JP5120532B2 - 伝達比可変操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハンドルと転舵輪との間のトルク伝達系に駆動源として備えた交流モータを、潤滑剤の粘性抵抗を下げる必要がある場合に熱源として利用する構成を有した伝達比可変操舵装置に関する。

交流モータを駆動源として有した従来の操舵装置として、例えば、図１１に示した電動パワーステアリング操舵装置１と図１２に示した伝達比可変操舵装置２が知られている。それらのうち電動パワーステアリング操舵装置１は、図１１に示すように、１対の転舵輪３，３の間を連結する水平連結シャフト４と車両本体１Ｈとの間にボールネジ機構５を備え、交流モータ１Ｍにてボールネジ機構５を作動させる構成になっている。一方、伝達比可変操舵装置２は、図１２に示すように、ハンドル８から転舵輪３，３へと操舵トルクを伝達するトルク伝達部材６の中間部分にアクチュエータ７を備え、そのアクチュエータ７に組み込まれた交流モータ２Ｍを駆動することでトルク伝達部材６における両端部間の操舵角の伝達比を運転状況に応じて変更可能な構成になっている。

また、上記した従来の操舵装置１，２では、モータ駆動電流（モータ出力トルク）がベクトル制御法によって制御されている。そのベクトル制御法では、交流モータに通電する交流電流を、モータ出力トルクに寄与するｑ軸電流と寄与しないｄ軸電流とで表す。そして、上記した従来の操舵装置１，２では、操舵系に使用された潤滑剤が低温のために粘度が大きくなっている場合に、ハンドル８が操舵されていないことを条件にして所定の大きさのｄ軸電流のみを交流モータ１Ｍ，２Ｍに通電し、交流モータ１Ｍ，２Ｍを回転させずに発熱させて粘性抵抗の低減を図っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３５２０９０号公報（段落［００２１］〜［００２３］，［００４３］，［００６３］〜［００６７］、第１図、第６図）

ところで、上記した電動パワーステアリング操舵装置１（図１１参照）では、交流モータ１Ｍが回転不能にロックされた場合には、ハンドル８を操舵しても転舵輪３，３が転舵されなくなる一方、交流モータ１Ｍが外力により回転自在な状態になった場合には、操舵の補助は得られないものの、ハンドル８の操舵により転舵輪３，３を転舵させることができる。これに対し、上記した伝達比可変操舵装置２（図１２参照）では、交流モータ２Ｍが回転不能にロックされた場合には操舵の補助は得られないもののハンドル８の操舵により転舵輪３，３を転舵させることができる一方、交流モータ２Ｍが外力により回転自在な状態になった場合には、ハンドル８を操舵しても転舵輪３，３を転舵させることができなくなる。

しかしながら、従来の伝達比可変操舵装置２では、潤滑剤を加熱する必要が生じた際に、交流モータ２Ｍにｄ軸電流のみを通電する処理を行っており、そのｄ軸通電処理中は、交流モータ２Ｍが外力により回転自在になる。このため、上記した従来の伝達比可変操舵装置２では、ｄ軸電流のみを通電した状態のままでハンドル８が操舵され、交流モータ２Ｍの回転駆動制御が遅れた場合に、その遅れ時間中はハンドル８から転舵輪３へと操舵トルクが伝達されず、ハンドル８に対する転舵輪３の追従が遅れて操舵フィーリングに違和感が発生する虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、交流モータを熱源としての使用から駆動源としての使用に切り替える際の操舵フィーリングを従来より向上させることが可能な伝達比可変操舵装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る伝達比可変操舵装置（８０）は、車両（１０）のハンドル（１６）から転舵輪（１１）へと操舵トルクを伝達するトルク伝達系（１７）の一部として設けられると共に交流モータ（２５）を駆動源として有し、その交流モータ（２５）の回転出力によりトルク伝達系（１７）の両端部間を差動回転させてトルク伝達系（１７）の両端部間における操舵角の伝達比（Ｒ）を変更可能なアクチュエータ（２０）と、運転状況に応じて伝達比（Ｒ）が変更されるように交流モータ（２５）を回転駆動するための駆動指令値（ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗ）を生成して出力する指令値決定部（５０Ａ）と、駆動指令値（ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗ）に応じた交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を交流モータ（２５）に付与するためのモータ駆動回路（４３）とを備えた伝達比可変操舵装置（８０）において、アクチュエータ（２０）を潤滑する潤滑剤（３７）と、アクチュエータ（２０）の温度（Ｔａ）を検出するための温度検出手段（９５）と、 アクチュエータ（２０）の温度（Ｔａ）が予め定められた下限基準温度（Ｔ１）より低く、かつ、駆動指令値（ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗ）が指令値決定部（５０Ａ）から出力されていないこととを条件にして、交流モータ（２５）の巻線（２５Ｕ，２５Ｖ）に相固定の直流電流（Ｉｘ）を通電して発熱させることで潤滑剤（３７）の粘性抵抗を低減させる相固定通電制御部（５０Ｂ）と、交流モータ（２５）のロータ（２５Ｒ）を機械的にロックしたロック状態とそのロックを解除したリリース状態と切り替え可能なモータロック機構（３８Ｒ）とを備え、相固定通電制御部（５０Ｂ）は、相固定の直流電流（Ｉｘ）の通電中は、モータロック機構（３８Ｒ）をロック状態に保持するところに特徴を有する。
請求項２の発明に係る伝達比可変操舵装置（８０）は、車両（１０）のハンドル（１６）から転舵輪（１１）へと操舵トルクを伝達するトルク伝達系（１７）の一部として設けられると共に交流モータ（２５）を駆動源として有し、その交流モータ（２５）の回転出力によりトルク伝達系（１７）の両端部間を差動回転させてトルク伝達系（１７）の両端部間における操舵角の伝達比（Ｒ）を変更可能なアクチュエータ（２０）と、運転状況に応じて伝達比（Ｒ）が変更されるように交流モータ（２５）を回転駆動するための駆動指令値（ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗ）を生成して出力する指令値決定部（５０Ａ）と、駆動指令値（ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗ）に応じた交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を交流モータ（２５）に付与するためのモータ駆動回路（４３）とを備えた伝達比可変操舵装置（８０）において、アクチュエータ（２０）を潤滑する潤滑剤（３７）と、アクチュエータ（２０）の温度（Ｔａ）を検出するための温度検出手段（９５）と、 アクチュエータ（２０）の温度（Ｔａ）が予め定められた下限基準温度（Ｔ１）より低く、かつ、駆動指令値（ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗ）が指令値決定部（５０Ａ）から出力されていないこととを条件にして、交流モータ（２５）の巻線（２５Ｕ，２５Ｖ）に相固定の直流電流（Ｉｘ）を通電して発熱させることで潤滑剤（３７）の粘性抵抗を低減させる相固定通電制御部（５０Ｂ）と、交流モータ（２５）のロータを機械的にロックしたロック状態とそのロックを解除したリリース状態と切り替え可能なモータロック機構（３８Ｒ）とを備え、相固定通電制御部（５０Ｂ）は、相固定の直流電流（Ｉｘ）の通電中は、モータロック機構（３８Ｒ）をリリース状態に保持するところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の伝達比可変操舵装置（８０）において、相固定通電制御部（５０Ｂ）は、相固定の直流電流（Ｉｘ）の通電開始後に、アクチュエータ（２０）の温度（Ｔａ）が予め定められた上限基準温度（Ｔ２）より高くなったときに、相固定の直流電流（Ｉｘ）の通電を停止するところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の伝達比可変操舵装置（８０）において、交流モータ（２５）は、三相交流モータ（２５）であり、相固定通電制御部（５０Ｂ）は、三相交流モータ（２５）のうち何れか２つの相巻線（２５Ｕ，２５Ｖ）のみに相固定の直流電流（Ｉｘ）を通電するところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の伝達比可変操舵装置（８０）において、モータ駆動回路（４３）は、複数のスイッチ素子（ＵＨ，ＵＬ，・・・）をブリッジ接続してなり、車両（１０）のバッテリ（９２）から受電して交流電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を生成可能なインバータ回路（４３）であり、相固定通電制御部（５０Ｂ）は、複数のスイッチ素子（ＵＨ，ＵＬ，・・・）のうち一部のスイッチ素子（ＵＨ，ＶＬ）をオン状態に保持する一方、残りのスイッチ素子（ＵＬ，ＶＨ，ＷＨ，ＷＬ）をオフ状態に保持して相固定の直流電流（Ｉｘ）を交流モータ（２５）に通電するところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項５に記載の伝達比可変操舵装置（８０）において、相固定通電制御部（５０Ｂ）は、バッテリ（９２）の出力電圧が予め定められた下限電圧以下になった場合に、相固定の直流電流（Ｉｘ）の通電を禁止するところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の伝達比可変操舵装置（８０）において、相固定通電制御部（５０Ｂ）は、アクチュエータ（２０）の温度が高くなるに従って相固定の直流電流（Ｉｘ）の電流値が下がるように相固定の直流電流（Ｉｘ）を制御するところに特徴を有する。

［請求項１及び２の発明］
請求項１及び２の伝達比可変操舵装置では、ハンドルを操舵した場合には、交流電流の通電により交流モータが駆動されてアクチュエータが作動し、トルク伝達系の両端部間が差動回転する。そして、その差動回転により、トルク伝達系の両端部間で操舵角が所定の伝達比で伝達され、その伝達比を交流モータの駆動により変更することで運転状況に応じた操舵フィーリングを提供することができる。

さて、本発明の伝達比可変操舵装置では、交流モータを回転駆動していない状態でアクチュエータの温度が下限基準温度より低くなると、相固定通電制御部が、交流モータに相固定の直流電流を通電して発熱させる。これにより、アクチュエータの潤滑剤が加熱されて粘性抵抗が低減し、交流モータを回転駆動した際の負荷が抑えられる。ここで、請求項１の構成によれば、相固定の直流電流の通電中はモータロック機構により交流モータがロック状態に保持され、トルク伝達系の両端部間における伝達比が「１」に固定される。従って、本発明の伝達比可変操舵装置では、相固定の直流電流の通電中にハンドルが操舵されて交流モータの回転駆動の制御が遅れたとしても、ハンドルから転舵輪へと操舵トルクが確実に伝達され、ハンドルに対する転舵輪の追従遅れを防ぐことができる。即ち、本発明では、交流モータを熱源としての使用から駆動源としての使用に切り替える際の操舵フィーリングを従来より向上させることが可能になる。一方、請求項２の構成によれば、相固定の直流電流の通電中は、モータロック機構がリリース状態に保持されるので、相固定の直流電流を通電した状態から交流電流を通電して交流モータを回転駆動させる制御に迅速に切り替えることができる。

［請求項３の発明］
請求項３の構成によれば、潤滑剤が過剰に加熱されることを防ぐことができる。

［請求項４の発明］
交流モータが三相交流モータの場合、３つの相巻線のそれぞれに相固定の直流電流を通電してもよいし、何れか１つの相巻線のみに相固定の直流電流を通電してもよいし、請求項４の構成のように、２つの相巻線のみに相固定の直流電流を通電してもよい。また、複数の相巻線に相固定の直流電流を通電した方が、スイッチング素子への負荷を分散できるので、スイッチ素子の劣化を抑えることができる。

［請求項５の発明］
請求項５の構成によれば、交流モータに交流電流を通電するためのインバータ回路を、相固定の直流電流を通電するための電源回路に兼用しているので、回路の製造コストを抑えることができる。

［請求項６の発明］
請求項６の構成によれば、バッテリの出力電圧が低下している状態で、交流モータへの相固定の直流電流の通電が禁止され、バッテリの消耗を抑えることができる。

［請求項７の発明］
請求項７の構成によれば、アクチュエータの温度が高くなるに従って相固定の直流電流の電流値が下がるように制御するので、アクチュエータの温度を好適な温度にスムーズに収束させることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明に係る一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１に示すように、車両１０のうち１対の転舵輪１１，１１（一般には前輪）の間にはラック１２が差し渡され、そのラック１２の両端部がタイロッド１３，１３を介して各転舵輪１１，１１に連結されている。また、ラック１２は、車両本体１４に固定されたラックケース１２Ｃに直動可能に収容され、そのラックケース１２Ｃの中間部に備えたピニオン１５と噛合している。

ピニオン１５とハンドル１６とは、ステアリングシャフト１７によって連結されている。そのステアリングシャフト１７は、ハンドル１６側の第１ステアリングシャフト１８と、ピニオン１５側の第２ステアリングシャフト１９とからなる。そして、それら第１と第２のステアリングシャフト１８，１９の間に本発明に係るアクチュエータ２０が取り付けられている。なお、本実施形態ではステアリングシャフト１７を主要部として本発明に係る「トルク伝達系」が構成されている。また、アクチュエータ２０は、図示しないエンジンルームと運転席とを区画するコラム１４Ｃより運転席側に配置されている。

図２には、アクチュエータ２０の詳細構造が示されている。同図に示すように、アクチュエータ２０は、第１ステアリングシャフト１８に一体回転可能に固定された円筒ハウジング２１を有し、その内部に交流モータ２５と差動減速機３０とを備えている。また、円筒ハウジング２１の上端部には、円環状のケーブルケース２２が設けられ、その内部には渦巻き状に巻回されたスパイラルケーブル２３が収容されている。ケーブルケース２２は、ボビン２２Ａの周りを筒状カバー２２Ｂで囲んだ構造をなし、ボビン２２Ａが円筒ハウジング２１に固定されている一方、筒状カバー２２Ｂが車両本体側に固定されている。そして、スパイラルケーブル２３の一端が端子金具２３Ｔを介して交流モータ２５に接続され、他端がケーブルケース２２の外周面に備えた図示しないコネクタを介して操舵制御装置４０（図１参照）に接続されている。本実施形態では、これら操舵制御装置４０とアクチュエータ２０とから本発明に係る伝達比可変操舵装置８０（図１参照）が構成されている。

図２に示すように、交流モータ２５のステータ２５Ｓは、円筒ハウジング２１に固定され、その下方に差動減速機３０が配置されている。差動減速機３０は、一般に「波動歯車減速機」と呼ばれており、円環形状をなした第１と第２の内歯歯車３１，３２を同軸上に隣り合わせにして備えると共に、それの内側に可撓性が高い材料で円筒状に形成された外歯歯車構造３３を有している。また、第１の内歯歯車３１の内歯は、外歯歯車３３の外歯と同数になっており、第２の内歯歯車３２の内歯は、外歯歯車３３の外歯より１又は２つだけ少なくなっている。そして、第１の内歯歯車３１が、ステータ２５Ｓの下端面に隣接配置されて円筒ハウジング２１の内周面に圧入固定される一方、第２の内歯歯車３２が、第１の内歯歯車３１の下方に配置されて、円筒ハウジング２１の内周面に設けたメタル軸受３２Ｊに回転可能にて軸支されている。

外歯歯車３３の内側には、図３に示すように、可撓性ベアリング３４が嵌合され、その内側には楕円形剛性カム３５が嵌合されている。その楕円形剛性カム３５によって可撓性ベアリング３４と共に外歯歯車３３が楕円形状に変形され、その楕円の長軸線上における２箇所で外歯歯車３３の外歯と、第１及び第２の両内歯歯車３１，３２の内歯とが噛合している。そして、楕円形剛性カム３５が交流モータ２５によって回転駆動されることで、第２の内歯歯車３２が第１の内歯歯車３１に対して歯数の相違分だけ差動し、出力シャフト２４が円筒ハウジング２１に対して差動回転（相対回転）する。

差動減速機３０のうち図３に示した外歯歯車３３と両内歯歯車３１，３２との噛合部分と可撓性ベアリング３４とには、それぞれ潤滑剤３７が塗布されている。これら潤滑剤３７は、熱可塑性を有し、温度が低下するに従って粘度が増す。そこで、本実施形態では、車両１０の走行中におけるアクチュエータ２０の温度を一定の変動幅を設けて想定し、その想定温度内において、潤滑剤３７の粘性抵抗によりアクチュエータ２０の振動を防止することができ、潤滑剤３７の粘性抵抗による交流モータ２５への負荷が一定値以下に抑えられる好適な粘度の潤滑剤３７が選定されている。これによりアクチュエータ２０の静粛性向上を図っている。

図２に示すように、交流モータ２５の上端部には、ロータ２５Ｒの回転位置を検出するための回転位置センサ２９が備えられている。なお、本実施形態の回転位置センサ２９は、ホール素子で構成され、ロータ２５Ｒに固定された後述する永久磁石２６の磁束をホール素子で検出してロータ２５Ｒの回転位置を検出している。

また、ロータ２５Ｒは、ステータ２５Ｓの上端面から上方に突出しており、その突出部分にはロック円盤３８が一体回転可能に固定されている。そして、図５に示すように、交流モータ２５の上端面の縁部から起立した支柱３９Ａにロックアーム３９Ｂが回動可能に軸支され、これらロック円盤３８とロックアーム３９Ｂとからモータロック機構３８Ｒが構成されている。ロックアーム３９Ｂは、トーションバネ３９Ｃによってロック円盤３８に係合するように付勢され、これによりモータロック機構３８Ｒが交流モータ２５を回転不能にロックしたロック状態になる。また、交流モータ２５の上面に備えたソレノイド４１の励磁によりロックアーム３９Ｂがロック円盤３８のから離脱し、モータロック機構３８Ｒがロックを解除したリリース状態になる。そのソレノイド４１は、車両１０のイグニッションスイッチ（図示せず）がオンされたときに励磁される。即ち、イグニッションスイッチをオンした後は、モータロック機構３８Ｒがリリース状態に保持される。

図４には交流モータ２５の断面形状が示されている。同図に示すように、交流モータ２５におけるロータ２５Ｒの外周面には、複数の永久磁石２６が固定して備えられ、周方向にＮ極とＳ極とが交互に繰り返された８極構造になっている。また、交流モータ２５に備えた巻線２５Ｍは、図６に示すように、Ｕ相巻線２５ＵとＶ相巻線２５ＶとＷ相巻線２５Ｗとをスター結線してなる。また、そのＵ相巻線２５Ｕは、１対の正磁極用のコイル２８Ｕ，２８Ｕと、１つの逆磁極用のコイル２８ｕとを直列接続してなり、Ｖ相巻線２５Ｖは、１対の正磁極用のコイル２８Ｖ，２８Ｖと、１つの逆磁極用のコイル２８ｖとを直列接続してなり、さらにＷ相巻線２５Ｗは、１対の正磁極用のコイル２８Ｗ，２８Ｗと、１つの逆磁極用のコイル２８ｗとを直列接続してなる。そして、巻線２５Ｍ全体で例えば９つのコイルが備えられ、各コイルが図４に示すようにステータ２５Ｓに備えた例えば９つの各ティース２７に巻回されている。具体的には、各コイルは、図４における時計回り方向に、例えば、コイル２８Ｖ，２８ｖ，２８Ｕ，２８Ｗ，２８ｗ，２８Ｖ，２８Ｕ，２８ｕ，２８Ｗの順番に配置されている。

なお、上記した正磁極用のコイル２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗと逆磁極用のコイル２８ｕ，２８ｖ，２８ｗとは、ティース２７に対する巻回方向が互いに逆になっており、互いに反転した極性を有している。

図６に示すように、操舵制御装置４０は、インバータ回路４３とモータ制御回路４４を備えている。そのインバータ回路４３は、バッテリ９２に接続された昇圧回路９３の正極と負極（ＧＮＤ）との間に、Ｕ、Ｖ、Ｗの相回路４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗを備えた三相ブリッジ回路である。そのＵ相回路４３Ｕには、昇圧回路９３の正極側から順番に、上段側のスイッチＵＨ、下段側のスイッチＵＬ、シャント抵抗Ｒｕが直列接続され、それら両スイッチＵＨ，ＵＬの共通接続部分に交流モータ２５におけるＵ相巻線２５Ｕの末端が接続されている。これと同様に、Ｖ相回路４３Ｖには、上段側のスイッチＶＨ、下段側のスイッチＶＬ及びシャント抵抗Ｒｖが直列接続されると共に交流モータ２５のＶ相巻線２５Ｖの末端が接続され、Ｗ相回路４３Ｗには、上段側のスイッチＷＨ、下段側のスイッチＷＬ及びシャント抵抗Ｒｗが直列接続されると共に交流モータ２５のＷ相巻線２５Ｗの末端が接続されている。また、スイッチ群ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，・・・は、例えば、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成され、それらＭＯＳＦＥＴのゲート端子がモータ制御回路４４に接続されている。

モータ制御回路４４は、ＣＰＵ４４Ａ、ＲＯＭ４４Ｂ及びＲＡＭ４４Ｃを備えている。そして、ＣＰＵ４４ＡがＲＯＭ４４Ｂに記憶されたモータ制御プログラム（図示せず）を実行することで、モータ制御回路４４には図７のブロック線図で示した制御系が構成されている。そして、その制御系の構成要素のうち電流指令値決定部４９が、車両１０に備えた車速センサ９０及び舵角センサ９１の検出結果（操舵角θ１、車速Ｖ）に基づいて交流モータ２５に対する電流指令値を決定する。

具体的には、電流指令値決定部４９は、車速Ｖに応じて図示しないマップから所定の伝達比Ｒを取得する。そして、ハンドル１６からステアリングシャフト１７の一端側（第１ステアリングシャフト１８）に付与された操舵角θ１が、ステアリングシャフト１７の他端側（第２ステアリングシャフト１９）では、伝達比Ｒを乗じた操舵角θ２になって伝達されるように交流モータ２５の目標回転位置を決定する。そして、交流モータ２５の実際の回転位置と目標回転位置との偏差に応じた駆動電流を交流モータ２５に流すための電流指令値を、ベクトル制御方法におけるｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊として演算する。

ここで、上記マップは、車速が低くなるに従って伝達比Ｒが大きくなるように設定されている。即ち、車速が比較的低い場合（低速走行時）には、比較的大きな伝達比Ｒが採用される。これにより、僅かなハンドル１６の操作によって車両の旋回をさせることができるようになり、車庫入れ等が容易になる。一方、車速が比較的高い場合（高速走行時）には、比較的小さな伝達比Ｒが採用され、これにより急ハンドル（急旋回）が防がれ、安定した走行が可能になる。

電流指令値決定部４９から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊は、後述するようにフィードバックされたｑ軸電流検出値Ｉｑ２と共にｑ軸用のＰＩ制御器４５ｑに取り込まれる。また、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊は「０」に設定されており、そのｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊（＝０）は、同じく後述するようにフィードバックされたｄ軸電流検出値Ｉｄ２と共にｄ軸用のＰＩ制御器４５ｄに取り込まれる。そして、それらｑ軸用及びｄ軸用の各ＰＩ制御器４５ｑ，４５ｄは、それぞれＰＩ制御を行ってｑ軸とｄ軸の指令電圧Ｖｑ１＊，Ｖｄ１＊を演算する。すると、２−３相変換器（ｄ−ｑ逆変換器）４６が、それらｑ軸とｄ軸の指令電圧Ｖｑ１＊，Ｖｄ１＊をｄ−ｑ逆変換して三相交流指令値Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊を演算する。

そして、ＰＷＭ制御部４７が、三相交流指令値Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊に基づいて、三相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗをＰＷＭ制御する。具体的には、ＰＷＭ制御部４７は、図８に示すように、三相交流指令値Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊と所定の三角波Ｋとの交点からスイッチＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，・・・のオンオフするためのＰＷＭ指令値ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗを生成してインバータ回路４３のスイッチＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，・・・に付与する。これにより、インバータ回路４３から交流モータ２５へと三相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが出力される。

また、シャント抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ（図６参照）で検出した交流電流Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２の電流値、図７に示すように、３−２相変換器（ｄ−ｑ変換器）４８に取り込まれてｑ軸電流検出値Ｉｑ２，ｄ軸電流検出値Ｉｄ２にｄ−ｑ変換されている。そして、前記したｑ軸用のＰＩ制御器４５ｑにｑ軸電流検出値Ｉｑ２がフィードバックされ、ｄ軸用のＰＩ制御器４５ｄにｄ軸電流検出値Ｉｄ２がフィードバックされている。

なお、交流モータ２５の回転位置センサ２９が検出したロータの回転位置θｒｍは、３−２相変換器４８及び２−３相変換器４６におけるｄ−ｑ変換及びｄ−ｑ逆変換に用いられている。

本実施形態では、上述した車速Ｖ、操舵角θ１からＰＷＭ指令値ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗを生成してインバータ回路４３に付与するまでの一連の制御系が本発明に係る指令値決定部５０Ａに相当する。即ち、電流指令値決定部４９，２−３相変換器４６，ＰＷＭ制御部４７等によって指令値決定部５０Ａが構成されている。

モータ制御回路４４のＣＰＵ４４Ａ（図６参照）が実行する前記モータ制御プログラムには、イグニッションスイッチ（図示せず）をオンした直後にのみ実行される加熱処理プログラムＰＧ１（図９参照）が含められている。そして、加熱処理プログラムＰＧ１が実行されることで、モータ制御回路４４の制御系に本発明に係る相固定通電制御部５０Ｂ（図７参照）が備えられている。

具体的には、図９に示すように、加熱処理プログラムＰＧ１を実行すると、温度センサ９５にて検出したアクチュエータ２０内の温度Ｔａ（以下、「アクチュエータ内温度Ｔａ」という）をＣＰＵ４４Ａ（図６参照）が取得する（Ｓ１）。そして、そのアクチュエータ内温度Ｔａが、予め定められた下限基準温度Ｔ１以下であるか否かを判別する（Ｓ２）。ここで、アクチュエータ内温度Ｔａが下限基準温度Ｔ１以下でなかった場合には（Ｓ２：ＮＯ）、この加熱処理プログラムＰＧ１を抜ける。一方、アクチュエータ内温度Ｔａが下限基準温度Ｔ１以下であった場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、交流モータ２５を回転駆動するための駆動指令であるＰＷＭ指令値ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗが、指令値決定部５０Ａからインバータ回路４３に出力されているか否かを判別する。

具体的には、駆動指令（ＰＷＭ指令値ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗ）の出力の有無を、例えば、前記したｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊が「０」であるか否かによって間接的に判別している。ここで、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊が「０」でなければ、駆動指令が出力されていると判断し（Ｓ３：ＹＥＳ）、加熱処理プログラムＰＧ１を終了する。そして、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊に基づいて交流モータ２５を駆動し、上記したように運転状況に応じて伝達比Ｒを変更する、所謂、伝達比可変制御を実行する。

一方、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊が「０」であれば、駆動指令が出力されていないと判断し（Ｓ３：ＹＥＳ）、相固定通電処理（Ｓ４）を行う。この相固定通電処理（Ｓ４）では、図６に示したインバータ回路４３のスイッチ群ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，・・・のうち、Ｕ相回路４３Ｕの上段側のスイッチＵＨとＶ相回路４３Ｖの下段側のスイッチＶＬのみをオンし、それ以外のスイッチＵＬ，ＶＨ，ＷＨ，ＷＬを全てオフする制御信号をモータ制御回路４４からインバータ回路４３に付与する。

これにより、交流モータ２５の巻線２５ＭのうちＵ相巻線２５ＵとＶ相巻線２５Ｖに相を固定して直流電流Ｉｘが通電される。そして、その直流電流Ｉｘの通電中の電気抵抗及び磁気抵抗により、巻線２５Ｍが発熱してアクチュエータ２０の温度が上昇する。直流電流Ｉｘの通電は、アクチュエータ内温度Ｔａが予め定められた上限基準温度Ｔ２以上になるまで継続され（Ｓ６のＮＯのループ）、アクチュエータ内温度Ｔａが上限基準温度Ｔ２以上になったら停止され、この加熱処理プログラムＰＧ１を終了する（Ｓ６：ＹＥＳ）。

なお、上述したように加熱処理プログラムＰＧ１（図９参照）の実行により本発明に係る相固定通電制御部５０Ｂ（図７参照）が構成され、その相固定通電制御部５０Ｂのうち状態判別部５１は、加熱処理プログラムＰＧ１における上記ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ６の実行により構成され、相固定指令部５２は、ステップＳ４の実行により構成される。

本実施形態の伝達比可変操舵装置８０の構成に関する説明は以上である。次に、本実施形態の作用効果について説明する。車両１０のイグニッションスイッチをオフした状態で時間が経過すると、車両１０全体の温度が外気と同じ温度に近づいていく。特に冬季や夜明け前のように温度が低下する状況下では、その低温化に伴ってアクチュエータ２０内の潤滑剤３７の粘性が高くなる。そして、アクチュエータ内温度Ｔａが下限基準温度Ｔ１以下まで低下すると、車両１０を回転駆動した際の負荷が問題になり得る。

このような場合、イグニッションスイッチをオンした直後に、ハンドル１６が操舵されていなければ、相固定通電処理（Ｓ４）が実行され、図６に示したインバータ回路４３の一部のスイッチＵＨ，ＶＬがオン状態に固定する一方、残りのスイッチがオフ状態に固定され、交流モータ２５におけるＵ相巻線２５ＵとＶ相巻線２５Ｖとに直流電流Ｉｘが通電される。そして、その通電中の電気抵抗及び磁気抵抗により、巻線２５Ｍが発熱してアクチュエータ内温度Ｔａが上昇する。これにより、潤滑剤３７の粘性抵抗が低減されて、交流モータ２５を回転駆動した際の負荷が抑えられる。また、アクチュエータ内温度Ｔａが上限基準温度Ｔ２以上になったときには、相固定の直流電流Ｉｘの通電が停止され、過剰に潤滑剤３７が加熱されることが防がれる。

さらに、相固定の直流電流Ｉｘの通電中にハンドル１６が操舵されたときには、その直流電流Ｉｘの通電が中止され、交流モータ２５に交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが通電されて回転駆動され、アクチュエータ２０が作動する。即ち、潤滑剤３７の粘性抵抗を低減するための処理（Ｓ４）より、操舵を補助するための通常の処理、即ち、伝達比可変制御が優先して行われ、快適な操舵フィーリングを提供することができる。また、伝達比可変制御のための交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの通電している間も交流モータ２５は発熱するので、やがてアクチュエータ内温度Ｔａは下限基準温度Ｔ１以上になり、潤滑剤３７の粘性抵抗が低減する。

さて、相固定通電処理（Ｓ４）の実行中は、交流モータ２５におけるＵ相巻線２５ＵとＶ相巻線２５Ｖとに相を固定した、所謂、相固定の直流電流Ｉｘが通電されるので、その通電中は交流モータ２５のステータ２５Ｓとロータ２５Ｒとの間に生成される磁路Ｊ（図４の破線参照）が変化せず、交流モータ２５は回転不能にロックされる。そして、ステアリングシャフト１７の両端部間における伝達比が「１」に固定される。従って、例えば、相固定の直流電流Ｉｘの通電中にハンドル１６が操舵され、交流モータ２５の回転駆動の制御が遅れたとしても、ハンドル１６から転舵輪１１，１１へと操舵トルクが確実に伝達され、ハンドル１６に対する転舵輪１１，１１の追従遅れを防ぐことができる。

このように、本実施形態の伝達比可変操舵装置８０では、交流モータ２５を熱源として使用する際に相固定の直流電流Ｉｘを通電するので、駆動源としての使用に切り替える際の転舵輪１１，１１の追従遅れを防ぐことができ、操舵フィーリングを従来より向上させることが可能になる。ここで、本実施形態では、何れか１つの相巻線に相固定の直流電流を通電しても交流モータ２５を回転不能にロックすることができるが、本実施形態では、Ｕ相及びＶ相の２つの相巻線２５Ｕ，２５Ｖに通電する構成になっているので、１つの相巻線に通電する場合より、スイッチ素子（図６のＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，・・・）の負荷が分散され、スイッチ素子の劣化を抑えることができる。さらに、相固定の直流電流Ｉｘの通電中は、モータロック機構３８Ｒがリリース状態に保持されているので、相固定の直流電流Ｉｘを通電した状態から交流モータ２５を回転駆動させる通常の伝達比可変制御に迅速に切り替えることができる。しかも、交流モータ２５に交流回路を通電するためのインバータ回路４３を直流電流Ｉｘの通電するための電源回路に兼用しているので、回路の製造コストを抑えることができる。

［第２実施形態］
本実施形態は、図１０に示されており、相固定通電処理（Ｓ４）と併せてモータロック処理（Ｓ１０）が実行される点のみが前記第１実施形態と異なる。そのモータロック処理（Ｓ１０）では、イグニッションスイッチのオンによりリリース状態になっているモータロック機構３８Ｒをロック状態に保持する。具体的には、ソレノイド４１を消磁する。本実施形態の構成に関する説明は以上である。

本実施形態の構成によれば、交流モータ２５に相固定の直流電流Ｉｘの通電中は、交流モータ２５がロック状態に保持されるので、その通電中にハンドル１６が操作されて伝達比可変制御が遅れた場合に、操舵トルクの伝達をより一層確実に行うことができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記第１実施形態では、アクチュエータ内温度Ｔａが下限基準温度Ｔ１以下であることと、交流モータ２５を回転駆動するための駆動指令が出力されていないことの２つの条件が成立したときに相固定通電処理（Ｓ４）を実行していたが、例えば、バッテリ９２の出力電圧が予め設定した下限電圧より高いことを相固定通電処理（Ｓ４）の実行条件に加えてもよい。これにより、バッテリ９２の消耗を抑えることができる。

（２）また、アクチュエータ内温度Ｔａと相固定の直流電流Ｉｘの電流値とを対応させて記憶したマップを設けておき、アクチュエータ内温度Ｔａに応じてマップから相固定の直流電流Ｉｘの電流値を決定し、アクチュエータ内温度Ｔａが高くなるに従って直流電流Ｉｘの電流値を下げるように制御してもよい。そうようにすれば、アクチュエータの温度を潤滑剤３７の粘性抵抗が好適になる温度にスムーズに収束させることができる。

（３）前記実施形態では、イグニッションスイッチのオン直後にのみ、相固定通電処理（Ｓ４）を実行するか否かを判別していたが、走行中は継続して相固定通電処理（Ｓ４）を実行するか否かを判別して、実行条件が成立したときに相固定通電処理（Ｓ４）を実行する構成にしてもよい。

（４）前記実施形態では、本発明に係るｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊が「０」であるか否かに基づいて、交流モータ２５を回転駆動するための駆動指令が出力されているか否かを間接的に判別していたが、三相交流指令値Ｖｕ１＊，Ｖｖ１＊，Ｖｗ１＊が「０」であるか否かに基づいて判別してもよいし、或いは、ＰＷＭ指令値ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗが出力されているか否かに基づいて判別してもよい。さらには、ハンドル１６が操舵さているか否かに基づいて、交流モータ２５を回転駆動するための駆動指令が出力されているか否かを間接的に判別してもよい。

本発明の第１実施形態に伝達比可変操舵装置の概念図 アクチュエータの断面図 アクチュエータの部分拡大断面図 交流モータの断面図 交流モータの上面図 操舵制御装置の概念図 伝達比可変操舵装置の制御系のブロック図 ＰＷＭ制御におけるオンオフ信号を生成する処理の概念図 加熱処理プログラムのフローチャート 第２実施形態における加熱処理プログラムのフローチャート 従来の操舵装置の概念図 従来の伝達比可変操舵装置の概念図

符号の説明

１０ 車両
１１ 転舵輪
１６ ハンドル
１７ ステアリングシャフト（トルク伝達系）
２０ アクチュエータ
２５ 交流モータ
２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗ 相巻線
２９ 回転位置センサ
３０ 差動減速機
４０ 操舵制御装置
４３ インバータ回路
４４ モータ制御回路
５０Ａ 指令値決定部
５０Ｂ 相固定通電制御部
８０ 伝達比可変操舵装置
９２ バッテリ
９５ 温度センサ（温度検出手段）
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 交流電流
Ｉｘ 相固定の直流電流
ＰＧ１ 加熱処理プログラム
Ｔ１ 下限基準温度
Ｔ２ 上限基準温度
Ｔａ アクチュエータ内温度

Claims (7)

1. 車両のハンドルから転舵輪へと操舵トルクを伝達するトルク伝達系の一部として設けられると共に交流モータを駆動源として有し、その交流モータの回転出力により前記トルク伝達系の両端部間を差動回転させて前記トルク伝達系の両端部間における操舵角の伝達比を変更可能なアクチュエータと、
   運転状況に応じて前記伝達比が変更されるように前記交流モータを回転駆動するための駆動指令値を生成して出力する指令値決定部と、
   前記駆動指令値に応じた交流電流を前記交流モータに付与するためのモータ駆動回路とを備えた伝達比可変操舵装置において、
   前記アクチュエータを潤滑する潤滑剤と、
   前記アクチュエータの温度を検出するための温度検出手段と、
   前記アクチュエータの温度が予め定められた下限基準温度より低く、かつ、前記駆動指令値が前記指令値決定部から出力されていないこととを条件にして、前記交流モータの巻線に相固定の直流電流を通電して発熱させることで前記潤滑剤の粘性抵抗を低減させる相固定通電制御部と、
   前記交流モータのロータを機械的にロックしたロック状態とそのロックを解除したリリース状態と切り替え可能なモータロック機構とを備え、
   前記相固定通電制御部は、前記相固定の直流電流の通電中は、前記モータロック機構をロック状態に保持することを特徴とする伝達比可変操舵装置。
2. 車両のハンドルから転舵輪へと操舵トルクを伝達するトルク伝達系の一部として設けられると共に交流モータを駆動源として有し、その交流モータの回転出力により前記トルク伝達系の両端部間を差動回転させて前記トルク伝達系の両端部間における操舵角の伝達比を変更可能なアクチュエータと、
   運転状況に応じて前記伝達比が変更されるように前記交流モータを回転駆動するための駆動指令値を生成して出力する指令値決定部と、
   前記駆動指令値に応じた交流電流を前記交流モータに付与するためのモータ駆動回路とを備えた伝達比可変操舵装置において、
   前記アクチュエータを潤滑する潤滑剤と、
   前記アクチュエータの温度を検出するための温度検出手段と、
   前記アクチュエータの温度が予め定められた下限基準温度より低く、かつ、前記駆動指令値が前記指令値決定部から出力されていないこととを条件にして、前記交流モータの巻線に相固定の直流電流を通電して発熱させることで前記潤滑剤の粘性抵抗を低減させる相固定通電制御部と、
   前記交流モータのロータを機械的にロックしたロック状態とそのロックを解除したリリース状態と切り替え可能なモータロック機構とを備え、
   前記相固定通電制御部は、前記相固定の直流電流の通電中は、前記モータロック機構をリリース状態に保持することを特徴とする伝達比可変操舵装置。
3. 前記相固定通電制御部は、前記相固定の直流電流の通電開始後に、前記アクチュエータの温度が予め定められた上限基準温度より高くなったときに、前記相固定の直流電流の通電を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の伝達比可変操舵装置。
4. 前記交流モータは、三相交流モータであり、
   前記相固定通電制御部は、前記三相交流モータのうち何れか２つの相巻線のみに前記相固定の直流電流を通電することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の伝達比可変操舵装置。
5. 前記モータ駆動回路は、複数のスイッチ素子をブリッジ接続してなり、前記車両のバッテリから受電して交流電流を生成可能なインバータ回路であり、
   前記相固定通電制御部は、前記複数のスイッチ素子のうち一部のスイッチ素子をオン状態に保持する一方、残りのスイッチ素子をオフ状態に保持して前記相固定の直流電流を前記交流モータに通電することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の伝達比可変操舵装置。
6. 前記相固定通電制御部は、前記バッテリの出力電圧が予め定められた下限電圧以下になった場合に、前記相固定の直流電流の通電を禁止することを特徴とする請求項５に記載の伝達比可変操舵装置。
7. 前記相固定通電制御部は、前記アクチュエータの温度が高くなるに従って前記相固定の直流電流の電流値が下がるように前記相固定の直流電流を制御することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の伝達比可変操舵装置。

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