JP2006327504A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵装置の異常発生時における転舵力，反力抜け時間の短縮化を図り、車両のトレース性悪化を抑制できる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】 クラッチ機構９は、永久磁石９ｍと電磁コイル９ｉとを有し、電磁コイル９ｉに永久磁石９ｍの磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、電磁コイル９ｉの非通電状態にて締結する電磁クラッチであり、操舵装置の異常が発生したとき、電磁コイル９ｉに永久磁石９ｍの磁力方向と同方向の磁力を発生させるクラッチ締結制御手段と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フェールセーフのためのクラッチ機構を搭載したステア・バイ・ワイヤシステムの車両用操舵装置に関する。

従来のステア・バイ・ワイヤシステムでは、反力アクチュエータの異常発生時、反力制御を中止してハンドルと操向輪とを電磁クラッチで機械的に締結し、転舵アクチュエータにより通常の電動パワーステアリング装置における操舵力補助制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。ここで、電磁クラッチは、電磁コイルの通電状態で解放、非通電状態で締結する構成とし、電磁コイルへの電源供給が遮断した場合でも、クラッチが作動するように設定されている。
特開２００４−９０７８３号公報

しかしながら、上記従来の車両用操舵装置にあっては、電磁クラッチは瞬時には締結されず、コイルの磁力が減衰する時定数に応じた締結遅れが発生するため、反力制御を中止してからハンドルと操向輪とが機械的に連結されるまでの間に、ハンドルの反力がゼロとなる反力抜けが生じる。この反力抜け状態でハンドルが操舵されると、操舵量がオーバーシュート傾向となり、このオーバーシュート量が転舵アクチュエータの指令値に付加されることで、ドライバの目標軌道に対する車両のトレース性が悪化するという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操舵装置の異常発生時における転舵力，反力抜け時間の短縮化を図り、車両のトレース性悪化を抑制できる車両用操舵装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
操作入力手段と反力付与手段を有する操舵部と、
操向輪と転舵力付与手段を有する転舵部と、
締結により前記操舵部と転舵部とを機械的に連結するクラッチ機構と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記クラッチ機構は、永久磁石と電磁コイルとを有し、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、前記電磁コイルの非通電状態にて締結する電磁クラッチであり、
前記操舵装置に異常が発生したとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させるクラッチ締結制御手段を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、異常発生時、電磁コイルに永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させる電流を付与するため、クラッチ締結遅れに起因する転舵力，反力抜け時間を低減でき、ドライバの目標軌道に対する車両のトレース性悪化を抑制できる。また、付与する電流値を変化させることにより、制御停止からクラッチ締結までの電気的時定数を調整できる。

以下に、本発明の車両用操舵装置を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用操舵装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステム（以下、「SBWシステム」という。）を示す全体構成図である。実施例１の車両用操舵装置は、(1)反力装置、(2)バックアップ装置、(3)転舵装置、(4)制御コントローラにより構成されている。以下、それぞれの構成を詳しく説明する。

(1)反力装置（反力付与手段）
反力装置は、舵角センサー１，１と、エンコーダ２と、トルクセンサー３，３（操舵トルク検出手段）と、ホールIC４と、反力モータ５と、制御コントローラ１９と、を有して構成される。

舵角センサー１，１は、ハンドル（操作入力手段）６の操舵角を検出する手段で、後述するケーブルコラム７とハンドル６とを結合するコラムシャフト８に設けられていて舵角センサー１と舵角センサー２との２つのトルクセンサーにより二重系にて構成されている。つまり、舵角センサー１，１は、ハンドル６とトルクセンサー３，３との間に設置されており、トルクセンサー３，３の捩れによる角度変化の影響を受けることなく、操舵角を検出できるようになっている。この舵角センサー１，１には、アブソリュート型レゾルバ等を用いる。トルクセンサー３，３は、舵角センサー１と反力モータ５との間に設置されていて、トルクセンサー１とトルクセンサー２との２つのトルクセンサーにより二重系にて構成されている。

反力モータ５は、コラムシャフト８を回転軸とする１ロータ・１ステータの電動モータで構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。この反力モータ５としては、ブラシレスモータが使用され、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ２とホールIC４とを追加する。その場合は、ホールIC４のみでもモータトルクを発生するモータ駆動は可能であるが、微細なトルク変動が発生し、操舵反力感が悪い。そこで、より繊細で滑らかな反力制御を行うため、コラムシャフト８の軸上にエンコーダ２を装着し、モータ制御を行うことで、微細なトルク変動を低減し、操舵反力感の向上を達成する。なお、エンコーダ２の代わりにレゾルバを用いても良い。

(2)バックアップ装置
反力装置(1)と転舵装置(3)とを機械的に分離・連結を可能とするバックアップ装置は、ケーブルコラム７とクラッチ機構９により構成されている。

ケーブルコラム７は、クラッチ機構９が締結されるバックアップモード時、反力装置(1)と転舵装置(3)との間に介在する部材との干渉を避けて迂回しながらも、トルクを伝達するコラムシャフト機能を発揮する機械式バックアップ機構である。ケーブルコラム７は、２つのリールに端部がリールに固定された２本のインナーケーブルを互いに逆方向へ巻き付け、２つのリールケースに２本のインナーケーブルを内挿したアウターチューブの両端を固定することにより構成されている。

クラッチ機構９は、転舵装置(3)側に設けられた電磁クラッチであり、図２にクラッチ機構９の軸方向断面図、図３にクラッチ機構９の径方向断面図を示す。
本クラッチ機構９は、ケーブルコラム７と連結する外輪９ａと、ピニオンシャフト１７と連結する第２ロータ９ｂとを備え、外輪９ａの内周である円筒面９ｃと、第２ロータ９ｂの外周に複数形成されたカム面９ｄとの間には、複数のくさび空間が形成されている。このくさび空間には、中立ばね９ｅにより回転方向に弾性保持された保持器９ｆが配置され、この保持器９ｆのポケットに外輪９ａと第２ロータ９ｂの係合子であるローラ９ｇが組み込まれている。

外輪９ａには、第１ロータ９ｈと電磁コイル９ｉとが取り付けられている。第１ロータ９ｈには、周方向に複数の永久磁石９ｍが埋め込まれている。中立ばね９ｅと第１ロータ９ｈとの間には、軸方向のみ移動可能なアーマチュア９ｋが配置され、このアーマチュア９ｋは、アーマチュア９ｋと第１ロータ９ｈとの間に組み付けられた離反ばね９ｊにより、第１ロータ９ｈから離間する方向に付勢されている。この離反ばね９ｊがアーマチュア９ｋを付勢する力は、永久磁石９ｍの出力磁力がアーマチュア９ｋを引き付ける力よりも小さな値に設定されている。

このクラッチ機構は、クラッチ解除時には、電磁コイル９ｉを永久磁石９ｍの磁力を打ち消す方向に磁力を発生させる通電状態とし、クラッチ締結においては、電磁コイル９ｉを永久磁石９ｍの磁力方向と同方向に磁力を発生させる通電状態とする。そして、クラッチ機構９を締結することで、反力装置(1)側からのトルクも転舵装置(3)側からのトルクもケーブルコラム７およびクラッチ機構９を介して伝達可能となる。

(3)転舵装置（転舵力付与手段）
転舵装置は、エンコーダ１０，１０と、舵角センサー１１，１１と、トルクセンサー１２，１２と、ホールIC１３と、転舵モータ１４，１４と、制御コントローラ１９と、ステアリング機構１５と、を有して構成される。

舵角センサー１１，１１とトルクセンサー１２，１２とは、クラッチ機構９が一端に取り付けられ、他端部にピニオンギアが形成されたピニオンシャフト１７の軸上に設けられている。舵角センサー１１，１１としては、上記舵角センサー１，１と同様に二重系を成し、シャフトの回転数を検出するアブソリュート式レゾルバ等が用いられる。また、トルクセンサー１２，１２としては、上記トルクセンサー３，３と同様に二重系を成し、インダクタンスの変化によりトルクを検出するものが用いられる。そして、ピニオンギアを介して下流側に舵角センサー１１，１１を配置し、上流側にトルクセンサー１２，１２を配置することで、舵角センサー１１，１１による転舵角検出に際してトルクセンサー１２，１２の捩りによる角度変化の影響を受けないようにしている。

転舵モータ１４，１４は、ピニオンシャフト１７上のクラッチ機構９とトルクセンサー１２，１２との中間位置に設けたウォームギヤに噛み合うピニオンギアをモータ軸に設けることで、モータ駆動時にピニオンシャフト１７に転舵トルクを付与するように構成されている。この転舵モータ１４，１４は二重系を成し、第一転舵モータ１４と第二転舵モータ１４を構成するブラシレスモータとしている。また、上記反力モータ５と同様に、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ１０，１０とホールIC１３とを追加する。

ステアリング機構１５は、ピニオンシャフト１７の回転により左右の操向輪１６，１６を転舵させる舵取り機構であって、ラックチューブ１５ａ内に内挿され、ピニオンシャフト１７のピニオンギアに噛み合うラックギヤが形成されたラックシャフト１５ｂと、この車両左右方向に延びるラックシャフト１５ｂの両端部に結合されたタイロッド１５ｃ，１５ｃと、一端がタイロッド１５ｃ，１５ｃに結合され、他端が操向輪１６，１６に結合されたナックルアーム１５ｄ，１５ｄと、を有して構成されている。

(4)制御コントローラ
制御コントローラは、電源１８により処理演算等を行う２つの制御コントローラ１９，１９により二重系が構成され、双方向通信線２０を介して情報交換可能に接続されている。

制御コントローラ１９は、反力装置(1)の舵角センサー１，１、エンコーダ２、トルクセンサー３，３、ホールIC４と、転舵装置(3)のエンコーダ１０，１０、舵角センサー１１，１１、トルクセンサー１２，１２、ホールIC１３と、車速を検出する車速センサー２１と、横Ｇ／ヨーレートセンサー２２と、からの検出値が入力される。

制御コントローラ１９は、各センサー信号に基づいて、反力モータ５および転舵モータ１４の制御量を設定し、各モータ４，１４を駆動制御する。また、制御コントローラ１９は、システムの状態をモニタリングし、システムが正常に作動している間は、SBW制御（クラッチ切り離しによるステア・バイ・ワイヤ制御）を行い、システムに異常が発生した場合には、SBW制御からEPS制御（クラッチ締結による電動パワーステアリング制御）への移行、または操舵制御を停止する。

次に、作用を説明する。
［クラッチ機構の駆動方法］
図４は、クラッチ機構９の駆動回路構成を示す回路図であり、実施例１では、４つの電界効果型トランジスタTr1〜Tr4を用いたＨブリッジ回路を用い、電磁コイル９ｉのコイルに正逆の電流値を与えることで、コイルの磁力を反転する。

SBW制御（クラッチ切り離しによるステア・バイ・ワイヤ制御）では、図４(a)に示すように、トランジスタTr1,Tr4をON（ベースに電圧をかける）、トランジスタTr2,Tr3をOFF（ベース電圧ゼロ）することで、電磁コイル９ｉに正方向の電流を与える。このとき、電磁コイル９ｉには、永久磁石９ｍの磁力を打ち消す方向に磁力が発生する。

SBW制御からEPS制御（クラッチ締結による電動パワーステアリング制御）へ移行する場合は、図４(a)の状態からトランジスタTr1,Tr4をOFFした後、図４(b)のようにトランジスタTr2,Tr3をONし、電磁コイル９ｉに負方向の電流を与える。このとき、電磁コイル９ｉには、永久磁石９ｍの磁力と同方向に磁力が発生する。

［クラッチ機構の作動について］
1. クラッチ解放時には、電磁コイル９ｉが永久磁石９ｍの磁力を相殺または弱める磁力を出力するため、アーマチュア９ｋに組み付く離反ばね９ｊの反発力が永久磁石９ｍの出力磁力に打ち勝ち、第１ロータ９ｈとアーマチュア９ｋとを引き離す。第１ロータ９ｈとアーマチュア９ｋとの間の摩擦力が無い場合、保持器９ｆに支持されたローラ９ｇは、中立ばね９ｅによって円筒面９ｃとカム面９ｄとの間のくさび空間の中央に位置するため、クラッチは解放状態を維持する。

2. クラッチ締結時には、電磁コイル９ｉが永久磁石９ｍの磁力と同方向に磁力を出力し、このとき、永久磁石９ｍの出力磁力と電磁コイル９ｉの出力磁力の複合磁力は、離反ばね９ｊの反発力に打ち勝ち、アーマチュア９ｋが第１ロータ９ｈとが摩擦接触しながら回転する。その摩擦回転において、外輪９ａと第２ロータ９ｂとがローラ９ｇを介してくさび噛み合いとなり、トルク伝達が可能となる。

［操舵制御処理］
図５は、実施例１の制御コントローラ１９で実行される操舵制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、各センサー信号、各モータへの入力信号、および各モータの出力信号等に基づいてシステム状態を確認し、ステップS2へ移行する（反力異常検出手段に相当）。

ステップS2では、ステップS1で確認したシステム状態に基づき、SBW制御を継続するか、EPS制御へ移行するか、または操舵制御を停止するか、のいずれかを選択する。操舵制御を停止する場合には、ステップS3へ移行し、EPS制御へ移行する場合には、ステップS5へ移行し、SBW制御を継続する場合には、ステップS9へ移行する。ここで、システム状態が正常である場合には、SBW制御の継続を選択する。また、システム状態に異常が発生している場合、制御コントローラ１９の故障等、操舵制御が継続不能の場合には、操舵制御停止を選択し、反力モータ５と転舵モータ１４の一方が故障し、他方が正常である場合には、EPS制御への移行を選択する。

ステップS3では、コントローラ１９による反力モータ５および転舵モータ１４の制御を停止し、ステップS4へ移行する。

ステップS4では、電磁コイル９ｉへの電流指令値をゼロとしてクラッチ機構９を締結させ、ステップS11へ移行する。

ステップS5では、クラッチ逆接続、すなわち、電磁コイル９ｉへの電流指令値I_cを、クラッチ解放時と逆方向に発生させるか否かを判定する。YESの場合にはステップS7へ移行し、NOの場合にはステップS6へ移行する。ここでは、反力モータ５が故障している場合にクラッチ逆接続を選択する。

ステップS6では、ステップS4と同様に、電磁コイル９ｉへの電流指令値I_cをゼロとしてクラッチ機構９を締結させ、ステップS8へ移行する。

ステップS7では、クラッチ機構９を締結する際に電磁コイル９ｉに付与する電流指令値I_cを算出すると共に、算出した電流指令値I_cを電磁コイル９ｉへ供給し、クラッチ締結終了を確認後、ステップS8へ移行する（クラッチ締結制御手段に相当）。なお、実施例１では、電流指令値I_cを一定値I₁としている。

ステップS8では、各センサー信号に基づいて、反力モータ５または転舵モータ１４の出力トルクによりドライバの操舵負担を軽減するEPS制御を実行し、ステップS11へ移行する。

ステップS9では、クラッチ機構９が解放状態であることを確認し、ステップS10へ移行する。

ステップS10では、各センサー信号に基づいて、反力モータ５および転舵モータ１４の制御量を設定し、各モータを駆動制御するSBW制御を実行し、ステップS11へ移行する。

S11では、SBWシステムがOFFであるか否かを、イグニッションキーのOFFから判定する。SBWシステムがOFFの場合には、リターンへ移行し、SBWシステムがONの場合には、ステップS1へ移行する。

すなわち、反力モータ５が故障した場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS5→ステップS7へと移行し、ステップS7では、電磁コイル９ｉに永久磁石９ｍのクラッチ締結方向への磁力と同方向の磁力を発生させ、クラッチ締結後、ステップS8でEPS制御に移行する。

［クラッチの締結遅れに伴う反力抜けについて］
SBWシステムは、操舵反力を生成する反力モータと操向輪を転舵させる転舵モータを搭載し、その間の操舵系には、フェールセーフのため、ハンドルと操向輪とを機械的に連結するクラッチ機構が設けられている。

従来から、SBWシステムの課題として、反力モータの故障、クラッチ機構の故障、転舵部の故障、電装系の故障等がある。特に反力モータの故障においては、反力制御を中止し、ハンドルと操向輪とをクラッチ機構で機械的に連結して転舵モータによるEPS制御へ移行する際の反力抜けが課題となっている。

従来のSBWシステムでは、SBW制御時、電磁コイルの磁力を永久磁石の磁力を打ち消す方向に発生させ、永久磁石の磁力よりもアーマチュアに組み付く離反ばねの付勢力が勝ることで、クラッチの解放状態を維持している。そして、反力モータの故障時には、電磁コイルへの電流供給を停止することで電磁コイルの磁力が減衰し、永久磁石の磁力が離反ばねの付勢力に勝ったとき、クラッチが締結する。

このとき、電磁コイルの磁力は、コイルの特性とコイルに付与した電流値とから決まる時定数に応じて減衰するため、電磁コイルへの電流供給を停止してからクラッチ締結までの間に遅れ時間が発生する。すなわち、反力停止からクラッチ締結までの間に、ハンドルの反力がゼロとなる反力抜けが生じるため、ハンドルの切り込み、切り戻しによる操舵角のオーバーシュートが発生する。このオーバーシュートは転舵モータへの転舵指令値に付加されるため、転舵側のトルク偏差がクラッチ締結時に操舵抜け感としてドライバに伝わり、車両の走行ラインが意図通りにできなくなるおそれがあり、クラッチ締結時においては、操舵が妨げられてドライバに違和感を与えるという問題があった。

［クラッチ締結作用］
これに対し、実施例１の車両用操舵装置では、反力モータ５が故障したとき、電磁コイル９ｉの電流指令値I_cを、永久磁石９ｍのクラッチ締結方向への磁力と同方向の磁力を発生させる方向に与えることで、上記従来技術と比較して、クラッチが締結されるまでの時間を短縮することが可能となる。

図６は、実施例１のクラッチ締結作用を示すタイムチャートであり、従来は、電磁コイルの電流指令値I₀をゼロとしてから、永久磁石と電磁コイルの合成磁力が離反ばねの付勢力を超えてクラッチが締結されるまで、磁力変化の遅れに伴う締結遅れ時間Δt₀が発生している。

実施例１では、クラッチ締結時、電磁コイル９ｉに対しクラッチ解放時とは逆方向の電流値I₁を付加するため、永久磁石９ｍと電磁コイル９ｉの複合磁力の変化速度を高めることができ、その遅れ時間Δt₁は、従来の遅れ時間t₀に対して大幅に短縮されている。また、複合磁力の変化速度の傾き、すなわち時定数は、電磁コイル９ｉに付与する電流指令値を調整（I₂,I₃）することで、任意に制御可能であり、電流指令値を大きくするほど時定数が短くなり、反力抜け時間を短縮できる（Δt₂,Δt₃）。

よって、反力抜けの時間を短縮できることで、操舵角のオーバーシュート量の低減が可能となるため、転舵モータ１４への転舵指令値として操舵角のオーバーシュート量が引き渡され、クラッチ締結時にハンドル６に大きな操舵トルクが入力され、クラッチ締結後の操舵が妨げられるのを緩和できる。

例えば、一定舵角での保舵時に大きな操舵反力が発生しているとき（高速大Ｒ走行時等）に反力モータの故障が発生し、SBW制御からEPS制御へ移行した際には、ドライバは反力を受け止めており、その反力が無くなった際には、ハンドル６を余計に切り込んでしまい、その操舵角のオーバーシュート量が転舵モータ１４への指令値として引き渡されてしまうことで、操向輪１６，１６が切り込んでしまう。したがって、クラッチ締結時にはその転舵側のトルク偏差が操舵トルクとしてドライバに伝わり、車両はドライバが意図しない挙動を示してしまう。

実施例１では、反力抜け時間を短くすることで、操舵角のオーバーシュート量を低減することが可能であり、ドライバの意図する転舵角よりも切り込み過ぎるのを防止し、かつ、転舵モータ１４への指令値としてのオーバーシュート量を抑えられることで、トルク偏差を低減でき、クラッチ締結時の過大な操舵トルクも低減でき、車両挙動としても安定方向へ制御することが可能となる（図７）。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用操舵装置では、以下に列記する効果が得られる。

(1) ハンドル６と反力装置(1)と、操向輪１６，１６と転舵装置(3)と、締結により反力装置(1)と転舵装置(3)とを機械的に連結するクラッチ機構９と、を備えた車両用操舵装置において、クラッチ機構９は、永久磁石９ｍと電磁コイル９ｉとを有し、電磁コイル９ｉに永久磁石９ｍの磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、電磁コイル９ｉの非通電状態にて締結する電磁クラッチであり、操舵装置の異常が発生したとき、電磁コイル９ｉに永久磁石９ｍの磁力方向と同方向の磁力を発生させるクラッチ締結制御手段（ステップS7）と、を備える。よって、クラッチ締結遅れに起因する反力抜け時間を低減でき、ドライバの目標軌道に対する車両のトレース性悪化を抑制できる。

(2) 反力モータ５の反力異常を検出する反力異常検出手段（ステップS2）を設け、クラッチ締結制御手段は、反力異常が検出されたとき、電磁コイル９ｉに永久磁石９ｍの磁力方向と同方向の磁力を発生させるため、反力モータ５の異常発生からクラッチ機構９が締結されるまでの時間を短縮でき、反力抜け時間を低減できる。

実施例２の車両用操舵装置は、操舵入力や車速等に応じてクラッチ締結時の電流指令値を可変する例である。なお、構成については実施例１と同様であるため、説明を省略する。

制御コントローラ１９は、クラッチ締結時、電磁コイル９ｉへ供給する電流指令値を、舵角センサー１，１、トルクセンサー３，３、車速センサー２１、横Ｇ／ヨーレートセンサー２２からの検出値に応じて可変する。

次に、作用を説明する。
［操舵制御処理］
実施例２の制御コントローラ１９で実行される操舵制御処理の流れは、図５に示した実施例１とほぼ同じであるが、図５のステップS7において、操舵トルクTと、操舵角速度dθ/dtと、車速Vと、ヨーレートYとに基づいて電流指令値I_cを算出する点で実施例１と異なる。

［電流制御方法］
電磁コイル９ｉの電流制御方法としては、PWM周波数を変化させる方法を用いる。この方法では、Ｈブリッジ回路の上流側または下流側一方のトランジスタのベースやゲートをPWM周波数にてスイッチングさせることで、電流制御を行う。電流指令値は、反力抜けが許容できるクラッチ締結時間となるよう、あらかじめ実験等を行い設定する。

［電流指令値の設定方法］
図８は、実施例２の電流指令値演算ブロックであり、実施例２では、クラッチ締結時の電流指令値を、トルクセンサー３，３により検出された操舵トルクと、舵角センサー１，１により検出された操舵角と、車速センサー２１により検出された車速と、横Ｇ／ヨーレートセンサー２２により検出された横Ｇ／ヨーレートに応じて演算する。

図８において、ベース電流指令値演算ブロック３１では、操舵トルクTに基づき、ベース電流指令値I_φを演算する。ベース電流指令値I_φは、操舵トルクTが大きいほどより大きな値となるように設定されている。なお、ベース電流指令値I_φには上限値が設定され、電流指令値が過大となるのを防止している。

操舵角速度ゲイン演算ブロック３２では、操舵角θの微分により得られる操舵角速度dθ/dtに基づき、操舵角速度ゲインG_dθ/dtを演算する。操舵角速度ゲインG_dθ/dtは、操舵角速度dθ/dtが所定値以下となる極小域では、操舵角速度dθ/dtが低いほどより大きくなるように、かつ、操舵角速度dθ/dtが高い領域では、操舵角速度dθ/dtが高いほどより大きくなるように設定されている。すなわち、操舵角速度dθ/dtの極小域では、保舵している状況での大きな反力抜けに対応し、操舵角速度dθ/dtが高い領域では、速い操舵域での反力抜けに対するオーバーシュート量の低減に対応する。実施例２では、15[deg/s]以下の領域を極小域とし、75[deg/s]以上の領域を速い操舵域と想定している。

速い操舵時としては、危険回避時のハンドル操作や、ワインディング走行時でのＳ字コーナーなどにおいて、比較的速い操舵をしている場合を想定しており、速い操舵をしている際は、反力抜けによって、操舵角を車両挙動に合わせることが難しく、ドライバの意図する走行ラインを外れてしまうことが多く、その場合は操舵角速度ゲインG_dθ/dtを大きくすることで、挙動の乱れを低減することが可能となる。

極小域と速い操舵域との間の状況においては、低速切り返しのコーナー等の走行時には、ドライバは、反力抜けによる操舵角と車両挙動を合わせるための余裕があり、ドライバの意図する走行ラインを維持できるため、逆にESP制御への移行を緩やかにした方が、反力変化を小さくでき、ドライバのショックを小さくできる。

車速ゲイン演算ブロック３３では、車速Vに基づき、車速ゲインGVを演算する。車速ゲインGVは、車速Vが高いほどより大きな値となるように設定されている。車速Vが大きい場合は、反力抜けによるオーバーシュート量により操向輪１６，１６の転舵指令値に含まれ、転舵側のトルク偏差がクラッチ締結時に操舵トルク大となってしまう。また、ドライバは反力抜けによる操舵角と車両挙動とを合わせることが難しく、そのオーバーシュート量を低減させることで、ドライバの意図する走行ラインを外れることを低減させる。実施例２では、おおよその車速ゲインGVを上げる速度を、80km/hにて対応している。

横Ｇ／ヨーレートゲイン演算ブロック３４では、ヨーレートY（または横Ｇ）に基づき、ヨーレートゲインGY（または横Ｇゲイン）を演算する。ヨーレートゲインGY（または横Ｇゲイン）は、ヨーレートY（または横Ｇ）が大きいほどより大きな値となるように設定されている。これにより、車両挙動を安定化することができる。実施例２では、0.3[G]程度からヨーレートゲインGYを上げていく。

乗算器３５は、ベース電流指令値I_φに、操舵角速度ゲインG_dθ/dtと車速ゲインGVとヨーレートゲインGYとから、下記の式(1)を用いて、電流指令値I_cを算出する。
I_c＝Iφ×G_dθ/dt×GV×GY …(1)

リミッタ３６は、乗算器３５により算出された電流指令値Ｉ_cに上限値を設定する。変換ブロック３７は、リミッタ３６の出力を電流変換し、電流指令値を出力する。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両用操舵装置では、実施例１の効果(1)，(2)に加え、以下に列記する効果が得られる。

(3) クラッチ締結制御手段は、操舵トルクTが大きいほど、電磁コイル９ｉに与える電流指令値I_cをより大きな値とするため、反力抜け時に操舵トルクTがゼロになった際のハンドル６のオーバーシュート量（切り込み角）を低減でき、クラッチ締結時のショックを緩和できる。

(4) クラッチ締結制御手段は、操舵角速度dθ/dtの極小域では、操舵角速度dθ/dtが低いほど、電磁コイル９ｉに与える電流指令値I_cをより大きな値とするため、保舵時の反力抜けが低減でき、クラッチ締結時のショックを緩和できる。

(5) クラッチ締結制御手段は、操舵角速度dθ/dtが高い領域では、操舵角速度dθ/dtが高いほど、電磁コイル９ｉに与える電流指令値I_cをより大きな値とするため、危険回避等やＳ字コーナー等の速い操舵時でのハンドル６のオーバーシュート量が低減でき、ドライバの目標軌道に対するトレース性の悪化を抑制できる。

(6) クラッチ締結制御手段は、車速Vが高いほど、電磁コイル９ｉに与える電流指令値I_cをより大きな値とするため、高車速域での車両挙動を安定させ、ドライバの目標軌道に対するトレース性の悪化を抑制できる。

(7) クラッチ締結制御手段は、ヨーレートY（または横Ｇ）が大きいほど、電磁コイルに与える電流指令値I_cをより大きな値とするため、旋回時の車両挙動を安定させ、ドライバの目標軌道に対するトレース性の悪化を抑制できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２の構成に限られるものではなく、例えば、実施例１では、反力モータの異常時の例を示したが、転舵モータの異常時でも適用することができ、クラッチ締結遅れに起因する転舵力抜けを低減することができる。すなわち、クラッチ締結遅れに起因して、反力、転舵力抜けが発生する操舵装置の異常時であれば、本発明を適用することができる。

実施例２では、旋回状態量としてヨーレート（または横Ｇ）を用いた例を示したが、操舵角を用いても良い。
また、実施例２では、電磁コイルの電流制御方法として、PWM周波数を変化させる方法を用いたが、Ｈブリッジ回路の電圧を変化させる方法を用いても良い。この方法は、電源にトランス等を設け、電流指令値に応じてバッテリ電圧を加減させ、クラッチ締結時に電磁コイルが引っ張り込む電流を制限するものである。なお、この方法を用いる場合には、図８の電流変換ブロック３７に代えて、電圧変換ブロックを用いる。

実施例１の車両用操舵装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステムを示す全体構成図である。 実施例１のクラッチ機構９の軸方向断面図である。 実施例１のクラッチ機構９の径方向断面図を示す。 実施例１のクラッチ機構９の駆動回路構成を示す回路図である。 実施例１の制御コントローラ１９で実行される操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のクラッチ締結作用を示すタイムチャートである。 実施例１の反力抜け低減作用を示す図である。 実施例２の電流指令値演算ブロックである。

符号の説明

１ トルクセンサー
２ エンコーダ
３，３ トルクセンサー
５ 反力モータ
６ ハンドル
７ ケーブルコラム
８ コラムシャフト
９ クラッチ機構
９ａ 外輪
９ｂ 第２ロータ
９ｃ 円筒面
９ｄ カム面
９ｅ 中立ばね
９ｆ 保持器
９ｇ ローラ
９ｈ 第１ロータ
９ｉ 電磁コイル
９ｊ 離反ばね
９ｋ アーマチュア
９ｍ 永久磁石
１０，１０ エンコーダ
１１，１１ 舵角センサー
１２，１２ トルクセンサー
１４，１４ 転舵モータ
１５ ステアリング機構
１５ａ ラックチューブ
１５ｂ ラックシャフト
１５ｃ，１５ｃ タイロッド
１５ｄ，１５ｄ ナックルアーム
１６，１６ 操向輪
１７ ピニオンシャフト
１８ 電源
１９ 制御コントローラ
２０ 双方向通信線
２１ 車速センサー
２２ ヨーレートセンサー
３１ ベース電流指令値演算ブロック
３２ 操舵角速度ゲイン演算ブロック
３３ 車速ゲイン演算ブロック
３４ ヨーレートゲイン演算ブロック
３５ 乗算器
３６ リミッタ
３７ 電流変換ブロック

Claims (8)

1. 操作入力手段と反力付与手段を有する操舵部と、
   操向輪と転舵力付与手段を有する転舵部と、
   締結により前記操舵部と転舵部とを機械的に連結するクラッチ機構と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記クラッチ機構は、永久磁石と電磁コイルとを有し、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、前記電磁コイルの非通電状態にて締結する電磁クラッチであり、
   前記操舵装置に異常が発生したとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させるクラッチ締結制御手段を備え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、
   前記反力付与手段の反力異常を検出する反力異常検出手段を設け、
   前記クラッチ締結制御手段は、前記反力異常が検出されたとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させることを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記クラッチ締結制御手段は、操舵入力が大きいほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記クラッチ締結制御手段は、操舵入力が遅い領域では、操舵入力が遅いほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記クラッチ締結制御手段は、操舵入力の速い領域では、操舵入力が速いほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記クラッチ締結制御手段は、車速が高いほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
   前記クラッチ締結制御手段は、車両の旋回状態量が大きいほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。
8. 操作入力手段と反力付与手段を有する操舵部と、
   操向輪と転舵力付与手段を有する転舵部と、
   締結により前記操舵部と転舵部とを機械的に連結するクラッチ機構と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記クラッチ機構として、永久磁石と電磁コイルとを有し、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、前記電磁コイルの非通電状態にて締結する電磁クラッチを用い、
   前記操舵装置の異常が発生したとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させることを特徴とする車両用操舵装置。

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