JP4484038B2

JP4484038B2 - 車両用操舵装置

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Publication number: JP4484038B2
Application number: JP2004162003A
Authority: JP
Inventors: 亨介山中; 史郎中野; 正美仲; 友保嘉田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: JP2005343205A

Description

本発明は、操作部材の操作量と車輪の舵角との比を可変とするための回転伝達機構を有する車両用操舵装置に関する。

従来、操作部材に連結される第１シャフトと、その回転に応じて舵角が変化するように車輪に連結される第２シャフトと、その第１シャフトと第２シャフトを回転伝達可能に連結すると共に、その回転伝達比を回転速度変化により変化させる回転伝達要素を有する回転伝達機構と、その回転伝達要素の回転速度を変化させることで回転伝達比を変化させるアクチュエータとを備える車両用操舵装置が知られている（特許文献１参照）。

その回転伝達機構は、回転伝達要素として第１サンギヤと、この第１サンギヤと対向すると共に同軸に配置される第２サンギヤと、その第１サンギヤに噛み合うと共に第１サンギヤと平行な軸を有する第１遊星ギヤと、その第２サンギヤに噛み合うと共に第１遊星ギヤと同軸中心に同行回転する第２遊星ギヤと、両サンギヤと両遊星ギヤを、それぞれの軸中心に回転可能に支持するキャリアとを有している。

その第１サンギヤに第１シャフトを連結し、第２サンギヤに第２シャフトを連結し、キャリアの回転速度をアクチュエータにより変化させることで、第１シャフトと第２シャフトの間の回転伝達比を変化させている。第１シャフトと第２シャフトの間の回転伝達比を変化させることで操作部材の操作量と車輪の舵角との比を変化させることができる。
独国特許出願公開第１０２１４６５５号明細書

従来の車両用操舵装置によれば、アクチュエータの制御により操作部材の操作量と車輪の舵角との比を変化させることで、ドライバーの意思に拘らず舵角を変化させるアクティブ操舵ができる。そのようなアクティブ操舵として、例えば、車両がオーバーステア状態になったような場合は操作部材の操作方向と逆方向に舵角を変化させることで車両姿勢を安定化したり、操作部材の操作による車輪の舵角変化を低車速時に大きくすることができる。
しかし、アクティブ操舵はドライバーの意思に拘らず行われ、また、アクティブ操舵による舵角変化に基づく車輪と路面との間の摩擦変化が操作トルクの変動としてドライバーに伝達される。そのため、車両姿勢や車速の急激な変化時にアクティブ制御を行った場合、操作部材の操作量と車輪の舵角との比が急激に変化するためドライバーに違和感を与えるという問題がある。本発明は、そのような課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。

本発明の車両用操舵装置は、操作部材に連結される第１シャフトと、その回転に応じて舵角が変化するように車輪に連結される第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトを回転伝達可能に連結すると共に、その回転伝達比を回転速度変化により変化させる回転伝達要素を有する回転伝達機構と、前記回転伝達要素の回転速度を変化させることで、前記回転伝達機構による回転伝達比を変化させる第１アクチュエータと、前記回転伝達機構による回転伝達比を変化させることなく、前記操作部材の操作トルクを変化させる付加トルクを発生する第２アクチュエータと、前記回転伝達比を予め定めた定常設定値から変化させる必要性の有無を、予め定めた判定基準に従い判定する判定部と、前記回転伝達比の目標値を予め定めた規則に従い求める目標値決定部と、前記回転伝達比が求めた目標値になるように前記第１アクチュエータを駆動する駆動部と、前記付加トルクの目標値を予め定めた規則に従い求める目標値決定部と、前記付加トルクが目標値になるように前記第２アクチュエータを駆動する駆動部と、前記操作部材の直進位置からの操作量を検出する検出部と、前記操作部材の操作トルクを検出する検出部と、前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定された時点における前記操作部材の検出操作量に対する検出操作トルクの比を、トルク制御基準比として求める基準比決定部とを備え、前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定される迄は、前記回転伝達比の目標値は前記定常設定値に設定されると共に、操作トルクが前記操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化するように前記付加トルクの目標値は標準値に設定され、前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定された時点から、前記回転伝達比の前記定常設定値からの変化に拘らず、操作トルクが前記操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化するように、前記操作部材の検出操作量に前記トルク制御基準比を乗じた目標操作トルクが作用するよう前記付加トルクの目標値が前記標準値から変更される。
本発明によれば、回転伝達機構により第１シャフトと第２シャフトの間における回転伝達比を定常設定値から変化させる必要がない場合、その回転伝達比が定常設定値になるように第１アクチュエータが制御される。また、付加トルクの目標値が標準値とされることで、操作トルクが操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化するように第２アクチュエータが制御される。第１シャフトと第２シャフトの間における回転伝達比を定常設定値から変化させる必要がある場合、その回転伝達比が定常設定値から変化した目標値になるように第１アクチュエータは制御され、付加トルクの目標値が標準値から変更されることで操作トルクが操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化するように第２アクチュエータが制御される。すなわち、回転伝達比が定常設定値である時も定常設定値から変化する時も、操作トルクを操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化させることができる。
また、第１シャフトと第２シャフトの間における回転伝達比が定常設定値である時、操作トルクは操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化し、その回転伝達比が定常設定値から変化する時、操作トルクは操作部材の検出操作量にトルク制御基準比を乗じた値に対応する。そのトルク制御基準比は回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された時点における操作部材の検出操作量に対する検出操作トルクの比であるため、第１シャフトと第２シャフトの間における回転伝達比が定常設定値から変化する時、操作トルクを段差状に変化させることなく操作部材の直進位置からの操作量に相関して円滑に変化させることができる。

前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定された後に必要がないと判定された時点から、前記回転伝達比の目標値は前記定常設定値に設定されると共に、前記付加トルクの目標値を前記標準値まで漸次変化させるのが好ましい。
これにより、第１シャフトと第２シャフトの間における回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された後に必要がないと判定された時、操作トルクを段差状に変化させることなく操作部材の直進位置からの操作量に相関して円滑に変化させることができる。

本発明によれば、操作部材の操作量と車輪の舵角との比を変化させることができる車両用操舵装置において、その比の変化時においても操作トルクを操作部材の直進位置からの操作量に相関して円滑に変化させ、ドライバーに違和感を与えるのを防止できる。

図１に示す車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２（操作部材）に連結される第１シャフト３を備え、ステアリングホイール２の操作により回転する第１シャフト３の回転を、回転伝達機構４を介して第２シャフト５に伝達し、第２シャフト５の回転を自在継手６、７からステアリングギヤ８を介して車輪９に伝達することで舵角を変化させる。ステアリングギヤ８は、第２シャフト５をその回転に応じて舵角が変化するように車輪９に連結するものであれば構成は限定されない。本実施形態においては、第２シャフト５の回転により回転するピニオン８ａに噛み合うラック８ｂの動きをリンクを介して車輪９に伝達する。

回転伝達機構４は、第１シャフト３と第２シャフト５を回転伝達可能に連結する。図２に示すように、回転伝達機構４は、回転伝達要素として第１サンギヤ１１、第２サンギヤ１２、一対の第１遊星ギヤ１３、一対の第２遊星ギヤ１４、およびキャリア１５を有する。第１シャフト３は、第１サンギヤ１１に例えば圧入されることで一体化され、これにより第１サンギヤ１１と同軸中心に同行回転すると共に軸方向に同行移動する。第２シャフト５は、第２サンギヤ１２に例えば圧入されることで一体化され、これにより第２サンギヤ１２と同軸中心に同行回転すると共に軸方向に同行移動する。

第１サンギヤ１１と第２サンギヤ１２とは相対向すると共に同軸に配置される。各第１遊星ギヤ１３は、第１サンギヤ１１に噛み合うと共に第１サンギヤ１１と平行な軸を有し、第１サンギヤ１１の周方向において互いから１８０度離れて配置される。各第２遊星ギヤ１４は、第２サンギヤ１２に噛み合い、第２サンギヤ１２の周方向において互いから１８０度離れて配置される。一方の第１遊星ギヤ１３と一方の第２遊星ギヤ１４は同軸中心に同行回転し、他方の第１遊星ギヤ１３と他方の第２遊星ギヤ１４は同軸中心に同行回転する。本実施形態では、同軸中心に同行回転する第１遊星ギヤ１３と第２遊星ギヤ１４は、連結シャフト２０が例えば圧入されることで一体化されている。キャリア１５は、第１シャフト３、第２シャフト５、連結シャフト２０を軸受２１を介し支持することで、両サンギヤ１１、１２と両遊星ギヤ１３、１４をそれぞれの軸中心に回転可能に支持する。

回転伝達機構４は、キャリア１５を両サンギヤ１１、１２に対し同軸中心に相対回転可能に支持する支持部材３１を有する。支持部材３１は、サンギヤ１１、１２、遊星ギヤ１３、１４、キャリア１５を覆うと共に車体に固定されるハウジングにより構成するのが好ましい。本実施形態では、支持部材３１はキャリア１５を軸受３２を介して支持する。

第１サンギヤ１１と第２サンギヤ１２との間に摩擦部材４０が配置されている。摩擦部材４０は、例えば図３Ａ、図３Ｂに示すように円板状の樹脂シートにより構成され、両側中央に形成された凹部４０′に第１シャフト３の端面と第２シャフト５の端面から突出する凸部３′、５′が嵌め合わされることで、両サンギヤ１１、１２間からの脱落が防止されている。

第１シャフト３は第１転がり軸受３３により、軸中心に回転可能に支持される。第１転がり軸受３３は、支持部材３１における第１シャフト３を覆う部分により支持される。第２シャフト５は第２転がり軸受３４により軸中心に回転可能に支持される。第２転がり軸受３４は、支持部材３１における第２シャフト５を覆う部分により支持される。

第１転がり軸受３３における内輪３３ａは、例えば第１シャフト３が内輪３３ａに圧入されることで、第１シャフト３と軸方向に同行移動可能とされている。第１転がり軸受３３の外輪３３ｂは、支持部材３１により外周が軸方向相対移動可能に支持されると共に、その一端が支持部材３１の段部３１′により受けられることで第２転がり軸受３４から離隔する方向への移動が阻止されている。
第２転がり軸受３４における内輪３４ａは、例えば第２シャフト５が内輪３４ａに圧入されることで、第２シャフト５と軸方向に同行移動可能とされている。第２転がり軸受３４の外輪３４ｂは、支持部材３１により外周が軸方向相対移動可能に支持されることで、第１転がり軸受３３への近接方向への移動が許容されている。

第２転がり軸受３４の外輪３４ｂと第２シャフト支持部にねじ合わされる筒状ネジ部材４５との間に挟まれる圧縮バネ５０（弾性部材）が設けられている。これによりバネ５０は、第２転がり軸受３４の外輪３４ｂに、軸方向に沿って第１転がり軸受３３に向かう弾力を作用させる。これにより、第１サンギヤ１１と第２サンギヤ１２を互いに近接させる弾力が作用され、その弾力により摩擦部材４０は両サンギヤ１１、１２の間に挟み込まれる。よって、摩擦部材４０と各サンギヤ１１、１２との相対回転を抑制する方向の摩擦力が付与される。また、バネ５０の弾力により第１転がり軸受３３の外輪３３ｂと第２転がり軸受３４の外輪３４ｂは互いに近接される。

回転伝達機構４は、第１シャフト３と第２シャフト５との間の回転伝達比をキャリア１５の回転速度変化により変化させる。キャリア１５に減速ギヤ機構６０を介して第１アクチュエータ６１が接続されている。減速ギヤ機構６０は、キャリア１５の外周に一体的に形成された第１ギヤ６０ａと、第１ギヤ６０ａに噛み合う第２ギヤ６０ｂを有し、第２ギヤ６０ｂに第１アクチュエータ６１の出力シャフトが連結されている。第１アクチュエータ６１は、例えば公知の電動モータにより構成できる。第１アクチュエータ６１は、キャリア１５の回転速度を変化させることで、回転伝達機構４による第１シャフト３と第２シャフト５の間の回転伝達比を変化させる。

第１シャフト３に第２アクチュエータ６２が減速ギヤ機構６３を介して接続されている。減速ギヤ機構６３は、第１シャフト３の外周に一体的に形成された第１ギヤ６３ａと、第１ギヤ６３ａに噛み合う第２ギヤ６３ｂを有し、第２ギヤ６３ｂに第２アクチュエータ６２の出力シャフトが連結されている。第２アクチュエータ６２は、例えば公知の電動モータにより構成できる。第２アクチュエータ６２は、回転伝達機構４による第１シャフト３と第２シャフト５の間の回転伝達比を変化させることなく、ステアリングホイール２の操作トルクを変化させる付加トルクを発生する。

図１に示すように、第１アクチュエータ６１と第２アクチュエータ６２は駆動回路６１ａ、６２ａを介して制御装置６５に接続されている。制御装置６５に、ステアリングホイール２の直進位置からの操作量である操作角θｈに対応する値として第１シャフト３の回転角を検出する操作角センサ６６と、ステアリングホイール２の操作トルクＴｈに対応する値として第１シャフト３による伝達トルクを検出するトルクセンサ６７と、車速Ｖを検出する車速センサ６８と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ６９と、舵角θｗに対応する値として第２シャフト５の回転角を検出する舵角センサ７０とが接続されている。操作角θｈ、操作トルクＴｈ、ヨーレートγ、舵角θｗは車両の左右一方に向くものを正、他方に向くものを負とする。なお、変形例として、図２において２点鎖線で示すように第２シャフト５に第２アクチュエータ６２を減速ギヤ機構６３を介して接続し、操作トルクＴｈに対応する値として第２シャフト５による伝達トルクをトルクセンサ６７により検出してもよい。

図４は制御装置６５による第１アクチュエータ６１と第２アクチュエータ６２の制御機能を表すブロック図である。図４において、制御装置６５における演算部Ｃ１は、制御装置６５に記憶したγ^*＝Ｇ１・θｈの関係と操作角センサ６６により検出した操作角θｈとから目標ヨーレートγ^*を演算する。Ｇ１はステアリングホイール２の操作角θｈに対する目標ヨーレートγ^*の伝達関数であり、車両姿勢を適正に制御できれば特に限定されない。例えば一次遅れ制御を行う場合、ｓをラプラス演算子、Ｋ１を操作角θｈに対する目標ヨーレートγ^*の定常ゲイン、ｔ１を操作角θｈに対する目標ヨーレートγ^*の１次遅れ時定数として、Ｇ１＝Ｋ１／（１＋ｔ１・ｓ）とされ、ゲインＫ１及び時定数ｔ１は最適な制御を行えるように適宜調整される。

制御装置６５における演算部Ｃ２は、回転伝達機構４による第１シャフト３と第２シャフト５の間の回転伝達比を定常設定値から変化させる必要性の有無を判定する判定部と、回転伝達比の目標値に対応する第１アクチュエータ６１の目標駆動電流ｉ１^*を予め定めた規則に従い求める目標値決定部と、第１シャフト３の回転速度を求める回転速度決定部として機能する。
すなわち、その定常設定値は予め定められて制御装置６５に記憶され、１とされる。その回転伝達比を定常設定値から変化させる必要性の有無は予め定めた判定基準に従い判定する。その判定基準は、本実施形態では車両１００がオーバーステア状態か否かとされている。例えば、検出した舵角θｗ、ヨーレートγと求めた目標ヨーレートγ^*とから、θｗ・（γ^*−γ）を演算し、θｗ・（γ^*−γ）が負である場合、検出ヨーレートγが目標ヨーレートγ^*を超えていることから車両１００はオーバーステア状態であり、車両姿勢の安定化のために回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定される。

回転伝達比を定常設定値から変化させる必要がないと判定される場合、第１アクチュエータ６１の目標駆動電流ｉ１^*は、回転伝達比を定常設定値である１に対応する値ｉｏに設定される。この場合、制御装置６５は操作角センサ６６により時系列に検出した第１シャフト３の回転角から第１シャフト３の回転速度を求め、キャリア１５の回転速度を第１シャフト３の求めた回転速度に等しくするのに必要な第１アクチュエータ６１の駆動電流ｉｏを決定する。これにより制御装置６５は、キャリア１５の回転速度が第１シャフト３の求めた回転速度に等しくなるように第１アクチュエータ６１を制御する定常制御モードを有する。

回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定される場合、第１アクチュエータ６１の目標駆動電流ｉ１^*は、本実施形態においてはオーバーステア状態を解消できるように設定される。例えば、制御装置６５に記憶したｉ１^*＝Ｆ（γ^*，γ）の関係とヨーレートセンサ６９により検出したヨーレートγとから目標駆動電流ｉ１^*を演算する。Ｆ（γ^*，γ）は目標ヨーレートγ^*と検出ヨーレートγの関数であり、目標ヨーレートγ^*からヨーレートγを差し引いた偏差（γ^*−γ）に応じてステアリングホイール２の操作方向と逆方向に舵角θｗが変化するように予め定められる。

第１アクチュエータ６１の駆動回路６１ａは、第１アクチュエータ６１の駆動電流が目標駆動電流ｉ１^*になるように例えばＰＷＭ制御を行い、第１シャフト３と第２シャフト５の間の回転伝達比が目標値になるように第１アクチュエータ６１を駆動する駆動部として機能する。

制御装置６５における演算部Ｃ３は、ステアリングホイール２の操作角θｈに対する目標操作トルクＴｈ^*を予め定めた規則に従い定める。
すなわち本実施形態においては、回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定される迄は、目標操作トルクＴｈ^*は第２アクチュエータ６２による付加トルクが零である時の検出操作トルクＴｈに一致するものとされる。第２アクチュエータ６２による付加トルクが零である場合、操作トルクＴｈは路面と車輪９との間の摩擦抵抗に対応することから、ステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して変化する。

また、回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定されてから必要がないと判定される迄、目標操作トルクＴｈ^*はステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して変化するように、本実施形態ではＫｈをトルク制御基準比としてＴｈ^*＝Ｋｈ・θｈの関係から定められる。ここで、回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された時点におけるステアリングホイール２の検出操作角θｈに対する検出操作トルクＴｈの比が、トルク制御基準比Ｋｈとして求められ、演算部Ｃ３は基準比決定部としても機能する。

回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定された後に必要がないと判定された時点から、回転伝達比の目標値に対応する第１アクチュエータ６１の目標駆動電流ｉ１^*は定常設定値に対応する値に設定されると共に、付加トルクの目標値は標準値である零まで漸次変化する。すなわち、回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された後に必要がないと判定された時点から、付加トルクが零まで漸次減少するように、目標操作トルクＴｈ^*は本実施形態ではＫｈ（ｔ）を制御比としてＴｈ^*＝Ｔｈ＋Ｋｈ（ｔ）・θｈの関係から定められる。制御比Ｋｈ（ｔ）は時間の関数とされ、図５に示すように時間経過に伴いトルク制御基準比Ｋｈから零まで漸次減少するように設定される。

制御装置６５における演算部Ｃ４は、付加トルクの目標値に対応する第２アクチュエータ６２の目標駆動電流ｉ２^*を、予め定めた規則に従い求める目標値決定部として機能する。
すなわち本実施形態においては、回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定される迄は、操作角θｈがステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して変化するように、付加トルクの目標値に対応する第２アクチュエータ６２の目標駆動電流ｉ２^*は標準値に設定される。本実施形態では上記のように回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定される迄は第２アクチュエータ６２による付加トルクが零とされるので、目標駆動電流ｉ２^*は標準値として零に設定される。

回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された時点から、回転伝達比の定常設定値からの変化に拘らず、操作トルクＴｈがステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して変化するように付加トルクの目標値が標準値から変更される。すなわち、上記のように回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定される場合、目標操作トルクＴｈ^*はＴｈ^*＝Ｋｈ・θｈの関係から求められるので、目標駆動電流ｉ２^*は目標操作トルクＴｈ^*から検出操作トルクＴｈを差し引いた偏差（Ｔｈ^*−Ｔｈ）の関数とされる。例えば、制御装置６５に記憶したｉ２^*＝Ｇ２・（Ｔｈ^*−Ｔｈ）の関係とトルクセンサ６７により検出した操作トルクＴｈとから目標駆動電流ｉ２^*を演算する。Ｇ２はトルク偏差（Ｔｈ^*−Ｔｈ）に対する目標駆動電流ｉ２^*の伝達関数であり、例えばＰＩ制御を行う場合、ゲインをＫ２、ラプラス演算子をｓ、時定数をτａとして、Ｇ２＝Ｋ２〔１＋１／（τａ・ｓ）〕になる。ゲインＫ２および時定数τａは最適な制御を行えるように適宜調整される。これにより、回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された時点から、ステアリングホイール２の検出操作角θｈに上記トルク制御基準比Ｋｈを乗じた目標操作トルクＴｈ^*が作用するように、付加トルクの目標駆動電流ｉ２^*が標準値である零から変更される。

第２アクチュエータ６２の駆動回路６２ａは、第２アクチュエータ６２の駆動電流が目標駆動電流ｉ２^*になるように例えばＰＷＭ制御を行い、付加トルクが目標値になるように第２アクチュエータ６２を駆動する駆動部として機能する。

図６のフローチャートを参照して制御装置６５による第１アクチュエータ６１と第２アクチュエータ６２の制御手順を説明する。
まず、各センサ６６〜７０による操作角θｈ、操作トルクＴｈ、車速Ｖ、ヨーレートγ、舵角θｗの検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、検出操作角θｈに応じた目標ヨーレートγ^*を求め（ステップＳ２）、車両１００がオーバーステア状態か否かを判定する（ステップＳ３）。車両１００がオーバーステア状態でなければ、第１アクチュエータ６１の目標駆動電流ｉ１^*を回転伝達比の定常設定値である１に対応する値ｉｏに設定し（ステップＳ４）、第１アクチュエータ６１の制御を行う。この場合、キャリア１５の回転速度が第１シャフト３の回転速度に等しくされることで回転伝達比が１とされる。次に、トルク制御フラグがオンか否を判定し（ステップＳ５）、オンでなければ目標操作トルクＴｈ^*を検出操作トルクＴｈに設定し（ステップＳ６）、第２アクチュエータ６２の目標駆動電流ｉ２^*をｉ２^*＝Ｇ２・（Ｔｈ^*−Ｔｈ）の関係と検出操作トルクＴｈから求め（ステップＳ７）、第２アクチュエータ６２を制御する。ここではｉ２^*は零になることから第２アクチュエータ６２は駆動されず、付加トルクは零になる。次に、制御を終了するか否かを、例えばイグニッションスイッチがオンか否かにより判定し（ステップＳ８）、終了しない場合はステップ１に戻る。ステップＳ３において車両１００がオーバーステア状態であれば、トルク制御フラグをオンし（ステップＳ９）、第１アクチュエータ６１の目標駆動電流ｉ１^*をｉ１^*＝Ｆ（γ^*，γ）の関係と検出したヨーレートγから求め（ステップＳ１０）、第１アクチュエータ６１の制御を行う。また、回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された時点における検出操作角θｈと検出操作トルクＴｈからトルク制御基準比Ｋｈを演算し（ステップＳ１１）、目標操作トルクＴｈ^*をＴｈ^*＝Ｋｈ・θｈの関係とトルク制御基準比Ｋｈと検出操作角θｈとから求め（ステップＳ１２）、ステップＳ７において第２アクチュエータ６２の目標駆動電流ｉ２^*を求め、第２アクチュエータ６２を制御する。ステップＳ５においてトルク制御フラグがオンであれば、目標操作トルクＴｈ^*をＴｈ^*＝Ｔｈ＋Ｋｈ（ｔ）・θｈの関係と検出操作トルクと検出操作角とから求め（ステップＳ１３）、制御比Ｋｈ（ｔ）が零に至ったか否かを判定し（ステップＳ１４）、零に至っていればトルク制御フラグをオフし（ステップＳ１５）、零に至っていなければトルク制御フラグをオフすることなく、ステップＳ７に進む。

図７は、ステアリングホイール２を一定操作速度で一定量だけ左右に往復操作した時の、第１シャフト３の回転角に対応する操作角θｈと、第２シャフト５の回転角に対応する舵角θｗと、時間との関係の一例を示す。回転伝達機構４による第１シャフト３と第２シャフト５の間における回転伝達比は、操作開始から時間ｔａの経過時迄は定常設定値から変化させる必要がないと判定され、時間ｔａの経過時に定常設定値から変化させる必要があると判定され、時間ｔｂの経過時に再び定常設定値から変化させる必要がないと判定されたものとする。時間ｔａの経過時迄は、回転伝達比は定常設定値の１であるから、操作角θｈと舵角θｗは相等しい。時間ｔａの経過後は、ステアリングホイール２の操作方向と逆方向に舵角θｗが変化するように回転伝達比は定常設定値から変化するので、操作角θｈに対して舵角θｗは破線で示すように相違する。時間ｔｂの経過後は、回転伝達比は再び定常設定値の１になるので操作角θｈと舵角θｗは相等しい。

図８は、図７に示すようにステアリングホイール２を一定操作速度で一定量だけ左右に往復操作した場合における、第１シャフト３により伝達される操作トルクＴｈと、第２シャフト５により伝達される路面と車輪９との間の摩擦に対応する転舵トルクＴｍと、時間との関係の一例を示す。時間ｔａの経過時迄は、第２アクチュエータ６２による付加トルクは零であるから、操作トルクＴｈと転舵トルクＴｍは相等しくステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して変化する。時間ｔａの経過後は、ステアリングホイール２の操作方向と逆方向に舵角θｗが変化するように回転伝達比は定常設定値である１から変化するので、舵角θｗの変化に応じて転舵トルクＴｍは図中破線で示すように変化する。一方、回転伝達比の定常設定値からの変化に拘らず、第２アクチュエータ６２による付加トルクの目標値が標準値から変更されることで、操作トルクＴｈはステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して変化する。時間ｔｂの経過後は、回転伝達比は定常設定値である１に変化すると共に第２アクチュエータ６２による付加トルクは零まで漸次変化するので、操作トルクＴｈはステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して変化し、また、第２アクチュエータ６２による付加トルクが零になった時点で操作トルクＴｈと転舵トルクＴｍは相等しくなる。

これにより、回転伝達機構４により第１シャフト３と第２シャフト５の間における回転伝達比を定常設定値から変化させる必要がない場合、その回転伝達比が定常設定値である１になるように第１アクチュエータ６１は制御される。また、付加トルクの目標値が標準値である零とされることで、操作トルクＴｈがステアリングホイール２の直進位置からの操作角θｈに相関して変化する。第１シャフト３と第２シャフト５の間における回転伝達比を定常設定値から変化させる必要がある場合、その回転伝達比が定常設定値から変化した目標値になるように第１アクチュエータ６１は制御される。また、付加トルクの目標値が標準値から変更されることで、操作トルクＴｈがステアリングホイール２の直進位置からの操作角θｈに相関して変化するように第２アクチュエータ６２が制御される。すなわち、回転伝達比が定常設定値である時も定常設定値から変化する時も、操作トルクＴｈをステアリングホイール２の直進位置からの操作角θｈに相関して変化させることができる。本実施形態では、第１シャフト３と第２シャフト５の間における回転伝達比が定常設定値である時は車輪９と路面との間の摩擦に対応するトルクを操作トルクＴｈとしてドライバにそのまま伝え、その回転伝達比を第１アクチュエータ６１の制御により変化させるアクティブ操舵時はステアリングホイール２の操作量に応じた仮想的な操作トルクＴｈをドライバに作用させる。これにより、カウンター操舵の必要時のような第１アクチュエータ６１の制御量変化による回転伝達比の変化時に、ドライバが意図しない操作トルクＴｈの変動を第２アクチュエータ６２の制御により打ち消すことで、ドライバーはトルク変動を感じない。

また、第１シャフト３と第２シャフト５の間における回転伝達比が定常設定値である時、操作トルクＴｈはステアリングホイール２の直進位置からの操作角θｈに相関して変化し、その回転伝達比が定常設定値から変化する時、操作トルクＴｈはステアリングホイール２の検出操作角θｈにトルク制御基準比Ｋｈを乗じた値に対応する。トルク制御基準比Ｋｈは回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された時点におけるステアリングホイール２の検出操作角θｈに対する検出操作トルクＴｈの比であるため、第１シャフト３と第２シャフト５の間における回転伝達比が定常設定値から変化する時、操作トルクＴｈを段差状に変化させることなくステアリングホイール２の直進位置からの操作角θｈに相関して円滑に変化させることができる。例えば、もし時間ｔａの経過後における操作角θｈに対する操作トルクＴｈの比がトルク制御基準比Ｋｈでなければ、第２アクチュエータ６２により付加トルクを発生させた時に図９に示すように時間ｔａの経過時に操作トルクＴｈに段差状変化δ１が生じる。これに対し、時間ｔａの経過後における操作角θｈに対する操作トルクＴｈの比をトルク制御基準比Ｋｈとすることで、第２アクチュエータ６２により付加トルクを発生させた時に図８に示すように時間ｔａの経過前後において操作トルクＴｈを滑らかに変化させることができる。

さらに、第１シャフト３と第２シャフト５の間における回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された後に必要がないと判定された時、付加トルクを漸次零まで変化させることで、操作トルクＴｈを段差状に変化させることなくステアリングホイール２の直進位置からの操作量に相関して円滑に変化させることができる。例えば、もし時間ｔｂの経過時に付加トルクを一挙に零にすると、転舵トルクＴｍはタイヤの弾性等により一挙に変化しないのに対して回転伝達比の変化により操作トルクＴｈは一挙に変化することから、図９に示すように時間ｔｂの経過時に操作トルクＴｈに段差状変化δ２が生じる。これに対し、時間ｔｂの経過後に付加トルクを漸次零まで変化させることで、図８に示すように時間ｔｂの経過後に操作トルクＴｈを操作量に相関して円滑に変化させることができる。

上記実施形態によれば、バネ５０の弾力により摩擦部材４０を両サンギヤ１１、１２の間に挟み込むことで、その摩擦部材４０と各サンギヤ１１、１２との相対回転を抑制する方向の摩擦力を付与できる。これにより、両サンギヤ１１、１２の中の一方から両遊星ギヤ１３、１４を介して両サンギヤ１１、１２の中の他方に回転が伝達される時、両サンギヤ１１、１２の相対回転を抑制する方向の摩擦力が作用する。すなわち、両サンギヤ１１、１２の相対回転を抑制する力を作用させつつ、両サンギヤ１１、１２の中の一方から両遊星ギヤ１３、１４を介して両サンギヤ１１、１２の中の他方に回転を伝達することで、その回転伝達中においては、第１サンギヤ１１の歯が第１遊星ギヤ１３の歯に押し付けられ、第２サンギヤ１２の歯が第２遊星ギヤ１４の歯に押し付けられ、互いに噛み合う歯の間においてガタが発生するのを防止できる。さらに、摩擦部材４０を両サンギヤ１１、１２の間に挟み込むための弾力により、第１、第２転がり軸受３３、３４における外輪３３ｂ、３４ｂと内輪３３ａ、３４ａとを転動体３３ｃ、３４ｃに押し付け、第１、第２転がり軸受３３、３４におけるガタの発生を防止できる。

さらに、上記実施形態によれば、定常制御モードにおいては回転伝達機構４のキャリア１５の回転速度を第１シャフト３の回転速度に等しくすることで、回転伝達機構４による回転伝達比が１とされる。これにより、定常制御モードにおいては各回転伝達要素であるサンギヤ１１、１２、遊星ギヤ１３、１４、キャリア１５は一体的に回転して相互間での噛み合い変化は生じないので、ドライバーに伝達されるトルクに変動が生じるのを防止できる。さらに、定常制御モードにおいては全ての回転伝達要素が同軸中心に同行回転し、第１シャフト３と第２シャフト５が直結されているかのように操作トルクを円滑に伝達できる。

回転伝達機構４による回転伝達比がキャリア１５の回転速度に応じて如何に変化するかは特に限定されない。以下の表１は、第１シャフト３の回転速度を１としてキャリア１５の回転速度を４段階に変化させた場合の第２シャフト５の回転速度と、第１シャフト３とキャリア１５との回転速度差と、第２シャフト５とキャリア１５との回転速度差を示す。表１において例Ａはキャリア１５の回転速度を第１シャフト３の回転速度の１／２にした場合で、この場合は第１シャフト３に対して第２シャフト５は増速される。例Ｂはキャリア１５の回転速度を第１シャフト３の回転速度と等しくした場合、すなわち定常制御モードであり、この場合は第１シャフト３と第２シャフト５とキャリア１５は同行回転するので相対回転しない。例Ｃはキャリア１５の回転速度を第１シャフト３の回転速度の３／２にした場合で、この場合は第１シャフト３に対して第２シャフト５は減速される。例Ｄはキャリア１５を停止させた場合で、この場合は第１シャフト３に対して第２シャフト５は増速される。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、回転伝達機構の構成は本発明の範囲内であれば特に限定されず、第１遊星ギヤ１３と第２遊星ギヤ１４の数を単一にしてもよいし３以上にしてもよい。
図１０の第１変形例の回転伝達機構４に示すように、各遊星ギヤ１３、１４の歯数が両サンギヤ１１、１２の歯数より少なくてもよく、回転伝達機構４を構成する各サンギヤ１１、１２と遊星ギヤ１３、１４の歯数は特に限定されない。
図１１の第２変形例の回転伝達機構４に示すように、第１遊星ギヤ１３と第２遊星ギヤ１４が同一素材から一体的に形成されてもよい。
図１２の第３変形例の回転伝達機構４に示すように、第１サンギヤ１１に代えて第１リングギヤ１１′の内歯が第１遊星ギヤ１３に噛み合うと共に第１シャフト３と同軸中心に同行回転し、第２サンギヤ１２に代えて第２リングギヤ１２′の内歯が第２遊星ギヤ１４に噛み合うと共に第２シャフト５と同軸中心に同行回転してもよい。
図１３の第４変形例の回転伝達機構４に示すように、第１サンギヤ１１に代えて第１ベベルギヤ１１″が第１シャフト３と同軸中心に同行回転し、第２サンギヤ１２に代えて第２ベベルギヤ１２″が第２シャフト５と同軸中心に同行回転し、遊星ギヤ１３、１４に代えて一対の遊星ベベルギヤ１１３がキャリア１１５により両ベベルギヤ１１″、１２″の軸に直交する軸中心に回転可能に支持されてもよい。
さらに、回転伝達機構は第１シャフトと第２シャフトの回転伝達比を可変とするものであればよいので、例えばハーモニックドライブを用いてもよい。本発明を電動パワーステアリング装置あるいは油圧パワーステアリング装置に適用してもよく、この場合、追加の操舵補助力を付与するように第２アクチュエータ６２をトルクセンサ６７による検出操作トルクＴｈや操作角センサ６６による検出操作角θｈに応じて制御してもよく、これにより本発明を大型車両にも適用できる。あるいは、第２アクチュエータ６２に操舵補助力発生用アクチュエータを兼用させることで、搭載性の向上とコストダウンを図ってもよい。
付加トルクの目標値の標準値は零に限定されず、回転伝達機構による回転伝達比を定常設定値から変化させる必要性がない時に操作トルクを操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化させることができる値であればよい。回転伝達機構による回転伝達比を定常設定値から変化させる必要性の有無の判定基準は特に限定されず、例えば車速が零あるいは一定以下か否かを判定基準とし、車速が零あるいは一定以下になった場合に必要性が有ると判定してもよい。これにより、操作部材の操作による車輪の舵角変化を停車あるいは低速走行時に大きくし、車両の旋回性能を向上できる。
回転伝達機構による回転伝達比の定常設定値は１に限定されず、適正な操舵トルクを付与できる一定値であればよい。

本発明の実施形態の車両用操舵装置の構成説明図本発明の実施形態の回転伝達機構の断面図本発明の実施形態の回転伝達機構における摩擦部材の正面図本発明の実施形態の回転伝達機構における摩擦部材の断面図本発明の実施形態の車両用操舵装置における制御装置による制御機能を表すブロック図本発明の実施形態の回転伝達機構における回転伝達比を定常設定値から変化させる必要があると判定された後に必要がないと判定された場合の、操作角に対する付加トルクの制御比と時間との関係を示す図本発明の実施形態の車両用操舵装置における制御装置による制御手順を示すフローチャート本発明の実施形態に係る車両用操舵装置における操作角と舵角と時間との関係の一例を示す図本発明の実施形態に係る車両用操舵装置における操作トルクと転舵トルクＴｍと時間との関係の一例を示す図車両用操舵装置における操作トルクと転舵トルクＴｍと時間との関係の一例を示す図本発明の第１変形例に係る回転伝達機構の構成説明図本発明の第２変形例に係る回転伝達機構の構成説明用部分断面図本発明の第３変形例に係る回転伝達機構の構成説明図本発明の第４変形例に係る回転伝達機構の構成説明図

符号の説明

１車両用操舵装置
２ステアリングホイール（操作部材）
３第１シャフト
４回転伝達機構
５第２シャフト
９車輪
１５キャリア（回転伝達要素）
６１第１アクチュエータ
６２第２アクチュエータ
６１ａ、６２ａ駆動回路（駆動部）
６５制御装置（判定部、目標値決定部、基準比決定部）
６６操作角センサ（検出部）
６７トルクセンサ（検出部）

Claims

操作部材に連結される第１シャフトと、
その回転に応じて舵角が変化するように車輪に連結される第２シャフトと、
前記第１シャフトと前記第２シャフトを回転伝達可能に連結すると共に、その回転伝達比を回転速度変化により変化させる回転伝達要素を有する回転伝達機構と、
前記回転伝達要素の回転速度を変化させることで、前記回転伝達機構による回転伝達比を変化させる第１アクチュエータと、
前記回転伝達機構による回転伝達比を変化させることなく、前記操作部材の操作トルクを変化させる付加トルクを発生する第２アクチュエータと、
前記回転伝達比を予め定めた定常設定値から変化させる必要性の有無を、予め定めた判定基準に従い判定する判定部と、
前記回転伝達比の目標値を予め定めた規則に従い求める目標値決定部と、
前記回転伝達比が求めた目標値になるように前記第１アクチュエータを駆動する駆動部と、
前記付加トルクの目標値を予め定めた規則に従い求める目標値決定部と、
前記付加トルクが目標値になるように前記第２アクチュエータを駆動する駆動部と、
前記操作部材の直進位置からの操作量を検出する検出部と、
前記操作部材の操作トルクを検出する検出部と、
前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定された時点における前記操作部材の検出操作量に対する検出操作トルクの比を、トルク制御基準比として求める基準比決定部とを備え、
前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定される迄は、前記回転伝達比の目標値は前記定常設定値に設定されると共に、操作トルクが前記操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化するように前記付加トルクの目標値は標準値に設定され、
前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定された時点から、前記回転伝達比の前記定常設定値からの変化に拘らず、操作トルクが前記操作部材の直進位置からの操作量に相関して変化するように、前記操作部材の検出操作量に前記トルク制御基準比を乗じた目標操作トルクが作用するよう前記付加トルクの目標値が前記標準値から変更される車両用操舵装置。
前記回転伝達比を前記定常設定値から変化させる必要があると判定された後に必要がないと判定された時点から、前記回転伝達比の目標値は前記定常設定値に設定されると共に、前記付加トルクの目標値を前記標準値まで漸次変化させる請求項１に記載の車両用操舵装置。