(57)【要約】【課題】車両適合技術を少なくして開発期間を短縮する。反力制御によって、タイヤ接地面過渡情報を運転者に良好に伝達する。【解決手段】制御装置１４は、ステアリングホイール１の操作に応じて操舵アクチュエータ２を制御する。ステアリングホイール１には、反力アクチュエータ９が発生する操作反力が与えられる。タイヤＷの内部には、応力センサＳＬ，ＳＲおよび空気圧センサＳＰが設けられている。制御装置１４は、これらのセンサによって検出されるタイヤ負荷を加味して、操舵アクチュエータ２および反力アクチュエータ９を制御する。【選択図】        図１
2004149068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操向のための操作部材の操作に応じて、舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構を作動させる車両用操舵装置であって、
上記操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータと、
車両のタイヤに加わる負荷であるタイヤ負荷を検出する負荷検出手段と、
この負荷検出手段によって検出されるタイヤ負荷に応じて上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
上記負荷検出手段は、タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段を含むことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
上記負荷検出手段は、タイヤに加わる応力を検出する応力検出手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
上記応力検出手段は、車両の進行方向に向かってタイヤの左側部および右側部に加わる応力をそれぞれ検出する左側応力検出手段および右側応力検出手段を含むことを特徴とする請求項３記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
上記車両の操舵方向を検出する操舵方向検出手段をさらに含み、
上記反力制御手段は、上記操舵方向検出手段によって検出される車両の操舵方向と、上記左側応力検出手段および右側応力検出手段がそれぞれ検出する応力とに基づいて、上記反力アクチュエータを制御するものであることを特徴とする請求項４記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
上記反力制御手段は、上記操舵方向検出手段によって検出される車両の操舵方向外側のタイヤについて上記左側応力検出手段および右側応力検出手段がそれぞれ検出する応力に基づいて、上記反力アクチュエータを制御するものであることを特徴とする請求項５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】
この発明は、ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムのように、ステアリングホイール等の操作部材に対して反力アクチュエータからの反力を与える構成の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との間の機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作角を検出するとともに、その検出結果に基づいて、操舵アクチュエータからのトルクを舵取り機構に与えることによって、舵取り用の車輪の転舵を達成するようにしたシステム（いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システム）が提案されている（たとえば、下記特許文献１）。
【０００３】
操舵アクチュエータは、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置によって制御されるようになっている。すなわち、車両のイグニッションキースイッチがオン状態の間、ステアリングホイールの操作角を検出する操作角センサおよび舵取り用の車輪の転舵角を検出する転舵角センサの各検出信号が制御装置に入力されている。制御装置は、それらの入力信号に基づいて、舵取り用の車輪の転舵角がステアリングホイールの操作角に対応するように、操舵アクチュエータを制御する。
【０００４】
一方、ステアリングホイールに操作反力を与えるために、ステアリングシャフトには、反力アクチュエータが付設されている。制御装置は、操作角等に応じて反力アクチュエータを駆動制御することにより、ステアリングホイールに操作反力を与える。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１９８４５３号公報
【特許文献２】
特開平１０−３２４１２０号公報
【特許文献３】
特開平１１−２０４２７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
反力アクチュエータの制御（反力制御）の基本は、路面からのキックバックを再現するためのセルフアライニングトルクの作成であるといえる。そのため、車両毎に、反力制御のための設定を異ならせる必要があり、このことが、開発期間長期化の一因となっている。
より具体的には、ステアリングギヤとハンドルコラムとが直結していないステア・バイ・ワイヤシステムにおいては、ステアリングホイールから舵取り機構までが機械的に連結された通常型のステアリング機構の場合のように、操舵トルク伝達系での軸力やトルクの実値をステアリングホイールを介して運転者にフィードバックすることができない。そのため、車両挙動のデータをセルフアライニングトルクに換算したり、操舵アクチュエータの駆動力をラック軸に伝達するピニオン軸のトルクに基づいて反力アクチュエータを制御することによって、電気的なフィードバックを行わざるをえない。そのため、通常型のステアリング機構と同様なセルフアライニングトルクを再現するためには、搭載車両毎の調整のための車両適合技術が不可欠となっている。
【０００７】
しかも、車両挙動のデータやピニオン軸のトルクに基づく反力制御では、路面状況情報（轍路、カント路、波状路、雪道）をステアリングホイールを介して運転者に伝達することは可能だが、タイヤ接地面過渡情報（グリップ限界状態かどうかの情報）を伝達することはできない。これは、路面状況情報は、いわば低周波領域の情報であって、２００ミリ秒程度の応答速度で運転者に伝われば充分であるのに対して、タイヤ接地面過渡情報は数１０ミリ秒程度の応答性で運転者に伝わらなければ、運転者は適切に対処することができないからである。ところが、車両挙動のデータ等に基づく複雑な演算処理を経て行われる反力制御では、到底、数１０ミリ秒のオーダーの応答性を実現することができず、タイヤ接地面過渡情報を運転者に伝達することができない。
【０００８】
そこで、この発明の一つの目的は、個々の車両毎の車両適合技術を少なくして、開発期間を短縮することができる車両用操舵装置を提供することである。
この発明の他の目的は、タイヤ接地面過渡情報を運転者に良好に伝達することができる反力制御を実現した車両用操舵装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作部材（１，２２）の操作に応じて、舵取り車輪（５，２９）を転舵させるための舵取り機構を作動させる車両用操舵装置であって、上記操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータ（９，４０）と、車両のタイヤ（Ｗ，ＷＬ，ＷＲ）に加わる負荷であるタイヤ負荷を検出する負荷検出手段（ＳＬ，ＳＲ，ＳＰ，ＳＡ）と、この負荷検出手段によって検出されるタイヤ負荷に応じて上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段（１４，Ｃ）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１０】
この構成によれば、操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータが、車両のタイヤ（舵取り車輪のタイヤであってもよいし、舵取り車輪以外の車輪のタイヤであってもよい。）に加わる負荷に応じて制御されるようになっているから、路面状況およびタイヤの状況をダイレクトに反映した反力制御を行うことができる。したがって、ステアリングトルク伝達系の機械的構成に依存することなく、路面からのキックバックを再現することができる。これにより、車両用操舵装置を搭載する車両ごとに反力制御の調整を行う必要がなくなり、車両適合技術を少なくすることができる。
【００１１】
また、車両挙動のデータやピニオン軸のトルクに基づいて反力制御を行う場合に比較し、はるかに優れた応答性で反力アクチュエータを制御することができる。そのため、路面状況に対応した低周波情報のみならず、タイヤ接地面過渡情報をも、反力アクチュエータの制御により、操作部材を介して運転者に伝達することができる。これにより、たとえば、操作部材とステアリング機構とが機械的に結合されていない構成であっても、通常型のステアリング機構と同様な情報を、操作部材を介して運転者に与えることができる。
【００１２】
なお、上記負荷検出手段は、タイヤの内部において、タイヤに加わる負荷を検出するものであることが好ましい。
また、上記負荷検出手段は、請求項２に記載のように、タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段（ＳＰ）を含むものであってもよい。
また、上記負荷検出手段は、請求項３に記載のように、タイヤに加わる応力を検出する応力検出手段（ＳＬ，ＳＲ，ＳＡ）を含んでいてもよい。
【００１３】
この場合、請求項４に記載のように、上記応力検出手段は、車両の進行方向に向かってタイヤの左側部および右側部に加わる応力をそれぞれ検出する左側応力検出手段（ＳＬ）および右側応力検出手段（ＳＲ）を含むことが好ましい。たとえば、左側応力検出手段および右側応力検出手段は、タイヤの左側サイドウォール部（５２Ｌ）および右側サイドウォール部（５２Ｒ）に設置されていてもよい。
【００１４】
この構成により、車両が曲線軌跡を描いて進行する場合（カーブを通行する場合）におけるタイヤの変形量を検出することができるので、タイヤ接地面過渡情報を得ることができる。
請求項５記載の発明は、上記車両の操舵方向を検出する操舵方向検出手段（１３，４６）をさらに含み、上記反力制御手段は、上記操舵方向検出手段によって検出される車両の操舵方向と、上記左側応力検出手段および右側応力検出手段がそれぞれ検出する応力とに基づいて、上記反力アクチュエータを制御するものであることを特徴とする請求項４記載の車両用操舵装置である。
【００１５】
より具体的には、請求項６に記載のように、上記反力制御手段は、上記操舵方向検出手段によって検出される車両の操舵方向外側のタイヤについて上記左側応力検出手段および右側応力検出手段がそれぞれ検出する応力に基づいて、上記反力アクチュエータを制御するものであることが好ましい。
この構成によれば、車両の操舵方向外側のタイヤにおいてより大きな変形が生じることを利用して、タイヤに加わる負荷を効果的に検出することができ、これを反力制御に反映できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール１と舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイール１の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ２の動作を、ハウジング３に支持された転舵軸４の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸４の直線運動を舵取り用の前部左右車輪５の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムである。
【００１７】
操舵アクチュエータ２は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この操舵アクチュエータ２の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸４に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸４の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この転舵軸４の直線運動は、転舵軸４の両端から突出して設けられたタイロッド６に伝達され、さらにタイロッド６を介してキングピンＰに連結されたナックルアーム７の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム７に支持された車輪５の転舵が達成される。転舵軸４、タイロッド６およびナックルアーム７などにより、舵取り用の車輪５を転舵するための舵取り機構が構成されている。
【００１８】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト８に連結されている。この回転シャフト８には、ステアリングホイール１に操作反力を与えるための反力アクチュエータ９が付設されている。反力アクチュエータ９は、回転シャフト８と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト８のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなる弾性部材１０が車体との間に結合されている。この弾性部材１０は、反力アクチュエータ９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００１９】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト８に関連して、ステアリングホイール１の操作角を検出するための操作角センサ１１が設けられている。また、回転シャフト８には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。一方、転舵軸４に関連して、舵取り用の車輪５の転舵角（タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１３が設けられている。
【００２０】
さらに、後述するように、車輪５に装着されたタイヤＷの内部には、このタイヤＷの左右のサイドウォール部に作用する応力を検出する左側応力センサＳＬおよび右側応力センサＳＲ、ならびにタイヤＷの空気圧を検出する空気圧センサＳＰが設けられている。
操作角センサ１１、トルクセンサ１２、転舵角センサ１３、応力センサＳＬ，ＳＲおよび空気圧センサＳＰの各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる制御装置１４に入力されるようになっている。ただし、応力センサＳＬ，ＳＲおよび空気圧センサＳＰの検出信号については、アンテナ１４ａを介する無線通信によって、制御装置１４に受信されるようになっている。
【００２１】
制御装置１４は、操作角センサ１１によって検出される操作角、転舵角センサ１３によって検出される転舵角、車速センサ１５によって検出される車速、応力センサＳＬ，ＳＲによって検出されるタイヤの応力、および空気圧センサＳＰにによって検出されるタイヤの空気圧に基づいて、操舵指令値を設定し、この操舵指令値に基づいて、駆動回路１７を介し、操舵アクチュエータ２を制御する。
ステアリングホイール１と舵取り機構との間には機械的な結合がないので、ステアリングホイール１の回転量と車輪５の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を可変設定するＶＧＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅａｒ  Ｒａｔｉｏ）機能を実現できる。すなわち、たとえば、制御装置１４は、車速センサ１５によって検出される車速と、応力センサＳＬ，ＳＲおよび／または空気圧センサＳＰによって検出されるタイヤ負荷とに基づいて上記ギヤ比を設定し、このギヤ比とステアリングホイール１の操作角とに基づいて、操舵アクチュエータ２に与えるべき電圧に対応した操舵指令値を設定する。
【００２２】
一方、制御装置１４は、操作角センサ１１による検出操作角、トルクセンサ１２によって検出される操作トルク、車速センサ１５によって検出される車速、ならびに応力センサＳＬ，ＳＲおよび／または空気圧センサＳＰによって検出されるタイヤ負荷に基づいて、ステアリングホイール１の操作方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路１８を介して、反力アクチュエータ９を制御する。
【００２３】
また、制御装置１４には、たとえば、車両のインスツルメントパネルに設けられた警報器１９が接続されている。警報器１９は、警報音発生装置からなっていてもよいし、警報表示（ランプ表示やメッセージ表示）を行う警報表示装置からなっていてもよい。制御装置１４は、メンテナンスを要するような所定の異常を検出したときに、警報器１９から警報を発生させる。
図２は、舵取り用の車輪５のタイヤＷの構成を説明するための図解的な断面図である。タイヤＷは、路面に接触するトレッド部５１と、このトレッド部５１の両側部に結合された一対のサイドウォール部５２Ｌ，５２Ｒとを備えている。車両の進行方向に向かって右側のサイドウォール部５２Ｒの内壁面には、右側応力センサＳＲが配置されており、車両の進行方向に向かって左側のサイドウォール部５２Ｌの内壁面には左側応力センサＳＬが配置されている。また、トレッド部５１の内壁面には、空気圧センサＳＰが配置されている。その他、必要に応じて、たとえば、トレッド部５１の内部に応力センサＳＡを埋設してもよい。
【００２４】
右側応力センサＳＲおよび左側応力センサＳＬは、右側サイドウォール部５２Ｒおよび左側サイドウォール部５２Ｌに加わる応力をそれぞれ検出するものであって、歪みゲージ等のセンサ部と、このセンサ部の検出信号を無線伝送するためのトランスポンダ部と、タイヤＷの回転運動を電気エネルギーに変換して蓄電する蓄電部とを備えており、この蓄電部に蓄積された電気エネルギーによって動作するようになっている。同様に、空気圧センサＳＰは、タイヤＷの内部に配置されていて、タイヤＷの内部空気圧を検出するセンサ部と、このセンサ部の検出信号を無線伝送するためのトランスポンダ部と、タイヤＷの回転運動を電気エネルギーに変換して蓄電する蓄電部とを備えており、この蓄電部に蓄積された電気エネルギーによって動作するようになっている。上記トランスポンダ部が発信する信号が、アンテナ１４ａから、制御装置１４に取り込まれるようになっている。
【００２５】
上記のような応力センサや空気圧センサとしては、たとえば、特許文献２および特許文献３に開示されているような公知のものを採用することができる。
図３は、コーナリング時におけるタイヤＷの変形を説明するための図解図である。図３（Ａ）には、摩擦係数が比較的小さな路面上において左方向操舵を行った場合における左右のタイヤＷＬ，ＷＲの断面形状が示されており、図３（Ｂ）には、路面摩擦係数が比較的大きな路面上において左方向操舵を行った場合における左右のタイヤＷＬ，ＷＲの断面形状が示されている。図３（Ａ）（Ｂ）のいずれにおいても、タイヤＷＬ，ＷＲの断面形状は、車両の進行方向後方から見た形状である。
【００２６】
左右のタイヤＷＬ，ＷＲのうち、操舵方向内側となる左側タイヤＷＬの変形は比較的小さく、操舵方向外側となる右側タイヤＷＲの変形が大きくなる。そして、左右のタイヤＷＬ，ＷＲのいずれにおいても、操舵方向内側となる左側サイドウォール部における変形は小さく、操舵方向外側となる右側サイドウォール部における変形が大きくなる。この変形は、路面摩擦係数が大きいほど大きくなる。
そこで、この実施形態では、制御装置１４は、転舵角センサ１３の出力信号に基づき、操舵方向外側に位置するタイヤを特定し、そのタイヤ（図３の例では右側タイヤＷＲ）に装着された左右の応力センサＳＬ，ＳＲの出力を参照する。より具体的には、操舵方向外側となる右側サイドウォール部５２Ｒの応力を検出する右側応力センサＳＲが検出する外側サイドウォール部の応力Ｔｏと、操舵方向内側となる左側サイドウォール部５２Ｌの応力を検出する左側応力センサＳＬによって検出される内側サイドウォール部の応力Ｔｉとの差ΔＴ（＝Ｔｏ−Ｔｉ）が求められる。さらに、制御装置１４は、左右のサイドウォール部の応力差ΔＴの一階時間微分値（応力変化速度、タイヤ負荷変化速度）または二階時間微分値（応力変化加速度、タイヤ負荷変化加速度）を求め、こうして求められたタイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に基づき、操舵アクチュエータ２および反力アクチュエータ９を駆動制御する。
【００２７】
図４は、制御装置１４による反力アクチュエータ９の制御態様の一例を示す制御特性図である。制御装置１４は、たとえば、操舵方向外側のタイヤにおけるタイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に応じて、一定範囲内で、たとえばリニアに変化する反力アクチュエータ駆動目標値を設定し、この反力アクチュエータ駆動目標値が達成されるように、駆動回路１８に制御信号を与える。図４の特性図では、一定値以上のタイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に対して、タイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度の増加に応じてリニアに増加する反力アクチュエータ駆動目標値が設定されるようになっており、かつ、車速センサ１５が検出する車速が大きいほど大きな反力アクチュエータ駆動目標値が設定されるようになっている。
【００２８】
これにより、タイヤに加わる負荷の変化速度または変化加速度が大きいほど大きな反力がステアリングホイール１を介して運転者に伝えられ、また、車速が大きいほど大きな反力がステアリングホイール１を介して運転者に伝達されることになる。
図５は、運転者、車両および路面の間における情報の授受の様子を示す概念図である。たとえば路面からは、横風等の外乱が車両に加わり、また道路交通網に配置されたインフラから交通状況等の情報がたとえばＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）電子情報などとして車両に提供される。さらに、轍路、カント路、波状路および雪道などの路面状況がタイヤを通じて車両に伝達される。
【００２９】
一方、車両から運転者には、制御装置１４（ＥＣＵ：電子制御ユニット）による反力アクチュエータ９の制御（反力制御）により、ステアリングホイール１を介して、路面情報（低周波情報）とともに、上述のタイヤ接地面過渡情報が伝達される。さらに、上述の警報器１９を通じて、操舵系の不安定情報や警告が、表示または音声によって運転者に伝達される。
反力アクチュエータ９は、操舵アクチュエータ２の発生トルクや、転舵角センサ１３の出力に基づいて制御されることにより、低周波情報である路面情報をステアリングホイールを介して運転者に伝達することができる。この制御と併せて、上述のように、タイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度に応じて反力アクチュエータ９が制御されることにより、ステアリングホイール１を介してタイヤ接地面過渡情報が運転者に伝達される。
【００３０】
警報器１９によって伝達される操舵系の不安定情報とは、タイヤバランスやシミーの発生などである。これらの情報は、反力アクチュエータ９の制御を介して運転者に伝達されてもよいが、警報器１９を用いて視覚的または聴覚的に運転者に伝達し、メンテナンスを促す方が効果的である。
制御装置１４は、さらに、操作角センサ１１などの出力や応力センサＳＬ，ＳＲおよび空気圧センサＳＰによって検出されるタイヤ負荷に応じて、操舵アクチュエータ２を制御する（操舵制御）。
【００３１】
一方、運転者は、警報器１９またはステアリングホイール１から伝達される上記の情報の他に、車両上において加速度Ｇを体感し、また、車速Ｖ、ヨーレートγ、ロールφおよびピッチτを体感する。これらの情報に基づき、運転者は、予覚制御、追跡制御および補償制御を行うべく、ステアリングホイール１を操作する。
予覚制御とは、運転者が次の状況を予知して行う制御であり、追跡制御とは、運転者が意図する車両挙動を目標としてこの目標を追跡しようとする制御であり、補償制御とは、横風などの外乱を補償するための制御である。これらの制御は、車両の運転に関する運転者の知識に基づいて行われるが、この知識は、スキルベース、ルールベースおよびインテリジェントベースに層別することができる。
【００３２】
スキルベースの運転知識とは、体で会得した知識であり、五感により知覚した情報に基づいて無意識に行動に移されるような知識である。ルールベースの運転知識とは、運転者の記憶に基づく判断結果（たとえば一定の条件に当てはまるかどうか）に応じて行動に移されるような知識、すなわち、パターン化された行動に関する知識である。インテリジェントベースの運転知識とは、パターン化された行動に関する知識ではなく、意識的で抽象的かつ論理的な思考を経て行動に移されるような高度な知識である。
【００３３】
たとえば、低周波情報としてステアリングホイール１から運転者に伝達される路面情報は、ルールベースの知識に働きかけて、運転者にパターン化された運転行動を促す。これに対して、同じくステアリングホイール１から運転者に伝達されるタイヤ接地面過渡情報は、インテリジェントベースの知識に働きかけて、より高度な判断（ステアリングトルクが抜ける限界点かどうかなど）のために用いられる。
【００３４】
このように、この実施形態によれば、タイヤに取り付けられた左右の応力センサＳＬ，ＳＲや空気圧センサＳＰによって直接的に検出されるタイヤの負荷に応じて、反力アクチュエータ９が制御されるようになっている。そのため、舵取り機構の機械的な構成によらずに、適切な反力制御を行うことができるから、車種毎または車両毎に反力制御を異ならせるような車両適合技術を減少または排除することができる。これにより、車両用操舵装置の開発期間を大幅に短縮することができる。
【００３５】
また、左右の応力センサＳＬ，ＳＲや空気圧センサＳＰによってタイヤＷの負荷状況を直接的に検出し、これを用いて反力制御を行う構成であるから、複雑な演算処理が不要であり、数十ミリ秒オーダの高速な応答性で反力アクチュエータ９を制御できる。そのため、タイヤＷがグリツプ力を失うグリップ限界状況のようなタイヤ接地面過渡情報をステアリングホイール１を介して運転者に伝達することができる。
【００３６】
図６は、操舵アクチュエータ２の制御について説明するための特性図であり、車速に応じた基本ギヤ比の設定例が示されている。上述のとおり、ステア・バイ・ワイヤシステムでは、ステアリングホイール１の操作量に対する車輪５の転舵量の比であるギヤ比（転舵量／操作量）が任意に設定可能であるから、これを利用して、車速感応型の可変ギヤ比制御が行われる。より具体的には、低速域においては、基本ギヤ比は比較的高い一定値に保持され、中高速域においては、車速の増加に対してリニアに減少するように基本ギヤ比が設定される。これにより、大舵角の操舵が行われる低速域における運転者の操舵負担を軽減できるとともに、大舵角の操舵が行われることの少ない中高速域では、転舵量を少なくして車両のふらつき等を防止することができる。
【００３７】
図７は、タイヤ負荷に応じてギヤ比を補正する制御のための特性図であり、基本ギヤ比に対してタイヤ負荷を加味した補正を施すためのギヤ比補正量と、タイヤ負荷変化量（たとえば、操舵方向外側のタイヤの負荷変化量）との関係が表されている。
タイヤ負荷変化量とは、たとえば、車両のイグニッションキースイッチがオンされて制御装置１４が動作を開始した時点におけるタイヤ負荷量（タイヤ空気圧、応力、左右のサイドウォールの応力差など）を基準値として、この基準値に対する偏差である。この基準値は、タイヤの空気圧の変化や、タイヤの摩耗状態によって変動する値である。そして、タイヤ負荷変化量は、車両が走行中の路面状態や走行状態（直進中、カーブ通行中など）に応じて、動的に変化する量である。ただし、このタイヤ負荷変化量としては、所定時間のサンプリング平均値、移動平均値またはローパスフィルタ処理値などのように、比較的長い時間に渡るタイヤ負荷の変化量を表す値を用いることが好ましい。これにより、タイヤ負荷変化量に基づく過敏な制御を抑制している。
【００３８】
図７の例では、ギヤ比補正量は、タイヤ負荷変化量が増加するほど大きくなるように設定されている。したがって、基本ギヤ比をギヤ比補正量で補正したギヤ比（基本ギヤ比＋ギヤ比補正量）を設定すれば、タイヤ負荷に応じた適切なギヤ比が設定されるから、車両の操舵性を向上できる。すなわち、タイヤ負荷変化量が大きい状況（山岳路走行時など）におけるステアリングホイール１の取り回しが良くなる。
【００３９】
また、図７の例では、車速が大きいほど小さくなるようにギヤ比補正量が設定されるようになっている。したがって、車速が大きいほど、タイヤ負荷に応じたギヤ比の変動が少なくなるので、低速域においては、タイヤ負荷の状態を敏感に反映した操舵制御を行うことができるとともに、中高速域においてはギヤ比の変動を少なくして操舵安定性を図ることができる。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。この車両用操舵装置２１は、操作部材としてのステアリングホイール２２に一体回転可能に連結される第１操舵軸２３と、この第１操舵軸２３と同軸上に設けられラックアンドピニオン機構等の舵取り機構２４に連結される第２操舵軸２５と、第１および第２操舵軸２３，２５間の差動回転を許容するための差動伝達機構を構成する遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構２６とを備える。
【００４０】
舵取り機構２４は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸２７と、この転舵軸２７の両端にタイロッド２８を介して結合され、舵取り用の車輪２９を支持するナックルアーム３０とを備える。転舵軸２７はハウジング３１により支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、電動モータからなる操舵アクチュエータ３２が同軸的に組み込まれている。操舵アクチュエータ３２の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸２７の摺動に変換され、この転舵軸２７の摺動により車輪２９の転舵が達成される。
【００４１】
転舵軸２７の一部には、ラック２７ａが形成されており、このラック２７ａには、第２操舵軸２５の端部に設けられて第２操舵軸２５と一体回転するピニオン３４が噛み合わされている。操舵アクチュエータ３２の故障時には、ステアリングホイール２２の操作に応じて第２操舵軸２５が回転駆動されると、この第２操舵軸２５の回転がピニオン３４およびラック２７ａにより、転舵軸２７の摺動に変換され、車輪２９の転舵が達成される。
【００４２】
遊星ギヤ機構２６は、第１操舵軸２３の端部に一体回転可能に連結された入力側となる太陽ギヤ３５と、出力側となるキャリア３６により回転自在に保持されて太陽ギヤ３５と噛み合う複数の遊星ギヤ３７と、各遊星ギヤ３７に噛み合う内歯３８ａを内周に持つリング部材としてのリングギヤ３８とを含む。
リングギヤ３８は外歯３８ｂを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯３８ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ３９を介して、ステアリングホイール２２に操作反力を与えるための反力アクチュエータ４０に駆動連結されている。この反力アクチュエータ４０は例えば電動モータからなり、そのケーシングは車体の適所に固定されている。
【００４３】
操舵アクチュエータ３２および反力アクチュエータ４０は、ＣＰＵ６１、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ６２、演算処理等のワークエリアとして用いられるＲＡＭ６３等を含む制御装置Ｃ（ＥＣＵ：電子制御ユニット）により制御されるようになっている。
第１操舵軸２３にはステアリングホイール２２による操舵角を検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサ４４、およびステアリングホイール２２から入力される操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ４５が設けられている。これら操舵角センサ４４およびトルクセンサ４５からの検出信号が制御装置Ｃに入力される。
【００４４】
また、転舵軸２７には、転舵軸２７の軸方向位置を検出することで、車輪２９の転舵角を検出するための転舵角センサ４６が設けられており、この転舵角センサ４６による検出信号も制御装置Ｃに入力される。また、制御装置Ｃには、車速を検出するための車速センサ４７からの検出信号が入力されるようになっている。
車輪２９のタイヤの内部には、上述の第１の実施形態の場合と同様にして、タイヤ負荷検出手段として、タイヤ空気圧センサＳＰ、左側応力センサＳＬおよび右側応力センサＳＲが設けられている。これらのセンサの出力信号は、無線通信によって、アンテナＣａから、制御装置Ｃに取り込まれるようになっている。
【００４５】
制御装置Ｃは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、操舵アクチュエータ３２および反力アクチュエータ４０をそれぞれ駆動するための駆動部としての駆動回路４８，４９に制御信号を出力する。
制御装置Ｃは、転舵系が正常に動作しているかどうかを常時監視している。より具体的には、転舵角センサ４６および操舵アクチュエータ３２の少なくとも一方における異常発生を監視している。
【００４６】
転舵系に異常がなければ、制御装置Ｃは、反力アクチュエータ４０によって、路面反力に対応した操舵反力をステアリングホイール２２に与えるためのトルクを発生させる。
また、制御装置Ｃは、ステアリングホイール２２の操作量に応じて、操舵アクチュエータ３２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路４８に与えることによって、操舵アクチュエータ３２を駆動制御する。ステアリングホイール２２と舵取り機構２４との間は、遊星ギヤ機構２６を介して結合されているものの、反力アクチュエータ４０がリングギヤ３８の回転を実質的に拘束せず、ステアリングホイール２２に操舵反力を与えるためにのみ動作している状態では、ステアリングホイール２２に加えられた操舵トルクは舵取り機構２４に実質的に伝達されることがない。その意味で、この図８に示された構成もまた、ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）型の車両用操舵装置であるということができ、上述の第１の実施形態の場合と同様な可変ギヤ比制御が可能である。
【００４７】
この実施形態において、制御装置Ｃは、上述の第１の実施形態の制御装置１４と同様に、図４に示されているような特性に従って、応力センサＳＬ，ＳＲおよび／または空気圧センサＳＰによって検出されるタイヤ負荷に基づいて、反力アクチュエータ４０を制御する。これによって、運転者に対して、路面状況を表す低周波域の情報のみならず、タイヤ接地面過渡情報のような高周波域の情報をも、ステアリングホイール２２を介して伝達することができる。
【００４８】
さらに、制御装置Ｃは、上述の第１の実施形態における制御装置１４と同じく、車速に応じて基本ギヤ比（図６参照）を可変設定するとともに、タイヤ負荷変化量および車速に応じて、ギヤ比補正量（図７参照）を可変設定し、基本ギヤ比をギヤ比補正量で補正して得られるギヤ比（＝基本ギヤ比＋ギヤ比補正量）に基づいて、操舵アクチュエータ３２を制御する。これにより、路面状況およびタイヤ負荷の状況を的確に反映した操舵制御を行うことができる。
【００４９】
転舵系に異常が生じると、制御装置Ｃは、操舵アクチュエータ３２の制御を中止して操舵アクチュエータ３２をフリー回転状態とするとともに、反力アクチュエータ４０によってリングギヤ３８の回転に制限を加え、ステアリングホイール２２に加えられた操舵トルクが舵取り機構２４に伝達される状態とする。このとき、反力アクチュエータ４０の制御によって、操舵補助を行うことができるとともに、ギヤ比の可変制御を行うことができる。
【００５０】
次に、図８を再び参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態においては、アクチュエータ４０を可変ギヤ比制御のためのギヤ比変更アクチュエータとして用いるとともに、操舵アクチュエータ３２は、舵取り機構２４に与えるべき操舵補助力を発生するための操舵補助アクチュエータとして用いられる。
すなわち、制御装置Ｃは、上述の図６の特性に従って基本ギヤ比を設定し、図７の特性のギヤ比補正量によって基本ギヤ比を補正することによってギヤ比を求める。この求められたギヤ比（＝基本ギヤ比＋ギヤ比補正量）に基づいて、制御装置Ｃは、ステアリングホイール２２の回転を当該ギヤ比で舵取り機構２４に機械的に伝達すべく、反力アクチュエータ４０を制御して、リングギヤ３８を回転させる。それとともに、制御装置Ｃは、トルクセンサ４５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ４７によって検出される車速に応じて設定される目標駆動値（目標電流値または目標電圧値）に基づき、操舵アクチュエータ３２を駆動制御する。これによって、操舵補助が達成される。
【００５１】
このような構成により、タイヤの負荷に応じた可変ギヤ比制御を伴うパワーステアリング装置が実現され、良好な操舵特性を実現できる。
さらに、たとえば、操舵アクチュエータ３２の基本目標駆動値を、図９に示すように、操舵トルクＴの絶対値が大きいほど大きく、車速が大きいほど小さくなるようなアシスト特性（−Ｔ１〜Ｔ１のトルク範囲は不感帯）に従って設定するとともに、図１０の特性による駆動補正値（≧０）によって基本目標駆動値を補正することにより、操舵アクチュエータ３２の目標駆動値を設定するようにしてもよい。ただし、目標駆動値は、右操舵時には、
目標駆動値＝基本目標駆動値＋駆動補正値
によって求められ、左操舵時には、
目標駆動値＝基本目標駆動値−駆動補正値
によって求められる。
【００５２】
図１０の例では、たとえば、操舵方向外側のタイヤにおけるタイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度（左右のサイドウォールの応力検出値の差の一階時間微分値または二階時間微分値）が大きいほど大きな補正値が設定され、基本目標駆動値が大きく補正されるようになっている。また、車速が大きいほど、補正値が小さくなるようにされている。
このようにして、タイヤ負荷変化速度またはタイヤ負荷変化加速度の絶対値が大きいほど大きな補正を加えた目標駆動値が設定されるから、路面状況やタイヤの負荷の状態に応じた適切な操舵補助が可能になる。また、車速が大きいときには、タイヤの負荷に応じた補正量を小さくすることによって、安定した操舵特性を実現できる。
【００５３】
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態でも実施することができる。たとえば、ステアリングホイールと舵取り機構とを、トーションバーが介装されたステアリングシャフトによって結合するとともに、舵取り機構に対して、電動モータから操舵補助力を与える通常の電動パワーステアリング装置においても、図９および図１０のような特性に従って電動モータを制御することで、路面状態やタイヤの負荷に応じた操舵補助が可能になる。
【００５４】
また、電動モータによって駆動されるポンプによって油圧を発生させ、この油圧によって作動されるパワーシリンダが発生する駆動力を舵取り機構に伝達する構成のパワーステアリング装置においても、この発明の適用が可能である。すなわち、電動モータの基本目標駆動値に対して、タイヤの負荷に応じた補正を施すことにより、路面の状況等に対して良好な応答性で操舵補助を行うことができる。
【００５５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】舵取り用の車輪のタイヤの構成を説明するための図解的な断面図である。
【図３】コーナリング時におけるタイヤの変形を説明するための図解図である。
【図４】反力アクチュエータの制御態様の一例を示す制御特性図である。
【図５】運転者、車両および路面の間における情報の授受の様子を示す概念図である。
【図６】操舵アクチュエータの制御について説明するための特性図であり、車速に応じた基本ギヤ比の設定例が示されている。
【図７】タイヤ負荷に応じてギヤ比を補正する制御のための特性図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図９】操舵トルクに対する操舵アクチュエータの基本目標駆動値の特性（アシスト特性）を示す図である。
【図１０】タイヤ負荷に応じて基本目標駆動値を補正するための駆動補正値の特性を示す図である。
【符号の説明】
１    ステアリングホイール
２    操舵アクチュエータ
４    転舵軸
５    車輪
９    反力アクチュエータ
１１    操作角センサ
１２    トルクセンサ
１３    転舵角センサ
１４    制御装置
１４ａ  アンテナ
１５    車速センサ
１７    駆動回路
１８    駆動回路
１９    警報器
２１    車両用操舵装置
２２    ステアリングホイール
２４    舵取り機構
２６    遊星ギヤ機構
２７    転舵軸
２７ａ  ラック
２９    車輪
３２    操舵アクチュエータ
３４    ピニオン
３５    太陽ギヤ
３６    キャリア
３７    遊星ギヤ
３８    リングギヤ
３９    駆動伝達ギヤ
４０    反力アクチュエータ
４４    操舵角センサ
４５    トルクセンサ
４６    転舵角センサ
４７    車速センサ
４８    駆動回路
５１    トレッド部
５２Ｌ  左側サイドウォール部
５２Ｒ  右側サイドウォール部
Ｃ      制御装置
Ｃａ    アンテナ
ＳＡ    応力センサ
ＳＬ    左側応力センサ
ＳＰ    空気圧センサ
ＳＲ    右側応力センサ
Ｗ      タイヤ
ＷＬ    左側タイヤ
ＷＲ    右側タイヤ
【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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【図９】
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【図１０】
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