(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵力を車輪に伝達するステアリングシャフトを備え、そのステアリングシャフトの操作側と車輪側は、そのステアリングシャフトによって伝達される操舵力に対応するトルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている車両において、
そのステアリングシャフトの操作側の回転角の変化に対応して位相が変化する交番信号を出力する第１レゾルバと、
そのステアリングシャフトの車輪側の回転角の変化に対応して位相が変化すると共に、第１レゾルバの出力信号と同一波形の交番信号を出力する第２レゾルバとを備え、
そのステアリングシャフトの操作側回転角が車輪側回転角に等しい時、第１レゾルバの出力信号と第２レゾルバの出力信号は出力値および位相は互いに等しくされ、
両レゾルバの励磁電圧の出力値と変化率が一定値になる時を基準とした一定の基準時における、両レゾルバの出力値の増減傾向と、両レゾルバの出力値の大小と、操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側との関係を記憶する記憶装置と、
その基準時における両レゾルバの出力値の増減傾向および大小を判断する手段と、
両レゾルバの出力値の増減傾向および大小の判断結果と前記記憶した関係とに基づいて、操舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側とを判断する手段とを備える車両のステアリング装置。
【請求項２】
そのステアリングシャフトの操作側に作用する操舵力を発生可能な操舵力発生用アクチュエータと、
その操舵力発生用アクチュエータの制御装置とを備え、
その制御装置からの信号に基づき操舵力発生用アクチュエータが発生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車輪に伝達する自動操舵モードと、ドライバーが発生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車輪に伝達する通常操舵モードとの間で操舵モードが切り換え可能とされている請求項１に記載の車両のステアリング装置。
【請求項３】
前記ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対応する値が前記両レゾルバの出力に基づき求められ、
前記自動操舵モードにおいて、操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力以外に付加される操舵力のステアリングシャフトへの入力側が判断され、
その付加操舵力がステアリングシャフトに操作側から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段を備える請求項２に記載の車両のステアリング装置。
【請求項４】
前記ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対応する値が前記両レゾルバの出力に基づき求められ、
前記自動操舵モードにおいて、操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力以外に付加される操舵力のステアリングシャフトへの入力側が判断され、
そのステアリングシャフトに車輪側から入力される付加操舵力の方向が、その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と同一か否かが判断され、
その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と同一方向の付加操舵力がステアリングシャフトに車輪側から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段を備える請求項２に記載の車両のステアリング装置。
【請求項５】
そのステアリングシャフトに車輪側から入力される付加操舵力の方向が、その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と同一か否かが判断され、
その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と同一方向の付加操舵力がステアリングシャフトに車輪側から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段を備える請求項３に記載の車両のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面から車輪に作用する操舵抵抗の変動に対応する制御を行う場合に利用できる車両のステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、道路から送られる誘導信号や、道路や周囲の状況の検出信号等に基づき制御装置により指令信号を生成し、その指令信号に基づき操舵力発生用アクチュエータが発生する操舵力により車両を自動操舵するステアリング装置の開発が進められている。
【０００３】
そのような自動操舵時において、上記操舵力発生用アクチュエータが発生する操舵力以外に、走行路における凹凸や横風等の外乱により、車両に操舵力が付加される場合がある。
【０００４】
そこで、車両の舵角変化に対応する車両のヨーレートや横加速度等の値を検知し、その検知した値に応じて操舵力発生用アクチュエータを制御することで、その外乱による付加操舵力の影響を補償していた。
【０００５】
また、そのようなステアリング装置においては、緊急事態等に対処するため、自動操舵モードから、ドライバーが操舵力を発生させる通常操舵モードに切り換え可能であることが要望されている。
【０００６】
そこで、そのアクチュエータへの指令信号に対応する指令舵角と実際の舵角との偏差を求める手段を設け、その偏差が設定値以上である時はドライバーが自動操舵に逆らっていると判断し、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることが考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、外乱による付加操舵力の影響を車両の舵角変化に対応する値に応じて補償している。換言すれば、実際に舵角が変化した後に、その付加操舵力を相殺していた。そのため、補償が遅れ、外乱により車両の挙動が不安定になるという問題があった。
【０００８】
また、その操舵力発生用アクチュエータの発生する操舵力以外に付加される操舵力が、外乱による付加操舵力かドライバーによる付加操舵力かを判定することができなかった。そのため、外乱による付加操舵力を、ドライバーによる操舵力である誤判定し、自動操舵モードから通常操舵モードに誤って切り換えられるという問題がある。
【０００９】
また、凍結路面のような摩擦係数の小さい路面においては、通常の路面と同様の操舵を行うと車両の挙動を制御できなくなる。そのため、自動操舵を行うことは困難である。しかし、従来技術では、自動操舵時に路面の摩擦係数が小さくなるような事態に何ら対処できなかった。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両のステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵力を車輪に伝達するステアリングシャフトを備え、そのステアリングシャフトの操作側と車輪側は、そのステアリングシャフトによって伝達される操舵力に対応するトルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている車両に適用される。
本発明による車両のステアリング装置においては、そのステアリングシャフトの操作側の回転角の変化に対応して位相が変化する交番信号を出力する第１レゾルバと、そのステアリングシャフトの車輪側の回転角の変化に対応して位相が変化すると共に、第１レゾルバの出力信号と同一波形の交番信号を出力する第２レゾルバとを備える。そのステアリングシャフトの操作側回転角が車輪側回転角に等しい時、第１レゾルバの出力信号と第２レゾルバの出力信号は出力値および位相は互いに等しくされる。両レゾルバの励磁電圧の出力値と変化率が一定値になる時を基準とした一定の基準時における、両レゾルバの出力値の増減傾向と、両レゾルバの出力値の大小と、操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側との関係を記憶する記憶装置と、その基準時における両レゾルバの出力値の増減傾向および大小を判断する手段と、両レゾルバの出力値の増減傾向および大小の判断結果と前記記憶した関係とに基づき、操舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側とを判断する手段とを備える。
上記構成において、走行路における凹凸や横風等の外乱に基づき車両に外部から操舵力が付加されたり、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加する場合、ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対応するトルクは実際の舵角が変化する前に変化する。そのトルクによりステアリングシャフトの操作側と車輪側は相対回転するので、第１レゾルバの出力値および位相と第２レゾルバの出力値および位相とは互いに異なるものになる。この際、基準時における両レゾルバの出力値の増減傾向と大小の組み合わせは、操舵力の方向が右操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が操作側である場合と、操舵力の方向が左操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が操作側である場合と、操舵力の方向が右操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が車輪側である場合と、操舵力の方向が左操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が車輪側である場合とで互いに異なる。これにより、予め記憶した両レゾルバの出力値の増減傾向および大小と操舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側との関係と、その基準時における両レゾルバの出力値の増減傾向および大小の判断結果とに基づき、その操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側とを判断できる。
【００１２】
本発明は、そのステアリングシャフトの操作側に作用する操舵力を発生可能な操舵力発生用アクチュエータと、その操舵力発生用アクチュエータの制御装置とを備え、その制御装置からの信号に基づき操舵力発生用アクチュエータが発生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車輪に伝達する自動操舵モードと、ドライバーが発生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車輪に伝達する通常操舵モードとの間で操舵モードが切り換え可能とされている車両に適用されるのが好ましい。
これにより、自動操舵中において、操舵力発生用アクチュエータが発生する操舵力以外の外乱による付加操舵力により実際に舵角が変化する前に、その付加操舵力が作用したか否か、および付加操舵力の方向を判断できるので、その判断結果に基づいて付加操舵力の影響を補償することが可能になる。
【００１３】
本発明において、前記ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対応する値が前記両レゾルバの出力に基づき求められ、前記自動操舵モードにおいて、操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力以外に付加される操舵力のステアリングシャフトへの入力側が判断され、その付加操舵力がステアリングシャフトに操作側から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段を備えるのが好ましい。
設定値以上の付加操舵力がステアリングシャフトに操作側から入力される場合、ドライバーが意図的に操舵力を付加したとみなすことができる。よって、この構成によれば、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加するだけで、実際の舵角が変化する前に通常操舵モードに切り換えることができる。これにより、緊急事態等において迅速に自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることができる。
また、その自動操舵中に付加される操舵力が、ドライバーにより付加されたのか、走行路における凹凸や横風等の外乱に基づき車両に外部から付加されたのかを判断するので、その車両に外部から付加される操舵力により、自動操舵モードから通常操舵モードに誤って切り換えられるのを防止できる。
【００１４】
本発明において、前記ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対応する値が前記両レゾルバの出力に基づき求められ、前記自動操舵モードにおいて、操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力以外に付加される操舵力のステアリングシャフトへの入力側が判断され、そのステアリングシャフトに車輪側から入力される付加操舵力の方向が、その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と同一か否かが判断され、その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と同一方向の付加操舵力がステアリングシャフトに車輪側から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える手段を備えるのが好ましい。
路面の摩擦係数が減少すると、車輪に作用する操舵抵抗が減少するため、操舵力発生用アクチュエータが発生する操舵力の方向と同一方向の付加操舵力が車両外部からステアリングシャフトに作用する。よって、その付加操舵力の絶対値が設定値以上である時に自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることで、路面の摩擦係数が小さい場合に自動操舵を解除できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に示すラックピニオン式ステアリング装置１は、ドライバーが発生させる操舵力をステアリングホイールＨからステアリングシャフトを介して車輪Ｗに伝達する。また、後述のブラシレスモータ５０が発生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車輪Ｗに伝達する。
【００１６】
そのステアリングシャフトは、そのステアリングホイールＨに連結される入力シャフト２と、この入力シャフト２にトーションバー３を介し連結される出力シャフト４とを備えている。そのトーションバー３はピン５を介し入力シャフト２に連結され、また、セレーション６を介し出力シャフト４に連結されている。その出力シャフト４にピニオン７が形成され、このピニオン７に噛み合うラック８の各端に車輪Ｗが連結される。その入力シャフト２は、その外周に一体化されたスリーブ２ａとベアリング９とを介してモータハウジング１０ｃに支持され、また、ブッシュ１１を介して出力シャフト４に支持されている。その出力シャフト４は、ベアリング１２、１３を介してラックハウジング１０ｂに支持されている。そのラックハウジング１０ｂとモータハウジング１０ｃは、バルブハウジング１０ａを介して一体化されている。
【００１７】
その入力シャフト２は、操舵力に基づく操舵トルクにより回転する。その入力シャフト２の回転はトーションバー３、出力シャフト４を介してピニオン７に伝達される。そのピニオン７の回転によりラック８は車両幅方向に沿う軸方向に移動する。このラック８の移動により車輪Ｗが転舵される。この際、そのステアリングシャフトの操作側の入力シャフト２と車輪側の出力シャフト４は、ステアリングシャフトによって伝達される操舵力に対応する操舵トルクに応じてトーションバー３が弾性的に捩じれることで、弾性的に同軸中心に相対回転する。
【００１８】
その入出力シャフト２、４とバルブハウジング１０ａとの間にオイルシール１４、１５が設けられている。また、そのラック８を支持するサポートヨーク１６が設けられ、このサポートヨーク１６はバネ１７の弾力によりラック８に押し付けられている。
【００１９】
操舵補助力を発生させる油圧シリンダ（アクチュエータ）１８が設けられている。その油圧シリンダ１８は、ラックハウジング１０ｂにより構成されるシリンダチューブと、ラック８に一体化されるピストン２０とを有し、そのピストン２０により仕切られる第１油室２１と第２油室２２とを有する。
【００２０】
各油室２１、２２は、操舵力に基づき作動するロータリー式油圧制御弁２３に接続される。この制御弁２３によりポンプ３７から油圧シリンダ１８に供給される圧油の油圧が制御されることで、操舵補助力が発生する。
【００２１】
すなわち、その制御弁２３は、筒状の第１バルブ部材２４と、この第１バルブ部材２４に同軸心に相対回転可能に挿入される第２バルブ部材２５とを備えている。その第１バルブ部材２４は、バルブハウジング１０ａに相対回転可能に挿入され、出力シャフト４にピン２６を介し同行回転可能に取り付けられる。その第２バルブ部材２５は入力シャフト２の外周に一体的に形成されることで、入力シャフト２と同行回転する。これにより、第１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５とは、上記ステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクに応じてトーションバー３がねじれることで、弾性的に相対回転する。その相対回転量に応じて油圧シリンダ１８にポンプ３７から供給される圧油の油圧が制御される。
【００２２】
図２に示すように、その第１バルブ部材２４の内周と第２バルブ部材２５の外周とに軸方向に沿う複数の凹部が周方向等間隔に形成されている。その第１バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する右操舵用凹部２７と左操舵用凹部２８とで構成される。その第２バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する圧油供給用凹部２９と圧油排出用凹部３０とで構成される。各右操舵用凹部２７と各左操舵用凹部２８とは周方向に交互に配置され、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とは周方向に交互に配置される。
【００２３】
各右操舵用凹部２７は、第１バルブ部材２４に形成された第１流路３１およびバルブハウジング１０ａに形成された第１ポート３２から、油圧シリンダ１８の第１油室２１に通じる。
各左操舵用凹部２８は、第１バルブ部材２４に形成された第２流路３３およびバルブハウジング１０ａに形成された第２ポート３４から、油圧シリンダ１８の第２油室２２に通じる。
各圧油供給用凹部２９は、第１バルブ部材２４に形成された第３流路３５と、バルブハウジング１０ａに形成された入口ポート３６を介してポンプ３７に通じる。
各圧油排出用凹部３０は、第２バルブ部材２５に形成された第１排出路３８、入力シャフト２とトーションバー３の内外周間の通路４７、バルブハウジング１０ａに形成された排出ポート４０を介してタンク４１に通じる。
【００２４】
これにより、第１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５の内外周間に形成された弁間油路４２を介して、その油圧シリンダ１８の各油室２１、２２とポンプ３７とが接続される。そのポンプ３７はモータ（図示省略）により駆動される。その弁間油路４２において、第１バルブ部材側凹部と第２バルブ部材側凹部の間は、両バルブ部材２４、２５の相対回転により開度が変化する絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされる。各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度が操舵トルクに応じ変化することで、油圧シリンダ１８に作用する油圧が制御される。図３は、その油圧回路を示す。
【００２５】
図２は、操舵が行なわれていない直進操舵位置での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示しており、この状態においては各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は一定である。
【００２６】
直進操舵位置から右方へ操舵すると、操舵トルクに応じたトーションバー３の捩じれによる両バルブ部材２４、２５の相対回転量に応じて、各右操舵用凹部２７と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ａの開度および各左操舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｂの開度が大きくなり、各左操舵用凹部２８と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度および各右操舵用凹部２７と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｄの開度が小さくなる。これにより、ポンプ３７から第１油室２１へ操舵トルクに応じた圧油が供給され、第２油室２２からタンク４１へ油が還流され、車両の右方への操舵補助力がラック８に作用する。
【００２７】
直進操舵位置から左方へ操舵すると、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化するので、車両の左方への操舵補助力がラック８に作用する。
【００２８】
図１に示すように、操舵力発生用のアクチュエータとして３相ブラシレスモータ５０が設けられている。そのブラシレスモータ５０は、上記モータハウジング１０ｃの内部において、入力シャフト２にスリーブ２ａを介して同心に同行回転するように取り付けられるロータ５１と、そのロータ５１を囲むようにモータハウジング１０ｃに取り付けられるステータ５２と、そのロータ５１の回転角を検出する第１レゾルバ５３とを有する。その第１レゾルバ５３は、入力シャフト２にスリーブ２ａを介して一体化される回転子５３ａと、モータハウジング１０ｃに取り付けられる固定子５３ｂとを有する。そのロータ５１はステアリングシャフトの操作側である入力シャフト２に一体化されているので、第１レゾルバ５３はステアリングシャフトの操作側の回転角の変化に対応して位相が変化する正弦波形の交番電圧信号を出力する。
【００２９】
その出力シャフト４の回転角を検出する第２レゾルバ６５が設けられている。すなわち、その第２レゾルバ６５は、出力シャフト４に一体化される回転子６５ａと、上記ラックハウジング１０ｂに取り付けられる固定子６５ｂとを有する。これにより、第２レゾルバ６５はステアリングシャフトの車輪側の回転角の変化に対応して位相が変化する正弦波形の交番電圧信号を出力する。両レゾルバ５３、６５の出力信号の波形は同一とされている。
【００３０】
その第１レゾルバ５３を含むブラシレスモータ５０と第２レゾルバ６５は制御装置６１に接続される。この制御装置６１に、モード切り換えスイッチ６２と、入力装置６３と、車速センサ７０が接続される。
【００３１】
そのモード切り換えスイッチ６２の操作により、自動操舵モードと通常操舵モードとの間で車両の操舵モードを切り換えることが可能とされている。その自動操舵モードにおいては、制御装置６１からの指令信号に基づきブラシレスモータ５０が操舵力を発生させ、その操舵力はステアリングシャフトを介して車輪Ｗに伝達される。その通常操舵モードにおいてはドライバーが発生させる操舵力がステアリングシャフトを介して車輪Ｗに伝達される。
【００３２】
その入力装置６３に、例えば、走行路やガードレールに設けられた発信器から発信される標識信号や、他車両に設けられた発信器から発信される衝突危険性を報知する警報信号や、道路の走行ラインの検知信号等の誘導信号が入力される。自動操舵モードにおいて誘導信号が入力装置６３から入力されると、制御装置６１は、その誘導信号に従って車両を操舵するのに必要な目標舵角と、実際の出力舵角との偏差をなくすための指令信号を出力する。その指令信号によりブラシレスモータ５０が駆動される。そのブラシレスモータ５０が発生する操舵力は、通常操舵モードにおいてドライバーが発生させる操舵力と同様に、ステアリングシャフトを介して車輪Ｗに伝達される。
【００３３】
また、その制御装置６１は、その自動操舵時に、ブラシレスモータ５０が発生する操舵力以外に付加される操舵力に対応する値として、その付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクを、その第１レゾルバ５３と第２レゾルバ６５の出力から求める。
すなわち、その入力シャフト２と出力シャフト４とは、操舵トルクに応じてトーションバー３が弾性的に捩じれることで、弾性的に同軸中心に相対回転する。よって、その第１レゾルバ５３により検出される入力シャフト２の回転角と、第２レゾルバ６５により検出される出力シャフト４の回転角との差は、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクに対応する。すなわち、第１、第２レゾルバ５３、６５により、ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対応するトルクが検知される。この検知されたトルクとブラシレスモータ５０の発生トルクとの差が、付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクに対応する。
【００３４】
制御装置６１は、第１レゾルバ５３の出力に基づきロータ５１の回転角すなわちステアリングシャフトの操作側での回転角を時系列に求め、第２レゾルバ６５の出力に基づきステアリングシャフトの車輪側での回転角を時系列に求める。ステアリングシャフトの操作側回転角が車輪側回転角に等しい時、第１レゾルバ５３の出力信号の出力値は第２レゾルバ６５の出力信号の出力値に等しく、第１レゾルバ５３の出力信号の位相は第２レゾルバ６５の出力信号の位相に等しくされている。
【００３５】
なお、各レゾルバ５３、６５による回転角の検出の基準位置を検出するためのセンサ６９が制御装置６１に接続され、その検出された基準位置を基準として回転角が求められる。その基準位置検出用センサ６９は、例えば、ラック８に付されたマークをステアリングシャフトの回転角が零の時に検知するようにラックハウジング１０ｂに取り付けられる光学センサであって、ステアリングシャフトの回転角が零の時に基準位置信号を制御装置６１に出力するものにより構成できる。
【００３６】
図４は、上記構成による自動操舵モードでの制御系を示すブロック線図で、制御装置６１において、車両の目標舵角θｑと実際の出力舵角θｏとの偏差と、伝達関数Ｃ１とから、目標トルクＴｑが演算される。その実際の出力舵角θｏは、ステアリングシャフトの車輪側での回転角に対応する。その目標トルクＴｑは、車速センサ７０により検知される車速に対応した値とされる。その伝達関数Ｃ１は、その目標舵角θｑと出力舵角θｏとの偏差と、その偏差を補償する上で必要なトルクとの関係から実験により求めることができる。
その目標トルクＴｑとステアリングシャフトにより伝達される全トルクＴとの偏差に、後述の補償トルクＴｃを加えたトルクと、伝達関数Ｃ２とから、目標モータ駆動電流Ｉｑが演算される。その伝達関数Ｃ２は、ブラシレスモータ５０のトルク定数をＫｔ、ラプラス演算子をｓとして、Ｃ２＝１／（Ｋｔ×ｓ）とすることができる。
その目標モータ駆動電流Ｉｑとブラシレスモータ５０の実際の駆動電流Ｉａとの偏差と、伝達関数Ｃ３とから、モータ印加電力Ｅｑが演算される。その伝達関数Ｃ３は、Ｋ１を電流制御比例ゲイン、Ｋ２を電流制御積分ゲイン、τを電流制御積分時定数、ラプラス演算子をｓとして、Ｃ３＝Ｋ１＋Ｋ２／（τ×ｓ）とすることができる。
そのモータ印加電力Ｅｑがブラシレスモータ５０に常閉接点４９を介して印加される。
そのブラシレスモータ５０の駆動電流Ｉａは、そのモータ印加電力Ｅｑとモータ出力電力Ｅａとの偏差と伝達関数Ｃ４とから求まる。その伝達関数Ｃ４は、Ｌをブラシレスモータ５０のインダクタンス、Ｒをブラシレスモータ５０の内部抵抗、ラプラス演算子をｓとして、Ｃ４＝１／（Ｌ×ｓ＋Ｒ）により求めることができる。そのモータ出力電力Ｅａは、ブラシレスモータ５０の出力軸回転数、すなわち、ステアリングシャフトのステアリングホイールＨ側での回転角速度ωｉと、伝達関数Ｃ５とから求まる。その伝達関数Ｃ５は、ブラシレスモータ５０の誘起電圧定数に対応する。
そのブラシレスモータ５０の出力トルクＴａは、駆動電流Ｉａと、伝達関数Ｃ６とから求まる。その伝達関数Ｃ６は、ブラシレスモータ５０のトルク定数に対応する。
そのブラシレスモータ５０の出力トルクＴａと、ドライバーが付加する操舵トルクＴｈとの和と、伝達関数Ｃ７とから、ブラシレスモータ５０の出力軸回転数、すなわち、ステアリングシャフトのステアリングホイールＨ側での回転角速度ωｉが求まる。その伝達関数Ｃ７は、ステアリング装置の操作側での慣性をＩｉ、操作側での粘性抵抗をＣｉ、ラプラス演算子をｓとして、Ｃ７＝１／（Ｉｉ×ｓ＋Ｃｉ）により求めることができる。
そのブラシレスモータ５０の出力軸回転数ωｉの積分値が、ステアリングシャフトのステアリングホイールＨ側での回転角θｉになる。
そのステアリングシャフトのステアリングホイールＨ側での回転角θｉと車輪側での回転角θｏとの偏差と、伝達関数Ｃ８とから、ステアリングシャフトにより伝達される全トルクＴが求まる。その伝達関数Ｃ８はトーションバー３の捩じりバネ定数に対応する。
そのステアリングシャフトにより伝達される全トルクＴと、伝達関数Ｃ９とから、操舵補助力発生用油圧シリンダ１８の出力に対応するトルクＴｖが求まる。その伝達関数Ｃ９は、その油圧シリンダ１８に供給される圧油の上記制御弁２３による油圧制御特性から求められる。
その油圧シリンダ１８の出力対応トルクＴｖと車両に外部から付加される操舵力に対応する外乱トルクＴｄとの和と、伝達関数Ｃ１０とから、ステアリングシャフトの車輪側での回転角速度ωｏが求まる。その伝達関数Ｃ１０は、ステアリング装置の出力シャフト４側での慣性をＩｏ、出力シャフト４側での粘性抵抗をＣｏ、ラプラス演算子をｓとして、Ｃ７＝１／（Ｉｏ×ｓ＋Ｃｏ）により求めることができる。
そのステアリングシャフトの車輪側での回転角速度ωｏの積分値が、ステアリングシャフトの車輪側での回転角θｏになる。
【００３７】
上記制御装置６１が内蔵する記憶装置６１ａに制御プログラムが記憶される。そのプログラムの一部として、両レゾルバ５３、６５の励磁電圧の出力値と変化率が一定値になる時を基準とした一定の基準時における、両レゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向と、両レゾルバ５３、６５の出力値の大小と、操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側の関係が記憶される。その基準時は、後述のように両レゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向および大小の判断結果と、前記記憶した関係とに基づいて、操舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側とを判断することができる時であれば特に限定されない。例えば、両レゾルバ５３、６５の励磁電圧の出力値が極小値（変化率は零）になる時から一定時間経過した時が基準時とされる。
【００３８】
本実施形態では、操舵力の作用によりステアリングシャフトに生じるトルクの方向が、ステアリングシャフトの操作側から右操舵のための操舵力を作用させた時にステアリングシャフトにより伝達されるトルクの方向と一致する時、その操舵力の方向は右方向であるとされ、ステアリングシャフトの操作側から左操舵のための操舵力を作用させた時にステアリングシャフトにより伝達されるトルクの方向と一致する時、その操舵力の方向は左方向であるとされる。
【００３９】
図５の（１）〜（４）において、第１レゾルバ５３の出力値と時間との関係を実線で、第２レゾルバ６５の出力値と時間との関係を破線で示す。図５の（１）は、操舵力の方向が右方向であって操舵力の入力側がステアリングシャフトの操作側である場合を示し、図５の（２）は、操舵力の方向が左方向であって操舵力の入力側がステアリングシャフトの操作側である場合を示し、図５の（３）は、操舵力の方向が右方向であって操舵力の入力側がステアリングシャフトの車輪側である場合を示し、図５の（４）は、操舵力の方向が左方向であって操舵力の入力側がステアリングシャフトの車輪側である場合を示す。
【００４０】
図５の（１）〜（４）において、両レゾルバ５３、６５の励磁電圧の出力値と変化率が一定値になる時から一定時間経過した第１測定時点ｔ１における第１レゾルバ５３の出力値をａ１、第２レゾルバ６５の出力値をｂ１、その第１測定時点ｔ１から一定時間経過した第２測定時点（基準時）ｔ２における第１レゾルバ５３の出力値をａ２、第２レゾルバ６５の出力値をｂ２として、第１レゾルバ５３の出力値はａ２−ａ１＞０であれば増加傾向であり、ａ２−ａ１＜０であれば減少傾向であり、第２レゾルバ６５の出力値はｂ２−ｂ１＞０であれば増加傾向であり、ｂ２−ｂ１＜０であれば減少傾向であり、両レゾルバ５３、６５の出力値の大小はａ２−ｂ２＞０であれば第１レゾルバ５３の出力値は第２レゾルバ６５の出力値よりも大きく、ａ２−ｂ２＜０であれば第１レゾルバ５３の出力値は第２レゾルバ６５の出力値よりも小さい。
【００４１】
図６は、本実施形態の基準時における上記第１レゾルバ５３と第２レゾルバ６５の出力値の増減傾向および大小と、操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側の関係を示す。
【００４２】
制御装置６１は、上記基準時における両レゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向および大小を判断し、この判断結果と上記記憶した関係とに基づいて、操舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側とを判断する。
すなわち、ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＜０である場合、操舵力の方向は右方向であって、操舵力の入力側はステアリングシャフトの操作側であると判断される。ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＞０である場合、操舵力の方向は左方向であって、操舵力の入力側はステアリングシャフトの操作側であると判断される。ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＞０である場合、操舵力の方向は右方向であって、操舵力の入力側はステアリングシャフトの車輪側であると判断される。ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＜０である場合、操舵力の方向は左方向であって、操舵力の入力側はステアリングシャフトの車輪側であると判断される。
【００４３】
図７のフローチャートは、その制御装置６１による操舵モードの切り換え制御手順を示す。
【００４４】
その制御装置６１は、まず、現時点が自動操舵モードか否かを判断する（ステップ１）。自動操舵モードであれば、ブラシレスモータ５０を駆動することで自動操舵を行う（ステップ２）。
【００４５】
その自動操舵モード時に、そのブラシレスモータ５０が発生する操舵力以外の付加操舵力のステアリングシャフトへの入力側が判断される。すなわち、上記のようにａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＜０、若しくは、ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＞０である場合、その付加操舵力はステアリングシャフトの操作側から付加されたドライバーの発生操舵力であると判断され、ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＞０、若しくは、ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＜０である場合、その付加操舵力はステアリングシャフトの車輪側から付加された車両外部からの外乱であると判断される（ステップ３）。
【００４６】
ステップ３において、付加操舵力が外乱でなくステアリングシャフトの操作側からドライバーにより付加されたものである場合、その付加操舵力に対応するトルクＴｈの絶対値が設定値Ｔ１以上か否かを判断する（ステップ４）。
すなわち、上記第１レゾルバ５３により求められるステアリングシャフトの回転角と、その第２レゾルバ６５により求められるステアリングシャフトの回転角との差から、ステアリングシャフトにより伝達される全トルクＴを求め、その全トルクＴから、上記ブラシレスモータ５０が発生させる操舵力によるトルクを差し引くことで、その付加操舵力に対応するトルクＴｈを求める。そのブラシレスモータ５０が発生させる操舵力によるトルクは、そのブラシレスモータ５０の駆動電流Ｉａの値から求める。
【００４７】
そのドライバーの付加操舵力に対応するトルクＴｈの絶対値が設定値Ｔ１以上である場合、上記常閉接点４９に開信号を出力する。これにより、ブラシレスモータ５０に印加される電力が断たれ、自動操舵モードが解除されて通常操舵モードに切り換えられる（ステップ５）。その設定値Ｔ１は、操舵の意思を示す時にドライバーが発生する操舵力に基づき定めることができる。
【００４８】
そのドライバーの付加操舵力に対応するトルクＴｈの絶対値が設定値Ｔ１未満である場合、自動操舵を継続する。
【００４９】
ステップ３において、付加操舵力がステアリングシャフトの車輪側から付加された車両外部からの外乱である場合、その付加操舵力の方向が、そのブラシレスモータ５０が発生する操舵力の方向と同一方向か否かを判断する（ステップ６）。その付加操舵力の方向は、上記のようにａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＜０、若しくは、ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＞０である場合は右方向であると判断され、ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＞０、若しくは、ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＜０である場合は左方向であると判断され、この付加操舵力の方向が、制御装置６１からの指令信号に基づきブラシレスモータ５０が発生させる操舵力の方向と一致するか否かが判断される。
【００５０】
ステップ６において、そのブラシレスモータ５０が発生する操舵力の方向と付加操舵力の方向とが同一方向である場合、その付加操舵力に対応する外乱トルクＴｄの絶対値が設定値Ｔ２以上であるか否かを判断する（ステップ７）。
【００５１】
その外乱トルクＴｄの絶対値が設定値Ｔ２以上である時、警報信号を発し（ステップ８）、しかる後に上記常閉接点４９に開信号を出力することで、自動操舵モードを解除して通常操舵モードに切り換える（ステップ５）。その警報信号によりドライバーに警報を発するブザーやランプ等の警報装置（図示省略）を作動させる。
【００５２】
ステップ６において、そのブラシレスモータ５０が発生する操舵力の方向と付加操舵力の方向とが同一方向でない時、ステップ７において外乱トルクＴｄの絶対値が設定値Ｔ２未満である時、その外乱トルクＴｄを相殺する操舵力を発生するようにブラシレスモータ５０を制御し、外乱の影響を補償する（ステップ９）。
すなわち、その外乱トルクＴｄを相殺するための補償トルクＴｃを演算し、その補償トルクＴｃを上記目標トルクＴｑに加えることで、その付加操舵力を相殺する操舵力を発生するようにブラシレスモータ５０を制御する。その外乱トルクＴｄから補償トルクＴｃを求めるための演算式は予め実験により求めることができる。
【００５３】
上記構成においては、走行路における凹凸や横風等の外乱に基づき車両に外部から操舵力が付加されたり、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加する場合、ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対応するトルクは実際の舵角が変化する前に変化する。そのトルクによりステアリングシャフトの操作側と車輪側は相対回転するので、第１レゾルバの出力値および位相と第２レゾルバの出力値および位相とは互いに異なるものになる。基準時における両レゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向と大小の組み合わせは、上記のように、操舵力の方向が右操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が操作側である場合と、操舵力の方向が左操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が操作側である場合と、操舵力の方向が右操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が車輪側である場合と、操舵力の方向が左操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が車輪側である場合とで互いに異なる。これにより、予め記憶した両レゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向および大小と操舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側との関係と、その基準時における両レゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向および大小の判断結果とに基づき、その操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側とを判断できる。よって、その判断結果に基づいて、車両に外部から付加される操舵力を相殺するようにブラシレスモータ５０を制御できる。これにより、外乱による付加操舵力により実際に舵角が変化する前に、その付加操舵力の影響を補償できる。すなわち、外乱の影響を迅速かつ確実に補償でき、車両の挙動を安定化することができる。
【００５４】
また、上記構成によれば、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加した場合、実際の舵角が変化する前に通常操舵モードに切り換えることができる。これにより、緊急事態等において迅速に自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることができる。しかも、その自動操舵中に付加される操舵力が、ドライバーにより付加されたのか、車両に外部から付加されたのかを判断するので、外乱により自動操舵モードから通常操舵モードに誤って切り換えられるのを防止できる。
【００５５】
また、上記構成では、ブラシレスモータ５０が発生する操舵力の方向と同一方向に車両に外部から操舵力が付加されたか否かの判定を行う。これにより、路面の摩擦係数の減少により車輪に作用する操舵抵抗が減少したか否かを判定できる。その付加操舵力に対応する外乱トルクＴｄの絶対値が設定値Ｔ２以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えることで、路面の摩擦係数が小さい場合に自動操舵を解除できる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ステアリングホイールと操舵力発生用アクチュエータとの間に、ステアリングシャフトにより伝達されるトルクを検出するトルクセンサを設けてもよい。この場合、付加操舵力に基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルクを、上記のようにステアリングシャフトにより伝達される全トルクからアクチュエータにより発生されるトルクを差し引くことなく、直接に求めることができる。
また、上記制御装置６１は、モータ５０の回転角データとモータ５０の電流検出部からフィードバックされる実際の電流値に応じて目標電流を決定し、上記ブラシレスモータ５０に電流を印加する。図８の（１）は無負荷状態でのモータ５０の目標電流とフィードバック電流の時間変化を示し、図８の（２）は負荷状態でのモータ５０の目標電流とフィードバック電流の時間変化を示す。その無負荷状態でのモータ５０の回転速度α１度／秒は負荷状態での回転速度α２度／秒よりも大きくされている。モータ時定数や制御装置６１における回路のスルーレート等の特性に基づき、その目標電流の時間変化に対してフィードバック電流の時間変化には遅れΔｔがある。そのような遅れΔｔがあると所期のトルクをモータ５０により正確に発生させることができない。そこで、その遅れΔｔはモータ５０の負荷や回転速度に拘らず一定とみなすことができることから、制御装置６１により回転角データからモータ５０の回転速度（電気角の変化速度）α１、α２度／秒を演算し、その回転速度と上記遅れとの積α１×Δｔ、α２×Δｔだけ上記求めた目標電流の位相を進めるようにしてもよい。これにより、モータ５０を効率良く制御でき、モータ５０を低回転から高回転まで、まんべんなく使用できる。
また、両レゾルバの出力値の増減傾向および大小と、操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側との関係は、操舵方向に対する両レゾルバ５３、６５の出力の位相変化方向や基準時の設定如何によって変化するものであり、上記実施形態に限定されない。
また、基準時は上記実施形態のように単一ではなく複数でもよい。この場合において、操舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側の判断結果が、全ての基準時において一致しない時は、より多くの基準時において一致している判断結果を採用することで、判断精度を向上できる。
また、本発明のステアリング装置は自動操舵を行うことのない車両にも適用でき、例えば、外乱の作用による操舵力が付加された場合に車両のブレーキ力を制御して車両挙動の安定化を図る場合に、その外乱による付加操舵力の有無と付加操舵力の方向を判断するのに利用できる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、ステアリングシャフトにより伝達される操舵力の入力側と方向を迅速かつ確実に判断できる車両のステアリング装置を提供でき、車両を自動操舵できるステアリング装置において、外乱の影響を迅速かつ確実に補償でき、車両の挙動を安定化でき、摩擦係数の小さい凍結路面等において自動操舵を解除して車両の挙動が制御できなくなるのを防止でき、自動操舵モードにおいて緊急事態が生じたような場合、外乱の影響を受けることなくドライバーの意思に応じて迅速に通常操舵モードに切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の油圧回路図
【図４】本発明の実施形態の制御系を示すブロック線図
【図５】（１）〜（４）は本発明の実施形態の車両のステアリング装置の各レゾルバの出力の時間変化を示す図
【図６】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の作用説明図
【図７】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の制御手順を示すフローチャート
【図８】（１）、（２）は本発明の実施形態のモータの目標電流とフィードバック電流の時間変化を示す図
【符号の説明】
２  入力シャフト
４  出力シャフト
５０  ブラシレスモータ（操舵力発生用アクチュエータ）
５３  第１レゾルバ
６１  制御装置
６１ａ  記憶装置
６５  第２レゾルバ
Ｗ  車輪
【図１】
0003725694.tif 000002
【図２】
0003725694.tif 000003
【図３】
0003725694.tif 000004
【図４】
0003725694.tif 000005
【図５】
0003725694.tif 000006
【図６】
0003725694.tif 000007
【図７】
0003725694.tif 000008
【図８】
0003725694.tif 000009