JPH11321689A - 車両のステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ステアリングシャフトにより伝達される操舵力
の入力側と方向を迅速かつ確実に判断できる車両のステ
アリング装置を提供する。 【解決手段】伝達する操舵力に対応するトルクに応じて
操作側と車輪側とが弾性的に相対回転するステアリング
シャフトの、操作側回転角の変化に対応して位相が変化
する交番信号を出力する第１レゾルバ53と、車輪側回転
角の変化に対応して位相が変化する交番信号を出力する
第２レゾルバ65とを備える。両レゾルバ53、65の励磁電
圧の出力値と変化率が一定値になる時を基準とした一定
の基準時における、両レゾルバ53、65の出力値の増減傾
向と、両レゾルバ53、65の出力値の大小と、操舵力の方
向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側との記
憶された関係と、その基準時における両レゾルバ53、65
の出力値の増減傾向および大小とに基づいて、操舵力の
方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側とが判
断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、路面から車輪に作
用する操舵抵抗の変動に対応する制御を行う場合に利用
できる車両のステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、道路から送られる誘導信号や、道
路や周囲の状況の検出信号等に基づき制御装置により指
令信号を生成し、その指令信号に基づき操舵力発生用ア
クチュエータが発生する操舵力により車両を自動操舵す
るステアリング装置の開発が進められている。

【０００３】そのような自動操舵時において、上記操舵
力発生用アクチュエータが発生する操舵力以外に、走行
路における凹凸や横風等の外乱により、車両に操舵力が
付加される場合がある。

【０００４】そこで、車両の舵角変化に対応する車両の
ヨーレートや横加速度等の値を検知し、その検知した値
に応じて操舵力発生用アクチュエータを制御すること
で、その外乱による付加操舵力の影響を補償していた。

【０００５】また、そのようなステアリング装置におい
ては、緊急事態等に対処するため、自動操舵モードか
ら、ドライバーが操舵力を発生させる通常操舵モードに
切り換え可能であることが要望されている。

【０００６】そこで、そのアクチュエータへの指令信号
に対応する指令舵角と実際の舵角との偏差を求める手段
を設け、その偏差が設定値以上である時はドライバーが
自動操舵に逆らっていると判断し、自動操舵モードから
通常操舵モードに切り換えることが考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、外乱に
よる付加操舵力の影響を車両の舵角変化に対応する値に
応じて補償している。換言すれば、実際に舵角が変化し
た後に、その付加操舵力を相殺していた。そのため、補
償が遅れ、外乱により車両の挙動が不安定になるという
問題があった。

【０００８】また、その操舵力発生用アクチュエータの
発生する操舵力以外に付加される操舵力が、外乱による
付加操舵力かドライバーによる付加操舵力かを判定する
ことができなかった。そのため、外乱による付加操舵力
を、ドライバーによる操舵力である誤判定し、自動操舵
モードから通常操舵モードに誤って切り換えられるとい
う問題がある。

【０００９】また、凍結路面のような摩擦係数の小さい
路面においては、通常の路面と同様の操舵を行うと車両
の挙動を制御できなくなる。そのため、自動操舵を行う
ことは困難である。しかし、従来技術では、自動操舵時
に路面の摩擦係数が小さくなるような事態に何ら対処で
きなかった。

【００１０】本発明は、上記問題を解決することのでき
る車両のステアリング装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、操舵力を車輪
に伝達するステアリングシャフトを備え、そのステアリ
ングシャフトの操作側と車輪側は、そのステアリングシ
ャフトによって伝達される操舵力に対応するトルクに応
じて弾性的に相対回転可能とされている車両に適用され
る。本発明による車両のステアリング装置においては、
そのステアリングシャフトの操作側の回転角の変化に対
応して位相が変化する交番信号を出力する第１レゾルバ
と、そのステアリングシャフトの車輪側の回転角の変化
に対応して位相が変化すると共に、第１レゾルバの出力
信号と同一波形の交番信号を出力する第２レゾルバとを
備える。そのステアリングシャフトの操作側回転角が車
輪側回転角に等しい時、第１レゾルバの出力信号と第２
レゾルバの出力信号は出力値および位相は互いに等しく
される。両レゾルバの励磁電圧の出力値と変化率が一定
値になる時を基準とした一定の基準時における、両レゾ
ルバの出力値の増減傾向と、両レゾルバの出力値の大小
と、操舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力
の入力側との関係を記憶する記憶装置と、その基準時に
おける両レゾルバの出力値の増減傾向および大小を判断
する手段と、両レゾルバの出力値の増減傾向および大小
の判断結果と前記記憶した関係とに基づき、操舵力の方
向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側とを判断
する手段とを備える。上記構成において、走行路におけ
る凹凸や横風等の外乱に基づき車両に外部から操舵力が
付加されたり、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加
する場合、ステアリングシャフトにより伝達される操舵
力に対応するトルクは実際の舵角が変化する前に変化す
る。そのトルクによりステアリングシャフトの操作側と
車輪側は相対回転するので、第１レゾルバの出力値およ
び位相と第２レゾルバの出力値および位相とは互いに異
なるものになる。この際、基準時における両レゾルバの
出力値の増減傾向と大小の組み合わせは、操舵力の方向
が右操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入
力側が操作側である場合と、操舵力の方向が左操舵であ
ってステアリングシャフトへの操舵力の入力側が操作側
である場合と、操舵力の方向が右操舵であってステアリ
ングシャフトへの操舵力の入力側が車輪側である場合
と、操舵力の方向が左操舵であってステアリングシャフ
トへの操舵力の入力側が車輪側である場合とで互いに異
なる。これにより、予め記憶した両レゾルバの出力値の
増減傾向および大小と操舵力の方向とステアリングシャ
フトへの操舵力の入力側との関係と、その基準時におけ
る両レゾルバの出力値の増減傾向および大小の判断結果
とに基づき、その操舵力の方向と、ステアリングシャフ
トへの操舵力の入力側とを判断できる。

【００１２】本発明は、そのステアリングシャフトの操
作側に作用する操舵力を発生可能な操舵力発生用アクチ
ュエータと、その操舵力発生用アクチュエータの制御装
置とを備え、その制御装置からの信号に基づき操舵力発
生用アクチュエータが発生させる操舵力をステアリング
シャフトを介して車輪に伝達する自動操舵モードと、ド
ライバーが発生させる操舵力をステアリングシャフトを
介して車輪に伝達する通常操舵モードとの間で操舵モー
ドが切り換え可能とされている車両に適用されるのが好
ましい。これにより、自動操舵中において、操舵力発生
用アクチュエータが発生する操舵力以外の外乱による付
加操舵力により実際に舵角が変化する前に、その付加操
舵力が作用したか否か、および付加操舵力の方向を判断
できるので、その判断結果に基づいて付加操舵力の影響
を補償することが可能になる。

【００１３】本発明において、前記ステアリングシャフ
トにより伝達される操舵力に対応する値が前記両レゾル
バの出力に基づき求められ、前記自動操舵モードにおい
て、操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力以外に付
加される操舵力のステアリングシャフトへの入力側が判
断され、その付加操舵力がステアリングシャフトに操作
側から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定
値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モード
に切り換える手段を備えるのが好ましい。設定値以上の
付加操舵力がステアリングシャフトに操作側から入力さ
れる場合、ドライバーが意図的に操舵力を付加したとみ
なすことができる。よって、この構成によれば、自動操
舵中にドライバーが操舵力を付加するだけで、実際の舵
角が変化する前に通常操舵モードに切り換えることがで
きる。これにより、緊急事態等において迅速に自動操舵
モードから通常操舵モードに切り換えることができる。
また、その自動操舵中に付加される操舵力が、ドライバ
ーにより付加されたのか、走行路における凹凸や横風等
の外乱に基づき車両に外部から付加されたのかを判断す
るので、その車両に外部から付加される操舵力により、
自動操舵モードから通常操舵モードに誤って切り換えら
れるのを防止できる。

【００１４】本発明において、前記ステアリングシャフ
トにより伝達される操舵力に対応する値が前記両レゾル
バの出力に基づき求められ、前記自動操舵モードにおい
て、操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力以外に付
加される操舵力のステアリングシャフトへの入力側が判
断され、そのステアリングシャフトに車輪側から入力さ
れる付加操舵力の方向が、その操舵力発生用アクチュエ
ータの発生操舵力の方向と同一か否かが判断され、その
操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と同一
方向の付加操舵力がステアリングシャフトに車輪側から
入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値以上
である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り
換える手段を備えるのが好ましい。路面の摩擦係数が減
少すると、車輪に作用する操舵抵抗が減少するため、操
舵力発生用アクチュエータが発生する操舵力の方向と同
一方向の付加操舵力が車両外部からステアリングシャフ
トに作用する。よって、その付加操舵力の絶対値が設定
値以上である時に自動操舵モードから通常操舵モードに
切り換えることで、路面の摩擦係数が小さい場合に自動
操舵を解除できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１に示すラックピニオン式ステア
リング装置１は、ドライバーが発生させる操舵力をステ
アリングホイールＨからステアリングシャフトを介して
車輪Ｗに伝達する。また、後述のブラシレスモータ５０
が発生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車
輪Ｗに伝達する。

【００１６】そのステアリングシャフトは、そのステア
リングホイールＨに連結される入力シャフト２と、この
入力シャフト２にトーションバー３を介し連結される出
力シャフト４とを備えている。そのトーションバー３は
ピン５を介し入力シャフト２に連結され、また、セレー
ション６を介し出力シャフト４に連結されている。その
出力シャフト４にピニオン７が形成され、このピニオン
７に噛み合うラック８の各端に車輪Ｗが連結される。そ
の入力シャフト２は、その外周に一体化されたスリーブ
２ａとベアリング９とを介してモータハウジング１０ｃ
に支持され、また、ブッシュ１１を介して出力シャフト
４に支持されている。その出力シャフト４は、ベアリン
グ１２、１３を介してラックハウジング１０ｂに支持さ
れている。そのラックハウジング１０ｂとモータハウジ
ング１０ｃは、バルブハウジング１０ａを介して一体化
されている。

【００１７】その入力シャフト２は、操舵力に基づく操
舵トルクにより回転する。その入力シャフト２の回転は
トーションバー３、出力シャフト４を介してピニオン７
に伝達される。そのピニオン７の回転によりラック８は
車両幅方向に沿う軸方向に移動する。このラック８の移
動により車輪Ｗが転舵される。この際、そのステアリン
グシャフトの操作側の入力シャフト２と車輪側の出力シ
ャフト４は、ステアリングシャフトによって伝達される
操舵力に対応する操舵トルクに応じてトーションバー３
が弾性的に捩じれることで、弾性的に同軸中心に相対回
転する。

【００１８】その入出力シャフト２、４とバルブハウジ
ング１０ａとの間にオイルシール１４、１５が設けられ
ている。また、そのラック８を支持するサポートヨーク
１６が設けられ、このサポートヨーク１６はバネ１７の
弾力によりラック８に押し付けられている。

【００１９】操舵補助力を発生させる油圧シリンダ（ア
クチュエータ）１８が設けられている。その油圧シリン
ダ１８は、ラックハウジング１０ｂにより構成されるシ
リンダチューブと、ラック８に一体化されるピストン２
０とを有し、そのピストン２０により仕切られる第１油
室２１と第２油室２２とを有する。

【００２０】各油室２１、２２は、操舵力に基づき作動
するロータリー式油圧制御弁２３に接続される。この制
御弁２３によりポンプ３７から油圧シリンダ１８に供給
される圧油の油圧が制御されることで、操舵補助力が発
生する。

【００２１】すなわち、その制御弁２３は、筒状の第１
バルブ部材２４と、この第１バルブ部材２４に同軸心に
相対回転可能に挿入される第２バルブ部材２５とを備え
ている。その第１バルブ部材２４は、バルブハウジング
１０ａに相対回転可能に挿入され、出力シャフト４にピ
ン２６を介し同行回転可能に取り付けられる。その第２
バルブ部材２５は入力シャフト２の外周に一体的に形成
されることで、入力シャフト２と同行回転する。これに
より、第１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５とは、
上記ステアリングシャフトにより伝達される操舵トルク
に応じてトーションバー３がねじれることで、弾性的に
相対回転する。その相対回転量に応じて油圧シリンダ１
８にポンプ３７から供給される圧油の油圧が制御され
る。

【００２２】図２に示すように、その第１バルブ部材２
４の内周と第２バルブ部材２５の外周とに軸方向に沿う
複数の凹部が周方向等間隔に形成されている。その第１
バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する右
操舵用凹部２７と左操舵用凹部２８とで構成される。そ
の第２バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置
する圧油供給用凹部２９と圧油排出用凹部３０とで構成
される。各右操舵用凹部２７と各左操舵用凹部２８とは
周方向に交互に配置され、各圧油供給用凹部２９と各圧
油排出用凹部３０とは周方向に交互に配置される。

【００２３】各右操舵用凹部２７は、第１バルブ部材２
４に形成された第１流路３１およびバルブハウジング１
０ａに形成された第１ポート３２から、油圧シリンダ１
８の第１油室２１に通じる。各左操舵用凹部２８は、第
１バルブ部材２４に形成された第２流路３３およびバル
ブハウジング１０ａに形成された第２ポート３４から、
油圧シリンダ１８の第２油室２２に通じる。各圧油供給
用凹部２９は、第１バルブ部材２４に形成された第３流
路３５と、バルブハウジング１０ａに形成された入口ポ
ート３６を介してポンプ３７に通じる。各圧油排出用凹
部３０は、第２バルブ部材２５に形成された第１排出路
３８、入力シャフト２とトーションバー３の内外周間の
通路４７、バルブハウジング１０ａに形成された排出ポ
ート４０を介してタンク４１に通じる。

【００２４】これにより、第１バルブ部材２４と第２バ
ルブ部材２５の内外周間に形成された弁間油路４２を介
して、その油圧シリンダ１８の各油室２１、２２とポン
プ３７とが接続される。そのポンプ３７はモータ（図示
省略）により駆動される。その弁間油路４２において、
第１バルブ部材側凹部と第２バルブ部材側凹部の間は、
両バルブ部材２４、２５の相対回転により開度が変化す
る絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされる。各絞り部Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄの開度が操舵トルクに応じ変化することで、油圧
シリンダ１８に作用する油圧が制御される。図３は、そ
の油圧回路を示す。

【００２５】図２は、操舵が行なわれていない直進操舵
位置での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示してお
り、この状態においては各圧油供給用凹部２９と各圧油
排出用凹部３０との間の絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は
一定である。

【００２６】直進操舵位置から右方へ操舵すると、操舵
トルクに応じたトーションバー３の捩じれによる両バル
ブ部材２４、２５の相対回転量に応じて、各右操舵用凹
部２７と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ａの開度
および各左操舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３０との
間の絞り部Ｂの開度が大きくなり、各左操舵用凹部２８
と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度および
各右操舵用凹部２７と各圧油排出用凹部３０との間の絞
り部Ｄの開度が小さくなる。これにより、ポンプ３７か
ら第１油室２１へ操舵トルクに応じた圧油が供給され、
第２油室２２からタンク４１へ油が還流され、車両の右
方への操舵補助力がラック８に作用する。

【００２７】直進操舵位置から左方へ操舵すると、各絞
り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に
変化するので、車両の左方への操舵補助力がラック８に
作用する。

【００２８】図１に示すように、操舵力発生用のアクチ
ュエータとして３相ブラシレスモータ５０が設けられて
いる。そのブラシレスモータ５０は、上記モータハウジ
ング１０ｃの内部において、入力シャフト２にスリーブ
２ａを介して同心に同行回転するように取り付けられる
ロータ５１と、そのロータ５１を囲むようにモータハウ
ジング１０ｃに取り付けられるステータ５２と、そのロ
ータ５１の回転角を検出する第１レゾルバ５３とを有す
る。その第１レゾルバ５３は、入力シャフト２にスリー
ブ２ａを介して一体化される回転子５３ａと、モータハ
ウジング１０ｃに取り付けられる固定子５３ｂとを有す
る。そのロータ５１はステアリングシャフトの操作側で
ある入力シャフト２に一体化されているので、第１レゾ
ルバ５３はステアリングシャフトの操作側の回転角の変
化に対応して位相が変化する正弦波形の交番電圧信号を
出力する。

【００２９】その出力シャフト４の回転角を検出する第
２レゾルバ６５が設けられている。すなわち、その第２
レゾルバ６５は、出力シャフト４に一体化される回転子
６５ａと、上記ラックハウジング１０ｂに取り付けられ
る固定子６５ｂとを有する。これにより、第２レゾルバ
６５はステアリングシャフトの車輪側の回転角の変化に
対応して位相が変化する正弦波形の交番電圧信号を出力
する。両レゾルバ５３、６５の出力信号の波形は同一と
されている。

【００３０】その第１レゾルバ５３を含むブラシレスモ
ータ５０と第２レゾルバ６５は制御装置６１に接続され
る。この制御装置６１に、モード切り換えスイッチ６２
と、入力装置６３と、車速センサ７０が接続される。

【００３１】そのモード切り換えスイッチ６２の操作に
より、自動操舵モードと通常操舵モードとの間で車両の
操舵モードを切り換えることが可能とされている。その
自動操舵モードにおいては、制御装置６１からの指令信
号に基づきブラシレスモータ５０が操舵力を発生させ、
その操舵力はステアリングシャフトを介して車輪Ｗに伝
達される。その通常操舵モードにおいてはドライバーが
発生させる操舵力がステアリングシャフトを介して車輪
Ｗに伝達される。

【００３２】その入力装置６３に、例えば、走行路やガ
ードレールに設けられた発信器から発信される標識信号
や、他車両に設けられた発信器から発信される衝突危険
性を報知する警報信号や、道路の走行ラインの検知信号
等の誘導信号が入力される。自動操舵モードにおいて誘
導信号が入力装置６３から入力されると、制御装置６１
は、その誘導信号に従って車両を操舵するのに必要な目
標舵角と、実際の出力舵角との偏差をなくすための指令
信号を出力する。その指令信号によりブラシレスモータ
５０が駆動される。そのブラシレスモータ５０が発生す
る操舵力は、通常操舵モードにおいてドライバーが発生
させる操舵力と同様に、ステアリングシャフトを介して
車輪Ｗに伝達される。

【００３３】また、その制御装置６１は、その自動操舵
時に、ブラシレスモータ５０が発生する操舵力以外に付
加される操舵力に対応する値として、その付加操舵力に
基づきステアリングシャフトにより伝達されるトルク
を、その第１レゾルバ５３と第２レゾルバ６５の出力か
ら求める。すなわち、その入力シャフト２と出力シャフ
ト４とは、操舵トルクに応じてトーションバー３が弾性
的に捩じれることで、弾性的に同軸中心に相対回転す
る。よって、その第１レゾルバ５３により検出される入
力シャフト２の回転角と、第２レゾルバ６５により検出
される出力シャフト４の回転角との差は、そのステアリ
ングシャフトにより伝達されるトルクに対応する。すな
わち、第１、第２レゾルバ５３、６５により、ステアリ
ングシャフトにより伝達される操舵力に対応するトルク
が検知される。この検知されたトルクとブラシレスモー
タ５０の発生トルクとの差が、付加操舵力に基づきステ
アリングシャフトにより伝達されるトルクに対応する。

【００３４】制御装置６１は、第１レゾルバ５３の出力
に基づきロータ５１の回転角すなわちステアリングシャ
フトの操作側での回転角を時系列に求め、第２レゾルバ
６５の出力に基づきステアリングシャフトの車輪側での
回転角を時系列に求める。ステアリングシャフトの操作
側回転角が車輪側回転角に等しい時、第１レゾルバ５３
の出力信号の出力値は第２レゾルバ６５の出力信号の出
力値に等しく、第１レゾルバ５３の出力信号の位相は第
２レゾルバ６５の出力信号の位相に等しくされている。

【００３５】なお、各レゾルバ５３、６５による回転角
の検出の基準位置を検出するためのセンサ６９が制御装
置６１に接続され、その検出された基準位置を基準とし
て回転角が求められる。その基準位置検出用センサ６９
は、例えば、ラック８に付されたマークをステアリング
シャフトの回転角が零の時に検知するようにラックハウ
ジング１０ｂに取り付けられる光学センサであって、ス
テアリングシャフトの回転角が零の時に基準位置信号を
制御装置６１に出力するものにより構成できる。

【００３６】図４は、上記構成による自動操舵モードで
の制御系を示すブロック線図で、制御装置６１におい
て、車両の目標舵角θｑと実際の出力舵角θｏとの偏差
と、伝達関数Ｃ１とから、目標トルクＴｑが演算され
る。その実際の出力舵角θｏは、ステアリングシャフト
の車輪側での回転角に対応する。その目標トルクＴｑ
は、車速センサ７０により検知される車速に対応した値
とされる。その伝達関数Ｃ１は、その目標舵角θｑと出
力舵角θｏとの偏差と、その偏差を補償する上で必要な
トルクとの関係から実験により求めることができる。そ
の目標トルクＴｑとステアリングシャフトにより伝達さ
れる全トルクＴとの偏差に、後述の補償トルクＴｃを加
えたトルクと、伝達関数Ｃ２とから、目標モータ駆動電
流Ｉｑが演算される。その伝達関数Ｃ２は、ブラシレス
モータ５０のトルク定数をＫｔ、ラプラス演算子をｓと
して、Ｃ２＝１／（Ｋｔ×ｓ）とすることができる。そ
の目標モータ駆動電流Ｉｑとブラシレスモータ５０の実
際の駆動電流Ｉａとの偏差と、伝達関数Ｃ３とから、モ
ータ印加電力Ｅｑが演算される。その伝達関数Ｃ３は、
Ｋ１を電流制御比例ゲイン、Ｋ２を電流制御積分ゲイ
ン、τを電流制御積分時定数、ラプラス演算子をｓとし
て、Ｃ３＝Ｋ１＋Ｋ２／（τ×ｓ）とすることができ
る。そのモータ印加電力Ｅｑがブラシレスモータ５０に
常閉接点４９を介して印加される。そのブラシレスモー
タ５０の駆動電流Ｉａは、そのモータ印加電力Ｅｑとモ
ータ出力電力Ｅａとの偏差と伝達関数Ｃ４とから求ま
る。その伝達関数Ｃ４は、Ｌをブラシレスモータ５０の
インダクタンス、Ｒをブラシレスモータ５０の内部抵
抗、ラプラス演算子をｓとして、Ｃ４＝１／（Ｌ×ｓ＋
Ｒ）により求めることができる。そのモータ出力電力Ｅ
ａは、ブラシレスモータ５０の出力軸回転数、すなわ
ち、ステアリングシャフトのステアリングホイールＨ側
での回転角速度ωｉと、伝達関数Ｃ５とから求まる。そ
の伝達関数Ｃ５は、ブラシレスモータ５０の誘起電圧定
数に対応する。そのブラシレスモータ５０の出力トルク
Ｔａは、駆動電流Ｉａと、伝達関数Ｃ６とから求まる。
その伝達関数Ｃ６は、ブラシレスモータ５０のトルク定
数に対応する。そのブラシレスモータ５０の出力トルク
Ｔａと、ドライバーが付加する操舵トルクＴｈとの和
と、伝達関数Ｃ７とから、ブラシレスモータ５０の出力
軸回転数、すなわち、ステアリングシャフトのステアリ
ングホイールＨ側での回転角速度ωｉが求まる。その伝
達関数Ｃ７は、ステアリング装置の操作側での慣性をＩ
ｉ、操作側での粘性抵抗をＣｉ、ラプラス演算子をｓと
して、Ｃ７＝１／（Ｉｉ×ｓ＋Ｃｉ）により求めること
ができる。そのブラシレスモータ５０の出力軸回転数ω
ｉの積分値が、ステアリングシャフトのステアリングホ
イールＨ側での回転角θｉになる。そのステアリングシ
ャフトのステアリングホイールＨ側での回転角θｉと車
輪側での回転角θｏとの偏差と、伝達関数Ｃ８とから、
ステアリングシャフトにより伝達される全トルクＴが求
まる。その伝達関数Ｃ８はトーションバー３の捩じりバ
ネ定数に対応する。そのステアリングシャフトにより伝
達される全トルクＴと、伝達関数Ｃ９とから、操舵補助
力発生用油圧シリンダ１８の出力に対応するトルクＴｖ
が求まる。その伝達関数Ｃ９は、その油圧シリンダ１８
に供給される圧油の上記制御弁２３による油圧制御特性
から求められる。その油圧シリンダ１８の出力対応トル
クＴｖと車両に外部から付加される操舵力に対応する外
乱トルクＴｄとの和と、伝達関数Ｃ１０とから、ステア
リングシャフトの車輪側での回転角速度ωｏが求まる。
その伝達関数Ｃ１０は、ステアリング装置の出力シャフ
ト４側での慣性をＩｏ、出力シャフト４側での粘性抵抗
をＣｏ、ラプラス演算子をｓとして、Ｃ７＝１／（Ｉｏ
×ｓ＋Ｃｏ）により求めることができる。そのステアリ
ングシャフトの車輪側での回転角速度ωｏの積分値が、
ステアリングシャフトの車輪側での回転角θｏになる。

【００３７】上記制御装置６１が内蔵する記憶装置６１
ａに制御プログラムが記憶される。そのプログラムの一
部として、両レゾルバ５３、６５の励磁電圧の出力値と
変化率が一定値になる時を基準とした一定の基準時にお
ける、両レゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向と、両
レゾルバ５３、６５の出力値の大小と、操舵力の方向
と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側の関係が
記憶される。その基準時は、後述のように両レゾルバ５
３、６５の出力値の増減傾向および大小の判断結果と、
前記記憶した関係とに基づいて、操舵力の方向とステア
リングシャフトへの操舵力の入力側とを判断することが
できる時であれば特に限定されない。例えば、両レゾル
バ５３、６５の励磁電圧の出力値が極小値（変化率は
零）になる時から一定時間経過した時が基準時とされ
る。

【００３８】本実施形態では、操舵力の作用によりステ
アリングシャフトに生じるトルクの方向が、ステアリン
グシャフトの操作側から右操舵のための操舵力を作用さ
せた時にステアリングシャフトにより伝達されるトルク
の方向と一致する時、その操舵力の方向は右方向である
とされ、ステアリングシャフトの操作側から左操舵のた
めの操舵力を作用させた時にステアリングシャフトによ
り伝達されるトルクの方向と一致する時、その操舵力の
方向は左方向であるとされる。

【００３９】図５の（１）〜（４）において、第１レゾ
ルバ５３の出力値と時間との関係を実線で、第２レゾル
バ６５の出力値と時間との関係を破線で示す。図５の
（１）は、操舵力の方向が右方向であって操舵力の入力
側がステアリングシャフトの操作側である場合を示し、
図５の（２）は、操舵力の方向が左方向であって操舵力
の入力側がステアリングシャフトの操作側である場合を
示し、図５の（３）は、操舵力の方向が右方向であって
操舵力の入力側がステアリングシャフトの車輪側である
場合を示し、図５の（４）は、操舵力の方向が左方向で
あって操舵力の入力側がステアリングシャフトの車輪側
である場合を示す。

【００４０】図５の（１）〜（４）において、両レゾル
バ５３、６５の励磁電圧の出力値と変化率が一定値にな
る時から一定時間経過した第１測定時点ｔ１における第
１レゾルバ５３の出力値をａ１、第２レゾルバ６５の出
力値をｂ１、その第１測定時点ｔ１から一定時間経過し
た第２測定時点（基準時）ｔ２における第１レゾルバ５
３の出力値をａ２、第２レゾルバ６５の出力値をｂ２と
して、第１レゾルバ５３の出力値はａ２−ａ１＞０であ
れば増加傾向であり、ａ２−ａ１＜０であれば減少傾向
であり、第２レゾルバ６５の出力値はｂ２−ｂ１＞０で
あれば増加傾向であり、ｂ２−ｂ１＜０であれば減少傾
向であり、両レゾルバ５３、６５の出力値の大小はａ２
−ｂ２＞０であれば第１レゾルバ５３の出力値は第２レ
ゾルバ６５の出力値よりも大きく、ａ２−ｂ２＜０であ
れば第１レゾルバ５３の出力値は第２レゾルバ６５の出
力値よりも小さい。

【００４１】図６は、本実施形態の基準時における上記
第１レゾルバ５３と第２レゾルバ６５の出力値の増減傾
向および大小と、操舵力の方向と、ステアリングシャフ
トへの操舵力の入力側の関係を示す。

【００４２】制御装置６１は、上記基準時における両レ
ゾルバ５３、６５の出力値の増減傾向および大小を判断
し、この判断結果と上記記憶した関係とに基づいて、操
舵力の方向とステアリングシャフトへの操舵力の入力側
とを判断する。すなわち、ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１
＜０、ａ２−ｂ２＜０である場合、操舵力の方向は右方
向であって、操舵力の入力側はステアリングシャフトの
操作側であると判断される。ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ
１＞０、ａ２−ｂ２＞０である場合、操舵力の方向は左
方向であって、操舵力の入力側はステアリングシャフト
の操作側であると判断される。ａ２−ａ１＜０、ｂ２−
ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＞０である場合、操舵力の方向は
右方向であって、操舵力の入力側はステアリングシャフ
トの車輪側であると判断される。ａ２−ａ１＞０、ｂ２
−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＜０である場合、操舵力の方向
は左方向であって、操舵力の入力側はステアリングシャ
フトの車輪側であると判断される。

【００４３】図７のフローチャートは、その制御装置６
１による操舵モードの切り換え制御手順を示す。

【００４４】その制御装置６１は、まず、現時点が自動
操舵モードか否かを判断する（ステップ１）。自動操舵
モードであれば、ブラシレスモータ５０を駆動すること
で自動操舵を行う（ステップ２）。

【００４５】その自動操舵モード時に、そのブラシレス
モータ５０が発生する操舵力以外の付加操舵力のステア
リングシャフトへの入力側が判断される。すなわち、上
記のようにａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ
２＜０、若しくは、ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、
ａ２−ｂ２＞０である場合、その付加操舵力はステアリ
ングシャフトの操作側から付加されたドライバーの発生
操舵力であると判断され、ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１
＜０、ａ２−ｂ２＞０、若しくは、ａ２−ａ１＞０、ｂ
２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＜０である場合、その付加操
舵力はステアリングシャフトの車輪側から付加された車
両外部からの外乱であると判断される（ステップ３）。

【００４６】ステップ３において、付加操舵力が外乱で
なくステアリングシャフトの操作側からドライバーによ
り付加されたものである場合、その付加操舵力に対応す
るトルクＴｈの絶対値が設定値Ｔ１以上か否かを判断す
る（ステップ４）。すなわち、上記第１レゾルバ５３に
より求められるステアリングシャフトの回転角と、その
第２レゾルバ６５により求められるステアリングシャフ
トの回転角との差から、ステアリングシャフトにより伝
達される全トルクＴを求め、その全トルクＴから、上記
ブラシレスモータ５０が発生させる操舵力によるトルク
を差し引くことで、その付加操舵力に対応するトルクＴ
ｈを求める。そのブラシレスモータ５０が発生させる操
舵力によるトルクは、そのブラシレスモータ５０の駆動
電流Ｉａの値から求める。

【００４７】そのドライバーの付加操舵力に対応するト
ルクＴｈの絶対値が設定値Ｔ１以上である場合、上記常
閉接点４９に開信号を出力する。これにより、ブラシレ
スモータ５０に印加される電力が断たれ、自動操舵モー
ドが解除されて通常操舵モードに切り換えられる（ステ
ップ５）。その設定値Ｔ１は、操舵の意思を示す時にド
ライバーが発生する操舵力に基づき定めることができ
る。

【００４８】そのドライバーの付加操舵力に対応するト
ルクＴｈの絶対値が設定値Ｔ１未満である場合、自動操
舵を継続する。

【００４９】ステップ３において、付加操舵力がステア
リングシャフトの車輪側から付加された車両外部からの
外乱である場合、その付加操舵力の方向が、そのブラシ
レスモータ５０が発生する操舵力の方向と同一方向か否
かを判断する（ステップ６）。その付加操舵力の方向
は、上記のようにａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ
２−ｂ２＜０、若しくは、ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１
＜０、ａ２−ｂ２＞０である場合は右方向であると判断
され、ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＞
０、若しくは、ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２
−ｂ２＜０である場合は左方向であると判断され、この
付加操舵力の方向が、制御装置６１からの指令信号に基
づきブラシレスモータ５０が発生させる操舵力の方向と
一致するか否かが判断される。

【００５０】ステップ６において、そのブラシレスモー
タ５０が発生する操舵力の方向と付加操舵力の方向とが
同一方向である場合、その付加操舵力に対応する外乱ト
ルクＴｄの絶対値が設定値Ｔ２以上であるか否かを判断
する（ステップ７）。

【００５１】その外乱トルクＴｄの絶対値が設定値Ｔ２
以上である時、警報信号を発し（ステップ８）、しかる
後に上記常閉接点４９に開信号を出力することで、自動
操舵モードを解除して通常操舵モードに切り換える（ス
テップ５）。その警報信号によりドライバーに警報を発
するブザーやランプ等の警報装置（図示省略）を作動さ
せる。

【００５２】ステップ６において、そのブラシレスモー
タ５０が発生する操舵力の方向と付加操舵力の方向とが
同一方向でない時、ステップ７において外乱トルクＴｄ
の絶対値が設定値Ｔ２未満である時、その外乱トルクＴ
ｄを相殺する操舵力を発生するようにブラシレスモータ
５０を制御し、外乱の影響を補償する（ステップ９）。
すなわち、その外乱トルクＴｄを相殺するための補償ト
ルクＴｃを演算し、その補償トルクＴｃを上記目標トル
クＴｑに加えることで、その付加操舵力を相殺する操舵
力を発生するようにブラシレスモータ５０を制御する。
その外乱トルクＴｄから補償トルクＴｃを求めるための
演算式は予め実験により求めることができる。

【００５３】上記構成においては、走行路における凹凸
や横風等の外乱に基づき車両に外部から操舵力が付加さ
れたり、自動操舵中にドライバーが操舵力を付加する場
合、ステアリングシャフトにより伝達される操舵力に対
応するトルクは実際の舵角が変化する前に変化する。そ
のトルクによりステアリングシャフトの操作側と車輪側
は相対回転するので、第１レゾルバの出力値および位相
と第２レゾルバの出力値および位相とは互いに異なるも
のになる。基準時における両レゾルバ５３、６５の出力
値の増減傾向と大小の組み合わせは、上記のように、操
舵力の方向が右操舵であってステアリングシャフトへの
操舵力の入力側が操作側である場合と、操舵力の方向が
左操舵であってステアリングシャフトへの操舵力の入力
側が操作側である場合と、操舵力の方向が右操舵であっ
てステアリングシャフトへの操舵力の入力側が車輪側で
ある場合と、操舵力の方向が左操舵であってステアリン
グシャフトへの操舵力の入力側が車輪側である場合とで
互いに異なる。これにより、予め記憶した両レゾルバ５
３、６５の出力値の増減傾向および大小と操舵力の方向
とステアリングシャフトへの操舵力の入力側との関係
と、その基準時における両レゾルバ５３、６５の出力値
の増減傾向および大小の判断結果とに基づき、その操舵
力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側
とを判断できる。よって、その判断結果に基づいて、車
両に外部から付加される操舵力を相殺するようにブラシ
レスモータ５０を制御できる。これにより、外乱による
付加操舵力により実際に舵角が変化する前に、その付加
操舵力の影響を補償できる。すなわち、外乱の影響を迅
速かつ確実に補償でき、車両の挙動を安定化することが
できる。

【００５４】また、上記構成によれば、自動操舵中にド
ライバーが操舵力を付加した場合、実際の舵角が変化す
る前に通常操舵モードに切り換えることができる。これ
により、緊急事態等において迅速に自動操舵モードから
通常操舵モードに切り換えることができる。しかも、そ
の自動操舵中に付加される操舵力が、ドライバーにより
付加されたのか、車両に外部から付加されたのかを判断
するので、外乱により自動操舵モードから通常操舵モー
ドに誤って切り換えられるのを防止できる。

【００５５】また、上記構成では、ブラシレスモータ５
０が発生する操舵力の方向と同一方向に車両に外部から
操舵力が付加されたか否かの判定を行う。これにより、
路面の摩擦係数の減少により車輪に作用する操舵抵抗が
減少したか否かを判定できる。その付加操舵力に対応す
る外乱トルクＴｄの絶対値が設定値Ｔ２以上である時
に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換えるこ
とで、路面の摩擦係数が小さい場合に自動操舵を解除で
きる。

【００５６】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、ステアリングホイールと操舵力発生用アク
チュエータとの間に、ステアリングシャフトにより伝達
されるトルクを検出するトルクセンサを設けてもよい。
この場合、付加操舵力に基づきステアリングシャフトに
より伝達されるトルクを、上記のようにステアリングシ
ャフトにより伝達される全トルクからアクチュエータに
より発生されるトルクを差し引くことなく、直接に求め
ることができる。また、上記制御装置６１は、モータ５
０の回転角データとモータ５０の電流検出部からフィー
ドバックされる実際の電流値に応じて目標電流を決定
し、上記ブラシレスモータ５０に電流を印加する。図８
の（１）は無負荷状態でのモータ５０の目標電流とフィ
ードバック電流の時間変化を示し、図８の（２）は負荷
状態でのモータ５０の目標電流とフィードバック電流の
時間変化を示す。その無負荷状態でのモータ５０の回転
速度α１度／秒は負荷状態での回転速度α２度／秒より
も大きくされている。モータ時定数や制御装置６１にお
ける回路のスルーレート等の特性に基づき、その目標電
流の時間変化に対してフィードバック電流の時間変化に
は遅れΔｔがある。そのような遅れΔｔがあると所期の
トルクをモータ５０により正確に発生させることができ
ない。そこで、その遅れΔｔはモータ５０の負荷や回転
速度に拘らず一定とみなすことができることから、制御
装置６１により回転角データからモータ５０の回転速度
（電気角の変化速度）α１、α２度／秒を演算し、その
回転速度と上記遅れとの積α１×Δｔ、α２×Δｔだけ
上記求めた目標電流の位相を進めるようにしてもよい。
これにより、モータ５０を効率良く制御でき、モータ５
０を低回転から高回転まで、まんべんなく使用できる。
また、両レゾルバの出力値の増減傾向および大小と、操
舵力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力
側との関係は、操舵方向に対する両レゾルバ５３、６５
の出力の位相変化方向や基準時の設定如何によって変化
するものであり、上記実施形態に限定されない。また、
基準時は上記実施形態のように単一ではなく複数でもよ
い。この場合において、操舵力の方向とステアリングシ
ャフトへの操舵力の入力側の判断結果が、全ての基準時
において一致しない時は、より多くの基準時において一
致している判断結果を採用することで、判断精度を向上
できる。また、本発明のステアリング装置は自動操舵を
行うことのない車両にも適用でき、例えば、外乱の作用
による操舵力が付加された場合に車両のブレーキ力を制
御して車両挙動の安定化を図る場合に、その外乱による
付加操舵力の有無と付加操舵力の方向を判断するのに利
用できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、ステアリングシャフト
により伝達される操舵力の入力側と方向を迅速かつ確実
に判断できる車両のステアリング装置を提供でき、車両
を自動操舵できるステアリング装置において、外乱の影
響を迅速かつ確実に補償でき、車両の挙動を安定化で
き、摩擦係数の小さい凍結路面等において自動操舵を解
除して車両の挙動が制御できなくなるのを防止でき、自
動操舵モードにおいて緊急事態が生じたような場合、外
乱の影響を受けることなくドライバーの意思に応じて迅
速に通常操舵モードに切り換えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の
断面図

【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図

【図３】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の
油圧回路図

【図４】本発明の実施形態の制御系を示すブロック線図

【図５】（１）〜（４）は本発明の実施形態の車両のス
テアリング装置の各レゾルバの出力の時間変化を示す図

【図６】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の
作用説明図

【図７】本発明の実施形態の車両のステアリング装置の
制御手順を示すフローチャート

【図８】（１）、（２）は本発明の実施形態のモータの
目標電流とフィードバック電流の時間変化を示す図

【符号の説明】

２ 入力シャフト ４ 出力シャフト ５０ ブラシレスモータ（操舵力発生用アクチュエー
タ） ５３ 第１レゾルバ ６１ 制御装置 ６１ａ 記憶装置 ６５ 第２レゾルバ Ｗ 車輪

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵力を車輪に伝達するステアリングシ
   ャフトを備え、そのステアリングシャフトの操作側と車
   輪側は、そのステアリングシャフトによって伝達される
   操舵力に対応するトルクに応じて弾性的に相対回転可能
   とされている車両において、 そのステアリングシャフトの操作側の回転角の変化に対
   応して位相が変化する交番信号を出力する第１レゾルバ
   と、 そのステアリングシャフトの車輪側の回転角の変化に対
   応して位相が変化すると共に、第１レゾルバの出力信号
   と同一波形の交番信号を出力する第２レゾルバとを備
   え、 そのステアリングシャフトの操作側回転角が車輪側回転
   角に等しい時、第１レゾルバの出力信号と第２レゾルバ
   の出力信号は出力値および位相は互いに等しくされ、 両レゾルバの励磁電圧の出力値と変化率が一定値になる
   時を基準とした一定の基準時における、両レゾルバの出
   力値の増減傾向と、両レゾルバの出力値の大小と、操舵
   力の方向と、ステアリングシャフトへの操舵力の入力側
   との関係を記憶する記憶装置と、 その基準時における両レゾルバの出力値の増減傾向およ
   び大小を判断する手段と、 両レゾルバの出力値の増減傾向および大小の判断結果と
   前記記憶した関係とに基づいて、操舵力の方向とステア
   リングシャフトへの操舵力の入力側とを判断する手段と
   を備える車両のステアリング装置。
2. 【請求項２】 そのステアリングシャフトの操作側に作
   用する操舵力を発生可能な操舵力発生用アクチュエータ
   と、 その操舵力発生用アクチュエータの制御装置とを備え、 その制御装置からの信号に基づき操舵力発生用アクチュ
   エータが発生させる操舵力をステアリングシャフトを介
   して車輪に伝達する自動操舵モードと、ドライバーが発
   生させる操舵力をステアリングシャフトを介して車輪に
   伝達する通常操舵モードとの間で操舵モードが切り換え
   可能とされている請求項１に記載の車両のステアリング
   装置。
3. 【請求項３】 前記ステアリングシャフトにより伝達さ
   れる操舵力に対応する値が前記両レゾルバの出力に基づ
   き求められ、 前記自動操舵モードにおいて、操舵力発生用アクチュエ
   ータの発生操舵力以外に付加される操舵力のステアリン
   グシャフトへの入力側が判断され、 その付加操舵力がステアリングシャフトに操作側から入
   力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値以上で
   ある時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換
   える手段を備える請求項２に記載の車両のステアリング
   装置。
4. 【請求項４】 前記ステアリングシャフトにより伝達さ
   れる操舵力に対応する値が前記両レゾルバの出力に基づ
   き求められ、 前記自動操舵モードにおいて、操舵力発生用アクチュエ
   ータの発生操舵力以外に付加される操舵力のステアリン
   グシャフトへの入力側が判断され、 そのステアリングシャフトに車輪側から入力される付加
   操舵力の方向が、その操舵力発生用アクチュエータの発
   生操舵力の方向と同一か否かが判断され、 その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と
   同一方向の付加操舵力がステアリングシャフトに車輪側
   から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値
   以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに
   切り換える手段を備える請求項２に記載の車両のステア
   リング装置。
5. 【請求項５】 そのステアリングシャフトに車輪側から
   入力される付加操舵力の方向が、その操舵力発生用アク
   チュエータの発生操舵力の方向と同一か否かが判断さ
   れ、 その操舵力発生用アクチュエータの発生操舵力の方向と
   同一方向の付加操舵力がステアリングシャフトに車輪側
   から入力され、且つ、その付加操舵力の絶対値が設定値
   以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに
   切り換える手段を備える請求項３に記載の車両のステア
   リング装置。