JP2011218896A - 伝達比可変装置及び車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷状態におけるロック作動時においても良好な操舵フィーリングを維持することのできる伝達比可変装置を提供すること。
【解決手段】ＥＣＵは、モータの負荷状態を判定する負荷判定手段としての機能を備える。そして、モータが高負荷状態にあると判定された場合には、その負荷トルクに抗する方向にモータを駆動した後の回転位置において、ロックレバー３３をロックホルダ３２の係合溝３１に係合、詳しくは、その深溝３１ｂに嵌合させるべく、モータ及びロック装置の作動を制御する（抗負荷トルクロック制御）。
【選択図】図７

Description

本発明は、駆動源であるモータの回転を拘束することにより入力軸と出力軸との間の相対回転を規制可能なロック装置を備えた伝達比可変装置及び車両用操舵装置に関するものである。

従来、入力軸の回転を出力軸に伝達するとともにモータの回転を減速して前記出力軸に伝達可能な差動機構を用いた伝達比可変装置がある。そして、このような伝達比可変装置をステアリングシャフトの途中に設けることで、そのステアリングと転舵輪との間の伝達比を任意に変更可能な車両用操舵装置を形成することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、通常、このような伝達比可変装置には、駆動源であるモータの回転を拘束することにより、その入力軸と出力軸との間の相対回転を規制するロック装置が設けられている。例えば、特許文献１に記載の伝達比可変装置において、ロック装置は、モータ軸と一体に設けられたロックホルダと、同ロックホルダの周面に形成された複数の係合溝の何れかと係合することにより該ロックホルダを拘束可能なロックレバーとを備えて構成されている。尚、このロック装置では、各係合溝には、その周方向端部の一方に深溝が形成されており、ロックレバーは、その係合部が同深溝と嵌合することにより係合溝と係合するようになっている。そして、イグニッションオフ時、或いはシステムに何らかの異常が発生した場合等、伝達比可変制御の終了時には、このロック装置を作動させて入力軸及び出力軸間の相対回転を規制することにより、その伝達比を固定することが可能となっている。

具体的には、例えば、特許文献２には、モータの負荷状態を判定し、高負荷状態にあると判定した場合には、ロック装置を作動させる構成が開示されている。即ち、操舵系に過大なトルクが入力されることにより、伝達比可変装置の駆動源を構成するモータには、大きな負荷がかかることになる。尚、このような高負荷状態が発生する状況としては、特許文献２に記載のある転舵輪に対する逆入力印加時の他、その最大舵角（ステアリングエンド）を超えてステアリング操作が行われた場合等が挙げられる。そして、その負荷トルクによりモータ回転が規制されることで、制御上の位置偏差が拡大し、その結果、本来あるべき舵角から実際の舵角がずれてしまう可能性がある。そこで、こうした高負荷状態にある場合には、ロック装置を作動させてその伝達比を固定する。そして、これにより、上記のような舵角異常の発生を回避するとともに、併せて、その負荷により生ずるモータの過熱を抑制する構成になっている。

特開２００３−３２０９４５号公報 特許第３５３９４６８号公報

ところで、通常、このようなロック装置の作動による伝達比の固定、つまりモータ軸の拘束は、そのロックレバーの係合部をロックホルダに形成された各係合溝の何れかに挿入した後、モータトルクを徐々に低減（徐減）することにより行われる。即ち、モータトルクの減少によって同モータは負荷トルクに順じて回転するようになり、係合溝に挿入されたロックレバーの係合部は、そのモータ回転に基づいて、係合溝内を相対移動する。そして、その相対移動により、同係合部が深溝に嵌合し、ロックレバーとロックホルダとが係合することによって、モータ軸の回転が拘束されるようになっている。

しかしながら、上記のような高負荷状態でのロック作動時、とりわけ、その負荷トルクが運転者のステアリング操作によるものである場合には、こうしたロックレバーとロックホルダとを係合させるために行うモータトルクの徐減が、その操舵フィーリングの低下を招く要因となるおそれがある。

即ち、モータトルクが負荷トルクを下回り、当該負荷トルクに順ずる方向にモータが回転することで、ステアリングは、そのステアリング操作の方向、即ち切り込み方向に回転する。そして、運転者は、そのステアリングに入力する操舵トルクが大きいほど、こうした抵抗力（手応え）の減少を伴う切り込みを「所謂抜け感」と捉えやすい傾向があり、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、高負荷状態におけるロック作動時においても良好な操舵フィーリングを維持することのできる伝達比可変装置及び車両用操舵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、入力軸の回転を出力軸に伝達するとともにモータの回転を減速して前記出力軸に伝達する差動機構と、モータ軸を拘束することにより前記入力軸と前記出力軸との相対回転を規制可能なロック装置と、駆動電力の供給を通じて前記モータ及び前記ロック装置の作動を制御する制御手段とを備えるとともに、前記ロック装置は、前記モータ軸と一体に設けられたロックホルダと、前記ロックホルダの周面に形成された複数の係合溝の何れかと係合することにより該ロックホルダを拘束可能なロックレバーとを備えてなる伝達比可変装置であって、前記モータの負荷状態を判定する負荷判定手段を備え、前記制御手段は、前記モータが高負荷状態にあると判定された場合には、その負荷トルクに抗する方向に該モータを駆動した後の回転位置において前記係合溝に前記ロックレバーを係合させるべく、前記モータ及び前記ロック装置の作動を制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、高負荷状態でのロック作動時、その負荷トルクが運転者のステアリング操作によるものであっても、抵抗力（手応え）の減少を伴うようなステアリングの回転は生じない。その結果、「抜け感」を抑えて良好な操舵フィーリングを維持することができる。加えて、モータ回転（回転角速度）を制御下においた状態で係合溝にロックレバーを係合させることにより、両者の衝突音を抑えて静粛性の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記各係合溝には、その周方向端部の一方に深溝が形成されるとともに、前記ロックレバーは、その係合部が前記深溝と嵌合することにより、前記係合溝と係合するものであって、前記ロックレバーの係合部に対応する位置を基準とした前記ロックホルダの回転位置を検出する検出手段を備え、前記制御手段は、その基準位置に何れかの前記係合溝があり且つ該係合溝の前記深溝が前記基準位置よりも抗負荷トルク側に位置する場合には、その前記基準位置にある係合溝に前記係合部を挿入した後、前記負荷トルクに抗する方向に前記モータを駆動すること、を要旨とする。

即ち、挿入時に生ずる係合部の当接音を低減する観点では、その挿入後、モータを回転させることにより当該係合部を深溝に嵌合させることが望ましい。しかしながら、構造上、その深溝が、必ずしも、負荷トルクに抗したモータ駆動により嵌合可能な位置、即ち係合部に対応する基準位置よりも抗負荷トルク側にあるとは限らない。この点、上記構成のように、ロックレバーの係合部に対応する基準位置と上記深溝との位置関係に基づいて、ロック作動及びモータ駆動を実行することにより、高い静粛性を確保しつつ、その負荷トルクに抗する方向にモータを駆動した後の回転位置において、確実にロックレバーをロックホルダの係合溝に係合させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記基準位置よりも抗負荷トルク側に位置する前記深溝の手前に前記各係合溝間に形成された山部が存在する場合には、前記基準位置に前記深溝が位置するまで前記負荷トルクに抗する方向に前記モータを駆動した後、前記係合部を挿入すること、を要旨とする。

上記構成によれば、ロックホルダの回転位置に依らず、その負荷トルクに抗する方向にモータを駆動した後の回転位置において、確実にロックレバーをロックホルダの係合溝に係合させることができる。

請求項４に記載の発明は、前記負荷トルクに抗したモータ駆動を実行する余裕があるか否かを判定する余裕判定手段を備え、前記制御手段は、前記余裕がある場合にのみ、その前記負荷トルクに抗したモータ駆動を実行すること、を要旨とする。

上記構成によれば、モータに過度の負荷をかけることなく、その負荷トルクに抗する方向にモータを駆動した後の回転位置においてロックレバーをロックホルダの係合溝に係合させる抗負荷トルクロック制御を実行することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置であること、を要旨とする。
上記構成によれば、高負荷状態におけるロック作動時においても良好な操舵フィーリングを維持することができる。

本発明によれば、高負荷状態におけるロック作動時においても良好な操舵フィーリングを維持することが可能な伝達比可変装置及び車両用操舵装置を提供することができる。

車両用操舵装置の概略構成図。 伝達比可変装置の概略構成図。 ロック装置の概略構成図。 車両用操舵装置の制御ブロック図。 高負荷状態におけるロック制御の処理手順を示すフローチャート。 抗負荷トルクロック制御の処理手順を示すフローチャート。 抗負荷トルク側に深溝がある場合の説明図。 係合部の挿入後に抗負荷トルクモータ駆動を行う場合の処理手順を示すフローチャート。 順負荷トルク側に深溝がある場合の説明図。 抗負荷トルクモータ駆動後に係合部の挿入を行う場合の処理手順を示すフローチャート。 基準位置に山部がある場合の説明図。 別例の高負荷状態におけるロック制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明を伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両用操舵装置１の概略構成図である。同図に示すように、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＆ピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。そして、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＆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。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、ステアリング２側から順に、コラムシャフト、インターミディエイトシャフト、及びピニオンシャフトの三本の軸部材を連結してなる周知の構成を有している。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を介してナックル（図示略）に伝達されることにより、転舵輪６の舵角、即ち車両の進行方向が変更されるようになっている。

尚、本実施形態の車両用操舵装置１は、所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）であり、詳しくは、その駆動源であるモータ７が上記ラック軸５と同軸に配置されたラック同軸型のＥＰＳである。そして、そのモータトルクをボール螺子機構（図示略）により軸方向の押圧力に変換してラック軸５に伝達することにより、操舵系にアシスト力を付与する構成となっている。

また、本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２（の舵角）と転舵輪６（の舵角）との間の伝達比（ギヤ比）を可変すべく操舵系の途中に設けられた伝達比可変装置８と、該伝達比可変装置８の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ９とを備えている。

詳述すると、本実施形態では、伝達比可変装置８は、ステアリングシャフト３を構成するインターミディエイトシャフト３ａに設けられている。本実施形態のインターミディエイトシャフト３ａは、ステアリング２側（同図中、上側）に位置する第１シャフト１０とラック軸５側（同図中、下側）に位置する第２シャフト１１とからなる。そして、伝達比可変装置８は、これら第１シャフト１０及び第２シャフト１１を連結する差動機構１２と、該差動機構１２を駆動するモータ１３とを備えて構成されている。

即ち、本実施形態の伝達比可変装置８は、ステアリング操作に伴う第１シャフト１０の回転に、モータ駆動に基づく回転を上乗せして第２シャフト１１に伝達する。そして、そのラック＆ピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）することにより、ステアリング２と転舵輪６との間の伝達比を任意に変更することが可能となっている。

尚、本実施形態では、モータ１３には、ブラシレスモータが採用されている。そして、ＥＣＵ９は、駆動電力の供給を通じて同モータ１３の回転を制御することにより、この伝達比可変装置８の作動を制御する（伝達比可変制御）。

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態の伝達比可変装置８は、略有底筒状に形成されたハウジング１４を有しており、モータ１３は、その回転軸であるモータ軸１３ａとハウジング１４とが同軸になるように同ハウジング１４内に固定されている。そして、ハウジング１４は、その上壁部１４ａに設けられた連結部１５が第１シャフト１０とスプライン嵌合されている。

本実施形態では、差動機構１２には、同軸に並置された一対のサーキュラスプライン２１，２２、及びこれら両スプラインの内側において該各スプラインと噛合されるフレクスプライン２３、並びにその噛合部を回転させる波動発生器２４からなる周知の波動歯車機構が採用されている。

サーキュラスプライン２１は、ハウジング１４と同軸となるように同ハウジング１４に固定されており、他方のサーキュラスプライン２２は、連結部材２５を介して第２シャフト１１と同軸に連結されている。各サーキュラスプライン２１，２２には、互いに異なる歯数が設定されており、フレクスプライン２３は、楕円状に撓められた状態でこれら各ギヤの内側に配置されることにより、その外歯が該各ギヤの内歯とそれぞれ部分的に噛合されている。そして、ハウジング１４とともにサーキュラスプライン２１が回転し、そのサーキュラスプライン２１の回転がフレクスプライン２３を介してサーキュラスプライン２２に伝達されることにより、ステアリング操作に伴う第１シャフト１０の回転が第２シャフト１１に伝達されるようになっている。

波動発生器２４は、上記サーキュラスプライン２１，２２及びフレクスプライン２３の内側に配置されている。波動発生器２４は、モータ軸１３ａに連結されており、モータ軸１３ａの回転に伴いフレクスプライン２３の内側を回転することで、上記撓められたフレクスプライン２３の楕円形状、即ちサーキュラスプライン２１，２２との噛合部を回転させる。そして、サーキュラスプライン２１とサーキュラスプライン２２との間の歯数差に基づいて、サーキュラスプライン２２が回転することにより、モータ軸１３ａの回転が減速されて第２シャフト１１に伝達されるようになっている。

尚、本実施形態では、ハウジング１４の上壁部１４ａにスパイラルケーブル装置２７が設けられており、モータ１３及び後述するロック装置３０のソレノイド３７は、このスパイラルケーブル装置２７により、所定の回転範囲（許容回転範囲）において、ＥＣＵ９と電気的に接続されるようになっている。

また、本実施形態の伝達比可変装置８には、モータ軸１３ａ（の回転）を拘束することにより第１シャフト１０と第２シャフト１１との相対回転を規制可能なロック装置３０が設けられている。そして、このロック装置３０の作動により、必要に応じて、その伝達比を機械的に固定することが可能となっている。

詳述すると、図３に示すように、ロック装置３０は、モータ軸１３ａの一端に相対回転不能に固定されるとともに周面３２ａに複数の係合溝３１が凹設されたロックホルダ３２と、その係合溝３１に係合することによりロックホルダ３２（の回転）を拘束可能なロックレバー３３とを備えてなる。

本実施形態では、環状に形成されたロックホルダ３２は、モータ軸１３ａの一端（第１シャフト１０側の軸方向端部）において同モータ軸１３ａと同軸に固定されている（図２参照）。そして、各係合溝３１は、ロックホルダ３２の周面３２ａにおいて、等間隔（９０°間隔）で４箇所に形成されている。尚、本実施形態では、各係合溝３１は、周方向に延びる浅溝３１ａと、当該浅溝３１ａ内における周方向端部の一方に設けられた深溝３１ｂとにより構成されている。そして、隣り合う二つの係合溝３１の間には、見かけ上、径方向外側に突出する山部３４が形成されている。

一方、本実施形態のロックレバー３３は、長尺状に形成されている。そして、同ロックレバー３３は、上記ロックホルダ３２の径方向外側において、回動可能にハウジング１４内に軸支されている。

具体的には、ハウジング１４に固定されたモータハウジングの一端には、モータ軸１３ａの軸線方向に沿って延びる回動軸３５が設けられており（図２参照）、ロックレバー３３は、この回動軸３５に軸支されることより、ロックホルダ３２と対向する位置（ロックホルダ３２の回転平面と略同一の平面上）において回動可能に支承されている。

また、本実施形態では、ロックレバー３３の端部（先端）には、ロックホルダ３２の周面３２ａに向かって突出する係合部３３ａが形成されている。そして、ロックレバー３３は、その回動により、係合部３３ａがロックホルダ３２の周面３２ａに当接し、該周面３２ａに形成された係合溝３１と係合（最終的には、その深溝３１ｂと嵌合）することにより、同ロックホルダ３２の回転、即ちモータ軸１３ａの回転を拘束することが可能となっている。

更に、本実施形態のロック装置３０では、ロックレバー３３は、バネ部材３６（実際には捻りコイルバネを用いるが図中はその機能のみを概念的に図示）の弾性力により、その係合部３３ａがロックホルダ３２側に向かって回動するように付勢されている。そして、その回動軸３５を挟んで上記係合部３３ａと反対側の端部、ロック装置３０の駆動源であるソレノイド３７が連結されている。

即ち、本実施形態のロック装置３０は、非ロック作動時には、ソレノイド３７に対する通電により、そのプランジャ３７ａが内部に引き込まれることで、上記ロックレバー３３の係合部３３ａがロックホルダ３２から離間した位置に保持されるようになっている。また、ロック作動時には、ソレノイド３７への通電を停止することにより、ロックレバー３３をリリースする。即ち、バネ部材３６の弾性力によりロックレバー３３を回動させて、その係合部３３ａをロックホルダ３２に当接、詳しくは係合溝３１に挿入する。そして、これにより、これらロックレバー３３の係合部３３ａとロックホルダ３２の係合溝３１とが係合することで、同ロックホルダ３２を拘束する構成となっている。

次に、本実施形態の車両用操舵装置の電気的構成及び制御態様について説明する。
図１に示すように、本実施形態のＥＣＵ９には、ステアリングセンサ（操舵角センサ）３８により検出された操舵角θs、及び車速センサ３９により検出された車速Ｖが入力されるようになっている。そして、ＥＣＵ９は、これら操舵角θs及び車速Ｖに基づいてモータ１３の回転を制御することにより伝達比可変装置８の作動、即ち伝達比可変制御を実行する。

詳述すると、図４に示すように、ＥＣＵ９は、モータ制御信号を出力するマイコン４０と、モータ制御信号に基づいてモータ１３に駆動電力を供給する駆動回路４１とを備えている。尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン４０が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

マイコン４０は、ギヤ比可変制御演算部４３を備えており、同ギヤ比可変制御演算部４３は、操舵角θs及び車速Ｖに基づいて、その伝達可変制御の基礎成分となるギヤ比可変指令角θgr*を演算する。また、本実施形態のマイコン４０は、微分ステア制御演算部４４を備えており、同微分ステア制御演算部４４は、操舵速度ωs及び車速Ｖに基づいて、そのステアリング操作に対する車両の応答性を向上させるための制御成分として微分ステア指令角θls*を演算する。そして、本実施形態のマイコン４０は、これらギヤ比可変指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*を加算器４５に入力することにより、伝達比可変制御の制御目標値となるＡＣＴ指令角θta*を演算する。

また、マイコン４０には、回転角センサ４６により検出されるモータ回転角θmが入力されるとともに、同モータ回転角θmに基づいて、伝達比可変装置８の実際の制御量であるＡＣＴ角θtaを演算するＡＣＴ角演算部４７が設けられている。そして、本実施形態のマイコン４０は、その制御目標値である上記ＡＣＴ指令角θta*に実際の制御量であるＡＣＴ角θtaを追従させるべく、位置フィードバック制御を実行することにより、上記駆動回路４１に出力するモータ制御信号を生成する。

即ち、マイコン４０は、ＡＣＴ指令角θta*及びＡＣＴ角θtaを減算器４８に入力することにより両者のＡＣＴ角偏差Δθtaを演算し、更にそのＡＣＴ角偏差Δθtaを位置制御演算部４９に入力することにより位置制御量εを演算する。具体的には、位置制御演算部４９は、入力されるＡＣＴ角偏差Δθtaにフィードバックゲインを乗ずることにより、当該ＡＣＴ角偏差Δθta（の絶対値）が大きいほど、より大きな絶対値を有する位置制御量εを演算する。そして、マイコン４０は、この位置制御量εに基づきモータ制御信号出力部５０が生成するモータ制御信号を上記駆動回路４１に出力する構成となっている。

具体的には、本実施形態の駆動回路４１には、一対のスイッチング素子を直列に接続してなるスイッチングアームをモータ１３の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に対応して三列並列に接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。そして、マイコン４０の出力するモータ制御信号は、この駆動回路４１のＤｕｔｙ、詳しくは、当該駆動回路４１を構成する各相スイッチングアームのＤｕｔｙ（上段側スイッチング素子のオンＤｕｔｙ）を規定するものとなっている。

即ち、上記モータ制御信号出力部５０には、位置制御演算部４９の出力する位置制御量εとともに、モータ回転角θm（電気角）が入力されるようになっており、同モータ制御信号出力部５０は、そのモータ回転角θmに基づいて、各相モータコイルに対する通電パターンを決定する。そして、位置フィードバック制御の実行に得られた位置制御量ε（の絶対値）が大きいほど、駆動回路のＤｕｔｙが大となるようなモータ制御信号を生成する。

また、本実施形態のＥＣＵ９は、上記モータ駆動用の駆動回路４１に加え、ロック制御用、即ちロック装置３０の駆動源であるソレノイド３７に駆動電力を供給するための駆動回路５１を備えている。そして、本実施形態のロック装置３０は、この駆動回路５１がソレノイド３７に対する電力供給をオン／オフすることにより、その作動が制御されるようになっている。

詳述すると、本実施形態のマイコン４０は、ロック制御部５２を備えている。そして、同マイコン４０は、このロック制御部５２が生成するロック制御信号を出力することにより、上記駆動回路５１の作動を制御する。

具体的には、本実施形態のロック制御部５２には、ＩＧオン／オフ信号Ｓ_ig、伝達比可変装置８の異常を示す異常信号Ｓ_tr、及び電源電圧Ｖb等の他、駆動回路４１に通電される電流値Ｉb、モータ回転角θm及びモータ回転角速度ωm、並びにモータ制御信号に示される駆動回路４１のＤｕｔｙが入力される。尚、本実施形態では、上記駆動回路４１の電流値Ｉbは、上記駆動回路４１の電源線に設けられた電流センサ５３により検出される。そして、ロック制御部５２は、その入力される各種の状態量及び制御信号に基づいて、ロック装置３０を作動させるか否かを判定し、及びその判定結果に基づくロック制御信号を生成する。

また、本実施形態の駆動回路５１は、スイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴ）により構成されており、上記ロック制御信号は、そのオンＤｕｔｙを示すものとなっている。即ち、ロック作動時、ロック制御部５２は、そのロック制御信号として「Ｄｕｔｙ＝０」を生成する。そして、これにより、ソレノイド３７に対する電力供給が停止し、ロックホルダ３２に対してロックレバー３３がリリースされることにより、ロック装置３０がロック作動する構成となっている。

また、本実施形態のロック制御部５２は、上記モータ制御信号出力部５０に対し、ロック作動時駆動信号Ｓ_ldを出力する。そして、モータ制御信号出力部５０は、そのロック作動時駆動信号Ｓ_ldに基づいて、より円滑に上記ロック装置３０がロック作動するように、そのロック作動と協調したモータ駆動を行うようなモータ制御信号を生成する。

具体的には、本実施形態のモータ制御信号出力部５０は、上記ロック作動時駆動信号Ｓ_ldに基づいて、そのモータ制御信号として出力する駆動回路４１のＤｕｔｙを増減する。即ち、Ｄｕｔｙを増大させることによりモータトルクは増大し、Ｄｕｔｙを低減することによりモータトルクは減少する。そして、本実施形態のＥＣＵ９は、これを利用して、ロック装置３０のロック作動と協調したモータ駆動を実行する。

例えば、通常状態からのロック作動時（ＩＧオフ時等）、ロック制御部５２は、ロック装置３０のロック作動後、モータトルクを徐々に低減すべき旨のロック作動時駆動信号Ｓ_ldを出力し、モータ制御信号出力部５０は、同ロック作動時駆動信号Ｓ_ldに基づいて、そのモータ制御信号として出力する駆動回路４１のＤｕｔｙを低減する。そして、本実施形態では、これにより、確実且つ円滑に、ロックレバー３３の係合部３３ａとロックホルダ３２の係合溝３１とを係合させることが可能となっている。

（高負荷時のロック制御）
次に、本実施形態における高負荷時のロック制御について説明する。
本実施形態では、上記のようなロック装置３０を作動させて伝達比を固定すべき状況として、伝達比可変装置８の駆動源である「モータ１３が高負荷状態となった場合」が設定されている。

詳述すると、本実施形態では、上記ロック制御部５２には、モータ１３の負荷状態を判定する負荷判定手段としての機能が備えられている。具体的には、本実施形態のロック制御部５２は、モータ制御信号出力部５０がモータ制御信号として出力する駆動回路４１のＤｕｔｙを監視することにより、モータ１３の負荷状態を判定する。尚、本実施形態では、このＤｕｔｙの監視による負荷状態判定は、Ｄｕｔｙの大きさとその継続時間との関係に基づいて実行される。即ち、モータ制御信号出力部５０が実行するＤｕｔｙ制限（ガード処理）に設定された上限値近傍の高いＤｕｔｙが継続する場合には、短時間で高負荷状態と判定され、反対に、Ｄｕｔｙが極端に高い値ではなくとも、その高い状態が長時間に亘って継続する場合には、高負荷状態と判定される。そして、本実施形態のロック制御部５２は、この負荷判定により、モータ１３が高負荷状態にあると判定した場合には、ロック装置３０をロック作動させるべくロック制御信号を出力し、及びそのロック作動と協調したモータ駆動を行うべくロック作動時駆動信号Ｓ_ldを出力する。

ここで、上述のように、高負荷状態でのロック作動時、とりわけ、その負荷トルクが運転者のステアリング操作によるものである場合には、モータトルクの減少によりモータ１３が負荷トルクに順ずる方向に回転することで、ステアリング２もまた、そのステアリング操作の方向、即ち切り込み方向に回転する。そして、運転者は、こうした抵抗力（手応え）の減少を伴う切り込みを「所謂抜け感」と捉えやすい傾向があることから、上記のようなロックレバー３３の係合部３３ａとロックホルダ３２の係合溝３１とを確実に係合させるために行うモータトルクの徐減が、その操舵フィーリングの低下を招く要因となるおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態のＥＣＵ９は、こうした高負荷状態でのロック作動時には、その負荷トルクに抗する方向にモータ１３を駆動した後の回転位置において、ロックレバー３３をロックホルダ３２の係合溝３１に係合、詳しくは、その深溝３１ｂに嵌合させるべく、モータ１３及びロック装置３０の作動を制御する（抗負荷トルクロック制御）。

詳述すると、図５のフローチャートに示すように、本実施形態のＥＣＵ９（ロック制御部５２）は、その負荷判定の実行（ステップ１０１）により、高負荷状態にあると判定した場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、続いて上記のような負荷トルクに抗したモータ駆動を実行する余裕があるか否かの余裕判定を実行する（ステップ１０３）。そして、その余裕判定の実行により、余裕があると判定した場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）にのみ、上記抗負荷トルクロック制御を実行し（ステップ１０５）、余裕のない場合（ステップ１０４：ＮＯ）には、ロック装置３０のロック作動後、モータトルクを徐々に低減する通常のロック制御を実行する（ステップ１０６）。尚、ステップ１０２において、高負荷状態にはないと判定した場合（ステップ１０２：ＮＯ）、ステップ１０３以降の処理は実行されない。

さらに詳述すると、本実施形態のＥＣＵ９において、ロック制御部５２は、電源電圧Ｖb、駆動回路４１のＤｕｔｙ、及び同駆動回路４１に通電される電流値Ｉbに基づいて、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmを演算する。そして、そのモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmに基づいて、次の二式を用いた周知の温度推定を実行することにより、モータ巻線温度Ｔmを検出する。

Ｖm＝Ｒm×Ｉm＋Ｋe×ωm ・・・（１）
Ｒm＝Ｒref＋ｃ（Ｔm−Ｔref） ・・・（２）
（但し、Ｖm：モータ電圧、Ｉm：モータ電流、Ｒm：モータ巻線抵抗、Ｋe：逆起電圧定数、Ｔref：リファレンス温度、Ｒref：リファレンス温度におけるモータ巻線抵抗、ｃ：温度定数）
そして、余裕判定手段としてのロック制御部５２は、この推定演算により検出されるモータ巻線温度Ｔmを監視し、その更なる上昇を許容する余地があるか否かに基づいて、上記の余裕判定を実行する構成となっている。

また、本実施形態のモータ制御信号出力部５０は、上記抗負荷トルクロック制御の実行時においてロック制御部５２から入力されるロック作動時駆動信号Ｓ_ldに対して、そのモータ制御信号を生成する際のＤｕｔｙ制限を解除することにより、同ロック作動時駆動信号Ｓ_ldに示される負荷トルクに抗したモータ駆動を実行する。

即ち、上記のように、高負荷状態と判定される状況では、多くの場合、そのモータ制御信号出力部５０が実行するＤｕｔｙ制限の上限値近傍、或いはそれに準ずる高いＤｕｔｙが発生していることになる。しかしながら、そのＤｕｔｙ制限の上限値は、あくまで通常状態を想定して設定される値であることから、通常、当該上限値には、比較的大きなマージンが設定されている（例えば、継続時間に応じた上限値＝５０％〜８０％程度）。

この点に着目し、本実施形態では、上記のように、モータ１３に余裕があることを前提として、上記モータ制御信号生成時のＤｕｔｙ制限を解除する。そして、これにより、高負荷状態においても、モータ１３に過度の負荷をかけることなく、その負荷トルクに抗したモータ駆動を実行することが可能となっている。

次に、本実施形態における抗負荷トルクロック制御の態様及び処理手順について説明する。
上記のように、本実施形態のロック装置３０では、そのロックレバー３３の係合部３３ａが最終的に嵌合するロックホルダ３２側の深溝３１ｂは、それぞれ、その各係合溝３１における周方向端部の一方のみに形成されている。そして、隣り合う二つの係合溝３１の間には、見かけ上、径方向外側に突出する山部３４が形成されている（図３参照）。

この点を踏まえ、本実施形態のＥＣＵ９（ロック制御部５２）は、ロックレバー３３の係合部３３ａに対応する位置（図３参照、基準位置Ｐ０：同ロックレバー３３がリリースされた場合にその係合部３３ａがロックホルダ３２に当接する位置）を基準としたロックホルダ３２の回転位置を検出する。即ち、本実施形態では、ＥＣＵ９（詳しくは、そのロック制御部５２）が検出手段を構成する。そして、その基準位置Ｐ０と上記深溝３１ｂ及び山部３４との位置関係に基づいて、ロック装置３０のロック作動、及びその負荷トルクに抗したモータ駆動を実行する。

詳述すると、図６のフローチャートに示すように、ＥＣＵ９（ロック制御部５２）は、先ず、ロックホルダ３２の回転位置を検出する（ステップ２０１）。そして、上記基準位置Ｐ０に何れかの係合溝３１があるか否かを判定する（ステップ２０２）。

次に、上記ステップ２０２において、基準位置Ｐ０に係合溝３１があると判定した場合（ステップ２０２：ＹＥＳ）には、続いて、その係合溝３１内の深溝３１ｂが基準位置Ｐ０よりも抗負荷トルク側にあるか否か、即ち負荷トルクに抗してモータ１３が回転することにより深溝３１ｂが基準位置Ｐ０に近接するか否かを判定する（ステップ２０３）。そして、図７に示すように深溝３１ｂが抗負荷トルク側にある場合（ステップ２０３：ＹＥＳ）には、その基準位置Ｐ０にある係合溝３１内にロックレバー３３の係合部３３ａを挿入した後、負荷トルクに抗してモータ１３を回転させるべく、同モータ１３及びロック装置３０の作動を制御する（ステップ２０４）。

具体的には、図８のフローチャートに示すように、ＥＣＵ９は、先ず、ロックレバー３３をリリースし、その係合部３３ａをロックホルダ３２側の係合溝３１内に挿入する（ステップ３０１）。そして、上記のようにモータ制御信号を生成する際のＤｕｔｙ制限を解除してモータトルクを強化することにより、その負荷トルクに抗する方向にモータ１３を回転させる（ステップ３０２）。

次に、ＥＣＵ９は、ロックホルダ３２の回転位置を検出し（ステップ３０３）、基準位置Ｐ０に深溝３１ｂがあるか否かを判定する（ステップ３０４）。そして、基準位置Ｐ０に深溝３１ｂがない場合（ステップ３０４：ＮＯ）には、上記ステップ３０２においてモータトルクを強化した状態のまま、上記ステップ３０３の回転位置検出及びステップ３０４の深溝位置判定を繰り返す。

そして、上記ステップ３０４において、基準位置Ｐ０に深溝３１ｂがあると判定した場合（ステップ３０４：ＹＥＳ）、即ちロックレバー３３の係合部３３ａとロックホルダ３２側の深溝３１ｂとを嵌合させた後、モータ制御信号に示される駆動回路４１のＤｕｔｙを徐々に低減（徐減）してモータトルクを徐減する（ステップ３０５）。

一方、図６に示すフローチャート中のステップ２０３において、図９に示すように、その係合溝３１の深溝３１ｂが基準位置Ｐ０よりも順負荷トルク側にある場合、即ちモータトルクの低減による負荷トルクに順じた回転により深溝３１ｂが基準位置Ｐ０に近接する場合（ステップ２０３：ＮＯ）には、先ず負荷トルクに抗してモータ１３を回転させる。そして、その抗負荷トルク側の山部３４を超えて、基準位置Ｐ０に隣りの係合溝３１が位置する、詳しくは基準位置Ｐ０にその深溝３１ｂが位置するまで上記抗負荷トルク駆動を行った後、その係合溝３１内にロックレバー３３の係合部３３ａを挿入すべく、モータ１３及びロック装置３０の作動を制御する（ステップ２０５）。

具体的には、図１０のフローチャートに示すように、ＥＣＵ９は、先ず、上記のようにモータ制御信号を生成する際のＤｕｔｙ制限を解除してモータトルクを強化することにより、その負荷トルクに抗する方向にモータ１３を回転させる（ステップ４０１）。次に、ＥＣＵ９は、ロックホルダ３２の回転位置を検出し（ステップ４０２）、基準位置Ｐ０に深溝３１ｂがあるか否かを判定する（ステップ４０３）。そして、基準位置Ｐ０に深溝３１ｂがない場合（ステップ４０３：ＮＯ）には、上記ステップ３０２においてモータトルクを強化した状態のまま、上記ステップ３０３の回転位置検出及びステップ３０４の深溝位置判定を繰り返す。

次に、上記ステップ４０３において、基準位置Ｐ０に深溝３１ｂがあると判定すると（ステップ４０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ９は、ロックレバー３３をリリースし、その係合部３３ａをロックホルダ３２側の係合溝３１内に挿入する（ステップ４０４）。そして、これにより、ロックレバー３３の係合部３３ａとロックホルダ３２側の深溝３１ｂとを嵌合させた後、モータ制御信号に示される駆動回路４１のＤｕｔｙを徐々に低減（徐減）してモータトルクを徐減する（ステップ４０５）。

そして、図６に示すフローチャート中のステップ２０２において、図１１に示すように基準位置Ｐ０に山部３４があると判定した場合（ステップ２０２：ＮＯ）もまた、抗負荷トルクモータ駆動を行った後、係合部挿入処理を実行すべく、モータ１３及びロック装置３０の作動を制御する（ステップ２０５）。

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）ＥＣＵ９（ロック制御部５２）は、モータ１３の負荷状態を判定する負荷判定手段としての機能を備える。そして、モータ１３が高負荷状態にあると判定された場合には、その負荷トルクに抗する方向にモータ１３を駆動した後の回転位置において、ロックレバー３３をロックホルダ３２の係合溝３１に係合、詳しくは、その深溝３１ｂに嵌合させるべく、モータ１３及びロック装置３０の作動を制御する（抗負荷トルクロック制御）。

上記構成によれば、高負荷状態でのロック作動時、その負荷トルクが運転者のステアリング操作によるものであっても、抵抗力（手応え）の減少を伴うようなステアリング２の回転は生じない。その結果、「抜け感」を抑えて良好な操舵フィーリングを維持することができる。加えて、モータ回転（回転角速度）を制御下においた状態で係合溝３１にロックレバー３３を係合させることにより、両者の衝突音を抑えて静粛性の向上を図ることができる。

（２）ＥＣＵ９は、ロックレバー３３の係合部３３ａに対応する位置を基準（基準位置Ｐ０）としたロックホルダ３２の回転位置を検出する。そして、その基準位置Ｐ０に何れかの係合溝３１があり且つ当該係合溝３１内の深溝３１ｂが同基準位置Ｐ０よりも抗負荷トルク側にある場合には、その係合溝３１内にロックレバー３３の係合部３３ａを挿入した後、負荷トルクに抗してモータ１３を回転させるべく、同モータ１３及びロック装置３０の作動を制御する。

即ち、挿入時に生ずる係合部３３ａの当接音を低減する観点では、当該係合部３３ａを浅溝３１ａに挿入した後、モータ１３を回転させることにより、同係合部３３ａを深溝３１ｂに嵌合させることが望ましい。しかしながら、構造上、その浅溝３１ａに連続した深溝３１ｂが、必ずしも、その負荷トルクに抗したモータ駆動により嵌合可能な位置、即ち係合部３３ａに対応する基準位置Ｐ０よりも抗負荷トルク側にあるとは限らない。この点、上記構成のように、基準位置Ｐ０と上記深溝３１ｂ及び山部３４との位置関係に基づいて、ロック作動及びモータ駆動を実行することにより、高い静粛性を確保しつつ、その負荷トルクに抗する方向にモータ１３を駆動した後の回転位置において、確実にロックレバー３３をロックホルダ３２の係合溝３１に係合させることができる。

（３）ＥＣＵ９は、基準位置Ｐ０よりも抗負荷トルク側に位置する深溝３１ｂの手前に各係合溝３１間に形成された山部３４が存在する場合（基準位置Ｐ０の山部３４が位置する場合を含む）には、基準位置Ｐ０に深溝３１ｂが位置するまで負荷トルクに抗してモータ１３を駆動した後、ロックレバー３３の係合部３３ａを挿入する。

上記構成によれば、ロックホルダ３２の回転位置に依らず、その負荷トルクに抗する方向にモータ１３を駆動した後の回転位置において、確実にロックレバー３３をロックホルダ３２の係合溝３１に係合させることができる。

（４）ＥＣＵ９は、その負荷トルクに抗したモータ駆動を実行する余裕があるか否かを判定する余裕判定手段としての機能を有する。そして、その余裕判定の実行により、余裕があると判定した場合にのみ、その抗負荷トルクロック制御を実行する。

上記構成によれば、モータ１３に過度の負荷をかけることなく、その負荷トルクに抗する方向にモータ１３を駆動した後の回転位置においてロックレバー３３をロックホルダ３２の係合溝３１に係合させる抗負荷トルクロック制御を実行することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、伝達比可変装置８は、インターミディエイトシャフト３ａの途中に設けられることとしたが、コラムシャフトやピニオンシャフトに設けられる構成に具体化してもよい。また、その駆動源であるモータ１３がステアリングシャフト３とともに回転する一体回転型の他、モータが回転しない非回転型のものに具体化してもよい。

・上記実施形態では、各係合溝３１は、その周方向端部の一方に、ロックレバー３３の係合部３３ａが嵌合する深溝３１ｂを備えることとした。しかし、これに限らず、浅溝３１ａを形成することなく、ロックホルダ３２の周面に、直接、上記深溝３１ｂに相当する嵌合凹部を形成する構成に具体化してもよい。

・上記実施形態では、ロックレバー３３の係合部３３ａに対応する基準位置Ｐ０よりも抗負荷トルク側に位置する深溝３１ｂの手前に各係合溝３１間に形成された山部３４が存在する場合でも、負荷トルクに抗する方向にモータ１３を駆動した後の回転位置において、ロックレバー３３をロックホルダ３２の係合溝３１に係合させることとした。しかし、これに限らず、基準位置Ｐ０に何れかの係合溝３１があり且つ当該係合溝３１内の深溝３１ｂが同基準位置Ｐ０よりも抗負荷トルク側にある場合にのみ、その抗負荷トルクロック制御を実行することとしてもよい。

即ち、図１２のフローチャートに示すように、その位置検出により（ステップ５０１）、基準位置Ｐ０に係合溝３１があり（ステップ５０２：ＹＥＳ）、且つ深溝３１ｂが抗負荷トルク側にある場合（ステップ５０３：ＹＥＳ）には、ロックレバー３３（の係合部３３ａ）の挿入後、負荷トルクに抗したモータ駆動を実行する（ステップ５０４）。そして、その係合溝３１内において深溝３１ｂが基準位置Ｐ０よりも順負荷トルク側にある場合（ステップ５０３：ＮＯ）には、ロックレバー３３の挿入後、モータトルクを徐々に低減する通常のロック制御を実行する（ステップ５０５）。

また、基準位置Ｐ０に山部３４がある場合（ステップ５０２：ＮＯ）には、その基準位置Ｐ０に浅溝３１ａが位置するようにモータ回転を制御する（ステップ５０６）。尚、この場合には、モータ負荷を考慮し、モータトルクの低減により、即ち負荷トルクを利用してモータ１３を回転させる。そして、その後、ロックレバー３３を挿入してモータトルクを徐々に低減する通常のロック制御を実行する（ステップ５０５）とよい。

このような構成とすれば、モータ１３に過度の負荷をかけることなく、高負荷状態におけるロック作動時の操舵フィーリングを改善することができる。
・上記実施形態では、余裕判定手段としてのロック制御部５２によるモータ巻線温度Ｔmの監視は、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmに基づく推定演算により行うこととした。しかし、これに限らず、モータ１３に温度センサを設ける構成としてもよい。

・上記実施形態では、モータ制御信号として出力する駆動回路４１のＤｕｔｙを監視することにより、モータ１３の負荷状態を判定することとした。しかし、これ限らず、位置フィードバック制御において偏差過大が生じたか否か、即ちＡＣＴ角偏差Δθtaを監視することにより、負荷判定を行う構成であってもよい。

１…車両用操舵装置、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、３ａ…インターミディエイトシャフト、６…転舵輪、８…伝達比可変装置、９…ＥＣＵ、１０…第１シャフト、１１…第２シャフト、１２…差動機構、１３…モータ、１３ａ…モータ軸、３０…ロック装置、３１…係合溝、３１ａ…浅溝、３１ｂ…深溝、３２…ロックホルダ、３３…ロックレバー、３３ａ…係合部、３４…山部、３７…ソレノイド、４０…マイコン、４１…駆動回路、４６…回転角センサ、４７…ＡＣＴ角演算部、４９…位置制御演算部、５０…モータ制御信号出力部、５１…駆動回路、５２…ロック制御部、５３…電流センサ、θm…モータ回転角、ωm…モータ回転角速度、θs…操舵角、θta…ＡＣＴ角、θta*…ＡＣＴ指令角、Δθta…ＡＣＴ角偏差、ε…位置制御量、Ｓ_ld…ロック作動時駆動信号。

Claims (5)

1. 入力軸の回転を出力軸に伝達するとともにモータの回転を減速して前記出力軸に伝達する差動機構と、モータ軸を拘束することにより前記入力軸と前記出力軸との相対回転を規制可能なロック装置と、駆動電力の供給を通じて前記モータ及び前記ロック装置の作動を制御する制御手段とを備えるとともに、前記ロック装置は、前記モータ軸と一体に設けられたロックホルダと、前記ロックホルダの周面に形成された複数の係合溝の何れかと係合することにより該ロックホルダを拘束可能なロックレバーとを備えてなる伝達比可変装置であって、
   前記モータの負荷状態を判定する負荷判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記モータが高負荷状態にあると判定された場合には、その負荷トルクに抗する方向に該モータを駆動した後の回転位置において前記係合溝に前記ロックレバーを係合させるべく、前記モータ及び前記ロック装置の作動を制御すること、
   を特徴とする伝達比可変装置。
2. 請求項１に記載の伝達比可変装置において、
   前記各係合溝には、その周方向端部の一方に深溝が形成されるとともに、前記ロックレバーは、その係合部が前記深溝と嵌合することにより、前記係合溝と係合するものであって、
   前記ロックレバーの係合部に対応する位置を基準とした前記ロックホルダの回転位置を検出する検出手段を備え、
   前記制御手段は、その基準位置に何れかの前記係合溝があり且つ該係合溝の前記深溝が前記基準位置よりも抗負荷トルク側に位置する場合には、その前記基準位置にある係合溝に前記係合部を挿入した後、前記負荷トルクに抗する方向に前記モータを駆動すること、
   を特徴とする伝達比可変装置。
3. 請求項２に記載の伝達比可変装置において、
   前記制御手段は、前記基準位置よりも抗負荷トルク側に位置する前記深溝の手前に前記各係合溝間に形成された山部が存在する場合には、前記基準位置に前記深溝が位置するまで前記負荷トルクに抗する方向に前記モータを駆動した後、前記係合部を挿入すること、
   を特徴とする伝達比可変装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の伝達比可変装置において、
   前記負荷トルクに抗したモータ駆動を実行する余裕があるか否かを判定する余裕判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記余裕がある場合にのみ、その前記負荷トルクに抗したモータ駆動を実行すること、を特徴とする伝達比可変装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置。

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