JP2017052447A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業の手間を軽減すること。【解決手段】ＥＰＳ１は、軸方向への移動によって転舵輪１２を転舵させるラック軸９と、ラック軸９の軸方向への移動に関わって回転動作するピニオン軸７とを含む操舵機構２と、操舵機構２に対して転舵輪１２を転舵させる転舵力（アシストトルクや反力トルク）を付与する転舵力付与機構２０とを備えている。そして、ＥＰＳ１は、ラック軸９の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、ピニオン軸７の回転角を検出するとともに、ラック軸９の軸方向の移動限界を示す位置情報を予め記憶しているＩＣチップを有してなるピニオン角センサ２６を備えるようにしている。また、ＥＰＳ１は、ピニオン角センサ２６で検出されるピニオン軸７の回転角とＩＣチップに記憶されている位置情報とを少なくとも用いて転舵力付与機構２０の動作を制御するＥＰＳＥＣＵ２５を備えるようにしている。【選択図】図１

Description

本発明は、操舵装置に関する。

例えば、車両に用いられる操舵装置は、軸方向への移動によって転舵輪を転舵させるラック軸と、ラック軸の軸方向への移動に関わって回転動作するステアリング軸とを含んで構成される操舵機構を備えている。こうした操舵装置では、操舵機構に対して転舵輪を転舵させる転舵力を付与するように当該転舵力の発生源たるモータをさらに備えるようにしたものがある。

特許文献１には、こうした操舵装置の一例が開示されている。この操舵装置では、ラック軸（ラック８）がラックハウジングの軸方向に移動可能に収容されており、ラックエンドがラックハウジングの係止部に突き当たることで、ラック軸の移動範囲の限界、すなわちストロークエンドが定められている。また、この操舵装置のラックハウジングには、ラック軸の軸方向の移動位置を検出するためのラック位置センサが取り付けられている。そして、特許文献１では、ラック位置センサを用いてラック軸の軸方向の移動位置がストロークエンドに近付いたことを検出するとき、モータの制御量たる目標電流の変化量を制限することで、ラックエンドがラックハウジングの係止部に突き当たるときの衝撃を緩和するようにしている。

特開２００６−３１５４３９号公報

ところで、特許文献１では、ラック軸の軸方向の移動位置がストロークエンドに近付いたことを検出するためにストロークエンドの位置等を示す情報を記憶しておく必要があるが、通常こうした情報を記憶させる作業は、操舵装置として組み立てられて出荷された後、車両の組み立て時等に記憶される。ただし、車両の組み立て時等には、ストロークエンドの位置等を示す情報を記憶させる以外にも様々な作業が行われるため、こうした作業の手間を少しでも軽減したいという要望もある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業の手間を軽減することができる操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決する操舵装置は、軸方向への移動によって転舵輪を転舵させる転舵軸と、転舵軸の軸方向への移動に関わって回転動作する回転軸とを含む操舵機構を備え、操舵機構に対して転舵輪を転舵させる転舵力を付与する転舵力付与機構をさらに備えている。そして、上記操舵装置は、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報を検出する検出部と、転舵軸の軸方向の移動範囲を特定するための位置情報を予め記憶している記憶部とを有してなる検出装置と、検出部で検出される情報と記憶部に記憶されている位置情報とを少なくとも用いて転舵力付与機構の動作を制御する制御装置とを備えるようにしている。

上記構成によれば、例えば、転舵軸周辺の機構と、回転軸周辺の機構とが組み付けられることで操舵装置が組み立てられる場合、操舵装置の組み立てが完成されるのに先立って操舵装置の生産工程において、検出装置の記憶部に転舵軸の軸方向の移動範囲を特定するための位置情報を記憶させることができる。この場合、操舵装置は、位置情報を予め記憶している状態で車両の組み立てへと出荷されるようになる。これにより、車両の組み立て時等には、ラック軸の軸方向の移動範囲を特定するための位置情報を記憶させる作業を不要にすることができ、作業の手間（特に車両の組み立て時の作業の手間）を軽減することができる。

上記位置情報としては、例えば、転舵軸の軸方向の移動限界を示す情報であることが望ましい。
上記構成によれば、転舵軸の軸方向の移動位置について、転舵軸の軸方向の移動限界に関わって制御を行う場合、特に有効となる。

こうした転舵軸の軸方向の移動限界に関わった制御として、具体的に、制御装置は、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として検出部が検出する回転軸の回転角と記憶部に記憶されている位置情報とに基づき転舵軸の軸方向の移動位置が移動限界に達することを判断する場合、転舵力として転舵軸の移動限界を超えた移動を規制する規制力を操舵機構に対して付与するように転舵力付与機構の動作を制御することができる。

上記構成によれば、転舵軸の軸方向の移動位置は、回転軸の回転角を検出することによって得られるようになる。すなわちこの場合、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報の検出範囲としては、回転軸の軸端部や回転軸の周方向というように回転軸の軸周とすることができ、転舵軸の移動範囲と比較して、検出範囲を小さくすることができる。そのため、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報の検出精度を高めることができ、転舵軸の軸方向の移動位置をより高精度に検出することができる。したがって、より高精度で検出される転舵軸の軸方向の移動位置を用いて転舵力付与機構の制御を行うことができ、操舵装置における制御の信頼性の向上を図ることができる。

こうしたより高精度で検出される転舵軸の軸方向の移動位置を用いれば、転舵軸の移動限界を制御的に実現することができる。一方、転舵軸の移動限界を制御的に実現することができない場合、例えば、特許文献１に記載の構成のように、転舵軸をハウジングの軸方向に移動可能に収容し、転舵軸の端部をハウジングの端部に突き当てる等、機械的に実現しなければいけない。これに対し、転舵軸の移動限界を制御的に実現する場合、例えば、転舵軸の端部がハウジングの端部に突き当たらないようにすることが可能となる。これにより、転舵軸の端部がハウジングの端部に突き当たる際に生じうる衝撃音をなくすことができる他、操舵機構の強度として当該突き当たる際の衝撃を考慮する必要がなくなり、操舵機構の強度を落として低重量化を図ることができる。

また、上記構成によれば、検出装置は、検出部の他、記憶部も備えており、これに記憶させる位置情報を変更することで、転舵軸の移動限界を容易に変更することができる。これにより、転舵軸について複数の車種の車両間で共通化を図ることができる。

また、上記操舵装置において、回転軸は、操舵部材を介して入力される操舵トルクを周方向の回転動作によって伝達する複数の回転軸を組み合わせてなる操舵軸を含み、転舵軸は、操舵軸から操舵トルクが伝達可能なように、操舵軸のうち、操舵部材から見て最も下流側に位置するピニオン軸に対してラックアンドピニオン機構を介して連結されてなり、検出装置は、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、ピニオン軸の回転角を検出することが望ましい。

上記構成によれば、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、操舵装置であれば通常備えているピニオン軸の回転角を用いている。そのため、検出装置について転舵力付与機構の仕様の異なる操舵装置間で共通化を図ることができる。

こうしたピニオン軸の回転角としては、例えば、ピニオン軸が転舵軸の軸方向の移動範囲において多回転する場合、絶対回転角を検出する必要がある。すなわち、上記操舵装置において、ピニオン軸は、転舵軸の軸方向の移動範囲において多回転するものであり、検出装置は、ピニオン軸の相対回転角を検出するものであり、ピニオン軸とは異なる回転軸の相対回転角を検出する相対回転角検出部をさらに備え、制御装置は、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、ピニオン軸の相対回転角とピニオン軸とは異なる回転軸の相対回転角とに基づきピニオン軸の絶対回転角を検出することで具体化することができる。

また、上記操舵装置において、転舵力付与機構は、操舵機構のうち、転舵軸に対して転舵力を付与するものであり、ピニオン軸とは異なる回転軸は、転舵力付与機構の一部を構成するものであることが望ましい。

上記構成によれば、転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、転舵軸のなるべく近くに共に配置されるピニオン軸と転舵力付与機構の一部を構成する回転軸のそれぞれ相対回転角を用いているので、ピニオン軸の回転角を用いる場合の転舵軸の軸方向の実際の移動位置に対する精度をより好適に高めることができる。

本発明によれば、作業の手間を軽減することができる。

操舵装置についてその概略を示す図。 操舵装置についてそのＥＰＳＥＣＵの構成を示すブロック図。 ＥＰＳＥＣＵにおけるＥＰＳ用マイコンについてその構成を示すブロック図。 ピニオン軸の相対回転角とモータの相対回転角との角度差を示すグラフ。 ＥＰＳについてその制御内容を説明するフローチャート。 （ａ），（ｂ）は、ストロークエンドにおけるラック軸と転舵輪との状態を示す図。 （ａ），（ｂ）は、ストロークエンドにおけるラック軸と転舵輪との状態を示す図。

以下、操舵装置の一実施形態を説明する。
本実施形態の操舵装置は、車両における運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という）１である。ＥＰＳ１は、運転者のステアリング操作に基づいて後述の転舵輪１２を転舵させる操舵機構２、運転者のステアリング操作を補助する転舵力付与機構２０、及び転舵力付与機構２０の動作を制御する制御装置（以下、「ＥＰＳＥＣＵ」という）２５を備えている。

操舵機構２は、運転者により操作される操舵部材としてのステアリングホイール３及びステアリングホイール３と一体回転する操舵軸４（ステアリング軸）を備えている。操舵軸４は、ステアリングホイール３の中心に連結されているコラム軸５、コラム軸５の下端部に連結されているインターミディエイト軸６、及びインターミディエイト軸６の下端部に連結されているピニオン軸７により構成されている。

ピニオン軸７の下端部は、第１ラックアンドピニオン機構８を介して転舵軸としてのラック軸９に連結されている。第１ラックアンドピニオン機構８は、ラック軸９がその軸方向に往復移動可能に挿通される円筒状のラックハウジング１０を備えている。ラックハウジング１０には、ピニオン軸７のピニオン歯７ａが設けられた側が、ラック軸９と斜交した状態で回転可能に収容されている。ピニオン歯７ａは、ラック軸９のラック歯９ａに噛合されている。

操舵機構２では、運転者のステアリングホイール３の操舵（ステアリング操作）に伴い操舵軸４が回転すると、その回転運動がピニオン軸７、すなわち第１ラックアンドピニオン機構８を介してラック軸９の軸方向の往復直線運動に変換される。このラック軸９の軸方向の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド１１を介して転舵輪１２に伝達されることにより転舵輪１２の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

例えば、図１中、Ａ方向（図中、反時計回り方向）へのステアリング操作が生じる場合、これに合わせてコラム軸５及びインターミディエイト軸６がＡ方向（図中、反時計回り方向）に回転し、これに連動してピニオン軸７がＡ方向（図中、反時計回り方向）に回転する。この場合、ラック軸９は、その軸方向におけるＡ方向（図中、左方向）に移動し、転舵輪１２がＡ方向（図中、右方向）に転舵する。同様に、図１中、Ｂ方向（図中、時計回り方向）へのステアリング操作が生じる場合、これに合わせてコラム軸５及びインターミディエイト軸６がＢ方向（図中、時計回り方向）に回転し、これに連動してピニオン軸７がＢ方向（図中、時計回り方向）に回転する。この場合、ラック軸９は、その軸方向におけるＢ方向（図中、右方向）に移動し、転舵輪１２がＢ方向（図中、左方向）に転舵する。

ラック軸９の両端には、タイロッド１１を回動自在に連結するインナーボールジョイント（以下、「ＩＢＪ」という）９ｂがそれぞれ設けられている。ＩＢＪ９ｂは、ラックハウジング１０の両端に設けられる拡径部１０ａに出入り可能に設けられている。拡径部１０ａの内径は、ラックハウジング１０がラック軸９を収容するラック収容部１０ｂの内径と比較して、大きく設定されている。そのため、拡径部１０ａとラック収容部１０ｂとのが繋がれる部位には、ＩＢＪ９ｂ側に壁面を有する段差部１０ｃが設けられている。一方、ＩＢＪ９ｂの外径は、ラックハウジング１０の拡径部１０ａの内径よりも小さい且つラック収容部１０ｂの内径よりも大きく設定されている。そのため、例えば、ラック軸９がラックハウジング１０から抜け出ようとしても、ＩＢＪ９ｂが段差部１０ｃに突き当たることによってラック軸９がラックハウジング１０から抜け出ることが防止されている。

こうしたラックハウジングの段差部１０ｃとＩＢＪ９ｂの配置は、ＥＰＳ１として許容するラック軸９の軸方向の図１中におけるＡ方向及びＢ方向の移動限界、すなわちストロークエンドにおいて、それぞれが突き当たらないように、例えば、１ｍｍや２ｍｍの若干の隙間（図６（ａ）及び図７（ａ）中、隙間Ｌａ，Ｌｂ）をあけて設けられている。したがって、本実施形態では、ラック軸９がＥＰＳ１として許容するストロークエンドに達したとしてもＩＢＪ９ｂが段差部１０ｃには突き当たらないように構成されている。

転舵力付与機構２０は、モータ２１と減速機構２２と第２ラックアンドピニオン機構２４とを備えている。モータ２１は、三相のブラシレスモータ等が採用されるものであり、減速機構２２を介してラック軸９に連結されている。減速機構２２は、モータ２１の回転を減速し、当該減速した回転力を第２ラックアンドピニオン機構２４を介してラック軸９に伝達する。

具体的には、モータ２１の出力軸２１ａにはウォーム軸２２ａが連結されている。ウォーム軸２２ａは、ウォームホイール２２ｂを介してピニオン軸２３に連結される。ピニオン軸２３の下端部は、第２ラックアンドピニオン機構２４を介してラック軸９に連結されている。第２ラックアンドピニオン機構２４は、ラックハウジング１０の第１ラックアンドピニオン機構８が設けられるのと反対側の端部側に設けられている。ラックハウジング１０には、ピニオン軸２３のピニオン歯２３ａが設けられた側が、ラック軸９と斜交した状態で回転可能に収容されている。ピニオン歯２３ａは、ラック軸９のラック歯９ｃに噛合されている。そして、モータ２１によって発生させられるモータトルクが転舵力、すなわちアシストトルクとして操舵機構２（本実施形態では、ラック軸９）に付与されることで、運転者のステアリング操作を補助する。

例えば、図１中、Ａ方向（図中、反時計回り方向）へのステアリング操作が生じる場合、図１中、Ｃ方向（図中、反時計回り方向）へモータ２１が回転することで、運転者のステアリング操作を補助するように、モータトルクをアシストトルクとして付与する。また、図１中、Ｂ方向（図中、時計回り方向）へのステアリング操作が生じる場合、図１中、Ｄ方向（図中、時計回り方向）へモータ２１が回転することで、運転者のステアリング操作を補助するように、モータトルクをアシストトルクとして付与する。このように、本実施形態のＥＰＳ１は、ラック型であってデュアルピニオン型の電動パワーステアリング装置である。

その他、本実施形態では、モータ２１によって発生させられるモータトルクが転舵力、すなわち反力トルク（規制力）として操舵機構２（本実施形態では、ラック軸９）に付与されることで、運転者のステアリング操作を規制する場合もある。

例えば、図１中、Ａ方向（図中、反時計回り方向）へのステアリング操作が生じる場合、図１中、Ｄ方向（図中、時計回り方向）へモータ２１が回転することで、運転者のステアリング操作を規制するように、モータトルクを反力トルクとして付与する。また、図１中、Ｂ方向（図中、時計回り方向）へのステアリング操作が生じる場合、図１中、Ｃ方向（図中、反時計回り方向）へモータ２１が回転することで、運転者のステアリング操作を規制するように、モータトルクを反力トルクとして付与する。

また、図１に示すように、ＥＰＳＥＣＵ２５には、運転者の要求あるいは走行状態を示す各種の情報を検出する各種のセンサが接続されている。具体的に、ＥＰＳＥＣＵ２５には、検出装置としてのピニオン角センサ２６、相対角検出部としてのモータ回転角センサ２７、トルクセンサ２８、及び車速センサ２９が接続されている。

ピニオン角センサ２６は、軸倍角１（１Ｘ）のＭＲセンサであり、ピニオン軸７の相対回転角θｐを検出する。モータ回転角センサ２７は、軸倍角１（１Ｘ）のＭＲセンサであり、モータ２１の出力軸２１ａの相対回転角θｍを検出する。トルクセンサ２８は、ピニオン軸７に内挿されるトーションバー７ｂの上流側（ステアリングホイール３側）と下流側（ラック軸９側）との間に生じる相対的な回転変位に基づき操舵軸４（操舵機構２）に生じる操舵トルクＴｒ、すなわちステアリングホイール３に加わる負荷を検出する。車速センサ２９は、車速（車両の走行速度）Ｖを検出する。

ここで、ピニオン角センサ２６の構成について詳しく説明する。
図１に示すように、ピニオン角センサ２６は、印加される磁気によって抵抗が変化する検出部としてのＭＲ素子とフラッシュメモリ等の記憶部としての半導体メモリとをパッケージングしたＩＣチップ２６ａを備えている。ＩＣチップ２６ａは、第１ラックアンドピニオン機構８のピニオン軸７の下端部に対向するように、ラックハウジング１０のラック収容部１０ｂの内部に固定されている。ピニオン軸７の下端部には、ＩＣチップ２６ａ（ＭＲ素子）に印加する磁気の発生源たる磁石２６ｂが、ピニオン軸７と一体回転可能に固定されている。磁石２６ｂは、ＩＣチップ２６ａとの間に隙間をあけて対向配置されている。

ＩＣチップ２６ａ（ＭＲ素子）は、ピニオン軸７の回転に伴って変化する磁気に応じて変化する抵抗の値をピニオン軸７の相対回転角θｐとしてＥＰＳＥＣＵ２５に出力する。ＩＣチップ２６ａ（半導体メモリ）には、ラック軸９の軸方向の図１中におけるＡ方向及びＢ方向のストロークエンドを示す位置情報φｅｎｄとして、ラック軸９がストロークエンドに達する場合のピニオン軸７の絶対回転角が記憶されている。位置情報φｅｎｄは、ラック軸９の軸方向の移動範囲を特定する。

位置情報φｅｎｄは、Ａ方向限界φｅｎｄ（Ａ）及びＢ方向限界φｅｎｄ（Ｂ）を含んで構成される。Ａ方向限界φｅｎｄ（Ａ）は、図１中において転舵輪１２がＡ方向に転舵された場合の転舵限界（実際には内輪側に位置する転舵輪１２が大きく転舵される）であり、ラック軸９がその軸方向のＡ方向に移動する場合のストロークエンドに相当するピニオン軸７の絶対回転角である。Ｂ方向限界φｅｎｄ（Ｂ）は、図１中において転舵輪１２がＢ方向に転舵された場合の転舵限界（実際には内輪側に位置する転舵輪１２が大きく転舵される）であり、ラック軸９がその軸方向のＢ方向に移動する場合のストロークエンドに相当するピニオン軸７の絶対回転角である。

こうした位置情報φｅｎｄは、ピニオン軸７、第１ラックアンドピニオン機構８、ラック軸９、転舵力付与機構２０、ピニオン軸２３、第２ラックアンドピニオン機構２４等のラック軸９周辺の機構を、ラックハウジング１０に組み付けたギヤ組み立て体の生産工程で当該ギヤ組み立て体が搭載される車種等に応じて予め設定（記憶）される。

そして、ＥＰＳＥＣＵ２５は、各種のセンサの検出結果を取得し、これら取得する各種センサの検出結果に応じてモータ２１の動作を制御する。
次に、ＥＰＳＥＣＵ２５の構成について説明する。

図２に示すように、ＥＰＳＥＣＵ２５は、ピニオン軸７の相対回転角θｐとモータ２１の相対回転角θｍと操舵トルクＴｒと車速Ｖとを入力する。また、ＥＰＳＥＣＵ２５には、車両において、ＥＰＳ１や各種センサ等への電力の供給及び遮断を切り替えるイグニッション信号（ＩＧ）の入力時にピニオン角センサ２６から位置情報φｅｎｄも入力される。そして、ＥＰＳＥＣＵ２５は、マイクロプロセッシングユニット等からなるＥＰＳ用マイコン３０を備えている。ＥＰＳ用マイコン３０は、ＰＷＭ信号等のモータ制御信号Ｓｍを出力する。また、ＥＰＳＥＣＵ２５は、モータ制御信号Ｓｍに基づきモータ２１へ駆動電力を供給するように駆動するインバータ回路等の駆動回路３１を備えている。モータ２１への駆動電力の電力源は、イグニッション信号が入力されることによって供給されるようになる図示しない車両のバッテリの電力である。また、ＥＰＳＥＣＵ２５には、モータ２１に通電される各相電流値Ｉを検出するための電流センサ３２が接続されている。

駆動回路３１は、直列に接続された一対のスイッチング素子（ＦＥＴ）を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる周知のＰＷＭインバータであり、ＥＰＳ用マイコン３０の出力するモータ制御信号Ｓｍは、駆動回路３１を構成する各スイッチング素子のオンｄｕｔｙ比を規定する。モータ制御信号Ｓｍが各スイッチング素子のゲート端子に印加され、同モータ制御信号Ｓｍに応答して各スイッチング素子がオン／オフすることにより、三相の駆動電力がモータ２１に供給される。

次に、ＥＰＳ用マイコン３０の機能について説明する。
図３に示すように、ＥＰＳ用マイコン３０は、位置情報φｅｎｄを記憶する情報管理部４０と、ピニオン軸７の多回転の絶対回転角φを演算する絶対回転角演算部４１と、操舵機構２に付与する転舵力の目標値として電流指令値Ｉ＊を演算する電流指令値演算部４２と、モータ制御信号Ｓｍを生成する制御信号生成部４３とを備えている。

情報管理部４０には、イグニッション信号が入力される毎にピニオン角センサ２６から位置情報φｅｎｄが入力されて記憶される（ピニオン角センサ２６に対する取得要求に基づき取得される）。情報管理部４０では、イグニッション信号の入力時に入力された位置情報φｅｎｄが、既に記憶している位置情報φｅｎｄと一致するか否かに基づき異常の有無を判定する異常判定が実行される。なお、イグニッション信号の入力時に入力された位置情報φｅｎｄと情報管理部４０が既に記憶している位置情報φｅｎｄとが一致しない場合、位置情報φｅｎｄに異常が発生していると判定し、情報管理部４０は、例えばモータ２１の駆動制御を停止する等のフェイルセーフ制御の実行を電流指令値演算部４２に対して指示する。

絶対回転角演算部４１は、ピニオン軸７の相対回転角θｐとモータ２１の相対回転角θｍとを入力する。絶対回転角演算部４１は、相対回転角θｐと相対回転角θｍとを入力すると、ピニオン軸７の絶対回転角φを演算する。

ここで、絶対回転角φの演算について説明する。
ピニオン角センサ２６とモータ回転角センサ２７とは、共に１ＸのＭＲセンサである。一方、ピニオン角センサ２６とモータ回転角センサ２７とのそれぞれの検出対象であるピニオン軸７とモータ２１の出力軸２１ａとは、ラック軸９に対する減速比が異なっている。これは、ピニオン軸７がラック軸９に直接噛合されているのに対して、モータ２１の出力軸２１ａがラック軸９に減速機構２２を介して噛合されているからである。

これにより、例えば、図４に示すように、縦軸に相対回転角θｐ（実線）を示し、横軸にピニオン軸７の多回転の絶対回転角φを示す場合、ピニオン軸７の相対回転角θｐ（実線）の波形の位相及びモータ２１の相対回転角θｍ（ここでは、便宜上図示しない）の波形の位相が回転とともにずれていく。こうした波形の位相のずれは、例えば、ピニオン軸７が１回転するのにモータ２１の出力軸２１ａが約１６．９回転するように設定する場合に生じる。ピニオン軸７とモータ２１の出力軸２１ａとのラック軸９に対するそれぞれの減速比の組み合わせは、それぞれに現れる波形の位相が回転とともにずれるような組み合わせが選択されている。なお、ピニオン軸７のラック軸９に対する減速比は、ピニオン軸７（ピニオン歯７ａ）の歯数及びラック軸９（ラック歯９ａ）の歯数の比（ピニオン軸７の１回転におけるラック軸９の移動量）によって定まる。また、モータ２１の出力軸２１ａのラック軸９に対する減速比は、モータ２１の出力軸２１ａに連結されるウォーム軸２２ａの歯数、及びラック軸９（ラック歯９ａ）の歯数の比（モータ２１の出力軸２１ａの１回転におけるラック軸９の移動量）によって定まる。

上記例の場合、図４の破線に示すように、角度差（｜θｐ−θｍ｜）は、絶対回転角φが大きくなるにつれて小さくなる傾向を示す。なお、図４の黒点は、Ｎ回転目（Ｎ：自然数）を示す。これを用いて絶対回転角演算部４１は、相対回転角θｐと相対回転角θｍとの角度差（｜θｐ−θｍ｜）を算出し、角度差（｜θｐ−θｍ｜）に応じて絶対回転角φを算出する。そして、絶対回転角演算部４１は、ピニオン軸７の絶対回転角φを電流指令値演算部４２に対して出力する。なお、角度差（｜θｐ−θｍ｜）と絶対回転角φとを対応付けた情報は、絶対回転角演算部４１の所定の記憶領域に予め記憶されている。

絶対回転角φは、ピニオン軸７、すなわちステアリングホイール３（操舵軸４）の５回転分の「０°〜１８００°」の範囲でラック軸９の移動位置に換算可能に設定されている。例えば、ラック軸９が車両の車幅方向の中心に位置する、すなわちステアリングホイール３の中立位置であって、転舵輪１２が車両の前方に真っ直ぐ向いている移動位置は、絶対回転角φとして「９００°」によって換算されるようにする。この場合、絶対回転角φは、「９００°」を基準に「０°」に向かって減少する範囲で、Ａ方向のストロークエンドまでの移動位置に換算される。一方、絶対回転角φは、「９００°」を基準に「１８００°」に向かって増加する範囲で、Ｂ方向のストロークエンドまでの移動位置に換算される。そして、絶対回転角φが「０°〜１８００°」を最大範囲として、Ａ方向限界φｅｎｄ（Ａ）が「５°」、Ｂ方向限界φｅｎｄ（Ｂ）が「１７９５°」のように設定される場合、ラック軸９の移動範囲は、絶対回転角φの「５°〜１７９５°」の範囲ということとなり、ピニオン軸７の４回転以上（約５回転）分ということとなる。

電流指令値演算部４２は、操舵トルクＴｒと車速Ｖと絶対回転角φとを入力する。電流指令値演算部４２は、操舵トルクＴｒと車速Ｖと絶対回転角φとを入力すると、絶対回転角φに応じて操舵機構２にアシストトルク及び反力トルクのいずれを付与するかを判断するとともに、操舵機構２に付与するアシストトルクや反力トルクのモータの制御量たる目標値として電流指令値Ｉ＊を演算する。

制御信号生成部４３は、モータ２１の相対回転角θｍと各相電流値Ｉと電流指令値Ｉ＊とを入力する。制御信号生成部４３は、電流指令値Ｉ＊を入力すると、モータ２１の相対回転角θｍを使用して各相電流値Ｉと目標値（電流指令値Ｉ＊）との偏差を求め、この偏差を解消するように電流フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実行する。また、制御信号生成部４３は、電流フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実行することによりモータ制御信号Ｓｍを生成する。

次に、電流指令値演算部４２の機能についてさらに詳しく説明する。なお、電流指令値演算部４２は、制御周期（例えば、２００μｓから２ｍｓ）毎に周期処理を実行することによって、以下の処理を実行する。また、電流指令値演算部４２は、情報管理部４０によって位置情報φｅｎｄに異常が発生していることが指示される場合、フェイルセーフ制御として以下の処理を実行しない。

図５に示すように、電流指令値演算部４２は、定期的（制御周期毎）にピニオン軸７の絶対回転角φを検出（取得）する（Ｓ１０）。絶対回転角φを検出した電流指令値演算部４２は、情報管理部４０から位置情報φｅｎｄを読み出して、当該絶対回転角φがＡ方向限界φｅｎｄ（Ａ）又はＢ方向限界φｅｎｄ（Ｂ）と一致しないか否かを判断する（Ｓ２０）。Ｓ２０にて、電流指令値演算部４２は、ラック軸９が図１中におけるＡ方向及びＢ方向のいずれかのストロークエンドに達しているか否かを判断する。

電流指令値演算部４２は、ラック軸９が図１中におけるＡ方向及びＢ方向のいずれのストロークエンドにも達していない場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、転舵力としてアシストトルクを付与するためのアシスト制御を実行する（Ｓ３０）。

具体的に、Ｓ３０にて、電流指令値演算部４２は、絶対回転角φの他、入力している操舵トルクＴｒ及び車速Ｖに基づき、操舵トルクＴｒが大きく（負荷が高く）なるほど電流指令値Ｉ＊を大きい値、すなわち付与するアシストトルクとして大きい目標値を設定する。また、電流指令値演算部４２は、車速Ｖが速くなるほど、操舵トルクＴｒに対する電流指令値Ｉ＊、すなわち付与するアシストトルクの変化勾配（アシスト勾配）を小さくする。

一方、電流指令値演算部４２は、絶対回転角φが位置情報φｅｎｄと一致はしないが当該位置情報φｅｎｄ近傍の所定絶対回転角から位置情報φｅｎｄに近付く場合、絶対回転角φが位置情報φｅｎｄに近付くほど電流指令値Ｉ＊、すなわち付与するアシストトルクが減少するように目標値を設定する。この場合、電流指令値演算部４２は、絶対回転角φが位置情報φｅｎｄ近傍の所定絶対回転角から位置情報φｅｎｄに近付くほど、ステアリング操作のための操舵トルクＴｒが大きく（ステアリング操作が重く）なるアシスト減衰制御を実行する。

また、電流指令値演算部４２は、ラック軸９が図１中におけるＡ方向及びＢ方向のいずれかのストロークエンドに達する場合（Ｓ２０：ＮＯ）、転舵力として反力トルクを付与するための電子ストッパ制御を実行する（Ｓ４０）。

具体的に、Ｓ４０にて、電流指令値演算部４２は、Ｓ２０で達していると判断したストロークエンド側にラック軸９がそれ以上移動不能となるように、ラック軸９の移動方向に生じる操舵トルクＴｒよりも大きい反力トルク（反対方向へ向けたトルク）となる電流指令値Ｉ＊を設定する。この場合、Ｓ２０で達していると判断されたストロークエンド側にラック軸９を移動させる方向へのステアリング操作が規制される。なお、電流指令値演算部４２は、駆動回路３１における３相の２つの通電相と１つの非通電相とを固定するように電流指令値Ｉ＊を設定することで、ラック軸９を移動不能にしてもよい。

以上に説明した操舵装置によれば、以下に示す作用及び効果を得ることができる。
（１）本実施形態において、位置情報φｅｎｄは、上記ギヤ組み立て体の生産工程で当該ギヤ組み立て体が搭載される車種等に応じて予め設定される。この場合、ＥＰＳ１は、位置情報φｅｎｄを予め記憶している状態で車両の組み立てへと出荷されるようになる。例えば、上記ギヤ組み立て体と、ステアリングホイール３、操舵軸４等の操舵軸４周辺の機構を組み付けた操舵組み立て体とが組み付けられることでＥＰＳ１が組み立てられる場合、ＥＰＳ１の組み立てが完成されるのに先立ってＥＰＳ１の生産工程において、ピニオン角センサ２６のＩＣチップ２６ａに位置情報φｅｎｄを記憶させることができる。この場合、ＥＰＳ１は、位置情報φｅｎｄを予め記憶している状態で車両の組み立てへと出荷されるようになる。これにより、車両の組み立て時等には、位置情報φｅｎｄの設定を不要とすることができ、作業の手間（特に車両の組み立て時の作業の手間）を軽減することができる。

（２）ピニオン角センサ２６が備えるＩＣチップ２６ａには、ラック軸９の移動範囲を示す情報であって、具体的にストロークエンドを示す位置情報φｅｎｄが記憶されている。

これにより、ラック軸９の軸方向の移動位置について、ラック軸９のストロークエンドに関わって制御を行う場合、特に有効となる。そして、ラック軸９の軸方向の移動位置は、ピニオン軸７の相対回転角θｐ、これに基づき演算される絶対回転角φを検出することによって得られるようになる。すなわちこの場合、ラック軸９の軸方向の移動位置に換算可能な情報の検出範囲としては、ピニオン軸７の相対回転角θｐの範囲であるピニオン軸７の軸周とすることができ、こうした軸周の４回転以上（約５回転）分となるラック軸９の移動範囲と比較して、検出範囲を小さくすることができる。そのため、ラック軸９の軸方向の移動位置に換算可能な情報の検出精度を高めることができ、ラック軸９の軸方向の移動位置をより高精度に検出することができる。したがって、より高精度で検出されるラック軸９の軸方向の移動位置を用いて転舵力付与機構２０の制御を行うことができ、アシスト制御（Ｓ３０）や電子ストッパ制御（Ｓ４０）の信頼性の向上を図ることができる。

具体的に、本実施形態では、ピニオン軸７の絶対回転角φにより高精度に検出されたラック軸９の軸方向の移動位置について、ラック軸９のストロークエンドに関わって電流指令値演算部４２がアシスト制御（Ｓ３０）として、アシスト減衰制御を実行することができる。

また、本実施形態では、ピニオン軸７の絶対回転角φにより高精度に検出されたラック軸９の軸方向の移動位置について、ラック軸９のストロークエンドに関わって電流指令値演算部４２が電子ストッパ制御（Ｓ４０）を実行することができる。

すなわち、図６（ａ）に示すように、ラック軸９が図１中におけるＡ方向のストロークエンドに達する場合、電子ストッパ制御によりＡ方向のストロークエンド側にラック軸９がそれ以上移動不能、すなわちＡ方向のストロークエンド側にラック軸９を移動させる方向へのステアリング操作を不能とする状態が制御的に実現される。この場合、図６（ｂ）に示すように、Ａ方向のストロークエンド側にラック軸９が移動することによって転舵する側への転舵輪１２の転舵を不能とする状態が制御的に実現される。

また、図７（ａ）に示すように、ラック軸９が図１中におけるＢ方向のストロークエンドに達する場合、電子ストッパ制御によりＢ方向のストロークエンド側にラック軸９がそれ以上移動不能、すなわちＢ方向のストロークエンド側にラック軸９を移動させる方向へのステアリング操作を不能とする状態が制御的に実現される。この場合、図７（ｂ）に示すように、Ｂ方向のストロークエンド側にラック軸９が移動することによって転舵する側への転舵輪１２の転舵を不能とする状態が制御的に実現される。

このように、本実施形態では、ラック軸９のストロークエンドを制御的に実現することができる。一方、ラック軸９のストロークエンドを制御的に実現することができない場合、例えば、特許文献１に記載の構成のように、ラック軸９をラックハウジング１０の軸方向に移動可能に収容し、ラック軸９のＩＢＪ９ｂをラックハウジング１０の段差部１０ｃに突き当てる等、機械的に実現しなければいけない。これに対し、本実施形態のように、ラック軸９のストロークエンドを制御的に実現する場合、例えば、ラック軸９のＩＢＪ９ｂがラックハウジング１０の段差部１０ｃに突き当たらないようにすることが可能となる。

すなわち、図６（ａ）に示すように、ラック軸９が図１中におけるＡ方向のストロークエンドに達する場合、ラック軸９のＩＢＪ９ｂとラックハウジング１０の段差部１０ｃとの間に隙間Ｌａを設けることができる。

また、図７（ａ）に示すように、ラック軸９が図１中におけるＢ方向のストロークエンドに達する場合、ラック軸９のＩＢＪ９ｂとラックハウジング１０の段差部１０ｃとの間に隙間Ｌｂ（本実施形態では、隙間Ｌａと同一長さ）を設けることができる。

これにより、ラック軸９のＩＢＪ９ｂがラックハウジング１０の段差部１０ｃに突き当たる際に生じうる衝撃音をなくすことができる他、操舵機構２の強度として当該突き当たる際の衝撃を考慮する必要がなくなり、操舵機構２の強度を落として低重量化を図ることができる。

（３）ピニオン角センサ２６は、ＩＣチップ２６ａを備えており、これに記憶させる位置情報φｅｎｄの内容を変更することで、ラック軸９のストロークエンドを容易に変更することができる。これにより、ラック軸９について複数の車種の車両間で共通化を図ることができる。

（４）本実施形態では、ラック軸９の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、操舵装置であれば通常備えているピニオン軸７の回転角を用いている。そのため、ピニオン角センサ２６について転舵力付与機構２０の仕様（転舵力を付与する部位）の異なる仕様の操舵装置間で共通化を図ることができる。

（５）ピニオン軸７の回転角としては、本実施形態のように、ピニオン軸７がラック軸９の軸方向の移動範囲において多回転（４回転以上（約５回転））する場合、絶対回転角φを検出する必要がある。すなわち、ＥＰＳ１は、ピニオン軸７の絶対回転角φを検出するために、ピニオン軸７の相対回転角θｐを検出するＩＣチップ２６ａを備えてなるピニオン角センサ２６の他、転舵力付与機構２０のモータ２１の出力軸２１ａの相対回転角θｍを検出するモータ回転角センサ２７を備えるようにしている。

すなわち、ラック軸９の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、ラック軸９のなるべく近くに共に配置されるピニオン軸７と転舵力付与機構２０の一部を構成するモータ２１の出力軸２１ａのそれぞれ相対回転角を用いている。したがって、ピニオン軸７の回転角を用いる場合のラック軸９の軸方向の実際の移動位置に対する精度をより好適に高めることができる。

（６）位置情報φｅｎｄが記憶されるＩＣチップ２６ａには、フラッシュメモリ等の半導体メモリが採用されている。そのため、位置情報φｅｎｄは、ＩＣチップ２６ａに一度書き込まれて記憶されると新たな情報が書き込みされて記憶されるまでの間、その記憶状態が維持される。すなわち、車両のバッテリからＥＰＳ１が切り離されたとしても、ＩＣチップ２６ａには、位置情報φｅｎｄが記憶状態で維持される。したがって、車両のバッテリからＥＰＳ１が切り離されてもラック軸９の軸方向の移動位置について機能保持が可能となる。

（７）ＥＰＳＥＣＵ２５におけるＥＰＳ用マイコン３０では、情報管理部４０によってイグニッション信号が入力される毎に位置情報φｅｎｄについて異常判定が実行されることとしている。これにより、車両が動作状態になる毎に位置情報φｅｎｄに異常が発生していないかが判定されるため、位置情報φｅｎｄの信頼性を向上させることができる。

なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・ピニオン軸７の絶対回転角φの検出には、モータ回転角センサ２７に替えてステアリングホイール３、すなわち操舵軸４の回転数を検出可能な舵角センサを用いるようにしてもよい。その他、電動パワーステアリング装置として、コラムアシスト型に適用する場合、コラム軸５に設けられるコラムアシスト用のモータのモータ回転角センサを用いるようにしてもよい。この場合のモータ回転角センサは、スリープカウント機能を持つものであって、検出精度を低く抑えてステアリングホイール３、すなわち操舵軸４の回転角を検出可能にしたものが望ましい。その他、ピニオン軸２３の相対回転角を検出可能なピニオン角センサを設けるようにしてもよい。この場合のピニオン角センサとしては、ピニオン角センサ２６と軸倍角を異ならせる等してピニオン軸７の絶対回転角φを検出可能になっていればよい。

・トルクセンサ２８は、コラム軸５に設けるようにしてもよい。この場合、ピニオン角センサ２６は、ピニオン軸７の上流側、すなわちインターミディエイト軸６側に設けるようにしてもよい。

・ラック軸９の軸方向の移動位置に換算可能な情報としては、ピニオン軸７に替えてステアリングホイール３や操舵軸４（コラム軸５、インターミディエイト軸６）やピニオン軸２３等の絶対回転角や相対回転角を用いるようにしてもよい。また、その他、ピニオン軸７等の回転軸ではなく、ラックの位置を直接的に検出する光学式や磁気式のストロークセンサを用いるようにしてもよい。

・ピニオン角センサ２６は、ピニオン軸７の相対回転角θｐを検出するものに替えてピニオン軸７の絶対回転角φを直接検出するものにしてもよい。
・ラック軸９の軸方向の移動位置に換算可能な情報を用いた制御としては、アシスト制御（Ｓ３０）及び電子ストッパ制御（Ｓ４０）の少なくともいずれかを実行可能であればよい。

・ステアリングホイール３の操舵角に応じたアシスト制御、すなわち自動操舵制御を実行する場合には、ピニオン軸７の絶対回転角φを用いるようにしてもよく、これにより高精度で検出される転舵軸の軸方向の移動位置を用いて自動操舵制御を行うことができる。したがって、自動操舵制御の信頼性の向上を図ることができる。

・位置情報φｅｎｄは、ラック軸９の軸方向の移動範囲を特定可能であればよく、中点を示す情報であってもよく、こうした中点を示す情報からラック軸９のストロークエンドを特定可能にすることもできる。また、位置情報φｅｎｄとしては、中点から図１中におけるＡ方向又はＢ方向のストロークエンドまでの差分を示す情報であってもよい。この場合には、図１中におけるＡ方向又はＢ方向のストロークエンドまでの何れかのみの情報を有していればよい。

・位置情報φｅｎｄの設定の手法としては、ラック軸９にバーコード（記号）等の物理的な記録を施すようにし、この物理的な記録をＩＣチップ２６ａやＥＰＳＥＣＵ２５に読み込ませることで、ＥＰＳ用マイコン３０の情報管理部４０が位置情報φｅｎｄを取得するようにしてもよい。この場合、上記物理的な記録は、ラック軸９が使用される車種のコード等の情報であればよく、ピニオン軸７の絶対回転角φを示す情報でなくてもよい。この場合、ＩＣチップ２６ａにも上記物理的な記録に対応する情報として、ラック軸９が使用される車種のコード等の情報が記憶される。また、ＥＰＳＥＣＵ２５には、車種のコード等の情報と位置情報φｅｎｄとを対応付けた情報が予め記憶されるようにすればよい。

・ＩＣチップ２６ａには、揮発性メモリを採用してもよい。
・モータ回転角センサ２７には、ＩＣチップを搭載するようにしてもよい。
・ピニオン角センサ２６やモータ回転角センサ２７は、ホール素子を用いたセンサや、レゾルバ等の他の方式を適用してもよい。また、ＭＲ素子の種類を変更してもよく、ピニオン角センサ２６とモータ回転角センサ２７とで、ＭＲ素子の種類（ＡＭＲ素子、ＴＭＲ素子、ＧＭＥ素子等）を異ならせてもよい。これにより、ピニオン角センサ２６とモータ回転角センサ２７とで軸倍角が異なるようになる場合、軸倍角に応じてそれぞれの検出対象における減速比を調整する等すればよい。

・上記実施形態では、デュアルピニオン型の電動パワーステアリング装置に適用したが、ピニオン軸７（第１ラックアンドピニオン機構８）に転舵力を付与するピニオン型や、ラックパラレル型等のラックアシスト型の電動パワーステアリング装置への適用も可能である。例えば、ラックパラレル型の電動パワーステアリング装置では、ラック軸９への転舵力の付与にボールねじ機構を用いることになる。この場合、モータ２１の出力軸２１ａのラック軸９に対する減速比は、ボールねじ機構のボールねじのねじ溝のリード、駆動及び従動プーリの歯数の比、モータ２１の出力軸２１ａの１回転におけるラック軸９の移動量等によって定まる。その他、電動パワーステアリング装置に限らず、例えばステアバイワイヤ式の操舵装置等にも適用可能である。

１…電動パワーステアリング装置（操舵装置）、２…操舵機構、３…ステアリングホイール（操舵部材）、４…操舵軸、５…コラム軸、６…インターミディエイト軸、７…ピニオン軸、８…第１ラックアンドピニオン機構、９…ラック軸（転舵軸）、１２…転舵輪、２０…転舵力付与機構、２１…モータ、２５…ＥＰＳＥＣＵ（制御装置）、２６…ピニオン角センサ（検出装置）、２６ａ…ＩＣチップ（検出部、記憶部）、２７…モータ回転角センサ（相対回転角検出部）、θｐ…相対回転角（ピニオン軸の回転角）、θｍ…相対回転角（モータの回転角）、φ…絶対回転角（ピニオン軸の回転角）、φｅｎｄ…位置情報、φｅｎｄ（Ａ）…Ａ方向限界（位置情報）、φｅｎｄ（Ｂ）…Ｂ方向限界（位置情報）。

Claims (6)

1. 軸方向への移動によって転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸の軸方向への移動に関わって回転動作する回転軸とを含む操舵機構を備え、前記操舵機構に対して前記転舵輪を転舵させる転舵力を付与する転舵力付与機構をさらに備える操舵装置において、
   前記転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報を検出する検出部と、前記転舵軸の軸方向の移動範囲を特定するための位置情報を予め記憶している記憶部とを有してなる検出装置と、
   前記検出部で検出される情報と前記記憶部に記憶されている位置情報とを少なくとも用いて転舵力付与機構の動作を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする操舵装置。
2. 前記位置情報は、前記転舵軸の軸方向の移動限界を示す情報である請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記制御装置は、前記転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として前記検出部が検出する前記回転軸の回転角と前記記憶部に記憶されている位置情報とに基づき前記転舵軸の軸方向の移動位置が前記移動限界に達することを判断する場合、前記転舵力として前記転舵軸の前記移動限界を超えた移動を規制する規制力を前記操舵機構に対して付与するように前記転舵力付与機構の動作を制御する請求項２に記載の操舵装置。
4. 前記回転軸は、操舵部材を介して入力される操舵トルクを周方向の回転動作によって伝達する複数の回転軸を組み合わせてなる操舵軸を含み、
   前記転舵軸は、前記操舵軸から操舵トルクが伝達可能なように、前記操舵軸のうち、前記操舵部材から見て最も下流側に位置するピニオン軸に対してラックアンドピニオン機構を介して連結されてなり、
   前記検出装置は、前記転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、前記ピニオン軸の回転角を検出する請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の操舵装置。
5. 前記ピニオン軸は、前記転舵軸の軸方向の移動範囲において多回転するものであり、
   前記検出装置は、前記ピニオン軸の相対回転角を検出するものであり、
   前記ピニオン軸とは異なる回転軸の相対回転角を検出する相対回転角検出部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記転舵軸の軸方向の移動位置に換算可能な情報として、前記ピニオン軸の相対回転角と前記ピニオン軸とは異なる回転軸の相対回転角とに基づき前記ピニオン軸の絶対回転角を検出する請求項４に記載の操舵装置。
6. 前記転舵力付与機構は、前記操舵機構のうち、前記転舵軸に対して前記転舵力を付与するものであり、
   前記ピニオン軸とは異なる回転軸は、前記転舵力付与機構の一部を構成するものである請求項５に記載の操舵装置。

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