JP2011121474A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】緊急回避時において最大限の転舵を確保できる可能性を高める。
【解決手段】車両用操舵装置１は、操舵部材２の操作に応じて駆動される電動モータ２５が発生する操舵補助力を転舵機構１０に与える電動パワーステアリング装置１９と、操舵部材２の操作角θ１に対する転舵機構１０の転舵角θ２の比である伝達比を可変設定する伝達比可変機構５とを含む。電動モータ２５の電力は、所定の電力制限条件に従って制限される。制御部２９は、車両の運転状態が所定の緊急回避状態か否かを判断する。また、制御部２９は、操舵補助力の目標値に相当する補助目標値を、緊急回避状態でないときには通常目標値に設定し、緊急回避状態のときには緊急回避目標値に設定する。また、制御部２９は、目標伝達比を、緊急回避状態でないときには通常伝達比に設定し、緊急回避状態のときには緊急回避伝達比に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置および伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作に応じて駆動される電動モータの駆動力を舵取り機構に伝達して操舵補助するように構成されている。たとえば、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じて操舵補助力に関する目標値が設定され、この目標値に応じて電動モータが制御される。
伝達比可変装置は、ステアリングホイールの操作角と舵取り装置の転舵角との比（伝達比）を可変設定する装置である。伝達比可変装置は、ステアリングホイール側の入力軸の回転を、舵取り装置側の出力軸に増速または減速して伝達する。伝達比は、たとえば、車速に応じて可変設定される。たとえば、車速が低いほど伝達比を大きくすることにより、駐車時のステアリングホイール操作を軽減できる。

電動パワーステアリング装置および伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置は、たとえば、特許文献１に開示されている。特許文献１の構成では、低速走行時（伝達比が大きい走行条件のとき）にステアリングホイールの急操作が行われると、伝達比を小さくされる。これにより、電動パワーステアリング装置の制御追従性が確保される。

特開２００５−１１２０２５号公報 特開２００９−１０８０２号公報

低速走行時には伝達比が大きくなるので、操舵速度が速ければ、それに追従するために、電動パワーステアリング装置の電動モータに大電流が供給される。一方、電動モータの発熱や異常回転を回避するために、電動モータに大電流が供給されたときに、その電流を制限するための制御（電流制限制御）が実行されることがある。したがって、低速走行状態で急操舵を行うと、電流制限制御が実行され、操舵補助が得られなくなるおそれがある。

緊急回避のために急操舵が実行されるときは、できる限り長く操舵補助が行われ、かつ、できる限り大きなステアリング切れ角が確保されることが好ましい。特許文献１の構成は、急操舵時に伝達比を小さくすることで電動パワーステアリング装置の追従性を確保しているが、緊急回避時において、電流制限制御が実行されるまでに必ずしも最大限の転舵量（ステアリング切れ角）を確保できるとは限らない。

そこで、この発明の目的は、緊急回避時において最大限の転舵を確保できる可能性を高めた車両用操舵装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操舵部材（２）の操作に応じて駆動される電動モータ（２５）が発生する操舵補助力を転舵機構（１０）に与える電動パワーステアリング装置（１９）と、前記操舵部材（２）の操作角（θ１）に対する前記転舵機構（１０）の転舵角（θ２）の比である伝達比を可変設定する伝達比可変装置（５）と、前記電動モータ（２５）の電力を所定の電力制限条件に従って制限する電力制限手段８６）と、車両の運転状態が所定の緊急回避状態か否かを判断する緊急回避判断手段（５１，８１）と、前記操舵補助力の目標値に相当する補助目標値を、前記緊急回避判断手段（８１）によって緊急回避状態でないと判断されているときには通常目標値に設定し、前記緊急回避判断手段（８１）によって緊急回避状態であると判断されているときには前記通常目標値とは異なる緊急回避目標値に設定する補助目標値設定手段（８０，８２，８３）と、前記伝達比の目標値である目標伝達比（Ｒ）を、前記緊急回避判断手段（５１）によって緊急回避状態でないと判断されているときには通常伝達比に設定し、前記緊急回避判断手段（５１）によって緊急回避状態であると判断されているときには前記通常伝達比とは異なる緊急回避伝達比に設定する目標伝達比設定手段（５０，５２，５３）とを含む、車両用操舵装置（１）である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。以下、この項において同じ。

この構成によれば、緊急回避状態のときには、補助力目標値および目標伝達比が通常時（緊急回避状態でないとき）とは異なる緊急回避目標値および緊急回避伝達比にそれぞれ設定される（たとえば、異なる特性に従って設定される）。したがって、緊急回避目標値および緊急回避伝達比を適切に定めておくことによって、たとえば、電動モータの電力（供給電力）が制限されるまでの操舵補助力発生時間を最大にしたり、電動モータの電力が制限されるまでの転舵角変化量を最大にしたりすることができる。

電力制限条件は、モータ電流値が所定の制限値に達することを含んでいてもよい。また、電力制限条件は、モータ電流値が所定の制限値に達した状態が所定時間にわたって継続することを含んでいてもよい。
緊急回避状態は、操舵部材の操作速度が所定のしきい値を超える急操舵状態を含んでいてもよい（請求項２）。また、緊急回避状態は、車両の加速度が所定の負のしきい値未満である急減速状態を含んでいてもよい（請求項３）。

補助目標値は、前記電動モータのための目標駆動値（目標電流値、目標電圧値など）であってもよいし、前記電動モータから発生すべきトルクの目標値であってもよい。
目標伝達比は、伝達比に直接対応した値であってもよいし、伝達比に換算可能な他の値であってもよい。
緊急回避目標値および緊急回避伝達比の組み合わせは、緊急回避状態において、電力制限が実行されるまでの操舵補助力発生時間および／または転舵角変化量が最大となるように設定されることが好ましい。このような緊急回避目標値および緊急回避伝達比の組み合わせは、操舵実験（シミュレーションを含む）によって定めることができる。

より具体的には、学習を用いた多変数最適解を求める方法を適用することによって、緊急回避目標値および緊急回避伝達比の組み合わせを決定することができる。たとえば、様々な補助目標値および目標伝達比を設定して緊急回避状態に相当する操舵実験（シミュレーションを含む）を行い、電力制限が実行されるまでの時間および転舵角変化量を評価してもよい。そして、評価点の最も優れた補助目標値および目標伝達比の組み合わせを、緊急回避目標値および緊急回避伝達比の組み合わせとして決定すればよい。操舵実験（学習）に際しては、たとえば、次表１に示す学習ルールに従って、各回の操舵実験結果（評価）に基づき、次回の操舵実験のための補助目標値および目標伝達比の組み合わせを定めてもよい。

この学習ルールに従うことによって、妥当な補助目標値および目標伝達比へと収束させることができる。
請求項４記載の発明は、前記操舵部材（２）に対して所定の緊急回避操作を行ったときに、前記電力制限手段（８６）による電力制限が実行されるまでの時間に関する評価値と、前記電力制限手段（８６）による電力制限が実行されるまでの前記転舵機構（１０）の転舵角変化量に関する評価値との合計が最大となるように、前記緊急回避目標値および前記緊急回避伝達比が定められている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置（１）である。この構成により、緊急回避状態のときに、操舵補助力が発生される時間をできるだけ長く、かつ転舵角変化量をできるだけ大きくすることができる。

緊急回避操作とは、たとえば、一定時間（たとえば１０秒）内に一定の転舵角変化量（たとえば１０００度）が得られるように定めた一定操舵速度での操作であってもよい。
請求項５記載の発明は、前記操舵部材（２）に対して所定の緊急回避操作を行ったときに、前記電力制限手段（８６）による電力制限が実行されるまでの時間が最長となるように、前記緊急回避目標値および前記緊急回避伝達比が定められている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。この構成により、緊急回避状態のときに、操舵補助力が発生する時間を長くできる。

請求項６記載の発明は、前記操舵部材（２）に対して所定の緊急回避操作を行ったときに、前記電力制限手段（８６）による電力制限が実行されるまでの前記転舵機構（１０）の転舵角変化量が最大となるように、前記緊急回避目標値および前記緊急回避伝達比が定められている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置（１）である。この構成により、緊急回避状態のときに、電力制限が実行されるまでの転舵角変化量を大きくすることができる。

請求項７記載の発明は、前記緊急回避判断手段（５１，８１）によって、緊急回避状態であると判断されたときに、前記電力制限手段（８６）による電力制限が実行されるまでの時間および／または転舵角変化量を監視して評価する評価手段（Ｓ９）と、前記評価手段による評価結果に基づいて、前記緊急回避目標値および緊急回避伝達比を更新する緊急回避適用値更新手段（Ｓ１０）とをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用操舵装置（１）である。

この構成によれば、緊急回避目標値および緊急回避伝達比を適用した結果として、電動モータが電力制限を受けるまでの時間および／または転舵角変化量が監視され、それらに対して評価が与えられる。その評価結果に基づいて、緊急回避目標値および緊急回避伝達比が更新される。これにより、次に緊急回避状態となったときには、評価結果の優れた緊急回避目標値および緊急回避伝達比を適用することができる。このようにして、実際のシステム運用時の学習によって、緊急回避目標値および緊急回避伝達比を更新することができる。これにより、車両に組み込まれた実際の使用状態に適合した緊急回避目標値および緊急回避伝達比を設定することができる。

請求項８記載の発明は、前記評価手段は、前記電力制限が実行されるまでの時間が所定の基準時間に比較して大きいか小さいかを評価するものであり、前記緊急回避適用値更新手段は、前記電力制限が実行されるまでの時間が前記基準時間に比較して大きいときは前記緊急回避目標値を大きくし、前記電力制限が実行されるまでの時間が前記基準時間に比較して小さいときは前記緊急回避目標値を小さくするものである、請求項７記載の車両用操舵装置である。電力制限が実行されるまでの時間が長いときは、より多くの電力を電動モータに供給する余裕がある。したがって、電力制限が実行されるまでの時間が長いときには緊急回避目標値を大きくし、逆に、電力制限が実行されるまでの時間が短いときには緊急回避目標値を小さくすることによって、緊急回避目標値を妥当な値へと導くことができる。

請求項９記載の発明は、前記評価手段は、前記電力制限が実行されるまでの転舵角変化量が所定の基準転舵角変化量に比較して大きいか小さいかを評価するものであり、前記緊急回避適用値更新手段は、前記電力制限が実行されるまでの転舵角変化量が前記基準転舵角変化量に比較して大きいときは前記緊急回避伝達比を小さくし、前記電力制限が実行されるまでの転舵角変化量が前記基準転舵角変化量に比較して小さいときは前記緊急回避伝達比を大きくするものである、請求項７または８記載の車両用操舵装置である。電力制限までの転舵角変化量が小さいときには、より大きな転舵角変化量を確保することが好ましい。また、電力制限までの転舵角変化量が大きいときには、電力制限が早期に実行される可能性が高まる。そこで、転舵角変化量が小さいときは緊急回避伝達比を大きくし、逆に、転舵角変化量が大きいときには緊急回避伝達比を小さくすることによって、緊急回避伝達比を妥当な値へと導くことができる。

本発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 伝達比可変機構の一部を断面で表した側面図である。 伝達比可変機構に関連する制御ブロック図である。 基本伝達比を設定するための特性図である。 操舵補助力付与機構（電動パワーステアリング装置）に関連する制御ブロック図である。 基本目標電流値を設定するための特性図である。 目標伝達比および目標電流値の設定を説明するためのフローチャートである。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に付与された操舵トルクを、操舵軸としてのステアリングシャフト３等を介して左右の転舵輪４Ｌ，４Ｒのそれぞれに与えて転舵を行うものであり、操舵部材２の操作角θ１に対する転舵輪の転舵角θ２の比としての伝達比θ２／θ１を変更することのできるＶＧＲ（Variable Gear Ratio）機能を有している。

この車両用操舵装置１は、操舵部材２と、操舵部材２に連なるステアリングシャフト３とを有している。ステアリングシャフト３は、互いに同軸上に配置された第１〜第３のシャフト１１〜１３を含んでいる。第１〜第３のシャフト１１〜１３の中心軸線としての第１の軸線Ａは、当該第１〜第３のシャフト１１〜１３の回転軸線でもある。
以下では、ステアリングシャフト３の軸方向Ｓを単に軸方向Ｓといい、ステアリングシャフト３の径方向Ｒを単に径方向Ｒといい、ステアリングシャフト３の周方向Ｃを単に周方向Ｃという。

第１のシャフト１１の一端に操舵部材２が同行回転可能に連結されている。第１のシャフト１１の他端部と第２のシャフト１２の一端部とは、差動機構としての伝達比可変機構５（伝達比可変装置）を介して差動回転可能に連結されている。第２のシャフト１２の他端と第３のシャフト１３の一端とは、トーションバー１４を介して所定の範囲内で弾性的に相対回転可能且つ動力伝達可能に連結されている。

第３のシャフト１４の他端は、自在継手７、中間軸８、自在継手９および転舵機構１０等を介して、転舵輪４Ｌ，４Ｒと連なっている。
転舵機構１０は、自在継手９に連なるピニオン軸１５と、ピニオン軸１５の先端のピニオン１５ａに噛み合うラック１６ａを有し車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１６とを有している。ラック軸１６の一対の端部のそれぞれにタイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介してナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒが連結されている。

上記の構成により、操舵部材２の回転は、ステアリングシャフト３等を介して転舵機構１０に伝達される。転舵機構１０では、ピニオン１５ａの回転がラック軸１６の軸方向の運動に変換される。ラック軸１６の軸方向の運動は、各タイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介して対応するナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒに伝えられ、これらのナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ回動する。これにより、各ナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒに連結された対応する転舵輪４Ｌ，４Ｒがそれぞれ操向する。

伝達比可変機構５は、ステアリングシャフト３の第１および第２のシャフト１１，１２間の回転伝達比（伝達比θ２／θ１）を変更するためのものであり、この実施形態では、ニューテーションギヤ機構とされている。この伝達比可変機構５は、第１のシャフト１１の他端部に設けられた入力部材２０と、第２のシャフト１２の一端部に設けられた出力部材２２と、入力部材２０と出力部材２２との間に介在する軌道輪ユニット３９とを含んでいる。

入力部材２０は、第１のシャフト１１と同軸的に且つ同行回転可能に連結されており、出力部材２２は、第２のシャフト１２と同軸的に且つ同行回転可能に連結されている。第１の軸線Ａは、入力部材２０および出力部材２２の中心軸線および回転軸線でもある。
出力部材２２は、第２のシャフト１２や転舵機構１０等を介して転舵輪４Ｌ，４Ｒに連なっている。

軌道輪ユニット３９は、第１の軸線Ａに対して傾斜する中心軸線としての第２の軸線Ｂを有しており、第１の軌道輪としての内輪３９１と、第２の軌道輪としての外輪３９２と、内輪３９１および外輪３９２間に介在する玉等の転動体３９３とを含んでいる。
内輪３９１は、入力部材２０と出力部材２２とを差動回転可能に連結するものであり、入力部材２０と出力部材２２のそれぞれと回転伝達可能に係合している。内輪３９１は、転動体３９３を介して外輪３９２に回転可能に支持されていることにより、第２の軸線Ｂの回りを回転可能である。また、内輪３９１は、外輪３９２を駆動するためのアクチュエータとしての電動モータである伝達比可変機構用モータ２３が駆動されることに伴い、第１の軸線Ａの回りを回転可能である。内輪３９１および外輪３９２は、第１の軸線Ａ回りにコリオリ運動（首振り運動）可能である。

伝達比可変機構用モータ２３は、伝達比可変機構５を駆動するために、第１および第２のシャフト１１，１２と同軸的に配置されている。第１の軸線Ａは、伝達比可変機構用モータ２３の中心軸線でもある。伝達比可変機構用モータ２３は、第１の軸線Ａ回りに関する外輪３９２の回転速度を変更することにより、伝達比θ２／θ１を変更する。
伝達比可変機構用モータ２３は、この実施形態では、ステアリングシャフト３と同軸的に配置されたブラシレスモータからなり、軌道輪ユニット３９を保持する筒状のロータ２３１と、ロータ２３１を取り囲むとともにハウジング２４に固定されたステータ２３２とを含んでいる。

車両用操舵装置１は、さらに、ステアリングシャフト３に操舵補助力を付与するための操舵補助力付与機構１９（電動パワーステアリング装置）を備えている。操舵補助力付与機構１９は、伝達比可変機構５の出力部材２２に連なる入力軸としての上記第２のシャフト１２と、転舵機構１０に連なる出力軸としての上記第３のシャフト１３と、第２のシャフト１２と第３のシャフト１３との間に伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４４と、操舵補助用のアクチュエータとしての操舵補助用モータ２５と、操舵補助用モータ２５と第３のシャフト１３との間に介在する減速機構２６とを含んでいる。

操舵補助用モータ２５は、ブラシレスモータ等の電動モータからなる。この操舵補助用モータ２５の出力は、減速機構２６を介して第３のシャフト１３に伝達されるようになっている。
減速機構２６は、例えばウォームギヤ機構からなり、操舵補助用モータ２５の出力軸２５ａに連結された駆動歯車としてのウォーム軸２７と、ウォーム軸２７と噛み合い且つ第３のシャフト１３に同行回転可能に連結された従動歯車としてのウォームホイール２８とを含んでいる。

上記伝達比可変機構５および操舵補助力付与機構１９は、ハウジング２４内に収容されている。ハウジング２４は、車両の乗員室（キャビン）内に配置されている。なお、ハウジング２４を、中間軸８を取り囲むように配置してもよいし、車両のエンジンルーム内に配置してもよい。
上記伝達比可変機構用モータ２３および操舵補助用モータ２５の駆動は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含む制御部２９によって制御される。制御部２９は、駆動回路４０を介して伝達比可変機構用モータ２３に接続されているとともに、駆動回路４１を介して操舵補助用モータ２５に接続されている。

制御部２９には、操作角センサ４２、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転角を検出する回転角センサとしてのモータレゾルバ４３、トルクセンサ４４、転舵角センサ４５、および車速センサ４６がそれぞれ接続されている。
操作角センサ４２からは、操舵部材２の直進位置からの操作量である操作角θ１に対応する値として、第１のシャフト１１の回転角についての信号が制御部２９に入力される。

モータレゾルバ４３からは、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転角θｒについての信号が制御部２９に入力される。
トルクセンサ４４からは、操舵部材２に作用する操舵トルクＴに対応する値として、第２および第３のシャフト１２，１３間に作用するトルクについての信号が制御部２９に入力される。

転舵角センサ４５からは、転舵角θ２に対応する値として第３のシャフト１３の回転角についての信号が制御部２９に入力される。
車速センサ４６からは、車速Ｖについての信号が制御部２９に入力される。
制御部２９は、各上記センサ４２〜４６の信号等に基づいて、伝達比可変機構用モータ２３および操舵補助用モータ２５の駆動を制御する。

上記の構成により、操舵部材２からのトルクおよび伝達比可変機構５からのトルクは、操舵補助力付与機構１９を介して転舵機構１０に伝達される。具体的には、操舵部材２に入力された操舵トルクは、第１のシャフト１１を介して伝達比可変機構５の入力部材２０に入力され、入力部材２０から内輪３９１に入力される。内輪３９１には、操舵部材２からのトルクに加え、外輪３９２および転動体３９３を介して内輪３９１に伝わった伝達比可変機構用モータ２５からのトルクが伝達され、これらのトルクが、出力部材２２に伝達される。出力部材２２に伝達されたトルクは、第２のシャフト１２に伝達される。第２のシャフト１２に伝達されたトルクは、トーションバー１４および第３のシャフト１３に伝わり、操舵補助用モータ２５からの出力（アシストトルク）と合わさって、自在継手７、中間軸８、および自在継手９を介して、転舵機構１０に伝達される。

このように、操舵部材２のトルクを転舵機構１０に伝える動力伝達経路Ｄが構成されている。動力伝達経路Ｄは、第１のシャフト１１、入力部材２０、内輪３９１、出力部材２２、第２のシャフト１２、トーションバー１４および第３のシャフト１３、自在継手７、中間軸８ならびに自在継手９を通る経路である。
図２は、伝達比可変機構５の一部を断面で表した側面図である。入力部材２０はリング状に形成されている。この入力部材２０および内輪３９１の対向面のそれぞれに第１の凹凸係合部６４が設けられていることにより、入力部材２０と内輪３９１とは動力伝達可能とされている。また、出力部材２２もリング状に形成されている。内輪３９１および出力部材２２の対向面のそれぞれに第２の凹凸係合部６７が設けられていることにより、内輪３９１と出力部材２２とは動力伝達可能とされている。

第１の凹凸係合部６４は、入力部材２０の一端面としての動力伝達面７０に形成された第１の凸部６５と、内輪３９１の一端面としての第１の端面７１に形成され第１の凸部６５に係合する第１の凹部６６とを含む。動力伝達面７０および第１の端面７１はステアリングシャフト３の軸方向Ｓに互いに対向しており、第１の凹凸係合部６４は、これら動力伝達面７０および第１の端面７１を動力伝達可能に係合させる。むろん、第１の凸部６５の配置と第１の凹部６６の配置とを入れ換えてもよい。

第２の凹凸係合部６７は、出力部材２２の一端面としての動力伝達面７２に形成された第２の凸部６８と、内輪３９１の他端面としての第２の端面７３に形成され第２の凸部６８に係合する第２の凹部６９とを含む。動力伝達面７２および第２の端面７３はステアリングシャフト３の軸方向Ｓに互いに対向しており、第２の凹凸係合部６７は、これら動力伝達面７２および第２の端面７３を動力伝達可能に係合させる。むろん、第２の凸部６８の配置と第２の凹部６９の配置とを入れ換えてもよい。

第１の凸部６５は、入力部材２０の周方向の全周に亘って等間隔に形成されている。同様に、第１の凹部６６は、内輪３９１の周方向の全周に亘って等間隔に形成されている。第１の凸部６５は、例えば３８個形成されている。第１の凹部６６の数は、第１の凸部６５の数とは異なる数（たとえば４０個）にされている。第１の凸部６５の数と第１の凹部６６の数との差に応じて、入力部材２０と内輪３９１との間で差動回転を発生することができる。

内輪３９１の第２の軸線Ｂが入力部材２０および出力部材２２の第１の軸線Ａに対して所定角度θだけ傾斜していることにより、複数の第１の凸部６５のうちの一部の第１の凸部６５のみと、複数の第１の凹部６６のうちの一部の第１の凹部６６のみとが、互いに噛み合っている。
同様に、第２の凸部６８は、出力部材２２の周方向の全周に亘って等間隔に形成されている。また、第２の凹部６９は、内輪３９１の周方向の全周に亘って等間隔に形成されている。第２の凸部６８は、例えば４０個形成されている。第２の凹部６９の数は、第２の凸部６８の数と同数であってもよい。

内輪３９１の第２の軸線Ｂが入力部材２０および出力部材２２の第１の軸線Ａに対して所定角度θだけ傾斜していることにより、複数の第２の凸部６８のうちの一部の第２の凸部６８のみと、複数の第２の凹部６９のうちの一部の第２の凹部６９のみとが、互いに噛み合っている。
次に、伝達比可変機構５の動作の一例について説明する。以下では、（ｉ）伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転が規制されている場合と、（ｉｉ）伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１が回転しており、且つ入力部材２０の回転が規制されている場合と、（ｉｉｉ）伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１が回転しており、且つ入力部材２０が回転している場合と、を説明する。ロータ２３１の回転の規制は、図示しないロック機構によって行うこともでき、伝達比可変機構用モータ２３を回転停止状態に制御することによって行うこともできる。

上記（ｉ），（ｉｉ），（ｉｉｉ）の何れの場合も、第１の凹凸係合部６４の第１の凸部６５の数が３８で第１の凹部６６の数が４０とされ、且つ第２の凹凸係合部６７の第２の凸部６８の数が４０で第２の凹部６９の数が４０とされているものとして説明する。
上記（ｉ）の場合、すなわち、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転が規制されている場合において操舵部材２の操作により第１のシャフト１１が回転すると、入力部材２０の第１の凸部６５が第１の軸線Ａの回りを回転する。このとき、軌道輪ユニット３９は第１の軸線Ａの回りを回転するコリオリ運動をせず、内輪３９１のみがその第２の軸線Ｂ回りを回転する。この回転により、第１の凹部６６が設けられている内輪３９１が回転し、さらに第２のシャフト１２を回転させる。その結果、入力部材２０が１回転したときに内輪３９１が３８／４０回転する。このとき、出力部材２２は、３８／４０回転する。すなわち、入力部材２０の回転が１９／２０に減速される。

上記（ｉｉ）の場合、すなわち、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１が回転しており、且つ運転者が操舵部材２を保持していることにより入力部材２０の回転が規制されている場合、ロータ２３１が第１の軸線Ａの回りを回転することにより、軌道輪ユニット３９がコリオリ運動する。これにより、内輪３９１が入力部材２０と出力部材２２とを互いに逆回転させようとする。しかしながら、入力部材２０の回転が規制されていることにより、出力部材２２のみが回転する。このとき、第１の凹部６６の数が第１の凸部６５の数と比べて２つ多くされている結果、軌道輪ユニット３９の外輪３９２が１回転しているときに、内輪３９１は上記の歯数差（２つ）に相当する量だけ位相が進むことになる。これが内輪３９１の回転になる。その結果、外輪３９２が１回転したときに、内輪３９１は上記の歯数差に相当する量だけ回転し、出力部材２２は２／４０回転する。以上より、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転が１／２０に減速されて出力される。

上記（ｉｉｉ）の場合、すなわち、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１が回転しており、且つ運転者が操舵部材２を操舵していることにより入力部材２０が回転している場合には、出力部材２２の回転量は、上記（ｉｉ）の回転量に入力部材２０（操舵部材）の回転量を加えた値となる。これにより、操作角θ１を増幅して運転者の操舵を補助する機能を発揮することができる。

たとえば、車両が比較的低速で走行している場合には、伝達比可変機構用モータ２３が駆動され、操作角θ１が増幅される。すなわち、伝達比が１よりも大きくされる。これにより、運転者の操舵を補助できる。また、車両が比較的高速で走行している場合には、伝達比可変機構用モータ２３は、たとえば、停止状態に保たれる。これにより、伝達比が小さくなる。その他、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転を増速したり、減速したりすることにより、車両のスタビリティコントロール（姿勢安定制御）が行われてもよい。

図３は、伝達比可変機構５に関連する制御ブロック図である。制御部２９は、機能処理部として、基本伝達比設定部５０、緊急回避状態判定部５１、伝達比係数設定部５２、係数乗算部５３、目標角演算部５４、偏差演算部５５、ＰＩ（比例積分）制御部５６、加算部５７、およびＰＷＭ変換部５８を備えている。制御部２９には、車速センサ４６によって検出される車速Ｖ、操作角センサ４２によって検出される操作角θ１、およびモータレゾルバ４３によって検出されるモータ回転角θｒが入力されている。

基本伝達比設定部５０は、車速Ｖに基づいて、基本伝達比Ｒ_Ｂを設定する。基本伝達比Ｒ_Ｂは、車速Ｖが小さいほど（低速時ほど）大きくなる特性に従って設定される。たとえば、基本伝達比設定部５０は、図４に示すように、第１所定車速Ｖ１未満の低速域では基本伝達比Ｒ_Ｂを１よりも大きな一定値（たとえば１．４）に設定し、第２所定車速Ｖ２以上の速度域では基本伝達比Ｒ_Ｂを１に設定し、第１および第２所定車速Ｖ１，Ｖ２間の速度域では車速Ｖの増加に従って前記一定値から１まで単調に減少する特性に従って基本伝達比Ｒ_Ｂを設定する。

緊急回避状態判定部５１は、操作角θ１を時間微分して操舵速度を求め、車速Ｖを時間微分して車両の加速度を求める。そして、緊急回避状態判定部５１は、操舵速度が所定のしきい値（たとえば５rad/sec）を超えている（すなわち急操舵状態）か、または車両加速度が所定の負のしきい値（たとえば１秒間で１５km/h以上の減速に相当する値）未満（すなわち、急減速状態）であるかのいずれかの条件が成立するときに、緊急回避状態であると判定する。

伝達比係数設定部５２は、緊急回避状態判定部５１による判定結果に応じた伝達比係数ｋ_Ｔを生成する。この伝達比係数ｋ_Ｔは、係数乗算部５３によって、基本伝達比Ｒ_Ｂに乗じられる。具体的には、伝達比係数設定部５２は、緊急回避状態判定部５１が緊急回避状態ではないと判定しているときは、伝達比係数ｋ_Ｔ＝１を生成する。したがって、この場合、係数乗算部５３では、基本伝達比Ｒ_Ｂに対する補正は行われない。また、伝達比係数設定部５２は、緊急回避状態判定部５１が緊急回避状態であると判定しているときは、予め定めた緊急回避用伝達比係数（「１」以外の値）を伝達比係数ｋ_Ｔとして生成する。この緊急回避用係数が係数乗算部５３において基本伝達比Ｒ_Ｂに乗じられることにより、基本伝達比Ｒ_Ｂに補正が加えられる。これにより、通常時と緊急回避時とで異なる伝達比Ｒ（＝ｋ_Ｔ×Ｒ_Ｂ）が設定されることになる。

目標角演算部５４は、係数乗算部５３によって補正された伝達比Ｒと操作角θ１とに基づいて、伝達比可変機構用モータ２３の回転角の目標値である目標角θｒ^＊を生成する。前述のとおり、操舵部材２の操作角θ１が軌道輪ユニット３９の外輪３９２の回転によって増速または減速されて（あるいは増速も減速もされずに）転舵機構１０に伝達される。そこで、目標角演算部５４は、操作角θ１に伝達比Ｒを乗じて目標転舵角を求め、この目標転舵角が達成されるように伝達比可変機構用モータ２３の目標角θｒ^＊を設定する。

偏差演算部５５は、目標角θｒ^＊に対するモータ回転角θｒの偏差（θｒ^＊−θｒ）を演算する。この偏差に対して、ＰＩ制御部５６によるＰＩ（比例積分）演算が行われることにより、モータ電流目標値が求められる。さらに、加算部５７では、目標角θｒ^＊に対応する電流補正値がモータ電流目標値に加算される。これにより、モータ回転角に対して、フィードバック制御およびフィードフォワード制御が行われて、モータ電流目標値（補助目標値の一例）が求められる。

ＰＷＭ変換部５８は、モータ電流目標値に対応したＰＷＭ駆動信号を生成する。このＰＷＭ駆動信号によって駆動回路４０が駆動されることにより、伝達比可変機構用モータ２３が駆動される。その結果、伝達比可変機構用モータ２３の回転角は、伝達比Ｒ_Ｂおよび操作角θ等に応じた目標角θｒ^＊に導かれる。
図５は、操舵補助力付与機構１９（電動パワーステアリング装置）に関連する制御ブロック図である。制御部２９は、機能処理部として、目標電流値設定部８０、緊急回避状態判定部８１、アシスト係数設定部８２、係数乗算部８３、偏差演算部８４、ＰＩ制御部８５、電流制限部８６、およびＰＷＭ変換部８７を備えている。制御部２９には、操作角センサ４２によって検出される操作角θ１、トルクセンサ４４によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ４６によって検出される車速Ｖ、および電流検出部３０によって検出されるモータ電流値が入力されている。電流検出部３０は、操舵補助用モータ２５の電流値を検出するように構成されている。

目標電流値設定部８０は、操舵トルクおよび車速Ｖに基づいて、基本目標電流値Ｉ_Ｂを設定する。基本目標電流値Ｉ_Ｂは、図６に示すように、操舵トルクＴの方向に応じて正の値または負の値に設定される。たとえば、目標電流値設定部８０は、図６に示されたアシスト特性（操舵トルク−目標電流値特性）に従って、基本目標電流値Ｉ_Ｂを生成する。操舵トルクＴは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、基本目標電流値Ｉ_Ｂは、操舵補助用モータ２５から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、操舵補助用モータ２５から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。基本目標電流値Ｉ_Ｂは、操舵トルクＴの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクＴの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、基本目標電流値Ｉ_Ｂは零とされる。

さらに、基本目標電流値Ｉ_Ｂは、車速が大きいほど、絶対値の小さな値とされる。これにより、高速走行時ほど操舵補助力を低減する車速感応制御が行われる。
緊急回避状態判定部８１は、前述の緊急回避状態判定部５１と同様の機能を有しており、緊急回避状態判定部５１と共通の機能処理部であってもよい。すなわち、緊急回避状態判定部８１は、操作角θ１を時間微分して操舵速度を求め、車速Ｖを時間微分して車両の加速度を求める。そして、緊急回避状態判定部８１は、操舵速度が所定のしきい値を超えている（すなわち急操舵状態）か、または車両加速度が所定の負のしきい値未満（すなわち、急減速状態）であるかのいずれかの条件が成立するときに、緊急回避状態であると判定する。

アシスト係数設定部８２は、緊急回避状態判定部８１による判定結果に応じたアシスト係数ｋ_Ａを生成する。このアシスト係数ｋ_Ａは、係数乗算部８３によって、基本目標電流値Ｉ_Ｂに乗じられる。具体的には、アシスト係数設定部８２は、緊急回避状態判定部８１が緊急回避状態ではないと判定しているときは、アシスト係数ｋ_Ａ＝１を生成する。したがって、この場合、係数乗算部８３では、基本目標電流値Ｉ_Ｂに対する補正は行われない。また、アシスト係数設定部８２は、緊急回避状態判定部８１が緊急回避状態であると判定しているときは、予め定めた緊急回避用係数（「１」以外の値）をアシスト係数Ｉ_Ｂとして生成する。この緊急回避用係数が係数乗算部８３において基本目標電流値Ｉ_Ｂに乗じられることにより、基本目標電流値Ｉ_Ｂに補正が加えられる。これにより、通常時と緊急回避時とで異なる目標電流値Ｉ^＊が設定されることになる。

偏差演算部８４は、目標電流値Ｉ^＊に対するモータ電流値Ｉの偏差を演算する。この偏差（Ｉ^＊−Ｉ）に対して、ＰＩ制御部８５によるＰＩ演算が行われることにより、モータ電流目標値が求められる。
電流制限部８６は、モータ電流値が所定の制限値（たとえば定格電流）以上になると、モータ電流目標値に制限を加える。電流制限部８６は、モータ電流値が所定の制限値以上の状態が所定時間（たとえば２msec）継続したことを条件に、モータ電流目標値に制限を加えるものであってもよい。モータ電流目標値に対する制限とは、たとえば、モータ目標電流値を所定の制限値電流値（たとえば定格電流の９０％程度の値）に強制設定する処理であってもよい。

ＰＷＭ変換部８７は、モータ電流目標値に対応したＰＷＭ駆動信号を生成する。このＰＷＭ駆動信号によって駆動回路４１が駆動されることにより、操舵補助用モータ２５が駆動される。その結果、操舵補助用モータ２５は、目標電流値Ｉ^＊に応じた操舵補助力を発生する。
図７は、目標伝達比および目標電流値（補助目標値）の設定を説明するためのフローチャートである。緊急回避状態判定部５１は、操舵速度および車両加速度を求める（ステップＳ１）。さらに、緊急回避状態判定部５１は、操舵速度および車両加速度に基づいて、緊急回避状態かどうかを判断する（ステップＳ２）。具体的には、操舵速度が所定のしきい値を超えるか、または、加速度が所定の負のしきい値未満であると、緊急回避状態判定部５１は、緊急回避状態であると判定する。これらの条件がいずれも満たされないときには、緊急回避状態判定部５１は、緊急回避状態ではないと判定する。すなわち、急操舵または急減速が検出されると緊急回避状態であると判定され、さもなければ緊急回避状態ではないと判定される。

緊急回避状態ではないと判定されると（ステップＳ２およびＳ３でいずれもＮＯ）、伝達比係数ｋ_Ｔが「１」に設定され、通常時の伝達比特性（図４参照）に従って伝達比Ｒが設定される（ステップＳ４）。また、アシスト係数ｋ_Ａが「１」に設定され、通常時のアシスト特性（図６参照）に従って目標電流値Ｉ^＊が設定される（ステップＳ５）。
一方、緊急回避状態であると判定されると（ステップＳ２またはＳ３でＹＥＳ）、伝達比係数設定部５２は、緊急回避時用の伝達比係数（１以外の値）を設定する。これにより、目標伝達比Ｒは、通常時とは異なる緊急回避伝達比に設定される（ステップＳ６）。また、アシスト係数設定部８２は、緊急回避時用のアシスト係数ｋ_Ａ（１以外の値）を設定する。これにより、目標電流値Ｉ^＊は、通常時とは異なる緊急回避目標電流値Ｉ^＊に設定される（ステップＳ７）。これによって、電流制限部８６によって目標電流値Ｉ^＊が制限されるまでの時間が最大化され、かつ、電流制限までの転舵角変化量（切れ角）が最大化される。

さらに、この実施形態では、緊急回避状態であると判定されたときに、制御部２９は、電流制限がされるまでの時間および転舵角変化量を計測する（ステップＳ８）。転舵角変化量は、転舵角センサ４５の出力を監視することによって求められる。さらに、制御部２９は、電流制限が実行されるまでの時間および転舵角変化量を評価する（ステップＳ９）。この評価結果に基づいて、制御部２９は、必要に応じて、緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数を更新し、この更新された各係数を内部のメモリ２９Ｍ（図１参照）に記録する（ステップＳ１０）。以後に緊急回避状態と判定されたときは、当該更新された伝達比係数およびアシスト係数が適用されることになる。

このようにして、緊急回避時用の係数設定に関して、学習機能が備えられているので、車両を使用していくうちに、より適切な伝達比係数およびアシスト係数が設定されることになる。むろん、車両用操舵装置の構成部品の経年変化やその他の要因に適応した係数が設定されることになる。
次に示す表２は、緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数を変更するための規則（学習ルール）の一例を示す。電力制限までの時間が長いときには、より多くの電流を操舵補助用モータ２５に供給する余裕がある。そこで、電力制限までの時間が長いときには（ステップＳ９の評価結果）、緊急回避時用のアシスト係数が大きくされる（ステップＳ１０）。逆に、電力制限までの時間が短いときには（ステップＳ９の評価結果）、緊急回避時用のアシスト係数が小さくされる（ステップＳ１０）。一方、電力制限までの転舵角変化量が小さいときには（ステップＳ９の評価結果）、より大きな転舵角変化量を確保することが好ましいから、緊急回避時用の伝達比係数が大きくされる（ステップＳ１０）。逆に、電力制限までの転舵角変化量が大きいときには（ステップＳ９の評価結果）、操舵補助用モータ２５の駆動電力が制限される可能性が高まるので、緊急回避時用の伝達比係数が小さくされる（ステップＳ１０）。

電力制限実行までの時間が長いか短いかの比較基準となる基準時間は、予め設定しておけばよい。同様に、電力制限実行までの転舵角変化量が大きいか小さいかの基準となる基準転舵角変化量は、予め設定しておけばよい。基準時間および基準転舵角変化量は、たとえば、緊急回避状態を想定した操舵実験を行って適切に定めればよい。より具体的には、初期設定される緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数に対する実験値に基づいて、基準時間および基準転舵角変化量を設定してもよい。

初期設定される緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数の組み合わせは、所定の緊急回避操作を行ったときに、電流制限が実行されるまでの時間および転舵角変化量が最大となるように設定される。このような緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数の組み合わせは、操舵実験（シミュレーションを含む）によって定めることができる。
より具体的には、学習を用いた多変数最適解を求める方法を適用することによって、緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数の組み合わせを決定することができる。たとえば、様々な伝達比係数およびアシスト係数を設定して緊急回避状態に相当する操舵実験（たとえばシミュレーション実験）を行い、電流制限が実行されるまでの時間および転舵角変化量を評価してもよい。さらに、具体的には、操舵部材２に対して所定の緊急回避操作を行ったときに、電流制限が実行されるまでの時間および転舵角変化量を求め、これらに対して、それぞれ評価値を与える。そして、それらの評価値との合計が最大となるように、緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数の組み合わせを定めればよい。

緊急回避操作とは、たとえば、一定時間（たとえば１０秒）内に一定の転舵角変化量（たとえば１０００度）が得られるように定めた一定操舵速度での操作であってもよい。
操舵実験（学習）に際しては、各回の操舵実験結果（評価）に基づき、たとえば前記表２に示す学習ルールに従って、次回の操舵実験のための伝達比係数およびアシスト係数の組み合わせを定めてもよい。この学習ルールに従うことによって、妥当な伝達比係数およびアシスト係数へと収束させることができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数を、電流制限までの時間に対する評価点と、電流制限までの転舵角変化量に対する評価点との合計が最大となるように定めた例を示したが、一例に過ぎない。たとえば、所定の緊急回避操作を行ったときに電流制限までの時間が最大となるように緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数を定めてもよい。また、所定の緊急回避操作を行ったときに電流制限までの転舵角変化量が最大となるように緊急回避時用の伝達比係数およびアシスト係数を定めてもよい。

また、前述の実施形態では、ニューテーションギヤ機構からなる伝達比可変機構５を示したが、波動歯車装置、遊星歯車機構その他の形態の伝達比可変機構を用いてもよい。
また、前述の実施形態では、電流を制限することによって操舵補助用モータ２５の電力制限を行う例を示したが、電圧の制限によって電力制限を行うこともできる。
また、転舵角センサ４５は、省略されてもよい。この場合、所定周期毎に操作角θ１に伝達比Ｒ_Ｂ（またはＲ）を乗じ、その乗算値θ１×Ｒ_Ｂ（またはＲ）の積分値を転舵角θ２としてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、５…伝達比可変機構、１０…転舵機構、１９…操舵補助力付与機構、２５…操舵補助用モータ

Claims (9)

1. 操舵部材の操作に応じて駆動される電動モータが発生する操舵補助力を転舵機構に与える電動パワーステアリング装置と、
   前記操舵部材の操作角に対する前記転舵機構の転舵角の比である伝達比を可変設定する伝達比可変装置と、
   前記電動モータの電力を所定の電力制限条件に従って制限する電力制限手段と、
   車両の運転状態が所定の緊急回避状態か否かを判断する緊急回避判断手段と、
   前記操舵補助力の目標値に相当する補助目標値を、前記緊急回避判断手段によって緊急回避状態でないと判断されているときには通常目標値に設定し、前記緊急回避判断手段によって緊急回避状態であると判断されているときには前記通常目標値とは異なる緊急回避目標値に設定する補助目標値設定手段と、
   前記伝達比の目標値である目標伝達比を、前記緊急回避判断手段によって緊急回避状態でないと判断されているときには通常伝達比に設定し、前記緊急回避判断手段によって緊急回避状態であると判断されているときには前記通常伝達比とは異なる緊急回避伝達比に設定する目標伝達比設定手段とを含む、車両用操舵装置。
2. 前記緊急回避判断手段は、前記操舵部材の操作速度が所定のしきい値を超える急操舵状態のときに、緊急回避状態であると判断する、請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記緊急回避判断手段は、車両の加速度が所定の負のしきい値未満である急減速状態のときに、緊急回避状態であると判断する、請求項１または２記載の車両用操舵装置。
4. 前記操舵部材に対して所定の緊急回避操作を行ったときに、前記電力制限手段による電力制限が実行されるまでの時間に関する評価値と、前記電力制限手段による電力制限が実行されるまでの前記転舵機構の転舵角変化量に関する評価値との合計が最大となるように、前記緊急回避目標値および前記緊急回避伝達比が定められている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
5. 前記操舵部材に対して所定の緊急回避操作を行ったときに、前記電力制限手段による電力制限が実行されるまでの時間が最長となるように、前記緊急回避目標値および前記緊急回避伝達比が定められている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
6. 前記操舵部材に対して所定の緊急回避操作を行ったときに、前記電力制限手段による電力制限が実行されるまでの前記転舵機構の転舵角変化量が最大となるように、前記緊急回避目標値および前記緊急回避伝達比が定められている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
7. 前記緊急回避判断手段によって、緊急回避状態であると判断されたときに、前記電力制限手段による電力制限が実行されるまでの時間および／または転舵角変化量を監視して評価する評価手段と、
   前記評価手段による評価結果に基づいて、前記緊急回避目標値および緊急回避伝達比を更新する緊急回避適用値更新手段とをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
8. 前記評価手段は、前記電力制限が実行されるまでの時間が所定の基準時間に比較して大きいか小さいかを評価するものであり、
   前記緊急回避適用値更新手段は、前記電力制限が実行されるまでの時間が前記基準時間に比較して大きいときは前記緊急回避目標値を大きくし、前記電力制限が実行されるまでの時間が前記基準時間に比較して小さいときは前記緊急回避目標値を小さくするものである、請求項７記載の車両用操舵装置。
9. 前記評価手段は、前記電力制限が実行されるまでの転舵角変化量が所定の基準転舵角変化量に比較して大きいか小さいかを評価するものであり、
   前記緊急回避適用値更新手段は、前記電力制限が実行されるまでの転舵角変化量が前記基準転舵角変化量に比較して大きいときは前記緊急回避伝達比を小さくし、前記電力制限が実行されるまでの転舵角変化量が前記基準転舵角変化量に比較して小さいときは前記緊急回避伝達比を大きくするものである、請求項７または８記載の車両用操舵装置。

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