JP7361209B2 - 車両の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアバイワイヤ式の車両の操舵装置に関する。

運転者が操作するステアリングホイール等の操舵部材と、操舵部材から機械的に切り離され、車輪の転舵角を変化させる転舵機構とを有するステアバイワイヤ式の車両の操舵装置が公知である。転舵機構は、車輪の転舵角を変更するための駆動力を発生する転舵アクチュエータによって駆動される。操舵部材には、操舵操作に対する反力が反力アクチュエータによって付与される。このようなステアバイワイヤ式の操舵装置において、車両速度が０であり、且つステアリングホイールの回転角が転舵機構のラックエンド位置に相当する状態が一定時間以上継続した時に、制御装置が反力アクチュエータに反力を発生させるものがある（例えば、特許文献１）。この発明では、制御装置がステアリングホイールの反力を通常より大きくすることにより、運転者にステアリングホイールを戻すことを促し、その結果、転舵アクチュエータの負荷を減らすことができる。

特開２００７－１５３１０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、ステアリングホイールがラックエンド位置に相当する回転角まで操作され、一定時間以上保持された後でないと、ステアリングホイールの反力が通常より大きくならない。そのため、ステアリングホイールが勢いよく操作されたときにラック軸がラックエンドにて衝撃音を発生する虞がある。また、操舵装置の組付け部品の寸法誤差や、工場組み立て時の組付け誤差、制御装置による直進操舵角補正、車両整備時のアライメント調整などにより、ステアリングホイールの操舵中心又は転舵機構の転舵中心が設計された機械的位置からずれることがある。このような場合には、車輪の転舵角が設計最大操舵角に達する前にラック軸がラックエンドに衝突する虞があり、改善の余地がある。

本発明は、このような背景に鑑み、ステアバイワイヤ式の車両の操舵装置において、轍ラック軸がラックエンドにて発生する衝撃音を抑制するとともに、操舵部材の操舵中心又は操舵機構の転舵中心が設計された機械的位置からずれた場合でも、設計最大転舵角まで車輪を転舵可能に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ある態様は、車両（２）の操舵装置（１）であって、操舵操作を受け付ける操舵部材（１０）と、前記操舵部材から機械的に切り離され、ラック軸を移動させることによって車輪（３）を転舵するように構成された転舵機構（１１）と、前記操舵部材の操舵角（β）を検出する操舵角センサ（２１）と、前記車輪の転舵角（α）を検出する転舵角センサ（３２）と、前記転舵機構に駆動力を与える転舵アクチュエータ（１２）と、前記操舵部材に、前記操舵操作に対する反力（Ｔ）を付与する反力アクチュエータ（１３）と、前記操舵角に応じて目標転舵角（αｔ）を設定し、前記転舵角が前記目標転舵角になるように前記転舵アクチュエータを駆動するとともに、前記車輪の転舵状態に応じて目標反力（Ｔｔ）を設定し、前記反力が前記目標反力になるように前記反力アクチュエータを駆動する制御装置（１５）とを備え、前記制御装置は、前記転舵機構によって規定される前記車輪の物理最大転舵角（αｍＰ）よりも小さな値である制御最大転舵角（αｍＣ）を前記目標転舵角に設定する。

この構成によれば、車輪の目標転舵角が物理最大転舵角よりも小さな値に設定されるため、操舵部材が勢いよく操作されても、ラック軸がラックエンドに至ることがなく、衝撃音の発生が抑制される。また、操舵部材の操舵中心又は操舵機構の転舵中心が設計された機械的位置からずれた場合でも、設定された制御最大転舵角、すなわち設計最大転舵角まで車輪を転舵することができる。

好ましくは、前記制御装置は、前記目標転舵角の前記制御最大転舵角に対応して、前記操舵部材の制御最大操舵角（βｍＣ）を規定する操舵限度反力（Ｔｓｌ）を発生するように、前記反力アクチュエータを駆動する。

この構成によれば、車輪の転舵角が制御最大転舵角に達したときに、操舵限度反力が操舵部材に付与される。これにより運転者は、車輪の転舵角が制御最大転舵角に達したことを、操舵部材から受ける反力に基づいて認識することができる。

好ましくは、前記操舵部材の物理最大操舵角（βｍＰ）を規定する物理ストッパ（４３）を更に有し、前記制御最大操舵角が前記物理最大操舵角よりも小さい（βｍＣ＜βｍＰ）。

この構成によれば、操舵装置に不具合が生じたときに、物理ストッパが操舵部材の回転を規定するフェールセーフとして機能する。また、制御最大操舵角が物理最大操舵角よりも小さいため、運転者により操舵部材が物理最大操舵角に向けて勢いよく操作されたときに、操舵限度反力が操舵部材に付与されることで操舵部材が物理ストッパに衝突することが抑制される。

好ましくは、前記制御装置は、前記車両が直進しているにもかかわらず前記転舵角が０°から偏位した場合、前記目標転舵角の前記操舵角に対する関係を、直進走行中の前記目標転舵角が前記操舵部材の操舵中心（β＝０位置）に対応するように補正する。

この構成によれば、車両の直進走行中にもかかわらず転舵角が０°から偏位した場合に、目標転舵角の操舵角に対する関係が補正されることにより、操舵部材がβ＝０位置に位置するときに車両を直進走行させることが可能となる。

好ましくは、前記制御装置は、前記車両のヨーレート（γ）に基づいて前記車両が直進しているか否かを判定する。

制御装置は、車両のヨーレート（γ）が実質的に０のときに車両が直進していると判定することができる。この構成によれば、ヨーレートが実質的に０の状態での車両が直進走行中に操舵部材が操舵中心に位置するように目標転舵角と操舵角との関係が補正される。従って、直進走行中に運転者が覚える違和感を抑制することができる。

好ましくは、前記制御装置は、前記関係を補正する際に、前記目標転舵角の左右の前記制御最大転舵角（αｍＣ）を同一の値に設定するとよい。

この構成によれば、操舵装置の性能及び特性を変更することなく、操舵部材がβ＝０位置に位置するときに車両を直進走行させることができる。

代わりに、前記制御装置は、前記関係を補正する際に、前記目標転舵角の左右の前記制御最大転舵角（αｍＣ）に対応する前記転舵機構の転舵位置を変更せずに、前記目標転舵角の左右の前記制御最大転舵角を個別の値（αｍＣＬ、αｍＣＲ）に変更してもよい。

この構成によれば、操舵装置の性能又は特性は変わるものの、操舵部材がβ＝０位置に位置するときに車両を直進走行させることができる。

目標転舵角の左右の前記制御最大転舵角を変更する場合、前記制御装置は、前記関係を補正する際に、前記目標転舵角の左右の前記制御最大転舵角の変更に合わせて前記操舵部材の左右の制御最大操舵角を個別の値（βｍＣＬ、βｍＣＲ）に変更してよい。

この構成によれば、操舵角の最大値及び転舵角の最大値に左右で差が生じ、操舵装置の性能が変わるものの、それらが最大値になる手前の角度領域における操舵フィールを変更することなく、関係を補正することができる。

或いは、目標転舵角の左右の前記制御最大転舵角を変更する場合、前記制御装置は、前記関係を補正する際に、前記操舵部材の制御最大操舵角を変更せずに、前記操舵角に対する前記目標転舵角のギヤ比（Ｋ）を左右で異なる値（ＫＬ、ＫＲ）に設定してもよい。

この構成によれば、操舵部材を左右に操作したときの車輪の切れ方（転舵角の増減量）に左右で差が生じるものの、操舵角の最大値を変更することなく、関係を補正することができる。

以上の構成によれば、ラック軸がラックエンドにて発生する衝撃音を抑制するとともに、操舵部材の操舵中心又は操舵機構の転舵中心が設計された機械的位置からずれた場合でも、設計最大転舵角まで車輪を転舵することができる車両の操舵装置を提供できる。

実施形態に係る操舵装置の構成図 操舵部材の概略断面図 操舵部材の操舵角と前輪の転舵角との関係の一例を示す図 操舵部材の操舵角と前輪の転舵角との関係の他の例を示す図 操舵部材の操舵角と前輪の転舵角との関係の更なる例を示す図 図５の例による操舵角と転舵角との関係の補正前（Ａ）、補正後（Ｂ）を示す図 他の例による操舵角と転舵角との関係の補正後（Ａ）、（Ｂ）を示す図

以下、本発明に係る車両２の操舵装置１の実施形態について説明する。図１に示すように、操舵装置１は、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）式の車両操舵装置である。操舵装置１が設けられる車両２は、左右の前輪３及び左右の後輪（不図示）を備えた４輪自動車である。左右の前輪３は、転舵角αが変更可能にナックル７を介して車体８（図１において、下部の輪郭のみを表示）に支持され、転舵輪として機能する。転舵角αは、平面視において前輪３の前後方向に対する角度をいう。操舵装置１は、前輪３の転舵角αを変更する。

操舵装置１は、車体８に回転可能に設けられた操舵部材１０と、前輪３を転舵する転舵機構１１と、転舵機構１１に駆動力を与える転舵アクチュエータ１２と、操舵部材１０に反力トルクＴを与える反力アクチュエータ１３と、反力アクチュエータ１３及び転舵アクチュエータ１２を制御する制御装置１５とを有する。操舵装置１は、転舵アクチュエータ１２、反力アクチュエータ１３、及び制御装置１５をそれぞれ複数備える冗長系であってもよい。

操舵部材１０は、運転者による操舵操作を受け付ける。操舵部材１０は、車体８に回転可能に支持されたステアリングシャフト１８と、ステアリングシャフト１８の一端に設けられたステアリングホイール１９とを有する。ステアリングシャフト１８は車体８に設けられたステアリングコラム２０に回転可能に支持され、その後端はステアリングコラム２０から後方に突出している。ステアリングホイール１９は、ステアリングシャフト１８の後端に結合され、ステアリングシャフト１８と一体に回転する。

反力アクチュエータ１３は電動モータであり、ギヤを介してステアリングシャフト１８に連結されている。反力アクチュエータ１３が駆動すると、その駆動力がステアリングシャフト１８に回転力として伝達される。反力アクチュエータ１３は、回転することによって操舵部材１０にトルクを与える。反力アクチュエータ１３が操舵操作に応じて操舵部材１０に与えるトルクを反力トルクＴという。

操舵装置１は、ステアリングシャフト１８の軸線を中心とした回転角を操舵角βとして検出する操舵角センサ２１を有する。操舵角センサ２１は公知のロータリエンコーダであってよい。また、操舵装置１は、ステアリングシャフト１８に加わるトルクを操舵トルクＴｓとして検出するトルクセンサ２２を有する。トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１８におけるステアリングホイール１９と反力アクチュエータ１３との間の部分に加わる操舵トルクＴｓを検出する。操舵トルクＴｓは、運転者によってステアリングホイール１９に加えられる操作トルクと、反力アクチュエータ１３によってステアリングシャフト１８に加えられる反力トルクＴとによって定まる。トルクセンサ２２は、磁歪式トルクセンサやひずみゲージ等の公知のトルクセンサ、又は反力アクチュエータ１３の電動モータに流れる電流値に基づいた推定値を利用したものであってよい。

操舵装置１は、反力アクチュエータ１３の回転角θを検出する第１回転角センサ２３を有する。第１回転角センサ２３は、公知のレゾルバやロータリエンコーダであってよい。

転舵機構１１は、車幅方向に延びるラック軸２６を有する。ラック軸２６は、車幅方向に移動可能にギヤハウジング２７に支持されている。ラック軸２６の左右の端部は、タイロッド３０を介して左右の前輪３をそれぞれ支持するナックル７に接続されている。ラック軸２６が車幅方向に移動することによって、前輪３の転舵角αが変化する。転舵機構１１は、操舵部材１０から機械的に切り離されている。

転舵アクチュエータ１２は、電動モータである。転舵アクチュエータ１２は、制御装置１５からの信号に基づいてラック軸２６を車幅方向に移動させ、左右の前輪３の転舵角αを変化させる。

操舵装置１は、転舵アクチュエータ１２の回転角θを検出する第２回転角センサ３１を有する。第２回転角センサ３１は、公知のレゾルバやロータリエンコーダであってよい。また、操舵装置１は、前輪３の転舵角αを検出する転舵角センサ３２を有する。本実施形態では、転舵角センサ３２は、ラック軸２６の車幅方向における位置であるラック位置を検出するラックストロークセンサであり、ラック位置に基づいて前輪３の転舵角αを検出する。

制御装置１５は、ＣＰＵやメモリ、プログラムを記憶した記憶装置等を含む電子制御装置である。制御装置１５には、操舵角センサ２１、トルクセンサ２２、第１回転角センサ２３、第２回転角センサ３１、転舵角センサ３２が接続されている。制御装置１５は、これらのセンサからの信号に基づいて、操舵角β、操舵トルクＴｓ、反力アクチュエータ１３の回転角θ、転舵アクチュエータ１２の回転角θ、転舵角αに対応した信号を取得する。また、制御装置１５は、車速センサ３３、ヨーレートセンサ３４、横加速度センサ３５に接続され、車速Ｖ、ヨーレートγ、横加速度Ｇｙ等を取得する。

制御装置１５は、反力アクチュエータ１３及び転舵アクチュエータ１２に接続され、反力アクチュエータ１３及び転舵アクチュエータ１２を制御する。制御装置１５は、操舵角βに応じて転舵アクチュエータ１２を制御し、かつ転舵角αに応じて反力アクチュエータ１３を制御する。

以下、制御装置１５のＳＢＷモードにおける制御を具体的に説明する。制御装置１５は、操舵角センサ２１によって検出された操舵角βに基づいて、目標転舵角αｔを演算する。制御装置１５は、例えば操舵角βに所定のギヤ比Ｋを掛けることによって目標転舵角αｔを演算するとよい（αｔ＝β×Ｋ）。ギヤ比Ｋは例えば０．０１～０．５であり、一例として０．１２５であるとよい。そして、制御装置１５は、転舵角αが目標転舵角αｔとなるように、目標転舵角αｔと転舵角αとの偏差Δα（＝αｔ－α）に基づいて転舵アクチュエータ１２に供給すべき第１電流値Ａ１を演算する。すなわち、制御装置１５は、偏差Δαに基づいて、転舵アクチュエータ１２のフィードバック制御を行う。偏差Δαが大きいほど、転舵アクチュエータ１２に供給される第１電流値Ａ１が大きくなり、転舵アクチュエータ１２の出力が大きくなり、転舵角αの変化量が大きくなる。

制御装置１５は、前輪３の転舵状態に応じて、具体的には偏差Δαに基づいて反力アクチュエータ１３に発生させるべき目標反力トルクＴｔを演算する。目標反力トルクＴｔはΔαに所定の係数を掛けることによって演算されるとよい。そして、制御装置１５は、演算した目標反力トルクＴｔに基づいて反力アクチュエータ１３に供給すべき第２電流値Ａ２を演算する。反力アクチュエータ１３に供給すべき第２電流値Ａ２は、目標反力トルクＴｔに基づいて所定のマップを参照することによって決定されるとよい。なお、他の実施形態では、制御装置１５は、偏差Δαに基づいて所定のマップを参照し、第２電流値Ａ２を決定してもよい。目標反力トルクＴｔ及び第２電流値Ａ２は、転舵角αの偏差Δαが大きいほど大きく設定される。

制御装置１５は、第２電流値Ａ２を反力アクチュエータ１３に供給し、反力アクチュエータ１３に駆動力を発生させる。反力アクチュエータ１３が発生した駆動力は、ステアリングシャフト１８に運転者の操作入力に抗する反力トルクＴとして加えられる。これにより、運転者は、操舵操作に対する反力（抵抗力）をステアリングホイール１９から受けることができる。

図２は操舵部材１０の概略断面図である。上記のようにステアリングシャフト１８はステアリングコラム２０により回転可能に支持されている。図２に示すように、ステアリングシャフト１８の外面には突起４１が形成され、ステアリングコラム２０には突起４１を受容する受容溝４２が形成されている。受容溝４２はステアリングコラム２０の内周に３６０度よりも小さな角度範囲にわたって形成されており、受容溝４２の両端部を画定する壁は突起４１の移動を規制する物理ストッパ４３をなす。

ステアリングホイール１９が右回転したときに、突起４１は右側の物理最大操舵角βｍＰを画定する右側の物理ストッパ４３に当接する。ステアリングホイール１９が左回転したときに、突起４１は左側の物理最大操舵角βｍＰを画定する左側の物理ストッパ４３に当接する。右側の物理最大操舵角βｍＰと左側の物理最大操舵角βｍＰとの中心が、操舵部材１０の機械的中心であり、通常はステアリングホイール１９の中立位置、すなわち操舵部材１０の操舵中心である。

同様の物理的制限が前輪３、特に転舵機構１１に設けられる。前輪３は、各方向に物理最大転舵角αｍＰまでのみ操舵することができる。物理最大転舵角αｍＰはさまざまな方法で定義できるが、通常、一般に「ラックエンド」と呼ばれる転舵機構１１のストロークエンドとして定義される。左右のストロークエンドの中心が、転舵機構１１の機械的中心であり、通常は前輪３の直進走行時の位置、すなわち転舵角αが０°であるときの転舵機構１１の転舵中心である。物理最大操舵角βｍＰは、物理最大転舵角αｍＰ（αｍＰ＝βｍＰ×Ｋ）に対応する。前輪３がラックエンドまで転舵されると、衝撃音が発生するうえ、衝撃によって転舵機構１１の機械的な耐久性が劣化する。このようなノイズや耐久性の劣化は避けることが望まれる。

本実施形態によれば、操舵部材１０の制御最大操舵角βｍＣが、物理最大操舵角βｍＰより角度β０だけ手前の角度として、各回転方向について設定される。操舵角βに基づいて目標転舵角αｔを計算する際に、操舵角βが増加するにつれて、前輪３の転舵角αは対応する態様で増加する。しかしながら、操舵角βが制御最大操舵角βｍＣを超えて増加すると、転舵アクチュエータ１２に対する命令は、制御最大操舵角βｍＣに対応する制御最大転舵角αｍＣに制限される。換言すれば、操舵部材１０が制御最大操舵角βｍＣを超えて回転すると、前輪３は、制御最大転舵角αｍＣまでのみ操舵される。制御最大転舵角αｍＣは、物理最大転舵角αｍＰよりもα０だけ小さい。ここでも、αｍＣ＝βｍＣ×Ｋ、及びα０＝β０×Ｋである。

操舵部材１０に加えられる反力トルクＴは、通常、目標転舵角αｔからの転舵角αの偏差Δαに依存して増加するように制御される。しかしながら、操舵角βが制御最大操舵角βｍＣ以上の場合、制御装置１５は、操舵限界反力トルクＴｓ１を操舵部材１０に加えて、操舵部材１０が制御最大操舵角βｍＣを超えて回らないようにする。操舵限度反力Ｔｓｌは、他の状況で発生し得る反力トルクＴの通常値よりも大幅に大きい値である。制御装置１５は、操舵限界反力トルクＴｓ１を生成するために反力アクチュエータ１３に供給されるべき第２電流値Ａ２を計算する。

従って、前輪３の操舵角βが制御最大操舵角βｍＣに達し、従って前輪３の転舵角αが制御最大転舵角αｍＣに達すると、操舵限界反力トルクＴｓ１が操舵部材１０に加えられる。その結果、運転者は、操舵部材１０から受けた反力により、前輪３の転舵角αが最大の角度に達したことを認識し、操舵部材１０を過度に回転させないように促される。

以下、図３～図５を参照して、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係について、より具体的に説明する。

図３は、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係の一例を示す図である。図３に示すように、工場で車両２を組み立てる場合、操舵部材１０は、操舵角β＝０°である操舵部材１０の操舵中心がその機械的中心に対応するように組み立てられている。ここで、「操舵中心」とは、操舵部材１０の公称中心又は設計中心を意味する。従って、操舵部材１０の角度範囲は、操舵中心に関して対称である。操舵部材１０は、（機械的ストッパによって定義されるものであって良い）操舵端に到達するまで、操舵中心から両方向に回転させることができる。同様に、前輪３（転舵アクチュエータ１２）は、転舵機構１１の公称中心又は設計中心である転舵中心を有し、前輪３は、転舵中心から、（一般に「ラックエンド」と呼ばれる機械的ストッパによって規定される）いずれかの転舵端に達するまで両方向に転舵することができる。転舵機構１１は、転舵角α＝０°である転舵機構１１の転舵中心がその機械的中心に対応するように組み立てられる。

また、本実施形態によれば、前輪３の転舵角αは、操舵限界反力トルクＴｓ１により制御最大転舵角αｍＣを超えることが防止され、制御最大転舵角αｍＣは、物理最大転舵角αｍＰよりも角度α０だけ小さいことから、転舵機構１１がラックエンドまで駆動されるのを防ぎ、操舵部材１０を無理に回しても、転舵機構１１からの衝撃音の発生を回避することができる。操舵部材１０の物理ストッパ４３は所望に応じて採用されるものであり、省略してもよい。しかしながら、操舵装置１に障害が発生した場合、物理ストッパ４３は、操舵部材１０の回転を制限するフェールセーフ手段として機能する。

図４Ａ及び４Ｂは、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係の異なる例を示す図である。図４Ａは、物理最大操舵角βｍＰ及び物理最大転舵角αｍＰが設けられているが、制御最大操舵角βｍＣ及び制御最大転舵角αｍＣは設けられていない場合を示す。図４Ｂは、物理最大操舵角βｍＰ及び物理最大転舵角αｍＰに加えて、制御最大操舵角βｍＣ及び制御最大転舵角αｍＣが設けられている場合を示している。

理想的には、転舵機構１１は、転舵機構１１の転舵中心（α＝０o）がその機械的中心に対応し、操舵角β＝０oが転舵角α＝０oに対応するように組み立てられ、操舵部材１０は、操舵端に到達するまで、操舵中心からいずれの方向にも回転させることができる。しかしながら、図４Ａに示されるように、ステアリングコラムアセンブリは、操舵角βがゼロとなる操舵部材１０の操舵中心（β＝０位置）が、製造・組立誤差により、操舵部材１０の機械的中心からβ１だけ左（反時計回り）にシフトした角度位置に対応するように工場で組み立てられることがある。

β＝０の位置は、操舵部材１０の機械的中心からβ１だけ左（反時計回り）にシフトしているので、操舵部材１０を反時計回りに回すと、前輪３の転舵角αが左側の物理最大転舵角αｍＰに達する前に、操舵部材１０の操舵角βは物理最大操舵角βｍＰに達する。この場合の最大転舵角は、物理最大転舵角αｍＰよりも、α１だけ小さい（α１＝β１×Ｋ）。

逆に、操舵部材１０を時計回りに回すと、操舵部材１０の操舵角βが物理最大操舵角βｍＰに達する前に、前輪３の転舵角αが右側の物理最大転舵角αｍＰに達する。その結果、ラック軸２６がラックエンドに到達し、衝撃音が発生し得る。更に、前輪３の転舵角αの角度範囲は、操舵中心に対して非対称である（左への転舵角αの最大角度範囲は、右への転舵角αよりも角度α１だけ小さい）。その結果、左旋回は右旋回ほどシャープに行うことができず、車両２の最小回転半径は、時計回りよりも反時計回りの方が大きくなる。

本実施形態では、制御装置１５は、操舵部材１０の操舵角βに基づく転舵アクチュエータ１２への指令を、時計回りと反時計回りの両方の回転に関して制御最大操舵角βｍＣに制限するように構成されている。換言すれば、操舵部材１０が操舵限界反力トルクＴｓ１に抗して制御最大操舵角βｍＣを超えて回されても、転舵アクチュエータ１２は、前輪３を、制御最大操舵角βｍＣに対応する制御最大転舵角αｍＣを超えて操舵しない（αｍＣ＝βｍＣ×Ｋ）。

図４Ｂは、本実施形態の典型的な動作モードを示している。図４Ｂに示すように、操舵部材１０の操舵中心（β＝０位置）が、機械的中心に対して、反時計回りにβ１のオフセットがある場合でも、制御最大操舵角βｍＣは、β＝０の位置の各側で同じ角度で（すなわち対称的に）設定することができる。同様に、制御最大転舵角αｍＣは、α＝０位置の両側で同じ角度をもって（すなわち対称的に）設定される。制御最大転舵角αｍＣは、両側の物理最大転舵角αｍＰ内に収まる（αｍＣ＜αｍＰ）ように選択され、しかもβ１＜β０であるため、ラックエンドに到達することがなく、衝撃音及び耐久性の劣化を回避できる。更に、転舵角αの範囲はどちらの側でも同じであるため、最小回転半径は左旋回及び右旋回の両方について同じである。

工場出荷後に車両２の操舵特性が変化する可能性があり、その場合、操舵部材１０の操舵角βが０°であっても、車両２が直進しない場合がある。これは、タイヤ或いはサスペンションブッシュの経時的な摩耗、タイヤの交換などが原因である場合がある。或いは、車両２のメンテナンス時に、車両２が操舵角βがゼロでないときに直進するように、車輪のアライメント調整（トー角調整）が誤ってなされた後にも、同様のことが起こり得る。更に、路面に傾斜や横勾配がある場合、操舵部材１０がβ＝０の位置で直進できない場合がある。

ヨーレートγが０で横加速度Ｇｙが０より大きい場合、路面の傾斜により車両２が横に傾いている可能性が高い。この場合、制御装置１５は、操舵角βを０°に維持した状態で車両２が直進するように、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係を調整すると良い。ヨーレートγが０で横加速度Ｇｙも０であるのに、操舵角βを０oに維持した状態で、車両２がいずれかの方向に転舵される場合、タイヤやサスペンションの特性が変化している可能性があり、そのために、車両２がいずれかの方向に旋回ことが考えられる。この場合も、制御装置１５は、操舵角βを０°に維持した状態で車両２が直進するように、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係を調整する。

このような状況においても、車両２が操舵部材１０をβ＝０の位置で直進走行するように、制御装置１５は、必要に応じて操舵角βと転舵角αとの関係を変更するように構成することができる。車両２が直進していると仮定する。これは、車速Ｖが所定値以上であり、ヨーレートγが実質的に０であることを検出することにより判定することができる。次に、操舵角センサ２１からの信号は、操舵部材１０のβ＝０位置が、前輪３の現在の転舵角αに対応するように補正される。言い換えれば、車両２が直進しているとき、制御装置１５は、操舵角センサ２１からの信号を処理して、制御装置１５により生成された目標転舵角αｔが、操舵部材１０がβ＝０位置に設定された状態に於ける現在の転舵角αと一致するようにする。これにより、車両２が直進している限り、操舵部材１０がβ＝０位置にあることが保証される。

図５Ａ及び５Ｂは、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係の具体例を示す図である。ここでも、図５Ａは、物理最大操舵角βｍＰと物理最大転舵角αｍＰが設けられているが、制御最大操舵角βｍＣ及び制御最大転舵角αｍＣが設けられていない場合を示す。図５Ｂは、物理最大操舵角βｍＰ及び物理最大転舵角αｍＰに加えて、制御最大操舵角βｍＣ及び制御最大転舵角αｍＣが設けられていない場合を示す。

図５Ａを参照すると、この例では、車両２が工場から出荷された後、又はアライメント調整を含むメンテナンス作業の後、車両２の特性が変化し、車両２を走行させ続けるためには、前輪３を角度α２だけ転舵する必要があるようになっている。これは、車両２が直進するために、操舵部材１０をβ＝０位置から対応する角度β２だけ回転させる必要があるため、運転者に違和感を与える。この場合も、α２＜α０及びβ２＜β０である必要がある。

従って、制御装置１５は、β＝０である操舵部材１０の操舵中心を、工場で設定された又はメンテナンス作業後の転舵機構１１の転舵中心（例えば、機械的中心）から左に角度β２だけオフセットすることにより、図５Ａに示すように、車両２が、操舵部材１０がβ＝０の位置にある状態で直進するように、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係を補正する。操舵部材１０を反時計回りに回すと、物理最大操舵角βｍＰに達する前に、前輪３は物理最大転舵角αｍＰまで転舵される。その結果、ラックエンドでノイズが発生する。更に、ラックエンドに達した場合でも、（最小回転半径で表すことができる）有効な転舵角αは角度α２だけ減少する。

操舵部材１０が物理最大操舵角βｍＰに達するまで時計回りに回転すると、前輪３も物理最大転舵角αｍＰに転舵される。ただし、前輪３の物理最大転舵角αｍＰは補正によってラックエンドよりも角度α２だけ手前の位置にオフセットしており、ラックエンドでのノイズは発生しない。

図５Ｂは、本実施形態の典型的な動作モードを示している。この場合も、制御装置１５は、β＝０である操舵中心を、工場出荷時又はアライメント調整時の転舵中心（例えば、機械的中心）から左に角度β２だけオフセットすることにより、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係を補正する。その結果、図５Ｂに示すように、車両２は、操舵部材１０がβ＝０の位置にある状態で直進するようになる。また、制御最大操舵角βｍＣは、工場出荷時又はアライメント調整時の転舵機構１１の機械的中心に対し、反時計回りに角度β２だけシフトする。すなわち、制御最大転舵角αｍＣは、工場出荷時又はアライメント調整時の操舵部材１０の操舵中心（例えば、機械的中心）に対し、反時計回りに角度α２だけシフトする。

操舵部材１０を制御最大操舵角βｍＣに達するまで反時計回りに全回転させると、前輪３も制御最大転舵角αｍＣまで操舵される。制御最大操舵角βｍＣは物理最大操舵角βｍＰよりも小さく、制御最大転舵角αｍＣは物理最大転舵角αｍＰよりも小さいため、ラックエンドに到達せず、衝撃音は発生しない。

操舵部材１０を制御最大操舵角βｍＣに達するまで時計回りに回転させると、前輪３も制御最大転舵角αｍＣまで転舵される。この場合も、制御最大操舵角βｍＣは物理最大操舵角βｍＰよりも小さく、制御最大転舵角αｍＣは物理最大転舵角αｍＰよりも小さいため、ラックエンドに到達せず、衝撃音は発生ない。更に、前輪３の転舵角度範囲は、β＝０位置に関して対称であり、その結果、最小回転半径は、右旋回及び左旋回の両者で同一である。

このように本実施形態では、制御装置１５は、目標転舵角αｔと操舵角βとの関係を、補正前の図６（Ａ）の関係から図６（Ｂ）の関係のように補正する。より具体的には、制御装置１５は、操舵角βと転舵角αとの関係を補正する際に、目標転舵角αｔの左右の制御最大転舵角αｍＣを（左右の）両方向で同一の値に設定する。これにより、操舵装置１の性能及び特性を変更することなく、操舵部材１０がβ＝０位置に位置するときに車両２を直進走行させることができる。

図７（Ａ）、（Ｂ）は、図６（Ａ）に示される元の関係に対して補正が行われた後の操舵角βと転舵角αとの関係の他の例を示している。図７（Ａ）、（Ｂ）の例では、制御装置１５は、目標転舵角αｔの左右の最大限度である左右の制御最大転舵角αｍＣに対応する転舵機構１１の転舵位置を変更せずに、左右の制御最大転舵角αｍＣの値を個別の値、すなわち、左制御最大転舵角αｍＣＬ及び右制御最大転舵角αｍＣＲに変更する。これにより、操舵装置１の性能又は特性は変わるものの、操舵部材１０がβ＝０位置に位置するときに車両２を直進走行させることができる。

左右の制御最大転舵角αｍＣの値を変更する場合、図７（Ａ）に示すように、制御装置１５は、目標転舵角αｔの左制御最大転舵角αｍＣＬ及び右制御最大転舵角αｍＣＲの値の変更に対応するように左右の制御最大操舵角βｍＣの値を個別の値、すなわち、左制御最大操舵角βｍＣＬ及び右制御最大操舵角βｍＣＲに変更することができる。これにより、操舵角βの最大値及び転舵角αの最大値に左右で差が生じ、操舵装置１の性能が変わるものの、それらが最大値になる手前の角度領域における操舵フィールを変更することなく、上記関係を補正することができる。

或いは、左右の制御最大転舵角αｍＣの値を変更する場合、図７（Ｂ）に示すように、制御装置１５は、制御最大操舵角βｍＣを変更せずに、操舵角βに対する目標転舵角αｔのギヤ比Ｋを左右で異なる値、すなわち左ギヤ比ＫＬ及び右ギヤ比ＫＲに設定してもよい。これにより、操舵部材１０を左右に操作したときの車輪の切れ方（転舵角αの増減量）に左右で差が生じるものの、左右の制御最大操舵角βｍＣを変更することなく、上記関係を補正することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記の実施形態では、制御装置１５は、車両２が操舵角βが０oに維持された状態で直進するように、操舵部材１０の操舵角βと前輪３の転舵角αとの関係を変えるように構成されていたが、これは、工場又はショップで実行して、操舵角βと転舵角αとの関係を変更し、それを永久的又は長期的に固定することもできるが、これをリアルタイムで実行して、道路状況の変化に応じて操舵角βと転舵角αとの関係を修正することもできる。例えば、車両２の速度、ヨーレートγ、及び横加速度Ｇｙからの出力に基づいて、制御装置１５は、上記のように関係を調整することができる。

また、各部材及び部品の特定の構成、配置、数量、角度、手順等は、本発明の要旨から逸脱することなく適切に変更することができる。更に、上記の実施形態に示されるすべての構成要素は、必ずしも本発明に必須であるとは限らず、本発明の要旨から逸脱することなく、適切に選択及び省略され得る。

１ ：操舵装置
２ ：車両
３ ：前輪
１０ ：操舵部材
１１ ：転舵機構
１２ ：転舵アクチュエータ
１３ ：反力アクチュエータ
１５ ：制御装置
１８ ：ステアリングシャフト
１９ ：ステアリングホイール
２０ ：ステアリングコラム
２１ ：操舵角センサ
３２ ：転舵角センサ
４３ ：物理ストッパ
α ：転舵角
αｔ ：目標転舵角
αｍＰ ：物理最大転舵角
αｍＣ ：制御最大転舵角
β ：操舵角
βｍＰ ：物理最大操舵角
βｍＣ ：制御最大操舵角
γ ：ヨーレート
Ｔ ：反力トルク
Ｔｓｌ：操舵限度反力
Ｔｔ ：目標反力トルク

Claims (8)

1. 車両の操舵装置であって、
   操舵操作を受け付ける操舵部材と、
   前記操舵部材から機械的に切り離され、ラック軸を移動させることによって車輪を転舵するように構成された転舵機構と、
   前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記車輪の転舵角を検出する転舵角センサと、
   前記転舵機構に駆動力を与える転舵アクチュエータと、
   前記操舵部材に、前記操舵操作に対する反力を付与する反力アクチュエータと、
   前記操舵角に応じて目標転舵角を設定し、前記転舵角が前記目標転舵角になるように前記転舵アクチュエータを駆動するとともに、前記車輪の転舵状態に応じて目標反力を設定し、前記反力が前記目標反力になるように前記反力アクチュエータを駆動する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記転舵機構によって規定される前記車輪の物理最大転舵角よりも小さな値である制御最大転舵角を前記目標転舵角に設定し、
   前記制御装置は、前記目標転舵角の前記制御最大転舵角に対応して、前記操舵部材の制御最大操舵角を規定する操舵限度反力を発生するように、前記反力アクチュエータを駆動することを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記操舵部材の物理最大操舵角を規定する物理ストッパを更に有し、前記制御最大操舵角が前記物理最大操舵角よりも小さい請求項１に記載の車両の操舵装置。
3. 前記制御装置は、前記車両の操舵特性が、前記車両の直進時に前記転舵角が０°であるように設定された特性から、前記車両が直進しているにもかかわらず前記転舵角が０°から偏位した角度にある特性に変化した場合、前記目標転舵角の前記操舵角に対する関係を、直進走行中の前記目標転舵角が前記操舵部材の操舵中心に対応するように補正する請求項１又は２に記載の車両の操舵装置。
4. 前記制御装置は、前記車両のヨーレートに基づいて前記車両が直進しているか否かを判定する請求項３に記載の車両の操舵装置。
5. 前記制御装置は、前記関係を補正する際に、前記目標転舵角の左右の前記制御最大転舵角を同一の値に設定する請求項３に記載の車両の操舵装置。
6. 前記制御装置は、前記関係を補正する際に、左右の前記制御最大転舵角に対応する前記転舵機構の転舵位置を変更せずに、左右の前記制御最大転舵角を個別の値に変更する請求項３に記載の車両の操舵装置。
7. 前記制御装置は、左右の前記制御最大転舵角を変更する際に、左右の前記制御最大転舵角の値の変更に対応するように左右の制御最大操舵角を個別の値に変更する請求項６に記載の車両の操舵装置。
8. 前記制御装置は、左右の前記制御最大転舵角を変更する際に、前記操舵部材の制御最大操舵角を変更せずに、前記操舵角に対する前記目標転舵角のギヤ比を左右で異なる値に設定する請求項６に記載の車両の操舵装置。

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