JP2009067074A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基本性能を損なうことなく減速機構における歯打ち音の発生を抑制して静粛性の高い電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】ＥＰＳアクチュエータには、その減速機構２４を構成する第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５及び第２のギヤとしてのモータギヤ２６の芯間距離Ｄを調節可能な芯間調節機構５０が設けられる。また、ＥＣＵは、減速機構２４における歯打ち音の発生しやすさを判定する判定手段としての機能を有する。そして、ＥＣＵは、当該歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、上記芯間距離Ｄを縮めるべく芯間調節機構５０の作動を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には、ステアリングシャフトを回転駆動することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与するものがある。通常、このようなＥＰＳにおいて、モータは、第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構（例えばウォーム＆ホイール等）を介してステアリングシャフトに連結されている。そして、同モータの回転は、この減速機構により減速されてステアリングシャフトに伝達されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２９１７１８号公報 特開２００４−２２５８７３号公報

ところで、多くのＥＰＳは、図８に示すようなステアリングと転舵輪とを連結する操舵伝達系（ステアリングシャフト９１）の途中に設けられたトーションバー９２の捻れ角に基づき操舵トルクを検出するトルクセンサ９３を備えている。尚、図８は、ＥＰＳ用トルクセンサとして広く採用されているもの、即ちトーションバー９２の両端に設けられた一対の角度センサ９４ａ，９４ｂ（レゾルバ）により同トーションバー９２の捻れ角を検出する所謂ツインレゾルバ型トルクセンサの概略構成を示す模式図である。そして、そのトルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいて、操舵反力を低減する方向にアシスト力を付与する構成となっている。

しかしながら、上記のような第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構を介してモータとステアリングシャフトとが駆動連結されたＥＰＳでは、上記のように操舵反力を低減すべくモータが回転することにより、場合によって、減速機構を構成する両ギヤの噛合部において歯打ち音（ラトル音）が発生するおそれがある。

即ち、例えば、不整路面走行時等、転舵輪に逆入力応力が印加された場合には、ステアリングシャフトは、その逆入力応力に基づき回転する。このとき、同ステアリングシャフトに設けられたトルクセンサにおいては、その逆入力応力に基づくトルクが操舵反力として検出される。そして、その操舵反力を低減する（打ち消す）方向にアシスト力を付与すべく、モータが回転することにより、減速機構に歯打ち音が発生する。

つまり、図９に示すように、このような逆入力応力の印加時には、ステアリングシャフトとともに一体回転する第１のギヤ（リダクションギヤ）９５と、モータ駆動により回転する第２のギヤ（モータギヤ）９６とが相反する方向に回転することになり、その結果、互いに噛合されたそれぞれの歯９５ａ，９６ａが互いに衝突することになる。さらに、転舵輪に印加された逆入力応力は、振動として操舵系に残存する。このため、第１及び第２のギヤ９５，９６は、それぞれ、その回転方向を反転しつつ、上記のような衝突を繰り返すことになり、その衝撃が歯打ち音として外部に伝達されるおそれがある。

この点を踏まえ、従来、例えば、減速機構を構成する各ギヤの材質に合成樹脂を用いる等の対策が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このような従来の構成は、その耐久性等に課題を残しているのが実情であり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、基本性能を損なうことなく減速機構における歯打ち音の発生を抑制して静粛性の高い電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源としてステアリングシャフトを回転駆動することにより操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置を備え、前記モータは、第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構を介して前記ステアリングシャフトに駆動連結された電動パワーステアリング装置であって、前記第１及び第２のギヤの芯間距離を調節可能な芯間距離調節機構と、前記芯間距離調節機構の作動を制御する制御手段と、前記第１及び第２のギヤの噛合部分における歯打ち音の発生しやすさを判定する判定手段とを備え、前記制御手段は、前記歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、前記芯間距離を縮めるべく前記芯間距離調節機構の作動を制御すること、を要旨とする。

即ち、減速機構において生ずる歯打ち音は、第１及び第２のギヤの噛合部分の衝突によるものである。従って、その衝突時における両者の速度差が大きいほど、より大きな歯打ち音が発生することになる。この点、上記構成のように、歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、予め芯間距離を縮めてバックラッシの短縮化を図ることにより、両者が衝突する際の速度差を抑制することが可能になる。その結果、減速機構に生ずる歯打ち音を抑制して高い静粛性を確保することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記判定手段は、前記操舵系に生ずる振動に関する周波数解析に基づいて、前記歯打ち音の発生しやすさを判定すること、を要旨とする。
上記構成によれば、操舵系に生ずる振動が歯打ち音（ラトル音）として顕在化する前に、いち早く且つ高精度にその発生を検知して速やかな抑制を図ることが可能になる。その結果、高い静粛性と良好な操舵フィーリングを実現することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、前記操舵力補助装置の発生するアシスト力は、前記操舵系の状態を示す信号に基づき制御されるとともに、前記操舵系の状態を示す信号から、前記第１及び第２のギヤの噛合部分における歯打ち音の発生を助長する振動に対応した特定の周波数成分を抽出可能な特定周波数抽出手段を備え、前記歯打ち音の発生しやすさは、前記抽出された前記特定の周波数成分の実効値の大きさに示されるものであって、前記制御手段は、前記実効値が所定の閾値以上である場合に、前記芯間距離を縮める制御を実行すること、を要旨とする。

即ち、芯間距離（バックラッシ）の短縮化は、上記歯打ち音の発生を抑制する効果があるものの、トルク伝達効率の低下を招くという問題がある。しかしながら、上記構成によれば、その芯間距離（バックラッシ）の短縮化制御は、最も歯打ち音の発生する蓋然性の高い状況においてのみ限定的に実行される。その結果、基本的なトルク伝達性能の低下を抑えて良好な操舵フィーリングを維持しつつ、効果的に歯打ち音の発生を抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、前記操舵力補助装置の発生するアシスト力は、前記操舵系の状態を示す信号に基づき制御されるとともに、前記操舵系の状態を示す信号から、前記第１及び第２のギヤの噛合部分における歯打ち音の発生を助長する振動に対応した特定の周波数成分を抽出可能な特定周波数抽出手段を備え、前記歯打ち音の発生しやすさは、前記抽出された前記特定の周波数成分の実効値の大きさに示されるものであって、前記制御手段は、前記実効値が大きいほど、より大きく前記芯間距離を縮めるべく、前記芯間距離調節機構の作動を制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、その歯打ち音の発生しやすさに応じた芯間距離の短縮化制御を実行することにより、良好な操舵フィーリングを維持しつつ高い静粛性を確保することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、前記第１のギヤの回転角速度を第１の角速度として検出する第１の角速度検出手段と、前記第２のギヤの回転角速度を前記第１ギヤの回転角速度に換算した第２の角速度として検出する第２の角速度検出手段とを備え、前記判定手段は、前記検出される前記第１及び第２の角速度の差分値に基づいて、前記歯打ち音の発生しやすさを判定すること、を要旨とする。

即ち、第１及び第２のギヤが衝突する際の速度差は、その第１及び第２の角速度の差分値の絶対値が大きいほど大となる。従って、上記構成によれば、操舵系に生ずる振動が歯打ち音（ラトル音）として顕在化する前に、いち早く且つ高精度にその発生を検知して速やかな抑制を図ることが可能になる。その結果、高い静粛性と良好な操舵フィーリングを実現することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、前記制御手段は、前記差分値の絶対値が所定の閾値以上である場合に、前記芯間距離を縮める制御を実行すること、を要旨とする。
即ち、芯間距離（バックラッシ）の短縮化は、上記歯打ち音の発生を抑制する効果があるものの、トルク伝達効率の低下を招くという問題がある。しかしながら、上記構成によれば、その芯間距離（バックラッシ）の短縮化制御は、最も歯打ち音の発生する蓋然性の高い状況においてのみ限定的に実行される。その結果、基本的なトルク伝達性能の低下を抑えて良好な操舵フィーリングを維持しつつ、効果的に歯打ち音の発生を抑制することができるようになる。

請求項７に記載の発明は、前記制御手段は、前記差分値の絶対値が大きいほど、前記アシスト力を大きく低減すべく前記制御すること、を要旨とする。
上記構成によれば、その歯打ち音の発生しやすさに応じた芯間距離の短縮化制御を実行することにより、良好な操舵フィーリングを維持しつつ高い静粛性を確保することができるようになる。

本発明によれば、基本性能を損なうことなく減速機構における歯打ち音の発生を抑制して静粛性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。具体的には、本実施形態のステアリングシャフト３は、自在継手７ａ，７ｂを介して、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなり、上記ラックアンドピニオン機構４は、ピニオンシャフト１０の一端に形成されたピニオン歯１０ａとラック軸５側のラック歯５ａとを噛合させることにより構成される。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、即ち車両の進行方向が変更されるように構成されている。

本実施形態のＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源としてステアリングシャフト３を回転駆動することにより操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ２２と、該ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御するＥＣＵ２３とを備えている。

詳述すると、本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２２は、コラムシャフト８にアシスト力を付与する所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されており、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。本実施形態では、減速機構２４は、コラムシャフト８に対して相対回転不能に設けられた第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５と、モータ軸２１ａに対して相対回転不能に設けられた第２のギヤとしてのモータギヤ２６とを噛合することにより構成されている。尚、本実施形態では、第１ギヤとしてのリダクションギヤ２５にはホイールギヤが用いられ、第２ギヤとしてのモータギヤ２６にはウォームギヤが用いられている。即ち、本実施形態の減速機構２４には、所謂ウォーム＆ホイールが採用されている。そして、操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２２は、駆動源であるモータ２１の回転を減速機構２４により減速してコラムシャフト８に伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

一方、ＥＣＵ２３は、ＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１に対して駆動電力を供給する。そして、その駆動電力の供給を通じてモータ２１の回転、即ちＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御するように構成されている。

さらに詳述すると、ＥＣＵ２３には、コラムシャフト８に設けられたトルクセンサ３１が接続されている。本実施形態では、コラムシャフト８は、ステアリング２側の第１シャフト８ａとインターミディエイトシャフト９（ピニオンシャフト１０）側の第２シャフト８ｂとを、トーションバー３３を介して連結することにより形成されている。そして、トルクセンサ３１は、トーションバー３３、及び同トーションバー３３の両端（第１シャフト８ａの端部及び第２シャフト８ｂの端部）に設けられた一対の角度センサ３４ａ，３４ｂ（レゾルバ）により構成されている。

即ち、本実施形態のトルクセンサ３１は、ツインレゾルバ型のトルクセンサとして構成されており、ＥＣＵ２３は、第１の角度センサ３４ａにより第１シャフト８ａの回転角（操舵角θs）を検出するとともに、第２の角度センサ３４ｂにより第２シャフト８ｂの回転角（ピニオン角θp）を検出する。そして、これら両角度センサ３４ａ，３４ｂにより検出された両回転角の差分、即ちトーションバー３３の捻れ角に基づいて、操舵トルクτを検出する。

また、本実施形態では、ＥＣＵ２３には、車速センサ３５により検出された車速Ｖが入力される。そして、ＥＣＵ２３は、これらの各センサにより検出される車両状態量に基づいて、操舵系に付与すべき目標アシスト力を決定し、当該目標アシスト力をＥＰＳアクチュエータ２２に発生させるべく、モータ２１に対する駆動電力の供給を実行する。

次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ２３は、モータ制御信号を出力するマイコン４１と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１に駆動電力を供給する駆動回路４２とを備えて構成されている。

本実施形態では、ＥＣＵ２３には、モータ２１に通電される実電流値Ｉを検出するための電流センサ４３、及びモータ回転角θmを検出するための回転角センサ４４（図１参照）が接続されている。そして、マイコン４１は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ４３及び回転角センサ４４の出力信号に基づき検出されたモータ２１の実電流値Ｉ及びモータ回転角θmに基づいて、駆動回路４２に出力するモータ制御信号を生成する。

詳述すると、マイコン４１は、操舵系に付与するアシスト力の目標値、すなわち目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉq*を演算する電流指令値演算部４５と、電流指令値演算部４５により算出された電流指令値Ｉq*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部４６とを備えている。

本実施形態の電流指令値演算部４５には、操舵トルクτ及び車速Ｖが入力される。そして、電流指令値演算部４５は、これら操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、その操舵トルクτが大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より絶対値の大きな電流指令値Ｉq*を演算するように構成されている。

一方、モータ制御信号出力部４６には、電流指令値演算部４５が出力する電流指令値Ｉq*とともに、電流センサ４３により検出された実電流値Ｉ、及び回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θmが入力される。そして、モータ制御信号出力部４６は、この目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉq*に実電流値Ｉを追従させるべくフィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を演算する。

具体的には、本実施形態では、モータ２１には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給により回転するブラシレスモータが用いられている。そして、モータ制御信号出力部４６は、実電流値Ｉとして検出されたモータ２１の相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ座標系のｄ，ｑ軸電流値に変換（ｄ／ｑ変換）することにより、上記電流フィードバック制御を行う。

即ち、電流指令値Ｉq*は、ｑ軸電流指令値としてモータ制御信号出力部４６に入力され、モータ制御信号出力部４６は、回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θmに基づいて相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ変換する。また、モータ制御信号出力部４６は、そのｄ，ｑ軸電流値及びｑ軸電流指令値に基づいてｄ，ｑ軸電圧指令値を演算する。そして、そのｄ，ｑ軸電圧指令値をｄ／ｑ逆変換することにより相電圧指令値（Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*）を演算し、当該相電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成する。

そして、本実施形態のＥＣＵ２３は、上記のように生成されたモータ制御信号をマイコン４１が駆動回路４２に出力し、該駆動回路４２がその当該モータ制御信号に基づく三相の駆動電力をモータ２１に供給することにより、ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御する構成となっている。

［ラトル音抑制制御］
次に、本実施形態のＥＰＳにおけるラトル音（歯打ち音）抑制制御の態様について説明する。

図１及び図３に示すように、本実施形態のＥＰＳ１では、ＥＰＳアクチュエータ２２には、その減速機構２４を構成する第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５及び第２のギヤとしてのモータギヤ２６の芯間距離Ｄを調節可能な芯間距離調節機構５０が設けられている。

具体的には、本実施形態の芯間距離調節機構５０は、モータギヤ２６を構成するウォームギヤに対し、その外周が当接するように同モータギヤ２６と並置された偏心円盤５１と、該偏心円盤５１を回転駆動するモータ５２とにより構成されている。本実施形態では、駆動源であるモータ５２は、ＥＣＵ２３からの電力供給に基づき回転するとともに、その回転は、減速器５３を介して偏心円盤５１に伝達されるようになっている。そして、その偏心円盤５１の回転によりモータギヤ２６がリダクションギヤ２５側に押圧されることによって、両者の芯間距離Ｄが調節される構成となっている。

さて、上述のように、モータトルクをステアリングシャフトに伝達することにより操舵系にアシスト力を付与する所謂コラム型（ピニオン型）ＥＰＳの多く、即ち第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構を介してモータとステアリングシャフトとが駆動連結されたＥＰＳには、その減速機構における歯打ち音（ラトル音）発生という問題がある。

この点を踏まえ、本実施形態では、ＥＣＵ２３（マイコン４１）には、ＥＰＳアクチュエータ２２の減速機構２４を構成するリダクションギヤ２５とモータギヤ２６との噛合部分における歯打ち音の発生しやすさを判定する判定手段としての機能が備えられている。そして、ＥＣＵ２３は、噛合部分において歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、リダクションギヤ２５及びモータギヤ２６の芯間距離Ｄを縮めるべく上記芯間距離調節機構５０の作動を制御する構成となっている。

即ち、減速機構２４に生ずる歯打ち音は、第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５（の歯）と第２のギヤとしてのモータギヤ２６（の歯）との衝突によるものである。従って、その衝突時における両者の速度差が大きいほど、より大きな歯打ち音が発生することになる。

この点に着目し、本実施形態では、歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、上記のように芯間距離Ｄを縮めてバックラッシの短縮化を図ることにより、衝突時における両者の速度差を抑制する。そして、これにより、転舵輪１２への逆入力応力印加時等、減速機構２４に生ずる歯打ち音の抑制を図る構成となっている。

詳述すると、図２に示すように、本実施形態のＥＣＵ２３には、芯間距離調節機構５０用の駆動回路５５が設けられている。また、マイコン４１には、芯間距離調節機構５０の作動を制御するための制御信号を生成する芯間距離調節機構制御部５６が設けられている。そして、マイコン４１は、当該芯間距離調節機構制御部５６において生成された制御信号を駆動回路５５に出力し、駆動回路５５は、その入力される制御信号に基づいて、芯間距離調節機構５０の駆動源であるモータ５２に対する駆動電力の供給を行う構成となっている。

また、本実施形態では、判定手段としてのマイコン４１は、操舵系に生ずる振動に関する周波数解析に基づいて歯打ち音の発生しやすさを判定する。具体的には、本実施形態のマイコン４１には、入力される信号から特定の周波数成分を抽出可能な特定周波数抽出手段としての特定周波数抽出部５７が設けられており、同特定周波数抽出部５７には、操舵系の状態を示す信号として、操舵トルクτが入力されるようになっている。そして、特定周波数抽出部５７は、その入力される操舵トルクτから、操舵系に生じた振動に対応した特定の周波数成分、詳しくは、減速機構２４における歯打ち音（ラトル音）の発生を助長する振動に対応した特定の周波数成分を抽出し、その実効値をパワースペクトルＳpとして出力するように構成されている。

即ち、図４のフローチャートに示すように、特定周波数抽出部５７は、入力される操舵トルクτ（ステップ１０１）について、先ず、バンドパスフィルタ処理を実行し、歯打ち音の発生を助長する振動に対応した特定の周波数成分として８〜１２Ｈｚの周波数成分を抽出する（ステップ１０２）。次に、特定周波数抽出部５７は、ＲＭＳ（Root Means square：平均自乗平方根）演算により、上記ステップ１０２において抽出された周波数成分の実効値を求める（ステップ１０３）。そして、ローパスフィルタ処理を実行し（ステップ１０４）、当該ローパスフィルタ処理した後の値をパワースペクトルＳpとして出力する（ステップ１０５）。

そして、本実施形態では、この特定周波数抽出部５７が出力するパワースペクトルＳpに基づき芯間距離調節機構制御部５６が制御信号を生成し、当該制御信号に基づく駆動電力が駆動回路５５から芯間距離調節機構５０へと供給されることにより、上記のような歯打ち音が発生しやすい状況における芯間距離Ｄ（バックラッシ）の短縮化制御が実行される構成となっている。

さらに詳述すると、図５に示すように、本実施形態の芯間距離調節機構制御部５６は、入力されるパワースペクトルＳpの値が第１の閾値Ｓth１以上である場合に、上記芯間距離Ｄの短縮化制御を実行するための制御信号を生成する。具体的には、パワースペクトルＳpの値が第１の閾値Ｓth１から第２の閾値Ｓth２までの領域（Ｓth１≦Ｓp≦Ｓth２）において、当該パワースペクトルＳpの値が大きいほど、より大きく芯間距離Ｄを縮めるような制御信号を生成する。そして、これにより、その歯打ち音の発生しやすさに応じた芯間距離Ｄの短縮化制御を実行し、良好な操舵フィーリングを維持しつつ高い静粛性を確保する構成となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ＥＰＳアクチュエータ２２には、その減速機構２４を構成する第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５及び第２のギヤとしてのモータギヤ２６の芯間距離Ｄを調節可能な芯間距離調節機構５０が設けられる。また、ＥＣＵ２３（マイコン４１）は、減速機構２４における歯打ち音の発生しやすさを判定する判定手段としての機能を有する。そして、ＥＣＵ２３は、当該歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、上記芯間距離Ｄを縮めるべく芯間距離調節機構５０の作動を制御する。

即ち、減速機構２４において生ずる歯打ち音は、第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５（の歯）と第２のギヤとしてのモータギヤ２６（の歯）との衝突によるものである。従って、その衝突時における両者の速度差が大きいほど、より大きな歯打ち音が発生することになる。この点、上記構成のように、歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、予め芯間距離Ｄを縮めてバックラッシの短縮化を図ることにより、両者が衝突する際の速度差を抑制することが可能になる。その結果、減速機構２４に生ずる歯打ち音を抑制して高い静粛性を確保することができるようになる。

（２）マイコン４１は、操舵系に生ずる振動に関する周波数解析に基づいて歯打ち音の発生しやすさを判定する。これにより、操舵系に生ずる振動が歯打ち音（ラトル音）として顕在化する前に、いち早く且つ高精度にその発生を検知して速やかな抑制を図ることが可能になる。その結果、高い静粛性と良好な操舵フィーリングを実現することができるようになる。

（３）マイコン４１は、芯間距離調節機構５０の作動を制御するための制御信号を生成する芯間距離調節機構制御部５６を備える。また、操舵系の状態を示す信号として入力される操舵トルクτから減速機構２４における歯打ち音の発生を助長する振動に対応した特定の周波数成分を抽出し、その実効値をパワースペクトルＳpとして出力する特定周波数抽出部５７とを備え、当該パワースペクトルＳpは、芯間距離調節機構制御部５６へと入力される。そして、芯間距離調節機構制御部５６は、そのパワースペクトルＳpの値が第１の閾値Ｓth１以上である場合に、上記芯間距離Ｄの短縮化制御を実行するための制御信号を生成する。

即ち、芯間距離Ｄ（バックラッシ）の短縮化は、上記歯打ち音の発生を抑制する効果があるものの、トルク伝達効率の低下を招くという問題がある。しかしながら、上記構成によれば、その芯間距離Ｄ（バックラッシ）の短縮化制御は、最も歯打ち音の発生する蓋然性の高い状況においてのみ限定的に実行される。その結果、基本的なトルク伝達性能の低下を抑えて良好な操舵フィーリングを維持しつつ、効果的に歯打ち音の発生を抑制することができるようになる。

（４）芯間距離調節機構制御部５６は、パワースペクトルＳpの値が大きいほど、より大きく芯間距離Ｄを縮めるような制御信号を生成する。これにより、その歯打ち音の発生しやすさに応じた芯間距離Ｄの短縮化制御を実行し、良好な操舵フィーリングを維持しつつ高い静粛性を確保することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。
尚、本実施形態と上記第１の実施形態との主たる相違点は、第１及び第２のギヤ間の歯打ち音の発生しやすさを判定する判定手段の構成のみである。このため、説明の便宜上、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付すこととして、その説明を省略する。

本実施形態では、判定手段としてのＥＣＵ２３（マイコン）は、減速機構２４を構成する第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５（の歯）及び第２のギヤとしてのモータギヤ２６（の歯）の速度差を監視する。そして、その速度差に基づいて、第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５（の歯）と第２のギヤとしてのモータギヤ２６（の歯）との間の噛合部分における歯打ち音の発生しやすさを判定する。

即ち、上述のように、減速機構２４に生ずる歯打ち音は、第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５（の歯）と第２のギヤとしてのモータギヤ２６（の歯）との衝突によるものであり、その衝突時における両者の速度差が大きいほど、より大きな歯打ち音が発生する。従って、両者の相対速度を監視することで、歯打ち音の発生しやすさを判定することが可能である。そして、本実施形態では、これにより、操舵系に生ずる振動が歯打ち音（ラトル音）として顕在化する前に、いち早く且つ高精度にその発生を検知して、速やかに抑制を図る構成となっている。

詳述すると、図６に示すように、本実施形態のマイコン６１は、トルクセンサ３１を構成する角度センサ３４ｂ（角度センサ３４ａ，３４ｂのうち、第２シャフト８ｂに設けられたもの、図１参照）により検出されるピニオン角θpを微分することにより、リダクションギヤ２５の回転角速度である第１の角速度としてのピニオン角速度ωpを検出する。

また、マイコン６１は、回転角センサ４４により検出されるモータ回転角θm、即ちモータ軸２１ａに設けられたモータギヤ２６の回転角に基づいて、同モータギヤ２６の回転角をリダクションギヤ２５の回転角、即ちピニオン角θpに換算した換算ピニオン角θp_cnvを演算する。尚、本実施形態のマイコン６１には、回転角変換部６２が設けられており、回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θm（電気角）は、この回転角変換部６２において、換算ピニオン角θp_cnvに変換される。そして、マイコン６１は、この換算ピニオン角θp_cnvを微分することにより、リダクションギヤ２５の回転角速度に換算した場合のモータギヤ２６の回転角速度、即ち第２の角速度としての換算ピニオン角速度ωp_cnvを検出する。

即ち、本実施形態では、第１の角速度検出手段及び第２の角速度検出手段は、マイコン６１（並びに角度センサ３４ｂ及び回転角センサ４４）により構成されている。
このようにして演算された第１の角速度としてのピニオン角速度ωp、及び第２の角速度としての換算ピニオン角速度ωp_cnvは、減算器６３に入力される。そして、本実施形態の芯間距離調節機構制御部６６は、この減算器６３において演算される両者の差分値、即ち角速度差分値Δωp（の絶対値）に基づいて、その歯打ち音の発生しやすさに応じた芯間距離Ｄの短縮化制御を実行するための制御信号を生成する。

即ち、第１のギヤとしてのリダクションギヤ２５（の歯）と第２のギヤとしてのモータギヤ２６（の歯）とが衝突する際の速度差は、上記角速度差分値Δωpの絶対値が大きいほど大となる。つまり、より歯打ち音の発生しやすい状況にあると判定することができる。そして、本実施形態の芯間距離調節機構制御部６６は、図７に示すように、入力される角速度差分値Δωpの絶対値が第１の閾値ωth１以上である場合に、上記芯間距離Ｄの短縮化制御を実行するための制御信号を生成する。

具体的には、角速度差分値Δωpの絶対値が第１の閾値ωth１から第２の閾値ωth２までの領域（ωth１≦Δωp≦ωth２）において、当該角速度差分値Δωpの絶対値が大きいほど、より大きく芯間距離Ｄを縮めるような制御信号を生成する。そして、これにより、その歯打ち音の発生しやすさに応じた芯間距離Ｄの短縮化制御を実行し、良好な操舵フィーリングを維持しつつ高い静粛性を確保する構成となっている。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構を介してモータとステアリングシャフトとが駆動連結される構成を有するものであれば、例えばピニオンシャフトに対してアシスト力を付与する所謂ピニオン型のＥＰＳに適用してもよい。

・上記各実施形態では、モータギヤ２６に当接する偏心円盤５１をモータ５２によって回転駆動することにより芯間距離調節機構５０を構成することとした。しかしながら、芯間距離調節機構の構成はこれに限るものではなく、例えば、ソレノイドを用いる等、その他の構成により具体化してもよい。

・上記各実施形態では、リダクションギヤ２５を第１のギヤとし、モータギヤ２６を第２のギヤとしたが、これを逆転させてもよい。例えば、上記第２の実施形態においては、リダクションギヤ２５の回転角速度であるピニオン角速度ωpを基準（第１の角速度）として、モータギヤ２６の回転角速度をリダクションギヤ２５の回転角速度に換算することにより第２の角速度（換算ピニオン角速度ωp_cnv）を検出した。しかし、これに限らず、モータギヤ２６の回転角速度であるモータ角速度を第１の角速度として、リダクションギヤ２５の回転角速度をモータギヤ２６の回転角速度に換算することにより第２の角速度（換算モータ角速度）を検出する構成としてもよい。

・上記第１の実施形態では、特定周波数抽出手段としての特定周波数抽出部５７は、マイコン４１内に設けられることとした。しかし、これに限らず、マイコン４１の外部、更にはＥＣＵ２３の外部に設ける構成としてもよい。

・上記第１の実施形態では、特定の周波数成分を抽出する対象となる「操舵系の状態を示す信号」として、トルクセンサ３１により検出される操舵トルクτを用いた。しかし、これに限らず、減速機構２４における歯打ち音の発生を助長する振動に対応した特定の周波数を含むような「操舵系の状態を示す信号」であればよく、例えば、ピニオンシャフト１０の回転角を示すピニオン角θpやステアリング２側の回転角である操舵角θs（ハンドル角）を用いてもよい。尚、周波数解析におけるこれら操舵トルクτ、ピニオン角θp、及び操舵角θsの位置づけは、瞬間値ではなく、連続信号としての位置付けであることはいうまでもない。

・上記第２の実施形態では、特に言及しなかったが、角速度差分値Δωpについても、ＲＭＳ演算を実行した後に芯間距離調節機構制御部６６へと入力する構成としてもよい。
・車速Ｖが所定の車速領域にある場合に限定して芯間距離Ｄの短縮化制御を行う構成にしてもよい。即ち、操舵系に振動として残留する逆入力応力の振幅は、転舵輪１２を支承するサスペンションの振動特性に依存し、当該サスペンションに共振が発生する所定の車速領域において増幅される。そして、減速機構２４において発生する歯打ち音もまた、この所定の車速領域において特に顕著となる傾向がある。つまり、逆説的にいえば、車速Ｖが当該所定の車速領域にない場合には、減速機構２４における歯打ち音は特に問題にならない。従って、こうした場合には、芯間距離Ｄの短縮化制御を実行せず、当該所定の車速領域に車速Ｖがある場合に限定して上記アシスト力の低減を行うことにより、操舵フィーリングを損ねることなく、効果的に減速機構２４における歯打ち音の発生を抑制することができる。

・更に、ステアリング操作時には、芯間距離Ｄの短縮化制御を行わない構成としてもよい。即ち、運転者によるステアリング操作が発生している場合には、歯打ち音の抑制よりも、十分なバックラッシを確保してトルク伝達効率を優先することが望ましい。そして、これにより操舵フィーリングを損ねることなく、効果的に減速機構における歯打ち音の発生を抑制することができる。尚、ステアリング操作の推定方法については、操舵角θs、操舵速度、操舵トルクτ、及びヨーレイト等、どのような状態量を用いるものであってもよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想をその効果とともに記載する。
（付記１）請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、車速が所定の車速領域にある場合に限定して、前記芯間距離を縮める制御を実行すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。

（付記２）請求項１〜請求項７、及び上記（付記１）の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、ステアリング操作時には、前記芯間距離を縮める制御を行わないこと、を特徴とする電動パワーステアリング装置。

上記各構成によれば、操舵フィーリングを損ねることなく、効果的に減速機構における歯打ち音の発生を抑制することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 第１の実施形態におけるＥＰＳの制御ブロック図。 芯間距離調節機構の概略構成図。 特定周波数抽出の処理手順を示すフローチャート。 第１の実施形態における芯間距離の短縮化制御の態様を示す説明図。 第２の実施形態におけるＥＣＵ（マイコン）の制御ブロック図。 第２の実施形態における芯間距離の短縮化制御の態様を示す説明図。 トルクセンサの構成を概略的に示す模式図。 減速機構における歯打ち音（ラトル音）の発生メカニズムを示す説明図。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、８…コラムシャフト、８ａ…第１シャフト、８ｂ…第２シャフト、９…インターミディエイトシャフト、１０…ピニオンシャフト、１２…転舵輪、２１…モータ、２１ａ…モータ軸、２２…ＥＰＳアクチュエータ、２３…ＥＣＵ、２４…減速機構、２５…リダクションギヤ、２６…モータギヤ、３１…トルクセンサ、３５…車速センサ、４１，６１…マイコン、４２…駆動回路、５０…芯間距離調節機構、５６，６６…芯間距離調節機構制御部、５７…特定周波数抽出部、６２…回転角変換部、Ｄ…芯間距離、θp…ピニオン角、θs…操舵角、Ｖ…車速、τ…操舵トルク、Ｓp…パワースペクトル、Ｓth１，Ｓth２，ωth１，ωth２…閾値、ωp…ピニオン角速度、θm…モータ回転角、θp_cnv…換算ピニオン角、ωp_cnv…換算ピニオン角速度、Δωp…角速度差分値。

Claims (7)

1. モータを駆動源としてステアリングシャフトを回転駆動することにより操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置を備え、前記モータは、第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構を介して前記ステアリングシャフトに駆動連結された電動パワーステアリング装置であって、
   前記第１及び第２のギヤの芯間距離を調節可能な芯間距離調節機構と、
   前記芯間距離調節機構の作動を制御する制御手段と、
   前記第１及び第２のギヤの噛合部分における歯打ち音の発生しやすさを判定する判定手段とを備え、
   前記制御手段は、前記歯打ち音が発生しやすい状況にあると判定される場合には、前記芯間距離を縮めるべく前記芯間距離調節機構の作動を制御すること、
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記判定手段は、前記操舵系に生ずる振動に関する周波数解析に基づいて、前記歯打ち音の発生しやすさを判定すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵力補助装置の発生するアシスト力は、前記操舵系の状態を示す信号に基づき制御されるとともに、前記操舵系の状態を示す信号から、前記第１及び第２のギヤの噛合部分における歯打ち音の発生を助長する振動に対応した特定の周波数成分を抽出可能な特定周波数抽出手段を備え、前記歯打ち音の発生しやすさは、前記抽出された前記特定の周波数成分の実効値の大きさに示されるものであって、
   前記制御手段は、前記実効値が所定の閾値以上である場合に、前記芯間距離を縮める制御を実行すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵力補助装置の発生するアシスト力は、前記操舵系の状態を示す信号に基づき制御されるとともに、前記操舵系の状態を示す信号から、前記第１及び第２のギヤの噛合部分における歯打ち音の発生を助長する振動に対応した特定の周波数成分を抽出可能な特定周波数抽出手段を備え、前記歯打ち音の発生しやすさは、前記抽出された前記特定の周波数成分の実効値の大きさに示されるものであって、
   前記制御手段は、前記実効値が大きいほど、より大きく前記芯間距離を縮めるべく、前記芯間距離調節機構の作動を制御すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記第１のギヤの回転角速度を第１の角速度として検出する第１の角速度検出手段と、
   前記第２のギヤの回転角速度を前記第１ギヤの回転角速度に換算した第２の角速度として検出する第２の角速度検出手段とを備え、
   前記判定手段は、前記検出される前記第１及び第２の角速度の差分値に基づいて、前記歯打ち音の発生しやすさを判定すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項５に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、前記差分値の絶対値が所定の閾値以上である場合に、前記芯間距離を縮める制御を実行すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
7. 請求項５に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、前記差分値の絶対値が大きいほど、前記アシスト力を大きく低減すべく前記制御すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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