JP2005170129A - 車両用操舵装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステアリング中立付近において高いステアリング剛性感を確保することができる車両用操舵装置提供すること。
【解決手段】 ＡＣＴ角制御部４２は、ＡＣＴ角司令部４１から入力されたＡＣＴ目標角θta*と検出されたＡＣＴ角θtaとの偏差に比例ゲインＫpを乗ずることにより比例制御量εpを算出する比例制御部４５と、ＡＣＴ角θtaの微分変化量に微分ゲインＫdを乗ずることにより微分制御量εdを算出する微分制御部４６とを備え、比例制御量εpから微分制御量εdを減算することによりＡＣＴ制御角θta**を算出する。また、ＡＣＴ角制御部４２は、比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを可変させるゲインコントローラ５１とを備える。そして、ゲインコントローラ５１は、操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合の比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合のそれよりも高くする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用操舵装置及びその制御方法に関するものである。

従来、車両状態に応じてステアリングホイールの舵角（操舵角）に対する操舵輪の伝達比（ギヤ比）を可変させる可変ギヤ比ステアリングシステムを備えたステアリング装置がある。

一般に、このようなステアリング装置は、ステアリングシャフトに設けられた差動機構（遊星歯車機構やハーモニックドライブ等）と該差動機構を駆動するモータとを有する可変ギヤ比アクチュエータを備えている。そして、この可変ギヤ比アクチュエータにて、ステアリング操作に伴うステアリングシャフトの回転を増速（又は減速）することにより、操舵角に対する操舵輪のギヤ比を可変させる。

つまり、図７に示すように、ステアリング操作に基づく操舵輪の舵角（ステア転舵角θts）に可変ギヤ比アクチュエータの作動に基づく操舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsに対する操舵輪のギヤ比を可変させる。そして、操舵角θs、車速及び路面抵抗等に基づいて、最適なギヤ比となるよう可変ギヤ比アクチュエータを作動させることで、車両状態に応じた良好なステアリング特性を得ることができる。

例えば、特許文献１に記載の可変ギヤ比ステアリングシステムは、低中速走行時には、ステアリングの操舵角θsに対する操舵輪のギヤ比の割合、即ちオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）を小さくする一方、高速走行時には、車速に対してヨー角速度が一定となるギヤ比とする、即ち可変ギヤ比アクチュエータの作動を抑制する。そして、このような構成とすれば、低中速走行時における車両回頭性の向上を図りつつ、高速走行時における高い操縦安定性を確保することができる。
特開平９−５８５０７号公報

ところで、高速走行時には、操縦安定性はもとより、運転者に不安感を与えないためにも、ステアリングの切り出しに対する操舵輪の素早い追従応答性、或いはステアリングのふらつき感が少ない等といった所謂ステアリング剛性感が重要となる。

しかし、従来、可変ギヤ比ステアリングシステムは、ステアリング中立付近、即ち操舵角θsが小さい角度範囲において可変ギヤ比アクチュエータの応答遅れが発生しやすい傾向がある。そして、特に上記特許文献１に記載の可変ギヤ比ステアリングシステムのように、可変ギヤ比アクチュエータの作動を抑制した場合にはその傾向は顕著となる。そのため、ステアリング中立付近がステアリング剛性感が低い所謂不感帯となり操舵感が悪くなるという問題がある。

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って、その目的は、ステアリング中立付近において高いステアリング剛性感を確保することができる車両用操舵装置及びその制御方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第１の舵角に前記モータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、該伝達比可変装置を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置であって、前記制御手段は、前記第２の舵角の制御目標角を出力する目標角出力手段と、前記制御目標角に基づいて前記第２の舵角の制御角を出力する制御角出力手段と、前記制御角に基づいて前記モータを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを備え、前記制御角出力手段は、少なくとも前記制御目標角と検出された前記第２の舵角との偏差にゲインを乗ずることにより前記制御角の比例項制御量を出力する比例制御手段と、少なくとも前記操舵角に基づいて前記ゲインを可変するゲイン可変手段とを備え、該ゲイン可変手段は、前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記ゲインを高くすることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、前記ゲイン可変手段は、前記操舵角が前記所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角がステアリング中立位置にある場合に前記ゲインを最も高くし、更に前記操舵角の増加に従って低下するように前記ゲインを変化させることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、前記ゲイン可変手段は、車速に基づいて基礎ゲインを決定する基礎ゲイン決定手段と、前記操舵角に基づいてゲイン倍率を決定するゲイン倍率決定手段とを備え、前記基礎ゲインに前記ゲイン倍率を乗ずることにより前記ゲインを決定することを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、該伝達比可変装置を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置であって、前記制御手段は、前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記伝達比の割合であるオーバーオールギヤ比が低くなるように前記伝達比可変装置を制御することを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、前記伝達比可変装置は、前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第１の舵角に前記モータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることによりオーバーオールギヤ比を可変し、前記制御手段は、前記第２の舵角の制御目標角を出力する目標角出力手段と、前記制御目標角に基づいて前記第２の舵角の制御角を出力する制御角出力手段と、前記制御角に基づいて前記モータを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを備え、前記制御角出力手段は、少なくとも前記制御目標角と検出された前記第２の舵角との偏差に基づいて前記制御角を決定するものであって、前記目標角出力手段は、前記操舵角が前記所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも低い前記オーバーオールギヤ比を決定し、該オーバーオールギヤ比に基づいて前記制御目標角を出力することを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、前記制御手段は、前記操舵角が前記所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角がステアリング中立位置にある場合に前記オーバーオールギヤ比が最も低く、更に前記操舵角の増加に従って前記オーバーオールギヤ比が高くなるように前記伝達比可変装置を制御することを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第１の舵角に前記モータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置の制御方法であって、前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、少なくとも前記第２の舵角の制御目標角と前記第２の舵角との偏差に基づく比例制御について、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記比例制御におけるゲインを高くすることを要旨とする。

請求項８に記載の発明は、ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置の制御方法であって、前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記伝達比の割合であるオーバーオールギヤ比を低くすることを要旨とする。

（作用）
請求項１，７に記載の発明によれば、ステアリング中立付近における伝達比可変装置の応答性が高くなるので、ステアリング中立付近におけるステアリング剛性感が向上する。更に、操舵角がステアリング中立付近の所定角度範囲外にある場合には、ゲインを高くしないので、伝達比可変装置の過応答に起因する第２の舵角のハンチング等による振動の発生、或いはモータへの通電量の増大に伴うモータ及び電源配線の発熱が防止される。

請求項２に記載の発明によれば、操舵角がステアリング中立位置に近い程、伝達比可変装置の応答性が高くなる。従って、特に直進走行時のステアリング中立剛性感（Ｎ感）が向上する。更に、所定角度範囲内においては、操舵角の増加に従って低下するように前記ゲインを変化させるので、伝達比可変装置の応答性の変化に伴う違和感を感じにくくなる。その結果、良好な操舵フィーリングを確保することが可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、高いステアリング剛性感が求められる高速領域では高く、頻繁なステアリング操作がなされる低中速領域では低くなるようゲインを設定した上で、更に操舵角がステアリング中立付近にある場合のゲインを高くすることができる。その結果、高速走行時のステアリング中立付近における伝達比可変装置の応答性がさらに高くなり、高速走行時のステアリング中立付近におけるステアリング剛性感が更に向上する。

請求項４，８に記載の発明によれば、操舵角が少ないステアリング中立付近では、ステアリングの切り出し（操舵角の変化量）に対する操舵輪の切り出し（転舵角の変化量）が大きくなるので、ステアリング中立付近の不感帯を感じにくくなる。その結果、ステアリング中立付近におけるステアリング剛性感が向上する。

請求項５に記載の発明によれば、ステアリング中立付近においても目標角出力手段が出力する制御目標角が大きくなる。即ち、該制御目標角と検出された第２の舵角との偏差が大きくなることで制御角も大きくなり、伝達比可変装置の応答性が高くなる。その結果、ステアリング中立付近におけるステアリング剛性感が向上する。

請求項６に記載の発明によれば、操舵角がステアリング中立位置に近い程、低いオーバーオールギヤ比となるので、特に直進走行時のステアリング中立剛性感（Ｎ感）が向上する。更に、所定角度範囲内においては、操舵角の増加に従って増加するようにオーバーオールギヤ比を変化させるので、オーバーオールギヤ比の変化に伴う違和感を感じにくくなる。その結果、良好な操舵フィーリングを確保することが可能になる。

本発明によれば、ステアリング中立付近において高いステアリング剛性感を確保することができる車両用操舵装置及びその制御方法を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を可変ギヤ比ステアリングシステムを備えた車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施形態のステアリング装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール（ステアリング）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ラック５はタイロッド６を介してナックル７に連結されている。

即ち、ステアリングシャフト３、ラックアンドピニオン機構４、ラック５及びタイロッド６により車両の操舵伝達系が構成されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換され、タイロッド６を介してナックル７に伝達される。そして、ナックル７に連結された操舵輪８の角度、即ち転舵角θtが可変することにより、車両の進行方向が変更される（図７参照）。

また、本実施形態のステアリング装置１は、操舵角θs（図７参照）に対する操舵輪８の伝達比（ギヤ比）を可変させる可変ギヤ比アクチュエータ１３と、車両状態に応じて可変ギヤ比アクチュエータ１３の作動を制御するＥＣＵ１４とを備えている。尚、本実施形態では、可変ギヤ比アクチュエータ１３が伝達比可変装置を構成し、ＥＣＵ１４が制御手段を構成する。

可変ギヤ比アクチュエータ１３は、ステアリングシャフト３に設けられている。本実施形態では、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト１５とラックアンドピニオン機構４に連結される第２シャフト１６とからなり、第１シャフト１５及び第２シャフト１６は、可変ギヤ比アクチュエータ１３を介して連結されている。

可変ギヤ比アクチュエータ１３は、第１シャフト１５及び第２シャフト１６を連結する差動機構２１と、該差動機構２１を駆動するモータ２２とを備えている。モータ２２は、ＥＣＵ１４に制御されることにより正逆回転し、差動機構２１は、第１シャフト１５の回転を第２シャフト１６に伝達するとともに、モータ２２の回転を減速し第２シャフト１６に伝達する。

即ち、可変ギヤ比アクチュエータ１３は、差動機構２１に入力されたステアリング操作に伴う第１シャフト１５の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１６に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）する。尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。

つまり、可変ギヤ比アクチュエータ１３は、ＥＣＵ１４に制御され、ステアリング操作に基づく操舵輪８の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく操舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsに対する操舵輪８のギヤ比を可変させる（図７参照）。

ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ２５と、駆動回路２６とを備えている。ＣＰＵ２５は、メモリ２７に記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動回路２６に対しモータ駆動信号を出力する。そして、駆動回路２６は、ＣＰＵ２５から入力されたモータ駆動信号に基づいてモータ２２に駆動電力の供給を行う。尚、本実施形態のモータ２２は、ブラシレスモータであり、駆動回路２６は、入力されたモータ駆動信号に基づいて３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。そして、ＥＣＵ１４は、モータ２２への駆動電力の供給を通じてモータ２２の回転を制御することにより、可変ギヤ比アクチュエータ１３の作動を制御する。

ＥＣＵ１４には、車両状態を検出するための複数のセンサが接続されており、ＥＣＵ１４は、各センサから入力される信号に基づいて車両状態を検出する。そして、ＥＣＵ１４は、検出された車両状態に応じて良好なステアリング特性が得られるよう可変ギヤ比アクチュエータ１３を制御する（ギヤ比可変制御）。

詳述すると、本実施形態のステアリング装置１は、操舵角センサ３１、車輪速センサ３３、及び可変ギヤ比アクチュエータ１３の駆動源であるモータ２２の回転（回転角）を検出する回転角センサ３４を備えている。

操舵角センサ３１は、絶対角センサ３５と、インクリメンタルエンコーダ３６とにより構成され、これら絶対角センサ３５及びインクリメンタルエンコーダ３６は、ステアリングシャフト３（第１シャフト１５）に設けられている。

絶対角センサ３５は、ステアリング操作に伴う第１シャフト１５の回転角、即ち操舵角θsに応じて出力値（電位）が変化するアナログ信号ＡsをＥＣＵ１４に出力し、インクリメンタルエンコーダ３６は、第１シャフト１５の回転に対応してＡ，Ｂ相の２相のパルス信号ＰsをＥＣＵ１４に出力する。

ＥＣＵ１４は、絶対角センサ３５から入力されたアナログ信号Ａsに基づいてステアリング２の中立位置を基準とするステアリング絶対角θaを演算する。そして、ＥＣＵ１４は、検出したステアリング絶対角θaにインクリメンタルエンコーダ３６から入力されるパルス信号Ｐsを同期させ、以降、このパルス信号Ｐsをカウントすることにより相対的に操舵角θsを検出する（図７参照）。

車輪速センサ３３は、操舵輪８を含む車両の車輪に設けられ、車輪の回転数に応じてレベルが変化するパルス信号ＰtをＥＣＵ１４に出力する。そして、ＥＣＵ１４は、これらの各車輪速センサ３３から入力されたパルス信号Ｐtに基づいて車速Ｖ及び路面抵抗μを検出する。

回転角センサ３４は、ロータリーエンコーダにより構成され、モータ２２の回転に応じて、Ａ，Ｂ相の２相と基準回転位置を示すゼロ相を含むパルス信号ＰmをＥＣＵ１４に出力する。そして、ＥＣＵ１４は、回転角センサ３４から入力されたパルス信号Ｐmに基づいてモータ２２の回転角を演算しＡＣＴ角θtaを検出する。

そして、ＥＣＵ１４は、上記のように各センサから入力された信号により、車両状態として検出される操舵角θs、車速Ｖ、路面抵抗μ及びＡＣＴ角θtaに基づいて可変ギヤ比アクチュエータ１３を制御する。

次に、ＥＣＵ１４による可変ギヤ比アクチュエータ１３の制御（ギヤ比可変制御）について詳述する。
図２は、本実施形態のステアリング装置１の制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ１４は、ＡＣＴ目標角θta*を出力するＡＣＴ角司令部４１と、ＡＣＴ目標角θta*に基づいてＡＣＴ制御角θta**を出力するＡＣＴ角制御部４２と、ＡＣＴ制御角θta**に基づいてモータ駆動信号を出力する駆動信号出力部４３とを備えている。

尚、本実施形態では、これらのＡＣＴ角司令部４１、ＡＣＴ角制御部４２及び駆動信号出力部４３は、ＣＰＵ２５が実行するプログラムにより実現される。そして、本実施形態では、ＡＣＴ角司令部４１、ＡＣＴ角制御部４２、及び駆動信号出力部４３が、それぞれ目標角出力手段、制御角出力手段、及び駆動信号出力手段を構成する。

ＡＣＴ角司令部４１は、車速Ｖ及び路面抵抗μに基づいて、操舵角θsに対する操舵輪８のギヤ比の割合、即ちオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）を決定する。尚、車速Ｖ及び路面抵抗μとオーバーオールギヤ比との関係は、予め実験やシミュレーション等により求められ、三次元マップの形式でメモリ２７に記憶されている。そして、ＡＣＴ角司令部４１は、この三次元マップに基づいて、車速Ｖ及び路面抵抗μに応じたオーバーオールギヤ比を決定する。そして、ＡＣＴ角司令部４１は、オーバーオールギヤ比と操舵角θsとに基づいてＡＣＴ目標角θta*を決定しＡＣＴ角制御部４２に出力する。

ＡＣＴ角制御部４２は、比例制御手段としての比例制御部４５と、微分制御部４６とを備えている。
比例制御部４５は、ＡＣＴ角司令部４１から入力されたＡＣＴ目標角θta*と検出されたＡＣＴ角θtaとの偏差に比例ゲインＫpを乗ずることにより比例制御量εpを算出する。そして、微分制御部４６は、検出されたＡＣＴ角θtaの微分変化量を演算し該微分変化量に微分ゲインＫdを乗ずることにより微分制御量εdを算出する。

本実施形態では、比例制御部４５が算出した比例制御量εp及び微分制御部４６が算出した微分制御量εdは、減算器４９に入力される。そして、ＡＣＴ角制御部４２は、比例制御量εpから微分制御量εdを減算することによりＡＣＴ制御角θta**を算出し駆動信号出力部４３に出力する。

駆動信号出力部４３は、入力されたＡＣＴ制御角θta**に基づいて駆動回路２６にモータ駆動信号を出力し、駆動回路２６は、該モータ駆動信号に基づいてモータ２２に３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。そして、該モータ２２に駆動されて可変ギヤ比アクチュエータ１３が作動しＡＣＴ角θtaが変更されることによりギヤ比が可変される。

本実施形態では、ＡＣＴ角制御部４２は、車両状態に応じて比例制御部４５における比例ゲインＫp及び微分制御部４６における微分ゲインＫdを可変させるゲイン可変手段としてのゲインコントローラ５１を備えている。そして、比例制御部４５及び微分制御部４６は、それぞれゲインコントローラ５１により決定された比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdに基づいて比例制御量εp及び微分制御量εdを算出する。

詳述すると、ゲインコントローラ５１は、検出された車速Ｖに基づいて基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0を決定する基礎ゲイン決定手段としての基礎ゲイン決定部５２を備えている。そして、ゲインコントローラ５１は、基礎ゲイン決定部５２が決定した基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0に基づいて比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを可変させる。

本実施形態では、メモリ２７には、車速Ｖと基礎ゲインとが関係付けられた基礎ゲインマップ５５が記憶されている。そして、基礎ゲイン決定部５２は、この基礎ゲインマップ５５に基づいて、検出された車速Ｖに対応する基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0を決定する。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、基礎ゲインマップ５５は、基礎比例ゲインＫp0に関する比例ゲインマップ５５ａ及び基礎微分ゲインＫd0に関する微分ゲインマップ５５ｂから構成されている。そして、各比例ゲインマップ５５ａ及び微分ゲインマップ５５ｂにおいては、車速Ｖに対応する基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0は、車速Ｖが低速領域にある場合には低く抑えられ、車速Ｖの上昇とともに滑らかな曲線を描くように増加して高速領域（約７０Ｋｍ／ｈ以上）においては一定の値となるように設定されている。

即ち、本実施形態では、ゲインコントローラ５１は、低速領域においては比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを低く抑え、車速Ｖの上昇とともに増加させて高速領域では低速領域よりも高くなるよう比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを可変させる。

これにより、ステアリング装置１は、高いステアリング剛性感が求められる高速領域では、可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性を高めステアリング剛性感を向上させるとともに、頻繁なステアリング操作がなされる低中速領域では、可変ギヤ比アクチュエータ１３の過応答に起因する振動の発生、或いはモータ２２及び電源配線の発熱を防止している。

また、本実施形態では、ゲインコントローラ５１は、検出された操舵角θsに基づいて比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdを決定するゲイン倍率決定手段としてのゲイン倍率決定部６１を備えている。そして、ゲインコントローラ５１は、基礎ゲイン決定部５２が決定した基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0に、それぞれゲイン倍率決定部６１が決定した比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdを乗ずることにより比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを決定する。

詳述すると、本実施形態では、メモリ２７には、操舵角θsと基礎ゲイン倍率とが関係付けられたゲイン倍率マップ６２が記憶されている。そして、ゲイン倍率決定部６１は、このゲイン倍率マップ６２に基づいて、検出された操舵角θsに対応する比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdを決定する。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、ゲイン倍率マップ６２は、比例ゲイン倍率αpに関する比例ゲイン倍率マップ６２ａ及び微分ゲイン倍率αdに関する微分ゲイン倍率マップ６２ｂから構成されている。

本実施形態では、各比例ゲイン倍率マップ６２ａ及び微分ゲイン倍率マップ６２ｂにおいて、比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdは、操舵角θsがステアリング中立位置（θs＝０）から所定角度θ0（本実施形態では１０度）の範囲内にある場合には、操舵角θsが所定角度θ0よりも大きい場合と比較して高く設定されている。

具体的には、各比例ゲイン倍率マップ６２ａ及び微分ゲイン倍率マップ６２ｂでは、操舵角θsがステアリング中立位置にある場合において最も高い比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αd（本実施形態では２．０倍）が設定されている。そして、比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdは、操舵角θsの増加とともに滑らかに減少し所定角度θ0において最も低く（本実施形態では１．０倍）なるように設定されている。

詳しくは、比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdは、操舵角θsがステアリング中立位置から所定角度θ0まで増加するのに従って逆ロジスティック曲線状に滑らかに減少するよう設定されている。そして、操舵角θsが所定角度θ0以上の角度範囲においては、操舵角θsに対応する比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdが一定となるように設定されている。

即ち、本実施形態では、ゲインコントローラ５１は、操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内（０≦θs≦θ0）にある場合の比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合のそれよりも高くする。具体的には、ゲインコントローラ５１は、操舵角θsがステアリング中立位置（θs＝０）に近い程、比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdが高くなるよう該比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを可変させる。

そして、ステアリング装置１は、上記のような制御を行うことにより、ステアリング中立付近における可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性を高めステアリング剛性感を向上させるとともに、ステアリング中立付近以外での可変ギヤ比アクチュエータ１３の過応答に起因する振動の発生、或いはモータ２２及び電源配線の発熱を防止している。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）ＥＣＵ１４は、ＡＣＴ目標角θta*を出力するＡＣＴ角司令部４１と、ＡＣＴ目標角θta*に基づいてＡＣＴ制御角θta**を出力するＡＣＴ角制御部４２と、ＡＣＴ制御角θta**に基づいてモータ駆動信号を出力する駆動信号出力部４３とを備える。ＡＣＴ角制御部４２は、ＡＣＴ目標角θta*とＡＣＴ角θtaとの偏差に比例ゲインＫpを乗ずることにより比例制御量εpを算出する比例制御部４５と、ＡＣＴ角θtaの微分変化量に微分ゲインＫdを乗ずることにより微分制御量εdを算出する微分制御部４６とを備え、比例制御量εpから微分制御量εdを減算することによりＡＣＴ制御角θta**を算出する。また、ＡＣＴ角制御部４２は、比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを可変させるゲインコントローラ５１を備える。そして、ゲインコントローラ５１は、操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内（０≦θs≦θ0）にある場合の比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合のそれよりも高くする。

このような構成とすれば、ステアリング中立付近における可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性が高くなるので、ステアリング中立付近におけるステアリング剛性感を向上させることができる。更に、操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲外にある場合には、比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを高くしないので、可変ギヤ比アクチュエータ１３の過応答に起因するＡＣＴ角θtaのハンチング等による振動の発生、或いはモータ２２への通電量の増大に伴うモータ２２及び電源配線の発熱を防止することができる。

（２）ゲインコントローラ５１は、車速Ｖに基づいて基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0を決定する基礎ゲイン決定部５２と、操舵角θsに基づいて比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdを決定するゲイン倍率決定部６１とを備えている。そして、ゲインコントローラ５１は、基礎ゲイン決定部５２が決定した基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0に、それぞれゲイン倍率決定部６１が決定した比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdを乗ずることにより比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを決定する。

このような構成とすれば、高いステアリング剛性感が求められる高速領域では高く、頻繁なステアリング操作がなされる低中速領域では低くなるよう、比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを設定した上で、更に操舵角θsがステアリング中立付近にある場合の比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを高くすることができる。その結果、高速走行時のステアリング中立付近における可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性がさらに高くなるので、高速走行時のステアリング中立付近におけるステアリング剛性感をより向上させることができる。

（３）ゲイン倍率決定部６１は、操舵角θsと基礎ゲイン倍率とが関係付けられたゲイン倍率マップ６２に基づいて、検出された操舵角θsに対応する比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdを決定する。このような構成とすれば、ゲイン倍率マップ６２を変更するだけで、容易にステアリング中立付近における操舵フィーリングを変更することができる。

（４）比例ゲイン倍率マップ６２ａ及び微分ゲイン倍率マップ６２ｂにおいては、操舵角θsがステアリング中立位置にある場合において最も比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdが高く、操舵角θsの増加とともに滑らかに減少し所定角度θ0において最も低くなるように比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdが設定される。

このような構成とすれば、操舵角θsが所定角度θ0からステアリング中立位置（θs＝０）に近い程、高い比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdとなり、可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性が高くなる。従って、特に直進走行時のステアリング中立剛性感（Ｎ感）が向上する。更に、比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdが曲線状に滑らかに変化するので、可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性の変化に伴う違和感を感じにくくなる。その結果、良好な操舵フィーリングを確保することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を可変ギヤ比ステアリングシステムを備えたステアリング装置に具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態のステアリング装置７１のハードウェア構成は、上記第１の実施形態のステアリング装置１と同一であり、ＥＣＵ７２による可変ギヤ比アクチュエータ１３の制御形態、即ちＥＣＵ７２内の制御ブロックのみが相違する。

具体的には、本実施形態では、ＥＣＵ７２は、検出された操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合には、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合よりも操舵角θsに対する操舵輪８のギヤ比の割合、即ちオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）が低くなるよう可変ギヤ比アクチュエータ１３を制御する。

詳述すると、本実施形態では、ＡＣＴ角制御部７３を構成するゲインコントローラ７４にはゲイン倍率決定部がなく、メモリ７６にもゲイン倍率マップは記憶されていない。そして、ゲインコントローラ７４は、車速Ｖに基づいて基礎ゲイン決定部５２が決定した基礎比例ゲインＫp0及び基礎微分ゲインＫd0を比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdとする。即ち、本実施形態のＥＣＵ７２では、ゲインコントローラ７４は、操舵角θsに基づく比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdの可変を行わない。

本実施形態では、ＡＣＴ角司令部７５は、検出された操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合には、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合よりも低いオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）を決定する。

更に詳述すると、メモリ７６には、操舵角θsとオーバーオールギヤ比とが関係付けられた舵角可変ギヤ比マップ７８が記憶されている。そして、ＡＣＴ角司令部７５は、検出された操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合には、この舵角可変ギヤ比マップ７８に基づいてオーバーオールギヤ比を決定する。

図６に示すように、舵角可変ギヤ比マップ７８においては、操舵角θsがステアリング中立位置にある場合において、最も低いオーバーオールギヤ比Ｒvg（本実施形態では１４）が設定されている。そして、オーバーオールギヤ比Ｒvgは、操舵角θsの増加とともに滑らかな曲線を描くように増加し操舵角θsが所定角度θ1（本実施形態では５度）を超える角度範囲では一定の値（本実施形態では１７）となるように設定されている。

即ち、本実施形態では、ＡＣＴ角司令部７５は、操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内（０≦θs≦θ0）にある場合には、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合よりも低いオーバーオールギヤ比Ｒvgを決定する。具体的には、ＡＣＴ角司令部７５は、操舵角θsが所定角度（θs＝θ0）からステアリング中立位置（θs＝０）に近づく程、低いオーバーオールギヤ比Ｒvgとする。そして、ＡＣＴ角司令部７５は、この舵角可変ギヤ比マップ７８に基づいて決定されたオーバーオールギヤ比によりＡＣＴ目標角θta*を決定しＡＣＴ角制御部４２に出力する。

つまり、本実施形態のステアリング装置７１では、ＥＣＵ７２は、操舵角θsが少ないステアリング中立付近では、ＡＣＴ角θtaが大きくなるように可変ギヤ比アクチュエータ１３を制御する。そして、ステアリング２の切り出し（操舵角θsの変化量）に対する操舵輪８の切り出し（転舵角θtの変化量）を大きくし、運転者にステアリング中立付近の不感帯を感じにくくすることで、ステアリング中立付近におけるステアリング剛性感の向上を図っている。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）ＥＣＵ７２は、検出された操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合には、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合よりも操舵角θsに対する操舵輪８のギヤ比の割合、即ちオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）が低くなるよう可変ギヤ比アクチュエータ１３を制御する。

このような構成とすれば、操舵角θsが少ないステアリング中立付近では、ＡＣＴ角θtaが大きくなり、ステアリング２の切り出し（操舵角θsの変化量）に対する操舵輪８の切り出し（転舵角θtの変化量）が大きくなるので、ステアリング中立付近の不感帯を感じにくくすることができる。更に、ステアリング中立付近においてもＡＣＴ角司令部７５が出力するＡＣＴ目標角θta*が大きくなる。従って、該ＡＣＴ目標角θta*と検出されたＡＣＴ角θtaとの偏差が大きくなり、比例制御部４５が出力する比例制御量εpも増加することから、可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性も高くなる。その結果、ステアリング中立付近におけるステアリング剛性感を向上させることができる。

（２）ＡＣＴ角司令部７５は、検出された操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合には、操舵角θsとオーバーオールギヤ比とが関係付けられた舵角可変ギヤ比マップ７８に基づいてオーバーオールギヤ比を決定する。

このような構成とすれば、車速Ｖや路面抵抗μ等のその他の車両状態に応じた最適にオーバーオールギヤ比を設定した上で、操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合についてのみ、操舵角θsに応じてオーバーオールギヤ比を低くすることができる。その結果、操舵角θs以外の車両状態をも考慮した最適な操舵特性を確保しつつ、容易にステアリング中立付近におけるステアリング剛性感を向上させることができる。更に、舵角可変ギヤ比マップ７８を変更するだけで、容易にステアリング中立付近における操舵フィーリングを変更することができる。

（３）舵角可変ギヤ比マップ７８においては、オーバーオールギヤ比Ｒvgは、操舵角θsがステアリング中立位置にある場合に最も低く、更に操舵角θsの増加とともに滑らかな曲線を描くように増加して操舵角θsが所定角度θ1を超える角度範囲では一定の値となるように設定される。従って、操舵角θsが所定角度θ1からステアリング中立位置（θs＝０）に近い程、低いオーバーオールギヤ比となるため、特に直進走行時のステアリング中立剛性感（Ｎ感）が向上する。さらに、オーバーオールギヤ比が曲線状に滑らかに変化するので、可変ギヤ比アクチュエータ１３の応答性の変化に伴う違和感が感じにくい。従って、良好な操舵フィーリングを確保することができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、ＡＣＴ角制御部４２は、比例制御部４５と、微分制御部４６とを備え、比例制御部４５が算出した比例制御量εpから微分制御部４６が算出した微分制御量εdを減算することによりＡＣＴ制御角θta**を算出することとした。しかし、これに限らず、ＡＣＴ角制御部４２は、比例制御部４５によるＡＣＴ目標角θta*とＡＣＴ角θtaとの偏差に基づくＰ制御（比例制御）のみを行う構成としてもよく、偏差の変化量に基づく微分制御を加えたＰＤ制御としても、偏差の累積値に基づく積分制御を加えたＰＩ制御としても、更にＰＩＤ制御を行う構成としてもよい。

・上記第１の実施形態では、ゲインコントローラ５１は、操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内（０≦θs≦θ0）にある場合には、操舵角θsが該所定角度範囲外にある場合よりも高くなるよう比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdを可変させる構成とした。しかし、これに限らず、ゲインコントローラ５１は、操舵角θsに応じて比例ゲインＫpを可変させる構成であってもよい。尚、上記別例（ＰＤ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御）においても、少なくともＰ制御にかかる比例ゲインを可変させる構成であればよいことは言うまでもない。

・上記第２の実施形態では、メモリ７６に操舵角θsとオーバーオールギヤ比とが関係付けられた舵角可変ギヤ比マップ７８を格納し、ＡＣＴ角司令部７５は、検出された操舵角θsがステアリング中立付近の所定角度範囲内にある場合には、この舵角可変ギヤ比マップ７８に基づいてオーバーオールギヤ比を決定することとした。しかし、これに限らず、上記第１の実施形態におけるゲインコントローラ５１のように、車速Ｖ及び路面抵抗μに基づいて基礎オーバーオールギヤ比を決定し、該基礎オーバーオールギヤ比にオーバーオールギヤ比倍率を乗ずることによりオーバーオールギヤ比を決定する構成としてもよい。

・上記第２の実施形態では、ゲインコントローラ６４は操舵角θsに基づく比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdの可変を行わないこととした。しかし、これに限らず、上記第１の実施形態のＥＣＵ１４のような操舵角θsに基づく比例ゲインＫp及び微分ゲインＫdの可変に加えて、上記第２の実施形態のＥＣＵ７２のような操舵角θsに基づくオーバーオールギヤ比の決定を行う構成ともよい。

・上記第１の実施形態では所定角度θ0を１０度とし、上記第２の実施形態では所定角度θ1を５度としたが、各所定角度θ0，θ1は任意に設定してもよい。
・上記第１の実施形態では、比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdの最大値は、共に２．０倍としたが、比例ゲイン倍率αp及び微分ゲイン倍率αdは、それぞれ任意に設定してもよい。また、比例ゲイン倍率αpと微分ゲイン倍率αdとが異なる値をとる構成としてもよいことはいうまでもない。

・上記第２の実施形態では、オーバーオールギヤ比Ｒvgは、１４〜１７の間で変更されることとしたが、オーバーオールギヤ比Ｒvgの最大値、最小値、及びその変化幅は任意に設定してもよい。

・上記各実施形態では、ステアリングシャフト３に設けられ、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）することによりギヤ比を可変する可変ギヤ比アクチュエータ１３を採用した。しかし、これに限らず、ラック５に設けられ直接ラック５の往復運動を増速又は減速する方式の可変ギヤ比アクチュエータを採用してもよい。

第１の実施形態のステアリング装置の概略構成図。 第１の実施形態のステアリング装置の制御ブロック図。 （ａ）比例ゲインマップの概略構成図、（ｂ）微分ゲインマップの概略構成図。 （ａ）比例ゲイン倍率マップの概略構成図、（ｂ）微分ゲイン倍率マップの概略構成図。 第２の実施形態のステアリング装置の制御ブロック図。 舵角可変ギヤ比マップの概略構成図。 可変ギヤ比ステアリングシステムの作用図。

符号の説明

１，７１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール（ステアリング）、８…操舵輪、１３…可変ギヤ比アクチュエータ、１４，７２…ＥＣＵ、２２…モータ、４１，７５…ＡＣＴ角司令部、４２，７３…ＡＣＴ角制御部、４３…駆動信号出力部、４５…比例制御部、５１，７４…ゲインコントローラ、５２…基礎ゲイン決定部、６１…ゲイン倍率決定部、θ0，θ1…所定角度、θs…操舵角、θt…転舵角、θts…ステア転舵角、θta…ＡＣＴ角、θta*…ＡＣＴ目標角、θta**…ＡＣＴ制御角、εp…比例制御量、Ｋp…比例ゲイン、Ｋp0…基礎比例ゲイン、αp…比例ゲイン倍率、Ｖ…車速、Ｒvg…オーバーオールギヤ比。

Claims (8)

1. ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第１の舵角に前記モータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、該伝達比可変装置を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置であって、
   前記制御手段は、前記第２の舵角の制御目標角を出力する目標角出力手段と、前記制御目標角に基づいて前記第２の舵角の制御角を出力する制御角出力手段と、前記制御角に基づいて前記モータを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを備え、
   前記制御角出力手段は、少なくとも前記制御目標角と検出された前記第２の舵角との偏差にゲインを乗ずることにより前記制御角の比例項制御量を出力する比例制御手段と、少なくとも前記操舵角に基づいて前記ゲインを可変するゲイン可変手段とを備え、
   該ゲイン可変手段は、前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記ゲインを高くすること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記ゲイン可変手段は、前記操舵角が前記所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角がステアリング中立位置にある場合に前記ゲインを最も高くし、更に前記操舵角の増加に従って低下するように前記ゲインを変化させること、を特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記ゲイン可変手段は、車速に基づいて基礎ゲインを決定する基礎ゲイン決定手段と、前記操舵角に基づいてゲイン倍率を決定するゲイン倍率決定手段とを備え、前記基礎ゲインに前記ゲイン倍率を乗ずることにより前記ゲインを決定すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
4. ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、該伝達比可変装置を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置であって、
   前記制御手段は、前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記伝達比の割合であるオーバーオールギヤ比が低くなるように前記伝達比可変装置を制御すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項４に記載の車両用操舵装置において、
   前記伝達比可変装置は、前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第１の舵角に前記モータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることによりオーバーオールギヤ比を可変し、
   前記制御手段は、前記第２の舵角の制御目標角を出力する目標角出力手段と、前記制御目標角に基づいて前記第２の舵角の制御角を出力する制御角出力手段と、前記制御角に基づいて前記モータを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを備え、
   前記制御角出力手段は、少なくとも前記制御目標角と検出された前記第２の舵角との偏差に基づいて前記制御角を決定するものであって、
   前記目標角出力手段は、前記操舵角が前記所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも低い前記オーバーオールギヤ比を決定し、該オーバーオールギヤ比に基づいて前記制御目標角を出力すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記操舵角が前記所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角がステアリング中立位置にある場合に前記オーバーオールギヤ比が最も低く、更に前記操舵角の増加に従って前記オーバーオールギヤ比が高くなるように前記伝達比可変装置を制御すること、を特徴とする車両用操舵装置。
7. ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操作に基づく前記操舵輪の第１の舵角に前記モータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置の制御方法であって、
   前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、少なくとも前記第２の舵角の制御目標角と前記第２の舵角との偏差に基づく比例制御について、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記比例制御におけるゲインを高くすること、を特徴とする車両用操舵装置の制御方法。
8. ステアリングホイー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駆動により前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置の制御方法であって、
   前記操舵角がステアリング中立位置から所定角度範囲内にある場合には、前記操舵角が前記所定角度範囲外にある場合よりも前記伝達比の割合であるオーバーオールギヤ比を低くすること、を特徴とする車両用操舵装置の制御方法。

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