JP2010143368A - 車両用ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】２本のシャフトの間でそれらの回転位相差を変化させつつ回転を伝達する機構を有する操舵力伝達装置を備えた車両用ステアリングシステムの実用性を向上させる。
【解決手段】操舵力伝達装置が伝達する操舵力に応じた大きさの力を助勢力として転舵助勢装置に発生させる転舵助勢制御に代えて、あるいは、その転舵助勢制御とともに、ステアリング操作部材の操作量が設定操作量より小さい場合に、その操作量に基づく大きさの力を、転舵助勢装置に発生させる操作量依拠制御を実行可能に構成する。その操作量依拠制御により、例えば、車輪を積極的に転舵するための力を発生させることが可能であるため、車両走行中に操作中立位置付近で操作する場合において、係合部と案内通路との間にクリアランスが存在することにより生じる操作フィーリングの悪化を抑えることが可能である。
【選択図】図１１

Description

本発明は、２本のシャフトの間でそれらの回転位相差を変化させつつ回転を伝達する機構を有する操舵力伝達装置と、駆動源が発生させる力に依拠して車輪の転舵を助勢する転舵助勢装置とを備えた車両用ステアリングシステムに関し、詳しくは、その転舵助勢装置の制御に関する。

近年では、運転者によって操作されるステアリング操作部材と車輪を転舵する転舵装置との一方に連結されるシャフト（以下、「第１シャフト」という場合がある）の回転位相と、他方に連結されるシャフト（以下、「第２シャフト」という場合がある）の回転位相との差である回転位相差を変化させつつ、第１シャフトと第２シャフトとの一方の回転を他方に伝達する回転伝達機構を有する操舵力伝達装置の開発が進められている。下記特許文献１には、その回転伝達機構を有する操舵力伝達装置の一例が記載されている。一方、車両用ステアリングシステムとして、下記特許文献２ないし４に記載されたシステムのように、駆動源の発生させる力に依拠して車輪の転舵を助勢する転舵助勢装置を備えたシステム、いわゆるパワーステアリングシステムが存在する。それら特許文献２ないし４に記載されたシステムは、ステアリング操作部材から転舵装置までの間に設けられたギヤにバックラッシュが存在することによって生じる種々の問題に、転舵助勢装置の制御によって、対処するように構成されている。
特開平３−２２７７７２号公報 特開平８−１７５４０６号公報 特開２００２−３３１９４７号公報 特開２０００−１５９１３４号公報

上記特許文献１に記載された操舵力伝達装置は、回転伝達機構が、第１シャフトの他端部に設けられた係合部と、第２シャフトの他端部に設けられた案内通路とを有している。その係合部が案内通路を区画する１対の側壁面によって挟まれた状態で案内通路に係合することで、２本のシャフトが連結されており、係合部と側壁面とを介して２本のシャフトの一方の回転が他方に伝達されている。係合部は案内通路に沿って移動可能とされており、係合部の円滑な移動を担保すべく、係合部と１対の側壁面との間にはクリアランス（隙間）が設けられている。しかし、そのクリアランスによってバックラッシュが存在するために、係合部が１対の側壁面の間でガタついて、走行時に異音，振動等が生じる虞がある。さらに、ステアリング操作部材の切り始め等には、そのクリアランスの存在によって、係合部と１対の側壁面の一方とが当接するまでは、２本のシャフトの一方の回転が他方に伝達されない。このため、運転者がステアリング操作部材の操作フィーリングに違和感を感じる虞がある。

以上のことから、上記操舵力伝達装置が有する回転伝達機構に存在するバックラッシュの存在により生じる上述したような問題に、転舵助勢装置の制御によって対処することにより、操舵力伝達装置を備えたステアリングシステムの実用性が向上すると考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高い車両用ステアリングシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用ステアリングシステムは、操舵力伝達装置が伝達する操舵力に応じた大きさの力を助勢力として転舵助勢装置が発生させるようにその転舵助勢装置を制御する転舵助勢制御に代えて、あるいは、その転舵助勢制御とともに、ステアリング操作部材の操作量が設定操作量より小さい場合に、その操作量に基づく大きさの力を、転舵助勢装置が発生させるようにその転舵助勢装置を制御する操作量依拠制御を実行可能に構成される。

本発明の車両用ステアリングシステムでは、ステアリング操作部材を操作中立位置付近で操作する場合において、操作量依拠制御が実行される。その制御により、車輪を転舵するための力、あるいは、操作部材を操作中立位置に復帰させる向きの力を発生させることが可能である。そのことにより、本発明のシステムによれば、車両走行中に操作中立位置付近で操作する場合において、係合部と案内通路との間にクリアランスが存在することにより生じる操作フィーリングの悪化を抑えることが可能である。そのような利点を有することで、本発明の車両用ステアリングシステムは実用性の高いものとなる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、請求項１に（５）項の技術的特徴を付加したものが請求項２に、請求項２に（７）項の技術的特徴を付加したものが請求項３に、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに（８）項の技術的特徴を付加したものが請求項４に、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに（１０）項の技術的特徴を付加したものが請求項５に、請求項５に（１１）項の技術的特徴を付加したものが請求項６に、請求項１ないし請求項６のいずれか１つに（３）項および（４）項の技術的特徴を付加したものが請求項７に、それぞれ相当する。

（１）運転者によって操作されるステアリング操作部材と、
そのステアリング操作部材の操作に応じて車輪を転舵する転舵装置と、
(A)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との一方に一端部が連結され、回転可能に配設された第１シャフトと、(B)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との他方に一端部が連結され、前記第１シャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離だけズレた状態で回転可能に配設された第２シャフトと、(C)(c-1) 前記第１シャフトの他端部において、その第１シャフトの回転軸線からその第１シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置に設けられた係合部と、(c-2) 前記第２シャフトの他端部において、その第２シャフトの径方向に平行に延びるようにして設けられ、前記係合部を前記第２シャフトの周方向においてクリアランスを有する状態で係合させるとともに前記第２シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの一方の回転によって、その第１シャフトおよび第２シャフトのそれぞれの回転位相の差である回転位相差を変化させつつ、他方が回転するように構成された回転伝達機構とを有し、前記ステアリング操作部材に加わる操舵力を前記転舵装置に伝達する操舵力伝達装置と、
その操舵力伝達装置の前記回転伝達機構より車輪側に設けられ、駆動源を有してその駆動源が発生させる力に依拠して車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる転舵助勢装置と、
その転舵助勢装置を制御する制御装置と
を備えた車両用ステアリングシステムであって、
前記制御装置が、
(i)前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力に応じた大きさの力を、前記助勢力として前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する転舵助勢制御と、(ii)その転舵助勢制御に代えて、あるいは、その転舵助勢制御とともに、前記ステアリング操作部材の操作量が設定操作量より小さい場合に、その操作量に基づく大きさの力を、前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する操作量依拠制御とを実行することを特徴とする車両用ステアリングシステム。

本項に記載のステアリングシステムは、上記回転伝達機構を有する操舵力伝達装置、平たく言えば、ステアリング操作部材（以下、単に「操作部材」という場合がある）の操作量の変化量と車輪の転舵量の変化量との比であるステアリングギヤ比が、操作部材の操作量に応じて機械的に変化する構造の操舵力伝達装置を備えていることを前提としている。その操舵力伝達装置が有する「回転伝達機構」は、第１シャフトの回転角と第２シャフトの回転角との差を変化させるものである。ここで、２本のシャフトの回転角差（回転位相差）の無い状態の２本のシャフトのうちのステアリング操作部材に連結されるシャフト（以下、「操作部材側シャフト」という場合がある）の回転角を、基準回転角と定義し、その回転伝達機構について、具体的に説明する。例えば、操作部材側シャフトが上記基準回転角から回転すると、操作部材側シャフトが１８０°回転するまでは、２本のシャフトのうちの転舵装置に連結されるシャフト（以下、「転舵装置側シャフト」という場合がある）は、操作部材側シャフトの回転角より小さい回転角となる。あるいは、転舵装置側シャフトは、操作部材側シャフトの回転角より大きい回転角となる。そして、操作部材側シャフトが１８０°回転すると、転舵装置側シャフトも１８０°回転し、２本のシャフトの回転角の差がなくなる。

つまり、操作部材側シャフトが基準回転角から１８０°まで回転する際に、回転角差が０から増加し、途中から減少して０に到るのである。この場合、操作部材側シャフトの回転速度に対する転舵装置側シャフトの回転速度の比をステアリングギヤ比と呼べば、そのギヤ比は、操作部材側シャフトが基準回転角から１８０°まで回転するにつれて大きく、あるいは、小さくなる。そして、例えば、ギヤ比が、操作部材側シャフトが回転するにつれて大きくなるように構成するとともに、基準回転角が、ステアリング操作部材が操作中立位置にあるときの状態での操作部材側シャフトの回転角とすれば、操作部材の操作量が小さい場合においては、穏やかで安定感のあるハンドリングを実現し、操作部材の操作量が大きくなるにつれて、レスポンスの良いハンドリングを実現することが可能である。

したがって、本項に記載された「操舵力伝達装置」を搭載した車両においては、電磁モータ等のアクチュエータに依拠してステアリングギヤ比を変更するステアリングシステム、いわゆる操舵転舵比可変ステアリングシステム（ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering）システム）等を搭載することなく、ステアリング操作部材の操作フィーリングを上述したように変化させることができるのである。ちなみに、転舵装置側シャフトの一端部と転舵装置との連結、もしくは、操作部材側シャフトの一端部と操作部材との連結は、それらが直接的に連結されるものであってもよく、それらの間にイタミディエイトシャフト，ユニバーサルジョイント等を介して連結されるものであってもよい。

上述した操舵力伝達装置の回転伝達機構においては、係合部の案内通路内の円滑な移動を許容すべく、係合部と案内通路との間には、クリアランス（隙間）が設けられている。しかし、そのクリアランスによってバックラッシュが存在するために、係合部と案内通路の一部とが接触した際、異音，振動等が生じる虞がある。さらに、ステアリング操作部材の切り始め等には、そのクリアランスによって係合部と案内通路とが接触していないため、２本のシャフトの一方の回転が他方に伝達されない状態となる。つまり、ステアリングの操作に遊びが存在し、運転者がスアリング操作部材の操作フィーリングに違和感を感じる虞がある。

なお、通常の車両走行中においては、セルフアライニングトルク等の車輪側からの入力があるため、転舵装置側シャフトには、車輪の転舵中立位置に対応する中立位置付近に戻るまで、中立位置に復帰させる向きの力が作用することになる。つまり、走行中において、係合部と案内通路との間にクリアランスが存在する状態となるのは、２本のシャフトが操作中立位置，転舵中立位置に対応する中立位置付近に位置する場合が多い。また、据え切り時における切り返しや緊急回避時の切り返し等の際にも、係合部と案内通路との間にクリアランスが存在する状態となる場合もあり得る。しかし、特に、運転者が操作フィーリングに違和感を感じる虞があるのは、通常の車両走行中において操作中立位置付近で操作する場合であると考えられる。

本項に記載の車両用ステアリングシステムにおいては、操作部材側シャフトが操作中立位置付近に対応する位置にある場合に、上述の「操作量依拠制御」が実行されるように構成される。その「操作量依拠制御」は、通常、車輪の転舵をアシストする力を発生させるために制御される転舵助勢装置が、操作部材の操作量に基づいて決定された大きさの力を発生させる制御である。なお、その操作量依拠制御において発生させる力の向きは、操作部材が操作されている向きと同じ向きに対応していてもよく、逆向きに対応していてもよい。ちなみに、本項に記載の「操作量」は、操作中立位置からの操作量を意味している。

前者のように、操作部材が中立位置から操作された際に、操作されている向きと同じ向きの力を操作量依拠制御において発生させる場合には、回転伝達機構における係合部と案内通路の一部とが接触していない状態、換言すれば、操舵力が伝達されない状態にあっても、操作部材の操作に応じて車輪を転舵することが可能である。したがって、この場合には、操作部材の操作に対して転舵しないことによる操作フィーリングの悪化を抑制することが可能である。

また、後者のように、操作部材が中立位置から操作された際に、操作されている向きと逆向きの力を操作量依拠制御において発生させる場合には、転舵装置側シャフトを、ステアリング操作によって操作部材側シャフトが回転する向きと反対向きに回転させることになる。つまり、係合部と案内通路との間にクリアランスが存在する状態からそれら係合部と案内通路の一部とを早期に接触させること、換言すれば、操舵力が伝達されない状態から早期に伝達可能な状態とすることが可能である。そして、その操作されている向きと逆向きの力は、係合部と案内通路の一部とを接触させた後、ステアリング操作に対する反力となる。したがって、この場合には、操作部材の操作に対して反力が付与されないことによる操作フィーリングの悪化を抑制することが可能である。

以上のように、本項に記載の車両用ステアリングシステムによれば、車両走行中の操作中立位置付近での操作において、係合部と案内通路との間にクリアランスが存在することにより生じる操作フィーリングの悪化を抑えることが可能とされているのである。

（２）前記転舵装置に連結される前記第１シャフトと前記第２シャフトとの他方が、
それの回転軸線に沿って延びる空間が形成されて中空状のものとされ、相対回転可能に分割された２つの部分を有するシャフト本体部と、
そのシャフト本体部に形成された空間に配設され、両端部がそれぞれ前記シャフト本体部の２つの部分の各々に回転可能に保持され、前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力によって捩られるトーションバーと
を含んで構成され、
前記転舵助勢制御が、
前記トーションバーの捩れ量に基づいて前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力を推定し、その推定された操舵力に応じた大きさの力を前記転舵助勢装置が発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(1)項に記載の車両用ステアリングシステム。

転舵助勢装置を備えるステアリングシステム、いわゆるパワーステアリングシステムには、転舵助勢装置が発生させる助勢力の大きさを決定するために、操作部部材に加わる操舵力を検出するセンサが設けられる。そのセンサとしては、トーションバーの捩れ量に基づいて操舵力を推定するものが存在する。本項に記載の態様は、転舵装置側シャフトが、操舵力を検出するために必要な構造とされた態様である。

（３）前記第２シャフトが、
それぞれが前記係合部の移動が許容される方向に平行に延びるとともに互いに向かい合うように設けられ、それらの間隔が前記係合部の第１シャフトの周方向における寸法より大きくされた１対の側壁面を有し、
前記回転伝達機構が、
それら１対の側壁面が前記案内通路を区画して前記係合部を挟むように構成された(1)項または(2)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、回転伝達機構の構造、詳しくは、その機構を構成する案内通路の構造を具体的に限定した態様である。本項に記載の操舵力伝達装置によれば、第１係合部を第２シャフトの回転に伴ってそのシャフトの径方向へ確実に案内することができる。ところが、突出部の円滑な移動を担保すべく、係合部と１対の側壁面との間にクリアランスが設けられているため、本項に記載の操舵力伝達装置を備えたシステムには、操作量依拠制御が特に有効である。

（４）前記設定操作量が、
前記転舵装置が転舵中立位置にある状態で、前記係合部と前記１対の側壁面の一方とが互いに当接する場合における前記ステアリング操作部材の操作量より大きな操作量に設定された(3)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、操作量依拠制御を実行する範囲に限定を加えた態様である。本項の態様では、少なくとも、操舵量依拠制御が実行されない従来のシステムにおいて操舵力が伝達されない状態となる範囲で、操舵量依拠制御が実行されるようになっている。

（５）前記操作量依拠制御が、
前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて車輪の目標となる転舵量である目標転舵量を決定し、車輪の転舵量がその目標転舵量となるように当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(1)項ないし(4)項のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、簡単に言えば、操作量依拠制御として転舵量制御を実行する態様である。具体的に言えば、操作部材に遊びがある状態、換言すれば、操作部材に入力された操舵力が伝達されない状態において、転舵助勢装置が転舵力を発生させてその転舵力によって車輪を積極的に転舵する態様である。つまり、本項の態様は、例えば、操作部材に入力された操舵力が伝達されない状態において、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムと同様の制御によって車輪を転舵する態様とすることができる。なお、本項の態様は、基本的には、操作部材が中立位置から操作された場合に、その操作されている向きと同じ向きの力を操作量依拠制御において発生させる態様となる。本項の態様によれば、ステアリング操作を行っても車輪が全く転舵されない状態となることを回避して、車両の操作フィーリングの悪化を抑えることが可能である。

（６）前記目標転舵量が、前記ステアリング操作部材の操作量に応じて大きくなるように決定される(5)項に記載の車両用ステアリングシステム。

一般的に、操作量に応じて転舵量も大きくなることが望ましい。本項の態様は、上述した転舵量制御として操作量依拠制御を実行する場合において、操作量に応じた適切な転舵量とすることが可能である。

（７）前記転舵助勢装置が、前記駆動源の動作量が車輪の転舵量に応じた量となる構造とされ、
前記操作量依拠制御が、
前記転舵助勢装置の駆動源の動作量に基づいて実際の転舵量である実転舵量を推定し、その推定された実転舵量と前記目標転舵量とに基づいて、当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(5)項または(6)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、上述した操作量依拠制御として転舵量制御が実行される対応において、その操作量依拠制御がフィードバック制御とされた態様である。本項の態様では、操作部材側シャフトの回転に合わせて転舵装置側シャフトを同じ方向に回転させるため、操作量の増加に対する係合部と案内通路とのクリアランスの減少量は、操作量依拠制御が実行されない場合に比較して小さくなる。つまり、本項の態様によれば、係合部と案内通路の一部とが接触する際の衝撃を緩和することが可能であり、その際に生じる異音，振動等を、操作量依拠制御が実行されない場合に比較して軽減することが可能である。ちなみに、ステアリングシステムは、転舵助勢装置の駆動源を制御するために、その駆動源の動作量を検出するセンサを備える場合がある。本項の態様は、そのようなシステムである場合、余計にセンサ等を設ける必要がないため、特に有効な態様となる。

（８）前記操作量依拠制御が、
前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記ステアリング操作部材をそれの操作中立位置に復帰させる向きでそのステアリング操作部材の操作量に応じた大きさの力である復帰力となるように、その転舵助勢装置が発生させる力を、前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御する(1)項ないし(4)項のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、転舵助勢装置に復帰力となる力を発生させること、つまり、操作部材が中立位置から操作された場合に、その操作されている向きと逆向きの力を操作量依拠制御において発生させることとなる。したがって、本項の態様によれば、係合部と案内通路との間にクリアランスがある状態から、早期に係合部が案内通路の一部に接触した状態とすることが可能である。つまり、操作力依拠制御が行われない場合に係合部と案内通路との間にクリアランスがある状態にある位置にステアリング操作部材が位置していても、ステアリング操作に対する反力を付与することが可能であり、操作に対して反力が付与されないことによる運転者の操作フィーリングの悪化を抑えることが可能である。

なお、本項における操作力依拠制御は、フィードフォワード制御であってもよく、フィードバック制御であってももよい。後者について詳しく説明すれば、例えば、操舵力伝達装置が伝達する操舵力に基づいて操作部材に実際に作用する復帰力を推定し、その実復帰力が、操作量に応じて設定された目標復帰力となるように、転舵助勢装置が発生させる力を決定する態様とすることが可能である。

（９）前記操作量依拠制御が、
当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記ステアリング操作部材の操作量が大きくなるにつれて、漸増し、その後に漸減するように決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(8)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様によれば、転舵助勢装置が発生させる力の急変を防止することが可能である。つまり、本項の態様は、先に述べ態様である復帰力を発生させる操作量依拠制御がフィードフォワード制御とされた態様に望ましい態様となる。

（１０）前記制御装置が、
前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が設定値を超える場合に、前記操作量依拠制御の実行を禁止するように構成された(1)項ないし(9)項のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、操作量依拠制御に禁止条件が設定された態様である。操舵力伝達装置が操舵力を伝達する状態においては、転舵助勢装置は、転舵助勢制御によって助勢力を発生させる。つまり、本項の態様は、操舵力伝達装置が操舵力を伝達する状態となった場合に、操作量依拠制御の実行を禁止することで、その操作量依拠制御が転舵助勢制御に支障をきたさないようにすることが可能である。

（１１）前記操作量依拠制御が、
当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が前記設定値に近づくにつれて漸減するように決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである(10)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、操舵力伝達装置が伝達する操舵力が、徐々に大きくなるにつれて、転舵助勢装置が操作量依拠制御において発生させる力を、徐々に小さくする態様である。つまり、本項の態様は、操作量依拠制御から転舵助勢制御に徐々に移行させることとなる。したがって、本項の態様によれば、操作量依拠制御の実行が禁止される場合において、転舵助勢装置が発生させる力を急変させないようにすることが可能である。

以下、請求可能発明のいくつかの実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。また、〔発明の態様〕の各項の説明に記載されている技術的事項を利用して、下記の実施例の変形例を構成することも可能である。

≪第１実施例≫
＜車両用ステアリングシステムの全体構成＞
図１に、請求可能発明の第１実施例である車両用ステアリングシステムの全体構成を示す。本ステアリングシステムは、運転者によって操作されるステアリング操作部材としてのステアリングホイール１０と、一端部においてステアリングホイール１０を保持するステアリングコラム１２と、車輪を転舵する転舵装置１４と、ステアリングコラム１２と転舵装置１４との間に位置するインタミディエイトシャフト（以下、「Ｉ／Ｍシャフト」と略す場合がある）１６とを含んで構成されている。さらに、Ｉ／Ｍシャフト１６の一端部とステアリングコラム１２の備える出力シャフト１８とは、ユニバーサルジョイント２０によって連結され、Ｉ／Ｍシャフト１６の他端部と転舵装置１４の備える入力シャフト２２の一端部とは、もう１つのユニバーサルジョイント２４によって連結されている。

本システムは、図１において右側、つまり、ステアリングホイール１０側が車両後方を、左側、つまり、転舵装置１４側が車両前方を向くように配設されており、Ｉ／Ｍシャフト１６は、車室とエンジン室とを区画するダッシュパネル２６に設けられた穴を通るようにして配設されており、Ｉ／Ｍシャフト１６のその穴を通る部分はブーツ２８に被われている。

転舵装置１４は、入力シャフト２２と、外殻部材としてのハウジング３０と、車輪を転舵するための転舵ロッド３２とを備えており、その転舵ロッド３２は、それの軸線方向に移動可能にそのハウジング３０に保持されるとともに、車幅方向に延びるように配設されている。転舵ロッド３２は、それの両端部が、左右の前輪の各々を保持するステアリングナックル（図示省略）に連結されている。また、入力シャフト２２は、ハウジング３０に回転可能に保持され、そのハウジング３０内において、転舵ロッド３２と係合している。入力シャフト２２の車両前方側の端部にはピニオン（図示省略）が形成されており、転舵ロッド３２の軸線方向における中間部に形成されたラック（図示省略）がそのピニオンと噛合することで、転舵ロッド３２と入力シャフト２２とが係合しているのである。

ステアリングコラム１２は、インパネリインフォースメント３４に設けられたステアリングサポート３６において、車体の一部に固定支持される。ステアリングコラム１２は、支持された状態では、図に示すように、車両前方側が下方に位置するように傾斜した姿勢で配置されることになる。ステアリングコラム１２には、それの前方部に前方ブラケット３８が設けられるとともに、その前方ブラケット３８より車両後方側にブレークアウェイブラケット（以下、「Ｂ.Ａ.ＢＫＴ」と略す場合がある）４０が設けられており、それら前方ブラケット３８とＢ.Ａ.ＢＫＴ４０との各々が、ステアリングサポート３６に取り付けられることで、ステアリングコラム１２は、２箇所において支持される。支持されたステアリングコラム１２は、後方に位置する部分がインパネ４２から車両後方側に突出する状態とされ、その突出する後端部に、ステアリングホイール１０が取り付けられている。ステアリングコラム１２のインパネ４２から突出する部分は、コラムカバー４４によって覆われ、また、下部は、インパネロアカバー４６によってカバーされる。

図２に、ステアリングコラム１２の側面断面図を示す。ステアリングコラム１２は、大きくは、ステアリングホイール１０を保持するとともに軸線方向に伸縮可能とされたコラムセクション５０と、電動式パワーステアリング機能を実現する主体となるＥＰＳセクション５２とに区分することができ、それら２つのセクション５０，５２が一体化されたものとなっている。以下、それら各セクションについて、順に説明する。

コラムセクション５０は、ステアリングホイール１０を車両後方側の端部において保持するメインシャフト５４と、そのメインシャフト５４を挿通させた状態で回転可能に保持するハウジングとしてのコラムチューブ５６とを含んで構成されている。メインシャフト５４は、車両後方側つまり上方側に位置させられるアッパシャフト５８と、車両前方側つまり下方側に位置させられるロアシャフト６０とを含んで構成されている。アッパシャフト５８はパイプ状に、ロアシャフト６０はロッド状に形成され、アッパシャフト５８の前方部にロアシャフト６０の後方部が挿入されている。アッパシャフト５８とロアシャフト６０とはスプライン嵌合されており、アッパシャフト５８とロアシャフト６０とは、回転軸線方向に相対移動可能かつ相対回転不能な状態で接続されている。つまり、メインシャフト５４は、回転軸線方向に伸縮可能な構造とされている。なお、ロアシャフト６０は、それの後方側のシャフト本体部６２と、そのシャフト本体部６２の前方側のそのシャフト本体部６２の外径より大きな外径の円形フランジ部６４とから構成されており、その円形フランジ部６４において、後に説明するＥＰＳセクション５２に連結されている。なお、ステアリングコラム１２では、ロアシャフト６０のシャフト本体部６２とアッパシャフト５８とによって、メインシャフト５４のシャフト本体部が構成されている。

コラムチューブ５６は、車両後方側（上方）に位置させられるアッパチューブ６６と、車両前方側（下方）に位置させられるロアチューブ６８とを含んで構成されている。アッパアチューブ６６およびロアチューブ６８は、ともに筒状のものであり、第１筒部材としてのアッパチューブ６６の前方部に第２筒部材としてのロアチューブ６８の後方部が嵌入されている。ロアチューブ６８は、段付形状とされており、それの後方の部分においてアッパチューブ６６の内径より小さな外径の小径部７０と、前方の部分においてアッパチューブ６６の内径より大きな外形の大径部７２と、小径部７０と大径部７２とをつなぐ段差部７４とを有している。ロアチューブ６８の小径部７０とアッパチューブ６６との間には、図示を省略するライナが設けられており、このライナを介することによって、ロアチューブ６８がアッパチューブ６６にがたつきなく嵌入されるとともに、アッパチューブ６６とロアチューブ６８との回転軸線方向の相対移動を容易ならしめている。つまり、コラムチューブ５６は、回転軸線方向に伸縮可能な構造とされている。

また、アッパチューブ６６の後端部には、ラジアルベアリング７６が配設され、ロアチューブ６８の大径部７２には、後述するＥＰＳセクション５２の一部を介してラジアルベアリング７８が配設されている。それらベアリング７６，７８によって、メインシャフト５４は回転可能に保持されている。このような構造とされていることで、コラムセクション５０は、メインシャフト５４の回転を担保しつつ、伸縮可能とされているのである。

図３に、ＥＰＳセクション５２の側面断面図を示す。ＥＰＳセクション５２は、ステアリングホイール１０に加えられた操舵力を転舵装置に対して出力するための出力シャフト１８と、駆動源としての電磁モータ８０を有してそのモータ８０によって出力シャフト１８の回転出力を助勢する転舵助勢装置８２（以下、単に「助勢装置８２」という場合がある）と、出力シャフト１８を回転可能に保持するとともに助勢装置８２を収容するＥＰＳハウジング８４とを含んで構成されている。出力シャフト１８は、出力側シャフト８６，入力側シャフト８８，トーションバー９０の３つが一体化されたものとして構成されている。出力側シャフト８６は、ＥＰＳハウジング８４の車両前方側から延出しており、その延出する部分において、ユニバーサルジョイント２０を介して、Ｉ／Ｍシャフト１６に接続され、転舵装置１４へ回転を出力する。

出力側シャフト８６は、中空構造とされており、その出力側シャフト８６の車両後方側の部分に入力側シャフト８８が挿入している。出力側シャフト８６の内周面と入力側シャフト８８の外周面との間には、軸受９２が介在させられており、出力側シャフト８６と入力側シャフト８８とは相対回転可能とされている。入力側シャフト８８は、車両前方側の端面に開口して回転軸線方向に延びる有底穴を有している。トーションバー９０の一端部は、その有底穴の底部にピン９４によって固定されており、また、トーションバー９０のもう一方の端部は、出力側シャフト８６を回転軸線方向に貫通する貫通穴の前方側の端部にピン９６によって固定されている。このような構成により、出力シャフト１８は、トーションバー９０の捩りを許容し、その分だけ自身も捩じられるものとされているのである。また、出力側シャフト８６は、その外周において２つのラジアルベアリング９８，１００を介してＥＰＳハウジング８４に回転可能に保持され、入力側シャフト８８は、その外周においてニードルベアリング１０２を介してＥＰＳハウジング８４に回転可能に保持されている。

助勢装置８２は、上記電磁モータ８０と、その電磁モータ８０のモータ軸に連結されたウォーム１０４と、そのウォーム１０４に噛合させられるウォームホイール１０６とを含んで構成されている。そのウォームホイール１０６は、出力シャフト１８の出力側シャフト８６に固定されており、出力側シャフト８６に対して相対回転不能とされている。このような構造により、電磁モータ８０によってウォーム１０４に回転力が付与され、ウォームホイール１０６に回転力が付与される。つまり、助勢装置８２は、電磁モータ８０によって出力シャフト１８の回転出力が助勢されて、車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる構造とされている。

また、ＥＰＳセクション５２は、操舵力（操舵トルク）を検出するための、詳しく言えば、メインシャフト５４から出力シャフト１８に伝達される力の大きさを検出するための相対変位量センサ１０８を備えている。その相対変位量センサ１０８は、トーションバー９０の車両前方部が固定される出力側シャフト８６と、トーションバー９０の車両後方部が固定される入力側シャフト８８との間に設けられており、それら出力側シャフト８６と入力側シャフト８８との相対回転変位量を検出するものである。そして、その相対回転変位量に基づいて操舵力を推定することが可能であり、その操舵力の大きさに応じた助勢力を発生させるように電磁モータ８０の作動が制御される。

また、出力シャフト１８は、メインシャフト５４の回転軸線と自身の軸線とが平行であり、かつ、それら回転軸線が所定量ズレた状態で配設されており、メインシャフト５４の車両前方側の端部に連結されている。詳しく言えば、まず、メインシャフト５４を構成するロアシャフト６０は、それの円形フランジ部６４の前方側の端面に、図３のＡ−Ａ’断面図である図４に示すように、円形フランジ部６４の径方向に延びる溝１１４が形成されている。一方、入力側シャフト８８には、それの後方側の端部に、円環状の円環プレート１１６が固定的に嵌合されている。その円環プレート１１６の後方側の端面とロアシャフト６０の円形フランジ部６４の前方側の端面とは、小さな間隔をあけて向かい合っている。そして、円環プレート１１６には、ピン１１８が車両後方側に突出する状態で固定されている。そのピン１１８の突出する部分には、ニードルベアリング１２０を介して、円筒形状のローラ１２２が設けられている。そのローラ１２２の外径は、溝１１４の幅より僅かに小さくされている。そのローラ１２２が溝１１４に係合することで、入力側シャフト８８、つまり、出力シャフト１８が、メインシャフト５４を構成するロアシャフト６０に連結されている。

つまり、ステアリングコラム１２においては、ピン１１８，ニードルベアリング１２０，ローラ１２２とによって、円環プレート１１６から入力側シャフト８８の回転軸線の延びる方向に突出する突出部が構成されており、その突出部と出力シャフト１８と円環プレート１１６とによって、第１シャフトとしての転舵装置側シャフトが構成されているのである。その転舵装置側シャフトのシャフト本体部は、入力側シャフト８８と出力側シャフト８６とによって構成されている。ちなみに、操作部材側シャフトとしてのメインシャフト５４は、第２シャフトとして機能している。

運転者によってステアリングホイール１０が回転操作されると、メインシャフト５４が自身の回転軸線回りに回転する。その際、ロアシャフト６０の円形フランジ部６４に形成された溝１１４に係合するローラ１２２は、溝１１４の有する１対の側壁面１２６によってそのロアシャフト６０の周方向への変位が制限されるとともに、その溝１１４によってそのシャフト６０の径方向への移動が許容される。つまり、溝１１４が案内通路として機能するのである。ロアシャフト６０の回転に伴って、ローラ１２２が溝１１４内を移動させられる際に、そのロアシャフト６０の回転力が、ローラ１２２，ピン１１８，円環プレート１１６等を介して、入力側シャフト８８に伝達されて、その入力側シャフト８８が自身の回転軸線回りに回転するのである。つまり、ステアリングコラム１２は、ロアシャフト６０の回転軸線回りの回転を、自身の回転軸線がロアシャフト６０の回転軸線からずれて配設された入力側シャフト８８に伝達する回転伝達機構を備えるものとされてる。なお、その回転伝達機構は、溝１１４，ローラ１２２，ピン１１８，ニードルベアリング１２０等を含んで構成されている。上述のような構造によって、ステアリングコラム１２は、ステアリングホイール１０に入力された操舵力を、Ｉ／Ｍシャフト１６等を介して転舵装置１８に伝達するのである。つまり、ステアリングコラム１２とＩ／Ｍシャフト１６とを含んで、ステアリングホイール１０の操舵力を転舵装置１８に伝達する操舵力伝達装置が構成されている。

ステアリングコラム１２は、ＥＰＳセクション５２の前方端部と、コラムセクション５０のアッパチューブ６６とにおいて、車体の一部に取り付けられている。ＥＰＳセクション５２のＥＰＳハウジング８４には、先に説明した前方ブラケット３８が固定的に設けられており、この前方ブラケット３８には、軸挿通穴１３０が設けられている。ステアリングサポート３６には、軸穴１３２が穿設された軸受部材１３４が固定されており、前方ブラケット３８の軸挿通穴１３０と軸受部材１３４の軸穴１３２とに、支持軸１３６が挿通されることで、ステアリングコラム１２は、その支持軸１３６を中心に揺動可能に支持される。

一方、コラムセクション５０は、Ｂ.Ａ.ＢＫＴ４０に保持され、そのＢ.Ａ.ＢＫＴ４０がステアリングサポート３６に取り付けられている。詳しく説明すれば、図５に示すように、Ｂ.Ａ.ＢＫＴ４０は、アッパチューブ６６に固定された被保持部材１４０を保持する保持部材１４２と、その保持部材１４２に固定されてステアリングサポート３６に取り付けられる取付プレート１４４とを有しており、その取付プレート１４４に設けられたスロット１４６を利用してステアリングサポート３６に締結されている。被保持部材１４０，保持部材１４２には、それぞれ長穴１４８，１５０が穿設され、それらにはロッド１５２が貫通しており、図では省略するが、そのロッド１５２を利用して保持部材１４２が被保持部材１４０を挟持するようにされている。この挟持力によって、アッパチューブ６６の変位が禁止される構造とされている。操作レバー１５４を操作することによって、その挟持力を弱めることが可能とされており、挟持力が弱められた状態では、ロッド１５２の長穴１４８に沿った移動が許容されることで、アッパチューブ６６のロアチューブ６８に対する軸線方向の移動が、アッパシャフト５８のロアシャフト６０に対する軸線方向の移動とともに許容され、コラムセクション５０の伸縮が許容される。また、ロッド１５２の長穴１５０に沿った移動が許容されることで、前方ブラケット３８に挿通された支持軸１３６を中心としたステアリングコラム１２の揺動が許容されることになる。つまり、ステアリングコラム１２は、そのような構造のチルト・テレスコピック機構１５６を備えているのである。

車両の衝突に起因して運転者がステアリングホイール１０に二次衝突した場合には、Ｂ.Ａ.ＢＫＴ４０がステアリングサポート３６から離脱するとともに、コラムセクション５０が収縮させられる。ステアリングコラム１２には、二次衝突の衝撃を吸収する衝撃吸収機構１５７が設けられており、ステアリングコラム５６の収縮に伴ってＥＡプレート１５８が変形させられることによって、二次衝突の衝撃が効果的に吸収される。

先に述べた転舵助勢装置８２は、図１に示すステアリング電子制御ユニット１８０（以下、「ＥＣＵ１８０」という場合がある）によって、助勢力の制御が行われる。ＥＣＵ１８０は、転舵助勢装置８２のモータ８０の駆動回路であるインバータ１８２が接続されており、そのインバータ１８２を制御することでモータ８０の制御を行うものとされている。なお、そのインバータ１８２は、図示を省略する電源に接続されており、モータ８０には、電源から電力（電流）が供給される。そして、供給電流は、インバータ１８２がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によるパルスオン時間とパルスオフ時間との比（デューティ比）を変更することによって行われる。

また、ＥＣＵ１８０は、先に述べた操舵トルクを推定するための相対変位量センサ［δ］１０８や、操作部材の操作量としてのステアリングホイール１０の操作中立位置を基準とした操作角を検出する操作角センサ［φ］１８４，転舵助勢装置８２のモータ８０の回転角を検出するモータ回転角センサ［θ］１８６等の各種センサが接続されている。ＥＣＵ１８０は、それらのセンサからの信号に基づいて、転舵助勢装置８２の作動の制御を行うものとされている。また、ＥＣＵ１８０のコンピュータが備えるＲＯＭには、転舵助勢装置８２の制御に関するプログラム，各種のデータ等が記憶されている。

＜回転伝達機構の機能＞
ステアリングコラム１２においては、互いの軸線が平行にズレた状態で配設された第１シャフトとしての出力シャフト１８と第２シャフトとしてのメインシャフト５４とが、詳しく言えば、出力シャフト１８の入力側シャフト８８とメインシャフト５４のロアシャフト６０とが、上記回転伝達機構によって連結されている。そのことから、ロアシャフト６０の回転位相と入力側シャフト８８の回転位相とがズレて、それら２本のシャフト６０，８８の回転位相の差である回転位相差が変化するものとされている。以下に、具体的に図を用いて説明する。

図６に、ロアシャフト６０の円形フランジ部６４とその円形フランジ部６４に連結される入力側シャフト８８とその円形フランジ部６４に形成された溝１１４に係合するローラ１２２との断面図（図３のＡ−Ａ’断面図に相当する）を示す。図６（ａ）は、ステアリングホイール１０が操作中立位置にあるとともに車輪が転舵中立位置にあるときの状態を、図６（ｂ）は、ステアリングホイール１０が操作中立位置から左旋回方向に９０゜回転操作された位置にあるときの状態を、図６（ｃ）は、ステアリングホイール１０が操作中立位置から右旋回方向に９０゜回転操作された位置にあるときの状態を、図６（ｄ）は、ステアリングホイール１０が操作中立位置から右、若しくは左旋回方向に１８０゜回転操作された位置にあるときの状態を、それぞれ示している。

図から解るように、ステアリングホイール１０が操作中立位置から右、若しくは左旋回方向に９０゜回転操作された場合には、ロアシャフト６０は自身の回転軸線を中心に９０°回転するが、入力側シャフト８８は自身の回転軸線を中心に９０°までは回転せずに、入力側シャフト８８の回転角は９０°未満となる。そして、ステアリングホイール１０が、さらに回転操作されて、操作中立位置から右、若しくは左旋回方向に１８０゜回転操作された場合に、ロアシャフト６０および入力側シャフト８８は共に１８０°回転する。ロアシャフト６０の回転角αと入力側シャフト８８の回転角βとの関係は、図７に示すように、ステアリングホイール１０が操作中立位置から１８０°未満回転操作される場合には、入力側シャフト８８の回転角βはロアシャフト６０の回転角αより小さく、ステアリングホイール１０が操作中立位置から１８０°回転操作されると、入力側シャフト８８の回転角βがロアシャフト６０の回転角αと同じとなる。つまり、ロアシャフト６０の回転位相が、ロアシャフト６０の回転位相と入力側シャフト８８の回転位相とが一致する特定回転位相となる場合、具体的にいえば、ロアシャフト６０の回転角αが０°若しくは１８０°となる場合には、各回転角α，βがともに同じとなり、回転位相差は０となる。一方、ロアシャフト６０の回転角αが０°から１８０°に変化する間に、回転位相差は徐々に増加し、ある回転角からは逆に、徐々に減少し、０となるのである。この場合の２本のシャフト６０，８８のギヤ比（ｄβ／ｄα）、つまり、ロアシャフト６０の回転速度（ｄα／ｄｔ）に対する入力側シャフト８８の回転速度（ｄβ／ｄｔ）の比（ｄβ／ｄα）は、図８に示すように、ロアシャフト６０の回転角αに応じて変化する。なお、後に詳しく説明するが、溝１１４を形成する１対の側壁面１２６とローラ１２２との間にクリアランスが存在するため、実際には、ロアシャフト６０の回転角αと入力側シャフト８８の回転角βとの間には、そのクリアランスに応じた角度差が存在することになる。

図から解るように、ロアシャフト６０の回転角αが０°の場合には、ギヤ比（ｄβ／ｄα）は最も小さく、ロアシャフト６０の回転角αが大きくなるにつれてギヤ比（ｄβ／ｄα）は大きくなる。つまり、ステアリングコラム１２においては、ステアリングホイール１０の操作角が小さい場合においては、穏やかで安定感のあるハンドリングが実現され、ステアリングホイール１０の操作角が大きくなるにつれて、レスポンスの良いハンドリングが実現されるのである。ちなみに、本システムにおいては、転舵装置１２が車輪の転舵範囲を制限する転舵範囲制限機構を有しており、その転舵範囲制限機構によって、ステアリングホイール１０の操作範囲は、操作中立位置から左右約１８０゜に制限されることになる。

なお、図８の縦軸に示されているｅは、ローラ１２２が溝１１４に係合する位置の入力側シャフト８８の回転軸線からのオフセット量Ｌ（図４）に対する入力側シャフト８８の回転軸線とロアシャフト６０の回転軸線とのズレ量ｄ（図４）の比率であり、ステアリングホイール１０の操作フィーリングを左右するものとなっている。

＜ステアリングシステムの制御＞
i）転舵助勢制御
本ステアリングシステムでは、前述した転舵助勢装置８２、詳しくは、それが有するモータ８０が、ＥＣＵ１８０によって制御される。通常、ＥＣＵ１８０は、車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる転舵助勢制御を実行する。この転舵助勢制御では、まず、相対変位量センサ１０８によって検出されるトーションバー９０の端部の各々の相対回転変位量δに基づいて、ステアリングホイール１０に加えられた操舵力、詳しく言えば、操舵力伝達装置の回転伝達機構によって出力シャフト１８に伝達された操舵トルクＴ_Sが推定される。そして、その推定された操舵トルクＴ_Sに基づいて、助勢装置８２が発生させる力の一成分であり、目標となる助勢力である助勢トルク成分Ｔ_Aが決定される。ＥＣＵ１８０のコントローラ内には、図９に示すような、操舵トルクＴ_Sをパラメータとする助勢トルク成分Ｔ_Aのマップデータが格納されており、助勢トルク成分Ｔ_Aの決定にあたっては、そのマップデータが参照される。

ii）転舵量制御（操作量依拠制御）
また、ＥＣＵ１８０は、上述した転舵助勢制御とともに、ステアリングホイール１０に連結されたメインシャフト５４が、そのステアリングホイール１０の操作中立位置に対応する回転角度位置が含まれる設定角度範囲内にある場合に、ステアリングホイール１０の操作角φに基づく大きさの力を、転舵助勢装置８２に発生させる操作量依拠制御を実行する。その操作量依拠制御について詳しく言えば、操作角φに応じた転舵量となるように、車輪を積極的に転舵させるための転舵力を発生させる制御（以下、「転舵量制御」という場合がある）である。

上記操作量依拠制御としての転舵量制御は、操作角センサ１８４によって検出された操作角φが設定された操作角φ₁より小さい場合に実行される。そして、操作角φが設定値φ₁より小さい場合には、その操作角φに基づいて目標となる車輪の転舵量が決定される。車輪の転舵量は、助勢装置８２のモータ８０の回転角に対応するため、実際には、転舵量制御では、目標モータ回転角θ^*が決定されるようになっている。ＥＣＵ１８０のコントローラ内には、図１０に示すような、操作角φをパラメータとする目標モータ回転角θ^*のマップデータが格納されており、目標モータ回転角θ^*の決定にあたっては、そのマップデータが参照される。次いで、モータ回転角センサ１８６の検出信号に基づいて実際のモータ回転角θが取得され、目標モータ回転角θ^*と実モータ回転角θとのモータ回転角偏差Δθ（＝θ^*−θ）が認定され、そのモータ回転角偏差Δθが０となるように、助勢装置８２に発生させる力の一成分であり、目標となる転舵力である転舵トルク成分Ｔ_Dが決定される。つまり、転舵量制御においては、フィードバック制御によって、転舵トルク成分Ｔ_Dが決定されるのである。

なお、上記転舵トルク成分Ｔ_Dは、モータ回転角偏差Δθに基づき、次式のＰＩＤ制御則に従って決定される。
Ｔ_D＝Ｋ_p・Δθ＋Ｋ_i・Ｉｎｔ（Δθ）＋Ｋ_d・Δθ’
ここで、Ｉｎｔ（Δθ）は、モータ回転角偏差Δθの積分値に相当し、第１項，第２項，第３項は、それぞれ、転舵トルク成分Ｔ_Dにおける比例項成分，積分項成分，微分項成分を、Ｋ_p，Ｋ_i，Ｋ_dは、それぞれ、比例ゲイン，積分ゲイン，微分ゲインを意味する。

iii）目標出力トルクの決定とモータの作動制御
助勢装置８２の制御は、それが発生させるべきトルクである目標出力トルクに基づいて行われる。詳しく言えば、上述のようにして、助勢装置８２に発生させる力の助勢トルク成分Ｔ_A，転舵トルク成分Ｔ_Dが決定されると、それらに基づき、次式に従って目標出力トルクＴ^*が決定される。
Ｔ^*＝Ｔ_A＋Ｔ_D
そして、このように決定された目標出力トルクＴ^*を発生させるためのモータ８０の作動制御が、インバータ１８２によって行われる。詳しく言えば、上述のように決定された目標出力トルクＴ^*に基づいて、モータ８０への目標となる供給電流i^*＝Ｋ_T・Ｔ^*（Ｋ_T：ゲイン）が決定される。そして、その目標供給電流ｉ^*に基づいて、目標となるデューティ比が決定され、そのデューティ比に基づいた指令がインバータ１８２に送信される。インバータ１８２は、その適切なデューティ比の下、インバータ１８２の備えるスイッチング素子の開閉が制御されて、目標出力トルクＴ^*を発生させるようにモータ８０を作動させる。つまり、助勢装置８２が発生させる力は、モータ８０の作動が制御されることによって制御されるのである。

iv）転舵量制御による効果
図１１に、ロアシャフト６０と入力側シャフト８８とが、それぞれ、操作中立位置，転舵中立位置に対応する位置付近に位置する場合の、ロアシャフト６０の回転角αと入力側シャフト８８の回転角βとの関係を示す。この図は、ステアリングホイール１０が操作中立位置から操作された場合のものであり、転舵量制御が実行される本ステアリングシステムにおける関係を、実線で示し、転舵量制御が実行されない従来のステアリングシステムにおける関係を、一点鎖線で示している。

従来のシステムにおいては、図１１の一点鎖線にも示すように、溝１１４を形成する１対の側壁面１２６とローラ１２２との間にクリアランスが存在するために、ロアシャフト６０が回転して、１対の側壁面１２６の一方がローラ１２２に当接するまでは、入力側シャフト８８は回転しない。それに対して、本実施例のシステムにおいては、回転伝達機構による回転伝達ができない状態にあっても、転舵量制御によって、ステアリングホイール１０の操作に応じて車輪が転舵されることになる。したがって、本ステアリングシステムによれば、従来のシステムのようにステアリング操作を行っても車輪が全く転舵しない状態となることを回避して、車両の操作フィーリングの悪化を抑えることが可能である。

また、本ステアリングシステムにおいては、ロアシャフト６０の回転に合わせて入力側シャフト８８を同じ方向に回転させることになるため、操作角の増加に対するローラ１２２と１対の側壁面１２６の一方とのクリアランスの減少量は、従来のシステムに比較して小さくなる。つまり、本ステアリングシステムによれば、ローラ１２２と１対の側壁面１２６の一方とが互いに当接する際の衝撃を緩和することが可能であり、その際に生じる異音，振動等を、従来のシステムに比較して軽減することが可能である。

v）転舵量制御の実行禁止
なお、上述した転舵量制御は、回転伝達機構によって出力シャフト１８に伝達された操舵トルクＴ_Sが設定値Ｔ_S0を超える場合に、実行が禁止されるようになっている。相対変位量センサ１０８の検出値から推定された操舵トルクＴ_Sが設定値Ｔ_S0を超える場合には、すでに回転伝達機構による回転伝達が可能な状態となっており、先に述べた転舵助勢制御における助勢トルク成分Ｔ_Aが、比較的大きくなってきていると考えられる。そこで、本ステアリングシステムにおいては、操舵トルクＴ_Sが設定値Ｔ_S0を超える場合、操舵トルクＴ_Sが０とされ、転舵量制御の実行が禁止されるようになっている。具体的には、補正係数ｋが、図１２に示すように、操舵トルクＴ_Sが設定値Ｔ_S0に向かって大きくなるにつれて、１．０から０に向かって小さくなるように設定されている。そして、その操舵トルクＴ_Sの大きさに応じた補正係数ｋを転舵トルク成分Ｔ_Dに乗じて、目標出力トルクＴ^*が決定されるようになっている。これにより、本ステアリングシステムにおいては、転舵量制御から転舵助勢制御に徐々に移行することになり、操作角φが設定値φ₁以上となり転舵量制御の実行が禁止される場合に、舵助勢装置８２が発生させる力を急変させないようにすることが可能である。

＜制御プログラム＞
上述した転舵助勢装置８２の制御は、図１３にフローチャートを示す助勢装置制御プログラムが、イグニッションスイッチがＯＮ状態とされている間、短い時間間隔をおいて、ＥＣＵ１８０により繰り返し実行されることによって行われる。以下に、その制御のフローを、図に示すフローチャートを参照しつつ、簡単に説明する。

助勢装置制御プログラムによる処理では、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す、他のステップも同様である）において、相対変位量センサ１０８により検出された出力側シャフト８６と入力側シャフト８８との相対回転変位量δに基づいて、操舵トルクＴ_Sが推定される。そして、Ｓ２において、図９に示した操舵トルクＴ_Sに対する助勢トルク成分Ｔ_Aのマップデータに基づいて、助勢トルク成分Ｔ_Aが決定される。

次いで、Ｓ３において、操作角センサ１８４により検出されたステアリングホイール１０の操作角φが取得され、Ｓ４において、その操作角φに基づいて、操作量依拠制御としての転舵量制御を実行するか否かの判定が行われる。操作角φが設定値φ₁より小さい場合には、Ｓ５以下の転舵量制御が実行される。具体的には、Ｓ５において、図１０に示した操作角φに対する目標モータ回転角θ^*のマップデータに基づいて、目標モータ回転角θ^*が決定される。次いで、Ｓ６からＳ８において、決定された目標モータ回転角θ^*に基づき、前述のＰＩＤ制御則に従う式に従って、転舵トルク成分Ｔ_Dが決定される。また、Ｓ９において、転舵量制御において助勢装置８２が発生させる力を減少させる、あるいは、発生させないようにするための、補正係数ｋが、図９に示した操舵トルクＴ_Sに対する補正係数ｋのマップデータに基づいて決定される。一方、操作角φが設定値φ₁以上である場合には、Ｓ１０において、転舵トルク成分Ｔ_Dは０とされる。

上述のように決定された助勢トルク成分Ｔ_A，転舵トルク成分Ｔ_D，補正係数ｋに基づいて、Ｓ１１において、転舵装置８２のモータ８０に発生させるべき目標出力トルクＴ^*が決定される。次いで、Ｓ１２以下において、その決定された目標出力トルクＴ^*に基づいて目標供給電流ｉ^*が決定され、その目標供給電流ｉ^*に基づく制御信号がインバータ１８２に送信された後、本プログラムの１回の実行が終了する。このような処理により、助勢装置８２のモータ８０の作動が制御されることで、助勢装置８２は、必要とされる力を発生させることになる。

≪第２実施例≫
第１実施例の車両用ステアリングシステムは、操作量依拠制御として、ステアリングホイール１０の操作角に応じた車輪の転舵量となるように助勢装置８２が発生させる力を制御する転舵量制御が行われるように構成されていた。それに対して、第２実施例のステアリングシステムにおいては、助勢装置８２が発生させる力が、ステアリングホイール１０を操作中立位置に復帰させる向きで操作角に応じた大きさの力である復帰力となるように、助勢装置８２が発生させる力を制御する復帰力制御が実行されるように構成される。なお、第２実施例の車両用ステアリングシステムは、第１実施例のシステムと同様、あるいは類似の構成要素を含んで構成されているため、それらについては、同じ符号を用いるものとし、それらについての説明は、省略するあるいは簡略に行うものとする。

＜ステアリングシステムの制御＞
上記転舵量制御としての復帰力制御は、操作角センサ１８４によって検出された操作角φが設定された操作角φ₂より小さい場合に実行される。そして、操作角φが設定値φ₂より小さい場合には、その操作角φに基づいて、助勢装置８２に発生させる力の一成分であり、目標となる復帰力である復帰トルク成分Ｔ_Rが決定される。ＥＣＵ１８０のコントローラ内には、図１４（ｂ）に示すような、操作角φをパラメータとする復帰トルク成分Ｔ_Rのマップデータが格納されており、復帰トルク成分Ｔ_Rの決定にあたっては、そのマップデータが参照される。

そして、上述のように決定された復帰トルク成分Ｔ_Rと、第１実施例のシステムと同様に決定された助勢トルク成分Ｔ_Aとに基づき、次式に従って目標出力トルクＴ^*が決定される。
Ｔ^*＝Ｔ_A＋Ｔ_R （φ＜φ₂）
そして、このように決定された目標出力トルクＴ^*を発生させるためのモータ８０の作動制御が、インバータ１８２によって行われる。

図１４（ａ）に、ステアリングホイール１０と車輪とが、それぞれ、操作中立位置，転舵中立位置に位置する場合の、ステアリングホイール１０の操作角φと復帰力との関係を示す。この図は、ステアリングホイール１０が操作中立位置から操作された場合のものであり、復帰力制御が実行される本ステアリングシステムにおける関係を、実線で示し、復帰力制御が実行されない従来のステアリングシステムにおける関係を、一点鎖線で示している。

従来のシステムにおいては、溝１１４を形成する１対の側壁面１２６とローラ１２２との間にクリアランスが存在するため、図１４（ａ）の一点鎖線に示すように、ロアシャフト６０が回転して、１対の側壁面１２６の一方がローラ１２２に当接するまでは、入力側シャフト８８は回転しない。つまり、ステアリング操作に対して反力が付与されない範囲が存在することになるのである。それに対して、本実施例のシステムにおいては、復帰力制御によって、ロアシャフト６０の回転に対して入力側シャフト８８をそれと逆向きに回転させることになる。したがって、本ステアリングシステムによれば、ローラ１２２と１対の側壁面１２６との間にクリアランスがある状態から、早期にそれらが互いに当接した状態とするとともに、早期からステアリング操作に対する反力を付与することが可能である。つまり、本ステアリングシステムは、操作に対して反力が付与されないことによる運転者の操作フィーリングの悪化を抑えることができるのである。

なお、本実施例のシステムにおいては、図１４（ｂ）に示すように、復帰トルク成分Ｔ_Rが、操作角φが大きくなるにつれて、漸増し、その後、漸減するように設定されている。そのため、操作角φが設定値φ₂以上となり復帰力制御の実行が禁止される場合に、舵助勢装置８２が発生させる力を急変させないようにすることが可能である。

＜制御プログラム＞
本実施例のステアリングシステムにおける転舵助勢装置８２の制御は、図１５にフローチャートを示す助勢装置制御プログラムが、イグニッションスイッチがＯＮ状態とされている間、短い時間間隔をおいて、ＥＣＵ１８０により繰り返し実行されることによって行われる。この助勢装置制御プログラムは、第１実施例のシステムにおけるプログラムと同様の処理があるため、それらについての説明は、省略するあるいは簡略に行うものとする。

本実施例における助勢装置制御プログラムによる処理では、まず、Ｓ２１，２２において、助勢トルク成分Ｔ_Aが決定される。次いで、Ｓ２３において、操作角センサ１８４により検出されたステアリングホイール１０の操作角φが取得され、Ｓ２４において、その操作角φに基づいて、操作量依拠制御としての復帰力制御を実行するか否かの判定が行われる。操作角φが設定値φ₂より小さい場合には、Ｓ２５において、図１４（ｂ）に示したマップデータに基づいて、操作角φに応じた復帰トルク成分Ｔ_Rが決定される。一方、操作角φが設定値φ₂以上である場合には、Ｓ２６において、復帰トルク成分Ｔ_Rは０とされる。

続いて、Ｓ２７において、上述のように決定された助勢トルク成分Ｔ_A，復帰トルク成分Ｔ_Rを足し合わせて転舵装置８２のモータ８０に発生させるべき目標出力トルクＴ^*が決定される。そして、Ｓ２８以下において、その決定された目標出力トルクＴ^*に基づいて目標供給電流ｉ^*が決定され、その目標供給電流ｉ^*に基づく制御信号がインバータ１８２に送信された後、本プログラムの１回の実行が終了する。

請求可能発明の第１実施例である車両用ステアリングシステムを示す模式図である。 図１の車両用ステアリングシステムの備えるステアリングコラムを示す断面図である。 ステアリングコラムの備えるＥＰＳセクションを示す断面図である。 図３に示すＡＡ’線における断面図である。 ステアリングコラムの備えるコラムセクションを保持するブレークアウェイブラケットを示す斜視図である。 ステアリングホイールが回転操作される際の図３に示すＡＡ’線における断面図である。 操作部材側シャフトの回転角と転舵装置側シャフトの回転角との関係を示すグラフである。 操作部材側シャフトの回転角に応じて変化する操作部材側シャフトと転舵装置側シャフトとのギヤ比を示すグラフである。 操舵トルクと転舵助勢制御において転舵助勢装置に発生させるべき力の成分である助勢トルク成分との関係を示すグラフである。 操作量依拠制御における目標転舵量に対応する目標モータ回転角と操作角との関係を示すグラフである。 操作量依拠制御が実行される第１実施例のシステムと操作量依拠制御が実行されない従来のシステムとにおける、操作中立位置付近での操作部材側シャフトの回転角と転舵装置側シャフトの回転角との関係を示すグラフである。 操舵トルクと、それに対して操作量依拠制御における転舵助勢装置に発生させるべき力の成分である転舵トルク成分を補正するための係数との関係を示すグラフである。 図１に示すステアリング電子制御ユニットによって実行される助勢装置制御プログラムを表すフローチャートである。 操作量依拠制御が実行される第２実施例のシステムと操作量依拠制御が実行されない従来のシステムとにおける、操作中立位置付近での操作角に対する復帰力の関係を示すグラフである。 第２実施例の車両ステアリングシステムにのステアリング電子制御ユニットによって実行される助勢装置制御プログラムを表すフローチャートである。

符号の説明

１０：ステアリングホイール（ステアリング操作部材） １２：ステアリングコラム（操舵力伝達装置） １４：転舵装置 １６：インタミディエイトシャフト（操舵力伝達機構） １８：出力シャフト（第１シャフト） ５０：コラムセクション ５２：ＥＰＳセクション ５４：メインシャフト（第２シャフト） ８０：電磁モータ（駆動源） ８２：転舵助勢装置 ８６：出力側シャフト ８８：入力側シャフト
９０：トーションバー １０８：相対変位量センサ［δ］ １１４：溝（案内通路）
１１６：円環プレート １１８：ピン １２０：ニードルベアリング １２２：ローラ １２６：１対の側壁面 １８０：ステアリング電子制御ユニット（ＥＣＵ） １８２：インバータ １８４：操作角センサ［φ］ １８６：モータ回転角センサ［θ］

α：ロアシャフトの回転角 β：入力側シャフトの回転角 ｄβ／ｄα：ギヤ比 Ｌ：係合位置のオフセット量 ｄ：２本のシャフトのズレ量 ｅ：比率 Ｔ_S：操舵トルク（操舵力） Ｔ_A：助勢トルク成分（助勢力） φ：操作角（操作量） φ₁，φ₂：設定操作角（設定操作量） θ^*：目標モータ回転角（目標転舵量） Ｔ_D：転舵トルク成分 Ｔ^*：目標出力トルク Ｔ_R：復帰トルク成分（復帰力）

Claims (7)

1. 運転者によって操作されるステアリング操作部材と、
   そのステアリング操作部材の操作に応じて車輪を転舵する転舵装置と、
   (A)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との一方に一端部が連結され、回転可能に配設された第１シャフトと、(B)前記ステアリング操作部材と前記転舵装置との他方に一端部が連結され、前記第１シャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離だけズレた状態で回転可能に配設された第２シャフトと、(C)(c-1) 前記第１シャフトの他端部において、その第１シャフトの回転軸線からその第１シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置に設けられた係合部と、(c-2) 前記第２シャフトの他端部において、その第２シャフトの径方向に平行に延びるようにして設けられ、前記係合部を前記第２シャフトの周方向においてクリアランスを有する状態で係合させるとともに前記第２シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの一方の回転によって、その第１シャフトおよび第２シャフトのそれぞれの回転位相の差である回転位相差を変化させつつ、他方が回転するように構成された回転伝達機構とを有し、前記ステアリング操作部材に加わる操舵力を前記転舵装置に伝達する操舵力伝達装置と、
   その操舵力伝達装置の前記回転伝達機構より車輪側に設けられ、駆動源を有してその駆動源が発生させる力に依拠して車輪の転舵を助勢するための助勢力を発生させる転舵助勢装置と、
   その転舵助勢装置を制御する制御装置と
   を備えた車両用ステアリングシステムであって、
   前記制御装置が、
   (i)前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力に応じた大きさの力を、前記助勢力として前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する転舵助勢制御と、(ii)その転舵助勢制御に代えて、あるいは、その転舵助勢制御とともに、前記ステアリング操作部材の操作量が設定操作量より小さい場合に、その操作量に基づく大きさの力を、前記転舵助勢装置が発生させるように、その転舵助勢装置を制御する操作量依拠制御とを実行することを特徴とする車両用ステアリングシステム。
2. 前記操作量依拠制御が、
   前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて車輪の目標となる転舵量である目標転舵量を決定し、車輪の転舵量がその目標転舵量となるように当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである請求項１に記載の車両用ステアリングシステム。
3. 前記転舵助勢装置が、前記駆動源の動作量が車輪の転舵量に応じた量となる構造とされ、
   前記操作量依拠制御が、
   前記転舵助勢装置の駆動源の動作量に基づいて実際の転舵量である実転舵量を推定し、その推定された実転舵量と前記目標転舵量とに基づいて、当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力を決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである請求項２に記載の車両用ステアリングシステム。
4. 前記操作量依拠制御が、
   前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記ステアリング操作部材をそれの操作中立位置に復帰させる向きでそのステアリング操作部材の操作量に応じた大きさの力である復帰力となるように、その転舵助勢装置が発生させる力を、前記ステアリング操作部材の操作量に基づいて決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御する請求項１に記載の車両用ステアリングシステム。
5. 前記制御装置が、
   前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が設定値を超える場合に、前記操作量依拠制御の実行を禁止するように構成された請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。
6. 前記操作量依拠制御が、
   当該制御において前記転舵助勢装置が発生させる力が、前記操舵力伝達装置が伝達する操舵力が前記設定値に近づくにつれて漸減するように決定し、その決定された大きさの力を発生させるように前記転舵助勢装置を制御するものである請求項５に記載の車両用ステアリングシステム。
7. 前記第２シャフトが、
   それぞれが前記係合部の移動が許容される方向に平行に延びるとともに互いに向かい合うように設けられ、それらの間隔が前記係合部の第１シャフトの周方向における寸法より大きくされた１対の側壁面を有し、
   前記回転伝達機構が、
   それら１対の側壁面が前記案内通路を区画して前記係合部を挟むように構成され、
   前記設定操作量が、
   前記転舵装置が転舵中立位置にある状態で、前記係合部と前記１対の側壁面の一方とが互いに当接する場合における前記ステアリング操作部材の操作量より大きな操作量に設定された請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の車両用ステアリングシステム。

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