JP2021109494A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転を転舵シャフトに伝達する機構の異常をより適切に検出することができる操舵装置を提供する。【解決手段】操舵装置１０は転舵モータ３３の回転を転舵シャフト３２に伝達する伝動機構３５を有している。伝動機構３５は、転舵シャフト３２に螺合するボールナット５１、転舵モータ３３と一体的に回転する駆動プーリ５２、ボールナット５１と一体的に回転する従動プーリ５３、および駆動プーリ５２と従動プーリ５３との間に巻き掛けられた歯付きのベルト５４を有している。転舵モータ３３にはその回転角θｂを駆動プーリ５２の回転角θｄとして検出する回転角センサ３４が、従動プーリ５３にはその回転角θｃを検出する回転角センサ５５が設けられている。操舵装置１０の制御装置４０は、駆動プーリ５２の回転角θｄと従動プーリ５３の回転角θｃを駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値との比較を通じてベルト５４の歯飛びを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵装置に関する。

たとえば特許文献１の操舵装置は、モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構を有している。伝動機構は、モータの出力軸に設けられる駆動プーリ、転舵シャフトに螺合されたボールナットに設けられる従動プーリ、および２つのプーリに巻き掛けられる歯付きのベルトを有している。操舵装置の制御装置は、モータの回転角および転舵シャフトの移動量に基づき伝動機構の異常を検出する。

特開２０１９−１０４４８８号公報（図９）

特許文献１の操舵装置では、位置センサを通じて検出される転舵シャフトの位置に基づき転舵シャフトの移動量を求めている。しかし、製品仕様などによっては操舵装置として位置センサを割愛した構成を採用することが要求されることが考えられる。この場合、たとえば転舵シャフトのラック部に噛み合うピニオンの回転角を検出し、その検出されるピニオンの回転角に基づき転舵シャフトの移動量を求めることが可能である。

ところが、モータの回転角、およびピニオンの回転角に基づく転舵シャフトの移動量に基づき伝動機構の異常を検出する構成を採用する場合、つぎのことが懸念される。すなわち、モータとピニオンとの間の減速比が大きく、モータとピニオンとの間に介在する部品の点数も多いい。このため、モータ１回転あたりのピニオンの回転角の分解能、ひいては転舵シャフトの移動量の分解能の向上には限界がある。操舵装置にはより高い信頼性が要求されるため、伝動機構の円滑な動作が困難となる状態に至る前に、その予兆としての異常をより適切に検出することが求められる。

本発明の目的は、モータの回転を転舵シャフトに伝達する機構の異常をより適切に検出することができる操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る操舵装置は、車両の転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、前記転舵シャフトに設けられたボールねじ部に螺合するボールナットと、前記転舵輪を転舵させるための駆動力を発生する転舵モータと、前記転舵モータと一体的に回転する駆動プーリと、前記ボールナットと一体的に回転する従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付きのベルトと、前記駆動プーリの回転角を検出する第１の回転角センサと、前記従動プーリの回転角を検出する第２の回転角センサと、前記転舵モータを制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記第１の回転角センサを通じて検出される前記駆動プーリの回転角と前記第２の回転角センサを通じて検出される前記従動プーリの回転角を前記駆動プーリの回転角に換算した換算値との比較を通じて前記ベルトの歯飛びを検出する。

伝動機構の円滑な動作が困難となる状態に至る予兆としての異常には、たとえば歯付きベルトの歯飛びがある。ベルトの歯飛びが発生した場合、転舵モータの負荷トルクが一時的に急減するため、転舵モータおよび駆動プーリの回転速度は一時的に急増する。これに対し、従動プーリはベルトの歯飛びの影響を受けにくい。このため、駆動プーリの回転角の値と、従動プーリの回転角を駆動プーリの回転角に換算した換算値とは、歯飛びの程度に応じて互いに異なる値となる。したがって、駆動プーリの回転角と、従動プーリの回転角を駆動プーリの回転角に換算した換算値とを比較することにより、ベルトの歯飛びを検出することが可能である。

また、駆動プーリと従動プーリとの間にはベルトのみが介在している。駆動プーリと従動プーリとの間に介在する部品の点数が少ないほど、従動プーリの回転角の検出結果は部品の寸法公差および組み立て公差の影響を受けにくくなる。したがって、第２の回転角センサを通じて検出される従動プーリの回転角の検出精度、ひいては従動プーリの回転角を駆動プーリの回転角に換算した換算値の演算精度が確保される。これにより、ベルトの歯飛びの検出精度あるいは分解能が向上するため、ベルトの歯飛びをより適切に検出することができる。

上記の操舵装置において、前記制御装置は、前記歯飛びの検出結果に基づき異常発生を報知すべき状況であるかどうかを判定するために設定される異常判定条件が成立するとき、定められた報知動作を実行するようにしてもよい。

この構成によれば、操舵装置に異常が発生したことを適切に報知することができる。車両の運転者に対して点検などの対処を促すことができる。
上記の操舵装置において、前記転舵シャフトとの間の動力伝達が分離された状態でステアリングホイールの操作に連動して回転するシャフトと、前記シャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、前記シャフトの回転角である操舵角を検出する第３の回転角センサと、を備えていてもよい。この場合、前記制御装置が前記第３の回転角センサを通じて検出される操舵角に応じて前記反力モータが発生する操舵反力の目標値である目標操舵反力を演算するものであることを前提として、操舵角の絶対値について零を含む所定範囲は操舵角に対する目標操舵反力を零とする不感帯として設定されていてもよい。この構成が採用される場合、前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲を変更するようにしてもよい。

この構成によれば、不感帯の範囲が変更されることにより、操舵角に対する目標操舵反力も変わる。すなわち、不感帯の範囲が変更される前後でステアリングホイールを介した手応えが変化することによって、運転者は操舵装置の異常を認識することが可能である。

上記の操舵装置において、前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲をより広い範囲へ変更するようにしてもよい。
この構成によれば、異常判定条件が成立する場合、不感帯がより広い範囲に設定される。これにより、運転者はステアリングホイールをその操舵中立位置を基準とした操作の開始当初においてステアリングホイールを介した手応えをより感じにくくなる。運転者は、その手応えのなさによって操舵装置の異常の発生を認識することが可能である。

上記の操舵装置において、前記制御装置は、前記歯飛びの発生回数を計測し、その計測される歯飛びの発生回数が、前記ベルトの滑りが発生するおそれがある旨判定する際の基準として定められた回数しきい値よりも大きい値であるとき、前記異常判定条件が成立したとして前記報知動作を実行するようにしてもよい。

この構成によれば、ベルトの歯飛びが発生したことが過剰に報知されることがない。また、ベルトに滑りが発生するおそれがある旨適切に報知することができる。すなわち、ベルトの歯飛びが繰り返し発生することに起因してベルトの摩耗が進行し、やがてベルトの滑りが発生するところ、このベルトの滑りが発生する前に運転者に対して注意を喚起することが可能である。また、ベルトの滑りが発生するおそれがあることを運転者に対して早期に報知することによって、より信頼性の高い転舵装置を構築することができる。

本発明の操舵装置によれば、モータの回転を転舵シャフトに伝達する機構の異常をより適切に検出することができる。

操舵装置の第１の実施の形態の構成図。 第１の実施の形態の回転角センサの構成図。 第１の実施の形態の制御装置による異常報知の手順を示すフローチャート。 第２の実施の形態における操舵角と目標操舵反力との関係を示すグラフ。 第２の実施の形態の制御装置による異常報知の手順を示すフローチャート。

＜第１の実施の形態＞
以下、操舵装置に具体化した第１の実施の形態を説明する。
図１に示すように、車両の操舵装置１０は、車両のステアリングホイール１１に操舵反力を付与する反力ユニット２０、車両の転舵輪１２，１２を転舵させる転舵ユニット３０、およびこれら２つのユニットを制御する制御装置４０を有している。操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール１１の操作方向と反対方向へ向けて作用するトルクをいう。操舵反力をステアリングホイール１１に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。

反力ユニット２０は、ステアリングホイール１１が連結されたステアリングシャフト２１、反力モータ２２、減速機構２３、回転角センサ２４、操舵角センサ２５を有している。

反力モータ２２は、操舵反力の発生源である。反力モータ２２としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。反力モータ２２は、減速機構２３を介して、ステアリングシャフト２１に連結されている。反力モータ２２が発生するトルクは、操舵反力としてステアリングシャフト２１に付与される。

回転角センサ２４は、反力モータ２２に設けられている。回転角センサ２４は反力モータ２２の回転角θ_ａを検出する。
操舵角センサ２５は、ステアリングシャフト２１における減速機構２３とステアリングホイール１１との間の部分に設けられている。操舵角センサ２５は絶対角センサであって、ステアリングシャフト２１の回転角である操舵角θ_ｓを、３６０°を超える範囲の絶対角で検出する。

制御装置４０は、反力モータ２２の駆動制御を通じて操舵角θ_ｓに応じた操舵反力を発生させる反力制御を実行する。制御装置４０は、操舵角センサ２５を通じて検出される操舵角θ_ｓに基づき目標操舵反力を演算し、この演算される目標操舵反力に応じて反力モータ２２に対する給電を制御する。制御装置４０は、回転角センサ２４を通じて検出される反力モータ２２の回転角θ_ａを使用して反力モータ２２をベクトル制御する。

転舵ユニット３０は、ハウジング３１、転舵シャフト３２、転舵モータ３３、および回転角センサ３４、および伝動機構３５を有している。
ハウジング３１は図示しない車体に固定される。ハウジング３１の内部には車体の左右方向（図１中の左右方向）に沿って延びる転舵シャフト３２が収容されている。転舵シャフト３２の両端には、それぞれタイロッド３６，３６を介して転舵輪１２，１２が連結される。転舵シャフト３２がその軸線方向に沿って移動することにより転舵輪１２，１２の転舵角θ_ｗ，θ_ｗが変更される。

転舵モータ３３は、転舵輪１２，１２を転舵させるための動力である転舵力の発生源であって、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。転舵モータ３３は、ハウジング３１の外側の部分に固定されている。転舵モータ３３の出力軸３３ａは転舵シャフト３２に対して平行に延びている。転舵モータ３３の出力軸３３ａは、伝動機構３５を介して転舵シャフト３２に連結されている。転舵モータ３３が発生するトルクは、伝動機構３５を介して転舵シャフト３２に転舵力として付与される。

回転角センサ３４は、転舵モータ３３に設けられている。回転角センサ３４は、転舵モータ３３の回転角θ_ｂを検出する。回転角センサ３４は、転舵モータ３３の３６０°を超える多回転にわたる回転角θ_ｂを絶対値で検出する。転舵モータ３３の回転角θ_ｂは、転舵シャフト３２軸線方向における位置、ひいては転舵輪１２，１２の転舵角θ_ｗ，θ_ｗを反映する値である。

伝動機構３５は、ボールナット５１、歯付きの駆動プーリ５２、歯付きの従動プーリ５３、歯付きの無端状のベルト５４、および回転角センサ５５を有している。
ボールナット５１は、転舵シャフト３２のボールねじ部３２ａに対して図示しない複数のボールを介して螺合されている。ボールねじ部３２ａは、転舵シャフト３２における第１の端部（図１中の左端部）に寄った所定範囲にわたって設けられている。駆動プーリ５２は、転舵モータ３３の出力軸３３ａに固定されている。従動プーリ５３は、ボールナット５１の外周面に嵌められた状態で固定されている。従動プーリ５３は、段付き円筒部品であって、ベルト５４に噛み合う歯が設けられた第１の円筒部分、およびベルト５４に噛み合う歯が設けられていない第２の円筒部分を有している。ベルト５４は、駆動プーリ５２（より正確には、その第１の円筒部分）と従動プーリ５３との間に掛け渡されている。したがって、転舵モータ３３の回転は、駆動プーリ５２、ベルト５４および従動プーリ５３を介してボールナット５１に伝達される。ボールナット５１の回転に伴い転舵シャフト３２はその軸線方向に沿って移動する。

回転角センサ５５は、従動プーリ５３（より正確には、その歯が設けられていない第２の円筒部分）に設けられている。回転角センサ５５は、従動プーリ５３の回転角θ_ｃを検出する。回転角センサ５５は絶対角センサであって、従動プーリ５３の３６０°を超える多回転にわたる回転角θ_ｃを絶対値で検出する。回転角センサ５５については、後に詳述する。

制御装置４０は、転舵モータ３３の駆動制御を通じて転舵輪１２，１２を操舵状態に応じて転舵させる転舵制御を実行する。制御装置４０は、操舵角センサ２５を通じて検出される操舵角θ_ｓに応じて転舵モータ３３に対する給電を制御する。制御装置４０は、回転角センサ３４を通じて検出される転舵モータ３３の回転角θ_ｂを使用して転舵モータ３３をベクトル制御する。

ちなみに、転舵ユニット３０は、ピニオンシャフト６１を有している。ピニオンシャフト６１は、転舵シャフト３２に対して交わるように設けられている。ピニオンシャフト６１のピニオン歯６１ａは、転舵シャフト３２のラック歯３２ｂに噛み合わされている。ラック歯３２ｂは、転舵シャフト３２における第２の端部（図１中の右端部）に寄った所定範囲にわたって設けられている。

ピニオンシャフト６１は、伝動機構３５と共に転舵シャフト３２をハウジング３１の内部に支持するために設けられている。すなわち、転舵ユニット３０に設けられる図示しない支持機構によって、転舵シャフト３２はその軸線方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオンシャフト６１へ向けて押圧される。これにより、転舵シャフト３２はハウジング３１の内部に支持される。また、転舵シャフト３２の回転が規制される。

ただし、ピニオンシャフト６１を使用せずに転舵シャフト３２をハウジング３１に支持する他の支持機構を設けてもよい。この場合、転舵ユニット３０としてピニオンシャフト６１を割愛した構成を採用することが可能となる。

つぎに、従動プーリ５３に設けられる回転角センサ５５の構成を詳細に説明する。
図２に示すように、回転角センサ５５は、主動歯車７１、第１の従動歯車７２，および第２の従動歯車７３を有している。主動歯車７１は、検出対象である従動プーリ５３（より正確には、その歯が設けられていない第２の円筒部分）に対して一体回転可能に取り付けられている。第１の従動歯車７２および第２の従動歯車７３は、主動歯車７１と噛み合っている。第１の従動歯車７２の歯数と第２の従動歯車７３の歯数とは互いに異なっている。このため、従動プーリ５３と共に主動歯車７１が回転した場合、主動歯車７１、ひいては従動プーリ５３の回転角θ_ｃに対する第１の従動歯車７２の回転角αおよび第２の従動歯車７３の回転角βは互いに異なる値となる。

また、回転角センサ５５は、第１の磁石７４、第２の磁石７５、第１の磁気センサ７６、第２の磁気センサ７７、および演算回路７８を有している。第１の磁石７４は、第１の従動歯車７２に対して一体回転可能に設けられている。第２の磁石７５は、第２の従動歯車７３に対して一体回転可能に設けられている。第１の磁気センサ７６は、第１の磁石７４から発せられる磁界の変化に基づき第１の従動歯車７２の回転角αを検出する。第２の磁気センサ７７は、第２の磁石７５から発せられる磁界の変化に基づき第２の従動歯車７３の回転角βを検出する。演算回路７８は、第１の磁気センサ７６を通じて検出される第１の従動歯車７２の回転角α、および第２の磁気センサ７７を通じて検出される第２の従動歯車７３の回転角βを使用して、主動歯車７１、ひいては従動プーリ５３の３６０°を超える多回転の回転角θ_ｃを絶対値で演算する。

このように構成した操舵装置１０においては、つぎのような事象が発生するおそれがある。すなわち、車両の縁石乗り上げなどに起因して大きな逆入力荷重が転舵シャフト３２に作用した場合、転舵シャフト３２がその軸方向へ移動することにより転舵シャフト３２の端部がハウジング３１に当接する、いわゆる端当てが生じるおそれがある。この場合、転舵シャフト３２の移動が物理的に規制されることによって、ボールナット５１およびベルト５４の回転が規制される。これに対して、転舵モータ３３および駆動プーリ５２は、その慣性力によって回転し続けようとする。このため、ベルト５４には、いわゆる歯飛びが生じるおそれがある。ちなみに、歯飛びとは、ベルトの歯とプーリの歯とが適切に噛み合わないことに起因して、ベルトの歯がプーリの歯を乗り越える現象をいう。この歯飛びが繰り返し発生するとベルト５４の歯の摩耗が進行し、やがてベルト５４の滑りが発生するおそれがある。ベルト５４の滑りが発生することに伴い伝動機構３５の静粛性能あるいはトルク伝達性能が低下することが懸念される。

そこで、制御装置４０には、伝動機構３５の円滑な動作が困難となる状態に至る前に、その予兆としての異常、すなわちベルト５４の歯飛びを検出する異常検出機能が持たせられている。

つぎに、制御装置４０により実行される異常検出処理の手順を図３のフローチャートに従って説明する。このフローチャートの処理は、定められた制御周期で実行される。
図３のフローチャートに示すように、制御装置４０は、駆動プーリ５２の回転角および従動プーリ５３の回転角に基づき、ベルト５４の歯飛びが発生したかどうかを判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、つぎの通りである。

制御装置４０は、回転角センサ３４を通じて検出される転舵モータ３３の回転角θ_ｂを駆動プーリ５２の回転角θ_ｄとして取り込む。また、制御装置４０は、回転角センサ５５を通じて検出される従動プーリ５３の回転角θ_ｃを取り込み、この取り込まれる従動プーリ５３の回転角θ_ｃをベルト５４の減速比を使用して駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値θ_ｅを演算する。制御装置４０は、回転角センサ３４の検出結果に基づく駆動プーリ５２の回転角θ_ｄと回転角センサ５５の検出結果に基づく換算値θ_ｅとを比較することにより、ベルト５４の歯飛びを検出する。制御装置４０は、次式（Ａ）で表される判定条件が成立するとき、ベルト５４の歯飛びが発生した旨判定する。

│θ_ｄ−θ_ｅ│＞θ_ｔｈ …（Ａ）
ただし、「θ_ｔｈ」は、ベルト５４の歯飛びを判定する際の基準となる角度差しきい値である。角度差しきい値は、実験あるいはシミュレーションを通じて、ベルト５４の歯飛びが発生したときの回転角θ_ｄと換算値θ_ｅの差の値を基準として設定される。

ベルト５４の歯飛びが発生することなくベルト５４が駆動プーリ５２および従動プーリ５３に適切に噛み合っている場合、理想的には、回転角センサ３４の検出結果に基づく駆動プーリ５２の回転角θ_ｄの値と、回転角センサ５５を通じて検出される従動プーリ５３の回転角θ_ｃを駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値θ_ｅとは、互いに一致する。これに対し、ベルト５４の歯飛びが発生した場合、反力モータ２２の負荷トルクが一時的に急激に減少するため、反力モータ２２、ひいては駆動プーリ５２の回転速度が一時的に急激に増加する。一方、従動プーリ５３は、ベルト５４の歯飛びの影響を受けにくい。このため、回転角センサ３４の検出結果に基づく駆動プーリ５２の回転角θ_ｄの値と、回転角センサ５５を通じて検出される従動プーリ５３の回転角θ_ｃを駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値θ_ｅとは、歯飛びの程度に応じて互いに異なる値となる。したがって、回転角センサ３４を通じて検出される駆動プーリ５２の回転角θ_ｄの値と、回転角センサ５５を通じて検出される従動プーリ５３の回転角θ_ｃを駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値θ_ｅとの比較を通じてベルト５４の歯飛びを検出することが可能である。

制御装置４０は、ベルト５４の歯飛びが発生していない旨判定されるとき（ステップＳ１０１でＮＯ）、処理を終了する。制御装置４０は、ベルト５４の歯飛びが発生している旨判定されるとき（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、歯飛びの発生回数Ｎの計測値をインクリメントする（ステップＳ１０２）。インクリメントとは、制御装置４０におけるカウンタの計測値に所定数（ここでは、「１」）を加算することをいう。

つぎに、制御装置４０は、異常判定条件が成立するかどうか、すなわち歯飛びの発生回数Ｎの値が回数しきい値Ｎ_ｔｈよりも大きい値であるかどうかを判定する（ステップＳ１０３）。回数しきい値Ｎ_ｔｈは、たとえばベルト５４の歯飛びが繰り返し発生することによってベルト５４の歯面の摩耗が進行してベルト５４に滑りが発生する蓋然性が高いとして定められた回数を基準として設定される。回数しきい値Ｎ_ｔｈは、ベルト５４の滑りが実際に発生する歯飛び回数の値よりも小さい値である。

制御装置４０は、ベルト５４における歯飛びの発生回数Ｎの値が回数しきい値Ｎ_ｔｈよりも大きい値ではない場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、処理を終了する。制御装置４０は、ベルト５４における歯飛びの発生回数Ｎの値が回数しきい値Ｎ_ｔｈよりも大きい値である場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、車載される報知装置４２に対する報知指令信号Ｓ１を生成して（ステップＳ１０４）、処理を終了する。

報知装置４２は、報知指令信号Ｓ１の受信を契機として、定められた報知動作を行う。報知動作としては、たとえば警告音を発したり、ディスプレイに警告を表示したりすることが挙げられる。車両の運転者は、報知装置４２の報知動作を通じて、ベルト５４の歯飛びが繰り返し発生していること、ひいてはベルト５４に滑りが発生するおそれがあることを認識することが可能である。

＜第１の実施の形態の効果＞
したがって、第１の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）たとえばピニオンシャフト６１に回転角センサを設け、この回転角センサを通じて検出されるピニオンシャフト６１の回転角を駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値と、回転角センサ３４を通じて検出される駆動プーリ５２の回転角θ_ｄとの比較を通じてベルト５４の歯飛びを検出することも考えられる。しかし、この構成を採用する場合、回転検出対象である駆動プーリ５２とピニオンシャフト６１との間には、ベルト５４、従動プーリ５３およびボールナット５１などの多くの部品が介在する。このため、各部品の寸法公差および組み立て公差がピニオンシャフト６１の回転角の検出結果、ひいてはピニオンシャフト６１の回転角を駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値に影響を及ぼすことが懸念される。

この点、本実施の形態の操舵装置１０において、回転検出対象である駆動プーリ５２と従動プーリ５３との間にはベルト５４のみが介在している。このため、駆動プーリの回転角およびピニオンシャフト６１の回転角を使用する場合に比べて、回転検出対象である２つの部材（５２，５３）の間に介在する部品点数がより少ない。この介在する部品の点数が少ない分だけ、当該部品の寸法公差および組み立て公差が回転角センサ５５を通じて検出される従動プーリ５３の回転角θ_ｃ、ひいては従動プーリ５３の回転角θ_ｃを駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値θ_ｅに及ぼす影響が抑制される。したがって、回転角センサ５５を通じて検出される従動プーリ５３の回転角θ_ｃの検出精度、ひいては従動プーリ５３の回転角θ_ｃを駆動プーリ５２の回転角に換算した換算値θ_ｅの演算精度が確保される。これにより、ベルト５４の歯飛びの検出精度あるいは分解能が向上するため、伝動機構３５の円滑な動作が困難となる状態に至る前にその予兆としての異常であるベルト５４の歯飛びをより適切に検出することができる。ベルト５４の１歯の歯飛びを検出することも可能となる。

（２）歯飛びの発生回数Ｎの計測値が回数しきい値Ｎ_ｔｈを超えたとき、報知装置４２を通じて伝動機構３５にベルト５４の歯飛びが発生したことが報知される。このため、ベルト５４の歯飛びが発生したことが過剰に報知されることがない。また、ベルト５４に滑りが発生するおそれがある旨適切に報知することができる。すなわち、ベルト５４の滑りは、ベルト５４の歯飛びが繰り返し発生してベルト５４の歯面の磨耗が進行することに起因して発生するところ、実際にベルト５４の滑りが発生する前の段階で運転者に対して注意を喚起することが可能である。また、ベルト５４の滑りが発生するおそれがあることを運転者に対して早期に報知することによって、より信頼性の高い操舵装置１０を構築することができる。

（３）従動プーリ５３に回転角センサ５５を設けるだけでよい。このため、操舵装置１０の製品コストを大幅に増やすことなく、伝動機構３５の異常としてベルト５４の歯飛びの検出精度を向上させることが可能である。

＜第２の実施の形態＞
つぎに、操舵装置の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図１〜図３に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。本実施の形態は、異常の報知方法の点で先の第１の実施の形態と異なる。

制御装置４０は、先の図３のフローチャートで示される異常検出処理の実行を通じて伝動機構３５の異常が検出されるとき、定められた報知動作として、報知装置４２を通じた報知に加え、ステアリングホイール１１を介した手応えによっても運転者に異常を報知する。運転者に与えられる手応え感は、ステアリングホイール１１に付与される操舵反力によって決まる。

制御装置４０は、操舵角センサ２５を通じて検出される操舵角θ_ｓと目標操舵反力Ｆ^＊との関係を規定するマップＭ_ｆｒを使用して目標操舵反力を演算する。
図４のグラフに示すように、マップＭ_ｆｒは、横軸を操舵角θ_ｓの絶対値、縦軸を目標操舵反力Ｆ^＊の絶対値とするマップであって、つぎの特性を有する。すなわち、図４に特性線Ｌ１で示すように、操舵角θ_ｓの絶対値が操舵角しきい値θ_ｓ１以下であるとき、操舵角θ_ｓの値にかかわらず、目標操舵反力Ｆ^＊の値は「０（零）」に維持される。すなわち、マップＭ_ｆｒにおいて、操舵角θ_ｓの絶対値が「０」から操舵角しきい値θ_ｓ１までの範囲には、目標操舵反力Ｆ^＊の値を「０」とする不感帯が設定されている。また、マップＭ_ｆｒにおいて、操舵角θ_ｓの絶対値が操舵角しきい値θ_ｓ１を超えるとき、目標操舵反力Ｆ^＊の絶対値は操舵角θ_ｓの絶対値が増加するにつれて二次関数的に徐々に増加する。ただし、目標操舵反力Ｆ^＊の符号の正負は、操舵角θ_ｓの符号の正負と一致する。

つぎに、制御装置４０による目標操舵反力の演算処理手順を図５のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは、定められた制御周期で実行される。
図５のフローチャートに示すように、制御装置４０は、操舵角センサ２５を通じて操舵角θ_ｓを検出する（ステップＳ２０１）。

つぎに、制御装置４０は、伝動機構３５の異常を報知する必要性の有無を判定する（ステップＳ２０２）。制御装置４０は、先の図３のフローチャートのステップＳ１０３において歯飛びの発生回数Ｎの値が回数しきい値Ｎ_ｔｈよりも大きい値ではない旨判定されるとき、伝動機構３５の異常を報知する必要がない旨判定する。また、制御装置４０は、先の図３のフローチャートのステップＳ１０３において歯飛びの発生回数Ｎの値が回数しきい値Ｎ_ｔｈよりも大きい値である旨判定される場合、伝動機構３５の異常を報知する必要がない旨判定する。

制御装置４０は、伝動機構３５の異常を報知する必要がない旨判定されるとき（ステップＳ２０２でＮＯ）、ステップＳ２０３へ処理を移行する。ステップＳ２０３において、制御装置４０は、操舵角センサ２５を通じて検出される操舵角θ_ｓをマップＭ_ｆｒに適用することにより目標操舵反力Ｆ^＊を演算し、処理を終了する。この場合、先の図４のグラフに特性線Ｌ１で示される目標操舵反力Ｆ^＊に応じた操舵反力がステアリングホイール１１に付与される。このため、運転者には、ステアリングホイール１１の操作量に応じた適度な手応え感が与えられる。

制御装置４０は、伝動機構３５の異常を報知する必要がある旨判定されるとき（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、操舵角θ_ｓに対する不感帯を先の図４の特性線Ｌ１で示される不感帯よりも広い範囲に設定する（ステップＳ２０４）。具体的には、つぎの通りである。

図４に特性線Ｌ２で示すように、操舵角θ_ｓの絶対値が「０」から操舵角しきい値θ_ｓ２までの範囲が不感帯として設定される。ただし、操舵角しきい値θ_ｓ２の絶対値は、操舵角しきい値θ_ｓ１の絶対値よりも大きい値である。操舵角θ_ｓの絶対値が操舵角しきい値θ_ｓ２以下であるとき、操舵角θ_ｓの値にかかわらず、目標操舵反力Ｆ^＊の値は「０」に維持される。操舵角θ_ｓの絶対値が操舵角しきい値θ_ｓ２を超えるとき、目標操舵反力Ｆ^＊の絶対値は操舵角θ_ｓの絶対値が増加するにつれて二次関数的に徐々に増加する。

つぎに、制御装置４０は、操舵角センサ２５を通じて検出される操舵角θ_ｓをマップＭ_ｆｒに適用することにより目標操舵反力Ｆ^＊を演算し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。この場合、先の図４のグラフに特性線Ｌ２で示される目標操舵反力Ｆ^＊に応じた操舵反力がステアリングホイール１１に付与される。運転者は、ベルト５４の歯飛びが生じていない通常時には操舵反力を手応えとして感じる角度領域であるにもかかわらず、その手応えが感じられないことによって伝動機構３５に異常、特にベルト５４のすべりが発生するおそれがある旨認識することが可能である。

＜第２の実施の形態の効果＞
したがって、第２の実施の形態によれば、先の第１の実施の形態における（１）〜（３）の効果に加え、以下の効果を得ることができる。

（４）ベルト５４の滑りが発生するおそれがある場合、マップＭ_ｆｒにおける操舵角θ_ｓの不感帯が増大される。すなわち、ステアリングホイール１１の操舵中立位置を基準とする操舵反力を手応えとして感じない操作範囲が増大する。また、ステアリングホイール１１が不感帯を超えて操作される場合、操舵角θ_ｓに対する目標操舵反力Ｆ^＊が通常時よりも小さい値に設定される。このため、伝動機構３５の異常としてベルト５４の滑りが発生するおそれがあることを、報知装置４２のみならず、ステアリングホイール１１を介した手応えとして運転者に伝えることが可能である。したがって、運転者は、伝動機構３５に異常が発生するおそれがあることを認識しやすい。

（５）実際にベルト５４の滑りが発生した場合、そのすべりが発生している期間においては転舵モータ３３のトルクが転舵シャフト３２に伝わらないため転舵輪１２，１２が転舵しない。このため、ベルト５４のすべりが発生した状況下におけるステアリングホイール１１の手応えとしては、より弱い手応えとした方が実際の状況に近くなる。したがって、ベルト５４の滑りが発生するおそれがある場合、ステアリングホイール１１を介した手応えを無くしたり、ステアリングホイール１１の操作量に応じた手応えを通常時の手応えよりも弱くしたりすることによって、運転者はベルト５４の滑りが発生するおそれがあることを認識しやすくなる。

＜他の実施の形態＞
なお、第１および第２の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・回転角センサ５５は、従動プーリ５３ではなく、ボールナット５１に設けてもよい。従動プーリ５３はボールナット５１と一体的に回転するため、ボールナット５１の回転角を従動プーリ５３の回転角として検出してもよい。

・制御装置４０は、歯飛びの発生回数Ｎが回数しきい値Ｎ_ｔｈを超えたときに伝動機構３５に異常が発生するおそれがある旨報知したが、製品仕様などによっては歯飛びの発生が検出されるタイミングでその旨報知するようにしてもよい。この場合、制御装置４０による異常検出処理として、図３のフローチャートにおけるステップＳ１０２およびステップＳ１０３の処理を割愛した処理が採用される。すなわち、制御装置４０は、ステップＳ１０１においてベルト５４の歯飛びが発生している旨判定されるとき（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、ステップＳ１０４へ処理を移行する。

・制御装置４０は、伝動機構３５に異常が発生するおそれがある旨報知する場合、マップＭ_ｆｒにおける不感帯をより広い範囲に設定することにより操舵角θ_ｓに対する目標操舵反力Ｆ^＊の変化特性を図４に特性線Ｌ１で示される第１の特性から特性線Ｌ２で示される第２の特性へ切り替えるようにしたが、つぎのようにしてもよい。すなわち、先の図４に特性線Ｌ１で示される第１の特性を有する第１のマップと、同じく特性線Ｌ２で示される第２の特性を有する第２のマップとを別個に用意し、制御装置４０は第１のマップと第２のマップとを切り替えて使用するようにしてもよい。制御装置４０は、伝動機構３５に異常が発生するおそれがない場合には第１のマップを使用し、伝動機構３５に異常が発生するおそれがある場合には第２のマップを使用する。

・制御装置４０は、伝動機構３５に異常が発生するおそれがある旨報知する場合、マップＭ_ｆｒの不感帯を通常時よりも広い範囲に設定するようにしたが、つぎのようにしてもよい。すなわち、制御装置４０は、伝動機構３５に異常が発生するおそれがある旨報知する場合、マップＭ_ｆｒの不感帯を通常時よりも狭い範囲に設定するようにしてもよい。このようにしても、ステアリングホイール１１を介した手応えが通常時と異なるため、運転者は伝動機構３５に異常が発生するおそれがあることを認識することが可能である。

・制御装置４０は、反力モータ２２を制御する第１の制御部と転舵モータ３３を制御する第２の制御部とに分割して設けてもよい。
・操舵装置の第１の実施の形態は、ステアリングホイール１１に対して操舵を補助するための力であるアシストを付与する電動パワーステアリング装置として具体化してもよい。この場合、転舵シャフト３２にはステアリングシャフト２１を介してステアリングホイール１１が連結される。ステアリングホイール１１の操作に伴い転舵シャフト３２はその軸線方向に沿って移動する。制御装置４０は、ステアリングホイール１１に加えられる操舵トルクに応じた電流を転舵モータ３３へ供給する。この転舵モータ３３のトルクが伝動機構３５を介して転舵シャフト３２に伝達されることによりステアリングホイール１１の操作が補助される。

１０…操舵装置、２１…ステアリングシャフト（シャフト）、２２…反力モータ、２５…操舵角センサ（第３の回転角センサ）、３２…転舵シャフト、３２ａ…ボールねじ部、３４…回転角センサ（第１の回転角センサ）、３７…転舵輪、４０…制御装置、５１…ボールナット、３３…転舵モータと、５２…駆動プーリ、５３…従動プーリ、５４…ベルト、５５…回転角センサ（第２の回転角センサ）、Ｆ^＊…目標操舵反力、Ｎ…歯飛びの発生回数、Ｎ_ｔｈ…回数しきい値、θ_ｂ…転舵モータの回転角、θ_ｄ…駆動プーリの回転角、θ_ｅ…換算値、θ_ｓ…操舵角。

Claims (5)

1. 車両の転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、
   前記転舵シャフトに設けられたボールねじ部に螺合するボールナットと、
   前記転舵輪を転舵させるための駆動力を発生する転舵モータと、
   前記転舵モータと一体的に回転する駆動プーリと、
   前記ボールナットと一体的に回転する従動プーリと、
   前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付きのベルトと、
   前記駆動プーリの回転角を検出する第１の回転角センサと、
   前記従動プーリの回転角を検出する第２の回転角センサと、
   前記転舵モータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記第１の回転角センサを通じて検出される前記駆動プーリの回転角と前記第２の回転角センサを通じて検出される前記従動プーリの回転角を前記駆動プーリの回転角に換算した換算値との比較を通じて前記ベルトの歯飛びを検出する操舵装置。
2. 前記制御装置は、前記歯飛びの検出結果に基づき異常発生を報知すべき状況であるかどうかを判定するために設定される異常判定条件が成立するとき、定められた報知動作を実行する請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記転舵シャフトとの間の動力伝達が分離された状態でステアリングホイールの操作に連動して回転するシャフトと、
   前記シャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、
   前記シャフトの回転角である操舵角を検出する第３の回転角センサと、を備え、
   前記制御装置が前記第３の回転角センサを通じて検出される操舵角に応じて前記反力モータが発生する操舵反力の目標値である目標操舵反力を演算するものであることを前提として、操舵角の零を基準とする所定範囲は操舵角に対する目標操舵反力を零とする不感帯として設定されていて、
   前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲を変更する請求項２に記載の操舵装置。
4. 前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲をより広い範囲へ変更する請求項３に記載の操舵装置。
5. 前記制御装置は、前記歯飛びの発生回数を計測し、その計測される歯飛びの発生回数が、前記ベルトの滑りが発生するおそれがある旨判定する際の基準として定められた回数しきい値よりも大きい値であるとき、前記異常判定条件が成立したとして前記報知動作を実行する請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の操舵装置。

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