JP4997747B2 - 伝達比可変装置 - Google Patents

Description

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

従来、モータを駆動源として、ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を上乗せして出力軸に伝達する伝達比可変装置がある。そして、多くの場合、このような伝達比可変装置には、入力軸と出力軸との間の相対回転を規制可能なロック装置が設けられている。

例えば、特許文献１に記載の伝達比可変装置は、入力軸とともに一体回転するハウジングと、該ハウジング内に回転可能に軸支されたモータ軸と、ハウジングに固定されモータ軸及び出力軸に連結されることにより入力軸の回転を出力軸に伝達するとともに、モータ軸の回転を減速して同出力軸に伝達する差動機構とを備えている。そして、この伝達比可変装置において、ロック装置は、前記ハウジング側に設けられたロックアームと、モータ軸に固定されるともに周面にロックアームが係合される係合溝が形成されたロックホルダとを備えて構成されている。即ち、ロックアームをロックホルダの係合溝に係合させることにより、モータ軸とハウジングとが相対回転不能に連結される。そして、これにより、同ハウジングに連結された入力軸と出力軸との相対回転を規制するようになっている。

しかしながら、ロック装置が作動する場合のほとんどは、イグニッションオフ（ＩＧオフ）時、即ちロックホルダが非回転状態の場合であり、このような状態においては、必ずしもロックアームの係合部とロックホルダの係合溝とが対応する位置関係にあると限らない。そこで、従来、上記のようなロック装置を備えた伝達比可変装置には、ロック起動時、ロックアームの係合部をロックホルダの周面に当接させた後、モータを回転駆動することにより、係合溝の側壁に係合部を当接させてその係合を確認するものがある。

即ち、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、モータ軸（図示略）とともにロックホルダ８１が回転することで、ロックホルダ８１の係合溝８２は、ロックアーム８３の係合部８４に対応する位置に移動し、ロックアーム８３の係合部８４とロックホルダ８１の係合溝８２とが係合する。このとき、係合部８４と係合溝８２とが係合した後、即ち係合部８４の一端が係合溝８２の側壁８５に当接した状態においてもなお、その回転駆動が継続された場合、モータ制御信号のＤｕｔｙは次第に上昇することになる。そして、このＤｕｔｙが所定の閾値を超えたことをもって、ロックアーム８３の係合部８４とロックホルダ８１の係合溝８２との係合、即ちロック状態を確認するのである。
特開２００３−３２０９４３号公報

ところで、このような伝達比可変装置においては、通常、その駆動源であるモータには、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給により回転するブラシレスモータが用いられる。そして、多くの場合、その駆動電力の供給は、各相の通電方向をステップ的に切り替える矩形波通電により行われる。即ち、矩形波通電においては、正弦波通電のような高精度の角度検出が不要であるため、構成簡素且つ安価なホール素子等を回転角センサに用いて製造コストの低減を図ることが可能である。そして、正弦波通電よりも大きなモータトルクを得ることができることから、より小型のモータを用いて伝達比可変装置の小型・軽量化を図ることができる。

しかしながら、矩形波通電では、その通電相の切り替えがステップ状であるがゆえに、モータの始動、即ち動き出しが急峻なものとなりやすい。特に、上記のようなロックアームの係合部とロックホルダの係合との係合確認、即ちロック確認時においては、ロックホルダ周面とロックアームとの間の摩擦力に抗してモータが回転しようとし、モータトルクがその摩擦力を超えた時点において一気に回転することになる。このため、ロックアームの係合部とロックホルダの係合溝とが係合する際、同係合溝の側壁に係合部が強く衝突することとなり、その際に生ずる衝突音が運転者に違和感を与えるおそれがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、静粛性に優れた伝達比可変装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータと、該モータの回転軸、並びに入力軸及び出力軸に連結されることにより前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達するとともに前記回転軸の回転を減速して該出力軸に伝達可能な差動機構と、前記入力軸と前記出力軸との相対回転を規制可能なロック装置と、前記ロック装置の作動を制御するとともに、前記モータの各相の通電方向をステップ的に切り替える矩形波通電による駆動電力の供給を通じて前記モータの作動を制御する制御手段とを備え、前記ロック装置は、前記モータの回転軸と一体に設けられるとともに周面に係合溝が形成されたロックホルダと、前記係合溝に係合されることにより前記ロックホルダの回転を拘束可能なロックアームとを備えてなり、前記制御手段は、ロック起動時には、前記ロックアームの係合部を前記ロックホルダの周面に当接させるべく該ロックアームの作動を制御するとともに、該周面への当接後、前記モータを回転駆動することにより、前記係合溝の側壁に前記係合部を当接させて前記係合を確認する伝達比可変装置であって、前記制御手段は、前記係合を確認すべく前記モータを回転駆動する際には、前記モータの各相への通電形態を前記矩形波通電から正弦波通電に切り替えて前記駆動電力の供給を行うこと、を要旨とする。

即ち、正弦波通電により駆動電力の供給を行うことで、モータは滑らかに回転する。従って、上記構成によれば、ロックアームの係合部と係合溝の側壁との当接を穏やかなものとして、その衝突音の発生を効果的に抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記周面への係合部の当接後、該当接位置が前記係合溝の側壁から所定角度範囲にない場合には、該当接位置が前記所定角度範囲内となるまで、前記矩形波通電により前記モータを回転駆動すること、を要旨とする。

上記構成によれば、ロックアームとロックホルダ周面との当接位置を速やかに係合溝近傍まで移動させて、ロック確認に要する時間の短縮化を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記ロック起動時、前記周面に対する前記係合部の当接位置が前記係合溝の側壁から所定角度範囲内となるように前記ロックアームの作動を制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、モータ回転状態からのロック起動時であっても、その高い静粛性を確保しつつ、迅速にロック確認を終了させることができる。
請求項４に記載の発明は、前記正弦波通電は、前記モータの回転角を随時検出することになく行われる擬似正弦波通電であること、を要旨とする。

即ち、矩形波通電によるモータ制御においては、本来、高精度の回転角検出を必要としない。従って、上記構成のように、回転角検出を行わない擬似正弦波通電とすることで、新たに高精度の回転角センサを設けることによるコスト増を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、制御手段は、前記擬似正弦波通電を行う前に、通電相を固定した前記矩形波通電を行うこと、を要旨とする。
即ち、通電相を固定した矩形波通電、即ち相固定通電を行うことで、モータは、その機械角及び通電ポジションに応じた所定位置、即ちステータ側の磁界とロータ側の磁界とが釣り合う拘束位置において停止する。従って、上記構成によれば、この拘束位置を上記擬似正弦波通電の開始角として用いることで、確実にモータを同期させることができ、これにより回転角の検出なしでも確実にモータを回転駆動することができる。加えて、通電形態の切替に伴うモータ電流の急変を抑制することができる。

本発明によれば、静粛性に優れた伝達比可変装置を提供することができる。

以下、本発明をギヤ比可変システムを備えた車両用操舵装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両用操舵装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により操舵輪６の舵角、即ちタイヤ角が可変することにより、車両の進行方向が変更されるようになっている。

また、本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）に対する操舵輪６の舵角（タイヤ角）の比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７と、該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御する制御手段としてのＩＦＳＥＣＵ８とを備えている。

図２に示すように、本実施形態のギヤ比可変アクチュエータ７は、駆動源としてのモータ１１と、差動機構としての波動歯車機構１２とを備えており、第１シャフト９の回転を第２シャフト１０に伝達するとともにモータ１１の回転を減速して第２シャフト１０に伝達する。そして、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転に、モータ駆動に基づく回転を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）し、これにより操舵角に対する操舵輪６の伝達比を可変させる。

詳述すると、モータ１１を収容するハウジング１３は、略有底筒状に形成されており、モータ１１は、その回転軸であるモータ軸１１ａとハウジング１３とが同軸になるように同ハウジング１３内に固定されている。また、ハウジング１３の上壁部１３ａには、同ハウジング１３と同軸となる位置に筒状の嵌合部１４が設けられており、同嵌合部１４は、その軸方向外側（図中上方向）に向かって延設されている。そして、ハウジング１３は、その嵌合部１４と第１シャフト９の一端とが嵌合されることにより同第１シャフト９に固定され、これにより、第１シャフト９とともに一体回転するようになっている。

一方、波動歯車機構１２は、同軸に並置されたステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２と、これらの各ギヤと噛み合うように同軸配置された筒状のフレキシブルギヤ２３とを備えている。ステータギヤ２１は、ハウジング１３と同軸となるように同ハウジング１３に固定されており、ドリブンギヤ２２は、連結部材２５を介して第２シャフト１０と同軸に連結されている。ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２には、互いに異なる歯数が設定されており、フレキシブルギヤ２３は、楕円状に撓められた状態でこれら各ギヤの内側に配置されることにより、その外歯が該各ギヤの内歯とそれぞれ部分的に噛合されている。そして、ハウジング１３とともにステータギヤ２１が回転し、そのステータギヤ２１の回転がフレキシブルギヤ２３を介してドリブンギヤ２２に伝達されることにより、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転が第２シャフト１０に伝達されるようになっている。

また、フレキシブルギヤ２３の内側には、上記ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２とともに波動歯車機構１２を構成する波動発生器２７が配置されている。波動発生器２７は、モータ軸１１ａに連結されており、モータ軸１１ａの回転に伴いフレキシブルギヤ２３の内側を回転することにより、上記撓められたフレキシブルギヤ２３の楕円形状、即ちステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２との噛合部を回転させる。そして、ステータギヤ２１とドリブンギヤ２２との間の歯数差に基づいて、ドリブンギヤ２２が回転することにより、モータ軸１１ａの回転が減速されて第２シャフト１０に伝達されるようになっている。尚、本実施形態のギヤ比可変アクチュエータ７では、ハウジング１３の上壁部１３ａにスパイラルケーブル装置２４が設けられている。そして、このスパイラルケーブル装置２４により、所定の回転範囲（許容回転範囲）においてモータ１１とＩＦＳＥＣＵ８、並びに後述するロック装置３０のソレノイド４４とＩＦＳＥＣＵ８とが電気的に接続されるようになっている。

また、ギヤ比可変アクチュエータ７は、入力軸である第１シャフト９と出力軸である第２シャフト１０とを相対回転不能にロック可能なロック装置３０を備えており、同ロック装置３０は、ハウジング１３側に設けられたロックアーム３１と、モータ軸１１ａの一端に固定され該モータ軸１１ａとともに一体回転するロックホルダ３２とを備えている。

図３に示すように、本実施形態では、ロックホルダ３２は環状に形成され、モータ軸１１ａと同軸に固定されており、その周面には、厚み方向（軸方向）に延びる複数の係合溝３３が凹設されている。具体的には、本実施形態では、ロックホルダ３２の周面には、９０°間隔で４つの浅溝３４ａ〜３４ｄが形成されており、これにより、各浅溝３４ａ〜３４ｄ間には、見かけ上、各浅溝３４ａ〜３４ｄよりも径方向外側に突出する掛止突部３５ａ〜３５ｄが形成されている。そして、各係合溝３３（３３ａ〜３３ｄ）は、それぞれ、これら浅溝３４（３４ａ〜３４ｄ）の周方向の一端（同図中、時計回り方向の端部）において、その側壁３６（３６ａ〜３６ｄ）が、各掛止突部３５（３５ａ〜３５ｄ）の側面と一体となるように凹設されている。

一方、図２及び図３に示すように、ロックアーム３１は、ロックホルダ３２の外側において、回動可能にハウジング１３内に軸支されている。具体的には、ハウジング１３（詳しくはハウジング１３に固定されたモータハウジング１１の一端）には、モータ軸１１ａの軸線方向に沿って延びる回動軸４１が設けられており、ロックアーム３１は、この回動軸４１により、ロックホルダ３２と対向する位置（ロックホルダ３２の回転平面と略同一の平面上）において回動可能に軸支されている。本実施形態では、ロックアーム３１の一端（フック部３１ａ）には、ロックホルダ３２の周面に向かって突出する係合部４２が設けられている。そして、ロックアーム３１は、その回動により、この係合部４２がロックホルダ３２の周面に当接し、該周面に形成された係合溝３３と係合するようになっている。

本実施形態のロック装置３０では、ロックアーム３１は、コイルバネ４３の弾性力により、そのフック部３１ａがロックホルダ３２側に向かって回動するよう付勢されている。尚、本実施形態では、回動軸４１に遊嵌された捻りコイルバネを用いるが、説明の便宜のため、図中では、その機能のみを概念的に図示するものとする。そして、ロックアーム３１の他端、即ち回動軸４１を挟んで上記係合部４２と対向する側の端部（カウンタバランサ部３１ｂ）には、ロック装置３０の駆動源であるソレノイド４４のプランジャ４４ａが連結されている。具体的には、ソレノイド４４は、ロックホルダ３２の外側において、そのプランジャ４４ａがモータ軸１１ａの軸線方向と略直交する方向に突出するように配置されており、同プランジャ４４ａの先端は、ロックアーム３１のカウンタバランサ部３１ｂと回動可能に連結されている。本実施形態では、プランジャ４４ａは、弾性力により、その先端がソレノイド本体４４ｂから突出する方向に付勢されている。そして、本実施形態のソレノイド４４は、その励磁コイル４４ｃへの通電がなされる、即ちオン状態となることにより、その弾性力に抗してプランジャ４４ａをソレノイド本体４４ｂの内部へと引き込むようになっている。

即ち、ロック時には、ソレノイド４４をオフ状態とすることで、コイルバネ４３の弾性力により、そのフック部３１ａがロックホルダ３２に近接する方向にロックアーム３１を回動させ、フック部３１ａ先端の係合部４２をロックホルダ３２の周面に当接させる。そして、該係合部４２を各係合溝３３ａ〜３３ｄの何れかと係合させることにより、同ロックホルダ３２の回転を拘束、即ちロックアーム３１が設けられたハウジング１３とロックホルダ３２が設けられたモータ軸１１ａとを連結し、これにより、第１シャフト９と第２シャフト１０とを相対回転不能にロックするようになっている。

尚、ロック解除時には、ソレノイド４４をオン状態とし、ロックアーム３１のカウンタバランサ部３１ｂに連結されたプランジャ４４ａを引き込むことにより、そのフック部３１ａがロックホルダ３２から離間する方向にロックアーム３１を回動させる。そして、フック部３１ａ先端の係合部４２をロックホルダ３２側の係合溝３３から脱離させることにより、そのロック状態を解除するようになっている。

また、図１に示すように、車両用操舵装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ４７と、該ＥＰＳアクチュエータ４７の作動を制御するＥＰＳＥＣＵ４８とを備えている。本実施形態のＥＰＳアクチュエータ４７は、その駆動源であるモータ４９がラック５と同軸に配置される所謂ラック型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ４９の発生するアシストトルクは、ボールねじ機構（図示略）を介してラック５に伝達される。そして、ＥＰＳＥＣＵ４８は、このモータ４９が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する。

本実施形態では、上記のギヤ比可変アクチュエータ７を制御するＩＦＳＥＣＵ８、及びＥＰＳアクチュエータ４７を制御するＥＰＳＥＣＵ４８は、車内ネットワーク（CAN：Controller Area Network）５０を介して接続されており、該車内ネットワーク５０には、車両状態量を検出するための複数のセンサが接続されている。具体的には、車内ネットワーク５０には、操舵角センサ５１、トルクセンサ５２、及び車速センサ５３が接続されている。そして、上記各センサにより検出される複数の車両状態量、即ち操舵角θs（操舵速度ωs）、操舵トルクτ、車速Ｖは、車内ネットワーク５０を介してＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ４８に入力される。尚、本実施形態では、操舵速度ωsは、操舵角θsを微分することにより求められる。また、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ４８は、車内ネットワーク５０を介した相互通信により、制御信号の送受信を行う。そして、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ４８は、車内ネットワーク５０を介して入力された上記各車両状態量及び制御信号に基づいて、ギヤ比可変アクチュエータ７並びにギヤ比可変アクチュエータの作動を制御する。

次に、本実施形態の車両用操舵装置の電気的構成及び制御態様について説明する。
図４は、本実施形態の車両用操舵装置１の制御ブロック図である。同図に示すように、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ制御信号を出力するマイコン６１と、モータ制御信号に基づいてモータ１１に駆動電力を供給する駆動回路６２とを備えている。尚、本実施形態では、ギヤ比可変アクチュエータ７の駆動源であるモータ１１は、ブラシレスモータであり、駆動回路６２は入力されるモータ制御信号に基づいてモータ１１に三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。また、以下に示す各制御ブロックは、マイコン６１が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

詳述すると、マイコン６１は、ギヤ比可変制御演算部６３及び微分ステア制御演算部６４を備え、これら各制御演算部は、それぞれ入力される車両状態量に基づいてＡＣＴ角θtaの制御目標成分を演算する。

具体的には、ギヤ比可変制御演算部６３には、操舵角θs及び車速Ｖが入力され、微分ステア制御演算部６４には、車速Ｖ及び操舵速度ωsが入力される。そして、ギヤ比可変制御演算部６３は、車速Ｖに応じてギヤ比を可変させるための制御目標成分であるギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*を演算し、微分ステア制御演算部６４は、操舵速度に応じて車両の応答性を向上させるための制御目標成分である微分ステア指令角θls*を演算する。

ギヤ比可変制御演算部６３及び微分ステア制御演算部６４により演算されたギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*は、加算器６５へと入力される。そして、この加算器６５において、これらギヤ比可変ＡＣＴ指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*が重畳されることによりＡＣＴ角θtaの制御目標であるＡＣＴ指令角θta*が演算される。

加算器６５にて演算されたＡＣＴ指令角θta*は、モータ１１に設けられた回転角センサ６６の出力信号に基づき検出されるＡＣＴ角θtaとともに、位置制御演算部６７に入力される。位置制御演算部６７は、入力されたＡＣＴ指令角θta*及びＡＣＴ角θtaに基づくフィードバック演算により電流指令εを演算し、その電流指令εをモータ制御信号出力部６８に入力する。そして、モータ制御信号出力部６８が、その電流指令εに基づくモータ制御信号を生成し、駆動回路６２が入力されたモータ制御信号に基づく駆動電力をギヤ比可変アクチュエータ７のモータ１１に供給することにより、同ギヤ比可変アクチュエータ７の作動が制御されるようになっている。

ここで、本実施形態のＩＦＳＥＣＵ８は、図５に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうちの二相を通電相として、電気角で６０°毎にその通電相及び通電方向を切り替えることによりモータ１１を回転駆動する。即ち、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ８は、矩形波通電による駆動電力の供給を通じてモータ１１を回転駆動する。具体的には、図６に示すように、本実施形態のモータ１１は、機械角（３６０°）の４倍の電気角（計１４４０°）を有しており、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ１１の回転位置に応じてその通電ポジション（図５中、Position「０」〜「５」）を順次切り替えることにより、同モータ１１を回転駆動する。例えば、第１の係合溝３３ａの側壁３６ａが機械角「０°」に対応し且つ該位置にある場合、その通電ポジションを「０」〜「５」へと順次切り替えることにより、モータ１１は、同図中、時計周り方向に回転する。そして、反対に「５」〜「０」へと順次切り替えることにより、モータ１１は、反時計回りに回転する。

また、図４に示すように、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ８は、上記モータ駆動用の駆動回路６２に加え、ロック制御用、即ちソレノイド４４に駆動電力を供給する駆動回路７０を備えている。そして、同駆動回路７０は、マイコン６１の出力するロック制御信号に基づいて、ソレノイド４４への電力供給をオン／オフする。

詳述すると、マイコン６１は、ロック制御部７１を備えており、同ロック制御部７１には、車内ネットワーク５０を介して、ＩＧオン／オフ信号、及びＰＳ停止信号やギヤ比可変アクチュエータ７の異常を示す異常信号が入力される。そして、ロック制御部７１は、ＩＧオン／オフ信号が「オフ」となった場合、又は異常信号が入力された場合に、駆動回路７０に出力する制御信号を、ロック状態とすべき値を有するものに変更する。

ここで、本実施形態では、駆動回路７０は、スイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴ）により構成され、ロック制御信号は、同スイッチング素子のＤｕｔｙ（オンＤｕｔｙ）として出力される。そして、ロック制御部７１は、ロック作動時には、そのロック制御信号を「オフ（Ｄｕｔｙ＝０）」とし、これによりソレノイド４４をオフ、即ちロック装置３０をロック状態とするようになっている。

また、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ８は、ロック起動時、即ちソレノイド４４をオフとし、ロックアーム３１の係合部４２をロックホルダ３２の周面に当接させた後、モータ１１を回転駆動することにより、同係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させてその係合を確認するロック確認制御を実行する。

具体的には、本実施形態では、ロック制御部７１の出力するロック制御信号は、モータ制御信号出力部６８に入力されるようになっており、同モータ制御信号出力部６８は、このロック制御信号が「オフ」となった場合に、モータ１１を所定方向に回転駆動する（図１４（ａ）（ｂ）参照、同図中反時計回り方向）。これにより、同モータ１１の回転によりロックアーム３１の係合部４２がロックホルダ３２の係合溝３３と係合し、その側壁３６に当接することによって同モータ１１の回転が規制される。そして、モータ制御信号出力部６８は、その出力するモータ制御信号のＤｕｔｙが所定の閾値を超えることをもって、係合部４２と係合溝３３との係合、即ちロック状態を確認するようになっている。

即ち、図７のフローチャートに示すように、ＩＦＳＥＣＵ８（マイコン６１）は、ロック起動（ステップ１０１）の後、モータ１１を所定方向に回転駆動し（ステップ１０２）、この回転駆動に際して出力するモータ制御信号が所定の閾値以上となったか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、モータ制御信号が所定の閾値よりも小さい場合（ステップ１０３：ＮＯ）には、モータ１１の回転駆動を継続し（ステップ１０２）、モータ制御信号が所定の閾値以上となった場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）には、ロック状態になったものと確認してモータ１１の回転駆動を停止する（ステップ１０４）。

（ロック確認制御）
次に、本実施形態におけるロック確認制御の詳細について説明する。
上述のように、矩形波通電によるモータの回転駆動においては、その通電相の切り替えがステップ状であるがゆえに、モータの始動、即ち動き出しが急峻なものとなりやすい。このため、ロック確認時においては、そのモータトルクが、ロックホルダ３２周面とロックアーム３１との間の摩擦力を超えた時点において一気に回転することになり、これにより、係合溝３３の側壁３６と係合部４２とが強く衝突し、その衝突音が運転者に違和感を与えるという問題がある。

この点を踏まえ、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ８（マイコン６１）は、ロック確認時においてロックアーム３１の係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させるためのモータ１１の回転駆動を正弦波通電により行う。そして、これにより係合部４２と係合溝３３の側壁３６との当接を穏やかなものとして、その衝突音の発生を抑制するようになっている。

詳述すると、図８のフローチャートに示すように、ロック起動時、ＩＦＳＥＣＵ８は、先ずモータ１１の停止位置を検出し（ステップ２０１）、ロックアーム３１（の係合部４２）とロックホルダ３２周面との当接位置が、係合溝３３の側壁３６から所定の角度範囲（切替角度範囲）内であるか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、当接位置が切替範囲外である場合（ステップ２０２：ＮＯ）には、矩形波通電（図５参照）によりモータ１１を所定方向に回転駆動する（ステップ２０３）。そして、再び上記ステップ２０１及びステップ２０２の処理を実行する。

次に、上記ステップ２０２において、ロックアーム３１とロックホルダ３２周面との当接位置が、係合溝３３の側壁３６から所定の切替角度範囲内であると判定した場合（ステップ２０２：ＹＥＳ）。ＩＦＳＥＣＵ８（マイコン６１）は、所定時間、その通電相を固定した通電を行う（ステップ２０４）。そして、正弦波通電によりモータ１１を回転駆動し（ステップ２０５）、続いてロックアーム３１の係合部４２が係合溝３３の側壁３６に当接したと推定される位置（当接推定位置）まで移動したか否かを判定する（ステップ２０６）。そして、該当接推定位置に達していないと判定した場合（ステップ２０６：ＮＯ）には、再び上記ステップ２０５及びステップ２０６の処理を実行する。

そして、上記ステップ２０６において、ロックアーム３１の係合部４２が当接推定位置まで移動したと判定した場合（ステップ２０６：ＹＥＳ）には、モータ１１への通電を矩形波通電に切り替えて係合部４２と係合溝３３との係合、即ちロック状態を確認するようになっている（ステップ２０７、図７参照ステップ１０２，１０３）。

次に、図９〜図１３を参照して、本実施形態のロック確認制御の具体例を説明する。
例えば、図９に示すように、上記切替角度θcが機械角「３０°」（電気角「１２０°」）に設定されており、且つロックアーム３１の係合部４２（の当接側側面４２ａ）は、機械角「０°」の位置においてロックホルダ３２の周面に当接するものとして、ロック起動時、モータ１１が回転位置Ｐ１（機械角「６５°」）で停止しているとする。

この場合、ロックアーム３１の係合部４２は、第１の浅溝３４ａに当接しており、その当接位置（機械角「０°」）は、同係合部４２の係合対象である第１の係合溝３３ａの側壁３６ａから所定の切替角度θcの範囲内にはない。従って、ＩＦＳＥＣＵ８は、先ず、図１０に示すように、ロックアーム３１の当接位置が切替角度θcの範囲内となるように、矩形波駆動によってモータ１１を同図中反時計回りに回転駆動する。即ち、図１１に示すように、ＩＦＳＥＣＵ８は、通電ポジションを「４」から「１」まで順次切り替えることにより、モータ１１の回転位置を「Ｐ１」から「Ｐ２（機械角「３０°」〜「１５°」、電気角「１２０°」〜「６０°」の範囲内）」まで移動させる。

次に、モータ１１の回転位置が「Ｐ２」となると、ＩＦＳＥＣＵ８は、その通電相を所定時間、該回転位置Ｐ２に対応する通電ポジション「１」において固定する。そして、その通電形態を正弦波通電に切り替えて（図１１参照）、モータ１１を更に回転駆動することにより、図１２に示すように、ロックアーム３１の係合部４２を第１の係合溝３３ａに係合させ、その側壁３６に当接させる。

ここで、本実施形態では、このロックアーム３１の係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させるための回転駆動は、モータ１１の回転角θmを随時検出することなく、推定することによりモータ制御信号を徐々に変化させる擬似正弦波通電により行われる。即ち、矩形波通電によるモータ制御においては、本来、高精度の回転角検出を必要としない。従って、こうした回転角検出を行わない擬似正弦波通電とすることで、回転角センサ６６には、従来と同様のホール素子を用いた簡素なものを使用することが可能となる。そして、この擬似正弦波通電を行うに際して、上記のように、通電相を固定した通電（相固定通電）を行うことで、回転角θmの検出なしでも確実にモータ１１を回転駆動することが可能となる。

即ち、相固定通電を行うことで、モータ１１は、その機械角及び通電ポジションに応じた所定位置、即ちステータ側の磁界とロータ側の磁界とが釣り合う拘束位置Ｐbにおいて停止する。従って、この拘束位置Ｐbを上記擬似正弦波通電の開始角として用いることで、確実にモータ１１を同期させることができるのである。

具体的には、図１３のフローチャートに示すように、先ず、マイコン６１のモータ制御信号出力部６８は、相固定通電により推定される拘束位置Ｐbに基づく推定角θe、即ち擬似正弦波通電の開始角を設定する（ステップ３０１）。尚、図１０に示す例では、拘束位置Ｐbは機械角「２０°」と推定されるため、推定角（開始角）θeは、電気角「８０°」に設定される。

次に、モータ制御信号出力部６８は、上記ステップ３０１において演算された推定角θeに基づいて、該推定角θeに対応する各相の電圧指令値を演算する（ステップ３０２）。尚、本実施形態では、図示しないメモリ中に正弦波通電における各相の電圧指令値が、推定角θeと関連付けて記憶されており、ＩＦＳＥＣＵ８は、メモリから読み出された推定角θeに対応する値を電圧指令値とする。そして、モータ制御信号出力部６８は、上記ステップ３０２において演算された電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成し、駆動回路６２へと出力する（ステップ３０３）。

次に、モータ制御信号出力部６８は、推定角θeを所定角αだけ変化させる（推定角徐変、ステップ３０４）。尚、本実施形態では、ロック確認時においては、モータ１１を図１０中、反時計回りに回転駆動するため、このステップ３０３において推定角θeは所定角αだけ減じられる（θe＝θe−α）。続いて、モータ制御信号出力部６８は、ロックアーム３１の係合部４２が係合溝３３の側壁３６に当接すると推定される回転位置Ｐ０に対応する目標角（図１１参照）、即ち図１０に示す例では「０°」を超過したか否か（この場合、θe＜０）を判定する（ステップ３０５）。そして、目標角を超過していない場合（ステップ３０５：ＮＯ）には、再び上記ステップ３０２〜ステップ３０５の処理を実行する。即ち、ステップ３０２〜ステップ３０５の処理が繰り返されることにより、モータ１１には正弦波状に変化する電圧が印加される。つまり擬似正弦波通電がなされることになる。そして、ステップ３０５において、目標角を超過したと判定した場合（ステップ３０５：ＹＥＳ）には、この一連の擬似正弦波通電を終了する。

そして、本実施形態では、こうした正弦波通電による回転駆動によって、ロックアーム３１の係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させた後、再び矩形波通電による回転駆動を行い（図１１参照）、モータ制御信号のＤｕｔｙ変化を検出することにより（図７参照）、その係合確認、即ちロック確認を行うようになっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ＩＦＳＥＣＵ８は、ロック起動時、即ちソレノイド４４をオフとし、ロックアーム３１の係合部４２をロックホルダ３２の周面に当接させた後、モータ１１を回転駆動することにより、同係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させてその係合を確認するロック確認制御を実行する。そして、ＩＦＳＥＣＵ８は、このロック確認時においてロックアーム３１の係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させるためのモータ１１の回転駆動を正弦波通電により行う。

即ち、正弦波通電により駆動電力の供給を行うことで、モータ１１は滑らかに回転する。従って、上記構成によれば、係合部４２と係合溝３３の側壁３６との当接を穏やかなものとして、その衝突音の発生を効果的に抑制することができる。

（２）ＩＦＳＥＣＵ８は、ロック起動時、先ずモータ１１の停止位置を検出し（ステップ２０１）、ロックアーム３１（の係合部４２）とロックホルダ３２周面との当接位置が、係合溝３３の側壁３６から所定の角度範囲（切替角度範囲）内であるか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、当接位置が切替範囲外である場合（ステップ２０２：ＮＯ）には、該当接位置が切替範囲となるまで、矩形波通電によりモータ１１を所定方向に回転駆動する（ステップ２０３）。

上記構成によれば、ロックアーム３１とロックホルダ３２周面との当接位置を速やかに係合溝３３近傍まで移動させて、ロック確認に要する時間の短縮化を図ることができる。
（３）ロックアーム３１の係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させるための回転駆動は、モータ１１の回転角θmを随時検出することなく、推定することによりモータ制御信号を徐々に変化させる擬似正弦波通電により行われる。

即ち、矩形波通電によるモータ制御においては、本来、高精度の回転角検出を必要としない。従って、上記構成のように、回転角検出を行わない擬似正弦波通電とすることで、新たに高精度の回転角センサを設けることによるコスト増を抑えることができる。

（４）ＩＦＳＥＣＵ８は、擬似正弦波通電を行うに際して、通電相を固定した矩形波通電（相固定通電）を行う。
即ち、相固定通電を行うことで、モータ１１は、その機械角及び通電ポジションに応じた所定位置、即ちステータ側の磁界とロータ側の磁界とが釣り合う拘束位置Ｐbにおいて停止する。従って、上記構成によれば、この拘束位置Ｐbを上記擬似正弦波通電の開始角として用いることで、確実にモータ１１を同期させることができ、これにより回転角θmの検出なしでも確実にモータ１１を回転駆動することができる。加えて、通電形態の切替に伴うモータ電流の急変を抑制することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、本発明をハウジング１３が入力軸である第１シャフト９とともに一体回転する一体回転型の伝達比可変装置（ギヤ比可変アクチュエータ７）に具体化したが、ハウジングが車両の非回転部に固定されたハウジング固定型の伝達比可変装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、ロックホルダ３２周面には、複数の浅溝３４が形成され、各係合溝３３は、各浅溝３４内に設けられることとした。しかし、これに限らず、このような浅溝がなく直接、周面に各係合溝が形成されたロックホルダを有するものに具体化してもよい。

・本実施形態では、ロックアーム３１の係合部４２を係合溝３３の側壁３６に当接させるための回転駆動は、モータ１１の回転角θmを随時検出することなく、推定することによりモータ制御信号を徐々に変化させる擬似正弦波通電により行われることとした。しかし、これに限らず、レゾルバ等の高精度な角度検出を可能とする回転角センサを有する場合には、回転角θmをフィードバックする通常の方法で正弦波通電を行う構成としてもよい。

・本実施形態では、モータ停止状態におけるロック起動時のロック確認制御についてのみ記載した。しかし、これに限らず、例えば、ロック起動時における、ロックアーム３１の作動を、モータ１１の回転速度が、同ロックアーム３１のロックホルダ３２周面への当接によりその回転が停止する程度の回転速度以下である場合に行うこととする。そして、その際において、ロックアーム３１（の係合部４２）とロックホルダ３２との当接位置が切替角度θcの範囲内となるように、ロックアーム３１を作動させる構成としてもよい。このような構成とすれば、モータ回転状態からのロック起動時であっても、その高い静粛性を確保しつつ、迅速にロック確認を終了させることが可能になる。

車両用操舵装置の概略構成図。 ギヤ比可変アクチュエータの概略構成を示す断面図。 ロック機構の概略構成を示す模式図。 車両用操舵装置の制御ブロック図。 矩形波通電の態様を示す説明図。 矩形波通電によるモータの回転駆動の態様、並びにロックホルダの関係を示す説明図。 ロック確認制御の処理手順を示すフローチャート。 ロック確認制御の処理手順の詳細を示すフローチャート。 ロック確認制御の一例を示す説明図。 ロック確認制御の一例を示す説明図。 ロック確認制御における通電態様を示す説明図。 ロック確認制御の一例を示す説明図。 擬似正弦波通電の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）（ｂ）ロック確認制御の態様を示す説明図。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、７…ギヤ比可変アクチュエータ、８…ＩＦＳＥＣＵ、９…第１シャフト、１０…第２シャフト、１１…モータ、１１ａ…モータ軸、１２…波動歯車機構、３０…ロック装置、３１，８３…ロックアーム、３２，８１…ロックホルダ、３３（３３ａ〜３３ｄ），８２…係合溝、３４（３４ａ〜３４ｄ）…浅溝、３５（３５ａ〜３５ｄ）…掛止突部、３６（３６ａ〜３６ｄ），８５…側壁、４２，８４…係合部、４４…ソレノイド、θc…切替角度、θm…回転角、θe…推定角、α…所定角、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…回転位置、Ｐb…拘束位置。

Claims (5)

1. モータと、該モータの回転軸、並びに入力軸及び出力軸に連結されることにより前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達するとともに前記回転軸の回転を減速して該出力軸に伝達可能な差動機構と、前記入力軸と前記出力軸との相対回転を規制可能なロック装置と、前記ロック装置の作動を制御するとともに、前記モータの各相の通電方向をステップ的に切り替える矩形波通電による駆動電力の供給を通じて前記モータの作動を制御する制御手段とを備え、前記ロック装置は、前記モータの回転軸と一体に設けられるとともに周面に係合溝が形成されたロックホルダと、前記係合溝に係合されることにより前記ロックホルダの回転を拘束可能なロックアームとを備えてなり、前記制御手段は、ロック起動時には、前記ロックアームの係合部を前記ロックホルダの周面に当接させるべく該ロックアームの作動を制御するとともに、該周面への当接後、前記モータを回転駆動することにより、前記係合溝の側壁に前記係合部を当接させて前記係合を確認する伝達比可変装置であって、
   前記制御手段は、前記係合を確認すべく前記モータを回転駆動する際には、前記モータの各相への通電形態を前記矩形波通電から正弦波通電に切り替えて前記駆動電力の供給を行うこと、を特徴とする伝達比可変装置。
2. 請求項１に記載の伝達比可変装置において、
   前記制御手段は、前記周面への係合部の当接後、該当接位置が前記係合溝の側壁から所定角度範囲にない場合には、該当接位置が前記所定角度範囲内となるまで、前記矩形波通電により前記モータを回転駆動すること、を特徴とする伝達比可変装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の伝達比可変装置において、
   前記制御手段は、前記ロック起動時、前記周面に対する前記係合部の当接位置が前記係合溝の側壁から所定角度範囲内となるように前記ロックアームの作動を制御すること、
   を特徴とする伝達比可変装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の伝達比可変装置において、
   前記正弦波通電は、前記モータの回転角を随時検出することになく行われる擬似正弦波通電であること、を特徴とする伝達比可変装置。
5. 請求項４に記載の伝達比可変装置において、
   制御手段は、前記擬似正弦波通電を行う前に、通電相を固定した前記矩形波通電を行うこと、を特徴とする伝達比可変装置。

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