WO2022030419A1 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

第１の回路（６８）は、操舵アシストアクチュエータ（８００）に通電する。第２の回路（６７）は、ロック装置（２０）をロック動作又はロック解除動作させるように駆動するロックアクチュエータ（７１０）に通電する。第１の回路（６８）及び第２の回路（６７）は同一の筐体（６００）内に設けられている。第１の回路（６８）及び第２の回路（６７）において直列接続された一組の高電位側及び低電位側スイッチング素子をレッグとすると、第１の回路（６８）及び第２の回路（６７）は、一つのレッグを共有する統合電力変換回路（６０）をなしている。制御部（３０）は、ステアリング（９１）の回転によりロック装置（２０）のロック動作又はロック解除動作を支援するように、操舵アシストアクチュエータ（８００）及びロックアクチュエータ（７１０）を同時に動作させる。

Description

ステアリング制御装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２０年８月３日に出願された特許出願番号２０２０－１３１９４７号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、ステアリング制御装置に関する。

　従来、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）や、駐車時の盗難防止等のためのステアリングロック装置に関する制御装置が知られている。例えば特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトにかかっているトルクを検知し、シャフトからの荷重を低減するようＥＰＳモータを駆動する。特許文献２に開示されたロック装置の制御方法は、ＥＰＳを用いてステアリングコラムを一定量自動回転させることで確実にロックを実現する。

　特許文献３に開示された車両用操舵装置は、ＥＰＳ用三相モータと、チルトモータ、テレスコピックモータ及びロックモータの３台の直流モータとを含む。この車両用操舵装置は、三相モータと直流モータとで電力変換回路を共有している。

特開２０１４－１０８６６１号公報 特表２０１４－５０５６２６号公報 特許第５６１４５８８号公報

　本明細書では、ＥＰＳモータ、すなわち操舵アシストモータの上位概念の用語として、モータ以外の電気的アクチュエータを含む「操舵アシストアクチュエータ」を用いる。同様に、ステアリングロックモータの上位概念の用語として、モータ以外の電気的アクチュエータを含む「ロックアクチュエータ」を用いる。また、ステアリング制御装置が前提であるため、ステアリングロックアクチュエータを「ロックアクチュエータ」と省略する。

　特許文献１、２の装置ではＥＰＳモータ及びロック装置のモータに対しそれぞれ電力変換回路が必要となるため、搭載スペースが増大する。これに対し特許文献３の装置は、三相モータと、ロック用の直流モータとで電力変換回路を共有することで、電力変換回路の小型化を図っている。

　しかし特許文献３の装置では、直流モータを駆動するタイミングとＥＰＳ用三相モータを駆動するタイミングとが異なる。つまりこの装置は、ロック用直流モータとＥＰＳ用三相モータとを同時に駆動することは想定していない。また回路構成からもロック用直流モータ及びＥＰＳ用三相モータへの通電を同時に制御することはできない。そのため、ＥＰＳ用三相モータを用いてロック動作やロック解除動作が確実に行われるように支援することができない。

　本開示の目的は、操舵アシストアクチュエータ及びロックアクチュエータの駆動を制御するステアリング制御装置において、電力変換回路を小型化しつつ、操舵アシストアクチュエータによりロック動作及びロック解除動作を支援可能なステアリング制御装置を提供することにある。

　本開示のステアリング制御装置は、第１の回路と、第２の回路と、制御部とを備える。第１の回路は、ドライバのステアリング操舵を電気的にアシストする操舵アシストアクチュエータに通電する電力変換回路である。第２の回路は、ステアリングの回転を機械的に規制するロック装置を、ロック動作又はロック解除動作させるように駆動するロックアクチュエータに通電する電力変換回路である。制御部は、第１の回路及び第２の回路を操作し、操舵アシストアクチュエータ及びロックアクチュエータの動作を制御する。

　第１の回路及び第２の回路は同一の筐体内に設けられている。第１の回路及び第２の回路において直列接続された一組の高電位側及び低電位側スイッチング素子をレッグとすると、第１の回路及び第２の回路は、一つのレッグを共有する「統合電力変換回路」をなしている。制御部は、ステアリングの回転によりロック装置のロック動作又はロック解除動作を支援するように、操舵アシストアクチュエータ及びロックアクチュエータを同時に動作させる。

　本開示では、操舵アシストアクチュエータに通電する第１の回路、及び、ロックアクチュエータに通電する第２の回路は、一つのレッグを共有する統合電力変換回路をなしている。そのため、複数のモータを駆動対象とする電力変換回路を小型化することができる。

　また、本開示の回路トポロジーでは、統合電力変換回路は共通の制御部により操作され、操舵アシストアクチュエータ及びロックアクチュエータを同時に動作させることができる。したがって、ロック時に支障がある場合、例えば操舵アシストアクチュエータを揺動させることで、ロック動作を支援可能である。或いはロック解除時に支障がある場合、例えば操舵アシストアクチュエータを一方向に回転させることで、ロック解除動作を支援可能である。このように本開示では、電力変換回路の小型化とステアリングロック機構の円滑な動作とを両立することができる。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、各実施形態のステアリング制御装置が適用されるコラムタイプＥＰＳシステムの図であり、 図２は、各実施形態のステアリング制御装置が適用されるラックタイプＥＰＳシステムの図であり、 図３は、各実施形態のステアリング制御装置が適用されるＳＢＷシステムの図であり、 図４は、コネクタの接続構成例を示す図であり、 図５は、一系統の三相モータを駆動する統合電力変換回路の回路構成図であり、 図６は、二系統の三相モータを駆動する統合電力変換回路の回路構成図であり、 図７は、三相二重巻線回転機の構成を示す模式図であり、 図８は、ロック装置の全体構成を示す模式図であり、 図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線断面模式図であり、 図１０は、ロック装置のロック状態の図であり、 図１１Ａは、ロック時の課題を説明する図であり、 図１１Ｂは、ＥＰＳモータの揺動によるロック動作の支援を説明する図であり、 図１２Ａは、ロック解除時の課題を説明する図であり、 図１２Ｂは、ＥＰＳモータの退避回転によるロック解除動作の支援を説明する図であり、 図１３は、エンジン始動時のシーケンスを示すフローチャートであり、 図１４は、エンジン停止時のシーケンスを示すフローチャートであり、 図１５は、ロック時の動作タイムチャート(１）であり、 図１６は、ロック時の動作タイムチャート(２）であり、 図１７は、ロック解除時の動作タイムチャート(１）であり、 図１８は、ロック解除時の動作タイムチャート(２）であり、 図１９は、第１実施形態（トルク制御）の制御アルゴリズムを示すブロック図であり、 図２０は、ロック解除時に退避方向を判定するための仮回転駆動の制御アルゴリズムを示すブロック図であり、 図２１は、二系統駆動構成でのトルク制御の制御アルゴリズムを示すブロック図であり、 図２２は、第２実施形態（位置制御）の制御アルゴリズムを示すブロック図であり、 図２３は、第３実施形態（速度制御）の制御アルゴリズムを示すブロック図であり、 図２４は、第４実施形態（電流制御）の制御アルゴリズムを示すブロック図であり、 図２５は、第５実施形態（電圧制御）の制御アルゴリズムを示すブロック図であり、 図２６は、図２のラックタイプＥＰＳシステムの変形例の図である。

　以下、本開示のステアリング制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態のステアリング制御装置は、車両の電動パワーステアリングシステム（以下「ＥＰＳシステム」）又はステアバイワイヤシステム（以下「ＳＢＷシステム」）に適用され、ＥＰＳ－ＥＣＵ又はＳＢＷ-ＥＣＵとして機能する。以下、ＥＰＳ－ＥＣＵ又はＳＢＷ－ＥＣＵをまとめて「ＥＣＵ」と表す。また、後述の各実施形態を包括して「本実施形態」という。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

　［システム構成］
　最初に図１～図３を参照し、「ステアリング制御装置」としてのＥＣＵが適用されるシステムの構成について説明する。図１、図２には、操舵機構と転舵機構とが機械的に接続されたＥＰＳシステム９０１を示す。そのうち、図１にはコラムタイプ、図２にはラックタイプのＥＰＳシステム９０１を示す。区別する場合、コラムタイプのＥＰＳシステムの符号を９０１Ｃ、ラックタイプのＥＰＳシステムの符号を９０１Ｒと記す。図３には、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したＳＢＷシステム９０２を示す。図１～図３において車輪９９は片側のみを図示し、反対側の車輪の図示を省略する。

　ＥＰＳシステム９０１は「操舵アシストアクチュエータ」としてのＥＰＳモータ８００を備え、ＳＢＷシステム９０２は「操舵アシストアクチュエータ」としての反力モータ８００を備える。本明細書では、ＳＢＷシステム９０２による反力付与を、ＥＰＳシステム９０１による操舵アシストと広義で同一の概念と解釈する。また、ＥＰＳシステム９０１及びＳＢＷシステム９０２は共通に、「ロックアクチュエータ」としてのステアリングロックモータ（以下「ロックモータ」）７１０を備える。

　図１、図２に示すように、ＥＰＳシステム９０１は、「ステアリング」としてのステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、インターミディエイトシャフト９５、ステアリングラック９７等を含む。ステアリングシャフト９２はステアリングコラム９３に内包されており、一端にステアリングホイール９１が接続され、他端にインターミディエイトシャフト９５が接続されている。なお、ドライバが操舵する「ステアリング」は、輪状のステアリングホイール９１以外の形状の操舵桿であってもよい。

　インターミディエイトシャフト９５のステアリングホイール９１と反対側の端部には、ラックアンドピニオン機構により回転を往復運動に変換して伝達するステアリングラック９７が設けられている。ステアリングラック９７が往復すると、タイロッド９８及びナックルアーム９８５を介して車輪９９が転舵される。また、インターミディエイトシャフト９５の途中にはユニバーサルジョイント９６１、９６２が設けられている。

　ＥＰＳモータ８００は、ドライバのステアリング操舵を電気的にアシストする。図１に示すコラムタイプのＥＰＳシステム９０１Ｃでは、ＥＰＳモータ８００及びロック装置２０は、ともにステアリングコラム９３に配置される。ＥＰＳモータ８００の出力トルクはステアリングシャフト９２に伝達される。トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、トーションバーの捩れ変位に基づきトルクを検出し、トルクセンサ値Ｔ＿ｓｎｓを出力する。

　図２に示すラックタイプのＥＰＳシステム９０１Ｒでは、ＥＰＳモータ８００及びロック装置２０は、ともにステアリングラック９７に配置される。ＥＰＳモータ８００の出力トルクによりステアリングラック９７の往復運動がアシストされる。トルクセンサ９４は、ステアリングラック９７に伝達されるトルクを検出し、トルクセンサ値Ｔ＿ｓｎｓを出力する。

　トルクセンサ９４が検出するトルクは、ドライバがステアリングホイール９１に付与する操舵トルクに限らない。例えば特許文献１（特開２０１４－１０８６６１号公報）に記載されているように、車輪９９が捩れた状態で駐車されると、車輪９９は路面から捩れを小さくするように復元する力を受ける場合がある。この復元力がステアリングラック９７やステアリングシャフト９２に伝わり、駐車時にトルクセンサ９４に検出される。駐車時におけるトルクセンサ値は、後述のように、ロック装置２０のロック解除動作に利用される。

　ロック装置２０は、トルクセンサ９４よりもドライバ側、すなわちステアリングホイール９１側に配置され、ステアリングの回転を機械的に規制する。ロックモータ７１０は、ロック装置２０を、ロック動作又はロック解除動作させるように駆動する。ロック装置２０がロック動作することで、駐車時における車両の盗難等が防止される。また、ドライバが車両の運転を開始するとき、ロック装置２０がロック解除動作することで、ドライバはステアリング操舵が可能となる。

　ＥＣＵ１０は、車両スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ信号に基づき、ロックモータ７１０にロック装置２０のロック又はロック解除を指示する。なお、車両スイッチ１１は、エンジン車、ハイブリッド車、電気自動車のイグニッションスイッチやプッシュスイッチに相当する。ＥＣＵ１０への各信号は、ＣＡＮやシリアル通信等を用いて通信されるか、アナログ電圧信号で送られる。

　続いて図３に示すように、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されたＳＢＷシステム９０２では、ＥＰＳシステム９０１に対し、インターミディエイトシャフト９５が存在しない。ドライバの操舵トルクあるいはステアリングホイール９１の角度などのドライバ入力情報が、ＥＣＵ１０を経由して電気的に転舵モータ８９０に伝達される。転舵モータ８９０の回転は、ステアリングラック９７の往復運動に変換され、タイロッド９８及びナックルアーム９８５を介して車輪９９が転舵される。なお、図３には図示を省略するが、ドライバのステアリングホイール入力に対して転舵モータ８９０を駆動する転舵モータＥＣＵが存在する。

　また、ＳＢＷシステム９０２では、ドライバは操舵に対する反力を直接感知することができない。そこで、ＥＣＵ１０は、反力モータ８００の駆動を制御し、操舵に対する反力を付与するようにステアリングホイール９１を回転させ、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。ＳＢＷシステム９０２において、ロックモータ７１０は、図１のコラムタイプＥＰＳシステム９０１Ｃと同様に用いられる。以下、ＥＣＵ１０によるＥＰＳモータ又は反力モータ８００及びロックモータ７１０の説明において、ＥＰＳシステム９０１とＳＢＷシステム９０２との違いは無い。そのため、代表としてＥＰＳモータ８００を記載し、反力モータ８００の記載を省略する。

　本実施形態では、ＥＰＳモータ８００は三相モータで構成されており、ロックモータ７１０は直流モータで構成されている。制御部３０は、ＥＰＳモータ８００及びロックモータ７１０に電圧を印加し、電流を通電する。「第１の回路」としての三相インバータ回路６８は、ＥＰＳモータ８００に通電する電力変換回路である。「第２の回路」としてのＨブリッジ回路６７は、ロックモータ７１０に通電する電力変換回路である。

　本実施形態において三相インバータ回路６８及びＨブリッジ回路６７は、制御部３０と共に同一の筐体６００内に設けられている。さらに本実施形態では、ＥＰＳモータ８００が「機電一体式」モータとして同一の筐体６００内に設けられている。これにより、ＥＣＵ１０を小型化し、ハーネスやコネクタ等の配線部品を減らすことができる。また、詳しくは図５、図６を参照して後述するように、三相インバータ回路６８及びＨブリッジ回路６７は、一つのレッグを共有する「統合電力変換回路６０」をなしている。図１～図３において、三相インバータ回路６８とＨブリッジ回路６７との枠が一部重なるように図示しているのは、二つの回路がレッグを共有することを意味している。

　制御部３０は、マイコン、駆動回路等で構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備え、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

　制御部３０は、三相インバータ回路６８、Ｈブリッジ回路６７に対して共通に設けられており、ＥＰＳモータ８００及びロックモータ７１０の動作を制御する。制御部３０は、トルクセンサ９４が検出したトルクセンサ値Ｔ＿ｓｎｓや車速センサ１４が検出した車速Ｖに基づいて三相インバータ回路６８を操作し、ＥＰＳモータ８００の動作を制御する。ＥＰＳモータ８００は、ドライバのステアリング操舵を電気的にアシストする。また制御部３０は、Ｈブリッジ回路６７を操作し、ロックモータ７１０の動作を制御する。

　次に図４を参照し、コネクタ接続構成の一例を示す。本実施形態のＥＰＳモータ８００は、軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体に構成された「機電一体式」のブラシレス三相モータとして構成されている。一方、ロックモータ７１０として機能する各直流モータは、コネクタを介してＥＣＵ１０と接続されている。

　この接続構成では、パワー系コネクタ５９１、信号系コネクタ５９２及びトルクセンサ用コネクタ５９３が分かれて設けられている。パワー系コネクタ５９１には、直流電源からの電源線（ＰＩＧ）及びグランド線が接続される。信号系コネクタ５９２には、制御用電源線（ＩＧ）、ＣＡＮ通信線、認証信号、停止指令の信号線の他、ロックモータ７１０の配線が接続される。トルクセンサ用コネクタ５９３には、トルクセンサ９４の電源線、信号線、グランド線がまとめて接続される。

　ロックモータ７１０にはモータ線（Ｍ＋、Ｍ－）が接続される。なお、ロックモータ７１０のモータ線（Ｍ＋、Ｍ－）はパワー系であるが、ＥＰＳモータ８００に比べてモータ電流が小さいため、信号系コネクタ５９２に含めて接続可能である。ロックモータ７１０の電流が大きい場合は別のコネクタとするか、直流電源からの電源線（ＰＩＧ）及びグランド線のパワー系コネクタ５９１と共通のコネクタとしてもよい。ロックモータ７１０の信号について、コネクタを分けてもよい。

　［統合電力変換回路の構成］
　続いて図５～図７を参照し、統合電力変換回路の回路構成例について説明する。まず、三相インバータ回路６８の駆動対象であるＥＰＳモータ８００に関し、三相巻線組と当該巻線組に対応する三相インバータ回路とを含む単位を「系統」という。図５には一系統の回路構成例を示し、図６には二系統の回路構成例を示す。図７に示すように、二系統構成では、「第１の回路」６８は二つの三相インバータ回路６８１、６８２からなる。

　一系統構成の三相巻線組は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線８１１、８１２、８１３が中性点Ｎで接続されて構成されている。各相の巻線８１１、８１２、８１３には、三相インバータ回路６８から電圧が印加される。各相には、回転数と位相のｓｉｎ値との積に比例した逆起電圧が発生する。各相に発生する逆起電圧は、電圧振幅Ａ、回転数ω、位相θに基づき、例えば式（１．１）～（１．３）により表される。

　　Ｅｕ＝－Ａωｓｉｎθ　　　　　　　・・・（１．１）
　　Ｅｖ＝－Ａωｓｉｎ（θ－１２０）　・・・（１．２）
　　Ｅｗ＝－Ａωｓｉｎ（θ＋１２０）　・・・（１．３）

　二系統構成のＥＰＳモータ８００は二組の三相巻線組８０１、８０２を有する。第１系統の三相巻線組８０１は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の巻線８１１、８１２、８１３が中性点Ｎ１で接続されて構成されている。第１系統の三相巻線組８０１の各相の巻線８１１、８１２、８１３には、第１系統の三相インバータ回路６８１から電圧が印加される。

　第２系統の三相巻線組８０２は、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の巻線８２１、８２２、８２３が中性点Ｎ２で接続されて構成されている。第２系統の三相巻線組８０２の各相の巻線８２１、８２２、８２３には、第２系統の三相インバータ回路６８２から電圧が印加される。

　図７に示すように、二系統構成のＥＰＳモータ８００は、二組の三相巻線組８０１、８０２が同軸に設けられた二重巻線回転機をなしている。二組の三相巻線組８０１、８０２は電気的特性が同等であり、例えば共通のステータに、互いに電気角３０［ｄｅｇ］ずらして配置されている。その場合、第１系統及び第２系統の各相に発生する逆起電圧は、電圧振幅Ａ、回転数ω、位相θに基づき、例えば式（２．１）～（２．３）、（２．４ａ）～（２．６ａ）により表される。

　　Ｅｕ１＝－Ａωｓｉｎθ　　　　　　　・・・（２．１）
　　Ｅｖ１＝－Ａωｓｉｎ（θ－１２０）　・・・（２．２）
　　Ｅｗ１＝－Ａωｓｉｎ（θ＋１２０）　・・・（２．３）
　　Ｅｕ２＝－Ａωｓｉｎ（θ＋３０）　　・・・（２．４ａ）
　　Ｅｖ２＝－Ａωｓｉｎ（θ－９０）　　・・・（２．５ａ）
　　Ｅｗ２＝－Ａωｓｉｎ（θ＋１５０）　・・・（２．６ａ）

　なお、二系統の位相関係を逆にした場合、例えばＵ２相の位相（θ＋３０）は（θ－３０）となる。その場合、第２系統の各相に発生する逆起電圧は、式（２．４ａ）～（２．６ａ）に代えて式（２．４ｂ）～（２．６ｂ）で表される。さらに、３０［ｄｅｇ］と等価な位相差は、一般化して（３０±６０×ｋ）［ｄｅｇ］（ｋは整数）と表される。或いは第２系統が第１系統と同位相に配置されてもよい。

　　Ｅｕ２＝－Ａωｓｉｎ（θ－３０）　　・・・（２．４ｂ）
　　Ｅｖ２＝－Ａωｓｉｎ（θ＋９０）　　・・・（２．５ｂ）
　　Ｅｗ２＝－Ａωｓｉｎ（θ－１５０）　・・・（２．６ｂ）

　Ｈブリッジ回路６７の駆動対象であるロックモータ７１０は巻線７１４により構成される。ロックモータ７１０への通電時、回転数ω１に比例した逆起電圧Ｅ１が発生する。比例定数をＥとすると、逆起電圧Ｅ１は、式「Ｅ１＝－Ｅω１」で表される。また、ロックモータ７１０に通電される直流電流をＩ１と記す。

　次に、一系統、二系統の回路構成例について順に説明する。図５に示す一系統の回路構成例では、Ｈブリッジ回路６７の片側のレッグが三相インバータ回路６８のＵ相レッグと共有されている。図示の都合上、符号「６７」は、非共有側レッグを指しているように見えるが、実際には、三相インバータ回路６８のＵ相レッグと非共有側レッグとを合わせた部分を指している。

　このように、三相インバータ回路６８の一相（例えばＵ相）のレッグと、Ｈブリッジ回路６７の片側のレッグとが共有されて構成される電力変換回路を、本明細書では「統合電力変換回路」という。図５の回路構成例では、一系統の三相インバータ回路６８とＨブリッジ回路６７とが統合電力変換回路６０をなしている。

　統合電力変換回路６０は、高電位線Ｌｐを介して電源Ｂｔの正極と接続され、低電位線Ｌｇを介して電源Ｂｔの負極と接続されている。電源Ｂｔは、例えば基準電圧１２［Ｖ］のバッテリである。電源Ｂｔから統合電力変換回路６０に入力される直流電圧を「入力電圧Ｖｒ」と記す。

　統合電力変換回路６０の電源Ｂｔ側には高電位線Ｌｐと低電位線Ｌｇとの間にコンデンサＣが設けられている。電源ＢｔとコンデンサＣとの間の電流経路において、電源Ｂｔ側に電源リレーＰｒ、コンデンサＣ側に逆接保護リレーＰＲが直列接続されている。電源リレーＰｒ及び逆接保護リレーＰＲは、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子もしくは機械式リレー等により構成され、オフ時に電源Ｂｔから統合電力変換回路６０への通電を遮断可能である。電源リレーＰｒは、電源Ｂｔの電極が正規の向きに接続されたときに流れる方向の電流を遮断する。逆接保護リレーＰＲは、電源Ｂｔの電極が正規の向きとは逆向きに接続されたときに流れる方向の電流を遮断する。

　三相インバータ回路６８は、ブリッジ接続された高電位側及び低電位側の複数のインバータスイッチング素子ＩＵＨ、ＩＵＬ、ＩＶＨ、ＩＶＬ、ＩＷＨ、ＩＷＬの動作により電源Ｂｔの直流電力を三相交流電力に変換し、ＥＰＳモータ８００に通電する。詳しくは、インバータスイッチング素子ＩＵＨ、ＩＶＨ、ＩＷＨは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の高電位側に設けられる上アーム素子であり、インバータスイッチング素子ＩＵＬ、ＩＶＬ、ＩＷＬは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の低電位側に設けられる下アーム素子である。以下、同相の上アーム素子と下アーム素子とをまとめて、符号を「ＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ」と記す。また、直列接続された一組の高電位側及び低電位側のスイッチング素子を「レッグ」とする。「ＩＵＨ／Ｌ」はＵ相レッグの符号に相当する。

　三相インバータ回路６８の各相の下アーム素子ＩＵＬ、ＩＶＬ、ＩＷＬと低電位線Ｌｇとの間には、各相を流れる相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する電流センサＳＡＵ、ＳＡＶ、ＳＡＷが設置されている。電流センサＳＡＵ、ＳＡＶ、ＳＡＷは、例えばシャント抵抗で構成される。

　Ｈブリッジ回路６７の非共有側レッグは、直流モータ端子Ｍ１を介して直列接続された高電位側のスイッチング素子ＭＵ１Ｈ、及び、低電位側のスイッチング素子ＭＵ１Ｌにより構成される。以下、非共有側レッグを構成する一組のスイッチング素子を「直流モータ用スイッチング素子」と称する。インバータスイッチング素子と同様に、高電位側及び低電位側のスイッチをまとめて直流モータ用スイッチング素子の符号を「ＭＵ１Ｈ／Ｌ」と記す。

　三相インバータ回路６８の各相インバータスイッチング素子ＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ、及び、直流モータ用スイッチング素子ＭＵ１Ｈ／Ｌは、例えばＭＯＳＦＥＴである。その他、スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ以外の電界効果トランジスタやＩＧＢＴ等であってもよい。ここで、ロックモータ７１０に通電される電流は、ＥＰＳモータ８００に流れる相電流よりも小さい。そのため、直流モータ用スイッチング素子ＭＵ１Ｈ／Ｌは、インバータスイッチング素子ＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌよりも電流容量が小さいスイッチが使用されてもよい。また、ロック及び解除ができればよいため、高速スイッチングは必要なく、オン時間が遅いスイッチや機械リレーでもよい。

　三相巻線組のＵ相電流経路の分岐点Ｊｕには、ロックモータ７１０の一端である第１端子Ｔ１が接続されている。ロックモータ７１０の第１端子Ｔ１とは反対側の端部である第２端子Ｔ２は、直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌの間の直流モータ端子Ｍ１に接続されている。直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌはロックモータ７１０を介してＵ相巻線８１１に接続されている。直流モータ用スイッチの符号「ＭＵ１Ｈ／Ｌ」の「Ｕ」はＵ相を意味し、「１」は直流モータの番号である。

　三相インバータ回路６８に流れる相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対し、三相巻線組に通電される相電流をＩｕ＃、Ｉｖ＃、Ｉｗ＃と記す。図５の例ではＵ相電流経路の分岐点Ｊｕにおいて相電流Ｉｕの一部が直流モータ電流Ｉ１として分かれる。分岐点Ｊｕの三相インバータ回路６８側に流れるインバータ相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、分岐点ＪｕのＥＰＳモータ８００側に通電されるモータ相電流Ｉｕ＃、Ｉｖ＃、Ｉｗ＃との関係は、式（３．１）～（３．４）により表される。

　　Ｉｕ＃＝－Ｉｖ－Ｉｗ　・・・（３．１）
　　Ｉｖ＃＝Ｉｖ　・・・（３．２）
　　Ｉｗ＃＝Ｉｗ　・・・（３．３）
　　Ｉ１＝Ｉｕ－Ｉｕ＃　・・・（３．４）

　ロックモータ７１０において、第１端子Ｔ１から第２端子Ｔ２に向かう電流Ｉ１の方向を正方向とし、第２端子Ｔ２から第１端子Ｔ１に向かう電流Ｉ１の方向を負方向とする。第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間には電圧Ｖｘが印加される。ロックモータ７１０は、正方向に通電されたとき正転し、負方向に通電されたとき逆転する。例えばロックモータ７１０が正転したときロック装置２０がロックされ、ロックモータ７１０が逆転したときロック装置２０のロックが解除される。

　制御部３０は、ＥＰＳモータ８００の三相電圧指令値により中性点Ｎの電圧を操作し、Ｕ相電圧指令値を一定にするように「ゲート信号」を出力する。それと同時に制御部３０は、ロックモータ７１０の回転方向に応じて、直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌの一方をＯＮし、他方をＯＦＦするように「ロックモータ駆動指令」を指令する。こうして制御部３０は、ＥＰＳモータ８００とロックモータ７１０とを同時に動作させる。

　図６に示す二系統の回路構成例では、ＥＰＳモータ８００に通電する「第１の回路」６８（符号は図７参照）が二系統の三相インバータ回路６８１、６８２により構成される。第１系統の三相インバータ回路６８１は、三相巻線組８０１のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の巻線８１１、８１２、８１３に接続されている。第２系統の三相インバータ回路６８２は、三相巻線組８０２のＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の巻線８２１、８２２、８２３に接続されている。第２系統の構成要素の符号及び電流の記号は、第１系統の構成要素の符号及び電流の記号の「１」を「２」に置き換えて表される。また、第２系統の構成要素について、第１系統の構成要素についての説明が援用される。

　第１系統の三相インバータ回路６８１には、インバータスイッチング素子ＩＵ１Ｈ／Ｌ、ＩＶ１Ｈ／Ｌ、ＩＷ１Ｈ／Ｌ、及び、各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を検出する電流センサＳＡＵ１、ＳＡＶ１、ＳＡＷ１が設けられている。三相インバータ回路６８１の電源Ｂｔ側にはコンデンサＣ１が設けられている。また、電源Ｂｔと三相インバータ回路６８１との間に、電源リレーＰ１ｒ及び逆接保護リレーＰ１Ｒが設けられている。電源Ｂｔから三相インバータ回路６８１に入力される直流電圧を「入力電圧Ｖｒ１」と記す。三相巻線組８０１には相電流Ｉｕ１＃、Ｉｖ１＃、Ｉｗ１＃が通電される。

　図６の構成例では、第１系統の回路が図５に示す一系統の回路と同様に構成される。つまり、第１系統の三相巻線組８０１のＵ１相電流経路の分岐点Ｊｕにロックモータ７１０の一端が接続されており、第１系統の三相インバータ回路６８１のＵ１相レッグがＨブリッジ回路６７の片側のレッグと共有されている。一方、第２系統の回路はロックモータ７１０とは直接接続されておらず、専らＥＰＳモータ８００の駆動にのみ用いられる。

　以下、ＥＰＳモータ８００とロックモータ７１０との同時駆動の説明においては一系統構成を基本として示す。ＥＰＳモータ８００が二系統構成の場合、第１系統の制御に対し、適宜第２系統の制御を追加して解釈すればよい。

　［ロック装置の機械的構成］
　次に図８～図１２を参照し、ロック装置２０の機械的構成及び作用効果について説明する。まず図８～図１０に、ロック装置２０の全体構成及びロック状態を示す。図８に示すように、ロック装置２０は可動部２１と被係止体２５とを有する。可動部２１は、ロックモータ７１０により往復移動する。被係止体２５は、例えばステアリングホイール９１と同軸に回転可能に設けられている。

　図１０に示すように、被係止体２５は、一つ以上の凸部２７及び一つ以上の凹部２８が周方向に配置され、ステアリングホイール９１に追従してＲｓ方向に回転する。図１０の被係止体２５は、基筒部２９の周囲に複数の凸部２７及び複数の凹部２８が周方向に等間隔に配置された回転対称形の「歯車スロット」として構成されている。実施形態の説明では、被係止体２５に代えて、適宜「歯車スロット２５」の用語を用いて記載する。

　可動部２１の構成例として図８、図９には、ロックモータ７１０の回転軸Ａｚと可動部２１の回転及び往復移動の軸Ａｘとが直交して配置される例を示す。ロックモータ７１０のモータ出力軸７１５は、回転軸Ａｚを中心としてＲｚ方向に正逆回転する。モータ出力軸７１５と可動部２１のドリブンギア部２１５とはウォームギアを構成しており、ドリブンギア部２１５は、モータ出力軸７１５の回転に伴って回転軸Ａｘを中心としてＲｘ方向に正逆回転する。

　ドリブンギア部２１５が回転すると、同軸に固定された雄ねじ部２１６が回転し、雄ねじ部２１６と螺合するナット部２１７がＬｘ方向に往復移動する。ナット部２１７の先端側には棒状のロックロッド２３が連結されている。ロックロッド２３に外力が作用しない状態では、ロックロッド２３はナット部２１７と共にＬｘ方向に往復移動する。

　歯車スロット２５の回転軸Ｏは、可動部２１の軸Ａｘの延長線に直交するように配置されている。歯車スロット２５の回転位置に応じて、凸部２７又は凹部２８の径方向外壁がロックロッド２３の先端面に対向する。ここで、ロックロッド２３が歯車スロット２５に近づくことを前進、ロックロッド２３が歯車スロット２５から遠ざかることを後退と定義する。制御部３０は、Ｈブリッジ回路６７によりロックモータ７１０に通電してロックロッド２３を歯車スロット２５に対して前進又は後退させる。

　制御部３０は、ロック装置２０をロック動作させるとき、ロックロッド２３を前進させて歯車スロット２５の隣接する凸部２７同士の間もしくは凹部２８に嵌入させる。「隣接する凸部２７同士の間」と「凹部２８」とは、実質的にほぼ同じ意味であるが、後述のように凸部２７及び凹部２８の解釈の違いを考慮して二通りの表現を併記する。このとき、ステアリングホイール９１の回転が機械的に規制される。

　また、制御部３０は、ロック装置２０をロック解除動作させるとき、歯車スロット２５の隣接する凸部２７同士の間もしくは凹部２８に嵌入した状態からロックロッド２３を後退させる。ロックロッド２３が後退し、歯車スロット２５から離間することで、ステアリングホイール９１は自由に回転可能となる。

　図１０を参照し、凸部２７及び凹部２８の解釈について説明する。本明細書では、基筒部２９の外周をつなぐ小仮想円φｉを基準とする見方により、「凸部２７は小仮想円φｉから径方向に相対的に突出している」と表現し、「小仮想円φｉに沿って形成された凹部２８は径方向に相対的に凹んでいる」と表現する。この場合、凸部２７と凹部２８とを接続する周方向側壁２７５は、凸部２７の外側壁とみなされる。以下では基本的にこの見方を採用する。

　一方、凸部２７の径方向外壁２７４をつなぐ大仮想円φｏを基準とする見方では、「凹部２８は大仮想円φｏから径方向に相対的に凹んでいる」と表現し、「大仮想円φｏに沿って形成された凸部２７は径方向に相対的に突出している」と表現することもできる。この場合、凸部２７と凹部２８とを接続する周方向側壁２７５は、凹部２８の内側壁とみなされる。

　このように、一般に歯車形状の凸部２７と凹部２８とは径方向の位置関係において相対的な解釈が可能である。本実施形態の解釈にあたっては、本明細書に直接的に用いられた表現に限らず、見方を変えた場合に用いられる可能性がある表現にも基づいて解釈されるものとする。

　次に図１１Ａ～図１２Ｂを参照し、以上の構成のロック装置２０の動作における課題及び解決手段を説明する。図１１Ａに示すように、ロック時、ロックロッド２３が前進するタイミングによって、ロックロッド２３が凸部２７の径方向外壁２７４に当接して凹部２８に嵌入されず、ステアリングロックが実行されない可能性がある。

　そこで図１１Ｂに示すように、制御部３０は、ＥＰＳモータ８００を正転方向及び逆転方向に揺動させることにより歯車スロット２５を揺動させ、ロックロッド２３と凹部２８との位置を合わせてロック状態に導く。つまり制御部３０は、ステアリングの回転によりロック装置２０のロック動作を支援するように、ＥＰＳモータ８００及びロックモータ７１０を同時に動作させる。ロック動作時に制御部３０がＥＰＳモータ８００を揺動させる範囲は、歯車スロット２５の歯車ピッチΔθｇｒ以上の角度範囲に設定されている。これにより、歯車スロット２５の初期位置によらず、ロック動作が確実に行われる。

　また図１２Ａに示すように、例えば車輪９９が捩れた状態で駐車した時、路面から受ける復元力によって歯車スロット２５にトルクが伝わり、凸部２７の周方向側壁２７５からロックロッド２３に押圧力Ｆが作用した状態になる場合がある。すると、ロック解除時、摩擦力によりロックロッド２３を後退させることができない状態となる。

　そこで図１２Ｂに示すように、制御部３０は、歯車スロット２５がロックロッド２３から離れる退避方向にＥＰＳモータ８００を退避回転させることにより、凸部２７の周方向側壁２７５とロックロッド２３との当接状態を解消し、ロック解除状態に導く。つまり制御部３０は、ステアリングの回転によりロック装置２０のロック解除動作を支援するように、ＥＰＳモータ８００及びロックモータ７１０を同時に動作させる。ここで、制御部３０は、凸部２７のどちら側の周方向側壁２７５にロックロッド２３が当接しているかによって退避方向を判別する必要がある。退避方向の判別方法については図１７、図１８を参照して後述する。

　［シーケンス］
　次に図１３、図１４を参照し、エンジン始動時のステアリングロック解除、及び、エンジン停止時のステアリングロックに関するシーケンスについて説明する。フローチャートの記号「Ｓ」はステップを示す。シーケンスの説明において各モータ及び制御部等の符号の記載を省略する。なお、Ｓ１６、Ｓ２６の主体であるエンジンＥＣＵは図示しない。

　図１３に示すエンジン始動時のシーケンスは、ＩＧ信号やウェイクアップ信号のオン等に基づく起動信号の生成によりスタートする。Ｓ０１１ではマイコン起動シーケンス、Ｓ０１２ではマイコン／ＡＳＩＣ起動シーケンスが実行される。この後、例えばラッチ回路のラッチ信号がオンされ、自己保持状態が開始するようにしてもよい。

　Ｓ０２では入力回路チェック（１）として、電源リレーをオンしてよいか確認される。Ｓ０３ではＡＳＩＣの遮断機能がチェックされる。Ｓ０４では入力回路チェック（２）として、入力回路に関する残りのチェックが行われる。Ｓ０５ではＥＰＳモータの回路チェック、Ｓ０６ではロックモータの回路チェックが行われる。各チェック後、Ｓ０８で制御部は、ＰＷＭ駆動を開始しつつＥＰＳのアシスト開始を待つ。

　制御部は、Ｓ１１でＥＰＳモータを退避回転させ、ロック解除可能な状態になったら、Ｓ１２でロックモータを後退方向に駆動する。Ｓ１３でロック解除したと判断されると、Ｓ１４で制御部はロックモータの駆動を停止する。Ｓ１６では、ＥＰＳ－ＥＣＵからの通信情報に基づき、エンジンＥＣＵがエンジンを始動する。

　図１４に示すエンジン停止時のシーケンスは、ＩＧ信号オフ等に基づく停止信号の生成によりスタートする。制御部は、Ｓ２１でＥＰＳモータを揺動させると同時に、Ｓ２２でロックモータを前進方向に駆動する。Ｓ２３でロック完了したと判断されると、Ｓ２４で制御部はロックモータの駆動を停止する。

　Ｓ２５で制御部はＥＰＳアシストを停止する。このとき制御部は、ＥＰＳモータに通電するための電流指令を０にする。共用以外のレッグはＰＷＭ駆動を停止してもよく、演算待機となる。すなわち、起動信号がオンになるか、ＩＧがオンされるか、ＥＰＳ－ＥＣＵもしくはモータが冷めるのを待つ状態となる。Ｓ２６では、ＥＰＳ－ＥＣＵからの通信情報に基づき、エンジンＥＣＵがエンジンを停止する。

　［動作タイムチャート］
　次に図１５～図１８を参照し、ロック時及びロック解除時におけるＥＰＳモータ８００及びロックモータ７１０の詳細な動作について説明する。タイムチャートの説明においても各モータ及び制御部等の符号の記載を省略する。

　図１５、図１６にはロック時の揺動動作について、ロック完了の判定手段が異なる２通りのパターンを示す。図１５の動作例では、ロックモータ電流がロック完了判定に利用される。図１５の縦軸には、ＥＰＳモータのＯＮ／ＯＦＦ、ロックモータのＯＮ／ＯＦＦ、ＥＰＳモータの回転位置、ロックロッド位置、及び、ロックモータ電流の変化を示す。ＥＰＳモータの回転位置は、ロック時初期のステアリング位置に応じた回転位置を揺動中心θｃとし、正転側の最大位置をθｍａｘ、逆転側の最小位置をθｍｉｎとする。最小位置θｍｉｎから最大位置θｍａｘまでの角度範囲は、歯車スロット２５の歯車ピッチΔθｇｒ以上に設定されている。ロックロッド位置は、後退限が解除位置に相当し、前進限がロック位置に相当する。

　ロック時初期、ＥＰＳモータは揺動中心θｃにあり、ロックモータは解除位置にある。時刻ｔ１にＥＰＳモータがいずれかの回転方向（図１５の例では正転方向）にオンされ、ロックモータが正転（前進）方向にオンされる。ロックロッド２３は歯車スロット２５に向かって前進し、時刻ｔ２に先端が凸部２７の周方向外壁２７５に衝突して停止する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１にはロックモータは低負荷で動作するため、比較的小さい移動電流Ｉａが流れる。時刻ｔ２にロックロッド２３が歯車スロット２５に当接すると前進が阻止された高負荷状態となり、比較的大きいブロック電流Ｉｂが流れる。

　図１５の例では、揺動中心θｃから正転側の最大位置をθｍａｘまでの範囲にはロックロッド２３が凹部２８に嵌入可能なポイントが存在しない。そのため制御部は、時刻ｔ３にＥＰＳモータを正転から逆転に切り替える。そして、ＥＰＳモータ回転位置が揺動中心θｃを最小位置θｍｉｎ側に超えた時刻ｔ４に、ロックロッド２３の先端が凸部２７の周方向外壁２７５から離間し、前進可能となる。時刻ｔ５にロックロッド２３がロック位置に到達すると、ロックが完了する。

　時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間Ｔ２にはロックモータは低負荷で動作するため、比較的小さい移動電流Ｉａが流れる。制御部は、移動電流Ｉａが流れた時間を積分し、合計値（Ｔ１＋Ｔ２）が判定値以上になったとき、ロックロッド２３が所定の距離を移動してロックが完了したと判定する。判定演算が終了した時刻ｔ６に制御部は、ＥＰＳモータ及びロックモータの駆動を停止する。なお、初期の回転位置でロックロッド２３が凹部２８に嵌入した場合、一回目の期間Ｔ１のみで移動電流Ｉａが流れた時間の積分が合計値に達し、ロック完了と判定される。

　図１６の動作例では、ロックロッド位置センサのセンサ信号がロック完了判定に利用される。図１６の縦軸の最下段には、図１５のロックモータ電流に代えてロックロッド位置センサ信号を示す。時刻ｔ５以前の挙動は図１５と同様である。時刻ｔ５にロックロッド２３がロック位置に達したとき、位置センサ信号がオン出力され、制御部はＥＰＳモータ及びロックモータの駆動を停止する。

　図１７、図１８にはロック解除時の退避回転動作について、退避方向の判定手段が異なる２通りのパターンを示す。図１７の動作例では、仮回転時のトルクセンサ値の絶対値の増減に基づき退避方向が判定される。図１７の縦軸には、トルクセンサ値、ＥＰＳモータのＯＮ／ＯＦＦ、ロックモータのＯＮ／ＯＦＦ、及び、ロックロッド位置の変化を示す。このときトルクセンサ値は、車輪９９が路面から受ける復元力によりステアリングラック９７やステアリングシャフト９２を介してロック装置２０の歯車スロット２５に伝わるトルクを表している。

　トルクセンサ値の絶対値が大きいほど、図１２Ａにおいて、歯車スロット２５の凸部２７の周方向側壁２７５がロックロッド２３を押圧する押圧力Ｆが増大し、ロック解除が困難となる。そこで制御部は、まず、ＥＰＳモータの回転方向について、歯車スロット２５がロックロッド２３を押圧することによるトルクが減少する方向を退避方向として判定する。そして制御部は、トルクセンサ値の絶対値がロック解除可能トルク値の範囲に入るようにトルク制御を行ってＥＰＳモータを退避回転させる。

　ロック解除動作時、時刻ｔ７に制御部はＥＰＳモータを仮回転駆動し、トルクセンサ値の絶対値の増減を評価する。なお、仮回転駆動の制御アルゴリズムを図２０に示す。図１７の例では、ＥＰＳモータを正転方向に仮回転したときトルクセンサ値の絶対値が増加するため、正転方向は押圧力をより大きくする不適正な方向であり、退避方向は逆転方向であると判定される。仮にＥＰＳモータを正転方向に仮回転したときトルクセンサ値の絶対値が減少する場合は、退避方向は正転方向であると判定される。

　退避方向が判定されると制御部は、時刻ｔ８にトルク制御によるＥＰＳモータの逆転方向の駆動を開始する。なお、トルク制御の制御アルゴリズムについては図１９～図２１を参照して後述する。退避回転により、歯車スロット２５の凸部２７の周方向側壁２７５がロックロッド２３を押圧する押圧力は徐々に減少する。これに伴い、トルクセンサ値の絶対値は０に近づく。

　時刻ｔ９にトルクセンサ値の絶対値がほぼ０になると、制御部はロックモータを逆転（後退）方向にオンする。これによりロックロッド２３は後退を開始する。なお、トルクセンサ値の絶対値がロック解除可能トルク範囲の上限を下回った時点を時刻ｔ９として、ロックモータの駆動が開始されてもよい。時刻ｔ９からロックロッド２３の移動時間Ｔｍが経過した時刻ｔ１０に、制御部はロックモータ及びＥＰＳモータの駆動を停止する。或いは制御部は、破線で示すように、ロックロッド２３が凹部２８から抜け出したタイミングでＥＰＳモータのみ先に駆動を停止してもよい。

　図１８の動作例では、ステアリングの位置情報が退避方向の判定に利用される。図１８の縦軸の最上段には、ステアリング位置を示す。ステアリング位置と歯車スロット２５の回転位置とが相関していることを前提とすると、ステアリング位置からロックロッド２３が凸部２７のどちら側の周方向側壁２７５に当接しているかがわかる。そこで制御部は、初期のステアリング位置情報から退避方向を判定する。図１８の例では、制御部は退避方向方向が逆転方向であると判定し、時刻ｔ８にトルク制御によるＥＰＳモータの逆転方向の駆動を開始する。その後は、図１７と同様である。

　［ＥＰＳモータの揺動、退避回転の制御アルゴリズム］
　次に図１９～図２５を参照し、ロック時におけるＥＰＳモータ８００の揺動、及び、ロック解除時におけるＥＰＳモータ８００の退避回転を実施するための制御アルゴリズムについて複数の実施形態を示す。各実施形態の制御部の符号は、「３０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。これらの制御アルゴリズムは、図１３のフローチャートのＳ１１、及び、図１４のフローチャートのＳ２１で実施されるものであり、ＥＰＳのアシスト時の通常制御とは異なっていてもよい。また、例えばロック時の駆動は第２～第５実施形態を用い、ロック解除時の駆動は第１実施形態を用いるというように組み合わせてもよい。

　上述の通り、ＥＰＳモータ８００は、一組以上の三相巻線組８０１、８０２に印加される三相交流電圧により回転し、トルクを出力する三相モータである。図２１を除き、駆動対象のＥＰＳモータ８００として、図５に示す一系統の回路構成を想定する。出力されたゲート信号は、一系統の三相インバータ回路６８のインバータスイッチング素子ＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌの各ゲートに入力される。

　（第１実施形態：トルク制御）
　図１９に示す第１実施形態の制御部３０１は、歯車スロット２５に作用するトルクについてのトルクセンサ値Ｔ＿ｓｎｓを用いたトルク制御を行う。制御部３０１は、ロック時及びロック解除時の共通構成として、トルク偏差算出器３１、トルク制御器３２及びゲイン乗算器３９を備える。それに加え制御部３０１は、ロック解除時の構成として、退避方向判定部３３及び回転方向切替器３４を備える。ロック解除時の構成については、図２０と併せて参照しつつ後述する。

　トルク偏差算出器３１は、トルク指令Ｔ^*と、フィードバックされたトルクセンサ値Ｔ＿ｓｎｓとのトルク偏差ΔＴを算出する。トルク制御器３２は、トルク偏差ΔＴを０に近づけるように、言い換えればトルクセンサ値Ｔ＿ｓｎｓがトルク指令Ｔ^*に追従するように制御演算を行う。ロック時には、ゲイン乗算器３９はトルク制御器３２の出力にゲイン（１／Ｋｔ）を乗じて制限前のｑ軸電流指令Ｉｑ^*＿０を演算する。ロック解除時には、トルク制御器３２の出力は回転方向切替器３４を介してゲイン乗算器３９に入力される。

　また制御部３０１は、ｑ軸電流制限部４２、ｑ軸電流偏差算出器４３、ｑ軸電流制御器４４、ｄ軸電流偏差算出器４５、ｄ軸電流制御器４６、ｄｑ／三相変換部４７、中性点電圧操作部４８及びＰＷＭ変調器４９を備える。ｑ軸電流制限部４２は、「三相巻線組８０１への通電に係る電流指令」である制限前のｑ軸電流指令Ｉｑ^*＿０の絶対値が電流制限値以下となるように制限し、制限後のｑ軸電流指令Ｉｑ^*を出力する。図中、ｑ軸電流制限部４２のブロックには、横軸を入力とし縦軸を出力とする原点対称の電流制限マップを示す。

　ｑ軸電流偏差算出器４３は、制限後のｑ軸電流指令Ｉｑ^*と、フィードバックされたｑ軸電流Ｉｑとのｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。ｑ軸電流制御器４４は、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを０に近づけるように、言い換えればｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ^*に追従するようにｑ軸電圧指令Ｖｑ^*を演算する。ｄ軸電流偏差算出器４５は、ｄ軸電流指令Ｉｄ^*と、フィードバックされたｄ軸電流Ｉｄとのｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｄ軸電流制御器４６は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを０に近づけるように、言い換えればｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄ^*に追従するようにｄ軸電圧指令Ｖｄ^*を演算する。

　ｄｑ／三相変換部４７は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｑ^*、Ｖｄ^*を三相電圧指令Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に座標変換する。なお、座標変換演算のためｄｑ／三相変換部４７に入力されるモータ位置（θ）信号の図示を省略する。中性点電圧操作部４８は、レッグが共有されるＵ相電圧指令Ｖｕ^*を一定にするように、オフセット電圧Ｖｍ^*を用いて中性点電圧を操作する。ＰＷＭ変調器４９は、中性点電圧操作後の三相電圧指令をＰＷＭ変調し、ゲート信号を生成する。

　図２０に、ロック解除時に退避方向を判定するための仮回転駆動の制御アルゴリズムを示す。仮回転駆動の意義は図１７の動作タイムチャートを参照して上述した通りである。仮回転駆動では、ＥＰＳモータ８００を微小時間だけ正逆回転させるためのパルストルク指令がゲイン乗算器３９に入力され、その後の構成は図１９と同様である。図１９におけるロック解除時の構成である退避方向判定部３３は、仮回転時のトルクセンサ値Ｔ＿ｓｎｓの絶対値の増減に基づき退避方向を判定する。回転方向切替器３４は、判定された退避方向に応じて、正転の場合「１」、逆転の場合「－１」をトルク制御器３２の出力に乗算し、ゲイン乗算器３９に出力する。

　図２１には、二系統構成（図６参照）のＥＰＳモータ８００を駆動対象とする場合のロック時のトルク制御アルゴリズムを示す。第１系統及び第２系統において、ｑ軸電流制限部４２からＰＷＭ変調器４９までのブロックが冗長的に設けられる。ただし第２系統には中性点電圧操作部４８は設けられない。電流、電圧の記号について、末尾の「１」は第１系統、「２」は第２系統の値を示す。

　制限前のｑ軸電流指令Ｉｑ^*＿０は、各系統のｑ軸電流制限部４２に入力され、各系統の制限後のｑ軸電流指令Ｉｑ１^*、Ｉｑ２^*が出力される。このｑ軸電流指令Ｉｑ１^*、Ｉｑ２^*に対し系統毎の電流制御及び座標変換演算により、三相電圧指令Ｖｕ１^*、Ｖｖ１^*、Ｖｗ１^*及びＶｕ２^*、Ｖｖ２^*、Ｖｗ２^*が演算される。以下の第２～第５実施形態についても、二系統駆動の制御アルゴリズムは同様に構成される。

　（第２、第３実施形態：位置制御、速度制御）
　図２２に示す第２実施形態の制御部３０２は、ＥＰＳモータ８００の回転位置を制御する位置制御を行う。制御部３０２は、第１実施形態の制御部３０１のトルク偏差算出器３１及びトルク制御器３２に代えて、位置偏差算出器３５、位置制御器３６、速度偏差算出器３７及び速度制御器３８を備える。この構成では、モータ位置θを検出する位置センサや、検出されたモータ位置θを時間微分してモータ速度ωを算出する微分器が設けられるが、それらの図示を省略する。モータ速度ωは、上述の回転数ωと同じ記号を用いる。

　位置偏差算出器３５は、モータ位置指令θ^*と、フィードバックされたモータ位置θとの位置偏差Δθを算出する。位置制御器３６は、位置偏差Δθを０に近づけるように、言い換えればモータ位置θがモータ位置指令θ^*に追従するようにモータ速度指令ω^*を演算する。

　速度偏差算出器３７は、モータ速度指令ω^*と、フィードバックされたモータ速度ωとの速度偏差Δωを算出する。速度制御器３８は、速度偏差Δωを０に近づけるように、言い換えればモータ速度ωがモータ速度指令ω^*に追従するようにトルク指令Ｔ^*を演算する。図２３に示す第３実施形態の制御部３０３は、ＥＰＳモータ８００の回転速度を制御する速度制御を行う。制御部３０３は、第２実施形態の制御部３０２におけるモータ速度指令ω^*の演算後の構成を備え、速度制御によりトルク指令Ｔ^*を演算する。

　第２、第３実施形態によるトルク指令Ｔ^*の演算後の構成は第１実施形態の御部３０１と同様である。制限前のｑ軸電流指令Ｉｑ^*＿０は絶対値がｑ軸電流制限部４２で制限され、制限後のｑ軸電流指令Ｉｑ^*がｑ軸電流偏差算出器４３に入力される。ｑ軸電流制御器４４は、ｑ軸電流Ｉｑが制限後のｑ軸電流指令Ｉｑ^*に追従するようにｑ軸電圧指令Ｖｑ^*を演算する。

　（第４実施形態：電流制御）
　図２４に示す第４実施形態の制御部３０４は、ＥＰＳモータ８００のトルクに係る電流（すなわちｑ軸電流）を制御する電流制御を行う。制御部３０４は、第１実施形態の制御部３０１に対しｑ軸電流制限部４２以後の構成を備える。ｑ軸電流制御器４４は、フィードバックされたｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ^*に追従するようにｑ軸電圧指令Ｖｑ^*を演算する。この構成ではｑ軸電流指令Ｉｑ^*は既に電流制限値以下になるように演算されているため、ｑ軸電流制限部４２は不要である。

　（第５実施形態：電圧制御）
　図２５に示す第５実施形態の制御部３０５は、三相巻線組８０１に印加される三相交流電圧を指令する電圧制御を行う。制御部３０５は、中性点電圧操作部４８及びＰＷＭ変調器４９を備え、三相電圧指令Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*を直接指令する。例えば三相交流の周波数ｆを可変する場合、出力電圧Ｖと周波数ｆとの比を一定とする「Ｖ／ｆ制御」を行ってもよい。また、図２５には図示されないが、電圧指令から換算される電流値が制限値以下となるように制限してもよい。

　［本実施形態の効果］
　本実施形態にてＥＰＳモータ８００に通電する三相インバータ回路６８、及び、ロックモータ７１０に通電するＨブリッジ回路６７は、三相インバータ回路６８の一相のレッグとＨブリッジ回路６７の片側のレッグとを共有する統合電力変換回路６０をなしている。そのため、複数のモータを駆動対象とする電力変換回路を小型化することができる。

　また、本実施形態の回路トポロジーでは、統合電力変換回路６０は共通の制御部３０により操作され、ＥＰＳモータ８００及びロックモータ７１０を同時に動作させることができる。したがって、ロック時に歯車スロット２５の回転位置によりロックロッド２３が凹部２８に嵌入できない場合、ＥＰＳモータ８００を揺動させることで、ロック動作を支援可能である。或いはロック解除時に歯車スロット２５の押圧力によってロックロッド２３が後退できない場合、ＥＰＳモータ８００を退避回転させることで、ロック解除動作を支援可能である。このように本実施形態では、電力変換回路の小型化とステアリングロック機構の円滑な動作とを両立することができる。

　（その他の実施形態）
　（ａ）図２６に、図２の変形例に相当するラックタイプＥＰＳシステム９０１ＲＣを示す。図２６のＥＰＳシステム９０１ＲＣでは、ＥＰＳモータ８００及びトルクセンサ９４は、図２のＥＰＳシステム９０１Ｒと同様にステアリングラックに９７に配置される。一方、ロック装置２０はステアリングコラム９３に配置される。

　（ｂ）ＥＰＳモータ８００は三相モータ等の多相モータに限らず、直流モータやモータ以外の電気的アクチュエータで構成されてもよい。同様にロックモータ７１０は、直流モータに限らず、リニアシリンダ等、モータ以外の電気的アクチュエータで構成されてもよい。

　（ｃ）図５、図６に示した一系統又は二系統の回路構成に対し、三相モータリレーや直流モータリレーが追加されたり、入力部にＬＣフィルタ回路が追加されたりしてもよい。第１の回路と第２の回路とが共通の電源Ｂｔに接続されるのでなく、個別の電源に接続されてもよい。また、ロックモータ７１０以外の直流モータが、ロックモータ７１０と同じ相、又は、ロックモータ７１０と同一系統の異なる相もしくは別の系統の一相以上に接続されてもよい。

　（ｄ）ロック装置２０を構成する被係止体２５は、複数の凸部２７及び複数の凹部２８が周方向に等間隔に配置された「回転対称形の歯車スロット」に限らない。例えば周方向の位置に応じて歯車ピッチが異なる非回転対称形の歯車スロットでもよい。或いは、一つの凸部２７及び一つの凹部２８が周方向に配置された形状、すなわち３６０度のうち一箇所の範囲のみでロックロッド２３が嵌入可能な形状であってもよい。

　（ｅ）ロックモータ７１０とロック装置２０の可動部２１との相対配置や動力伝達に関する構成は図８、図９に例示されものに限らない。例えばロックモータ７１０のモータ出力軸とロック装置２０の可動部２１の軸とが平行に配置され、平行ギアにより動力伝達されてもよい。或いは、ロックモータ７１０がリニアアクチュエータで構成される場合、ロックモータ７１０の往復運動出力軸が可動部２１の軸に直接連結されてもよい。

　（ｆ）可動部２１のロックロッド２３と被係止体２５の回転軸Ｏとの相対配置は図８に例示されたものに限らない。例えば可動部２１の軸と被係止体２５の回転軸Ｏとが平行に配置され、ロックロッド２３が軸方向から凹部２８に嵌入してロック状態となるようにしてもよい。

　（ｇ）ロック時におけるロック完了の判定方法は、図１５、図１６に例示した方法に限らない。例えば、図１５、図１６に二点鎖線で示すように最小位置θｍｉｎから最大位置θｍａｘまでの範囲でＥＰＳモータ８００の揺動を行ったら、必然的にロック完了しているものとみなしてもよい。

　（ｈ）ロック解除時における退避方向の判定方法は、図１７、図１８に例示した方法に限らない。例えばロックロッド２３が受ける応力を歪センサ等で検出し、押圧力の方向を判別してもよい。

　本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

　本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (11)

1. 　ドライバのステアリング操舵を電気的にアシストする操舵アシストアクチュエータ（８００）に通電する電力変換回路である第１の回路（６８、６８１、６８２）と、
   　ステアリング（９１）の回転を機械的に規制するロック装置（２０）を、ロック動作又はロック解除動作させるように駆動するロックアクチュエータ（７１０）に通電する電力変換回路である第２の回路（６７）と、
   　前記第１の回路及び前記第２の回路を操作し、前記操舵アシストアクチュエータ及び前記ロックアクチュエータの動作を制御する制御部（３０）と、
   　を備えるステアリング制御装置であって、
   　前記第１の回路及び前記第２の回路は同一の筐体（６００）内に設けられており、前記第１の回路及び前記第２の回路において直列接続された一組の高電位側及び低電位側スイッチング素子をレッグとすると、前記第１の回路及び前記第２の回路は、一つのレッグを共有する統合電力変換回路（６０）をなしており、
   　前記制御部は、前記ステアリングの回転により前記ロック装置のロック動作又はロック解除動作を支援するように、前記操舵アシストアクチュエータ及び前記ロックアクチュエータを同時に動作させるステアリング制御装置。
2. 　前記操舵アシストアクチュエータ及び前記ロックアクチュエータはモータであり、
   　前記制御部は、前記操舵アシストアクチュエータ及び前記ロックアクチュエータに電圧を印加し、電流を通電する請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 　前記ロック装置は、
   　前記ロックアクチュエータにより往復移動するロックロッド（２３）と、
   　径方向に相対的に突出した一つ以上の凸部（２７）、及び、径方向に相対的に凹んだ一つ以上の凹部（２８）が周方向に配置され、ステアリングに追従して回転する被係止体（２５）と、を有し、
   　前記制御部は、
   　前記ロック装置をロック動作させるとき、前記ロックロッドを前進させて前記被係止体の隣接する前記凸部同士の間もしくは前記凹部に嵌入させ、
   　前記ロック装置をロック解除動作させるとき、前記被係止体の隣接する前記凸部同士の間もしくは前記凹部に嵌入した状態から前記ロックロッドを後退させる請求項１または２に記載のステアリング制御装置。
4. 　前記制御部は、
   　前記ロック装置をロック動作させるとき、前記操舵アシストアクチュエータを正転方向及び逆転方向に揺動させ、
   　前記ロック装置をロック解除動作させるとき、前記被係止体が前記ロックロッドから離れる退避方向に前記操舵アシストアクチュエータを退避回転させる請求項３に記載のステアリング制御装置。
5. 　前記被係止体は、複数の前記凸部及び複数の前記凹部が周方向に等間隔に配置された歯車スロットとして構成されており、
   　ロック動作時に前記制御部が前記操舵アシストアクチュエータを揺動させる範囲は、前記歯車スロットの歯車ピッチ以上の角度範囲に設定されている請求項４に記載のステアリング制御装置。
6. 　前記操舵アシストアクチュエータは、一組以上の多相巻線組（８０１、８０２）に印加される多相交流電圧により回転し、トルクを出力する多相モータであり、
   　前記制御部は、
   　前記被係止体に作用するトルクについてのトルクセンサ値を用いたトルク制御、
   　前記多相モータの回転位置を制御する位置制御、
   　前記多相モータの回転速度を制御する速度制御、
   　前記多相モータのトルクに係る電流を制御する電流制御、又は、
   　前記多相巻線組に印加される多相交流電圧を指令する電圧制御、
   のうちいずれかにより前記多相モータの動作を制御する請求項４または５に記載のステアリング制御装置。
7. 　前記制御部は、前記トルクセンサ値を用いたトルク制御を行うものであり、
   　前記ロック装置をロック解除動作させるとき、
   　前記制御部は、前記操舵アシストアクチュエータの回転方向について、前記被係止体が前記ロックロッドを押圧することによるトルクが減少する方向を前記退避方向として判定し、前記トルクセンサ値の絶対値がロック解除可能なトルク値の範囲に入るようにトルク制御を行って前記操舵アシストアクチュエータを退避回転させる請求項６に記載のステアリング制御装置。
8. 　前記制御部は、前記トルクセンサ値を用いたトルク制御、前記位置制御、前記速度制御、又は、前記電圧制御のうちいずれかを行うものであり、
   　前記多相巻線組への通電に係る電流指令の絶対値が電流制限値以下となるように制限する請求項６または７に記載のステアリング制御装置。
9. 　前記操舵アシストアクチュエータ及び前記ロック装置は、ともにステアリングコラム（９３）に配置される請求項１～８のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
10. 　前記操舵アシストアクチュエータ及び前記ロック装置は、ともにステアリングラック（９７）に配置される請求項１～８のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
11. 　前記操舵アシストアクチュエータはステアリングラックに（９７）に配置され、前記ロック装置はステアリングコラム（９３）に配置される請求項１～８のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。

Images