(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルと車輪とを連結するステアリング装置であって、
一端が前記操舵ハンドルに接続されるハンドル側操舵軸と、
一端が前記車輪側に接続される車輪側操舵軸と、
前記ハンドル側操舵軸の他端と前記車輪側操舵軸の他端とを連結する連結部に設けられ、このハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸との相対回転を、磁力によって拘束する磁力結合手段とを備え、
前記磁力結合手段は、磁力による結合状態を制御する結合状態制御手段と、前記ハンドル側操舵軸と前記車輪側操舵軸のうちの一方に電磁コイルを備えており、
前記結合状態制御手段は、
前記ハンドル側操舵軸と前記車輪側操舵軸とが相対的に回転した際に、前記電磁コイルに発生する誘導電流を、この電磁コイルに還流させる還流手段と、
前記電磁コイルに還流させる誘導電流を、この誘導電流の周波数に応じて減衰させるフィルタ手段とを備えるステアリング装置。
【請求項２】
前記磁力結合手段は、前記ハンドル側操舵軸と前記車輪側操舵軸とを機械的に接続する減速機構を備える請求項１記載のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両を操縦する操舵ハンドルと車輪とを連結するステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両走行時に、左右の車輪のアンバランスや路面の細かな凹凸などが原因となって、車輪から操舵系に対して振動的な外力が入力される場合がある。このような逆入力が操舵系に作用すると、この逆入力が、ステアリング装置を構成するラック軸及びギヤボックスを介して操舵軸（ステアリングシャフト）を回転させるように伝達される。そして、このように操舵軸が振動的に回転することで、操舵軸に連結された操舵ハンドルが周方向に沿って振動するフラッタが発生する。
【０００３】
このような振動は、操舵ハンドルを握る運転者にとって不快に感じる場合もあるため、例えば特開平８−２０７７９１に開示されているように、ゴムカップリングを介して操舵軸同士を連結することで、操舵系を伝達される逆入力による振動を減衰させることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、このようなステアリング装置は舵を切るための装置であると同時に、路面から操舵系への入力となる逆入力を操舵ハンドル側に伝達する装置としての役割も担っている。従って、このように路面から操舵系へ入力される振動成分のうち、フラッタとして現れる振動の周波数成分は十分に減衰させることが望ましく、例えば路面のうなりなどに起因した逆入力による振動の周波数成分は、路面状態を示す有用な情報として、操舵ハンドル側に伝達させることが望ましい。
【０００５】
しかし、前述したように、ゴムなどの弾性部材を用いて、操舵系を連結した構成を採用すると、伝達すべき有用な振動も減衰されてしまうため、操舵フィーリングが低下するという欠点があった。また、ゴムなどの弾性部材を用いて振動減衰機構を構成した場合にも特定の周波数の振動を大きく減衰させることは可能であるが、例えば異なる周波数帯域の振動を減衰させるような場合や、減衰させたい振動の周波数を変更する場合などには、振動減衰機構の設計が困難であり、ゴムカップリングの構造も大きな変更を伴う場合も生じ得る。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決すべく成されたものであり、その目的は、従来のようなゴムカップリングなどの弾性部材を用いることなく、操舵系に作用する逆入力による不要な振動を減衰させ得る、新たなダンパ機構を備えたステアリング装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１にかかるステアリング装置は、操舵ハンドルと車輪とを連結するステアリング装置であって、一端が操舵ハンドルに接続されるハンドル側操舵軸と、一端が車輪側に接続される車輪側操舵軸と、ハンドル側操舵軸の他端と車輪側操舵軸の他端とを連結する連結部に設けられ、このハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸との相対回転を、磁力によって拘束する磁力結合手段とを備え、磁力結合手段は、磁力による結合状態を制御する結合状態制御手段と、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸のうちの一方に電磁コイルを備えており、結合状態制御手段は、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸とが相対的に回転した際に、電磁コイルに発生する誘導電流を、この電磁コイルに還流させる還流手段と、電磁コイルに還流させる誘導電流を、この誘導電流の周波数に応じて減衰させるフィルタ手段とを備えて構成する。
【０００８】
このような磁力結合手段を備えることで、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸との相対回転を許容しつつ、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸とを連結することができる。
【０００９】
なお、磁力結合手段を構成する組み合わせとしては、永久磁石−永久磁石、永久磁石−磁性部材、電磁石−磁性部材、電磁石−永久磁石、電磁石−電磁石があり、一方をハンドル側操舵軸側に固定し、他方を車輪側操舵軸側に固定して構成する。
【００１１】
このような結合状態制御手段を備えることで、例えば、振動周波数に応じた磁力による結合状態の制御、操舵ハンドルの操舵状態に応じた磁力による結合状態の制御などを実施することができる。
【００１３】
このように磁力結合手段の構成として、少なくとも一方に電磁コイルを備えることで、磁力結合の結合状態を電気的に調整することができる。そして磁力結合している、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸とが相対的に変位することで、電磁誘導による誘導起電力が生じて誘導電流が流れるが、この誘導電流は生じた相対変位を減少させる方向に流れる。このためこの誘導電流を、環流手段を介して電磁コイルに環流させることで、このような相対変位を生じさせないように、換言すればあたかもハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸とが剛結合しているように、互いを連結させることも原理的に可能となる。
【００１４】
この際、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸とが相対変位する振動周波数に対応した周波数の誘導電流が発生するため、この誘導電流を所定の周波数特性を持ったフィルタ手段を介して電磁コイル側に環流させる。これにより電磁コイルに環流する、特定周波数の誘導電流を減衰させることができる。環流する誘導電流が減少すると、この減少状態に応じてハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸との磁力結合状態が弱められ、互いの相対変位が許容される状態となる。磁力結合手段は、この作用によって、この間を伝達される振動を減衰するダンパとして機能する。
【００１５】
請求項２にかかるステアリング装置は、請求項１におけるステアリング装置において、磁力結合手段は、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸とを機械的に接続する減速機構を備えて構成する。
【００１６】
このように磁力結合手段に減速機構を備えることで、磁力結合手段による磁力結合の強度を、減速機構の減速度合いに応じて補うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に実施形態にかかるステアリング装置の全体的な構成を示す。操舵ハンドル１０はハンドル側操舵軸２０の一端側に連結され、他端側はＤＣモータ１００のステータ側に固定されている。また、このＤＣモータ１００のロータ側は、車輪側操舵軸３０の一端側に固定されており、他端側はラックアンドピニオン式のギヤ装置４０を介してラック軸５０に連結され、このラック軸５０の両端側にはそれぞれ車輪Ｗが連結されている。このようにして、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とは、ＤＣモータ１００を介して連結された状態となっており、ＤＣモータ１００は、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との軸方向に沿った相対変位を拘束する、機械的な連結部を構成している。
【００１９】
なお、ここではハンドル側操舵軸２０をステータ側、車輪側操舵軸３０をロータ側に固定するものとして説明したが、ハンドル側操舵軸２０をロータ側、車輪側操舵軸３０をステータ側に固定してもよい。
【００２０】
本実施形態で用いるＤＣモータ１００は、ＤＣモータの基本構造をそのまま利用することができるため、便宜上モータとして説明するが、電力を供給して回転駆動する動力源としてではなく、主として、以下に説明するようにいわば発電機として機能させるものであり、これにより、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との相対回転を磁力によって拘束する磁力結合機構として機能する。
【００２１】
ＤＣモータ１００は、ここでは一例としてブラシ付きのＤＣモータで構成しており、このブラシ付きＤＣモータの原理的な構成図を図２に概略的に示す。ＤＣモータ１００は、永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓ、電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗ、整流子１２０Ｕ、１２０Ｖ、１２０Ｗ、ブラシ１３０、１３２等によって構成されており、極性の異なる永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓを対向させて配置し、その間に、３つの整流子１２０Ｕ、１２０Ｖ、１２０Ｗを同一の円周上に沿って配置している。各電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗはそれぞれの一端側を共通に接続しており、電磁コイルＵの他端側を整流子１２０Ｕに、電磁コイルＶの他端側を整流子１２０Ｖに、電磁コイルＷの他端側を整流子１２０Ｗに、それぞれ接続して構成している。各ブラシ１３０、１３２は、互いに異なるいずれか１つの整流子１２０Ｕ、１２０Ｖ、１２０Ｗと接触して電気的に接続するように、各整流子が配置された同一の円周上に沿って、相対する位置に配設されており、図２の例では、ブラシ１３０が整流子１２０Ｕと接触し、ブラシ１３２が整流子１２０Ｖと接触している。そして、ブラシ１３０、１３２はそれぞれ接続端子１０２、１０４に電気的に接続され、この接続端子１０２、１０４は、後述する制御部２００に接続されている。
【００２２】
このような構成要素を備えるＤＣモータ１００のうち、永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓ及びブラシ１３０，１３２は、ステータ側となるモータハウジングに対して固定されており、整流子１２０Ｕ、１２０Ｖ、１２０Ｗ及び電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗはロータ側に固定されている。そして本実施形態では、前述したように、このような永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓなどのステータ側をハンドル側操舵軸２０に対して固定し、整流子１２０Ｕ、１２０Ｖ、１２０Ｗなどのロータ側を車輪側操舵軸３０に対して固定している。
【００２３】
このようにハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とは、ＤＣモータ１００を介して互いの軸線方向の変位が拘束された状態であるとともに、ＤＣモータ１００を構成するステータ側とロータ側との間の電磁的な結合力によって、相対回転が拘束され得る状態となっている。
【００２４】
ここで制御部２００の構成として、例えば、図２に示すように接続端子１０２、１０４間を電気的に短絡するように構成した場合について説明する。図２の例では、制御部２００内において、接続端子１０２，１０４間を短絡接続する構成を示しており、このように接続端子１０２，１０４間を短絡させることで、「接続端子１０２−制御部２００−接続端子１０４−ブラシ１３２−整流子１２０Ｖ−電磁コイルＶ−電磁コイルＵ−整流子１２０Ｕ−ブラシ１３０−接続端子１０２」と一巡する閉回路が構成される。このような状態の下で、運転者がハンドル操作を行った場合や、車輪Ｗを介して路面から操舵系に逆入力があると、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とが相対的に回転するような力が作用することになり、永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓなどのステータ側に対して、電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗなどのロータ側が、相対的に回転し始める。この場合、永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓによって作られる磁界内を電磁コイルＵ、Ｖが移動するため、電磁コイルＵ、Ｖを通過する磁束密度が変化して、電磁誘導によってこの磁束密度の変化を打ち消す方向に誘導起電力が発生する。この誘導起電力によって流れる誘導電流が、短絡状態の制御部２００を介して、電磁コイルＵ、Ｖにそのまま環流することで、電磁コイルＵ、Ｖと永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓとの間には、生じつつあるロータ側とステータ側の相対変位を減少させる方向に電磁力が発生し、この作用によりＤＣモータ１００のロータ側とステータ側とが電磁的に強固に連結され、ＤＣモータ１００の回転（ステータ側に対するロータ側の回転）が阻止された状態となる。
【００２５】
なお、接続端子１０２，１０４間を電気的に非接続状態として、誘導電流を電磁コイルＵ、Ｖ側に環流させない状態とすることで、前述したような電磁結合を解消させることも可能であり、これによりＤＣモータ１００のロータ側とステータ側とが相対的にフリーに回転し得る状態となる。
【００２６】
このようなロータ側とステータ側の磁力による結合状態は、永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓと電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗとの間隔（ギャップ長）、永久磁石１１０Ｎ、１１０Ｓの磁力強度、電磁コイルＵ、Ｖ、Ｗの巻き数などを変更することで、調整することができる。
【００２７】
従って、このように機械的な変更を行うことで、磁力による結合状態を調整でき、これによりハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とがあたかも直接剛結合しているような状態や、わずかな相対回転を許容することであたかもゴムカップリングを介して連結されているような状態など、適宜構成することが可能である。
【００２８】
また、上記のように機械的に変更することなく、電気的な構成を変更することで、発生する電磁力を調整することもできる。例えば、路面の凹凸などが原因となって、車輪Ｗから操舵系に逆入力が作用すると、この逆入力による振動によって、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とが振動的に相対変位し、この振動周波数に対応した誘導電流が制御部２００を介して、図２の例では電磁コイルＵ、Ｖに環流する。従って、図３に示すように、制御部２００として、所定の周波数特性を有するフィルタ回路２１０を構成して、接続端子１０２，１０４間に接続することで、図２の例における電磁コイルＵ、Ｖに環流する誘導電流を、その周波数に応じて減衰させることができる。環流する誘導電流が減衰すると、ＤＣモータ１００のステータ側とロータ側との磁力結合が弱められてすべり量が発生する。従って、多少の相対回転が許容された状態で、ＤＣモータ１００の回転が拘束される状態となる。この作用によって、ＤＣモータ１００は、この間を伝達される、特定周波数の振動的な相対変位を減衰させるダンパとして機能する。
【００２９】
路面の凹凸などに起因して車輪Ｗから操舵系に作用する逆入力は、通常のハンドル操作に比べて振動周波数が高いため、例えば図４に示すように、運転者が操舵ハンドル１０を通常操作するような低い振動周波数でリアクタンスを低くし、振動周波数が高いほどリアクタンスが増加するように、フィルタ回路２１０の周波数特性を設定する。これにより、通常操舵時にはハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とは、強い磁力結合によって相対回転の拘束度合いが高い状態で互いに連結され、一方、逆入力に起因した周波数の高い振動的な相対回転に対しては、磁力結合度合いが低下する（相対回転の拘束度合いが低下する）ため、この振動がＤＣモータ１００の回転変位として吸収されて、逆入力による振動が操舵ハンドル１０側へ伝達される度合いを十分に低減することができる。
【００３０】
また、フィルタ回路２１０を所定の共振回路（例えばコイルとコンデンサを並列接続した回路）によって構成することにより、例えば図５に示すように、フラッタなどに対応する特定の周波数ｆ０を中心とする周波数帯域の振動のみを大きく減衰させることもできる。フィルタ回路２１０のリアクタンスの周波数特性が図５のとき、入力側回転量に対する出力側回転量の伝達度合いを、振動周波数に応じたゲインＧ（Ｇ＝出力側回転量／入力側回転量）で示すと、図６に示すようになり、フラッタなどに対応する特定の周波数ｆ０の振動が、車輪側操舵軸３０からハンドル側操舵軸２０側へ伝達される際に十分に減衰させることが可能となる。
【００３１】
第２実施形態について説明する。
【００３２】
緊急回避操舵などによって、運転者が操舵ハンドル１０を大きく速く操作した場合は、通常の操舵時に比べて、一定のハンドル操作量（ハンドル側操舵軸２０の回転量）に対して車輪Ｗがより大きく転舵するように、操舵系の総合ギヤ比をクイックに制御することで、急操舵時の操舵性を高めることが望ましい。
【００３３】
そこで、ＤＣモータ１００における磁力結合状態を制御する際に、振動周波数に加えて、運転者が操舵ハンドル１０を操作する操舵速度も考慮する制御例について説明する。
【００３４】
路面からの逆入力による振動によって、ＤＣモータ１００には、通常のハンドル操作時に比べて、より大きな誘導起電力が発生するが、緊急回避操舵などによって、運転者が操舵ハンドル１０を大きく速く操作した場合にも、通常のハンドル操作時に比べて、より大きな誘導起電力が発生し、逆入力よる誘導起電力の場合と同程度の誘導起電力が発生する場合がある。そこで以下のような構成を採用する。
【００３５】
図１で示したギヤ装置４０におけるラックアンドピニオンのギヤ比として、一般的に設定されているギヤ比を例えば１７とすると、ギヤ装置４０のギヤ比を、この１７よりも高い例えばギヤ比１２程度のクイック側に設定すると共に、制御部２００としては、図７に示すフィルタ回路２２０を構成する。
【００３６】
フィルタ回路２２０は、互いに逆向き接続したツェナーダイオードＤ１、Ｄ２にコイルＬ２を直列に接続すると共に、このように直列接続されたツェナーダイオードＤ１、Ｄ２及びコイルＬ２に対して、コイルＬ１を並列に接続して構成している。
【００３７】
そして、コイルＬ１には、通常の操舵に対応する周波数ｆ１（Ｈｚ）程度の誘導電流をある程度減衰させて通過させると共に、フラッタなどに起因する、より高い周波数の誘導電流をより大きく減衰させるような周波数特性を持たせておく。これにより、通常の操舵状態では、ＤＣモータ１００を介したハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との磁力結合度が低く、ＤＣモータ１００のすべり量（ロータ側とステータ側の相対変位）が比較的大きな状態となり、従ってハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との間における、回転量の伝達度合いとしてのゲインＧは小さくなり、ＤＣモータ１００を介した見かけ上のギヤ比はスロー（ハンドル側操舵軸２０の回転量に対する車輪側操舵軸３０の回転量が小）となる。ただし、前述したように、ギヤ装置４０におけるラックアンドピニオンのギヤ比を、一般値よりもクイック側（車輪側操舵軸３０の回転量に対する車輪Ｗの転舵量が大）に設定しているので、ＤＣモータ１００のすべり量を補うことができるため、操舵ハンドル１０の操舵量に対する車輪Ｗの転舵量は通常のステアリング装置と同程度となり、通常操舵時には、運転者は通常の車両と同じ操舵感を得ることができる。
【００３８】
一方、ツェナーダイオードＤ１、Ｄ２の降伏電圧Ｖｓとしては、緊急回避操舵等によって運転者が操舵ハンドル１０を大きく速く操作した場合などに発生する、比較的大きな誘導起電力よりも若干低めとなるように選択しておく。これにより運転者の急操舵等で生じた誘導起電力により接続端子１０２，１０４間に｜Ｖｓ｜以上の電位差が生じることで、ツェナーダイオードＤ１、Ｄ２側の回路に電流が流れ始める。
【００３９】
ここで、運転者が操舵ハンドル１０を大きく速く操作した場合以外に、路面からの逆入力があった場合にも、誘導起電力がツェナーダイオードＤ１、Ｄ２の降伏電圧Ｖｓを越えて増大する場合があるが、運転者の急操舵による振動周波数は路面からの逆入力による振動周波数に比べて低い。このため、コイルＬ２の周波数特性として、急操舵による低い周波数（例えば０．１＊ｆ１（Ｈｚ）程度）の誘導電流を十分に通過させ、この周波数よりも高い周波数の誘導電流を大きく減衰させるような周波数特性を設定しておく。
【００４０】
これにより、ツェナーダイオードＤ１、Ｄ２及びコイルＬ２側を流れる誘導電流のうち、逆入力による起因した誘導電流は、大きく減衰されてＤＣモータ１００側に環流され、この結果、ＤＣモータ１００内の磁力結合度は低く抑えられる。従って前述した作用により、逆入力による振動はＤＣモータ１００を介して減衰され、操舵ハンドル１０側に伝達される。
【００４１】
そして前述したように、急操舵による低い周波数（例えば０．１＊ｆ１（Ｈｚ）程度）の誘導電流に対しては減衰を抑えて、より多くの誘導電流を通過させ得るように、コイルＬ２の周波数特性を設定しているため、緊急回避等による急操舵時には、十分に大きな誘導電流をＤＣモータ１００側に環流させることができる。これにより、ＤＣモータ１００内の磁力結合度が高められ、ＤＣモータ１００のすべり量（ロータ側とステータ側の相対変位）が十分に小さく抑えられ、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とを直結に近い状態に剛結合させることができる。このようにハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とが剛結合される結果、ＤＣモータ１００を介したギヤ比がクイックとなる。さらにこれに加えて、前述したようにギヤ装置４０の設定ギヤ比が通常よりもクイック側に設定されているため、操舵系の総合ギヤ比は、操舵ハンドル１０を所定量操作した場合に、通常操舵時に比べて車輪Ｗがより大きく転舵するクイック状態となり、緊急回避時には応答性の高いステアリングを実現できる。
【００４２】
このように制御部２００を構成することで、操舵系に作用する振動周波数と操舵速度とに応じて、ＤＣモータ１００の電磁結合度を好適に制御することができ、しかも、別の駆動機構やセンサなどを設ける必要がなく、応答性も極めて高いという優れた特性を備えている。
【００４３】
第３実施形態について説明する。
【００４４】
前述したように振動周波数や操舵速度をもとに、ＤＣモータ１００の電磁結合度を制御する構成としては、例えば図８に示すように構成することもできる。なお、図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付して示す。また、ギヤ装置４０におけるラックアンドピニオンのギヤ比は、前述した実施形態と同様に、一般的に設定されているギヤ比１７よりも高いクイック側のギヤ比として、ギヤ比１２程度に設定している。
【００４５】
図８に示すステアリング装置における制御部２００は、コイルＬ３、ドライバ回路２４０、コントローラ２５０等を備えた、いわゆるアクティブタイプの制御部を構成しており、接続端子１０２とドライバ回路２４０とを、簡易フィルタとしてのコイルＬ３を介して接続している。
【００４６】
ドライバ回路２４０は、電圧駆動型の低出力インピーダンスのドライバ回路を構成しており、コントローラ２５０から与えられる制御電圧に一致するように、出力電圧を維持するように動作する。
【００４７】
このコントローラ２５０には、ハンドル側操舵軸２０及び車輪側操舵軸３０に設けた回転角センサ６０，６２の検出結果が与えられるが、この回転角センサ６０、６２の検出結果を基に、路面から操舵系に作用する逆入力の振動状態や、急操舵・緩操舵などの運転者の操舵状態を把握することができる。従ってコントローラ２５０は、回転角センサ６０，６２の検出結果からハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との相対変位を検知し、この検知結果からＤＣモータ１００内で発生する誘導起電力を推定すると共に、この誘導起電力に対して、ドライバ回路２４０の出力電圧を制御して、ＤＣモータ１００側に環流させる誘導電流を制御する。そしてコントローラ２５０では、このように環流させる誘導電流を制御することで、ＤＣモータ１００内の磁力結合度としての、ダンパ性能を制御している。
【００４８】
前述したように、入力側回転量に対する出力側回転量の伝達度合いをゲインＧ（Ｇ＝出力側回転量／入力側回転量）で示すと、ＤＣモータ１００内の磁力結合度を制御することは、回転量の伝達度合いとしてのゲインＧを制御することであり、以下に、コントローラ２５０における制御例として、振動周波数と操舵速度とに応じてゲインＧを制御する制御例を示す。
【００４９】
図９には、振動周波数に応じたゲインＧ１の設定例を示しており、図中、運転者のハンドル操作によって操舵系に生じ得る振動周波数の範囲を「正入力領域」、路面から操舵系に作用する逆入力によって生じ得る振動周波数の範囲を「逆入力領域」として示している。正入力領域ではゲインＧ１＝１となるように規定しており、逆入力領域では振動周波数が高まるにつれてゲインＧ１が低くなるような傾向となっている。また、図１０には、正入力領域の場合における、操舵速度に応じたゲインＧ２の設定例を示しており、通常操舵時のように操舵速度が低い領域ではゲインＧ２が１よりも小さな値に設定されており、操舵速度が高まるにつれてゲインＧ２の値も大きく設定され、緊急回避時のように、操舵速度がある程度以上高い領域ではゲインＧ２＝１に設定される。なお、図示は省略するが、逆入力領域では操舵速度に関わらず、ゲインＧ２＝１に設定するものとする。
【００５０】
そして、コントローラ２５０では、このようにして振動周波数及び操舵速度にに応じてそれぞれ設定されたゲインＧ１及びゲインＧ２をもとに、最終的なゲインＧの値をＧ＝Ｇ１＊Ｇ２として設定する。
【００５１】
このようにしてゲインＧの値を設定することで、通常のハンドル操作の場合には、振動周波数が低く（Ｇ１＝１）、操舵速度も低い（Ｇ２＜１）ため、Ｇ＝Ｇ１＊Ｇ２として設定されるゲインＧは、１よりも小さな値となって、ＤＣモータ１００内のすべり量が比較的大きな状態となるように磁力結合度合いが制御される。ただし第２実施形態と同様に、ギヤ装置４０におけるラックアンドピニオンのギヤ比が一般値よりもクイック側に設定されており、このようなギヤ装置４０の設定ギヤ比の作用によって、ＤＣモータ１００のすべり量を補うことができ、操舵ハンドル１０の操舵量に対する車輪Ｗの転舵量は通常の車両と同程度となる。また、緊急回避などによって急操舵を行った場合には、振動周波数は低く（Ｇ１＝１）、操舵速度が高いため（Ｇ２＝１）、Ｇ＝Ｇ１＊Ｇ２として設定されるゲインＧはＧ＝１に近い値が設定されることとなり、ＤＣモータ１００を介してハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とを直結に近い状態に剛結合させることができる。そして、ギヤ装置４０の設定ギヤ比の作用と相まって、操舵ハンドル１０を所定量操作した場合にも、車輪Ｗが通常操舵時よりも大きく転舵するクイック状態となり、緊急回避時には応答性の高いステアリングを実現できる。
【００５２】
一方、路面からの逆入力が操舵系に作用した場合には、前述したように操舵速度に応じたゲインＧ２が常にＧ２＝１に設定されると共に、振動周波数に応じたゲインＧ１は、振動周波数が高まるにつれて１より小さな値に設定される。このため、Ｇ＝Ｇ１＊Ｇ２として設定されるゲインＧは、振動周波数が高まるにつれて１より小さな値に設定される傾向となり、この結果、車輪側操舵軸３０からハンドル側操舵軸２０へ伝達される逆入力による周波数の高い細かな振動を、ＤＣモータ１００において十分に減衰させることができる。
【００５３】
コントローラ２５０は、ＤＣモータ１００のすべり量がこのようにして設定されたゲインＧに対応するように、ドライバ回路２４０に対して制御電圧を出力して、ＤＣモータ１００に環流する誘導電流の環流状態を制御する。従ってコントローラ２５０によって、このような作用によってＤＣモータ１００内の磁力結合度合い、すなわちステータに対するロータのすべり量が調整制御される。
【００５４】
従って、このように図８における制御部２００の構成は、第２実施形態で例示した図７におけるフィルタ回路２２０と、同様な作用効果を発揮することができる。
【００５５】
なお、図８の例では、ハンドル側操舵軸２０及び車輪側操舵軸３０に、回転角センサ６０，６２を設ける場合を例示したが、この回転角センサ６０，６２に代えてそれぞれトルクセンサを設け、ハンドル側操舵軸２０及び車輪側操舵軸３０に作用するトルクの情報をコントローラ２５０に与えることでも、同様の制御を実施することができる。
【００５６】
第４実施形態について説明する。
【００５７】
前述した各実施形態では、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との相対回転を拘束するＤＣモータ１００を、操舵系に１つ備えた構成を例示したが、例えば図１４に示すようにＤＣモータ１００を操舵系に複数備えることも可能である。図１４に示す構成は、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０の対向端部に、それぞれ大径のギヤ２２，３２を固定しており、ギヤ２２はハンドル側操舵軸２０と一体的に回転し、ギヤ３２は車輪側操舵軸３０と一体的に回転する。また、操舵ハンドル側のギヤ２２の両側には小径のギヤ２４，２６が噛合しており、車輪側のギヤ３２の両側にも小径のギヤ３４，３６が噛合している。そして一方のＤＣモータ１００Ａは、ステータ（ハウジング）側をギヤ２４に、ロータ側をギヤ３４にそれぞれ固定し、もう一方のＤＣモータ１００Ｂは、ステータ（ハウジング）側をギヤ２６に、ロータ側をギヤ３６にそれぞれ固定して構成している。そしてさらに、図１などで示した構成と同様に、ＤＣモータ１００Ａを制御部２００Ａに、ＤＣモータ１００Ｂを制御部２００Ｂにそれぞれ接続して構成している。
【００５８】
このようにしてハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との間を、２系統の磁力結合機構で接続することも可能である。これにより例えば、制御部２００Ａ、２００Ｂを、それぞれ周波数特性の異なるフィルタ回路で構成することで、ＤＣモータ１００Ａ、１００Ｂはそれぞれ周波数特性の異なる磁力結合状態となるため、磁力結合させるＤＣモータを必要に応じて切り換えて用いることも可能である。また、両ＤＣモータ１００Ａ、１００Ｂによる電磁結合の度合いを調整することで、周波数特性の異なる磁力結合力を合成することも可能である。
【００５９】
また、図１４の構成では、大径のギヤ２２，３２と小径のギヤ２４，２６，３４，３６とで減速機構を構成しており、この減速機構を介して、磁力結合機構としてのＤＣモータ１００Ａ、１００Ｂを、ハンドル側操舵軸２０及び車輪側操舵軸３０側に連結する構成となっている。このため、ＤＣモータ１００Ａ、１００Ｂにおける電磁結合の強度を、減速機構の減速度合いによって補うことができる構成となっている。なお、減速機構の構成例としては、、図１４の構造以外にも、減速作用を発揮する歯車列が介在する連結機構であれば、特に限定するものではない。
【００６０】
以上説明した各実施形態では、ハンドル側操舵軸２０及び車輪側操舵軸３０とを磁力結合させる機構としてブラシ付きのＤＣモータ１００を例示したが、このタイプのモータに限定するものではない。例えば図１１に示すように、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との磁力結合機構として、ブラシレスの３相ステップモータを用いることもできる。図１１の例では、Ｕ相コイルｕとＵ相ドライバ回路２６０Ｕ、Ｖ相コイルｖとＶ相ドライバ回路２６０Ｖ、Ｗ相コイルｗとＷ相ドライバ回路２６０Ｗを、それぞれ同一の共振周波数ｆ０を有するフィルタ回路（ＬＣ共振回路）２７０Ｕ、２７０Ｖ、２７０Ｗを介して接続して構成している。なお、各相ドライバ回路２６０Ｕ、２６０Ｖ、２６０Ｗは、それぞれ電圧駆動型の低出力インピーダンスのドライバ回路を構成しており、図示しない所定の制御装置から与えられる制御電圧に一致するように、出力電圧を維持するように動作する。
【００６１】
図１１に示すように構成することで、前述した実施形態と同様の作用により、この３相ステップモータを介してハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との間に伝達される振動成分のうち、周波数ｆ０の振動成分を十分に減衰させることができる（図５，図６参照）。
【００６２】
また、他の実施形態としては、図１２に示すように、周波数特性の異なる複数のフィルタ回路２８０，２８１，２８２を、動作制御可能なスイッチ２８３，２８４，２８５を介して、図１における接続端子１０２，１０４間にそれぞれ接続して構成することもできる。このように構成して、各スイッチ２８３，２８４，２８５を適宜開閉制御することで、フィルタ回路を適宜選択的に用いたり、複数のフィルタ回路を合成して用いることもできる。
【００６３】
また、このようなフィルタ回路２８０，２８１，２８２に代えて、抵抗素子、コイル（インダクタ）、コンデンサ（キャパシタ）などを組み合わせて用いることで、所定条件に応じて各素子を選択的に用いて、状況に応じた好適なフィルタ回路を構成することもできる。
【００６４】
さらに他の実施形態としては、図１３に示すように、所定のフィルタ回路２９０と、ＤＣモータ１００の駆動回路２９２とを、組み合わせて用いることもできる。ＤＣモータ１００の駆動回路２９２としては、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式の駆動回路（高出力インピーダンス）を用いており、フィルタ回路２９０は、駆動回路２９２から出力される数ＫＨｚオーダのＰＷＭ信号の流通を阻止するコイル２９４を介して、接続端子１０２，１０４間に接続している。このように構成することで、モータ駆動用のＰＷＭ信号は、フィルタ回路２９０側に流入することなく、ＤＣモータ１００側に供給され、ＤＣモータ１００の相対回転により生じた誘導電流はフィルタ回路２９０を介して環流させることができる。
【００６５】
そしてこのように駆動回路２９２を組み合わせて用いることで、ＤＣモータ１００を、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０とを磁力によって連結する磁力結合機構として機能させると共に、回転駆動力を発生する駆動源としてのモータ本来の機能を発揮させることも可能である。ＤＣモータ１００を駆動源として機能させる場合の適用例としては、例えば、ハンドル操作の際のアシスト力を発生して運転者の操舵力を軽減させる操舵補助力の発生機構として用いる場合が挙げられる。なお、ＤＣモータ１００を駆動源として機能させる際には、ＤＣモータ１００のステータ側となるモータハウジングを、例えば遊星歯車機構などを介して車両本体側に支持させて、モータの回転反力を車体本体側で受ける構成とすればよい。
【００６６】
また、以上説明した実施形態では、磁力結合機構としてモータを用いる場合を例示したが、この他にも例えば図１５に示すように構成してもよい。図１５では、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０の対向端部にそれぞれ円盤状の永久磁石３１０、３２０を固定し、ガイド管３００内においてスペーサ３３０を介して、極性の異なる磁極同士を対向させて、互いに引き合うように配置する構成となっている。このように構成した場合には、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との軸方向の相対変位を磁力結合によって拘束し、且つ、回転方向の相対変位も磁力結合によって拘束する状態となる。このように構成した場合にも、ハンドル側操舵軸２０と車輪側操舵軸３０との間を伝達される高い周波数の振動を、永久磁石３１０、３２０による磁力連結部において減衰させることも可能である。
【００６７】
なお、この場合、大きな逆入力が操舵系に作用した場合に、永久磁石３１０、３２０の相対位置が大きく回転変位するような、いわゆる脱調状態となる場合もおこり得る。このため、このような過大な脱調状態となることを防止するために、永久磁石３１０と永久磁石３２０との相対的な回転変位を、ある範囲でのみ許容する脱調ストッパを設けることが望ましい。この脱調ストッパとしては、所定範囲を超える相対回転を阻止し得る構造であれば限定するものではなく、例えば、図１６に拡大して示すように、永久磁石３１０と永久磁石３２０とを、バネ部材３４０やワイヤなどを介して連結し、所定量以上の相対回転を阻止する構成とすればよい。
【００６８】
また、磁力結合させる構成として組み合わせとしては、永久磁石−永久磁石、永久磁石−磁性部材、電磁石−磁性部材、電磁石−永久磁石、電磁石−電磁石があり、一方にハンドル側操舵軸２０、他方に車輪側操舵軸３０を連結する構成を採用することができ、このうち、一方に電磁石を用いた場合に、振動周波数に応じた磁力による結合状態の制御、操舵ハンドルの操舵状態に応じた磁力による結合状態の制御などを実施することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項にかかるステアリング装置によれば、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸との相対回転を、磁力によって拘束する磁力結合手段を備える構成を採用した。これにより、従来のようなゴムカップリングなどの弾性部材を用いることなく、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸との間を伝達される不要な振動を減衰させて、ハンドル側操舵軸と車輪側操舵軸とを連結する、新たなダンパ機構を備えたステアリング装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかるステアリング装置を概略的に示す構成図である。
【図２】ＤＣモータの基本構造と制御部の構成例を示す回路図である。
【図３】制御部の他の構成例を示す回路図である。
【図４】図３のフィルタ回路における周波数特性を示すグラフである。
【図５】図３のフィルタ回路における、別の周波数特性の例を示すグラフである。
【図６】図３のフィルタ回路の周波数特性が図５で示す特性のとき、振動周波数に対するゲインＧ（Ｇ＝出力側回転量／入力側回転量）の特性を示すグラフである。
【図７】制御部におけるフィルタ回路の他の構成例を示す回路図である。
【図８】他の実施形態にかかるステアリング装置を概略的に示す構成図である。
【図９】図８で示したステアリング装置における、振動周波数に応じたゲインＧ１の設定例を示すグラフである。
【図１０】図８で示したステアリング装置における、操舵速度に応じたゲインＧ２の設定例を示すグラフである。
【図１１】磁力結合機構として、ブラシレスの３相ステップモータを用いた場合の構成例を示す回路図である。
【図１２】制御部の他の構成例を示す回路図である。
【図１３】制御部の他の構成例を示す回路図である。
【図１４】ステアリング装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図１５】ステアリング装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図１６】図１５におけるステアリング装置のうち、説明に必要な部位のみを部分的に取り出して示しつつ、脱調ストッパの構成例を概略的に示した部分拡大図である。
【符号の説明】
１０…操舵ハンドル、２０…ハンドル側操舵軸、３０…車輪側操舵軸
１００…ＤＣモータ、２００…制御部
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003991718.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003991718.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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