JP2009056888A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールに適切な操作反力トルクを付与することができる態様で、伝達比可変装置及びパワーステアリング装置を用いてステアバイワイヤ式のステアリングシステムを実現すること。
【解決手段】本発明による車両用操舵装置は、伝達比可変装置及びパワーステアリング装置のいずれにも異常が検出されない場合には、伝達比可変装置により操舵反力制御を行い、パワーステアリング装置により舵角制御を行うことを特徴とする。そして、ワーステアリング装置に異常が検出されない状況下で伝達比可変装置に異常が検出された場合には、伝達比可変装置の伝達比可変機構をロックすると共に、パワーステアリング装置の制御を舵角制御からトルク制御へと徐々に移行させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、伝達比可変装置及びパワーステアリング装置を用いてトルク制御及び舵角制御を行う車両用操舵装置に関する。

従来から、伝達比可変装置が失陥した場合に、ステアリングホイールの操作力に基づくパワーステアリング装置の制御に代え、ステアリングホイールの操作量に基づくパワーステアリング装置の制御を行う車両用操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−９０９４７号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、伝達比可変装置のモータが失陥した場合に、ロック機構によるロックを行う前に、ステアリングホイールの操作力に基づくパワーステアリング装置のトルク制御に代え、ステアリングホイールの操作量に基づくパワーステアリング装置の舵角制御を行うことで、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリングシステムを実現している。しかしながら、ステアバイワイヤ式のステアリングシステムが実現された状態では、伝達比可変装置のモータが失陥しているので、ステアリングホイールに適切な操作反力トルクを付与することができない。

本発明は、ステアリングホイールに適切な操作反力トルクを付与することができる態様で、伝達比可変装置及びパワーステアリング装置を用いてステアバイワイヤ式のステアリングシステムを実現する車両用操舵装置の提供を目的とする。

また、本発明は、伝達比可変装置の異常発生時の舵角制御からトルク制御への切替に起因したトルクの急変を適切に防止することができる車両用操舵装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る車両用操舵装置は、伝達比可変装置及びパワーステアリング装置のいずれにも異常が検出されない場合には、伝達比可変装置により操舵反力制御を行い、パワーステアリング装置により舵角制御を行うことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る車両用操舵装置において、
パワーステアリング装置に異常が検出されない状況下で伝達比可変装置に異常が検出された場合には、伝達比可変装置の伝達比可変機構をロックすると共に、パワーステアリング装置の制御を舵角制御からトルク制御へと徐々に移行させることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に係る車両用操舵装置において、
前記パワーステアリング装置の舵角制御からトルク制御への段階的な移行は、伝達比可変装置に異常が検出された時点の舵角制御の目標値とトルク制御の目標値との差に基づいて、前記パワーステアリング装置のアクチュエータの目標電流を徐々に変化させることを含むことを特徴とする。

第４の発明は、第２又は３の発明に係る車両用操舵装置において、
前記パワーステアリング装置のトルク制御の目標値は、車速を少なくとも１つのパラメータとして決定されることを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明に係る車両用操舵装置において、
前記パワーステアリング装置のトルク制御の目標値は、摩擦反力トルク成分を補正して決定されることを特徴とする。

第６の発明に係る車両用操舵装置目標操舵反力を決定する目標操舵反力決定手段と、
目標操舵角を決定する目標操舵角決定手段と、
目標アシストトルクを決定する目標アシストトルク決定手段と、
前記目標操舵反力が実現されるように伝達比可変装置を制御する操舵反力制御手段と、
前記目標アシストトルクが実現されるようにパワーステアリング装置を制御するアシストトルク制御手段と、
前記目標操舵角が実現されるように前記パワーステアリング装置を制御する操舵角制御手段とを備え、
前記操舵反力制御手段及び前記操舵角制御手段が、前記伝達比可変装置が正常な場合に機能し、
前記アシストトルク制御手段が、前記伝達比可変装置に異常が検出された場合に機能し、
前記伝達比可変装置の異常に起因して前記パワーステアリング装置の制御が前記操舵角制御手段による舵角制御から前記アシストトルク制御手段によるトルク制御に移行する際、該移行に起因した前記パワーステアリング装置の発生トルクの急変を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、ステアリングホイールに適切な操作反力トルクを付与することができる態様で、伝達比可変装置及びパワーステアリング装置を用いてステアバイワイヤ式のステアリングシステムを実現することができる。また、一実施例では、伝達比可変装置の異常発生時の舵角制御からトルク制御への切替に起因したトルクの急変を適切に防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による車両用操舵装置の一実施例を概略的に示す全体図である。車両用操舵装置１０は、運転者が操作するステアリングホイール１１を含むステアリングコラム１２を備える。ステアリングコラム１２は、ステアリングホイール１１の回転軸となるステアリングシャフト１４を回転可能に支持する。ステアリングシャフト１４は、ゴムカップリング１３等を介して中間シャフト（インターミディエイトシャフト）１６に接続される。中間シャフト１６はピニオン１７に接続され、ステアリングギアボックス３１内でピニオン１７がステアリングラック（転舵ロッド）１８に噛合される。ステアリングラック１８の両端には、それぞれタイロッド１９の一端が接続されると共に各タイロッド１９の他端にはナックルアーム等（図示せず）を介して転舵輪（図示せず）が接続されている。また、中間シャフト１６又はステアリングシャフト１４には、ステアリングホイール１１の操舵角に応じた信号を発生する舵角センサ７４や、ステアリングシャフトに生ずる操舵トルクに応じた信号を発生するトルクセンサ１５が設けられる。尚、トルクセンサ１５は、伝達比可変装置３０より転舵輪側に配置されてもよいが、好ましくは、伝達比可変装置３０よりステアリングホイール１１付近に配置される。

車両用操舵装置１０は、パワーステアリング装置２０を備える。パワーステアリング装置２０は、主要な構成要素として、操舵補助用のアクチュエータ２２（以下、「アシストモータ２２」という）、及び、アシストモータ２２の回転角（以下、「転舵モータ回転角」ともいう）を検出する回転角センサ２４を備える。アシストモータ２２は、例えば３相交流モータで構成される。アシストモータ２２は、ステアリングギアボックス３１内にステアリングラック１８と同軸に設けられ、その駆動力によりステアリングラック１８の移動を助勢する。パワーステアリング装置２０の構成自体は、任意であってよく、例えば特開２００７−９０９４７号に開示されるような構成であってよい。パワーステアリング装置２０のアシストモータ２２は、後述のＥＣＵ８０により制御される。アシストモータ２２の制御態様については、後述する。

車両用操舵装置１０は、伝達比可変装置３０を備える。図２は、伝達比可変装置３０の主要構成要素の断面図である。伝達比可変装置３０は、入力軸６０、及び、出力軸６２、差動機構４０、アクチュエータ３４（以下、「ＶＧＲＳモータ３４」という）、ＶＧＲＳモータ３４の回転角（以下、「反力モータ回転角」ともいう）を検出する回転角センサ７６、及び、ロック機構５０とを含む。尚、ＶＧＲＳモータ３４は、例えば３相交流モータで構成される。また、差動機構４０は、後述する如く、ドリブンギア３８と、ステータギア４２と、波動発生装置４６と、フレキシブルギア４８とを含む。

入力軸６０の上端には、中間シャフト１６の下端が連結される。入力軸６０の下端には、ステータギア４２が設けられる。出力軸６２の下側には、ピニオン１７が設けられる。出力軸６２の上側には、ドリブンギア３８が設けられる。ドリブンギア３８及びステータギア４２の内周面には、それぞれ異なる歯数（ドリブンギア３８の歯数＜ステータギア４２の歯数）のギアが形成されている。ドリブンギア３８及びステータギア４２の内側には、それぞれのギアに同時に噛合するフレキシブルギア４８が設けられる。即ち、フレキシブルギア４８の外側に形成された歯（歯数は、ドリブンギア３８の歯数と同じ）に、ドリブンギア３８及びステータギア４２の内側に形成された歯が噛合する。フレキシブルギア４８の内側は、波動発生装置４６の外輪上に嵌合される。ハウジング３２には、ＶＧＲＳモータ３４のケース３４ａが固定されている。ＶＧＲＳモータ３４は、モータシャフト３５を有し、モータシャフト３５は、波動発生装置４６のカムに接続される。モータシャフト３５内には、入力軸６０が回転可能に挿通されている。即ち、入力軸６０とモータシャフト３５とは、互いに独立に回転可能であるように構成されている。

図３は、図２のラインＡ−Ａにより切断したロック機構５０の断面図である。ロック機構５０は、ＶＧＲＳモータ３４のモータシャフト３５まわりに搭載される。ロック機構５０は、回動ピン５４まわりに回動可能なロックレバー（ロックアーム）５２を有する。回動ピン５４は、伝達比可変装置３０のハウジング３２に固定される。これにより、ロックレバー５２は、ハウジング３２等の車体に対して回転不能な部位に支持されることになる。ロックレバー５２の先端には、後述するロックホルダ３６の凹部３７に係合する係合部５２ａが設けられている。

ＶＧＲＳモータ３４のモータシャフト３５上には、略リング状のロックホルダ３６が設けられる。ロックホルダ３６は、硬質な材料から形成され、モータシャフト３５と共に回転するように、モータシャフト３５に対して実質的に回転不能に設けられている。ロックホルダ３６の周部には、ロックレバー５２の係合部５２ａが係合する凹部３７が形成されている。

ロックレバー５２は、回動ピン５４まわりに設けられたリターンスプリング５３によりロックホルダ３６に向けて付勢されている。即ち、リターンスプリング５３は、ロックホルダ３６（モータシャフト３５）に向かって回動するようにロックレバー５２を付勢している。ロックレバー５２の係合部５２ａは、凹部３７内に嵌入されると、リターンスプリング５３の弾性力により凹部３７内に保持された状態となる。これにより、ロック状態が実現される。

ロック状態が実現されると、ＶＧＲＳモータ３４のモータシャフト３５は、ロックレバー５２とロックホルダ３６との係合により、伝達比可変装置３０のハウジング３２に対して固定された状態となる。即ち、ＶＧＲＳモータ３４のモータシャフト３５は、その回転方向の移動が、ロックホルダ３６の凹部３７に嵌入したロックレバー５２の係合部５２ａにより係止され、ハウジング３２（車体）に対して回転不能な状態となる。この場合、ステアリングホイール１１が回転すると、入力軸６０（ステータギア４２）が回転し、フレキシブルギア４８を介してドリブンギア３８が回転される。この際、モータシャフト３５には、フレキシブルギア４８を介して回転反力が伝達されるが、モータシャフト３５は、ロックレバー５２により回転不能な状態とされているので、モータシャフト３５が当該回転反力で回転されることは無い（即ち、ステアリングホイール１１の回転は、ロック状態であっても確実に転舵輪に伝達される）。

ロック機構５０は、ソレノイド５６により電磁的に作動される。例えばイグニッションオン時（システム正常時）にソレノイド５６への通電がなされると、ソレノイド５６が発生する吸引力によりロックレバー５２がリターンスプリング５３からの付勢力に抗して回動し、ロックレバー５２の係合部５２ａがロックホルダ３６の凹部３７内から離脱する。これにより、アンロック状態が実現される。アンロック状態が実現されると、差動機構４０が機能する状態が形成される。

尚、伝達比可変装置３０の構成自体は、入力軸６０（ひいてはステアリングシャフト１４及びステアリングホイール１１）に回転トルク（操舵反力）を伝達することができるＶＧＲＳモータ３４、入力軸６０と出力軸６２との間の回転差を吸収する差動機構４０、及び、ロック時に入力軸６０と出力軸６２とを直結状態にするロック機構５０を備えている限り、任意であってよく、また、ＶＧＲＳモータ３４や差動機構４０等の構成は、同等の機能を実現できる限り、上述の構成以外の構成であってもよい。

次に、上述の車両用操舵装置１０の主要動作について説明する。車両用操舵装置１０は、以下で説明する各種制御を行うＥＣＵ８０を備える。ＥＣＵ８０は、操舵システムを統括する単一のＥＣＵであってもよいし、２つ以上のＥＣＵにより協動して実現されてもよい。ＥＣＵ８０には、以下で説明する各種制御を実現するための情報ないしデータが入力され、より具体的には、ＥＣＵ８０には、トルクセンサ１５、回転角センサ２４、舵角センサ７４、回転角センサ７６、車速センサ（図示せず）等から各種のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ８０には、伝達比可変装置３０のＶＧＲＳモータ３４の作動電流（以下、「反力モータ電流」という）を検出する電流センサ（図示せず）、及び、パワーステアリング装置２０のアシストモータ２２の作動電流（以下、「転舵モータ電流」という）を検出する電流センサ（図示せず）が接続され、反力モータ電流及び転舵モータ電流を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ８０には、制御対象として伝達比可変装置３０及びパワーステアリング装置２０が接続されている。

図４は、システム正常時にＥＣＵ８０により実現される制御内容を模式的に示す図である。ＥＣＵ８０は、システム正常時、即ち伝達比可変装置３０及びパワーステアリング装置２０のいずれにも異常が検出されない場合には、伝達比可変装置３０により操舵反力制御を行い、パワーステアリング装置２０により舵角制御を行う。操舵反力制御及び舵角制御は、図４に模式的に示すように、ＥＣＵ８０の操舵反力制御部８２及び舵角制御部８４により実現される。

図５は、ＥＣＵ８０の操舵反力制御部８２及び舵角制御部８４の機能ブロック図である。

舵角制御部８４では、図５に示すように、舵角センサ７４から入力される操舵角（ハンドル角）θと車速センサから入力される車速ｖとに基づいて、目標ヨーレイト（γ＊）が演算される。尚、記号＊は目標値であることを表す。次いで、目標ヨーレイト（γ＊）に基づいて目標転舵モータ回転角（θ_ｅｓｐ＊）が演算される。次いで、回転角センサ２４から入力される転舵モータ回転角（θ_ｅｓｐ）と目標転舵モータ回転角（θ_ｅｓｐ＊）との差に基づいて、目標転舵モータ電流（Ｉ_ｅｓｐ＊）が演算される。次いで、転舵モータ電流（検出値）と目標転舵モータ電流（Ｉ_ｅｓｐ＊）と差に基づいて、モータ駆動デューティ（ＤＵＴＹ_ｅｓｐ）が演算される。この際、モータ駆動デューティ（ＤＵＴＹ_ｅｓｐ）は、回転角センサ２４からの転舵モータ回転角（θ_ｅｓｐ）を考慮して決定される。パワーステアリング装置２０のアシストモータ２２は、このようにして演算・出力されるモータ駆動デューティ（ＤＵＴＹ_ｅｓｐ）に従って制御され、舵角制御が実現される。

操舵反力制御部８２では、図５に示すように、舵角センサ７４から入力される操舵角（ハンドル角）θと車速センサから入力される車速ｖとに基づいて、目標操舵トルク（Ｔｒ＊）が演算される。次いで、トルクセンサ１５から入力される操舵トルク（Ｔｒ）と目標操舵トルク（Ｔｒ＊）との差に基づいて、目標反力モータ電流（Ｉ_ｖｇｒｓ＊）が演算される。次いで、反力モータ電流（検出値）と目標反力モータ電流（Ｉ_ｖｇｒｓ＊）と差に基づいて、モータ駆動デューティ（ＤＵＴＹ_ｖｇｒｓ）が演算される。この際、モータ駆動デューティ（ＤＵＴＹ_ｖｇｒｓ）は、回転角センサ７６からの転舵モータ回転角（θ_ｖｇｒｓ）を考慮して決定される。伝達比可変装置３０のＶＧＲＳモータ３４は、このようにして演算・出力されるモータ駆動デューティ（ＤＵＴＹ_ｖｇｒｓ）に従って制御され、操舵反力制御が実現される。

このようにして本実施例によれば、従来では舵角制御に用いられる伝達比可変装置３０を操舵反力制御に用い、従来ではトルクアシスト制御に用いられるパワーステアリング装置２０を舵角制御に用いることで、伝達比可変装置３０の差動機構４０を利用したいわゆるステアバイワイヤ式のステアリングシステムを実現することができる。

次に、本実施例の車両用操舵装置１０におけるフェールセーフについて説明する。

以下の表１は、本実施例の車両用操舵装置１０における想定される故障状態と、それに対応する制御態様を表す表である。

本実施例の車両用操舵装置１０では、表１に示すように、２つの故障状態Ｉ，ＩＩが想定される。故障状態Ｉは、舵角センサ７４、ＶＧＲＳモータ３４、及び、ＶＧＲＳモータ３４の回転角センサ７６の少なくともいずれか１つに故障が検出された状態である。より一般的には、故障状態Ｉは、パワーステアリング装置２０によるトルクアシスト制御は可能であるが伝達比可変装置３０による操舵反力制御が不能である故障状態をいう。従って、パワーステアリング装置２０によるトルクアシスト制御の態様や伝達比可変装置３０による操舵反力制御の態様に依存して、故障検出部位は表１に示すものと異なる場合も有りうる。

故障状態Ｉが検出されると、表１に示すように、伝達比可変装置３０のロック機構５０によりロック状態が形成され（伝達比可変装置３０の制御が禁止され）、パワーステアリング装置２０によるトルクアシスト制御が実行される。即ち、伝達比可変装置３０の制御は、正常時の操舵反力制御から制御禁止状態に移行し、パワーステアリング装置２０の制御は、正常時の舵角制御からトルクアシスト制御に移行する。

故障状態ＩＩは、トルクセンサ１５、アシストモータ２２、及び、アシストモータ２２の回転角センサ２４の少なくともいずれか１つに故障が検出された状態である。尚、上述の故障状態Ｉと故障状態ＩＩの双方が検出された場合には、故障状態ＩＩが優先される。故障状態ＩＩが検出されると、表１に示すように、パワーステアリング装置２０及び伝達比可変装置３０の制御が共に禁止される。

図６は、上述の故障状態Ｉに関連した処理であって、本実施例のＥＣＵ８０により実現される処理を示すフローチャートである。図６の処理ルーチンは、例えば車両のイグニッションスイッチがオンとなった後、オフとなるまで、所定周期毎に繰り返し実行されてよい。

ステップ１００では、システムが正常であるか否かが判定される。システムが正常の場合には、ステップ１０２乃至１０６の処理が実行され、上述の如く舵角制御が実現される（図５参照）。即ち、操舵角θ等に応じた目標転舵角（目標転舵モータ回転角θ_ｅｓｐ＊）が算出され（ステップ１０２）、目標転舵角と実転舵角（θ_ｅｓｐ）との偏差に応じて、目標電流Ｉ０＊が算出され（ステップ１０４）、当該算出された目標電流Ｉ０＊が目標転舵モータ電流（Ｉ_ｅｓｐ＊）として用いられる（ステップ１０６）。一方、システムが正常でない場合には、ステップ１０８に進む。

ステップ１０８では、システム異常の原因が故障状態Ｉであるか否かが判定される。故障状態Ｉである場合には、ステップ１１２に進み、故障状態Ｉで無い場合（典型的には、故障状態ＩＩである場合）には、ステップ１１０に進む。ステップ１１０では、目標転舵モータ電流（Ｉ_ｅｓｐ＊）がゼロとされる（即ちパワーステアリング装置２０の制御が禁止される）。

ステップ１１２では、トルクセンサ１５からの出力値及び車速センサからの車速に応じて目標電流Ｉ０＊が算出される。尚、この目標電流Ｉ０＊の算出には、通常のトルクアシスト制御で用いられるマップが用いられてよい。例えば、図７に示すようなマップを用いる。この場合、車速が高速域、中速域及び低速域のいずれに属するかを判定し、車速の属する速度域に応じた曲線を用いて、トルク値に応じたベースアシスト電流ＩＴ_ｂａｓｅ＊が演算される。ここでは、目標電流Ｉ０＊＝ベースアシスト電流ＩＴ_ｂａｓｅ＊として目標電流Ｉ０＊が算出される。

ステップ１２０では、電流補正値ΔＩの演算処理が実行される。この処理については図８を参照して後に説明する。

ステップ１３０では、上記のステップ１１２で算出した目標電流Ｉ０＊と、上記のステップ１２０で算出した電流補正値ΔＩとを用いて、目標転舵モータ電流Ｉ_ｅｓｐ＊がＩ_ｅｓｐ＊＝Ｉ０＊−ΔＩとして算出される。即ち、目標電流Ｉ０＊が電流補正値ΔＩにより補正されて最終的な目標転舵モータ電流Ｉ_ｅｓｐ＊が導出される。

図８は、電流補正値ΔＩの演算処理の一例を示すフローチャートである。

ステップ１２２では、今回周期で初めて故障状態Ｉが検出されたか否かが判定される。今回周期で初めて故障状態Ｉが検出された場合には、ステップ１２４に進み、それ以外の場合には、即ち、前回周期から連続して故障状態Ｉが検出されている場合には、ステップ１２６に進む。尚、ステップ１２４に進む場合には、上述の如く伝達比可変装置３０のロック機構５０によりロック状態が形成され、伝達比可変装置３０の制御が不能化されることになる。

ステップ１２４では、電流補正値ΔＩ＝今回周期のＩＴ＊−前回周期のＩ０＊として演算される。尚、今回周期のＩＴ＊とは、今回周期の上記のステップ１１２で算出される目標電流ＩＴ＊である。また、前回周期のＩ０＊とは、前回周期の上記ステップ１０４で算出される目標電流Ｉ０＊（即ち、前回周期の目標転舵モータ電流Ｉ_ｅｓｐ＊）である。電流補正値ΔＩは、電流補正値ΔＩ＝（今回周期のＩＴ＊−前回周期のＩ０＊）×Ｋとして演算されてもよい。この場合、Ｋは、０＜Ｋ＜１の定数である。

ステップ１２６では、電流補正値ΔＩは、電流補正値ΔＩ＝前回周期のΔＩ×Ｋとして演算される。ここで、Ｋは、０＜Ｋ＜１の定数である。

ステップ１２８では、上記のステップ１２６で演算した電流補正値ΔＩの絶対値が所定値未満であるか否かが判定される。所定値は、電流補正値ΔＩが実質的に補正の意義を有するほど大きい値か否かを判定するための値であり、従って、アシストモータ２２のデューティ制御で設定可能なデューティの最小分解能に対応する値であってよい。本ステップ１２８において、電流補正値ΔＩの絶対値が所定値未満である場合には、ステップ１２９に進み、それ以外の場合には、今回周期演算処理はそのまま終了する。

ステップ１２９では、上記のステップ１２６で演算した電流補正値ΔＩが０に設定される。尚、電流補正値ΔＩが０に設定されると、上記の図６のステップ１３０の処理では、Ｉ_ｅｓｐ＊＝Ｉ０＊となる。従って、舵角制御からトルクアシスト制御への移行が完了することになる。

このようにして、図８に示す処理によれば、電流補正値ΔＩは、前回周期の目標電流Ｉ０＊と今回周期の目標電流ＩＴ＊との差（或いは当該差のＫ倍の値）を初期値として、時間の経過と共に、徐々に減少していく。これに伴い、上記の図６のステップ１３０で用いられる電流補正値ΔＩは、前回周期の目標電流Ｉ０＊と今回周期の目標電流ＩＴ＊との差（或いは当該差のＫ倍の値）を初期値として、時間の経過と共に、徐々に減少していく。従って、本実施例では、故障状態Ｉが検出された周期で、目標転舵モータ電流Ｉ_ｅｓｐ＊が、直ちに目標電流ＩＴ＊とされるのではなく、目標転舵モータ電流Ｉ_ｅｓｐ＊は、前回周期の目標電流Ｉ０＊（目標転舵モータ電流Ｉ_ｅｓｐ＊）から徐々に目標電流ＩＴ＊に移行するように変化される。従って、故障状態Ｉが検出された場合に、パワーステアリング装置２０の制御を舵角制御からトルクアシスト制御に即座に切り替えると、当該切り替え時にアシストモータ２２の発生トルクに急変が生じうるが、本実施例では、かかる急変を防止することができ、ユーザに違和感を与え無い態様でパワーステアリング装置２０の制御を舵角制御からトルクアシスト制御に切り替えることができる。即ち、伝達比可変装置３０の異常発生時に、パワーステアリング装置２０の制御を舵角制御からトルク制御に切替える（移行させる）構成では、伝達比可変装置３０の異常発生時においても操舵トルクを発生させてユーザの操舵操作を依然として支援できる反面、舵角制御からトルク制御への切替時に、当該切替に起因したパワーステアリング装置２０の発生トルクの急変が生じうり、ユーザに違和感を与えうる虞があるが、本実施例では、パワーステアリング装置２０の制御を舵角制御からトルクアシスト制御に徐々に切り替えることで、かかる違和感を防止することができる。

尚、図８に示す処理では、時間の経過と共に指数関数的に電流補正値ΔＩの値を低減させているが、時間の経過と共に徐々に低減させる態様であれば低減態様は任意である。例えば、電流補正値ΔＩの値を時間の経過と共に一定量ずつ低減させてもよい。

図９は、車速と車両用操舵装置１０のステアリングギア比との関係を示す図である。図９において、正常時特性として示す曲線は、システム正常時に採用されてよい特性曲線を示す。かかる特性は、上述の如くパワーステアリング装置２０の舵角制御により実現される。ところで、上述の如く、故障状態Ｉが検出されて伝達比可変装置３０のロック機構５０によりロック状態が形成されると、車両用操舵装置１０のステアリングギア比は固定となる。このとき、高速走行時の車両安定性を確保するには、固定時のステアリングギア比を図９の異常時特性Ｉのような特性とするのが良い。しかしながら、この異常時特性Ｉの場合、システム正常時のＶＧＲＳモータ３４の差動角が大きく、操舵反力制御の精度が悪くなる問題がある。

そこで、好ましくは、固定時のステアリングギア比を図９の異常時特性ＩＩのような特性となるように伝達比可変装置３０を構成し、高速走行時の車両安定性は、図１０以降を参照して説明する目標電流ＩＴ＊の算出方法により確保する。

図１０は、目標電流ＩＴ＊の算出方法のその他の一例を示すフローチャートである。図１０に示す処理は、上述の図６のステップ１１２の処理として適用されてよい。

ステップ２００では、上述の図７に示したマップを用いて、トルクセンサ１５からのトルク値及び車速センサからの車速に応じてベースアシスト電流ＩＴ_ｂａｓｅ＊が演算される。

ステップ２０２では、トルクセンサ１５からのトルク値及び車速センサからの車速に基づいて、図１１に示すマップを用いて、トルクアシスト補正量ＩＴ＿１＊が演算される。トルクアシスト補正量ＩＴ＿１＊の算出に用いるマップは、図１１に示すように、車速が高くなるにつれてアシストトルクが小さくなるように作成される。即ち、トルクセンサ１５の検出値に対するアシストトルクの低減量は、車速が高くなるにつれて大きくなる。

ステップ２０４では、舵角センサ７４からの舵角速度（舵角の時間微分値）及び車速センサからの車速に基づいて、図１２に示すマップを用いて、ステアリングホイール１１の操作に対して作用する粘性反力の補正量ＩＴ＿２＊が演算される。粘性反力補正量ＩＴ＿２＊の算出に用いるマップは、図１２に示すように、車速が高くなるにつれてアシストトルクが小さくなるように（粘性反力が大きくなるように）作成される。即ち、舵角速度に対するアシストトルクの低減量は、不安定になりやすい高速時に大きくなる。

ステップ２０４では、車速センサからの車速に基づいて、図１３に示すマップを用いて、ステアリングホイール１１の操作に対して作用する摩擦反力トルクの補正量ＩＴ＿３＊が演算される。具体的には、図１３に示すマップを用いて、車速に応じた摩擦反力トルクを算出し、当該算出した摩擦反力トルクに応じた摩擦反力トルク補正量ＩＴ＿３＊を演算する。図１３に示すマップは、不安定になりやすい高速時により大きい摩擦反力が付加されるように作成されている。

ステップ２０８では、上記のステップ２００乃至ステップ２０６で得られた各値に基づいて、目標電流ＩＴ＊が、ＩＴ＊＝ＩＴ_ｂａｓｅ＊＋ＩＴ＿１＊＋ＩＴ＿２＊＋ＩＴ＿３＊として演算される。尚、ＩＴ＊が負となる場合には、ＩＴ＊＝０とされてよい。

このように図１０に示す処理によれば、故障状態Ｉが検出された場合のステアリングギア比を高速安定性に不利な特性（例えば図９の異常時特性ＩＩ）にした場合でも、高速走行時にパワーステアリング装置２０のトルクアシスト制御の摩擦、粘性、バネ特性を大きくすることで、高速走行時の車両安定性を確保することができる。これにより、システム正常時の伝達比可変装置３０による操舵反力制御の精度を高めつつ、高速走行時の車両安定性を確保することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明による車両用操舵装置の一実施例を概略的に示す全体図である。 伝達比可変装置３０の主要構成要素の断面図である。 図２のラインＡ−Ａにより切断したロック機構５０の断面図である。 システム正常時にＥＣＵ８０により実現される制御内容を模式的に示す図である。 ＥＣＵ８０の操舵反力制御部８２及び舵角制御部８４の機能ブロック図である。 故障状態Ｉに関連した処理を示すフローチャートである。 正常時マップの一例を示す図である。 電流補正値ΔＩの演算処理の一例を示すフローチャートである。 車速と車両用操舵装置１０のステアリングギア比との関係を示す図である。 目標電流ＩＴ＊の算出方法のその他の一例を示すフローチャートである。 トルクアシスト補正量ＩＴ＿１＊の算出に用いるマップを示す図である。 粘性反力補正量ＩＴ＿２＊の算出に用いるマップを示す図である。 摩擦反力トルク補正量ＩＴ＿３＊の算出に用いるマップを示す図である。

符号の説明

１０ 車両用操舵装置
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングコラム
１３ ゴムカップリング
１４ ステアリングシャフト
１５ トルクセンサ
１６ 中間シャフト
１７ ピニオン
１８ ステアリングラック
１９ タイロッド
２０ パワーステアリング装置
２２ アシストモータ
２４ 回転角センサ
３０ 伝達比可変装置
３１ ステアリングギアボックス
３２ ハウジング
３４ ＶＧＲＳモータ
３５ モータシャフト
３６ ロックホルダ
３７ 凹部
３８ ドリブンギア
４０ 差動機構
４２ ステータギア
４６ 波動発生装置
４８ フレキシブルギア
５０ ロック機構
５２ ロックレバー
５２ａ 係合部
５３ リターンスプリング
５４ 回動ピン
５６ ソレノイド
６０ 入力軸
６２ 出力軸
７４ 舵角センサ
７６ 回転角センサ
８０ ＥＣＵ
８２ 操舵反力制御部
８４ 舵角制御部

Claims (6)

1. 伝達比可変装置及びパワーステアリング装置のいずれにも異常が検出されない場合には、伝達比可変装置により操舵反力制御を行い、パワーステアリング装置により舵角制御を行うことを特徴とする、車両用操舵装置。
2. パワーステアリング装置に異常が検出されない状況下で伝達比可変装置に異常が検出された場合には、伝達比可変装置の伝達比可変機構をロックすると共に、パワーステアリング装置の制御を舵角制御からトルク制御へと徐々に移行させる、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記パワーステアリング装置の舵角制御からトルク制御への段階的な移行は、伝達比可変装置に異常が検出された時点の舵角制御の目標値とトルク制御の目標値との差に基づいて、前記パワーステアリング装置のアクチュエータの目標電流を徐々に変化させることを含む、請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記パワーステアリング装置のトルク制御の目標値は、車速を少なくとも１つのパラメータとして決定される、請求項２又は３に記載の車両用操舵装置。
5. 前記パワーステアリング装置のトルク制御の目標値は、摩擦反力トルク成分を補正して決定される、請求項４に記載の車両用操舵装置。
6. 目標操舵反力を決定する目標操舵反力決定手段と、
   目標操舵角を決定する目標操舵角決定手段と、
   目標アシストトルクを決定する目標アシストトルク決定手段と、
   前記目標操舵反力が実現されるように伝達比可変装置を制御する操舵反力制御手段と、
   前記目標アシストトルクが実現されるようにパワーステアリング装置を制御するアシストトルク制御手段と、
   前記目標操舵角が実現されるように前記パワーステアリング装置を制御する操舵角制御手段とを備え、
   前記操舵反力制御手段及び前記操舵角制御手段が、前記伝達比可変装置が正常な場合に機能し、
   前記アシストトルク制御手段が、前記伝達比可変装置に異常が検出された場合に機能し、
   前記伝達比可変装置の異常に起因して前記パワーステアリング装置の制御が前記操舵角制御手段による舵角制御から前記アシストトルク制御手段によるトルク制御に移行する際、該移行に起因した前記パワーステアリング装置の発生トルクの急変を抑制することを特徴とする、車両用操舵装置。