JP2016007981A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性を向上させること。
【解決手段】ステアリング装置は、操舵機構１０と、転舵機構１２とを備えている。また、ステアリング装置は、操舵機構１０に動力としてトルクを付与する操舵モータ１９と、転舵機構１２に動力としてトルクを付与する転舵モータ２５とを備えている。そして、操舵機構１０と転舵機構１２との間の動力伝達経路３２には、操舵機構１０に連結される入力歯車と転舵機構１２に連結される出力歯車とを有し、入力歯車と出力歯車との相対回転の禁止と許容とを切り替え可能な差動減速機３０を設けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

従来、操舵機構に動力を付与するモータ等のアクチュエータと、転舵機構に動力を付与するモータ等のアクチュエータとを備えるステアリング装置としては、例えば、特許文献１に記載のステアリング装置がある。この特許文献１のステアリング装置では、操舵機構から転舵機構への動力の伝達と規制を機械的な接続と切断により可能にする断接機構を備えるようにしている。

特開２０１０−１８８９３０号公報

ところで、上記断接機構のように機械的な接続と切断をするものにあっては、複数のクラッチ板を備えていて、これらクラッチ板の接続と切断とを機械的に行うものも少なくはない。こうした断接機構では、特に動力の遮断時であると複数のクラッチ板が機械的に切り離されることとなり、その間に異物が入ってしまったりすると、動力の伝達と規制の切り替え（ここでは特に必要な場面でも動力の伝達）が困難になる可能性がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性を向上させることができるステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するステアリング装置は、操舵機構と、転舵機構と、前記操舵機構に動力を付与する操舵アクチュエータと、前記転舵機構に動力を付与する転舵アクチュエータとを備えている。また、ステアリング装置は、操舵機構と転舵機構との間の動力伝達経路における動力の伝達と規制とが切り替え可能に構成される。そして、動力伝達経路には、操舵機構に連結される入力歯車と転舵機構に連結される出力歯車とを有し、これら歯車の相対回転の禁止と許容とを切り替え可能な差動減速機を設けている。

この構成によれば、操舵機構と転舵機構との間の動力伝達経路における動力の伝達と規制の切り替えが差動減速機の入力歯車と出力歯車の相対回転の禁止と許容との切り替えにより実現されるようになる。もっとも、差動減速機は、構造上、機械的な連結又は切り離しが行われず、上記動力伝達経路における動力の伝達と規制の切り替えがなされても機械的には常時連結されている。これにより、上記動力伝達経路における動力の伝達と規制の切り替えに差動減速機を用いることで、常時機械的な連結が維持され、入力歯車と出力歯車との間に異物が入ってしまったりすることが抑制される。したがって、機械的な接続と切断をする場合に比べて、動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性を向上させることができる。

上述した差動減速機は、上記相対回転の禁止に関して、入力歯車及び出力歯車の互いの歯車の回転をロックする機械式のロック機構を備えることが好ましい。
そもそも上記動力伝達経路における動力が伝達されるように切り替える際、操舵機構や転舵機構の動作中であるとこれらの動作に基づく動力に耐えることができなければいけない。その点、上記構成によれば、入力歯車及び出力歯車の互いの歯車の回転をロックする機械的な力のみの考慮で済む。特に、差動減速機の高速側で入力歯車及び出力歯車の互いの歯車の回転をロックするように構成すれば、低速側の動作中については減速比に応じて、低速側の動作に基づく力よりも低い力で足りるようになる。このように互いの歯車の回転をロックするのに必要な力を低く抑えうるので、差動減速機の大型化を抑える観点で有利にすることができる。

また、ステアリング装置は、操舵機構にかかる操舵トルクに応じて操舵アクチュエータが付与する動力の目標値を演算する操舵動力演算部と、操舵機構の操舵角に応じて転舵アクチュエータが付与する動力の目標値を演算する転舵動力演算部とを備えるようにしている。そして、操舵動力演算部は、動力の目標値を演算する際、転舵アクチュエータが付与する動力に基づき出力歯車が発生させる逆入力トルクを推定演算し、その演算結果を補償トルクとして重畳することが好ましい。

上述したように、上記動力伝達経路における動力の伝達と規制の切り替えに差動減速機を用いると、入力歯車側、すなわち操舵アクチュエータ側に、転舵アクチュエータが動力を付与することに基づく出力歯車の逆入力トルクの発生の回避が容易でない。このため、この逆入力トルクの加味を怠ると、操舵動力演算部がいくら目標値を演算しても実際に動力を付与する場面では逆入力トルク分のずれをどうしても生じさせる。

その点、上記構成によれば、操舵動力演算部は、予め逆入力トルクを推定演算した結果、すなわち補償トルクを重畳して目標値を演算するので、逆入力トルクが影響して入力歯車に発生させる回転を補償するような目標値の演算を可能にする。これにより、目標値と実際に動力を付与する場面での逆入力トルクによるずれ、すなわち操舵舵機構へ付与する動力の影響が効果的に抑えられるようになる。したがって、上記動力伝達経路における動力の伝達と規制の切り替えに差動減速機を用いる中で、動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性のさらなる向上を図ることができる。

また、上記ステアリング装置において、差動減速機は、入力歯車及び出力歯車にそれぞれ部分的に噛合されるとともに、これら歯車の相対回転の禁止と許容との切り替えの際にロック機構により入力歯車に対する回転がロックされるロック部を有する中間歯車を備えている。そして、ロック部は、中間歯車のコア部と一体化されることが好ましい。

この構成によれば、ロック部と中間歯車のコア部が一体化するので、入力歯車と出力歯車との相対回転の禁止と許容とを切り替えるために入力歯車に対する中間歯車の回転をロックする際、ロック部とコア部との間にねじれ等の発生が抑えられその体勢の維持、すなわちロック時の剛性が向上されるようになる。したがって、相対回転の禁止と許容とを切り替える際の信頼性のさらなる向上を図ることができる。

本発明によれば、動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性を向上させることができる。

ステアリング装置の概略を示す図。 差動減速機を示す図。 ロック機構を示す図。 ステアリング装置の制御構成を示す図。

以下、ステアリング装置の実施形態を説明する。
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置は、運転者の操舵機構１０の操作に基づき転舵輪１１を転舵させる転舵機構１２を備える。

操舵機構１０は、ステアリングホイール１３と、該ステアリングホイール１３に機械的に連結されたステアリングシャフト１４を備える。ステアリングシャフト１４は、その途中の一部がコラムシャフト１５に内包されてなる。また、転舵機構１２は、ラックシャフト１６を備える。ラックシャフト１６の両端には、その軸方向の直動に応じて転舵角が変更されるように、タイロッド１７を介して左右の転舵輪１１が機械的に連結される。

ステアリング装置は、操舵機構１０の動力となるトルクをステアリングホイール１３に付与する操舵トルク付与機構１８を備える。操舵トルク付与機構１８は、操舵アクチュエータとしての操舵モータ１９と、回転角センサ１９ａと、トルクセンサ２０と、操舵動力演算部としての操舵ＥＣＵ２１とを備える。操舵モータ１９は、減速機２２を介してコラムシャフト１５に連結される。操舵モータ１９は、三相のブラシレスモータが採用される。減速機２２は、コラムシャフト１５に連結されるウォーム減速機である。

回転角センサ１９ａは、操舵モータ１９の回転角θｍ１を検出する。回転角センサ１９ａは、操舵モータ１９の回転角に応じた信号を操舵ＥＣＵ２１に出力する。トルクセンサ２０は、ステアリングホイール１３に加わる操舵トルクＴｒを検出する。ステアリングシャフト１４における減速機２２の連結位置よりもステアリングホイール１３側の部分には、トーションバー２３が設けられている。そして、トーションバー２３の近傍にトルクセンサ２０が設けられる。トルクセンサ２０は、トーションバー２３の捻じれに応じた信号を操舵ＥＣＵ２１に出力する。

そして、ステアリング装置は、操舵モータ１９の回転を減速機２２により減速してコラムシャフト１５に伝達することによりそのモータトルクを動力として操舵機構１０に付与する。こうした操舵モータ１９が付与する動力は、ステアリングホイール１３の操作を妨げる反力トルクや、ステアリングホイール１３の操作をアシストするアシストトルクとして作用する。すなわち、本実施形態のステアリング装置における操舵トルク付与機構１８は、反力発生装置や、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として機能しうる。

ステアリング装置は、転舵機構１２の動力となるトルクをラックシャフト１６に付与する転舵トルク付与機構２４を備える。転舵トルク付与機構２４は、転舵アクチュエータとしての転舵モータ２５と、回転角センサ２５ａと、舵角センサ２６と、転舵動力演算部としての転舵ＥＣＵ２７とを備える。転舵モータ２５は、減速機２８を介してラックシャフト１６に連結されるとともに、転舵モータ２５の軸線がラックシャフト１６の軸線と平行をなす。転舵モータ２５は、三相のブラシレスモータが採用される。減速機２８は、ラックシャフト１６に連結されるベルト減速機である。

回転角センサ２５ａは、転舵モータ２５の回転角θｍ２を検出する。回転角センサ２５ａは、転舵モータ２５の回転角に応じた信号を転舵ＥＣＵ２７に出力する。なお、回転角センサ２５ａは、転舵モータ２５の回転角に応じた信号を操舵ＥＣＵ２１にも出力する。舵角センサ２６は、ステアリングホイール１３の操舵角θを検出する。舵角センサ２６は、ステアリングシャフト１４におけるトーションバー２３よりもステアリングホイール１３側の部分に設けられ、その設置におけるステアリングシャフト１４の回転角に応じた信号を転舵ＥＣＵ２７に出力する。なお、舵角センサ２６は、ステアリングシャフト１４の回転角に応じた信号を操舵ＥＣＵ２１にも出力する。

そして、ステアリング装置は、転舵モータ２５の回転を減速機２８により減速してラックシャフト１６に伝達することによりそのモータトルクを動力として転舵機構１２に付与する。こうした転舵モータ２５が付与する動力は、ラックシャフト１６の動作源となる動作トルクや、ラックシャフト１６の動作をアシストするアシストトルクとして作用する。すなわち、本実施形態のステアリング装置における転舵トルク付与機構２４は、転舵力発生装置や、ラックアパラレル型の電動パワーステアリング装置として機能しうる。

その他、ステアリング装置は、車両の車速ＳＰを検出する車速センサ２９が設けられる。車速センサ２９は、車両の車速に応じた信号を操舵ＥＣＵ２１及び転舵ＥＣＵ２７に出力する。そして、操舵ＥＣＵ２１は、回転角センサ１９ａ，２５ａ、トルクセンサ２０、舵角センサ２６、及び車速センサ２９からの信号に基づいて操舵モータ１９を駆動制御する。また、転舵ＥＣＵ２７は、回転角センサ２５ａ、舵角センサ２６、及び車速センサ２９からの信号に基づいて転舵モータ２５を駆動制御する。

操舵機構１０と転舵機構１２との間には、入力側及び出力側の間における動力の伝達と規制とが切り替え可能な差動減速機３０が設けられる。差動減速機３０は、入力側となる入力歯車４１と出力側となる出力歯車４２との相対回転の禁止及び許容の切り替えにより、各歯車４１，４２の間の動力の伝達と規制とを切り替える波動歯車減速機である。このため、操舵機構１０と転舵機構１２とは、差動減速機３０を介した機械的な連結を実現する一方、差動減速機３０を介したステアリングシャフト１４からピニオン軸３１ａとの間、すなわち動力伝達経路３２における動力の伝達と規制との切り替えを実現する。ここで言う規制とは、動力の伝達時よりも動力の伝達割合が低いことを意味する。また、本実施形態の規制とは、モータトルクを付与する対象としていないことを意味し、こういった意味において動力を伝達するための処理を行わない観点からすれば遮断に換言してもよい。

差動減速機３０の入力歯車４１は、ステアリングシャフト１４を介して操舵機構１０（操舵モータ１９）に機械的に連結（接続）される。ステアリングシャフト１４のシャフトエンド１４ａは、差動減速機３０の入力歯車４１に一体回転可能に連結され、差動減速機３０の入力軸となる。また、差動減速機３０の出力歯車４２は、ラックシャフト１６のラックアンドピニオン機構３１、すなわちピニオン軸３１ａを介して転舵機構１２（転舵モータ２５）に機械的に連結（接続）される。ラックアンドピニオン機構３１のピニオン軸３１ａは、差動減速機３０の出力歯車４２に一体回転可能に連結され、差動減速機３０の出力軸となる。

本実施形態のステアリング装置では、車両が通常の走行状態を維持できる状況（以下、「通常走行状態」という）において、運転者によるステアリングホイール１３の操作（ステアリング操作）を伴う場合、差動減速機３０を通じた操舵機構１０のステアリングシャフト１４の回転に基づく動力の転舵機構１２への伝達が規制される。この通常走行状態では、運転者によるステアリング操作に伴う動力が差動減速機３０で規制される代わりに、転舵トルク付与機構２４の転舵モータ２５を動力としてラックシャフト１６の直動、すなわち転舵輪１１の向きが変更される。

本実施形態のステアリング装置では、車両が通常の走行状態を維持できない状況（以下、「異常走行状態」という）において、運転者によるステアリング装置を伴う場合、差動減速機３０を通じた操舵機構１０のステアリングシャフト１４の回転に基づく動力が転舵機構１２へ伝達される。この異常走行状態では、運転者によるステアリング操作に伴う動力が差動減速機３０を介してピニオン軸３１ａの回転として伝達されるとともに、操舵トルク付与機構１８の操舵モータ１９を動力としてラックシャフト１６の直動、すなわち転舵輪１１の向きが変更される。

次に、差動減速機３０の構成を説明する。
図２に示すように、差動減速機３０は、入力歯車４１及び出力歯車４２といった各種部品を収容する円筒状のハウジング４０を備える。ハウジング４０は、ステアリングシャフト１４側に位置する第１ハウジング４０ａと、ピニオン軸３１ａ側に位置する第２ハウジング４０ｂとに分割可能な分割体からなる。第１ハウジング４０ａのステアリングシャフト１４側に位置する端部４０ｃには（図２中、上側）、ステアリングシャフト１４のシャフトエンド１４ａがハウジング４０と一体回転可能にスプライン結合される。

ハウジング４０の内部には、円筒状の内部に内歯が形成された入力歯車４１、所謂、ステイサーキュラスプラインが第１ハウジング４０ａと一体回転可能に固定される。すなわち、ステアリングシャフト１４のシャフトエンド１４ａは、第１ハウジング４０ａを介して入力歯車４１と一体回転可能に連結される。

また、ハウジング４０の内部であって、入力歯車４１のピニオン軸３１ａ側には、円筒状の内部に内歯が形成された出力歯車４２、所謂、ドライブサーキュラスプラインが中間歯車４３を介して入力歯車４１と相対回転又は一体回転可能に設けられる。出力歯車４２は、入力歯車４１と同軸上に配置されるとともに、入力歯車４１と内歯の歯数が異なる（本実施形態では、入力歯車４１に対して内歯の歯数が少ない）。また、出力歯車４２は、連結部材４４を介してピニオン軸３１ａと一体回転可能に連結される。連結部材４４は、ハウジング４０、すなわち第２ハウジング４０ｂ内に回転可能に支持される。

中間歯車４３、所謂、フレクスプラインは、円筒状の外部に各歯車４１，４２の何れか（本実施形態では、出力歯車４２）と同数の外歯が形成されるとともに、各歯車４１，４２と同軸上に配置される。また、中間歯車４３は、その直径が各歯車４１，４２よりも小さく設定され、楕円状に撓められて各歯車４１，４２の内側に配置される。このため、中間歯車４３は、外歯を介して各歯車４１，４２の内歯とそれぞれ部分的に噛合される。

中間歯車４３の内部には、楕円状のカム４５ａと、カム４５ａに外嵌される薄肉のボール軸受４５ｂとからなるコア部４５が設けられる。コア部４５は、中間歯車４３が各歯車４１，４２と同軸上に配置されるように中間歯車４３を位置決めする。ボール軸受４５ｂにおいて、内輪はカム４５ａの外周面に固定されるとともに、外輪はボールを介して弾性変形可能に構成される。

また、中間歯車４３のコア部４５の軸心には、ハウジング４０、すなわち入力歯車４１との一体回転を可能にするロック軸４６がコア部４５、すなわち中間歯車４３と一体回転可能にスプライン結合される。ロック軸４６は、中間歯車４３から入力歯車４１側、すなわち差動減速機３０における高速側に向かって延びるようにして結合される。このため、コア部４５とロック軸４６とは、動作を共にする一体化された一の構造体として構成される。コア部４５とロック軸４６とは、ボール軸受４５ｂと、ロック軸４６におけるステアリングシャフト１４側が第１ハウジング４０ａに固定される軸受４７とにより回転可能に支持される。

図２及び図３に示すように、差動減速機３０には、中間歯車４３の回転を機械的に規制可能なロック機構５０が構成される。
ロック機構５０は、ロック軸４６のうち最も大径に設定されるロック部としての大径部４６ａに外嵌される環状のロックホルダ５１と、ロックホルダ５１の回転をロック（保持）するための長尺状のロックバー５２を備える。

ロックホルダ５１は、ロック軸４６と同軸上に配置される。ロックホルダ５１の外周面には、ロックバー５２が係合可能な複数の係合溝５１ａが形成される。ロックバー５２は、ロックホルダ５１の径方向外側に配置され、第１ハウジング４０ａ及び入力歯車４１にこれらと一体回転可能に固定された回動軸５３により回動可能に支持される。なお、ロックバー５２における回動軸５３に支持される部分から先端部５２ａに延びる部分は、ロックホルダ５１側に付勢される。

また、ロックバー５２の基端部５２ｂは、プランジャ５４ａを介してアクチュエータ５４に連結される。アクチュエータ５４は、励磁コイル５５を介したトランス式の給電方法を用いた通電に基づいて、プランジャ５４ａを吸引してロックホルダ５１から離間させる。

そして、差動減速機３０では、アクチュエータ５４への通電中、ロックバー５２がロックホルダ５１から離間し、ロック機構５０のアンロック状態とされ、第１ハウジング４０ａに対して中間歯車４３が自由回転可能になる。この場合、差動減速機３０では、入力歯車４１又は出力歯車４２が回転すると、中間歯車４３の回転を通じて入力歯車４１及び出力歯車４２が相対回転する。すなわち、このアンロック状態では、各歯車４１，４２の相対回転が許容され、操舵機構１０のステアリングシャフト１４の回転に基づく動力の転舵機構１２への伝達が規制される状態となる。

一方、差動減速機３０では、アクチュエータ５４への通電の停止中、ロックバー５２がロックホルダ５１の係合溝５１ａに係合し、ロック機構５０のロック状態とされ、第１ハウジング４０ａと中間歯車４３が一体回転可能になる。この場合、差動減速機３０では、入力歯車４１又は出力歯車４２が回転すると、入力歯車４１と中間歯車４３が一体回転するとともに、中間歯車４３を介して入力歯車４１と出力歯車４２との間で回転が伝達されるように一体回転する。すなわち、このロック状態では、各歯車４１，４２の相対回転が禁止され、入力歯車４１及び出力歯車４２が一体回転可能であって、操舵機構１０のステアリングシャフト１４の回転に基づく動力の転舵機構１２への伝達がなされる。なお、こうしたロック状態は、差動減速機３０の高速側でなされる。

そして、操舵ＥＣＵ２１は、車両の走行状態に応じて、差動減速機３０におけるロック機構５０のアンロック状態及びロック状態を切り替える。本実施形態において、操舵ＥＣＵ２１は、通常走行状態時にはロック機構５０をアンロック状態に切り替える一方、異常走行状態時にはロック機構５０をロック状態に切り替える。なお、操舵ＥＣＵ２１は、車両のエンジン停止中にはロック機構５０をロック状態に切り替える。

ところで、図２に示すように、特にロック機構５０のアンロック状態では、転舵モータ２５によるモータトルクに基づきラックシャフト１６が直動すると、それに伴ってピニオン軸３１ａ、すなわち出力歯車４２がＸ方向に回転する。すなわち、ロック機構５０のアンロック状態における操舵機構１０では、操舵モータ１９がモータトルクを発生させるのに対して、ラックシャフト１６の直動がピニオン軸３１ａの回転に変換され、その回転トルクが出力歯車４２を通じて入力歯車４１に逆入力トルクとして伝達される場合がある。

本実施形態のように、動力伝達経路３２における動力の伝達と規制の切り替えに差動減速機３０を用いる場合には、入力歯車４１側、すなわちステアリングシャフト１４側に、転舵モータ２５がモータトルクを付与することに基づく出力歯車４２の逆入力トルクの発生の回避が容易でない。このため、本実施形態では、操舵機構１０へのモータトルクの付与に対しては、出力歯車４２の逆入力トルクの発生を加味して処理する。

ここで、通常走行状態時、すなわち差動減速機３０のロック機構５０がアンロック状態時における操舵機構１０、及び転舵機構１２にモータトルクを付与するための処理について説明する。

まずは、転舵ＥＣＵ２７について説明する。図４に示すように、転舵ＥＣＵ２７は、目標転舵トルク演算部７０（転舵動力演算部）、及び転舵モータ制御部７１を備える。目標転舵トルク演算部７０は、車速ＳＰと、操舵角θとに応じて、マップを用いて目標値としてのモータトルク指令値Ｔｄ＊を演算し、転舵モータ制御部７１に出力する。転舵モータ制御部７１は、モータトルク指令値Ｔｄ＊に基づく電流指令値を演算するとともに、その電流指令値の電流フィードバック制御を通じて、回転角θｍ２に応じた電圧指令値を演算する。そして、転舵モータ制御部７１は、電圧指令値に基づきモータ制御信号Ｓｍ２を演算して転舵モータ２５への駆動電力の供給を制御する。こうして転舵モータ２５が発生させるモータトルクによりラックシャフト１６が直動し、その直動を受けたピニオン軸３１ａの回転に伴って出力歯車４２が回転することで、入力歯車４１に対して逆入力トルクが発生する。

次に、操舵ＥＣＵ２１について説明する。図４に示すように、操舵ＥＣＵ２１は、目標操舵トルク演算部６０（操舵動力演算部）、逆入力トルク推定部６１、補償トルク演算部６２、及び操舵モータ制御部６３を備える。目標操舵トルク演算部６０は、操舵モータ１９に発生させるモータトルク指令値Ｔｃ＊を演算する。目標操舵トルク演算部６０は、操舵トルクＴｒと、逆入力トルク推定部６１が推定演算する逆入力トルクＴｒａを用いて補償トルク演算部６２が演算する補償トルクＴｒｂとに応じて、マップを用いてモータトルク指令値Ｔｃ＊を演算し、操舵モータ制御部６３に出力する。

逆入力トルク推定部６１は、操舵トルクＴｒと、車速ＳＰと、操舵角θと、回転角θｍ２に応じて、マップを用いて逆入力トルクＴｒａを推定演算する。ここで、操舵トルクＴｒからは、この情報に基づき操舵モータ１９が発生させるモータトルクによるステアリングシャフト１４の回転量、すなわち入力歯車４１の回転速度（回転数）を推定することができる。また、車速ＳＰと操舵角θと回転角θｍ２からは、これら情報に基づき転舵モータ２５が発生させるモータトルクによるラックシャフト１６が直動する量であって、ピニオン軸３１ａの回転量、すなわち出力歯車４２の回転速度（回転数）を推定することができる。また、ここで用いられるマップには、推定される各歯車４１，４２の回転速度の差に応じて、逆入力トルクＴｒａが演算される。

補償トルク演算部６２は、逆入力トルクＴｒａに応じて、マップを用いて補償トルクＴｒｂを演算する。ここで、補償トルクＴｒｂは、逆入力トルクＴｒａの影響を抑えるように操舵モータ１９が発生するべきモータトルクである。また、補償トルクＴｒｂは、操舵モータ１９の回転方向に対して正負を対応付けた情報として演算される。

そして、目標操舵トルク演算部６０は、操舵トルクＴｒに基づき演算する基本トルクに対して補償トルクＴｒｂを重畳（加算）した結果として、モータトルク指令値Ｔｃ＊を演算し、操舵モータ制御部６３に出力する。

例えば、操舵モータ１９が発生させるモータトルクに対して逆入力トルクが上乗せされるような状況では、逆入力トルクＴｒａ（補償トルクＴｒｂ）を加味しない場合よりも低めのモータトルクの指令が演算される。また、操舵モータ１９が発生させるモータトルクを逆入力トルクが相殺するような状況では、逆入力トルクＴｒａ（補償トルクＴｒｂ）を加味しない場合よりも高めのモータトルクの指令が演算される。

操舵モータ制御部６３は、モータトルク指令値Ｔｃ＊に基づく電流指令値を演算するとともに、その電流指令値の電流フィードバック制御を通じて、回転角θｍ１に応じた電圧指令値を演算する。そして、操舵モータ制御部６３は、電圧指令値に基づきモータ制御信号Ｓｍ１を演算して操舵モータ１９への駆動電力の供給を制御する。こうして操舵モータ１９が発生させるモータトルクによりステアリングシャフト１４が回転し、その回転に伴って入力歯車４１が回転する。

なお、異常走行状態時、すなわち差動減速機３０のロック機構５０がロック状態時、操舵ＥＣＵ２１及び転舵ＥＣＵ２７は、その時の状況に応じて、所定の処理を行う。例えば、転舵トルク付与機構２４に異常があって、転舵モータ２５によるラックシャフト１６へのトルクの付与を正常に行えない場合には、操舵モータ１９によるラックシャフト１６へのトルクの付与が行われるようにする。この場合に操舵ＥＣＵ２１は、操舵トルクＴｒと、車速ＳＰと、操舵角θと、回転角θｍ１の必要な情報を用いて、ステアリングシャフト１４に転舵輪１１の向きを変更するためのアシスト力を付与するように制御する。

以上に説明したステアリング装置によれば、以下の（１）〜（５）に示す作用及び効果を奏する。
（１）差動減速機３０は、構造上、機械的な連結又は切り離しが行われず、動力伝達経路３２における動力の伝達と規制の切り替えがなされても機械的には常時連結されている。これにより、本実施形態では、動力伝達経路３２における動力の伝達と規制の切り替えに差動減速機３０を用いることで、常時機械的な連結が維持され、入力歯車４１と出力歯車４２との間に異物が入ってしまったりすることが抑制される。したがって、機械的な接続と切断をする場合に比べて、動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性を向上させることができる。

（２）そもそも動力伝達経路３２における動力が伝達されるように切り替える際、操舵機構１０や転舵機構１２の動作中であるとこれらの動作に基づく動力に耐えることができなければいけない。すなわち、機械的な接続と切断をする場合には、操舵機構１０や転舵機構１２の動作中であってもこれらの動作に基づく動力に耐えうる力や構成が必要となる。例えば、複数のクラッチ板を押し付けて機械的な接続を実現するようなものであれば、操舵機構１０や転舵機構１２の動作に基づく動力が大きいほどクラッチ板の接触面を大きく確保しなければいけない等、構成の大型化を抑える観点で不利となる。

その点、本実施形態のように、動力伝達経路３２における動力の伝達と規制の切り替えに差動減速機３０を用いる場合には、クラッチ板の接触面の確保等への留意が不要で、入力歯車４１及び出力歯車４２の互いの歯車の回転をロックする機械的な力のみの考慮で済む。

特に、本実施形態では、差動減速機３０の高速側で入力歯車４１及び出力歯車４２の互いの歯車の回転をロックするようにロック軸４６を設けているので、低速側であるラックシャフト１６の直動中については減速比に応じて、ラックシャフト１６の直動に基づく力よりも低い力で足りるようになる。このように互いの歯車の回転をロックするのに必要な力を低く抑えことができるので、差動減速機３０の大型化を抑える観点で有利とすることができる。

（３）本実施形態のように、動力伝達経路３２に差動減速機３０を用いる場合には、特にロック機構５０がアンロック状態時、入力歯車４１に対する逆入力トルクの加味を怠ると、操舵ＥＣＵ２１（目標操舵トルク演算部６０）がいくらモータトルク指令値を演算しても実際に動力を付与する場面では逆入力トルク分のずれをどうしても生じさせる。

その点、本実施形態によれば、操舵ＥＣＵ２１は、予め逆入力トルクＴｒａを推定演算した結果、補償トルクＴｒｂを重畳してモータトルク指令値Ｔｃ＊を演算する。すなわち、操舵機構１０では、逆入力トルクが影響して入力歯車４１に発生させる回転を補償するようなモータトルク指令値Ｔｃ＊の演算を可能にする。

上述したように、操舵モータ１９が発生させるモータトルクに対して逆入力トルクが上乗せされるような状況では、逆入力トルクにより入力歯車４１の回転が増速されるのに対し、逆入力トルクＴｒａ（補償トルクＴｒｂ）を加味しない場合よりも入力歯車４１の回転速度が減速されるように調整がなされる。また、操舵モータ１９が発生させるモータトルクを逆入力トルクが相殺するような状況では、逆入力トルクにより入力歯車４１の回転が減速されるのに対し、逆入力トルクＴｒａ（補償トルクＴｒｂ）を加味しない場合よりも入力歯車４１の回転速度が増速されるように調整がなされる。

これにより、図４に示すように、操舵機構１０（差動減速機３０）では、逆入力トルクの影響が補償される結果、モータトルク指令値Ｔｃ＊と実際に動力を付与する場面での逆入力トルクによるずれ、すなわち操舵機構１０へ付与する動力の影響が効果的に抑えられるようになる。したがって、動力伝達経路３２における動力の伝達と規制の切り替えに差動減速機３０を用いる中で、動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性のさらなる向上を図ることができる。

（４）本実施形態では、大径部４６ａとコア部４５を一の構造体として構成している。これにより、入力歯車４１と出力歯車４２との相対回転の禁止と許容とを切り替えるために入力歯車４１に対する中間歯車４３の回転をロックする際、大径部４６ａとコア部４５との間にねじれ等の発生が抑えられその体勢の維持、すなわちロック機構５０のロック状態時の剛性が向上されるようになる。したがって、相対回転の禁止と許容とを切り替える際の信頼性のさらなる向上を図ることができる。

（５）また、こうした大径部４６ａとコア部４５の構造体は、ボール軸受４５ｂと、軸受４７との軸方向の２点で回転可能に支持される。これにより、大径部４６ａとコア部４５の構造体について相対回転の禁止及び許容の何れであってもその体勢の維持、すなわちロック機構５０のロック状態時の剛性が効果的に向上されるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、入力歯車４１に対する出力歯車４２が発生させる逆入力トルクを考慮するのみ操舵ＥＣＵ２１が各種演算を担っていたが、これらを転舵ＥＣＵ２７に担わせることもできる。この場合には、出力歯車４２に対する入力歯車４１が発生させる逆入力トルクを考慮することを意味する。また、こういった逆入力トルクに関しては、操舵ＥＣＵ２１及び転舵ＥＣＵ２７のそれぞれが影響を受けることになる逆入力トルクを考慮する構成としてもよい。

・逆入力トルクの推定には、操舵トルクＴｒを考慮しないで推定してもよい。また、逆入力トルクの推定には、車速ＳＰを考慮しないで推定してもよい。また、逆入力トルクの推定には、回転角θｍ２を用いる代わりに転舵モータ２５に流れる電流を用いてもよい。また、ラックシャフト１６のストローク量の検出は、ラックシャフト１６に設けた検出素子を検出することでラックシャフト１６の位置、すなわちストローク量を直接的に検出することもできる。これら手法を用いたとしても、逆入力トルクの推定をしない場合に比べては動力の伝達と規制の切り替えについて信頼性を向上させることができる。また、上記手法では、逆入力トルクの推定に回転角θｍ２を不要にできる場合もあり、その場合には操舵モータ１９や転舵モータ２５をブラシ付きモータに変更して各回転角センサ１９ａ，２５ａを省くことができ、部品点数の削減に寄与する。

・ロック軸４６は、軸方向の長さによっては軸受４７を省くこともできる。
・ロック機構５０は、機械式としたが入力歯車４１及び出力歯車４２の相対回転の禁止と許容を電気的に切り替え可能にしてもよい。

・差動減速機３０は、入力歯車４１及び出力歯車４２の歯数の関係を入れ替えた設定とすることもできる。
・上記実施形態では、差動減速機３０として波動歯車減速機を採用したが、遊星歯車減速機や偏心揺動型減速機を採用することもできる。

・ステアリング装置は、電動でなくてもよく、例えば、油圧式のパワーステアリング装置であってもよい。また、転舵トルク付与機構２４は、ピニオン軸３１ａにトルクを付与するタイプや、ラックシャフト１６の同軸上にモータを配置してトルクを付与するタイプであってもよい。

次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記コア部と前記ロック部とを一体化した構造体は、前記操舵機構及び前記転舵機構のそれぞれの側で軸受により支持される。この構成によれば、構造体について相対回転の禁止及び許容の何れであってもその体勢の維持、すなわちロック時の剛性が効果的に向上されるようになる。

１０…操舵機構、１１…転舵輪、１２…転舵機構、１３…ステアリングホイール、１８…操舵トルク付与機構、１９…操舵モータ（操舵アクチュエータ）、２０…トルクセンサ、２１…操舵ＥＣＵ（操舵動力演算部）、２４…転舵トルク付与機構、２５…転舵モータ（転舵アクチュエータ）、２６…舵角センサ、２７…転舵ＥＣＵ（転舵動力演算部）、３２…動力伝達経路、４１…入力歯車、４２…出力歯車、４３…中間歯車、４５…コア部、４５ｂ…ボール軸受、４６…ロック軸、４６ａ…大径部（ロック部）、４７…軸受、５０…ロック機構、Ｔｒ…操舵トルク、θ…操舵角。

Claims (4)

1. 操舵機構と、転舵機構と、前記操舵機構に動力を付与する操舵アクチュエータと、前記転舵機構に動力を付与する転舵アクチュエータとを備え、前記操舵機構と前記転舵機構との間の動力伝達経路における動力の伝達と規制とを切り替え可能なステアリング装置において、
   前記動力伝達経路には、前記操舵機構に連結される入力歯車と前記転舵機構に連結される出力歯車とを有し、前記入力歯車と前記出力歯車との相対回転の禁止と許容とを切り替え可能な差動減速機を設けることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記差動減速機は、前記相対回転の禁止に関して、前記入力歯車及び前記出力歯車の互いの歯車の回転をロックする機械式のロック機構を備える請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記操舵機構にかかる操舵トルクに応じて前記操舵アクチュエータが付与する動力の目標値を演算する操舵動力演算部と、
   前記操舵機構の操舵角に応じて前記転舵アクチュエータが付与する動力の目標値を演算する転舵動力演算部と、を備え、
   前記操舵動力演算部は、前記動力の目標値を演算する際、前記転舵アクチュエータが付与する動力に基づき前記出力歯車が発生させる逆入力トルクを推定演算し、その演算結果を補償トルクとして重畳する請求項２に記載のステアリング装置。
4. 前記差動減速機は、前記入力歯車及び前記出力歯車にそれぞれ部分的に噛合されるとともに、前記相対回転の禁止と許容との切り替えの際に前記ロック機構により前記入力歯車に対する回転がロックされるロック部を有する中間歯車を備え、
   前記ロック部は、前記中間歯車のコア部と一体化される請求項２又は請求項３に記載のステアリング装置。