(57)【要約】  【課題】  ステアリング軸の中途の差動歯車装置に設けられた反力モータの駆動開始時にステアリングホイールに加わる反力が急変することを防止し、運転者に違和感を体感させることのないようにする。  【解決手段】  差動モータ５と共に反力モータ６を付設してある差動歯車装置４を、ステアリングホイール１の操作を操舵機構３に伝えるステアリング軸２の中途に備える車両用操舵装置において、差動モータ５の駆動中にステアリングホイール１に加わる反力を増減すべく駆動される反力モータ６の目標値を、入力センサ21により検出されるステアリングホイール１側のステアリング軸２の角度に比例ゲインを乗じた値として定め、この目標値を得るべく差動制御部７が反力モータ６を駆動制御するように構成する。【選択図】        図１
2007076618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作を操舵機構に伝えるステアリング軸の中途に介装された差動歯車装置と、該差動歯車装置による差動伝達比を変更すべく駆動される差動モータと、該差動モータの駆動中に前記操舵部材に加わる反力を増減すべく駆動される反力モータとを備える車両用操舵装置であって、
前記反力の目標値を、前記操舵部材の側のステアリング軸の角度に比例ゲインを乗じた値として定め、該目標値に基づいて前記反力モータを駆動制御する制御手段を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記反力の目標値の算出に用いる比例ゲインとして、前記差動モータの駆動開始前における前記操舵機構側のステアリング軸の角度に対するトルクの比を用いる請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記差動モータの停止に応じて、前記反力の目標値を漸減しつつ反力モータの駆動を停止する請求項１又は請求項２記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵部材から操舵機構への伝動を無段階に伝動比を変えて行わせることができる差動歯車装置をステアリング軸の中途に備える車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵は、ステアリングホイール等の操舵部材の操作をステアリング軸を介して操舵機構に伝え、該操舵機構の動作により操舵用の車輪（一般的には、左右の前輪）の向きを変えて行われる。このような操舵に際しては、操舵部材の操作量と操舵機構の動作量との対応関係を、車速の高低、操舵角度の大小等の走行状態に応じて変更することにより良好な操舵感を得ることができる。
【０００３】
例えば、低速又は中速走行時には、操舵機構の動作量を操舵部材の操作量よりも大きくし、操舵用の車輪の切れ角を大とすることにより運転操作を容易化でき、逆に高速走行時には、操舵機構の動作量を操舵部材の操作量よりも小さくし、操舵用の車輪の切れ角を小とすることにより、急激な運転操作による走行安定性の低下を防止することができる。
【０００４】
このような要求に応えることを目的として従来から、操舵部材と操舵機構とを連絡するステアリング軸の中途に差動歯車装置を配し、該差動歯車装置による差動下にて操舵部材側（入力側）から操舵機構側（出力側）への回転伝達を行わせるようにした車両用操舵装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この差動歯車装置は、同軸上に支持されたサンギヤ及びリングギヤと、これらの間に配され、両者に噛合する複数のプラネタリギヤと、前記リングギヤを軸回りに回転駆動する差動モータを備えており、操舵部材の側の入力軸をサンギヤに固定し、操舵機構の側の出力軸をプラネタリギヤのキャリアに固定して、ステアリング軸の中途に介装されている。      
【０００６】
この構成によれば、差動モータを非回転状態に保ちリングギヤを固定した場合、サンギヤに入力される入力軸の回転は、サンギヤ、リングギヤ及びプラネタリギヤの歯数により決定される変速比にて出力軸に伝えられ、操舵部材の操作量と操舵機構の動作量とは一定の対応関係に維持される。
【０００７】
これに対し、差動モータを回転駆動してリングギヤを回転せしめた場合、サンギヤに入力される入力軸の回転は、該サンギヤ及び前記リングギヤとの噛合下にて自転するプラネタリギヤのキャリアに、リングギヤの回転に応じて増減速されて伝えられることとなり、操舵部材の操作量と操舵機構の動作量との対応関係は、差動モータにより駆動されるリングギヤの回転方向及び回転速度に応じて変化することとなる。
【０００８】
更にサンギヤが回転していない状態で差動モータが回転駆動された場合、非回転のサンギヤと回転するリングギヤとの間にてプラネタリギヤが自転し、該プラネタリギヤのキャリアに固定された出力軸が回転するから、操舵部材の操作によらずに操舵機構を動作させることができ、例えば、横風、スリップ等の外乱に起因する車両の姿勢変化を修正するための修正操舵をも行わせることができる。
【特許文献１】特開２０００−３０２０５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の如き差動歯車装置を備える車両用操舵装置においては、操舵部材の回転が、減速域から増速域に亘って無段階に差動比を変えて操舵機構に伝えられ、種々の走行状態（例えば、操舵部材の少ない操作量でロータリーや交差点通過できるようにするなど）に適合した実用的な操舵状態が得られるようになるが、差動モータの駆動により差動比が変更された場合、操舵部材の操作に応じて実際に生じる転舵量（操舵機構の動作量）が運転者側で体感し難いという問題が生じる虞れがある。
【００１０】
この問題に対応すべく本願発明者等は、差動歯車装置の入力側に回転力を加える反力モータを備え、該反力モータを差動モータの駆動中に駆動し、入力側、即ち、操舵部材の側のステアリング軸に回転力を加えることで、前記転舵量を操舵部材を操作する運転者に体感させるようにした車両用操舵装置を、特願２００５−１８１７４号等に提案している。      
【００１１】
この車両用操舵装置においては、操舵部材を操作する運転者は、出力側の操舵機構から差動歯車装置を介して伝達される転舵反力を反力モータにより加えられる疑似的な反力と対応させることで、出力側の実際の転舵量を操舵部材を介して体感することができ、自然な操舵が行い易くなる。
【００１２】
しかしながら以上の如き反力モータを備える構成においては、差動モータの駆動開始に伴い転舵量に対応した転舵反力が変化するため、前記反力モータを駆動する時、該反力モータにより前記転舵反力の変化に対応した反力を付加する必要が生じ、このとき、操舵部材に実際に加わるの反力が急変する場合がある。このようなアクティブな制御が開始したことによる瞬間的な操舵感の急変は、運転者への制御開始の合図、つまり、現時点において何が車両に起こっているかを運転者に伝え、次に車両が如何なる挙動を取ろうとするのかを運転者に予測しやすくするための重要な操舵情報であるが、運転者によっては、無用な不安を促す操舵情報として嫌悪される場合がある。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、差動歯車装置に設けられた反力モータの駆動開始時にステアリングホイールに加わる反力が急変することを防止し、運転者に違和感を体感させることのない車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置は、操舵部材の操作を操舵機構に伝えるステアリング軸の中途に介装された差動歯車装置と、該差動歯車装置による差動伝達比を変更すべく駆動される差動モータと、該差動モータの駆動中に前記操舵部材に加わる反力を増減すべく駆動される反力モータとを備える車両用操舵装置であって、前記反力の目標値を、前記操舵部材の側のステアリング軸の角度に比例ゲインを乗じた値として定め、該目標値に基づいて前記反力モータを駆動制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２発明に係る車両用操舵装置は、前記反力の目標値の算出に用いる比例ゲインとして、前記差動モータの駆動開始前における前記操舵機構側のステアリング軸の角度に対するトルクの比を用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３発明に係る車両用操舵装置は、第１又は第２発明における制御手段が、前記差動モータの停止に応じて、前記反力の目標値を漸減しつつ反力モータの駆動を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置においては、反力モータの駆動開始時に操舵部材に加えるべき反力の目標値を、その時点における操舵部材の操作角度に比例する値として定めるから、この目標値は、駆動開始前に操舵部材に加わっていた反力に連続する値となり、この目標値を得るべく反力モータを駆動することにより、駆動開始前後に操舵部材に加わる反力の急変を防止し、運転者に体感される違和感を有効に緩和することができ、良好な操舵感を与えることが可能となる。
【００１８】
また第２発明に係る車両用操舵装置においては、前記目標値の設定に際し、差動モータの駆動開始前に操舵機構の側に実際に加わっているトルクと実際に生じている角度の比を比例ゲインとして用いるから、前記トルク、即ち、差動モータの駆動開始前に操舵部材にフィードバックされている反力トルクに滑らかに連続する目標値の設定がなされ、この目標値を得るべく反力モータを駆動することにより、駆動開始前後に操舵部材に加わる反力の急変をより確実に防止することができる。
【００１９】
更に第３発明に係る車両用操舵装置においては、差動モータの停止に応じた反力モータを、反力の目標値を漸減しつつ緩やかに停止するから、停止前後に操舵部材に加わる反力の急変も緩和され、良好な操舵感を与えることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図であり、操舵部材としてのステアリングホイール１の回転操作をステアリング軸２を介して操舵機構３に伝え、該操舵機構３の動作により、車体の左右に配した操舵用の車輪30，30を転舵する構成となっている。
【００２１】
操舵機構３は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング31の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸32と、ラックハウジング31の中途に交叉するピニオンハウジング33の内部に回転自在に支持されたピニオン軸34とを備える公知のラックピニオン式の操舵機構である。
【００２２】
ラックハウジング31の両側から外部に突出するラック軸32の両端は、各別のタイロッド35，35を介して左右の操舵用の車輪30，30に連結されており、またピニオンハウジング33の外部に突出するピニオン軸34の上端は、中間軸36を介してステアリング軸２に連結されている。ピニオンハウジング33の内部に延びるピニオン軸34の下半部の外周面には図示しないピニオン歯が形成されており、該ピニオン歯は、ラックハウジング31との交叉部において、ラック軸32の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。
【００２３】
ステアリング軸２は、筒形のコラムハウジング20の内部に回転自在に支承され、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って支持されており、コラムハウジング20の上方へのステアリング軸２の突出端には、ステアリングホイール１が固設され、同じく下方へのステアリング軸２の突出端は、前述の如くピニオン軸34に連結されている。
ステアリング軸２は、筒形のコラムハウジング20の内部に回転自在に支承され、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って支持されている。このステアリング軸２は、コラムハウジング20の内部において、入力軸2aと出力軸2b（図２参照）との２軸に分割されており、コラムハウジング20の上方へのステアリング軸２（入力軸2a）の突出端にステアリングホイール１が固設され、同じく下方へのステアリング軸２（出力軸2b）の突出端が、前述の如くピニオン軸34に連結されている。
【００２４】
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール１が回転操作された場合、この回転がステアリング軸２を介してピニオン軸34に伝達され、該ピニオン軸34の回転が、ピニオン歯とラック歯との噛合部においてラック軸32の軸長方向の移動に変換されることとなり、このラック軸32の移動により、各別のタイロッド35、35を介して左右の操舵用の車輪30，30が押し引きされ、これらの車輪30，30が転舵される。
【００２５】
本発明に係る車両用操舵装置は、ステアリング軸２を支持するコラムハウジング20の中途に差動歯車装置４を備えている。この差動歯車装置４は、ステアリング軸２の上部から下部、即ち、入力軸2aから出力軸2bへの回転伝達を、減速域から増速域に亘って無段階に差動比（ギヤ比）を変えて行わせるものであり、コラムハウジング20の中途部を大径化してなるギヤハウジング21の内部に後述の如く構成されている。
【００２６】
ギヤハウジング21の外側には、差動比変更のために駆動される差動モータ５と、ステアリング軸２の上端に固定されたステアリングホイール１に反力を加えるべく駆動される反力モータ６とが取付けてある。これらの差動モータ５及び反力モータ６は、マイクロプロセッサを用いてなる差動制御部７から図示しない駆動回路に与えられる動作指令に応じて正逆両方向に回転駆動され、差動モータ５の回転に応じた差動歯車装置４の後述する動作により前記差動比が変更され、また反力モータ６の回転力がステアリング軸２を介してステアリングホイール１に伝えられ、該ステアリングホイール１に反力が付加されるようになしてある。
【００２７】
差動制御部７には、差動歯車装置４よりも上位置のステアリング軸２、即ち、入力軸2aの回転角度とトルクとを検出する入力センサ22の検出結果と、同じく差動歯車装置４よりも下位置のステアリング軸２、即ち、出力軸2bの回転角度とトルクとを検出する出力センサ23の検出結果とが与えられ、更に、車両の各部に配された走行状態センサ24から、車両の走行速度、車体に加わる横加速度等、操舵に影響を与える各種の走行状態の検出結果が与えられている。
【００２８】
ここで入力センサ22により検出される回転角度は、操舵のためのステアリングホイール１の操作によりステアリング軸２（入力軸2a）に生じる回転角度であり、以下の説明においては操舵角という。また入力センサ22により検出されるトルクは、ステアリングホイール１の操作によりステアリング軸２に加えられる回転トルクであり、以下の説明においては、操舵トルクという。
【００２９】
また出力センサ23により検出される回転角度は、ステアリング軸２（出力軸2b）の回転に応じた操舵機構の動作により、左右の車輪30，30に実際に生じる転舵量に相当する角度であり、以下の説明においては転舵角という。更に出力センサ23により検出されるトルクは、車輪30，30の実際の転舵に供されるトルクであり、以下の説明においては転舵トルクという。
【００３０】
図２は、差動歯車装置４の構成を略示する縦断面図である。本図に示す如く、ステアリング軸２を構成する入力軸2aと出力軸2bとは、夫々の先端を突き合わせて同軸上での回転自在に支持されており、これらの突き合わせ端部には、入力サンギヤ41及び出力サンギヤ42が夫々一体形成されている。
【００３１】
入力サンギヤ41の外周の歯部には、複数の入力側プラネタリギヤ43，43…が噛合され、また出力サンギヤ42の外周の歯部には、入力側プラネタリギヤ43，43…の一側に夫々連設された出力側プラネタリギヤ44，44…が噛合されており、これらは、入力軸2a及び出力軸2bと平行をなす各別の支軸46，46…により、中空円筒形のキャリア45の内部に一体回転可能に枢支されている。キャリア45は、両側の端壁の軸心を貫通する支持孔を入力軸2a及び出力軸2bに夫々外嵌させ、両軸2a，2bと同軸上での相対回転自在に支持されており、このキャリア45の外周には、全周に亘って適幅の外歯47が形成されており、該外歯47は、差動比変更のために駆動される前記差動モータ５の出力ギヤ50に噛合させてある。
【００３２】
また入力軸2aには、キャリア45の支持部の外側に反力ギヤ48が嵌着固定されており、該反力ギヤ48は、ステアリングホイール１への反力付加のために駆動される前記反力モータ６の出力ギヤ60に噛合させてある。
【００３３】
以上の構成により、差動モータ５が回転駆動された場合、この回転が、出力ギヤ50に噛合する外歯47を介してキャリア45に伝達され、該キャリア45に支持された入力側プラネタリギヤ43，43…及び出力側プラネタリギヤ44，44…は、入力軸2a及び出力軸2bと同軸上にて公転し、この公転周上の各位置において各別の支軸46，46…の軸回りに一体をなして自転する。また反力モータ６が回転駆動された場合、該反力モータ６が発生する回転力が、出力ギヤ60に噛合する反力ギヤ48を介して入力軸2aに伝達され、該入力軸2aの上端に固定されたステアリングホイール１に回転トルクが付与される。
【００３４】
このような差動歯車装置４を備える本発明に係る車両用操舵装置において、操舵のためにステアリングホイール１が回転操作された場合、該ステアリングホイール１に連結された入力軸2aが回転し、差動歯車装置４の入力サンギヤ41が回転する。
【００３５】
ここで、差動モータ５が回転駆動されておらず、キャリア45が非回転状態に拘束されている場合、入力サンギヤ41の回転により、これに噛合する入力側プラネタリギヤ43，43…が夫々の支軸46，46…の軸回りに自転し、これらの支軸46，46…を共通とする出力側プラネタリギヤ44，44…も自転する。この自転により、出力側プラネタリギヤ44，44…に噛合する出力サンギヤ42に回転力が加わり、該出力サンギヤ42を備える出力軸2bが回転し、更にピニオン軸34が回転することとなり、前述の如く左右の操舵用の車輪30，30が転舵される。
【００３６】
このとき、入力軸2aから出力軸2bへの回転伝達は、入力サンギヤ41、入，出力側プラネタリギヤ43，44及び出力サンギヤ42の歯数によって定まる所定の差動比にてなされ、操舵用の車輪30，30は、ステアリングホイール１の操作方向に、該ステアリングホイール１の操作量（操舵角）に前記差動比を乗じた角度（転舵角）相当分だけ転舵される。
【００３７】
またこのとき入力軸2aには、車輪30，30の実際の転舵に供される出力軸2bの転舵トルクが差動歯車装置４を経てフィードバックされる反力トルクが加わっており、操舵のためのステアリングホイール１の操作は、この反力トルクに抗して行われる。
【００３８】
これに対し、差動モータ５が回転駆動され、キャリア45が回転せしめられた場合、入力サンギヤ42の回転は、キャリア45と共に公転する入力側プラネタリギヤ43，43…及び出力側プラネタリギヤ44，44…の自転を伴って出力サンギヤ42に伝えられる結果、入力軸2aから出力軸2bへの回転伝達は、キャリア45の回転による公転速度分だけ増加（又は減少）された差動比にてなされ、操舵用の車輪30，30は、ステアリングホイール１の操舵角相当分よりも大きく（又は小さく）操舵される。
【００３９】
このとき、入力軸2aに加わる反力トルクも差動歯車装置４の差動比の変化に応じて増減し、この反力トルクに抗してなされるステアリングホイール１の操作感が変化する。反力モータ６は、差動モータ５の駆動時に生じる反力トルクの増減分をステアリングホイール１に加え、ステアリングホイール１の操作感の変化を緩和すべく駆動される。
【００４０】
差動モータ５は、入力センサ22及び出力センサ23による操舵状態の検出結果、また走行状態センサ23による走行状態の検出結果に基づいて差動制御部７から与えられる制御指令に従って駆動制御される。
【００４１】
この駆動制御は、例えば、低速又は中速走行時にステアリングホイール１の操作方向と同向きに差動モータ５を回転駆動し、逆に高速走行時にステアリングホイール１の操作方向と逆向きに差動モータ５を回転駆動するように行われる。これにより、低速又は中速走行時には操舵用の車輪30，30の転舵角が大きくなり、運転操作を容易に行わせることができ、また高速走行時には操舵用の車輪30、30の転舵角が小さくなり、急激な操舵による車両の不安定な挙動を未然に防止し、走行安定性の向上を図ることができる。
【００４２】
また差動制御部７は、出力センサ23により検出される転舵角θ1 と入力センサ22により検出される操舵角θ2 とを比較し、これらの差に応じて差動モータ５を駆動する動作を行う。これにより、走行中の横風、スリップ等の外乱に起因する車両の不可避の姿勢変化を修正するための修正操舵を行わせることができる。
【００４３】
差動制御部７による差動モータ５の駆動制御の手順は、従来から種々提案されており、これらを適宜に採用することができる。本発明に係る車両用操舵装置の特徴は、差動モータ５の駆動中に前述の如く行われる反力モータ６の駆動制御の手順にある。
【００４４】
図３は、差動制御部７による反力モータ６の駆動制御の手順を示すフローチャートである。この制御は、反力モータ５の駆動を条件として開始され、まず差動制御部７は、動作開始直前の転舵角θ1 （ｔa ）及び転舵トルクＴ1 （ｔa ）を読み出す（ステップ１）。これらの転舵角θ1 （ｔa ）及び転舵トルクＴ1 （ｔa ）は、出力センサ23の出力として常時与えられ、例えば、差動モータ５の駆動、非駆動の判定のために用いられており、ステップ１での読み出しは、このような検出値の履歴からなされる。
【００４５】
次いで差動制御部７は、入力センサ22の出力として与えられる操舵角θ2 （ｔ）を取込み（ステップ２）、この操舵角θ2 （ｔ）を次式に適用して、ステアリングホイール１に加えるべき操舵トルクの目標値Ｔ2 （ｔ）を算出する（ステップ３）。
【００４６】
Ｔ2 （ｔ）＝Ｔ1 （ｔa ）／θ1 （ｔa ）・θ2 （ｔ）    …（１）
【００４７】
次いで差動制御部７は、（１）式により算出される操舵トルクの目標値Ｔ2 （ｔ）をステアリングホイール１に加えるべく、反力モータ６が発生すべき目標トルクを算出し（ステップ４）、この目標トルクを得るべく反力モータ６に動作指令を発し、該反力モータ６を駆動する（ステップ５）。
【００４８】
前記（１）式により算出される操舵トルクの目標値Ｔ2 （ｔ）は、現時点における操舵角θ2 （ｔ）に比例する値として与えられる。車両の操舵に要する操舵トルクは、操舵角の大小に応じて変化するから、操舵角θ2 （ｔ）に比例する値として与えられる操舵トルクの目標値Ｔ2 （ｔ）は、現状の操舵状態に応じたものとなる。
【００４９】
更に（１）式においては、操舵角θ2 （ｔ）に乗じる比例ゲインとして、差動モータ５の駆動開始の直前におけるび転舵トルクＴ1 （ｔa ）と転舵角θ1 （ｔa ）との比が用いられており、転舵トルクＴ1 （ｔa ）は、差動モータ５の駆動開始前にステアリングホイール１に加わっている反力に相当するから、差動モータ５の駆動開始直後に（１）式により設定される操舵トルクの目標値Ｔ2 （ｔ）をステアリングホイール１に加えることにより、ステアリングホイール１を操作する運転者に、それ以前に加わっている反力トルクに滑らかに連続する反力トルクを体感させることができ、運転者に違和感を与えることなく反力モータ６の駆動による補助反力を加えることができる。
【００５０】
差動制御部７は、差動モータ５の停止の有無を調べ（ステップ６）、差動モータ５の駆動が継続されている間（ステップ６：ＮＯ）は、ステップ２〜ステップ５の動作を繰り返し、操舵角θ2 （ｔ）の変化に応じて操舵トルクの目標値Ｔ2 （ｔ）を更新しつつ反力モータ６の駆動を継続する。
【００５１】
一方、差動モータ５の駆動が停止されている場合（ステップ６：ＹＥＳ）、差動制御部７は、目標トルクを所定の変化率にて漸減させ（ステップ７）、この目標トルクが零になる（ステップ８：ＹＥＳ）まで反力モータ６の駆動を継続する。
【００５２】
この動作により、差動モータ５の停止直後に反力モータ６による反力付加が失われ、ステアリングホイール１に加わる反力の急変による操舵感の悪化を未然に防止することができる。
【００５３】
また制御による反力の急激な変化を防止できるので、差動歯車装置、及び車両用操舵装置全体に与える負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】差動歯車装置の構成を略示する縦断面図である。
【図３】差動制御部による反力モータの駆動制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１    ステアリングホイール（操舵部材）
２    ステアリング軸
３    操舵機構
４    差動歯車装置
５    差動モータ
６    反力モータ
７    差動制御部（制御手段）
【図１】
2007076618.tif 000003
【図２】
2007076618.tif 000004
【図３】
2007076618.tif 000005