(57)【要約】【課題】転舵軸力を通常の機械連結式操舵装置と同等にハンドル側に伝達して同等の操舵反力感覚を運転者に与え、かつ、制御系の安定性を確保して振動発生を防止することができるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を提供する。【解決手段】第１ＥＣＵ３１０はステアリングホイール１０の操舵角に基づき目標転舵位置を示す転舵位置指令を生成し、その転舵位置指令と、舵取機構２００の実転舵位置とに基づいて舵取機構２００の位置フィードバック制御を行う。車両用操舵装置は、ステアリングホイール１０に対しトーションバー１３を介して作動的に連結され、舵取機構２００が路面側から受ける転舵軸力に基づいて、操舵ハンドルに反力を付与する反力モータ１４を備える。ステアリングホイール１０と反力モータ１４の間に介在させたトーションバー１３の二次側にステアリングホイール１０の操舵角を検出するための回転角センサ１９を設ける。【選択図】      図１
2004314891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを備えた舵取機構と、
前記操舵ハンドルの操舵位置に基づき目標転舵位置を示す転舵位置指令を生成する転舵位置指令生成手段を含み、前記転舵位置指令生成手段が生成した転舵位置指令と、前記舵取機構の実転舵位置とに基づいて前記舵取機構の位置フィードバック制御を行う制御系と、
前記操舵ハンドルに対し弾性手段を介して作動的に連結され、前記舵取機構が路面側から受ける転舵軸力に基づいて、前記操舵ハンドルに反力を付与する反力アクチュエータと
を備えた車両用操舵装置において、
前記操舵ハンドルと前記反力アクチュエータの間に介在させた前記弾性手段を基準として、操舵ハンドル側を一次側とし、反力アクチュエータ側を二次側としたとき、前記操舵ハンドルの操舵位置を検出する操舵位置検出手段を、前記二次側に設けたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記反力アクチュエータと前記弾性手段との間に前記反力アクチュエータの回転を減速する減速手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記操舵位置検出手段は、操舵角センサであって、前記弾性手段と前記減速手段の間に設けられ、前記操舵ハンドルの操舵にともなう前記弾性手段の二次側の部位の操舵角を操舵位置として検出することを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記操舵位置検出手段は、回転角センサであって、前記反力アクチュエータの出力軸の回転角を検出することを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記弾性手段は、トーションバーであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置、特にステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両の操舵輪を制御する車両用操舵装置として、図８に示すようにステアリングホイール（以下、ハンドル５００という）と、操舵輪Ｔ（例えば前輪）に連結する舵取機構５０１とを機械的に分離したステアバイワイヤ式の操舵装置が公知である。
【０００３】
この車両用操舵装置は、ハンドル５００と舵取機構５０１とを直結しないで、ハンドル５００の操舵角を検出し、検出した操舵角に応じて電動モータ５０２を介して舵取機構５０１を駆動するようにされている。すなわち、電動モータ５０２の回転駆動により舵取機構のシャフト５０１ａ（転舵軸）をその軸長方向に移動させて、シャフト５０１ａに対して図示しないタイロッド及びナックルアームを介して連結された操舵輪Ｔを転舵する。ハンドル５００には、操舵軸５０３を介して操舵軸５０３と同軸的にトーションバー等の弾性部材（図８では図示しない）が連結されている。
【０００４】
又、弾性部材の反操舵軸側である下部には、例えば、ウォームギヤ及びピニオンギヤを組み合わせた減速機５０４が設けられており、同減速機５０４を介して電動モータからなる反力モータ５０５が連結されている。前記反力モータ５０５は、車両速度や路面状況に応じて、操舵方向と逆方向の力（反力）を操舵軸５０３に付与し、この反力を運転者に体感させるためのものである。
【０００５】
又、ハンドル５００を回転操舵するには、反力モータ５０５が発生した反力トルクに抗するように操舵トルクを付与する必要があることから、前記弾性部材の操舵軸５０３側に、前記操舵トルクを検出するトルクセンサ５０６が設けられている。トルクセンサ５０６の検出信号は制御回路５１０に出力される。又、ハンドル５００の操作量を検出するために、弾性部材の操舵軸５０３側に操舵角センサ５０７が設けられている。操舵角センサ５０７により、操作方向を含めて操舵角（操舵量）が検出され、ハンドル５００の操作状態を表す信号として、制御回路５１０に出力される。
【０００６】
又、舵取機構５０１に設けられた電動モータ５０２の出力軸は、ロータリエンコーダ等からなる回転角センサ５０９が設けられている。回転角センサ５０９は、電動モータ５０２の出力軸（図示しない）の回転角（回転位置）を示す検出信号を制御回路５１０に出力する。制御部５１０は、操舵角センサ５０７が検出した操舵角に基づく転舵位置指令と、回転角センサ５０９が検出した回転角に基づいて算出した実位置との偏差をなくすように位置制御等のフィードバック制御を行うようにされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように構成されたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置では、操舵角センサ５０７と、反力モータ５０５との間にトルクセンサ５０６を設けた構成とされている。前記トルクセンサ５０６は、トーションバー等の弾性部材のねじれ角によりトルクを検出するようにされている。従って、操舵角センサ５０７と反力モータ５０５との間に位相差が生じて制御遅れが発生し、この遅れが制御部５１０の制御ループに対して悪影響を与える。
【０００８】
この悪影響について説明する。
上記のようなハンドル５００及びトーションバ−等の弾性部材５０８からなる機構は図４に示すバネ振動系５３０を構成しているものと考えてよい。
【０００９】
バネ振動系５３０の運動方程式は、式（１）である。なお、Ｊｓはハンドル５００のイナーシャ、Ｋｓ，Ｄｓは弾性部材５０８のバネ定数と粘性定数、Ｔｒは反力モータ５０５の発生するトルク（操舵反力）、θ１，θ２はそれぞれ弾性部材５０８１次側、２次側の角度である。
【００１０】
【数１】
2004314891.tif 000003
式（１）をラプラス変換して整理すると、θ１とθ２の関係はラプラス演算子をｓとして
【００１１】
【数２】
2004314891.tif 000004
となる。式（２）の周波数特性は例えば図５（ａ），（ｂ）のようになり、θ１はθ２に対して大きな位相遅れを生じることがある。なお、図５（ａ）は、バネ振動系５３０の周波数特性を示し、縦軸は大きさを示し、横軸は周波数である。図５（ｂ）はバネ振動系５３０の周波数特性を示し、縦軸は位相を示し、横軸は周波数である。
【００１２】
上記のようなバネ振動系５３０（２次振動系）を含んだ図８の制御系ブロック図を図６に示す。図６において、Ｋｓ，Ｄｓは弾性部材５０８のバネ定数と粘性係数、Ｊｓはハンドル５００のイナーシャ、Ｊｈは反力モータ５０５のイナーシャ、Ｋｒは操舵輪Ｔ（タイヤ）と路面の影響（等価バネで表現）を示している。又、Ｇは操舵装置のギア比、Ｇｍは味付け用の反力マップの傾き係数である。
【００１３】
弾性部材５０８の１次側で検出された操舵角θｈはギア比Ｇによって転舵位置指令ｘｒｄに変換され、転舵制御系５４０によって転舵制御が行われる。図６において、ｘｒは転舵モータ５０２により操舵輪Ｔが位置する転舵位置である。一方、路面から転舵軸が受ける転舵軸力Ｆｒはギア比Ｇと反力マップＭによって操舵反力指令Ｔｒｄに変換され、反力制御系５５０によって操舵反力Ｔｒがハンドル５００側へ戻される。
【００１４】
図６では操舵反力Ｔｒから操舵角θｈまでの特性は、図４，図５（ａ），図５（ｂ）において説明した２次振動系である。このため、運転者がハンドル５００から手を離した場合は操舵反力Ｔｒが作用する弾性部材５０８の２次側の角度θ２に対して操舵角θｈ（＝弾性部材１次側の角度θ１）の位相が前述したように大きく遅れる。この位相遅れのため、図６の構成では、操舵装置全体の閉ループ系が不安定になりやすく、系全体に振動が生じるとともに、反力マップＭの値を大きくできないので、通常の機械連結式操舵装置よりも操舵反力感覚が劣るという問題がある。
【００１５】
本発明の目的はステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、転舵軸力を通常の機械連結式操舵装置と同等にハンドル側に伝達して同等の操舵反力感覚を運転者に与え、かつ、制御系の安定性を確保して振動発生を防止することができる車両用操舵装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵ハンドルと機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する転舵アクチュエータを備えた舵取機構と、前記操舵ハンドルの操舵位置に基づき目標転舵位置を示す転舵位置指令を生成する転舵位置指令生成手段を含み、前記転舵位置指令生成手段が生成した転舵位置指令と、前記舵取機構の実転舵位置とに基づいて前記舵取機構の位置フィードバック制御を行う制御系と、前記操舵ハンドルに対し弾性手段を介して作動的に連結され、前記舵取機構が路面側から受ける転舵軸力に基づいて、前記操舵ハンドルに反力を付与する反力アクチュエータとを備えた車両用操舵装置において、前記操舵ハンドルと前記反力アクチュエータの間に介在させた前記弾性手段を基準として、操舵ハンドル側を一次側とし、反力アクチュエータ側を二次側としたとき、前記操舵ハンドルの操舵位置を検出する操舵位置検出手段を、前記二次側に設けたことを特徴とする車両用操舵装置を要旨とするものである。
【００１７】
このように構成した場合の操舵装置の制御系ブロック図を図７に示す。図７の構成では、操舵反力Ｔｒから操舵角θｈまでの間に弾性部材による位相遅れの影響がないため、図６の場合よりも位相余裕が大きくなり、制御系が安定になるとともに反力マップの傾き係数Ｇｍの値も大きくすることができる。なお、図７の構成中、図６で示した構成に相当するものは同一名称及び符号を付している。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記反力アクチュエータと前記弾性手段との間に前記反力アクチュエータの回転を減速する減速手段が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項２では、反力アクチュエータと弾性手段との間に反力アクチュエータの回転を減速する減速手段を設けることにより、弾性部材の二次側において、前記操舵位置検出手段を減速手段を含めたいずれの部位に設けても請求項１の作用を実現する。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項２において、前記操舵位置検出手段は、操舵角センサであって、前記弾性手段と前記減速手段の間に設けられ、前記操舵ハンドルの操舵にともなう前記弾性手段の二次側の部位の操舵角を操舵位置として検出することを特徴とする。
【００２１】
請求項３によれば、弾性手段と減速手段間に設けられた操舵角センサにより、操舵ハンドルの操舵にともなう前記弾性手段の二次側の部位の操舵角を操舵位置として検出する。このことにより、請求項１の作用を実現する。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項２において、前記操舵位置検出手段は、回転角センサであって、前記反力アクチュエータの出力軸の回転角を検出することを特徴とする。
【００２３】
請求項４によれば、操舵ハンドルの操舵角は、回転角センサが検出した回転角を減速手段の減速比で割ることにより求まるため、操舵角の分解能を高めることができる。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項において、前記弾性手段は、トーションバーであることを特徴とする。
こうすることにより、トーションバーにて、請求項１乃至請求項４の作用を実現する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両に搭載されるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（以下、単に操舵装置という）に具体化した一実施形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１は本実施形態の操舵装置の概念図を示している。
操舵装置は、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）を含む操作機構１００と、舵取機構２００と、制御部３００を備えている。
【００２７】
操作機構１００のステアリングホイール１０は、図示しない車両に対して回転可能に支持された操舵軸１１に連結されている。操舵軸１１の下部はハウジング１２内に収納された弾性手段としてのトーションバー１３が連結されている。ハウジング１２の側部には、反力アクチュエータとしての反力モータ１４が取付固定されている。反力モータ１４は、本実施形態では三相ブラシレスＤＣモータからなる。反力モータ１４の出力軸は、減速手段としての減速機構１５を介してトーションバー１３と作動連結されている。減速機構１５は、トーションバー１３下部に設けられた大歯車１６と反力モータ１４の出力軸に設けられ、大歯車１６と噛合する小歯車１７から構成されている。なお、減速機構１５は、ステアリングホイール１０が操舵された際、トーションバー１３及び減速機構１５を介して、反力モータ１４の出力軸が回転するものであればよい。
【００２８】
なお、以下では、トーションバー１３を基準として、トーションバー１３のステアリングホイール１０（操舵ハンドル）側を一次側とし、反力モータ１４側を二次側という。
【００２９】
トーションバー１３には、トルクセンサ１８が設けられ、操舵トルクが検出可能にされている。トルクセンサ１８は、第２システムＳＹ２の第２ＥＣＵ３２０に電気的に接続されている。
【００３０】
反力モータ１４には操舵位置検出手段としての回転角センサ１９が設けられており、その出力軸の回転角を絶対角にて検出可能にされている。本実施形態では、図１に示すように回転角センサ１９は反力モータ１４の外端部側に配置されている。回転角センサ１９は、第１システムＳＹ１の第１ＥＣＵ３１０に接続されている。回転角センサ１９は、本実施形態では、パルスエンコーダから構成されている。
【００３１】
（舵取機構２００）
次に舵取機構２００を説明する。
舵取機構２００のハウジング２０１は、図示しない車両のボディに対して支持されている。ハウジング２０１内において、転舵アクチュエータとしての転舵モータ２１１，２１２は、本実施形態では三相ブラシレスＤＣモータからなり、同軸上に配置されている。本実施形態では、転舵モータ２１１，２１２は、ハウジング２０１内周面に配置された図示しないステータと、同ステータ内に回転自在に配置された図示しない筒状をなす共通のロータとから構成されている。そして、前記ロータ内に、転舵軸としてのシャフト２１３がその軸線の周りで回転不能かつ軸線方向に移動可能に配置されている。シャフト２１３と前記ロータは、同ロータの回転運動をシャフト２１３の直線運動に変換するように構成され、転舵モータ２１１，２１２の回転を操舵輪Ｔのトー角の変化に変換することにより転舵角を変化させる公知の運動変換機構により構成されている。本実施形態では前記運動変換機構はボールネジ機構にて構成されている。
【００３２】
この結果、シャフト２１３の動きは、シャフト２１３の両端部側に配置された図示しないタイロッドとナックルアームを介して左右の前輪（操舵輪Ｔ）に伝達される。
【００３３】
転舵モータ２１１，２１２は第１駆動回路３０１及び第２駆動回路３０２にてそれぞれ制御される。第１回転角センサ２２１，第２回転角センサ２２２は転舵モータ２１１，２１２のロータの軸線方向に沿って並設されており、転舵モータ２１１，２１２の回転角を検出する。第１回転角センサ２２１，第２回転角センサ２２２はロータリーエンコーダにて構成されている。
【００３４】
両回転角センサは、それぞれロータの回転に応じてπ／２ずつ位相の異なる２相パルス列信号と基準回転位置を表す零相パルス列信号を第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０に入力する。以下、前記両回転角センサが検出し、出力する信号を単に、検出信号（２相パルス列信号及び零相パルス列信号を含む）ということがある。又、第１回転角センサ２２１及び第２回転角センサ２２２からの検出信号は、所定のサンプリング周期で第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０に入力されている。そして、第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０は入力された検出信号に基づいて転舵モータ２１１，２１２におけるロータのステータに対する回転角が演算される。この演算された回転角は、操舵輪Ｔの転舵角の実位置（実転舵角）に相当する。車速センサ４００は、走行状態である車速を検出し、制御部３００の第１ＥＣＵ３１０に車速信号を入力する。
【００３５】
（制御部３００）
次に、制御系としての制御部３００について説明する。
制御部３００は、第１ＥＣＵ３１０、第２ＥＣＵ３２０、第１駆動回路３０１、第２駆動回路３０２及び第３駆動回路３０３とを備えている。第１駆動回路３０１、第２駆動回路３０２及び第３駆動回路３０３は、インバータから構成されている。又、第１駆動回路３０１及び第２駆動回路３０２は、転舵モータ２１１，２１２をそれぞれ駆動するためのものである。図２に示すように、電流センサ３１６及び電流センサ３２６は、転舵モータ２１１，２１２の各相の実モータ電流を検出するように設けられている。又、第３駆動回路３０３は、反力モータ１４を駆動するためのものである。図２に示すように、電流センサ３２７は反力モータ１４の各相の実モータ電流を検出するように設けられている。
【００３６】
第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０はそれぞれマイクロコンピュータを含んだ電子制御ユニットにて構成されている。
又、第１システムＳＹ１は、第１ＥＣＵ３１０、回転角センサ１９、第１駆動回路３０１及び転舵モータ２１１などから構成されている。第２システムＳＹ２は、第２ＥＣＵ３２０、第２駆動回路３０２及び転舵モータ２１２などから構成されている。
【００３７】
第１システムＳＹ１の第１ＥＣＵ３１０は、回転角センサ１９が検出した回転角に基づいて、操舵輪Ｔの目標位置を求め、同目標位置（目標転舵角）と、操舵輪Ｔの実転舵角との偏差に基づいてトルク指令ΔＰを求め、これを所定の配分比にて配分するようにしている。そして、両システムの各ＥＣＵはそれぞれ配分されたトルク指令ΔＰ１，ΔＰ２等に基づいて転舵モータ２１１，２１２を駆動制御するようにしている。
【００３８】
以下、詳細に説明する。
（第１ＥＣＵ３１０）
第１ＥＣＵ３１０において、図２の一点鎖線内は第１ＥＣＵ３１０が前記制御プログラムにより実現している各手段（各部）を示し、操舵角演算部３１１、目標位置演算部３１２、位置制御部３１３、トルク分配部３１４、電流制御部３１５を備える。なお、図２における一点鎖線内の第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０内は制御ブロックを示し、ハード構成を示すものではない。
【００３９】
第１ＥＣＵ３１０は、回転角センサ１９が検出した回転角に基づいて算出された操舵角に対応する転舵角（操舵輪Ｔの転舵角）が得られるように、かつ、そのためにシャフト２１３に必要な推力が得られるように第１駆動回路３０１を介して転舵モータ２１１の舵取制御を実行する。
【００４０】
詳説すると、操舵角演算部３１１は、回転角センサ１９が検出した回転角に基づいて、操舵されたステアリングホイール１０の直進操舵位置（中立位置）からの操舵角（操舵位置）を演算する。この場合、操舵角演算部３１１は回転角センサ１９の回転角を、減速機構１５の減速比で割って前記操舵角を算出する。  目標位置演算部３１２は、前記車速センサ４００からの車速信号に基づいて、車速に応じた伝達比を設定し、設定された伝達比と前記操舵角に基づいて操舵輪Ｔの目標転舵位置（目標転舵角）を示す転舵位置指令を生成し、位置制御部３１３にその転舵位置指令を出力する。前記伝達比は、車速が大きいほど、操舵角に対する目標転舵角が小さくなるようにされている。なお、伝達比は、前記従来例のギア比に相当する。位置制御部３１３は、転舵位置指令を入力するととともに、第１回転角センサ２２１からの検出信号（回転角）を入力し、同信号及びボールネジ機構の減速比等に基づいて、舵取機構２００の実転舵位置に相当する操舵輪Ｔの実位置（実転舵角）を算出する。
【００４１】
位置制御部３１３は、算出した操舵輪Ｔの実位置（実転舵角）と、操舵輪Ｔの転舵位置指令（目標位置、すなわち目標転舵角）との偏差を演算し、その偏差に対して、位置制御に必要な所定のゲインを乗算し、その乗算値をトルク指令ΔＰ（電流指令）としてトルク分配部３１４に供給する。従って、位置制御部３１３では、位置フィードバック制御が行われ、目標転舵角と操舵輪Ｔの実転舵角（フィードバック値）の偏差が０になるように制御することとなる。なお、前記トルク指令ΔＰ（電流指令）は具体的には、ｄ軸及びｑ軸の電流指令である。このように制御部３００の第１ＥＣＵ３１０は、第１回転角センサ２２１より得られる検出信号（回転角）により、位置制御を行う制御ループ、すなわち、位置ループを備える。
【００４２】
トルク分配部３１４は、供給されたトルク指令ΔＰを所定の分配比で分配し、分配したトルク指令ΔＰ１（ｄ軸及びｑ軸の電流指令）とトルク指令ΔＰ２（ｄ軸及びｑ軸の電流指令）とをそれぞれ第１システムＳＹ１の電流制御部３１５と第２システムＳＹ２の電流制御部３２１に供給する。本実施形態では、車両のエンジン始動時（始動時制御モード）での分配比は５０：０（＝ΔＰ１：ΔＰ２）とされ、車両の正常時での制御（正常時制御モード）の分配比は５０：５０（＝ΔＰ１：ΔＰ２）とされている。
【００４３】
第１ＥＣＵ３１０による転舵モータ２１１の舵取制御は、転舵角が操舵角と対応するように制御する位置制御と、そのためにシャフト２１３に必要な推力、すなわち、出力トルクを得るためのトルク制御とが含まれる。電流制御部３１５は、トルク制御を実行するためのものである。
【００４４】
始動時制御モード及び正常時制御モードでは、電流制御部３１５は、トルク指令ΔＰ１と、第１回転角センサ２２１の検出信号（回転角）、及び電流センサ３１６が検出した転舵モータ２１１の各相の実モータ電流を入力する。
【００４５】
電流制御部３１５は、第１回転角センサ２２１の検出信号（回転角）を参照して前記各相の実モータ電流を２相変換し、ｄ軸とｑ軸の実電流を求める。そして、電流制御部３１５は、トルク指令ΔＰ１（ｄ軸及びｑ軸の電流指令）と、ｄ軸とｑ軸の実電流との偏差をそれぞれ算出する。さらに、電流制御部３１５は、前記各偏差を比例積分制御して、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を求め、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を三相変換して、三相の電圧指令に変換する。この三相の電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力する。そして、第１駆動回路３０１は、第１ＥＣＵ３１０から出力されたモータ駆動信号に制御されてスイッチング動作し、転舵モータ２１１への通電と断電制御（ＰＷＭ制御）を繰り返し、トルク指令ΔＰ１に一致したモータ駆動電流を流して転舵モータ２１１を回転駆動する。このように制御部３００の第１ＥＣＵ３１０は、電流センサ３１６より得られる転舵モータ２１１の各相の実モータ電流により、トルク制御を行う制御ループ、すなわち、電流ループを備える。
【００４６】
（第２ＥＣＵ３２０）
一方、第２ＥＣＵ３２０において、図２の一点鎖線内は第２ＥＣＵ３２０が制御プログラムにより実現している各手段（各部）を示し、電流制御部３２１、軸力推定部３２２、反力トルク指令生成部３２３、減算器３２４、電流制御部３２５を備える。
【００４７】
始動時制御モード及び正常時制御モードでは、電流制御部３２１は、分配されたトルク指令ΔＰ２と、第２回転角センサ２２２の検出信号（回転角）及び電流センサ３２６が検出した転舵モータ２１２の各相の実モータ電流を入力する。
【００４８】
電流制御部３２１の電流制御は、電流制御部３１５と同様に第２回転角センサ２２２の検出信号（回転角）を参照して前記各相の実モータ電流を２相変換し、ｄ軸とｑ軸の実電流を求める。そして、電流制御部３２１は、トルク指令ΔＰ２（ｄ軸及びｑ軸の電流指令）と、ｄ軸とｑ軸の実電流との偏差をそれぞれ算出する。さらに、電流制御部３２１は、前記各偏差を比例積分制御して、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を求め、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を三相変換して、三相の電圧指令に変換する。この三相の電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力する。そして、第２駆動回路３０２は、第２ＥＣＵ３２０から出力されたモータ駆動信号に制御されてスイッチング動作し、転舵モータ２１２への通電と断電制御（ＰＷＭ制御）を繰り返し、トルク指令ΔＰ２に一致したモータ駆動電流を流して転舵モータ２１２を回転駆動する。このように制御部３００の第２ＥＣＵ３２０は、電流センサ３２６より得られる転舵モータ２１２の各相の実モータ電流により、トルク制御を行う制御ループ、すなわち、電流ループを備える。
【００４９】
そして、このようにして、転舵モータ２１１，２１２が駆動制御され、これらのアクチュエータの出力が合わさることにより、舵取機構２００にて操舵輪Ｔの目標転舵角への舵取が行われる。
【００５０】
なお、上記説明は両システムが共に正常の場合の両転舵アクチュエータの制御について説明したが、一方のシステムが故障時には、残った正常側のシステムのＥＣＵが、操舵角演算部３１１〜トルク分配部３１４の機能を実現するように、制御プログラムが実行される。この場合、トルクセンサ１８や回転角センサ１９等の各システムに入力される各センサからの検出信号は、必要な場合には、故障側のシステムのＥＣＵから正常側のシステムのＥＣＵに対して送信される。そして、正常側のシステムは、制御対象の転舵アクチュエータの出力を、両システムが共に正常時の場合よりも高めるように制御する。
【００５１】
（反力付与）
次に、ステアリングホイール１０に反力を付与するための構成について説明する。
【００５２】
第１ＥＣＵ３１０の微分器３１７は、第１回転角センサ２２１が検出した回転角を微分して、角速度を求め、求めた角速度を第２ＥＣＵ３２０の軸力推定部３２２に入力する。又、電流センサ３１６及び電流センサ３２６は、転舵モータ２１１，２１２の各相の実モータ電流を軸力推定部３２２に入力する。
【００５３】
軸力推定部３２２は、入力した角速度及び転舵モータ２１１，２１２の各相の実モータ電流に基づきシャフト２１３に働く転舵軸力を演算（推定）する。
ここで、転舵モータ２１１，２１２は三相ブラシレスＤＣモータであり、その負荷の大きさは転舵モータ２１１，２１２の負荷電流（各相の実モータ電流）の大きさに比例する。このため、電流センサ３１６及び電流センサ３２６で検出される負荷電流をもとに転舵の負荷状態を検知することができる。すなわち、シャフト２１３に作用する路面側から受ける転舵軸力が転舵モータ２１１，２１２の負荷として作用するため、転舵モータ２１１，２１２にかかる負荷の大きさ（負荷電流）をもとに、軸力推定部３２２は、転舵の負荷状態を推定する。この場合、前記負荷状態が転舵モータ２１１，２１２の加減速状況に応じて変わるため、軸力推定部３２２は転舵モータ２１１，２１２の角速度情報を用いて各モータの負荷状態を補正し、転舵軸力を演算する。
【００５４】
反力トルク指令生成部３２３は、軸力推定部３２２が演算した前記軸力に基づき、図示しない記憶手段に格納した反力マップＭを参照して反力を得るのに必要な目標電流を反力指示トルクとして求め、求められた反力指示トルク（目標電流）をトルク指令（操舵反力指令）として、減算器３２４に出力する。トルク電流変換部３２８は、トルクセンサ１８が検出した操舵トルク（操舵反力指令）を電流値に変換し、減算器３２４に出力する。
【００５５】
減算器３２４は、トルク電流変換部３２８から入力した電流値（操舵トルクに相当）と、トルク指令との偏差を演算し、その偏差を反力モータ１４への電流指令（ｄ軸及びｑ軸の電流指令を含む）として電流制御部３２５に付与する。すなわち、トルクフィードバック制御が行われる。このように制御部３００の第２ＥＣＵ３２０は、トルクフィードバック制御を行う制御ループを備える。
【００５６】
電流制御部３２５は、前記反力トルクの電流指令と、回転角センサ１９が検出した回転角、及び電流センサ３２７が検出した反力モータ１４の各相の実モータ電流を入力する。
【００５７】
電流制御部３２５の電流制御は、回転角センサ１９の回転角を参照して前記各相の実モータ電流を２相変換し、ｄ軸とｑ軸の実電流を求める。そして、電流制御部３２５は、反力トルクの電流指令（ｄ軸及びｑ軸の電流指令を含む）と、ｄ軸とｑ軸の実電流との偏差をそれぞれ算出する。さらに、電流制御部３２５は、前記各偏差を比例積分制御して、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を求め、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を三相変換して、三相の電圧指令に変換する。この三相の電圧指令に基づいてＰＷＭしたモータ駆動信号を出力する。そして、第３駆動回路３０３は、第２ＥＣＵ３２０から出力されたモータ駆動信号に制御されてスイッチング動作し、反力モータ１４への通電と断電制御（ＰＷＭ制御）を繰り返し、電流指令に一致したモータ駆動電流を流して反力モータ１４を回転駆動する。このように制御部３００の第２ＥＣＵ３２０は、電流センサ３２７より得られる反力モータ１４の各相の実モータ電流により、トルク制御を行う制御ループ、すなわち、電流ループを備える。
【００５８】
そして、このようにして、反力モータ１４が駆動制御され、ステアリングホイール１０に、その操舵方向とは逆方向の反力トルクが付与される。この結果、ステアリングホイール１０の回転操作には、反力モータ１４が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要がある。
【００５９】
本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）  本実施形態のステアバイワイヤ式の操舵装置では、ステアリングホイール１０（操舵ハンドル）を操舵すると、そのときの操舵角は、反力モータ１４の回転角センサ１９が検出した回転角に基づいて求められる。回転角センサ１９は、トーションバー１３（弾性手段）の二次側に設けられいる。そして、この操舵角に基づいて、制御系を構成する制御部３００の第１ＥＣＵ３１０（転舵位置指令生成手段）は、目標転舵位置を示す転舵位置指令を生成し、第１回転角センサ２２１が検出した操舵輪Ｔの実転舵位置（実転舵角）との偏差を収束する舵取機構２００の位置フィードバック制御を行う。
【００６０】
一方、シャフト２１３に発生する転舵軸力は、制御部３００にて算出され、この転舵軸力に基づいて算出された反力トルクが反力モータ１４からステアリングホイール１０に付与される。
【００６１】
この結果、従来と異なり、操舵角に換算される回転角を検出する回転角センサ１９と反力モータ１４間での位相差の発生を極力抑制でき、その結果、制御遅れも抑制できる。このように制御遅れが抑制できるため、制御遅れによる制御部３００の制御ループに対して悪影響を与えることもない。
【００６２】
又、反力マップの傾き係数Ｇｍの値を大きくとることが可能となり、従来の機械連結式操舵装置と同等の操舵反力感覚を実現できる。
（２）  第１実施形態の操舵装置においては、回転角センサ１９（操舵位置検出手段）は、反力モータ１４（反力アクチュエータ）の出力軸の回転角を検出するようにした。この結果、操舵角は、回転角センサ１９が検出した回転角を減速機構１５の減速比で割ることにより求まるため、操舵角の分解能を高めることができる。このように、回転角センサ１９を減速機構１５よりも反力モータ１４側に設けることにより、操舵角の分解能を向上することができる。
【００６３】
この結果、トーションバー１３の一次側に、操舵角センサを設ける場合、本実施形態と同様の高分解能を有する操舵角を検出しようとすると、高価格の操舵角センサを使用する必要があるが、本実施形態では、回転角センサ１９は、低分解能でよいため、低コストにすることができる。
【００６４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を、図３を参照して説明する。なお、図３における一点鎖線内の第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０内は制御ブロックを示し、ハード構成を示すものではない。
【００６５】
すなわち、第２実施形態においても、ハード構成は、第１実施形態と同様にステアリングホイール１０（操舵ハンドル）を含む操作機構１００と、舵取機構２００と、制御部３００を備えている。そして、下記の構成が異なっている。
【００６６】
第２実施形態では、図３に示すように、回転角センサ１９の代わりに、操舵角センサ２０をトーションバー１３の二次側であって、減速機構１５の大歯車１６とトーションバー１３との連結部の回転を検出可能に配置されており、操舵角が絶対角にて検出可能とされている。操舵角センサ２０は操舵角検出信号を第１ＥＣＵ３１０に入力する。
【００６７】
そして、図３に示すように、第２実施形態の第１ＥＣＵ３１０が制御プログラムにより実現している各手段（各部）は操舵角演算部３１１における処理が異なっている。詳説すると、操舵角演算部３１１は、操舵角センサ２０が検出した操舵角信号に基づいて、操舵されたステアリングホイール１０の直進操舵位置（中立位置）からの操舵角（操舵位置）を演算する。
【００６８】
他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一構成について同一符号を付して説明を省略する。
第２実施形態においても、第１実施形態の（１）の作用効果を奏する。
【００６９】
なお、本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
（１）  第１実施形態では、回転角センサ１９をパルスエンコーダから構成した。これに代えて、回転角センサ１９としてレゾルバや、ホール素子や光電素子等の各種センサを用いてもよい。
【００７０】
（２）  前記各実施形態では、第１回転角センサ２２１、第２回転角センサをロータリーエンコーダにて構成したが、転舵モータ２１１，２１２と所定の電気角を有して同モータの回転変位を検出するものであれば、その他の回転変位検出手段、例えばレゾルバ等に具体化してもよい。
【００７１】
（３）  前記第１実施形態では、回転角センサ１９を反力モータ１４の外端部側に配置したが、反力モータ１４の出力軸上において、減速機構１５との連結部側と対応して配置してもよい。このように配置しても第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００７２】
（４）  前記実施形態では、第１システムＳＹ１が算出したトルク指令ΔＰをトルク分配して、第１ＥＣＵ３１０及び第２ＥＣＵ３２０が分配されたトルク指令ΔＰ１，トルク指令ΔＰ２に基づいてトルク制御を行うようにした。この代わりに、通常時（正常時）には一方のシステムを、主システムとして、一方の転舵モータのみを制御して舵取機構２００を駆動制御し、この主システムが故障時に、残った他のシステムがバックアップして舵取機構２００を駆動制御するようにしてもよい。
【００７３】
（５）  前記各実施形態では、トーションバー１３を弾性部材としたが、コイルバネ等の他の弾性的な挙動を示す部材であってもよい。
（６）  前記各実施形態では、軸力推定部３２２により、軸力を推定したが、軸力センサを別途設けて、軸力を検出するようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１乃至請求項５に記載の発明によれば、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、操舵反力感覚を従来の機械連結式操舵装置と同等に保つとともに、制御系の安定性を確保して振動発生を防止することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の操舵装置の全体を示す概略図。
【図２】同じく制御ブロックの概念図。
【図３】第２実施形態の同じく制御ブロックの概念図。
【図４】バネ振動系の説明図。
【図５】（ａ）、（ｂ）はバネ振動系の周波数特性図。
【図６】弾性部材の一次側で操舵角を検出する場合の制御系ブロック図。
【図７】弾性部材の二次側で操舵角を検出する場合の制御系ブロック図。
【図８】従来技術の操舵装置の全体を示す概略図。
【符号の説明】
１０…ステアリングホイール（操舵ハンドル）
１３…トーションバー（弾性部材）
１４…反力モータ（反力アクチュエータ）
１５…減速機構（減速手段）
１９…回転角センサ（操舵位置検出手段）
２０…操舵角センサ
２００…舵取機構
２１３…シャフト（転舵軸）
３００…制御部（制御系）
３１０…第１ＥＣＵ
３１２…目標位置演算部（転舵位置指令生成手段）
３２０…第２ＥＣＵ
Ｔ…操舵輪
ＳＹ１…第１システム
ＳＹ２…第２システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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