ステアバイワイヤ式操舵装置
【課題】 トー角制御用モータの小型化を図り消費電力の増加を抑え、また車両の停止時に、トー角を制御するとき運転者に違和感を与えないステアバイワイヤ式操舵装置を提供する。
【解決手段】 ステアリング制御手段８ａは、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合にトー角を変える回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を、この操舵輪３が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御する協調制御部８ａｄを有する。
【解決手段】 ステアリング制御手段８ａは、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合にトー角を変える回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を、この操舵輪３が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御する協調制御部８ａｄを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転舵用の転舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のステアバイワイヤ式操舵装置に関し、トー角制御可能な操舵装置が提案されている（特許文献１）。また、ステアリングホイールに付与する操舵反力の生成法に関して、転舵モータで検出されるトルクから転舵反力を推定し、この転舵反力に応じて操舵反力を生成する方法が知られている(特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８４１７８号公報
【特許文献２】特開２００５−８８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で提案されているトー角制御可能な操舵装置では、車両の停車時にトー角制御する場合、トー角制御用モータのみ駆動すると、このトー角制御用モータの回転によってトー角を変える軸側のタイヤが転舵(トー角変化)される。このトー角を変える軸側のタイヤの転舵に伴って、トー角制御用モータに大きな負荷がかかる。この場合、トー角制御用モータを大型化する必要がある。
また、車両の走行時にはトー角制御機構に荷重がかかり、定位置制御のために常に電力が必要となる。トー角制御用ねじのがたや弾性変形により目標値から微小に変位した場合にも、定位置制御のために常に電力が必要となる。このように消費電力が増加する。さらに、トー角制御用モータが失陥した場合、トー角が固定されなかったり、左右のトー角が異なったりすると、車両の走行に支障をきたす可能性がある。
【０００５】
特許文献２のステアリングホイールに付与する操舵反力の生成法では、トー角を制御する際には転舵用モータも協調して制御する必要がある。このとき、運転者はステアリングホイールを操舵していなくても、転舵用モータのトルクに起因する操舵反力が前記ステアリングホイールに発生し、このステアリングホイールを握る運転者に違和感を与える可能性がある。
【０００６】
この発明の目的は、トー角制御用モータの小型化を図り消費電力の増加を抑え、また車両の停止時に、トー角を制御するとき運転者に違和感を与えないステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、ステアリング制御手段とを備える。
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、前記転舵動力伝達機構は、非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで操舵輪を転舵させるものとし、前記トー角調整動力伝達機構は、非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変えるものとする。
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角を基に、「他のセンサ類」からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、「定められた規則」に従い転舵角の指令信号を生成して転舵用モータを制御すると共に、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を基に、「定められた規則」に従いトー角の指令信号を生成してトー角調整用モータを制御するものであり、
前記ステアリング制御手段は、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合に、前記トー角調整用モータの駆動による非回転分割軸に対する前記回転分割軸の移動と前記転舵用モータの駆動による非回転分割軸の移動とが相殺されて、前記回転分割軸側の操舵輪を、この操舵輪が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する協調制御部を有することを特徴とする。
前記「他のセンサ類」とは、例えば、ヨーレイトセンサを含む。前記ヨーレイトセンサに代えて、横力検出用センサを用いても良い。
前記転舵角の指令信号を生成する際の「定められた規則」、および前記トー角の指令信号を生成する際の「定められた規則」は、それぞれ任意の内容で良く、また計算式として定められたものであっても、テーブル等として定められたものであっても良い。例えば、トー角の指令信号を生成する際の「定められた規則」は、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせる規則とされる。
【０００８】
この構成によると、転舵用モータの回転により、転舵動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を、一体に軸方向移動させることで、左右のタイロッドを同方向に同距離移動させて操舵輪を転舵させる。トー角調整用モータの回転により、トー角調整動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させることで、ねじ結合部の螺合長さを調整し、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪のトー角を変える。このときトー角調整用モータのみを駆動すると、回転分割軸側のみが伸縮するため、例えば、左右の操舵輪のトー角を等しく変更する際には、ステアリング制御手段によりトー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する。これらトー角調整用モータおよび転舵用モータの制御により、トー角調整動力伝達機構および転舵動力伝達機構は、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【０００９】
例えば、起動直後に自動で僅かにモータを動かし動作確認をする場合や、何らかの原因で前回停車時のトー角がニュートラルでなかった場合など車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部は、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御して、トー角を変える回転分割軸側の操舵輪を地面に対して方向が変化しないようにする。すなわち回転分割軸と非回転分割軸との軸方向変位を相殺させ、回転分割軸側の操舵輪を地面に対して方向が変化しないようにすることができる。このとき転舵用モータの制御により、転舵軸を軸方向移動させることで、非回転分割軸側の操舵輪の転舵角のみ変化させる。
ここで、トー角制御用モータに最も負荷がかかるのは、車両の停車時にトー角制御を行うときである。この構成では、前述のように、車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部が、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御して、回転分割軸側の操舵輪を地面に対して方向が変化しないようにする。これにより、操舵輪の摩擦力に抗するトー角調整用モータの必要最大トルクを抑えることができ、したがってトー角調整用モータの小型化を図ることが可能となる。モータの小型化を図ることで、ステアバイワイヤ式操舵装置のコンパクト化およびコスト低減を図ることができる。
【００１０】
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を用いて、トー角を変える回転分割軸側の操舵輪の方向が目標値に一致するように、トー角調整用モータをフィードバック制御するフィードバック制御部を有するものであっても良い。この場合、回転分割軸側の操舵輪の方向を精度良く位置決めすることができる。
【００１１】
前記フィードバック制御部における車両の停車時のゲインを、車両走行時のゲインよりも低く設定しても良い。この場合、回転分割軸側の操舵輪の方向を、目標値に安定して収束させることができる。
前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部のゲインを、トー角変更時におけるゲインよりも低く設定するものとしても良い。この場合、回転分割軸側の操舵輪の方向をさらに精度良く位置決めすることができる。
【００１２】
前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部における位置の積分項を無くし、トー角変更時にはフィードバック制御部における位置の積分項を追加するものとしても良い。トー角制御の目標値が一定時間変化しない場合は、フィードバック制御部における位置の積分項を無くすことで、例えば、トー角制御用のねじ結合部のがたや弾性変形により、目標値から微小に変位した場合にも、定位置制御のための消費電力の増加を防ぐことができる。トー角変更時にはフィードバック制御部における位置の積分項を追加することで、トー角を精度良く位置決めすることができる。
【００１３】
前記ステアリング制御手段は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、トー角調整用モータへの通電を停止するものとしても良い。この場合、ステアリング制御手段は、トー角調整用モータを回転駆動する必要がないと判断し、このトー角調整用モータへの通電を停止する。これにより消費電力の増加を防ぐことができる。
【００１４】
前記ステアリング制御手段は、転舵用モータのトルクを検出し、このトルクを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量で重み付けし、トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータのトルクを、転舵反力の生成に用いるものとしても良い。前記トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータのトルクを、転舵反力の生成に用いることで、トー角制御に伴う操舵反力の変化を抑え、ステアリングホイールを握る運転者に違和感を与えることを防ぐことができる。
前記ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓにトー角を変える制御に伴う転舵量Δθｔを加えた値（Δθｓ＋Δθｔ）で除し、この値Δθｓ／（Δθｓ＋Δθｔ）に、転舵用モータで検出されたトルクＴｍを乗じることで、前記転舵反力の生成に用いる転舵用モータのトルクＴｍ´を得るものとしても良い。
【００１５】
前記回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整するものであり、前記ねじ結合部のリード角を、ねじ結合部の摩擦により、前記回転分割軸が自己保持可能な角度に設定しても良い。ねじ結合部のリード角を、ねじ結合部の摩擦により、回転分割軸が自己保持可能な角度に設定することで、回転分割軸に軸方向の外力が作用しても、回転分割軸が回転不能に保持されてねじ結合部の螺合長さが変化しないため、位置決めしたトー角の位置を、精度良くかつ容易に保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、ステアリング制御手段とを備え、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、前記転舵動力伝達機構は、非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで操舵輪を転舵させるものとし、前記トー角調整動力伝達機構は、非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変えるものとし、
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角を基に、他のセンサ類からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い転舵角の指令信号を生成して転舵用モータを制御すると共に、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を基に、定められた規則に従いトー角の指令信号を生成してトー角調整用モータを制御するものであり、前記ステアリング制御手段は、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合に、前記トー角調整用モータの駆動による非回転分割軸に対する前記回転分割軸の移動と前記転舵用モータの駆動による非回転分割軸の移動とが相殺されて、前記回転分割軸側の操舵輪を、この操舵輪が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する協調制御部を有する。このため、トー角制御用モータの小型化を図り消費電力の増加を抑え、また車両の停止時に、トー角を制御するとき運転者に違和感を与えないステアバイワイヤ式操舵装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同ステアバイワイヤ式操舵装置の転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構を概略示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はステアバイワイヤ式操舵装置の制御系のブロック図である。
【図４】目標操舵反力を演算するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵機構２と、左右の操舵輪３，３にナックルアーム４およびタイロッド５を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な転舵軸６と、この転舵軸６を駆動する転舵及びトー角駆動機構７と、ＥＣＵ（電気制御ユニット）８とを備える。操舵機構２は、操舵反力を生成する操舵反力モータ９と、操舵角度を検出する操舵角センサ１０と、操舵トルクセンサＳａとを有する。なお操舵トルクセンサＳａは無くても良い。ＥＣＵ８はステアリング制御手段８ａを含み、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。
【００１９】
ステアリングホイール１は、転舵用の転舵軸６と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ１０が設けられ、操舵反力モータ９が接続されている。操舵角センサ１０は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサであり、操舵反力モータ９は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。
【００２０】
図２に示すように、転舵及びトー角駆動機構７は、転舵機構７Ａと、トー角調整機構７Ｂとを有する。転舵機構７Ａは、転舵用モータ１１と、この転舵用モータ１１の回転を転舵軸６に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構１２とを有する。トー角調整機構７Ｂは、トー角調整用モータ１３と、このトー角調整用モータ１３の回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構１４とを有する。
前記転舵軸６は、非回転分割軸６Ａと回転分割軸６Ｂとに軸方向に２分割され、これら両分割軸６Ａ，６Ｂを軸中心と同心のねじ結合部６Ｃで互いに伸縮可能に結合した軸である。ねじ結合部６Ｃは、滑りねじまたはボールねじにより構成される。転舵及びトー角駆動機構７のハウジング１５から突出した非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂの先端部に、左右のタイロッド５（図１）がそれぞれ連結されている。
【００２１】
ねじ結合部６Ｃは、非回転分割軸６Ａに設けられた雄ねじ１６と、回転分割軸６Ｂに設けられ雄ねじ１６に噛合う雌ねじ１７とを有する。これら雄ねじ１６，雌ねじ１７のリード角αは、ねじ結合部６Ｃの摩擦によって、回転分割軸６Ｂが自己保持可能な角度に設定されている。すなわち、リード角αは、軸方向の外力により滑りを生じる摩擦角未満とする。回転分割軸６Ｂが前記「自己保持可能」とは、トー角調整用モータ１３による駆動が停止されている状態において、回転分割軸６Ｂが、軸方向の外力が作用しても回転不能に保持されてねじ結合部６Ｃの螺合長さが変化しないことを言う。雄ねじ１６は、非回転分割軸６Ａのボールねじ軸部６ａから回転分割軸６Ｂ側に突出する嵌合軸部の先端に設けられている。
回転分割軸６Ｂは、筒状部１８と、この筒状部１８内に一部が嵌合して転舵軸先端側へ延びる軸部材１８ａとを有する。筒状部１８の内周に前記雌ねじ１７が形成され、この雌ねじ１７に、非回転分割軸６Ａの雄ねじ１６が噛合している。回転分割軸６Ｂは、前記筒状部１８の軸方向の一部が外周面にスプラインが形成されたスプライン軸部６Ｂａとされ、このスプライン軸部６Ｂａの軸方向一端に、軸部材１８ａが固定されている。この軸部材１８ａが図示外の連結手段によりタイロッド５（図１）に連結される。
【００２２】
ハウジング１５内にはボールねじ機構ＢＫが設けられ、このボールねじ機構ＢＫは、ボールねじ軸部６ａと、このボールねじ軸部６ａに螺合するボールナット１９とを有する。ボールナット１９がハウジング１５に軸受２０で回転自在に設置されている。このボールナット１９は、例えば、ボールの循環方式がこま式のものを用いる。但し、こま式の循環方式に限定されるものではない。
非回転分割軸６Ａは、前記ボールねじ軸部６ａと、このボールねじ軸部６ａの軸方向一端に固定され軸方向に延びる軸部材６ａｂとを有する。この軸部材６ａｂが図示外の連結手段によりタイロッド５（図１）に連結される。また非回転分割軸６Ａは、図示外の回り止め手段により、ハウジング１５に対して軸方向に進退自在かつ軸回りに回転不能とされている。前記回り止め手段は、例えば、非回転分割軸６Ａにおけるボールねじ軸部６ａの軸方向外側に続く部分である非同心円部と、ハウジング１５に固定して設けられ、前記非同心円部が軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受とを有する。ハウジング１５に固定された滑り軸受に、ボールねじ軸部６ａの非同心円部が嵌合することで、非回転分割軸６Ａは、ハウジング１５に対して軸方向に進退自在かつ軸回りに回転不能とされる。
【００２３】
転舵軸６の全体は、以下のようにハウジング１５に支持されている。先ず、非回転分割軸６Ａの支持構造については、ハウジング１５の内周に、複列アンギュラ玉軸受等の転がり軸受２０および前記滑り軸受が嵌合され、転がり軸受２０にボールナット１９が回転自在に設置される。これらボールナット１９および前記滑り軸受に非回転分割軸６Ａが支持される。回転分割軸６Ｂの支持構造については、ハウジング１５の内周に、転がり軸受２２が嵌合され、この転がり軸受２２にスプラインナット２１が回転自在に設置される。スプラインナット２１の内周に、スプライン軸部６Ｂａの外周がスプライン嵌合することで、回転分割軸６Ｂが支持される。なお、スプライン軸部６Ｂａとスプラインナット２１とは、両者が滑り接触していても良いし、図示外のボールを介して互いに転がり接触していても良い。
転舵動力伝達機構１２は、転舵軸６の非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂを一体に軸方向に移動させて操舵輪３（図１）の転舵を行うものとしている。
【００２４】
転舵用モータ１１は、このモータ軸が転舵軸６と平行となるように、ハウジング１５に取付けられている。
転舵動力伝達機構１２は、転舵用モータ１１の前記モータ軸と、出力ギヤ２３と、この出力ギヤ２３と図示外のカウンタギヤを介して噛み合う入力ギヤ２４と、この入力ギヤ２４に固定され前記ボールねじ軸部６ａに螺合するボールナット１９とを有する。転舵用モータ１１の回転駆動力が各ギヤ２３，２４およびボールナット１９に伝達され、ボールナット１９が回転することで、非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂを一体に軸方向移動させる。これにより操舵輪３，３を転舵可能としている。
【００２５】
トー角調整用モータ１３は、ハウジング１５に取付けられている。
トー角調整動力伝達機構１４は、トー角調整用モータ１３のモータ軸に固定された出力ギヤ２５と、この出力ギヤ２５に図示外の中間ギヤを介して噛み合う入力ギヤ２６と、この入力ギヤ２６に固定された前記スプラインナット２１とを有する。またスプラインナット２１に、スプライン軸部６Ｂａがスプライン嵌合している。トー角調整用モータ１３の回転駆動力が各ギヤ２５，２６およびスプラインナット２１に伝達され、このスプラインナット２１と共にスプライン軸部６Ｂａを回転することで、ねじ結合部６Ｃの螺合長さを調整し得る。
【００２６】
トー角調整動力伝達機構１４は、非回転分割軸６Ａに対し回転分割軸６Ｂを回転させることで、ねじ結合部６Ｃの螺合長さを調整して、転舵軸６を伸縮させる。これにより、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪３（図１）のトー角を変える。このトー角を調整するとき、トー角調整用モータ１３のみを駆動すると、回転分割軸６Ｂ側のみが伸縮するため、例えば、車両走行時において、図１に示す左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更する際には、ステアリング制御手段８ａによりトー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御する。
【００２７】
具体的にトー角調整用モータ１３を一方向に回転させて、トー角調整動力伝達機構１４により、図１左側の操舵輪３をトー角を変える。これと共に図１右側の操舵輪３をトー角を変えるため、転舵用モータ１１を回転させて転舵動力伝達機構１２により、図１左右の操舵輪３のトー角を変える。このとき転舵動力伝達機構１２は、転舵軸６の全体を軸方向に移動するため、左側の操舵輪３がトー角が相殺される。このトー角の相殺分を補うべくトー角調整用モータ１３の回転量を増やすことで、左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更し得る。このようにトー角調整用モータ１３および転舵用モータ１１を協調して制御することにより、トー角調整動力伝達機構１４および転舵動力伝達機構１２は、左右の転舵輪３，３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、ＥＣＵ８のステアリング制御手段８ａは、操舵反力制御部８ａａと、転舵制御部８ａｂと、トー角制御部８ａｃと、協調制御部８ａｄとを有する。操舵反力制御部８ａａは、目標操舵反力を生成する目標値生成部２９と、フィードバック制御部３０とを有する。目標値生成部２９は、操舵角センサ１０（図１）の検出する操舵角の信号、車速センサ２７の検出する操舵輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサ２８の信号に基づいて目標操舵反力を生成する。フィードバック制御部３０は、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサＳａ（図１）の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ９を制御する。このように操舵トルクセンサＳａがあれば、トルクのフィードバック制御で、より正確なトルクを出力することができる。但し、トルクとモータ電流は略比例するので、操舵トルクセンサＳａが無くても、この使用例においては許容できる範囲内の誤差でトルクを出力できる。なおサーボモータでは、モータ電流は電流センサを用いてフィードバック制御している。
【００２９】
転舵制御部８ａｂは、目標転舵角（目標値）の指令信号を生成する目標値生成部３１と、フィードバック制御部３２とを有する。目標値生成部３１は、操舵角センサ１０の検出する操舵角を基に、他のセンサ類２８からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い目標転舵角の指令信号を生成する。フィードバック制御部３２は、転舵用モータ１１の回転角度から得られる転舵角が、前記目標転舵角に一致するようにフィードバック制御する。
【００３０】
トー角制御部８ａｃは、目標トー角（目標値）の指令信号を生成する目標値生成部３３と、フィードバック制御部３４とを有する。目標値生成部３３は、操舵角センサ１０の検出する操舵角を基に、他のセンサ類２８からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い目標トー角の指令信号を生成する。フィードバック制御部３４は、トー角調整用モータ１３の回転角度、および、転舵用モータ１１の回転角度から得られるトー角が、前記目標トー角に一致するようにフィードバック制御する。
各目標値を生成する際の「定められた規則」は、それぞれ任意の内容で良く、また計算式として定められたものであっても、テーブル等として定められたものであっても良い。例えば、目標トー角を生成する際の「定められた規則」は、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせる規則とされる。
【００３１】
フィードバック制御部３４について、トー角変更時には、制御対象であるトー角調整用モータ１３または転舵用モータ１１の入出力間の伝達関数Ｇ（ｓ）は、図３（Ｂ）上段の概略図のようにゲインＫ１および積分項１／ｓを用いて表される。このようにトー角変更時に積分項１／ｓを追加することで、トー角を精度良く位置決めすることができる。
トー角制御部８ａｃにおけるフィードバック制御部３４は、積分項を含む図３（Ｂ）上段のフィードバック制御を行うが、目標値を常時監視しておき、目標値が一定時間変化しない場合は、積分項を無くしたフィードバック制御を行う。
すなわち目標値が一定時間変化しない場合は、制御対象であるトー角調整用モータ１３または転舵用モータ１１の入出力間の伝達関数Ｇ（ｓ）は、図３（Ｂ）下段の概略図のように積分項を無くしゲインＫ２を用いて表される。トー角制御の目標値が一定時間変化しない場合に積分項を無くすことで、例えば、トー角制御用のねじ結合部６Ｃ（図２）のがたや弾性変形により、目標値から微小に変位した場合にも、定位置制御のための消費電力の増加を防ぐことができる。この場合のゲインＫ２を、トー角変更時におけるゲインＫ１よりも低く設定しても良い。この場合、トー角の位置を安定して保持することができ、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３の方向をさらに精度良く位置決めすることができる。
【００３２】
協調制御部８ａｄは、転舵制御部８ａｂと、トー角制御部８ａｃとを協調してトー角制御を行うものである。なお転舵制御のみを行う場合、転舵制御部８ａｂのみ実行させる。協調制御部８ａｄは、走行時制御部３５と、停止時制御部３６とを有する。走行時制御部３５は、車両走行時に、転舵制御部８ａｂとトー角制御部８ａｃとを協調して制御し、停止時制御部３６は、車両停止時に、転舵制御部８ａｂとトー角制御部８ａｃとを協調して制御する。
車両走行時において、走行時制御部３５は、得られた転舵角およびトー角が、それぞれの目標値に一致するように、転舵用モータ１１およびトー角調整用モータ１３を駆動制御する。これにより、転舵動力伝達機構１２およびトー角調整動力伝達機構１４を互いに協調して動作させるようになっている。
【００３３】
例えば、車両走行時において、走行時制御部３５は、トー角制御部８ａｃを実行させ、得られるトー角が目標値に一致するように、トー角調整用モータ１３を回転させて、トー角調整動力伝達機構１４により、図１左側の操舵輪３のトー角を変える。これと共に走行時制御部３６は、転舵制御部８ａｂを実行させ、転舵用モータ１１の回転角度から得られる図１右側の操舵輪３のトー角が、目標値に一致するように、転舵用モータ１１を回転させてる。したがって、転舵動力伝達機構１２により、図１右側の操舵輪３のトー角を変える。このとき転舵動力伝達機構１２は、転舵軸６の全体を軸方向に移動するため、左側の操舵輪３のトー角が相殺される。協調制御部８ａｄの走行時制御部３５は、このトー角の相殺分を補うべくトー角調整用モータ１３の回転量を増やすように、トー角制御部８ａｃを制御する。これにより、左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更し得る。このようにトー角調整用モータ１３および転舵用モータ１１を協調して制御することにより、トー角調整動力伝達機構１４および転舵動力伝達機構１２は、左右の転舵輪３，３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００３４】
車両停止時において、停止時制御部３６は、得られた転舵角およびトー角が、それぞれの目標値に一致するように、転舵用モータ１１およびトー角調整用モータ１３を駆動制御する。これにより、転舵動力伝達機構１２およびトー角調整動力伝達機構１４を互いに協調して動作させる。
例えば、車両停止時にトー角制御を行うとき、停止時制御部３６は、転舵制御部８ａｂを実行させ、転舵用モータ１１の回転角度から得られる図１右側の操舵輪３のトー角が、目標値に一致するように、転舵用モータ１１を回転させる。これにより転舵軸６の全体が軸方向に移動して、図１右側の操舵輪３の転舵角を変化させる。これと共に、停止時制御部３６は、トー角制御部８ａｃを実行させ、転舵軸６の全体の軸方向移動と回転分割軸６Ｂの軸方向移動とが互いに相殺するように、トー角調整用モータ１３を回転させる。これにより回転分割軸側６Ｂの操舵輪３を、この操舵輪３が接地する地面に対して方向が変化しないようにできる。
【００３５】
ステアリング制御手段８ａのトー角制御部８ａｃは、前記目標値が一定時間変化しない場合は、トー角調整用モータ１３への通電を停止するものとしても良い。この場合、ステアリング制御手段８ａは、トー角調整用モータ１３を回転駆動する必要がないと判断し、このトー角調整用モータ１３への通電を停止する。これにより消費電力の増加を防ぐことができる。トー角調整用モータ１３への通電を停止した状態で、回転分割軸６Ｂに軸方向の外力が作用しても、前述のように、ねじ結合部６Ｃのリード角αが、ねじ結合部６Ｃの摩擦によって、回転分割軸６Ｂが自己保持可能な角度に設定されているため、回転分割軸６Ｂが回転不能に保持されねじ結合部６Ｃの螺合長さは不所望に変化しない。
また、この例では、フィードバック制御部３４における車両の停車時のゲインを、車両走行時のゲインよりも低く設定している。この場合、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３の方向を、目標値に安定して収束させることができる。
【００３６】
ステアリング制御手段８ａは、転舵用モータ１１のトルクを検出し、このトルクを、ステアリングホイール１の操舵に伴う操舵量で重み付けし、トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータ１１のトルクを、転舵反力の生成に用いる。
図４は、目標操舵反力を演算するフローチャートである。ステアリング制御手段８ａは、演算開始後、転舵用モータ１１から検出される信号を読み込み（ステップＳ１）、運転者の操舵による転舵用モータ１１のトルクＴｍ´を算出する（ステップＳ２）。トルクＴｍ´は、転舵反力の生成に用いるトルクであって、ステップＳ２において、ステアリングホイール１の操舵に伴う転舵量Δθｓを、ステアリングホイール１の操舵に伴う転舵量Δθｓにトー角を変える制御に伴う転舵量Δθｔを加えた値（Δθｓ＋Δθｔ）で除し、この値Δθｓ／（Δθｓ＋Δθｔ）に、転舵用モータ１１で検出されたトルクＴｍを乗じることでトルクＴｍ´を得る。
したがって転舵反力の生成に用いるトルクＴｍ´は以下の式により表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
次に、転舵用モータ１１のトルクＴｍ´から転舵反力を推定する（ステップＳ３）。転舵反力推定値をＦｈとすると転舵反力推定値をＦｈは以下の式により表される。
【数２】
【００３９】
ステップＳ３にて上記式により転舵反力推定値を演算した後、転舵反力に応じた操舵反力の目標値を演算する（ステップＳ４）。操舵反力をＰａとすると、操舵反力Ｐａは以下の式により表される。この操舵反力目標値を演算した後、ステップＳ１に戻る。
【数３】
【００４０】
前述のようにトー角調整の際には、転舵用モータ１１も協調して制御する必要があり、このとき運転者は、ステアリングホイール１を操舵していなくても転舵用モータ１１のトルクＴｍが発生する。転舵用モータ１１のトルクＴｍは、トー角制御に伴う成分と、運転者の操舵に伴うステアリングホイール１からの入力による成分の両方を含むため、前記トルクＴｍを、ステアリングホイール１の操舵に伴う操舵量で重み付けし、トー角制御に伴う成分を除去したＴｍ´を転舵反力の生成に用いる。このようにトー角制御に伴う成分を除去することで、トー角制御に伴う操舵反力の変化を抑え、ステアリングホイール１を握る運転者に違和感を与えることを防ぐことができる。
【００４１】
以上説明したステアバイワイヤ式操舵装置によると、転舵用モータ１１の回転により、転舵動力伝達機構１２を介して、転舵軸６の非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂを、一体に軸方向移動させることで、左右のタイロッド５，５を同方向に同距離移動させて操舵輪３を転舵させる。トー角調整用モータ１３の回転により、トー角調整動力伝達機構１４を介して、転舵軸６の非回転分割軸６Ａに対し回転分割軸６Ｂを回転させることで、ねじ結合部６Ｃの螺合長さを調整し、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪３のトー角を変える。このときトー角調整用モータ１３のみを駆動すると、回転分割軸６Ｂ側のみが伸縮するため、左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更する際には、ステアリング制御手段８ａによりトー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御する。これらトー角調整用モータ１３および転舵用モータ１１の制御により、トー角調整動力伝達機構１４および転舵動力伝達機構１２は、左右の転舵輪３，３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００４２】
車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部８ａｄは、トー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御して、トー角を変える回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を地面に対して方向が変化しないようにする。すなわち回転分割軸６Ｂと非回転分割軸６Ａとの軸方向変位を相殺させ、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を地面に対して方向が変化しないようにすることができる。このとき転舵用モータ１１の制御により、転舵軸６を軸方向移動させることで、非回転分割軸６Ａ側の操舵輪３の転舵角のみ変化させる。
【００４３】
ここで、トー角制御用モータ１３に最も負荷がかかるのは、車両の停車時にトー角制御を行うときである。この構成では、前述のように、車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部８ａｄが、トー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御して、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を地面に対して方向が変化しないようにする。これにより、操舵輪３の摩擦力に抗するトー角調整用モータ１３の必要最大トルクを抑えることができ、したがってトー角調整用モータ１３の小型化を図ることが可能となる。モータ１３の小型化を図ることで、ステアバイワイヤ式操舵装置のコンパクト化およびコスト低減を図ることができる。
ねじ結合部６Ｃのリード角αを、回転分割軸６Ｂが自己保持可能な角度に設定することで、トー角調整用モータ１３による駆動が停止されている状態において、回転分割軸６Ｂが、軸方向の外力が作用しても回転不能に保持されてねじ結合部６Ｃの螺合長さが変化しない。したがって、位置決めしたトー角の位置を、精度良くかつ容易に保持することが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１…ステアリングホイール
３…転舵輪
５…タイロッド
６…転舵軸
６Ａ…非回転分割軸
６Ｂ…回転分割軸
６Ｂａ…スプライン軸部
６Ｃ…ねじ結合部
８ａ…ステアリング制御手段
８ａｄ…協調制御部
１０…操舵角センサ
１１…転舵用モータ
１２…転舵動力伝達機構
１３…トー角調整用モータ
１４…トー角調整動力伝達機構
２１…スプラインナット
２８…他のセンサ類
３４…フィードバック制御部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転舵用の転舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のステアバイワイヤ式操舵装置に関し、トー角制御可能な操舵装置が提案されている（特許文献１）。また、ステアリングホイールに付与する操舵反力の生成法に関して、転舵モータで検出されるトルクから転舵反力を推定し、この転舵反力に応じて操舵反力を生成する方法が知られている(特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８４１７８号公報
【特許文献２】特開２００５−８８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で提案されているトー角制御可能な操舵装置では、車両の停車時にトー角制御する場合、トー角制御用モータのみ駆動すると、このトー角制御用モータの回転によってトー角を変える軸側のタイヤが転舵(トー角変化)される。このトー角を変える軸側のタイヤの転舵に伴って、トー角制御用モータに大きな負荷がかかる。この場合、トー角制御用モータを大型化する必要がある。
また、車両の走行時にはトー角制御機構に荷重がかかり、定位置制御のために常に電力が必要となる。トー角制御用ねじのがたや弾性変形により目標値から微小に変位した場合にも、定位置制御のために常に電力が必要となる。このように消費電力が増加する。さらに、トー角制御用モータが失陥した場合、トー角が固定されなかったり、左右のトー角が異なったりすると、車両の走行に支障をきたす可能性がある。
【０００５】
特許文献２のステアリングホイールに付与する操舵反力の生成法では、トー角を制御する際には転舵用モータも協調して制御する必要がある。このとき、運転者はステアリングホイールを操舵していなくても、転舵用モータのトルクに起因する操舵反力が前記ステアリングホイールに発生し、このステアリングホイールを握る運転者に違和感を与える可能性がある。
【０００６】
この発明の目的は、トー角制御用モータの小型化を図り消費電力の増加を抑え、また車両の停止時に、トー角を制御するとき運転者に違和感を与えないステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、ステアリング制御手段とを備える。
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、前記転舵動力伝達機構は、非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで操舵輪を転舵させるものとし、前記トー角調整動力伝達機構は、非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変えるものとする。
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角を基に、「他のセンサ類」からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、「定められた規則」に従い転舵角の指令信号を生成して転舵用モータを制御すると共に、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を基に、「定められた規則」に従いトー角の指令信号を生成してトー角調整用モータを制御するものであり、
前記ステアリング制御手段は、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合に、前記トー角調整用モータの駆動による非回転分割軸に対する前記回転分割軸の移動と前記転舵用モータの駆動による非回転分割軸の移動とが相殺されて、前記回転分割軸側の操舵輪を、この操舵輪が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する協調制御部を有することを特徴とする。
前記「他のセンサ類」とは、例えば、ヨーレイトセンサを含む。前記ヨーレイトセンサに代えて、横力検出用センサを用いても良い。
前記転舵角の指令信号を生成する際の「定められた規則」、および前記トー角の指令信号を生成する際の「定められた規則」は、それぞれ任意の内容で良く、また計算式として定められたものであっても、テーブル等として定められたものであっても良い。例えば、トー角の指令信号を生成する際の「定められた規則」は、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせる規則とされる。
【０００８】
この構成によると、転舵用モータの回転により、転舵動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸および回転分割軸を、一体に軸方向移動させることで、左右のタイロッドを同方向に同距離移動させて操舵輪を転舵させる。トー角調整用モータの回転により、トー角調整動力伝達機構を介して、転舵軸の非回転分割軸に対し回転分割軸を回転させることで、ねじ結合部の螺合長さを調整し、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪のトー角を変える。このときトー角調整用モータのみを駆動すると、回転分割軸側のみが伸縮するため、例えば、左右の操舵輪のトー角を等しく変更する際には、ステアリング制御手段によりトー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する。これらトー角調整用モータおよび転舵用モータの制御により、トー角調整動力伝達機構および転舵動力伝達機構は、左右の転舵輪の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【０００９】
例えば、起動直後に自動で僅かにモータを動かし動作確認をする場合や、何らかの原因で前回停車時のトー角がニュートラルでなかった場合など車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部は、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御して、トー角を変える回転分割軸側の操舵輪を地面に対して方向が変化しないようにする。すなわち回転分割軸と非回転分割軸との軸方向変位を相殺させ、回転分割軸側の操舵輪を地面に対して方向が変化しないようにすることができる。このとき転舵用モータの制御により、転舵軸を軸方向移動させることで、非回転分割軸側の操舵輪の転舵角のみ変化させる。
ここで、トー角制御用モータに最も負荷がかかるのは、車両の停車時にトー角制御を行うときである。この構成では、前述のように、車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部が、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御して、回転分割軸側の操舵輪を地面に対して方向が変化しないようにする。これにより、操舵輪の摩擦力に抗するトー角調整用モータの必要最大トルクを抑えることができ、したがってトー角調整用モータの小型化を図ることが可能となる。モータの小型化を図ることで、ステアバイワイヤ式操舵装置のコンパクト化およびコスト低減を図ることができる。
【００１０】
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を用いて、トー角を変える回転分割軸側の操舵輪の方向が目標値に一致するように、トー角調整用モータをフィードバック制御するフィードバック制御部を有するものであっても良い。この場合、回転分割軸側の操舵輪の方向を精度良く位置決めすることができる。
【００１１】
前記フィードバック制御部における車両の停車時のゲインを、車両走行時のゲインよりも低く設定しても良い。この場合、回転分割軸側の操舵輪の方向を、目標値に安定して収束させることができる。
前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部のゲインを、トー角変更時におけるゲインよりも低く設定するものとしても良い。この場合、回転分割軸側の操舵輪の方向をさらに精度良く位置決めすることができる。
【００１２】
前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部における位置の積分項を無くし、トー角変更時にはフィードバック制御部における位置の積分項を追加するものとしても良い。トー角制御の目標値が一定時間変化しない場合は、フィードバック制御部における位置の積分項を無くすことで、例えば、トー角制御用のねじ結合部のがたや弾性変形により、目標値から微小に変位した場合にも、定位置制御のための消費電力の増加を防ぐことができる。トー角変更時にはフィードバック制御部における位置の積分項を追加することで、トー角を精度良く位置決めすることができる。
【００１３】
前記ステアリング制御手段は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、トー角調整用モータへの通電を停止するものとしても良い。この場合、ステアリング制御手段は、トー角調整用モータを回転駆動する必要がないと判断し、このトー角調整用モータへの通電を停止する。これにより消費電力の増加を防ぐことができる。
【００１４】
前記ステアリング制御手段は、転舵用モータのトルクを検出し、このトルクを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量で重み付けし、トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータのトルクを、転舵反力の生成に用いるものとしても良い。前記トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータのトルクを、転舵反力の生成に用いることで、トー角制御に伴う操舵反力の変化を抑え、ステアリングホイールを握る運転者に違和感を与えることを防ぐことができる。
前記ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓにトー角を変える制御に伴う転舵量Δθｔを加えた値（Δθｓ＋Δθｔ）で除し、この値Δθｓ／（Δθｓ＋Δθｔ）に、転舵用モータで検出されたトルクＴｍを乗じることで、前記転舵反力の生成に用いる転舵用モータのトルクＴｍ´を得るものとしても良い。
【００１５】
前記回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整するものであり、前記ねじ結合部のリード角を、ねじ結合部の摩擦により、前記回転分割軸が自己保持可能な角度に設定しても良い。ねじ結合部のリード角を、ねじ結合部の摩擦により、回転分割軸が自己保持可能な角度に設定することで、回転分割軸に軸方向の外力が作用しても、回転分割軸が回転不能に保持されてねじ結合部の螺合長さが変化しないため、位置決めしたトー角の位置を、精度良くかつ容易に保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、ステアリング制御手段とを備え、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、前記転舵動力伝達機構は、非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで操舵輪を転舵させるものとし、前記トー角調整動力伝達機構は、非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変えるものとし、
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角を基に、他のセンサ類からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い転舵角の指令信号を生成して転舵用モータを制御すると共に、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を基に、定められた規則に従いトー角の指令信号を生成してトー角調整用モータを制御するものであり、前記ステアリング制御手段は、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合に、前記トー角調整用モータの駆動による非回転分割軸に対する前記回転分割軸の移動と前記転舵用モータの駆動による非回転分割軸の移動とが相殺されて、前記回転分割軸側の操舵輪を、この操舵輪が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する協調制御部を有する。このため、トー角制御用モータの小型化を図り消費電力の増加を抑え、また車両の停止時に、トー角を制御するとき運転者に違和感を与えないステアバイワイヤ式操舵装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同ステアバイワイヤ式操舵装置の転舵動力伝達機構およびトー角調整動力伝達機構を概略示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はステアバイワイヤ式操舵装置の制御系のブロック図である。
【図４】目標操舵反力を演算するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵機構２と、左右の操舵輪３，３にナックルアーム４およびタイロッド５を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な転舵軸６と、この転舵軸６を駆動する転舵及びトー角駆動機構７と、ＥＣＵ（電気制御ユニット）８とを備える。操舵機構２は、操舵反力を生成する操舵反力モータ９と、操舵角度を検出する操舵角センサ１０と、操舵トルクセンサＳａとを有する。なお操舵トルクセンサＳａは無くても良い。ＥＣＵ８はステアリング制御手段８ａを含み、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。
【００１９】
ステアリングホイール１は、転舵用の転舵軸６と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ１０が設けられ、操舵反力モータ９が接続されている。操舵角センサ１０は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサであり、操舵反力モータ９は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。
【００２０】
図２に示すように、転舵及びトー角駆動機構７は、転舵機構７Ａと、トー角調整機構７Ｂとを有する。転舵機構７Ａは、転舵用モータ１１と、この転舵用モータ１１の回転を転舵軸６に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構１２とを有する。トー角調整機構７Ｂは、トー角調整用モータ１３と、このトー角調整用モータ１３の回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構１４とを有する。
前記転舵軸６は、非回転分割軸６Ａと回転分割軸６Ｂとに軸方向に２分割され、これら両分割軸６Ａ，６Ｂを軸中心と同心のねじ結合部６Ｃで互いに伸縮可能に結合した軸である。ねじ結合部６Ｃは、滑りねじまたはボールねじにより構成される。転舵及びトー角駆動機構７のハウジング１５から突出した非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂの先端部に、左右のタイロッド５（図１）がそれぞれ連結されている。
【００２１】
ねじ結合部６Ｃは、非回転分割軸６Ａに設けられた雄ねじ１６と、回転分割軸６Ｂに設けられ雄ねじ１６に噛合う雌ねじ１７とを有する。これら雄ねじ１６，雌ねじ１７のリード角αは、ねじ結合部６Ｃの摩擦によって、回転分割軸６Ｂが自己保持可能な角度に設定されている。すなわち、リード角αは、軸方向の外力により滑りを生じる摩擦角未満とする。回転分割軸６Ｂが前記「自己保持可能」とは、トー角調整用モータ１３による駆動が停止されている状態において、回転分割軸６Ｂが、軸方向の外力が作用しても回転不能に保持されてねじ結合部６Ｃの螺合長さが変化しないことを言う。雄ねじ１６は、非回転分割軸６Ａのボールねじ軸部６ａから回転分割軸６Ｂ側に突出する嵌合軸部の先端に設けられている。
回転分割軸６Ｂは、筒状部１８と、この筒状部１８内に一部が嵌合して転舵軸先端側へ延びる軸部材１８ａとを有する。筒状部１８の内周に前記雌ねじ１７が形成され、この雌ねじ１７に、非回転分割軸６Ａの雄ねじ１６が噛合している。回転分割軸６Ｂは、前記筒状部１８の軸方向の一部が外周面にスプラインが形成されたスプライン軸部６Ｂａとされ、このスプライン軸部６Ｂａの軸方向一端に、軸部材１８ａが固定されている。この軸部材１８ａが図示外の連結手段によりタイロッド５（図１）に連結される。
【００２２】
ハウジング１５内にはボールねじ機構ＢＫが設けられ、このボールねじ機構ＢＫは、ボールねじ軸部６ａと、このボールねじ軸部６ａに螺合するボールナット１９とを有する。ボールナット１９がハウジング１５に軸受２０で回転自在に設置されている。このボールナット１９は、例えば、ボールの循環方式がこま式のものを用いる。但し、こま式の循環方式に限定されるものではない。
非回転分割軸６Ａは、前記ボールねじ軸部６ａと、このボールねじ軸部６ａの軸方向一端に固定され軸方向に延びる軸部材６ａｂとを有する。この軸部材６ａｂが図示外の連結手段によりタイロッド５（図１）に連結される。また非回転分割軸６Ａは、図示外の回り止め手段により、ハウジング１５に対して軸方向に進退自在かつ軸回りに回転不能とされている。前記回り止め手段は、例えば、非回転分割軸６Ａにおけるボールねじ軸部６ａの軸方向外側に続く部分である非同心円部と、ハウジング１５に固定して設けられ、前記非同心円部が軸方向に摺動自在に嵌合する滑り軸受とを有する。ハウジング１５に固定された滑り軸受に、ボールねじ軸部６ａの非同心円部が嵌合することで、非回転分割軸６Ａは、ハウジング１５に対して軸方向に進退自在かつ軸回りに回転不能とされる。
【００２３】
転舵軸６の全体は、以下のようにハウジング１５に支持されている。先ず、非回転分割軸６Ａの支持構造については、ハウジング１５の内周に、複列アンギュラ玉軸受等の転がり軸受２０および前記滑り軸受が嵌合され、転がり軸受２０にボールナット１９が回転自在に設置される。これらボールナット１９および前記滑り軸受に非回転分割軸６Ａが支持される。回転分割軸６Ｂの支持構造については、ハウジング１５の内周に、転がり軸受２２が嵌合され、この転がり軸受２２にスプラインナット２１が回転自在に設置される。スプラインナット２１の内周に、スプライン軸部６Ｂａの外周がスプライン嵌合することで、回転分割軸６Ｂが支持される。なお、スプライン軸部６Ｂａとスプラインナット２１とは、両者が滑り接触していても良いし、図示外のボールを介して互いに転がり接触していても良い。
転舵動力伝達機構１２は、転舵軸６の非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂを一体に軸方向に移動させて操舵輪３（図１）の転舵を行うものとしている。
【００２４】
転舵用モータ１１は、このモータ軸が転舵軸６と平行となるように、ハウジング１５に取付けられている。
転舵動力伝達機構１２は、転舵用モータ１１の前記モータ軸と、出力ギヤ２３と、この出力ギヤ２３と図示外のカウンタギヤを介して噛み合う入力ギヤ２４と、この入力ギヤ２４に固定され前記ボールねじ軸部６ａに螺合するボールナット１９とを有する。転舵用モータ１１の回転駆動力が各ギヤ２３，２４およびボールナット１９に伝達され、ボールナット１９が回転することで、非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂを一体に軸方向移動させる。これにより操舵輪３，３を転舵可能としている。
【００２５】
トー角調整用モータ１３は、ハウジング１５に取付けられている。
トー角調整動力伝達機構１４は、トー角調整用モータ１３のモータ軸に固定された出力ギヤ２５と、この出力ギヤ２５に図示外の中間ギヤを介して噛み合う入力ギヤ２６と、この入力ギヤ２６に固定された前記スプラインナット２１とを有する。またスプラインナット２１に、スプライン軸部６Ｂａがスプライン嵌合している。トー角調整用モータ１３の回転駆動力が各ギヤ２５，２６およびスプラインナット２１に伝達され、このスプラインナット２１と共にスプライン軸部６Ｂａを回転することで、ねじ結合部６Ｃの螺合長さを調整し得る。
【００２６】
トー角調整動力伝達機構１４は、非回転分割軸６Ａに対し回転分割軸６Ｂを回転させることで、ねじ結合部６Ｃの螺合長さを調整して、転舵軸６を伸縮させる。これにより、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪３（図１）のトー角を変える。このトー角を調整するとき、トー角調整用モータ１３のみを駆動すると、回転分割軸６Ｂ側のみが伸縮するため、例えば、車両走行時において、図１に示す左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更する際には、ステアリング制御手段８ａによりトー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御する。
【００２７】
具体的にトー角調整用モータ１３を一方向に回転させて、トー角調整動力伝達機構１４により、図１左側の操舵輪３をトー角を変える。これと共に図１右側の操舵輪３をトー角を変えるため、転舵用モータ１１を回転させて転舵動力伝達機構１２により、図１左右の操舵輪３のトー角を変える。このとき転舵動力伝達機構１２は、転舵軸６の全体を軸方向に移動するため、左側の操舵輪３がトー角が相殺される。このトー角の相殺分を補うべくトー角調整用モータ１３の回転量を増やすことで、左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更し得る。このようにトー角調整用モータ１３および転舵用モータ１１を協調して制御することにより、トー角調整動力伝達機構１４および転舵動力伝達機構１２は、左右の転舵輪３，３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、ＥＣＵ８のステアリング制御手段８ａは、操舵反力制御部８ａａと、転舵制御部８ａｂと、トー角制御部８ａｃと、協調制御部８ａｄとを有する。操舵反力制御部８ａａは、目標操舵反力を生成する目標値生成部２９と、フィードバック制御部３０とを有する。目標値生成部２９は、操舵角センサ１０（図１）の検出する操舵角の信号、車速センサ２７の検出する操舵輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサ２８の信号に基づいて目標操舵反力を生成する。フィードバック制御部３０は、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサＳａ（図１）の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ９を制御する。このように操舵トルクセンサＳａがあれば、トルクのフィードバック制御で、より正確なトルクを出力することができる。但し、トルクとモータ電流は略比例するので、操舵トルクセンサＳａが無くても、この使用例においては許容できる範囲内の誤差でトルクを出力できる。なおサーボモータでは、モータ電流は電流センサを用いてフィードバック制御している。
【００２９】
転舵制御部８ａｂは、目標転舵角（目標値）の指令信号を生成する目標値生成部３１と、フィードバック制御部３２とを有する。目標値生成部３１は、操舵角センサ１０の検出する操舵角を基に、他のセンサ類２８からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い目標転舵角の指令信号を生成する。フィードバック制御部３２は、転舵用モータ１１の回転角度から得られる転舵角が、前記目標転舵角に一致するようにフィードバック制御する。
【００３０】
トー角制御部８ａｃは、目標トー角（目標値）の指令信号を生成する目標値生成部３３と、フィードバック制御部３４とを有する。目標値生成部３３は、操舵角センサ１０の検出する操舵角を基に、他のセンサ類２８からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い目標トー角の指令信号を生成する。フィードバック制御部３４は、トー角調整用モータ１３の回転角度、および、転舵用モータ１１の回転角度から得られるトー角が、前記目標トー角に一致するようにフィードバック制御する。
各目標値を生成する際の「定められた規則」は、それぞれ任意の内容で良く、また計算式として定められたものであっても、テーブル等として定められたものであっても良い。例えば、目標トー角を生成する際の「定められた規則」は、操舵される旋回内外輪に作用するコーナリング力の差が設定値以下になるようにトー角調整を行わせる規則とされる。
【００３１】
フィードバック制御部３４について、トー角変更時には、制御対象であるトー角調整用モータ１３または転舵用モータ１１の入出力間の伝達関数Ｇ（ｓ）は、図３（Ｂ）上段の概略図のようにゲインＫ１および積分項１／ｓを用いて表される。このようにトー角変更時に積分項１／ｓを追加することで、トー角を精度良く位置決めすることができる。
トー角制御部８ａｃにおけるフィードバック制御部３４は、積分項を含む図３（Ｂ）上段のフィードバック制御を行うが、目標値を常時監視しておき、目標値が一定時間変化しない場合は、積分項を無くしたフィードバック制御を行う。
すなわち目標値が一定時間変化しない場合は、制御対象であるトー角調整用モータ１３または転舵用モータ１１の入出力間の伝達関数Ｇ（ｓ）は、図３（Ｂ）下段の概略図のように積分項を無くしゲインＫ２を用いて表される。トー角制御の目標値が一定時間変化しない場合に積分項を無くすことで、例えば、トー角制御用のねじ結合部６Ｃ（図２）のがたや弾性変形により、目標値から微小に変位した場合にも、定位置制御のための消費電力の増加を防ぐことができる。この場合のゲインＫ２を、トー角変更時におけるゲインＫ１よりも低く設定しても良い。この場合、トー角の位置を安定して保持することができ、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３の方向をさらに精度良く位置決めすることができる。
【００３２】
協調制御部８ａｄは、転舵制御部８ａｂと、トー角制御部８ａｃとを協調してトー角制御を行うものである。なお転舵制御のみを行う場合、転舵制御部８ａｂのみ実行させる。協調制御部８ａｄは、走行時制御部３５と、停止時制御部３６とを有する。走行時制御部３５は、車両走行時に、転舵制御部８ａｂとトー角制御部８ａｃとを協調して制御し、停止時制御部３６は、車両停止時に、転舵制御部８ａｂとトー角制御部８ａｃとを協調して制御する。
車両走行時において、走行時制御部３５は、得られた転舵角およびトー角が、それぞれの目標値に一致するように、転舵用モータ１１およびトー角調整用モータ１３を駆動制御する。これにより、転舵動力伝達機構１２およびトー角調整動力伝達機構１４を互いに協調して動作させるようになっている。
【００３３】
例えば、車両走行時において、走行時制御部３５は、トー角制御部８ａｃを実行させ、得られるトー角が目標値に一致するように、トー角調整用モータ１３を回転させて、トー角調整動力伝達機構１４により、図１左側の操舵輪３のトー角を変える。これと共に走行時制御部３６は、転舵制御部８ａｂを実行させ、転舵用モータ１１の回転角度から得られる図１右側の操舵輪３のトー角が、目標値に一致するように、転舵用モータ１１を回転させてる。したがって、転舵動力伝達機構１２により、図１右側の操舵輪３のトー角を変える。このとき転舵動力伝達機構１２は、転舵軸６の全体を軸方向に移動するため、左側の操舵輪３のトー角が相殺される。協調制御部８ａｄの走行時制御部３５は、このトー角の相殺分を補うべくトー角調整用モータ１３の回転量を増やすように、トー角制御部８ａｃを制御する。これにより、左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更し得る。このようにトー角調整用モータ１３および転舵用モータ１１を協調して制御することにより、トー角調整動力伝達機構１４および転舵動力伝達機構１２は、左右の転舵輪３，３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００３４】
車両停止時において、停止時制御部３６は、得られた転舵角およびトー角が、それぞれの目標値に一致するように、転舵用モータ１１およびトー角調整用モータ１３を駆動制御する。これにより、転舵動力伝達機構１２およびトー角調整動力伝達機構１４を互いに協調して動作させる。
例えば、車両停止時にトー角制御を行うとき、停止時制御部３６は、転舵制御部８ａｂを実行させ、転舵用モータ１１の回転角度から得られる図１右側の操舵輪３のトー角が、目標値に一致するように、転舵用モータ１１を回転させる。これにより転舵軸６の全体が軸方向に移動して、図１右側の操舵輪３の転舵角を変化させる。これと共に、停止時制御部３６は、トー角制御部８ａｃを実行させ、転舵軸６の全体の軸方向移動と回転分割軸６Ｂの軸方向移動とが互いに相殺するように、トー角調整用モータ１３を回転させる。これにより回転分割軸側６Ｂの操舵輪３を、この操舵輪３が接地する地面に対して方向が変化しないようにできる。
【００３５】
ステアリング制御手段８ａのトー角制御部８ａｃは、前記目標値が一定時間変化しない場合は、トー角調整用モータ１３への通電を停止するものとしても良い。この場合、ステアリング制御手段８ａは、トー角調整用モータ１３を回転駆動する必要がないと判断し、このトー角調整用モータ１３への通電を停止する。これにより消費電力の増加を防ぐことができる。トー角調整用モータ１３への通電を停止した状態で、回転分割軸６Ｂに軸方向の外力が作用しても、前述のように、ねじ結合部６Ｃのリード角αが、ねじ結合部６Ｃの摩擦によって、回転分割軸６Ｂが自己保持可能な角度に設定されているため、回転分割軸６Ｂが回転不能に保持されねじ結合部６Ｃの螺合長さは不所望に変化しない。
また、この例では、フィードバック制御部３４における車両の停車時のゲインを、車両走行時のゲインよりも低く設定している。この場合、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３の方向を、目標値に安定して収束させることができる。
【００３６】
ステアリング制御手段８ａは、転舵用モータ１１のトルクを検出し、このトルクを、ステアリングホイール１の操舵に伴う操舵量で重み付けし、トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータ１１のトルクを、転舵反力の生成に用いる。
図４は、目標操舵反力を演算するフローチャートである。ステアリング制御手段８ａは、演算開始後、転舵用モータ１１から検出される信号を読み込み（ステップＳ１）、運転者の操舵による転舵用モータ１１のトルクＴｍ´を算出する（ステップＳ２）。トルクＴｍ´は、転舵反力の生成に用いるトルクであって、ステップＳ２において、ステアリングホイール１の操舵に伴う転舵量Δθｓを、ステアリングホイール１の操舵に伴う転舵量Δθｓにトー角を変える制御に伴う転舵量Δθｔを加えた値（Δθｓ＋Δθｔ）で除し、この値Δθｓ／（Δθｓ＋Δθｔ）に、転舵用モータ１１で検出されたトルクＴｍを乗じることでトルクＴｍ´を得る。
したがって転舵反力の生成に用いるトルクＴｍ´は以下の式により表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
次に、転舵用モータ１１のトルクＴｍ´から転舵反力を推定する（ステップＳ３）。転舵反力推定値をＦｈとすると転舵反力推定値をＦｈは以下の式により表される。
【数２】
【００３９】
ステップＳ３にて上記式により転舵反力推定値を演算した後、転舵反力に応じた操舵反力の目標値を演算する（ステップＳ４）。操舵反力をＰａとすると、操舵反力Ｐａは以下の式により表される。この操舵反力目標値を演算した後、ステップＳ１に戻る。
【数３】
【００４０】
前述のようにトー角調整の際には、転舵用モータ１１も協調して制御する必要があり、このとき運転者は、ステアリングホイール１を操舵していなくても転舵用モータ１１のトルクＴｍが発生する。転舵用モータ１１のトルクＴｍは、トー角制御に伴う成分と、運転者の操舵に伴うステアリングホイール１からの入力による成分の両方を含むため、前記トルクＴｍを、ステアリングホイール１の操舵に伴う操舵量で重み付けし、トー角制御に伴う成分を除去したＴｍ´を転舵反力の生成に用いる。このようにトー角制御に伴う成分を除去することで、トー角制御に伴う操舵反力の変化を抑え、ステアリングホイール１を握る運転者に違和感を与えることを防ぐことができる。
【００４１】
以上説明したステアバイワイヤ式操舵装置によると、転舵用モータ１１の回転により、転舵動力伝達機構１２を介して、転舵軸６の非回転分割軸６Ａおよび回転分割軸６Ｂを、一体に軸方向移動させることで、左右のタイロッド５，５を同方向に同距離移動させて操舵輪３を転舵させる。トー角調整用モータ１３の回転により、トー角調整動力伝達機構１４を介して、転舵軸６の非回転分割軸６Ａに対し回転分割軸６Ｂを回転させることで、ねじ結合部６Ｃの螺合長さを調整し、左右のタイロッド間距離を変更して、操舵輪３のトー角を変える。このときトー角調整用モータ１３のみを駆動すると、回転分割軸６Ｂ側のみが伸縮するため、左右の操舵輪３，３のトー角を等しく変更する際には、ステアリング制御手段８ａによりトー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御する。これらトー角調整用モータ１３および転舵用モータ１１の制御により、トー角調整動力伝達機構１４および転舵動力伝達機構１２は、左右の転舵輪３，３の転舵角が目標値に一致するように互いに協調して動作させられる。
【００４２】
車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部８ａｄは、トー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御して、トー角を変える回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を地面に対して方向が変化しないようにする。すなわち回転分割軸６Ｂと非回転分割軸６Ａとの軸方向変位を相殺させ、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を地面に対して方向が変化しないようにすることができる。このとき転舵用モータ１１の制御により、転舵軸６を軸方向移動させることで、非回転分割軸６Ａ側の操舵輪３の転舵角のみ変化させる。
【００４３】
ここで、トー角制御用モータ１３に最も負荷がかかるのは、車両の停車時にトー角制御を行うときである。この構成では、前述のように、車両の停車時にトー角制御を行う場合には、協調制御部８ａｄが、トー角調整用モータ１３と転舵用モータ１１とを協調して制御して、回転分割軸６Ｂ側の操舵輪３を地面に対して方向が変化しないようにする。これにより、操舵輪３の摩擦力に抗するトー角調整用モータ１３の必要最大トルクを抑えることができ、したがってトー角調整用モータ１３の小型化を図ることが可能となる。モータ１３の小型化を図ることで、ステアバイワイヤ式操舵装置のコンパクト化およびコスト低減を図ることができる。
ねじ結合部６Ｃのリード角αを、回転分割軸６Ｂが自己保持可能な角度に設定することで、トー角調整用モータ１３による駆動が停止されている状態において、回転分割軸６Ｂが、軸方向の外力が作用しても回転不能に保持されてねじ結合部６Ｃの螺合長さが変化しない。したがって、位置決めしたトー角の位置を、精度良くかつ容易に保持することが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１…ステアリングホイール
３…転舵輪
５…タイロッド
６…転舵軸
６Ａ…非回転分割軸
６Ｂ…回転分割軸
６Ｂａ…スプライン軸部
６Ｃ…ねじ結合部
８ａ…ステアリング制御手段
８ａｄ…協調制御部
１０…操舵角センサ
１１…転舵用モータ
１２…転舵動力伝達機構
１３…トー角調整用モータ
１４…トー角調整動力伝達機構
２１…スプラインナット
２８…他のセンサ類
３４…フィードバック制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、ステアリング制御手段とを備え、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、前記転舵動力伝達機構は、非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで操舵輪を転舵させるものとし、前記トー角調整動力伝達機構は、非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変えるものとし、
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角を基に、他のセンサ類からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い転舵角の指令信号を生成して転舵用モータを制御すると共に、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を基に、定められた規則に従いトー角の指令信号を生成してトー角調整用モータを制御するものであり、
前記ステアリング制御手段は、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合に、前記トー角調整用モータの駆動による非回転分割軸に対する前記回転分割軸の移動と前記転舵用モータの駆動による非回転分割軸の移動とが相殺されて、前記回転分割軸側の操舵輪を、この操舵輪が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する協調制御部を有することを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を用いて、トー角を変える回転分割軸側の操舵輪の方向が目標値に一致するように、トー角調整用モータをフィードバック制御するフィードバック制御部を有するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項３】
請求項２において、前記フィードバック制御部における車両の停車時のゲインを、車両走行時のゲインよりも低く設定したステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項４】
請求項２において、前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部のゲインを、トー角変更時におけるゲインよりも低く設定するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項５】
請求項２において、前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部における位置の積分項を無くし、トー角変更時にはフィードバック制御部における位置の積分項を追加するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項２において、前記ステアリング制御手段は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、トー角調整用モータへの通電を停止するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ステアリング制御手段は、転舵用モータのトルクを検出し、このトルクを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量で重み付けし、トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータのトルクを、転舵反力の生成に用いるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項７において、前記ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓにトー角を変える制御に伴う転舵量Δθｔを加えた値（Δθｓ＋Δθｔ）で除し、この値Δθｓ／（Δθｓ＋Δθｔ）に、転舵用モータで検出されたトルクＴｍを乗じることで、前記転舵反力の生成に用いる転舵用モータのトルクＴｍ´を得るステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整するものであり、前記ねじ結合部のリード角を、ねじ結合部の摩擦により、前記回転分割軸が自己保持可能な角度に設定したステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項１】
左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、この転舵軸に機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、転舵用モータと、この転舵用モータの回転を前記転舵軸に軸方向移動として伝える転舵動力伝達機構と、トー角調整用モータと、このトー角調整用モータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、ステアリング制御手段とを備え、
前記転舵軸は、非回転分割軸と回転分割軸とに軸方向に２分割され、これら両分割軸を軸中心と同心のねじ結合部で互いに結合した軸であって、前記転舵動力伝達機構は、非回転分割軸および回転分割軸を一体に軸方向移動させることで操舵輪を転舵させるものとし、前記トー角調整動力伝達機構は、非回転分割軸に対して回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整することで、前記左右のタイロッド間距離を変更して操舵輪のトー角を変えるものとし、
前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角を基に、他のセンサ類からの車両の運転状態を検出する運転状態検出信号と合わせて、定められた規則に従い転舵角の指令信号を生成して転舵用モータを制御すると共に、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を基に、定められた規則に従いトー角の指令信号を生成してトー角調整用モータを制御するものであり、
前記ステアリング制御手段は、車両の停車時に、トー角を変える指令信号を出力する場合に、前記トー角調整用モータの駆動による非回転分割軸に対する前記回転分割軸の移動と前記転舵用モータの駆動による非回転分割軸の移動とが相殺されて、前記回転分割軸側の操舵輪を、この操舵輪が接地する地面に対して方向が変化しないように、トー角調整用モータと転舵用モータとを協調して制御する協調制御部を有することを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ステアリング制御手段は、操舵角センサの検出する操舵角および他のセンサ類からの前記運転状態検出信号を用いて、トー角を変える回転分割軸側の操舵輪の方向が目標値に一致するように、トー角調整用モータをフィードバック制御するフィードバック制御部を有するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項３】
請求項２において、前記フィードバック制御部における車両の停車時のゲインを、車両走行時のゲインよりも低く設定したステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項４】
請求項２において、前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部のゲインを、トー角変更時におけるゲインよりも低く設定するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項５】
請求項２において、前記フィードバック制御部は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、前記フィードバック制御部における位置の積分項を無くし、トー角変更時にはフィードバック制御部における位置の積分項を追加するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項６】
請求項２において、前記ステアリング制御手段は、前記目標値が一定時間変化しない場合は、トー角調整用モータへの通電を停止するステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ステアリング制御手段は、転舵用モータのトルクを検出し、このトルクを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量で重み付けし、トー角を変える制御に伴う成分を除去した転舵用モータのトルクを、転舵反力の生成に用いるステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項８】
請求項７において、前記ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓを、ステアリングホイールの操舵に伴う転舵量Δθｓにトー角を変える制御に伴う転舵量Δθｔを加えた値（Δθｓ＋Δθｔ）で除し、この値Δθｓ／（Δθｓ＋Δθｔ）に、転舵用モータで検出されたトルクＴｍを乗じることで、前記転舵反力の生成に用いる転舵用モータのトルクＴｍ´を得るステアバイワイヤ式操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記回転分割軸にスプライン軸部を設け、このスプライン軸部に軸方向に相対移動自在に噛み合うスプラインナットを回転自在に設け、前記トー角調整動力伝達機構は、トー角調整用モータで前記スプラインナットを回転させることにより、回転分割軸を回転させて、前記ねじ結合部の螺合長さを調整するものであり、前記ねじ結合部のリード角を、ねじ結合部の摩擦により、前記回転分割軸が自己保持可能な角度に設定したステアバイワイヤ式操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−２３１６７（Ｐ２０１３−２３１６７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２８１０（Ｐ２０１１−１６２８１０）
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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