JP2011025913A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を複雑にすることなくラトル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を提供する。
【解決手段】操舵トルクが非操舵相当の所定範囲内にあるときも、制御装置で減速機構の駆動ギヤ５ａに回転トルクを与える。すなわち、従動ギヤ５ｂを駆動するには不十分な微小な回転トルクをモータに生じさせることにより、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間で一方向へのバックラッシュＢＬがない状態とし、かつ、所定時間の経過等の所定の条件で回転トルクの方向を反転させ他方向へのバックラッシュＢＬがない状態に切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載され、操舵トルクに基づいてモータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、モータから減速機構を介して操舵機構へ操舵補助力を伝達する構成となっており、減速機構は、駆動ギヤ及び、これと噛み合う従動ギヤを備えている。ギヤ同士の噛み合い部分には、円滑な噛み合いのため、バックラッシュがある。路面から操舵機構へ周期的な逆入力があったときは、このバックラッシュに起因して、ギヤの歯同士が衝突を繰り返すことにより不快なラトル音を発生する場合がある。特に、ギヤが合成樹脂製ではなく金属製の場合には、大きなラトル音が発生しやすい。このようなラトル音の発生を防止するために、ギヤ周辺に特別な工夫を施した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特開２００８−１８９１７２号公報（図２） 特開２００８−２５４６２４号公報（図１）

しかしながら、上記のような従来の電動パワーステアリング装置では、減速機構やその周辺の構造が複雑化するという問題点がある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、構造を複雑にすることなくラトル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を提供することを目的とする。

（１）本発明は、操舵機構と、前記操舵機構に操舵補助力を付与するモータと、前記モータにより回転駆動される駆動ギヤ及び、前記操舵機構に取り付けられるとともに前記駆動ギヤと噛み合う従動ギヤを有する減速機構と、前記モータを制御する制御装置と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記制御装置は、前記モータが前記操舵補助力を発生しない範囲内で、前記従動ギヤを駆動するには不十分な回転トルクを前記モータに生じさせ、かつ、前記回転トルクの方向を所定の条件で切り替える、ことを特徴とするものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、モータが操舵補助力を発生しない範囲内で、従動ギヤを駆動するには不十分な微小な回転トルクをモータに生じさせることにより、駆動ギヤの歯を従動ギヤの歯に当接させ、駆動ギヤ及び従動ギヤ間で一方向へのバックラッシュがない状態とする。この状態では、路面から逆入力があっても、両ギヤは互いに当接した状態を維持することができるので、ラトル音の発生を抑制することができる。また、その状態のみを単に継続するのではなく、所定の条件で回転トルクの方向を反転させ他方向へのバックラッシュがない状態に切り替えることにより、従動ギヤが徐々に一方向へ回動することを防止する。このようにして、減速機構の構造には手を加えず、制御のみによってラトル音の発生を抑制することができる。

（２）上記電動パワーステアリング装置において、制御装置は、回転トルクを一方向に生じさせた状態で所定時間が経過することにより、回転トルクの方向を反転させ、かつ、当該反転を周期的に行わせるようにしてもよい。
この場合、従動ギヤが徐々に回動することを、周期的な切り替えによって確実に防止することができる。

（３）また、上記（１）又は（２）の電動パワーステアリング装置は舵角を検出する舵角検出装置を備え、制御装置は、操舵トルクが前記所定範囲内の値となった時からの舵角の積算値が設定値に達することにより、前記回転トルクの方向を反転させるようにしてもよい。なお、ここで言う舵角とは、操向車輪の転舵角と対応した角度であり、ステアリングホイールの回転角ではない。
この場合、舵角の積算値が設定値に達することにより、回転トルクの方向を反転させることになるので、運転者が車両を進行させたい方向から実際の車両が左右のいずれかに流れていく現象に歯止めをかけることができる。

（４）また、上記（１）の電動パワーステアリング装置は舵角を検出する舵角検出装置を備え、制御装置は、モータに対して、舵角の中心位置へ向かう回転トルクを生じさせ、舵角が、左右の一方側とみなされる領域から境界値を越えて他方側の値になることにより、回転トルクの方向を反転させるようにしてもよい。
この場合、舵角の中心位置から離れるように従動ギヤが徐々に回動することを抑制し、常に中心位置へ向かわせることができる。

（５）また、上記（４）の電動パワーステアリング装置において、一方側とみなされる領域とは、一方側の領域の他、一方側の領域にあった過去の状態からの継続的事象として中心位置から他方側へ所定範囲のヒステリシス領域にあることを含むものであってもよい。
この場合、中心位置近傍で回転トルクの方向反転が頻繁に行われるハンチングを防止することができる。

（６）また、上記（４）又は（５）の電動パワーステアリング装置において、制御装置は、操舵トルクが所定範囲内の値となった時からの舵角の積算値が設定値に達することにより、回転トルクの方向を反転させるようにしてもよい。
この場合、舵角の積算値が設定値に達することにより、回転トルクの方向を反転させることになるので、運転者が車両を進行させたい方向から実際の車両が左右のいずれかに流れていく現象に歯止めをかけることができる。

（７）また、上記（１）〜（６）のいずれかの電動パワーステアリング装置において、制御装置は、回転トルクの方向反転時及び回転トルクの方向反転を伴う操舵補助動作の開始時に、モータの駆動電流に振動成分を含ませるようにしてもよい。
この場合、バックラッシュが無い方から有る方へ駆動ギヤが反転回動する時の、歯と歯の一発目の打撃音を振動成分によって緩和することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、制御装置による制御によってラトル音の発生を抑制するので、構造を複雑にすることなくラトル音の発生を抑制することができる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化にも寄与する。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 減速機構のギヤの略図（概念図）である。 ＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである（第１実施形態）。 舵角の線図である（第２実施形態）。 ＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである（第２実施形態）。 ＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである（第３実施形態）。 （ａ）は、振動成分を付加しない場合に、駆動ギヤの歯が従動ギヤの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフであり、また、（ｂ）は、振動成分を付加した場合に、駆動ギヤの歯が従動ギヤの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフである。 舵角の変移例を示すグラフである（第４実施形態）。 一例としての舵角の変移に対する積算の概念を示すグラフである（第４実施形態）。 ＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである（第４実施形態）。 操舵トルクと操舵補助力との関係の一例を示すグラフである。

図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。図において、ステアリングホイール１は、第１ステアリングシャフト２と接続されている。第１ステアリングシャフト２は、トーションバー３を介して、第２ステアリングシャフト４と接続されている。第２ステアリングシャフト４には、減速機構５を介して、モータ６の回転による操舵補助力を付与することができる。

減速機構５は、モータ６により回転駆動される駆動ギヤ５ａと、この駆動ギヤ５ａと噛み合い、操舵機構（この例では第２ステアリングシャフト４）に操舵補助力を付与する従動ギヤ５ｂとを有している。ここでは、両ギヤ５ａ，５ｂは金属製であるとする。第２ステアリングシャフト４の下端にはピニオン７が形成されており、このピニオン７が、ラック８と噛み合う。ラック８がその軸方向（紙面の横方向）に動くことにより、操向車輪（一般には前輪）９に転舵角を付与することができる。
上記ステアリングホイール１、第１ステアリングシャフト２、トーションバー３、第２ステアリングシャフト４、ピニオン７及びラック８は、操向車輪９に転舵角を付与する操舵機構１００を構成している。

トーションバー３の捻れ（第１ステアリングシャフト２と第２ステアリングシャフト４との相対回転角度差）すなわち、操舵トルクは、トルク検出装置１０によって検出される。トルク検出装置１０の出力は、制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１２に与えられる。また、第２ステアリングシャフト４の舵角を検出する舵角検出装置１１が設けられており、その出力は、ＥＣＵ１２に与えられる。なお、以下において、舵角とは、舵角検出装置１１の出力を意味する。また、舵角とは、操向車輪９の転舵角と対応した角度でもある。ＥＣＵ１２には、その他、車速センサ１３からの車速信号も入力される。ＥＣＵ１２は、操舵トルクや車速に基づいて必要な操舵補助力を生じさせるべく、モータ６を駆動する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、減速機構５のギヤの略図（概念図）である。なお、ギヤの径、形状、歯数等は、実物に忠実に対応したものではない。例えば車両が直進していて、運転者が操舵をしていないとき、図２（ａ）に示すように、駆動ギヤ５ａと従動ギヤ５ｂとの間で、互いの歯同士が当接せず、駆動ギヤ５ａの歯の両方向にバックラッシュＢＬがある状態となっていることが多い。この状態で、路面から周期的な逆入力が従動ギヤ５ｂに伝わると、従動ギヤ５ｂの歯が繰り返し駆動ギヤ５ａの歯を打撃し、ラトル音が発生する。

そこで、図２（ｂ）に示すように、ＥＣＵ１２は、駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に軽く当接させておく制御を実行するものとする。ここで、「軽く」とは、従動ギヤ５ｂを駆動しない程度であり、従動ギヤ５ｂを駆動するには不十分な微小な回転トルクを時計回りにモータ６に生じさせることにより、このような状態を実現する。すなわち、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間で一方向へのバックラッシュがない状態である。この状態では、駆動ギヤ５ａの回転トルクは、従動ギヤ５ｂを動かすための静摩擦トルクより小さい。

しかしながら、図２（ｂ）において、路面からの影響等により上記静摩擦トルクと同等以上のトルクが従動ギヤ５ｂに対して反時計回り方向に作用すると、従動ギヤ５ｂが同方向に微動することがある。このときの駆動ギヤ５ａは、従動ギヤ５ｂの微動を後押しするか又は、微動した従動ギヤ５ｂを追うように時計回り方向に回動する。このような現象が起きると、徐々に従動ギヤ５ｂが回動し、車両が片寄る可能性がある。そこで、ＥＣＵ１２は、所定の条件でモータ６の回転トルクの方向を反転させ、図２（ｃ）に示す他方向へのバックラッシュがない状態に切り替える制御を行うものとする。以下、このような制御動作に関しての、ＥＣＵ１２の実施形態について説明する。

《第１実施形態》
まず、第１実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。
図３は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ＥＣＵ１２は、制御開始により、まず操舵中か否かの判定を行う（ステップＳ１）。具体的には、ＥＣＵ１２は、トルク検出装置１０の出力に基づいて、運転者による操舵トルクが非操舵相当の所定範囲内にあれば操舵していないと判定し、所定範囲外であれば操舵していると判定する。

上記の非操舵相当の所定範囲内とは、モータ６が操舵補助力を発生しない範囲内、いわゆる制御の不感帯の範囲内である。図１１は、操舵トルク（トルク検出装置１０の出力）と操舵補助力との関係の一例を示すグラフである。操舵トルク（トルク検出装置１０の出力の絶対値）が所定値以下である不感帯の範囲内にあるときは、従動ギヤ５ｂを駆動するような実質的な操舵補助力は発生しない。但し、この不感帯の範囲内において、従動ギヤ５ｂを駆動するには不十分な、微小な回転トルクをモータに生じさせることは可能である。

運転者が操舵していると判定した場合、ＥＣＵ１２は、操舵トルクや車速に基づいて通常演算処理を行い（ステップＳ２）、必要な操舵補助力を発生させるようにモータ６を駆動する（ステップＳ３）。操舵中は、これらのステップＳ１〜Ｓ３によるアシスト制御が繰り返し実行され、必要な操舵補助力がピニオン７に与えられる。

一方、運転者が操舵していないと判定した場合、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ４〜Ｓ９）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４において、このステップＳ４の実行が初回か否か、又は、前回は操舵中であって今回初めて非操舵の状態となったか否かを判定する。ここでは初回であるとして（ステップＳ４でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、ステップＳ７に進み、時間の計測をスタートさせる。次に、ＥＣＵ１２は、所定時間（例えば５秒程度）が経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。最初は当然ながら「ＮＯ」であり、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定を行う（ステップＳ６）。なお、前回から非操舵が継続していて（ステップＳ４でＮＯ）、所定時間が経過していない場合（ステップＳ５でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、微小電流を維持する（ステップＳ６）。

ここで、微小電流とは、前述のように、従動ギヤ５ｂを駆動するには不十分な微小な回転トルクをモータ６に生じさせるための電流である。ＥＣＵ１２は、設定された微小電流でモータ６を駆動し（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持する（ステップＳ３）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｂ）又は（ｃ））。

上記ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ３を繰り返し実行する間に所定時間が経過すると（ステップＳ５の「ＹＥＳ」）、ＥＣＵ１２は、微小電流の符号を逆にして、回転トルクの方向を反転する（ステップＳ８）。そして、ＥＣＵ１２は、時間のリセット・スタートを行い（ステップＳ９）、モータ６を駆動し（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持する（ステップＳ３）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｃ）又は（ｂ））。

以下同様に、非操舵の状態が続く限り、所定時間ごとにモータ６の回転トルクの方向を反転させることによる状態の切り替えが周期的に行われる。駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間でいずれか一方向へのバックラッシュがない状態では、路面から逆入力があっても、両ギヤは互いに当接した状態を維持することができるので、ラトル音の発生を抑制することができる。また、その状態のみを単に継続するのではなく、所定時間ごとに回転トルクの方向を反転させ他方向へのバックラッシュがない状態に切り替えることにより、従動ギヤ５ｂが徐々に一方向へ回動することを防止できる。

また、非操舵から操舵の状態に転じた場合は、ＥＣＵ１２は直ちに、ステップＳ１からステップＳ２に進み、通常の演算処理を行い（ステップＳ２）、モータ６を駆動する（ステップＳ３）。その後、再び操舵から非操舵の状態に転じた場合、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４からステップＳ７に進み、時間のリセット・スタートを行う。以下、同様に、上述の処理が行われる。

このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生を抑制することができる。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル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を提供することができる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構５に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化にも寄与する。

《第２実施形態》
次に、第２実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。
図４は、図１１の不感帯を定義する操舵トルク、すなわち、トーションバー３のねじれ量の範囲内における舵角（舵角検出装置１１の出力値）の変化を説明するための線図である。舵角は、中心位置（０）を中心として左右互いに逆符号（右が正、左が負）で表される。θＮ、−θＮは、後述の処理で使用される境界値である。図５は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３はそれぞれ、図３におけるステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３と同様の処理を行うものであり、説明は省略する。

一方、ステップＳ１１において、運転者が操舵していないと判定した場合、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ１４〜Ｓ２１）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、舵角方向フラグが０：左、１：右のどちらにセットされているかを判定する（ステップＳ１４）。舵角方向フラグとは、直前に、舵角が左右のどちらの領域にあったものと記憶しているかを示す情報である。操舵していない場合の舵角とは、路面からの逆入力により第２ステアリングシャフト４が回転された場合の舵角検出装置１１の出力値である。

ここで、例えば舵角方向フラグが０：左であったとすると、ＥＣＵ１２は、現在の舵角が図４におけるθＮより右にある（大きい）か否かの判定を行う（ステップＳ１５）。そしてＥＣＵ１２は、現在の舵角がθＮより右にあるとき舵角方向フラグに１：右をセットし（ステップＳ１７）、逆にθＮ又はそれより左であれば、舵角方向フラグの変更は行わない。これらのステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１７によれば、舵角が左から中心位置を越えても、θＮを越える右とならなければ、舵角方向フラグは依然として左として扱われ、θＮを越える右となって初めて右として扱われることになる。すなわち、０〜θＮの範囲は、舵角は右の領域ではあるが、左から来たときは舵角フラグが未だ右ではない、として扱われるヒステリシス領域である。

逆に、ステップＳ１４において舵角方向フラグが１：右であったとすると、ＥＣＵ１２は、現在の舵角が図４における−θＮより左にあるか否かの判定を行う（ステップＳ１６）。そしてＥＣＵ１２は、現在の舵角が−θＮより左にあるとき舵角方向フラグに０：左をセットし（ステップＳ１８）、逆に−θＮ又はそれより右であれば、舵角方向フラグの変更は行わない。これらのステップＳ１４，Ｓ１６，Ｓ１８によれば、舵角が右から中心位置を越えても、−θＮを越える左とならなければ、舵角方向フラグは依然として右として扱われ、−θＮを越える左となって初めて左として扱われることになる。すなわち、０〜−θＮの範囲は、舵角は左の領域ではあるが、右から来たときは舵角フラグが未だ左ではない、として扱われるヒステリシス領域である。

次に、ＥＣＵ１２は、上記の処理を経た舵角方向フラグが０：左、１：右のどちらにセットされているかを判定する（ステップＳ１９）。ここで、舵角方向フラグが０：左であれば、ＥＣＵ１２はステップＳ２０において微小電流の設定を行い、かつ、それによる回転トルクの方向が右方向（右操舵の方向）となるように設定した後、モータ６を駆動する（ステップＳ１３）。逆に、ステップＳ１９において、舵角方向フラグが１：右であれば、ＥＣＵ１２はステップＳ２１において微小電流の設定を行い、かつ、それによる回転トルクの方向が左方向（左操舵の方向）となるように設定した後、モータ６を駆動する（ステップＳ１３）。

微小電流によって、微小な回転トルクをモータ６に生じさせることにより、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｂ）又は（ｃ））。また、ヒステリシス領域を越えて左から右へ、又はその逆に舵角が変化すれば、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｃ）又は（ｂ））。
以下同様に、非操舵の状態が続く限り、舵角の変化に応じてモータ６の回転トルクの方向を反転させることによる状態の切り替えが行われ、中心位置へ向かう制御が行われる。

上記のような第２実施形態に係る制御動作によれば、モータ６に対して、舵角の中心位置へ向かう回転トルクを生じさせ、舵角が、左右の一方側とみなされる領域から境界値を越えて他方側の値になることにより、回転トルクの方向を反転させる。これにより、舵角の中心位置から離れるように従動ギヤ５ｂが徐々に回動することを抑制し、常に中心位置へ向かわせることができる。

このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生を抑制することができる。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル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を提供することができる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化にも寄与する。

また、上記の、左右の一方側とみなされる領域とは、一方側の領域の他、一方側の領域にあった過去の状態からの継続的事象（左から右へ来たこと、又は、右から左へ来たこと）として中心位置から他方側へ所定範囲のヒステリシス領域にあることを含むものである。このようなヒステリシス領域の設定により、中心位置近傍で回転トルクの方向反転が頻繁に行われるハンチングを防止することができる。

《第３実施形態》
次に、第３実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。
図６は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ＥＣＵ１２は、制御開始により、まず操舵中か否かの判定を行う（ステップＳ３１）。具体的には、ＥＣＵ１２は、トルク検出装置１０の出力に基づいて、運転者による操舵トルクが非操舵相当の所定範囲内にあれば操舵していないと判定し、所定範囲外であれば操舵していると判定する。

運転者が操舵していると判定した場合、ＥＣＵ１２は、直前の非操舵の状態から操舵の状態に転じたもの否かの判定を行う（ステップＳ３２）。ここでは、とりあえず、直前も操舵の状態であったものとする（ステップＳ３２でＮＯ）。従って、ＥＣＵ１２は、操舵トルクや車速に基づいて通常演算処理を行い（ステップＳ３３）、必要な操舵補助力を発生させるようにモータ６を駆動する（ステップＳ３４）。操舵中は、これらのステップＳ３１〜Ｓ３４によるアシスト制御が繰り返し実行され、必要な操舵補助力がピニオン７に与えられる。

（非操舵時のラトル音抑制）
一方、ステップＳ３１において運転者が操舵していないと判定した場合、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ３７〜Ｓ４２）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３７において、このステップＳ３７の実行が初回か否か、又は、前回は操舵中であって今回初めて非操舵の状態となったか否かを判定する。ここでは初回であるとして（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４０に進み、時間の計測をスタートさせる。次に、ＥＣＵ１２は、所定時間（例えば５秒程度）が経過したか否かを判定する（ステップＳ３８）。最初は当然ながら「ＮＯ」であり、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定を行う（ステップＳ３９）。なお、前回から非操舵が継続していて（ステップＳ３７でＮＯ）、所定時間が経過していない場合（ステップＳ３８でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、微小電流を維持する（ステップＳ３９）。

ここで、微小電流をＩ１とすると、モータ６に指示する駆動電流Ｉ_objは、Ｉ_obj＝Ｉ１となる。ＥＣＵ１２は、この電流でモータ６を駆動し（ステップＳ３４）、ステップＳ３１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３７，Ｓ３８，Ｓ３９を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持する（ステップＳ３４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｂ）又は（ｃ））。

上記ステップＳ３１，Ｓ３７，Ｓ３８，Ｓ３９，Ｓ３４を繰り返し実行する間に所定時間が経過すると（ステップＳ３８の「ＹＥＳ」）、ＥＣＵ１２は、微小電流の符号を逆にして、回転トルクの方向を反転するとともに、振動成分を付与する（ステップＳ４１）。具体的には、Ｉ１を−Ｉ１に置き換える。振動成分Ｉ２_fの周波数は、例えば４０Ｈｚである。すなわち、このときの駆動電流Ｉ_objは、Ｉ１＝−Ｉ１の置換をした上で、
Ｉ_obj＝Ｉ１＋Ｉ２_f ．．．（１）
となる。なお、Ｉ１，Ｉ２の数値例（実効値）を挙げると、Ｉ１＝０．９Ａ、Ｉ２＝０．４Ａである。

そして、ＥＣＵ１２は、時間のリセット・スタートを行い（ステップＳ４２）、モータ６を駆動する（ステップＳ３４）。これにより、モータ６の回転トルクの方向は反転し、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｃ）又は（ｂ））。また、振動成分Ｉ２_fを付加したことにより、駆動ギヤ５ａの歯が振動しながら従動ギヤ５ｂの歯に当接する。これにより、バックラッシュが無い方から有る方へ駆動ギヤ５ａが反転回動する時の、歯と歯の一発目の打撃音を振動成分によって緩和することができる。

その後、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３７，Ｓ３８，Ｓ３９を実行する。ステップＳ３９では、Ｉ_obj＝Ｉ１となり、上記（１）式の右辺から振動成分が取れた形となる。以後、非操舵である限り、Ｉ_obj＝Ｉ１でのモータ駆動を維持する（ステップＳ３４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態（図２の（ｃ）又は（ｂ））を維持する。

以下同様に、非操舵の状態が続く限り、所定時間ごとにモータ６の回転トルクの方向を反転させることによる状態の切り替えが周期的に行われ、第１実施形態と同様に、ラトル音の発生を抑制することができ、また、従動ギヤ５ｂが徐々に一方向へ回動することを防止できる。

（非操舵から操舵へ転じたときのラトル音抑制）
一方、本実施形態では、非操舵の状態から操舵している状態へ転じたときにも、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ３２，Ｓ３５，Ｓ３６）を実行する。すなわち、非操舵の状態から操舵している状態へ転じたときは、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３１からＳ３２へ進み、ここで「ＹＥＳ」の判定によりステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５において、ＥＣＵ１２は、駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に当接させている方向（押し当て方向）と、操舵トルクの方向とが互いに同じか逆かを判定する。この判定は、例えば操舵トルクＴ（トルク検出装置１０の出力値）に、モータ６の直前の駆動電流Ｉ_objを乗じた（Ｔ×Ｉ_obj）の符号に基づいて行うことができる。すなわち、押し当て方向と操舵トルクの方向とが互いに同方向であれば、（Ｔ×Ｉ_obj）の符号は正、逆方向のときは（Ｔ×Ｉ_obj）の符号は負である。

そこで、ＥＣＵ１２は、（Ｔ×Ｉ_obj）≧０であれば、同方向であるとして、ステップＳ３３に進み、通常の演算処理を行う。一方、（Ｔ×Ｉ_obj）＜０であれば、逆方向であるとして、ステップＳ３６を実行する。このステップＳ３６の処理は、前述のステップＳ４１と同一である。これにより、運転者の操舵によって、バックラッシュが無い方から有る方へ駆動ギヤ５ａが反転回動して従動ギヤ５ｂを駆動する時の、歯と歯の一発目の打撃音を振動成分によって緩和することができる。なお、その後操舵が続いても、ステップＳ３２で「ＮＯ」となるので、結果的に、ステップＳ３６の処理は１回だけ行われることになる。

このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生を抑制することができる。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル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を提供することができる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化にも寄与する。
また、バックラッシュが無い方から有る方へ駆動ギヤ５ａが反転回動する時の、歯と歯の一発目の打撃音を振動成分によって緩和することができる。

図７の（ａ）は、上記のような振動成分を付加しない場合に、駆動ギヤ５ａの歯が従動ギヤ５ｂの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフである。また、図７（ｂ）は、上記のような振動成分を付加した場合に、駆動ギヤ５ａの歯が従動ギヤ５ｂの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフである。図７（ａ）、（ｂ）の比較により明らかなように、振動成分を付加することにより音が群発的に発生するが、ピーク値が大幅に下がり、このことが打撃音の緩和をもたらす。
なお、振動周波数に関しては、周波数が低すぎると打撃音低減の効果が弱まり、逆に、周波数が高すぎるとモータ６の作動音が大きくなる。従って、低すぎず、かつ、高すぎずの値として、４０Ｈｚ近傍が好ましい。

《第４実施形態》
次に、第４実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、舵角の変移例を示すグラフである。例えば、第２実施形態の制御動作を行っているとして、図８（ａ）に示すようにヒステリシス領域の範囲内（−θＮ〜θＮ）で舵角が変移しても、回転トルクの方向反転による切り替えは行われない。逆に、図８（ｂ）に示すように、左右の一方向から他方向のヒステリシス領域の境界値を突き抜ける舵角の変化が頻繁に起こると、切り替えが頻繁に行われる。

上記図８（ａ）又は（ｂ）のような舵角の変移は、悪路の走行時に現れやすい。図８（ｂ）の場合は、例えば第１実施形態のように５秒程度で周期的に回転トルクの方向反転による切り替えを行う場合と比べると、切り替えが頻繁に行われる。また、図８（ａ）の場合には、切り替えが行われないまま、車両が道路の左右いずれか一方に片寄りし続ける可能性がある。そこで、本実施形態では、舵角の積算（積分）という概念を導入し、これに基づいて制御動作を行うものとする。

図９は、一例としての舵角の変移に対する積算の概念を示すグラフであり、舵角の積分、すなわち、舵角のプラス側（右側）とマイナス側（左側）でそれぞれ、図示の斜線の面積を積算していく。そして、この積算値が設定値に達すると、回転トルクの方向反転による切り替えを行うものとする。

図１０は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ＥＣＵ１２は、制御開始により、まず操舵中か否かの判定を行う（ステップＳ５１）。具体的には、ＥＣＵ１２は、トルク検出装置１０の出力に基づいて、運転者による操舵トルクが非操舵相当の所定範囲内にあれば操舵していないと判定し、所定範囲外であれば操舵していると判定する。

運転者が操舵していると判定した場合、ＥＣＵ１２は、積算値をリセットする処理（ステップＳ５２）を行ってから、操舵トルクや車速に基づいて通常演算処理を行い（ステップＳ５３）、必要な操舵補助力を発生させるようにモータ６を駆動する（ステップＳ５４）。操舵中は、これらのステップＳ５１〜Ｓ５４によるアシスト制御が繰り返し実行され、必要な操舵補助力がピニオン７に与えられる。

一方、運転者が操舵していないと判定した場合、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ５５〜Ｓ６１）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、舵角の積算を行う（ステップＳ５５）。具体的には、舵角検出装置１１の出力に基づく現在の舵角θ（ｔ）を積算することにより、積算値Ｓ＝Σθ（ｔ）を求める。ここで、ｔは、ステップＳ５５を実行する時刻を意味し、ＥＣＵ１２の処理速度は舵角の変化に比べて速いので、舵角の積算値Ｓが、図９の面積に相当する。ＥＣＵ１２は、舵角のプラス側とマイナス側とでそれぞれ、積算値Ｓｐ、Ｓｍを求める。

続いて、ＥＣＵ１２は、積算値ＳｐまたはＳｍが設定値に到達したか否かを判定する（ステップＳ５６）。積算値ＳｐまたはＳｍが設定値に到達していない場合（ステップＳ５６でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定・維持（最初は設定、２回目以降は維持）を行う（ステップＳ５７）。ここで、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定により駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に押し当てようとする方向が、左右の舵角積算値のうち大きい方の舵角の方向と同じか逆かを判定する（ステップＳ６０）。そして、同じであれば、ステップＳ５４へ進むが、逆の場合は、当該積算値（大きい方）を所定の上限値にとどめる（ステップＳ６１）。すなわち、当該積算値が上限値より小さいときは、当該積算値そのままの値とするが、当該積算値が上限値以上であれば強制的に上限値に設定し、積算値が上限値より大きくなることを阻止する。

次に、ＥＣＵ１２は、設定された微小電流でモータ６を駆動し（ステップＳ５４）、ステップＳ５１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ５５，Ｓ５６，Ｓ５７を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持する（ステップＳ５４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｂ）又は（ｃ））。

上記ステップＳ５１，Ｓ５５，Ｓ５６，Ｓ５７，Ｓ６０，Ｓ５４を繰り返し実行する間に、現在、駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に押し当てている方向の積算値Ｓｐ又はＳｍが設定値に到達すると（ステップＳ５６の「ＹＥＳ」）、ＥＣＵ１２は、微小電流の符号を逆にして、回転トルクの方向を反転する（ステップＳ５８）。そして、ＥＣＵ１２は、積算値Ｓｐ及びＳｍのリセットを行い（ステップＳ５９）、モータ６を駆動し（ステップＳ５４）、ステップＳ５１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ５５，Ｓ５６，Ｓ５７を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持する（ステップＳ５４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２の（ｃ）又は（ｂ））。

以下同様に、非操舵の状態が続く限り、駆動ギヤ５ａの押し当て方向の積算値Ｓｐ又はＳｍが設定値に到達するごとにモータ６の回転トルクの方向を反転させる。これにより、バックラッシュがない状態が、一方向及び他方向の間で、切り替えられる。こうして、ラトル音の発生を抑制し、また、従動ギヤ５ｂが徐々に一方向へ回動することを防止できる。

また、非操舵から操舵の状態に転じた場合は、ＥＣＵ１２は直ちに、ステップＳ５１からステップＳ５２に進み、積算値をリセットした後、通常の演算処理を行い（ステップＳ５３）、モータ６を駆動する（ステップＳ５４）。その後、再び操舵から非操舵の状態に転じた場合、ＥＣＵ１２は、ステップＳ５１からステップＳ５５に進み、舵角の積算を開始する。以下、同様に、上述の処理が行われる。

なお、例えば路面の傾き（道路幅方向への傾き）がある場合には、駆動ギヤ５ａの押し当て方向とは逆方向へ舵角が積算されていく、という現象が発生する。この場合は、当該逆方向への積算値が設定値に到達しても、押し当ての方向とは異なるため方向反転の対象とはならない。そこで、この場合には、前述のように、積算値を所定の上限値にとどめるものとする（ステップＳ６１）。すなわち、押し当て方向が、左右の舵角積算値のうち優勢な方の舵角の方向と逆である、という状態が続く場合は、方向反転は行われない。

このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生を抑制することができる。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル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を提供することができる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化にも寄与する。
また、舵角の積算値が設定値に達することにより、回転トルクの方向を反転させることになるので、運転者が車両を進行させたい方向から実際の車両が左右のいずれかに流れていく現象に歯止めをかけることができる。

《その他》
なお、上記各実施形態における制御動作は、回転トルクの方向反転を、何を条件として行うかという点で互いに異なっており、第１、第３実施形態では時間経過、第２実施形態では舵角が中心位置を越えて左右変化を生じること、第４実施形態では舵角の積算値が設定値に達すること、である。これらの条件は、任意に組み合わせてもよく、その場合にはいずれか最初に成立した条件で方向反転することができる。また、第３実施形態における振動成分の付加は、第２、第４実施形態でも適用可能である。

なお、図１の構成は、減速機構５から第２ステアリングシャフト４及びピニオン７に操舵補助力を付与するピニオンアシストの構成であるが、減速機構５からラック８に操舵補助力を付与するラックアシストの構成であっても、上記と同様の制御を適用することができる。

５：減速機構、５ａ：駆動ギヤ、５ｂ：従動ギヤ、６：モータ、１１：舵角検出装置、
１２：ＥＣＵ（制御装置）、１００：操舵機構、ＢＬ：バックラッシュ

Claims (7)

1. 操舵機構と、
   前記操舵機構に操舵補助力を付与するモータと、
   前記モータにより回転駆動される駆動ギヤ及び、前記操舵機構に取り付けられるとともに前記駆動ギヤと噛み合う従動ギヤを有する減速機構と、
   前記モータを制御する制御装置と、
   を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御装置は、前記モータが前記操舵補助力を発生しない範囲内で、前記従動ギヤを駆動するには不十分な回転トルクを前記モータに生じさせ、かつ、前記回転トルクの方向を所定の条件で切り替える、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御装置は、前記回転トルクを一方向に生じさせた状態で所定時間が経過することにより、前記回転トルクの方向を反転させ、かつ、当該反転を周期的に行わせる請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 舵角を検出する舵角検出装置を備え、
   前記制御装置は、操舵トルクが前記所定範囲内の値となった時からの舵角の積算値が設定値に達することにより、前記回転トルクの方向を反転させる請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 舵角を検出する舵角検出装置を備え、
   前記制御装置は、前記モータに対して、舵角の中心位置へ向かう回転トルクを生じさせ、舵角が、左右の一方側とみなされる領域から境界値を越えて他方側の値になることにより、前記回転トルクの方向を反転させる請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記一方側とみなされる領域とは、一方側の領域の他、一方側の領域にあった過去の状態からの継続的事象として前記中心位置から他方側へ所定範囲のヒステリシス領域にあることを含む請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御装置は、操舵トルクが前記所定範囲内の値となった時からの舵角の積算値が設定値に達することにより、前記回転トルクの方向を反転させる請求項４又は５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記制御装置は、前記回転トルクの方向反転時及び回転トルクの方向反転を伴う操舵補助動作の開始時に、前記モータの駆動電流に振動成分を含ませる請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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