算手段３８に提供する。
【００４８】
操作量−転舵量変換手段３７は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め実験値や設計値に基づいて、例えば操作量センサ１７を操舵角センサで構成した場合の図９に示す操舵角信号（θS）−転舵量（ＸS）特性図のデータを設定しておき、操舵角信号θSが供給されると対応する転舵量信号ＸSを読み出して乗算手段３８に提供する。
【００４９】
乗算手段３８は、ソフト制御の乗算機能を備え、操作量−転舵量変換手段３７から供給される転舵量信号ＸSに、車速係数発生手段３６から供給される車速係数ＫSを乗算処理し、転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）を加算手段３９に供給する。
【００５０】
なお、車速係数ＫSは、図８に示すように車速信号ＶSが増加するにつれて減少するよう設定するので、車速信号ＶSが小さい場合（低車速領域）には、車速係数ＫSは大きな値となり、転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）は、図９に示す転舵量ＸSの値になる。
【００５１】
一方、車速係数ＫSは、車速信号ＶSが大きな場合（高車速領域）には、小さな値となるので、操舵角信号θSに対する転舵量信号ＸSを小さな値に補正し、転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）を出力する。
【００５２】
このように、車速係数ＫSで転舵量信号ＸSを補正することによって、低車速領域では転舵角信号θSに対応した転舵量信号ＸSと同等の転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）となり、高車速領域では転舵角信号θSに対応した転舵量信号ＸSを減少させた転舵量信号ＸB（＝ＫS＊ＸS）が得られ、低車速領域における転舵量信号ＸSに対応する転舵量信号ＸBを大きな値に補正して操作量信号（操舵角または操舵位置）成分に対する転舵量のゲインを大きな値に設定することができる。
【００５３】
加算手段３９は、ソフト制御の加算手段を備え、乗算手段３５から供給される転舵量信号ＸAと、乗算手段３８から供給される転舵量信号ＸBを加算処理し、目標転舵量信号ＩMT（＝ＸA＋ＸB）を図３に示す偏差演算手段２２に供給する。
【００５４】
なお、目標転舵量信号ＩMTは、目標転舵角信号θDMに対応する値、または目標転舵位置信号ＰDMに対応する値である。
【００５５】
このように、目標伝達比設定手段２１は、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対する転舵量のゲインが増加するよう設定するので、車両が低速走行時には操作量に対する転舵量のゲインを大きく設定することによってドライバは従来の操舵フィーリングと余り変化がないので車両前方の車線に車両を適切に追従させることができ、ドライバの車線追従能力を確保することができる。
また、車両が高速走行時には操舵トルクに対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定して従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができる。
【００５６】
偏差演算手段２２は、ソフト制御の減算機能を備え、目標伝達比設定手段２１から供給される目標転舵量信号ＩMTと、転舵量信号変換手段２４から供給される実転舵量信号ＩJOとの偏差（＝ＩMT−ＩJO）を演算し、偏差信号ΔＩ（＝ＩMT−ＩJO）を駆動制御手段２３に提供する。
【００５７】
駆動制御手段２３は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラ、ＰＷＭ信号発生器等で構成し、偏差演算手段２２から供給される偏差信号ΔＩ（ＩMT−ＩJO）にＰＩＤ制御を施した後、対応したＰＷＭ信号を電動機制御信号ＶOとして電動機駆動手段１５に供給する。
【００５８】
また、駆動制御手段２３は、電動機駆動手段１５、転舵量センサ１９、２０、転舵量信号変換手段２４および偏差演算手段２２とともにフィードバック（負帰還）ループを形成し、偏差信号ΔＩ（＝ＩMT−ＩJO）を速やかに０（ＩMT＝ＩJO）にして実転舵量信号ＩJOを目標転舵量信号ＩMTに等しくなるよう制御する。
【００５９】
電動機駆動手段１５は、図１で説明したように、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子でブリッジ回路を構成し、伝達比制御手段１４から供給される電動機制御信号ＶOに基づいて操作量信号ＶAを出力し、この操作量信号ＶAで電動機５をＰＷＭ駆動することによって電動機５の操作量を制御する。
【００６０】
転舵量センサ１９は、転舵角センサで構成し、電動機５からステアリング系に供給される電動機操作量ＴMをピニオンギヤ８の回転角（転舵角θDに対応）として検出し、回転角（転舵角θDに対応）に対応した電気信号の転舵角信号ＴDを転舵量信号変換手段２４に供給する。
【００６１】
また、転舵量センサ１９は、ポテンショメータ等の転舵位置センサ２０で構成し、図１に示すラック軸１０の切り欠き部１３の位置を検出し、電気信号の転舵位置信号ＴDを転舵量信号変換手段２４に供給する。
【００６２】
このように、この発明に係るステアリング装置１は、少なくとも操舵トルクセンサ１８からの操舵トルク信号ＴSに基づいて電動機５の操作量を制御する伝達比制御手段１４を備えたので、従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができる。
【００６３】
図１０は路面摩擦係数または車両挙動の影響を考慮したこの発明に係る伝達比制御手段の要部ブロック構成図である。
図１０において、伝達比制御手段４０は、目標伝達比設定手段２１、最大転舵量制限手段４１、偏差演算手段２２、駆動制御手段２３、転舵量信号変換手段２４を備える。
【００６４】
なお、伝達比制御手段４０は、目標転舵量信号ＩMT、路面摩擦係数センサ４２または車両挙動センサ４３からのセンサ信号（摩擦係数信号μSまたは車両挙動信号ＭS）に基づいて目標転舵量信号ＩMTの最大値を制限する最大転舵量制限手段４１を設けた点が図３に示す伝達比制御手段１４と異なる。
【００６５】
最大転舵量制限手段４１は、路面摩擦係数センサ４２から供給される路面摩擦係数信号μS、または車両挙動センサ４３から供給される車両挙動信号ＭSに基づいて目標伝達比設定手段２１から供給される目標転舵量信号ＩMTの最大値を制限した目標転舵量最大信号ＩMTMを偏差演算手段２２に供給する。
【００６６】
図１１はこの発明に係る最大転舵量制限手段の要部ブロック構成図である。
図１１において、最大転舵量制限手段４１は、最大値記憶手段４４、最大値制限手段４５を備える。
【００６７】
最大値記憶手段４４は、ＲＯＭ等のメモリで構成し、予め路面摩擦係数信号μS、または車両挙動信号ＭSの値に対応した目標転舵量信号ＩMTの最大値ＩMMを設定してしておき、路面摩擦係数センサ４２で検出した路面摩擦係数信号μS、または車両挙動センサ４３で検出した車両挙動信号ＭSに基づいて最大値ＩMMを読み出し、最大値信号ＩMMを最大値制限手段４５に供給する。
【００６８】
図１２はこの発明に係る最大値記憶手段の路面摩擦係数信号（μS）−最大値信号（ＩMM）特性図である。
図１２において、最大値信号ＩMMは、路面摩擦係数信号μSのそれぞれの値に対して設定し、路面摩擦係数信号μSに比例して増加する特性に設定する。
【００６９】
このように、路面摩擦係数信号μSが小さい低μ路面状態では、最大値信号ＩM Mを小さく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が小さく制限されるようにする。
一方、路面摩擦係数信号μSが大きい高μ路面状態では、最大値信号ＩMMを大きく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が大きくなるようにする。
【００７０】
図１３はこの発明に係る最大値記憶手段の車両挙動信号（ＭS）−最大値信号（ＩMM）特性図である。
図１３において、最大値信号ＩMMは、車両挙動信号ＭSのそれぞれ値に対して設定し、車両挙動信号ＭSに反比例して減少する特性に設定する。
【００７１】
このように、車両挙動信号ＭSが小さく、車両に作用する横加速度、ヨーレイトが小さい場合には、最大値信号ＩMMを大きく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が大きくなるようにする。
一方、車両挙動信号ＭSが大きく、車両に作用する横加速度、ヨーレイトが大きい場合には、最大値信号ＩMMを小さく設定することにより、車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）が小さく制限されるようにする。
【００７２】
最大値制限手段４５は、コンパレータ、クリップ回路を備え、目標伝達比設定手段２１から供給される目標転舵量信号ＩMTと最大値記憶手段４４から供給される最大値信号ＩMMとを比較する。
【００７３】
目標転舵量信号ＩMTが最大値信号ＩMMを下回る場合（ＩMT＜ＩMM）には、目標転舵量信号ＩMTをそのまま目標転舵量信号ＩMTMとして出力し、目標転舵量信号ＩMTが最大値信号ＩMM以上の場合（（ＩMT≧ＩMM）には、目標転舵量信号ＩMTを最大値信号ＩMMに制限し、この最大値信号ＩMMを目標転舵量信号ＩMTMとして出力する。
【００７４】
このように、伝達比制御手段４０に、路面摩擦係数センサ４２、または車両挙動センサ４３からの出力信号（μS、ＭS）に基づいて車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）の最大値を制限する最大転舵量制限手段４１を備えたので、路面状態の変化、または横加速度等の車両挙動に対応して車両の転舵量（転舵角、または転舵位置）の最大値を制限してステアリングホイールの切り過ぎに対しても車両の走行状態を適切に保つことができる。
【００７５】
本実施の形態では、ステアリングホイール２がステアリング系から機械的に独立した構成を示したが、図１４に示すようにステアリングホイール２とステアリング系が可変ギア比機構４２を介して機械的に結合されたステアリング装置５０でも本願発明を適用することができる。
【００７６】
なお、図１４に示す実施の形態では、図１に示す転舵角センサ１９、転舵位置センサ２０に代えて伝達比検出手段を可変ギア比機構４２に設け、伝達比制御手段１４は目標転舵量信号の代わりに車速センサ１６、操作量センサ１７および操舵トルクセンサ１８から目標伝達比を求め、この目標伝達比と伝達比検出手段からの実伝達比との偏差が０になるように電動機駆動手段１５を介して駆動制御するよう構成することもできる。
【００７７】
また、本実施の形態では、操作量センサ１７、操舵トルクセンサ１８、車速センサ１６、転舵量センサ１９、２０、伝達比制御手段１４、電動機駆動手段１５をそれぞれ１個で構成したが、実用化に際してはそれぞれ複数個設け、切り替え可能な構成としてもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態では、ドライバの操舵意志の情報としてハンドル操作量と操舵トルクを検出したが、操舵トルクのみを検出するようにしてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
この発明に係るステアリング装置は、少なくとも前記操舵トルクセンサからの操舵トルク信号基づいて前記電動機の操作量を制御する伝達比制御手段を備え、ドライバの意志に応じた従来に無い新たな操舵フィーリングを得ることができるので、例えばハンドル操作量が少なくて長時間の運転にも疲れなく、緊急時のハンドルの切り過ぎを防止でき、快適で安定性に優れたハンドル操作を実現することができる。
【００８０】
また、この発明に係るステアリング装置は、ハンドルの操作量を検出する操作量センサおよび車速を検出する車速センサを備え、伝達比制御手段は、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対応する転舵量のゲインが増加するように設定する目標伝達比設定手段を備え、車両が低速走行時にはハンドル操作量に対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定してドライバの車線追従能力を確保し、車両が高速走行時には操舵トルクに対するステアリング系の転舵量のゲインを大きく設定して従来に無い新たな操舵フィーリングを有するようにすることができるため、ドライバの意志を忠実に実現して快適で安定性に優れたハンドル操作を実現することができる。
【００８１】
さらに、この発明に係るステアリング装置は、路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数センサまたは車両挙動を検出する車両挙動センサを備えるとともに、伝達比制御手段は、路面摩擦係数センサからの路面摩擦係数信号または車両挙動センサからの車両挙動信号に基づいてステアリング系の転舵量の最大値を制限する最大転舵量制限手段を備え、路面状態の変化、または横加速度等による車両挙動の変化に対応して車両の転舵角の最大値を制限し、ステアリングホイールの切り過ぎに対しても車両の走行状態を適切に保つことができるので、様々な走行条件においても安定した走行を実現することができる。
【００８２】
また、この発明に係るステアリング装置は、ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを備え、伝達比制御手段は、転舵量センサからの転舵量信号と目標伝達比設定手段からの目標転舵量信号が等しくなるように制御する駆動制御手段を備え、伝達比を所望の値に設定して車両の走行状態に応じて車両の転舵量を適切に決定することができるので、安定した操舵フィーリングを得ることができる。
【００８３】
よって、長時間の運転にも疲れなく、緊急時のハンドルの切り過ぎを防止でき、快適で安定性に優れたハンドル操作を実現してドライバの意志に応じた従来に無い新たな操舵フィーリングを得ることができるステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るステアリング装置の全体構成図
【図２】この発明に係るステアリング装置に適用するステアリングホイールの一実施の形態イメージ図
【図３】この発明に係るステアリング装置の基本要部ブロック構成図
【図４】この発明に係る目標伝達比設定手段の一実施の形態要部ブロック構成図
【図５】操舵トルク信号（ＴS）−転舵量信号（ＸT）特性図
【図６】操舵トルク変化量（信号）ＤT−転舵量信号ＸD特性図
【図７】車速信号（ＶS）−車速係数（ＫT）特性図
【図８】車速信号（ＶS）−車速係数（ＫS）特性図
【図９】操舵角信号（θS）−転舵量（ＸS）特性図
【図１０】路面摩擦係数または車両挙動の影響を考慮したこの発明に係る伝達比制御手段の要部ブロック構成図
【図１１】この発明に係る最大転舵量制限手段の要部ブロック構成図
【図１２】この発明に係る最大値記憶手段の路面摩擦係数信号（μS）−最大値信号（ＩMM）特性図
【図１３】この発明に係る最大値記憶手段の車両挙動信号（ＭS）−最大値信号（ＩMM）特性図
【図１４】ステアリングホイール２とステアリング系が機械的に結合されたステアリング装置の全体構成図
【符号の説明】
１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…操舵力伝達軸、４…ウォームギヤ、５…電動機、６Ａ，６Ｃ…自在継ぎ手、６Ｂ…連結軸、７…ラック＆ピニオン機構、８…ピニオンギヤ、９…ラック歯、１０…ラック軸、１１…タイロッド、１２…前輪、１３…切り欠き部、１４，４０…伝達比制御手段、１５…電動機駆動手段、１６…車速センサ、１７…操作量センサ、１８…操舵トルクセンサ、１９…転舵角センサ、２０…転舵位置センサ、２１…目標伝達比設定手段、２２…偏差演算手段、２３…駆動制御手段、２４…転舵量信号変換手段、３０…トルク−転舵量変換手段、３１…トルク変化量演算手段、３２…変化量−転舵量変換手段、３３…加算手段、３４…車速係数発生手段、３５…乗算手段、３６…車速係数発生手段、３７…操作量−転舵量変換手段、３８…乗算手段、３９…加算手段、４１…最大転舵量制限手段、４２…路面摩擦係数センサ、４３…車両挙動センサ、ＩMM…最大値、ＩJO…実転舵量信号、ＩMT…目標転舵量信号、ＩMTM…目標転舵量最大信号、ΔＩ（ＩMT−ＩJO）…偏差信号、ＭS…車両挙動信号、ＯS…操作量信号、ＰD…転舵位置信号、ＰS…操舵位置信号、ＴD…転舵角信号、ＴM…電動機操作量、ＴS…操舵トルク信号、ＶA…操作量信号、ＶO…電動機制御信号、ＶS…車速信号、θD…転舵角、θS…操舵角信号、μS…路面摩擦係数信号。
Claims (4)
- ハンドルに作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、
車速を検出する車速センサと、
前記ハンドルの操作に対応してステアリング系の転舵量を可変可能な電動機と、この電動機の駆動を制御する伝達比制御手段と、を備えたステアリング装置において、
前記伝達比制御手段は、少なくとも前記操舵トルクセンサからの操舵トルク信号基づいて前記電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操舵トルク信号に対応する転舵量のゲインが増加するように設定する目標伝達比設定手段を備えたことを特徴とするステアリング装置。 - 前記ハンドルの操作量を検出する操作量センサおよび車速を検出する車速センサを備え、前記伝達比制御手段は、少なくとも前記操作量センサからの操作量信号に基づいて前記電動機の操作量を制御するとともに、車速が増加するにつれて操作量信号に対応する転舵量のゲインが減少するように設定する目標伝達比設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
- 路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数センサまたは車両挙動を検出する車両挙動センサを備えるとともに、前記伝達比制御手段は、前記路面摩擦係数センサからの路面摩擦係数信号または前記車両挙動センサからの車両挙動信号に基づいてステアリング系の転舵量の最大値を制限する最大転舵量制限手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のステアリング装置。
- ステアリング系の転舵量を検出する転舵量センサを備え、前記伝達比制御手段は、前記転舵量センサからの転舵量信号と前記目標伝達比設定手段からの目標転舵量信号が等しくなるように制御する駆動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のステアリング装置。
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