JP2004098744A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵フィーリングを低下させることなく確実にフェールセーフ機能を奏することができ、ドライバーによる操作部材の操作に対する舵角の変化特性をアクチュエータの制御により変更可能な車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操作部材２に機械的に連結された操作側回転部材１２と、操舵用アクチュエータ３の動きによる舵角変化に応じ回転するように車輪４に機械的に連結された車輪側回転部材１３を、伝動機構２０により互いに回転伝達可能かつ回転伝達比を変更可能に機械的に連結する。伝動機構２０による回転伝達比の調整用アクチュエータ３９と操舵用アクチュエータ３を操作部材２の操作に応じて制御する。操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、操作部材２の操作量の変化に対する操作部材２に作用する操作トルクの変化の比率が大きくなるように調整用アクチュエータ３９が制御される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライバーによる操作部材の操作に対する舵角と操作トルクの変化特性を、アクチュエータの制御によって変更可能な車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作部材の操作に対する舵角の変化特性と操作トルクをアクチュエータの制御により変更可能な車両用操舵装置として、操作部材と車輪とを機械的に連結しない所謂ステアバイワイヤシステムを採用したもの（特許文献１参照）と、機械的に連結したもの（特許文献２参照）がある。
【０００３】
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、ステアリングホイールを模した操作部材を車輪に機械的に連結することなく、操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達することで操舵特性を変更している。また、路面から車輪に作用する操舵抵抗が操作部材に伝達されないことから、操作用アクチュエータにより操作部材に作用する操作トルクを発生することでドライバーに操舵フィーリングを付与している。
【０００４】
操作部材と車輪とを機械的に連結した操舵装置においては、ステアリングホイールの操作に応じた入力シャフトの回転を遊星ギヤ機構等の回転伝達比可変機構を介して出力シャフトに伝達し、その出力シャフトの回転を舵角変化が生じるように車輪に伝達する際に、その遊星ギヤ機構のリングギヤ等を操舵用アクチュエータにより駆動することで操舵特性を変更している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−００２５１１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４５０９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、アクチュエータや制御系の故障時においても操作部材の操作に応じて車輪を転舵させることができるようにフェールセーフ機能が必要になる。そこで、操作部材に機械的に連結された操作側回転部材と車輪に機械的に連結された操作側回転部材を、故障時にクラッチ等を介して連結することでフェールセーフ機能を奏することが提案されている。しかし、通常は操作側回転部材と車輪側回転部材が機械的に連結されていないため、フェールセーフの確実性が十分なものではなかった。
【０００７】
伝達比可変機構を介して操作部材と車輪を機械的に連結する操舵装置においては、路面の凹凸等による舵角変動を補償するための制御を行う際に、車輪の動きに応じて操作部材に作用する操作トルクが変動するため、円滑な操舵フィーリングを得るのが困難であった。
【０００８】
また、操作部材に機械的に連結された操作側回転部材と、車輪に機械的に連結された車輪側回転部材と、両回転部材を互いに回転伝達可能かつ回転伝達比を変更可能に機械的に連結する伝動機構と、その操作側回転部材と車輪側回転部材の間の回転伝達比の調整用アクチュエータと、舵角を変化させる操舵用アクチュエータとを設け、その操舵用アクチュエータの制御により舵角を変化させ、その調整用アクチュエータの制御により操作部材に作用する操作トルクを変化させることが考えらる。しかし、操作部材の操作方向を急激に変化させた場合、操舵用アクチュエータの応答遅れにより操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが逆になると共に、調整用アクチュエータの応答遅れにより操作部材に作用する操作トルクが小さくなる。このような場合、操作部材を操作しているにも関わらず操舵機構が機能していないかのような違和感（いわゆる舵抜け感）をドライバーに与えるおそれがある。
本発明は、上記問題を解決することのできる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用操舵装置は、操作部材と、その操作部材の操作に応じて回転するように、その操作部材に機械的に連結された操作側回転部材と、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達するステアリングギヤと、その舵角変化に応じて回転するように、その車輪に機械的に連結された車輪側回転部材と、その操作側回転部材と車輪側回転部材を、互いに回転伝達可能かつ回転伝達比を変更可能に機械的に連結する伝動機構と、その伝動機構を介する操作側回転部材と車輪側回転部材の間の回転伝達比の調整用アクチュエータと、その操作部材の操作に応じて前記操舵用アクチュエータと調整用アクチュエータを制御する制御装置と、その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致するか否かを判断する手段とを備え、その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、操作部材の操作量の変化に対する操作部材に作用する操作トルクの変化の比率が大きくなるように前記調整用アクチュエータが制御される。
【００１０】
本発明の車両用操舵装置によれば、操作部材に機械的に連結された操作側回転部材と車輪に機械的に連結された車輪側回転部材とが伝動機構を介して互いに回転伝達可能であるので、フェールセーフ機能の確実性を向上することができる。そのフェールセーフ機能は、例えば調整用アクチュエータ、操舵用アクチュエータ、制御装置の中の少なくとも一つの異常の検知手段と、その異常検知時に操作側回転部材と車輪側回転部材との間の回転伝達比の変化を規制する手段とを備える構成により奏することができる。その異常検知時においては、両アクチュエータの駆動を解除して操舵装置をマニュアルタイプのステアリング装置として機能させてもよいし、調整用アクチュエータの異常時は操舵用アクチュエータにより操舵補助力を発生し、操舵用アクチュエータの異常時は調整用アクチュエータにより操舵補助力を発生することで操舵装置をパワーステアリング装置として機能させてもよい。
【００１１】
また、調整用アクチュエータにより車輪側回転部材と操作側回転部材との間の回転伝達比を変化させることで、操作トルクを車輪の動きに影響されることなく円滑に変化させることができる。
【００１２】
そして、操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、操作部材の操作量の変化に対する操作部材に作用する操作トルクの変化の比率が大きくなるように前記調整用アクチュエータが制御される。これにより、操作部材の操作方向を急激に変化させた場合の調整用アクチュエータの応答遅れを抑制し、操作部材に適正な操作トルクを作用させることができる。この際、その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、その調整用アクチュエータの制御ゲインが大きくされるのが好ましい。これにより、調整用アクチュエータの応答遅れを容易に抑制でき、ドライバーに違和感を与えるのを防止できる。また、その操作部材の操作量を求める手段と、その操作部材の操作トルクを求める手段と、その舵角を求める手段と、舵角変化による車両の挙動変化に対応する挙動指標値を求める手段と、操作量と挙動指標値と目標舵角との間の設定した関係と、求めた操作量と、求めた挙動指標値とから目標舵角を求める手段と、操作量と挙動指標値と目標操作トルクとの間の設定した関係と、求めた操作量と、求めた挙動指標値とから目標操作トルクを求める手段とを備え、その目標舵角に舵角が対応するように操舵用アクチュエータが制御されると共に、その目標操作トルクに操作トルクが対応するように調整用アクチュエータが制御され、その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、前記目標操作トルクに対応する値が大きくされるのが好ましい。これにより、車両の挙動変化に応じて調整用アクチュエータの応答遅れを適正化することができ、操舵フィーリングを向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示す車両用操舵装置１は、ステアリングホイールを模した操作部材２と、操舵用アクチュエータ３と、その操舵用アクチュエータ３の動きを舵角変化が生じるように左右車輪４に伝達するステアリングギヤ５とを備える。その操舵用アクチュエータ３は、例えば公知のブラシレスモータや油圧モータ等により構成できる。そのステアリングギヤ５は、その操舵用アクチュエータ３の出力シャフト３ａの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッド７の動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達されることで車輪４のトー角が変化する。その運動変換機構は、本実施形態では、操舵用アクチュエータ３の出力シャフト３ａに取り付けられたピニオン１０と、このピニオン１０に噛み合うラック１１とから構成され、そのラック１１はステアリングロッド７に形成されている。その操舵用アクチュエータ３の動きを舵角が変化するように車輪４に伝達できればステアリングギヤ５の構成は特に限定されない。車輪４はセルフアライニングトルクが生じるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１４】
操作部材２の操作に応じて回転するように、その操作部材２にシャフト状の操作側回転部材１２が機械的に連結されている。本実施形態の操作側回転部材１２は操作部材２に同行回転するように取り付けられている。なお、操作側回転部材１２は、操作部材２の操作に応じて回転するように操作部材２に機械的に連結されていればよく、例えば変速ギヤ機構を介して連結されてもよい。
【００１５】
舵角の変化に応じて回転するように、車輪４に車輪側回転部材１３が機械的に連結されている。本実施形態の車輪側回転部材１３は、上記ラック１１に噛み合うピニオン１４に同行回転するよう連結されている。なお、車輪側回転部材１３は、舵角の変化に応じて回転するように車輪４に機械的に連結されていればよく、車輪４との連結はラック１１とピニオン１４を介するものに限定されない。
【００１６】
操作側回転部材１２と車輪側回転部材１３は伝動機構２０を介して互いに回転伝達可能に機械的に連結されている。その伝動機構２０は操作側回転部材１２と車輪側回転部材１３との間の回転伝達比を変更可能である。すなわち図２に示すように、伝動機構２０はハウジング２３と、このハウジング２３により覆われる遊星ギヤ機構３０を有する。ハウジング２３は操作側回転部材１２をベアリング２１、２２を介して支持し、車輪側回転部材１３をベアリング２４、２５を介して支持する。車輪側回転部材１３と操作側回転部材１２は同軸心に隙間を介して配置される。その遊星ギヤ機構３０を介して操作側回転部材１２と車輪側回転部材１３との間で回転伝達が行われる。
【００１７】
その遊星ギヤ機構３０は、３つの相対回転可能な構成要素としてサンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを有し、サンギヤ３１とリングギヤ３２とに噛み合う遊星ギヤ３３をキャリア３４により保持している。サンギヤ３１は、操作側回転部材１２の端部に同行回転するように連結されている。キャリア３４は、車輪側回転部材１３に同行回転するように連結されている。リングギヤ３２は、操作側回転部材１２を囲むホルダー３６にボルト３６２を介して固定されている。そのホルダー３６は、操作側回転部材１２を囲むようにハウジング２３に固定された筒状部材３５によりベアリング２９を介して支持されている。そのホルダー３６の外周にウォームホイール３７が同行回転するように嵌め合わされている。そのウォームホイール３７に噛み合うウォーム３８がハウジング２３により支持されている。そのウォーム３８がハウジング２３に取り付けられた調整用アクチュエータ３９により駆動されることで、遊星ギヤ機構３０の構成要素であるリングギヤ３２が調整用アクチュエータ３９により駆動される。その調整用アクチュエータ３９は、例えば公知のブラシレスモータ等の電動モータや油圧モータにより構成できる。その調整用アクチュエータ３９によりリングギヤ３２の回転速度を変化させることで、操作側回転部材１２と車輪側回転部材１３との間の回転伝達比を変更できる。
【００１８】
その操舵用アクチュエータ３と調整用アクチュエータ３９の制御系が設けられている。本実施形態では、図１に示すように、操作部材２の操作量δｈとして操作側回転部材１２の回転角が操作量センサ４１により求められ、その回転角の符号は操作部材２が直進状態から左右一方に操作された時は正、左右他方に操作された時は負とされる。舵角δとして車輪４の転舵量に対応する車輪側回転部材１３の回転角が舵角センサ４２により求められ、その回転角の符号は舵角δが直進状態から左右一方に変化した時は正、左右他方に変化した時は負とされる。車速Ｖが速度センサ４３により検出される。操作部材２の操作トルクＴｈがトルクセンサ４６により検出される。調整用アクチュエータ３９を構成するモータ電流Ｉｈが電流センサ４４により検出される。舵角変化による車両の挙動変化に対応する挙動指標値として車両の横加速度Ｇｙが横加速度センサ４７により検出される。舵角変化による車両の挙動変化に対応する挙動指標値として車両のヨーレートγがヨーレートセンサ４８により検出される。各センサ４１、４２、４３、４４、４６、４７、４８はコンピュータにより構成される制御装置４５に接続される。制御装置４５は操作部材２の操作に応じて操舵用アクチュエータ３と調整用アクチュエータ３９を駆動回路３ｂ、３９ａを介して制御する。
【００１９】
図３は、車速が予め設定した車速Ｖａ以上である場合の制御装置４５による操舵用アクチュエータ３と調整用アクチュエータ３９の制御ブロック図を示す。図３において、Ｔｈ^＊　は目標操作トルク、δ^＊　は目標舵角、δ_ＦＦは舵角設定値、δ_ＦＢは舵角修正値、Ｉｈ^＊　は調整用アクチュエータ３９の目標モータ電流、ｉ^＊　は操舵用アクチュエータ３の目標モータ電流、Ｄｕｔｙ^＊　は駆動回路３９ａにより調整用アクチュエータ３９をＰＷＭ制御する際の目標ＰＷＭデューティ、Ｄは舵角変化による車両１００の挙動変化に対応する操舵用挙動指標値、Ｄ^＊　は目標操舵用挙動指標値である。
【００２０】
操舵用挙動指標値Ｄは、横加速度加重比をＫ１、ヨーレート加重比をＫ２、Ｋ１＋Ｋ２＝１として、以下の関係式により求められる。
Ｄ＝Ｋ１・Ｇｙ＋Ｋ２・γ・Ｖ
その関係式は制御装置４５に記憶され、この関係式と、横加速度Ｇｙ、ヨーレートγ、車速Ｖの各検出値とから操舵用挙動指標値Ｄが演算される。Ｋ１とＫ２の比率は、操舵用挙動指標値Ｄが舵角変化による車両の挙動変化に対応するように設定すればよく、例えばＫ１＝Ｋ２＝０．５といったような一定値としてもよいし、舵角変化による車両の挙動変化に影響する車速等に応じて変化させてもよい。
制御装置４５は、検出操作角δｈに応じた目標操舵用挙動指標値Ｄ^＊　を伝達関数Ｇ１に基づき演算する。そのδｈとＤ^＊　との関係である伝達関数Ｇ１は予め定められて制御装置４５に記憶される。例えばＫ_Ｄ１を比例定数としてＧ１＝Ｋ_Ｄ１・Ｖとされ、Ｄ^＊　＝Ｋ_Ｄ１・Ｖ・δｈにより目標操舵用挙動指標値Ｄ^＊　が求められる。その比例定数Ｋ_Ｄ１は最適な制御を行えるように調整される。なお、伝達関数Ｇ１は車速Ｖに比例するものに限定されず定数としてもよい。
制御装置４５は、目標操舵用挙動指標値Ｄ^＊　に応じた舵角設定値δ_ＦＦを伝達関数Ｇ２に基づき演算する。そのＤ^＊　とδ_ＦＦとの関係である伝達関数Ｇ２は予め定められて制御装置４５に記憶される。例えばＧ_Ｄ　（ｖ）を舵角に対する横加速度の定常ゲインとしてＧ２＝１／Ｇ_Ｄ　（ｖ）とされ、δ_ＦＦ＝Ｄ^＊　／Ｇ_Ｄ　（ｖ）により舵角設定値δ_ＦＦが求められる。そのゲインＧ_Ｄ　（ｖ）は、ＳＦをスタビリティファクタ、Ｌをホイールベースとして次式により求められる。
Ｇ_Ｄ　（ｖ）＝Ｖ^２　／｛（１＋ＳＦ・Ｖ^２　）Ｌ｝
制御装置４５は、目標操舵用挙動指標値Ｄ^＊　から、検出横加速度Ｇｙ、検出ヨーレートγ、検出車速Ｖに基づき求めた操舵用挙動指標値Ｄを差し引いた偏差（Ｄ^＊　−Ｄ）を演算し、その偏差（Ｄ^＊　−Ｄ）に応じた舵角修正値δ_ＦＢを伝達関数Ｇ３に基づき演算する。その偏差（Ｄ^＊　−Ｄ）とδ_ＦＢとの関係である伝達関数Ｇ３は予め定められて制御装置４５に記憶される。例えばＫｐを比例ゲイン、Ｋｉを積分ゲイン、ｓをラプラス演算子として、ＰＩ制御がなされるようにＧ３＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）／Ｇ_Ｄ　（ｖ）とされ、δ_ＦＢ＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）・（Ｄ^＊　−Ｄ）／Ｇ_Ｄ　（ｖ）により舵角修正値δ_ＦＢが求められる。そのＫｐ、Ｋｉは最適な制御を行えるように調整される。
制御装置４５は舵角設定値δ_ＦＦと舵角修正値δ_ＦＢの和として目標舵角δ^＊　を演算する。その舵角設定値δ_ＦＦは操舵用アクチュエータ３の制御におけるフィードフォワード項に対応し、その舵角修正値δ_ＦＢは操舵用アクチュエータ３の制御におけるフィードバック項に対応することから、操舵用アクチュエータ３に対してフィードフォワード制御とフィードバック制御の統合制御が行われる。
これにより制御装置４５は、操作角δｈと操舵用挙動指標値Ｄと目標舵角δ^＊　との間の設定した関係を記憶し、その設定した関係と、求めた操舵用挙動指標値Ｄとから目標舵角δ^＊　を求めることになる。
制御装置４５は、目標舵角δ^＊　に応じた操舵用アクチュエータ３の目標モータ電流ｉ^＊　を伝達関数Ｇ４に基づき演算する。そのδ^＊　とｉ^＊　との関係である伝達関数Ｇ４は予め定められて制御装置４５に記憶される。例えばＫｂをゲイン、Ｔｂを時定数として、ＰＩ制御がなされるようにＧ４＝Ｋｂ・〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕とされ、ｉ^＊　＝Ｋｂ〔１＋１／（Ｔｂ・ｓ）〕・δ^＊　により目標モータ電流ｉ^＊　が求められる。そのゲインＫｂおよび時定数Ｔｂは最適な制御を行えるように調整される。その目標モータ電流ｉ^＊　に応じて操舵用アクチュエータ３が駆動回路３ｂを介して駆動される。これにより、舵角δが目標舵角δ^＊　に対応するように操舵用アクチュエータ３が制御装置４５により制御され、その制御により操作角δｈ、車速Ｖ、ヨーレートγ、横加速度Ｇｙといった車両運転条件の変化に応じて操作角δｈと舵角δの比が変化する。
【００２１】
図４は、車速が予め設定した車速Ｖａ未満である場合における制御装置４５による操舵用アクチュエータ３の制御ブロック図を示す。車速がＶａ以上である場合とＶａ未満である場合とは目標操作トルクＴｈ^＊　と目標舵角δ^＊　の求め方が異なるものとされている。すなわち図４において、Ｇ６はδｈに対するδ^＊　の伝達関数である。その予め設定する車速Ｖａは、その車速Ｖａ以上であれば操舵用挙動指標値Ｄに基づき目標舵角δ^＊　を適正に設定できるように定めればよく、例えば２．７８ｍ／ｓとされる。制御装置４５は、検出操作角δｈに応じた目標舵角δ^＊　を伝達関数Ｇ６に基づき演算する。その伝達関数Ｇ６は予め定められて制御装置４５に記憶される。例えば比例ゲインを車速Ｖの関数Ｋａ（ｖ）としてＧ６＝Ｋａ（ｖ）とされ、δ^＊　＝Ｋａ（ｖ）・δｈにより目標舵角δ^＊　が求められる。また、その予め設定した車速Ｖａにおいては、伝達関数Ｇ６に基づき求めた目標舵角δ^＊　と、上記伝達関数Ｇ１、Ｇ２に基づき求めた舵角設定値δ_ＦＦとが等しくされる。これにより以下の式が成立する。
δ^＊　＝δ_ＦＦ＝｛Ｋ_Ｄ１・Ｖａ／Ｇ_Ｄ　（ｖ）｝δｈ＝Ｋａ（ｖ）・δｈ
そのＫａ（ｖ）の値は、例えば車速Ｖ＝０ｍ／ｓにおける値を設定し、Ｖ＝２．７８ｍ／ｓにおける｛Ｋ_Ｄ１・Ｖａ／Ｇ_Ｄ　（ｖ）｝の値との間を補間することにより求める。
【００２２】
目標操作トルクＴｈ^＊　は、操作角δｈ、ヨーレートγ、横加速度Ｇｙ、車速Ｖの関数Ｆとされ、制御装置４５はＴｈ^＊　＝Ｆ（δｈ、γ、Ｇｙ、Ｖ）の関係により目標操作トルクＴｈ^＊　を求める。その関数Ｆは予め設定されて制御装置４５に記憶され、例えばＫ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６を係数として以下の式とされる。
Ｆ（δｈ、γ、Ｇｙ、Ｖ）＝Ｋ３×δｈ×Ｋ４（Ｋ５・Ｇｙ＋Ｋ６・γ・Ｖ）
これにより制御装置４５は、操作角δｈと挙動指標値である横加速度Ｇｙおよびヨーレートγと目標操作トルクＴｈ^＊　との間の設定した関係を記憶し、その設定した関係と、求めた挙動指標値とから目標操作トルクＴｈ^＊　を求めることになる。その目標操作トルクＴｈ^＊　と検出した操作トルクＴｈとの偏差を低減するように調整用アクチュエータ３９を制御することで、操作部材２に操作トルクＴｈが作用する。例えば制御装置４５は、目標操作トルクＴｈ^＊　と操作トルクＴｈとの偏差に対する調整用アクチュエータ３９の目標モータ電流Ｉｈ^＊　の伝達関数Ｇｈを記憶し、Ｉｈ^＊　＝Ｇｈ・（Ｔｈ^＊　−Ｔｈ）の関係と求めた偏差（Ｔｈ^＊　−Ｔｈ）とからＩｈ^＊　を演算する。その伝達関数Ｇｈは、例えばＰＩＤ制御を行う場合、Ｋｃをゲイン、ｔｃ、ｔｃ′を時定数、ｓをラプラス演算子として、Ｇｈ＝Ｋｃ〔１＋１／（ｔｃ・ｓ）＋ｔｃ′・ｓ〕とされ、そのゲインＫｃおよび時定数ｔｃ、ｔｃ′は最適な制御を行えるように調整される。さらに制御装置４５は、調整用アクチュエータ３９の目標モータ電流Ｉｈ^＊　とモータ電流Ｉｈとの偏差に対する目標ＰＷＭデューティＤｕｔｙ^＊　の伝達関数Ｇｐを記憶し、Ｄｕｔｙ^＊　＝Ｇｐ・（Ｉｈ^＊　−Ｉｈ）の関係と求めた偏差（Ｉｈ^＊　−Ｉｈ）とからＤｕｔｙ^＊　を演算する。その伝達関数Ｇｐは、例えばＰＩＤ制御を行う場合、Ｋｄをゲイン、ｔｄ、ｔｄ′を時定数、ｓをラプラス演算子として、Ｇｐ＝Ｋｄ〔１＋１／（ｔｄ・ｓ）＋ｔｄ′・ｓ〕とされ、そのゲインＫｄおよび時定数ｔｄ、ｔｄ′は最適な制御を行えるように調整される。そのＤｕｔｙ^＊　に応じて調整用アクチュエータ３９が駆動回路３９ａを介してＰＷＭ制御される。これにより、操作角δｈが目標操作角δｈ^＊　に対応するように調整用アクチュエータ３９が制御装置４５により制御される。
【００２３】
制御装置４５は、操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致するか否かを判断する。本実施形態では、操作角δｈの変化速度ｄδｈ／ｄｔの符号は左右一方への操作時は正、左右他方への操作時は負とされ、舵角δの変化速度ｄδ／ｄｔの符号は左右一方への変化時は正、左右他方への変化時は負とされ、操作角δｈの変化速度と舵角δの変化速度との積ｄδｈ／ｄｔ・ｄδ／ｄｔの符号の正負により操作部材２の操作方向と舵角δの変化方向とが一致するか否かが判断される。
【００２４】
操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、操作角δｈの変化に対する操作部材２に作用する操作トルクＴｈの変化の比率が大きくなるように調整用アクチュエータ３９が制御される。例えば、操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、伝達関数ＧｐのゲインＫｄが大きくされることで、調整用アクチュエータ３９の制御ゲインが大きくされる。なお、ゲインＫｄだけでなく時定数ｔｄ、ｔｄ′も変化させてもよい。また、ゲインＫｄに代えて、あるいはゲインＫｄと共に、伝達関数ＧｈのゲインＫｃを操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも大きくしてもよい。さらに、制御ゲインに代えて、あるいは制御ゲインと共に、操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、関数Ｆ（δｈ、γ、Ｇｙ、Ｖ）を変化させて目標操作トルクＴｈ^＊　を大きくしてもよい。また、調整用アクチュエータ３９のＰＩＤ制御を行う際のＤｕｔｙ^＊　をサンプリングした離散データから演算するため、比例項と積分項と微分項の和によって求めるものとし、各制御周期それぞれにおけるＤｕｔｙ^＊　は電流偏差（Ｉｈ^＊　−Ｉｈ）の今回値と前回値との偏差に係数Ｐａを掛けた比例項と、電流偏差（Ｉｈ^＊　−Ｉｈ）に係数Ｐｂを掛けた積分項と、電流偏差（Ｉｈ^＊　−Ｉｈ）の今回値と前回値との偏差から前回値と前々回値との偏差を差し引いた値に係数Ｐｃを掛けた微分項の和とし、その係数Ｐａを操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも大きく（例えば１．２倍）することで、調整用アクチュエータ３９の制御ゲインを大きくしてもよい。この場合、係数Ｐｂ、Ｐｃも係数Ｐａと同じ割合あるいは異なる割合で大きくしてもよい。
【００２５】
調整用アクチュエータ３９の異常検知手段が設けられている。例えば、制御装置４５により演算された調整用アクチュエータ３９の目標電流Ｉｈ^＊　とセンサ４４の検出電流Ｉｈとの偏差を制御装置４５はモニターし、その偏差が設定値以上であれば調整用アクチュエータ３９が異常であると判断する。
【００２６】
操作側回転部材１２と車輪側回転部材１３との間の回転伝達比の変化を規制可能な規制機構５０が設けられている。その規制機構５０は、両回転部材１２、１３の間の回転伝達比の変化を規制できれば構成は特に限定されない。本実施形態では、図５に示すように、ハウジング２３に駆動装置５２を介して取り付けられる押し付け部材５１を有する。その押し付け部材５１はウォームホイール３７の外周に対向する。その駆動装置５２は、例えば押し付け部材５１にウォームホイール３７から離れる方向の力を作用させるソレノイドと、制御装置４５からの異常検知信号によりソレノイドへの通電が解除されると、押し付け部材５１をウォームホイール３７の外周に押しつけるバネとで構成される。その押し付け部材５１にウォームホイール３７の歯３７ａに噛み合う歯５１ａが形成されている。その押し付け部材５１とウォームホイール３７とが噛み合うことで、ウォームホイール３７と一体のリングギヤ３２の回転はロックされるので、操作側回転部材１２と車輪側回転部材１３との間の回転伝達比の変化は規制され、遊星ギヤ機構は減速比一定の回転伝達機構として機能する。
【００２７】
調整用アクチュエータ３９の異常検知時に、制御装置４５は規制機構５０により両回転部材１２、１３の間の回転伝達比の変化を規制し、通電を遮断することで調整用アクチュエータ３９の駆動を解除し、操舵補助トルクを作用させることができるように操舵用アクチュエータ３を制御する。例えば図６に示すように、操舵補助トルクの作用により目標操舵トルクＴａ^＊　の大きさは操作量δｈが大きくなる程に大きくなり、また、車速Ｖが小さくなる程に小さくなるものとされ、この関係が制御装置４５に記憶される。その記憶した関係と、操作量センサ４１により検出した操作量δｈと、速度センサ４３により検出した車速Ｖとから目標操舵トルクＴａ^＊　を演算し、その演算した目標操舵トルクＴａ^＊　と操作側トルクセンサ４６により検出した操作トルクＴｈとの偏差を低減するように制御装置４５は操舵用アクチュエータ３を制御する。
【００２８】
操舵用アクチュエータ３の異常検知手段が設けられている。例えば、制御装置４５により演算された目標舵角δ^＊　と舵角センサ４２の検出舵角δとの偏差を制御装置４５はモニターし、その偏差が設定値以上であれば操舵用アクチュエータ３が異常であると判断する。
【００２９】
その操舵用アクチュエータ３の異常検知時に、制御装置４５は規制機構５０により両回転部材１２、１３の間の回転伝達比の変化を規制し、通電を遮断することで操舵用アクチュエータ３の駆動を解除し、操舵補助トルクを作用させることができるように調整用アクチュエータ３９を制御する。例えば図６に示すように、操舵補助トルクの作用により目標操舵トルクＴａ^＊　の大きさは操作量δｈが大きくなる程に大きくなり、また、車速Ｖが小さくなる程に小さくなるものとされ、この関係が制御装置４５に記憶される。その記憶した関係と、操作量センサ４１により検出した操作量δｈと、速度センサ４３により検出した車速Ｖとから目標操舵トルクＴａ^＊　を演算し、その演算した目標操舵トルクＴａ^＊　と操作側トルクセンサ４６により検出した操作トルクＴｈとの偏差を低減するように制御装置４５は調整用アクチュエータ３９を制御する。
【００３０】
また、調整用アクチュエータ３９と操舵用アクチュエータ３の両方の異常検知時に、制御装置４５は規制機構５０により両回転部材１２、１３の間の回転伝達比の変化を規制し、通電を遮断することで操舵用アクチュエータ３と調整用アクチュエータ３９の駆動を解除する。これにより、操舵装置１は通常のマニュアルタイプのステアリング装置として機能する。
【００３１】
制御装置４５の異常検知手段が設けられている。本実施形態では、制御装置４５に第２制御装置５６と第３制御装置５７とが接続され、各制御装置４５、５６、５７は互いに独立して同一の演算を行い、その演算結果を互いに比較する。制御装置４５のみの演算結果が異なると、第２制御装置５６は異常検知信号を出力する。その異常検知信号により操舵用アクチュエータ３と調整用アクチュエータ３９が通電遮断により駆動解除され、規制機構５０は両回転部材１２、１３の間の回転伝達比の変化を規制する。これにより、制御装置４５の異常検知時に操舵装置１は通常のマニュアルタイプのステアリング装置として機能する。
【００３２】
図７のフローチャートを参照して制御装置４５、５６、５７による制御手順を説明する。
まず、各センサの検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、異常フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ２）。異常フラグがオンでなければ、ｄδｈ／ｄｔ・ｄδ／ｄｔの符号の正負により操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致するか否かを判断する（ステップＳ３）。操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致する場合、調整用アクチュエータ３９のＤｕｔｙ^＊　の演算に際して用いられる制御ゲインが標準値αとされる（ステップＳ４）。操作部材２の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない場合、その制御ゲインは標準値αの１．２倍とされる（ステップＳ５）。しかる後に上記のように求めた目標舵角δ^＊　と実舵角δとの偏差を低減するように操舵用アクチュエータ３を制御する（ステップＳ６）。また、上記のように求めた目標操作トルクＴｈ^＊　と操作トルクＴｈとの偏差を低減するように調整用アクチュエータ３９を制御する（ステップＳ７）。しかる後に異常検知信号の有無を判断し（ステップＳ８）、異常検知信号がなければ制御を終了するか否かを、例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断する（ステップＳ９）。終了する場合は異常フラグをオフし（ステップＳ１０）、しかる後に制御を終了する。制御を終了しない場合はステップＳ１に戻る。ステップＳ２において異常フラグがオンである場合、ステップＳ８において異常検知信号が出力されている場合、異常対応処理を行う（ステップＳ１１）。すなわち、調整用アクチュエータ３９の異常が検知された場合は、規制機構５０により両回転部材１２、１３の間の回転伝達比の変化が規制され、通電が遮断されることで調整用アクチュエータ３９の駆動が解除され、操舵用アクチュエータ３は操舵補助トルクを作用させるように制御される。操舵用アクチュエータ３の異常が検知された場合は、規制機構５０により両回転部材１２、１３の間の回転伝達比の変化が規制され、通電が遮断されることで操舵用アクチュエータ３の駆動が解除され、調整用アクチュエータ３９は操舵補助トルクを作用させるように制御される。調整用アクチュエータ３９と操舵用アクチュエータ３の両方の異常が検知された場合と、制御系の異常が検知された場合は、上記のように規制機構５０により操作側回転部材１２と車輪側回転部材１３との間の回転伝達比の変化が規制され、通電が遮断されることで操舵用アクチュエータ３と調整用アクチュエータ３９の駆動が解除される。しかる後に異常フラグをオンし（ステップＳ１２）、ステップＳ９で終了するか否かを判断する。
【００３３】
上記実施形態によれば、操作部材２に機械的に連結された操作側回転部材１２と車輪４に機械的に連結された車輪側回転部材１３とが伝動機構２０を介して互いに回転伝達可能であるので、フェールセーフ機能の確実性を向上することができる。調整用アクチュエータ３９の制御により車輪側回転部材１３と操作側回転部材１２との間の回転伝達比を変化させることで、操作部材２に作用する操作トルクを円滑に変化させることができる。さらに、調整用アクチュエータ３９または操舵用アクチュエータ３の異常検知時に操舵装置はパワーステアリング装置として機能することができ、調整用アクチュエータ３９と操舵用アクチュエータ３の両方の異常や制御系の異常が生じてもマニュアルタイプのステアリング装置として機能することができる。その伝動機構２０を遊星ギヤ機構３０と、その遊星ギヤ機構３０の構成要素の一つを駆動する調整用アクチュエータ３９とにより構成し、構成の簡単化を図ることができる。そして、操作部材２の操作方向と舵角δの変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、操作角δｈの変化に対する操作部材２に作用する操作トルクＴｈの変化の比率が大きくなるように調整用アクチュエータ３９が制御される。これにより、操作部材２の操作方向を急激に変化させた場合の調整用アクチュエータ３９の応答遅れを抑制し、操作部材２に適正な操作トルクＴｈを作用させることができる。
【００３４】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。
例えば、なお、舵角変化による車両の挙動変化に対応する挙動指標値は横加速度Ｇｙやヨーレートγや操舵用挙動指標値Ｄに限定されないが、横加速度Ｇｙのように舵角変化による車両の少なくとも一方向における挙動変化の加速度に対応する値に相関するのが好ましい。操作側回転部材１２にサンギヤ３１を連結し、車輪側回転部材１３にリングギヤ３２を連結し、キャリア３４を調整用アクチュエータ３９により駆動してもよいし、操作側回転部材１２にリングギヤ３２あるいはキャリア３４を連結し、車輪側回転部材１３に連結される遊星ギヤ機構３０の構成要素を操作側回転部材１２に連結されていないサンギヤ３１あるいはリングギヤ３２とし、調整用アクチュエータ３９により駆動される遊星ギヤ機構３０の構成要素を両回転部材１２、１３に連結されていないサンギヤ３１あるいはキャリア３４としてもよい。すなわち、サンギヤ３１、リングギヤ３２、キャリア３４の各遊星ギヤ構成要素の中の何れかを操作側回転部材１２に連結し、各遊星ギヤ構成要素の中で操作側回転部材１２に連結されていない何れかを車輪側回転部材１３に連結し、各遊星ギヤ構成要素の中で両回転部材１２、１３に連結されていないものを調整用アクチュエータ３９により回転駆動してもよい。さらに、遊星ギヤ機構３０以外の、例えば遊星コーン式回転伝達機構、遊星ローラ式回転伝達機構、ディファレンシャルギヤ機構、波動歯車減速機構、ボール減速機のような、相対的に回転する３つの構成要素を有すると共に、その構成要素の中の一つの回転速度の相違に応じて他の構成要素間での回転伝達比を変更可能な伝動機構を用い、その３つの構成要素の中の何れかを操作側回転部材１２に連結し、操作側回転部材１２に連結されていない何れかを車輪側回転部材１３に連結し、残りの構成要素を調整用アクチュエータ３９により駆動するようにしてもよい。また、制御系の構成は本発明の作用効果を奏することができれば特に限定されない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライバーによる操作部材の操作に対する舵角の変化特性をアクチュエータの制御により変更可能な車両用操舵装置において、ドライバーの操舵フィーリングを低下させることなく確実にフェールセーフ機能を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両用操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の車両用操舵装置における伝動機構の断面図
【図３】本発明の実施形態の車両用操舵装置の制御構成を示すブロック線図
【図４】本発明の実施形態の車両用操舵装置における車速が設定値未満の場合の操舵用アクチュエータの制御構成を示すブロック線図
【図５】本発明の実施形態の車両用操舵装置における規制機構の構成説明図
【図６】本発明の実施形態の車両用操舵装置における目標操舵トルクと操作部材の操作量と車速との関係を示す図
【図７】本発明の実施形態の車両用操舵装置における制御装置の制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
２　操作部材
３　操舵用アクチュエータ
４　車輪
５　ステアリングギヤ
１２　操作側回転部材
１３　車輪側回転部材
２０　伝動機構
３９　調整用アクチュエータ
４１　操作量センサ
４２　舵角センサ
４５　制御装置
４７　横加速度センサ
４８　ヨーレートセンサ

Claims (3)

1. 操作部材と、
   その操作部材の操作に応じて回転するように、その操作部材に機械的に連結された操作側回転部材と、
   操舵用アクチュエータと、
   その操舵用アクチュエータの動きを舵角変化が生じるように車輪に伝達するステアリングギヤと、
   その舵角変化に応じて回転するように、その車輪に機械的に連結された車輪側回転部材と、
   その操作側回転部材と車輪側回転部材を、互いに回転伝達可能かつ回転伝達比を変更可能に機械的に連結する伝動機構と、
   その伝動機構を介する操作側回転部材と車輪側回転部材の間の回転伝達比の調整用アクチュエータと、
   その操作部材の操作に応じて前記操舵用アクチュエータと調整用アクチュエータを制御する制御装置と、
   その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致するか否かを判断する手段とを備え、
   その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、操作部材の操作量の変化に対する操作部材に作用する操作トルクの変化の比率が大きくなるように前記調整用アクチュエータが制御される車両用操舵装置。
2. その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、その調整用アクチュエータの制御ゲインが大きくされる請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. その操作部材の操作量を求める手段と、
   その操作部材の操作トルクを求める手段と、
   その舵角を求める手段と、
   舵角変化による車両の挙動変化に対応する挙動指標値を求める手段と、
   操作量と挙動指標値と目標舵角との間の設定した関係と、求めた操作量と、求めた挙動指標値とから目標舵角を求める手段と、
   操作量と挙動指標値と目標操作トルクとの間の設定した関係と、求めた操作量と、求めた挙動指標値とから目標操作トルクを求める手段とを備え、
   その目標舵角に舵角が対応するように操舵用アクチュエータが制御されると共に、その目標操作トルクに操作トルクが対応するように調整用アクチュエータが制御され、
   その操作部材の操作方向と舵角の変化方向とが一致しない時は一致する時よりも、前記目標操作トルクに対応する値が大きくされる請求項１または２に記載の車両用操舵装置。

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