JP2005350036A

JP2005350036A - 操舵制御装置

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Publication number: JP2005350036A
Application number: JP2004176072A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yamano; 和也山野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】モータに電流を流すことなく伝達比可変機構をロックし、消費電流を抑制した操舵制御装置を提供する。
【解決手段】入力軸の転舵角度を検出する第１舵角センサと、操舵輪に接続された出力軸と、操舵輪の転舵量を検出する第２舵角センサと、操舵軸に操舵力を与えるアクチュエータと、入力軸と出力軸との間に設けられた可変ギヤ比機構と、可変ギヤ比機構のギヤ比を変更する電動機と、操舵入力量と操舵輪の転舵量に基づいて電動機を駆動制御するトランジスタブリッジ回路と、を有する操舵制御装置において、トランジスタブリッジ回路の上流側または下流側の一方側のトランジスタをオン駆動し、他方側をオフ駆動することにより、電動機の回転を阻止し、可変ギヤ比機構のギヤ比を固定するギヤ比固定手段を有することとした。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば電動機等によって補助操舵トルクを発生させる車両用操舵制御装置に関する。

従来、車両用操舵装置においては、操舵ハンドルに接続された入力軸とラックアンドピニオン式のギヤ装置に接続された出力軸とが伝達比可変機構によって機械的に接続され、通常時はこの機械的接続をフリーにすることによって入力軸側と出力軸側との相対回転を許容している。したがって、操舵ハンドルの操舵量に対して転舵輪の転舵量を自由に制御することができ、例えば高速走行時には操舵量に対して転舵量を通常時より小さくすることにより、操舵性を向上させることができる。また、伝達比可変機構を駆動制御するモータの駆動電流を制御することによりモータをロックし、伝達比可変機構をロック状態としている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００１−２８７６６０号公報

しかしながら、上述のような方法でモータをロックする場合、モータに駆動電流を流す必要があるため、消費電力が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、モータに電流を流すことなく伝達比可変機構をロックし、消費電流を抑制した操舵制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、操舵入力手段に接続された入力軸と、前記入力軸の転舵角度を検出する第１舵角センサと、操舵輪に接続された出力軸と、前記操舵輪の転舵量を検出する第２舵角センサと、前記操舵軸に操舵力を与えるアクチュエータと、前記第１、第２舵角センサの検出舵角に基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段と、前記入力軸と前記出力軸との間に設けられた可変ギヤ比機構と、前記可変ギヤ比機構のギヤ比を変更する電動機と、前記電動機を駆動制御するトランジスタブリッジ回路と、前記操舵入力手段に入力される操舵入力量と前記操舵輪の転舵量に基づいて、前記トランジスタブリッジ回路に電動機駆動信号を出力する電動機駆動回路と、を有する操舵制御装置において、前記トランジスタブリッジ回路の上流側または下流側の一方側のトランジスタをオン駆動し、他方側をオフ駆動することにより、前記電動機の回転を阻止し、前記可変ギヤ比機構のギヤ比を固定するギヤ比固定手段を有することとした。

よって、モータに電流を流すことなく可変ギヤ比機構をロックし、消費電流を抑制した操舵制御装置を提供することができる。

以下、本発明の操舵制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１ないし実施例３に基づき説明する。

［操舵制御装置のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図１０に基づき説明する。図１は、実施例１における操舵制御装置のシステム構成図である。操舵制御装置を搭載した車両は、ステアリングホイール１０（操舵入力手段）、操舵角センサ２０（第１舵角センサ）、入力軸３０、伝達比可変機構４０（可変ギヤ比機構）、可変機構駆動モータ４４（電動機）、出力軸５０、転舵角センサ６０（第２舵角センサ）、操舵輪７０、ブリッジ回路９０（トランジスタブリッジ回路）、伝達比可変機構制御ECU１００（電動機駆動回路）、車両情報の制御処理を行う関連ECU２００、操舵アシストアクチュエータ２１０（アクチュエータ）、操舵アシストECU２２０（制御手段）、ラック軸２３０を有する。

伝達比可変機構４０は内接歯車により入出力軸に差動をもたらす可変ギヤユニットであり、入力軸３０によりステアリングホイール１０と接続し、出力軸５０により操舵輪７０と接続する。入力軸３０には操舵角センサ２０が設けられて運転者による操舵角を検出し、出力軸５０には転舵角センサ６０が設けられて操舵輪７０の転舵角を検出する。可変機構駆動モータ４４は伝達比可変機構４０において入出力軸の差動量を変更する３相ブラシレスモータであり、伝達比可変機構制御ECU１００により制御される。

伝達比可変機構制御ECU１００は操舵角センサ２０及び転舵角センサ６０により検出された操舵角及び転舵角に基づき、可変機構駆動モータ４４を駆動して伝達比可変機構４０を作動させ、操舵輪７０が所望の転舵角となるよう制御を行う制御ユニットである。この伝達比可変機構制御ECU１００はブリッジ回路９０を有し、ブリッジ回路９０を介して可変機構駆動モータ４４を駆動する。また、転舵角センサ６０はトルクセンサと兼用することにより、転舵角に合わせて操舵トルクを検出するようにしてもよく、特に限定しない。

操舵アシストECU２２０は操舵角センサ２０及び転舵角センサ６０により検出された操舵角及び転舵角に基づき、操舵輪７０が所望の転舵角となるよう操舵アシストアクチュエータ２１０を駆動する制御ユニットである。操舵アシストアクチュエータ２１０は、ラック軸２３０と噛合うピニオンギヤに接続するモータであり、操舵アシストECU２２０からの指令に基づきラック軸２３０を駆動する。

［伝達比可変機構の詳細］
(伝達比可変機構の構成)
図２は伝達比可変機構４０の側面図、図３は軸方向断面図である。伝達比可変機構４０は入力軸３０、出力軸５０、ハウジング４３、内接歯車機構４５、ロック機構部４６を有する。

入力軸３０のｘ軸正方向端部には入力軸ギヤ４１が設けられ、出力軸５０のｘ軸負方向端部には出力軸ギヤ４２が設けられている。この入力軸ギヤ４１と出力軸ギヤ４２はそれぞれ異なる径に設けられており、実施例１では入力軸ギヤ４１を出力軸ギヤ４２よりも大径とする。

内接歯車機構４５は内接歯車４５ａ、偏心カム４５ｂ、スプリング４５ｃ、ベアリング４５ｄを有する。内接歯車４５ａは中空円筒部材の内周面に歯を設けた歯車であり、入力軸ギヤ４１及び出力軸ギヤ４２よりも大径に設けられている。内接歯車４５ａにおける円筒内面の軸方向略中央部からｘ軸負方向には、入力軸ギヤ４１と噛合う入力軸側歯部４５ｅが設けられている。一方、軸方向略中央部からｘ軸正方向には、出力軸ギヤ４２と噛合う出力軸側歯部４５ｆが設けられている。

（偏心カムの公転運動）
偏心カム４５ｂは両端開口の略円筒状部材であり、入出力軸３０，５０の軸に対し偏心して設けられている。説明のため、偏心カム４５ｂの回転軸であるｘ軸を中心として回転し、かつスプリング４５ｃを通ってｘ軸と直交する軸をｒ軸と定義する。

内接歯車４５ａは偏心カム４５ｂの軸方向略中央部に設けられたスプリング４５ｃにより、ベアリング４５ｄを介して径方向内側すなわちｒ軸負方向に付勢されつつ、偏心カム４５ｂに対し回転可能に設けられている。この内接歯車４５ａは入力軸ギヤ４１及び出力軸ギヤ４２よりも大径であるため、入出力軸ギヤ４１，４２は内接歯車４５ａと一部においてのみ噛合う。また内接歯車４５ａはベアリング４５ｄを介して径方向内側すなわちｒ軸負方向に付勢されているため、入出力軸ギヤ４１，４２と内接歯車４５ａは常にｒ軸とｘ軸により形成される平面上においてのみ噛合うこととなる。

可変機構駆動モータ４４はステータ４４ａ及びコイル４４ｂを有する。ステータ４４ａは偏心カム４５ｂと接続し、可変機構駆動モータ４４への通電により偏心カム４５ｂを回転駆動する。偏心カム４５ｂは入出力軸３０，５０に対し偏心しているため、回転駆動されることによって入出力軸３０，５０に対し公転運動を行う。また、偏心カム４５ｂの公転運動に伴ってｒ軸もｘ軸に対し公転し、スプリング４５ｃによりｒ軸負方向へ付勢されている内接歯車４５ａも公転運動を行う。

したがって、入出力軸３０，５０の軸線に対しそれぞれ同心円上にある入出力軸ギヤ４１，４２と、入出力軸３０，５０の軸線に対し公転運動をする内接歯車４５ａの円筒内部に設けられた入出力軸側歯部４５ｅ、４５ｆとの噛合い位置は、公転運動に伴ってｒ軸とともにそれぞれ入出力軸ギヤ４１，４２の歯部円周上を移動する。

（入出力軸回転に対する偏心カム公転運動の影響）
入力軸３０を非回転状態に保持し偏心カム４５ｂを公転運動させた場合、内接歯車４５ａはｘ軸に対し公転するｒ軸とともに入出力軸ギヤ４１，４２との噛合い位置を移動しながら公転する。実施例１では入出力軸ギヤ４１，４２の径及び歯数が相異なるため、入力軸ギヤ４１と出力軸ギヤ４２では内接歯車４５ａの１公転に対する回転量が異なり、入出力軸ギヤ４１，４２に差動が発生する。非回転状態となっていた入力軸３０に回転を与えることにより、入出力軸３０，５０の自由度を大きく設定することが可能である。

また、偏心カム４５ｂを固定して公転運動を規制した場合、偏心カム４５ｂが公転運動を行わないためｒ軸も公転せず内接歯車４５ａも公転運動を行わないが、内接歯車４５ａはベアリング４５ｄを介して偏心カム４５ｂに対し回転可能に保持されている。そのため、偏心カム４５ｂの公転運動を規制しつつ入力軸３０に回転を加えると、内接歯車４５ａは入出力軸３０，５０に対し偏心したまま偏心カム４５ｂに対し自由に自転を行う。

このとき、内接歯車４５ａはスプリング４５ｃによりｒ軸負方向へ付勢され、ｒ軸上において入出力軸ギヤ４１，４２と噛合っているため、内接歯車４５ａは入力軸ギヤ４１から回転を伝達されて公転運動を規制されたまま自転し、出力軸ギヤ４２へ回転を伝達する。そのため、入力軸ギヤ４１と出力軸ギヤ４２の回転数比は入出力軸ギヤ４１，４２の径と歯数により決定される回転数比に固定される。

これにより、入力軸３０が回転した際、可変機構駆動モータ４４を駆動して入力軸３０に対し偏心カム４５ｂを公転運動させることで、入力軸ギヤ４１の回転を増大または減少させて出力軸ギヤ４２に伝達させる。公転運動させない場合、入出力軸３０，５０間の回転数比は入出力軸ギヤ４１，４２の径と歯数により決定される回転数比に固定される。

（伝達比可変機構のロック機構部）
図４は伝達比可変機構４０の径方向部分断面図である。図４においては、図２、図３におけるA-A断面における部分断面図を示す。ロック機構部４６はロックアーム４６ａ、ロックアーム係止部４６ｂ、ロックアーム駆動アクチュエータ４６ｃを有する。

ロックアーム４６ａは先端部に係止爪４６ｄを有する。またロックアーム係止部４６ｂは偏心カム４５ｂのｘ軸正方向端部に設けられ、偏心カム４５ｂが回転する際には一体となって回転する。ロックアーム駆動アクチュエータ４６ｃはロックアーム４６ａを駆動してハウジング４３と偏心カム４５ｂのを規制するアクチュエータであり、ロックアーム４６ａを駆動することにより係止爪４６ｄをロックアーム係止部４６ｂに嵌合させて係止することで、偏心カム４５ｂとハウジング４３とを固定する。

偏心カム４５ｂとハウジング４３とを固定することで偏心カム４５ｂの公転運動を規制し、内接歯車４５ａと入出力軸ギヤ４１，４２との噛合い位置をｒ軸上に固定して入力軸ギヤ４１と出力軸ギヤ４２の回転数比を入出力軸ギヤ４１，４２の径と歯数により決定される回転数比に固定する。

［伝達比可変機構制御ECUの制御システム図］
図５は、伝達比可変機構制御ECU１００の制御システム図である。伝達比可変機構制御ECU１００は、伝達比可変制御部１１０、ロック制御部１２０、故障処理部１３０、伝達比可変制御指令部１４０を有する。

伝達比可変制御部１１０は、ブリッジ回路９０の電流制御により可変機構駆動モータ４４の駆動制御を行って伝達比の制御を行う。ロック制御部１２０は故障処理部１３０及び伝達比可変制御指令部１４０からの情報及び指令に基づいて伝達比可変制御部１１０に指令を行うとともに、可変機構駆動モータ４４及びロック機構部４６のロックを実行する。

また、故障処理部１３０は可変機構駆動モータ４４を含む伝達比可変機構４０全体の故障を判断し、故障情報をロック制御部１２０及び関連ECU２００へ出力する。伝達比可変制御指令部１４０は、車両の操転舵状態及び伝達比可変機構４０の制御状態に基づいて可変機構駆動モータ４４の電気的ロックを行うかロック機構部４６による機械的ロックを行うかを決定し、ロック制御部１２０に指令を出力する。

なお、実施例１では伝達比可変機構ECU１００における伝達比可変制御部１１０、ロック制御部１２０、故障処理部１３０を用いることとし、伝達比可変制御指令部１４０は後述の実施例２及び実施例３で用いる。

［ブリッジ回路の詳細］
図６は、伝達比可変機構制御ECU１００におけるブリッジ回路９０と可変機構駆動モータ４４の回路図である。可変機構駆動モータ４４はU相、V相、W相を有する３相直流ブラシレスモータであり、各相の上流側に設けられたスイッチング素子U_H,V_H,W_H及び下流側に設けられたスイッチング素子U_L,V_L,W_Lにより電流をON/OFFすることで各相の位相差を発生させて回転させる。なお、実施例１では可変機構駆動モータ４４を３相直流ブラシレスモータとするが、他の直流モータまたは交流モータであってもよく特に限定しない。

運転者による操舵が行われた際、操舵角センサ２０及び転舵角センサ６０からの検出値により算出される目標伝達比に基づき、伝達比可変機構制御ECU１００の伝達比可変制御部１１０（図５参照）において伝達比可変機構４０の目標伝達比が算出される。

この目標伝達比に基づき伝達比可変制御部１１０においてU相，V相，W相各相の目標電流値が算出され、スイッチング素子U_H〜W_LへPWM信号が出力されて可変機構駆動モータ４４を駆動することにより、伝達比可変機構４０の伝達比を変更する。なお、各相のスイッチング素子U_H〜W_Lは、PWM制御により駆動されるスイッチング素子として例えばMOS-FETなどが考えられるが特に限定しない。

ブリッジ回路９０において、U相，V相，W相各相を全てバッテリあるいはグランドに接続して短絡させた場合、あるいはバッテリ及びグランドと完全に切断して短絡させた場合、各相に電流は流れず、また各相の電位は同一となって可変機構駆動モータ４４は回転を抑制される。よって、各相を全てバッテリ側、またはグランド側、またはバッテリ及びグランドと完全に切断して短絡させることにより、ブリッジ回路９０に通電することなく可変機構駆動モータ４４の回転を抑制することが可能である。

［伝達比可変制御ブロック図］
図７は、伝達比可変制御部１１０の制御ブロック図である。伝達比可変制御部１１０は、基本伝達比算出部１１１、伝達比補正量決定部１１２、伝達比決定部１１３、電流変換部１１４、最終電流値決定部１１５、乗算部１１６を有する。

基本伝達比算出部１１１は操舵角に対する基本伝達比γのマップを有し、操舵角センサ２０から入力された操舵角θ_ｈに基づき基本伝達比γ_ｆを読み込んで乗算部１１６へ出力する。また、伝達比補正量決定部１１２は車速に対する伝達比補正係数のマップを有し、操舵輪７０に設けられた車速センサ７１により検出された車速VSPに基づき伝達比補正係数ｋを読み込んで乗算部１１６へ出力する。

なお、実施例１では伝達比補正量の決定パラメータを車速VSPとしているが、伝達比補正に適したものであれば他のパラメータ、例えば加速度等を用いてもよく特に限定しない。

乗算部１１６は入力された基本伝達比γ_ｆと伝達比補正係数ｋとを乗じ、乗算値を伝達比決定部１１３へ出力する。伝達比決定部１１３は入力された乗算値ｋ・γ_ｆ、及び転舵角センサ６０により検出された転舵角θ_ｐに基づいて伝達比可変機構４０における目標伝達比γ_ｔを決定し、電流変換部１１４へ出力する。

電流変換部１１４は、入力された目標伝達比γ_ｔを可変機構駆動モータ４４を駆動するための目標電流値ｉ(γ_ｔ)に変換し、最終電流値決定部１１５へ出力する。最終電流値決定部１１５は、可変機構駆動モータ４４に設けられた電流センサ４４ｃにより検出された実電流値ｉ_ｃ及び目標電流値ｉ(γ_ｔ)の入力を受け、伝達比可変機構４０の伝達比が目標伝達比γ_ｔとなるよう、入力された目標電流値ｉ(γ_ｔ)に基づいて実電流値ｉ_ｃを考慮した最終電流値i_ｔを決定し、可変機構駆動モータ４４に出力する。

［伝達比可変制御処理］
図８は、伝達比可変制御部１１０において実行される伝達比可変制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１０１では、基本伝達比算出部１１１において基本伝達比γ_fが算出され、ステップＳ１０２へ移行する。
ステップＳ１０２では、伝達比補正量決定部１１２において伝達比補正係数ｋが算出され、ステップＳ１０３へ移行する。
ステップＳ１０３では、乗算部１１６において基本伝達比γ_fに伝達比補正係数ｋが乗じられ、ステップＳ１０４へ移行する。
ステップＳ１０４では、伝達比決定部１１３において目標伝達比γ_tが決定され、ステップＳ１０５へ移行する。
ステップＳ１０５では、最終電流値決定部１１５において最終電流値i_tが決定され、ステップＳ１０６へ移行する。
ステップＳ１０６では、最終電流値i_tを可変機構駆動モータ４４へ出力して制御を終了する。

［ロック制御部及び故障処理部の制御ブロック図］
図９は、ロック制御部１２０及び故障処理部１３０の制御ブロック図である。ロック制御部１２０は可変機構駆動モータ４４へ電気的ロック指令を出力し、またロック機構部４６へ機械的ロック指令を出力することで、伝達比可変機構４０の伝達比の固定を行う可変機構ロック制御ユニットである。また、故障処理部１３０は可変機構駆動モータ４４等からの信号を基に故障の検出・判断を行うフェール監視ユニットである。

(ロック制御部のシステム構成)
ロック制御部１２０は、可変機構駆動モータ制御部１２１、ロックアーム制御部１２２、メモリ１２３を有する。可変機構駆動モータ制御部１２１は上述の伝達比可変制御部１１０とは独立に可変機構駆動モータ４４の駆動制御を行う制御部であり、ロックする場合はブリッジ回路９０の全相を短絡させて可変機構駆動モータ４４を電気的にロックする。

ロックアーム制御部１２２はロックアーム駆動部１２２ａ及びロック状態判断部１２２ｂを備え、ロックアーム駆動部１２２ａはロック機構部４６のロックアーム駆動アクチュエータ４６ｃを駆動してロック機構部４６を機械的にロックさせる。ロック状態判断部１２２ｂはロック機構部４６の機械的ロック状態の判断を行う。また、メモリ１２３は故障処理部１３０からの故障情報を記憶する。

（故障処理部のシステム構成）
故障処理部１３０は故障検出部１３１及び故障状態判断部１３２を有する。故障検出部１３１は可変機構駆動モータ４４からの信号により故障を検出し、故障状態判断部１３２は故障情報を分類し、可変機構駆動モータ４４を停止させる必要があるかどうかを判断する。なお、本故障状態判断においては、例えば操舵角センサ２０や転舵角センサ６０等の故障を判断することにより可変機構駆動モータ４４を停止するようにしてもよく、特に限定しない。

［故障時ロック制御］
可変機構駆動モータ４４等が故障した場合、故障検出部１３１により故障が検出され、故障状態判断部１３２により可変機構駆動モータ４４の停止が必要かどうかが判断される。この判断結果はロック制御部１２０に入力され、停止が不要である場合は伝達比可変制御部１１０にそのまま制御を続行するよう指令を出力し、故障情報をメモリ１２３に記憶させるとともに関連ECU２００に出力する。

停止が必要であれば可変機構駆動モータ制御部１２１によりブリッジ回路９０の全相を短絡させて可変機構駆動モータ４４を電気的にロックする。さらにロックアーム駆動部１２２ａにおいてロックアーム駆動アクチュエータ４６ｃに駆動指令を出力し、ロック機構部４６を機械的にロックさせる。

このときロック状態判断部１２２ｂはロック機構部４６が正常に作動しているかどうかを監視し、正常であればブリッジ回路９０の全相短絡を解除するよう可変機構駆動モータ制御部１２１へ指令を出力する。異常があれば伝達比可変制御を停止するよう伝達比可変制御部１１０に指令を出力し、ブリッジ回路９０の全相短絡を続行して可変機構駆動モータ４４の電気的ロックを継続する。正常時、異常時ともに指令出力後は故障情報をメモリ１２３に記憶させるとともに関連ECU２００に出力する。

［故障時ロック制御処理］
図１０は、故障時ロック制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１１０では、故障状態判断部１３２において故障情報が入力され、ステップＳ１１１へ移行する。
ステップＳ１１１では、故障状態判断部１３２において故障の分類が行われ、ステップＳ１１２へ移行する。

ステップＳ１１２では、故障状態判断部１３２において可変機構駆動モータ４４の停止が必要な故障であるかどうかが判断され、YESであればステップＳ１１６へ移行し、NOであればステップＳ１１３へ移行する。

ステップＳ１１３では、メモリ１２３において故障情報が記憶され、ステップＳ１１４へ移行する。
ステップＳ１１４では、故障情報がロック制御部１２０から関連ECU２００へ入力され、ステップＳ１１５へ移行する。
ステップＳ１１５では、可変機構駆動モータ制御部１２１により伝達比可変制御部１１０へ制御を続行するよう指令が出力されて制御を終了する。

ステップＳ１１６では、可変機構駆動モータ制御部１２１によりブリッジ回路９０の全相を短絡させてステップＳ１１７へ移行する。
ステップＳ１１７では、ロックアーム駆動部１２２ａにおいてロックアーム駆動アクチュエータ４６ｃに機械的にロックするよう駆動指令を出力してステップＳ１１８へ移行する。

ステップＳ１１８では、ロック状態判断部１２２ｂにおいてロック機構部４６の作動が正常であるかどうかを監視し、YESであればステップＳ１２０へ移行し、NOであればステップＳ１３０へ移行する。

ステップＳ１２０では、ロック状態判断部１２２ｂにおいてブリッジ回路９０の全相短絡を解除するよう指令を出力してステップＳ１２１へ移行する。
ステップＳ１２１では、メモリ１２３において故障情報が記憶され、ステップＳ１２２へ移行する。
ステップＳ１２２では、故障情報がロック制御部１２０から関連ECU２００へ入力され、ステップＳ１２３へ移行する。
ステップＳ１２３では、伝達比可変機構制御ECU１００の動作終了処理を行ってステップＳ１２４へ移行する。
ステップＳ１２４では、伝達比可変機構制御ECU１００の動作を終了して制御を終了する。

ステップＳ１３０では、メモリ１２３において故障情報が記憶され、ステップＳ１３１へ移行する。
ステップＳ１３１では、故障情報がロック制御部１２０から関連ECU２００へ入力され、ステップＳ１３２へ移行する。
ステップＳ１３２では、ロック状態判断部１２２ｂにより伝達比可変制御部１１０へ制御停止指令が出力され、ステップＳ１３３へ移行する。
ステップＳ１３３では、可変機構駆動モータ制御部１２１によりブリッジ回路９０の全相短絡を続行して制御を終了する。

［従来例と本願実施例１における作用効果の対比］
従来、車両用操舵装置においては、操舵ハンドルに接続された入力軸とラックアンドピニオン式のギヤ装置に接続された出力軸とを伝達比可変機構によって機械的に接続し、入出力軸間の差動を許容することで操舵ハンドルの操舵量に対して転舵輪の転舵量を自由に制御している。また、入出力軸間のをロックする際にはモータの正・逆回転を繰り返すように駆動電流を制御することでモータをロックすることで、伝達比可変機構をロックしている。

しかしながら、従来技術にあってはロック時にモータに駆動電流を流し続ける必要があるため、消費電力が大きくなってしまうという問題があった。また、電力消費に伴う発熱問題や、モータの正・逆回転に伴う振動がステアリングホイールに伝達して運転者に不快感を与えるおそれがある。

これに対し本願実施例１では、ブリッジ回路９０の電流制御により可変機構駆動モータ４４の駆動制御を行って伝達比の制御を行う伝達比可変制御部１１０を設け、故障検出部１３１により可変機構駆動モータ４４の故障が検出された場合、故障状態判断部１３２により可変機構駆動モータ４４の停止が必要かどうかを判断することとした。判断結果により停止が必要である場合、可変機構駆動モータ制御部１２１によりブリッジ回路９０の全相を短絡させて可変機構駆動モータ４４を電気的にロックするとともに、ロックアーム駆動部１２２ａにおいてロックアーム駆動アクチュエータ４６ｃに駆動指令を出力し、ロック機構部４６を機械的にロックさせることとした。

これにより、可変機構駆動モータ４４が故障した際にブリッジ回路９０の全相を同電位として短絡させ、電流を流さずに可変機構駆動モータ４４を電気的にロックすることが可能となる。よって、モータに電流を流すことなく伝達比可変機構をロックし、消費電流を抑制した操舵制御装置を提供することができる（請求項１に対応）。

また、故障時には可変機構駆動モータ４４を電気的にロックするとともにロック機構部４６を機械的にロックさせることで、伝達比可変機構４０における伝達比を確実に固定し、マニュアルステアを確保することができる。

実施例２につき図５、図１１及び図１２に基づき説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため、異なる構成についてのみ説明する。実施例１では可変機構駆動モータ４４の故障時に伝達比可変機構４０の伝達比を固定する制御を行ったが、実施例２では伝達比可変制御指令部１４０（図５参照）を用いて操舵状態に応じた伝達比固定制御または可変制御を行う。

［伝達比可変制御指令部の制御ブロック図］
図１１は、伝達比可変制御指令部１４０の制御ブロック図である。伝達比可変制御指令部１４０は、操舵状態判断部１４１、伝達制御状態判断部１４２、ロック切替指令部１４３を有する。

操舵状態判断部１４１は操舵角θ_ｈ及び転舵角θ_ｐがそれぞれ所定閾値の範囲内にあるかどうかを判断する判断部である。なお、操舵状態判断部１４１はカウンタ１４１ａを有するが、実施例２では用いず、実施例３においてこのカウンタ１４１ａを用いた制御を行う。

伝達制御状態判断部１４２は、伝達比可変機構４０に対する現在の制御状態が伝達比可変制御であるか、または可変機構駆動モータ４４のロック制御状態にあるかを判断する判断部である。また、ロック切替指令部１４３は、ロック制御部１２０の可変機構駆動モータ制御部１２１に対し可変機構駆動モータ４４のロックまたはロック解除制御を行うよう指令を出力する指令部である。

［操転舵量閾値による伝達比可変制御］
操舵状態判断部１４１は、操舵角センサ２０及び転舵角センサ６０により検出された操舵角θ_ｈ及び転舵角θ_ｐの値がそれぞれ所定閾値の範囲内にあるかどうかを判断する。所定範囲内であれば直進または無操舵状態と判断し、範囲外であれば操舵中であると判断する。また、伝達制御状態判断部１４２は伝達比可変機構４０に対する制御状態を判断する。

（直進または無操舵状態）
直進または無操舵状態である場合は伝達比可変機構４０の伝達比を変化させる必要のない状態であるため、ブリッジ回路９０を短絡させて通電を停止し、可変機構駆動モータ４４を電気的ロック状態として伝達比可変機構４０の伝達比を固定する制御を行う。

このとき伝達比可変機構４０が伝達比可変制御状態であれば、ロック切替指令部１４３において伝達比可変制御から可変機構駆動モータ４４の電気的ロック制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力する。伝達比可変機構４０がすでに電気的ロック状態にあれば、そのまま電気的ロック状態を継続するよう指令を出力する。

（操舵状態）
操舵中である場合は伝達比可変機構４０の伝達比を変化させる必要があるため、伝達比可変機構４０を伝達比可変制御状態とする制御を行う。このとき伝達比可変機構４０がブリッジ回路９０の短絡による電気的ロック状態にあれば、電気的ロック状態から伝達比可変制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力する。伝達比可変機構４０がすでに伝達比可変制御状態にあれば、そのまま伝達比可変制御状態を継続するよう可変機構駆動モータ制御部１２１に対して指令を出力する。

［操転舵量閾値に応じた伝達比可変制御処理］
図１２は、操舵状態に応じた伝達比可変制御処理（直進判断）の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ２０１では、操舵角センサ２０において運転者による操舵角θ_ｈが検出され、ステップＳ２０２へ移行する。
ステップＳ２０２では、転舵角センサ６０において操舵輪の転舵角θ_ｐが検出され、ステップＳ２０３へ移行する。

ステップＳ２０３では、操舵状態判断部１４１において操舵角θ_ｈ及び転舵角θ_ｐがそれぞれ所定閾値の範囲内にあるかどうかが判断され、YESであればステップＳ２１０へ移行し、NOであればステップＳ２２０へ移行する。

ステップＳ２１０では、操舵状態判断部１４１において車両が直進または無操舵状態であると判断され、ステップＳ２１１へ移行する。

ステップＳ２１１では、伝達制御状態判断部１４２において伝達比可変機構４０における現在の制御状態が判断され、伝達比可変制御状態であればステップＳ２１２へ移行し、電気的ロック状態であればステップＳ２１４へ移行する。
ステップＳ２１２では、ロック切替指令部１４３において伝達比可変制御から可変機構駆動モータ４４の電気的ロック制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力し、ステップＳ２１３へ移行する。
ステップＳ２１３では、可変機構駆動モータ制御部１２１においてブリッジ回路９０の全相を短絡させて制御を終了する。
ステップＳ２１４では、ロック切替指令部１４３において伝達比可変制御状態を継続するよう可変機構駆動モータ制御部１２１に対して指令を出力し、制御を終了する。

ステップＳ２２０では、操舵状態判断部１４１において操舵中と判断され、ステップＳ２２１へ移行する。

ステップＳ２２１では、伝達制御状態判断部１４２において伝達比可変機構４０における現在の制御状態が判断され、伝達比可変制御状態であればステップＳ２２２へ移行し、電気的ロック状態であればステップＳ２２３へ移行する。
ステップＳ２２２では、ロック切替指令部１４３において伝達比可変制御状態を継続するよう可変機構駆動モータ制御部１２１に対して指令を出力し、制御を終了する。
ステップＳ２２３では、ロック切替指令部１４３において可変機構駆動モータ４４の電気的ロック制御から伝達比可変制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力して制御を終了する。

［本願実施例２の作用効果］
実施例２においては、操舵角θ_ｈ及び転舵角θ_ｐの値がそれぞれ所定閾値の範囲内であれば直進または無操舵状態と判断し、可変機構駆動モータ４４を電気的ロック状態として伝達比可変機構４０の伝達比を固定する。伝達比可変機構４０がすでに電気的ロック状態にある場合は、この状態を継続する。

これにより、伝達比可変機構４０の伝達比を変化させる必要のない直進状態または無操舵状態である場合は、伝達比可変機構４０の伝達比を固定するためにブリッジ回路９０を短絡させて通電を停止することで、消費電流の削減を図ることができる。

実施例３につき図５、図１１及び図１３に基づいて説明する。基本的な構成は実施例１及び実施例２と同一であるため、異なる構成についてのみ説明する。実施例２では操舵角及び転舵角がそれぞれ所定閾値の範囲内にあれば直進または無操舵状態と判断しているが、実施例３では操舵角及び転舵角がそれぞれ所定閾値の範囲内にあることに加え、操舵角及び転舵角が一定時間所定範囲内にとどまれば保舵または無操舵状態と判断する点で実施例２と異なる。

［操転舵量閾値及び時間閾値による伝達比可変制御］
図１１に示すように、操舵状態判断部１４１は操舵角センサ２０及び転舵角センサ６０により検出された操舵角θ_ｈ及び転舵角θ_ｐの値がそれぞれ所定閾値の範囲内であるかどうかを判断し、カウンタ１４１ａはそれぞれの値が一定時間所定閾値の範囲内にとどまっている時間を計測する。計測時間が一定時間内であれば保舵または無操舵状態と判断し、範囲外であれば操舵中であると判断する。また、伝達制御状態判断部１４２は伝達比可変機構４０に対する制御状態を判断する。

（保舵または無操舵状態）
保舵または無操舵状態である場合は伝達比可変機構４０の伝達比を変化させる必要のない状態であるため、ブリッジ回路９０を短絡させて通電を停止し、可変機構駆動モータ４４を電気的ロック状態として伝達比可変機構４０の伝達比を固定する制御を行う。

このとき伝達比可変機構４０が伝達比可変制御状態であれば、実施例２と同様にロック切替指令部１４３において伝達比可変制御から可変機構駆動モータ４４の電気的ロック制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力する。伝達比可変機構４０がすでに電気的ロック状態にあれば、そのまま電気的ロック状態を継続するよう指令を出力する。

（操舵状態）
実施例２と同様、操舵中である場合は伝達比可変機構４０の伝達比を変化させる必要があるため、伝達比可変機構４０を伝達比可変制御状態とする制御を行う。このとき伝達比可変機構４０が電気的ロック状態にあれば、伝達比可変制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力する。伝達比可変機構４０がすでに伝達比可変制御状態にあれば、そのまま継続するよう可変機構駆動モータ制御部１２１に対して指令を出力する。

［操転舵量閾値及び時間閾値による伝達比可変制御処理］
図１３は、操転舵量閾値及び時間閾値による伝達比可変制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ３０１では、操舵角センサ２０において運転者による操舵角θ_ｈが検出され、ステップＳ３０２へ移行する。
ステップＳ３０２では、転舵角センサ６０において操舵輪の転舵角θ_ｐが検出され、ステップＳ３０３へ移行する。

ステップＳ３０３では、操舵状態判断部１４１において操舵角θ_ｈ及び転舵角θ_ｐがそれぞれ所定閾値の範囲内にあり、かつ一定の時間所定閾値の範囲内にとどまっているかどうかが判断され、YESであればステップＳ３１０へ移行し、NOであればステップＳ３２０へ移行する。

ステップＳ３１０では、操舵状態判断部１４１において車両が直進または無操舵状態であると判断され、ステップＳ３１１へ移行する。

ステップＳ３１１では、伝達制御状態判断部１４２において伝達比可変機構４０における現在の制御状態が判断され、伝達比可変制御状態であればステップＳ３１２へ移行し、電気的ロック状態であればステップＳ３１４へ移行する。
ステップＳ３１２では、ロック切替指令部１４３において伝達比可変制御から可変機構駆動モータ４４の電気的ロック制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力し、ステップＳ３１３へ移行する。
ステップＳ３１３では、可変機構駆動モータ制御部１２１においてブリッジ回路９０の全相を短絡させて制御を終了する。
ステップＳ３１４では、ロック切替指令部１４３において伝達比可変制御状態を継続するよう可変機構駆動モータ制御部１２１に対して指令を出力し、制御を終了する。

ステップＳ３２０では、操舵状態判断部１４１において操舵中と判断され、ステップＳ３２１へ移行する。

ステップＳ３２１では、伝達制御状態判断部１４２において伝達比可変機構４０における現在の制御状態が判断され、伝達比可変制御状態であればステップＳ３２２へ移行し、電気的ロック状態であればステップＳ３２３へ移行する。
ステップＳ３２２では、ロック切替指令部１４３において伝達比可変制御状態を継続するよう可変機構駆動モータ制御部１２１に対して指令を出力し、制御を終了する。
ステップＳ３２３では、ロック切替指令部１４３において可変機構駆動モータ４４の電気的ロック制御から伝達比可変制御に切り替える指令を可変機構駆動モータ制御部１２１に対して出力して制御を終了する。

［本願実施例３の作用効果］
実施例３においては、操舵角θ_ｈ及び転舵角θ_ｐの値がそれぞれ所定閾値の範囲内であり、かつ一定時間所定閾値の範囲内にとどまっていれば保舵または無操舵状態と判断し、可変機構駆動モータ４４を電気的ロック状態として伝達比可変機構４０の伝達比を固定する。伝達比可変機構４０がすでに電気的ロック状態にある場合は、この状態を継続する。

これにより、伝達比可変機構４０の伝達比を変化させる必要のない保舵状態または無操舵状態である場合は、伝達比可変機構４０の伝達比を固定するためにブリッジ回路９０を短絡させて通電を停止することで、消費電流の削減を図ることができる。また、時間閾値による操舵状態判断を行うことで制御ハンチングを回避でき、時間閾値を用いない実施例２と比してより正確な操舵状態判断に基づいた伝達比可変制御を行うことができる。

更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１に記載の操舵制御装置において、
前記操舵制御装置は、前記アクチュエータ等の装置の故障を検出する故障検出手段を更に備え、
前記ギヤ比固定手段は、前記アクチュエータ等の装置の故障が検出された場合、前記可変ギヤ比機構のギヤ比を固定する。

アクチュエータ等の装置が故障した場合には、可変ギヤ比機構のギヤ比を固定することにより、マニュアルステアを確保することができる。

（ロ）請求項１に記載の操舵制御装置において、
前記操舵制御装置は、前記第１舵角センサまたは前記第２舵角センサのセンサ出力に基づき、車両が直進状態にあるか否かを判別する走行状態判別手段を更に備え、
前記ギヤ比固定手段は、車両が直進状態にあるとき、前記可変ギヤ比機構のギヤ比を固定する。

車両が直進状態にあるときは、可変ギヤ比機構のギヤ比を固定し、電動機に駆動電流を流さないようにすることにより、消費電力の削減を図ることができる。

（ハ）請求項１に記載の操舵制御装置において、
前記操舵制御装置は、前記第２舵角センサのセンサ出力に基づき、前記操舵輪の転舵加速度を推定する転舵加速度推定手段を更に備え、
前記ギヤ比固定手段は、転舵加速度が所定値以上のとき、前記可変ギヤ比機構のギヤ比を固定する。

転舵加速度が所定値以上、すなわち路面からの過大入力があった場合、電気的に瞬時にギヤ比を固定することができる。これは、機械的にギヤ比を固定する場合に比べ応答速度が速いため、路面からの過大入力によってギヤ比がずれてしまうことを効果的に防止することができる。

実施例１における操舵制御装置のシステム構成図である。実施例１における伝達比可変機構の側面図である。実施例１における伝達比可変機構の軸方向断面図である。実施例１における伝達比可変機構の径方向部分断面図である。実施例１における伝達比可変機構制御ECUの制御ブロック図である。実施例１の伝達比可変機構制御ECUにおけるブリッジ回路と可変機構駆動モータの回路図である。実施例１における伝達比可変制御部の制御ブロック図である。実施例１における伝達比可変制御部において実行される伝達比可変制御処理の流れを示すフローチャートである。実施例１におけるロック制御部及び故障処理部の制御ブロック図である。実施例１における故障時ロック制御処理の流れを示すフローチャートである。実施例２における伝達比可変制御指令部の制御ブロック図である。実施例２における操舵状態に応じた伝達比可変制御処理（直進判断）の流れを示すフローチャートである。実施例３における操舵状態に応じた伝達比可変制御処理（経時判断）の流れを示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
２０操舵角センサ
３０入力軸
４０伝達比可変機構
４１入力軸ギヤ
４２出力軸ギヤ
４３ハウジング
４４可変機構駆動モータ
４４ａステータ
４４ｂコイル
４４ｃ電流センサ
４５内接歯車機構
４５ａ内接歯車
４５ｂ偏心カム
４５ｃスプリング
４５ｄベアリング
４５ｅ入力軸側歯部
４５ｆ出力軸側歯部
４６ロック機構部
４６ａロックアーム
４６ｂロックアーム係止部
４６ｃロックアーム駆動アクチュエータ
４６ｄ係止爪
５０出力軸
６０転舵角センサ
７０操舵輪
７１車速センサ
９０ブリッジ回路
１００伝達比可変機構制御ECU
１１０伝達比可変制御部
１１１基本伝達比算出部
１１２伝達比補正量決定部
１１３伝達比決定部
１１４電流変換部
１１５最終電流値決定部
１１６乗算部
１２０ロック制御部
１２１可変機構駆動モータ制御部
１２２ロックアーム制御部
１２２ａロックアーム駆動部
１２２ｂロック状態判断部
１２３メモリ
１３０故障処理部
１３１故障検出部
１３２故障状態判断部
１４０伝達比可変制御指令部
１４１操舵状態判断部
１４１ａカウンタ
１４２伝達制御状態判断部
１４３ロック切替指令部
２２０操舵アシストアクチュエータ
２３０ラック軸
２００関連ECU
２３０操舵アシストECU

Claims

操舵入力手段に接続された入力軸と、
前記入力軸の転舵角度を検出する第１舵角センサと、
操舵輪に接続された出力軸と、
前記操舵輪の転舵量を検出する第２舵角センサと、
前記操舵軸に操舵力を与えるアクチュエータと、
前記第１、第２舵角センサの検出舵角に基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段と、
前記入力軸と前記出力軸との間に設けられた可変ギヤ比機構と、
前記可変ギヤ比機構のギヤ比を変更する電動機と、
前記電動機を駆動制御するトランジスタブリッジ回路と、
前記操舵入力手段に入力される操舵入力量と前記操舵輪の転舵量に基づいて、前記トランジスタブリッジ回路に電動機駆動信号を出力する電動機駆動回路と、を有する操舵制御装置において、
前記トランジスタブリッジ回路の上流側または下流側の一方側のトランジスタをオン駆動し、他方側をオフ駆動することにより、前記電動機の回転を阻止し、前記可変ギヤ比機構のギヤ比を固定するギヤ比固定手段を有することを特徴とする操舵制御装置。