(57)【要約】【課題】転舵軸の動作が制限される状態において、ステアリングホイールの切り込み方向への操舵操作を規制して、運転者のステアリングホイールの操舵操作に関する違和感を軽減することが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１２の操舵操作に反力を与えるためのステアリングシャフト１３に連結された反力アクチュエータ１８を備えると共に、反力アクチュエータコントローラ４２の反力指令信号生成部６４によって、転舵軸１７の動作が制限される状態(ストロークエンドの状態)においては、ステアリングホイール１２の切り込み方向への操舵操作を規制する反力を反力アクチュエータ１８に与える。ステアリングホイール１２の操舵操作と転舵軸１７の転舵動作が対応し、運転者の操舵違和感を軽減することができる。【選択図】図５
2020158091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵可動部材を備え、前記転舵可動部材の動きに応じて転舵輪を転舵させる転舵機構と、
前記転舵可動部材に操舵力を付与する転舵アクチュエータと、
操舵入力部であって、操舵入力軸と、反力アクチュエータと、操舵操作量センサを含み、
前記操舵入力軸は、前記転舵輪と機械的につながっておらず、ステアリングホイールの回転に応じて回転可能であり、
前記反力アクチュエータは、モータロータと、ステータコイルを含み、前記モータロータは、前記操舵入力軸と繋がっており、
前記操舵操作量センサは、前記操舵入力軸の回転量に関する信号である操舵操作量信号を出力可能であり、
コントローラであって、転舵アクチュエータコントローラと、反力アクチュエータコントローラを含み、
前記転舵アクチュエータコントローラは、操舵指令信号生成部を含み、操舵指令信号生成部は、操舵操作量信号に基づき、前記転舵アクチュエータを駆動、制御する操舵指令信号を生成し、
前記反力アクチュエータコントローラは、反力指令信号生成部を含み、前記反力指令信号生成部は、前記転舵可動部材の動作が制限される状態において、前記ステアリングホイールの切り込み方向への操舵操作を規制する反力を前記操舵入力軸に与えるように前記反力アクチュエータを駆動する反力指令信号を生成する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリング装置であって、
前記反力アクチュエータコントローラは、更に転舵輪突き当て判断部を含み、
前記転舵輪突き当て判断部は、前記転舵輪が所定のストロークエンドに到達したか否かを判断し、前記転舵輪が前記所定のストロークエンドに到達したとき、転舵輪突き当て判断信号を出力し、
前記反力指令信号生成部は、前記前記転舵輪突き当て判断信号に基づき前記反力指令信号を生成する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のステアリング装置であって、
更に、転舵量センサを備え、前記転舵量センサは、前記転舵輪の転舵量を検出して転舵量信号を出力可能であり、
前記転舵輪突き当て判断部は、前記転舵量信号に基づき、前記転舵輪が前記所定のストロークエンドに到達したか否かを判断する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項４】
請求項２に記載のステアリング装置であって、
更に、転舵量センサを備え、前記転舵量センサは、前記転舵輪の転舵量を検出して転舵量信号を出力可能であり、
前記転舵輪突き当て判断部は、操舵トルク信号生成部を含み、前記操舵トルク信号生成部は、操舵トルク信号を生成し、前記操舵トルク信号は、前記操舵操作量信号と前記転舵量信号に基づき生成され、
前記転舵輪突き当て判断部は、前記操舵トルク信号に基づき、前記転舵輪が前記所定のストロークエンドに到達したか否かを判断する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項５】
請求項２に記載のステアリング装置であって、
更に、転舵量センサを備え、前記転舵量センサは、前記転舵輪の転舵量を検出して転舵量信号を出力可能であり、
前記転舵輪突き当て判断部は、操舵トルク信号生成部を含み、前記操舵トルク信号生成部は、操舵トルク信号を生成し、前記操舵トルク信号は、前記操舵操作量信号と前記転舵量信号に基づき生成され、
前記反力指令信号生成部は、前記操舵トルク信号の値が所定値以上のとき、前記反力指令信号を生成する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項６】
請求項１に記載のステアリング装置であって、
前記コントローラは前記転舵アクチュエータコントローラと、前記反力アクチュエータコントローラと、第１通信回路と、第２通信回路を含み、
前記反力アクチュエータコントローラは、反力アクチュエータコントローラ用ハウジングと、前記反力アクチュエータコントローラ用ハウジングに収納された反力アクチュエータ用マイクロプロセッサを含み、
前記反力指令信号生成部は、前記反力アクチュエータ用マイクロプロセッサに設けられており、
前記転舵アクチュエータコントローラは、転舵アクチュエータ用コントローラハウジングと、前記転舵アクチュエータ用コントローラハウジングに収納された第１の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサと第２の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサを含み、
前記操舵指令信号生成部は、前記第１及び第２の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサに設けられており、
前記操舵操作量センサは、第1操舵操作量センサと、第２操舵操作量センサを含み、
前記第１操舵操作量センサは、前記操舵操作量信号としての第１操舵操作量信号を出力し、前記第２操舵操作量センサは、前記操舵操作量信号としての第２操舵操作量信号を出力し、
前記第１操舵操作量信号は、前記第１通信回路を介して前記第１の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサに送信され、前記第２操舵操作量信号は、前記第２通信回路を介して前記第２の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサに送信される
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項７】
請求項1に記載のステアリング装置であって、
前記コントローラは報知装置を備え、
前記コントローラは、前記転舵輪のストロークに応じて設定された前記操舵入力軸の操舵角を超えるように、前記ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作されるとき、前記報知装置を作動させる警告指令信号を出力する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項８】
請求項１に記載のステアリング装置であって、
前記操舵入力部は、回転規制機構を備え、
前記回転規制機構は、操舵軸側回転規制部と、固定側回転規制部を含み、
前記操舵入力軸の回転に伴い回転する前記操舵軸側回転規制部が、前記固定側回転規制部と当接することにより、前記操舵入力軸の回転を規制可能である
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項９】
請求項８に記載のステアリング装置であって、
前記ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作されるとき、前記反力指令信号生成部は、前記回転規制機構が前記操舵入力軸の回転を規制する前に、前記反力指令信号を生成する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のステアリング装置であって、
前記回転規制機構は、前記操舵入力軸の回転位置が任意、または所定間隔毎に設けられた複数の位置において、前記操舵入力軸の回転を規制可能である
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のステアリング装置であって、
前記ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作されるとき、前記反力指令信号生成部は、前記回転規制機構が前記操舵入力軸の回転を規制する前に、前記反力指令信号を生成する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のステアリング装置であって、
前記反力指令信号生成部は、前記回転規制機構が前記操舵入力軸の回転を規制した後、前記反力指令信号の反力値を減少させる
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のステアリング装置であって、
前記回転規制機構は、前記操舵入力軸の回転速度が所定値以下となったとき、前記操舵入力軸の回転を規制する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載のステアリング装置であって、
前記操舵軸側回転規制部は、前記操舵入力軸の回転軸線に関する周方向において複数箇所に設けられた複数の係合凹部を含み、
前記固定側回転規制部は、複数の前記係合凹部の何れかに係合するピン部材である
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載のステアリング装置であって、
前記操舵軸側回転規制部は、被摺動部を含み、
前記固定側回転規制部は、前記被摺動部に当接し、前記被摺動部との摩擦力により前記操舵入力軸の回転を規制する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載のステアリング装置であって、
前記回転規制機構は、遊星歯車機構を含み、
前記遊星歯車機構は、サンギア、プラネタリギア、リングギア、及びプラネタリキャリアからなり、
前記サンギア、前記プラネタリギア、前記リングギア、及び前記プラネタリキャリアの１つの回転を規制することにより、前記操舵入力軸の回転を規制する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載のステアリング装置であって、
前記回転規制機構は、車両の推進装置のスイッチがオフになったとき、前記操舵入力軸の回転を規制する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１８】
請求項９に記載のステアリング装置であって、
前記操舵入力部は変速機を備え、前記変速機は、前記操舵入力軸と前記反力アクチュエータの間に設けられ、前記操舵入力軸の回転速度に対する前記モータロータの回転速度を増大、または減少させる
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記操舵入力部は、操舵入力部ハウジングを備え、
前記変速機は、減速機であって、
前記操舵入力部ハウジングは、内部空間に前記操舵入力軸、前記回転規制機構、及び前記減速機を収容しており、
前記操舵軸側回転規制部は、前記減速機に設けられ、
前記固定側回転規制部は、前記操舵入力部ハウジングに設けられ、
前記減速機は、前記操舵入力軸と繋がっており、前記操舵入力軸の回転速度よりも前記操舵軸側回転規制部の回転速度を減速させることを特徴とするステアリング装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記変速機は、前記操舵入力軸の回転速度に対する前記モータロータの回転速度を増大させる
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記変速機は、遊星歯車機構であることを特徴とするステアリング装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のステアリング装置であって、
前記遊星歯車機構は、サンギア、プラネタリギア、リングギア、及びプラネタリキャリアを含み、
前記操舵入力軸は、前記サンギアと前記プラネタリキャリアの一方に繋がっており、
前記モータロータは、前記サンギアと前記プラネタリキャリアの他方に繋がっており、
前記操舵操作量センサは、前記プラネタリキャリアの回転角度を検出することを特徴とするステアリング装置。
【請求項２３】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記変速機はウォームギアであって、前記ウォームギアは、ウォームと、ウォームホイールを含み、
前記操舵入力軸は、前記ウォームの一端と繋がっており、前記モータロータは、前記ウォームの他端と繋がっている
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２４】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記反力アクチュエータは、前記モータロータの回転角を検出し、前記操舵操作量センサとしてのモータ回転角センサを含み、
前記反力アクチュエータコントローラは、前記モータ回転角センサの出力信号に基づき、前記操舵操作量信号を生成する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２５】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記操舵入力軸は、前記モータロータと一体に回転するように繋がっている
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２６】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記操舵入力軸の回転軸線の方向において、前記操舵入力軸、前記変速機、前記反力アクチュエータ、前記反力アクチュエータコントローラの順に配置されている
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２７】
請求項１８に記載のステアリング装置であって、
前記変速機は、第１変速部材と第２変速部材を含み、
前記第１変速部材は、前記操舵入力軸と繋がっており、
前記第２変速部材は、前記第1変速部材の回転速度とは異なる回転速度で回転可能で、しかも前記モータロータと繋がっており、
前記操舵操作量センサは、前記第２変速部材の回転角度を検出可能であり、かつ、前記操舵操作量センサの検出可能な角度範囲は、前記第２変速部材の回転可能な角度範囲よりも大きい
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２８】
請求項８に記載のステアリング装置であって、
前記ステアリングホイールには、エアバッグ装置に電力を供給するワイヤハーネスが収容されており、
前記回転規制機構は、前記操舵軸側回転規制部が前記固定側回転規制部と当接するとき、前記ワイヤハーネスが所定量の撓みを有するように、前記ステアリングホイールの回転角度を規制する
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２９】
請求項1に記載のステアリング装置であって、
前記操舵入力軸は、前記モータロータと一体に回転するように繋がっている
ことを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車に搭載されるステアリング装置に係り、特にステアリングシャフトと転舵機構が機械的に分離されているステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステアリング装置においては、ステアリングシャフトを転舵機構から切り離し、ステアリングシャフトの回動角、回動方向、及び回動トルク等を検出し、これらの検出信号に基づいて転舵アクチュエータの動作量を制御して転舵軸を駆動する、いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置が知られている。このようなステアリング装置は、例えば、特開２０１８−１２２８２１号公報(特許文献１)に示されている。
【０００３】
ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置においては、ステアリングホイールの操舵角と転舵アクチュエータの動作量との対応関係が、機械的な制約を受けずに設定できることから、自動車の車速の高低、旋回半径の長短、自動車の加減速の有無等の自動車の走行状態に応じた操舵特性の変更に柔軟に対応でき、設計自由度が向上するという利点を有している。更には、自動運転システムへの対応が容易であるという利点を有する等、従来のステアリング装置に比べて多くの利点を有している。
【０００４】
尚、転舵機構に転舵力を与える転舵アクチュエータとしては、走行状態に応じた転舵特性の変更が容易なことから、一般的には電動モータが用いられている。また、転舵機構から切り離されたステアリングシャフト側には、反力を付与するための反力用電動モータを取り付けて、ステアリングホイールに適度の反力を加えることにより、ステアリングホイールと転舵機構とが、機械的に連結されたかの如き感覚で操舵操作を行うことができるように構成してある。
【０００５】
尚、以下では、ステアリングホイールから反力用電動モータまでの系統を「操舵系統」とし、転舵機構から転舵輪までの系統を「転舵系統」として説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−１２２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、以上のような構成のステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置は、ステアリングシャフトが転舵機構に機械的に連結されていないため、転舵軸の動作が制限される状態であっても、ステアリングホイールを回転させることができる。
【０００８】
例えば、ステアリングホイールを中立位置(自動車を直進させる位置)に対して左右へ回転操作して操舵を行い、転舵軸を移動限界まで移動して転舵軸の移動が制限された場合(一般には「ストロークエンド」と呼称されている)、従来のステアリング装置では、転舵機構とステアリングシャフトとが機械的に連結されているので、ステアリングホイールの回転は停止、或いは抑制される。しかしながら、ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置では、転舵機構とステアリングシャフトとが分離されているので、転舵機構と無関係にステアリングホイールを回転操作することができる。
【０００９】
同様に、転舵輪が道路の側溝に落ちる、或いは車輪止めに接触するといった原因で、転舵軸の移動が制限された場合(一般には「デッドロック」と呼称されている)には、転舵機構とステアリングシャフトとが機械的に連結されていれば、ステアリングホイールの回転は停止、或いは抑制される。しかしながら、ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置では、転舵機構とステアリングシャフトとが分離されているので、ステアリングホイールを依然として回転操作することができる。
【００１０】
このように、ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置においては、ステアリングホイールが転舵機構と無関係に回転操作されることがあり、運転者から見るとステアリングホイールの操作に違和感を生じるという不具合があった。
【００１１】
本発明の目的は、転舵軸の動作が制限される状態においては、ステアリングホイールの切り込み方向への回転操作を規制して、運転者のステアリングホイールの操舵操作に関する違和感を軽減することができるステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、
転舵可動部材を備え、転舵可動部材の動きに応じて転舵輪を転舵させる転舵機構と、
転舵可動部材に転舵力を付与する転舵アクチュエータと、
操舵入力部であって、操舵入力軸と、反力アクチュエータと、操舵操作量センサを含み、
操舵入力軸は、転舵輪と機械的につながっておらず、ステアリングホイールの回転に応じて回転可能であり、
反力アクチュエータは、モータロータと、ステータコイルを含み、モータロータは、操舵入力軸と繋がっており、
操舵操作量センサは、操舵入力軸の回転量に関する操舵操作量信号を出力可能であり、
コントローラであって、転舵アクチュエータコントローラと、反力アクチュエータコントローラを含み、
転舵アクチュエータコントローラは、転舵指令信号生成部を含み、転舵指令信号生成部は、操舵操作量信号に基づき、転舵アクチュエータを駆動、制御する転舵指令信号を生成し、
反力アクチュエータコントローラは、反力指令信号生成部を含み、反力指令信号生成部は、転舵可動部材の動作が制限される状態においては、ステアリングホイールの切り込み方向への回転操作を規制する反力を操舵入力軸に与えるように反力アクチュエータを駆動、制御する反力指令信号を生成する
ことを特徴としている。
【００１３】
尚、転舵可動部材の動作が制限される状態とは、少なくとも、転舵可動部材がストロークエンドに達した状態、或いはデッドロックに陥った状態を含むものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、転舵可動部材の動作が制限される状態においては、ステアリングホイールの切り込み方向への回転操作を規制するように反力アクチュエータの制御を行うことで、ステアリングホイールによる操舵操作と転舵可動部材による転舵動作が対応し、運転者の操舵違和感を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用されるステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す転舵機構の詳細な断面を示す断面図である。
【図３】図１に示す制御装置の概略を示す構成図である。
【図４】図３に示す制御装置の具体的な構成を示す構成図である。
【図５】図４に示す反力アクチュエータコントローラの機能を示す機能ブロック図である。
【図６】図５に示す転舵軸突き当て判定ブロックの機能を示す機能ブロック図である。
【図７】補正反力値と転舵角の関係を説明する説明図である。
【図８】図５の機能ブロックで実行される制御フローを示す第１の制御フローチャートである。
【図９】図５の機能ブロックで実行される制御フローを示す第２の制御フローチャートである。
【図１０】操舵入力軸であるステアリングシャフトと反力用電動モータの第1の構成を示す構成図である。
【図１１Ａ】図１０に示す回転規制機構の実施形態であって、動作する前の第１の回転規制機構の構成を示す構成図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す第１の回転規制機構の動作した後の構成を示す構成図である。
【図１２】図１１Ａ、図１１Ｂに示す第１の回転規制機構の動作を説明する説明図である。
【図１３】図１１Ａ、図１１Ｂに示す第１の回転規制機構の動作を更に説明する説明図である。
【図１４Ａ】図１０に示す回転規制機構の実施形態であって、動作する前の第２の回転規制機構の構成を示す構成図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示す第２の回転規制機構の動作した後の構成を示す構成図である。
【図１５】回転規制機構をステアリングホイールとステアリングハウジングの間に配置した構成を示す構成図である。
【図１６】図１１Ａ、図１１Ｂに示す第１の回転規制機構を動作させる制御フローを示す制御フローチャートである。
【図１７】図１１Ａ、図１１Ｂに示す第１の回転規制機構をキー・オフ・ロックに使用する場合の制御フローを示す制御フローチャートである。
【図１８】操舵入力軸であるステアリングシャフトと反力用電動モータの第２の構成を示す構成図である。
【図１９】図１８に示す回転規制機構の実施形態であって、変速機付き回転規制機構の構成を示す構成図である。
【図２０Ａ】図１９に示す変速機付き回転規制機構の動作する前の状態を示す構成図である。
【図２０Ｂ】図１９に示す変速機付き回転規制機構の動作した後の状態を示す構成図である。
【図２１】図１８に示す回転規制機構の実施形態であって、変速機付き回転規制機構の変形例の構成を示す構成図である。
【図２２】図２１に示す変速機付き回転規制機構の変形例の駆動機構を説明する構成図である。
【図２３Ａ】図１９に示す変速機付き回転規制機構の動作する前の状態を示す構成図である。
【図２３Ｂ】図１９に示す変速機付き回転規制機構の動作した後の状態を示す構成図である。
【図２４】図１８に示す回転規制機構の実施形態であって、第２の変速機付き回転規制機構の構成を示す構成図である。
【図２５Ａ】図２４に示す変速機付き回転規制機構の動作する前の状態を示す構成図である。
【図２５Ｂ】図２４に示す変速機付き回転規制機構の動作した後の状態を示す構成図である。
【図２６Ａ】ステアリングホイールに内蔵されているエアバッグ装置のワイヤハーネスであって、中立位置におけるワイヤハーネスの状態を示す説明図である。
【図２６Ｂ】ステアリングホイールに内蔵されているエアバッグ装置のワイヤハーネスであって、左側最大転舵位置におけるワイヤハーネスの状態を示す説明図である。
【図２６Ｃ】ステアリングホイールに内蔵されているエアバッグ装置のワイヤハーネスであって、右側最大転舵位置におけるワイヤハーネスの状態を示す説明図である。
【図２７】反力用電動モータの動作角度、回転規制機構の動作角度、ワイヤハーネスの破断限界角度、及び操舵角センサの検出限界角度の関係を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【００１７】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の前提となるステアリング装置の構成について説明する。
【００１８】
先ず、ステアリングシャフトを転舵軸から切り離し、ステアリングシャフトの回動角、回動方向、及び回動トルク等を操舵角センサや操舵トルクセンサで検出し、これらの検出信号に基づいて転舵アクチュエータの動作量を制御して転舵軸を駆動する、ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置について説明する。尚、転舵機構の構成は後述する。
【００１９】
図１において、転舵輪１０はタイロッド１１によって転舵される構成となっており、このタイロッド１１は、後述する転舵軸(転舵可動部材)１７に連結されている。そして、ステアリングホイール１２はステアリングシャフト１３に連結されており、ステアリングシャフト１３には操舵角センサ１４、及び操舵トルクセンサ１５が設けられている。
【００２０】
ここで、操舵角センサ１４、及び操舵トルクセンサ１５は「操舵操作量センサ」として用いられる。また、ステアリングホイール１２、ステアリングシャフト１３、及び操舵操作量センサ１４、１５は操舵入力部として表される。
【００２１】
ステアリングシャフト１３は、転舵機構１６の転舵軸１７に連携されておらず、ステアリングシャフト１３の先端には反力用電動モータ(反力アクチュエータ)１８が設けられている。つまり、ステアリングシャフト１３は転舵機構１６と機械的に連結されていない構成とされ、結果的にステアリングシャフト１３と転舵機構１６とは分離される形態となっている。反力用電動モータ１８はコントローラ１９によって駆動される。
【００２２】
転舵軸１７を含む転舵機構１６には、転舵用電動モータ機構(転舵アクチュエータ)２１が設けられており、この転舵用電動モータ機構２１は転舵軸１６の転舵動作を制御する。そして、ステアリングホイール１２の回転を操舵角センサ１４、操舵トルクセンサ１５によって、操舵角信号と操舵トルク信号として検出し、これらの検出信号はコントローラ１９に入力される。尚、コントローラ１９には、これ以外に外部センサ２０から種々の検出信号が入力されている。
【００２３】
コントローラ１９は、入力された操舵角信号や操舵トルク信号に基づいて転舵用電動モータ機構２１の制御量を演算し、更に転舵用電動モータ機構２１を駆動する。尚、転舵用電動モータ機構２１の制御量は、操舵角信号や操舵トルク信号以外のパラメータも使用することができる。
【００２４】
転舵用電動モータ機構２１の回転は、入力側プーリ(図示せず)からベルト(図示せず)を介して、転舵機構１６の出力側プーリ(図示せず)を回転させ、更にナット(図示せず)によって転舵軸１６を軸方向にストローク動作して転舵輪１０を転舵する。これらについては後述する。
【００２５】
また、コントローラ１９は、入力された操舵角信号や操舵トルク信号に基づいて反力用電動モータ１８の制御量を演算し、更に反力用電動モータ１８を駆動する。尚、反力用電動モータ１８の制御量は、操舵角信号や操舵トルク信号以外のパラメータも使用することができる。
【００２６】
ここで、図１ではコントローラ１９は１つの機能ブロックで示されているが、後述するように、反力アクチュエータコントローラと、転舵アクチュエータコントローラに分離して設けられており、両者は通信線で接続されている。反力アクチュエータコントローラは反力用電動モータ１８に設けられ、転舵アクチュエータコントローラは転舵用電動モータ機構２１に設けられている。
【００２７】
転舵機構１６には転舵量センサ２２が設けられており、この転舵量センサ２２は、転舵輪１０の実際の転舵量を検出して転舵量信号を出力する。転舵量センサ２２は転舵軸１７の軸方向の移動量を検出しており、移動量が所定値を超えると転舵軸１７が移動限界まで移動したことが検出される。そして、転舵量センサ２２からの実際の転舵量信号は、転舵輪１０が所定の「ストロークエンド」に到達したか否かを判断するための信号として用いられる。
【００２８】
ここで、ストロークエンドとは、ステアリングホイール１２が中立位置(自動車を直進させる位置に相当する)に対して左右へ回転操作されて操舵を行う場合において、転舵軸１７を移動限界まで移動させた状態を表している。尚、ストロークエンドとは、転舵軸１７であるラックバーや、ラックバーに連結されたボールジョイント、及びボールジョイントに連結されたタイロッド等の機構部品が他の機構部品に当接し、それ以上のストローク動作ができない状態だけを意味するのではなく、機構部品同士の衝突を避ける目的で移動限界までストロークする状態よりもストローク量が少ない状態をも含むものである。
【００２９】
次に転舵機構１６の構成について説明する。図２は転舵機構１６の軸方向の断面を示している。
【００３０】
転舵機構１６の各構成要素は、転舵軸１７を軸方向に移動可能に収容する転舵軸収容部３０と、転舵軸収容部３０の軸方向中間部に配置され転舵軸１７を包囲するように形成された減速機収容部３１とから構成されるハウジング３２内に収容されている。減速機収容部３１には、後述する減速機３３が収容されている。
【００３１】
転舵用電動モータ機構２１は、転舵用電動モータ３５と、転舵用電動モータ３５を駆動する後述の転舵アクチュエータコントローラ４４と、転舵用電動モータ３５の出力を転舵軸１７に伝達するねじ機構３６とを有している。転舵用電動モータ３５は、運転者によりステアリングホイール１２に入力された操舵トルクおよび操舵量に応じて、転舵アクチュエータコントローラ４４により回転量、回転速度等が制御されている。
【００３２】
ねじ機構３６は、ナット３７と出力プーリ３８とを有している。出力プーリ３８の形状は円筒状の部材であって、ナット３７に一体的に回転可能に固定されている。転舵用電動モータ３５の駆動軸には円筒状の入力プーリ３９が一体的に回転するように固定されている。出力プーリ３８と入力プーリ３９との間にはベルト４０が巻回されている。入力プーリ３９、出力プーリ３８およびベルト４０によって減速機３３が構成されている。
【００３３】
ナット３７は、転舵軸１７を包囲するように環状に形成され、転舵軸１７に対し回転自在に設けられている。ナット３７の内周には、螺旋状に溝が形成されており、この溝がナット側ボールねじ溝を構成している。転舵軸１７の外周にも螺旋状の溝が形成されており、この溝が転舵軸側ボールねじ溝１７ａ、１７ｂを構成している。
【００３４】
転舵軸１７にナット３７を挿入した状態で、ナット側ボールねじ溝と転舵軸側ボールねじ溝１７ａ、１７ｂとによってボール循環溝を形成している。ボール循環溝内には金属製の複数のボールが充填されており、ナット３７が回転するとボール循環溝内をボールが移動することにより、ナット３７に対して転舵軸１７が長手方向にストローク動作して移動する。
【００３５】
このように、転舵アクチュエータコントローラ４４によって転舵用電動モータ３５の回転量、回転方向、回転速度等を制御して、ステアリングホイール１２の操舵に合せて転舵軸１７を動作させることで、自動車を操縦することができる。
【００３６】
尚、図２に示す転舵機構１６は、自動車の前輪だけに搭載した形態を示しているが、自動車の後輪側にも搭載することができる。したがって、自動車の前輪だけではなく、後輪も転舵用電動モータ３５によって転舵することができる。
【００３７】
次に図３は、図１に示すコントローラ１９による反力用電動モータ１８と転舵用電動モータ３５の制御回路の概略の構成を示している。尚、このコントローラ１９は、反力アクチュエータコントローラと転舵アクチュエータコントローラの両方を示している。
【００３８】
ステアリングホイール１２に接続されたステアリングシャフト１３には、操舵角センサ１４、及び操舵トルクセンサ１５が設けられ、反力用電動モータ１８が機械的に接続されている。操舵角センサ１４は、ステアリングシャフト１３の操舵角を検出するセンサであり、操舵トルクセンサ１５はステアリングシャフト１３に作用する操舵トルクを検出するセンサである。
【００３９】
反力用電動モータ１８は、コントローラ１９によって制御されるモータドライバ２３を介して、ステアリングシャフト１３に反力を付与する電動モータであり、操舵トルクセンサ１５の入力を監視し、定められた反力をステアリングシャフ１３に与えている。
【００４０】
また、コントローラ１９は、モータドライバ２４を介して転舵軸１７と機械的に接続された転舵用電動モータ３５に、操舵角センサ１４や操舵トルクセンサ１５等の検出信号に応じた駆動信号を与えている。
【００４１】
コントローラ１９には、操舵角センサ１４から操舵角信号が与えられ、操舵トルクセンサ１５から操舵トルク信号が与えられ、更には、車速センサ２５やヨーレートセンサ２６等の走行状態センサから、転舵に影響する自動車の走行状態検出信号が与えられている。また、コントローラ１９には、転舵軸１７を覆うハウジング３２(図２参照)の途中部分に取り付けられた転舵量センサ２２から、転舵軸１７の移動位置(転舵量に相当)の検出信号が与えられている。
【００４２】
ここで、転舵量センサ２２は転舵軸１７の位置を検出するものであるが、転舵軸１７はタイロッド１１に直接的に接続されていることから、転舵量センサ２２の検出値によって、転舵輪１０の転舵位置を検出することが可能となる。このように、転舵量センサ２２は、転舵輪１０の転舵位置検出器として機能するものである。
【００４３】
コントローラ１９は、操舵角センサ１４、操舵トルクセンサ、及び走行状態センサ２５、２６から与えられる操舵角、操舵トルク、及び走行状態の検出信号等を所定のサンプリング周期で取り込み、例えば、取り込まれた走行状態に応じて予め記憶させてある制御マップを参照し、取り込まれた検出信号に応じて転舵軸１７に加えるべき転舵量を求め、この転舵量を得るために転舵用電動モータ３５に通電すべきコイル電流を算出し、この算出結果に応じた制御信号をモータドライバ２４に与えている。
【００４４】
ここで、コントローラ１９及び転舵用電動モータ機構２１には、ギア比可変ステアリングシステム(ＶＧＲＳ：Variable Gear Ratio Steering)が搭載されている。ＶＧＲＳシステムは、自動車の走行状態情報を用いた転舵角制御の一形態に相当するものであり、転舵輪１０の転舵角をステアリングホイール１２の操舵角と車速に応じて制御する。
【００４５】
そして、コントローラ１９は、車速が低いほどステアリングホイール１２の操舵角に対して転舵輪１０の転舵角が大きくなるように制御し、車速が高いほどステアリングホイール１２の操舵角に対して転舵輪１０の転舵角が小さくなるように制御している。尚、このＶＧＲＳシステムは、必ずしも搭載されるものでもない。
【００４６】
更には、ステアリングホイール１２の回転量(切れ角)に応じて転舵輪１０の転舵角(ステアリングギア比)を変えることも可能である。例えば、ステアリングホイール１２が中立位置付近ではステアリングギア比を低くして、ステアリング操作量に対して転舵輪の切れ角を小さく設定し、切り込んでいくにしたがってステアリングギア比を高くして、ステアリング操作量に対して転舵輪の切れ角を大きく設定することができる。
【００４７】
次にステアリング装置に使用される反力用電動モータ１８、及び転舵用電動モータ３５を制御するコントローラ１９の詳細な構成について説明する。
【００４８】
図４は、コントローラ１９のハードウェア構成を示している。コントローラ１９は、金属、或いは合成樹脂から作られた箱状のハウジング４１に内蔵された反力アクチュエータコントローラ４２と、これも金属、或いは合成樹脂から作られた箱状のハウジング４３に内蔵された転舵アクチュエータコントローラ４４から構成されている。
【００４９】
本実施形態では、反力アクチュエータコントローラ４２は、図１０に示すように反力用電動モータ１８に内蔵され、転舵アクチュエータコントローラ４４は、図２に示すように転舵用電動モータ３５に内蔵されている。尚、反力アクチュエータコントローラ４２と、転舵アクチュエータコントローラ４４は、破線で示す共通のハウジング４５に共に内蔵して、別の構成部材に設けることもできる。
【００５０】
反力アクチュエータコントローラ４２は、反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ４６を主たる構成要素としており、更に通信回路４７を備えている。反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ４６は、演算装置であるＣＰＵ４８、メモリであるＲＯＭ４９、ＲＡＭ５０、ＥＥＰＲＯＭ(フラッシュＲＯＭ)５１、Ａ／Ｄ変換器５２、バスライン５３等を備えている。
【００５１】
ＣＰＵ４８は、ＲＯＭ４９に格納された各種プログラムを実行して反力用電動モータ１８を制御する。したがって、プログラムによって実行される動作は、制御機能として捉えることができる。
【００５２】
ＲＯＭ４９は、ＣＰＵ４８が実行する各種プログラムを格納する。具体的には、ＲＯＭ４９には、反力用電動モータ１８を制御するモータ制御処理（反力制御処理）を実行するための制御プログラムが格納されている。更に、このＲＯＭ４９には、反力用電動モータ１８の診断を実行する診断プログラムが格納されている。制御プログラム、診断プログラムは、ＣＰＵ４８によって、所定の制御機能、診断機能を実行するものである。
【００５３】
ＲＡＭ５０は、ＣＰＵ４８が制御プログラムを実行する場合に、その作業領域として使用され、処理過程で必要とするデータや処理結果が一時的に記憶される。同様に診断プログラムを実行して、エラーコードとして診断結果が一時的に記憶される。
【００５４】
ＥＥＰＲＯＭ５１は、電源遮断後においても記憶内容を保持可能なメモリであり、ハードウェア固有の補正値や、診断機能を実行した後のエラーコードが格納されている。また、Ａ／Ｄ変換器５２は、外部センサからのアナログ検出信号をデジタル信号に変換する機能を備えている。
【００５５】
更に、反力アクチュエータコントローラ４２は報知装置６２を作動させる機能を備えている。反力アクチュエータコントローラ４２は、ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作された場合において、転舵輪１０の転舵状態に応じて設定されたステアリングシャフト１３の操舵角を超えると、運転者に対して警告を行うべく報知装置６２を作動させる警告指令信号を出力する。
【００５６】
報知装置６２としては、ワーニングランプの点灯装置、警告音の吹鳴装置、反力用電動モータ１８によるステアリングホイール１２の正逆回転の振動付与装置等がある。反力アクチュエータコントローラ４２は、これら報知装置６２に対して警告指令信号を出力すれば良い。
【００５７】
このように、反力用電動モータ１８による反力(ステアリングホイール１２の回転規制トルク)を超えて、ステアリングホイール１２が操舵操作される場合、運転者に対し警告することにより、ステアリングホイール１２の切り込み方向への更なる操舵操作を抑制することができる。
【００５８】
次に、転舵アクチュエータコントローラ４４は、転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４を主たる構成要素としており、更に通信回路５５を備えている。
【００５９】
転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４は、演算装置であるＣＰＵ５６、メモリであるＲＯＭ５７、ＲＡＭ５８、ＥＥＰＲＯＭ(フラッシュＲＯＭ)５９、Ａ／Ｄ変換器６０、バスライン６１等を備えている。
【００６０】
ＣＰＵ５６は、ＲＯＭ５７に格納された各種プログラムを実行して転舵用電動モータ３５を制御する。したがって、プログラムによって実行される動作は、制御機能として捉えることができる。
【００６１】
ＲＯＭ５７は、ＣＰＵ５６が実行する各種プログラムを格納する。具体的には、ＲＯＭ５７には、転舵用電動モータ３５を制御するモータ制御処理（操舵制御処理）を実行するための制御プログラムが格納されている。更に、このＲＯＭ５７には、転舵用電動モータ３５の診断を実行する診断プログラムが格納されている。制御プログラム、診断プログラムは、ＣＰＵ５６によって、所定の制御機能、診断機能を実行するものである。
【００６２】
ＲＡＭ５８は、ＣＰＵ５６が制御プログラムを実行する場合に、その作業領域として使用され、処理過程で必要とするデータや処理結果が一時的に記憶される。同様に診断プログラムを実行して、エラーコードとして診断結果が一時的に記憶される。
【００６３】
ＥＥＰＲＯＭ５９は、電源遮断後においても記憶内容を保持可能なメモリであり、ハードウェア固有の補正値や、診断機能を実行した後のエラーコードが格納されている。また、Ａ／Ｄ変換器６０は、外部センサからのアナログ検出信号をデジタル信号に変換する機能を備えている。
【００６４】
ここで、転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４は二重系に構成されており、２組の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４は、夫々に演算装置であるＣＰＵ５６、メモリであるＲＯＭ５７、ＲＡＭ５８、ＥＥＰＲＯＭ(フラッシュＲＯＭ)５９、Ａ／Ｄ変換器６０、バスライン６１等を備えている。
【００６５】
また、一方の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４には、第１操舵操作量センサ１４Ｍ、１５Ｍから第１通信線を介して第１通信回路６３Ａに第１操舵操作量信号が送られ、他方の転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４には、第２操舵操作量センサ１４Ｓ、１５Ｓから第２通信線を介して第２通信回路６３Ｂに第２操舵操作量信号が送られている。
【００６６】
ここで、第１操舵操作量信号と第２操舵操作量信号を、別々の通信線を介して転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４に送信することにより、一方の操舵操作量センサ、通信線、通信回路が失陥した場合においても、他方の操舵操作量センサ、通信線、通信回路により、操舵操作量信号を送信することができ、転舵用電動モータ３５の駆動、制御を継続することができる。同様に、ここでは記載していないが、走行状態を検出する車速センサやヨーレートセンサも二重系とすることができる。
【００６７】
また、転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４には、転舵量センサ２２の実際の転舵量信号が入力されており、転舵アクチュエータ用マイクロプロセッサ５４は、転舵輪１０が所定のストロークエンドに到達したか否かを判断している。
【００６８】
そして、反力アクチュエータコントローラ４２の通信回路４７と転舵アクチュエータコントローラ４４の通信回路５５は、双方向で相互に通信可能である。したがって、転舵アクチュエータコントローラ４４で検出した、操舵操作量センサ１４、１５の操舵操作量信号や転舵量センサ２２の転舵量信号を反力アクチュエータコントローラに転送する、及び転舵アクチュエータコントローラ４４で演算した転舵用電動モータ３５の制御信号を転送するといった動作を実行できる。もちろん、反力アクチュエータコントローラ４２からも反力用電動モータ１８の制御信号を転送するといった動作も実行できる。
【００６９】
尚、操舵操作量センサ１４、１５の操舵操作量信号や転舵量センサ２２の転舵量信号は、反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ４６に入力されても良いことはいうまでもない。
【００７０】
ここで、本実施形態では、転舵軸１７の動作が制限される状態において、ステアリングホイール１２の切り込み方向への回転操作を規制するため、反力用電動モータ１８の反力を制御することを目的としている。このため、以下では、反力用電動モータ１８の制御を中心に説明する。
【００７１】
次に、反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ４６で実行される反力用電動モータ１８の制御方法について説明する。
【００７２】
反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ４６は、ＣＰＵ４８によってＲＯＭ４９に格納された制御プログラムを実行して反力用電動モータ１８を制御する。このため、プログラムによって実行される動作は、制御機能として捉えることができる。そして、図５は本実施形態に関する制御機能ブロックを示しており、特に反力用電動モータ１８を制御する機能ブロックを示している。
【００７３】
図５において、反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ４６は、反力指令信号生成部６４を含み、この反力指令信号生成部６４は、転舵軸１７の動作が制限される状態(ストロークエンドやデッドロックの状態)において、ステアリングホイール１２の切り込み方向への回転操作を規制する反力を、ステアリングシャフト１３に与えるように反力用電動モータ１８を駆動、制御する反力指令信号を生成する機能を備えている。
【００７４】
そして、反力指令信号生成部６４は、少なくとも、基本反力演算ブロック６５と、転舵軸突き当て判定ブロック６６と、補正反力演算ブロック６７と、最終反力演算ブロック６８とから構成されている。
【００７５】
基本反力演算ブロック６５は、少なくとも、操舵角センサ１４からの舵角信号、操舵トルクセンサ１５からのトルク信号、車速センサ２５からの車速信号、ヨーレートセンサ２６からのヨーレート信号等の少なくとも１つ以上が入力され、これらの検出信号を用いて基本となる反力信号が演算される。この基本反力信号は、例えば、ステアリングホイール１２の回転方向と回転量に応じた反力を反力用電動モータ１８に与えるための制御信号である。
【００７６】
転舵軸突き当て判定ブロック６６は、転舵輪１０が所定のストロークエンドに到達したか否かを判断する機能を有し、転舵輪１０がストロークエンドに到達したとき、転舵輪突き当て判断信号を出力する。
【００７７】
これによれば、ステアリングシャフト１３と転舵輪１０の関係にずれが生じた場合、例えばステアリングシャフト１３と転舵輪１０の中立位置にずれが生じた場合であっても、転舵輪１０が所定のストロークエンドに到達したことをもって、転舵輪突き当て判断信号を生成することができる。
【００７８】
転舵軸突き当て判定ブロック６６は、種々の方法が考えられるが、本実施形態では次のような方法を採用している。
【００７９】
転舵軸突き当て判定ブロック６６には、転舵量センサ２２から実際の転舵量が入力されている。この転舵量センサ２２は、転舵軸１７のストローク量を検出しており、転舵軸１７がストークエンドの位置に達したことを検出すると、転舵輪突き当て判断信号を出力する。そして、この転舵輪突き当て判断信号は、補正反力演算ブロック６６に送られる。
【００８０】
ここで、転舵輪１０のストロークエンドは、転舵輪１０の最大切れ角に対応しているため、転舵輪１０の転舵角に対応した実際の転舵量信号に基づき、転舵輪１０が所定のストロークエンドに到達したか否かを判断することができる。これによって、実際の転舵輪１０の状態を反映したストロークエンドの到達判断を行うことができる。
【００８１】
また、転舵軸突き当て判定ブロック６５は、転舵軸１７のストローク動作に制限が生じる状態を検出することで、転舵輪突き当て判断信号を生成することもできる。転舵軸１７のストローク動作に制限が生じる状態とは、転舵輪１０が道路の側溝に落ちる、或いは車輪止めに接触するといった原因で、転舵軸１７の移動が制限されるデッドロックが生じた場合である。
【００８２】
図６において、転舵軸突き当て判定ブロック６６は、少なくとも、操舵偏差演算ブロック６９と、トルク演算ブロック７０と、トルク比較ブロック７１と、トルク設定ブロック７２とから構成されている。
【００８３】
操舵偏差演算ブロック６９には、転舵量センサ２２からの転舵量信号と、操舵角センサ１４からの操舵角信号が入力されている。そして、転舵軸１７の転舵量信号は、正規のステアリングホイール１２の操舵角と見做されるので、転舵量信号は正規の操舵角信号として操舵角に換算される。
【００８４】
そして、この換算された正規の操舵角信号と、現時点のステアリングホイール１２の操舵角信号の操舵偏差(Δθ)を求めると、ステアリングホール１２の回転量と、これに対応した転舵軸１７の転舵量の関係が把握できる。操舵偏差(Δθ)が大きいほど、ステアリングホイール１２が過剰に回転していることを示している。
【００８５】
次に、操舵偏差演算ブロック６９で求められた操舵偏差(Δθ)は、操舵トルク演算ブロック７０に送られ、操舵偏差(Δθ)から操舵トルク(Ｔ)が演算される。操舵トルク(Ｔ)は、転舵用電動モータ３５のモータトルクに相当し、横軸に操舵偏差(Δθ)をとり、縦軸に操舵トルク(Ｔ)をとった「偏差−トルクマップ」から求められる。この「偏差-トルクマップ」は予め実験的に求められている。
【００８６】
操舵トルク演算ブロック７０で求められた操舵トルクは、操舵トルク比較ブロック７１に送られ、操舵トルク設定ブロック７２で設定されている設定操舵トルク(Ｔｓｅｔ)と比較される。この設定操舵トルク(Ｔｓｅｔ)も予め実験的に求められている。そして、操舵トルク演算ブロック７０で求められた操舵トルク(Ｔ)が設定操舵トルク(Ｔｓｅｔ)より大きくなると、デッドロック状態に陥ったことが判断できる。
【００８７】
そして、転舵軸１７がストロークエンドに達したか、或いはデッドロック状態に陥ったことを検出すると、転舵輪突き当て判断信号を出力する。そして、この転舵輪突き当て判断信号は、補正反力演算ブロック６７に送られる。
【００８８】
このように、操舵角センサ１４からの操舵角信号の値が切り込み方向に増大しているにも拘わらず、転舵量センサ２２からの転舵量信号がある値で止まって増大しないような場合、転舵輪１０がストロークエンドに到達していると判断することができる。また、転舵輪１０がストロークエンドに到達していない場合であっても、転舵輪１０が側溝に落ちて転舵不能となるデッドロックに陥っていると判断することができる。
【００８９】
図５に戻って、補正反力演算ブロック６７は、転舵軸１７がストロークエンドまで移動した状態、或いはデッドロックに陥った状態では、反力用電動モータ１８に、ステアリングホイール１２の回転操作を抑制、或いは規制する補正反力信号を生成する。
【００９０】
転舵軸１７がストロークエンドに達した状態で、更に運転者がステアリングホイール１２を回転させようとした場合においては、従来のステアリング機構では転舵軸１７とステアリングシャフト１３がギア機構によって連結されているので、ステアリングホイール１２を回転させることができなくなり、運転者は違和感を覚えない。これに対して、ステア・バイ・ワイヤ方式ではステアリングホイール１２を回転させることができ、運転者は違和感を覚えることになる。
【００９１】
このため、補正反力演算ブロック６７は、反力用電動モータ１８に対してステアリングホイール１２の回転を抑制、或いは規制する補正反力信号を生成している。この補正反力信号は、例えばステップ的に大きくなる補正反力信号であっても良く、また、ステアリングホイール１２の回転量が増えるほど大きくなる補正反力信号であっても良い。このため、補正反力演算ブロック６７には、操舵角信号が入力されている。
【００９２】
図７は、補正反力信号の補正反力値の一例を示しており、中立位置からステアリングホイール１２を右回転させた時のストロークエンド「Ｒ」とステアリングホイール１２を左回転させた時のストロークエンド「Ｌ」との間の区間Ｓは、補正反力値(Ｆｎ)は「０」とされ無補正となる。
【００９３】
これに対して、補正反力演算ブロック６７には操舵角信号が入力されているため、ストロークエンド「Ｒ」に達した後に、更にステアリングホイール１２を右回転させると、この回転量(操舵角信号)に対応して補正反力値Ｆｃ(＋)は(＋)側に増加していく。逆に、ストロークエンド「Ｌ」に達した後に、更にステアリングホイール１２を左回転させると、この回転量(操舵角信号)に対応して補正反力値Ｆｃ(−)は(−)側に増加していく。したがって、ステアリングホイール１２がストロークエンドに達すると、反力用電動モータ１８に与えられる駆動信号は、この補正反力値を反映されたものとなる。
【００９４】
ここで、上述した補正反力値はステアリングホイール１２の回転量に対応して補正反力値を定めているが、破線で示すようにストロークエンドに達するとステップ状に補正反力値を大きくするように設定することも可能である。尚、補正反力値を直線的に増加させず、曲線状に増加させることも可能である。
【００９５】
更に、本実施形態ではストロークエンドに達してから補正反力値を発生させているが、必要に応じて白抜き矢印で示すように、デッドロック状態が発生した時にストロークエンドに達する前に補正反力値(Ｆｄｒ)を発生することも可能である。
【００９６】
次に、補正反力演算ブロック６７で求められた補正反力信号は、最終反力演算ブロック６８に送られる。最終反力演算ブロック６８は、基本反力演算ブロック６５から送られてくる基本反力信号に、補正反力演算ブロック６７で求められた補正反力信号を加算して、最終反力信号を求めている。
【００９７】
この最終反力信号は反力用電動モータ１８に送られ、ステアリングシャフト１３を介して、ステアリングホイール１２に反力を与えることになる。尚、補正反力演算ブロック６７で求められた補正反力信号は、補正反力係数であっても良く、図７に示すような特性が得られる補正係数を設定すれば良い。補正反力係数の場合は、基本反力信号に乗算して最終反力信号が生成される。
【００９８】
以上のような構成を採用することよって、転舵軸１７の動作が制限される状態においては、ステアリングホイール１２の切り込み方向への回転操作を抑制、或いは規制するように反力用電動モータ１８の制御を行うことで、ステアリングホイール１２の操舵操作と転舵軸１７の転舵動作が対応し、運転者の操舵違和感を軽減することができる。
【００９９】
次に、上述した図５、図６に示す制御ブロックを実行する制御フローを、図８、図９を用いて説明する。ここで、図８はストロークエンドの状態を検出する場合の制御フローを示し、図９はデッドロックの状態を検出する場合の制御フローを示している。まず、最初に図８を用いてストロークエンドを検出する場合の制御フローを説明する。尚、これらの制御フローは所定時間毎に、反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ４６で繰り返されて実行される。
【０１００】
≪ステップＳ１０≫
ステップＳ１０においては、転舵量センサ２２によって転舵軸１７の転舵量を取り込む。転舵軸１７は転舵用電動モータ３５によって駆動され、所定のストローク動作によって軸方向に移動されるが、この時の転舵軸１７の転舵位置を検出して転舵量としている。転舵軸１７の転舵位置の検出が終了するとステップＳ１１に移行する。
【０１０１】
≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１においては、検出された転舵位置がストロークエンドに達しているかどうかを判断している。この判断は図５の転舵軸突き当て判定ブロック６６に相当し、ストロークエンドに対応した転舵位置と、検出された転舵位置を比較することによって判断することができる。ストロークエンドに達していないとステップＳ１２に移行し、ストロークエンドに達しているとステップＳ１３に移行する。
【０１０２】
≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１１でストロークエンドに達していないと判断されると、ステップＳ１２においては、図５に示すように操舵角信号や、トルク信号、車速信号、ヨーレート信号等の幾つかの検出信号を用いて基本反力信号を生成し、反力用電動モータ１８を駆動する。これによって、運転者はステアリングホイール１２から適度な反力を受けながら、ステアリングホイール２を操作することができる。この処理は基本反力演算ブロック６５、最終反力演算ブロック６８に相当する。
【０１０３】
反力用電動モータ１８を駆動すると、エンドに抜けて、次の起動タイミングを待つことになる。次の起動タイミングがくると、同じ動作を繰り返すことはいうまでもない。
【０１０４】
≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１１でストロークエンドに達していると判断されると、ステップＳ１３においては、ストロークエンドに対応した処理を実行するためにストロークエンド判断を確定し、ステップＳ１４に移行する。
【０１０５】
≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１４においては、ストロークエンドに達しているので、報知装置６２によって警報を発して、運転者にストロークエンドに達していることを報知する。警報を出力するとステップＳ１５に移行する。
【０１０６】
≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５においては、図５に示すように操舵角信号を用いて補正反力信号を生成し、更に補正反力信号を基本反力信号に加算して最終反力信号を生成する。補正反力信号は、ステアリングホイール１２の操舵角に対応して決められており、操舵角が大きいほど大きくなる特性に決められている。この処理は補正反力演算ブロック６７、最終反力演算ブロック６８に相当する。最終反力信号が求まるとステップＳ１６に移行する。
【０１０７】
≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１６においては、ステップＳ１５で求められた最終反力信号に基づいて反力用電動モータ１８を駆動する。これによって、ステアリングホール１２には反力用電動モータ１８から大きな反力が与えられる。
【０１０８】
そして、運転者はステアリングホイール１２から大きな反力を受けるので、ストロークエンドに達したことを認識でき、運転者はステアリングホイール１２の操作に違和感を覚えなくなる。ステップＳ１６の処理を終了するとステップＳ１７に移行する。
【０１０９】
≪ステップＳ１７≫
ステップＳ１７においては、転舵軸１７がストロークエンドの状態を維持しているかどうかを判断している。転舵軸１７が依然としてストロークエンドの状態にあると判断されると、再びステップＳ１５に戻って補正反力信号が加算された最終反力信号によって反力用電動モータ１８の駆動を継続する。一方、転舵軸１７がストロークエンドの状態にないと判断されると、ステップＳ１８に移行する。
【０１１０】
≪ステップＳ１８≫
ステップＳ１８においては、ストロークエンドの状態から通常の状態に復帰したと見做して、ステップＳ１４で実行している警報の報知を解除する。そして、警報の報知が解除されるとステップＳ１２に移行する。
【０１１１】
ステップＳ１２に移行すると、基本反力信号に基づいて反力用電動モータ１８を駆動する。これによって、運転者はステアリングホイール１２から適度な反力を受けながら、ステアリングホイール２を操作することができる。反力用電動モータ１８を駆動すると、エンドに抜けて、次の起動タイミングを待つことになる。次の起動タイミングがくると、同じ動作を繰り返すことはいうまでもない。
【０１１２】
次に、図９に基づきデッドロック状態を検出する場合の制御フローを説明する。この制御フローは、ストロークエンドに達した状態にも対応できる。このため、幾つかの制御ステップは共通であるので、これらの説明は省略する。尚、これらの制御フローも所定時間毎に繰り返されて実行される。
【０１１３】
≪ステップＳ２０≫
ステップＳ２０においては、操舵角センサ１４によってステアリングホイール１２の操舵角と、転舵量センサ２２によって転舵軸１７の実際の転舵量を取り込む。ここで、転舵量センサ２２の実際の転舵量は、ステアリングホイールの操舵角と見做されるので、実際の転舵量によって、正規のステアリングホイール１２の操舵角が推定できる。そして、操舵角と転舵量から操舵偏差(Δθ)を求める。この処理は図６の操舵偏差演算ブロック６９に相当し、操舵偏差(Δθ)を求めるとステップＳ２１に移行する。
【０１１４】
≪ステップＳ２１≫
ステップＳ２１においては、ステップＳ２０で求められた操舵偏差(Δθ)を用いて、「偏差−トルクマップ」から操舵トルク(Ｔ)をマップ換算して演算する。操舵偏差(Δθ)が大きいほど、デッドロックした転舵軸１７の転舵位置に対して、ステアリングホイール１２は過剰に操作されていることになる。この処理は図６の操舵トルク演算ブロック７０に相当する。そして、操舵トルク(Ｔ)が求められると、ステップＳ２２に移行する。
【０１１５】
≪ステップＳ２２≫
ステップＳ２２においては、デッドロック状態に陥っているかどうかの判断が行われる。この判断はステップＳ２１で求められた操舵トルク(Ｔ)と予め定めた設定操舵トルク(Ｔｓｅｔ)とを比較して、デッドロックの状態かどうかを判断している。操舵トルク(Ｔ)が設定操舵トルク(Ｔｓｅｔ)より大きいとデッドロックの状態であると判断し、操舵トルク(Ｔ)が設定操舵トルク(Ｔｓｅｔ)より小さいとデッドロックの状態ではないと判断している。この処理は図６の操舵トルク比較ブロック７１に相当している。
【０１１６】
ステップＳ２２で、デッドロックの状態にないと判断されるとステップＳ１２に移行し、デッドロックの状態にあると判断されるとステップＳ２３に移行する。
【０１１７】
≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２においては、図８と同様なので説明を省略する。
【０１１８】
≪ステップＳ２３≫
ステップＳ２２でデッドロックの状態にあると判断されると、ステップＳ２３においては、デッドロックの状態に対応した処理を実行するためにデッドロック状態判断を確定し、ステップＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１６に移行する。
【０１１９】
≪ステップＳ１４≫、≪ステップＳ１５≫、≪ステップＳ１６≫、
ステップＳ１４、ステップＳ１５、ステップＳ１６においては、図８と同様なので説明を省略する。尚、図７に示しているように、ステアリングホイール１２が左回転していると、デッドロックが発生した場合には補正反力値Ｆｄｒ(−)が発生される。もちろん、ステアリングホイール１２を右回転すると、補正反力値Ｆｄｒ(＋)が発生される。ステップＳ１４〜ステップＳ１６を実行するとステップＳ２４に移行する。
【０１２０】
≪ステップＳ２４≫
ステップＳ２４においては、転舵輪１０がデッドロックの状態を脱しているかどうかを判断している。そして、依然としてデッドロックの状態にあると判断されると、再びステップＳ１５に戻って補正反力信号が加算された最終反力信号によって反力用電動モータ１８の駆動を継続する。一方、デッドロックの状態にないと判断されると、ステップＳ１８に移行する、
≪ステップＳ１８≫
ステップＳ１８においては警報の報知を解除し、更にステップＳ１２に移行して基本反力信号に基づいて反力用電動モータ１８を駆動する。反力用電動モータ１８を駆動すると、エンドに抜けて、次の起動タイミングを待つことになる。次の起動タイミングがくると、同じ動作を繰り返すことはいうまでもない。
【０１２１】
以上の説明はデッドロックの状態の場合であるが、設定操舵トルク(Ｔｓｅｔ)をストロークエンドの状態に対応して設定することで、ストロークエンドに達した場合も対応することができる。
【０１２２】
本実施形態によれば、反力アクチュエータコントローラ４２の反力指令信号生成部６４によって、転舵軸１７の動作が制限される状態においては、ステアリングホイール１２の切り込み方向への回転操作を抑制、或いは規制する反力をステアリングシャフト１３に与えるように反力用電動モータ１８を駆動、制御する構成としている。これによって、ステアリングホイール１２の操舵操作と転舵軸１７の転舵動作が対応し、運転者の操舵違和感を軽減することができる。
【０１２３】
ところで、以上に述べた実施形態では、ステアリングホイール１２の回転動作を反力用電動モータ１８で抑制、或いは規制するものであるが、更に、これに加えて機械的な回転規制機構を併せて設けることも可能である。次に、このような機械的な回転規制機構について説明する。
【０１２４】
図１０において、ステアリングホイール１２はステアリングシャフト１３に連結されており、ステアリングシャフト１３には、図１に示している操舵角センサ１４、及び操舵トルクセンサ１５が設けられている。ここで、操舵角センサ１４、及び操舵トルクセンサ１５は図面には示していない。
【０１２５】
ステアリングシャフト１３は、細長い中空のステアリングハウジング７５の内部に収納されており、ステアリングホイール１２とは反対側の端部は、反力用電動モータ１８の回転軸７６に連結されている。この回転軸７６はモータロータ７９に連結されており、更にステアリングシャフト１３と回転軸７６は同軸となるように機械的に連結され、回転軸７６はステアリングシャフト１３に対して反力を与える構成とされている。
【０１２６】
このように、ステアリングシャフト１３とモータロータ７９とは直結されて一体に回転するように繋がっている。ステアリングシャフト１３とモータロータ７５を直結構造とすることにより、両者の間の剛性が高まり、反力制御における操舵フィーリングを向上させることができる。
【０１２７】
ステアリングハウジング７５の端面には、モータハウジング７７が液密的に固定されており、内部にコイルが巻回されたモータステータ７８が収納され、更にモータステータ７８の内部には、モータロータ７９が回転可能に収納されている。モータロータ７９には、回転軸７６が固定的に連結されており、モータロータ７９によって回転軸７６に回転トルク(反力)が与えられる。
【０１２８】
また、回転軸７６のステアリングシャフト１３の反対側には、回転軸７６の回転数や回転角度を検出するモータ回転角度センサ８０が設けられている。モータ回転角度センサ８０は、永久磁石やＧＭＲ素子等から構成されており、反力アクチュエータコントローラ４２の樹脂基板に設けられた検出回路で回転数や回転角度が検出される。
【０１２９】
モータハウジング７７のステアリングハウジング７５の反対側には、これも液密的にカバー８１が固定されており、内部に反力アクチュエータコントローラ４２が内蔵されている。反力アクチュエータコントローラ４２は、図４に示されている構成のコントローラである。また、反力アクチュエータコントローラ４２は、コネクタ組立体８２によって電源に接続され、また通信線を介して操舵アクチュエータコントローラ４４と接続されている。
【０１３０】
モータハウジング７７とステアリングハウジング７５の間の空間には、回転軸７６、及びステアリングシャフト１３の回転を規制する回転規制機構８３が設けられている。回転規制機構８３は、ステアリングシャフト側回転規制部(回転側回転規制部)と、モータハウジング側回転規制部(固定側回転規制部)からなり、ステアリングシャフト１３の回転に伴い回転するステアリングシャフト側回転規制部が、モータハウジング側回転規制部と当接することにより、ステアリングシャフト１３の回転を規制することができる。
【０１３１】
更に具体的には、回転規制機構８３は、回転軸７６に一体的に固定された複数の停止歯を備えた停止ギア８４Ａ(ステアリングシャフト側回転規制部に相当)と、停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入、離脱する停止ピン８４Ｂ(モータハウジング側回転規制部に相当)と、停止ピンを駆動する停止ピン駆動モータ８４Ｃ(モータハウジング側回転規制部に相当)とから構成されている。
【０１３２】
そして、ステアリングシャフト１３の回転軸線の方向において、ステアリングホイール１１、ステアリングシャフト１３、回転規制機構８３、反力用電動モータ１８、反力アクチュエータコントローラ４２、及びコネクタ組立体８２の順に配置されている。
【０１３３】
このように、反力アクチュエータコントローラ４２が、反力用電動モータ１８を挟んで回転規制機構８３の反対側に設けられていることで、反力アクチュエータコントローラ４２の信号線、電力供給用コネクタ、ワイヤハーネス等が、回転規制機構８３やステアリングシャフト１３と干渉するのを避けることができる。
【０１３４】
次に、図１１Ａは回転規制機構８３が動作していない状態を示し、図１１Ｂは回転規制機構８３が動作している状態を示している。ここで、停止ピン８４Ｂにはラック歯が形成され、このラック歯に停止ピン駆動モータ８４Ｃに設けられたピニオンギアが噛み合っている。そして、ピニオンギアの回転によって停止ギア８４Ａの停止歯の間に、停止ピン８４Ｂが突入したり、或いは離脱したりする。
【０１３５】
このように、回転規制機構８３は、ステアリングシャフト１３の回転軸線に関する周方向において、複数箇所に設けられた複数の係合凹部(停止ギア８４Ａの停止歯の間の空間)を備え、この複数の係合凹部の何れかに係合する停止ピン８４Ｂから構成されているので、簡素な構成により、ステアリングシャフト１３の回転を機械的に規制することができる。
【０１３６】
ここで、停止ギア８４Ａに複数の停止歯を設けたのは、自動車の運転状態やステアリングギア比の設定状態に応じて、ステアリングシャフト１３の回転が停止される位置が一定ではないので、どの回転位置でもステアリングシャフト１３の回転を停止できるようにするためである。
【０１３７】
回転規制機構８３は、任意の回転位置、又は所定角度毎の回転位置で、ステアリングシャフト１３の回転を規制可能である。このように、機械的な回転規制機構８３を設けることによって、上述した反力用電動モータ１８による反力が加えられている状態で、更にステアリングシャフト１３が無理に回転されて、ステアリングシャフト１３が際限なく回転されることを規制することができる。
【０１３８】
そして、図８や図９に示す制御フローよってストロークエンドに達した状態や、デッドロックに陥った状態で、反力用電動モータ１８に反力が与えられた後に、更にステアリングホイール１２が所定量だけ回転されると、停止ピン駆動モータ８４Ｃが駆動される。
【０１３９】
したがって、回転規制機構８３は、図１１Ａの状態から図１１Ｂに示す状態に変化して、停止ピン駆動モータ８４Ｃの回転によって、停止ピン８４Ｂが停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入され、ステアリングシャフト１３の回転が強制的に規制される。
【０１４０】
また、これとは別に、反力用電動モータ１８の動作によってステアリングホイール１２の回転速度が所定速度以下になった時に、停止ピン駆動モータ８４Ｃが駆動されるようにしても良い。この場合も、停止ピン駆動モータ８４Ｃの回転によって、停止ピン８４Ｂが停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入され、ステアリングホイール１２の回転が強制的に規制される。
【０１４１】
このように、ステアリングホイール１２が切り込み方向へ操作されるとき、反力指令信号生成部６４は、回転規制機構８３がステアリングシャフト１３の回転を規制する前に、反力信号を生成してステアリングホイール１２の回転を事前に抑制している。
【０１４２】
このように、回転規制機構８３がステアリングホイール１２の回転を規制する前に、反力用電動モータ１８によりステアリングシャフトの回転を抑制しておくので、回転規制機構８３に作用する負荷の低減、又は回転規制機構８３が作動するときの衝撃がステアリングホイール１２に大きく伝わることを抑制することができる。
【０１４３】
更には、図１２に示しているように反力指令信号生成部６４は、回転規制機構８３が「機械的停止位置」でステアリングホイール１２の回転を規制した後に、反力信号の値を減少させるように動作させることもできる。尚、反力信号の減少はステップ的に低減しても良いし、破線で示すように徐々に低減するようにしても良い。
【０１４４】
これによって、回転規制機構８３によってステアリングホイール１２の回転が規制された状態においては、反力用電動モータ１８による制御の必要性が低下しているため、反力信号の値を低減することで、反力用電動モータ１８における消費電力の低減や、反力用電動モータの小型化を図れる等の効果を奏することができる。
【０１４５】
図１３にストロークエンド(或いはデッドロック)に達した以降のステアリングホイール１２の回転速度、反力用電動モータ１８の反力、及び回転規制機構８３の時系列の動作を示している。
【０１４６】
今、時刻ｔ１でストロークエンド(或いはデッドロック)の状態に達すると、反力用電動モータ１８に反力が与えられ、これによってステアリングシャフト１３に加わる反力が増加していく。この反力の増加にしたがって、ステアリングホイール１２の回転速度が低下していくが、時刻ｔ２で所定の回転速度閾値に達すると、ステアリングホイール１２の回転速度が十分に低下していると判断される。
【０１４７】
この時、時刻ｔ２でステアリングホイール１２に与えられる反力は一定値に保持されると共に、回転規制機構８３の停止ピン駆動モータ８４Ｃが駆動される。ここで、反力が一定値に保持される時刻ｔ２と停止ピン８４Ｂが駆動される時刻ｔ３は異なっているが、ほぼ同じ時刻に設定しても良い。そして、停止ピン駆動モータ８４Ｃの回転によって、停止ピン８４Ｂが停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入され、ステアリングシャフト３の回転が強制的に規制される。
【０１４８】
更に、停止ピン８４Ｂが駆動された後は、反力用電動モータ１８の反力をステアリングシャフト１３に与える必要がないので、時刻ｔ３以降では反力用電動モータ１８に与える電力を徐々に減少する。尚、時刻ｔ３で反力用電動モータ１８の電力を遮断することも可能である。更に、停止ピン８４Ｂを駆動する時期は、回転速度閾値によって判断しているが、ストロークエンドに達した状態からステアリングホイール１２が所定角度だけ回転した時を時刻ｔ２としても良い。
【０１４９】
このように、回転規制機構８３によってステアリングホイール１２の回転が規制された状態においては、反力用電動モータ１８による制御の必要性が低下しているため、反力信号の値を低減することで、反力用電動モータ１８における消費電力の低減や、反力用電動モータの小型化を図る等の効果を奏することができる。
【０１５０】
ここで、図１１Ａ、図１１Ｂに示す回転規制機構８３は、停止ギア８４Ａと停止ピン８４Ｂによってステアリングシャフト１３の回転を停止しているが、図１４Ａ、図１４Ｂに示すようにブレーキ機構を使用するようにしても良い。
【０１５１】
図１４Ａ、図１４Ｂにおいて、ステアリングシャフト１３にはブレーキディスク(被摺動部)８５Ａが固定されており、ステアリングシャフト１３とブレーキディスク８５Ａは一体的に動作される。また、ブレーキディスク８５Ａには、ブレーキパッド８５Ｂが切離可能に設けられており、このブレーキパッド８５Ｂはブレーキロッド８５Ｄに取り付けられている。ブレーキロッド８５Ｄにはラック歯が形成され、ブレーキパッド駆動モータ８５Ｃに設けられたピニオンギアによって、ブレーキパッド８５Ｂはブレーキディスク８５Ａに押し付けられ、ブレーキパッド８５Ｂとの間に摩擦力を発生させる。
【０１５２】
そして、図８や図９に示す制御フローよってストロークエンドに達した状態や、デッドロックに陥った状態で、反力用電動モータ１８に反力が与えられた後に、ステアリングホイール１２が所定量だけ回転されたり、或いはステアリングホイール１２の回転速度が所定の回転速度閾値に達すると、ブレーキパッド駆動モータ８５Ｃが駆動される。
【０１５３】
したがって、回転規制機構８３は、図１４Ａの状態から図１４Ｂに示す状態に変化して、ブレーキパッド駆動モータ８５Ｃの回転によって、ブレーキパッド８５Ｂがブレーキディスク８５Ａに押圧されて摩擦力を発生し、ステアリングシャフト１３の回転が強制的に規制される。
【０１５４】
このように、ブレーキディスク８５Ａとブレーキパッド８５Ｂとの摩擦力で、ステアリングシャフト１３の回転を規制する構成としたことにより、ステアリングシャフト１３の回転を任意の回転位置において規制することができる。
【０１５５】
以上に説明した回転規制機構８３は、ステアリングハウジング７５と反力用電動モータ１８の間に介装されているが、図１５に示すように、ステアリングホイール１２とステアリングハウジング７５の間に介装することもできる。
【０１５６】
図１５において、ステアリングホイール１２とステアリングハウジング７５の間の空間には、ステアリングシャフト１３の回転を規制する回転規制機構８３が設けられている。図１５に示す回転規制機構は、図１０に示す回転規制機構８３と同様に、ステアリングシャフト１３に一体的に固定された複数の停止歯を備えた停止ギア８４Ａと、停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入、離脱する停止ピン８４Ｂと、停止ピンを駆動する停止ピン駆動モータ８４Ｃとから構成されている。
【０１５７】
そして、図１５に示す回転規制機構８３においても、図１０と同様に、図８や図９に示す制御フローよってストロークエンドに達した状態や、デッドロックに陥った状態で、反力用電動モータ１８に反力が与えられた後に、ステアリングホイール１２の回転速度が回転速度閾値に達すると、停止ピン駆動モータ８４Ｃが駆動される。したがって、回転規制機構８３が、図１１Ａの状態から図１１Ｂに示す状態に変化して、停止ピン駆動モータ８４Ｃの回転によって、停止ピン８４Ｂが停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入され、ステアリングシャフト１３の回転が強制的に規制される。
【０１５８】
次に、回転規制機構８３を駆動するための制御フローを図１６に基づいて説明する。この制御フローは図８に示す制御フローに追加されて実行される。
【０１５９】
≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５は図８に示す制御ステップと同様であり、操舵角信号を用いて補正反力信号を生成し、更に補正反力信号を基本反力信号に加算して最終反力信号を生成する。最終反力信号が求まるとステップＳ２５に移行する。
【０１６０】
≪ステップＳ２５≫
ステップＳ２５においては、停止フラグに「１」が立っているかどうかを判断する。この停止フラグは、後述するステップＳ２７、Ｓ２８が実行された時に「１」を立てるものである。つまり、停止フラグは回転規制機構８３によってステアリングシャフト１３の回転が規制された時に「１」が立てられる。
【０１６１】
このステップＳ２５で、停止フラグが「０」であると、回転規制機構８３が動作されていない状態を表し、停止フラグが「１」であると、回転規制機構８３が動作されている状態を表している。したがって、停止フラグが「０」であると、最初にストロークエンドの状態に達したと判断されてステップＳ１６に移行する。一方、停止フラグが「１」であると、既に回転規制機構８３によってステアリングホイールの回転が規制されているとしてステップＳ２４に移行する。
【０１６２】
≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１６においては、図８と同様なので説明を省略する。ステップＳ１６を実行すると、反力用電動モータ１８によってステアリングシャフト１３に反力が与えられ、これに伴ってステアリングホイール１２の回転速度が低下する。これは図１３で説明した通りである。ステップＳ１６で、反力がステアリングシャフト１３に与えられると、ステップＳ２６に移行する。
【０１６３】
≪ステップＳ２６≫
ステップＳ２６においては、ステアリングホイール１２の回転速度が回転速度閾値に達したどうかを判断している。回転速度閾値に達していない場合は、図８と同様にステップＳ２４に移行し、更にステップＳ２４ではストロークエンドの状態かどうかを判断する。ストロークエンドの状態であれば、再びステップＳ２５に戻る。
【０１６４】
一方、ステップＳ２６で、ステアリングホイール１２の回転速度が回転速度閾値に達した判断された場合は、ステップＳ２７に移行する。
【０１６５】
≪ステップＳ２７≫
ステップＳ２７においては、回転規制機構８３の停止ピン駆動モータ８４Ｃが駆動される。この停止ピン駆動モータ８４Ｃの回転によって、停止ピン８４Ｂが停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入され、ステアリングシャフト１３の回転が強制的に規制される。
【０１６６】
ただ、この場合は反力用電動モータ１８によって、ステアリングホイール１２の回転がかなり低下されているので、停止ピン８４Ｂによって停止ギア８４Ａの回転を止めても、ステアリングホイール１２には、それほど衝撃は発生しない。停止ピン駆動モータ８４Ｃによる停止ピン８４Ｂの駆動が完了するとステップＳ２８に移行する。
【０１６７】
≪ステップＳ２８≫
ステップＳ２８においては、回転規制機構８３でステアリングホイール１２の回転を規制しているので、これ以降では反力用モータ１８に電力を与える必要性がない。したがって、このステップＳ２８では、反力用電動モータへの電力量を減少する。これによって、反力用電動モータ１８における消費電力の低減や、反力用電動モータ１８の小型化を図る等の効果を奏することができる。
【０１６８】
尚、反力用電動モータ１８への電力量を減少するのに代えて、反力用電動モータ１８への電力を停止することもできる。反力用電動モータ１８への電力を減少させるとステップ２９に移行する。
【０１６９】
≪ステップＳ２９≫
ステップＳ２９においては、ステップＳ２７で回転規制機構８３の停止ピン駆動モータ８４Ｃを駆動しているので、停止フラグに「０」の代わりに「１」を立てる。この停止フラグは、上述したように「０」であると回転規制機構８３が動作されていない状態を表し、「１」であると回転規制機構８３が動作されている状態を表している。この停止フラグは、上述したステップＳ２５で使用される。
【０１７０】
停止フラグの設定が完了するとステップＳ２４に移行し、図８に示した制御フローと同じ制御を実行する。この場合、ステップＳ２４で依然としてストロークエンドの状態にあると判断されると、ステップＳ２５に戻って停止フラグの状態を判断している。ステップＳ２９で停止フラグに「１」が立っているので、ステップＳ２５では、回転規制機構８３を駆動したまま、再びステップ２４の判断を繰り返すように動作する。
【０１７１】
回転規制機構８３は、上述したように任意の回転位置、又は所定角度毎の回転位置で、ステアリングシャフト１３の回転を規制可能である。このように、機械的な回転規制機構８３を設けることによって、ステアリングシャフト１３が際限なく回転することを規制することができる。
【０１７２】
ここで、回転規制機構８３は、別の利用方法として、自動車の推進装置のスイッチ（例えば、キースイッチ）がオフになったとき、ステアリングシャフトの回転を規制することもできる。尚、自動車の推進装置としては、例えば、内燃機関、電動モータ等がある。また、内燃機関や電動モータは停止しているが、アクセサリスイッチがオンの状態においても、ステリングホイール１２の回転を規制するようにしても良い。図１７にその制御フローを示している。
【０１７３】
≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０においては、内燃機関を始動するためにキースイッチをオンし、次にスタータモータによって内燃機関を始動する。キースイッチがオンされるとステップＳ３１に移行する。
【０１７４】
≪ステップＳ３１≫
ステップＳ３１においては、図１１Ｂに示す状態にある回転規制機構８３を、図１１Ａに示す状態の回転規制機構８３に移行する。このためキースイッチがオンされると、停止ピン駆動モータ８４Ｃを駆動して、停止ピン８４Ｂを停止ギア８４Ａの停止歯の間から離脱させる。ここで、図１１Ｂに示す状態にあるのを「キー・オフ・ロック(Ｋｅｙ・ＯＦＦ・Ｌｏｃｋ」と称している。キー・オフ・ロックが解除されるとステップ３２に移行する。
【０１７５】
≪ステップＳ３２≫
ステップＳ３２においては、自動車を操舵するために図８、或いは図９にある制御フローを実行する。尚、ここでは示していないが内燃機関は燃焼サイクルを実行し、クランクシャフトの回転は、クラッチやトランスミッションを介して駆動輪に与えられる。したがって、自動車は通常の走行動作を行なうことができる。次に自動車を停止する場合はステップＳ３３に移行する。
【０１７６】
≪ステップＳ３３≫
ステップＳ３３においては、内燃機関を停止するためキースイッチをオフして、燃料制御機能や点火制御機能を停止させる。これによって、内燃機関は停止されるが、この場合、反力アクチュエータコントローラ４２はシャットダウンされていない。そして、キースイッチがオフされるとステップＳ３４に移行する。
【０１７７】
≪ステップＳ３４≫
ステップＳ３４においては、図１１Ａに示す状態にある回転規制機構８３を、図１１Ｂに示す状態の回転規制機構８３に移行する。このためキースイッチがオフされると、停止ピン駆動モータ８４Ｃを駆動して、停止ピン８４Ｂを停止ギア８４Ａの停止歯の間に突入させる。これによって、ステアリングシャフト１３は回転できない状態になる。
【０１７８】
このように本実施形態の回転規制機構８３は、キー・オフ・ロックとしても使用することができる。この場合、車両の停止中にステアリングホイールが操作されることにより、ステアリングホイールと転舵輪の関係がずれることを抑制することができる。
【０１７９】
上述した回転規制機構８３は、基本的には反力用電動モータ１８の反力によってステアリングホイール１２の回転速度が所定の回転速度閾値に達すると、電気的に動作してステアリングシャフト１３の回転を規制するものであるが、更に以下に示すような回転規制機構を採用することもできる。
【０１８０】
図１８にその構成を示しており、ステアリングハウジング７５の端面にはモータハウジング(操舵入力部ハウジング)７７が液密的に固定されており、内部にコイルが巻回されたモータステータ７８が収納され、更にモータステータ７７の内部にはモータロータ７９が回転可能に収納されている。モータロータ７９には、回転軸７６が固定的に連結されており、モータロータ７９によって回転軸７６に反力(回転トルク)が与えられる。
【０１８１】
また、回転軸７６のステアリングシャフト１３の反対側には、回転軸７６の回転数や回転角度を検出するモータ回転角度センサ８０が設けられている。モータ回転角度センサ８０は、永久磁石やＧＭＲ素子等から構成されており、反力アクチュエータコントローラ４２の樹脂基板に設けられた検出回路で回転数や回転角度が検出される。
【０１８２】
モータハウジング７７のステアリングハウジング７５の反対側には、これも液密的にカバー８１が固定されており、内部に反力アクチュエータコントローラ４２が内蔵されている。反力アクチュエータコントローラ４２は図４に示されている構成のコントローラである。また、反力アクチュエータコントローラ４２は、コネクタ組立体８２によって電源に接続され、また通信線を介して操舵アクチュエータコントローラ４４と接続されている。
【０１８３】
モータハウジング７７とステアリングハウジング７５の間の空間には、ステアリングシャフト１３の回転を規制する変速機付き回転規制機構８６が設けられている。更に、変速機付き回転規制機構８６は、回転規制位置を変更できる回転規制位置変更機構８７が設けられている。これらの具体的な構成は追って説明する。
【０１８４】
変速機付き回転規制機構８６は遊星歯車機構からなっており、この遊星歯車機構は、詳細は後述するが、サンギア、プラネタリギア、リングギア、及びプラネタリキャリアから構成されている。そして、サンギア、プラネタリギア、リングギア、又はプラネタリキャリアの１つの回転を規制することにより、ステアリングシャフト１３の回転を規制することができる。
【０１８５】
本実施形態においても、変速機付き回転規制機構８６は、ステアリングシャフト側回転規制部(回転側回転規制部)と、モータハウジング側回転規制部(固定側回転規制部)からなり、ステアリングシャフト１３の回転に伴い回転するステアリングシャフト側回転規制部が、モータハウジング側回転規制部と当接することにより、ステアリングシャフト１３の回転を規制することができる。
【０１８６】
具体的には、変速機付き回転規制機構８６は、ステアリングシャフト１３に連結されたサンギアと、このサンギアに噛み合ったプラネタリギア、及びプラネタリキャリア(ステアリングシャフト側回転規制部に相当)と、モータハウジング７７の内壁に固定され、内周にプラネタリギアが噛み合ったリングギアに設けた停止ピン(モータハウジング側回転規制部に相当)から構成されている。
【０１８７】
そして、本実施形態においてもステアリングシャフト１３の回転軸線の方向において、ステアリングホイール１１、ステアリングシャフト１３、変速機付き回転規制機構８６、反力用電動モータ１８、操舵アクチュエータコントローラ４４、及びコネクタ組立体８２の順に配置されている。
【０１８８】
このように、操舵アクチュエータコントローラ４４が、反力用電動モータ１８を挟んで変速機付き回転規制機構８６の反対側に設けられていることで、操舵アクチュエータコントローラ４４の信号線、電力供給用コネクタ、ワイヤハーネス等が、変速機付き回転規制機構８６やステアリングシャフト１３と干渉するのを避けることができる。
【０１８９】
また、ステアリングシャフト１３と反力用電動モータ１３の回転軸７６とを変速機付き回転規制機構８６を同軸上に配置したので、回転運動の伝達経路を効率よく構成することができる。
【０１９０】
また、本実施形態では、変速機付き回転規制機構８６は遊星歯車機構から構成されているので、遊星歯車機構を構成する1つのギアを減速機構によって減速することで、ステアリングシャフト１３の回転を規制することができる。また、遊星歯車の変速比を変えることによって、ステアリングシャフト１３の回転規制位置を変えることもできる。
【０１９１】
また、本実施形態では、図１８にあるように、反力用電動モータ１８は、モータロータ７９の回転角を検出するモータ回転角センサ８０を有しており、反力アクチュエータコントローラ４２は、モータ回転角センサ８０の出力信号に基づき、操舵操作量信号を生成することもできる。
【０１９２】
反力用電動モータ１８が、例えばブラシレスモータのように、モータロータの回転角を検出するモータ回転角センサ８０を有する場合、このモータ回転角センサ８０の出力信号を用い、変速機付き回転規制機構８６の変速比と、モータ回転角センサ８０がどちらの方向へどれだけ回転したかに関する情報を考慮することで、ステアリングシャフト１３、つまりステアリングホイール１２の回転量である操舵角を検出することができる。
【０１９３】
更には、以下に述べる実施形態のように、ギアの減速や変速比によらず遊星歯車を構成する構成部品、例えば、リングギアに設けた停止ピンとプラネタリキャリアが所定の規制位置で互いに当接することにより、ステアリングシャフト１３の回転を規制する構成とすることもできる。
【０１９４】
図１９には、変速機付き回転規制機構８６の構成を示しているが、ステアリングシャフト１３やモータロータ７９の回転軸７６の表示は省略している。
【０１９５】
図１９において、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９は、同軸で一体的に形成されており、途中にサンギア９０が形成されている。サンギア９０の外周には所定の歯数を有するギア歯が形成されている。そして、ステアリング側軸部８８はステアリングシャフト１３に連結され、モータ側軸部８９はモータロータ７９の回転軸７６に連結されている。
【０１９６】
尚、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９は、ステアリングシャフト１３と一体的に形成しても良いし、また、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９は、モータロータ７９の回転軸７６と一体的に形成しても良い。
【０１９７】
サンギア９０は、リングギア９１の中央付近に配置されており、サンギア９０とリングギア９１の間には２個のプラネタリギア９２が配置されている。そして、サンギア９０とプラネタリギア９２は互いのギア歯が噛み合い、同様にプラネタリギア９２とリングギア９１は互いのギア歯が噛み合っている。ここで、リングギア９１はモータハウジング７７の内壁面に固定されており、リングギア９１は回転することはない。
【０１９８】
２個のプラネタリギア９２は、１８０°の角度間隔を有して配置されており、夫々のプラネタリギア９２はプラネタリギアキャリア９３によって連結されている。プラネタリギアキャリア９３の両端には、プラネタリギア９２が回転可能に支持されている。更に、プラネタリキャリア９３の中央付近には、環状の支持環部９４が形成されており、この支持環部９４は、ステアリング側軸部８８に回転可能に軸支されている。したがって、プラネタリギア９２及びプラネタリキャリア９３は、サンギア９０を回転中心にして、サンギア９０の回転によって回転可能となっている。
【０１９９】
また、プラネタリキャリア９３の一方には、リングギア９１の円環状の端面領域９１Ａまで延びる停止片９３Ｓが形成されており、この停止片９３Ｓは、プラネタリキャリア９３の回転によって、リングギア９１の端面領域９１Ａに取り付けた停止ピン９５と当接する長さに設定されている。つまり、プラネタリキャリア９３の停止片９３Ｓが、ステアリングシャフト側回転規制部であり、リングギア９１の停止ピン９５が、モータハウジング側回転規制部となる。
【０２００】
したがって、ステアリングシャフト１３の回転に対して、プラネタリキャリア９３の回転は減速された形態となるので、本実施形態の遊星歯車機構は減速機として機能している。つまり、プラネタリキャリア９３の回転範囲よりも多くステアリングホイール１２を回転させる構成とすることができる。また、遊星歯車機構を変速機(減速機)として使用するので、変速機の小型化を図りながら、大きな減速比を得ることができる。
【０２０１】
そして、ステアリングホイール１２の回転によってストロークエンドに達した時、或いはストロークエンドより所定角度だけ多く回転した時に、プラネタリキャリア９３の停止片９３Ｓが停止ピン９５と当接するように組み付けられている。
【０２０２】
次に、この変速機付き回転規制機構８６の動作について説明するが、図２０Ａはステアリングホイール１２が中立位置にある状態を示し、図２０Ｂは転舵軸１７がストロークエンドにある状態を示している。
【０２０３】
図２０Ａにおいて、ステアリングホイール１２が中立位置にあると、停止ピン９５の軸心、２個のプラネタリギア９２の回転中心、サンギア９０の回転中心、及びプラネタリキャリア９３の停止片９３Ｓの半径方向に延びる軸線は、ほぼ同一線上に位置している。
【０２０４】
この状態で、ステアリングホイール１２が回転されると、図２０Ａ、図２０Ｂにあるように、ステアリングシャフト１３と一体に設けられたサンギア９０が自転し、更にサンギア９０と噛合うプラネタリギア９２が自転しながら公転する。この時、プラネタリギア９２に連結されたプラネタリキャリア９３が、プラネタリギアの公転と一緒に公転する。
【０２０５】
プラネタリキャリア９３は、支持環部９４がステアリング側軸部８８に回転可能に支持されているので、ステアリングシャフト１３とプラネタリキャリア９３とは相対回転する。そして、ストロークエンド達するか、或いはストロークエンドより所定角度だけ多く回転すると、図２０Ｂに示すようにプラネタリキャリア９３の停止片９３Ｓが停止ピン９５に当接して、ステアリングシャフト１３の回転が規制される。尚、この状態においては、反力用電動モータ１８はステアリングシャフト１３に反力を与えている。
【０２０６】
このように、変速機付き回転規制機構８６は、ステアリングホイール１２がストロークエンドに達するまで回転した位置、或いはストロークエンドより所定角度だけ多く回転した位置で、ステアリングシャフト１３の回転を規制可能である。
【０２０７】
機械的な変速機付き回転規制機構８６を設けることによって、上述した反力用電動モータ１８による反力が加えられている状態で、更にステアリングシャフト１３が無理に回転されて、ステアリングシャフト１３が際限なく回転されることを規制することができる。
【０２０８】
ところで、上述したようにステアリングギア比によっては、ステアリングホイール１２の回転量に対して転舵軸１７が大きくストロークする設定がなされる場合がある。この場合は、図１９に示す変速機付き回転規制機構８６の構成では、プラネタリキャリア９３の停止片９３Ｓが停止ピン９５に当接する前にストロークエンドに達してしまう恐れが生じる。このため、本実施形態では図２１、図２２に示す回転規制位置変更機構８７を提案している。尚、この回転規制位置変更機構８７は図１８に示しているものである
図２１、図２２において、リングギア９１の円環状の端面領域９１Ａには、可動停止ピン９６Ａが設けられている。この可動停止ピン９６Ａは、停止ピン９５を基準にして両側に９０°の間隔を有して円環状の端面領域９１Ａから突出し、また後退する構成とされている。そして、図２２に示すように、可動停止ピン９６Ａは可動停止ピンロッド９６Ｂに連結され、この可動停止ピンロッド９６Ｂの一端にはラック歯が形成されている。可動停止ピンロッド９６Ｂのラック歯には、可動停止ピン駆動モータ９６Ｃに設けられたピニオンギアが噛み合っており、ピニオンギアの回転によって可動停止ピン９６Ａが突出し、また後退する。
【０２０９】
そして、回転規制位置変更機構８７に設けた可動停止ピン駆動モータ９６Ｃは、例えば、ステアリングホイール１２の回転量に対して転舵軸１７が大きくストロークするステアリングギア比に設定された場合に駆動される。したがって、回転規制位置変更機構８７は、図２３Ａ、図２３Ｂに示すように、停止ピン９５に代えて可動停止ピン９６Ａを突出させ、この可動停止ピン９６Ａがプラネタリキャリア９３の停止片９３Ｓの回転を規制することになる。
【０２１０】
このように、ステアリングギア比の変更に基づき、可動停止ピン９６Ａがリングギア９１の円環状の端面領域９１Ａから突出されると、図２３Ａに示す中立位置の状態からステアリングホイール１２が回転され、ステアリングホイール１２がストロークエンドに達するまで回転した位置、或いはストロークエンドより所定角度だけ多く回転した位置で、プラネタリキャリア９３の停止片９３Ｓが可動停止ピン９６Ａに接触してステアリングシャフト１３の回転が強制的に規制される。
【０２１１】
上述した遊星歯車機構による回転規制機構８３、８６においては、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９は一体化され、この間にサンギア９０を設けているので、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９は一体的に回転される構成となっている。
【０２１２】
一方、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９を別体に分離して、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９をそれぞれ別のギアに連結することで、ステアリング側軸部８８とモータ側軸部８９の回転を相互に変えることができる。つまり、ステアリング側軸部８８の回転に対して、モータ側軸部８９を減速、或いは増速することができる。
【０２１３】
例えば、減速する場合は、ステアリング側軸部８８にサンギア９０を固定し、モータ側軸部８９にリングギア９１を固定し、プラネタリキャリア９３をモータハウジング７７に固定する構成が考えられる。
【０２１４】
この場合、ステアリング側軸部８８の回転とサンギア９０の回転は同じ(一対一の関係)であり、このサンギア９０の回転に合わせてプラネタリギア９２も回転する。ただ、プラネタリキャリア９３は固定されているので、プラネタリギア９２は、サンギア９０とプラネタリギア９２との減速比で回転することになる。
【０２１５】
プラネタリギア９２が回転すると、リングギア９１も回転するが、リングギア９１の回転は、サンギア９０(＝ステアリング側軸部)の回転に比べて減速されることになる。但し、リングギア９１は、サンギア９０に対して回転方向が逆となるので、プラネタリギア９２の回転を逆に伝えるため、プラネタリギア９２とリングギア９１の間に更に追加のプラネタリギアを介装するようにすれば良い。
【０２１６】
尚、変速機付き回転規制機構８６は、リングギア９１に停止片を設け、モータハウジングの側に、この停止片と突き当たる停止ピンを設けておけば、図１９に示す変速機付き回転規制機構８６と同様の動作を行なうことができる。例えば、適当なギア比を設定してやれば、ステアリングシャフト１３(＝ステアリング側軸部)が中立位置から３回転すると、リングギア９１は０．５回転して停止片が停止ピンに当接し、これによってステアリングシャフトの回転を規制できるようになる。同様にステアリングシャフト１３が逆回転した時も同様の動作を行なうことはもちろんである。
【０２１７】
一方、増速する場合は、ステアリング側軸部８８にリングギア９１を固定し、モータ側軸部８９にサンギア９０を固定し、プラネタリキャリア９３をモータハウジング７７に固定する構成が考えられる。
【０２１８】
この場合、ステアリング側軸部８８の回転とリングギア９１の回転は同じ(一対一の関係)であり、このリングギア９１の回転に合わせてプラネタリギア９２も回転する。ただ、プラネタリキャリア９３は固定されているので、プラネタリギア９２は、リングギア９１とプラネタリギア９２との増速比で回転することになる。
【０２１９】
プラネタリギア９２が回転すると、サンギア９０も回転するが、サングギア９０の回転は、リングギア９１(＝ステアリング側軸部)の回転に比べて増速されることになる。但し、サンギア９０は、リングギア９１に対して回転方向が逆となるので、この場合もプラネタリギア９２の回転を逆に伝えるため、プラネタリギア９２とリングギア９１の間に更に追加のプラネタリギアを介装するようにすれば良い。
【０２２０】
尚、増速する場合の回転規制機構は、図１１Ａ、図１１Ｂに示すような回転規制機構８３を使用することができる。回転規制機構８３を使用すれば、ステアリングシャフト１３の回転軸線に関する周方向において、複数箇所に設けられた複数の停止歯８４Ａの間の空間の何れかに停止ピン８４Ｂが突入されるので、簡素な構成により、ステアリングシャフト１３の回転を機械的に規制することができる。
【０２２１】
また、これ以外の減速/増速機構として、ステアリング側軸部８８がサンギア９０、或いはプラネタリキャリア９３の一方に連結され、モータ側軸部８９がプラネタリキャリア９３、或いはサンギア９０の他方に連結することもできる。尚、リングギア９１はモータハウジング７７に固定されている。ここで、本実施形態では操舵角センサ１４は、プラネタリキャリア９３の回転角度を検出する構成とされている。
【０２２２】
このようにプラネタリキャリア９３の回転は、サンギア９０の回転に比べて大幅に減速されるため、操舵角センサがプラネタリキャリア９３の1回転を検出することで、1回転を超えるステアリングシャフト１３の回転量を検出することができる。
【０２２３】
以上説明したように、遊星歯車機構を用いることによって、反力用電動モータ１８の特性や回転規制機構８３、８６の構造等に応じてステアリングシャフト１３の回転速度に対する反力用電動モータ１８の回転軸７６の回転速度を設定することができる。
【０２２４】
また、ステアリングシャフト１３の回転を変速機(遊星歯車機構)により反力用電動モータ１８の回転軸７６の回転速度を増大させる構成とした場合は、反力用電動モータ１８が発生するトルクがより小さくて済む。このため、反力用電動モータ１８の小型化、または反力用電動モータ１８における消費電力の低減等の効果を得ることができる。
【０２２５】
以上の回転規制機構８３、８６は遊星歯車機構を利用しているが、次に他の回転規制機構について説明する。図２４は、ウォームギア機構を利用した変速機付き回転規制機構９７を示している。
【０２２６】
図２４において、ウォームギア機構を利用した変速機付き回転規制機構９７においては、ステアリング側軸部９８とモータ側軸部９９は、同軸で一体的に形成されており、途中にウォーム１００が形成されている。ウォーム１００の外周には螺旋状のギア歯が形成されている。そして、ステアリング側軸部９８はステアリングシャフト１３に連結され、モータ側軸部９９はモータロータ７９の回転軸７６に連結されている。
【０２２７】
円形状のウォームホイール１０１の外周には、ウォームホイール１０１の回転軸線に対して斜めに傾斜したギア歯が形成されており、このギア歯にウォーム１００の螺旋状のギア歯が螺合されている。また、ウォームホイール１０１は回転支軸１０２によって回転可能に支持されており、回転支軸１０２はモータハウジング７７に回転自在に軸支されている。
【０２２８】
ウォームホイール１０１の側端面１０１Ａには、停止片１０３がウォームホイール１０１の回転軸線方向に沿って延びるようにして固定されている。また、モータハウジング７７の内周には停止ピン１０４が固定されている。この停止ピン１０４は、ウォーム１００が回転して、ウォームホイール１０１が、ストロークエンドに対応する位置、或いはストロークエンドより所定角度だけ多く回転した位置まで回転すると、停止片１０３と当接して、ウォームホイール１０１の回転を規制している。
【０２２９】
次に、この変速機付き回転規制機構９７の動作について説明するが、図２５Ａはステアリングホイール１２が中立位置にある状態を示し、図２５Ｂはステアリングホイール１２がストロークエンドに対応する位置、或いはストロークエンドより所定角度だけ多く回転した位置にある状態を示している。
【０２３０】
図２５Ａにおいて、ステアリングホイール１２が中立位置にあると、停止ピン１０４の軸心、ウォームホイール１０１の回転中心、及びウォームホイール１０１の停止片１０３の軸心は、半径方向に延びる同一線上に位置している。
【０２３１】
この状態で、ステアリングホイール１２が回転されると、図２５Ａ、図２５Ｂにあるように、ステアリングシャフト１３と一体に設けられたウォーム１００が回転し、これと同時に、ウォーム１００の螺旋状のギア歯によってウォームホイール１０１も回転する。ウォームホイール１０１の回転支軸１０２は、モータハウジング７７に回転可能に支持されているので、ステアリングホイール１２がストロークエンドに対応する位置、或いはストロークエンドより所定角度だけ多く回転した位置に達すると、図２５Ｂに示すように、ウォームホイール１０１の停止片１０３が停止ピン１０４に当接して、ステアリングシャフト１３の回転が規制される。
【０２３２】
このように、ステアリングシャフト１３に繋がっているウォーム１００の回転に比べてウォームホイール１０１の回転を減速することができる。また、ステアリングホイール１０１に回転力が付与されたとき、ステアリングホイール１２に適度な抵抗力を与えることができる。
【０２３３】
ここで、図１９、図２４に示す回転規制機構８６、或いは回転規制機構９７には操舵角センサ１４を設けることができる。
【０２３４】
例えば、回転規制機構８６においては、ステアリング側軸部８８に形成したサンギア９０は、ステアリングシャフト１３と一体的に回転するので、サンギア９０によって回転されるプラネタリキャリア９３の回転はステアリングシャフト１３の回転を示すことになる。したがって、プラネタリキャリア９３に操舵角センサ１４を設けることで間接的にステアリングシャフト１３の操舵角を検出できる。
【０２３５】
また、回転規制機構９７においては、ステアリング側軸部９８に形成したウォーム１００は、ステアリングシャフト１３と一体的に回転するので、ウォーム１００によって回転されるウォームホイール１０１の回転はステアリングシャフト１３の回転を示すことになる。したがって、ウォームホイール１０１に操舵角センサ１４を設けることで間接的にステアリングシャフト１３の操舵角を検出できる。
【０２３６】
このように操舵角センサ１４は、プラネタリキャリア９３、或いはウォームホイール１０１の回転角度を検出可能である。また、操舵角センサ１４が検出可能な角度範囲は、プラネタリキャリア９３、或いはウォームホイール１０１の停止ピン９５、或いは停止ピン１０４によって決まる回転可能な角度範囲よりも大きい範囲に設定されている。
【０２３７】
これによって、プラネタリキャリア９３、或いはウォームホイール１０１の回転角度が、操舵角センサの検出可能範囲を超えることがなくなり、操舵角センサが検出不能となる事態を避けることができる。
【０２３８】
ところで、ステアリングホイール１２の内部にはエアバッグ装置が内蔵されており、更にエアバッグ装置を起動するための電力を供給するワイヤハーネスが収納されている。図２６Ａは、ステアリングホイール１２の中立位置におけるワイヤハーネスの状態を示し、図２６Ｂは、ステアリングホイール１２が左回転側に回転された左側最大操舵位置におけるワイヤハーネスの状態を示し、図２６Ｃは、ステアリングホイール１２が右回転側に回転された右側最大操舵位置におけるワイヤハーネスの状態を示している。
【０２３９】
図２６Ａ〜図２６Ｃにおいて、エアバッグ装置１０５は、ホイールハウジング(ハーネスケース)１０６内に、ハーネスケース軸１０７が配置されており、このハーネスケース軸１０７はステアリングシャフト１３に接続されている。したがって、ハーネスケース軸１０７はステアリングシャフト１３と一体的に回転される。
【０２４０】
ハーネスケース軸１０７には第１コネクタ１０８が取り付けられ、この第１コネクタ１０８にワイヤハーネス１０９が電気的、機械的に接続されている。一方、ホイールハウジング１０６には第２コネクタ１１０が取り付けられ、この第２コネクタ１１０にワイヤハーネス１０９が電気的、機械的に接続されている。
【０２４１】
したがって、加速度センサ(図示せず)や衝撃センサ(図示せず)によって自動車の衝突が検出されると、バッテリからの電力が第２コネクタ１１０、ワイヤハーネス１０９、及び第１コネクタ１０８に供給され、インフレータ(図示せず)を作動することができる。
【０２４２】
ここで、ワイヤハーネス１０９は、ハーネスケース軸１０７の周囲に複数回に亘って巻き掛けられている。ところが、ステア・バイ・ワイヤ方式だとステアリングホイール１２が際限なく回転される恐れがあるので、ワイヤハーネス１０９の電気的接続が遮断される恐れがあり、この対策が必要である。
【０２４３】
例えば、図２６Ａの中立位置からステアリングホイール１２が左回転されて図２６Ｂの状態に移行していくと、ワイヤハーネス１０９がホイールハウジング１０６の外壁側に寄って行き、最大操舵位置を超えて更に操舵されると、ハーネスケース軸１０７に取り付けた第１コネクタ１０８とワイヤハーネス１０９との接続部が破断する恐れが生じる。
【０２４４】
同様に、図２６Ａの中立位置からステアリングホイール１２が右回転されて図２６Ｃの状態に移行していくと、ワイヤハーネス１０９がハーネスケース軸１０７に巻きとられ、最大操舵位置を超えて更に操舵されると、ホイールハウジング１０６に取り付けた第２コネクタ１１０とワイヤハーネス１０９との接続部が破断する恐れが生じる。
【０２４５】
したがって、本実施形態の回転規制機構８６、９７においては、停止片９３、或いは停止片１０３が停止ピン９５、１０４と当接するとき、ワイヤハーネス１０９が所定量の撓みを有するように設定されている。
【０２４６】
このように、ステアリングシャフト１３を最大限回転させた状態においても、ワイヤハーネス１０９は所定量の撓みを有しているため、ワイヤハーネス１０９と第１コネクタ１０８、或いは第２コネクタの接続部が切断されたり、ワイヤハーネス１０９に過大な負荷がかかり、耐久性が低下したりすることを抑制することができる。
【０２４７】
以上に述べてきたように、本実施形態においては、反力用電動モータ１８の動作角度、回転規制機構８６、９７の規制角度、ワイヤハーネス１０９の破断限界角度、及び操舵角センサ１４の検出限界角度について密接な関係を有している。
【０２４８】
図２７に示しているように、反力用電動モータ１８が動作する操舵角範囲に対して、回転規制機構８６、９７よる規制が行わる規制角度は、角度(Ｍｇｎθ１)だけ大きく設定されている。これによって、反力用電動モータ１８の制御に影響を与えない余裕代が得られる。
【０２４９】
また、回転規制機構８６、９７による規制が行われない操舵角範囲に対して、ワイヤハーネスが破断する破断限界角度は角度(Ｍｇｎθ２)だけ大きく設定されている。これによって、ワイヤハーネスを破断させない余裕代が得られる。
【０２５０】
更に、ワイヤハーネスが破断しない操舵角範囲に対して、操舵角センサの検出限界角度は角度(Ｍｇｎθ３)だけ大きく設定されている。これによって、ステアリングホイールの中立位置見失わない余裕代が得られる。
【０２５１】
このように、本実施形態においては、反力用電動モータ１８の動作角度、回転規制機構８６、９７の規制角度、ワイヤハーネス１０９の破断限界角度、及び操舵角センサ１４の検出限界角度について規定したので、夫々の機能が互いに干渉することなく実行されるようになる。
【０２５２】
以上述べた通り、本発明によれば、ステアリングホイールの操舵操作に反力を与えるためのステアリングシャフトに連結された反力アクチュエータを備えると共に、反力アクチュエータコントローラの反力指令信号生成部によって、転舵軸の動作が制限される状態においては、ステアリングホイールの切り込み方向への操舵操作を規制する反力を反力アクチュエータに与える、構成としている。
【０２５３】
この構成によれば、ステアリングホイールの操舵操作と転舵軸の転舵動作が対応し、運転者の操舵違和感を軽減することができる。
【０２５４】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０２５５】
１０…転舵輪、１２…ステアリングホイール、１３…ステアリングシャフト、      １４…操舵角センサ、１５…操舵と衝くセンサ、１７…転舵軸、１８…反力用電動モータ、１９…制御装置、２２…転舵量センサ、４２…反力アクチュエータコントローラ、４４…操舵アクチュエータコントローラ、４６…反力アクチュエータ用マイクロプロセッサ、６５…基本反力演算ブロック、６６…転舵軸突き当て判定ブロック、６７…補正反力演算ブロック、６８…最終反力演算ブロック６９…操舵偏差演算ブロック、７０…操舵トルク演算ブロック、７１…操舵トルク比較ブロック、８３…回転規制機構、８４Ａ…停止ギア、８４Ｂ…停止ピン、８４Ｃ…停止ピン駆動モータ、８６…回転規制機構、９０…サンギア、９１…リングギア、９２…プラネタリギア、９３…プラネタリキャリア、９３Ｓ…停止片、９５…停止ピン、９７…回転規制機構、１００…ウォーム、１０１…ウォームホイール、１０３…停止片、１０４…停止ピン。
【図１】
2020158091.tif 000003
【図２】
2020158091.tif 000004
【図３】
2020158091.tif 000005
【図４】
2020158091.tif 000006
【図５】
2020158091.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020158091.tif 000009
【図８】
2020158091.tif 000010
【図９】
2020158091.tif 000011
【図１０】
2020158091.tif 000012
【図１１Ａ】
2020158091.tif 000013
【図１１Ｂ】
2020158091.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７】
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