(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材と、
その操作部材の操作量を検出するセンサと、
その操作部材の基準位置からの検出操作量が設定量を超えるか否かを判断する手段と、
電動アクチュエータと、
その電動アクチュエータの制御装置と、
その電動アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達可能な機構と、
車両の走行状態を表す変量を検出するセンサとを備え、
その基準位置からの検出操作量が設定量を超える時、検出変量に応じて操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように前記電動アクチュエータが制御され、
その基準位置からの検出操作量が設定量以下である時、車輪の転舵量が変化しないように前記電動アクチュエータが制御される車両の操舵装置において、
設定時間以上に亘り定常操舵状態であるか否かを判断する手段が設けられ、
設定時間以上に亘り定常操舵状態ではない時、操作部材の中立位置が前記基準位置とされ、
設定時間以上に亘り定常操舵状態である時、その設定時間以上に亘る定常操舵状態での操作部材の操作範囲の中央位置が前記基準位置とされ、
検出操作量の変化が設定時間以上に亘り設定値未満である時、設定時間以上に亘り定常操舵状態であると判断することを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】
その操作部材の操作力を検出するセンサを備え、
その検出操作力が設定値以下である時は定常操舵状態ではないと判断される請求項１に記載の車両の操舵装置。
【請求項３】
その操作部材の操作に応じて回転する入力シャフトと、
出力シャフトと、
その入力シャフトの回転を出力シャフトに伝達する回転伝達機構と、
その出力シャフトの回転を車輪に舵角が変化するように伝達するステアリングギヤとを備え、
その回転伝達機構の構成要素を前記電動アクチュエータにより駆動することで、その電動アクチュエータの動きが車輪に舵角が変化するように伝達される請求項１または２に記載の車両の操舵装置。
【請求項４】
その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その電動アクチュエータの動きが、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達される請求項１または２に記載の車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を車両の走行状態を表す変量に応じて変更可能な車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、その電動アクチュエータを車両の走行状態を表す変量に応じて制御することで、その変量に応じて操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させる車両の操舵装置が提案されている。そのような操舵装置として、操作部材を車輪に機械的に連結するものと連結しないものとがある。操作部材を車輪に機械的に連結する場合、例えばステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を出力シャフトに遊星ギヤ機構を介して伝達し、その伝達に際して遊星ギヤ機構を構成するリングギヤを駆動する電動アクチュエータを車速に応じて制御することで、操作量と転舵量との比を変更するものが知られている。また、操作部材を車輪に機械的に連結しない場合、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、電動アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達し、その伝達に際して電動アクチュエータを車速やヨーレート等に応じて制御することで操作量と転舵量との比を変更しているものが知られている。
【０００３】
上記のような操舵装置において、操作部材の操作量をセンサにより検出し、操作部材の中立位置からの検出操作量が設定量以下である時に、車輪の転舵量が変化しないように電動アクチュエータを制御することが行われている（特公平７−１１２８２２号、特公平７−１１２８２４号）。これにより、操作部材の中立位置近傍において操作に対して舵角が変化しない不感帯が設けられ、車両直進時における走行安定性の向上が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような不感帯が設けられた従来の操舵装置においては、操作部材の中立位置を基準位置とし、その基準位置からの操作部材の操作量が設定量以下であれば舵角が変化することはない。そのため、車両の直進時は操作部材の操作の遊び量を適正に得ることができる。しかし、一定曲率で湾曲した道路や積雪等により傾斜したバンク路を一定の舵角を保持して走行する時は、操作部材の中立位置が基準位置であると、操作部材の操作の遊び量を適正に得ることができない。例えば、図１０は従来の操作部材の中立位置からの操作量θｉと、車輪転舵量に対応する舵角θｏの大きさとの関係を示し、操作の遊び量は操作部材の中立位置を基準位置として左操舵時と右操舵時とで等しくθｐとされている。その遊び量θｐよりも僅かに大きい一定の操作量θａを保持して左旋回走行している状態においては、ドライバーが僅かに操作部材を操作するだけで舵角θが変化するために走行安定性を確保できないという問題がある。また、その状態からドライバーが操作部材を右方向に操作すると、不感帯に入るために操作部材を操作しても舵角が変化しなくなる。すなわち、一定の操作量θａを保持した状態から操作部材を右方に操作する時と左方に操作する時とで車両挙動が相異することになる。そのため、操舵時にドライバーに違和感を与えるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操作部材と、その操作部材の操作量を検出するセンサと、その操作部材の基準位置からの検出操作量が設定量を超えるか否かを判断する手段と、電動アクチュエータと、その電動アクチュエータの制御装置と、その電動アクチュエータの動きを車輪に舵角が変化するように伝達可能な機構と、車両の走行状態を表す変量を検出するセンサとを備え、その基準位置からの検出操作量が設定量を超える時、検出変量に応じて操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように前記電動アクチュエータが制御され、その基準位置からの検出操作量が設定量以下である時、車輪の転舵量が変化しないように前記電動アクチュエータが制御される車両の操舵装置において、設定時間以上に亘り定常操舵状態であるか否かを判断する手段が設けられ、設定時間以上に亘り定常操舵状態ではない時、操作部材の中立位置が前記基準位置とされ、設定時間以上に亘り定常操舵状態である時、その設定時間以上に亘る定常操舵状態での操作部材の操作範囲の中央位置が前記基準位置とされ、検出操作量の変化が設定時間以上に亘り設定値未満である時、設定時間以上に亘り定常操舵状態であると判断することを特徴とする。
本発明によれば、設定時間以上に亘り定常操舵状態である時、その設定時間以上に亘る定常操舵状態での操作部材の操作範囲の中央位置が基準位置とされる。その基準位置からの検出操作量が設定量以下である時、車輪の転舵量が変化しないように電動アクチュエータが制御される。これにより、一定の舵角を保持した状態で走行している時に、操作部材の操作に遊びを設けることができ、しかも、その遊び量を左操舵時と右操舵時とで相等しくできる。また、ドライバーが操舵の意思なく遊びの範囲で操作しているか否かを容易に判断できる。
【０００７】
その操作部材の操作力を検出するセンサを備え、その検出操作力が設定値以下である時は定常操舵状態ではないと判断されるのが好ましい。
舵角が大きくなると操作部材の操作力は大きくなるので、操作部材の操作力が設定値以下か否かにより操作部材を舵角零の時に操作しているか否かを判断できる。よって、検出操作力が設定値以下である時は定常操舵状態ではないと判断することで、舵角零で操作部材を操作している時は、操作部材の中立位置を基準位置として操作の遊び量を左操舵時と右操舵時とで相等しくすることができる。
【０００９】
その操作部材の操作に応じて回転する入力シャフトと、出力シャフトと、その入力シャフトの回転を出力シャフトに伝達する回転伝達機構と、その出力シャフトの回転を車輪に舵角が変化するように伝達するステアリングギヤとを備え、その回転伝達機構の構成要素を前記電動アクチュエータにより駆動することで、その電動アクチュエータの動きが車輪に舵角が変化するように伝達されるのが好ましい。
これにより、操作部材と車輪とが機械的に連結された車両の操舵装置に本発明を適用できる。
その回転伝達機構は、サンギヤとリングギヤとに噛み合う遊星ギヤをキャリアにより保持する遊星ギヤ機構により構成され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中の何れかである第１遊星ギヤ要素が前記入力シャフトに連結され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中で入力シャフトに連結されていない何れかである第２遊星ギヤ要素が前記出力シャフトに連結され、そのサンギヤとリングギヤとキャリアの中で入出力シャフトに連結されていない第３遊星ギヤ要素が前記電動アクチュエータにより回転駆動されるのが好ましい。
【００１０】
その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、その電動アクチュエータの動きが、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達されるのが好ましい。これにより、操作部材を車輪に機械的に連結することなく、電動アクチュエータの動きを、その動きに応じて舵角が変化するように車輪に伝達する車両の操舵装置に本発明を適用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１実施形態の車両の操舵装置１は、ステアリングホイール（操作部材）Ｈに連結される入力シャフト２を備えている。その入力シャフト２はベアリング７、８を介してハウジング１０により支持されている。
【００１２】
その入力シャフト２のステアリングホイールＨの操作に応じた回転は、遊星ギヤ機構（回転伝達機構）３０を介して出力シャフト１１に伝達される。その出力シャフト１１は、入力シャフト２と同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１２、１３を介してハウジング１０により支持されている。その出力シャフト１１の回転はステアリングギヤにより舵角が変化するように車輪に伝達される。そのステアリングギヤは、例えばラックピニオン式ステアリングギヤやボールスクリュー式ステアリングギヤ等の公知のものを用いることができる。これにより、入力シャフト２の回転は遊星ギヤ機構３０を介して出力シャフト１１に伝達され、その出力シャフト１１の回転により舵角が変化する。
【００１３】
その遊星ギヤ機構３０は、サンギヤ３１とリングギヤ３２とに噛み合う遊星ギヤ３３をキャリア３４により保持する。そのサンギヤ３１は、入力シャフト２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア３４は、出力シャフト１１に同行回転するように連結されている。そのリングギヤ３２は、入力シャフト２を囲むホルダー３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー３６は、入力シャフト２を囲むようにハウジング１０に固定された筒状部材３５によりベアリング９を介して支持されている。そのホルダー３６の外周にウォームホイール３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール３７に噛み合うウォーム３８がハウジング１０により支持されている。そのウォーム３８はハウジング１０に取り付けられたモータ（電動アクチュエータ）３９により駆動される。これにより、その遊星ギヤ機構３０の構成要素であるリングギヤ３２がモータ３９により駆動され、そのモータ３９の動きが車輪に舵角が変化するように伝達される。
【００１４】
そのモータ３９として、例えば目標駆動電流に応じてパルス幅変調駆動されるブラシ付き直流モータが用いられる。そのモータ３９の動きを車輪に舵角が変化するように伝達する際に、そのモータ３９を車両の走行状態を表す変量に応じて閉ループ制御することで、その変量に応じて入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比、すなわちステアリングホイールＨの操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができる。本実施形態では、その走行状態を表す変量は車速とされている。例えば、車速零の据え切り状態では入力シャフト２の回転角速度とリングギヤ３２の回転角速度とが等しくなるようにモータ３９を制御することで、入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を１とする。また、高速になる程にリングギヤ３２の回転角速度を低下させ、遊星ギヤ機構３０を減速ギヤ機構として機能させることで、車両の低速での旋回性と高速での走行安定性とを向上できる。
【００１５】
図２に示すように、そのモータ３９は車両に搭載される制御装置４０に接続され、その制御装置４０に走行状態を表す変量の検出用センサとして車速センサ４１が接続されている。また、その制御装置４０に、ステアリングホイールＨの操作量として入力シャフト２の回転角を検出する舵角センサ４２と、車輪の転舵量として出力シャフト１１の回転角を検出する回転角センサ４３とが接続されている。検出された入力シャフト２の回転角および車速から求められる目標転舵量と、検出された出力シャフト１１の回転角との偏差を低減するように、制御装置４０はモータ３９を閉ループ制御する。さらに、ステアリングホイールＨにドライバーが作用させる操作力として、入力シャフト２により伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ４４が制御装置４０に接続されている。
【００１６】
図３は、操舵装置１における制御系の制御ブロック線図を示す。図３において、ＴｉはステアリングホイールＨの操舵トルク、Ｖは車速のセンサ４１による検出値、θｉは入力シャフト２の回転角の舵角センサ４２による検出値、θｏは出力シャフト１１の回転角の回転角センサ４３による検出値、θｏ* は出力シャフト１１の目標回転角、ｉ* はモータ３９の目標制御量である目標駆動電流、Ｃ１は入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフトの目標回転角θｏ* の調節部、Ｃ２は出力シャフト１１の目標回転角θｏ* と回転角θｏとの偏差（θｏ* −θｏ）に対するモータ３９の目標駆動電流ｉ* の調節部である。
【００１７】
制御装置４０は、舵角センサ４２により検出した入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフト１１の目標回転角θｏ* を、予め定められて記憶された関係に基づき演算する。本実施形態では、その入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフトの目標回転角θｏ* の調節部Ｃ１は比例制御要素とされ、出力シャフト１１の目標回転角はθｏ* ＝Ｋ（Ｖ）・θｉにより求められる。ここでＫ（Ｖ）は比例ゲインであり、車速Ｖの関数とされている。この入力シャフト２の回転角θｉと車速Ｖと出力シャフト１１の目標回転角θｏ* との関係を表す比例ゲインＫ（Ｖ）が制御装置４０に記憶される。例えば図４に示すように、その比例ゲインＫ（Ｖ）は車速Ｖが増大する程に減少するものとされ、この関係が制御装置４０に記憶される。制御装置４０は、その記憶した比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト２の検出回転角θｉと検出車速Ｖとに基づき出力シャフト１１の目標回転角θｏ* を演算する。
【００１８】
制御装置４０は、出力シャフト１１の目標回転角θｏ* と検出回転角θｏとの偏差（θｏ* −θｏ）と、モータ３９の目標駆動電流ｉ* との間の関係を記憶する。本実施形態では、その偏差（θｏ* −θｏ）に対する目標駆動電流ｉ* の調節部Ｃ２は比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、目標駆動電流ｉ* はｉ* ＝Ｇ・（θｏ* −θｏ）により求められる。ここでＧは伝達関数であり、例えばＫｇをゲイン、Ｔを時定数として、その伝達関数ＧはＰＩ制御がなされるようにＧ＝Ｋｇ・〔１＋１／（Ｔ・ｓ）〕とされ、そのゲインＫｇと時定数Ｔは最適な制御を行えるように設定される。その伝達関数Ｇが制御装置４０に記憶される。
【００１９】
制御装置４０は、予め定めた設定時間以上に亘り定常操舵状態であるか否かを判断する。本実施形態では、ステアリングホイールＨの操作力に対応する検出操舵トルクＴｉの大きさが予め定めた設定値を超え、且つ、操作量に対応する入力シャフト２の検出回転角θｉの変化が設定時間以上に亘り予め定めた設定量未満である時に、設定時間以上に亘り定常操舵状態であると判断する。そうでなければ定常操舵状態ではないと判断する。その操作力の設定値は、車輪を転舵するのに要する力に対応するように定めればよい。その操作量の変化の設定量はステアリングホイールＨの遊び量に対応するように定めることができ、例えば数度とされる。その設定時間は一定曲率で湾曲する道路を車両が通過するのに要する時間に対応するように定めることができ、例えば数秒とされる。その検出回転角θｉの変化が設定時間以上に亘り設定値未満か否かの判断のため、本実施形態の制御装置４０は時系列に検出する回転角θｉの変化速度ｄ（θｉ）／ｄｔを演算し、その変化速度ｄ（θｉ）／ｄｔの大きさが設定時間以上に亘り設定速度未満か否かを判断する。これにより、ドライバーが操舵の意思なく遊びの範囲でステアリングホイールＨを操作しているか否かを容易に判断できる。
【００２０】
制御装置４０は、ステアリングホイールＨの基準位置からの検出回転角θｉの変化が予め定めた設定量を超えるか否かを判断する。その操作量の変化の設定量は上記遊びの範囲に対応するように定めればよい。この判断に際して、設定時間以上に亘り定常操舵状態でない時は、ステアリングホイールＨの中立位置が基準位置とされ、設定時間以上に亘り定常操舵状態である時は、その設定時間以上に亘る定常操舵状態でのステアリングホイールＨの操作範囲の中央位置が基準位置とされる。そのステアリングホイールＨの中立位置は、ステアリングホイールＨが中立位置にある時に舵角センサ４２の検出値が零になるように初期設定することで求めることができる。その設定時間以上に亘る定常操舵状態でのステアリングホイールＨの操作範囲の中央位置は、本実施形態では、その設定時間に亘り一定時間間隔でサンプリングした検出回転角θｉの積算値をサンプリング数で除することにより求める。
【００２１】
制御装置４０は、その基準位置からの検出回転角θｉの大きさが設定量を超える時、モータ３９を検出車速Ｖに応じてステアリングホイールＨの操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御する。すなわち、記憶した伝達関数Ｇと、演算した出力シャフト１１の目標回転角θｏ* と、検出回転角θｏとに基づき、モータ３９の目標駆動電流ｉ* を演算し、その演算された目標駆動電流ｉ* を印加することでモータ３９を駆動する。また、制御装置４０は、その基準位置からの検出回転角θｉが設定量以下である時、車輪の転舵量が変化しないようにモータ３９を制御する。
【００２２】
図５のフローチャートを参照して上記制御装置４０による制御手順を説明する。まず、各センサ４１、４２、４３の検出値を読み込む（ステップ１）。次に、検出操舵トルクＴｉの大きさが設定値Ｔｏを超えるか否かを判断し（ステップ２）、設定値Ｔｏを超える場合は入力シャフトの検出回転角θｉの変化速度ｄ（θｉ）／ｄｔの大きさが設定速度Ａ未満か否かを判断し（ステップ３）、設定速度Ａ未満であれば時間の積算を行い（ステップ４）、サンプリングした入力シャフトの検出回転角θｉの積算を行い（ステップ５）、積算時間ｔが設定時間ｔａ以上か否かを判断する（ステップ６）。ステップ６において積算時間ｔが設定時間ｔａ未満であればステップ１に戻る。ステップ６において積算時間ｔが設定時間ｔａ以上であれば、設定時間以上に亘り定常操舵状態であると判断し、サンプリングした入力シャフト２の検出回転角θｉの積算値Σθｉをサンプリング数ｎで除することで求めたステアリングホイールＨの操作範囲の中央位置を基準位置θｓとする（ステップ７）。ステップ２において検出操舵トルクＴｉの大きさが設定値Ｔｏ以下の場合、ステップ３において入力シャフト２の検出回転角θｉの変化速度ｄ（θｉ）／ｄｔの大きさが設定速度Ａ以上の場合、上記時間積算と入力シャフトの検出回転角θｉの積算とを解除し（ステップ８）、ステアリングホイールＨの中立位置を基準位置θｓとする（ステップ９）。次に、その求めた基準位置θｓからの入力シャフト２の検出回転角θｉの大きさが設定量θｐを超えるか否かを判断する（ステップ１０）。ステップ１０において基準位置θｓからの検出回転角θｉの大きさが設定量θｐを超える時、検出車速Ｖに対応する比例ゲインＫ（Ｖ）を求め（ステップ１１）、その求めた比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト２の検出回転角θｉとから出力シャフト１１の目標回転角θｏ* を演算し（ステップ１２）、その目標回転角θｏ* と出力シャフト１１の検出回転角θｉとの偏差（θｏ* −θｏ）と、伝達関数Ｇとから目標駆動電流ｉ* を演算し（ステップ１３）、その目標駆動電流ｉ* に基づきモータ３９を駆動する（ステップ１４）。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ１５）、終了しない場合はステップ１に戻る。ステップ１０において基準位置θｓからの検出回転角θｉの大きさが設定量θｐ以下である時、舵角が変化しないように出力シャフト１１の目標回転角θｏ* を直前の値と同一として変化しないものとし（ステップ１６）、しかる後にステップ１３に至る。
【００２３】
上記第１実施形態によれば、ステアリングホイールＨと車輪とが機械的に連結された車両において、設定時間ｔａ以上に亘り定常操舵状態である時、その設定時間ｔａ以上に亘る定常操舵状態でのステアリングホイールＨの操作範囲の中央位置が基準位置θｓとされ、その基準位置θｓからの入力シャフト２の検出回転角θｉの大きさが設定量θｐ以下である時、車輪の転舵量が変化しないようにモータ３９が制御される。これにより、一定の舵角を保持した状態で走行している時に、ステアリングホイールＨの操作に遊びを設けることができ、しかも、その遊び量を左操舵時と右操舵時とで相等しくできる。また、設定時間ｔａ以上に亘り定常操舵状態でない時は、ステアリングホイールＨの中立位置を基準位置として、ステアリングホイールＨの操作の遊び量を左操舵時と右操舵時とで相等しくすることができる。図６は、ステアリングホイールＨの中立位置からの操作量に対応する入力シャフト２の検出回転角θｉと、車輪転舵量に対応する舵角θの大きさとの関係を、設定時間ｔａ以上に亘り定常操舵状態でない時を実線で、設定時間ｔａ以上に亘り定常操舵状態である時を破線で示す。すなわち、ステアリングホイールＨの操作に対して舵角が変化しない不感帯の中点位置が、設定時間ｔａ以上に亘り定常操舵状態でない時はステアリングホイールＨの中立位置になり、設定時間ｔａ以上に亘り定常操舵状態である時はステアリングホイールＨの操作範囲の中央位置θａにオフセットされる。また、ステアリングホイールＨの操作力が設定値以下か否かにより、ステアリングホイールＨを舵角零の時に操作しているか否かを判断できる。よって、検出操舵トルクＴｉの大きさが設定値Ｔｏ以下である時は定常操舵状態ではないと判断することで、舵角零でステアリングホイールＨを操作している時は、ステアリングホイールＨの中立位置を基準位置として操作の遊び量を左操舵時と右操舵時とで相等しくすることができる。
【００２４】
図７は、本発明の第２実施形態に係る所謂ステアバイワイヤシステムを採用した車両の操舵装置を示す。この車両の操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１０１と、この操作部材１０１の回転操作により駆動される操舵用モータ（電動アクチュエータ）１０２と、その操舵用モータ１０２の動きを、その操作部材１０１を車輪１０４に機械的に連結することなく、その動きに応じて舵角が変化するように操舵用前方左右車輪１０４に伝達するステアリングギヤ１０３とを備える。その操舵用モータ１０２は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。そのステアリングギヤ１０３は、その操舵用モータ１０２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド１０７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド１０７の動きがタイロッド１０８とナックルアーム１０９を介して車輪１０４に伝達され、その車輪１０４のトー角が変化する。そのステアリングギヤ１０３は公知のものを用いることができ、操舵用モータ１０２の動きを舵角が変化するように車輪１０４に伝達できれば構成は限定されない。なお、操舵用モータ１０２が駆動されていない状態では、車輪１０４がセルフアライニングトルクにより直進操舵位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。その操作部材１０１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１１０に連結されている。その回転シャフト１１０に操作用アクチュエータ１１９の出力シャフトが一体化されている。その操作用アクチュエータ１１９はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。その操作部材１０１を直進操舵位置に復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材１３０が設けられている。
【００２５】
操作部材１０１の操作量の検出用センサとして回転シャフト１１０の回転角を検出する角度センサ１１１と、操作部材１０１の操作力に対応する操作トルクを検出するトルクセンサ１１２と、転舵量の検出用センサとして舵角を検出する舵角センサ１１３と、走行状態を表す変量の検出用センサとして車速を検出する速度センサ１１４および車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１１６が設けられている。その角度センサ１１１、トルクセンサ１１２、舵角センサ１１３、速度センサ１１４、ヨーレートセンサ１１６は、コンピュータにより構成される制御装置１２０に接続される。
【００２６】
その制御装置１２０は、操舵用モータ１０２の動きを車輪１０４に舵角が変化するように伝達する際に、その操舵用モータ１０２を車速とヨーレートに応じて駆動回路１２２を介して閉ループ制御することで、その車速とヨーレートに応じて操作部材１０１の操作量と車輪１０４の転舵量との比を変化させる。
【００２７】
図８は、第２実施形態の制御装置１２０の制御系の構成を示すブロック線図を示す。ここで、γは車両１００のヨーレートの検出値、γ* はヨーレートの目標値、Ｖは車速の検出値、δｈは操作部材１０１の回転角の検出値、δは舵角の検出値、δ* は目標舵角、ｉ* は操舵用モータ１０２の駆動電流の目標値、Ｇ１はδｈに対するγ* の調節部の伝達関数、Ｇ２はγ* とγとの偏差に対するδ* の調節部の伝達関数、Ｇ３はδ* とδとの偏差に対するｉ* の調節部の伝達関数である。
その検出されたδｈ、Ｖ、γから求められるδ* と、検出されたδとの偏差を低減するように操舵用モータ１０２を閉ループ制御する。すなわち、そのδｈに対するγ* の調節部は例えば比例制御要素とされ、比例ゲインは車速Ｖに比例するものとされ、比例定数をＫとして以下の関係が制御装置１２０に記憶される。
γ* ＝Ｇ１・δｈ＝Ｋ・Ｖ・δｈ
そのγ* とγとの偏差に対するδ* の調節部は例えばＰＩ制御要素とされ、Ｋａをゲイン、Ｔａを時定数として、以下の関係が制御装置１２０に記憶される。
δ* ＝Ｇ２・（γ* −γ）＝Ｋａ〔１＋１／（Ｔａ・ｓ）〕（γ* −γ）
そのδ* とδとの偏差に対するｉ* の調節部は例えばＰＩ制御要素とされ、Ｋｂをゲイン、Ｔｂを時定数として、以下の関係が制御装置１２０に記憶される。
ｉ* ＝Ｇ３・（δ* −δ）＝Ｋｂ〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕（δ* −δ）
その比例定数Ｋ、ゲインＫａ、Ｋｂ、時定数Ｔａ、Ｔｂは最適な制御を行えるように適宜調整される。
【００２８】
また、Ｋ１は操作部材１０１の回転角度δｈに対する目標操作トルクＴｈ* のゲインであり、予め定めて記憶されたＴｈ* ＝Ｋ１・δｈの関係と角度センサ１１１により検出された回転角度δｈとから目標操作トルクＴｈ* が演算される。そのゲインＫ１は最適な制御を行えるように調整される。
Ｇ４は、目標操作トルクＴｈ* と操作トルクＴｈとの偏差に対する操作用アクチュエータ１１９の目標駆動電流ｉｈ* の伝達関数である。制御装置１２０は予め定めて記憶したｉｈ* ＝Ｇ４・（Ｔｈ* −Ｔｈ）の関係と、演算した目標操作トルクＴｈ* と、トルクセンサ１１２により検出した操作トルクＴｈとから目標駆動電流ｉｈ* を演算する。その伝達関数Ｇ４は、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫ４、ラプラス演算子をｓ、時定数をτａとして、Ｇ４＝Ｋ４〔１＋１／（τａ・ｓ）〕になる。そのゲインＫ４および時定数τａは最適な制御を行えるように調整される。その目標駆動電流ｉｈ* に応じて操作用アクチュエータ１１９が駆動される。これにより、路面から車輪１０４に作用する操舵抵抗に応じた操作反力を操作用アクチュエータ１１９により発生することができる。
【００２９】
制御装置１２０は、設定時間以上に亘り定常操舵状態であるか否かを判断する。本実施形態では、操作部材１０１の操作力に対応する検出操作トルクＴｈの大きさが予め定めた設定値を超え、且つ、操作量に対応する操作部材１０１の検出回転角δｈの変化が予め定めた設定時間以上に亘り設定値未満である時に、設定時間以上に亘り定常操舵状態であると判断する。そうでなければ定常操舵状態ではないと判断する。その操作力の設定値は、車輪を転舵するのに要する力に対応するように定めればよい。その操作量の変化の設定値は操作部材１０１の遊び量に対応するように定めることができ、例えば数度とされる。その設定時間は一定曲率で湾曲する道路を車両が通過するのに要する時間に対応するように定めることができ、例えば数秒とされる。その検出回転角δｈの変化が設定時間以上に亘り設定値未満か否かの判断のため、本実施形態の制御装置１２０は時系列に検出する回転角δｈの変化速度ｄ（δｈ）／ｄｔを演算し、その変化速度ｄ（δｈ）／ｄｔの大きさが設定時間以上に亘り設定速度未満か否かを判断する。これにより、ドライバーが操舵の意思なく遊びの範囲で操作部材１０１を操作しているか否かを容易に判断できる。
【００３０】
制御装置１２０は、操作部材１０１の基準位置からの検出回転角δｈの変化が予め定めた設定量を超えるか否かを判断する。その操作部材１０１の操作量の変化の設定量は操作の遊び範囲に対応するように定められる。この判断に際して、設定時間以上に亘り定常操舵状態でない時は、操作部材１０１の中立位置が基準位置とされる。その操作部材１０１の中立位置は、操作部材１０１が中立位置にある時に角度センサ１１１の検出値が零になるように初期設定することで求めることができる。その設定時間以上に亘り定常操舵状態である時は、その設定時間以上に亘る定常操舵状態での操作部材１０１の操作範囲の中央位置が基準位置とされる。その設定時間以上に亘る定常操舵状態での操作部材１０１の操作範囲の中央位置は、本実施形態では、その設定時間に亘り一定時間間隔でサンプリングした検出回転角δｈの積算値をサンプリング数で除することにより求める。
【００３１】
制御装置１２０は、その基準位置からの検出回転角δｈの大きさが設定量を超える時、モータ１０２を検出車速Ｖと検出ヨーレートγに応じて操作部材１０１の操作量と車輪の転舵量との比が変化するように制御する。すなわち、上記記憶した伝達関数Ｇ３に基づきモータ１０２の目標駆動電流ｉ* を演算し、その演算された目標駆動電流ｉ* を印加することでモータ１０２を駆動する。また、制御装置１２０は、その基準位置からの検出回転角δｈが設定量以下である時、車輪の転舵量が変化しないようにモータ１０２を制御する。
【００３２】
図９のフローチャートを参照して上記第２実施形態の制御装置１２０による制御手順を説明する。まず、各センサによる検出値を読み込む（ステップ１０１）。次に、操作部材１０１の検出回転角δｈから目標操作トルクＴｈ* をＴｈ* ＝Ｋ１・δｈの関係から演算し、その憶されたＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差から操作用アクチュエータ１１９の目標駆動電流ｉｈ* をｉｈ* ＝Ｇ４・（Ｔｈ* −Ｔｈ）の関係から演算し、その目標駆動電流ｉｈ* に応じて操作用アクチュエータ１１９を駆動する（ステップ１０２）。次に、検出操作トルクＴｈの大きさが設定値Ｔｏを超えるか否かを判断し（ステップ１０３）、設定値Ｔｏを超える場合は操作部材１０１の検出回転角δｈの変化速度ｄ（δｈ）／ｄｔの大きさが設定速度Ａ未満か否かを判断し（ステップ１０４）、設定速度Ａ未満であれば時間の積算を行い（ステップ１０５）、サンプリングした操作部材１０１の検出回転角δｈの積算を行い（ステップ１０６）、積算時間ｔが設定時間ｔａ以上か否かを判断する（ステップ１０７）。ステップ１０７において積算時間ｔが設定時間ｔａ未満であればステップ１０１に戻る。ステップ１０７において積算時間ｔが設定時間ｔａ以上であれば、設定時間以上に亘り定常操舵状態であると判断し、サンプリングした操作部材１０１の検出回転角δｈの積算値Σδｈをサンプリング数ｎで除することで求めた操作部材１０１の操作範囲の中央位置δｓを基準位置とする（ステップ１０８）。ステップ１０３において検出操作トルクＴｈの大きさが設定値Ｔｏ以下の場合、ステップ１０４において操作部材１０１の検出回転角δｈの変化速度ｄ（δｈ）／ｄｔの大きさが設定速度Ａ以上の場合、上記時間積算と入力シャフトの検出回転角δｈの積算とを解除し（ステップ１０９）、操作部材１０１の中立位置を基準位置δｓとする（ステップ１１０）。次に、その求めた基準位置δｓからの操作部材１０１の検出回転角δｈの大きさが設定量δｐを超えるか否かを判断する（ステップ１１１）。ステップ１１１において検出回転角δｈの大きさが設定量δｐを超える時、検出した回転角δｈと車速Ｖに対応する目標ヨーレートγ* を記憶した関係から演算し（ステップ１１２）、その目標ヨーレートγ* と検出したヨーレートγとの偏差に対応する目標舵角δ* を記憶した関係から演算し（ステップ１１３）、その目標舵角δ* と検出した舵角δとの偏差に対応する操舵用モータ１０２の目標駆動電流ｉ* を記憶した関係から演算し（ステップ１１４）、その目標駆動電流ｉ* に応じて操舵用モータ１０２を駆動する（ステップ１１５）。次に、制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップ１１６）、終了しない場合はステップ１０１に戻る。ステップ１１１において基準位置δｓからの操作部材１０１の検出回転角δｈの大きさが設定量δｐ以下である時、舵角が変化しないように目標舵角δ* を直前の値と同一として変化しないものとし（ステップ１１７）、しかる後にステップ１１４に至る。
【００３３】
上記第２実施形態によれば、操作部材１０１と車輪とが機械的に連結されていない車両において、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記各実施形態では操作部材の操作力を検出するセンサを備え、その検出操作力が設定値以下である時は定常操舵状態ではないと判断されるが、そのような操作力の検出センサを設けず、検出操作量の変化が設定時間以上に亘り設定値未満であれば、設定時間以上に亘り定常操舵状態であると判断するようにしてもよい。第１実施形態において車両の走行状態を表す変量としてステアリングホイールＨの操作量を用い、モータ３９を車速に代えて、あるいは車速と共に、舵角センサ４２により検出されるステアリングホイールＨの操作量に応じて制御するようにしてもよい。その操作量が大きい場合は小さい場合よりも入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を大きくすることで車両の旋回性を向上できる。また、第１実施形態における入力シャフト２に遊星ギヤ機構３０のリングギヤ３２あるいはキャリア３４を連結し、出力シャフト１１に連結される遊星ギヤ機構３０の構成要素を入力シャフト２に連結されていないサンギヤ３１あるいはリングギヤ３２とし、モータ３９により駆動される遊星ギヤ機構３０の構成要素を入出力シャフト２、１１に連結されていないサンギヤ３１あるいはキャリア３４としてもよい。すなわち、サンギヤ３１、リングギヤ３２、キャリア３４の各遊星ギヤ要素の中の何れかを入力シャフト２に連結し、各遊星ギヤ要素の中で入力シャフト２に連結されていない何れかを出力シャフト１１に連結し、各遊星ギヤ要素の中で入出力シャフトに連結されていないものをモータ３９により回転駆動してもよい。さらに、遊星ギヤ機構３０以外の回転伝達機構、例えば遊星コーン式回転伝達機構を用いてもよい。また、各実施形態において電動アクチュエータを車両の走行状態を表す変量に応じて制御する際に、その変量に応じて操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変化させることができるならば、制御系の構成は特に限定されない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比を変更可能な車両において一定舵角を保持して走行する時に、操作部材の操作のための一定の遊び範囲を左右何れの方向にも設け、操舵時にドライバーに違和感を与えることのない車両の操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の操舵装置の縦断面図
【図２】本発明の第１実施形態の操舵装置の制御構成の説明図
【図３】本発明の第１実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図４】本発明の第１実施形態の操舵装置の制御系における比例ゲインＫ（Ｖ）と車速Ｖとの関係一例を示す図
【図５】本発明の第１実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の第１実施形態の操舵装置における入力シャフトの検出回転角と舵角の大きさとの関係一例を示す図
【図７】本発明の第２実施形態の操舵装置の構成説明図
【図８】本発明の第２実施形態の操舵装置における制御系のブロック線図
【図９】本発明の第２実施形態の操舵装置における制御手順を示すフローチャート
【図１０】従来の操舵装置の問題点の説明図
【符号の説明】
２  入力シャフト
１１  出力シャフト
３０  遊星ギヤ機構
３７  ウォームホイール
３８  ウォーム
３９  モータ
４０  制御装置
４１  車速センサ
４２  舵角センサ
４３  回転角センサ
４４  トルクセンサ
１０１  操作部材
１０２  操舵用モータ
１０３  ステアリングギヤ
１０４  車輪
１１１  角度センサ
１１２  トルクセンサ
１１３  舵角センサ
１１４  速度センサ
１１６  ヨーレートセンサ
１２０  制御装置
Ｈ  ステアリングホイール
【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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