JP6446832B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

従来、ステアリング装置としては、特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１に記載のステアリング装置では、ステアリングシャフトがステアリングホイール側の第１シャフトと転舵輪側の第２シャフトとに分割されている。第１シャフトと第２シャフトとの間には、それらの伝達比（ギア比）を可変とするギア比可変機構が設けられている。なお、ギア比とは、第１シャフトの回転角に対する第２シャフトの回転角の比率を示す。ギア比可変機構では運転状態に応じてギア比を変化させる。これにより、ステアリングホイールの操作量に対する転舵輪の転舵角の変化量が車両の運転状態に応じて変化するため、良好な操舵感を得ることが可能となる。

特許第３５３９４６８号公報

ところで、運転者は、一般的に、ステアリングホイールの操作角度（操舵角）に対してどの程度の操舵反力が生じるかを感覚的に認知している。しかしながら、ギア比可変機構の駆動により、実際の操舵角に対して転舵輪の転舵角がより大きく変化したり、あるいは転舵角がより小さく変化すると、運転者が実際の操舵角に対して期待している操舵反力と異なる操舵反力が生じる。これが運転者に違和感を与える要因となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ギア比可変機構の駆動に伴う運転者の違和感を低減することのできるステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するステアリング装置は、互いに分離された第１シャフト及び第２シャフトを有し、車両のステアリングホイールの回転を前記第１シャフト及び前記第２シャフトを介して車両の転舵軸に伝達する操舵機構と、前記第１シャフトに対する前記第２シャフトの相対的な回転角である動作角を変化させるギア比可変機構と、前記操舵機構にアシスト力を付与するモータ、及び同モータの出力トルクの目標値に対応するアシスト指令値に基づき前記モータの駆動を制御する制御部を有するアシスト機構を備える。前記制御部は、操舵トルク及び車速に基づいて第１アシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、あらかじめ設定された前記第２シャフトの回転角の目標値に対応する角度指令値とステアリング操作に伴い前記ステアリングホイールに付与される操舵トルクとの関係を使用して、前記操舵トルクに基づき前記角度指令値を演算する角度指令値演算部と、前記ステアリング操作に依存せずに前記第２シャフトの動作角を変化させるアクティブ操舵制御を実行すべく、前記第２シャフトの動作角の目標値に対応するアクティブ動作角指令値を演算する動作角指令値演算部と、前記角度指令値に前記アクティブ動作角指令値を加算することにより前記角度指令値を補正する加算器と、前記加算器による補正後の角度指令値に前記第２シャフトの実際の回転角を追従させる角度フィードバック制御の実行により第２アシスト成分を演算する角度フィードバック制御部と、前記第１アシスト成分及び前記第２アシスト成分を加算することにより前記アシスト指令値を演算するアシスト指令値演算部と、を備える。

上記のような角度フィードバック制御を通じて得られるアシスト成分をアシスト指令値に含めた場合、アシスト機構の制御部がアシスト指令値に基づきモータの駆動を制御すると、第２シャフトの実際の回転角が角度指令値に追従するようにモータのアシスト力が調整される。したがって、第２シャフトの実際の回転角を角度指令値に追従させることができる。そして、上記構成によれば、ギア比可変機構の駆動を通じて第２シャフトの動作角が変化した際に、その第２シャフトの動作角の変化に応じて角度指令値が補正される。そのため、第２シャフトの回転角が動作角に対応した角度だけ変化するようにモータのアシスト力が調整される。このアシスト力により、ギア比可変機構の駆動により生じる操舵反力の変化が打ち消されるため、運転者の違和感を低減することができる。
ギア比可変機構の駆動に伴う運転者の違和感は、運転者がステアリングホイールを保舵している状態でギア比可変機構がアクティブ操舵制御を実行した場合により顕著となる。すなわち、運転者がステアリングホイールを保舵しているとき、本来であれば操舵反力には変化がほとんど生じない。このような状況でギア比可変機構がアクティブ操舵制御を実行することにより操舵反力が生じると、その変化を運転者が敏感に感じ取ってしまい、違和感がより顕著となる。
この点、アクティブ動作角指令値に基づき前記角度指令値を補正する構成を採用した場合、ギア比可変機構がアクティブ操舵制御を実行する際に、アクティブ動作角指令値の変化に応じて角度指令値が変化する。したがって、第２シャフトの回転角がアクティブ動作角指令値に対応した角度だけ変化するようにモータのアシスト力が調整される。このアシスト力により、アクティブ操舵制御の実行時にギア比可変機構の駆動により生じる操舵反力を打ち消すことができるため、運転者の違和感を低減することができる。

上記ステアリング装置について、前記ギア比可変機構は、ＶＧＲモータ及び減速機構を有し、前記減速機構を通じてステアリング操作に伴う前記第１シャフトの回転に前記ＶＧＲモータの回転を上乗せするものであることを前提としたうえで、前記減速機構の減速比に基づき前記ＶＧＲモータの回転角から前記第２シャフトの実際の動作角である実動作角を演算する動作角検出部を更に備え、前記加算器は、前記アクティブ動作角指令値に代えて、前記動作角検出部により演算される前記実動作角を用いて前記角度指令値を補正することが好ましい。

また、上記ステアリング装置について、前記ギア比可変機構は、ＶＧＲモータ及び減速機構を有し、前記減速機構を通じてステアリング操作に伴う前記第１シャフトの回転に前記ＶＧＲモータの回転を上乗せするものであって、前記減速機構の減速比に基づき前記ＶＧＲモータの回転角から演算される前記第２シャフトの実際の動作角である実動作角を動作角指令値に追従させるフィードバック制御の実行により、前記第２シャフトの動作角を変化させるものであり、前記加算器は、前記アクティブ動作角指令値に代えて、前記動作角指令値を用いて前記角度指令値を補正することが好ましい。

これらの構成によれば、第２シャフトの動作角に基づく角度指令値の補正を容易に行うことができる。

上記ステアリング装置について、前記アクティブ動作角指令値に対する前記ギア比可変機構の応答性と、前記アクティブ動作角指令値に対する前記アシスト機構の応答性とを一致させるための応答性調整部を更に備えることが好ましい。

この構成によれば、ギア比可変機構が第２シャフトの動作角を変化させる際に、第２シャフトの動作角の変化に応じた適切なアシスト力をアシスト機構から操舵機構に付与することができる。これにより、ギア比可変機構の駆動により生じる操舵反力をより的確に打ち消すことができるため、運転者の違和感をより効果的に低減することができる。

本発明によればギア比可変機構の駆動に伴う運転者の違和感を低減することができる。

ステアリング装置の第１実施形態についてその概略構成を示すブロック図。 第１実施形態のステアリング装置についてそのＶＧＲ制御装置及びブレーキ制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 第１実施形態のステアリング装置についてそのＥＰＳ制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 ステアリング装置の第２実施形態についてその概略構成を示すブロック図。 ステアリング装置の変形例についてその概略構成を示すブロック図。 ステアリング装置の変形例についてその概略構成を示すブロック図。 ステアリング装置の変形例についてその概略構成を示すブロック図。 ステアリング装置の変形例についてそのＶＧＲ制御装置及びブレーキ制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 ステアリング装置の変形例についてそのＶＧＲ制御装置及びブレーキ制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 ステアリング装置の変形例についてそのＥＰＳ制御装置の電気的な構成を示すブロック図。

＜第１実施形態＞
以下、ステアリング装置の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、ステアリング装置１は、運転者のステアリングホイール２０の操作に基づき転舵輪４ａ，４ｂを転舵させる操舵機構２と、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３とを備えている。

操舵機構２は、ステアリングホイール２０の回転軸となるステアリングシャフト２１を備えている。ステアリングシャフト２１は、ステアリングホイール２０に連結される第１シャフト２１ａと、第１シャフト２１ａにギア比可変（VGR：Variable Gear Ratio)機構５を介して連結される第２シャフト２１ｂとに分割されている。第２シャフト２１ｂにおいてギア比可変機構５に連結された端部と反対側の端部は、ラックアンドピニオン機構２２を介してラックシャフト２３に連結されている。本実施形態では、ラックシャフト２３が転舵軸に相当する。操舵機構２では、運転者のステアリングホイール２０の操作（ステアリング操作）に伴い第１シャフト２１ａが回転すると、その回転運動がギア比可変機構５を介して第２シャフト２１ｂに伝達され、第２シャフト２１ｂが回転する。第２シャフト２１ｂの回転運動はラックアンドピニオン機構２２を介してラックシャフト２３の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト２３の往復直線運動により、その両端に連結された左右の転舵輪４ａ，４ｂの転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

ギア比可変機構５は、第１シャフト２１ａに一体回転可能に連結されたハウジング５０、並びにハウジング５０の内部に収容されるＶＧＲモータ５１及び減速機構５２を備えている。ＶＧＲモータ５１はブラシレスモータあるいはブラシ付きモータからなる。減速機構５２は、作動回転可能な３つの回転要素からなる機構、例えば遊星歯車機構や波動歯車装置（ストレイン・ウェーブ・ギヤリング）等により構成される。減速機構５２を構成する３つの回転要素は、ハウジング５０、ＶＧＲモータ５１の出力軸５１ａ、及び第２シャフト２１ｂにそれぞれ連結されている。すなわち、減速機構５２では、ハウジング５０の回転速度とＶＧＲモータ５１の回転速度とにより第２シャフト２１ｂの回転速度が一義的に定まる。ギア比可変機構５では、減速機構５２を通じて、ステアリング操作に伴う第１シャフト２１ａの回転にＶＧＲモータ５１の出力軸５１ａの回転を上乗せして第２シャフト２１ｂに伝達することにより、第１シャフト２１ａに対する第２シャフト２１ｂの相対的な回転角を変化させる。すなわち、第１シャフト２１ａの回転角に対する第２シャフト２１ｂの回転角の比であるギア比を変化させる。なお、ここでの「上乗せ」には、加算及び減算の双方を含む。また、以下では、第１シャフト２１ａに対する第２シャフト２１ｂの相対的な回転角を「第２シャフト２１ｂの動作角」と称する。

アシスト機構３は、減速機構３０を介して第２シャフト２１ｂに連結されたＥＰＳ（El ectric Power Steering）モータ３１を備えている。ＥＰＳモータ３１はブラシレスモータからなる。アシスト機構３では、ＥＰＳモータ３１の出力軸３１ａの回転を減速機構３０を介して第２シャフト２１ｂに伝達することでステアリングシャフト２１にトルクを付与し、運転者のステアリング操作を補助する。

ステアリング装置１は、ＶＧＲモータ５１の駆動を制御するＶＧＲ制御装置５４と、ＥＰＳモータ３１の駆動を制御するＥＰＳ制御装置３３とを備えている。ＶＧＲ制御装置５４及びＥＰＳ制御装置３３は、ＣＡＮ（Controller Area Netwok）等の車内ネットワーク１１を介して各種情報を授受することが可能となっている。また、ＶＧＲ制御装置５４及びＥＰＳ制御装置３３は、車内ネットワーク１１を介してブレーキ制御装置１２とも各種情報を授受することが可能となっている。ブレーキ制御装置１２は、車両のブレーキ系に係る制御を統括的に司る部分である。

ステアリング装置１には、各種状態量を検出するセンサが設けられている。例えば第１シャフト２１ａには、その回転角、すなわちステアリングホイール２０の操舵角θｓを検出する操舵角センサ６が設けられている。第２シャフト２１ｂには、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト２１に付与される操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ７が設けられている。ギア比可変機構５には、ＶＧＲモータ５１の出力軸５１ａの回転角θｍｖを検出するＶＧＲ回転角センサ５３が設けられている。アシスト機構３には、ＥＰＳモータ３１の出力軸３１ａの回転角θｍｅを検出するＥＰＳ回転角センサ３２が設けられている。車両には、左右の転舵輪４ａ，４ｂの回転速度Ｖｔｒ，Ｖｔｌをそれぞれ検出する車輪速センサ８ａ，８ｂ、及び車両の走行速度Ｖを検出する車速センサ９が設けられている。また、車両には、ブレーキペダルが踏み込み操作されたときにその旨を示すブレーキ信号Ｓｂｋを出力するブレーキスイッチ１０が設けられている。これらのうち、操舵角センサ６、車輪速センサ８ａ，８ｂ、及び車速センサ９は車内ネットワーク１１に接続されている。したがって、ＶＧＲ制御装置５４、ＥＰＳ制御装置３３、及びブレーキ制御装置１２は車内ネットワーク１１を介して操舵角センサ６、車輪速センサ８ａ，８ｂ、及び車速センサ９のそれぞれの出力を取り込むことが可能となっている。ＶＧＲ回転角センサ５３の出力はＶＧＲ制御装置５４に直接取り込まれる。トルクセンサ７及びＥＰＳ回転角センサ３２の出力はＥＰＳ制御装置３３に直接取り込まれる。ブレーキスイッチ１０の出力はブレーキ制御装置１２に直接取り込まれる。

次に、ＶＧＲ制御装置５４及びブレーキ制御装置１２の電気的な構成及び動作について説明する。
図２に示すように、ＶＧＲ制御装置５４は、ＶＧＲモータ５１を駆動させるための駆動回路５５と、駆動回路５５を介してＶＧＲモータ５１の駆動を制御するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する）５６とを備えている。駆動回路５５は、車載バッテリなどの電源（電源電圧「＋Ｖｃｃ」）から供給される直流電力を三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の交流電力に変換する周知のインバータ回路からなる。駆動回路５５は、マイコン５６からの制御信号Ｓｃｖに基づいて三相の交流電力を生成し、生成した三相の交流電力を各相に対応した給電線Ｗｖを介してＶＧＲモータ５１に供給する。なお、図２では便宜上、各相の給電線Ｗｖを一つにまとめて図示している。マイコン５６は、操舵角センサ６により検出される操舵角θｓ、車速センサ９により検出される車速Ｖ、及びＶＧＲ回転角センサ５３により検出されるＶＧＲモータ回転角θｍｖに基づいて制御信号Ｓｃｖを生成する。

詳しくは、マイコン５６は、ＶＧＲ動作角指令値演算部５７、加算器５８、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部５９、制御信号生成部６０、及び動作角演算部６１を有している。ＶＧＲ動作角指令値演算部５７は、操舵角θｓ及び車速Ｖに基づいてＶＧＲ動作角指令値θａ１＊を演算する。ＶＧＲ動作角指令値θａ１＊は、第２シャフト２１ｂの動作角の目標値成分に対応する。ＶＧＲ動作角指令値演算部５７は、演算したＶＧＲ動作角指令値θａ１＊を加算器５８に出力する。加算器５８は、ＶＧＲ動作角指令値演算部５７から出力されるＶＧＲ動作角指令値θａ１＊と、ブレーキ制御装置１２から出力されるアクティブ動作角指令値θａ２＊とを加算することにより動作角指令値θａ＊を演算し、演算した動作角指令値θａ＊をフィードバック制御部５９に出力する。

動作角演算部６１は、ギア比可変機構５の減速機構５２を構成する各回転要素相互間のギア比に応じて定まる減速比に基づいてＶＧＲモータ回転角θｍｖから第２シャフト２１ｂの実際の動作角である実動作角θａを演算し、演算した実動作角θａをフィードバック制御部５９に出力する。

フィードバック制御部５９は、実動作角θａを動作角指令値θａ＊に追従させるべく、それらの偏差に基づくフィードバック制御を実行することにより電流指令値Ｉｖ＊を演算する。電流指令値Ｉｖ＊はＶＧＲモータ５１の供給電流の目標値に対応する。フィードバック制御部５９は、演算した電流指令値Ｉｖ＊を制御信号生成部６０に出力する。制御信号生成部６０は、電流指令値Ｉｖ＊に基づいて制御信号Ｓｃｖを生成する。マイコン５６は、このようにして演算される制御信号Ｓｃｖを駆動回路５５に出力する。これにより、電流指令値Ｉｖ＊に応じた三相の交流電力が駆動回路５５から給電線Ｗｖを介してＶＧＲモータ５１に供給され、ＶＧＲモータ５１が駆動する。このように操舵角θｓ及び車速Ｖに基づき設定されるＶＧＲ動作角指令値θａ１＊をもとにＶＧＲモータ５１の駆動制御が行われることにより、運転者のステアリング操作に応じて第１シャフト２１ａ及び第２シャフト２１ｂのギア比が変更されるギア比可変制御が実行される。

また、マイコン５６は、ギア比可変制御とは別に、ステアリング操作に依存せずに第２シャフト２１ｂの動作角を変化させるアクティブ操舵制御を実行する。次に、アクティブ操舵制御について説明する。

例えば車両がスプリットμ路上を走行しているとき、すなわち車両の左右の転舵輪４ａ，４ｂが路面抵抗の著しく異なる路面上を走行しているときに運転者がブレーキ操作をした場合、転舵輪４ａ，４ｂのうち、低μ路に接している一方の転舵輪の回転速度の方が、高μ路に接している他方の転舵輪の回転速度よりも速くなる。そのため、運転者がステアリング操作を行っていないにも関わらず、車両が、高μ路に接している転舵輪側に旋回する。このような意図しない車両の旋回は運転者に違和感を与えることになる。そこで、本実施形態のギア比可変機構５は、車両がスプリットμ路上を走行しているときに運転者によるブレーキ操作が行われたとき、ＶＧＲモータ５１を駆動させて第２シャフト２１ｂの動作角を変化させることにより、車両の旋回方向と逆方向に転舵輪４ａ，４ｂの転舵角を変化させる。すなわち、カウンターステアを自動的に実行することにより、運転者の意図しない車両の旋回を抑制する。なお、スプリットμ路上でブレーキ操作が行われたか否かの判断、及び第２シャフト２１ｂの動作角の設定はブレーキ制御装置１２にて行う。

具体的には、図２に示すように、ブレーキ制御装置１２には、ブレーキスイッチ１０から出力されるブレーキ信号Ｓｂｋ、車輪速センサ８ａ，８ｂにより検出される転舵輪４ａ，４ｂのそれぞれの回転速度Ｖｔｒ，Ｖｔｌが取り込まれる。ブレーキ制御装置１２はブレーキ信号Ｓｂｋに基づいて運転者のブレーキ操作を検出した場合には、転舵輪４ａ，４ｂのそれぞれの回転速度Ｖｔｒ，Ｖｔｌの差分値を演算する。そして、ブレーキ制御装置１２は、回転速度Ｖｔｒ，Ｖｔｌの差分値の絶対値が所定の閾値以上である場合、運転者の意図しない車両の旋回が行われる可能性があると判定する。このとき、ブレーキ制御装置１２は、車両の旋回方向と逆方向に転舵輪４ａ，４ｂを転舵させるための制御量としてアクティブ動作角指令値θａ２＊を演算する。アクティブ動作角指令値θａ２＊は、第２シャフト２１ｂの動作角の目標値成分に対応する。詳しくは、例えば右側転舵輪４ａの回転速度Ｖｔｒの方が左側転舵輪４ｂの回転速度Ｖｔｌよりも速い場合、車両が左方向に旋回する可能性があるため、転舵輪４ａ，４ｂの転舵角を右方向に変化させるようなアクティブ動作角指令値θａ２＊を演算する。このように本実施形態では、ブレーキ制御装置１２が動作角指令値演算部に相当する。そして、ブレーキ制御装置１２は、演算したアクティブ動作角指令値θａ２＊をＶＧＲ制御装置５４及びＥＰＳ制御装置３３に送信する。このとき、ＶＧＲ制御装置５４では、フィードバック制御部５９に入力される動作角指令値θａ＊にアクティブ動作角指令値θａ２＊が含まれるため、フィードバック制御部５９がアクティブ動作角指令値θａ２＊に基づくフィードバック制御を行う。このアクティブ動作角指令値θａ２＊に基づくフィードバック制御を通じてＶＧＲモータ５１が駆動することにより、第２シャフト２１ｂの動作角がアクティブ動作角指令値θａ２＊に対応した角度だけ変化する。これにより、操舵角θｓが維持されたまま、車両の旋回方向と逆方向に転舵輪４ａ，４ｂの転舵角が変化するため、運転者の意図しない車両の旋回を抑制することができる。

なお、ブレーキ制御装置１２は、運転者のブレーキ操作を検出できない場合、及び運転者のブレーキ操作を検出できたとしても回転速度Ｖｔｒ，Ｖｔｌの差分値の絶対値が所定の閾値未満の場合には、アクティブ動作角指令値θａ２＊の設定（出力）を行わない。すなわちこの場合、ＶＧＲ制御装置５４はアクティブ操舵制御を行わない。

次に、ＥＰＳ制御装置３３の電気的な構成及び動作について説明する。
図３に示すように、ＥＰＳ制御装置３３は、ＥＰＳモータ３１を駆動させるための駆動回路３４、及び駆動回路３４を介してＥＰＳモータ３１の駆動を制御するマイコン３５を備えている。駆動回路３４は、車載バッテリなどの電源（電源電圧「＋Ｖｃｃ」）から供給される交流電力を三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の交流電力に変換する周知のインバータ回路からなる。駆動回路３４は、マイコン３５からの制御信号Ｓｃｅに基づいて三相の交流電力を生成し、生成した三相の交流電力を各相に対応した給電線Ｗｅを介してＥＰＳモータ３１に供給する。給電線Ｗｅには、ＥＰＳモータ３１に供給される各相電流値Ｉｅを検出する電流センサ３９が設けられている。なお、図３では、便宜上、各相の給電線Ｗｅ及び各相の電流センサ３９をそれぞれ一つにまとめて図示している。電流センサ３９の出力はマイコン３５に取り込まれる。

マイコン３５は、トルクセンサ７により検出される操舵トルクＴｈ、車速センサ９により検出される車速Ｖ、ＥＰＳ回転角センサ３２により検出されるＥＰＳモータ回転角θｍｅ、ブレーキ制御装置１２から送信されるアクティブ動作角指令値θａ２＊、及び電流センサ３９により検出される各相電流値Ｉｅに基づいて制御信号Ｓｃｅを生成する。

詳しくは、マイコン３５は、アシスト指令値演算部３６、電流指令値演算部３７、及び制御信号生成部３８を有している。アシスト指令値演算部３６は、操舵トルクＴｈ、車速Ｖ、ＥＰＳモータ回転角θｍｅ、及びアクティブ動作角指令値θａ２＊に基づいてアシスト指令値Ｔａ＊を演算する。アシスト指令値Ｔａ＊は、ＥＰＳモータ３１の出力トルクの目標値に対応する。アシスト指令値演算部３６は、基本アシスト成分演算部４０、角度指令値演算部４２、及び角度フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４４を有している。

基本アシスト成分演算部４０は、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖに基づいて第１アシスト成分Ｔａ１＊を演算する。第１アシスト成分Ｔａ１＊はアシスト指令値Ｔａ＊の基礎成分である。基本アシスト成分演算部４０は、例えば操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、また車速Ｖが遅くなるほど第１アシスト成分Ｔａ１＊の絶対値をより大きな値に設定する。そして、基本アシスト成分演算部４０は、演算した第１アシスト成分Ｔａ１＊を加算器４１及び加算器４５にそれぞれ出力する。加算器４１は、アシスト指令値演算部３６により演算された第１アシスト成分Ｔａ１＊に操舵トルクＴｈを加算することにより駆動トルクＴｃ（＝Ｔａ１＊＋Ｔｈ）を演算し、演算した駆動トルクＴｃを角度指令値演算部４２に出力する。

角度指令値演算部４２は駆動トルクＴｃから理想モデルに基づいて角度指令値θｅ＊を演算する。角度指令値θｅ＊は、理想モデルに応じて定まる第２シャフト２１ｂの回転角の目標値、換言すれば転舵輪４ａ，４ｂの転舵角の目標値に対応する。理想モデルは、駆動トルクＴｃに応じた理想的な第２シャフト２１ｂの回転角を実験等により測定し、その測定結果をモデル化したものである。角度指令値演算部４２は、理想モデルに基づいて演算した角度指令値θｅ＊を加算器４３に出力する。

加算器４３は、角度指令値演算部４２から出力される角度指令値θｅ＊に、ブレーキ制御装置１２から送信されるアクティブ動作角指令値θａ２＊を加算することにより角度指令値θｅ＊を補正し、補正後の角度指令値θｅ＊＊を角度フィードバック制御部４４に出力する。

回転角演算部４６は、アシスト機構３の減速機構３０の減速比に基づき定まるＥＰＳモータ回転角θｍｅと第２シャフト２１ｂの回転角との相関関係を利用して、ＥＰＳ回転角センサ３２により検出されるＥＰＳモータ回転角θｍｅから第２シャフト２１ｂの実際の回転角θｅを演算する。回転角演算部４６は、演算した第２シャフト２１ｂの実回転角θｅを角度フィードバック制御部４４に出力する。

角度フィードバック制御部４４は第２シャフト２１ｂの実回転角θｅを補正後の角度指令値θｅ＊＊に追従させるべく、それらの偏差に基づくフィードバック制御を行うことにより第２アシスト成分Ｔａ２＊を演算し、演算した第２アシスト成分Ｔａ２＊を加算器４５に出力する。加算器４５は、基本アシスト成分演算部４０により演算される第１アシスト成分Ｔａ１＊と、角度フィードバック制御部４４により演算される第２アシスト成分Ｔａ２＊とを加算することによりアシスト指令値Ｔａ＊（＝Ｔａ１＊＋Ｔａ２＊）を求める。アシスト指令値演算部３６は、このようにして演算されるアシスト指令値Ｔａ＊を電流指令値演算部３７に出力する。

電流指令値演算部３７は、アシスト指令値Ｔａ＊に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、ｄ／ｑ座標系におけるＥＰＳモータ３１の供給電流の目標値に対応する。具体的には、アシスト指令値Ｔａ＊に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算し、演算したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を制御信号生成部３８に出力する。なお、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は「０」に設定されており、電流指令値演算部３７は、このｄ軸電流指令値Ｉｄ＊も制御信号生成部３８に出力する。

制御信号生成部３８は、電流指令値演算部３７から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、電流センサ３９により検出される各相電流値Ｉｅ、並びにＥＰＳ回転角センサ３２により検出されるＥＰＳモータ回転角θｍｅに基づいて制御信号Ｓｃｅを生成する。詳しくは、制御信号生成部３８は、ＥＰＳモータ回転角θｍｅに基づいて各相電流値Ｉｅをｄ／ｑ座標系に写像することにより、ｄ／ｑ座標系におけるＥＰＳモータ３１の実際の電流値であるｄ軸電流値及びｑ軸電流値を演算する。そして、制御信号生成部３８は、実際のｄ軸電流値をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に追従させるべく、また実際のｑ軸電流値をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に追従させるべく、それぞれの偏差に基づく電流フィードバック制御を行うことにより制御信号Ｓｃｅを生成する。マイコン３５は、このようにして演算される制御信号Ｓｃｅを駆動回路３４に出力する。これにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じた三相の交流電力が駆動回路３４から給電線Ｗｅを介してＥＰＳモータ３１に供給され、ＥＰＳモータ３１が駆動する。その結果、アシスト指令値Ｔａ＊に応じたアシスト力がＥＰＳモータ３１から第２シャフト２１ｂに付与されるアシスト制御が実行される。

以上説明した構成によれば、以下の（１），（２）に示すような作用及び効果を得ることができる。
（１）角度フィードバック制御により生成される第２アシスト成分Ｔａ２＊がアシスト指令値Ｔａ＊に含まれているため、アシスト指令値Ｔａ＊に応じたアシスト力がＥＰＳモータ３１から第２シャフト２１ｂに付与されると、第２シャフト２１ｂの回転角が角度指令値θｅ＊＊に対応した回転角に維持される。そのため、路面状態やブレーキング等に起因して操舵機構２に発生する逆入力を抑制することができる。すなわち、転舵輪４ａ，４ｂから操舵機構２に逆入力が伝達される場合であれ、第２シャフト２１ｂの回転角が角度指令値θｅ＊＊に対応した回転角に維持されるように第２アシスト成分Ｔａ２＊が調整される。そのため、第２シャフト２１ｂに対して逆入力を打ち消す方向に操舵補助が行われる。これにより、逆入力に起因する操舵機構２の振動を抑制することができるため、運転者の操舵感を向上させることができる。

（２）ギア比可変機構５の駆動に伴う運転者の違和感は、運転者がステアリングホイール２０を保舵している状態でギア比可変機構５がアクティブ操舵制御を実行した場合により顕著となる。すなわち、運転者がステアリングホイール２０を保舵しているとき、本来であれば操舵反力には変化がほとんど生じない。したがって、ギア比可変機構５がアクティブ操舵制御を実行することにより操舵反力に変化が生じると、その変化を運転者が敏感に感じ取ってしまい、違和感がより顕著となる。この点、上記実施形態では、ブレーキ制御装置１２によりアクティブ動作角指令値θａ２＊が設定された場合、すなわちギア比可変機構５によりアクティブ操舵制御が実行される場合、アクティブ動作角指令値θａ２＊の変化に応じて角度指令値θｅ＊＊が変化する。そのため、第２シャフト２１ｂの回転角がアクティブ動作角指令値θａ２＊に対応した角度だけ変化するようにＥＰＳモータ３１のアシスト力が調整される。このアシスト力により、アクティブ操舵制御の実行時にギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力を打ち消すことができるため、運転者の違和感を低減することができる。

＜第２実施形態＞
次に、ステアリング装置の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第１実施形態のステアリング装置１では、ブレーキ制御装置１２によりアクティブ動作角指令値θａ２＊が設定された時、すなわちアクティブ操舵制御の実行時、アシスト機構３及びギア比可変機構５が別々に動作する。そのため、アシスト機構３及びギア比可変機構５のそれぞれの応答性が異なると、ギア比可変機構５がアクティブ動作角指令値θａ２＊に基づき第２シャフト２１ｂの動作角を変化させる際に、第２シャフト２１ｂの動作角の変化に応じた適切なアシスト力をアシスト機構３から第２シャフト２１ｂに付与できない可能性がある。例えばギア比可変機構５の応答性に対してアシスト機構３の応答性が遅れる場合、第２シャフト２１ｂの動作角の変化に対して第２シャフト２１ｂへのアシスト力の付与が遅れるため、ギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力を的確に打ち消すことができない。そのため、運転者に違和感を与えるおそれがある。

そこで、本実施形態のＥＰＳ制御装置３３には、図４に示すように、ブレーキ制御装置１２からＥＰＳ制御装置３３に送信されるアクティブ動作角指令値θａ２＊の位相を調整するための位相調整部７０が設けられている。位相調整部７０は、ローパスフィルタやハイパスフィルタを中心に構成されたフィルタ回路等からなる。位相調整部７０による位相調整量は例えば次のように設定される。

まず、ブレーキ制御装置１２がアクティブ動作角指令値θａ２＊を出力した際に、ギア比可変機構５が第２シャフト２１ｂの動作角をアクティブ動作角指令値θａ２＊に対応した動作角まで変化させるのに要する応答速度を実験等により計測する。また、アシスト機構３がアクティブ動作角指令値θａ２＊に応じたアシスト力を第２シャフト２１ｂに付与するのに要する応答速度も実験等により計測する。そして、計測されたギア比可変機構５及びアシスト機構３のそれぞれの応答速度が一致するように位相調整部７０による位相調整量を設定する。例えばアシスト機構３の応答性の方がギア比可変機構５の応答性よりも遅い場合には、アクティブ動作角指令値θａ２＊の位相を進めるように位相調整部７０を構成する。

以上説明した構成によれば、第１実施形態の（１），（２）の作用及び効果に加え、以下の（３）に示す作用及び効果を得ることができる。
（３）ブレーキ制御装置１２によりアクティブ動作角指令値θａ２＊が設定されたとき、ＶＧＲ制御装置５４のマイコン５６はアクティブ動作角指令値θａ２＊をそのまま用いてアクティブ操舵制御を実行する。これに対し、ＥＰＳ制御装置３３のマイコン３５は、位相調整部７０により位相調整の施されたアクティブ動作角指令値θａ２＊＊に基づいてアシスト制御（より詳しくは角度フィードバック制御）を行う。これにより、アクティブ動作角指令値θａ２＊に基づくアシスト機構３及びギア比可変機構５のそれぞれの応答性を一致させることができる。すなわち、ギア比可変機構５がアクティブ動作角指令値θａ２＊に基づき第２シャフト２１ｂの動作角を変化させる際に、第２シャフト２１ｂの動作角の変化に応じた適切なアシスト力をアシスト機構３から第２シャフト２１ｂに付与することができる。これにより、ギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力をより的確に打ち消すことができるため、運転者の違和感をより効果的に低減することができる。

＜他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第２実施形態では、位相調整部７０をＥＰＳ制御装置３３に設けたが、これに代えて、例えば図５に示すように、位相調整部７１をＶＧＲ制御装置５４に設けてもよい。また、ＶＧＲ制御装置５４及びＥＰＳ制御装置３３の両者に位相調整部を設けてもよい。

・各実施形態では、ブレーキ制御装置１２がアクティブ動作角指令値θａ２＊をＶＧＲ制御装置５４及びＥＰＳ制御装置３３にそれぞれ送信した。これに代えて、例えば図６に示すように、ブレーキ制御装置１２はアクティブ動作角指令値θａ２＊をＶＧＲ制御装置５４にのみ送信し、ＶＧＲ制御装置５４のマイコン５６がアクティブ動作角指令値θａ２＊をＥＰＳ制御装置３３に送信してもよい。この場合、ＥＰＳ制御装置３３に、アクティブ動作角指令値θａ２＊の位相を調整する位相調整部７２を設ければ、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。あるいは図７に示すように、ブレーキ制御装置１２はアクティブ動作角指令値θａ２＊をＥＰＳ制御装置３３にのみ送信し、ＥＰＳ制御装置３３のマイコン３５がアクティブ動作角指令値θａ２＊をＶＧＲ制御装置５４に送信してもよい。この場合、ＶＧＲ制御装置５４に、アクティブ動作角指令値θａ２＊の位相を調整する位相調整部７３を設ければ、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

・各実施形態、並びに図６及び図７に示した変形例では、アシスト機構３及びギア比可変機構５のそれぞれの応答性を一致させるためにＶＧＲ制御装置５４あるいはＥＰＳ制御装置３３に位相調整部７０〜７３を設けたが、アシスト機構３及びギア比可変機構５のそれぞれの応答性を一致させるための構成は位相調整部７０〜７３に限らない。要は、アシスト機構３及びギア比可変機構５の少なくとも一方の応答性を調整するための応答性調整部がステアリング装置１に設けられていればよい。

・各実施形態のＥＰＳ制御装置３３では、ブレーキ制御装置１２により演算されるアクティブ動作角指令値θａ２＊に基づいて角度指令値θｅ＊を補正した。これに代えて、例えば図８に示すように、ＥＰＳ制御装置３３には、アクティブ動作角指令値θａ２＊の代わりに、ＶＧＲ制御装置５４のマイコン５６により演算される動作角指令値θａ＊を入力する。そして、ＥＰＳ制御装置３３のマイコン５６では、この動作角指令値θａ＊を角度指令値θｅ＊に加算することにより角度指令値θｅ＊を補正してもよい。これにより、アクティブ動作角指令値θａ２＊の変化だけでなく、ＶＧＲ動作角指令値θａ１＊の変化に応じて角度指令値θｅ＊＊が変化する。すなわち、アクティブ操舵制御の実行時だけでなく、ギア比可変制御の実行時にも角度指令値θｅ＊＊が変化する。この角度指令値θｅ＊＊に基づきＥＰＳ制御装置３３のマイコン３５が角度フィードバック制御を行うことにより、第２シャフト２１ｂの回転角がアクティブ操舵制御及びギア比可変制御に対応した角度だけ変化するようにＥＰＳモータ３１のアシスト力が調整される。したがって、アクティブ操舵制御の実行時にギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力だけでなく、ギア比可変制御の実行時にギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力も打ち消すことができるため、運転者の違和感をさらに低減することができる。

・図９に示すように、ＶＧＲ制御装置５４のマイコン５６により演算される実動作角θａをＥＰＳ制御装置３３に入力してもよい。このような構成であっても、図８に例示した変形例と同様の効果を得ることが可能である。

・第１実施形態のＥＰＳ制御装置３３では、角度指令値θｅ＊の補正値としてアクティブ動作角指令値θａ２＊をそのまま用いたが、角度指令値θｅ＊の補正値をアクティブ動作角指令値θａ２＊よりも絶対値の小さい値に設定してもよい。具体的には、図１０に示すように、ＥＰＳ制御装置３３のマイコン３５には、アクティブ動作角指令値θａ２＊に基づき補正値θｒ＊を演算する補正値調整部４７を設ける。補正値調整部４７は、例えば「０」よりも大きく、且つ、「１」よりも小さい値からなるゲインをアクティブ動作角指令値θａ２＊に乗算することにより補正値θｒ＊を演算する。そして、この補正値調整部４７により演算される補正値θｒ＊を、角度指令値演算部４２により演算される角度指令値θｅ＊に加算することにより、補正後の角度指令値θｅ＊＊を求める。このような構成によれば、角度指令値θｅ＊の補正値としてアクティブ動作角指令値θａ２＊をそのまま用いる場合と比較すると、角度指令値θｅ＊に対する補正量が小さくなるため、ギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力の一部が打ち消されることとなる。すなわち、ギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力の一部を運転者が感じることが可能となる。なお、同様の構成を、第２実施形態のステアリング装置１、並びに各実施形態のステアリング装置１の変形例に適用してもよい。

・各実施形態では、アクティブ動作角指令値θａ２＊の演算をブレーキ制御装置１２にて行ったが、ブレーキ制御装置１２とは別の装置によりアクティブ動作角指令値θａ２＊を演算してもよい。すなわち、アクティブ動作角指令値θａ２＊を演算する動作角指令値演算部は適宜変更可能である。

・各実施形態のＶＧＲ制御装置５４では、運転者の意図しない車両の旋回が行われる状況であるか否かを、転舵輪４ａ，４ｂのそれぞれの回転速度Ｖｔｒ，Ｖｔｌに基づいて判定したが、例えば車両のヨーレートや横加速度（横Ｇ）に基づいて判定してもよい。

・各実施形態のＶＧＲ制御装置５４は、車両がスプリットμ路上を走行している状況で運転者がブレーキ操作をしたときにアクティブ操舵制御を実行するものであったが、ＶＧＲ制御装置５４がアクティブ操舵制御を実行する状況は適宜変更可能である。

・ＶＧＲ制御装置５４では、アクティブ操舵制御を実行せずに、ギア比可変制御のみを実行してもよい。すなわち、ＶＧＲ制御装置５４のマイコン５６では、ＶＧＲ動作角指令値θａ１＊のみに基づいてＶＧＲモータ５１の駆動制御を行ってもよい。この場合、図８に示した構成に準ずる構成を採用し、ＶＧＲ制御装置５４では、アクティブ動作角指令値θａ２＊に代えて、ＶＧＲ動作角指令値θａ１＊をＥＰＳ制御装置３３に送信することが有効である。あるいは、図９に示した構成に準ずる構成を採用し、ＶＧＲ制御装置５４では、アクティブ動作角指令値θａ２＊に代えて、実動作角θａをＥＰＳ制御装置３３に送信することが有効である。これにより、ギア比可変制御の実行時にギア比可変機構５の駆動により生じる操舵反力を打ち消すことが可能である。

・各実施形態の角度フィードバック制御部４４では、第２シャフト２１ｂの回転角に基づく角度フィードバック制御を行ったが、この角度フィードバック制御は、第２シャフト２１ｂの回転角に換算可能な回転角、例えば転舵輪４ａ，４ｂの転舵角等を用いて行ってもよい。

・各実施形態では、ＥＰＳ回転角センサ３２及び回転角演算部４６により第２シャフト２１ｂの回転角を検出したが、第２シャフト２１ｂの回転角を検出する回転角検出部はこれに限定されない。例えば第２シャフト２１ｂの回転角を直接検出する回転角センサを用いてもよい。

・各実施形態では、ＶＧＲ回転角センサ５３及び動作角演算部６１により第２シャフト２１ｂの動作角を検出したが、第２シャフトの動作角を検出する動作角検出部はこれに限定されない。例えば第１シャフト２１ａの回転角を検出する第１回転角センサ、及び第２シャフト２１ｂの回転角を検出する第２回転角センサをそれぞれ設け、それらの回転角センサにより検出される回転角の差分値を演算することにより第２シャフト２１ｂの動作角を検出してもよい。

・各実施形態のアシスト指令値演算部３６では、基本アシスト成分演算部４０により演算される第１アシスト成分Ｔａ１＊、及び角度フィードバック制御部４４により演算される第２アシスト成分Ｔａ２＊に基づいてアシスト指令値Ｔａ＊を設定したが、それ以外の補償成分に基づいてアシスト指令値Ｔａ＊を設定してもよい。補償成分としては、例えば操舵トルクＴｈに対する第１アシスト成分Ｔａ１＊の変化率（アシスト勾配）に基づく補償成分や、第１アシスト成分Ｔａ１＊の微分値に基づく補償成分を用いることができる。要は、アシスト指令値演算部３６は、少なくとも角度フィードバック制御部４４により演算される第２アシスト成分Ｔａ２＊に基づいてアシスト指令値Ｔａ＊を設定するものであればよい。

・各実施形態の角度指令値演算部４２は、理想モデルに基づいて角度指令値θｅ＊を演算するものに限らない。例えばマップ演算により角度指令値θｅ＊を演算するものであってもよい。また、角度指令値演算部４２は、第１アシスト成分Ｔａ１＊及び操舵トルクＴｈの加算値に基づいて角度指令値θｅ＊を設定するものに限らない。例えば操舵トルクＴｈのみに基づいて角度指令値θｅ＊を設定してもよい。

・各実施形態のＥＰＳモータ３１はブラシレスモータであったが、ブラシ付きのモータであってもよい。

１…ステアリング装置、２…操舵機構、３…アシスト機構、５…ギア比可変機構、１２…ブレーキ制御装置（動作角指令値演算部）、２０…ステアリングホイール、２１ａ…第１シャフト、２１ｂ…第２シャフト、３１…ＥＰＳモータ、３３…ＥＰＳ制御装置（制御部）、３６…アシスト指令値演算部、４２…角度指令値演算部、４４…角度フィードバック制御部、４７…補正値調整部、５３…ＶＧＲ回転角センサ（動作角検出部）、６１…動作角演算部（動作角検出部）、７０〜７３…位相調整部（応答性調整部）。

Claims (4)

1. 互いに分離された第１シャフト及び第２シャフトを有し、車両のステアリングホイールの回転を前記第１シャフト及び前記第２シャフトを介して車両の転舵軸に伝達する操舵機構と、
   前記第１シャフトに対する前記第２シャフトの相対的な回転角である動作角を変化させるギア比可変機構と、
   前記操舵機構にアシスト力を付与するモータ、及び同モータの出力トルクの目標値に対応するアシスト指令値に基づき前記モータの駆動を制御する制御部を有するアシスト機構を備え、
   前記制御部は、
   操舵トルク及び車速に基づいて第１アシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、
   あらかじめ設定された前記第２シャフトの回転角の目標値に対応する角度指令値とステアリング操作に伴い前記ステアリングホイールに付与される操舵トルクとの関係を使用して、前記操舵トルクに基づき前記角度指令値を演算する角度指令値演算部と、
   前記ステアリング操作に依存せずに前記第２シャフトの動作角を変化させるアクティブ操舵制御を実行すべく、前記第２シャフトの動作角の目標値に対応するアクティブ動作角指令値を演算する動作角指令値演算部と、
   前記角度指令値に前記アクティブ動作角指令値を加算することにより前記角度指令値を補正する加算器と、
   前記加算器による補正後の角度指令値に前記第２シャフトの実際の回転角を追従させる角度フィードバック制御の実行により第２アシスト成分を演算する角度フィードバック制御部と、
   前記第１アシスト成分及び前記第２アシスト成分を加算することにより前記アシスト指令値を演算するアシスト指令値演算部と、を備えることを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置であって、
   前記ギア比可変機構は、ＶＧＲモータ及び減速機構を有し、前記減速機構を通じてステアリング操作に伴う前記第１シャフトの回転に前記ＶＧＲモータの回転を上乗せするものであることを前提としたうえで、
   前記減速機構の減速比に基づき前記ＶＧＲモータの回転角から前記第２シャフトの実際の動作角である実動作角を演算する動作角検出部を更に備え、
   前記加算器は、前記アクティブ動作角指令値に代えて、前記動作角検出部により演算される前記実動作角を用いて前記角度指令値を補正することを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１に記載のステアリング装置であって、
   前記ギア比可変機構は、ＶＧＲモータ及び減速機構を有し、前記減速機構を通じてステアリング操作に伴う前記第１シャフトの回転に前記ＶＧＲモータの回転を上乗せするものであって、前記減速機構の減速比に基づき前記ＶＧＲモータの回転角から演算される前記第２シャフトの実際の動作角である実動作角を動作角指令値に追従させるフィードバック制御の実行により、前記第２シャフトの動作角を変化させるものであり、
   前記加算器は、前記アクティブ動作角指令値に代えて、前記動作角指令値を用いて前記角度指令値を補正することを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置であって、
   前記アクティブ動作角指令値に対する前記ギア比可変機構の応答性と、前記アクティブ動作角指令値に対する前記アシスト機構の応答性とを一致させるための応答性調整部を更に備えることを特徴とするステアリング装置。