JP4032415B2 - Vehicle steering system - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵装置、特に自動車用の操舵装置において、近年、その更なる高機能化の一端として、操舵ハンドルの操作角（ハンドル操作角）と車輪操舵角とを１：１比率に固定せず、ハンドル操作角の車輪操舵角への変換比（舵角変換比）を車両の運転状態に応じて可変とした、いわゆる可変舵角変換比機構を搭載したものが開発されている。
【０００３】
車両の運転状態としては、例えば、車両速度（車速）を例示でき、高速運転時においては舵角変換比を小さくすることにより、ハンドル操作角の増加に対して操舵角が急激に大きくならないようにすれば、高速走行の安定化を図ることができる。他方、低速走行時には、逆に舵角変換比を大きくすることで、一杯まで切るのに必要なハンドルの回転数を減少させることができ、車庫入れや縦列駐車あるいは幅寄せなど、操舵角の大きい運転操作を非常に簡便に行なうことができる。
【０００４】
舵角変換比（伝達比）を可変化する機構としては、例えば特開平１１−３３４６０４号公報に開示されているように、ハンドル軸と車輪操舵軸とを、ギア比が可変な歯車式伝達部にて直結したタイプのものがあるが、この構成は、歯車式伝達部のギア比変更機構が複雑になる欠点がある。そこで、ハンドル軸と車輪操舵軸とを分離し、モータ等のアクチュエータにより車輪操舵軸を回転駆動するタイプのものが、例えば特開平１１−３３４６２８号公報等に提案されている。具体的には、角度検出部が検出するハンドル操作角と車両運転状態とに応じて定まる舵角変換比とに基づいて、コンピュータ処理により最終的に必要な車輪操舵角を演算し、その演算された車輪操舵角が得られるように、ハンドル軸から機械的に切り離された車輪操舵軸をアクチュエータ（モータ）により回転駆動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の伝達比可変ユニットにおいて、そのアクチュエータの主体をなすモータへの通電が例えばＣＰＵの故障等により正常に行われなくなると（あるいはモータの故障も含め）、予定されている伝達比制御が実行されなくなるおそれがあるので、その場合は、ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で機械的に直結されるように固定して、伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる（無効化する）メカニカルロック装置を備えたものが提案されている。
しかしながら、このメカニカルロック装置が故障する可能性がゼロとは言い切れず、その意味で更なるセーフティーシステムを付加することは意味があると言える。
本発明の課題は、メカニカルロック装置の不具合時にも有効に対応できる伝達比可変ユニットを備えた車両用操舵装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
この発明は、操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を所定の要素に応じて制御する車両用操舵装置において、
前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で機械的に直結されるように固定して前記伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させるメカニカルロック装置と、
前記伝達比可変ユニットを駆動する前記モータの電磁力発生部にモータ出力軸を回転不能状態に保持する電磁保持力を生じさせるロック電流を通電することにより前記モータを電気的にロックし、前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で直結して前記伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる電気ロック装置と、
を備え、前記電気ロック装置は、 前記操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角が中立位置ないしその近傍にある場合、又は、前記操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角と、操舵輪を操舵する車輪操舵軸の回転角度である操舵角との角度差が所定値以下の場合は、前記モータに通電するロック電流値を下げて電磁保持力を一時的に減少又は解除し、それ以外の場合は前記モータに通電するロック電流値を上げて電磁保持力を増加させるロック電流値の増減を行うことを特徴とする。そして、好適にはメカニカルロック装置が正常に作用している場合は電気ロック装置は作動させず、メカニカルロック装置が正常に作用しない場合において前記電気ロック装置を作動させるものである。
【０００７】
このように電気ロック装置を併用すれば、仮にメカニカルロック装置が正常に作動しない状況が生じても、代わりに電気ロック装置を作動させて、ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で直結して伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させることができる。よって伝達比可変ユニットの異常に対する信頼性が向上する。またその電気ロック装置は、もともとアクチュエータとして必要なモータの電磁力発生部に、モータ出力軸を回転不能状態に保持するロック電流を通電することに基づく電磁保持力によりモータを電気的にロックする構成であるから、そのモータに対する通電手法を変えることによりモータをロック装置に兼用することができ、専用の電気ロック装置が要らないので構造が複雑にならない利点がある。
なお、メカニカルロック装置の故障時に臨時に作動させる電気ロック装置という位置付けに限らず、メカニカルロック装置を省略して、伝達比可変ユニットの故障時等に、その伝達比可変機能を停止させることを全て電気ロック装置に担わせることもできる。
【０００８】
電気ロック装置を作動させる際に、ロック電流を長時間流し続けるとモータが過熱状態となる場合も考えられるので、必要なときだけに（特定の条件下で）ロック電流を流すようにすること、あるいは操舵状況等に応じてロック電流を変え、小さいロック電流で済むときにはロック電流を下げることが可能である。あるいは大きく又は急激に舵を切るときなど、必要な電磁保持力が大きいときはロック電流値を上げるようにすることもできる。
【０００９】
電気ロック作用時のモータの過熱防止のため、又は場面に応じた充分なロック機能の確保のために、例えば、操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角が特定の条件下にある場合、又はそのハンドル角と操舵輪を操舵する車輪操舵軸の回転角度である操舵角との関係が特定の条件下にある場合は、モータへのロック電流の通電を停止して電気的なロックを一時的に解除し、又はモータに通電するロック電流値を変化させて電磁保持力を一時的に減少又は増加させることができる。
【００１０】
特に電気ロック作用に伴うモータの過熱防止のために、例えば次のような制御が有効である。具体的には、操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角が中立位置ないしその近傍にある場合は、モータへのロック電流の通電を停止して電気的なロックを一時的に解除し、又は前記モータに通電するロック電流値を下げて電磁保持力を一時的に減少させる。ハンドル角が中立付近にある場合は車両はほぼ直進走行しており、操舵トルクもほとんどかからないので、電気ロックは解除しても差し支えないか、又は小さい電磁保持力で足りるため、モータへのロック電流を遮断又は減少させることで、モータの過熱を抑制することになる。
【００１１】
あるいは、上記ハンドル角と操舵角との角度差が所定値以下の場合は、モータに通電するロック電流の通電を停止して電気的なロックを一時的に解除し、又は前記モータに通電するロック電流値を下げて電磁保持力を一時的に減少させる。ハンドル角と操舵角の差が小さいということは、大きな（又は強い）ハンドル操作が行われていないことを意味し、この場合も車両の直進時と同様、電気ロックの解除又はロック電流値の低減を行うことでモータの過熱防止に有効となる。なお、ハンドル角と操舵角との単純な角度差ではなく、角度差の増大する（又は減少する）割合、言い換えれば角度差増加又は減少率（正負を踏まえた増加率と言える：角度差の微分値等）により、ロック電流の通電停止や電流値低減の制御を行うこともできる。つまりハンドル角と操舵角との角度差に基づく又は関連した制御と言える。このことはハンドル角を単独で見た場合も同様であり、ハンドル角が中立位置を基準としてどの値にあるかという点のみならず、ハンドル角の増加又は減少率（正負の増加率）に基づき、ロック電流の通電停止や低減化を図ることもできる。例えばハンドル角の増加率、又はハンドル角と操舵角との角度差の増加率が負（減少傾向）であれば、ハンドル操作は終わりに近い等と推定でき、ロック電流を切ったり低くしたりして、モータの負担を軽減することができる、逆にその増加率が正（増加傾向）であれば、ハンドル操作はさらに継続して行われるもの等と推定でき、ロック電流を切らない（ロック作用を継続する）制御を行い、又はより強いロック機能を得るためにロック電流を増加する制御も可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明が適用される車両用操舵制御システムの、全体構成の一例を模式的に示したものである（なお、本実施形態において「車両」は自動車とするが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない）。該車両用操舵制御システム１は、操舵用ハンドル２に直結されたハンドル軸３と、車輪操舵軸８とが機械的に分離された構成を有する。車輪操舵軸８はアクチュエータとしてのモータ６により回転駆動される。車輪操舵軸８の先端はステアリングギアボックス９内に延び、該車輪操舵軸８とともに回転するピニオン１０がラックバー１１を軸線方向に往復動させることにより、車輪１３，１３の転舵角が変化する。なお、本実施形態の車両用操舵制御システム１においては、ラックバー１１の往復動が、周知の油圧式、電動式あるいは電動油圧式のパワーアシスト機構１２により駆動補助されるパワーステアリングが採用されている。
【００１３】
ハンドル軸３の角度位置φは、ロータリエンコーダ等の周知の角度検出部からなるハンドル軸角度検出部１０１により検出される。他方、車輪操舵軸８の角度位置θは、同じくロータリエンコーダ等の角度検出部からなる操舵軸角度検出部１０３により検出される。また、本実施形態においては、自動車の運転状態を検出する運転状態検出部として、車速Ｖを検出する車速検出部（車速センサ）１０２が設けられている。車速検出部１０２は、例えば車輪１３の回転を検出する回転検出部（例えばロータリエンコーダやタコジェネレータ）で構成される。そして、操舵制御部１００が、検出されたハンドル軸３の角度位置φと車速Ｖとに基づいて、車輪操舵軸８の目標角度位置θ’を決定し、該車輪操舵軸８の角度位置θが目標角度位置θ’に近づくように、モータ６の動作を制御する。
【００１４】
なお、ハンドル軸３と車輪操舵軸８との間には、両者を一体回転可能にロック結合したロック状態と、該ロック結合を解除したアンロック状態との間で切り替え可能なロック機構１９が設けられている。ロック状態では、ハンドル軸３の回転角が変換されることなく（つまり、舵角変換比が１：１）車輪操舵軸８に伝達され、マニュアルステアリングが可能となる。該ロック機構１９のロック状態への切り替えは、異常発生時などにおいて操舵制御部１００からの指令によりなされる。
【００１５】
図２は、モータ６による車輪操舵軸８の駆動部ユニットの構成例を、自動車への取付状態にて示すものである。該駆動部ユニット１４において、ハンドル２（図１）の操作によりハンドル軸３を回転させると、モータケース３３がその内側に組み付けられたモータ６とともに一体的に回転するようになっている。本実施形態においては、ハンドル軸３は、ユニバーサルジョイント３１９を介して入力軸２０に連結され、該入力軸２０がボルト２１，２１を介して第一カップリング部材２２に結合されている。この第一カップリング部材２２にはピン３１が一体化されている。他方、ピン３１は、第二カップリング部材３２の一方の板面中央から後方に延びるスリーブ３２ａ内に係合してはめ込まれている。他方、筒状のモータケース３３は、第二カップリング部材３２の他方の板面側に一体化されている。なお、符号４４はゴムあるいは樹脂にて構成されたカバーであり、ハンドル軸３と一体的に回転する。また、符号４６は、コックピットパネル４８に一体化された駆動部ユニット１４を収容するためのケースであり、符号４５は、カバー４４とケース４６との間をシールするシールリングである。
【００１６】
モータケース３３の内側には、コイル３５，３５を含むモータ６のステータ部分２３が一体的に組み付けられている。該ステータ部分２３の内側には、モータ出力軸３６がベアリング４１を介して回転可能に組み付けられている。また、モータ出力軸３６の外周面には永久磁石からなる電機子３４が一体化されており、この電機子３４を挟む形でコイル３５，３５が配置されている。なお、コイル３５，３５からは、モータケース３３の後端面に連なるように給電端子５０が取り出され、該給電端子５０において給電ケーブル４２によりコイル３５，３５に給電がなされる。
【００１７】
後述の通り、本実施形態においてモータ６はブラシレスモータであり、給電ケーブル４２は、該ブラシレスモータの各相のコイル３５，３５に個別に給電する素線を集合させた帯状の集合ケーブルとして構成されている。そして、モータケース３３の後端側に隣接する形でハブ４３ａを有するケーブルケース４３が設けられ、その中に給電ケーブル４２が、ハブ４３ａに対してゼンマイ状に巻かれた形で収容されている。給電ケーブル４２の、給電端子５０に接続されているのと反対の端部は、ケーブルケース４３のハブ４３ａに固定されている。そして、ハンドル軸３がモータケース３３ひいては給電端子５０とともに正方向又は逆方向に回転すると、ケーブルケース４３内の給電ケーブル４２は、ハブ４３ａへの巻き付き又は繰り出しを生じさせることにより、上記モータケース３３の回転を吸収する役割を果たす。
【００１８】
モータ出力軸３６の回転は、減速機構７を介して所定比率（例えば１／５０）に減速された上で車輪操舵軸８に伝達される。本実施形態において減速機構７は、ハーモニックドライブ減速機にて構成してある。すなわち、モータ出力軸３６には、楕円型のインナーレース付ベアリング３７が一体化され、その外側に変形可能な薄肉の外歯車３８がはめ込まれている。そして、この外歯車３８の外側に、カップリング４０を介して車輪操舵軸８が一体化された内歯車３９，１３９が噛み合っている。内歯車３９，１３９は、同軸的に配置された内歯車（以下、第一内歯車ともいう）３９と内歯車（以下、第二内歯車ともいう）１３９とからなり、第一内歯車３９がモータケース３３に固定されて該モータケース３３と一体回転する一方、第二内歯車１３９はモータケース３３に非固定とされ、該モータケース３３に対して相対回転可能とされている。第一内歯車３９はこれと噛み合う外歯車３８との歯数差がゼロであり、外歯車３８との間での相対回転を生じない（つまり、回転するモータ出力軸３６に対して、第一内歯車３９ひいてはモータケース３３及びハンドル軸３が、遊転可能に結合されているともいえる）。他方、第二内歯車１３９は外歯車３８よりも歯数が大きく（例えば２）、内歯車１３９の歯数をＮ、外歯車３８と内歯車１３９との歯数差をｎとすると、モータ出力軸３６の回転をｎ／Ｎに減速した形で車輪操舵軸８に伝達する。また、内歯車３９，１３９は、本実施形態においては、コンパクト化を図るために、ハンドル軸３の入力軸２０、モータ出力軸３６及び車輪操舵軸８が同軸的に配置されている。
【００１９】
次に、ロック機構１９は、ハンドル軸３に対して相対回転不能なロックベース部（本実施形態においてはモータケース３３）側に固定されたロック部材５１と、ロック受けベース部（本実施形態においては、モータ出力軸３６側）に設けられたロック受け部材５２とを有する。図３に示すように、ロック部材５１は、ロック受け部材５２に形成されたロック受け部５３に係合するロック位置と、該ロック受け部５３から退避したアンロック位置との間で進退可能に設けられている。本実施形態においては、車輪操舵軸８と一体的に回転するロック受け部材５２の周方向にロック受け部５３が所定の間隔で複数形成され、ロック部材５１の先端に設けられたロック部５１ａが、車輪操舵軸８の回転角位相に応じて、それら複数のロック受け部５３の任意の１つのものに選択的に係合するようになっている。ハンドル軸３はモータケース３３に対し（本実施形態では、カップリング２２及びピンにより）相対回転不能に結合されている。ロック部材５１とロック受け部材５２とが非係合（非ロック状態）の場合は、モータ出力軸３６はモータケース３３に対して回転し、その回転が外歯車３８を経て第一内歯車３９及び第二内歯車１３９にそれぞれ伝達される。モータケース３３に固定された第一内歯車３９は、前述の通り外歯車３８に対して相対回転しないので、結果的にハンドル軸３と同速で回転する（つまり、ハンドル操作に追従して回転する）。また、第二内歯車１３９は、モータ出力軸３６の回転を車輪操舵軸８に減速して伝達し、車輪操舵軸８の回転駆動を担う。他方、ロック部材５１とロック受け部材５２とが係合してロック状態になると、モータ出力軸３６はモータケース３３に対して相対回転不能となる。そして、減速機構７の内歯車３９，１３９のうち、第一内歯車３９がモータケース３３に固定されているから、第一内歯車３９、外歯車３８及び第二内歯車１３９の順でハンドル軸３の回転が車輪操舵軸８に直接伝達されることとなる。
【００２０】
なお、本実施形態においては、ロック受け部材５２は、モータ出力軸３６の一端の外周面に取り付けられ、各ロック受け部５３は、該ロック受け部材５２の外周面から半径方向に切れ込む凹状に形成されている。また、図２に示すように、ロック部材５１は、モータケース３３に設けられた回転ベース３００に対し、車輪操舵軸８とほぼ平行な軸線周りに回転可能に取り付けられ、その後端部５５ａが結合されている。また、ソレノイド５５の付勢が解除されたときに、ロック部材５１を元の位置に弾性復帰させる弾性部材５４が設けられている。ソレノイド５５の付勢及び付勢解除の動作により、ソレノイド５５ａの先端に設けられた凸部５５ａとロック部材５１の一端部５１ｂに形成された溝部を介してロック部材５１の先端に形成されたロック部５１ａが、前記したロック／アンロックのためにロック受け部材５２に対し接近／離間する。つまりこの例ではロック部材５１、ロック受け部５３及び弾性部材５４を含んでメカニカルロック装置が構成される（これを以下ではメカロック等とも略称する）
【００２１】
図４は、操舵制御部１００の電気的構成の一例を示すブロック図である。操舵制御部１００の要部をなすのは２つのマイコン１１０及び１２０である。主マイコン１１０は、主ＣＰＵ１１１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１１２、ＣＰＵ１１１のワークエリアとなる主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１３及び入出力インターフェース１１４を有する。また、副マイコン１２０は、副ＣＰＵ１２１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１２２、副ＣＰＵ１２１のワークエリアとなる副ＣＰＵ側ＲＡＭ１２３及び入出力インターフェース１２４を有する。車輪操舵軸８を駆動するモータ６（アクチュエータ）の動作制御を直接行なうのは主マイコン１１０であり、副マイコン１２０は、必要なパラメータ演算等、モータ６の動作制御に必要なデータ処理を主マイコン１１０と並行して行なうとともに、そのデータ処理結果を主マイコン１１０との間で通信することにより、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかを監視・確認し、必要に応じて情報の補完を行なう補助制御部としての機能を果たす。本実施形態において主マイコン１１０と副マイコン１２０とのデータ通信は、入出力インターフェース１１４，１２４間の通信によりなされる。なお、両マイコン１１０及び１２０は、自動車の運転終了後（すなわち、イグニッションＯＦＦ後）においても、図示しない安定化電源からの電源電圧Ｖｃｃ（例えば＋５Ｖ）の供給を受け、ＲＡＭ１１３，１２３あるいはＥＥＰＲＯＭ（後述）１１５の記憶内容が保持されるようになっている。
【００２２】
ハンドル軸角度検出部１０１、車速検出部１０２及び操舵軸角度検出部１０３の各出力は、主マイコン１１０及び副マイコン１２０の入出力インターフェース１１４，１２４にそれぞれ分配入力される。本実施形態では、いずれの検出部もロータリエンコーダで構成され、そのエンコーダからの計数信号が図示しないシュミットトリガ部を経て入出力インターフェース１１４，１２４のデジタルデータポートに直接入力されている。また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、前述のロック機構１９の駆動部をなすソレノイド５５が、ソレノイドドライバ５６を介して接続されている。
【００２３】
モータ６はブラシレスモータ、本実施形態では３相ブラシレスモータにて構成されている。図２に示すコイル３５，３５は、図５に示すように、１２０゜間隔で配置された３相のコイルＵ，Ｖ，Ｗからなり、これらのコイルＵ，Ｖ，Ｗと、電機子３４との相対的な角度関係が、モータ内に設けられた角度センサをなすホールＩＣにより検出される。そして、これらホールＩＣの出力を受けて、図１のモータドライバ１８は、図５に示すように、コイルＵ，Ｖ，Ｗの通電を、Ｗ→Ｕ（１）、Ｕ→Ｖ（３）、Ｖ→Ｗ（５）のごとく循環的に順次切り替える（正方向回転の場合：逆方向回転の場合は、上記の逆順のスイッチングとなる）。図８（ｂ）に、正方向回転の場合の、各相のコイルの通電シーケンスを示している（「Ｈ」が通電、「Ｌ」が非通電を表す：逆方向回転の場合は、図の左右を反転したシーケンスとなる）。図中の括弧書きの数字は、図５の対応する番号における電機子３４の角度位置を表している。
【００２４】
図４に戻り、モータ６の回転制御は、上記コイルＵ，Ｖ，Ｗの各相の通電切り替えシーケンスに、駆動制御部１００（本実施形態では、主マイコン１１０）からのＰＷＭ信号によるデューティ比制御シーケンスが重畳された形で行なわれる。図７は、モータドライバ１８の回路例を示すもので、コイルＵ，Ｖ，Ｗの各端子ｕ，ｕ’，ｖ，ｖ’，ｗ、ｗ’に対応したＦＥＴ（半導体スイッチング素子）７５〜８０が、周知のＨ型ブリッジ回路を構成するように配線されている（符号８７〜９２は、コイルＵ，Ｖ，Ｗのスイッチングに伴なう誘導電流のバイパス経路を形成するフライホイールダイオードである）。ＡＮＤゲート８１〜８６によりモータ側のホールＩＣ（角度センサ）からのスイッチング信号と駆動制御部１００からのＰＷＭ信号との論理積信号を作り、これを用いてＦＥＴ７５〜８０をスイッチング駆動すれば、通電に関与する相のコイルを選択的にＰＷＭ通電することができる。なお、ＰＷＭ通電の方式によっては、Ｈ型ブリッジ回路の上段（７５，７７，７９）あるいは下段（７６，７８，８０）のＦＥＴにのみＰＷＭ信号を入力すればよく、この場合は、ＡＮＤゲート８１〜８６のうち対応するものを省略して、ホールＩＣからのスイッチング信号を直接入力するように構成することができる。
【００２５】
なお、駆動制御部１００側においてＦＥＴ７５〜８０にＰＷＭ信号を順次与えるためのタイミングは、ホールＩＣ（角度センサ）からの信号を駆動制御部１００に分配することにより認識させてもよいが、本実施形態では、別途、角度センサとしてのロータリエンコーダを用いてこれを検出している。このロータリエンコーダはモータ出力軸３６の回転角度を検出するものであり、その角度検出値は減速後の車輪操舵軸８の角度位置と一義的な対応関係を有する。そこで、本実施形態では、このロータリエンコーダを操舵軸角度検出部１０３として利用する。
【００２６】
図８（ａ）は、上記のロータリエンコーダを模式的に示すもので、ブラシレスモータの通電シーケンスを制御するために、時系列的な出現順序が定められたコイル通電パターンを各々特定するためのビットパターン（角度識別パターン）が、円板の周方向に一定の角度間隔で形成されたものである。本実施形態においてビットパターンは、図面中ハッチング領域で示すスリットであり、回転体をなす円板の周方向に区間を定めて形成されたスリット群が、円板の半径方向に複数組（本実施形態では３組）形成されている。検出部としては、各スリット群に対応した図示しない透過型光センサ（例えばフォトカプラなど）が用いられ、半径方向の各スリット群の形成位置において、スリットが検出されるか否かの組合せにより、円板の回転角度位相を示すビットパターンを出力する。
【００２７】
本実施形態においては、３相ブラシレスモータを使用しているので、図８（ｂ）に示すコイルＵ，Ｖ，Ｗの通電シーケンスが得られるように、その（１）〜（６）（図５参照）の通電パターンに対応した６種類のビットパターンが、円板の周方向に６０゜間隔で形成されている。従って、モータ６の電機子３４が回転すると、これと同期回転する上記ロータリエンコーダからは、現在通電されるべきコイルを特定するビットパターンが刻々出力される。そこで、駆動制御部１００は、このエンコーダのビットパターンを読み取ることにより、ＰＷＭ信号を送るべきコイルの端子（すなわち、図７のＦＥＴ７５〜８０）を自発的に決定することができる。
【００２８】
モータ出力軸３６の回転は減速されて車輪操舵軸８に伝達されるから、車輪操舵軸８が１回転する間に、ロータリエンコーダが設けられるモータ出力軸３６は複数回回転する。従って、モータ出力軸３６の絶対角度位置のみを示すエンコーダのビットパターンからは、車輪操舵軸８の絶対角度位置を知ることはできない。従って、図４に示すように、ＲＡＭ１１３（１２３）内に、ビットパターン変化の検出回数を計数するカウンタ（操舵軸角度位置カウンタ）を形成し、操舵軸角度位置（θ）をそのカウント数から求めるようにしてある。従って、機能的にはインクリメント型ロータリエンコーダに相当するものとみなすことができる。なお、モータ出力軸３６（モータ６の電機子）の絶対角度位置についてはビットパターンの種別により読み取ることができるから、そのビットパターンの変化順序をモニタすれば、モータ出力軸３６ひいては車輪操舵軸８の回転方向（すなわち、ハンドルを切る向きである）を知ることができる。従って、操舵軸角度検出部１０３は、車輪操舵軸８の回転方向が正であれば上記のカウンタをインクリメントし、逆であればカウンタをデクリメントする。
【００２９】
モータドライバ１８には、モータ６の電源となる車載バッテリー５７が接続されている。モータドライバ１８が受電するバッテリー５７の電圧（電源電圧）Ｖｓは、自動車の各所に分散した負荷の状態や、オルタ−ネータの発電状態により随時変化する（例えば９〜１４Ｖ）。本実施形態においては、このような変動するバッテリー電圧Ｖｓを、安定化電源回路を介さず、モータ電源電圧として直接使用する。操舵制御部１００は、このように相当幅にて変動する電源電圧Ｖｓの使用を前提として、モータ６の制御を行なうので、電源電圧Ｖｓの測定部が設けられている。本実施形態では、モータ６への通電経路（モータドライバ１８の直前）から電圧測定用の分岐経路が引き出され、そこに設けられた分圧抵抗６０，６０を経て電圧測定信号を取り出している。該電圧測定信号はコンデンサ６１により平滑化された後、電圧フォロワ６２を経て入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄ変換機能付入力ポート（以下、Ａ／Ｄポートという）に入力される。
【００３０】
また、過電流発生の有無など、モータ６の通電状態を監視するために、モータ６への通電経路上に電流検出部が設けられている。具体的には、経路上に設けられたシャント抵抗（電流検出抵抗）５８の両端電圧差を電流センサ７０により測定し、入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄポートに入力するようにしている。電流センサ７０は、例えば図６に示すように、シャント抵抗５８の両端電圧を、電圧フォロワ７１，７２を介して取り出し、オペアンプ７３と周辺の抵抗器７４とからなる差動増幅器７５により増幅して出力するものである。差動増幅器７５の出力は、シャント抵抗５８を流れる電流値に比例したものとなるので、これを電流測定値Ｉｓとして用いることができる。なお、シャント抵抗以外にも、ホール素子や電流検出コイルなど、電磁的な原理に基づいて電流検出するプローブを用いてもよい。
【００３１】
図４に戻り、両マイコン１１０，１２０のＲＡＭ１１３，１２３には、それぞれ以下のようなメモリエリアが形成されている。
▲１▼車速測定値メモリ：車速センサ１０２からの現在の車速の測定値を記憶する。
▲２▼ハンドル軸角度位置（φ）カウンタメモリ：ハンドル軸角度位置検出部１０１をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、ハンドル軸角度位置φを示すそのカウント値を記憶する。なお、ロータリエンコーダは回転方向の識別が可能なものを使用し、正方向回転の場合はカウンタをインクリメントし、逆方向回転の場合はデクリメントする。
▲３▼舵角変換比（α）算出値メモリ：車速測定値に基づいて算出された舵角変換比αを記憶する。
▲４▼目標操舵軸角度位置（θ’）算出値メモリ：現在のハンドル軸角度位置φと舵角変換比αとの値から、例えばφ×αにより算出された操舵軸角度位置の目標値、すなわち目標操舵軸角度位置θ’の値を記憶する。
▲５▼操舵軸角度位置（θ）カウンタメモリ：操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、操舵軸角度位置θを示すそのカウント値を記憶する。
▲６▼Δθ算出値メモリ：目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの隔たりΔθ（≡θ’−θ）の算出値を記憶する。
▲７▼電源電圧（Ｖｓ）測定値メモリ：モータ６の電源電圧Ｖｓの測定値を記憶する。
▲８▼デューティ比（η）決定値メモリ：モータ６をＰＷＭ通電するための、Δθと電源電圧Ｖｓとに基づいて決定されたデューティ比ηを記憶する。
▲９▼電流（Ｉｓ）測定値：電流センサ７０による電流Ｉｓの測定値を記憶する。
さらに、ハンドル角（ハンドル軸角度位置）φと操舵角（操舵軸角度位置）θとの角度差ΔβがＣＰＵ１１１又は１２１により演算されて、その角度差Δβを一時記憶する角度差メモリも、ＲＡＭに設けられている。
【００３２】
また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、運転終了時（つまり、イグニッションＯＦＦ時）における車輪操舵軸８の角度位置、すなわち終了角度位置を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ１１５が第二の記憶部として設けられている。該ＥＥＰＲＯＭ１１５（ＰＲＯＭ）は、主ＣＰＵ１１１が主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１２に対するデータ読出し／書込みを行なう第一の動作電圧（＋５Ｖ）においては、主ＣＰＵ１１１によるデータの読出しのみが可能であり、他方、第一の動作電圧（＋５Ｖ）とは異なる第二の動作電圧（本実施形態では、第一の動作電圧より高い電圧が採用される：例えば＋７Ｖ）を設定することにより主ＣＰＵ１１１によるデータの書込みが可能となるものであり、主ＣＰＵ１１１が暴走しても内容が誤って書き換えられることがない。第二の動作電圧は、ＥＥＰＲＯＭ１１５と入出力インターフェース１１４との間に介在する図示しない昇圧回路によって生成される。
【００３３】
以下、車両用操舵制御システム１の動作について説明する。
図１２には、主マイコン１１０による制御プログラムの主ルーチンの処理の流れを示すものである。Ｓ１は初期化処理であり、前回イグニッションスイッチをＯＦＦにしたときの終了処理にてＥＥＰＲＯＭ１１５に書き込まれている車輪操舵軸８の終了角度位置（後述）を読み出し、該終了角度位置を、処理開始に際しての車輪操舵軸８の初期角度位置として設定することを要旨とする。具体的には、終了角度位置を示すカウンタ値を、前述の操舵軸角度位置カウンタメモリにセットする。なお、後述するＥＥＰＲＯＭ１１５へのデータ書込み完了フラグは、この時点でクリアしておく。
【００３４】
初期化処理が終了すれば、Ｓ２に進んで操舵制御処理となる。該操舵制御処理は、パラメータサンプリングの間隔を均一化するために、一定の周期（例えば数百μｓ）にて繰り返し実行される。その詳細を、図１３により説明する。Ｓ２０１においては、現在の車速Ｖの測定値をリードし、次いでＳ２０２ではハンドル軸角度位置φをリードする。そして、Ｓ２０３においては、車速Ｖの算出値から、ハンドル軸角度位置φを操舵軸の目標角度位置θ’に変換するための舵角変換比αを決定する。舵角変換比αは、車速Ｖに応じて異なる値が設定される。具体的には、図１０に示すように、車速Ｖが一定以上に大きい状態では、舵角変換比αは小さく設定され、車速Ｖが一定以下に小さい低速走行時には舵角変換比αは大きく設定される。本実施形態では、図９に示すような、種々の車速Ｖに対応した舵角変換比αの設定値を与えるテーブル１３０をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、このテーブル１３０を参照して現在の車速Ｖに対応する舵角変換比αを補間法により算出する。なお、本実施形態においては、車両の運転状態を示す情報として車速Ｖを用いているが、これ以外にも、車両が受ける横圧や路面の傾斜角等を車両の運転状態を示す情報としてセンサにより検出し、その検出値に応じて舵角変換比αを特有の値に設定することが可能である。また、車速Ｖに応じて舵角変換比αの基本値を決定し、上記のような車速以外の情報に基づいて、その基本値を随時補正して使用することも可能である。
【００３５】
Ｓ２０４では、検出されたハンドル軸角度位置φに、決定された舵角変換比αを乗じて目標操舵軸角度位置θ’を算出する。そして、Ｓ２０５において、現在の操舵軸角度位置θを読み取る。この操舵軸角度位置θは、具体的には以下のようにして行っている。まず、操舵軸角度位置θは、図８のロータリエンコーダからのビットパターンの変化を計数信号として、操舵軸角度位置カウンタにより計数し、その計数値によって与えられる。ビットパターンが変化したかどうかは、前回周期にて検出したビットパターンをメモリ記憶ないしハードウェア的にラッチしておき、次に入るビットパターンと照合したとき、両者が一致したかどうかにより検出できる。前述の通り、各ビットパターンはエンコーダの円板の回転位相を個別に表すものであるから、円板の回転方向によりビットパターンの変化シーケンスも変わる。従って、あるビットパターンがその前後のビットパターンのいずれに変化したかを見て回転方向を識別し、カウンタの計数値をインクリメントするかデクリメントするかを決める。
【００３６】
Ｓ２０６では、上記のようにして更新確定された現在の操舵軸角度位置θ（操舵軸角度位置カウンタから求められたもの）と目標操舵軸角度位置θ’との隔たりΔθ（＝θ’−θ）を算出する。さらにＳ２０７においては、現在の電源電圧Ｖｓの測定値を読み取る。モータ６は、目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの差Δθが縮小するように車輪操舵軸８を回転駆動する。そして、操舵軸角度位置θが目標操舵軸角度位置θ’に迅速かつスムーズに近づくことができるように、Δθが大きいときはモータ６の回転速度を大きくし、逆にΔθが小さいときはモータ６の回転速度を小さくする。基本的にはΔθをパラメータとした比例制御であるが、オーバーシュートやハンチング等を抑制し、制御の安定化を図るために、Δθの微分あるいは積分を考慮した周知のＰＩＤ制御を行なうことが望ましい。
【００３７】
モータ６は前述の通りＰＷＭ制御されており、回転速度は、そのデューティ比ηを変更することにより調整される。電源電圧Ｖｓが一定であれば、デューティ比により回転速度をほぼ一義的に調整できるが、本実施形態では前述の通り電源電圧Ｖｓは一定でない。従って、電源電圧Ｖｓも考慮してデューティ比ηを定めるようにする。例えば、図１１に示すように、種々の電源電圧ＶｓとΔθとの各組み合わせに対応したデューティ比ηを与える二次元のデューティ比変換テーブル１３１をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、電源電圧Ｖｓの測定値とΔθの算出値に対応するデューティ比ηの値を読み取って用いることができる。なお、モータ６の回転速度は負荷によっても変動する。この場合、電流センサ７０によるモータ電流Ｉｓの測定値を元に、モータ負荷の状態を推定し、デューティ比ηを補正して用いることも可能である。
【００３８】
ここまでの処理は、図４の主マイコン１１０（主ＣＰＵ１１１）と副マイコン１２０（副ＣＰＵ１２１）との双方にて並列的に実行される。例えば、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかは、主マイコン１１０のＲＡＭ１１３に記憶された各パラメータの演算結果を副マイコン１２０に随時転送し、副マイコン１２０側にて、ＲＡＭ１２３の記憶内容と照合することにより、異常発生の有無を監視させることができる。他方、主マイコン１１０側では、決定されたデューティ比ηを元にＰＷＭ信号を生成する。そして、操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの信号を参照してモータドライバ１８に対し、通電に関与する相のコイルをスイッチングするＦＥＴ（図７）へ該ＰＷＭ信号を出力することにより、モータ６をＰＷＭ制御する。
【００３９】
図１２に戻り、Ｓ３ではイグニッションスイッチがＯＦＦされているかどうかを確認し、もしＯＦＦされている場合はＳ４の終了処理となる。すなわち、イグニッションスイッチがＯＦＦになっている場合は、自動車の運転が終了したことを意味するから、主マイコン１１０において操舵軸角度位置カウンタに記憶されている、車輪操舵軸８の終了角度位置を読み出し、これをＥＥＰＲＯＭ１１５に格納し、さらに、ＲＡＭ１１３に設けられたデータ書込み完了フラグをセットして処理を終了する。
【００４０】
次に、伝達比可変ユニットのアクチュエータである前記モータ６への通電異常（例えばＣＰＵの暴走や、その他のシステム上の異常等）が生じた場合、その異常は、例えばメモリに記憶されているモータ電流予定値と電流センサ７０が検出する実際のモータ電流検出値との比較処理により、両者間の大きな隔たりが検出されることや、あるいはハンドル角と操舵角との間に予定されていない角度差が検出されること等により、システムがその異常を検知する。
【００４１】
そして、その異常が検知されると、図３のソレノイド５５が非作動状態とされ（消磁）、アンロック位置にあったロック部材５１が弾性部材５４の付勢力で、ロック受け部材５２のロック受け部５３の一つに嵌まるようにロック位置に移動する。これによりハンドル軸３と車両操舵軸８が直結され（伝達比１：１で固定）、伝達比可変ユニットの伝達比可変機能がロックされる。いわゆるメカニカルロック（メカロック）である。このメカロックは、ソレノイド５５を励磁してロック部材５１をアンロック位置に移動させない限り、ロック作用が継続するはずであるが、何らかの理由によりメカロックが正常に機能しない場合を考慮して、図１４に概念的に示すメカロック故障判定をルーチンを実行する。
【００４２】
ステップＰ１でメカロックの信号が出力されると（上記ソレノイド５５を消磁）、Ｐ２でメカロックの異常を判断するステップに移行する。このロックの異常（故障）を検出するには、例えばロック部材５１の近傍に光センサ、電磁気的な近接センサ、接触型のマイクロセンサ等のメカロック異常（故障）検出センサ１８０を設けることができる。このセンサ１８０はＣＰＵ１１１及び１２１の少なくとも一方に接続され、図３のロック部材５１がロック受け部５３から離脱ように変位したとき、これを検出することによりＣＰＵにメカロックの異常信号を出力することができる。さらにセンサ１８０の機能としては、例えばメカロック信号が出て、ソレノイド５５の拘束が解除されてロック部材がロック位置に至ったことを確認する信号（正常信号）を出力し（ロック位置への移動による確認信号があれば正常、確認信号がなければ異常）、さらにはメカロック信号が出てから、ロック部材５１がロック位置に移動したことの確認信号を出力した後、ロック部材５１のロック位置からの離脱をセンサ１８０が監視し、その離脱を検出すれば、それもメカロック異常信号として出力することができる。
【００４３】
なお、このような専用のセンサ１８０を設けることが以外に、ハンドル軸角度位置φと操舵軸角度位置θの角度差の演算等の処理をＣＰＵに行わせることにより、これをもってメカロック異常検出装置とすることもできる。すなわちメカロック信号（ロック指令信号）が出力されメカロックが完了したと推定される時間が経過した後においては、メカロックが正常に作用していればハンドル軸３と車輪操舵軸８とは相対回転不能に直結されるから、ハンドル軸角度位置φと操舵軸角度位置θとの間には相対変化が生じ得ないはずである。これに反し、メカロック信号が出てメカロックが作用したと推定されてから、ハンドル軸角度位置φと操舵軸角度位置θとの角度変化が生じたことが、図４のハンドル角度検出部１０１及び操舵軸角度検出１０３からの角度φ、θの取り込み及びＣＰＵによる相対変化の演算（φ−θの演算等）により判明すれば、メカロック異常（故障）と判断できる。
【００４４】
いずれにしても、図１４のＰ２でメカロック異常と判断されれば、Ｐ３において、メカロックの故障をカバーするために、伝達比可変ユニットを駆動するモータ６の電磁力発生部（コイル部）に、モータ出力軸（ひいては車輪操舵軸８）を回転不能状態に保持する電磁保持力を生じさせるロック電流を通電し、前記モータを電気的にロックする。モータロック、言い換えれば電気ロック装置をオン状態とすることになり、これによりハンドル軸３と車輪操舵軸８とを伝達比１：１で直結して伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる。よってメカロックが故障した場合の信頼性が高められる。
【００４５】
このようなモータロックは、図５の例に則していれば、図１７に概念を示すように、モータ６のコイルＵ、Ｖ、Ｗに例えば同時にかつ継続的にロック電流を通電し、かつその通電によりモータ６の回転子のＳ極及びＮ極と引き合う磁界（電磁力）を各コイルＵ、Ｖ、Ｗへ生じさせる。これによりモータ６の回転子の磁極がステータ側のコイルと引き合ってモータ出力軸を固定状態に維持する電磁保持力を発生し、これが電気ロック（モータロック）となる。なお、一定の電磁保持力が得られるのであれば、モータ６のすべてのコイルへロック電流を供給することは不可欠ではなく、モータのコイルの一部のものへロック電流を通電してモータロックを果たすことも可能である。なお、このような電気ロックに伴うモータ６への通電は、予めＲＯＭ等に書き込まれたプログラムに従い、ＣＰＵ１１１等が通電パターンを読み出し、実行命令を出すことによりモータドライバ１８を介して行われる。
【００４６】
図１５に示すメカロック不作動時処理のルーチンは、Ｒ１でメカロックがオンとなったどうかが判断され、オンとならなければ、前述した通常の伝達比制御がＲ２で行われるが、メカロックがオンされると、Ｒ３でメカロックに異常（故障）が生じていないかが上述のようにチェックされる。メカロックに異常がなければ、ハンドル軸３と車輪操舵軸８とはそのまま直結状態に固定されるから、電気ロックは作用しない。一方、メカロックに異常があると判断されると、単純に一定のロック電流をモータ６へ通電するのではなく、Ｒ４でロック電流演算のステップを介在させる。つまり、一定のロック電流を流し続けているとモータ６が過熱しやすくなるので、直進時は小さなロック電流、操舵時はその操舵トルク（操舵角ないしハンドル角とも言える）に応じたロック電流を流すことにより、メカロック不作動時のモータに過熱を防ぐ趣旨がある。
【００４７】
例えばロック電流を縦軸、操舵角（操舵トルク又はハンドル角）を横軸にとったとき、操舵角がゼロに近ければ、車両は直進状態に近いので、ロック電流は小さいかゼロになる。また、操舵角が大きくても（ハンドルを大きく切っても）、操舵がゆっくり（操舵トルクが小）であればロック電流は小さく、操舵角が小さくてもハンドル操作が強い（急激な操舵等で操作トルクが大きい）場合は、ロック電流は大きくする。操舵時の操舵トルクは、例えば目標操舵角（例えばハンドル角をプロット）と実際の操舵角（例えば車両操舵角をプロット）との角度差（厳密には差の絶対値）を演算し、この角度差の大小をもって操舵トルク（推定値）とすることができる。つまり、どの程度のロック電流をモータに通電すべきかを決定する要素として、どのくらいハンドルが切られた状態にあるかを示す操舵角を抽出し、通電すべきロック電流を、上記角度差（操舵トルク）を係数とする操舵角の関数として把握し、その予め設定された関数式又は換算テーブルに基づき、通電すべきロック電流を演算又は参照により決定する。そのように決定されたロック電流を、Ｒ５でモータ６に通電して電気ロックをかける。
【００４８】
図１６に示すルーチンは、操舵角（図４のハンドル軸角度位置（φ）検出部１０３により逐次検出（サンプリング）されるハンドル角）に基づいて、ロック電流を決定する例である。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は前述のＲ１、Ｒ２、Ｒ３と同様である。メカロックの異常が検出されると（Ｔ３）、Ｔ４でハンドル角φの大きさ又はその増加率（ｄφ／ｄｔ）が検出又は算出される。ハンドル角の大きさはどれだけハンドルが切られているかを示し、ハンドル角の増加率はハンドルを切る操作（操舵操作）がこれから更に進行しようしているか（正の増加率ないし増加傾向等）、終わりに近づいているのか（負の増加率又は減少傾向）を反映するものと言える。よって、前者の場合は操舵トルクが大きいものと推定でき、後者の場合は操舵トルクが小さいと推定できる。
【００４９】
そして、Ｔ５でハンドル角φ又はその増加率（ｄφ／ｄｔ）が設定値以下かどうかが判断され、その設定値を超えていれば、通常のロック電流（規定電流）が通電されて電気ロックがかけられ（Ｔ７）、その設定値以下であれば、ロック電流を小さくして緩い電気ロックをかけるか、又はロック電流を通電しないで電気ロックをかけないようにすることができる（Ｔ６）。このような処理は所定のサイクルタイムで実行されるから、電気ロックのために通電される電流値は刻々と変化し、また状況に応じてロック電流がゼロ（電気ロックの一時的な解除）に行い得る。その場合は、ロック電流の通電が間欠的になることもあり、さらにはロック電流の通電自体を最初から所定のサイクルで間欠的に行うことを前提にしてもよい。間欠的に行う場合、ロック電流をデューティー比制御してモータの過熱を抑制したり消費電力を抑えたりすることもできる。
なお、図１６では一定のしきい値を超えるかどうかでロック電流を調整すること前提に説明したが、図１５のＲ４と同様に、Ｔ８として、Ｔ４のハンドル軸角度位置φやその増加率をロック電流の調整要素として数式化ないし換算テーブル化し、その数式や換算テーブルに基づき最適なロック電流値を決定してモータに通電するロック電流制御を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用操舵制御システムの全体構成を模式的に示す図。
【図２】駆動部ユニットの一実施例を示す縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の車両用操舵制御システムの電気的構成の一例を示すブロック図。
【図５】本発明の実施形態に使用する３相ブラシレスモータの動作説明図。
【図６】電流センサの回路例を示す図。
【図７】３相ブラシレスモータのドライバ部分の一例を示す回路図。
【図８】図５の３相ブラシレスモータに使用するロータリエンコーダの説明図。
【図９】舵角変換比と車速との関係を与えるテーブルの模式図。
【図１０】車速に応じて舵角変換比を変化させるパターンの一例を示す模式図。
【図１１】モータ電源電圧と角度偏差Δθとによりデューティ比を決定するための二次元テーブルの模式図。
【図１２】本発明の車両用操舵制御システムにおけるコンピュータ処理の主ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１３】図１２の操舵制御処理の詳細の一例を示すフローチャート。
【図１４】メカロック故障判定時の処理の一例を示すフローチャート。
【図１５】図１４の変形例を示すフローチャート。
【図１６】図１５の更に変形例を示すフローチャート。
【図１７】モータロック（電気ロック）の一例を示す概念図。
【符号の説明】
３ ハンドル軸
６ モータ（アクチュエータ）
８ 車輪操舵軸
５１ ロック部材
５２ ロック受け部材
１００ 操舵制御部
１０１ ハンドル軸角度検出部
１０３ 操舵軸角度検出部
１１１ 主ＣＰＵ（角度決定手段）
１２１ 副ＣＰＵ（角度決定手段）
１８０ メカロック異常検出センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering apparatus for a vehicle such as an automobile.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in a steering device for a vehicle, particularly a steering device for an automobile, as one end of further enhancement of function, the steering wheel operating angle (handle operating angle) and the wheel steering angle are not fixed at a 1: 1 ratio, A vehicle equipped with a so-called variable steering angle conversion ratio mechanism in which the conversion ratio of the steering wheel operation angle to the wheel steering angle (steering angle conversion ratio) is variable according to the driving state of the vehicle has been developed.
[0003]
As the driving state of the vehicle, for example, the vehicle speed (vehicle speed) can be exemplified, and at the time of high-speed driving, the steering angle is not increased rapidly by increasing the steering wheel operation angle by reducing the steering angle conversion ratio. If this is done, it is possible to stabilize high-speed running. On the other hand, when driving at low speeds, the steering angle conversion ratio can be increased to reduce the number of steering wheel rotations required to turn the steering wheel fully. Driving operation can be performed very simply.
[0004]
As a mechanism for varying the rudder angle conversion ratio (transmission ratio), for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-334604, a gear-type transmission unit having a variable gear ratio between a handle shaft and a wheel steering shaft is disclosed. However, this configuration has a drawback that the gear ratio changing mechanism of the gear type transmission unit becomes complicated. Therefore, a type in which the steering wheel shaft and the wheel steering shaft are separated and the wheel steering shaft is rotationally driven by an actuator such as a motor has been proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-334628. Specifically, based on the steering wheel operation angle detected by the angle detection unit and the steering angle conversion ratio determined according to the vehicle driving state, a finally necessary wheel steering angle is calculated by computer processing, and the calculation is performed. The wheel steering shaft mechanically separated from the handle shaft is rotationally driven by an actuator (motor) so as to obtain a wheel steering angle.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above transmission ratio variable unit, when the motor that is the main body of the actuator is not normally energized due to, for example, a CPU failure (or including a motor failure), the scheduled transmission ratio control is executed. In this case, the steering shaft and the wheel steering shaft are fixed so that they are mechanically directly connected at a transmission ratio of 1: 1, and the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit is stopped (invalid Have been provided with a mechanical locking device.
However, it cannot be said that the possibility of failure of the mechanical lock device is zero, and it can be said that it is meaningful to add a further safety system in that sense.
An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus provided with a variable transmission ratio unit that can effectively cope with a malfunction of a mechanical lock device.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
According to the present invention, a transmission ratio variable unit driven by a motor that makes a transmission ratio variable is interposed in the middle of a steering transmission system that connects a steering wheel shaft and a wheel steering shaft of the steering wheel, and the transmission ratio is set as a predetermined element. In the vehicle steering device that controls in response,
A mechanical lock device for fixing the handle shaft and the wheel steering shaft so as to be mechanically directly coupled at a transmission ratio of 1: 1 and stopping the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit;
The motor is electrically locked by energizing a lock current that generates an electromagnetic holding force that holds the motor output shaft in a non-rotatable state to an electromagnetic force generating portion of the motor that drives the variable transmission ratio unit, and the handle An electric lock device for directly connecting the shaft and the wheel steering shaft at a transmission ratio of 1: 1 to stop the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit;
With The electric lock device includes a wheel steering shaft that steers a steering wheel when a steering wheel angle that is a rotational operation angle of the steering handle is at or near a neutral position, or a steering wheel angle that is a rotational operation angle of the steering handle. When the angle difference from the steering angle, which is the rotation angle of the motor, is less than or equal to a predetermined value, the lock current value energized to the motor is lowered to temporarily reduce or release the electromagnetic holding force, otherwise the motor The lock current value is increased or decreased to increase the electromagnetic holding force, thereby increasing or decreasing the lock current value. And Preferably, the electric lock device is not operated when the mechanical lock device is operating normally, and the electric lock device is operated when the mechanical lock device is not operating normally.
[0007]
If the electric lock device is used in this way, even if a situation occurs in which the mechanical lock device does not operate normally, the electric lock device is operated instead, and the handle shaft and the wheel steering shaft are transmitted at a transmission ratio of 1: 1. The transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit can be stopped directly. Therefore, the reliability with respect to the abnormality of the transmission ratio variable unit is improved. The electric lock device is configured to electrically lock the motor by an electromagnetic holding force based on energizing a lock current that holds the motor output shaft in a non-rotatable state to the electromagnetic force generating portion of the motor that is originally required as an actuator. Therefore, by changing the energization method for the motor, the motor can be used as a locking device, and there is an advantage that the structure is not complicated because a dedicated electric locking device is not required.
In addition, it is not limited to the position of an electric lock device that is temporarily activated when a mechanical lock device breaks down, but it is possible to omit the mechanical lock device and stop the transmission ratio variable function when the transmission ratio variable unit fails, etc. It can also be carried by an electric lock device.
[0008]
When operating the electric lock device, if the lock current continues to flow for a long time, the motor may overheat, so the lock current should flow only when necessary (under certain conditions) Alternatively, it is possible to change the lock current according to the steering situation or the like, and to lower the lock current when a small lock current is sufficient. Alternatively, the lock current value can be increased when the required electromagnetic holding force is large, such as when turning the steering wheel greatly or suddenly.
[0009]
In order to prevent overheating of the motor at the time of electric lock action, or to secure a sufficient lock function depending on the situation, for example, when the steering wheel angle, which is the rotation operation angle of the steering wheel, is under a specific condition, or If the relationship between the steering angle and the steering angle, which is the rotation angle of the wheel steering shaft that steers the steered wheel, is under a specific condition, the electric current is temporarily locked by stopping the energization of the lock current to the motor. The electromagnetic holding force can be temporarily reduced or increased by canceling or changing the value of the lock current applied to the motor.
[0010]
In particular, for example, the following control is effective for preventing overheating of the motor due to the electric lock action. Specifically, when the steering wheel angle, which is the rotation operation angle of the steering wheel, is in the neutral position or in the vicinity thereof, the electric current of the lock current to the motor is stopped and the electric lock is temporarily released. The electromagnetic holding force is temporarily reduced by lowering the lock current value energized to the motor. When the steering wheel angle is near neutral, the vehicle is running almost straight and the steering torque is hardly applied. Therefore, the electric lock can be released or a small electromagnetic holding force is sufficient. By interrupting or reducing the motor, overheating of the motor is suppressed.
[0011]
Alternatively, when the angle difference between the steering wheel angle and the steering angle is equal to or smaller than a predetermined value, the lock current for energizing the motor is stopped and the electrical lock is temporarily released, or the lock for energizing the motor. The electromagnetic holding force is temporarily reduced by lowering the current value. A small difference between the steering wheel angle and the steering angle means that a large (or strong) steering wheel operation is not performed. In this case as well, when the vehicle is traveling straight, the electric lock is released or the lock current value is reduced. Is effective in preventing overheating of the motor. In addition, it is not a simple angle difference between the steering wheel angle and the steering angle, but the rate at which the angle difference increases (or decreases), in other words, the angle difference increase or decrease rate (which can be said to be an increase rate based on positive and negative: differentiation of the angle difference Value, etc.), it is also possible to control the stop of energization of the lock current and the reduction of the current value. That is, it can be said that the control is based on or related to the angle difference between the steering wheel angle and the steering angle. This is also true when the steering wheel angle is viewed alone, not only based on the value at which the steering wheel angle is based on the neutral position, but also based on the increase or decrease rate (positive / negative increase rate) of the steering wheel angle. In addition, it is possible to stop energization or reduce the lock current. For example, if the increase rate of the steering wheel angle or the increase rate of the angle difference between the steering wheel angle and the steering angle is negative (decreasing trend), it can be estimated that the steering operation is close to the end, and the lock current is turned off or lowered. Therefore, if the increase rate is positive (increase tendency), it can be estimated that the steering operation will be continued further, and the lock current is not cut off (the lock action) Control to increase the lock current in order to obtain a stronger lock function.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows an example of the overall configuration of a vehicle steering control system to which the present invention is applied (in the present embodiment, “vehicle” is an automobile, but the present invention is applied). The subject is not limited to this). The vehicle steering control system 1 has a configuration in which a handle shaft 3 directly connected to a steering handle 2 and a wheel steering shaft 8 are mechanically separated. The wheel steering shaft 8 is rotationally driven by a motor 6 as an actuator. The tip of the wheel steering shaft 8 extends into the steering gear box 9, and the pinion 10 that rotates together with the wheel steering shaft 8 reciprocates the rack bar 11 in the axial direction, thereby changing the turning angle of the wheels 13 and 13. . In the vehicle steering control system 1 of the present embodiment, power steering is employed in which the reciprocation of the rack bar 11 is driven and assisted by a known hydraulic, electric or electrohydraulic power assist mechanism 12. Yes.
[0013]
An angular position φ of the handle shaft 3 is detected by a handle shaft angle detection unit 101 including a known angle detection unit such as a rotary encoder. On the other hand, the angular position θ of the wheel steering shaft 8 is detected by a steering shaft angle detection unit 103 that is also composed of an angle detection unit such as a rotary encoder. In the present embodiment, a vehicle speed detection unit (vehicle speed sensor) 102 that detects the vehicle speed V is provided as a driving state detection unit that detects the driving state of the automobile. The vehicle speed detection unit 102 is configured by, for example, a rotation detection unit (for example, a rotary encoder or a tachometer) that detects the rotation of the wheel 13. Then, the steering control unit 100 determines the target angular position θ ′ of the wheel steering shaft 8 based on the detected angular position φ of the handle shaft 3 and the vehicle speed V, and the angular position θ of the wheel steering shaft 8 is determined. The operation of the motor 6 is controlled so as to approach the target angular position θ ′.
[0014]
A lock mechanism 19 is provided between the handle shaft 3 and the wheel steering shaft 8 so as to be switchable between a locked state in which the two are locked together so as to rotate together and an unlocked state in which the lock connection is released. It has been. In the locked state, the rotation angle of the handle shaft 3 is transmitted to the wheel steering shaft 8 without being converted (that is, the steering angle conversion ratio is 1: 1), thereby enabling manual steering. The lock mechanism 19 is switched to the locked state by a command from the steering control unit 100 when an abnormality occurs.
[0015]
FIG. 2 shows an example of the configuration of the drive unit of the wheel steering shaft 8 by the motor 6 in an attached state to the automobile. In the drive unit 14, when the handle shaft 3 is rotated by operating the handle 2 (FIG. 1), the motor case 33 rotates integrally with the motor 6 assembled inside thereof. In the present embodiment, the handle shaft 3 is connected to the input shaft 20 via a universal joint 319, and the input shaft 20 is coupled to the first coupling member 22 via bolts 21 and 21. A pin 31 is integrated with the first coupling member 22. On the other hand, the pin 31 is engaged and fitted in a sleeve 32 a extending rearward from the center of one plate surface of the second coupling member 32. On the other hand, the cylindrical motor case 33 is integrated on the other plate surface side of the second coupling member 32. Reference numeral 44 denotes a cover made of rubber or resin, which rotates integrally with the handle shaft 3. Reference numeral 46 denotes a case for housing the drive unit 14 integrated with the cockpit panel 48, and reference numeral 45 denotes a seal ring that seals between the cover 44 and the case 46.
[0016]
Inside the motor case 33, the stator portion 23 of the motor 6 including the coils 35 is integrally assembled. A motor output shaft 36 is rotatably mounted inside the stator portion 23 via a bearing 41. Further, an armature 34 made of a permanent magnet is integrated on the outer peripheral surface of the motor output shaft 36, and coils 35, 35 are arranged so as to sandwich the armature 34. A power supply terminal 50 is taken out from the coils 35 and 35 so as to be continuous with the rear end surface of the motor case 33, and power is supplied to the coils 35 and 35 through the power supply cable 42 at the power supply terminal 50.
[0017]
As will be described later, in this embodiment, the motor 6 is a brushless motor, and the power supply cable 42 is configured as a belt-like collective cable in which strands that individually feed power to the coils 35 and 35 of each phase of the brushless motor are assembled. ing. And the cable case 43 which has the hub 43a in the form adjacent to the rear end side of the motor case 33 is provided, and the electric power feeding cable 42 is accommodated in the form wound by the spring shape with respect to the hub 43a in it. . The end of the power supply cable 42 opposite to the end connected to the power supply terminal 50 is fixed to the hub 43 a of the cable case 43. When the handle shaft 3 rotates in the forward direction or the reverse direction together with the motor case 33 and the power supply terminal 50, the power supply cable 42 in the cable case 43 is wound around or fed out to the hub 43a, so that the motor case 33 is provided. Plays the role of absorbing the rotation of
[0018]
The rotation of the motor output shaft 36 is transmitted to the wheel steering shaft 8 after being decelerated to a predetermined ratio (for example, 1/50) via the speed reduction mechanism 7. In this embodiment, the speed reduction mechanism 7 is composed of a harmonic drive speed reducer. That is, an elliptical bearing 37 with an inner race is integrated with the motor output shaft 36, and a deformable thin external gear 38 is fitted to the outside thereof. Further, the internal gears 39 and 139 with which the wheel steering shaft 8 is integrated via the coupling 40 are engaged with the outside of the external gear 38. The internal gears 39 and 139 include an coaxially arranged internal gear (hereinafter also referred to as a first internal gear) 39 and an internal gear (hereinafter also referred to as a second internal gear) 139. While fixed to the motor case 33 and rotating integrally with the motor case 33, the second internal gear 139 is not fixed to the motor case 33 and is rotatable relative to the motor case 33. The first internal gear 39 has no difference in the number of teeth from the external gear 38 meshing with the first internal gear 39 and does not cause relative rotation with the external gear 38 (that is, with respect to the rotating motor output shaft 36, It can also be said that the internal gear 39 and thus the motor case 33 and the handle shaft 3 are coupled so as to be freely rotatable). On the other hand, if the number of teeth of the second internal gear 139 is larger than that of the external gear 38 (for example, 2), the number of teeth of the internal gear 139 is N, and the number of teeth difference between the external gear 38 and the internal gear 139 is n, the motor output The rotation of the shaft 36 is transmitted to the wheel steering shaft 8 in a form decelerated to n / N. In the present embodiment, the internal gears 39 and 139 are coaxially arranged with the input shaft 20 of the handle shaft 3, the motor output shaft 36, and the wheel steering shaft 8 in order to reduce the size.
[0019]
Next, the lock mechanism 19 includes a lock member 51 fixed to the lock base portion (in this embodiment, the motor case 33) that cannot rotate relative to the handle shaft 3, and a lock receiving base portion (in this embodiment). Has a lock receiving member 52 provided on the motor output shaft 36 side). As shown in FIG. 3, the lock member 51 can advance and retreat between a lock position that engages with a lock receiving portion 53 formed on the lock receiving member 52 and an unlock position that is retracted from the lock receiving portion 53. Is provided. In the present embodiment, a plurality of lock receiving portions 53 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction of the lock receiving member 52 that rotates integrally with the wheel steering shaft 8, and a lock portion 51 a provided at the tip of the lock member 51 is provided. In accordance with the rotational angle phase of the wheel steering shaft 8, it selectively engages with any one of the plurality of lock receiving portions 53. The handle shaft 3 is coupled to the motor case 33 (in the present embodiment, by the coupling 22 and the pin) so as not to be relatively rotatable. When the lock member 51 and the lock receiving member 52 are not engaged (in an unlocked state), the motor output shaft 36 rotates with respect to the motor case 33, and the rotation passes through the external gear 38 and the first internal gear 39 and Each is transmitted to the second internal gear 139. Since the first internal gear 39 fixed to the motor case 33 does not rotate relative to the external gear 38 as described above, as a result, the first internal gear 39 rotates at the same speed as the handle shaft 3 (that is, rotates following the handle operation). To do). The second internal gear 139 decelerates and transmits the rotation of the motor output shaft 36 to the wheel steering shaft 8 and is responsible for driving the wheel steering shaft 8 to rotate. On the other hand, when the lock member 51 and the lock receiving member 52 are engaged and locked, the motor output shaft 36 cannot rotate relative to the motor case 33. Of the internal gears 39 and 139 of the speed reduction mechanism 7, the first internal gear 39 is fixed to the motor case 33, and therefore the handle shaft in the order of the first internal gear 39, the external gear 38 and the second internal gear 139. 3 rotation is directly transmitted to the wheel steering shaft 8.
[0020]
In the present embodiment, the lock receiving member 52 is attached to the outer peripheral surface of one end of the motor output shaft 36, and each lock receiving portion 53 is formed in a concave shape that cuts in the radial direction from the outer peripheral surface of the lock receiving member 52. Has been. Further, as shown in FIG. 2, the lock member 51 is attached to the rotation base 300 provided in the motor case 33 so as to be rotatable around an axis substantially parallel to the wheel steering shaft 8, and the rear end portion 55a is coupled. Has been. Further, an elastic member 54 is provided that elastically returns the lock member 51 to its original position when the solenoid 55 is released from the bias. A lock formed at the tip of the lock member 51 through a projection 55a provided at the tip of the solenoid 55a and a groove formed at one end 51b of the lock member 51 by the biasing and releasing operation of the solenoid 55. The portion 51a approaches / separates from the lock receiving member 52 for locking / unlocking as described above. That is, in this example, a mechanical lock device is configured including the lock member 51, the lock receiving portion 53, and the elastic member 54 (hereinafter, also abbreviated as a mechanical lock or the like).
[0021]
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of an electrical configuration of the steering control unit 100. The two microcomputers 110 and 120 form the main part of the steering control unit 100. The main microcomputer 110 has a main CPU 111, a ROM 112 storing control programs, a main CPU RAM 113 serving as a work area for the CPU 111, and an input / output interface 114. The sub-microcomputer 120 has a sub-CPU 121, a ROM 122 storing a control program, a sub-CPU side RAM 123 serving as a work area for the sub-CPU 121, and an input / output interface 124. The main microcomputer 110 directly controls the operation of the motor 6 (actuator) that drives the wheel steering shaft 8, and the sub-microcomputer 120 performs data processing necessary for operation control of the motor 6, such as necessary parameter calculation. 110 is performed in parallel with the data processing result, and the data processing result is communicated with the main microcomputer 110 to monitor / confirm whether the operation of the main microcomputer 110 is normal, and supplement the information as necessary. It functions as an auxiliary control unit. In this embodiment, data communication between the main microcomputer 110 and the sub-microcomputer 120 is performed by communication between the input / output interfaces 114 and 124. Both the microcomputers 110 and 120 are supplied with a power supply voltage Vcc (for example, +5 V) from a stabilized power supply (not shown) even after the operation of the automobile is finished (that is, after the ignition is turned off), and RAMs 113 and 123 or an EEPROM (described later). ) 115 stored contents are held.
[0022]
The outputs of the handle shaft angle detection unit 101, the vehicle speed detection unit 102, and the steering shaft angle detection unit 103 are distributed and input to the input / output interfaces 114 and 124 of the main microcomputer 110 and the sub microcomputer 120, respectively. In this embodiment, each detection unit is constituted by a rotary encoder, and a count signal from the encoder is directly input to digital data ports of the input / output interfaces 114 and 124 via a Schmitt trigger unit (not shown). In addition, a solenoid 55 that constitutes the drive unit of the lock mechanism 19 is connected to the input / output interface 114 of the main microcomputer 110 via a solenoid driver 56.
[0023]
The motor 6 is constituted by a brushless motor, which is a three-phase brushless motor in this embodiment. As shown in FIG. 5, the coils 35, 35 shown in FIG. 2 include three-phase coils U, V, W arranged at intervals of 120 °, and these coils U, V, W, armature 34, Is detected by a Hall IC that forms an angle sensor provided in the motor. Then, in response to the output of these Hall ICs, the motor driver 18 in FIG. 1 switches the energization of the coils U, V, W to W → U (1), U → V (3), as shown in FIG. Switching is performed sequentially in a cyclic manner as in V → W (5) (in the case of forward rotation: in the case of reverse rotation, the above reverse switching is performed). FIG. 8B shows the energization sequence of the coils of each phase in the case of forward rotation (“H” represents energization and “L” represents non-energization: The sequence is reversed left and right). The numbers in parentheses in the figure represent the angular position of the armature 34 at the corresponding number in FIG.
[0024]
Returning to FIG. 4, the rotation control of the motor 6 is performed by duty ratio control based on the PWM signal from the drive control unit 100 (main microcomputer 110 in the present embodiment) in the energization switching sequence of each phase of the coils U, V, and W. The sequence is performed in a superimposed manner. FIG. 7 shows a circuit example of the motor driver 18, and FETs (semiconductor switching elements) 75-80 corresponding to the terminals u, u ′, v, v ′, w, w ′ of the coils U, V, W are shown. Are wired so as to constitute a well-known H-type bridge circuit (reference numerals 87 to 92 are flywheel diodes that form a bypass path of an induced current accompanying switching of the coils U, V, and W). . If the AND gates 81 to 86 generate a logical product signal of the switching signal from the Hall IC (angle sensor) on the motor side and the PWM signal from the drive control unit 100 and use this to switch the FETs 75 to 80, the energization is performed. PWM coils can be selectively energized in the coils of the phase involved. Depending on the PWM energization method, it is only necessary to input a PWM signal to the upper (75, 77, 79) or lower (76, 78, 80) FETs of the H-bridge circuit. It is possible to omit the corresponding ones of ˜86 and directly input a switching signal from the Hall IC.
[0025]
Note that the timing for sequentially applying PWM signals to the FETs 75 to 80 on the drive control unit 100 side may be recognized by distributing the signal from the Hall IC (angle sensor) to the drive control unit 100, but this embodiment In the embodiment, this is separately detected by using a rotary encoder as an angle sensor. This rotary encoder detects the rotation angle of the motor output shaft 36, and the detected angle value has a unique correspondence with the angular position of the wheel steering shaft 8 after deceleration. Therefore, in this embodiment, this rotary encoder is used as the steering shaft angle detection unit 103.
[0026]
FIG. 8A schematically shows the above rotary encoder, and is a bit for specifying each coil energization pattern in which the time-series appearance order is determined in order to control the energization sequence of the brushless motor. Patterns (angle identification patterns) are formed at regular angular intervals in the circumferential direction of the disc. In the present embodiment, the bit pattern is a slit indicated by a hatched area in the drawing, and a plurality of sets of slit groups formed by defining a section in the circumferential direction of the disk forming the rotating body in the radial direction of the disk (this embodiment) 3 sets) are formed. As the detection unit, a transmission type optical sensor (not shown) corresponding to each slit group (for example, a photocoupler) is used, and depending on the combination of whether or not the slit is detected at the formation position of each slit group in the radial direction, A bit pattern indicating the rotation angle phase of the disc is output.
[0027]
In the present embodiment, since a three-phase brushless motor is used, (1) to (6) (FIG. 5) so that the energization sequence of the coils U, V, and W shown in FIG. 6 types of bit patterns corresponding to the energization pattern of (see) are formed at intervals of 60 ° in the circumferential direction of the disk. Therefore, when the armature 34 of the motor 6 rotates, a bit pattern for specifying a coil to be energized is outputted every moment from the rotary encoder that rotates in synchronization therewith. Therefore, the drive control unit 100 can spontaneously determine the coil terminals (ie, the FETs 75 to 80 in FIG. 7) to which the PWM signal is to be sent by reading the bit pattern of the encoder.
[0028]
Since the rotation of the motor output shaft 36 is decelerated and transmitted to the wheel steering shaft 8, the motor output shaft 36 provided with the rotary encoder rotates a plurality of times while the wheel steering shaft 8 rotates once. Therefore, the absolute angular position of the wheel steering shaft 8 cannot be known from the bit pattern of the encoder indicating only the absolute angular position of the motor output shaft 36. Therefore, as shown in FIG. 4, a counter (steering shaft angle position counter) for counting the number of detections of bit pattern changes is formed in the RAM 113 (123), and the steering shaft angle position (θ) is obtained from the counted number. It is like that. Therefore, it can be considered functionally equivalent to an incremental rotary encoder. Since the absolute angular position of the motor output shaft 36 (armature of the motor 6) can be read according to the type of bit pattern, the motor output shaft 36 and thus the wheel steering shaft 8 can be monitored by monitoring the change order of the bit pattern. It is possible to know the rotation direction (ie, the direction in which the handle is turned). Accordingly, the steering shaft angle detection unit 103 increments the counter if the rotation direction of the wheel steering shaft 8 is positive, and decrements the counter if the rotation direction is reverse.
[0029]
The motor driver 18 is connected to an in-vehicle battery 57 serving as a power source for the motor 6. The voltage (power supply voltage) Vs of the battery 57 that is received by the motor driver 18 changes from time to time (for example, 9 to 14 V) depending on the state of the load dispersed in various parts of the automobile and the power generation state of the alternator. In the present embodiment, such a varying battery voltage Vs is directly used as a motor power supply voltage without going through a stabilized power supply circuit. Since the steering control unit 100 controls the motor 6 on the premise of using the power supply voltage Vs that fluctuates in a considerable range as described above, a measurement unit for the power supply voltage Vs is provided. In this embodiment, a branch path for voltage measurement is drawn out from the energization path to the motor 6 (immediately before the motor driver 18), and the voltage measurement signal is taken out through the voltage dividing resistors 60 and 60 provided there. The voltage measurement signal is smoothed by the capacitor 61 and then input to the input ports with an A / D conversion function (hereinafter referred to as A / D ports) of the input / output interfaces 114 and 124 via the voltage follower 62.
[0030]
In addition, in order to monitor the energization state of the motor 6 such as the presence or absence of occurrence of overcurrent, a current detection unit is provided on the energization path to the motor 6. Specifically, the voltage difference between both ends of a shunt resistor (current detection resistor) 58 provided on the path is measured by the current sensor 70 and input to the A / D ports of the input / output interfaces 114 and 124. For example, as shown in FIG. 6, the current sensor 70 takes out the voltage across the shunt resistor 58 through voltage followers 71 and 72, and amplifies the voltage by a differential amplifier 75 including an operational amplifier 73 and a peripheral resistor 74. Output. Since the output of the differential amplifier 75 is proportional to the value of the current flowing through the shunt resistor 58, this can be used as the current measurement value Is. In addition to the shunt resistor, a probe that detects a current based on an electromagnetic principle such as a Hall element or a current detection coil may be used.
[0031]
Returning to FIG. 4, the RAMs 113 and 123 of both microcomputers 110 and 120 have the following memory areas, respectively.
(1) Vehicle speed measurement value memory: Stores the current vehicle speed measurement value from the vehicle speed sensor 102.
(2) Handle shaft angular position (φ) counter memory: Counts a count signal from the rotary encoder constituting the handle shaft angular position detection unit 101, and stores a count value indicating the handle shaft angular position φ. Note that a rotary encoder that can identify the rotation direction is used, and the counter is incremented for forward rotation and decremented for reverse rotation.
(3) Steering angle conversion ratio (α) calculated value memory: Stores the steering angle conversion ratio α calculated based on the vehicle speed measurement value.
(4) Target steering shaft angular position (θ ′) calculated value memory: The target value of the steering shaft angular position calculated by, for example, φ × α from the value of the current steering wheel angular position φ and the steering angle conversion ratio α, That is, the value of the target steering shaft angular position θ ′ is stored.
(5) Steering shaft angular position (θ) counter memory: Counting signals from the rotary encoder constituting the steering shaft angle detecting unit 103 are counted, and the count value indicating the steering shaft angular position θ is stored.
(6) Δθ calculated value memory: Stores a calculated value of the difference Δθ (≡θ′−θ) between the target steering shaft angular position θ ′ and the current steering shaft angular position θ.
(7) Power supply voltage (Vs) measurement value memory: The measurement value of the power supply voltage Vs of the motor 6 is stored.
(8) Duty ratio (η) determined value memory: Stores the duty ratio η determined based on Δθ and the power supply voltage Vs for energizing the motor 6 with PWM.
(9) Current (Is) measurement value: The measurement value of the current Is measured by the current sensor 70 is stored.
Further, an angle difference memory between the steering wheel angle (steering wheel angular position) φ and the steering angle (steering shaft angular position) θ is calculated by the CPU 111 or 121 and the angular difference Δβ is temporarily stored in the RAM. Is provided.
[0032]
The input / output interface 114 of the main microcomputer 110 is provided with an EEPROM 115 as a second storage unit for storing the angular position of the wheel steering shaft 8 at the end of operation (that is, when the ignition is OFF), that is, the end angle position. It has been. The EEPROM 115 (PROM) can only read data by the main CPU 111 at the first operating voltage (+ 5V) at which the main CPU 111 reads / writes data to / from the main CPU side RAM 112, while the first operation is performed in the first operation voltage. Data can be written by the main CPU 111 by setting a second operating voltage different from the voltage (+5 V) (in this embodiment, a voltage higher than the first operating voltage is adopted: for example, +7 V). Even if the main CPU 111 runs out of control, the contents are not erroneously rewritten. The second operating voltage is generated by a booster circuit (not shown) interposed between the EEPROM 115 and the input / output interface 114.
[0033]
Hereinafter, the operation of the vehicle steering control system 1 will be described.
FIG. 12 shows the flow of processing of the main routine of the control program by the main microcomputer 110. S1 is an initialization process, in which the end angle position (described later) of the wheel steering shaft 8 written in the EEPROM 115 in the end process when the ignition switch was previously turned off is read, and the end angle position is read when the process is started. The gist is to set it as the initial angular position of the wheel steering shaft 8. Specifically, the counter value indicating the end angle position is set in the steering shaft angle position counter memory described above. A data write completion flag to the EEPROM 115 described later is cleared at this time.
[0034]
When the initialization process ends, the process proceeds to S2 and the steering control process is performed. The steering control process is repeatedly executed at a constant period (for example, several hundred μs) in order to make the parameter sampling intervals uniform. The details will be described with reference to FIG. In S201, the current measured value of the vehicle speed V is read, and then in S202, the steering wheel shaft angular position φ is read. In S203, a steering angle conversion ratio α for converting the steering wheel shaft angular position φ into the steering shaft target angular position θ ′ is determined from the calculated value of the vehicle speed V. The steering angle conversion ratio α is set to a different value depending on the vehicle speed V. Specifically, as shown in FIG. 10, when the vehicle speed V is higher than a certain level, the steering angle conversion ratio α is set to be small, and when the vehicle speed V is low below a certain level, the steering angle conversion ratio α is set to be large. Is done. In the present embodiment, as shown in FIG. 9, a table 130 for giving a set value of the steering angle conversion ratio α corresponding to various vehicle speeds V is stored in the ROM 112 (122), and the current table 130 is referred to by referring to this table 130. The steering angle conversion ratio α corresponding to the vehicle speed V is calculated by the interpolation method. In the present embodiment, the vehicle speed V is used as information indicating the driving state of the vehicle, but in addition to this, the lateral pressure received by the vehicle, the inclination angle of the road surface, etc. are used as information indicating the driving state of the vehicle. And the steering angle conversion ratio α can be set to a specific value according to the detected value. It is also possible to determine the basic value of the steering angle conversion ratio α in accordance with the vehicle speed V and correct the basic value as needed based on information other than the vehicle speed as described above.
[0035]
In S204, the target steering shaft angular position θ ′ is calculated by multiplying the detected steering shaft angular position φ by the determined steering angle conversion ratio α. In S205, the current steering shaft angular position θ is read. Specifically, the steering shaft angular position θ is performed as follows. First, the steering shaft angular position θ is given by a count value obtained by counting by a steering shaft angular position counter using a change in the bit pattern from the rotary encoder of FIG. 8 as a count signal. Whether or not the bit pattern has changed can be detected based on whether or not the bit pattern detected in the previous cycle is latched in memory or hardware and collated with the next incoming bit pattern. As described above, since each bit pattern individually represents the rotational phase of the encoder disk, the bit pattern change sequence also changes depending on the rotation direction of the disk. Therefore, the direction of rotation is identified by looking at which of the bit patterns before and after a certain bit pattern has changed, and it is determined whether to increment or decrement the counter value.
[0036]
In S206, the difference Δθ (= θ′−θ) between the current steering shaft angular position θ (obtained from the steering shaft angular position counter) updated and determined as described above and the target steering shaft angular position θ ′. Is calculated. In step S207, the current measured value of the power supply voltage Vs is read. The motor 6 rotationally drives the wheel steering shaft 8 so that the difference Δθ between the target steering shaft angular position θ ′ and the current steering shaft angular position θ is reduced. Then, the rotational speed of the motor 6 is increased when Δθ is large, and conversely, when Δθ is small, so that the steering shaft angular position θ can quickly and smoothly approach the target steering shaft angular position θ ′. Reduce the rotation speed of the. Basically, the proportional control uses Δθ as a parameter, but in order to suppress overshoot and hunting and stabilize the control, it is desirable to perform well-known PID control considering the differential or integral of Δθ. .
[0037]
The motor 6 is PWM controlled as described above, and the rotation speed is adjusted by changing the duty ratio η. If the power supply voltage Vs is constant, the rotational speed can be adjusted almost uniquely by the duty ratio. However, in this embodiment, the power supply voltage Vs is not constant as described above. Therefore, the duty ratio η is determined in consideration of the power supply voltage Vs. For example, as shown in FIG. 11, a two-dimensional duty ratio conversion table 131 that gives a duty ratio η corresponding to each combination of various power supply voltages Vs and Δθ is stored in the ROM 112 (122), and the power supply voltage Vs. The value of the duty ratio η corresponding to the measured value and the calculated value of Δθ can be read and used. Note that the rotational speed of the motor 6 varies depending on the load. In this case, the state of the motor load can be estimated based on the measured value of the motor current Is by the current sensor 70, and the duty ratio η can be corrected and used.
[0038]
The processing so far is executed in parallel by both the main microcomputer 110 (main CPU 111) and the sub microcomputer 120 (sub CPU 121) in FIG. For example, whether the operation of the main microcomputer 110 is normal or not is determined by transferring the calculation results of each parameter stored in the RAM 113 of the main microcomputer 110 to the sub-microcomputer 120 as needed, By checking, it is possible to monitor whether or not an abnormality has occurred. On the other hand, the main microcomputer 110 generates a PWM signal based on the determined duty ratio η. Then, with reference to the signal from the rotary encoder constituting the steering shaft angle detection unit 103, the PWM signal is output to the motor driver 18 to the FET (FIG. 7) that switches the phase coil involved in the energization. The motor 6 is PWM controlled.
[0039]
Returning to FIG. 12, in S3, it is confirmed whether or not the ignition switch is turned off. If it is turned off, the process ends in S4. That is, when the ignition switch is OFF, it means that the driving of the automobile has been completed. Therefore, the end angle position of the wheel steering shaft 8 stored in the steering shaft angle position counter in the main microcomputer 110 is read out. This is stored in the EEPROM 115, and further, a data write completion flag provided in the RAM 113 is set, and the process is terminated.
[0040]
Next, when an energization abnormality (for example, CPU runaway or other system abnormality) occurs in the motor 6 that is an actuator of the variable transmission ratio unit, the abnormality is, for example, a motor stored in a memory. A comparison between the current planned value and the actual motor current detected value detected by the current sensor 70 detects a large gap between them, or an unscheduled angle difference between the steering wheel angle and the steering angle. The system detects the abnormality by detecting, for example.
[0041]
When the abnormality is detected, the solenoid 55 in FIG. 3 is deactivated (demagnetization), and the lock member 51 in the unlock position is urged by the elastic member 54 to lock the lock receiving member 52. It moves to the lock position so as to fit into one of the parts 53. As a result, the handle shaft 3 and the vehicle steering shaft 8 are directly connected (fixed at a transmission ratio of 1: 1), and the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit is locked. This is a so-called mechanical lock. This mechanical lock should continue the locking action unless the solenoid 55 is excited to move the lock member 51 to the unlocked position. However, in consideration of the case where the mechanical lock does not function normally for some reason, FIG. A routine is executed for conceptually determining a mechanical lock failure.
[0042]
When a mechanical lock signal is output in step P1 (demagnetization of the solenoid 55), the process proceeds to a step of determining a mechanical lock abnormality in P2. In order to detect this lock abnormality (failure), for example, a mechanical lock abnormality (failure) detection sensor 180 such as an optical sensor, an electromagnetic proximity sensor, or a contact type microsensor can be provided in the vicinity of the lock member 51. This sensor 180 is connected to at least one of the CPUs 111 and 121. When the lock member 51 in FIG. 3 is displaced so as to be detached from the lock receiving portion 53, a mechanical lock abnormality signal can be output to the CPU by detecting this. it can. Further, as a function of the sensor 180, for example, a mechanical lock signal is output and a signal (normal signal) for confirming that the restriction of the solenoid 55 is released and the lock member has reached the lock position is output (by moving to the lock position). If there is a confirmation signal, it is normal, and if there is no confirmation signal, it is abnormal.) After the mechanical lock signal is output, a confirmation signal indicating that the lock member 51 has moved to the lock position is output. If the sensor 180 monitors the separation and detects the separation, it can also be output as a mechanical lock abnormality signal.
[0043]
In addition to providing such a dedicated sensor 180, by causing the CPU to perform processing such as calculation of the angle difference between the handle shaft angular position φ and the steering shaft angular position θ, the mechanical lock abnormality detecting device You can also That is, after the mechanical lock signal (lock command signal) is output and the time when it is estimated that the mechanical lock is completed has passed, the handle shaft 3 and the wheel steering shaft 8 cannot be rotated relative to each other if the mechanical lock is operating normally. Since they are directly connected, there should be no relative change between the steering shaft angular position φ and the steering shaft angular position θ. On the other hand, since it is estimated that the mechanical lock has been activated by the output of the mechanical lock signal, the change in the angle between the steering shaft angular position φ and the steering shaft angular position θ has occurred. If the angle φ, θ is taken from the shaft angle detection 103 and the relative change is calculated by the CPU (φ−θ calculation, etc.), it can be determined that the mechanical lock is abnormal (failure).
[0044]
In any case, if it is determined in P2 of FIG. 14 that the mechanical lock is abnormal, in P3, in order to cover the failure of the mechanical lock, the electromagnetic force generation part (coil part) of the motor 6 that drives the transmission ratio variable unit is A lock current that generates an electromagnetic holding force that holds the motor output shaft (and thus the wheel steering shaft 8) in a non-rotatable state is energized to electrically lock the motor. The motor lock, in other words, the electric lock device is turned on, whereby the handle shaft 3 and the wheel steering shaft 8 are directly connected at a transmission ratio of 1: 1 to stop the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit. . Therefore, the reliability when the mechanical lock breaks down is improved.
[0045]
If such a motor lock conforms to the example of FIG. 5, as shown in the concept of FIG. 17, for example, the coil U, V, W of the motor 6 is energized simultaneously and continuously with a lock current, and The energization causes each coil U, V, W to generate a magnetic field (electromagnetic force) attracting the S pole and N pole of the rotor of the motor 6. As a result, the magnetic pole of the rotor of the motor 6 attracts the coil on the stator side to generate an electromagnetic holding force that maintains the motor output shaft in a fixed state, and this becomes an electric lock (motor lock). If a certain electromagnetic holding force can be obtained, it is not essential to supply a lock current to all the coils of the motor 6, and a lock current is supplied to some of the motor coils to lock the motor. It is also possible to fulfill. It should be noted that energization of the motor 6 accompanying such an electric lock is performed via the motor driver 18 by the CPU 111 and the like reading out an energization pattern and issuing an execution command in accordance with a program previously written in a ROM or the like.
[0046]
In the routine for processing when the mechanical lock is not shown in FIG. 15, it is determined whether the mechanical lock is turned on at R1, and if not, the normal transmission ratio control described above is performed at R2, but the mechanical lock is turned on. Then, whether or not an abnormality (failure) has occurred in the mechanical lock at R3 is checked as described above. If there is no abnormality in the mechanical lock, the handle shaft 3 and the wheel steering shaft 8 are fixed in a directly connected state as they are, so that the electric lock does not act. On the other hand, if it is determined that there is an abnormality in the mechanical lock, a constant lock current is not simply supplied to the motor 6, but a lock current calculation step is interposed at R4. That is, if the constant lock current continues to flow, the motor 6 is likely to overheat, so that a small lock current is applied when traveling straight, and a lock current corresponding to the steering torque (also referred to as the steering angle or steering wheel angle) is applied during steering. Therefore, there is a purpose to prevent overheating of the motor when the mechanical lock is not operated.
[0047]
For example, when the lock current is taken on the vertical axis and the steering angle (steering torque or steering wheel angle) is taken on the horizontal axis, if the steering angle is close to zero, the vehicle is close to a straight traveling state, so the lock current is small or zero. Also, even if the steering angle is large (even if the steering wheel is turned large), if the steering is slow (steering torque is small), the lock current is small, and the steering operation is strong even if the steering angle is small (due to sudden steering, etc.) If the operating torque is large), increase the lock current. The steering torque at the time of steering is calculated, for example, by calculating the angle difference (strictly the absolute value of the difference) between the target steering angle (for example, plotting the steering wheel angle) and the actual steering angle (for example, plotting the vehicle steering angle). The magnitude of the difference can be used as the steering torque (estimated value). That is, as an element for determining how much lock current should be applied to the motor, a steering angle indicating how much the steering wheel is turned off is extracted, and the lock current to be supplied is determined by the angle difference (steering torque). ) As a function of the steering angle, and a lock current to be energized is determined by calculation or reference based on a preset function equation or conversion table. The lock current determined in this way is energized to the motor 6 by R5 to apply electrical lock.
[0048]
The routine shown in FIG. 16 is an example in which the lock current is determined based on the steering angle (the steering wheel angle sequentially detected (sampled) by the steering shaft angular position (φ) detection unit 103 in FIG. 4). T1, T2, and T3 are the same as R1, R2, and R3 described above. When a mechanical lock abnormality is detected (T3), the magnitude of the handle angle φ or the rate of increase (dφ / dt) is detected or calculated at T4. The size of the steering wheel angle indicates how much the steering wheel has been cut, and the rate of increase of the steering wheel angle indicates whether the operation of turning the steering wheel (steering operation) is proceeding further (positive increase rate or increasing trend, etc.) It can be said that it reflects the end of life (negative growth rate or decreasing trend). Therefore, in the former case, it can be estimated that the steering torque is large, and in the latter case, it can be estimated that the steering torque is small.
[0049]
At T5, it is determined whether or not the steering wheel angle φ or its increase rate (dφ / dt) is equal to or less than the set value. If the set angle exceeds the set value, a normal lock current (specified current) is applied and the electric lock is activated. If it is applied (T7) and it is below the set value, the lock current can be reduced to apply a loose electric lock, or the lock current can be prevented from being applied without applying the lock current (T6). Since such processing is executed at a predetermined cycle time, the value of the current that is energized for the electric lock changes every moment, and the lock current becomes zero (temporary release of the electric lock) according to the situation. Can be done. In that case, energization of the lock current may be intermittent, and it may be assumed that the energization of the lock current itself is intermittently performed in a predetermined cycle from the beginning. When intermittently performed, the lock current can be controlled by the duty ratio to suppress overheating of the motor or to reduce power consumption.
In FIG. 16, the description has been made on the assumption that the lock current is adjusted depending on whether or not a certain threshold value is exceeded. However, similarly to R4 in FIG. 15, the handle shaft angular position φ of T4 and the increase rate thereof are set as T8. It is also possible to perform a lock current control in which a formula or a conversion table is formed as an adjustment element of the lock current, an optimum lock current value is determined based on the formula and the conversion table, and the motor is energized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a vehicle steering control system of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a drive unit.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the vehicle steering control system of the present invention.
FIG. 5 is an operation explanatory view of a three-phase brushless motor used in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit example of a current sensor.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a driver portion of a three-phase brushless motor.
8 is an explanatory diagram of a rotary encoder used in the three-phase brushless motor of FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram of a table that gives a relationship between a steering angle conversion ratio and a vehicle speed.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a pattern for changing the steering angle conversion ratio according to the vehicle speed.
FIG. 11 is a schematic diagram of a two-dimensional table for determining a duty ratio based on a motor power supply voltage and an angle deviation Δθ.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of a main routine of computer processing in the vehicle steering control system of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart showing an example of details of the steering control process of FIG. 12;
FIG. 14 is a flowchart showing an example of processing at the time of mechanical lock failure determination.
FIG. 15 is a flowchart showing a modification of FIG.
FIG. 16 is a flowchart showing a further modification of FIG.
FIG. 17 is a conceptual diagram showing an example of a motor lock (electric lock).
[Explanation of symbols]
3 Handle shaft
6 Motor (actuator)
8 Wheel steering shaft
51 Locking member
52 Lock receiving member
100 Steering control unit
101 Handle shaft angle detector
103 Steering shaft angle detector
111 Main CPU (angle determination means)
121 Sub CPU (angle determination means)
180 Mechanical lock abnormality detection sensor

Claims (4)

操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を所定の要素に応じて制御する車両用操舵装置において、
前記伝達比可変ユニットを駆動する前記モータの電磁力発生部に、モータ出力軸を回転不能状態に保持する電磁保持力を生じさせるロック電流を通電することにより前記モータを電気的にロックし、前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で直結して前記伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる電気ロック装置を備え、
前記電気ロック装置は、前記操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角が中立位置ないしその近傍にある場合は、前記モータに通電するロック電流値を下げて電磁保持力を一時的に減少又は解除し、それ以外の場合は前記モータに通電するロック電流値を上げて電磁保持力を増加させるロック電流値の増減を行うことを特徴とする車両用操舵装置。A transmission ratio variable unit driven by a motor that varies the transmission ratio is interposed in the middle of a steering transmission system that couples the steering wheel shaft and the wheel steering shaft of the steering handle, and the transmission ratio is controlled according to a predetermined factor. In a vehicle steering system,
The motor is electrically locked by applying a lock current that generates an electromagnetic holding force that holds the motor output shaft in a non-rotatable state to the electromagnetic force generation unit of the motor that drives the transmission ratio variable unit, An electric lock device for directly connecting the steering shaft and the wheel steering shaft at a transmission ratio of 1: 1 to stop the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit ;
When the steering angle, which is the rotational operation angle of the steering handle, is at or near the neutral position, the electric lock device reduces or releases the electromagnetic holding force temporarily by reducing the lock current value supplied to the motor. In other cases , the vehicle steering apparatus is characterized by increasing or decreasing the lock current value for increasing the electromagnetic holding force by increasing the lock current value for energizing the motor . 操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を所定の要素に応じて制御する車両用操舵装置において、
前記伝達比可変ユニットを駆動する前記モータの電磁力発生部に、モータ出力軸を回転不能状態に保持する電磁保持力を生じさせるロック電流を通電することにより前記モータを電気的にロックし、前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で直結して前記伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる電気ロック装置を備え、
前記電気ロック制御装置は、前記操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角と、操舵輪を操舵する車輪操舵軸の回転角度である操舵角との角度差が所定値以下の場合は、前記モータに通電するロック電流値を下げて電磁保持力を一時的に減少又は解除し、それ以外の場合は前記モータに通電するロック電流値を上げて電磁保持力を増加させるロック電流値の増減を行うことを特徴とする車両用操舵装置。A transmission ratio variable unit driven by a motor that varies the transmission ratio is interposed in the middle of a steering transmission system that couples the steering wheel shaft and the wheel steering shaft of the steering handle, and the transmission ratio is controlled according to a predetermined factor. In a vehicle steering system,
The electromagnetic force generating portion of the motor that drives the front Symbol variable transfer ratio unit, and electrically locking the motor by energizing the lock current that causes an electromagnetic holding force for holding the motor output shaft unrotatable, An electric lock device for directly connecting the steering shaft and the wheel steering shaft at a transmission ratio of 1: 1 to stop the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit;
The electric lock control device controls the motor when an angle difference between a steering angle that is a rotation operation angle of the steering wheel and a steering angle that is a rotation angle of a wheel steering shaft that steers the steering wheel is a predetermined value or less. Decreasing or releasing the electromagnetic holding force temporarily by lowering the energizing lock current value, otherwise increasing or decreasing the lock current value increasing the electromagnetic holding force by increasing the lock current value energizing the motor. A vehicle steering apparatus characterized by the above. 操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を所定の要素に応じて制御する車両用操舵装置において、
前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で機械的に直結されるように固定して前記伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させるメカニカルロック装置と、
前記伝達比可変ユニットを駆動する前記モータの電磁力発生部にモータ出力軸を回転不能状態に保持する電磁保持力を生じさせるロック電流を通電することにより前記モータを電気的にロックし、前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で直結して前記伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる電気ロック装置と、
前記メカニカルロック装置の異常を検出するメカニカルロック異常検出装置と、
前記メカニカルロック装置に異常が検出された場合に、前記電気ロック装置を作動させる電気ロック制御装置と、
を含み、
前記電気ロック制御装置は、前記操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角が中立位置ないしその近傍にある場合は、前記モータに通電するロック電流値を下げて電磁保持力を一時的に減少又は解除し、それ以外の場合は前記モータに通電するロック電流値を上げて電磁保持力を増加させるロック電流値の増減を行うことを特徴とする車両用操舵装置。 A transmission ratio variable unit driven by a motor that varies the transmission ratio is interposed in the middle of a steering transmission system that couples the steering wheel shaft and the wheel steering shaft of the steering handle, and the transmission ratio is controlled according to a predetermined factor. In a vehicle steering system,
A mechanical lock device for fixing the handle shaft and the wheel steering shaft so as to be mechanically directly coupled at a transmission ratio of 1: 1 and stopping the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit;
The motor is electrically locked by energizing a lock current that generates an electromagnetic holding force that holds the motor output shaft in a non-rotatable state to an electromagnetic force generating portion of the motor that drives the variable transmission ratio unit, and the handle An electric lock device for directly connecting the shaft and the wheel steering shaft at a transmission ratio of 1: 1 to stop the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit;
A mechanical lock abnormality detection device for detecting an abnormality of the mechanical lock device;
An electric lock control device for operating the electric lock device when an abnormality is detected in the mechanical lock device;
Including
When the steering angle, which is the rotational operation angle of the steering handle, is at or near the neutral position, the electric lock control device decreases or releases the electromagnetic holding force temporarily by reducing the lock current value supplied to the motor. In other cases, the vehicle steering apparatus is characterized by increasing or decreasing the lock current value for increasing the electromagnetic holding force by increasing the lock current value for energizing the motor . 操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を所定の要素に応じて制御する車両用操舵装置において、
前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で機械的に直結されるように固定して前記伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させるメカニカルロック装置と、
前記伝達比可変ユニットを駆動する前記モータの電磁力発生部にモータ出力軸を回転不能状態に保持する電磁保持力を生じさせるロック電流を通電することにより前記モータを電気的にロックし、前記ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で直結して前記伝達比 可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる電気ロック装置と、
前記メカニカルロック装置の異常を検出するメカニカルロック異常検出装置と、
前記メカニカルロック装置に異常が検出された場合に、前記電気ロック装置を作動させる電気ロック制御装置と、
を含み、
前記電気ロック制御装置は、前記操舵ハンドルの回転操作角度であるハンドル角と、操舵輪を操舵する車輪操舵軸の回転角度である操舵角との角度差が所定値以下の場合は、前記モータに通電するロック電流値を下げて電磁保持力を一時的に減少又は解除し、それ以外の場合は前記モータに通電するロック電流値を上げて電磁保持力を増加させるロック電流値の増減を行うことを特徴とする車両用操舵装置。 A transmission ratio variable unit driven by a motor that varies the transmission ratio is interposed in the middle of a steering transmission system that couples the steering wheel shaft and the wheel steering shaft of the steering handle, and the transmission ratio is controlled according to a predetermined factor. In a vehicle steering system,
A mechanical lock device for fixing the handle shaft and the wheel steering shaft so as to be mechanically directly coupled at a transmission ratio of 1: 1 and stopping the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit;
The motor is electrically locked by energizing a lock current that generates an electromagnetic holding force that holds the motor output shaft in a non-rotatable state to an electromagnetic force generating portion of the motor that drives the variable transmission ratio unit, and the handle An electric lock device for directly connecting the shaft and the wheel steering shaft at a transmission ratio of 1: 1 to stop the transmission ratio variable function of the transmission ratio variable unit;
A mechanical lock abnormality detection device for detecting an abnormality of the mechanical lock device;
An electric lock control device for operating the electric lock device when an abnormality is detected in the mechanical lock device;
Including
The electric lock control device controls the motor when an angle difference between a steering angle that is a rotation operation angle of the steering wheel and a steering angle that is a rotation angle of a wheel steering shaft that steers the steering wheel is a predetermined value or less. Decreasing or releasing the electromagnetic holding force temporarily by lowering the energizing lock current value, otherwise increasing or decreasing the lock current value increasing the electromagnetic holding force by increasing the lock current value energizing the motor. A vehicle steering apparatus characterized by the above .
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