(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられ、モータの駆動により伝達比を可変する伝達比可変手段と、同伝達比可変手段を制御する制御手段を備えた車両用の伝達比可変操舵制御装置において、
操舵目標位置を演算するために、運転状態パラメータである車速及び操舵角を検出するパラメータ検出手段と、
前記検出手段が検出した車速に基づいて伝達比を演算し、該伝達比と前記操舵角に基づいて操舵目標位置を演算する演算手段と、
前記モータの実モータ位置を演算するための前記モータの出力角を検出する実モータ位置検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記操舵目標位置と、前記モータの出力角に基づいて演算される実モータ位置との偏差が所定範囲内又は該偏差が０のときモータ位置保持制御を行うことを特徴とする車両用の伝達比可変操舵制御装置。
【請求項２】
前記モータ位置保持制御は、モータに負荷を与えるロック制御であることを特徴とする請求項１に記載の車両用の伝達比可変操舵制御装置。
【請求項３】
前記モータ位置保持制御は、発電制御であることを特徴とする請求項１に記載の車両用の伝達比可変操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングハンドル操舵角の操舵輪に対する伝達比を可変することができる車両用の伝達比可変操舵制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ステアリングハンドル操舵角の操舵輪に対する伝達比を可変するステアリング装置が提案されている。例えば、特開平３−１５３４６７号公報等に開示されているステアリング装置が存在する。このステアリング装置は、ステアリングハンドルと操舵輪に連結されるピニオンとの間のステアリングシャフトに遊星歯車式差動機構による伝達比可変機構を備えている。
【０００３】
このような、ステアリング装置では、運転状態を検出するために、例えば、車速センサとステアリングハンドル操舵角（以下、操舵角という）を検出する操舵角センサが設けられている。そして、車両に備えられた電子制御装置（ＥＣＵ）は、車速センサが検出した車速と、操舵角センサが検出した操舵角に基づいて操舵目標位置を演算し、その操舵目標位置に応じた制御信号を出力する。一方、伝達比可変機構は、前記電子制御装置からの制御信号に基づいてモータが駆動されて伝達比が可変される。
【０００４】
そして、モータには実モータ位置を検出する検出手段が設けられており、制御装置は、実モータ位置が操舵目標位置と一致すると、モータの制御を停止するようにされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この構成のステアリング装置においては、実モータ位置と操舵目標位置とが一致すると、モータ制御が行われず、両位置がズレていると、位置を合わせようと制御する。
【０００６】
この結果、実モータ位置と操舵目標位置とが一致した場合、モータのロータはフリーな状態となっているため、走行中に操舵輪側から逆入力（キックバック）が印加されると、すぐにロータの位置がズレることになる。このようにズレてしまうと、電子制御装置は再度、操舵目標位置と実モータ位置とが一致するように制御することになる。
【０００７】
このため、従来は、操舵輪側から逆入力がある度に、ズレ量を補正するためのモータ駆動制御が行われ、このときのモータ駆動制御が振動となって、ステアリングハンドルを介して運転者に伝わったり、音の発生がある問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、操舵輪に外力が加わった際に、モータの位置のズレを抑制することができ、音、振動の発生を抑制することができる車両用の伝達比可変操舵制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられ、モータの駆動により伝達比を可変する伝達比可変手段と、同伝達比可変手段を制御する制御手段を備えた車両用の伝達比可変操舵制御装置において、操舵目標位置を演算するために、運転状態パラメータである車速及び操舵角を検出するパラメータ検出手段と、前記検出手段が検出した車速に基づいて伝達比を演算し、該伝達比と前記操舵角に基づいて操舵目標位置を演算する演算手段と、前記モータの実モータ位置を演算するための前記モータの出力角を検出する実モータ位置検出手段とを備え、前記制御手段は、前記目標位置と、前記モータの出力角に基づいて演算される実モータ位置との偏差が所定範囲内又は該偏差が０のときモータ位置保持制御を行うことを特徴とする車両用の伝達比可変操舵制御装置を要旨とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記モータ位置保持制御は、モータに負荷を与えるロック制御であることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１において、前記モータ位置保持制御は、発電制御であることを特徴としている。
【００１１】
（作用）
請求項１の発明によれば、パラメータ検出手段は、操舵目標位置を演算するために、運転状態パラメータである車速及び操舵角を検出する。演算手段は、前記検出手段が検出した車速に基づいて伝達比を演算し、該伝達比と前記操舵角に基づいて操舵目標位置を演算する。又、実モータ位置検出手段は、モータの実モータ位置を演算するための前記モータの出力角を検出する。
【００１２】
制御手段は、操舵目標位置と、前記モータの出力角に基づいて演算される実モータ位置との偏差が所定範囲内又は該偏差が０のときモータ位置保持制御を行う。
請求項２の発明によれば、請求項１の作用をモータ位置保持制御として、モータに負荷を与えるロック制御により実現させることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、請求項１の作用をモータ位置保持制御として、発電制御により実現する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、具体化した車両用の伝達比可変操舵制御装置の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
【００１５】
図１は、伝達比可変操舵制御装置１０の全体構成を示している。ステアリングハンドル２０は上部ステアリングシャフト２１の上端に接続されている。又、この上部ステアリングシャフト２１の下端は伝達比可変機構２２に接続されており、下部ステアリングシャフト２３の上端が伝達比可変機構２２に接続されている。伝達比可変機構２２は、操舵伝達系の途中に設けられた伝達比可変手段に相当する。
【００１６】
又、下部ステアリングシャフト２３の下端には、ピニオン２５ａが設けられ、このピニオン２５ａがラックバー２５に噛合されている。
さらに、ラックバー２５の両端には、それぞれタイロッド２６の一端が接続されるとともに各タイロッド２６の他端にはナックルアーム２７を介して操舵輪２８が接続されている。又、ナックルアーム２７の一端は、クロスメンバ２９に回動可能に連結されている。
【００１７】
又、上部ステアリングシャフト２１には、ステアリングハンドル２０の操舵角（入力角）θｈを検出するパラメータ検出手段としての操舵角センサ３０が設けられている。この操舵角センサ３０により出力されたステアリングハンドル２０の操舵角θｈは、ＥＣＵ（電子制御装置）４０のＣＰＵ（図示しない）に入力される。
【００１８】
伝達比可変機構２２は、ステアリングハンドル２０の操作に対する操舵輪２８の転舵動作を制御する機構部となっており、上部ステアリングシャフト２１と下部ステアリングシャフト２３とを連結する減速機としてのギヤ機構（図示しない）とこのギヤ機構を駆動するモータＭとを備えている。モータＭは、三相ブラシレスモータからなり、前記ギヤ機構は、本実施形態では遊星歯車機構からなる。
【００１９】
そして、モータＭによってギヤ機構を駆動することで、ステアリングハンドル２０の操舵角θｈが操舵輪２８の転舵角として伝達される伝達比（入力角／出力角）を変化させる機能を有する。なお、出力角については後述する。
【００２０】
伝達比可変機構２２の駆動制御は電子制御装置（ＥＣＵ）４０によって実施される。すなわち、ＥＣＵ４０は、操舵角センサ３０、後記する出力角センサ３２及び車速を検出するパラメータ検出手段としての車速センサ３１の各検出信号に基づいてモータＭに対して制御信号を出力することで、伝達比可変機構２２のモータＭの駆動制御を実施する。
【００２１】
次に、モータＭを駆動する回路の構成を図２を参照して説明する。
ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータ４１、マイクロコンピュータ４１に接続されたＰＷＭ制御回路４２、ＰＷＭ制御回路４２に接続されたモータプリドライブ回路４３、モータプリドライブ回路４３に接続されたインバータ４４を備えている。ＥＣＵ４０は制御手段及び演算手段に相当する。なお、インバータ４４は、電源Ｖｍより電力を供給されてモータＭを駆動する。
【００２２】
インバータ４４の上段、下段のスイッチング素子（本実施形態では、ＦＥＴ）４４ｕ，４４ｖ，４４ｗ，４４ｘ，４４ｙ，４４ｚを備え、図２に示すように各中間接続点に、モータＭの三相の界磁巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗがそれぞれ接続されている。
【００２３】
又、モータＭには同モータＭのロータ（図示しない）の回転角となる出力角θｓを検出する実モータ位置検出手段としての出力角センサ３２が設けられている。出力角センサ３２は、ホール素子からなる。ロータの回転角（出力角θｓ）はラックバー２５のストローク位置に対応し、さらにラックバー２５のストローク位置は操舵輪２８の転舵角に対応するため、出力角センサ３２によってロータの回転角を検出することにより、操舵輪２８の転舵角を検出している。この出力角センサ３２により出力されたロータの回転角は、ＥＣＵ（電子制御装置）４０のマイクロコンピュータ４１に入力される。
【００２４】
マイクロコンピュータ４１は、ＣＰＵ（中央処理制御装置）、プログラムを記憶するＲＯＭ、作業用メモリであるＲＡＭ（いずれも図示しない）を備えている。
【００２５】
（作用）
さて、上記のように構成された車両用の伝達比可変操舵制御装置１０の作用を説明する。
【００２６】
図３は、ＥＣＵ４０のＣＰＵが定時割込みにて処理するモータ位置保持制御ルーチンを示している。
ステップ（以下、ステップをＳという）１において、車速センサ３１から出力される車速Ｖ、操舵角センサ３０から出力される操舵角θｈ、出力角センサ３２から出力される出力角θｓの読み込みが行われる。そして、車速Ｖに基づいて伝達比Ｇの演算が行われる。この伝達比Ｇの演算は、予めＲＯＭ（図示しない）に格納された車速Ｖに対する伝達比Ｇのマップを参照することにより行われる。
【００２７】
そして、得られた伝達比Ｇに基づいて、操舵目標位置（目標転舵角）が算出される。すなわち、操舵目標位置（目標転舵角）は、演算により得られた伝達比Ｇと読み込んだ操舵角θｈとを掛け合わせることにより算出される。
【００２８】
次のＳ２では、ロータ回転位置である実モータ位置を演算する。すなわち、ＣＰＵはモータＭの出力角センサ３２からの出力角θｓに基づいて、実モータ位置を演算する。
【００２９】
続くＳ３において、操舵目標位置と実モータ位置との偏差εが所定範囲内である否かを判定する。偏差εが所定範囲内であれば、操舵目標位置と実モータ位置とが実質的に一致しているとして、Ｓ４に移行し、モータ位置保持制御を実行し、このルーチンを一旦終了する。このモータ位置保持制御は、ＣＰＵがＰＷＭ制御回路４２に、インバータ４４の上段のスイッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをオフさせる信号を出力し、かつ、下段のスイッチング素子４４ｘ，４４ｙ，４４ｚをオンさせる信号を出力することにより行われる。この状態で、操舵輪２８からのキックバック（逆入力）があった場合、モータＭは発電制御することになり、この結果、キックバックによるモータＭのロータの回転が抑制され、操舵目標位置と実モータ位置とのずれを抑制することになる。
【００３０】
又、この発電制御は、前記したスイッチング素子のオン、オフの組合せ以外に、上段のスイッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをオンさせる信号を出力し、かつ、下段のスイッチング素子４４ｘ，４４ｙ，４４ｚをオフさせることによって行っても良い。この状態でも、操舵目標位置と実モータ位置とのずれを抑制することになり、同様の効果が得られる。
【００３１】
又、Ｓ３において、偏差εが所定範囲外であれば、操舵目標位置と実モータ位置とが一致していないとして、Ｓ５に移行し、偏差εを解消するように伝達比可変制御を実行し、このルーチンを一旦終了する。
【００３２】
すなわち、Ｓ５においては、ＣＰＵは偏差εを解消するようにデューティ演算を行って、制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその制御信号を出力する。ＰＷＭ制御回路４２はその制御信号に基づいて、モータプリドライブ回路４３、及びインバータ４４を介してモータＭを駆動することにより、操舵目標位置となるように伝達比可変機構２２を作動する。
【００３３】
従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）  上記実施形態では、操舵伝達系の途中に伝達比可変機構２２（伝達比可変手段）と、伝達比可変機構２２を制御するＥＣＵ４０（制御手段）を設けた。そして、操舵目標位置を演算するための車速Ｖ（運転状態パラメータ）、操舵角θｈ（運転状態パラメータ）をそれぞれ検出する車速センサ３１（パラメータ検出手段）及び操舵角センサ３０（パラメータ検出手段）を設けた。さらに、モータＭの実モータ位置を演算するための前記モータの出力角を検出する出力角センサ３２（実モータ位置検出手段）を設けた。そして、ＥＣＵ４０は、演算手段として車速Ｖに基づいて伝達比を演算し、該伝達比と操舵角θｈに基づいて操舵目標位置を演算するようにし、操舵目標位置と、前記モータの出力角に基づいて演算される実モータ位置との偏差が所定範囲内のときモータ位置保持制御を行うようにした。
【００３４】
この結果、キックバックによるモータＭのロータの回転が抑制され、操舵目標位置と実モータ位置とのずれを抑制できる。
（２）  上記実施形態では、モータ位置保持制御は、発電制御によって行うようにした。
【００３５】
この結果、従来は、操舵輪側から逆入力がある度に、ズレ量を補正するためのモータ駆動制御が行われていたが、本実施形態では、ズレ量を補正するためのモータ駆動制御の頻度を少なくできる。このため、モータ駆動制御による振動が抑制され、その振動に起因した音の発生も抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態は以下のように変更しても良い。
（イ）  上記実施形態では、モータ位置保持制御としての発電制御を、ＣＰＵがスイッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをオン、又は、オフとする信号を出力し、モータ端子間を継続的に短絡させて行ったが、次のようにＰＷＭ制御しても良い。すなわち、上段のスイッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをデューティ比が大きく（例えば８０％）なるように制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその制御信号を出力し、かつ、下段のスイッチング素子４４ｘ，４４ｙ，４４ｚをオフする信号を出力するようにして、モータ端子間を断続的に短絡させる。
【００３７】
このようにしても、モータＭは、上段のスイッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗがオンのときに発電制御が行われ、この結果、操舵目標位置と実モータ位置とのずれを抑制する効果が得られる。
【００３８】
なお、上段のスイッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをオフし、かつ、下段のスイッチング素子４４ｘ，４４ｙ，４４ｚをデューティ比が大きく（例えば９０％）なるように制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその制御信号を出力することもできる。さらに、上段と下段のスイッチング素子をデューティ演算を行って、制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその制御信号を出力することもできる。
【００３９】
（ロ）上記実施形態では、Ｓ４のモータ位置保持制御として、発電制御を行ったが、モータに負荷を与えるロック制御に代えても良い。
すなわち、Ｓ４においては、モータ位置保持制御は、ＣＰＵがＰＷＭ制御回路４２に、例えば、ある電気角の位相においては、図４のａに示すように界磁巻線Ｌｕから界磁巻線Ｌｖ、Ｌｗに通電するように、インバータ４４の上段のスイッチング素子４４ｕ、下段のスイッチング素子４４ｙ，４４ｚをオンし、他のスイッチング素子４４ｖ，４４ｗ，４４ｘをオフとする信号を出力することにより行われる。この状態にすると、モータＭの界磁巻線により発生する磁界が固定され、モータＭの界磁巻線とモータＭのロータに付設された永久磁石との間に磁気吸引力が生じ、モータＭのロータの回転が抑制されるように働く。
【００４０】
すなわち、操舵輪２８からのキックバック（逆入力）があった場合、モータＭの回転が抑制され、操舵目標位置と実モータ位置とのズレを抑制することになる。
【００４１】
なお、他のある電気角の位相においては、図４のｂ〜ｆに示すスイッチング素子のオン、オフの組合せも考えられ、この組合せにおいても同様の効果が得られる。
【００４２】
特に、このロック制御によれば、前記発電制御よりも、ロータの保持力が強いため、キックバックによる、ロータのズレの解消はより効果的に行うことができる。
【００４３】
又、このロック制御においても、スイッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗ，４４ｘ，４４ｙ，４４ｚをオン、又はオフとする信号を出力したが、別例（イ）で記載した発電制御と同様に、デューティ演算を行って、制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその制御信号を出力するようにしても良い。
【００４４】
（ハ）上記実施形態では、減速機として遊星歯車機構を用いているが、これに限らず、ハーモニックドライブ減速機やサイクロイド減速機等の減速機を用いるようにしても良い。
【００４５】
（ニ）  上記実施形態では、偏差εが所定範囲内であれば、操舵目標位置と実モータ位置とが一致しているとしたが、これに代えて、偏差εが０のときのみを操舵目標位置と実モータ位置とが一致しているとしても良い。
【００４６】
（ホ）  上記実施形態は、モータＭとして、三相ブラシレスモータを使用したが、このモータに限らず以下のモータを使用しても良い。
ロック制御用として使用できるモータとしては、ブラシレスモータ全般、スイッチドリラクタンスモータ等が考えられる。又、発電制御として使用できるモータとしては、ブラシレスモータ全般、ＤＣモータ、インダクタンスモータ（誘導電動機）、スイッチドリラクタンスモータ等が考えられる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（１）  請求項１において、パラメータ検出手段は、車速を検出する車速検出手段と、ステアリングハンドルの操舵角を検出する操舵角センサである車両用の伝達比可変操舵制御装置。こうすると、運転状態パラメータとして車速及び操舵角とを得て、操舵目標位置を演算することができ、請求項１の作用効果を実現する。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項３の発明によれば、操舵輪に外力が加わった際に、モータの位置のズレを抑制することができ、音、振動の発生を抑制することができる。
【００４９】
請求項２によれば、モータの保持力が強く、より効果的に、操舵輪に外力が加わった際に、モータの位置のズレを抑制することができ、音、振動の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における車両用の伝達比可変操舵制御装置の概略全体図。
【図２】同じく制御装置の回路ブロック図。
【図３】同じくモータ位置保持制御ルーチンのフローチャート。
【図４】同じくロック制御におけるスイッチング素子のオン・オフの組合せを表す図。
【符号の説明】
２０…ステアリングハンドル、
２２…伝達比可変機構（伝達比可変手段）、２８…操舵輪、
３０…操舵角センサ（パラメータ検出手段）、
３１…車速センサ（パラメータ検出手段）、
３２…出力角センサ（実モータ位置検出手段）
４０…ＥＣＵ（制御手段、演算手段）、
Ｍ…モータ。
【図１】
0003881180.tif 000002
【図２】
0003881180.tif 000003
【図３】
0003881180.tif 000004
【図４】
0003881180.tif 000005