JP2004175257A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵ハンドルの中立位置における安定性および車両の直進安定性を向上させる。
【解決手段】運転者の操舵ハンドルの回動操作に対して反力を付与するために流体反力発生装置１４が設けられる。この流体反力発生装置１４は、操舵ハンドルに回転シャフト１１を介して連結されたロータ４２と、ロータ４２を収容するハウジング４１を備えている。ハウジング４１内は、磁性粉末を混入させた非ニュートラル流体であるビンガム流体で満たされており、ビンガム流体内にはコイル４４により磁場が形成される。ビンガム流体のロータ４２に対する摩擦力と、磁場によるビンガム流体の粘性の変化により操舵反力が制御される。また、回転シャフト１１には電動モータも接続され、同モータによっても操舵反力が付与される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操向車輪を転舵するための操舵ハンドルの回動操作に対して操舵反力を付与するようにした車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、ロータを収容するとともに高粘性流体（シリコンオイル）を満たしたハウジングとを備え、ロータの回転時に高粘性流体の摩擦反力によって操舵ハンドルの回動に対して摩擦反力を付与する技術は知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１−１５３３７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置にあっては、ロータの回転速度に比例した摩擦反力がロータに付与されるが、操舵ハンドルの微低速回転時における摩擦反力は極めて小さいので、操舵ハンドルの中立位置における安定性に乏しく、車両の直進安定性を向上させることができない。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、微低速で回転する操舵ハンドルに対してもある程度大きな摩擦反力を付与することができるようにして、操舵ハンドルの中立位置における安定性を良好にし、車両の直進安定性を向上させた車両の操舵装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵する車両の操舵装置において、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、ロータを収容するとともに、ロータの停止状態から回転状態への変化時に大きく非線形に変化する摩擦反力をロータに付与する非ニュートン流体を満たしたハウジングとを備えたことにある。この場合、前記非ニュートン流体としてビンガム流体を採用するとよい。これによれば、微低速で回転する操舵ハンドルに対しても、ある程度大きな摩擦反力を付与することができるので、操舵ハンドルの中立位置における安定性が良好になり、車両の直進安定性が向上する。
【０００７】
また、本発明の他の特徴は、非ニュートン流体に磁性粉末を含ませて磁気粘性をもたせ、さらに、磁力線を発生して非ニュートン流体内に磁場を形成する磁力線発生手段を設けたことにある。この場合、磁力線発生手段を、永久磁石または電磁石で構成できる。これによれば、非ニュートン流体の粘性が増加するので、より大きな反力を得ることができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、ロータと一体回転して前記磁性粉末を含ませた非ニュートン流体を撹拌する撹拌手段を設けたことにある。これによれば、ロータの回転に伴って磁性粉末が撹拌されて沈殿しなくなるので、磁性粉末による非ニュートン流体の粘性を常に高く保つことができて、同磁性粉末による反力発生機能を常に維持できる。また、撹拌手段として、フィンのような突起部をロータに設ければ、この突起部の非ニュートン流体に対する抵抗により、より大きな反力を得ることができるようにもなる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、さらに、ハウジングの内面と対向するロータの外面の少なくとも一部に段差を設けたことにある。これによれば、磁場により集められた磁性粉末が、ロータの回転時に同ロータの段差によって移動する非ニュートン流体に対してオリフィスのように機能するので、より大きな反力を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、電磁石による磁場の形成態様を変更制御する磁場態様制御手段を設けたことにある。この場合、磁場態様制御手段を、電磁石に対する通電態様を制御する通電態様制御手段で構成するとよい。これによれば、磁場の形成態様を変更制御することにより、ロータの回転に対する反力を可変制御できるので、操舵ハンドルの種々の回動操作に対して的確な反力を付与できる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、操向車輪の転舵の限界を検出して、同転舵の限界の検出時に磁場態様制御手段を制御して電磁石による磁場を強める転舵限界制御手段とを設けたことにある。これによれば、操舵ハンドルの回動によって操向車輪を限界まで転舵した場合、電磁石による磁場態様の制御により、操舵ハンドルの回動操作に対する反力が増加制御されるので、従前の車両における操向車輪のエンドあたりが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、操向車輪の転舵の遅れを検出して、同転舵の遅れの検出時に磁場態様制御手段を制御して電磁石による磁場を強める転舵遅れ制御手段とを設けたことにある。これによれば、操向車輪の転舵に遅れが生じた場合には、電磁石による磁場態様の制御により、操舵ハンドルの回動操作に対する反力が増加制御されるので、従前の車両における操向車輪の転舵遅れが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。
【００１３】
また、本発明の他の特徴は、前記非ニュートン流体による反力付与装置に加えて、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルの回動に対して反力を付与する電動モータを備えたことにある。これによれば、操舵ハンドルの回動に対してより大きな反力を付与できるようになると同時に、電動モータの制御により自由度の高い反力の付与制御が可能になる。特に、磁性粉末を含む非ニュートン流体を用いるとともに、電磁石によって非ニュートン流体に磁場を形成するようにした場合には、電動モータおよび電磁石の通電制御により高度な反力制御が可能になると同時に、電動モータおよび電磁石の両制御系の一方に異常が発生しても、一方の制御により操舵ハンドルの回動に対する反力の制御が可能になる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵する車両の操舵装置において、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、ロータを収容するとともに、磁気粘性をもたせるために磁性粉末を含ませた流体を満たしたハウジングと、通電により磁力線を発生して流体内に磁場を形成する電磁石と、操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルの回動に対して反力を付与する電動モータと、電磁石と電動モータへの通電量の比率を操舵ハンドルの回動状態に応じて制御する通電制御手段とを備えたことにある。
【００１５】
この場合、例えば、操舵ハンドルが切り込み操作されている場合、または操舵ハンドルが中立位置付近で保舵されている場合に、他の場合に比べて、電磁石への通電比率を電動モータに対する通電比率よりも大きくするとよい。これによれば、電動モータが効率よく反力を発生できない状態において、流体による大きな反力を利用することができ、大きな反力を確保したうえで、電動モータの小型化、電力消費の節約および電動モータの発熱量の低減が可能になる。
【００１６】
また、本発明の他の特徴は、磁性粉末を含ませた非ニュートン流体を用いた反力付与装置において、磁力線を発生して非ニュートン流体内に磁場を形成する永久磁石と、通電により磁力線を発生して非ニュートン流体内に磁場を形成する電磁石との両者を備えたことにある。この場合も、非ニュートン流体としてビンガム流体を採用するとよい。これによれば、電磁石の通電制御により、操舵ハンドルの回動操作に対する反力を自由に制御でき、電磁石および永久磁石の両磁場の形成により反力の可変範囲を大きくすることもでき、また電磁石の通電制御系の異常時にも永久磁石による反力を確保できる。
【００１７】
また、本発明の他の特徴は、永久磁石による磁力線を打ち消す方向に電磁石を通電する通電制御手段を設けたことにある。これによれば、電磁石の通電制御系の異常時にも、永久磁石による反力を確保できると同時に、同反力が電磁石の通電制御系の正常時に比べて激減しないようにすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。この操舵装置は、操舵ハンドル１０の回動に応じて、操向車輪である左右前輪２０ａ，２０ｂを左右に転舵するものである。
【００１９】
操舵ハンドル１０は回転シャフト１１の上端に固定されており、回転シャフト１１は操舵ハンドル１０と一体的に回転する。回転シャフト１１の下端には、反力発生用の電動モータ１２が減速機１３を介して接続されている。この電動モータ１２は、その回転トルクに応じて、減速機１３を介して操舵ハンドル１０の回動操作に対して反力を付与する。なお、電動モータ１２はモータ反力発生装置を構成する。回転シャフト１１の中間には、流体反力発生装置１４が組み付けられている。
【００２０】
流体反力発生装置１４は、図示しない車体部材に固定されて、図２に示すように、上面および下面の中心位置にて軸線方向に回転シャフト１１を回動可能に貫通させた円筒状かつ非磁性材料で構成したハウジング４１を備えている。ハウジング４１は、回転シャフト１１の外周面上に固定された円柱状のロータ４２を収容している。また、ハウジング４１と回転シャフト１１の間には図示しないシール部材が介装されており、回転シャフト１１およびロータ４２の外面とハウジング４１の内面との間に形成された内部空間Ｒ１は密閉されている。
【００２１】
この内部空間Ｒ１は、磁性粉末（磁性体からなる粉末）を混入させたビンガム流体で満たされている。このビンガム流体は、非ニュートン流体の一種であって、剪断率の「０」からの増加に対して剪断応力を正の値から増加させる特性を有する。言いかえると、ビンガム流体は、ロータ４２の停止状態から回転状態への変化に対して大きく非線形に変化する摩擦反力をロータ４２に付与する非ニュートン流体である。なお、図２では内部空間Ｒ１を広く描いているが、ロータ４２の回転に対して大きな摩擦反力を与えるために、実際には、この内部空間Ｒ１は極めて狭い。すなわち、ハウジング４１の内面とロータ４２の外面との間の隙間は、極めて小さく設定されている。
【００２２】
また、ロータ４２の回転に対してより大きな摩擦反力を付与するために、ロータ４２の外周面上に、同外周面から突出したフィン４２ａが螺旋状かつ一体的に形成されている。このフィン４２ａの間隔、高さ、ロータ４２の回転方向に対する角度などは、要求される前記摩擦反力の大きさによって決定される。また、このフィン４２ａは、ビンガム流体内の磁性粉末の沈殿を避けるために、ビンガム流体を撹拌する機能も有しており、本発明の撹拌手段を構成するものである。なお、大きな摩擦反力を得るとともにビンガム流体を撹拌する機能を有するものであれば、前記螺旋状のフィン４２ａに代えて、ロータ４２の外周面に方形、円形などの各種形状に突出した突出部を設けるようにしてもよい。
【００２３】
ハウジング４１の内周面上には、周方向の適宜位置にて、鉄心４３およびコイル４４で構成した電磁石からなる磁力線発生器が組み付けられている。鉄心４３は、円柱状の鉄棒をコ字状に曲げて構成されている。コイル４４は、鉄心の中央部に巻かれており、樹脂４５によりモールドされている。このように構成した磁力線発生器は、内部空間Ｒ１の適宜箇所に磁場を形成して、ビンガム流体中に混入させた磁性粉末の移動を制限することにより、ビンガム流体によるロータ４２の回転に対する摩擦反力を大きくするように機能する。なお、コイル４４の数は、要求される前記摩擦反力に応じて決められる。
【００２４】
ふたたび、図１の説明に戻り、左右前輪２０ａ，２０ｂは、ラックバー２１の両端に、左右タイロッド２２ａ，２２ｂおよび左右ナックルアーム２３ａ，２３ｂを介して転舵可能に連結されている。ラックバー２１は、軸線方向に変位可能に図示しない車体に支持されて、同変位に応じて左右前輪２０ａ，２０ｂを左右に転舵する。ラックバー２１には、ピニオンギヤ２４が噛み合っている。ピニオンギヤ２４は、回転シャフト２５および減速機２６を介して転舵用の電動モータ２７に接続されている。このような構成により、電動モータ２７が回転すると、同回転は減速機２６によって減速されて回転シャフト２５を介してピニオンギヤ２４に伝達される。そして、ピニオンギヤ２４の回転により、ラックバー２１が軸線方向に変位して、左右前輪２０ａ，２０ｂが転舵される。
【００２５】
次に、前述した操舵反力発生用の電動モータ１２および転舵用の電動モータ２７の回転と、流体反力発生装置１４内のコイル４４の通電を制御するための電気制御装置３０について説明する。この電気制御装置３０は、電子制御ユニット３１、操舵角センサ３２、転舵角センサ３３および車速センサ３４を備えている。電子制御ユニット３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、図４の操舵制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行して、電動モータ１２、２７の回転および流体反力発生装置１４内のコイル４４の通電を制御する。
【００２６】
操舵角センサ３２は、回転シャフト１１に組み付けられて、同シャフト１１の中立位置からの回転角すなわち操舵ハンドル１０の操舵角θを検出して電子制御ユニット３１に供給する。転舵角センサ３３は、回転シャフト２５に組み付けられて、同シャフト２５の中立位置からの回転角すなわち左右前輪２０ａ，２０ｂの転舵角φを検出して電子制御ユニット３１に供給する。これらの操舵角θおよび転舵角ψは、中立位置を「０」として、左方向の角度を正で表すとともに右方向の角度を負で表す。車速センサ３４は、変速機の出力軸の回転速度に基づいて車速Ｖを検出して電子制御ユニット３１に供給する。
【００２７】
このように構成した車両の操舵装置においては、減速機１３がその機構内の摩擦力変化および電動モータ１２の慣性に大きく影響されるため、運転者のハンドル操作に対して目標とする操舵反力を付与し難い、特に中立付近にある操舵ハンドル１０の操作に対して的確な反力を付与できない。この欠点を解決するために、図１に示す車両の操舵装置を、図３に示すように、減速機１３を省略して電動モータ１２を回転シャフト１１に直結するように変形することが、運転者の操舵操作に対する反力の制御上好ましい。ただし、この変形例の場合には、減速機１３の省略のために、出力が大きくかつ制御精度のよい電動モータを用いる必要がある。他の構成については、図１の場合と同じである。
【００２８】
次に、上記のように構成した車両の操舵装置の動作を説明するが、図１に示す車両の操舵装置と図３に示す車両の操舵装置における電気制御装置３０による制御動作は同じであるので、これらの動作について同時に説明する。車両のイグニッションスイッチの投入後、電子制御ユニット３１は図４の操舵制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。この操舵制御プログラムの実行はステップＳ１０にて開始され、ステップＳ１１にて操舵角センサ３２、転舵角センサ３３および車速センサ３４からハンドル操舵角θ、前輪転舵角ψおよび車速Ｖをそれぞれ入力する。そして、ステップＳ１２にて、ハンドル操舵角θに応じて左右前輪２０ａ，２０ｂの目標転舵角ψ＊を計算する。なお、この計算においては、ハンドル操舵角θに対する目標転舵角ψ＊の関係を表し、ハンドル操舵角θとほぼ比例関係にある目標転舵角ψ＊を記憶したテーブルが参照される。
【００２９】
前記ステップＳ１２の処理後、ステップＳ１３にて、前記入力した前輪転舵角ψが前記計算した目標転舵角ψ＊に一致するように、電動モータ２７の回転を制御する。この電動モータ２７の回転は、減速機２６および回転シャフト２５を介してピニオンギヤ２４に伝達され、同ピニオンギヤ２４とラックバー２１の作用により同ラックバー２１の直線運動に変換される。そして、ラックバー２１の軸線方向の変位はタイロッド２２ａ，２２ｂおよびナックルアーム２３ａ，２３ｂを介して左右前輪２０ａ，２０ｂに伝達され、左右前輪２０ａ，２０ｂは操舵ハンドル１０の回動操作に応じて転舵される。
【００３０】
次に、ステップＳ１４，Ｓ１５にて、流体反力発生装置１４および反力発生用の電動モータ１２がそれぞれ正常であるかを判定する。この流体反力発生装置１４の正常判定の方法としては種々考えられるが、同判定は、例えば、電子制御ユニット３１内に含まれていてコイル４４の断線、短絡などを検出する検出回路出力に基づいて行われる。また、電動モータ１２の正常判定の方法としても種々考えられるが、同判定は、例えば、電子制御ユニット３１内に含まれていて電動モータ１２の巻線の断線、短絡などを検出する検出回路出力に基づいて行われる。
【００３１】
まず、流体反力発生装置１４および電動モータ１２が共に正常である場合について説明する。この場合、ステップＳ１４，Ｓ１５にてそれぞれ「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１６にて第１反力制御ルーチンを実行する。この第１反力制御ルーチンの詳細は図５に示されており、その実行がステップＳ３０にて開始される。この実行開始後、ステップＳ３１にて前記図４のステップＳ１１にて入力したハンドル操舵角θを時間微分することによりハンドル操舵速度θｖを計算し、ステップＳ３２，Ｓ３３の判定処理を実行する。ステップＳ３２の判定処理は操舵ハンドル１０が切り込み中か否かを判定するもので、具体的には、前記計算したハンドル操舵速度θｖの絶対値｜θｖ｜の時間微分値ｄ｜θｖ｜／ｄｔが所定値以上であるか否かを判定する。ステップＳ３３の判定処理は操舵ハンドル１０がニュートラル付近で保舵中であるか否かを判定するもので、具体的には、前記時間微分値ｄ｜θｖ｜／ｄｔが所定値以下であり、かつハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が所定値以下であるか否かを判定する。
【００３２】
操舵ハンドル１０が切り込み中であれば、ステップＳ３２にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ３４にて反力分配比ＲＴを「１」より小さな正の所定値ｒａ１に設定する。操舵ハンドル１０がニュートラル付近で保舵中であれば、ステップＳ３３にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３５にて反力分配比ＲＴを「１」より小さな正の所定値ｒａ２に設定する。また、操舵ハンドル１０が切り込み中でも、ニュートラル付近で保舵中でもなければ、ステップＳ３２，Ｓ３３にてそれぞれ「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ３６にて反力分配比ＲＴを「１」より小さな正の所定値ｒｂに設定する。反力分配比ＲＴとは、流体反力発生装置１４による操舵反力と電動モータ１２による反力の分担比を決定するものである。所定値ｒａ１，ｒａ２，ｒｂは、ｒａ１＞ｒｂ，ｒａ２＞ｒｂの関係にある。
【００３３】
次に、ステップＳ３７にて流体反力用の第１〜第３マップを参照して、ハンドル操舵速度θｖ、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて、流体反力用の第１〜第３通電量Ｉ_１１，Ｉ_１２，Ｉ_１３をそれぞれ決定する。これらの第１〜第３マップは、電子制御ユニット３１のメモリ内に予め用意されている。
【００３４】
第１マップはハンドル操舵速度θｖに対する第１通電量Ｉ_１１を記憶するもので、第１通電量Ｉ_１１は、図８に示すように、ハンドル操舵速度θｖが「０」のとき正の所定値となり、ハンドル操舵速度θｖの絶対値｜θｖ｜が増加するに従って徐々に増加する。これは、後述するコイル４４に対する通電制御により、操舵ハンドル１０の操作開始時には操舵ハンドル１０を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル１０の速い回動操作に対して安定感を付与するためである。
【００３５】
第２マップはハンドル操舵角θに対する第２通電量Ｉ_１２を記憶するもので、第２通電量Ｉ_１２は、図９の実線で示すように、ハンドル操舵角θが「０」付近にあるとき正の所定値となり、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の僅かな増加時には僅かに減少し、同絶対値｜θ｜のさらなる増加に従って徐々に増加する。これは、後述するコイル４４に対する通電制御により、操舵ハンドル１０の中立位置からの操作開始時には操舵ハンドル１０を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル１０の大舵角操舵時には操作感を付与するためである。また、ハンドル操舵角θの「０」付近で第２通電量Ｉ_１２を若干増加させているのは、操舵ハンドル１０の中立安定性を高めるためである。
【００３６】
第３マップは車速Ｖに対する第３通電量Ｉ_１３を記憶するもので、第３通電量Ｉ_１３は、図１０に示すように、車速Ｖが「０」のとき正の所定値となり、同車速Ｖが増加するに従って徐々に増加する。これは、後述するコイル４４に対する通電制御により、車両の低車速走行時における操舵ハンドル１０の末切り時には同操舵ハンドル１０を軽快に回動操作できるようにし、車両の高速走行時には操舵ハンドル１０の回動操作に対して安定感を付与するためである。
【００３７】
前記ステップＳ３７の処理後、ステップＳ３８にて下記数１の演算の実行により、流体反力用の総通電量Ｉ_１０を計算する。
【００３８】
【数１】
Ｉ_１０＝（Ｉ_１１＋Ｉ_１２＋Ｉ_１３）・ＲＴ
【００３９】
なお、上記数１に代えて、下記数２を用いて総通電量Ｉ_１０を計算するようにしてもよい。
【００４０】
【数２】
Ｉ_１０＝（Ｉ_１１＋Ｉ_１２）・Ｉ_１３・ＲＴ
【００４１】
そして、ステップＳ３９にて総通電量Ｉ_１０に等しい電流をコイル４４に流す。これにより、鉄心４３は磁化され、同鉄心４３の一端部から出力された磁力線が鉄心４３の他端部に入力するので、ハウジング４１の内部空間Ｒ１内には磁場が形成される。この磁場の形成により、ハンドル磁性粉末を混入させたビンガム流体は移動し難く、すなわちビンガム流体の粘性が増す。そして、この粘性は、磁場が強くなるに従って大きくなって、ロータ４２の回転に対して大きな反力トルクを付与するので、コイル４４への前記総通電量Ｉ_１０が大きくなるに従って、より大きな反力トルクが操舵ハンドル１０の回動操作に対して付与されることになる。
【００４２】
次に、ステップＳ４０にてモータ反力用の第１〜第３マップを参照して、ハンドル操舵速度θｖ、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて、モータ反力用の第１〜第３通電量Ｉ_２１，Ｉ_２２，Ｉ_２３をそれぞれ決定する。これらの第１〜第３マップは、電子制御ユニット３１のメモリ内に予め用意されている。
【００４３】
第１マップはハンドル操舵速度θｖに対する第１通電量Ｉ_２１を記憶するもので、第１通電量Ｉ_２１は、図１１の実線で示すように、ハンドル操舵速度θｖの絶対値｜θｖ｜が所定範囲内にあるときハンドル操舵速度θｖに対して所定の傾きで比例変化し、かつ絶対値｜θｖ｜が所定範囲を超えるとハンドル操舵速度θｖに対して前記傾きよりも大きな傾きで比例変化する。これは、後述する電動モータ１２に対する通電制御により、操舵ハンドル１０の操作開始時には操舵ハンドル１０を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル１０の速い回動操作時に対して安定感を付与するためである。なお、この場合における第１通電量Ｉ_２１の正負の符号は、電動モータ１２の回転方向を表していて、操舵ハンドル１０の回動に対して反力トルクが付与されるように定められている。
【００４４】
第２マップはハンドル操舵角θに対する第２通電量Ｉ_２２を記憶するもので、第２通電量Ｉ_２２は、図１２に示すように、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が所定範囲内にあるとき「０」に保たれ、かつ絶対値｜θｖ｜が所定範囲を超えると、ハンドル操舵角θが正であればハンドル操舵角θの増加に対して徐々に増加し、ハンドル操舵角θが負であればハンドル操舵角θの減少に対して徐々に減少する。これは、後述する電動モータ１２に対する通電制御により、操舵ハンドル１０の中立位置からの操作開始時には操舵ハンドル１０を軽快に回動操作できるようにし、操舵ハンドル１０の大舵角操舵時には操作感を付与するためである。なお、この場合における第２通電量Ｉ_２２の正負の符号は、電動モータ１２の回転方向を表していて、操舵ハンドル１０を中立位置に復帰させようとするトルクが操舵ハンドル１０に付与されるように定められている。
【００４５】
第３マップは車速Ｖに対する第３通電量Ｉ_２３を記憶するもので、第３通電量Ｉ_２３は、図１３に示すように、車速Ｖが「０」のとき正の所定値となり、同車速Ｖが増加するに従って徐々に増加する。これは、後述する電動モータ１２に対する通電制御により、車両の低車速走行時における操舵ハンドル１０の末切り時には同操舵ハンドル１０を軽快に回動操作できるようにし、車両の高速走行時には操舵ハンドル１０の回動操作に対して安定感を付与するためである。
【００４６】
前記ステップＳ４０の処理後、ステップＳ４１にて下記数３の演算の実行により、モータ反力用の総通電量Ｉ_２０を計算する。
【００４７】
【数３】
Ｉ_２０＝（Ｉ_２１＋Ｉ_２２）・Ｉ_２３・（１−ＲＴ）
【００４８】
なお、上記数３に代えて、下記数４の演算の実行により、総通電量Ｉ_２０を計算するようにしてもよい。この場合、ｓｉｇ［Ｉ_２１＋Ｉ_２２］は、Ｉ_２１＋Ｉ_２２が「０」であるとき「０」であり、Ｉ_２１＋Ｉ_２２が正であるとき「１」となり、かつＩ_２１＋Ｉ_２２が負であるとき「−１」となる関数である。
【００４９】
【数４】
Ｉ_２０＝（Ｉ_２１＋Ｉ_２２＋ｓｉｇ［Ｉ_２１＋Ｉ_２２］・Ｉ_２３）・（１−ＲＴ）
【００５０】
そして、ステップＳ４２にて総通電量Ｉ_２０に等しい電流を電動モータ１２に流して、ステップＳ４３にてこの第１反力制御ルーチンの実行を終了する。電動モータ１２は、この通電制御により、減速機１３および回転シャフト１１を介して操舵ハンドル１０に対し、通電方向に対応した回転方向に通電量に応じた大きさのトルクを付与する。ただし、前記図３の変形例の場合には、電動モータ１２は回転シャフト１１を介して操舵ハンドル１０に対して前記トルクを直接的に付与する。この場合、前述のように、第１通電量Ｉ_２１によって電動モータ１２に流れる電流の向きは操舵ハンドル１０の回動に対して反力トルクを付与するように定められているとともに、第２通電量Ｉ_２２によって電動モータ１２に流れる電流の向きは操舵ハンドル１０を中立位置に復帰させるトルクが作用するように定められている。したがって、前記総通電量Ｉ_２０が大きくなるに従って、より大きな反力トルクが操舵ハンドル１０の操舵操作および保舵操作に対して付与されることになる。
【００５１】
このように上記実施形態およびその変形例によれば、電動モータ１２によるモータ反力と流体反力発生装置１４による流体反力の両者が、運転者による操舵ハンドル１０の回動操作に対して付与されることになる。特に、流体反力発生装置１４として、ハウジング４１内には非ニュートン流体としてビンガム流体が満たされ、同ビンガム流体は、ロータ４２の停止状態から回転状態への変化時に大きく非線形に変化する摩擦反力をロータ４２に付与する。したがって、微低速で回転する操舵ハンドル１０に対しても、ある程度大きな摩擦反力を付与することができるので、操舵ハンドル１０の中立位置における安定性が良好になり、車両の直進安定性が向上する。
【００５２】
また、上記実施形態およびその変形例においては、ビンガム流体には磁性粉末を混入させて磁気粘性をもたせるとともに、ハウジング４１内に鉄心４３およびコイル４４からなる磁力線発生器を設けてビンガム流体内に磁場を形成するようにした。したがって、ビンガム流体の粘性が増加して、より大きな操舵反力を得ることができる。
【００５３】
また、ロータ４２には撹拌手段としてのフィン４２ａを設けて、磁性粉末を混入させたビンガム流体を撹拌するようにした。ロータ４２の回転に伴って磁性粉末が撹拌されて沈殿しなくなるので、磁性粉末によるビンガム流体の粘性を常に高く保つことができて、同磁性粉末による反力発生機能を常に維持できる。また、このフィン４２ａはロータ４２外周面から突出したものであるので、同フィン４２ａのビンガム流体に対する抵抗により、より大きな操舵反力を得ることができるようにもなる。さらに、このフィンの傾き、形状などを変更することにより、ビンガム流体に対する抵抗を種々に変更できて、的確な操舵反力の付与が可能となる。
【００５４】
また、電子制御ユニット３１は、図５のステップＳ３７〜Ｓ３９の処理により、ハンドル操舵速度θｖ、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて、コイル４４への通電態様を制御するようにした。したがって、図１４に示すように、車両の運転状態および運動状態に応じて、操舵ハンドル１０の操舵操作に対する反力を可変制御できるので、操舵ハンドル１０の種々の回動操作に対して的確な操舵反力を付与できる。
【００５５】
さらに、上記実施形態および変形例においては、流体反力発生装置１４に加えて電動モータ１２を設けて、これらの両者により、操舵ハンドル１０の回動操作に対する反力を付与するようにした。したがって、操舵ハンドル１０の回動に対してより大きな反力を付与できるようになると同時に、電動モータの制御により自由度の高い反力の付与制御が可能になる。また、操舵反力の付与のために、２つのアクチュエータを用いたので、各アクチュエータとしての流体反力発生装置１４および電動モータ１２をそれぞれ小型に構成できる。
【００５６】
さらに、流体反力発生装置１４による反力付与により、操舵ハンドル１０の回動に対して、ヒステリシス特性をもった良好な操舵反力の付与が可能になる。すなわち、電動モータ１２による反力付与制御においては、図１５（Ａ）に示すように、ハンドル操舵角θに対して比例的に変化する反力トルクしか得られない。この場合、ハンドル操舵速度θｖに関しては簡単化のために無視しているが、ハンドル操舵速度θｖを考慮しても、中立位置にある操舵ハンドル１０を回動操作し始めるときには、反力トルクは最初「０」であり、操舵ハンドル１０が中立付近にある状態では反力トルクは極めて小さい。これに対して、ビンガム流体による反力トルクはハンドル操舵速度θｖに対して図１５（Ｂ）のような変化特性を示す。すなわち、中立位置にある操舵ハンドル１０を回動操作し始めた場合でも、ある程度大きな反力トルクが付与される。そして、これらの電動モータ１２による反力トルクと流体反力発生装置１４に反力トルクとの合成トルクは、図１５（Ｃ）に示すように、中立位置付近にある操舵ハンドル１０の操作に対しても大きな反力トルクをもつ特性、すなわちヒステリシスをもった特性となる。したがって、上記実施形態によれば、操舵ハンドル１０の操舵操作に対して的確な反力を付与できるようになり、特に中立位置付近にある操舵ハンドル１０の操舵操作を安定にできる。
【００５７】
また、これらの２つのアクチュエータの反力分担をステップＳ３２〜Ｓ３６により制御するようにした。具体的には、操舵ハンドル１０の切り込み時には、流体反力発生装置１４による反力分担が大きくなるように制御した。流体反力発生装置１４は、ロータ４２の回転に対して摩擦力を付与するものであるので、速い速度で回動される操舵ハンドル１０に対して反力を付与することを得意とする。したがって、大きな反力を必要とする操舵ハンドル１０の切り込み時に大きな反力を付与できるとともに、電動モータ１２の小型化、電力消費の節約および電動モータ１２の発熱量の低減が可能になる。
【００５８】
また、操舵ハンドル１０が中立位置付近で保舵されている場合にも、他の場合に比べて、流体反力発生装置１４による反力分担が大きくなるように制御した。そもそも、電動モータ１２は、低速においては低効率でしかトルクを発生することができず、これに対して流体反力発生装置は特にビンガム流体そのものが反力（剪断力）を備えているために、低速回転するロータ４２の回転に対しても高効率で反力を発生できる。これにより、操舵ハンドル１０の中立位置付近における保舵に対して、流体反力発生装置１４による充分な反力を得た上で、電動モータ１２の小型化、電力消費の節約および電動モータ１２の発熱量の低減が可能になる。
【００５９】
次に、流体反力発生装置１４は正常であるが、電動モータ１２に異常が発生した場合について説明する。この場合、図４のステップＳ１４にて「Ｙｅｓ」、ステップＳ１５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７においては、電動モータ１２に異常が発生していることを、図示しないランプ、音発生器などを作動させて運転者に知らせる。
【００６０】
前記ステップＳ１７の処理後、ステップＳ１８にて第２反力制御ルーチンを実行する。この第２反力制御ルーチンの詳細は図６に示されており、その実行がステップＳ５０にて開始される。この実行開始後、ステップＳ５１にて上述した図５のステップＳ３１の場合と同様にしてハンドル操舵速度θｖを計算する。そして、ステップＳ５２にて、上述した図５のステップＳ３７の場合と同様にして、流体反力用の第１〜第３マップを参照して、ハンドル操舵速度θｖ、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて、流体反力用の第１〜第３通電量Ｉ_１１，Ｉ_１２，Ｉ_１３をそれぞれ決定する。このステップＳ５２の処理後、ステップＳ５３にて下記数５の演算の実行により、流体反力用の総通電量Ｉ_１０を計算する。
【００６１】
【数５】
Ｉ_１０＝（Ｉ_１１＋Ｉ_１２＋Ｉ_１３）・Ｋ_１
【００６２】
なお、上記数５に代えて、下記数６を用いて総通電量Ｉ_１０を計算するようにしてもよい。
【００６３】
【数６】
Ｉ_１０＝（Ｉ_１１＋Ｉ_１２）・Ｉ_１３・Ｋ_１
【００６４】
上記数５，６の係数Ｋ_１は、少なくとも上記数１，２の反力分配比ＲＴ（所定値ｒａ１，ｒａ２またはｒｂ）よりも大きな所定値である。そして、ステップＳ５４にて総通電量Ｉ_１０に等しい電流をコイル４４に流して、ステップＳ５５にてこの第２反力制御ルーチンの実行を終了する。この結果、電動モータ１２に異常が発生して同電動モータ１２による操舵反力の付与が不能になっても、流体反力発生装置１４による操舵反力の付与が可能となるので、運転者は適切な操舵反力を感じながら操舵ハンドル１０を回動操作することができる。また、この場合、係数Ｋ_１を上記電動モータ１２および流体反力発生装置１４が正常な場合に比べて大きく設定するようにしたので、電動モータ１２による操舵反力が得られなくても支障がない。
【００６５】
また、本実施形態では、電動モータ１２および流体反力発生装置１４の両者による反力発生の場合も、流体反力発生装置１４のみによる反力発生の場合も、同一特性の第１〜第３通電量Ｉ_１１，Ｉ_１２，Ｉ_１３を用いるようにした。しかし、これに代えて、流体反力発生装置１４のみによる反力発生の場合には、電動モータ１２および流体反力発生装置１４の両者による反力発生の場合とは異なる特性の第１〜第３通電量Ｉ_１１，Ｉ_１２，Ｉ_１３を用いるようにしてもよい。例えば、流体反力発生装置１４は操舵ハンドル１０が回動されて初めて、すなわちロータ４２が回転して初めて反力が付与され、操舵ハンドル１０が一定回転位置に静止していれば、反力（保舵反力）が発生しない。実際には、操舵ハンドル１０を保舵していても、ハンドル操舵角θの微小な変動があるので、あたかも保舵反力が働くように作用する。しかしながら、所望の回転位置で操舵ハンドル１０を保舵した後、操舵ハンドル１０をさらに切り込む場合には操舵反力が不足気味となり、操舵ハンドル１０を切り戻す場合には操舵反力が超過気味となる。
【００６６】
このような点を改善するために、第２通電量Ｉ_１２として、図９の破線で示すように、操舵ハンドル１０の切り込み時には図９上側の破線で示す特性の第２通電量Ｉ_１２を用い、操舵ハンドル１０の切り戻し時には図９下側の破線で示す特性の第２通電量Ｉ_１２を用いるようにするとよい。この場合、図９の両破線特性にそれぞれ従ったハンドル操舵角θに対する第２通電量Ｉ_１２を予め用意して電子制御ユニット３１のメモリ内に記憶しておく。そして、図６のステップＳ５２にて、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の時間微分値ｄ｜θ｜／ｄｔが正であれば、すなわち前記絶対値｜θ｜が増加傾向にあれば、図９上側の破線特性に従った第２通電量Ｉ_１２をハンドル操舵角θに応じて決定する。また、前記時間微分値ｄ｜θ｜／ｄｔが負であれば、すなわち前記絶対値｜θ｜が減少傾向にあれば、図９下側の破線特性に従った第２通電量Ｉ_１２をハンドル操舵角θに応じて決定するようにするとよい。その他の動作については、上述した場合と同じである。
【００６７】
また、このように電動モータ１２の異常に伴い流体反力発生装置１４のみによって操舵反力を発生すると、流体反力発生装置１４の負荷が過大に成り過ぎる場合がある。したがって、電動モータ１２の異常直後においては、異常前との操舵反力の急変を回避するために、流体反力発生装置１４への通電量を増大させるが、その後においては状況に応じて流体反力発生装置１４への通電量を緩和するようにするとよい。この場合、流体反力発生装置１４の温度、流体反力発生装置１４（コイル４４）に流れる電流などを測定して、流体反発生装置１４の負担が過大にならない限りにおいては流体反力発生装置１４への通電量を大きく保ち、流体反発生装置１４の負担が過大になる場合には流体反力発生装置１４への通電量を減少させるようにする。
【００６８】
次に、電動モータ１２は正常であるが、流体反力発生装置１４に異常が発生した場合について説明する。この場合、図４のステップＳ１４にて「Ｎｏ」、ステップＳ１９にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０においては、流体反力発生装置１４に異常が発生していることを、図示しないランプ、音発生器などを作動させて運転者に知らせる。
【００６９】
前記ステップＳ２０の処理後、ステップＳ２１にて第３反力制御ルーチンを実行する。この第３反力制御ルーチンの詳細は図７に示されており、その実行がステップＳ６０にて開始される。この実行開始後、ステップＳ６１にて上述した図５のステップＳ３１の場合と同様にしてハンドル操舵速度θｖを計算する。そして、ステップＳ６２にて、上述した図５のステップＳ４０の場合と同様にして、モータ反力用の第１〜第３マップを参照して、ハンドル操舵速度θｖ、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて、モータ反力用の第１〜第３通電量Ｉ_２１，Ｉ_２２，Ｉ_２３をそれぞれ決定する。このステップＳ６２の処理後、ステップＳ６３にて下記数７の演算の実行により、モータ反力用の総通電量Ｉ_２０を計算する。
【００７０】
【数７】
Ｉ_２０＝（Ｉ_２１＋Ｉ_２２）・Ｉ_２３・Ｋ_２
【００７１】
なお、上記数７に代えて、下記数８を用いて総通電量Ｉ_２０を計算するようにしてもよい。
【００７２】
【数８】
Ｉ_２０＝（Ｉ_２１＋Ｉ_２２＋ｓｉｇ［Ｉ_２１＋Ｉ_２２］・Ｉ_２３）・（１−ＲＴ）
【００７３】
上記数７，８の係数Ｋ_２は、少なくとも上記数３，４の反力分配比１−ＲＴ（所定値１−ｒａ１，１−ｒａ２または１−ｒｂ）よりも大きな所定値である。また、前記数８中の関数ｓｉｇ［Ｉ_２１＋Ｉ_２２］は、上述した数４の場合と同じである。そして、ステップＳ６４にて総通電量Ｉ_２０に等しい電流を電動モータ１２に流して、ステップＳ６５にてこの第３反力制御ルーチンの実行を終了する。この結果、流体反力発生装置１４に異常が発生して同流体反力発生装置１４による操舵反力の付与が不能になっても、電動モータ１２による操舵反力の付与が可能となるので、運転者は適切な操舵反力を感じながら操舵ハンドル１０を回動操作することができる。また、この場合、係数Ｋ_２を上記電動モータ１２および流体反力発生装置１４が正常な場合に比べて大きく設定するようにしたので、流体反力発生装置１４による操舵反力が得られなくても支障がない。
【００７４】
また、本実施形態では、電動モータ１２および流体反力発生装置１４の両者による反力発生の場合も、電動モータ１２のみによる反力発生の場合も、同一特性の第１〜第３通電量Ｉ_２１，Ｉ_２２，Ｉ_２３を用いるようにした。しかし、これに代えて、電動モータ１２のみによる反力発生の場合には、電動モータ１２および流体反力発生装置１４の両者による反力発生の場合とは異なる特性の第１〜第３通電量Ｉ_２１，Ｉ_２２，Ｉ_２３を用いるようにしてもよい。例えば、流体反力発生装置１４は操舵ハンドル１０が回動時に、特に回転速度が大きくなると、大きな操舵反力を発生する。そのために、操舵ハンドル１０の回動に対する電動モータ１２による操舵反力が不足気味となる。
【００７５】
このような点を改善するために、第１通電量Ｉ_２１として、図１１の破線で示す特性の第１通電量Ｉ_２１を用いるようにするとよい。この場合、図１１の破線特性にそれぞれ従ったハンドル操舵速度θｖに対する第１通電量Ｉ_２１を予め用意して電子制御ユニット３１のメモリ内に記憶しておく。そして、図７のステップＳ６２の処理にて、図１１の破線特性に従った第１通電量Ｉ_２１をハンドル操舵速度θｖに応じて決定するようにするとよい。その他の動作については、上述した場合と同じである。
【００７６】
また、このように流体反力発生装置１４の異常に伴い電動モータ１２のみによって操舵反力を発生すると、電動モータ１２の負荷が過大に成り過ぎる場合がある。したがって、流体反力発生装置１４の異常直後においては、異常前との操舵反力の急変を回避するために、電動モータ１２への通電量を増大させるが、その後においては状況に応じて電動モータ１２への通電量を緩和するようにするとよい。この場合、電動モータ１２の温度、電動モータ１２に流れる電流などを測定して、電動モータ１２の負担が過大にならない限りにおいては電動モータ１２への通電量を大きく保ち、電動モータ１２の負担が過大になる場合には電動モータ１２への通電量を減少させるようにする。
【００７７】
次に、上記のように構成した流体反力発生装置１４の変形例について説明する。第１変形例は、図１６に示すように、各鉄心４３内に永久磁石４６を介装させている。他の構成は、上記実施形態と同一である。これによれば、永久磁石４６から発生される磁力線は、鉄心４３を通って磁性粉末を混入させたビンガム流体内に磁場を形成する。したがって、永久磁石４６によって形成される磁力線の向きと、コイル４４によって形成される磁力線の向きとを一致させるように、電子制御ユニット３１がコイル４４を通電制御すれば、永久磁石４６による磁力線とコイル４４による磁力線とを重畳させた磁場をビンガム流体内に形成できて、ビンガム流体による操舵反力の可変範囲を大きくすることが可能になる。また、上記実施形態の図５のステップＳ３９および図６のステップＳ５４の処理によるコイル４４への通電量を減らすことができるとともに、図５のステップＳ４２および図７のステップＳ６４の処理による電動モータ１２への通電量を減らすこともできる。さらに、コイル４４への通電制御系の異常時にも、流体反力発生装置１４の永久磁石４６による磁性粉末を用いた操舵反力も確保できる。
【００７８】
また、永久磁石４６によって形成される磁力線の向きとコイル４４によって形成される磁力線の向きとが反対になるように、電子制御ユニット３１がコイル４４を通電制御するようにしてもよい。この場合、コイル４４による操舵反力の制御においては、永久磁石４６による磁力線をコイル４４による磁力線で打ち消したうえで、コイル４４による通電量を図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）による特性に従って決定するようにするとよい。したがって、上記実施形態の図５のステップＳ４２および図６のステップＳ５４の処理によるコイル４４への通電量を上記実施形態の場合に比べて大きくする必要がある。これによれば、コイル４４の通電制御系の異常時にも、永久磁石４６による反力を確保できると同時に、同反力がコイル４４の通電制御系の正常時に比べて激減しないようにすることができる。
【００７９】
次に、上記のように構成した流体反力発生装置１４の第２変形例について説明すると、図１７はこの第２変形例に係る流体反力発生装置５０を縦断面図により示している。この流体反力発生装置５０も、上面および下面の中心位置にて軸線方向に回転シャフト１１を回動可能に貫通させた円筒状かつ非磁性材料で構成したハウジング５１を備えている。ハウジング５１は、回転シャフト１１の外周面上に固定された円柱状のロータ５２を収容している。また、ハウジング５１と回転シャフト１１の間には図示しないシール部材が介装されており、回転シャフト１１およびロータ５２の外面とハウジング５１の内面との間に形成された内部空間Ｒ１は密閉されている。
【００８０】
この内部空間Ｒ１は、上記実施形態と同様に、磁性粉末を混入させたビンガム流体で満たされている。このビンガム流体は、上記実施形態と同様な機能を有する。なお、この場合も、図１７では内部空間Ｒ１を広く描いているが、ロータ５２の回転に対して大きな摩擦反力を与えるために、実際には、この内部空間Ｒ１は極めて狭い。ロータ５２には、図１７および図１８に示すように、一部を残して周方向に沿った溝５２ａが形成されている。一方、ハウジング５１には、樹脂５３によってモールドされていて円柱の鉄心５４にコイル５５を巻いた複数の電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれている。鉄心５４およびコイル５５かららなる電磁石の磁極面はロータ５２の外周面（溝５２ａ）に対向している。
【００８１】
このように構成した第２変形例に係る流体反力発生装置５０においても、上記実施形態と同様に、電子制御ユニット３１によって通電制御される。したがって、この第２変形例に係る流体反力発生装置５０を用いた車両の操舵装置においても、磁性粉末を混入させたビンガム流体とロータ５２との摩擦により、上記実施形態と同様な反力が操舵ハンドル１０の回動操作に対して付与される。また、ロータ５２の外周面であって溝５２ａを形成しない部分は溝５２ａの底面に対して突出部を形成するので、ロータ５２の回転に伴ってビンガム流体が撹拌され、磁性粉末の沈殿を避けることができる。したがって、この場合も、操舵ハンドル１０の回動に対して、的確な操舵反力が常に維持される。
【００８２】
また、この第２変形例においては、ロータ５２の外周面上の溝５２ａの非形成部分は本発明の段差に対応するもので、ロータ５２の外周面とハウジング５１の内周面との間の通路面積を周方向の一部において異ならせている。一方、コイル５５への通電により、ビンガム流体内に混入された磁性粉末は鉄心５４の磁極面に対向した位置に集中する。この場合、前記溝５２ａの非形成部分が鉄心５４の近傍位置に近づいた状態では、同溝５２ａの非形成部分と前記集中した磁性粉末とにより、ビンガム流体に対するオリフィス機能が実現される。したがって、これによれば、上記実施形態の場合に比べ、さらに大きな操舵反力を得ることができる。
【００８３】
このような第２変形例においては、ロータ５２の外周面上に溝５２ａの非形成部分を一箇所だけ設けるようにしたが、ロータ５２の外周面上に溝５２ａの非形成部分を複数箇所設けるようにしてもよい。また、鉄心５４およびコイル５５からなる電磁石の数に関しても、必要に応じて適当な数だけ設けるようにすればよい。
【００８４】
さらに、この第２変形例に係る流体反力発生装置５０においても、上記第１変形例に係る流体反力発生装置１４と同様に、コイル５５に加えて永久磁石を設けるようにしてもよい。この場合、永久磁石をコイル５５による磁力線の進行方向に一致するように鉄心５４内に介装または鉄心５４と直列に配置するようにしてもよいし、ハウジング５１の周方向に沿った適宜位置であって鉄心５４およびコイル５５と周方向の異なる位置に配置するようにしてもよい。
【００８５】
次に、第３変形例に係る流体反力発生装置６０について説明すると、図１９はこの第３変形例に係る流体反力発生装置６０を縦断面図により示している。この流体反力発生装置６０は、前記第２変形例に係る流体反力発生装置５０の一部を変形したもので、磁性粉末を混入させたビンガム流体で満たした円筒状のハウジング６１内に、回転シャフト１１に固定した第１ロータ６２および第２ロータ６３を収容している。第１ロータ６２は、図１９および図２０（Ａ）に示すように、全周にわたって半径を等しく形成した円柱状に形成されている。第２ロータ６３は、図１９および図２０（Ｂ）に示すように、段差６３ａ，６３ｂを境に半径の異なる小径部６３ｃおよび大径部６３ｄを備えたほぼ円柱状に形成されている。
【００８６】
一方、ハウジング５１には、樹脂６４によってモールドされていて円柱の第１および第２鉄心６５，６６に第１および第２コイル６７，６８をそれぞれ巻いた各複数の第１および第２電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれている。第１鉄心６５および第１コイル６７からなる１組の第１電磁石の磁極面は第１ロータ６２の外周面に対向している。第２鉄心６６および第２コイル６８からなる１組の第２電磁石の磁極面は第２ロータ６２の外周面に対向している。
【００８７】
このように構成した第３変形例に係る流体反力発生装置６０においても、上記実施形態と同様に、電子制御ユニット３１によって第１および第２コイル６７，６８が通電制御される。したがって、この第３変形例に係る流体反力発生装置５０を用いた車両の操舵装置においても、磁性粉末を混入させたビンガム流体と第１および第２ロータ６２，６３との摩擦により、上記実施形態と同様な反力が操舵ハンドル１０の回動操作に対して付与される。また、この第３変形例においては、ビンガム流体と摩擦作用するロータとして第１および第２ロータ６２，６３を設けたので、より大きな反力を得ることができる。また、第２ロータ６３の段差６３ａ，６３ｂの作用により、ロータ５２の回転に伴ってビンガム流体が撹拌され、磁性粉末の沈殿を避けることができる。したがって、この場合も、操舵ハンドル１０の回動に対して、的確な操舵反力が常に維持される。
【００８８】
また、この第３変形例においては、前記第２変形例と同様に、第２ロータ６３の外周上において、段差６３ａ，６３ｂを境に小径部６３ｃと大径部６３ｄとでハウジング６１の内周面との間の通路面積を周方向の一部において異ならせている。そして、この場合も、コイル６８への通電により、ビンガム流体内に混入された磁性粉末は第２鉄心６６の磁極面に対向した位置に集中する。この場合、第２ロータ６３の段差６３ａ，６３ｂが第２鉄心６６の磁極面に近傍位置に近づいた状態では、第２ロータ６３の段差６３ａ，６３ｂと前記集中した磁性粉末とにより、ビンガム流体に対するオリフィス機能が実現される。したがって、これによれば、前記変形例に係る流体反力発生装置５０と同様に、上記実施形態の場合に比べ、さらに大きな操舵反力を得ることができる。
【００８９】
このような第３変形例においては、第２ロータ６３の外周面に２つの段差６３ａ，６３ｂを設けるようにしたが、さらに多くの段差を設けるようにしてもよい。また、第１ロータ６２にも段差を設けるようにしてもよい。また、第１鉄心６５および第１コイル６７からなる第１電磁石の数に関しても、第２鉄心６６および第２コイル６８からなる第２電磁石の数に関しても、必要に応じて適当な数だけ設けるようにすればよい。さらに、この第３変形例に係る流体反力発生装置６０においても、前記第２変形例の場合と同様に、第１および第２コイル６７，６８に加えて永久磁石を設けるようにしてもよい。
【００９０】
また、前記第３変形例のように複数組のコイル６７，６８を備えている場合には、上記実施形態における図５のステップＳ３９の処理を図２１のステップＳ７０〜Ｓ７３のように変形することもできる。ステップＳ７０においては左右前輪２０ａ，２０ｂの転舵限界（言いかえれば、操舵ハンドル１０の操舵限界）が判定され、ステップＳ７１においては操舵ハンドル１０の操舵操作に対する左右前輪２０ａ，２０ｂの転舵遅れが判定される。
【００９１】
この転舵限界の判定においては、図４のステップＳ１１にて入力した前輪転舵角ψの絶対値｜ψ｜が、左右前輪２０ａ，２０ｂの左右への最大転舵角に対応する所定値を越えたとき転舵限界を判定する。また、これに代えて、図４のステップＳ１１にて入力したハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が、操舵ハンドル１０の左右への最大操舵角に対応する所定値を越えたとき転舵限界を判定してもよい。転舵遅れの判定においては、図４のステップＳ１１にて入力した前輪転舵角ψと、図４のステップＳ１２にて計算した目標転舵角ψ＊の差ψ−ψ＊の絶対値｜ψ−ψ＊｜が所定値を越えたとき、転舵遅れを判定する。
【００９２】
そして、転舵限界に達しておらず、かつ転舵遅れも発生していなければ、ステップＳ７０，Ｓ７１にて共に「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ７２にて、ステップＳ３８の処理によって計算された総通電量Ｉ_１０に応じて第１コイル６７のみを通電制御する。これにより、この場合には、上記実施形態と同様な流体反力発生装置６０による操舵反力が操舵ハンドル１０の回動操作に対して付与される。一方、転舵限界に達していたり、転舵遅れが発生している場合には、ステップＳ７０，Ｓ７１のいずれかにて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ７３にて、ステップＳ３８の処理によって計算された総通電量Ｉ_１０に応じて第１および第２コイル６７、６８の両者を通電制御する。これにより、この場合には、前記よりも大きな操舵反力が、操舵ハンドル１０の回動操作に対して付与される。特に、前述したオリフィス効果のために、極めて大きな操舵反力が付与される。
【００９３】
その結果、この変形例の制御によれば、操舵ハンドル１０の回動によって左右前輪２０ａ，２０ｂを限界まで転舵した場合、流体反力発生装置６０によって操舵ハンドル１０の回動操作に対する反力が非常に増加制御されるので、従前の車両における操向車輪（左右前輪２０ａ，２０ｂ）のエンドあたりが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。また、左右前輪２０ａ，２０ｂに転舵遅れが生じた場合にも、流体反力発生装置６０によって操舵ハンドル１０の回動操作に対する反力が非常に増加制御されるので、従前の車両における操向車輪の転舵遅れが的確にシミュレートされて、操舵フィーリングが良好になる。
【００９４】
また、前記説明では、電動モータ１２による反力付与に並行して行う第１反力制御ルーチンのステップＳ３９（図５）の処理に代えて、図２１のステップＳ７０〜Ｓ７３からなる制御を行うようにした。しかし、この制御は、電動モータ１２に異常が発生したときに実行される第２反制御ルーチンにも適用できる。この場合、図６のステップＳ５４の処理を前記ステップＳ７０〜Ｓ７３の処理で置換すればよい。
【００９５】
次に、第４変形例に係る流体反力発生装置７０について説明すると、図２２はこの第４変形例に係る流体反力発生装置７０を縦断面図により示している。この流体反力発生装置７０は、前記第２変形例に係る流体反力発生装置５０の一部を変形したもので、磁性粉末を混入させたビンガム流体で満たした円筒状のハウジング７１内に、回転シャフト１１に固定したロータ７２を収容している。ロータ７２は、図２２および図２３に示すように、周方向に沿って徐々に半径を異ならせて、外周面の一部に段差７２ａを設けている。
【００９６】
一方、ハウジング７１には、上記第２変形例の場合と同様に、樹脂７３によってモールドされていて円柱の第１鉄心７４に第１コイル７５を巻いた複数の第１電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれて、ロータ７２の外周面に対向している。この第１電磁石に加えて、ハウジング７１の上面部および下面部にも、樹脂７６によってモールドされていて円柱の第２鉄心７７に第２コイル７８を巻いた複数の第２電磁石が周方向の適宜箇所にて埋め込まれて、ロータ７２の上面及び下面に対向している。
【００９７】
このように構成した第４変形例に係る流体反力発生装置７０においても、上記実施形態と同様に、電子制御ユニット３１によって第１および第２コイル７５，７８が通電制御される。したがって、この第４変形例に係る流体反力発生装置７０を用いた車両の操舵装置においても、磁性粉末を混入させたビンガム流体とロータ７２との摩擦により、上記実施形態と同様な反力が操舵ハンドル１０の回動操作に対して付与される。また、ロータ７２の段差７２ａの作用により、ロータ７２の回転に伴ってビンガム流体が撹拌され、磁性粉末の沈殿を避けることができる。したがって、この場合も、操舵ハンドル１０の回動に対して、的確な操舵反力が常に維持される。
【００９８】
また、この第４変形例においては、前記第２および第３変形例と同様に、ロータ７２の外周上において、段差７２ａによりハウジング６１の内周面との間の通路面積を周方向の一部において異ならせている。そして、この場合も、第１コイル７５への通電により、ビンガム流体内に混入された磁性粉末は第１鉄心７４の磁極面に対向した位置に集中する。この場合、ロータ７２の段差７２ａが第１鉄心７４の近傍位置に近づいた状態では、ロータ７２の段差７２ａと前記集中した磁性粉末とにより、ビンガム流体に対するオリフィス機能が実現される。したがって、これによっても、大きな操舵反力を得ることができる。
【００９９】
このような第４変形例においても、ロータ７２の外周面に１つの段差７２ａのみを設けるようにしたが、複数の段差を設けるようにしてもよい。また、第１鉄心７４および第１コイル７５からなる第１電磁石の数に関しても、第２鉄心７７および第２コイル７８からなる第２電磁石の数に関しても、必要に応じて適当な数だけ設けるようにすればよい。さらに、この第４変形例に係る流体反力発生装置７０においても、前記第２および第３変形例の場合と同様に、第１および第２コイル７５，７８に加えて永久磁石を設けるようにしてもよい。
【０１００】
また、この第４変形例においても、上記図２１のステップＳ７０〜Ｓ７３の制御を適用して、転舵限界および転舵遅れの制御を的確に行うことができる。ただし、この場合には、第１コイル７５への通電による操舵反力が第２コイル７８の通電による操舵反力よりも大きいので、転舵限界でなく、かつ転舵遅れのない状態におけるステップＳ７２の通電制御時には、第２コイル７８のみを通電制御するようにするとよい。そして、転舵限界であり、または転舵遅れの発生した状態におけるステップＳ７３の通電制御時には、第１および第２コイル７５，７８の両方を通電制御するようにするとよい。
【０１０１】
以上、本発明の実施形態およびその各種変形例について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【０１０２】
例えば、上記実施形態および各種変形例においては、ハンドル操舵速度θｖ、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて操舵反力の大きさを制御するようにしたが、これらの一部に代え、またはこれらに加えて、ハンドル操舵加速度、操向車輪の転舵反力、路面摩擦係数（車両環境情報）、ヨーレートなどに応じて操舵反力を制御するようにしてもよい。
【０１０３】
ハンドル操舵加速速度に応じて操舵反力を制御する場合、上記実施形態における図５〜図７の各反力制御ルーチンのステップＳ３１，Ｓ５１，Ｓ６１の処理によって計算したハンドル操舵速度θｖを、電子制御ユニット３１のプログラム処理によってさらに時間微分して、ハンドル操舵加速度を計算する。そして、ハンドル操舵加速度の絶対値が増加するに従って、電動モータ１２による反力および流体反力発生装置１４，５０，６０，７０による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、操舵ハンドル１０の操舵操作を安定させるようにするとよい。
【０１０４】
また、操向車輪の転舵反力に応じて操舵反力を制御する場合、図１および図３に破線で示すように回転シャフト２５に転舵反力（転舵トルク）を検出する転舵反力センサ３５を組み付けるようにする。そして、この検出転舵反力が大きくなるに従って、電動モータ１２による反力および流体反力発生装置１４，５０，６０，７０による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、左右前輪２０ａ，２０ｂの転舵状態を操舵ハンドル１０の操作に反映させるようにするとよい。
【０１０５】
また、路面摩擦係数またはヨーレートに応じて操舵反力を制御する場合、図１および図３に破線で示すように操向路面の摩擦係数を検出する路面摩擦係数検出装置またはヨーレートセンサなどの検出装置３６を設けて、路面摩擦係数またはヨーレートを検出できるようにする。そして、検出路面摩擦係数が大きくなるに従って、電動モータ１２による反力および流体反力発生装置１４，５０，６０，７０による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、走行路面の状態を操舵ハンドル１０の操作に反映させるようにするとよい。また、検出ヨーレートが大きくなるに従って、電動モータ１２による反力および流体反力発生装置１４，５０，６０，７０による反力のいずれか一方または両方を増加させるように制御して、操舵ハンドル１０の操舵操作を安定させるとよい。
【０１０６】
また、上記実施形態および各種変形例においては、本発明をステアバイワイヤ方式の車両の操舵装置に適用した例について説明した。しかし、本発明は、操舵ハンドル１０と操向車輪である左右前輪２０ａ，２０ｂが機械的に連結されている車両の操舵装置にも適用できるものである。これによっても、油圧式、電動モータのみでは困難であった複雑な操舵反力の制御が可能になり、車両の操向安定性と良好な操舵フィーリングが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。
【図２】図１の流体反力発生装置の縦断面図である。
【図３】前記車両の操舵装置の変形例の概略図である。
【図４】図１の電子制御ユニットによって実行される操舵制御プログラムのフローチャートである。
【図５】図４の第１反力制御ルーチンの詳細フローチャートである。
【図６】図４の第２反力制御ルーチンの詳細フローチャートである。
【図７】図４の第３反力制御ルーチンの詳細フローチャートである。
【図８】ハンドル操舵速度に対する流体反力用の第１通電量の変化特性を示すグラフである。
【図９】ハンドル操舵角に対する流体反力用の第２通電量の変化特性を示すグラフである。
【図１０】車速に対する流体反力用の第３通電量の変化特性を示すグラフである。
【図１１】ハンドル操舵速度に対するモータ反力用の第１通電量の変化特性を示すグラフである。
【図１２】ハンドル操舵角に対するモータ反力用の第２通電量の変化特性を示すグラフである。
【図１３】車速に対するモータ反力用の第３通電量の変化特性を示すグラフである。
【図１４】磁性粉末を混入させたビンガム流体の反力トルクの変化状態を説明するための説明図である。
【図１５】（Ａ）はハンドル操舵角に対するモータによる反力特性を示すグラフであり、（Ｂ）はハンドル操舵速度に対するビンガム流体による反力特性を示すグラフであり、（Ｃ）は前記モータおよびビンガム流体による合成反力特性を示すグラフである。
【図１６】図２の流体反力発生装置の第１変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図１７】図２の流体反力発生装置の第２変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ線に沿って見たロータの横断面図である。
【図１９】図２の流体反力発生装置の第３変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図２０】（Ａ）は図１９のＡ−Ａ線に沿って見た第１ロータの横断面図であり、（Ｂ）は図１９のＢ−Ｂ線に沿って見た第２ロータの横断面図である。
【図２１】前記第３変形例に係る流体反力発生装置に適用され、上記実施形態の第１および第２反力制御ルーチンの一部を変形したフローチャートである。
【図２２】図２の流体反力発生装置の第４変形例に係る流体反力発生装置の縦断面図である。
【図２３】図２２のＡ−Ａ線に沿って見たロータの横断面図である。
【符号の説明】
１０…操舵ハンドル、１１…回転シャフト、１２…電動モータ、１３…減速機、１４…流体反力発生装置、２０ａ，２０ｂ…前輪（操向車輪）、２７…電動モータ、３０…電気制御装置、３１…電子制御ユニット、３２…操舵角センサ、３３…転舵角センサ、３４…車速センサ、４１…ハウジング、４２…ロータ、４２ａ…フィン、４３…鉄心、４４…コイル、４６…永久磁石、５０，６０，７０…流体反力発生装置、５１，６１，７１…ハウジング、５２，６２，６３，７２…ロータ、５２ａ…溝、６３ａ，６３ｂ，７２ａ…段差、５４，６５，６６，７４，７７…鉄心、５５，６７，６８，７５，７８…コイル。

Claims (16)

1. 操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵する車両の操舵装置において、
   操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、
   前記ロータを収容するとともに、前記ロータの停止状態から回転状態への変化時に大きく非線形に変化する摩擦反力を前記ロータに付与する非ニュートン流体を満たしたハウジングとを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記請求項１に記載した車両の操舵装置において、
   前記非ニュートン流体としてビンガム流体を採用した車両の操舵装置。
3. 前記請求項１または２に記載した車両の操舵装置において、
   前記非ニュートン流体に磁性粉末を含ませて磁気粘性をもたせ、さらに、
   磁力線を発生して前記非ニュートン流体内に磁場を形成する磁力線発生手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
4. 前記請求項３に記載した車両の操舵装置において、
   前記磁力線発生手段を永久磁石で構成した車両の操舵装置。
5. 前記請求項３に記載した車両の操舵装置において、
   前記磁力線発生手段を電磁石で構成した車両の操舵装置。
6. 前記請求項３ないし５のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、
   前記ロータと一体回転して前記非ニュートン流体を撹拌する撹拌手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
7. 前記請求項３ないし６のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、
   前記ハウジングの内面と対向する前記ロータの外面の少なくとも一部に段差を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
8. 前記請求項５に記載した車両の操舵装置において、さらに
   前記電磁石による磁場の形成態様を変更制御する磁場態様制御手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
9. 前記請求項８に記載した車両の操舵装置において、
   前記磁場態様制御手段を、前記電磁石に対する通電態様を制御する通電態様制御手段で構成した車両の操舵装置。
10. 前記請求項８または９に記載した車両の操舵装置において、さらに、
    操向車輪の転舵の限界を検出して、同転舵の限界の検出時に前記磁場態様制御手段を制御して前記電磁石による磁場を強める転舵限界制御手段とを設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
11. 前記請求項８ないし１０のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、さらに、
    操向車輪の転舵の遅れを検出して、同転舵の遅れの検出時に前記磁場態様制御手段を制御して前記電磁石による磁場を強める転舵遅れ制御手段とを設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
12. 前記請求項１ないし１１のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、さらに、
    操舵ハンドルに前記回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルの回動に対して反力を付与する電動モータを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
13. 操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵する車両の操舵装置において、
    操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、
    前記ロータを収容するとともに、磁気粘性をもたせるために磁性粉末を含ませた流体を満たしたハウジングと、
    通電により磁力線を発生して前記流体内に磁場を形成する電磁石と、
    操舵ハンドルに前記回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルの回動に対して反力を付与する電動モータと、
    前記電磁石と前記電動モータへの通電量の比率を操舵ハンドルの回動状態に応じて制御する通電制御手段と
    を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
14. 操舵ハンドルの回動に応じて操向車輪を転舵する車両の操舵装置において、
    操舵ハンドルに回転シャフトを介して連結されて同操舵ハンドルと一体的に回転するロータと、
    前記ロータを収容するとともに、前記ロータの停止状態から回転状態への変化時に大きく非線形に変化する摩擦反力を前記ロータに付与する非ニュートン流体であって、磁気粘性をもたせるために磁性粉末を含ませた非ニュートン流体を満たしたハウジングと、
    磁力線を発生して前記非ニュートン流体内に磁場を形成する永久磁石と、
    通電により磁力線を発生して前記非ニュートン流体内に磁場を形成する電磁石とを備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
15. 前記請求項１４に記載した車両の操舵装置において、
    前記非ニュートン流体としてビンガム流体を採用した車両の操舵装置。
16. 前記請求項１４または１５に記載した車両の操舵装置において、
    前記永久磁石による磁力線を打ち消す方向に前記電磁石を通電する通電制御手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。

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