JP4586952B2

JP4586952B2 - ステアリング装置

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Publication number: JP4586952B2
Application number: JP2000339236A
Authority: JP
Inventors: 雅也瀬川; 勝利西崎; 史郎中野; 良平葉山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP2002145093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵量に対する操舵角度の比率を車速に応じて変更可能なステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵に応じた入力シャフトの回転を遊星ギア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ステアリングギアにより舵角が変化するように車輪に伝達するステアリング装置が従来から提案されている。その遊星ギア機構は、入力シャフトに取り付けられたサンギアに噛み合う遊星ギアを保持するキャリアと、その遊星ギアに噛み合うリングギアとを有し、そのキャリアに出力シャフトが取り付けられている。そのリングギヤを回転駆動するモータにより車速／及び又は入力シャフトの回転角に応じて制御することで、その入力シャフトから出力シャフトへの回転伝達比を変更している。これにより、操舵量に対する操舵角度の比率を車速に応じて変更できる。
【０００３】
上記のように車速／及び又は入力シャフトの回転角に応じて操舵量に対する操舵角度の比率を変更するステアリング装置において、操舵に対する応答性を向上するためには、上記モータの制御系における制御ゲインを高く設定する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、その制御ゲインを高く設定した場合、直進走行時や駐車状態から発進するために制御系を起動する時にドライバーがステアリングホイールから手を離していると、制御を収束せずにモータおよびステアリングホイールが振動することがある。これは、ドライバーがステアリングホイールから手を離していると、出力シャフトの回転角を入力シャフトの回転角に応じた目標回転角に一致させるためにモータを制御しても、出力シャフトの回転がギヤ機構を介して伝わることで入力シャフトが回転するために目標回転角が変動し、且つ、応答性向上のために制御ゲインを高く設定しているために出力シャフトの回転角の目標回転角からのオーバーシュートが大きくなり、出力シャフトの回転角を目標回転角に収束させることができなくなることによる。その出力シャフトの回転がギヤ機構を介して伝わることによる入力シャフトの回転角変動は、入力シャフトの回転角と出力シャフトの回転角との偏差が大きい程に大きくなる。また、そのギヤ機構が入力シャフトの回転を減速して出力シャフトに伝達する時は、入力シャフトにより伝達される操舵トルクが出力シャフトにより伝達される操舵トルクよりも小さくなるので、入力シャフトの回転角は変動し易くなる。さらに、制御系の起動前にステアリングホイールを回転させることで入力シャフトの回転角と出力シャフトの回転角との偏差が大きくなっている場合、制御系の起動時にステアリングホイールが急激に回転することがある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできるステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵に応じた入力シャフトの回転を回転伝達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ステアリングギアにより舵角が変化するように車輪に伝達し、その回転伝達機構の構成要素を回転駆動する電動アクチュエータにより車速／及び又は入力シャフトの回転角に応じて制御することで、その入力シャフトから出力シャフトへの回転伝達比を変更可能なステアリング装置に適用される。
【０００７】
本発明の第１の特徴は、その入力シャフトの回転角と出力シャフトの回転角との偏差の大きさが設定値以上である場合は、その設定値未満である場合よりも、その電動アクチュエータの制御系における制御ゲインが小さくされる点にある。この場合、構成を簡単化する上で、その入力シャフトの回転角を検出するセンサと、その出力シャフトの回転角を検出するセンサと、車速を検出するセンサと、入力シャフトの回転角と車速と出力シャフトの目標回転角との間の関係を記憶する手段と、その記憶した関係と、入力シャフトの検出回転角と、検出車速とに基づき出力シャフトの目標回転角を演算する手段と、前記制御ゲインに対応する値として、前記偏差の大きさが前記設定値以上である場合および前記設定値未満である場合それぞれの、出力シャフトの目標回転角と検出回転角との偏差に対する電動アクチュエータの目標制御量の比率に相関する値を記憶する手段と、その記憶した制御ゲインに対応する値に基づき電動アクチュエータの目標制御量に対応する値を演算する手段とを備え、その演算した目標制御量に対応する値に基づき電動アクチュエータが駆動されるのが好ましい。
これにより、出力シャフトの回転角が入力シャフトの回転角に追従するように電動アクチュエータを制御する際に、その制御前における出力シャフトの回転角と入力シャフトの回転角との偏差の大きさが設定値以上である場合は、その電動アクチュエータの制御系における制御ゲインを小さくできる。よって、その回転角の偏差が大きいために出力シャフトの回転がギヤ機構を介して伝わることで入力シャフトの回転角変動が大きくなろうとする時に、ドライバーがステアリングホイールから手を離していても、制御による出力シャフトの回転角の目標回転角からのオーバーシュートを小さくして出力シャフトの回転角が徐々に目標回転角に収束するようにし、入力シャフトの回転角が大きく変動するのを抑制できる。これにより、直進走行時や制御系の起動時にドライバーがステアリングホイールから手を離しても、制御を収束させて電動アクチュエータおよびステアリングホイールが振動するのを防止できる。また、ドライバーがステアリングホイールから手を離した状態で制御系を起動する時に、その回転角の偏差が大きくても、ステアリングホイールが急激に回転するのを抑制できる。
一方、その回転角の偏差の大きさが設定値未満である場合は、出力シャフトの回転角が入力シャフトの回転角に対応する目標値に追従するように電動アクチュエータを制御する際に制御ゲインを大きくできる。これにより、ドライバーがステアリングホイールにより操舵力を作用させる時は、操舵に対する舵角変化の応答性を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に示す車両のステアリング装置１は、ステアリングホイール（図示省略）に連結される入力シャフト２を備えている。その入力シャフト２はベアリング７、８を介してハウジング１０により支持されている。
【００１２】
その入力シャフト２は遊星ギア機構（回転伝達機構）３０を介して出力シャフト１１に連結されている。その出力シャフト１１は、入力シャフト２と同軸心に隙間を介して配置され、ベアリング１２、１３を介してハウジング１０により支持されている。その出力シャフト１１の回転は、例えばラックピニオン式ステアリングギアやボールスクリュー式ステアリングギア等のステアリングギアにより舵角が変化するように車輪に伝達される。そのステアリングギアは公知のものを用いることができる。これにより、操舵に応じた入力シャフト２の回転が遊星ギア機構３０を介して出力シャフト１１に伝達され、その出力シャフト１１の回転がステアリングギアにより舵角が変化するように車輪に伝達される。
【００１３】
その遊星ギア機構３０は、サンギア３１とリングギア３２とに噛み合う遊星ギア３３をキャリア３４により保持する。そのサンギア３１は、入力シャフト２の端部に同行回転するように連結されている。そのキャリア３４は、出力シャフト１１に同行回転するように連結されている。そのリングギア３２は、入力シャフト２を覆うようにハウジング１０に固定された筒状部材３５によりベアリング９を介して支持されたホルダー３６に、ボルト３６２を介して固定されている。また、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１０により支持されている。そのウォーム３８がハウジング１０に取り付けられたモータ（電動アクチュエータ）３９により駆動されることで、そのリングギア３２は回転駆動される。
【００１４】
その遊星ギア機構３０の構成要素であるリングギア３２を回転駆動するモータ３９により車速に応じて制御することで、その入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を変更できる。すなわち図２に示すように、そのモータ３９は車両の制御装置４０に接続され、その制御装置４０に車速センサ４１と入力シャフト２の回転角を検出する舵角センサ４２と、出力シャフト１１の回転角を検出する回転角センサ４３とが接続されている。その制御装置４０は、その遊星ギア機構３０による入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比が車速に応じて変化するように、各センサ４１、４２、４３からの検出値に応じてモータ３９の回転速度を制御する。例えば、車速零の据え切り状態では入力シャフト２の回転角速度とリングギア３２の回転角速度とが等しくなるようにモータ３９を制御することで入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を１とし、高速になる程にリングギア３２の回転角速度を低下させて遊星ギア機構３０を減速ギア機構として機能させることで、車両の低速での旋回性と高速での走行安定性とを向上できる。なお、そのリングギア３２をモータ３９により車速に代えて、あるいは車速と共に、入力シャフト２の回転角に応じて制御するようにしてもよい。例えば、入力シャフト２の回転角が大きい場合は小さい場合よりも入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を大きくすることで、車両の旋回性を向上できる。
【００１５】
図３は、制御装置４０の制御ブロック線図を示す。図３において、ＴｉはステアリングホイールＨの操舵トルク、Ｖは車速のセンサ４１による検出値、θｉは入力シャフト２の回転角の舵角センサ４２による検出値、θｏは出力シャフト１１の回転角の回転角センサ４３による検出値、θｏ^* は出力シャフト１１の回転角の目標値、ｉ^* はモータ３９の駆動電流の目標値、Ｃ１は入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフトの目標回転角θｏ^* の調節部、Ｃ２は出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）に対するモータ３９の駆動電流の目標値ｉ^* の調節部である。
【００１６】
その制御装置４０は、舵角センサ４２により検出した入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* を、予め定められて記憶された関係に基づき演算する。本実施形態では、その入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフトの目標回転角θｏ^* の調節部Ｃ１は比例制御要素とされ、出力シャフト１１の目標回転角はθｏ^* ＝Ｋ（Ｖ）・θｉにより求められる。ここでＫ（Ｖ）は比例ゲインであり、車速Ｖの関数とされている。この入力シャフト２の回転角θｉと車速Ｖと出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* との間の関係を表す比例ゲインＫ（Ｖ）が制御装置４０に記憶される。例えば図４に示すように、その比例ゲインＫ（Ｖ）は車速Ｖが増大する程に減少するものとされ、この関係が制御装置４０に記憶される。制御装置４０は、その記憶した比例ゲインＫ（Ｖ）と車速Ｖとの関係と、入力シャフト２の検出回転角θｉと、検出車速Ｖとに基づき出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* を演算する。
【００１７】
その制御装置４０は、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、モータ３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^* との間の関係を記憶する。本実施形態では、その偏差（θｏ^* −θｏ）に対する目標駆動電流ｉ^* の調節部Ｃ２は比例積分（ＰＩ）制御要素とされ、目標駆動電流ｉ^* はｉ^* ＝Ｇ・（θｏ^* −θｏ）により求められる。ここでＧは伝達関数であり、例えばＫｇをゲイン、Ｔを時定数として、その伝達関数ＧはＰＩ制御がなされるようにＧ＝Ｋｇ・〔１＋１／（Ｔ・ｓ）〕とされ、その時定数Ｔは最適な制御を行えるように調整される。その伝達関数Ｇが制御装置４０に記憶される。
【００１８】
上記モータ３９の制御系において、入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値以上である場合は、その設定値未満である場合よりも、制御ゲインが小さくされる。本実施形態では、その制御ゲインに対応する値は上記伝達関数ＧのゲインＫｇとされている。その偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値以上である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝αが、その偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値未満である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝βが、それぞれ制御装置４０に記憶される。各ゲインの値α、βは、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）に対するモータ３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^* の比率に相関し、α＜βとされている。
【００１９】
制御装置４０は、その記憶した伝達関数Ｇと、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさに応じて記憶した制御ゲインに対応する値Ｋｇとに基づき、モータ３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^* を演算する。その目標駆動電流ｉ^* が印加されることでモータ３９は駆動される。
【００２０】
図５、図６のフローチャートを参照して上記制御装置４０による制御手順を説明する。まず、各センサ４１、４２、４３の検出値を読み込む（ステップ１）。次に、車速Ｖに対応する比例ゲインＫ（Ｖ）を求める（ステップ２）。次に、その求めた比例ゲインＫ（Ｖ）と入力シャフト２の回転角θｉとから出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* を演算する（ステップ３）。次に、モータ３９の制御系における制御ゲインに対応する値として、伝達関数ＧのゲインＫｇを求める（ステップ４）。すなわち図６に示すように、入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値Δθ以上か否かを判断し（ステップ１０１）、設定値Δθ以上であればゲインＫｇをαとし（ステップ１０２）、その設定値Δθ未満であればゲインＫｇをβとする（ステップ１０３）。次に、そのゲインＫｇと、目標回転角θｏ^* と出力シャフト１１の回転角θｉとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、伝達関数Ｇとから目標駆動電流ｉ^* を演算する（ステップ５）。その目標駆動電流ｉ^* を印加することでモータ３９を駆動する（ステップ６）。次に、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し（ステップ７）、終了しない場合はステップ１に戻る。
【００２１】
上記第１実施形態によれば、出力シャフト１１の回転角θｏが入力シャフト２の回転角θｉに追従するようにモータ３９を制御する際に、その制御前における入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値Δθ以上である場合は、そのモータ３９の制御系における制御ゲインに対応する値Ｋｇを小さくできる。よって、その回転角の偏差（θｉ−θｏ）が大きいために出力シャフト１１の回転が遊星ギア機構３０を介して伝わることで入力シャフト２の回転角変動が大きくなろうとする時に、ドライバーがステアリングホイールから手を離していても、制御による出力シャフト１１の回転角の目標回転角θｏ^* からのオーバーシュートを小さくして出力シャフト１１の回転角が徐々に目標回転角θｏ^* に収束するようにし、入力シャフト２の回転角が大きく変動するのを抑制できる。これにより、直進走行時や制御系の起動時にドライバーがステアリングホイールから手を離しても、制御を収束させてモータ３９およびステアリングホイールが振動するのを防止できる。また、ドライバーがステアリングホイールから手を離した状態で制御系を起動する時に、その回転角の偏差（θｉ−θｏ）が大きくても、ステアリングホイールが急激に回転するのを抑制できる。
一方、その出力シャフト１１の回転角と入力シャフト２の回転角との偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値Δθ未満である場合は、出力シャフト１１の回転角が入力シャフト２の回転角に対応する目標値θｏ^* に追従するようにモータ３９を制御する際に制御ゲインを大きくできる。これにより、ドライバーがステアリングホイールにより操舵力を作用させる時は、操舵に対する舵角変化の応答性を向上することができる。
【００２２】
以下、本発明の比較例を説明する。なお、第１実施形態と同様部分は同一符号で示し、相違点を説明する。本比較例においては、図１、図２において２点鎖線で示すように、入力シャフト２により伝達される操舵トルクＴｉを検出するトルクセンサ５１（図２参照）が設けられている。上記第１実施形態においては、モータ３９の制御系において、入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値以上である場合は、その設定値未満である場合よりも、制御ゲインが小さくされたが、これに代えて本比較例においては、図７の制御ブロック線図に示すように、入力シャフト２により伝達される操舵トルクＴｉの大きさが設定値未満である場合は、その設定値以上である場合よりも、制御ゲインが小さくされる。
【００２３】
本比較例では、その操舵トルクＴｉの大きさが設定値未満である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝γが、その操舵トルクＴｉの大きさが設定値以上である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝δが、それぞれ制御装置４０に記憶される。各ゲインの値γ、δは、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^*と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^*−θｏ）に対するモータ３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^*の比率に相関し、γ＜δとされている。
【００２４】
その制御装置４０は、その記憶した伝達関数Ｇと、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、検出操舵トルクＴｉの大きさに応じて記憶した制御ゲインに対応する値Ｋｇとに基づき、モータ３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^* を演算する。その目標駆動電流ｉ^* が印加されることでモータ３９は駆動される。
【００２５】
本比較例における制御装置４０による制御手順の第１実施形態との相違は、図５のフローチャートにおけるステップ１においてトルクセンサ５１の検出値を読み込む点と、ステップ４において伝達関数ＧのゲインＫｇを求める際に、図８に示すように、操舵トルクＴｉの大きさが設定値ΔＴｉ未満か否かを判断し（ステップ２０１）、設定値ΔＴｉ未満であればゲインＫｇをγとし（ステップ２０２）、その設定値ΔＴｉ以上であればゲインＫｇをδとする（ステップ２０３）点にある。他は第１実施形態と同様の構成とされている。
【００２６】
上記比較例によれば、入力シャフト２により伝達される操舵トルクＴｉの大きさが設定値ΔＴｉ未満であるか否かを判断することで、ドライバーがステアリングホイールから手を離すことで操舵力を作用させていない状態か否かを判断できる。その操舵トルクＴｉの大きさが設定値ΔＴｉ未満である場合は、出力シャフト１１の回転角が入力シャフト２の回転角に追従するようにモータ３９を制御する際に制御ゲインを小さくできる。よって、出力シャフト１１の回転が遊星ギア機構３０を介して伝わることで入力シャフト２の回転角変動が大きくなろうとする時に、ドライバーがステアリングホイールから手を離していても、制御による出力シャフト１１の回転角の目標回転角θｏ^*からのオーバーシュートを小さくして出力シャフト１１の回転角が徐々に目標回転角θｏ^*に収束するようにし、入力シャフト２の回転角が大きく変化するのを抑制できる。これにより、ドライバーがステアリングホイールから手を離しても、制御を収束させてモータ３９およびステアリングホイールが振動するのを防止できる。また、ドライバーがステアリングホイールから手を離した状態で制御系を起動する時に、入力シャフト２の回転角と出力シャフト１１の回転角との偏差が大きくても、ステアリングホイールが急激に回転するのを抑制できる。
一方、その操舵トルクＴｉの大きさが設定値ΔＴｉ以上である場合は、出力シャフト１１の回転角が入力シャフト２の回転角に対応する目標値θｏ^*に追従するようにモータ３９を制御する際に制御ゲインを大きくできる。これにより、ドライバーがステアリングホイールにより操舵力を作用させる時は、操舵に対する舵角変化の応答性を向上することができる。
【００２７】
以下、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態、比較例と同様部分は同一符号で示し、第１実施形態との相違点を説明する。本第２実施形態においては、比較例と同様に操舵トルクＴｉを検出するトルクセンサ５１が設けられている。本第２実施形態においては、図９の制御ブロック線図に示すように、第１実施形態と同様に、モータ３９の制御系において、入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値以上である場合は、その設定値未満である場合よりも、制御ゲインが小さくされ、さらに、比較例と同様に、入力シャフト２により伝達される操舵トルクＴｉの大きさが設定値未満である場合は、その設定値以上である場合よりも、制御ゲインが小さくされる。
【００２８】
本第２実施形態では、入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値以上である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝αが、操舵トルクＴｉの大きさが設定値未満である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝γが、その偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値以上である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝βが、その操舵トルクＴｉの大きさが設定値以上である場合の伝達関数ＧのゲインとしてＫｇ＝δが、それぞれ制御装置４０に記憶される。各ゲインの値α、β、γ、δは、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^*と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^*−θｏ）に対するモータ３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^*の比率に相関し、α＜β、α＜δ、γ＜β、γ＜δとされている。なお、α＝γ、β＝δとしてもよい。
【００２９】
その制御装置４０は、その記憶した伝達関数Ｇと、出力シャフト１１の目標回転角θｏ^* と検出回転角θｏとの偏差（θｏ^* −θｏ）と、検出操舵トルクＴｉの大きさに応じて記憶した制御ゲインに対応する値と偏差（θｉ−θｏ）の大きさに応じて記憶した制御ゲインに対応する値の中で小さい方の制御ゲインに対応する値Ｋｇとに基づき、モータ３９の目標制御量に対応する目標駆動電流ｉ^* を演算する。その目標駆動電流ｉ^* が印加されることでモータ３９は駆動される。
【００３０】
本第２実施形態における制御装置４０による制御手順の第１実施形態との相違は、図５のフローチャートにおけるステップ１においてトルクセンサ５１の検出値を読み込む点と、ステップ４において伝達関数ＧのゲインＫｇを求める手順とにある。すなわち、図１０に示すように、入力シャフト２の回転角θｉと出力シャフト１１の回転角θｏとの偏差（θｉ−θｏ）の大きさが設定値Δθ以上か否かを判断し（ステップ３０１）、設定値Δθ以上であれば偏差（θｉ−θｏ）に対応するゲインＫｇとして記憶されたαを第１仮ゲインＫｇ′として読み出し（ステップ３０２）、その設定値Δθ未満であれば偏差（θｉ−θｏ）に対応するゲインＫｇとして記憶されたβを第１仮ゲインＫｇ′として読み出す（ステップ３０３）。次に、操舵トルクＴｉの大きさが設定値ΔＴｉ未満か否かを判断し（ステップ３０４）、設定値ΔＴｉ未満であれば検出操舵トルクＴｉに対応するゲインＫｇとして記憶されたγを第２仮ゲインＫｇ″として読み出し（ステップ３０５）、その設定値ΔＴｉ以上であれば検出操舵トルクＴｉに対応するゲインＫｇとして記憶されたδを第２仮ゲインＫｇ″として読み出す（ステップ３０６）。次に、第１仮ゲインＫｇ′と第２仮ゲインＫｇ″の大小を比較し（ステップ３０７）、小さい方をゲインＫｇとする（ステップ３０８、３０９）。他は第１実施形態、比較例と同様の構成とされ、第１実施形態、比較例の作用効果を奏する。
【００３１】
上記各実施形態において、入力シャフト２の回転角と出力シャフト１１の回転角との偏差や操舵トルクの大きさが設定値以上か否かに応じてモータ３９の制御系における制御ゲインを変化させる構成と共に、入力シャフト２に回転阻止方向のトルクを摩擦力に基づき付与する機構が設けられている。すなわち図１に示すように、ハウジング１０の外部において入力シャフト２に環状の摩擦付与部材７１が嵌め合わされ、さらに入力シャフト２の外周にナット７２がねじ合わされている。その入力シャフト２にねじ合わされるナット７２により摩擦付与部材７１がハウジング１０に相対摺動可能に押し付けられる。これにより、摩擦付与部材７１とハウジング１０との間に生じる摩擦力に基づき、入力シャフト２に回転阻止方向のトルクを付与できる。その摩擦力の大きさはナット７２により摩擦付与部材７１のハウジング１０への押し付け力を変化させることで調節可能とされている。なお、そのようなナット７２に代えて、入力シャフト２にねじ合わされされるステアリングホイールにより摩擦付与部材７１をハウジング１０に押し付けるようにしてもよい。
これにより、遊星ギア機構３０により入力シャフト２の回転が減速されて出力シャフト１１に伝達される時に、入力シャフト２により伝達される操舵トルクと出力シャフト１１により伝達される操舵トルクとの偏差を低減できる。よって、出力シャフト１１の回転角が入力シャフト２の回転角に追従するようにモータ３９を制御する際に、その制御による出力シャフト１１の回転角の目標回転角θｏ^* からのオーバーシュートが大きく、その出力シャフト１１の回転がギヤ機構を介して入力シャフト２に伝わる際にドライバーがステアリングホイールから手を離していても、入力シャフト２の回転角が大きく変化するのを摩擦力に基づき抑制できる。これにより、直進走行時や制御系の起動時にドライバーがステアリングホイールから手を離しても、制御を収束させてモータ３９およびステアリングホイールが振動するのを防止できる。また、ドライバーがステアリングホイールから手を離した状態で制御系を起動する時に、入力シャフト２の回転角と出力シャフト１１の回転角との偏差が大きくても、ステアリングホイールが急激に回転するのを抑制できる。
【００３２】
本発明は上記各実施形態に限定されない。例えば、上記各実施形態における入力シャフト２に回転阻止方向のトルクを摩擦力に基づき付与する機構を、入力シャフト２の回転角と出力シャフト１１の回転角との偏差や操舵トルクの大きさが設定値以上か否かに応じてモータ３９の制御系における制御ゲインを変化させる構成と共にではなく、その構成に代えて設けることで、遊星ギア機構３０により入力シャフト２の回転が減速されて出力シャフト１１に伝達される時に、入力シャフト２により伝達される操舵トルクと出力シャフト１１により伝達される操舵トルクとの偏差を低減するようにしてもよい。
また、入力シャフト２の回転角θｉに対する出力シャフト１１の目標回転角θｉ^* の関係や、伝達関数Ｇは上記実施形態に限定されず、入力シャフト２から出力シャフト１１への回転伝達比を変更するために電動アクチュエータにより車速／及び又は入力シャフト２の回転角に応じて制御できれば、制御システムの構成は特に限定されない。
また、入力シャフト２に遊星ギア機構３０のリングギア３２あるいはキャリア３４を連結し、出力シャフト１１に連結される遊星ギア機構３０の構成要素を入力シャフト２に連結されていないサンギア３１あるいはリングギア３２とし、モータ３９により駆動される遊星ギア機構３０の構成要素を入出力シャフト２、１１に連結されていないサンギア３１あるいはキャリア３４としてもよい。すなわち、サンギア３１、リングギア３２、キャリア３４の遊星ギア要素の中の何れかを入力シャフト２に連結し、その遊星ギア要素の中で入力シャフト２に連結されていない何れかを出力シャフト１１に連結し、その遊星ギア要素の中で入出力シャフトに連結されていないものをモータ３９により回転駆動すればよい。
さらに、遊星ギア機構３０以外の回転伝達機構、例えば遊星コーン式回転伝達機構を介して入力シャフト２から出力シャフト１１に回転を伝達するステアリング装置にも本発明を適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵量に対する操舵角度の比率を車速／及び又は入力シャフトの回転角に応じて変更可能に制御する場合に、簡単な構成によって、制御を収束させてモータおよびステアリングホイールの振動を防止し、制御系の起動時にステアリングホイールが急激に回転するのを防止し、しかも操舵時においては応答性を向上できるステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のステアリング装置の縦断面図
【図２】本発明の実施形態のステアリング装置の制御構成の説明図
【図３】本発明の第１実施形態のステアリング装置における制御系のブロック線図
【図４】本発明の実施形態のステアリング装置の制御系における比例ゲインＫ（Ｖ）と車速Ｖとの関係一例を示す図
【図５】本発明の実施形態のステアリング装置における制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の第１実施形態のステアリング装置におけるゲインの演算手順を示すフローチャート
【図７】本発明の比較例のステアリング装置における制御系のブロック線図
【図８】本発明の比較例のステアリング装置におけるゲインの演算手順を示すフローチャート
【図９】本発明の第２実施形態のステアリング装置における制御系のブロック線図
【図１０】本発明の第２実施形態のステアリング装置におけるゲインの演算手順を示すフローチャート

Claims

操舵に応じた入力シャフトの回転を回転伝達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ステアリングギアにより舵角が変化するように車輪に伝達し、その回転伝達機構の構成要素を回転駆動する電動アクチュエータにより車速／及び又は入力シャフトの回転角に応じて制御することで、その入力シャフトから出力シャフトへの回転伝達比を変更可能なステアリング装置において、
その入力シャフトの回転角と出力シャフトの回転角との偏差の大きさが設定値以上である場合は、その設定値未満である場合よりも、その電動アクチュエータの制御系における制御ゲインが小さくされることを特徴とするステアリング装置。
その入力シャフトの回転角を検出するセンサと、
その出力シャフトの回転角を検出するセンサと、
車速を検出するセンサと、
入力シャフトの回転角と車速と出力シャフトの目標回転角との間の関係を記憶する手段と、
その記憶した関係と、入力シャフトの検出回転角と、検出車速とに基づき出力シャフトの目標回転角を演算する手段と、
前記制御ゲインに対応する値として、前記偏差の大きさが前記設定値以上である場合および前記設定値未満である場合それぞれの、出力シャフトの目標回転角と検出回転角との偏差に対する電動アクチュエータの目標制御量の比率に相関する値を記憶する手段と、
その記憶した制御ゲインに対応する値に基づき電動アクチュエータの目標制御量に対応する値を演算する手段とを備え、
その演算した目標制御量に対応する値に基づき電動アクチュエータが駆動される請求項１に記載のステアリング装置。