(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルの操作に対して、その操作に応じた反力トルクを付与する操舵反力制御装置において、
上記操舵ハンドルの操作に対して機械的反力トルクを付与する機械的反力トルク付与手段と、
電動アクチュエータを作動させて上記操舵ハンドルの操作に対して所定のトルクを付与する電気的トルク付与手段と、
車両の状態に応じて上記操舵ハンドルの操作に対して発生させる目標反力トルクを算出する目標反力トルク算出手段と、
上記算出された目標反力トルクに対して上記機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクの過不足分を補うように上記電気的トルク付与手段の電動アクチュエータの出力を制御する電動アクチュエータ制御手段と、
上記機械的反力トルク付与手段により発生する機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路に設けられ、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達可能な状態と伝達不能な状態とに切り替える反力伝達遮断切替手段と、
上記算出された目標反力トルクが所定値以下の場合には、上記反力伝達遮断切替手段により、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達不能な状態にする切替制御手段と
を備えたことを特徴とする操舵反力制御装置。
【請求項２】
上記切替制御手段は、上記目標反力トルクが上記機械的反力トルク付与手段で発生する機械的反力トルクの略半分以下の場合に、上記機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路を遮断することを特徴とする請求項１記載の操舵反力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを発生させる操舵反力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置においては、操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与する操舵反力制御装置を備える。この操舵反力制御装置は、操舵ハンドルを中立位置、即ち、転舵輪の転舵角が零となる操舵操作位置に戻すように作用するとともに、中立位置からの操舵操作量の増加にしたがって増加する操舵反力を発生するように構成され、操舵ハンドルと転舵輪とが機械的に連結してあるような操舵フィーリングを与える。
この操舵反力制御装置には、バネ等の弾性復元力を利用して機械的な反力トルクを発生させる方式のもの、電動モータ等の電動アクチュエータを作動させて電気的に反力トルクを発生させる方式のもの、更には、その両方を組み合わせた方式のものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１のものでは、バネの弾性復元力により操舵ハンドルに対して反力トルクを機械的に発生させる機械的反力発生装置と、電動モータにより反力トルクを発生させる電気的反力発生装置とを備える。機械的反力発生装置においては、その発生トルクが操舵ハンドルの操舵角に線形に依存する。このため、電気的反力発生装置により、機械的反力発生装置により発生する反力トルクを補償することにより所望の反力トルクを得るようにしている。
また、特許文献２のものでは、ステアリングシャフトに反力トルクを発生させる電動モータと、弾性力によりステアリングシャフトに反力トルクを発生させるバネと、バネの機能を規制するストッパとを備え、通常においては、電動モータのみにより反力トルクを発生させ、モータ異常が検出されたときに、ストッパを外してバネの弾性による反力トルクをステアリングシャフトに付与するようにしている。
また、特許文献３のものでは、機械的な反力発生装置により、所定の操舵トルクよりも大きな反力トルクを発生させ、この機械的な反力トルクを減じる方向に電動モータを駆動して所望の反力トルクを得るようにしている。
【特許文献１】特開平１０−７１９５７号
【特許文献２】特開２００５−４７３３８号
【特許文献３】特開２００１−５８５７５号
【０００４】
バネ等による機械的な反力トルク発生装置においては、その反力特性（操舵角に対して発生する反力トルク）が固定であり、車速や路面状態（路面摩擦係数等）に応じて反力特性を可変することができない。そこで、特許文献１あるいは特許文献３では、機械的な反力トルクを電動モータにより発生するトルクで補償することで、車両の状態に応じた反力トルクを操舵ハンドルに付与することができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【０００５】
しかしながら、従来の装置においては、電動モータの消費電力が大きくなってしまうという問題があった。
一般に、操舵ハンドルに付与する目標反力トルクは、車速、路面反力、操舵角といった車両状態データに基づいて演算される。そして、バネ（機械的反力発生装置）と電動モータ（電気的反力発生装置）とにより反力トルクを発生させる構成の場合、バネによる反力トルクと電動モータの駆動トルクとの合計が目標反力トルクとなるように電動モータを制御することが考えられる。
【０００６】
例えば、車両の状態から、図３（ａ）に示すような目標反力特性（操舵角θに対する目標反力トルク特性）が導かれた場合、バネによる反力トルクだけでは目標反力トルクに対して不足するため、その不足分を電動モータの駆動トルクにより補償する。尚、図３中、（ｂ）はバネの反力トルク特性、（ｃ）はこの場合に電動モータにより補償するトルクを表す。
また、車両の状態から、図４（ａ）に示すような目標反力特性が導かれた場合には、バネによる反力トルクが目標反力トルクよりもやや大きくなるため、その超過分だけバネ反力トルクを減らす方向に電動モータを駆動する。
【０００７】
ところが、車両状態によっては目標反力特性がかなり小さな値に設定される場合がある。例えば、低μ路（摩擦係数の低い路面）を走行中においては、図６（ａ）に示すような目標反力特性が設定される。こうしたケースにおいては、図６（ｃ）に示すように、バネ反力トルクを減少させるための電動モータの補償成分が大きくなり、結果としてその消費電力も増大してしまう。また、電動モータの発熱という問題も生じる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、電動モータ等の電動アクチュエータの補償成分を小さくして消費電力を低減することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルの操作に対して、その操作に応じた反力トルクを付与する操舵反力制御装置において、上記操舵ハンドルの操作に対して機械的反力トルクを付与する機械的反力トルク付与手段と、電動アクチュエータを作動させて上記操舵ハンドルの操作に対して所定のトルクを付与する電気的トルク付与手段と、車両の状態に応じて上記操舵ハンドルの操作に対して発生させる目標反力トルクを算出する目標反力トルク算出手段と、上記算出された目標反力トルクに対して上記機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクの過不足分を補うように上記電気的トルク付与手段の電動アクチュエータの出力を制御する電動アクチュエータ制御手段と、上記機械的反力トルク付与手段により発生する機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路に設けられ、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達可能な状態と伝達不能な状態とに切り替える反力伝達遮断切替手段と、上記算出された目標反力トルクが所定値以下の場合には、上記反力伝達遮断切替手段により、上記機械的反力トルクを上記操舵ハンドルに伝達不能な状態にする切替制御手段とを備えたことにある。
【００１０】
上記のように構成した本発明によれば、機械的反力トルク付与手段と電気的トルク付与手段とを備え、目標反力トルク算出手段により算出された目標反力トルクに対して機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクの過不足分を補うように電動アクチュエータ制御手段が電気的トルク付与手段の電動アクチュエータの出力を制御する。この目標反力トルクは、車両の状態に応じて算出される。例えば、車速、操舵角、路面から転舵機構に入力される反力の少なくとも１つの車両状態データを取得して算出される。
【００１１】
そして、目標反力トルク算出手段により算出された目標反力トルクが所定値以下の場合には、切替制御手段が反力伝達遮断切替手段を作動させて、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を遮断する。つまり、目標反力トルクが所定値以下の場合には、機械的反力トルクを操舵ハンドルに付与させずに電気的トルク付与手段のみを働かせて目標反力トルクと同等の反力トルクを付与する。
【００１２】
目標反力トルクが機械的反力トルク付与手段の付与する機械的反力トルクよりも小さい場合には、その反力トルクを減らす方向に電動アクチュエータを作動させる必要がある。この場合、機械的反力トルクに対して目標反力がかなり小さいケースにおいては、大きな電動アクチュエータの出力が必要となる。
そこで、本発明においては、こうしたケースにおいては、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を遮断して電動アクチュエータのみにより操舵ハンドルに反力を付与するようにすることで電動アクチュエータの出力を抑えることができる。
この結果、電動アクチュエータの消費電力を低減することができる。また、電動アクチュエータの発熱も抑えることができる。
【００１３】
また、本発明の他の特徴は、上記切替制御手段は、上記目標反力トルクが上記機械的反力トルク付与手段で発生する機械的反力トルクの略半分以下の場合に、上記機械的反力トルクの上記操舵ハンドルへの伝達経路を遮断することにある。
【００１４】
これによれば、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を適切に遮断することができる。つまり、目標反力トルクが機械的反力トルクの半分よりも小さい場合には、電動アクチュエータを機械的反力トルクを減らす方向に作動させるよりも、機械的反力トルクを遮断した状態で電動アクチュエータのみにより反力トルクを付与したほうが電動アクチュエータの消費電力が少なくてすむ。
そこで、本発明では、目標反力トルクが機械的反力トルクの略半分以下の場合に、機械的反力トルクの操舵ハンドルへの伝達経路を遮断することにより、少ない電力で所望の反力トルクを操舵ハンドルに付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る操舵反力制御装置について図面を用いて説明する。図１は、操舵反力制御装置を備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置のシステム構成を概略的に示している。
【００１６】
この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端には操舵反力付与装置２０が接続される。
操舵反力付与装置２０は、後述するように、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作状態に応じて所定の反力を付与するもので、電気的トルク付与部２１と、クラッチ部２２と、機械的反力トルク付与部２３とから構成される。
【００１７】
電気的トルク付与部２１は、減速機構を内蔵した電動モータからなり、電動モータの駆動により操舵入力軸に対して所定の回転トルクを付与する。以下、この電気的トルク付与部２１を反力用モータ２１と呼ぶ。
クラッチ部２２は、操舵入力軸１２と機械的反力トルク付与部２３との連結状態（連結／非連結）を切り替える電磁クラッチであり、内部に設けられた電磁コイルへの通電により操舵入力軸１２と機械的反力トルク付与部２３との連結状態を切り替えることにより、機械的反力トルク付与部２３で発生する反力トルクを操舵入力軸１２側に伝達する伝達状態と伝達しない遮断状態とに切り替える。
【００１８】
機械的反力トルク付与部２３は、クラッチ部２２が連結状態にあるときに、操舵ハンドル１１の回動操作に対して機械的な反力トルクを付与するもので、ケーシング２３ａ内で回転可能に設けられクラッチ部２２の二次側軸（操舵入力軸と連結／非連結される軸）と連結されるネジ軸２３ｂと、ネジ軸２３ｂと噛み合いネジ軸２３ｂの回転により軸線方向に進退動するナット２３ｃと、ナット２３ｃの周囲に固着される鍔状のバネ押し片２３ｄと、ケーシング２３ａの上面および下面に設けられるバネ受け２３ｅ，２３ｆと、バネ受け２３ｅとバネ押し片２３ｄとの間に設けられる上コイルバネ２３ｇ１と、バネ受け２３ｆとバネ押し片２３ｄとの間に設けられる下コイルバネ２３ｇ２とを備える。以下、上コイルバネ２３ｇ１，下コイルバネ２３ｇ２を区別しない場合には、それらを単にバネ２３ｇと呼ぶ。
【００１９】
この機械的反力トルク付与部２３では、クラッチ部２２が連結状態にあるときには、操舵ハンドル１１の回動操作トルクがネジ軸２３ｂに伝達されて、ネジ軸２３ｂが回転しナット２３ｃが上方または下方に移動する。例えば、操舵ハンドル１１を中立位置から左操舵方向に回転操作したときには、ナット２３ｃが上方に移動して上コイルバネ２３ｇ１を圧縮し、その圧縮による弾性復元力で操舵ハンドル１１には中立位置に戻ろうとする反力トルクが付与される。逆に、操舵ハンドル１１を中立位置から右操舵方向に回転操作したときには、ナット２３ｃが下方に移動して下コイルバネ２３ｇ２を圧縮し、その圧縮による弾性復元力で操舵ハンドル１１には中立位置に戻ろうとする反力トルクが付与される。この反力トルクは、図３（ｂ）に示すように、中立位置からの角度である操舵角θに応じて決まり、操舵角θの絶対値が大きいほどバネ２３ｇが強く圧縮されて大きな値となる。
【００２０】
こうした機械的反力トルク付与部２３から操舵ハンドル１１に付与される反力トルクは、クラッチ部２２が連結状態にあるときにのみ作用し、クラッチ部２２が非連結状態にあるときには、操舵入力軸１２の回転がネジ軸２３ｂに伝達されないため作用しない。
【００２１】
一方、操舵装置は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するためのアクチュエータとして減速機構を内蔵した電動モータ２４を備える。以下、この電動モータ２４を転舵用モータ２４と呼ぶ。
転舵用モータ２４の出力は、転舵出力軸２５、ピニオンギア２６およびラックバー２７を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に伝達される。従って、転舵用モータ２４が回転すると、その回転力は転舵出力軸２５を介してピニオンギア２６に伝達され、ピニオンギア２６の回転によりラックバー２７が軸線方向に変位して、このラックバー２７の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は左右に転舵される。
【００２２】
次に、操舵反力付与装置２０および転舵用モータ２４の作動を制御する電子制御ユニット４０について説明する。電子制御ユニット４０は、操舵角センサ３１、操舵トルクセンサ３２、転舵角センサ３３、転舵トルクセンサ３４および車速センサ３５を接続している。
【００２３】
操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出して、操作入力値としての操舵角θを出力する。操舵トルクセンサ３２も、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１に入力されたトルクを検出して操舵トルクＴ１として出力する。
転舵角センサ３３は、転舵出力軸２５に組み付けられて、転舵出力軸２５の中立位置からの回転角を検出して実転舵角δ（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角に対応）として出力する。転舵トルクセンサ３４も、転舵出力軸２５に組み付けられて、転舵出力軸２５に作用するトルクを検出して転舵トルクＴ２として出力する。この転舵トルクセンサ３４は、路面反力、つまり、セルフアライニングトルクなど路面からラックバー２７に入力される力を検出するものである。従って、この転舵トルクセンサ３４に代えて、ラックバー２７に働く軸荷重を検出する荷重センサを設けてもよい。
車速センサ３５は、車両の車速を検出して車速Ｖとして出力する。
ここで、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれ表す。
【００２４】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、図２に示す反力制御プログラムを含む各種プログラムの実行により操舵反力付与装置２０および転舵用モータ２４の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット４０の出力側には、操舵反力付与装置２０の反力用モータ２１を駆動する駆動回路４１、クラッチ部２２を駆動する駆動回路４２、転舵用モータ２４を駆動する駆動回路４３がそれぞれ接続されている。駆動回路４１内には、反力用モータ２１に流れる駆動電流を検出する電流検出器４１ａが、駆動回路４３内には、転舵用モータ２４に流れる駆動電流を検出する電流検出器４３ａが設けられている。
電流検出器４１ａ，４３ａによって検出された駆動電流は、両モータ２１，２４の駆動を制御するために、電子制御ユニット４０にフィードバックされている。
【００２５】
次に、電子制御ユニット４０が実行する反力制御ルーチンについて説明する。図２は、反力制御ルーチンを表し、電子制御ユニット４０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。この反力制御ルーチンは、運転者によって図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。
【００２６】
本制御ルーチンが起動すると、まず、ステップＳ１０にて、操舵角センサ３１によって検出された操舵角θ、車速センサ３５によって検出された車速Ｖ、操舵トルクセンサ３２によって検出された操舵トルクＴ１、転舵トルクセンサ３４によって検出された転舵トルクＴ２を入力する。
続いて、ステップＳ１１において、この入力した操舵角θ、車速Ｖ、転舵トルクＴ２に基づいて目標反力トルクの値Ｔ＊（以下、目標反力トルクＴ＊と呼ぶ）を算出する。本実施形態においては、図７に示すような操舵角θに対する目標反力トルクＴ＊を関係付けた目標反力特性マップＭＰを、車速Ｖおよび転舵トルクＴ２の組み合わせに応じた数だけ電子制御ユニット４０の記憶回路内にデータとして記憶している。そして、車両状態を表す車速Ｖおよび転舵トルクＴ２に基づいて、最適な目標反力特性マップＭＰが抽出される。この目標反力特性は、車速Ｖおよび路面反力に比例させて、あるいは指数的に比例させて目標反力トルクＴ＊が大きくなるように設定される。
従って、この目標反力特性マップＭＰから、現在の操舵角θに対する目標反力トルクＴ＊が求められる。
尚、目標反力トルクＴ＊の算出は、こうしたマップＭＰから求める構成に限るものではなく、例えば、関数ｆ（θ，Ｖ，Ｔ２）等から演算により求めるようにしても良い。
【００２７】
続いて、ステップＳ１２において、現在の操舵角θにおける目標反力トルクＴ＊が、その操舵角θにおける機械的反力トルク付与部２３で発生する機械的反力トルクの値Ｔｓｐｒ（以下、バネ反力トルクＴｓｐｒと呼ぶ）の半分の値に所定値ｋを加えた値（Ｔｓｐｒ／２＋ｋ）より大きいか否かを判断する。
バネ反力トルクＴｓｐｒは、図３（ｂ）のバネ反力特性に示すように、操舵角θに応じて決定される。電子制御ユニット４０は、このバネ反力特性をＲＯＭ内に記憶しており、操舵角θからバネ反力トルクＴｓｐｒを算出する。
所定値ｋは、バネ２３ｇの経時的な塑性変形を考慮して予め設定記憶されており、バネ反力トルクＴｓｐｒに対して小さな値である。
【００２８】
ステップＳ１２において、「ＹＥＳ」と判断された場合、つまり、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの半分の値に所定値ｋを加算した値より大きい（Ｔ＊＞Ｔｓｐｒ／２＋ｋ）と判断された場合には、次に、ステップＳ１３にてフラグＦの設定状況を確認し、Ｆ＝０か否かを判断する。このフラグＦは、クラッチ部２２の連結／非連結状態を表すもので、Ｆ＝０であれば連結状態、Ｆ＝１であれば非連結状態にあることを表す。また、このフラグＦは、本制御ルーチンの起動時にはＦ＝０に設定される。
【００２９】
ステップＳ１３のフラグＦの確認において、Ｆ＝０と判断された場合には、次のステップＳ１５の処理に移行してクラッチ部２２を連結状態にする。この場合、すでにフラグＦがＦ＝０に設定されていたため、クラッチ部２２の連結状態が継続されることになる。
一方、ステップＳ１３のフラグＦの確認において、Ｆ＝１と判断された場合には、ステップＳ１４にてフラグＦをＦ＝０に設定してステップＳ１５の処理に移行してクラッチ部２２を非連結状態から連結状態に切り替える。この場合、電子制御ユニット４０は、駆動回路４２に切替制御信号を出力してクラッチ部２２を連結状態にする。
従って、機械的反力トルク付与部２３で発生するバネ反力トルクが操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に伝達される状態となる。
【００３０】
続いて、ステップＳ１６に処理を進めて、反力用モータ２１の出力トルクを算出する。このステップＳ１６では、反力用モータ２１の出力トルクを目標反力トルクＴ＊からバネ反力トルクＴｓｐｒを差し引いた値に設定する。
つまり、クラッチ部２２が連結状態にあるために、目標反力トルクＴ＊とバネ反力トルクＴｓｐｒとの差分を反力用モータ２１の目標出力トルクとする。
【００３１】
例えば、車両状態に応じて図３（ａ）に示すような目標反力特性マップが抽出されている場合には、機械的反力トルク付与部２３で発生するバネ反力トルクだけでは反力トルクが不足するため、その不足分を補償するように反力用モータ２１の出力トルクが演算される（図３（ｂ），（ｃ）参照）。
また、図４に示すように、目標反力特性がバネ反力特性よりも小さい場合には、機械的反力トルク付与部２３で発生するバネ反力トルクを減らす方向に、その差分に応じて反力用モータ２１の出力トルクが演算される。
【００３２】
続いて、ステップＳ１７に処理を進めて、演算された出力トルク（目標モータトルク）に応じた制御指令を駆動回路４１に出力する。駆動回路４１は、図示しないスイッチング素子によりインバータ回路を構成し、電子制御ユニット４０からの制御指令値に応じて、ＰＷＭ制御によりスイッチング素子のデューティ比を制御して反力用モータ２１に印加する電圧を調整する。電子制御ユニット４０は、駆動回路４１から反力用モータ２１に流れる電流値を電流検出器４１ａから入力するとともに、操舵トルクセンサ３２から操舵トルクＴ１を入力し、反力用モータ２１に目標モータトルクに対応した駆動電流が流れるようにフィードバック制御する。この反力用モータ２１の駆動制御により、操舵反力付与装置２０は、操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に対し、目標反力トルクＴ＊に対応した反力を付与する。
【００３３】
一方、ステップＳ１２における判断が「ＮＯ」、つまり、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの半分の値に所定値ｋを加算した値以下である（Ｔ＊≦Ｔｓｐｒ／２＋ｋ）と判断された場合には、ステップＳ２３にて、今度は、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの半分の値から所定値ｋを減算した値（Ｔｓｐｒ／２−ｋ）未満であるか否かを判断する。
【００３４】
例えば、低μ路を走行している場合には、図５に示すように、バネ反力特性よりもかなり小さく設定された目標反力特性マップＭＰが選択される。こうしたケースにおいては、Ｔ＊＜Ｔｓｐｒ／２−ｋとなり、ステップＳ２３の判断が「ＹＥＳ」となる。この場合には、ステップＳ１８に処理を進める。ステップＳ１８においては、フラグＦの状態を確認し、Ｆ＝１であれば、ステップＳ２１の処理に移行してクラッチ部２２の非連結状態を継続する。
【００３５】
一方、ステップＳ１８において、Ｆ＝０と判断された場合には、ステップＳ１９にてフラグＦをＦ＝１に設定してステップＳ２１の処理に移行してクラッチ部２２を連結状態から非連結状態に切り替える。この場合、電子制御ユニット４０は、駆動回路４２に切替制御信号を出力してクラッチ部２２を非連結状態にする。
従って、機械的反力トルク付与部２３で発生するバネ反力トルクが操舵ハンドル１１に伝達されない状態となる。
【００３６】
また、ステップＳ２３における判断が「ＮＯ」、つまり、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの半分の値から所定値ｋを減算した値以上であると判断した場合（Ｔ＊≧Ｔｓｐｒ／２−ｋ）には、次に、ステップＳ２０にてフラグＦの設定状態を確認し、フラグＦがＦ＝１であればステップＳ２１に処理を進めてクラッチ部２２の非連結状態を継続し、フラグＦがＦ＝０であればステップＳ１５に処理を進めてクラッチ部２２の連結状態を継続する。
【００３７】
つまり、ステップＳ２３において「ＮＯ」と判断された場合には、クラッチ部２２の作動切り替えを行わないようにしている。従って、（Ｔｓｐｒ／２−ｋ）≦Ｔ＊≦（Ｔｓｐｒ／２＋ｋ）となる領域が、クラッチ部２２の切り替え動作を行わない不感帯となる。
【００３８】
ステップＳ２１によりクラッチ部２２が非連結状態に設定されると、ステップＳ２２に処理を進めて、反力用モータ２１の出力トルクを算出する。このステップＳ２２では、反力用モータ２１の出力トルクを目標反力トルクＴ＊と同じ値に設定する。
つまり、クラッチ部２２が非連結状態にあることから、機械的反力トルク付与部２３で発生するバネ反力トルクが操舵ハンドル１１に伝達されないため、反力用モータ２１の出力トルクを目標反力トルクＴ＊と同一の値に設定するのである。
【００３９】
続いてステップＳ１７に移行して、算出された出力トルク（目標モータトルク）に応じた制御指令を駆動回路４１に出力する。このステップＳ１７では、上述したように反力用モータ２１が駆動制御され、操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に対して目標反力トルクＴ＊が付与される。
こうした反力制御ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行され、車両状態に応じた目標反力特性とバネ反力特性とに基づいて、クラッチ部２２の連結切替と反力用モータ２１の出力制御が行われる。
【００４０】
ここで、クラッチ部２２の連結切替によって反力用モータ２１の消費電力を低減する原理について説明する。
上述したように、ステップＳ２３における判断が「ＹＥＳ」、つまり、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの半分の値から所定値ｋを減算した値未満であると判定された場合（Ｔ＊＜Ｔｓｐｒ／２−ｋ）には、クラッチ部２２を非連結状態にして（Ｓ２１）、反力用モータ２１のみの反力トルクを操舵ハンドル１１に付与している（Ｓ２２）。
このステップＳ２３の判断は、所定値ｋがバネ反力トルクに対して極めて小さな値に設定されていることから、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの略半分より小さいか否かを判断しているものである。
【００４１】
低μ路を走行している場合には、図５（ａ）に示すように、バネ反力特性よりもかなり小さく設定された目標反力特性マップが選択されることがある。こうした場合、目標反力トルクＴ＊は、バネ反力トルクＴｓｐｒの１／２よりも小さい値に設定されることになる。このとき、本実施形態においては、クラッチ部２２を非連結状態にするため、反力用モータ２１で必要となる出力トルクは、図５（ｃ）に示すように、目標反力トルクＴ＊と同一値となり小さな出力ですむ。
【００４２】
一方、クラッチ部２２を備えない場合においては、図６に示すように、機械的反力トルク付与部２３で発生するバネ反力トルクＴｓｐｒを減らす方向に反力用モータ２１を駆動する必要あり、目標反力トルクＴ＊が小さいほど大きなモータ補償トルクを要する。
つまり、図６（ｃ）におけるモータ補償トルクと、図５（ｃ）におけるモータ出力トルクとを比較して分かるように、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの１／２未満である場合には、機械的反力トルク付与部２３で発生するバネ反力トルクの操舵ハンドル１１への伝達経路を遮断したほうが、反力用モータ２１の出力は小さくてすむことがわかる。
【００４３】
そこで、本実施形態においては、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの略半分より小さいか否かを判断し、その判断結果に基づいてクラッチ部２２の連結状態を切り替え制御するようにしている。
この結果、反力用モータ２１の電力消費量を低減することができる。従って、車載バッテリ（図示略）の電気負荷を軽くして電源供給システムの安定化を図ることができる。また、反力用モータ２１の発熱を抑制することもできる。
【００４４】
一般に、車載バッテリには操舵装置だけでなく、多くの電気制御システムが接続される。こうした電源供給システムでは、各電気制御システムがそれぞれ必要な電力を車載バッテリから随時取り出しているが、各電気制御システムの作動が重なったりした場合には、瞬時的に大きな電流が車載バッテリから引き出されてバッテリ電圧が低下し、電気制御システムの動作が不安定になるおそれがある。
こうした問題に対して、本実施形態では、反力用モータ２１の電力消費量を低減することで、車載バッテリの負荷を軽くして、そうした不具合を防止する。
【００４５】
次に、電子制御ユニット４０により実行される転舵制御について説明する。
電子制御ユニット４０は、操舵ハンドル１１の回動操作に応じた操舵角θを操舵角センサ３１から入力し、この入力した操舵角θに対応した転舵角δを計算する。そして、この転舵角δに一致するように左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御する。つまり、電子制御ユニット４０は、駆動回路４３から転舵用モータ２４に流れる駆動電流値を電流検出器４３ａにより検出して入力するとともに、転舵角センサ３３によって検出された実転舵角を入力する。そして、電子制御ユニット４０は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵角δに転舵されるように転舵用モータ２４に適切な駆動電流が流れるように駆動回路４３をフィードバック制御する。
この電子制御ユニット４０による駆動制御により、転舵用モータ２４の回転は、転舵出力軸２５を介してピニオンギア２６に伝達され、ピニオンギア２６によりラックバー２７を軸線方向に変位させる。そして、このラックバー２７の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は操舵角θに対応した転舵角δに転舵される。
【００４６】
以上説明した本実施形態の転舵装置によれば、反力用モータ２１とクラッチ部２２と機械的反力トルク付与部２３とからなる操舵反力付与装置２０、および、この操舵反力付与装置２０を制御する電子制御ユニット４０を備え、車両状態に応じて設定される目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの略半分（Ｔｓｐｒ−ｋ）より小さい場合には、クラッチ部２２を非連結状態に切り替え制御して、反力用モータ２１のみにて反力トルクを操舵ハンドル１１に付与するようにしたため、反力用モータ２１の電力消費量を抑えることができる。この結果、車載バッテリの電圧降下を防止して、各種の電気制御システムの作動の安定化を図ることができる。また、反力用モータ２１の発熱を抑制することもできる。
【００４７】
また、バネ反力トルクに所定値ｋを加味して目標反力トルクとの比較をしているため、バネの経時的な塑性変形にも対処することができる。さらに、（Ｔｓｐｒ／２−ｋ）≦Ｔ＊≦（Ｔｓｐｒ／２＋ｋ）となる領域が、クラッチ部２２の切り替え動作を行わない不感帯となるため、目標反力トルクＴ＊がバネ反力トルクＴｓｐｒの１／２となる値を境にして増減変化した場合であっても、必要以上にクラッチ部が切り替わってしまうことがなく、クラッチ部２２の安定した適正な動作を維持することができる。
【００４８】
また、機械的反力トルク付与部２３によるバネ復元力を利用して操舵ハンドル１１に反力トルクを付与するようにしているため、極低速操舵時や中立位置付近の微小な操舵時においても良好な操舵フィーリングを得ることができる。つまり、電動モータのみで反力トルクを付与する構成の場合、極低速操舵時や中立位置付近の微小な操舵時に良好な操舵フィーリングを作り出そうとすると、高精度なセンサや制御処理が必要となり、実質的に難しいものであったが、本実施形態では、機械的反力トルク付与部２３と反力用モータ２１とを組み合わせることで、操舵フィーリングを改善することができる。
【００４９】
以上、本実施形態の車両の操舵装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態では、バネの経時的な塑性変形を考慮して所定値ｋをバネ反力トルクに加味しているが、所定値ｋを用いない構成であってもよい。
また、機械的反力トルク付与部２３の構成においても、コイルバネに限らず種々の構成を採用することができる。
更に、目標反力特性にヒステリシスを設けて、操舵角だけでなく操舵方向に応じて目標反力トルクを設定した目標反力特性を用いる構成であってもよい。
【００５０】
尚、本実施形態においては、車両の操舵装置について説明したが、そのうちの操舵反力付与装置２０、操舵角センサ３１、操舵トルクセンサ３２、転舵トルクセンサ３４、車速センサ３５、電子制御ユニット４０、駆動回路４１，４２が操舵反力制御装置を構成している。
【００５１】
尚、本実施形態における機械的反力トルク付与部２３が本発明の機械的反力トルク付与手段に相当し、本実施形態における電気的トルク付与部２１（反力用モータ）が本発明の電気的トルク付与手段に相当し、本実施形態の反力制御ルーチンにおけるステップＳ１０，Ｓ１１の処理（電子制御ユニット４０の処理）が本発明の目標反力トルク算出手段に相当し、本実施形態の反力制御ルーチンにおけるステップＳ１６，Ｓ１７，Ｓ２２の処理（電子制御ユニット４０の処理）が本発明の電動アクチュエータ制御手段に相当し、本実施形態のクラッチ部２２が本発明の反力伝達遮断切替手段に相当し、本実施形態の反力制御ルーチンにおけるステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５，Ｓ２３，Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２１の処理（電子制御ユニット４０の処理）が本発明の切替制御手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】操舵反力制御装置を備えた車両の操舵装置の概略構成図である。
【図２】反力制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図３】目標反力特性、バネ反力特性、モータ補償トルク（クラッチ部連結時）を表す説明図である。
【図４】目標反力特性、バネ反力特性、モータ補償トルク（クラッチ部連結時）を表す説明図である。
【図５】目標反力特性、バネ反力特性、モータ出力トルク（クラッチ部非連結時）を表す説明図である。
【図６】目標反力特性、バネ反力特性、モータ補償トルク（クラッチ部を備えない場合）を表す説明図である。
【図７】目標反力トルクを算出するためのマップを表す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、２０…操舵反力付与装置、２１…電気的トルク付与部（反力用モータ）、２２…クラッチ部、２３…機械的反力トルク付与部、２３ｂ…ねじ軸、２３ｃ…ナット、２３ｄ…バネ押し片、２３ｇ１，２３ｇ２…コイルバネ、３１…操舵角センサ、３２…操舵トルクセンサ、３３…転舵角センサ、３４…転舵トルクセンサ、３５…車速センサ、４０…電子制御ユニット、４１，４２，４３…駆動回路。
【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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