JP5165902B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の操舵装置に関する。より具体的には、運転者が操舵操作を行うステアリングと、転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されていない所謂ステア・バイ・ワイヤ方式の操舵装置に関する。

従来より、ステアリングホイルに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、ステアリング装置に設けられたステアリングモータを操舵装置から電気的に制御する所謂ステア・バイ・ワイヤ方式（以下、ＳＢＷ方式）が提案されている。

このような機械的な連結が分離されたＳＢＷ方式では、例えば、電気的な接続が解除された場合に、操舵軸と転舵機構とを機械的に連結するためのバックアップシステムを設けたものが提案されている。このようなバックアップシステムとしては、例えば、操舵軸と転舵機構とを遊星歯車機構で連結すると共に、この遊星歯車機構内の太陽歯車（空転歯車）の回転をロックするロック機構を含んで構成されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このロック機構は、具体的には、ロック信号の入力に応じてシャフトを進退させるソレノイドと、このシャフトの進退に従動し太陽歯車をロックする爪部材とを備える。特許文献１に記載のステアリング装置によれば、電気的な接続が切断された場合や、あるいは、イグニッションがオフにされた場合には、ソレノイドにロック信号が入力され、これに応じてソレノイドは非励磁状態となり、シャフトは退避し、太陽歯車がロックされ、操舵軸と転舵機構が機械的に連結される。
特開２００５−２９０１６号公報

しかしながら、上述のようなステアリング装置では、ソレノイドを駆動するために制御部から出力されるロック信号は、ソレノイドを励磁状態にするか、或は、非励磁状態にするかの２値的なものであった。このため、シャフトの停止位置は、その可動範囲内の両端にのみ限られることとなる。したがって、ソレノイドを駆動する毎に、シャフトの先端部がストッパ等の他の機械部材に衝突し、打音が発生してしまい、これによりステアリング装置の商品性が低下してしまうおそれがあった。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、バックアップシステムを備えるＳＢＷ方式の車両用操舵装置において、操舵軸と転舵機構とを機械的に連結する際に駆動されるソレノイドのシャフト位置を連続的に制御できる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

（１） 運転者が操舵可能な操舵部材（例えば、後述のステアリングホイル２１）と、該操舵部材の操舵量に応じて転舵動力を発生させる転舵アクチュエータ（例えば、後述の転舵アクチュエータ３８）と、前記転舵動力により転舵輪（例えば、後述の転舵輪３５，３５）を転舵させる転舵機構（例えば、後述の転舵機構３０）と、を備え、前記操舵部材に連結された操舵軸（例えば、後述の操舵軸２２）と、前記転舵機構に転舵動力を伝達する入力軸（例えば、後述の入力軸３１）と、がクラッチ機構（例えば、後述の遊星歯車機構５０）を介して連結された車両用操舵装置（例えば、後述の車両用操舵装置１０）において、前記クラッチ機構は、その回転がロックされた状態では前記操舵軸と前記入力軸とを連結状態にすると共に、前記ロックが開放された状態では前記操舵軸と前記入力軸とを非連結状態にする空転部材（例えば、後述の太陽歯車７１、及びこの太陽歯車７１と一体に形成されたロック用歯車８１）と、該空転部材の回転をロックするロック機構（例えば、後述のロック機構８０）と、を備え、前記ロック機構は、略棒状のシャフト（例えば、後述のシャフト８３２）を進退可能な電磁アクチュエータ（例えば、後述の電磁アクチュエータ８３）と、前記シャフトの進退に従動し前記空転部材の回転をロックするロック部材（例えば、後述のロックレバー８２）と、前記シャフトの可動範囲内に設けられ該シャフトを衝止可能なストッパ（例えば、後述のシャフトストッパ８６）と、を含んで構成され、前記電磁アクチュエータの励磁電流をＰＷＭ制御する制御手段（例えば、後述の制御部６０，６０Ａ，６０Ｂ）を備えることを特徴とする車両用操舵装置（例えば、後述の第１〜第３実施形態の車両用操舵装置）。

（１）の発明によれば、略棒状のシャフトを進退させる電磁アクチュエータと、このシャフトの進退に従動しクラッチ機構の空転部材の回転をロックさせるロック部材と、シャフトの可動範囲内に設けられこのシャフトを衝止可能なストッパと、を備えるロック機構を設けた。これにより、電磁アクチュエータに励磁電流を通電してシャフトを作動させて、空転部材をロックさせたり、又はこのロックを解除させたりできる。

また、（１）の発明によれば、制御手段により、電磁アクチュエータの励磁電流をＰＷＭ制御することにより、ソレノイドの位置（変位量）を連続的に制御できる。すなわち、ソレノイドの変位量を連続的に制御することにより、例えば、空転部材をロックしたり又はこのロックを解除したりする毎に、シャフトがストッパに衝突し、打音が発生するのを防止することができる。つまり、車両用操舵装置の商品性が低下するのを防止できる。

（２） 前記シャフトの位置（例えば、後述のシャフト位置）を検出する位置検出手段（例えば、後述のシャフト位置検出部８８）と、前記電磁アクチュエータに通電する励磁電流を検出する電流検出手段（例えば、後述のソレノイド電流検出部８７）と、をさらに備え、前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された位置と、前記電流検出手段により検出された励磁電流とに基づいて、前記シャフトの位置を目標位置にしつつ前記電磁アクチュエータに通電する励磁電流が最適になるようにフィードバック制御するフィードバック制御部（例えば、後述のフィードバック制御部６１）をさらに備えることを特徴とする（１）に記載の車両用操舵装置（例えば、後述の第１実施形態の車両用操舵装置１０）。

上述のように、シャフトはストッパにより衝止される。このため、例えば、電磁アクチュエータに励磁電流を通電させて、シャフトでストッパを押圧している場合には、この電磁アクチュエータでは不必要な電力が消費されていると言える。

（２）の発明によれば、電磁アクチュエータは、フィードバック制御部により、目標位置にシャフトが位置しつつ電磁アクチュエータに通電する励磁電流が最適になるように、シャフトの位置及び電磁アクチュエータの励磁電流に基づいて２重フィードバック制御される。ここで、電磁アクチュエータに通電させる励磁電流を、例えば、シャフトを目標位置に位置させつつ、励磁電流が最小となるようにフィードバック制御することにより、上述のような、不必要な電力が消費されるのを防止できる。

また、（２）の発明によれば、位置検出手段により検出された位置と、電流検出手段により検出された励磁電流とに基づいて、電磁アクチュエータを２重フィードバック制御することにより、例えば、シャフトを目標位置に速やかに位置させることができる。すなわち、シャフトが目標位置においてオーバーシュートするのを防止することができる。

（３） 前記電磁アクチュエータに通電する励磁電流を検出する電流検出手段（例えば、後述のソレノイド電流検出部８７）をさらに備え、前記制御手段は、前記シャフトの目標位置に応じて、前記電磁アクチュエータに通電する励磁電流の目標電流を設定する目標電流設定部（例えば、後述の目標電流設定部６３Ａ）と、前記電流検出手段により検出された励磁電流と、前記目標電流設定部により設定された目標電流とが一致するようにフィードバック制御するフィードバック制御部（例えば、後述のフィードバック制御部６１Ａ）と、をさらに備えることを特徴とする（１）に記載の車両用操舵装置（例えば、後述の第２実施形態の車両用操舵装置）。

（３）の発明によれば、先ず、目標電流設定手段により、シャフトの目標位置に応じて、電磁アクチュエータに通電させる励磁電流の目標電流が設定される。電磁アクチュエータは、フィードバック制御部により、励磁電流が目標電流と一致するようにフィードバック制御される。ここで、例えば、目標電流を、シャフトの目標位置に対して最小の励磁電流となるようなものに設定することにより、シャフトの位置を検出する検出手段を設けることなく、上述の（２）の発明と同様の効果を奏することができる。

また、（３）の発明によれば、電流検出手段により検出された励磁電流に基づいて、電磁アクチュエータをフィードバック制御することにより、例えば、シャフトを目標位置に速やかに位置させることができる。すなわち、シャフトが目標位置においてオーバーシュートするのを防止できる。

（４） 前記制御手段は、前記電磁アクチュエータの駆動を開始して、前記空転部材のロックを解除させる際には、前記電磁アクチュエータの目標電流を大きく設定し、次いで前記シャフトの位置がロックを解除させる方向に移動するに従い前記目標電流を小さく設定すること特徴とする（１）に記載の車両用操舵装置（例えば、後述の第３実施形態の車両用操舵装置）。

ここで、ロック機構により、空転部材のロックを解除させる際には、例えば、空転部材に作用する回転トルクの状況によっては、これを解除させ難い場合がある。より具体的には、例えば、ロック部材が空転部材と係合してしまい、ロックを解除させ難い場合がある。

（４）の発明によれば、空転歯車のロックを解除させる際には、電磁アクチュエータの目標電流は、初めに大きく設定され、次いで、シャフトの位置がロックを解除させる方向に移動するに従い小さく設定される。つまり、ロックを解除させる際に、初めに大きな目標電流を設定することにより、シャフトを作動させる推力を大きなものにできる。このため、ロックを解除させる確実性を向上させることができる。また、さらに、シャフトの位置がロックを解除させる方向に移動するに従い、目標電流を小さく設定することにより、電力が不必要に消費されるのを防止できる。

本発明によれば、電磁アクチュエータの励磁電流をＰＷＭ制御することにより、ソレノイドの位置（変位量）を連続的に制御できる。これにより、例えば、空転部材をロックしたり又はこのロックを解除したりする毎に、シャフトがストッパに衝突し、打音が発生するのを防止することができる。つまり、車両用操舵装置の商品性が低下するのを防止できる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用操舵装置１０の構成を示す模式図である。
車両用操舵装置１０は、運転者が操舵可能な操舵部材としてのステアリングホイル２１から、一対の転舵輪３５，３５を転舵させる転舵機構３０を機械的に分離し、ステアリングホイル２１の操舵量に応じて転舵アクチュエータ３８から転舵動力を発生させ、この転舵動力を転舵機構３０へ伝えることにより、転舵機構３０で左右の転舵輪３５，３５を転舵させる、所謂ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置である。以下、この車両用操舵装置１０の構成について、具体的に説明する。

この車両用操舵装置１０は、運転者による操舵操作が入力される操舵機構２０と、この操舵機構２０の操舵操作に基づいて転舵輪３５，３５を転舵させる転舵機構３０と、操舵機構２０と転舵機構３０を連結するクラッチ機構としての遊星歯車機構５０と、これら操舵機構２０、転舵機構３０、及び、遊星歯車機構５０を制御する制御部６０と、で構成される。

操舵機構２０は、運転者が握るステアリングホイル２１と、このステアリングホイル２１に連結された操舵軸２２と、ステアリングホイル２１の操舵角を検出する舵角センサ２３と、操舵軸２２に作用した操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ３２と、を備える。操舵軸２２は、その一端側にステアリングホイル２１が連結され、他端側に後に図２を参照して詳述する遊星歯車機構５０が連結されている。

また、これらに加えて、操舵機構２０は、運転者によるステアリングホイル２１の操舵操作に対する操舵反力（反力トルク）を発生させる反力モータ２４と、操舵反力を操舵軸２２に伝達する反力伝達機構２６と、反力モータ２４の回転角を検出するモータ回転角センサ２５と、を備える。

反力伝達機構２６は、所謂ウォームギヤ機構であり、具体的には、反力モータ２４のモータ軸に設けられたウォーム２７と、操舵軸２２と同軸に設けられウォーム２７と噛合するウォームホイール２８と、を含んで構成される。つまり、この反力伝達機構２６は、倍力機構である。以上のように構成された反力モータ２４及び反力伝達機構２６により、ステアリングホイル２１の回転操舵操作に対する操作抵抗として、操舵反力を付与することができる。

転舵機構３０は、操舵軸２２の操舵力が入力される入力軸３１と、入力軸３１にラックアンドピニオン機構３３を介して連結されたラック軸３４と、入力軸３１に転舵動力を付与する転舵アクチュエータ３８と、入力軸３１の回転角を検出する入力軸回転角センサ４１と、ラック軸３４の位置を検出するラック軸位置センサ４２と、を含んで構成される。

入力軸３１は、その一端側にピニオン４３が設けられると共に、他端側は、第１自在軸継手５５、第１連結軸５４、第２自在軸継手５３、及び、第２連結軸５２を介して、遊星歯車機構５０に連結されている。これにより、操舵機構２０の操舵軸２２と転舵機構３０の入力軸３１とは、遊星歯車機構５０を介して連結される。また、ラック軸３４の両端部には、それぞれ、タイロッド３６，３６及びナックル３７，３７を介して転舵輪３５，３５が連結されている。

ラックアンドピニオン機構３３は、入力軸３１に形成したピニオン４３とラック軸３４に形成したラック４４とからなる。また、転舵アクチュエータ３８は、転舵輪３５，３５を転舵させるための転舵動力を発生する転舵動力モータ４５と、転舵動力を入力軸３１に伝達する転舵動力伝達機構４６とからなる。

転舵動力伝達機構４６は、所謂ウォームギヤ機構であり、具体的には、転舵動力モータ４５のモータ軸に設けられたウォーム４７と、入力軸３１と同軸に設けられウォーム４７と噛合するウォームホイール４８と、を含んで構成される。つまり、この転舵動力伝達機構４６は、倍力機構である。以上のように構成された転舵動力モータ４５及び転舵動力伝達機構４６により、入力軸に転舵動力を付与することができる。

次に、図２〜図５を参照して、遊星歯車機構５０について説明する。
なお、上述のように、第２連結軸５２は、入力軸３１（上述の図１参照）に連結したものである。したがって、第２連結軸５２のことを入力軸３１と置き換えて考えても実質的には差し支えない。このため、以下の説明においては、第２連結軸５２のことを入力軸３１と同義語として考える。

図２は、遊星歯車機構５０の構成を示す模式図である。
遊星歯車機構５０は、中心の空転部材としての太陽歯車７１に複数個、例えば、３個の遊星歯車７２・・・（ここで、「・・・」は複数を示す。以下同じ。）を噛合させ、これらの遊星歯車７２・・・に内歯車７３を噛合させ、複数の遊星歯車７２・・・をキャリア７４にそれぞれ回転可能に取り付けた構成である。

太陽歯車７１、内歯車７３及びキャリア７４は、操舵軸２２の中心上に配列されることとなる。操舵軸２２は、太陽歯車７１を相対回転可能に支持したものである。複数個の遊星歯車７２・・・は、太陽歯車７１に対して略等間隔で放射状に配列することになる。

さらにこの遊星歯車機構５０は、第２連結軸５２に内歯車７３を連結し、操舵軸２２にキャリア７４を連結し、太陽歯車７１を通常は回転可能な状態に維持する。また、遊星歯車機構５０は、太陽歯車７１の回転をロックするロック機構８０を、さらに備える。このロック機構８０の詳細な構成及び作用については、後に図３を参照して後述する。

この遊星歯車機構５０は、上述の反力伝達機構２６と共に、操舵ユニットケース９１に収納される。この操舵ユニットケース９１には、操舵軸２２を回転可能に支持する第１軸受９２と、第２連結軸５２を回転可能に支持する２つの第２軸受９３，９３と、内歯車７３を回転可能に支持する第３軸受９４と、が設けられている。これにより、遊星歯車機構５０は、操舵軸２２及び第２連結軸５２に連結された状態で操舵ユニットケース９１に収納される。

次に、以上のように構成された遊星歯車機構５０の作用について説明する。
先ず、運転者がステアリングホイル２１を操舵することにより、操舵軸２２を介してキャリア７４を回転させると、その回転力は、複数の遊星歯車７２・・・を介して、太陽歯車７１及び内歯車７３に伝達される。

一方、転舵輪３５，３５は、路面に接しているので、大きな路面反力を受けている。この路面反力は、転舵機構３０に伝達し、入力軸３１を介して内歯車７３にも伝達する。したがって、内歯車７３は、路面反力や転舵機構３０の機械的な抵抗（摩擦抵抗等）を受ける。

ここで、太陽歯車７１の回転がロックされていない状態では、太陽歯車７１の回転抵抗は内歯車７３の回転抵抗よりも小さい。このため、上述のようにステアリングホイル２１を操舵すると、回転抵抗の小さい太陽歯車７１だけが回転することとなる。したがって、操舵軸２２から、内歯車７３に連結された入力軸３１へ操舵力が伝わることは、ほとんどない。つまり、この遊星歯車機構５０において、太陽歯車７１のロックが開放された状態では、操舵軸２２と入力軸３１とは非連結状態となる。

一方、太陽歯車７１の回転がロックされた状態では、太陽歯車７１の回転抵抗は内歯車７３の回転抵抗よりも大きい。このため、上述のようにステアリングホイル２１を操舵すると、回転抵抗の小さい内歯車７３だけが回転することとなる。したがって、操舵軸２２から、内歯車７３に連結された入力軸３１へ操舵力が伝達することとなる。つまり、この遊星歯車機構５０において、太陽歯車７１がロックされた状態では、操舵軸２２と入力軸３１とは連結状態となる。

このように、本発明の車両用操舵装置１０では、通常状態においては、太陽歯車７１は空転可能であり、遊星歯車機構５０は開放状態となる。この通常状態において、ステアリングホイル２１を操舵すると、図１に示す制御部６０が転舵動力モータ４５を制御することで、転舵機構３０によって、車両の走行状態に応じた最適な操舵特性で転舵輪３５，３５を転舵することができる。また、遊星歯車機構５０は開放状態にあるので、ステアリングホイル２１の操作に応じて反力モータ２４で発生した最適な操舵反力を、ステアリングホイル２１に付加することができる。

その後、何らかの要因によって操舵機構２０と転舵機構３０との間での電気的な接続が解除されると、これを契機として、太陽歯車７１の回転がロック機構８０によりロックされ、遊星歯車機構５０は連結状態となる。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。この状態において、ステアリングホイル２１を操舵すると、この回転力は、遊星歯車機構５０を介して転舵機構３０へ機械的に伝達され、転舵輪３５，３５を転舵することができる。なお、この場合、反力モータ２４は操舵反力を発生しない。

図３は、ロック機構８０の構成を示す模式図である。
ロック機構８０は、太陽歯車７１と一体的に形成されたロック用歯車８１と、ロック用歯車８１の歯にロック可能にスイングするロック部材としてのロックレバー８２と、このロックレバー８２をロック用歯車８１に対してロック駆動する電磁アクチュエータ８３と、を含んで構成される。ロック用歯車８１は、操舵軸２２の中心軸上で相対回転可能な部材である。

電磁アクチュエータ８３は、所謂プッシュ型のＤＣソレノイドである。具体的には、電磁アクチュエータ８３は、略円筒状のソレノイド８３１と、このソレノイド８３１内に設けられた略棒状のシャフト８３２と、これらソレノイド８３１及びシャフト８３２を収容する収容ケース８３３と、を備える。

ソレノイド８３１は、励磁コイルであり、後述の制御部６０（図６参照）により励磁可能となっている。シャフト８３２は、ソレノイド８３１の内部に設けられ、ソレノイド８３１及び収容ケース８３３に対して進退可能となっている。このシャフト８３２の基端側には、圧縮ばね８３４が当接するストッパ８３２ａが形成されている。また、このシャフト８３２は、所謂可動鉄心として、ソレノイド８３１を励磁することにより、収容ケース８３３から突出させることができる。以上のようなシャフト８３２は、圧縮ばね８３４をストッパ８３２ａと収容ケース８３３の基端部とで圧縮した状態で、ソレノイド８３１と共に収容ケース８３３内に収容される。

図４は、ソレノイド８３１を励磁していない状態における電磁アクチュエータ８３を示す模式図であり、図５は、ソレノイド８３１を励磁した状態における電磁アクチュエータ８３を示す模式図である。

図４に示すように、ソレノイド８３１に通電させていない状態、すなわち、ソレノイド８３１を励磁していない状態では、シャフト８３２は、圧縮ばね８３４によりソレノイド８３１及び収容ケース８３３の内部側へ付勢されて、退避した状態となる。

一方、図５に示すように、ソレノイド８３１に通電させた状態、すなわち、ソレノイド８３１を励磁させた状態では、シャフト８３２は、圧縮ばね８３４の反力に抗して、収容ケース８３３から突出した状態となる。

図３に戻って、ロックレバー８２は、略棒状のスイングアームであり、その先端側にロック爪８２ａが形成されていると共に、その基端側は電磁アクチュエータ８３のシャフト８３２の先端部が当接可能に形成されたスイング作用部８２ｂとなっている。また、このロックレバー８２は、略中央にて回動軸８５により回動可能に支持されていると共に、図示しない付勢部材によりスイング作用部８２ｂがシャフト８３２の先端部に常時当接するように付勢されている。これにより、ロックレバー８２は、電磁アクチュエータ８３のシャフト８３２の進退に従動する。

また、シャフト８３２が延びる方向のうち、このシャフト８３２の可動範囲内には、ロックレバー８２と共にシャフト８３２を衝止可能なストッパとしてのシャフトストッパ８６が設けられている。このようなシャフトストッパ８６を設けることにより、ロックレバー８２の回動が規制される。

ここで、図３中、実線で示したものは、ソレノイド８３１を励磁していない状態におけるロックレバー８２及びシャフト８３２を示したものであり、想像線で示したものは、ソレノイド８３１を励磁した状態におけるロックレバー８２及びシャフト８３２を示したものである。

すなわち、図３に示すように、ソレノイド８３１を励磁していない状態では、シャフト８３２は退避しており、これに応じて、ロックレバー８２はそのロック爪８２ａをロック用歯車８１の歯に噛合させた状態となる。すなわち、ソレノイド８３１を励磁していない状態では、太陽歯車７１の回転はロックされる。

また、ソレノイド８３１を励磁した状態では、シャフト８３２はシャフトストッパ８６により衝止されるまで突出し、これに従動してロックレバー８２は回動し、そのロック爪８２ａがロック用歯車８１から離れた状態となる。すなわち、ソレノイド８３１を励磁していない状態では、太陽歯車７１は空転可能となる。

ここで、本発明の車両用操舵装置１０では、電磁アクチュエータ８３の励磁電流をＰＷＭ制御することにより、ソレノイド８３１に通電させる励磁電流を連続的に変化させて、シャフト８３２の突出量を自在に制御することが可能となっている。この、電磁アクチュエータ８３の制御については、後に図６を参照して詳述する。

また、ロック機構８０には、ソレノイド８３１に通電する励磁電流を検出する電流検出手段としてのソレノイド電流検出部８７と、シャフト８３２の先端位置を検出する位置検出手段としてのシャフト位置検出部８８とが、さらに設けられている（図２参照）。

次に、図１に戻って、以上のように構成された操舵機構２０、遊星歯車機構５０、及び、転舵機構３０を制御する制御部６０について説明する。

制御部６０は、舵角センサ２３、モータ回転角センサ２５、操舵トルクセンサ３２、入力軸回転角センサ４１、ラック軸位置センサ４２、入力軸回転角センサ４１、並びに、ロック機構８０に設けられたソレノイド電流検出部８７及びシャフト位置検出部８８から検出信号を受けると共に、車両の走行速度を検出する車速センサ６２、ヨー角速度（ヨー運動の角速度）を検出するヨーレートセンサ６９、車両の加速度を検出する加速度センサ６４、その他の各種センサ６５からそれぞれ検出信号を受けて、操舵機構２０、転舵機構３０、及び、遊星歯車機構５０に制御信号を出力する。以下、これら操舵機構２０、転舵機構３０、及び、遊星歯車機構５０を制御する手順について説明する。

制御部６０は、操舵機構２０を制御する際には、反力モータ２４を制御することによって、ステアリングホイル２１の操作に応じた操舵反力を自動的に設定し、操舵反力をステアリングホイル２１に付加する。より具体的には、制御部６０は、次のようにして操舵機構２０を制御する。

先ず、反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングホイル２１の操舵方向とは逆方向へ回転させた場合には、ステアリングホイル２１の操舵力を反力モータ２４の操舵反力によって打ち消す作用が働く。このため、ステアリングホイル２１を操舵するときに、操舵反力分だけ大きい操舵力が必要となる。

また、反力モータ２４によってウォームホイール２８を、ステアリングホイル２１の操舵方向と同方向へ回転させた場合には、ステアリングホイル２１の操舵力に反力モータ２４の操舵反力を加える作用が働く。このため、ステアリングホイル２１を操舵するときに、操舵反力分だけ小さい操舵力ですむ。

また、ステアリングホイル２１を任意の角度で停止状態に保持させる場合には、それまでのステアリングホイル２１の回転方向とは逆方向に、反力モータ２４の操舵反力を調整しながらウォームホイール２８を回転させることによって、保持力を発生させる。

また、その後にステアリングホイル２１を戻す場合には、ステアリングホイル２１の中立位置までステアリングホイル２１を自動的に戻す、所謂セルフアライニングトルクに相当する戻し力（操舵反力）が、反力モータ２４からウォームホイール２８に伝達する。

次に、制御部６０は、転舵機構３０を制御する際には、転舵動力モータ４５を制御することによって、ステアリングホイル２１の操舵角に対する転舵輪３５，３５の転舵角の角度比の特性、すなわち、操舵特性を自動的に設定する。つまり、上述のようにステアリングホイル２１から転舵機構３０を機械的に分離したので、ステアリングホイル２１の操舵角と転舵アクチュエータ３８の動作量との対応関係を機械的な制約を受けることなく設定することができる。この結果、操舵特性を車速、車両の旋回状況や加減速の有無等、車両の走行状態に応じて柔軟に設定することができる。したがって、車両用操舵装置１０の設計の自由度を高めることができる。

図６は、制御部６０の構成を示すブロック図であり、制御部６０のうち、ロック機構８０の電磁アクチュエータ８３の制御に関する制御ブロックのみを示している。より具体的には、図６は、制御部６０のうち、電磁アクチュエータ８３を駆動するためのソレノイド駆動信号の出力に関わるブロックのみを示している。

図６に示すように、制御部６０は、電磁アクチュエータ８３のシャフト位置及び励磁電流を多重フィードバック制御するフィードバック制御部６１と、電磁アクチュエータ８３を駆動するためのソレノイド駆動信号をＰＷＭ（パルス幅変調）信号として出力するＰＷＭ信号出力部６６と、を備える。

フィードバック制御部６１は、シャフト位置検出部８８により検出されたシャフト位置と、ソレノイド電流検出部８７により検出された励磁電流とに基づいて、シャフト８３２の位置を目標位置にしつつ、ソレノイド８３１に通電する励磁電流が最適になるようにソレノイド８３１を２重フィードバック制御する。

具体的には、フィードバック制御部６１は、減算器６１１と、シャフト位置用ＰＩＤ演算部６１２と、減算器６１３と、ソレノイド電流用ＰＩＤ演算部６１４と、を含んで構成される。

減算器６１１は、入力された目標シャフト位置から、シャフト位置検出部８８で検出されたシャフト位置を減算し、その差分をシャフト位置用ＰＩＤ演算部６１２へ出力する。シャフト位置用ＰＩＤ演算部６１２は、入力された差分に基づいて、目標シャフト位置と実際のシャフト位置とが速やかに一致するように、ソレノイド８３１に通電させる励磁電流の目標電流を決定する。

ここで、シャフト位置用ＰＩＤ演算部６１２は、シャフト位置が目標シャフト位置に一致し、かつ、ソレノイド８３１にて消費される電力が最小になるように目標電流を決定する。つまり、図３を参照して説明したように、シャフト８３２を突出させるためには、圧縮ばね８３４の反力に抗して、ソレノイド８３１を励磁する必要がある。また、シャフト８３２は、上述のようにシャフトストッパ８６により衝止されるため、例えば、シャフト８３２がシャフトストッパ８６を押圧している場合などは、不必要な電力が消費されていると言える。

このシャフト位置用ＰＩＤ演算部６１２では、シャフト８３２を目標シャフト位置に保持しつつ、これを保持するのに最低限必要な励磁電流を目標電流として決定することにより、電磁アクチュエータ８３で消費される電力が必要最小限のものとなるようにする。

減算器６１３は、シャフト位置用ＰＩＤ演算部６１２から入力された目標電流から、ソレノイド電流検出部８７で検出された電流を減算し、その差分をソレノイド電流用ＰＩＤ演算部６１４へ出力する。ソレノイド電流用ＰＩＤ演算部６１４は、入力された差分に基づいて、目標電流とソレノイド８３１の励磁電流とが速やかに一致するように、ソレノイド駆動信号のデューティー比を決定する。ＰＷＭ信号出力部６６は、フィードバック制御部６１で決定されたデューティー比に基づいて、ソレノイド駆動信号（ＰＷＭ駆動信号）をソレノイド８３１へ出力する。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
図７は、本発明の第２実施形態に係る車両用操舵装置の制御部６０Ａの構成を示すブロック図である。より具体的には、図７は、制御部６０Ａのうち、電磁アクチュエータ８３を駆動するためのソレノイド駆動信号の出力に関わるブロックのみを示している。

第２実施形態の車両用操舵装置は、第１実施形態の車両用操舵装置と、電磁アクチュエータ８３のシャフト８３２の位置を検出するシャフト位置センサを設けていない点が異なる。

制御部６０Ａは、目標電流を設定する目標電流設定部６３Ａと、ソレノイド８３１の励磁電流をフィードバック制御するフィードバック制御部６１Ａと、ＰＷＭ信号出力部６６と、を含んで構成される。

目標電流設定部６３Ａは、入力された目標シャフト位置に応じて、ソレノイド８３１に通電する励磁電流の目標電流を設定する。ここで、目標電流を設定する際には、シャフト８３２の停止位置と、この停止位置に保持するために必要な励磁電流と、が予め対応付けられた制御マップが参照される。このような制御マップに基づいて、目標電流を設定することにより、シャフト８３２を目標シャフト位置に保持するために必要な最小の励磁電流を、目標電流として設定することができる。

フィードバック制御部６１Ａは、ソレノイド電流検出部８７により検出された励磁電流と、目標電流設定部６３Ａにより設定された目標電流とが一致するようにソレノイド８３１をフィードバック制御する。具体的には、このフィードバック制御部６１Ａは、減算器６１３Ａと、ソレノイド電流用ＰＩＤ演算部６１４Ａと、を含んで構成される。

減算器６１３Ａは、目標電流設定部６３Ａにより設定された目標電流から、ソレノイド電流検出部８７により検出された励磁電流を減算し、その差分をソレノイド電流用ＰＩＤ演算部６１４Ａへ出力する。ソレノイド電流用ＰＩＤ演算部６１４Ａは、入力された差分に基づいて、目標電流とソレノイド８３１の励磁電流とが速やかに一致するように、ソレノイド駆動信号のデューティー比を決定する。ＰＷＭ信号出力部６６は、フィードバック制御部６１で決定されたデューティー比に基づいて、ソレノイド駆動信号（ＰＷＭ駆動信号）をソレノイド８３１へ出力する。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の第３実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
図８は、本発明の第３実施形態に係る車両用操舵装置の制御部６０Ｂの構成を示すブロック図である、より具体的には、図８は、制御部６０Ｂのうち、電磁アクチュエータ８３を駆動するためのソレノイド駆動信号の出力に関わるブロックのみを示している。第３実施形態の車両用操舵装置は、第１実施形態の車両用操舵装置と、制御部６０Ｂの構成が異なる。

制御部６０Ｂは、目標電流を設定する目標電流設定部６３Ｂと、ＰＷＭ信号出力部６６と、を含んで構成される。目標電流設定部６３Ｂは、シャフト位置検出部８８により検出されたシャフト位置に応じて、ソレノイド８３１に通電させる励磁電流の目標電流を設定する。ここで、目標電流を設定する際には、検出されたシャフト位置と設定する目標電流とを関連付ける制御マップ（図９及び図１０参照）が用いられ、これにより、シャフト位置に応じた最適な目標電流を設定する。

ＰＷＭ信号出力部６６は、目標電流設定部６３Ｂにより設定された目標電流に基づいて、ソレノイド駆動信号（ＰＷＭ駆動信号）のデューティー比を決定し、このソレノイド駆動信号をソレノイド８３１へ出力する。

＜第１実施例＞
次に、上述の第３実施形態の車両用操舵装置の第１実施例について、図９を参照して説明する。
図９は、目標電流を設定するための制御マップを示す図であり、シャフト位置と目標電流との関係を示すグラフである。具体的には、図９は、電磁アクチュエータ８３の駆動の開始時、すなわち、ソレノイド８３１を励磁してロック用歯車８１のロックを解除させる際に、目標電流設定部６３Ｂにおいて、目標電流を設定する際に用いられる制御マップである。

ここで、図９中、Ｘ_１は、ソレノイド８３１を励磁していない状態におけるシャフト位置を示し、Ｘ_２は、ロックが確実に解除される閾値を示す。ここで、閾値は、実際にロックが解除される位置よりも、大きな値に設定する。すなわち、シャフト位置がＸ_２よりも大きな値である場合には、ロックは確実に解除されることとなる。Ｘ_３は、ロックを解除する際にシャフトを保持する位置を示す。

図９に示すように、ロックを解除させるべく、ソレノイド８３１を励磁してシャフト位置をＸ_１からＸ_３へ変化させる際には、目標電流は、初めに最大電流値に設定され、次いで、シャフト位置がロックを解除させる方向へ移動するに従い、次第に小さく設定される。

より具体的には、図９に示す制御マップによれば、シャフト位置がＸ_１〜Ｘ_２の間では、目標電流は、ソレノイド８３１に通電させることができる最大電流値に設定される。次いで、Ｘ_２〜Ｘ_３の間では、目標電流は、シャフト位置が大きくなるに従い、目標電流が保持位置必要電流に近づくように、次第に小さく設定されることとなる。ここで、保持位置必要電流とは、シャフト８３２をＸ_３に保持する際に必要な励磁電流を示す。

＜第２実施例＞
次に、上述の第３実施形態の車両用操舵装置の第２実施例について、図１０を参照して説明する。
図１０は、目標電流を設定するための制御マップを示す図であり、シャフト位置と目標電流との関係を示すグラフである。具体的には、図１０は、電磁アクチュエータ８３の駆動の開始時、すなわち、ソレノイド８３１を励磁してロック用歯車８１のロックを解除させる際に、目標電流設定部６３Ｂにおいて、目標電流を決定する際に用いられる制御マップである。

図１０に示すように、第２実施例の制御マップは、第１実施例の制御マップと同様に、シャフト位置をＸ_１からＸ_２へ変化させる際には、目標電流は、初めに最大電流値に設定され、次いで、シャフト位置がロックを解除させる方向へ移動するに従い、次第に小さく設定される。

より具体的には、図１０に示す制御マップによれば、シャフト位置がＸ_１〜Ｘ_２の間では、目標電流は、ソレノイド８３１に通電させることができる最大電流値に設定される。次いで、Ｘ_２〜Ｘ_３の間では、目標電流は保持位置必要電流に設定される。

ここで、第１実施例では、シャフト位置の変化に対して、目標電流を連続的に変化させるため、シャフト位置検出部８８としては、シャフト位置（変位量）を連続的に検出できるものを用いなければならない。これに対して、第２実施例では、シャフト位置の変化に対して、閾値Ｘ_２を境に目標電流を持ち替える。

これにより、第２実施例の車両用操舵装置では、シャフト位置検出部８８としては、シャフト位置を連続的に検出できるものを用いる必要はなく、閾値Ｘ_２のみを検出できるもの用いることができる。したがって、車両用操舵装置を低コストで製造できる。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の第１実施形態に係る車両用操舵装置の構成を示す模式図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置の遊星歯車機構の構成を示す模式図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置のロック機構の構成を示す模式図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置のソレノイドを励磁していない状態における電磁アクチュエータを示す模式図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置のソレノイドを励磁した状態における電磁アクチュエータを示す模式図である。 前記実施形態に係る車両操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る車両操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る車両操舵装置の制御部の構成を示すブロック図である。 前記実施形態の第１実施例を示す図であり、目標電流を決定するための制御マップを示す図である。 前記実施形態の第２実施例を示す図であり、目標電流を決定するための制御マップを示す図である。

符号の説明

１０…車両用操舵装置（車両用操舵装置）、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイル（操舵部材）、２２…操舵軸（操舵軸）、３０…転舵機構（転舵機構）、３１…入力軸（入力軸）、３５，３５…転舵輪（転舵輪）、３８…転舵アクチュエータ（転舵アクチュエータ）、５０…遊星歯車機構（クラッチ機構）、７１…太陽歯車（空転部材）、８０…ロック機構（ロック機構）、８１…ロック用歯車（空転部材）、８２…ロックレバー（ロック部材）、８３…電磁アクチュエータ（電磁アクチュエータ）、８３１…ソレノイド、８３２…シャフト（シャフト）、８６…シャフトストッパ（ストッパ）、８７…ソレノイド電流検出部（電流検出手段）、８８…シャフト位置検出部（位置検出手段）、６０，６０Ａ，６０Ｂ…制御部（制御手段）、６１，６１Ａ…フィードバック制御部６１（フィードバック制御部）、６３Ａ，６３Ｂ…目標電流設定部、６６…ＰＷＭ信号出力部

Claims (3)

1. 運転者が操舵可能な操舵部材と、該操舵部材の操舵量に応じて転舵動力を発生させる転舵アクチュエータと、前記転舵動力により転舵輪を転舵させる転舵機構と、を備え、
   前記操舵部材に連結された操舵軸と、前記転舵機構に転舵動力を伝達する入力軸と、がクラッチ機構を介して連結された車両用操舵装置において、
   前記クラッチ機構は、その回転がロックされた状態では前記操舵軸と前記入力軸とを連結状態にすると共に、前記ロックが開放された状態では前記操舵軸と前記入力軸とを非連結状態にする空転部材と、該空転部材の回転をロックするロック機構と、を備え、
   前記ロック機構は、略棒状のシャフトを進退可能な電磁アクチュエータと、前記シャフトの進退に従動し前記空転部材の回転をロックするロック部材と、前記シャフトの可動範囲内に設けられ該シャフトを衝止可能なストッパと、を含んで構成され、
   前記シャフトの位置を検出する位置検出手段と、前記電磁アクチュエータの励磁電流をＰＷＭ制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記電磁アクチュエータの駆動を開始して、前記空転部材のロックを解除させる際には、前記電磁アクチュエータの目標電流を第１目標電流とし、前記空転部材のロックの解除が完了した後は、前記電磁アクチュエータの目標電流を前記第１目標電流よりも小さい第２目標電流とし、
   前記制御手段は、前記空転部材のロックを解除させる際には、前記位置検出手段により検出されたシャフトの位置が閾値を超えたことに応じて前記空転部材のロックの解除が完了したと判定することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記制御手段は、前記電磁アクチュエータの駆動を開始して、前記空転部材のロックを解除させる際には、前記電磁アクチュエータの目標電流を前記第１目標電流とし、前記空転部材のロックの解除が完了した後、前記シャフトの位置がロックを解除させる方向に移動するに従い前記目標電流を小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記電磁アクチュエータを励磁していない状態では、前記シャフトはばねの弾性力により退避し前記空転部材はロックされ、前記電磁アクチュエータを励磁した状態では、前記シャフトはばねの反力に抗して前進し前記空転部材のロックが解除されることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。

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