(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルと転舵輪とを連結する操舵力伝達機構に設けられる伝達比可変機構と、
伝達比可変機構の作動を制御する制御部と、を備え、
伝達比可変機構は、モータの駆動により入力回転角にアクチュエータ角を付加して出力回転角を出力し、入力回転角と出力回転角との間の伝達比を変化させるアクチュエータを有し、
制御部は、補償器を有し、目標アクチュエータ角と検出アクチュエータ角との制御偏差に応じてモータの駆動を制御し、
補償器は、制御偏差の入力に応じてモータの発生トルク目標値を出力し、
補償器の周波数特性は、周波数が下がるにしたがってゲインが上がるゲイン上昇領域と、ゲイン上昇領域よりも低い周波数帯域中の、ゲイン一定のゲイン一定領域とを有し、
ゲイン一定領域は、操舵周波数帯域の少なくとも一部を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
ゲイン一定領域は、操舵周波数帯域のすべてを含んでいることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用操舵装置において、
操舵周波数帯域の上限は、５Ｈｚ以下であることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の車両用操舵装置において、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵ハンドルの操舵角に対する相対回転角である、モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、を備え、
制御部は、
車両の走行状態と操舵角の検出値とに応じて目標アクチュエータ角を設定する設定手段と、
モータの回転角の検出値から検出アクチュエータ角を算出する検出アクチュエータ角算出手段と、を有することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用操舵装置において、
設定手段は、車両の走行状態を表す車速の検出値により設定される角度設定用係数と、操舵角の検出値とに応じて目標アクチュエータ角を設定することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１に記載の車両用操舵装置において、
アクチュエータは、
モータと、
モータの回転角速度に応じて変速比が変化する歯車変速装置と、を有することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１に記載の車両用操舵装置において、
制御部は、補償器の周波数特性においてゲイン一定領域の周波数帯域を車速に応じて変化させることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用操舵装置において、
制御部は、車速が高い場合のゲイン一定領域のゲインを、車速が低い場合のゲイン一定領域のゲインよりも高くすることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵ハンドルと転舵輪とを連結する操舵力伝達機構に設けられる伝達比可変機構と、伝達比可変機構の作動を制御する制御部と、を備え、伝達比可変機構は、モータの駆動により入力回転角にアクチュエータ角を付加して出力回転角を出力し、入力回転角と出力回転角との間の伝達比を変化させるアクチュエータを有し、制御部は、補償器を有し、目標アクチュエータ角と検出アクチュエータ角との制御偏差に応じてモータの駆動を制御する車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、操舵ハンドルと転舵輪とを連結する操舵力伝達機構に伝達比可変機構を設けた車両用操舵装置が考えられている。このような車両用操舵装置では、伝達比可変機構の作動を制御する制御部を備え、伝達比可変機構は、モータの駆動力により、操舵力伝達機構における伝達比が変化するようにしている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、入力軸と出力軸とが伝達比可変機構を介して連結されており、入力軸に操舵ハンドルが連結され、出力軸がラック軸に連結されている操舵装置が記載されている。伝達比可変機構は、入力軸と出力軸とを連結するギヤ機構を備え、ギヤ機構をモータで駆動することで、操舵ハンドルの操舵角と車輪の転舵角との間の伝達比を変化させる機能を有している。伝達比可変機構の駆動制御を実施する操舵制御装置は、伝達比設定部、切り替え部、補償器及びモータ駆動回路などによって構成され、伝達比設定部で設定された伝達比と、入力角センサで検出された入力角とをもとに、出力角目標値が設定され、設定された出力角目標値と出力角センサで検出された出力角との偏差が補償器に出力され、補償器は、比例ゲイン、微分器、微分ゲイン、積分器及び積分ゲインを備え、モータに与える目標電流値を決定する。
【０００４】
また、特許文献２には、ステアリングの舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、伝達比可変装置の作動を制御するＩＦＳＥＣＵとを備える車両用操舵装置が記載されている。伝達比可変装置は、第１シャフトと第２シャフトとを連結する差動機構と、差動機構を駆動するモータとを備え、差動機構に、同軸に並置された一対のサーキュラスプラインと、両スプラインの内側において各スプラインと噛合されるフレクスプライン、並びにその噛合部を回転させる波動発生器からなる波動歯車機構が採用されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３３４４４６４号公報
【特許文献２】特開２００７−３１３９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された操舵装置の場合、補償器が積分器を備えるので、操舵ハンドルの操舵周波数が低くなるのにしたがって、補償器のゲインが大きくなる。このため、操舵ハンドルを低い周波数で操舵するほど、車輪の目標転舵角に対する角度偏差が小さくなり、操舵角に対する転舵角が大きくなる。この結果、セルフアライニングトルクと呼ばれる復元トルクが大きくなり、操舵反力も大きくなる、すなわち応答性が高くなる。これに対して、操舵ハンドルを高い周波数で操舵する場合には、目標転舵角に対する角度偏差が大きくなり、操舵角に対する転舵角が小さくなる。この結果、復元トルクが小さくなり、操舵反力も小さくなる、すなわち応答性が低くなる。言い換えれば、操舵ハンドルを低い周波数で操舵するときは、運転者が感じる操舵力伝達機構の剛性感が高くなり、操舵ハンドルを高い周波数で操舵するときは、運転者が感じる操舵力伝達機構の剛性が低くなる。このため、操舵の周波数によって剛性感が変化するので、運転者に違和感を生じさせる、すなわち運転者の操舵フィーリングが悪化する原因となる。
【０００７】
これに対して、補償器から積分器を省略し、伝達比可変装置をＰＤ制御により制御することも考えられ、この場合には、操舵の周波数がある周波数以下で、ゲインが周波数の変化にかかわらず一定となる可能性がある。実際の操舵可能な周波数帯域は、ある周波数以下となるため、ある周波数以下でゲインを一定にできれば、実用上問題が生じないようになる。このため、上記のように伝達比可変装置をＰＤ制御により制御する場合には、運転者が操舵ハンドルを操舵する場合の剛性感が、操舵の周波数の変化により変化することを防止できる可能性がある。ただし、この場合には、ゲイン一定の範囲でのゲインが低くなる可能性があり、操舵力伝達機構の角度制御を高精度に行うことができず、剛性感が低下する可能性がある。
【０００８】
本発明は、車両用操舵装置において、操舵可能な周波数帯域の少なくとも一部で、運転者が操舵ハンドルを操舵する場合の剛性感を十分に高くしつつ、操舵の周波数の変化によって剛性感が変化するのを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る車両用操舵装置は、操舵ハンドルと転舵輪とを連結する操舵力伝達機構に設けられる伝達比可変機構と、伝達比可変機構の作動を制御する制御部と、を備え、伝達比可変機構は、モータの駆動により入力回転角にアクチュエータ角を付加して出力回転角を出力し、入力回転角と出力回転角との間の伝達比を変化させるアクチュエータを有し、制御部は、補償器を有し、目標アクチュエータ角と検出アクチュエータ角との制御偏差に応じてモータの駆動を制御し、補償器は、制御偏差の入力に応じてモータの発生トルク目標値を出力し、補償器の周波数特性は、周波数が下がるにしたがってゲインが上がるゲイン上昇領域と、ゲイン上昇領域よりも低い周波数帯域中の、ゲイン一定のゲイン一定領域とを有し、ゲイン一定領域は、操舵周波数帯域の少なくとも一部を含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１０】
上記の車両用操舵装置によれば、制御部が有する補償器の周波数特性は、周波数が下がるにしたがってゲインが上がるゲイン上昇領域と、ゲイン上昇領域よりも低い周波数帯域中の、ゲイン一定のゲイン一定領域とを有し、ゲイン一定領域は、操舵周波数帯域の少なくとも一部を含むので、ある周波数以下である、操舵可能な周波数帯域の少なくとも一部で補償器のゲインを一定にでき、操舵の周波数が変化する場合でも、目標回転角に対する角度偏差が変化しないようにできる。このため、操舵可能な周波数帯域の少なくとも一部で、操舵の周波数の変化によって、操舵角に対する転舵輪の転舵角の大きさが変化しないようにでき、操舵反力も変化しないようにできる。この結果、操舵角に対する操舵反力の変化率も変化しないので、運転者が操舵ハンドルを操舵する場合の剛性感が変化するのを抑えることができる。しかも、ゲイン一定領域のゲインを高くしやすくできるため、操舵力伝達機構の角度制御を高精度に行うことができ、剛性感を十分に高くできる。
【００１１】
また、本発明に係る車両用操舵装置において、好ましくは、操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵ハンドルの操舵角に対する相対回転角である、モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、を備え、制御部は、車両の走行状態と操舵角の検出値とに応じて目標アクチュエータ角を設定する設定手段と、モータの回転角の検出値から検出アクチュエータ角を算出する検出アクチュエータ角算出手段と、を有する。
【００１２】
また、本発明に係る車両用操舵装置において、好ましくは、設定手段は、車両の走行状態を表す車速の検出値により設定される角度設定用係数と、操舵角の検出値とに応じて目標アクチュエータ角を設定する。
【００１３】
また、本発明に係る車両用操舵装置において、好ましくは、アクチュエータは、モータと、モータの回転角速度に応じて変速比が変化する歯車変速装置と、を有する。
【００１５】
また、本発明に係る車両用操舵装置において、好ましくは、制御部は、補償器の周波数特性においてゲイン一定領域の周波数帯域を車速に応じて変化させる。
【００１６】
上記の車両用操舵装置によれば、車両の車速に応じて目標回転角に対する角度偏差が変化するため、剛性感を車速に応じて変更することができる。しかも同じ車速で操舵周波数変化によって剛性感が変化するのを抑えることができる。
【００１７】
また、本発明に係る車両用操舵装置において、好ましくは、制御部は、車速が高い場合のゲイン一定領域のゲインを、車速が低い場合のゲイン一定領域のゲインよりも高くする。
【００１８】
上記の車両用操舵装置によれば、車両の車速が高い場合の目標回転角に対する角度偏差をより小さくでき、剛性感を高くできる。しかも、車速が高い場合には、車速が低い場合よりも実用上の操舵可能な周波数帯域の上限が低くなるため、車速が高い場合にゲイン一定領域の上限周波数が低くなるのにもかかわらず、実用上の問題を生じにくくできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る車両用操舵装置によれば、操舵可能な周波数帯域の少なくとも一部で、運転者が操舵ハンドルを操舵する場合の剛性感を十分に高くしつつ、操舵の周波数の変化によって剛性感が変化するのを抑えることができる。このため、操舵時に運転者の違和感が生じにくくなる車両用操舵装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図４は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１は、本実施の形態の車両用操舵装置である、操舵装置の略構成図である。図２は、図１の操舵装置を構成するアクチュエータの略断面図である。図３は、図１の操舵装置を構成する操舵制御装置の構成を示すブロック図である。図４は、図３の補償器の周波数特性を、周波数とゲインとの関係を用いて示す図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の操舵装置１０は、操舵力伝達機構１２と、制御部である操舵制御装置１４と、車速センサ１６とを備える。操舵力伝達機構１２は、操舵ハンドル１８が結合された入力軸２０と、入力軸２０に伝達比可変機構２２を介して連結された出力軸２４と、出力軸２４が係合されたラックピニオン式のギヤ装置２６と、ギヤ装置２６に係合されたラック軸２８と、ラック軸２８の左右両側に連結された転舵輪３０とを備える。すなわち、操舵力伝達機構１２は、操舵ハンドル１８と転舵輪３０とを、操舵力の伝達可能に連結している。また、入力軸２０と出力軸２４とにより、ステアリングシャフトを構成する。また、操舵制御装置１４は、伝達比可変機構２２の作動を制御する。
【００２２】
図２に示すように、伝達比可変機構２２は、入力軸２０と出力軸２４とを連結するアクチュエータ３２を備える。アクチュエータ３２は、モータ３４と、歯車変速装置である波動歯車装置３６とを有する。すなわち、アクチュエータ３２は、入力軸２０に結合固定されたモータハウジング３８と、出力軸２４に結合固定された連結部材４０と、モータハウジング３８の内側に支持されたモータ３４と、モータハウジング３８及び連結部材４０の内側に設けられた波動歯車装置３６とを備える。モータ３４の回転軸４２は、モータハウジング３８及び連結部材４０の中心軸と同軸である。
【００２３】
波動歯車装置３６は、モータ３４の回転軸４２の外径側に固定されたウェーブジェネレータ４４と、その外側のボールベアリングと、外周部に歯が形成された金属弾性体であるフレクススプライン４６と、モータハウジング３８及び連結部材４０の内周面にそれぞれ固定された一対のサーキュラスプライン４８，５０とを備え、下側のサーキュラスプライン５０の歯数を上側のサーキュラスプライン４８の歯数よりも多くしている。
【００２４】
モータ３４の回転によりウェーブジェネレータ４４が回転すると、フレクススプライン４６が弾性変形しサーキュラスプライン４８，５０との噛み合い位置が順次移動して、ウェーブジェネレータ４４の回転がサーキュラスプライン４８，５０に伝達される。下側のサーキュラスプライン５０の歯数を上側のサーキュラスプライン４８の歯数よりも多くしているので、波動歯車装置３６は、減速機として作用する。
【００２５】
また、入力軸２０の回転角がアクチュエータ３２の入力回転角となり、出力軸２４の回転角がアクチュエータ３２の出力回転角となるので、アクチュエータ３２は、モータ３４の駆動により、入力軸２０の回転角、すなわち操舵角にアクチュエータ角を付加して、出力軸２４の回転角を出力し、入力軸２０の回転角と出力軸２４の回転角との間の伝達比を変化させる。このような波動歯車装置３６は、入力側である、モータハウジング３８側と、モータ３４の回転軸４２側とから、操舵ハンドル１８（図１）のトルクとモータ３４のトルクとがそれぞれ入力され、出力側である、連結部材４０側から出力トルクが出力される、２入力１出力型として使用される。波動歯車装置３６によれば、操舵ハンドル１８の回転と出力軸２４の回転との間の変速比、すなわち波動歯車装置３６の変速比は、操舵ハンドル１８の操舵角または操舵角速度に上乗せする、モータ３４の回転角または回転角速度に応じて変化する。
【００２６】
図１に戻り、入力軸２０に、操舵ハンドル１８の操舵角を検出する操舵角検出手段である、操舵角センサ５２を設けている。操舵角センサ５２の検出信号である、操舵角の検出値を表す信号は、操舵制御装置１４に入力している。また、操舵ハンドル１８の回転角に対する相対回転角である、モータ３４（図２）の回転角を検出するモータ回転角検出手段である、モータ角センサ５４を設けている。すなわち、モータ３４を構成するステータは、モータハウジング３８（図２）に固定されており、操舵ハンドル１８が回転するとステータも回転するが、モータ角センサ５４は、操舵ハンドル１８の操舵角に対する相対回転角である、モータ３４の回転角を検出する。モータ角センサ５４の検出信号である、回転角の検出値を表す信号も、操舵制御装置１４に入力している。また、車両の速度を検出する車速センサ１６の検出信号も、操舵制御装置１４に入力している。
【００２７】
操舵制御装置１４は、このような各検出信号の入力に基づいて、モータ３４（図２）の駆動を制御することにより、伝達比可変機構２２の作動を制御する。次に、図３を用いて、操舵制御装置１４の構成を説明する。なお、以下の説明では、図１、図２に示す要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００２８】
図３に示すように、操舵制御装置１４は、ＣＰＵ、メモリ等を有するマイクロコンピュータを含み、設定手段である、目標アクチュエータ角演算部５６と、検出アクチュエータ角算出手段５８と、補償器６０と、モータ駆動回路６２とを有する。目標アクチュエータ角演算部５６は、車速Ｖと、角度設定用係数ＫHとの関係を規定したマップを表すデータを記憶する記憶部を有し、車速センサ１６で検出された車速Ｖから、マップを表すデータを用いてマップ検索することにより、車速Ｖに応じた角度設定用係数ＫHを設定する。
【００２９】
また、目標アクチュエータ角演算部５６は、操舵角センサ５２で検出された操舵角θHと、角度設定用係数ＫHとから、次式により、アクチュエータ３２の目標アクチュエータ角θARを設定する。
【００３０】
θAR＝ＫHθH ・・・（１）
【００３１】
すなわち、目標アクチュエータ角演算部５６は、車両の走行状態を表す、車速Ｖの検出値により設定される角度設定用係数ＫHと、操舵角の検出値θHとに応じて目標アクチュエータ角θARを設定する。言い換えれば、目標アクチュエータ角演算部５６は、車両の走行状態と操舵角の検出値とに応じて目標アクチュエータ角θARを設定する。
【００３２】
また、検出アクチュエータ角算出手段５８は、モータ角センサ５４で検出されたモータ３４の回転角（θH−θM）から、アクチュエータ３２の検出アクチュエータ角θAを、θA＝（θH−θM）／Ｒとして算出する。ここで、θMは、モータ３４の絶対回転角である。また、Ｒは、波動歯車装置３６の各歯車である、サーキュラスプライン４８，５０等の歯数から一義的に定められる定数であり、１よりも大きい（Ｒ＞１）（Ｒの定義について以下同様である）。
【００３３】
一方、操舵角θHと、アクチュエータ角θAと、転舵輪３０側のステアリングシャフトである出力軸２４の回転角θPとの間には、次式で表される関係が成立する。
【００３４】
θP＝θH＋θA・・・（２）
【００３５】
すなわち、アクチュエータ３２は、モータ３４の駆動により、入力回転角である操舵角θHにアクチュエータ角θAを付加して出力回転角である、出力軸２４の回転角θPを出力する。また、上記の（１）式及び（２）式から明らかなように、操舵角θHから出力軸２４の回転角θPまでの伝達比は、（１＋ＫH）となる。
【００３６】
また、目標アクチュエータ角演算部５６により得られた目標アクチュエータ角θARと、検出アクチュエータ角算出手段５８により得られた検出アクチュエータ角θAとの間の制御偏差ｅ（＝θAR−θA）が補償器６０に入力される。補償器６０は、制御偏差ｅから、伝達関数Ｃ（ｓ）を用いて、次式によりモータ３４の発生トルク目標値ＴMを出力する。
【００３７】
ＴM＝Ｃ（ｓ）ｅ・・・（３）
すなわち、補償器６０は、制御偏差ｅの入力に応じてモータ３４の発生トルク目標値ＴMを出力する。
【００３８】
特に、本実施の形態の場合、補償器６０は、比例ゲインと、微分器と、微分ゲインと、位相遅れ補償部とを有するものとし、積分器を備えていない。すなわち、補償器６０の伝達関数Ｃ（ｓ）は、次式で表される。
【００３９】
【数１】
0005198941.tif 000002
【００４０】
ここで、ＧPは比例ゲインであり、ＧDは微分ゲインであり、ωDは下側折点周波数であり、ωNは中間折点周波数である。
【００４１】
このように伝達関数Ｃ（ｓ）を設定するので、補償器６０の周波数特性は、図４に示すように表される。図４では、実線Ｐが、本実施の形態の場合の補償器６０の周波数特性を表し、一点鎖線Ｑが、比較例の場合の補償器の周波数特性を表している。比較例の補償器は、本実施の形態の補償器６０で、遅れ補償部を備えず、比例ゲインと、微分器と、微分ゲインと、積分器と、積分ゲインとを備えるものである。このような比較例の補償器を有する操舵制御装置では、モータの駆動がＰＩＤ制御により制御される。
【００４２】
また、図４からも明らかなように、本実施の形態において、補償器６０の周波数特性は、下側折点周波数ωD以下の周波数で、ゲイン一定のゲイン一定領域６４となる。すなわち、下側折点周波数ωDは、ゲイン一定領域６４の上限周波数となる。また、下側折点周波数ωDは、運転者が操舵ハンドル１８を操舵する場合の通常操舵可能な周波数領域である、操舵周波数帯域の上限と一致させている。ただし、下側折点周波数ωDを、操舵周波数帯域の上限よりも高い周波数とすることもできる。いずれにしても、このように構成することにより、操舵周波数帯域内で、周波数が変化する場合でもゲインは一定になる。操舵周波数帯域は、例えば、約５Ｈｚ以下とする。例えば、操舵周波数帯域の上限を５Ｈｚとする。
【００４３】
図３に戻り、このような補償器６０から出力されるモータ３４の発生トルク目標値ＴMは、モータ駆動回路６２に出力される。モータ駆動回路６２は、この発生トルク目標値ＴMに基づいて、モータ３４に制御信号を出力し、モータ３４の発生トルクが発生トルク目標値ＴMに近づくように、モータ３４の駆動を制御し、アクチュエータ角が目標アクチュエータ角θARに近づくようにする。このように、操舵制御装置１４は、目標アクチュエータ角θARと検出アクチュエータ角θAとの制御偏差ｅに応じてモータ３４の駆動を制御する。
【００４４】
また、図４からも明らかなように、補償器６０の周波数特性は、周波数が下がるにしたがってゲインが上がるゲイン上昇領域６６と、ゲイン上昇領域６６よりも低い周波数帯域中のゲイン一定領域６４とを有する。操舵周波数帯域は、上記のように、ゲイン一定領域６４の範囲内にある。なお、ゲイン一定領域６４の少なくとも一部が操舵周波数帯域にあればよく、下側折点周波数ωDを、操舵周波数帯域の上限よりも低い周波数とすることもできる。
【００４５】
このような本実施の形態の操舵装置１０によれば、操舵制御装置１４が有する補償器６０の周波数特性は、周波数が下がるにしたがってゲインが上がるゲイン上昇領域６６と、ゲイン上昇領域６６よりも低い周波数帯域中の、ゲイン一定のゲイン一定領域６４とを有する。このため、ある周波数以下である、操舵周波数帯域の少なくとも一部で補償器のゲインを一定にでき、運転者の操舵ハンドル１８の操舵時に操舵の周波数が変化する場合でも、目標回転角に対する角度偏差が変化しないようにできる。このため、操舵周波数帯域の少なくとも一部で、操舵の周波数の変化にかかわらず、操舵角θHに対する転舵輪３０の転舵角の大きさが変化しないようにでき、セルフアライニングトルクが変化せず、操舵反力も変化しないようにできる。したがって、操舵角θHに対する操舵反力の変化率も変化しないので、運転者が操舵ハンドル１８を操舵する場合の剛性感が変化するのを抑えることができる。しかも、ゲイン一定領域６４のゲインを高くしやすくできるため、操舵力伝達機構１２の角度制御を高精度に行うことができ、剛性感を十分に高くできる。この結果、運転者が操舵ハンドル１８を操舵する場合の剛性感を十分に高くしつつ、操舵の周波数の変化によって剛性感が変化するのを抑えることができる。このため、操舵時に運転者の違和感が生じにくくなる操舵装置１０を実現できる。
【００４６】
次に、図５から図８を用いて、本実施の形態による効果を、比較例と比較して説明する。図５は、（ａ）が比較例の操舵装置において、一定周期で操舵ハンドルを往復動する場合の操舵角θHの時間経過を、（ｂ）が同じくアクチュエータ角θAの時間経過を、（ｃ）が同じく操舵反力ＴHの時間経過を、それぞれ示す図である。図６は、比較例において、操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係を示す図である。図７は、（ａ）が本実施の形態の操舵装置において、一定周期で操舵ハンドルを往復動する場合の操舵角θHの時間経過を、（ｂ）が同じくアクチュエータ角θAの時間経過を、（ｃ）が同じく操舵反力ＴHの時間経過を、それぞれ示す図である。図８は、本実施の形態において、操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係を示す図である。
【００４７】
図５、図６に示すような操舵角θH、アクチュエータ角θA、操舵反力ＴHの関係を有する比較例の操舵装置は、上記の図４の一点鎖線Ｑで表される周波数特性を有する補償器を備え、その他の構成は、本実施の形態の操舵装置１０と同様である。すなわち、比較例の操舵装置は、ＰＩＤ制御によりモータの駆動を制御している。このため、操舵周波数帯域において、周波数が高くなるのにしたがって、ゲインは低くなり、周波数によってゲインが変化する。図５、図６では、実線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｔが操舵ハンドル１８を低周波で往復動する場合を、破線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｕが操舵ハンドル１８を高周波で往復動する場合を、それぞれ表している。図５（ｂ）（ｃ）に示すように、比較例で操舵ハンドル１８を低周波で往復動する場合は、補償器のゲインが高くなるため、実際に発生するアクチュエータ角θAの振幅が大きくなり、これに伴って、操舵反力ＴHも大きくなる。これに対して、操舵ハンドル１８を高周波で往復動する場合には、補償器のゲインが低くなるため、アクチュエータ角θAの振幅が小さくなり、これに伴って、操舵反力ＴHも小さくなる。すなわち、図６に示すように、比較例の場合には、操舵の周波数によって操舵角θHに対する操舵反力ＴHの関係が変化するので、運転者が操舵ハンドル１８を操舵する場合の剛性感が変化し、運転者が操舵時に違和感を生じやすくなる。
【００４８】
これに対して、図７、図８に示すような操舵角θH、アクチュエータ角θA、操舵反力ＴHの関係を有する本実施の形態の操舵装置１０は、上記の図４の実線Ｐで示したように、操舵周波数帯域において、周波数の変化にかかわらずゲインが一定となるゲイン一定領域６４を有する。図７では、実線Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が操舵ハンドル１８を低周波で往復動する場合を、破線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が操舵ハンドル１８を高周波で往復動する場合を、それぞれ表している。図８で、実線Ｔ１は、操舵の周波数が高周波、低周波の両方で操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係が同じになることを表している。
【００４９】
図７からも明らかなように、本実施の形態の場合には、実際に発生するアクチュエータ角θAの振幅と、操舵反力ＴHの振幅とが、操舵の周波数の変化にかかわらず、それぞれ同じになる。また、図８からも明らかなように、操舵角θHに対する操舵反力ＴHの関係が、操舵の周波数の変化によって変化することがない。このため、操舵の周波数の変化によって剛性感が変化するのを抑えることができ、操舵時に運転者が違和感を生じにくくなる操舵装置１０を実現できる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、アクチュエータ３２が備える歯車変速装置を波動歯車装置３６とした場合について説明したが、この歯車変速装置は、遊星歯車装置等の、波動歯車装置３６以外の構造を使用することもできる。遊星歯車装置を使用する場合には、入力軸２０と出力軸２４とを、それぞれ遊星歯車装置を構成するリングギヤ、キャリア、サンギヤのうちいずれか２の要素に連結し、残りの要素にモータ３４の回転軸４２を連結する。このため、モータ３４の駆動により、アクチュエータ３２の入力回転角と出力回転角との間の伝達比が変化する。
【００５１】
［第２の発明の実施の形態］
図９から図１１は、本発明の第２の実施の形態を示している。図９は、本実施の形態の車両用操舵装置である操舵装置を構成する操舵制御装置の構成を示すブロック図である。図１０は、ゲイン一定領域の上限周波数と車速との関係を示す図である。図１１は、補償器の周波数特性を、周波数とゲインとの関係を用いて示す図である。図１２は、本実施の形態において、操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係を、車速が低い場合と高い場合との２例で示す図である。
【００５２】
図９に示すように、本実施の形態の操舵装置が備える操舵制御装置１４ａは、ゲイン一定領域上限設定部６８を有し、車速センサ１６からの車速Ｖを表す検出信号を、ゲイン一定領域上限設定部６８に入力している。ゲイン一定領域上限設定部６８は、車速Ｖに応じてゲイン一定領域６４ａ、６４ｂ（図１１）の上限周波数ωDを設定する。すなわち、操舵制御装置１４が有する記憶部に、図１０に示すような、車速Ｖとゲイン一定領域上限周波数ωDとの関係を表すマップのデータを記憶させる。以下の説明では、図９に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００５３】
図１０に示すように、車速Ｖがある値Ｖ１以下では、ゲイン一定領域上限周波数ωDを一定値とし、車速ＶがＶ１とＶ２との間で、車速Ｖの上昇に対してゲイン一定領域上限周波数ωDを直線的に低下させる。また、車速ＶがＶ２以上で、ゲイン一定領域上限周波数ωDを一定値とする。ゲイン一定領域上限設定部６８は、このような車速Ｖとゲイン一定領域６４上限周波数ωDとの関係を表すマップのデータを記憶部から読み出し、車速センサ１６から入力される車速Ｖから、マップ検索してゲイン一定領域上限周波数ωDを補償器６０に出力する。
【００５４】
補償器６０は、上記の第１の実施の形態において、上記の（４）式で表される伝達関数Ｃ（ｓ）で、ゲイン一定領域上限設定部６８の出力にしたがって、下側折点周波数でもあるゲイン一定領域上限周波数ωDを、車速Ｖに応じて変更する。この場合、中間折点周波数ωNは車速Ｖにかかわらず一定値とする。したがって、車速ＶがＶ１からＶ２までの間で、車速Ｖが高いほどゲイン一定領域上限周波数ωDは低くなり、ωN／ωDは大きくなる。
【００５５】
このように構成するため、補償器６０の周波数特性は、図１１に示すように表される。図１１では、実線Ｐ１が、車速Ｖが低い、すなわちゲイン一定領域上限周波数ωDLが高い場合を表し、一点鎖線Ｐ２が、車速Ｖが高い、すなわち、ゲイン一定領域上限周波数ωDHがωDLよりも低い場合を表している。
【００５６】
また、本実施の形態の場合、車速ＶLでのゲイン一定領域上限周波数ωDLと、操舵周波数帯域の上限とを一致させている。ただし、ゲイン一定領域上限周波数ωDLを、操舵周波数帯域の上限よりも高い周波数とすることもできる。いずれにしても、このように構成することにより、操舵周波数帯域で、周波数が変化する場合でもゲインＧ２は一定になる。また、車速Ｖが低い場合には、ゲイン一定領域６４ａの周波数帯域の範囲が、車速Ｖが高い場合に比べて大きくなる。また、図１１に示すように、車速Ｖが高い場合のゲイン一定領域６４ｂのゲインＧ１は、車速Ｖが低い場合のゲイン一定領域６４ａのゲインＧ２よりも高くなる（Ｇ１＞Ｇ２）。
【００５７】
このように、操舵制御装置１４は、補償器６０の周波数特性においてゲイン一定領域６４の周波数帯域を車速Ｖに応じて変化させるので、車両の車速Ｖに応じて目標回転角に対する角度偏差が変化する。このため、剛性感を車速Ｖに応じて変更することができる。しかも同じ車速Ｖで操舵周波数変化によって剛性感が変化するのを抑えることができる。
【００５８】
また、操舵制御装置１４は、車速Ｖが高い場合のゲイン一定領域６４ｂのゲインＧ１を、車速Ｖが低い場合のゲイン一定領域６４ａのゲインＧ２よりも高くしているので、車両の車速Ｖが高い場合の目標回転角に対する角度偏差をより小さくでき、剛性感を高くできる。すなわち、図１２に示すように、車速Ｖが異なる２例では、操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係が異なる。図１２では、車速Ｖが低い場合を実線Ｌ１で表し、車速Ｖが高い場合を破線Ｌ２で表している。このように、車速Ｖが低い場合には、操舵角θHに対する操舵反力ＴHの増加率が小さいのに対して、車速Ｖが高い場合には、操舵角θHに対する操舵反力ＴHの増加率が大きくなる。このため、車速Ｖが高い場合に、操舵ハンドル１８を操舵する場合の剛性感をより高くできる。しかも、車速Ｖが高い場合には、車速Ｖが低い場合よりも実用上の操舵周波数帯域の上限が低くなる。このように構成する理由は、車速Ｖが高い場合には、実用上、操舵ハンドル１８を高周波で操舵する可能性が、車速Ｖが低い場合に比べて低くなるためである。このため、本実施の形態によれば、車速Ｖが高い場合にゲイン一定領域６４ｂの上限周波数ωDHが低くなるのにもかかわらず、剛性感が操舵の周波数によって変化するという問題を実用上、生じにくくできる。
【００５９】
また、車速Ｖが低い場合には、操舵周波数帯域の上限周波数が実用上も高くなるが、本実施の形態ではそれを考慮して、車速Ｖが低い場合のゲイン一定領域６４ａの上限周波数ωDLを高くできるため、実用上の問題を生じにくくできる。また、車速が低い場合、高い場合、いずれの場合も、車速Ｖが一定では操舵の周波数にかかわらず、操舵周波数帯域内で操舵角θHに対する操舵反力ＴHの関係は変化しない。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
【００６０】
なお、本実施の形態において、車速Ｖと、ゲイン一定領域上限周波数ωDとの関係は、図１０に示したように、車速ＶがＶ１以下である場合と、車速ＶがＶ２以上である場合とで、ゲイン一定領域上限周波数ωDを一定としているが、本実施の形態は、このような構成に限定するものではない。例えば、図１０に一点鎖線Ｓで表すように、車速Ｖ３以下の全範囲で車速Ｖの増加にしたがってゲイン一定領域上限周波数ωDを直線的に低下させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車両用操舵装置である、操舵装置の略構成図である。
【図２】図１の操舵装置を構成するアクチュエータの略断面図である。
【図３】図１の操舵装置を構成する操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図１の操舵制御装置を構成する補償器の周波数特性を、周波数とゲインとの関係を用いて示す図である。
【図５】（ａ）が比較例の操舵装置において、一定周期で操舵ハンドルを往復動する場合の操舵角θHの時間経過を、（ｂ）が同じくアクチュエータ角θAの時間経過を、（ｃ）が同じく操舵反力ＴHの時間経過を、それぞれ示す図である。
【図６】比較例において、操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係を示す図である。
【図７】（ａ）が第１の実施の形態の操舵装置において、一定周期で操舵ハンドルを往復動する場合の操舵角θHの時間経過を、（ｂ）が同じくアクチュエータ角θAの時間経過を、（ｃ）が同じく操舵反力ＴHの時間経過を、それぞれ示す図である。
【図８】第１の実施の形態において、操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の車両用操舵装置である操舵装置を構成する操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施の形態において、ゲイン一定領域の上限周波数と車速との関係を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態において、補償器の周波数特性を、周波数とゲインとの関係を用いて示す図である。
【図１２】第２の実施の形態において、操舵角θHと操舵反力ＴHとの関係を、車速が低い場合と高い場合との２例で示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  操舵装置、１２  操舵力伝達機構、１４，１４ａ  操舵制御装置、１６  車速センサ、１８  操舵ハンドル、２０  入力軸、２２  伝達比可変機構、２４  出力軸、２６  ギヤ装置、２８  ラック軸、３０  転舵輪、３２  アクチュエータ、３４  モータ、３６  波動歯車装置、３８  モータハウジング、４０  連結部材、４２  回転軸、４４  ウェーブジェネレータ、４６  フレクススプライン、４８，５０  サーキュラスプライン、５２  操舵角センサ、５４  モータ角センサ、５６  目標アクチュエータ角演算部、５８  検出アクチュエータ角算出手段、６０  補償器、６２  モータ駆動回路、６４，６４ａ，６４ｂ  ゲイン一定領域、６６  ゲイン上昇領域、６８  ゲイン一定領域上限設定部。
【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】
0005198941.tif 000007
【図６】
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【図７】
0005198941.tif 000009
【図８】
0005198941.tif 000010
【図９】
0005198941.tif 000011
【図１０】
0005198941.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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