JP4622493B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関し、特にステアリングホイールと操向輪との舵角比を変更可能な可変舵角機構を備えた車両用操舵装置に関する。

従来、車両用操舵装置として、特許文献１に記載の技術が知られている。この公報に記載の技術では、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、ラック&ピニオン機構のピニオンに接続されたピニオンシャフトとを接続する中間シャフト上に可変舵角機構が配置されている。この可変舵角機構は、ステアリングシャフトの回転（以下、操舵角と記載）が入力されると、モータ駆動により所望の回転角を加減算してピニオンシャフトを回転（以下、ピニオン角と記載）する構成とされている。

例えば、操舵角に対するピニオン角が増大された制御を行い、操舵角が発生している状態でイグニッションがOFFされたとする。このイグニッションOFF時にステアリングホイールを操作（操舵角が発生）すると、可変舵角機構は停止しているため、可変舵角制御時と異なる舵角比でピニオン角が発生することとなり、操舵角とピニオン角との中立位置関係がずれてしまう（以下、中立ズレと記載）。そこで、イグニッションOFF時に操舵角とピニオン角を記憶しておき、イグニッションON時に検出した操舵角、及びピニオン角と比較することで中立ズレを検知し、可変舵角機構のモータによって中立ズレを補正する制御を行うよう構成されている。
特開平１１−１７１０３４号公報

しかしながら、可変舵角機構のモータを駆動するため、手放し状態など、ステアリングホイール側に負荷がない場合には、モータ駆動によりステアリングホイールが回転し、運転者に違和感を与える虞があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、運転者に違和感を与えることなく中立ズレを補正することが可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両用操舵装置では、ステアリングホイールと接続された入力軸と、操向輪と接続され、転舵量を出力する出力軸と、前記入出力軸回転数比を変更可能な舵角制御用モータを有する可変舵角制御機構と、前記出力軸に設けられ、運転者の操舵力をアシストするパワーモータを有する電動パワーステアリング機構と、を備えた車両用操舵装置において、前記入力軸の回転位置と前記出力軸の回転位置との中立ズレ量を検出する中立ズレ検出手段と、前記入力軸の回転位置を維持するように前記舵角制御用モータを制御する舵角制御用モータ制御手段と、前記中立ズレ検出手段により検出された中立ズレ量に基づいて、前記パワーモータに対し補正制御量を出力する第１中立ズレ補正制御手段と、前記入力軸の回転位置を検出する操舵角検出手段と、を設け、前記舵角制御用モータ制御手段は、前記操舵角検出手段により検出された操舵角の変化量が所定値以下となるように前記舵角制御用モータを制御することを特徴とする。

よって、ステアリングホイールを動かすことなく、中立ズレを補正することができる。

以下、本発明の車両用操舵装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

図１は実施例１の車両用操舵装置の構成を表す概略図である。ステアリングホイール１には、ステアリングシャフト３が接続されている。ステアリングシャフト３にはステアリングホイール操舵角を検出する操舵角センサ２が設けられると共に、可変舵角機構２０のアッパ側に接続されている。可変舵角機構２０のロア側にはピニオンシャフト４が接続されている。ピニオンシャフト４にはピニオンシャフトの回転角（特許請求の範囲に記載の転舵角に相当）を検出するピニオン角センサ１０が設けられている。また、ピニオンシャフト４上には、電動パワーステアリング機構５が設けられている。ピニオンシャフト４の下端にはピニオン６が設けられ、ラック軸７上に形成されたラック歯と噛み合うことで周知のラック&ピニオン機構を構成している。

電動パワーステアリング機構５は、運転者の操舵トルクをアシストするパワーモータ５３と、パワーモータ５３の駆動力を出力するモータピニオン５２と、ピニオンシャフト４上に設けられ、モータピニオン５２と噛合する減速ギヤ５１から構成されている。

可変舵角コントローラ１２（以下、VGRSコントローラと記載）には、操舵角センサ２により検出された操舵角θと、ピニオン角センサ５により検出されたピニオン角δと、車速センサ９により検出された車速V等が入力される。可変舵角コントローラ１２では、各センサ値に基づいて、操舵角θに対するピニオン角δの比を表す舵角比δ／θが演算され、可変舵角機構２０に対し制御指令を出力する。尚、ピニオン角センサ５に代えて、可変舵角機構２０のモータに搭載されたモータ回転角センサ等を用い操舵角センサ２の検出値に加減算を行うことでピニオン角δを検出してもよく、特に限定しない。

電動パワーステアリングコントローラ１３（以下、EPSコントローラと記載）には、トルクセンサ９により検出された運転者の操舵トルクTと、車速センサ９により検出された車速V等が入力される。EPSコントローラ１２では、各センサ値に基づいて、運転者の操舵トルクTが所望の値となるようにパワーモータ５３に対し制御指令を出力する。尚、パワーモータ５３には、図示しないがパワーモータ回転角を検出するパワーモータ回転角センサ等が設けられており、パワーモータ回転角センサの検出値に基づいてモータ駆動制御が実行される。尚、ピニオン角センサ５に代えて、パワーモータ回転角センサ等を用いピニオン角δを検出してもよく、特に限定しない。

VGRSコントローラ１２とEPSコントローラ１３は、互いに通信によって制御情報やセンサ情報等を伝達可能な構成とされている。尚、操舵角センサ２やピニオン角センサ１０やトルクセンサ９の信号が両コントローラに入力されている場合には、特に通信しなくてもよい。

運転者によりステアリングホイール１が操作されると、ステアリングシャフト３の回転が可変舵角機構２０に伝達され、可変舵角機構２０から出力されたピニオンシャフト４の回転によりピニオン６が回転する。ピニオン６の回転は、ラック軸７の軸方向移動に変換され、操向輪８を転舵する。

図２は可変舵角機構２０の構成を表す概略図である。ステアリングシャフト３には、一端が車体側に固定され、ステアリングシャフト３の外周に余裕を持って巻かれた後、他端がステアリングシャフト３側に固定されたスパイラルケーブルが収装されたスパイラルケーブルユニット２１が設けられている。また、ステアリングシャフト３には、外歯ギヤ２４と、電動アクチュエータとしての舵角制御用モータ２０ａ（以下、VGRSモータ２０ａと記載）を構成するステータ２２が一体に取り付けられている。スパイラルケーブルのステアリングシャフト側はステータ２２と接続され、ステアリングシャフト３が回転したとしても常にステータ２２に電源等を供給可能な構成となっている。

ステータ２２の内周にはVGRSモータ２０ａを構成するロータ２３が設けられ、このロータ２３によりウェーブジェネレータ２６を駆動する。ウェーブジェネレータ２６は楕円形のカムを有し、長径と短径の位置関係を変更可能な構成となっている。ウェーブジェネレータ２６の外周には金属弾性体の外歯を有するフレクスプライン２７がベアリングを介して配置されている。このフレクスプライン２７はピニオンシャフト４と接続されている。

外歯ギヤ２４及びフレクスプライン２７の外周には、外歯ギヤ２４と同じ歯数の内歯を有するサーキュラスプライン２５が嵌合され、外歯ギヤ２４の回転をフレクスプライン２７に伝達している。フレクスプライン２７の歯数は、外歯２４の歯数よりも２歯多く形成され長径部分のみサーキュラスプライン２５と嵌合し、短径部分はサーキュラスプライン２５と非嵌合状態とされている。

ロータ２３が１回転すると、ウェーブジェネレータ２６によりフレクスプライン２７が弾性変形されて長径と短径の位置関係が変更され、２歯分の回転を増減速する所謂ハーモニックドライブ機構が搭載されている。また、図示しないロック機構が設けられており、フェール時やイグニッションOFF時には、ロータ２３とステータ２２とが一体となるように固定することで舵角比１を達成する。尚、可変舵角機構２０の詳細については、例えば特開２００４−５８７４５号公報や、特開２００３−３２４８３６号公報等に記載されているため、説明を省略する。

図３はVGRSコントローラ１２及びEPSコントローラ１３の構成を表す制御ブロック図である。VGRSコントローラ１２には、操舵角θやピニオン角δや車速V等に基づいて、通常の舵角比制御を行う舵角比制御部１２１と、操舵角θを維持したままで中立ズレ補正制御を行う第１中立ズレ補正制御部１２２と、運転者の操舵時等に中立ズレ補正制御を行う第２中立ズレ補正制御部１２３を有する。

EPSコントローラ１３には、運転者の操舵トルクTや車速V等に基づいて操舵アシストトルク制御を行う操舵アシストトルク制御部１３１と、第１中立ズレ補正制御部１２２からの指令信号に基づいてパワーモータ５３の回転数制御を行うモータ回転数制御部１３２を有する。

図４は第１中立ズレ補正制御部１２２の構成を表す制御ブロック図である。第１中立ズレ補正制御部１２２には、操舵角θの目標操舵状態量を設定する目標操舵状態量設定部１２２ａと、ピニオン角δの目標転舵状態量を設定する目標転舵状態量設定部１２２ｂと、VGRSモータ２０ａの目標モータ制御量を設定するVGRS目標モータ制御量設定部１２２ｃと、パワーモータ５３の目標モータ制御量を設定するEPS目標モータ制御量設定部１２２ｄを有する。

目標操舵状態量設定部１２２ｂ及び目標転舵状態量設定部１２２ｃにより設定された各目標状態量は、各目標モータ制御量設定部１２２ｃ，１２２ｄに出力され、所望の操舵状態を達成するようVGRSモータ２０ａ及びパワーモータ５３（モータ回転制御部１３２）を駆動する。

図５はステアリングシャフト３の回転速度とピニオンシャフト４の回転速度とロータ２３の回転速度の関係を表す共通速度線図（以下、共線図と記載する）を表す図である。図５中、上側の領域が右側に操舵したときの回転速度を表し、下側の領域が左側に操舵したときの回転速度を表す。実施例１の可変舵角機構２０は、ステアリングシャフト３とステータ２２が一体に回転するため、ロータ２３の回転速度はステータ２２に対する回転速度ではなく、車体側に対する回転速度とする。また、縦軸間の距離は各回転要素間のギヤ比を表し、ロータ２３が車体側に対して非回転状態となっているときのステアリングシャフト３とピニオンシャフト４のギヤ比をα、ピニオンシャフト４とロータ２３のギヤ比をβとする。以下、パターン（1）〜（4）について説明する。尚、説明の都合上、ステアリングシャフト３を右側に操舵したときについて説明するが、左側に操舵したときも同様である。

〔パターン（1）〕
図５中（1）に示すように、ステアリングシャフト３を右側に操舵するとき、可変舵角コントローラ１２により舵角比δ／θを１よりも大きくする制御指令が出力されると、ロータ２３がステアリングシャフト３よりも高回転となり、ステアリングシャフト３の回転速度よりもピニオンシャフト４の回転速度を増速する。

〔パターン（2）〕
図５中（2）に示すように、ステアリングシャフト３を右側に操舵するとき、可変舵角コントローラ１２により舵角比δ／θを１とする制御指令が出力されると、ロータ２３がステアリングシャフト３と同じ回転となり、ステアリングシャフト３の回転速度とピニオンシャフト４の回転速度は同じとなる。尚、ステータ２２はステアリングシャフト３と一体に回転するため、ロータ２３はステータ２２に対し固定された状態となる（フェール時もロック機構によってパターン(2)を達成する）。

〔パターン（3）〕
図５中（3）に示すように、ステアリングシャフト３を右側に操舵するとき、可変舵角コントローラ１２により舵角比δ／θを１よりも小さくする制御指令が出力されると、ロータ２３がステアリングシャフト３よりも低回転となり、ステアリングシャフト３の回転速度よりもピニオンシャフト４の回転速度を減速する。

〔パターン（4）〕
図５中（4）に示すように、ピニオンシャフト４の回転を固定した場合、ロータ２３を左側に回転すると、ステアリングシャフト３は右側に回転する。すなわち、ピニオンシャフト４を固定したときは、ロータ２３の回転方向とステアリングシャフト３の回転方向の関係が逆転する。

図６は操舵角θとピニオン角δの関係を表す図である。可変舵角機構２０では、非制御状態（すなわちコンベンショナルな車両と同じ状態）では、操舵角θに対するピニオン角δの関係は１：１であり、舵角比δ／θ＝１として制御される。例えば低車速領域では、運転者のステアリングホイール操作の負担を軽減するため、舵角比（δ／θ）を小さくする。具体的には、小さな操舵角θで大きなピニオン角δが得られるように制御する。また、高車速領域では、車両挙動を安定化するため、舵角比（δ／θ）を大きくする。具体的には、操舵角θに対して小さなピニオン角δが得られるように制御する。

ここで、図６の太線部分及び図７に示すタイムチャートに基づいて、中立ズレが発生する要因、及び中立ズレが発生した場合の中立ズレ補正制御について説明する。
時刻ｔ１において、運転者が中立位置から左側に操舵を行い、このとき可変舵角機構２０では最小舵角比で制御されている。

時刻ｔ２において、運転者が操舵角θ１で操舵を停止する。このとき、ピニオンシャフト４の回転角は最小舵角比に対応するピニオン角δ１となる。

時刻ｔ３において、イグニッションOFFとされると、車両の各種制御が終了するため、可変舵角機構２０の制御も終了する。尚、可変舵角機構２０はイグニッションOFF時には、ロック機構によりロータ２３とステータ２２とが一体となるように固定することで舵角比１とされている。

時刻ｔ４において、イグニッションOFFの状態で運転者がステアリングホイール１を操作し、中立位置方向に操舵を開始する。このとき、可変舵角機構２０の舵角比＝１であるため、ピニオン角δは操舵角θと同じ回転角で回転する。

時刻ｔ５において、操舵角θが中立位置に戻された状態となる。このとき、ピニオン角δ２＝（δ１―θ１）となり、ステアリングホイール１が中立位置にもかかわらず、ピニオン角が生じており、中立ズレが発生する。

時刻ｔ６において、イグニッションONとされると、この時点での操舵角θ及びピニオン角δを読み込み、中立ズレが発生しているため、中立ズレ補正制御を開始する。

すなわち、可変舵角機構２０を備えた車両では、上記作用等によって中立ズレが発生するため、イグニッションON時には、中立ズレ補正制御が実行される。以下、本実施例１の中立ズレ補正制御について説明する。

〔中立ズレ補正制御〕
図８は中立ズレ補正制御を表すフローチャートである。
ステップ１０１では、操舵角θと車速Vから舵角比を決定し、この舵角比に基づいて目標ピニオン角δ*を算出する。

ステップ１０２では、ピニオン角センサ１０により検出されたピニオン角δと目標ピニオン角δ*から中立ズレ量Δθ（＝δ−δ*）を算出する。

ステップ１０３では、中立ズレ量Δθの絶対値が予め設定された閾値ΔθTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ１０４へ進み、それ以外のときはステップ１１０へ進む。尚、閾値ΔθTは運転者に違和感を与えない範囲で適宜設定すればよく、特に限定しない。

ステップ１０４では、中立ズレ補正フラグFを１にセットする。

ステップ１０５では、車速センサ１１により検出された車速Vの絶対値（前後方向があるため）が予め設定された閾値VTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ１１１へ進み、それ以外のときはステップ１０６へ進む。

ステップ１０６では、ピニオン角センサ１０により検出されたピニオン角変化量dδ/dtの絶対値が予め設定された閾値ΔδTよりも小さいかどうかを判断し、小さいときはステップ１０７へ進み、それ以外のときはステップ１１１へ進む。

ステップ１０７では、トルクセンサ９により検出された操舵トルクTが予め設定された閾値TTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ１０８へ進み、それ以外のときはステップ１０９へ進む。

ステップ１０８では、VGRSコントローラ１２及びEPSコントローラ１３の制御によって操舵角θの初期操舵角θinitを維持しつつ中立ズレを補正する第１中立ズレ補正制御処理を実行する。

ステップ１０９では、VGRSコントローラ１２により操舵中の操舵速度等に応じて中立ズレが補正される第２中立ズレ補正制御処理が実行されると共に、EPSコントローラ１３により通常の操舵トルクアシスト制御が実行される。尚、第２中立ズレ補正制御処理については、公知技術（例えば特開2000−344121号公報等）と同様の作用を行うものであり、詳細な説明を省略する。

ステップ１１０では、中立ズレ補正フラグFを０にセットする。

ステップ１１１では、操舵角センサ２により検出された実操舵角θから中立ズレ量Δθを差し引いた補正操舵角θhを算出する。

ステップ１１２では、VGRSコントローラ１２により補正操舵角θhを用いた通常の可変舵角制御が実行されると共に、EPSコントローラ１３により通常の操舵トルクアシスト制御が実行される。

ステップ１１３では、中立ズレ補正フラグFが０かどうかを判断し、F=０のときは本制御フローを終了し、それ以外のときはステップ１１４へ進む。

ステップ１１４では、補正操舵角θhに再度中立ズレ量Δθを加算し、操舵角θを操舵角センサ値に戻すことで、次の制御周期における中立ズレ量Δθの算出に用いる。

〔中立ズレ補正制御の作用〕
上記制御フローの作用について説明する。
（１）中立ズレ補正制御が行われない場合
（条件１）中立ズレ量Δθを算出し、中立ズレ量Δθの絶対値が予め設定された閾値ΔθT以下のとき。

すなわち、中立ズレ量Δθが小さいときは、操舵角θとピニオン角δとが一致しており、運転者に違和感を与えることがないため、特に中立ズレ補正を必要としない。よって、通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を実行する。

（条件２）車速センサ１１により検出された車速Vの絶対値（前後方向があるため）が予め設定された閾値VTよりも大きいとき。

すなわち、走行中であれば、中立ズレ補正制御により運転者の意図しないピニオン角δ変化が発生し、車両挙動に影響を与える可能性がある。よって、走行中と判断されたときには中立ズレ補正制御を行わず、通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を実行する。

（条件３）ピニオン角センサ１０により検出されたピニオン角変化量dδ/dtの絶対値が予め設定された閾値ΔδTよりも小さい。

すなわち、中立ズレ補正制御が行われる際には、第１中立ズレ補正制御と第２中立ズレ補正制御のどちらかが行われることとなる。実施例１における第１中立ズレ補正制御は、初期操舵角θinitを維持するようにVGRSモータ２０ａとパワーモータ５３の両方が制御される。このとき、例えば操向輪８が縁石等に当接し転舵できない状態が発生すると、パワーモータ５３の回転が停止させられて、ピニオン角変化量dδ／dtの絶対値が予め設定された閾値ΔδTよりも小さくなる。このとき、第１中立ズレ補正制御を継続すると、パワーモータ５３により無駄な電流消費が発生してしまう。よって、このときは、補正操舵角θhを用いて通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を行うことで、運転者の操舵介入を待機し、操舵介入時もしくは発進後に縁石等の障害が無くなった状態で第２中立ズレ補正制御を行う。これにより、違和感のない中立ズレ補正を達成する。

（２）中立ズレ補正制御が行われる場合
上記各条件１〜条件３が不成立となったときには、更に下記（条件４）を満たすか否かで第１中立ズレ補正制御もしくは第２中立ズレ補正制御が行われる（特許請求の範囲に記載の切り換え手段に相当）。

（条件４）トルクセンサ９により検出された操舵トルクTが予め設定された閾値TTよりも大きいときは、第２中立ズレ補正制御を行い、それ以外のときは第１中立ズレ補正制御を実行する。

すなわち、操舵トルクTが発生している場合は、運転者の操舵が行われている状態であるため、初期操舵角θinitを維持する第１中立ズレ補正制御を行う必要がない。よって、このときは、第２中立ズレ補正制御を実行する。また、操舵トルクTが発生していない場合は、運転者がステアリングホイール１を保舵していない状態と考えられ、この状態でステアリングホイール１が回動すると、違和感を与える虞がある。よって、このときは、初期操舵角θinitを維持する第１中立ズレ補正制御を実行する。

〔第１中立ズレ補正制御について〕
次に、実施例１の第１中立ズレ補正制御について説明する。中立ズレ量Δθが検出されると、EPS目標モータ制御量設定部１２２ｄにおいて、この中立ズレ量Δθに応じたパワーモータ５３の回転数を設定してEPSコントローラ１３により回転制御を行う。一方、VGRS目標モータ制御量設定部１２２ｃでは、初期操舵角θinitを維持するように、すなわち、操舵角変化量が所定値以下となるようにフィードバック制御が行われる。

このように、VGRSモータ２０ａとパワーモータ５３を同時に作動させることで、ステアリングホイール１の動きを極力抑制しつつ中立ズレ補正制御を達成することができる。尚、VGRSモータ２０ａとパワーモータ５３を制御する際、VGRSモータ２０ａの出力するトルクは極力小さくすることが望ましい。すなわち、ステータ２２はステアリングシャフト３に固定支持されているため、ステアリングホイール１及びステアリングシャフト３のイナーシャを大きく越えると、ステアリングホイール１が反力トルクによって動いてしまう虞があるからである。

次に、効果を説明する。実施例１の車両用舵角制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1).共線図上にステアリングホイール１と、VGRSモータ２０ａと、パワーモータ５３と、操向輪８を転舵するピニオンシャフト４が接続された車両用操舵装置において、ステアリングホイール１の目標操舵状態量を設定する目標操舵状態量設定部１２２ａと、ピニオンシャフト４の目標転舵状態量を設定する目標転舵状態量設定部１２２ｂと、目標操舵状態量設定部１２２ａにより設定された目標操舵状態量と、目標転舵状態設定部１２２ｂにより設定された目標転舵状態量に基づいて、VGRSモータ２０ａとパワーモータ５３の制御量を設定する目標モータ制御量設定部１２２ｃ，１２２ｄとを設けた。

よって、共線図上に配置されたVGRSモータ２０ａとパワーモータ５３の二つのアクチュエータにより、目標操舵状態量に基づいて目標転舵状態量を制御することができる。

(2).目標転舵状態量設定部１２２ａは、ステアリングホイール１の操舵状態量である初期操舵角θinitに基づいて目標転舵状態量であるピニオンシャフト回転数W1を設定した。

これにより、微少なステアリングホイール１の動きの範囲内で初期操舵角θinitを維持しつつ中立ズレを補正することができる。また、上記条件３で記載したようにVGRSモータ２０ａのみ回転することで、ステアリングホイール１が回転してしまうことによる運転者の違和感を与えないようにできる。

次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。実施例１では、VGRSモータ２０ａをフィードバック制御によって初期操舵角θinitに維持するよう制御した。これに対し、実施例２では、フィードバック制御と異なり、予め中立ズレ量Δθに基づいてVGRSモータ２０ａの制御量を設定する点が異なる。

次に、上記制御の違いに伴う実施例２の中立ズレ補正制御について説明する。図９は実施例２の中立ズレ補正制御を表すフローチャートである。ステップ１０１〜１０５及びステップ１０７〜１１４までは実施例１と同じであるため、異なるステップについてのみ説明する。

ステップ２０６では、操舵角センサ２により検出された操舵角θの初期操舵角θinitからの変化量絶対値θ’が予め設定された閾値θTよりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ１０７へ進み、それ以外のときはステップ１１１へ進む。

すなわち、中立ズレ補正制御が行われる際には、第１中立ズレ補正制御と第２中立ズレ補正制御のどちらかが行われることとなる。実施例２における第１中立ズレ補正制御は、初期操舵角θinitを維持するようにVGRSモータ２０ａとパワーモータ５３の両方が制御される。このとき、例えば操向輪８が縁石等に当接し転舵できない状態が発生すると、パワーモータ５３の回転が停止させられてしまう。このとき、VGRSモータ２０ａのみが回転することになり、この状態でVGRSモータ２０ａが回転すると、初期操舵角θinitが維持できない可能性が考えられる。このときは、補正操舵角θhを用いて通常の舵角比制御及び操舵トルクアシスト制御を行うことで、運転者の操舵介入を待機し、操舵介入時に第２中立ズレ補正制御を行うことで違和感のない中立ズレ補正を達成する。

〔第１中立ズレ補正制御について〕
次に、実施例２の第１中立ズレ補正制御について説明する。図５の共線図で説明したように、ステアリングホイール１から操向輪８の間は、機械的に結合されているため回転速度の関係は直線で規定される。よって、初期操舵角θinitを維持した状態で、ピニオン角δを目標ピニオン角δ*に回転させるには、図１０に示すように、ロータ２３の回転速度をピニオンシャフト４の回転速度よりも増速させればよい。

まず、目標操舵状態量設定部１２２ａにおいて、目標操舵状態量として操舵角θ＝初期操舵角θinit（すなわち、操舵角速＝０）が設定される。次に、目標転舵状態量設定部１２２ｂにおいて、中立ズレ量Δθに応じたピニオンシャフト４の回転数W1が設定される。次に、EPS目標モータ制御量設定部１２２ｄにおいて、パワーモータ５３の制御量が設定され、EPSコントローラ１３のモータ回転制御部１３２においてパワーモータ５３を駆動する。同時に、目標転舵状態量設定部１２２ｂにおいて、ピニオンシャフト回転数W1にギヤ比（α＋β）を掛けた値(α＋β)W1が設定され、VGRS目標モータ制御量設定部１２２ｃにおいて、VGRSモータ２０ａの制御量が設定され、VGRSモータ２０ａを駆動する。

これにより、初期操舵角θinitを維持した状態で、中立ズレ補正を達成することができる。また、予めVGRSモータ２０ａの回転数を設定しているため、ステアリングホイール１の動きを更に抑制することができる。尚、上記第１中立ズレ補正制御部１２２の構成は、言い換えると、操舵角θとピニオン角δを二つのモータによって自在に制御可能な構成である。よって、中立ズレ補正制御に限らず、通常走行時の制御に適用しても良い。

次に、実施例３について説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。

図１１は、実施例３の可変舵角機構６０の構成を表す概略図である。可変舵角機構６０は、ステアリングシャフト３に接続された第１サンギヤS1と、第１サンギヤS1と噛合する第１ピニオンP1から成る第１遊星ギヤＧ１を有する。また、ピニオンシャフト４に接続された第２サンギヤS2と、第２サンギヤS2と噛合する第２ピニオンP2から成る第２遊星ギヤＧ２を有する。また、第１ピニオンP1及び第２ピニオンP2を共に回転可能に支持するキャリヤC1と、キャリヤC1と噛合するVGRSモータ６１から構成されている。VGRSモータ６１は車体側に固定支持され、キャリヤC1とは、VGRSモータピニオン６１ａ及びギヤCaにより回転速度比λcとなるように噛合している。

図１２は、実施例３の可変舵角機構６０の各回転要素の回転速度の関係を表す共線図である。第１サンギヤS1の回転速度をNs1，第２サンギヤS2の回転速度をNs2，キャリヤC1の回転速度をNc1，第１サンギヤS1と第２サンギヤS2との回転速度比をλとする。

上記関係は、下記式により表される。
（式１）
（Ns2−Nc）＝λ（Ns1−Nc）

第１中立ズレ補正制御部１２２では、目標操舵状態量設定部１２２ａにおいてステアリングホイール１が初期操舵角θinitを維持するように制御されるため、第１サンギヤS1の目標操舵状態量は０となる。このとき、第２サンギヤS2とキャリヤC1の回転速度の関係は、下記関係式により表される。
（式２）
Nc1＝｛１／（１−λ）｝×Ns2

このとき、パワーモータ５３は減速ギヤ５１を介してピニオンシャフト４に接続されているため、この減速ギヤ５１の減速比を考慮したパワーモータ５３からピニオンシャフト４に伝達される回転速度Neは、第２サンギヤS2の回転速度と等しい。
（式３）
Ns2＝Ne

キャリヤC1の回転速度NcとVGRSモータ６１の回転速度Nvは、下記関係式により表される。
（式４）
Nv＝（−１／λc）×Nc

上記式（２）〜（４）から、VGRSモータ６１とパワーモータ５３との回転速度の関係は、下記式により表される。
（式５）
Nv＝｛−１／（λc（１−λ））｝×Ne

以上により、各回転要素の回転速度の関係が規定される。

次に、各回転要素のトルクの関係について説明する。キャリヤC1と第２サンギヤS2との回転トルクTc，Ts2の関係は下記式により表される。
（式６）
Tc＝（１−λ）×Ts2

このとき、第２サンギヤS2の回転速度Ts2はパワーモータ５３から与えられる。サンギヤS2とパワーモータ５３は一体であるため、減速ギヤ５１を考慮したパワーモータ５３からピニオンシャフト４に伝達されるトルクをTeとすると、下記式により表される。
（式７）
Ts2＝Te

キャリヤC1の回転トルクTcは、VGRSモータ６１の回転トルクTvとの間において下記式により表される。
（式８）
Tv＝−λc×Tc

よって、式（６）〜（８）により、パワーモータ５３のトルクTeに対するVGRSモータ６１の回転トルクTvとの関係は下記式により表される。
（式９）
Tv＝−λc×（１−λ）×Te
上記関係は第1中立ズレ補正制御部１２２により設定される。

尚、VGRSモータ６１からキャリヤC1に与えられるトルクの反力は、VGRSモータ６１の車体側支持点によって受けられる。また、パワーモータ５３のトルクTeは、操向輪８からピニオン６に与えられる操舵反力トルクとの相殺によって最終的にピニオンシャフトから第２サンギヤS2に与えられるトルクであり、操舵反力トルクの大半はパワーモータ５３の車体側支持点によって受けられることは言うまでもない。

よって、上記式（５）及び式（９）の関係を満たすように、VGRS目標モータ制御量設定部１２２ｃ及びEPS目標モータ制御量設定部１２２ｄにおいてVGRSモータ６１及びパワーモータ５３の回転速度及び回転トルクが同時に制御される。

実施例１，２では、可変舵角機構２０のVGRSモータ２０ａがステアリングシャフト３に対して固定支持されているため、回転数のみ制御し、ステアリングホイール１の動きを規制していた。よって、VGRSモータ２０ａ駆動時のモータ反力をステアリングシャフト３が拾ってしまうため、若干ステアリングホイール１が動いてしまう虞があった（実際にはステアリングホイール１のイナーシャがあるため、このイナーシャの範囲内で制御すれば問題ない。）

これに対し、実施例３では、VGRSモータ６１が車体側に支持されているためVGRSモータ６１駆動時のモータ反力は、ステアリングシャフト３が受けることはない。よって、各回転要素の回転数とトルクを同時に制御することが可能となり、ステアリングシャフト３が全く動かないようにピニオンシャフト４を回転することができる。よって、運転者に違和感を与えることなく中立ズレを補正することができる。

尚、上記実施例３では、中立ズレを補正する点に着目して説明したが、通常の操舵制御に上記論理を適用しても良い。例えば、運転者の操舵角θ，操舵角速度dθ/dtから操舵状態量として操舵トルク等を設定し、この操舵状態量（操舵角θと操舵トルクT）を達成するように、目標転舵状態量であるピニオン角δ，ピニオン角速度dδ/dt及びピニオントルクを設定する。この設定された操舵状態量及び転舵状態量に基づいて、VGRSモータ６１及びパワーモータ５３の回転速度及びトルクを制御するよう構成してもよい。

これにより、運転者の操舵状態を走行状況に応じて設定しつつ、操向輪８の転舵状態を自由に設定することができる。また、各回転要素の回転数とトルクを同時に制御するため、VGRSモータ６１やパワーモータ５３のトルク入力が運転者側に跳ね返り、違和感を与えるといった状況を回避することができる。

以上、本発明の車両用操舵装置を実施例１〜３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これら実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。例えば、実施例３では、可変舵角機構６０として二つの遊星歯車Ｇ１，Ｇ２を用いた構成としたが、可変舵角機構とパワーアシスト機能を融合した操舵ユニットを搭載し、この操舵ユニットにより制御しても良い。例えば、４つの回転要素を有するラビニョウタイプの遊星歯車を用い、ステアリングホイール１と、ピニオンシャフト４と、VGRSモータ６１と、パワーモータ５３を各回転要素に接続し、操舵状態量と転舵状態量を自在に制御してもよい。また、シンプソンタイプや、ダブルサンギヤタイプを用いて操舵ユニットを構成し、各回転要素に接続して操舵状態量と転舵状態量を自在に制御してもよい。

実施例１の車両用操舵装置の構成を表す概略図である。 実施例１の可変舵角機構の構成を表す概略図である。 実施例１のVGRSコントローラ及びEPSコントローラの構成を表す制御ブロック図である。 実施例１の第１中立ズレ補正制御部の構成を表す制御ブロック図である。 実施例１のステアリングシャフトの回転速度とピニオンシャフトの回転速度とロータの回転速度の関係を表す共線図である。 実施例１の操舵角θとピニオン角δの関係を表す図である。 実施例１の中立ズレが発生する要因を表すタイムチャートである。 実施例１の中立ズレ補正制御を表すフローチャートである。 実施例２の中立ズレ補正制御を表すフローチャートである。 実施例２の第１中立ズレ補正制御における共線図である。 実施例３の可変舵角機構の構成を表す概略図である。 実施例３の可変舵角機構の各回転要素の回転速度の関係を表す共線図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ 操舵角センサ
３ ステアリングシャフト
４ ピニオンシャフト
５ 電動パワーステアリング機構
６ ピニオン
７ ラック軸
８ 操向輪
１０ ピニオン角センサ
１１ 車速センサ
１２ VGRSコントローラ
１３ EPSコントローラ
２０ 可変舵角機構
２０ａ 舵角制御用モータ（VGRSモータ）
５３ パワーモータ
６０ 可変舵角機構
６１ 舵角制御用モータ（VGRSモータ）

Claims (3)

1. ステアリングホイールと接続された入力軸と、
   操向輪と接続され、転舵量を出力する出力軸と、
   前記入出力軸回転数比を変更可能な舵角制御用モータを有する可変舵角制御機構と、
   前記出力軸に設けられ、運転者の操舵力をアシストするパワーモータを有する電動パワーステアリング機構と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記入力軸の回転位置と前記出力軸の回転位置との中立ズレ量を検出する中立ズレ検出手段と、
   前記入力軸の回転位置を維持するように前記舵角制御用モータを制御する舵角制御用モータ制御手段と、
   前記中立ズレ検出手段により検出された中立ズレ量に基づいて、前記パワーモータに対し補正制御量を出力する第１中立ズレ補正制御手段と、
   前記入力軸の回転位置を検出する操舵角検出手段と、
   を設け、
   前記舵角制御用モータ制御手段は、前記操舵角検出手段により検出された操舵角の変化量が所定値以下となるように前記舵角制御用モータを制御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、
   前記舵角制御用モータ制御手段は、前記中立ズレ検出手段により検出された中立ズレ量に基づいて、前記舵角制御用モータを制御することを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または2に記載の車両用操舵装置において、
   運転者によりステアリングホイールが操作されているかどうかを検出する操作状態検出手段と、
   前記舵角制御用モータのみにより中立ズレ補正を行う第２中立ズレ補正制御手段と、
   前記中立ズレ検出手段により中立ズレが検出され、かつ、前記操舵状態検出手段により操作状態を検出したときは、前記第２中立ズレ補正制御手段による補正制御を実行し、それ以外のときは前記第１中立ズレ補正制御手段による補正制御を実行する切り換え手段と、
   を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。

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