(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者のステアリング操作により操舵される入力軸と転舵される操向車輪に連結された出力軸との間に、両者間で回転力の伝達が可能な状態で出力軸を回転させて舵角比を変更する舵角比可変機構を介装し、該舵角比可変機構の舵角比を制御する舵角比制御手段を有した舵角比可変装置において、
前記入力軸の舵角を検出する入力角検出手段と、前記出力軸の舵角を検出する出力角検出手段と、前記入力角検出手段で検出された入力角に対する前記出力角検出手段で検出された出力角の舵角ずれを検出する舵角ずれ検出手段と、該舵角ずれ検出手段で舵角ずれを検出したときに前記舵角比制御手段によって前記出力角を補正する出力角補正手段と、該出力角補正手段で前記出力角を補正する際に前記入力角と前記出力角に基づいて路面摩擦量を推定する路面摩擦量推定手段と、推定された前記路面摩擦量に応じて前記出力軸に対して転舵補助力を発生する転舵補助力発生手段とを備えていることを特徴とした舵角比可変装置。
【請求項２】
前記転舵補助力発生手段は、前記出力角補正手段が前記出力角を補正する際に、前記路面摩擦量推定手段で推定された路面摩擦量を相殺する補助力を発生するように構成されていることを特徴とした請求項１に記載の舵角比可変装置。
【請求項３】
前記転舵補助力発生手段は、前記舵角ずれ検出手段で舵角ずれを検出したときに、前記入力角に対する適正な出力角となるまで前記出力軸に対して転舵補助力を発生させることを特徴とした請求項１又は２に記載の舵角比可変装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング操作による入力角と操向車輪の出力角との舵角比が変更可能な舵角比可変装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、運転者のステアリング操作により操舵される入力軸と転舵される操向車輪に連結された出力軸との間に、両者間で回転力の伝達が可能な状態で出力軸を回転させて舵角比を変更する舵角比可変機構を介装し、この舵角比可変機構の舵角比を電動モータの回転駆動力を利用して制御するようにした舵角比可変装置においては、イグニッションスイッチがオフにされた状態でステアリングホイールが操作されると、舵角比可変機構を介して連結された入力軸と出力軸との位置関係が崩れてしまうが、このような入力軸と出力軸との位置関係を復帰させる方法として、例えば、特開平１１−１７１０３４号公報に記載されているものが提案されている。
【０００３】
この公報に記載されている車両用操舵装置は、イグニッションスイッチがオフにされる直前の入力角絶対位置センサの検出値を記憶しておき、イグニッションスイッチがオンにされた際の入力角絶対位置センサの検出値と比較し、両検出値の偏差に基づいて電動モータを駆動して出力軸を回転駆動し、入力軸と出力軸の位置関係を一致させる車両操舵装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の車両操舵装置における舵角比可変機構は、遊星歯車機構からなり、出力軸を回転させようとすると、その反力が出力軸に連結された入力軸を介してステアリングホイールに伝達されるという構成になっていたので、入力軸と出力軸の位置関係のずれを復帰させるために電動モータを駆動させて出力軸側を補正するときに、例えば乾燥した舗装道路において車両の積載荷重が増加したとき等、操向車輪と路面と摩擦抵抗が大きい場合には、出力軸の回転が困難となり、その反力が入力軸に伝達されてステアリングホイールの方が回転してしまう。逆に降雨路、雪路および凍結路において車両の積載荷重が少ないとき等、操向車輪と路面との摩擦抵抗が小さい場合には、出力軸の回転が容易となるため、入力軸に発生する反力は小さくステアリングホイールの回転も少なくなる。このように、入力軸に対する出力軸を適正な位置関係に復帰させる際、路面の摩擦抵抗の大きさによって入力軸に連結されたステアリングホイールの回転量が安定せず、運転者に違和感を与えてしまうという未解決の課題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、舵角比可変機構を介して連結された入力軸と出力軸との位置関係がずれて、これを補正する場合に、ステアリングホイールの回転に与える影響を制御することができる舵角比可変装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明の請求項１に係る舵角比可変装置は、運転者のステアリング操作により操舵される入力軸と転舵される操向車輪に連結された出力軸との間に、両者間で回転力の伝達が可能な状態で出力軸を回転させて舵角比を変更する舵角比可変機構を介装し、該舵角比可変機構の舵角比を制御する舵角比制御手段を有した舵角比可変装置において、前記入力軸の舵角を検出する入力角検出手段と、前記出力軸の舵角を検出する出力角検出手段と、前記入力角検出手段で検出された入力角に対する前記出力角検出手段で検出された出力角の舵角ずれを検出する舵角ずれ検出手段と、該舵角ずれ検出手段で舵角ずれを検出したときに前記舵角比制御手段によって前記出力角を補正する出力角補正手段と、該出力角補正手段で前記出力角を補正する際に前記入力角と前記出力角に基づいて路面摩擦量を推定する路面摩擦量推定手段と、推定された前記路面摩擦量に応じて前記出力軸に対して転舵補助力を発生する転舵補助力発生手段とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に係る舵角比可変装置は、請求項１の発明において、前記転舵補助力発生手段は、前記出力角補正手段が前記出力角を補正する際に、前記摩擦量推定手段で検出された推定摩擦量を相殺する補助力を発生するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る舵角比可変装置は、請求項１又は２の発明において、前記転舵補助力発生手段は、前記舵角ずれ検出手段で舵角ずれを検出したときに、前記入力角に対する適正な出力角となるまで前記出力軸に対して転舵補助力を発生させることを特徴としている。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、入力軸に対する出力軸の舵角ずれが発生して、出力角補正手段が入力角に対して適正な出力角となるよう補正する際、入力軸と出力軸の回転量に基づいて出力軸が操向車輪を介して路面から受ける摩擦量を推定して、この推定摩擦量が大きいときには転舵補助力発生手段が出力軸に対して大きな回転補助力を付与し、一方、推定摩擦量が小さいときには転舵補助力発生手段が出力軸に対して小さな回転補助力を付与する構成とされているので、出力軸を舵角ずれ量に対応させて正確に回転させることができ、入力軸が出力軸から受ける反力を一定にすることが可能となり、ステアリングホイールの回転量を安定させることができるという効果が得られる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明によれば、転舵補助力発生手段は、出力角補正手段が入力角に対して適正な出力角となるよう補正する際に、路面摩擦量推定手段で推定された路面摩擦量を相殺する補助力を発生するように構成されているので、入力軸に連結されたステアリングホイールの回転を抑制することができるという効果が得られる。
さらに、請求項３に係る発明によれば、転舵補助力発生手段は、舵角ずれ検出手段で舵角ずれを検出したときに、入力角に対する適正な出力角となるまで出力軸に対して転舵補助力を発生させるように構成されているので、入力軸に連結されたステアリングホイールの回転量を安定した状態で抑制しつつ、入力軸に対する出力軸を適正な状態に確実に補正することができるという効果が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、図中、１はステアリングホイールであり、このステアリングホイール１は入力軸としてのステアリングシャフト２を介して舵角比可変機構３の入力側に連結されている。舵角比可変機構３の出力側は、出力軸としてのピニオンシャフト４、ステアリングギア５、タイロッド６、ナックルアーム７を経て車輪８に連結されている。舵角比可変機構３には、舵角比を変更するアクチュエータとしての電動モータ９が備えられている。
【００１１】
この舵角比可変機構３は、図示しない遊星歯車機構で構成されており、ステアリングホイール１が操作されるとサンギアの周囲を入力軸に連結されたプラネタリギアが回転移動し、このプラネタリギアに噛合したリングギアが出力軸に回転力を伝達する。このとき電動モータ９の回転駆動力がサンギアの回転を制御することにより入力角と出力角の舵角比の変更が可能となっている。
また、入力軸としてのステアリングシャフト２には運転者により操作されるステアリングホイール１の入力角θINを絶対角で検出する入力角検出センサ１０が、また出力軸としてのピニオンシャフト４には車輪８の出力角θOUTを絶対角で検出する出力角センサ１１が夫々装着されている。さらに、ピニオンシャフト４には、傘歯車で構成される減速機１２が固定され、このピニオンシャフト４に対して転舵補助力を発生させる転舵補助力発生手段としての電動パワーステアリングモータ１３の駆動軸が減速機１２に断続可能に連結されている。
【００１２】
舵角比可変機構３における電動モータ９及び電動パワーステアリングモータ１３は、夫々、図示しないロータリエンコーダにより回転角及び回転方向とが検出され、制御装置１４によって駆動制御されている。この制御装置１４は、例えばマイクロコンピュータで構成され、入力角センサ１０で検出した入力角θINと、出力角センサ１１で検出した出力角θOUTと、イグニッションスイッチ１５により検出されるイグニッションスイッチ作動状態検出信号とが入力される。
【００１３】
制御装置１４は、入力角θINに対する出力角θOUTの舵角ずれを検出すると、後述する図２の出力角補正処理を実行して、算出された処理結果に基づいて、電動モータ９及び電動パワーステアリングモータ１３へ駆動指令を出力し、入力角θINに対する出力角θOUTを補正するように構成されている。
次に、上記の一実施形態の動作を、制御装置１４で実行する図２の出力角補正処理手順を示すフローチャートを用いて説明する。
【００１４】
制御装置１４では、運転者によりＯＦＦ状態にあったイグニッションスイッチ１５がＯＮに切換えられたときに図２に示す出力角補正処理を実行する。この出力角補正処理では、先ず、ステップＳ１で、入力角検出センサ１０で検出される入力角θINと、出力角検出センサ１１で検出される出力角θOUTとを読込んでからステップＳ２に移行する。
このステップＳ２では、前記ステップＳ１で読込んだ入力軸の絶対角θINが０であるか否かを判定し、この判定結果がθIN＞０であるときはステップＳ３に移行し、入力軸の絶対角θINと、出力軸の絶対角θOUTとから現在の舵角比ＲN（θOUT／θIN）を算出する。
【００１５】
本来、舵角比可変機構３で変更される舵角比Ｒは、イグニッションスイッチ１５の作動状態がＯＮであるときには、図３に示した車速Ｖと舵角比Ｒとの関係に基づき、車速Ｖの変化に応じて決定され、またイグニッションスイッチ１５がＯＦＦ状態であるときは、舵角比可変機構３も停止するので構造的に決定される舵角比ＲCとなる。すなわち、横軸に車速Ｖを、縦軸に舵角比Ｒをとり、車速Ｖが０から或る設定車速Ｖ1までの低車速域にあるときに舵角比Ｒは一定の高舵角比ＲMAXとなり、車速Ｖがこの設定車速Ｖ1を越えて徐々に増加すると、これに反比例して非線形状に舵角比Ｒは減少してゆく設定とされているので、イグニッションスイッチ１５をＯＮにした直後の舵角比Ｒは、車速Ｖが０のときのＲMAXとならなければならない。
【００１６】
そこで、続くステップＳ４で、前記ステップＳ３で算出した現在の舵角比ＲNが正常な舵角比ＲMAXとなる許容範囲内（ＲLOW以上、ＲHIGH以下）にあるか否かを判定している。この判定結果がＲLOW≦ＲN≦ＲHIGHであるときは、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態であったときにステアリングホイール１は操作されず現在の舵角比は正常である、と判断してこの出力角補正処理を終了する。  一方、判定結果がＲN＜ＲLOW又はＲN＞ＲHIGHであるときは、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態であったときにステアリングホイール１が操作され、入力角θINに対する出力角θOUTの適正な関係が崩れた舵角ずれであると判断して、ステップＳ５に移行する。
【００１７】
このステップＳ５では、本来車速Ｖが０のときとなる適正な舵角比ＲMAXと、前記ステップＳ３で算出された現在の舵角比ＲNと、前記ステップＳ１で読込まれた入力角θINと、イグニッションスイッチ１５がＯＦＦ状態であるときの舵角比ＲCとに基づいて下記（１）式の演算を行って、現在の入力角θINに対する適正な出力角となるように現在の出力角θOUTを補正する補正出力角θＣOUTを算出する。
θＣOUT＝（ＲMAX−ＲN）・θIN・ＲC            ・・・・・・（１）
また、前記ステップＳ２の判定結果がθIN＝０であるときはステップＳ６に移行して前記ステップＳ１で読込んだ出力角θOUT＝０であるか否かを判断する。この判定結果がθOUT＝０であるときは、入力軸と出力軸の舵角量が共に０で一致しているので、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態であったときにステアリングホイール１は操作されず現在の舵角比は正常である、と判断してこの出力角補正処理を終了する。一方、判定結果がθOUT＞０であるときは、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態であったときにステアリングホイール１が操作され、現在の入力角θIN＝０に対する出力角θOUTの適正な関係が崩れた舵角ずれであると判断して、ステップＳ７に移行し、現在の出力角θOUT分を逆回転させる−θOUTを補正出力角θＣOUTとして算出する。
【００１８】
これらステップＳ５及びステップＳ７で補正出力角θＣOUTを算出した後、夫々ステップＳ８に移行して、路面摩擦量を推定するために、現在の出力角θOUTを、或る微小な所定の回転量θＦOUT分だけ補正出力角θＣOUTと同方向に回転させるように電動モータ９を駆動制御してから、ステップＳ９に移行し、この路面摩擦量推定用出力角θＦOUT分を前記ステップＳ５及び前記ステップＳ７で算出された補正出力角θＣOUTから減じて、残りの補正すべき出力角θＲOUTを算出する。
【００１９】
そして、続くステップＳ１０に移行して前記ステップＳ８で電動モータ９により所定の回転駆動量を出力軸に与えたときに、実際に回転した出力角θOUT'と、その反力により回転した入力角θIN'とを出力角検出センサ１１及び入力角検出センサ１０とにより夫々検出し、読込んでから、続くステップＳ１１に移行する。
このステップＳ１１では、前記ステップＳ１０で読込んだ、入力角θIN'と出力角θOUT'とから路面摩擦量Ｆを推定する。すなわち、路面摩擦量Ｆが非常に小さい場合は出力角の回転は容易となるので、電動モータ９の回転駆動力は全て出力軸の回転（θOUT'）となり、入力軸に対する反力は解消され、その回転（θIN'）は０となる。逆に路面摩擦量Ｆが非常に大きく出力軸の回転を完全に抑制するような場合には、出力軸の回転（θOUT'）が０となり電動モータ９の回転駆動力が全て反力として入力軸の回転（θIN'）となる。従って、路面摩擦量Ｆは、電動モータ９により所定の回転駆動量を出力軸に与えたときに、実際に回転する入力角θIN'と出力角θOUT'の回転量の割合から相対的に推定することができる。
【００２０】
続くステップＳ１２では、電動モータ９により出力軸を補正する際に、前記ステップＳ１１で算出された路面摩擦量Ｆに基づいて、出力軸に対して発生する摩擦力を相殺できる電動パワーステアリングモータ１３の補助トルクＴAを算出してから、ステップＳ１３に移行する。
このステップＳ１３では、前記ステップＳ９で算出された残補正出力角θＲOUTが０となるまで出力軸が回転するように電動モータ９を駆動制御しつつ、同時に前記ステップＳ１２で路面から受ける摩擦力を相殺すべく算出された補助トルクＴAが出力軸に対して付与されるよう電動パワーステアリングモータ１３が駆動制御される。
【００２１】
そして、続くステップＳ１４に移行してから前記ステップＳ５及びステップＳ７で算出された補正出力角θＣOUTが０となるまで出力軸が補正されたか否かが判定され、出力角θOUTの補正が完了していれば出力角補正処理を終了し、また補正が未完了であるなら前記ステップＳ１に戻る。
この一実施形態における図２の出力角補正処理において、ステップＳ１及びステップＳ１０の処理と入力角検出センサ１０及び出力角検出センサ１１とが入力角検出手段及び出力角検出手段に対応し、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４及びステップＳ６の処理が舵角ずれ検出手段に対応し、ステップＳ８、ステップＳ１０及びステップＳ１１の処理が路面摩擦量推定手段に対応し、ステップＳ１３の処理が出力角補正手段に対応している。
【００２２】
したがって、今、走行していた車両が停車して車速が０となると、ステアリング操作による入力角θINに対する操向車輪の出力角θOUTは舵角比ＲMAXに基づいて決定される。次いで、運転者によりイグニッションスイッチ１５がＯＦＦにされると、舵角比可変機構３における電動モータ９も作動停止となり構造的に決定される舵角比ＲCとされる。
そして、再び運転者によりイグニッションスイッチ１５がＯＮにされると、先ず、制御装置１４は、入力角検出センサ１０及び出力角検出センサ１１から検出された現在の入力軸の絶対角θINと出力軸の絶対角θOUTとを読込む。そして、この入力角が０を超えている場合には、現在の舵角比ＲN（θOUT／θIN）を算出する。
【００２３】
このとき、現在の舵角比ＲNが正常な舵角比ＲMAXとなるべき許容範囲内（ＲLOW以上、ＲHIGH以下）である場合は、現在の舵角比は正常であると判断されるので、この出力角補正処理を終了し、走行の開始が可能となる。一方、許容範囲（ＲLOW以上、ＲHIGH以下）を超えている場合は、図４（ａ）に示すように、イグニッションスイッチ１５がＯＦＦ状態のときに、つまり舵角比ＲCのときにステアリングホイール１の操作で車輪８は舵角比ＲCに基づいて転舵されることにより、図４（ｂ）に示すように、イグニッションスイッチ１５をＯＮにしたときの正常な舵角比ＲMAXに基づくステアリングホイール１と車輪８との適正な位置関係からずれていると判断され、現在の出力角θOUTが入力角θINに対して適正な位置に復帰するための補正出力角θＣOUTを前記（１）式に従って算出する。
【００２４】
また、読込んだ入力角θINが０であり且つ出力角θOUTも０である場合は、舵角ずれはないので補正処理を終了することができるが、入力角θINが０でありながら出力角θOUTが０を超えている場合には、その出力角θOUT分を補正出力角θＣOUTとして算出する。
次いで、制御装置１４は、路面摩擦量Ｆを推定するために、出力軸を或る微小な所定量θＦOUT分だけ回転させるよう駆動信号を電動モータ９に対して出力する。このとき、電動モータ９を例えば正転させることにより、舵角比可変機構３における出力軸は、舵角比ＲMAXに基づいた適正位置となる方向へ回転駆動されるが、例えば乾燥した舗装道路において車両の積載荷重が増加したとき等、操向車輪と路面との摩擦抵抗が大きい場合には、出力軸の回転が困難なため回転量は僅かとなり、その反力が入力軸に伝達されて入力軸の方が回転してしまう。逆に降雨路、雪路および凍結路において車両の積載荷重が少ないとき等、操向車輪と路面との摩擦抵抗が小さい場合には、出力軸の回転が容易なため補正出力角θＦOUTに近い回転量が得られ、入力軸に発生する反力は小さく入力軸の回転量が僅かとなる。
【００２５】
そして、この電動モータ９により所定の回転駆動量を出力軸に与えたときに、実際に回転した入力角θIN'と出力角θOUT'との回転量を、夫々入力角検出センサ１０及び出力角検出センサ１１により検出したものを読込んで、その回転量の割合から相対的に路面摩擦量Ｆを推定し、この推定路面摩擦量Ｆに基づいて、電動モータ９による出力角補正時に出力軸が路面から受ける摩擦力を相殺する電動パワーステアリングモータ１３の補助トルクＴAを算出する。
【００２６】
次いで、出力角を補正するための補正出力角θＣOUTから路面摩擦量を推定するための路面摩擦量推定用出力角θＦOUTを減じた残補正出力角θＲOUT分、回転駆動されるよう電動モータ９に対して駆動信号を出力し、同時に入力軸の回転を抑制するために出力軸の回転を補助する補助トルクＴA分、回転駆動されるよう電動パワーステアリングモータ１３に対する駆動信号を出力する。
このときも電動モータ９は、舵角比可変機構３における出力軸を、舵角比ＲMAXに基づいた適正位置となる方向へ回転駆動させ、また同時に電動パワーステアリングモータを例えば正転させることで減速機１２を介して、電動モータ９による出力軸の回転を補助する。これにより、車速Ｖ＝０のときの舵角比ＲMAXとなるように、現ステアリングホイール位置を安定した状態で保持しつつ、操向車輪８を適正な車輪位置に復帰させることができるので、走行開始が可能となる。
【００２７】
このように、上記の一実施形態においては、イグニッションスイッチ１５がＯＮにされたときに、入力角に対する出力角の舵角ずれを検出すると、電動モータ９が出力軸に対して或る微小な所定量の回転駆動力を与え、実際に回転する出力軸とその反力で回転する入力軸の夫々の舵角量から路面摩擦量を推定する。そして、この推定された摩擦量に基づいて、電動モータ９が出力軸を補正する際の出力軸にかかる摩擦力を相殺するように、電動パワーステアリングモータ１３で出力軸の回転を補助するので、入力軸の回転を安定した状態で抑制しつつ、出力軸を適正な出力角まで補正することができる。
【００２８】
なお、上記の一実施形態においては、舵角比可変機構３が遊星歯車機構によって構成された場合について説明したが、これに限定されるものではなく、要は入力軸と出力軸との間で回転力の伝達が可能な状態で出力軸の回転量を制御して舵角比を変更するように構成された舵角比可変機構であればよいものである。
また、上記の一実施形態においては、出力軸に対して所定の回転駆動力を与え、その際出力軸と入力軸とが実際に回転する舵角量を検出して路面摩擦量を推定する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、出力軸上にトルクセンサを設け、このトルクセンサで検出されるトルク量に応じて路面摩擦量を推定するような構成としてもよい。
【００２９】
さらに、上記の一実施形態においては、舵角比可変機構３における舵角比を制御する手段及び出力軸の転舵を補助する手段として夫々電動モータの回転力を利用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、圧力モータを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御装置で実行する出力角補正処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態において、イグニッションスイッチをオフにしたときの舵角比と、イグニッションスイッチをオンにしたときに車速に応じて変化する舵角比の関係を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態において、入力角に対する出力角の舵角ずれ発生を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ステアリングホイール
２  ステアリングシャフト
３  舵角比可変機構
４  ピニオンシャフト
８  車輪
９  電動モータ
１０  入力角検出センサ
１１  出力角検出センサ
１３  電動パワーステアリングモータ
１４  制御装置
１５  イグニッションスイッチ
【図１】
0003719193.tif 000002
【図２】
0003719193.tif 000003
【図３】
0003719193.tif 000004
【図４】
0003719193.tif 000005