JP4715688B2 - 伝達比可変操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵入力軸の回転量に対する転舵出力軸の回転量の伝達比を変更する伝達比可変手段を備えた伝達比可変操舵装置に関する。

近年、この種の伝達比可変操舵装置の開発は、積極的に行われるようになった。そして、例えば、下記特許文献１には、ステアリングハンドルと転舵輪とを連結する操舵伝達系の中に電動機により伝達比を可変する可変ギア比ユニットを介在させ、可変ギア比ユニットの入力側と出力側の角度の偏差が伝達比に基づいて設定された所定値以上の場合に、可変ギア比ユニットの作動を制限する制限手段を作動させる車両用操舵装置が示されている。これにより、この車両用操舵装置は、走行中に過大な入力があった場合でも、ステアリングハンドルの操舵量と転舵輪の操舵量との関係を保つようになっている。

また、例えば、下記特許文献２には、車輪の転舵角がしきい値を超える最大転舵角付近では、伝達比可変機構自身の持つ摩擦トルクの作用により伝達比可変機構の不動状態が維持できる程度に、駆動モータに通常設定される制御信号を制限し、制限した制御信号によって駆動モータを作動させる車両用操舵制御装置が示されている。これにより、この車両用操舵制御装置は、最大転舵角付近で伝達比可変機構の駆動モータの負荷増大に伴う発熱を抑えつつ、駆動モータの停止に伴う伝達比の急変を防止して、運転者が覚える違和感を無くすようになっている。

さらに、例えば、下記特許文献３には、最大転舵角まで操舵されている場合に、伝達比の変更を禁止するか、あるいは、目標作動角の変更を禁止して、伝達比可変機構のアクチュエータの動作を制限する車両用操舵制御装置が示されている。これにより、この車両用操舵制御装置は、最大転舵角まで操舵されている場合において、伝達比がクイック側に変更されたときに伝達比可変機構の駆動力がハンドル側に作用して、ハンドルが戻される現象の発生を防止するようになっている。
特開平１１−１１７５号公報 特開２００１−１５１１３４号公報 特開２００１−４８０２７号公報

ところで、一般的に、この種の伝達比可変操舵装置には、例えば、運転者が操舵ハンドル（ステアリングハンドル）を大きく操作して転舵輪を最大転舵角まで転舵（操舵）したときに伝達比可変アクチュエータ（可変ギア比ユニット、伝達比可変機構）やその他の装置を保護するために、特許文献１にも示されるように、機械的に操舵入力軸と転舵出力軸との相対的な回転を禁止するロック機構が設けられている。しかし、このロック機構は、操舵入力軸と転舵出力軸との相対的な回転を強固に禁止するために、一般的に金属製とされており、作動に伴って大きな音（例えば、打音）が発生する場合がある。

このため、ロック機構を作動させたときに、例えば、打音が他の雑音に紛れることなく単独で発生した場合には、この発生した打音が運転者によって耳障りな音として認識される可能性がある。したがって、ロック機構を作動させることによって伝達比可変アクチュエータ（可変ギア比ユニット、伝達比可変機構）やその他の装置を確実に保護することはいうまでもなく、ロック機構の作動に伴って発生する音が運転者によって知覚され難くすることが望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ロック機構の作動に伴って発生する音が運転者に知覚され難い伝達比可変操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの回動操作に伴って一体的に回転する操舵入力軸と、転舵輪を転舵する転舵機構に接続される転舵出力軸と、前記操舵入力軸側に接続された電動モータと前記転舵出力軸側に接続されて前記電動モータの駆動シャフトの回転を減速する減速機とから構成されて前記操舵入力軸の回転量に対する前記転舵出力軸の回転量の伝達比を変更して前記転舵出力軸を回転させる伝達比可変アクチュエータと、前記操舵入力軸と前記転舵出力軸との相対的な回転を禁止または許容するロック機構と、前記伝達比可変アクチュエータの作動および前記ロック機構の作動を制御する作動制御装置とを備えた伝達比可変操舵装置において、前記作動制御装置を、前記転舵出力軸の回転量を検出する転舵出力軸回転量検出手段と、前記転舵輪の転舵可能範囲を機械的に決定するストッパ位置に対応する前記転舵出力軸の最大回転量よりも小さく設定されて前記転舵出力軸の回転量の絶対値が前記最大回転量となるまでに前記ロック機構を前記操舵入力軸と前記転舵出力軸との相対的な回転を禁止するロック状態に移行させるために予め設定されたロック作動開始回転量と、前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値とを比較し、同検出された回転量の絶対値が前記ロック作動開始回転量以上であるか否かを判定するロック作動開始判定手段と、前記操舵ハンドルの操作速度を検出する操作速度検出手段と、前記操舵ハンドルの操作に追従して回転する転舵出力軸の回転量の絶対値が前記ロック作動開始量から前記最大回転量になるまでに前記ロック機構をロック状態に移行させるために予め設定されたロック作動開始操作速度と、前記検出された前記操舵ハンドルの操作速度の絶対値とを比較し、同検出された操作速度の絶対値が前記ロック作動開始操作速度以上であるか否かを判定する操作速度判定手段と、前記ロック作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記ロック作動開始回転量以上であると判定され、かつ、前記操作速度判定手段によって前記検出された操舵ハンドルの操作速度の絶対値が前記ロック作動開始操作速度以上であると判定されると、前記ロック機構を直ちにロック状態に移行させるロック作動制御手段とで構成したことにある。

この場合、前記転舵出力軸回転量検出手段を、例えば、前記操舵入力軸の回転量を検出する操舵入力軸回転量検出手段と、前記電動モータの駆動シャフトの回転量を検出するモータ駆動シャフト回転量検出手段と、前記検出された操舵入力軸の回転量と前記検出された駆動シャフトの回転量とを用いて前記転舵出力軸の回転量を算出する回転量算出手段とで構成するとよい。

これらによれば、作動制御装置は、ロック作動開始判定によって転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量以上であると判定され、かつ、操作速度判定手段によって操舵ハンドルの操作速度の絶対値がロック作動開始操作速度以上であると判定されたときには、ロック作動手段によってロック機構を直ちにロック状態に移行させることができる。ここで、ロック作動開始回転量は、転舵輪の転舵可能範囲を機械的に決定するストッパ位置に対応する最大回転量よりも小さく設定されるものであって、転舵出力軸の回転量の絶対値が最大回転量となるまでに、言い換えれば、転舵輪がストッパ位置に到達するまでに、ロック機構をロック状態に移行させるために必要な回転量に基づいて設定されるものである。また、ロック作動開始操作速度は、操舵入力軸に追従して回転する転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量から最大回転量となるまでに、言い換えれば、転舵輪がストッパ位置に到達するタイミングに合わせて、ロック機構をロック状態に移行させるために必要な時間に基づいて設定されるものである。

ここで、伝達比可変操舵装置を含むいかなる操舵装置においても、転舵輪の転舵可能範囲を機械的に決定するストッパが設けられており、転舵輪がストッパ位置まで転舵した場合には、転舵輪とストッパとの当接に伴う音が必然的に発生する。このため、上述したようにロック作動開始回転量とロック作動開始操作速度とを設定し、転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量以上となりかつ操舵ハンドルの操作速度の絶対値がロック作動開始操作速度以上となったときに、直ちに、ロック機構をロック状態に移行させることによって、ロック状態への移行に伴って発生する音（例えば、打音）と転舵輪がストッパに当接することによって発生する音の発生タイミングを略同時とすることができる。

これにより、転舵輪がストッパに当接する直前にロック機構をロック状態に移行させることができるため、伝達比可変アクチュエータやその他の装置を良好に保護できる。そして、転舵輪がストッパに当接することによって必然的に発生する音に対して、ロック機構の作動に伴う音を紛れ込ますことができるため、運転者によって耳障りな音を知覚され難くすることができる。

また、本発明の他の特徴は、前記作動制御装置が、さらに、前記ロック作動開始回転量よりも小さく設定されて前記電動モータの駆動シャフトの回転量と前記操舵入力軸の回転量との間の相対的な回転量差を維持した状態で前記電動モータを前記操舵入力軸の回転に追従させて作動させる維持作動を開始するために予め設定された維持作動開始回転量と、前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値とを比較し、同検出された回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量以上であるか否かを判定する維持作動開始判定手段と、前記維持作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量以上であると判定されると、前記電動モータを前記維持作動させるモータ維持作動制御手段とを備えて構成されることにもある。

この場合、前記モータ維持作動制御手段は、前記維持作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量以上となった時点における、前記操舵入力軸の回転量に対する前記転舵出力軸の回転量の伝達比を実現する前記電動モータの駆動シャフトの回転量と、前記操舵入力軸の回転量との相対的な回転量差を維持した状態で、前記電動モータを前記維持作動させるとよい。また、前記モータ維持作動制御手段は、フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを大きく設定して、前記電動モータを維持作動させるとよい。

これらによれば、作動制御装置は、維持作動開始判定手段によって転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量よりも小さく設定された維持作動開始回転量以上であると判定されると、モータ維持作動制御手段によって伝達比可変アクチュエータの電動モータの駆動シャフトの回転量と操舵入力軸の回転量との間の相対的な回転量差を維持した状態で電動モータを維持作動させることができる。これにより、電動モータが維持作動制御されている状況においては、電動モータの駆動シャフトの回転速度を操舵入力軸の回転速度と略同一の状態にすることができる。

ここで、操舵入力軸の回転速度の絶対値に対して転舵出力軸の回転速度の絶対値が大きい状況、言い換えれば、転舵出力軸を回転させる電動モータの回転速度の絶対値が操舵入力軸の回転速度の絶対値に比して大きい状況において、ロック機構がロック状態に移行した場合には、ロック機構のロック状態への移行に伴って発生する音がより大きくなる。これに対し、電動モータが維持作動状態にあるときには、電動モータの回転速度が操舵入力軸の回転速度に略等しい、すなわち、電動モータの回転速度と操舵入力軸の回転速度との間に相対的な回転速度差が略「０」であるため、電動モータの回転速度が小さくロック機構のロック状態への移行に伴って発生する音がより小さくなる。

これにより、転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量以上となりかつ操舵ハンドルの操作速度の絶対値がロック作動開始操作速度以上となったときに、直ちに、ロック機構をロック状態に移行させることによって、ロック状態への移行に伴って発生する小さな音を転舵輪がストッパに当接することによって発生する音に紛れ込ますことができる。したがって、運転者によって耳障りな音をより知覚され難くすることができる。

また、本発明の他の特徴は、前記作動制御装置が、さらに、前記ロック作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記ロック作動開始回転量未満であると判定されると、前記ロック機構を前記操舵入力軸と前記転舵出力軸との相対的な回転を許容するアンロック状態に移行させるアンロック作動制御手段と、前記アンロック作動制御手段によって前記ロック機構が前記アンロック状態に移行されており、前記維持作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量未満であると判定されると、前記操舵入力軸の回転量に対する前記転舵出力軸の回転量の伝達比を変更するために前記電動モータを通常作動させるモータ通常作動制御手段とを備えて構成されることにもある。

これによれば、作動制御装置は、転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量以上であればロック機構をロック状態に維持し、転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量未満となればアンロック作動手段によってロック機構をアンロック状態に移行させることができる。また、作動制御装置は、ロック機構がアンロック状態に移行された後、転舵出力軸の回転量の絶対値がロック作動開始回転量未満であり維持作動開始回転量以上であれば電動モータを維持作動させ、転舵出力軸の回転量の絶対値が維持作動開始回転量未満となれば操舵入力軸の回転量に対する転舵出力軸の回転量の伝達比を変更するためにモータ通常作動制御手段によって電動モータを通常作動させることができる。

したがって、ロック機構がアンロック状態からロック状態に移行するときと、ロック状態からアンロック状態に移行するときとで、電動モータの作動状態を同一とすることができる。これにより、ロック機構の作動切り換えを極めてスムーズに行うことができるとともに、同作動切り換えに伴う操舵ハンドルの操作感を極めてスムーズに変化させることができる。

ａ．第１実施形態
以下、本発明の実施形態に係る車両に搭載された伝達比可変操舵装置（以下、単に操舵装置という）について図面を用いて詳細に説明する。図１は、第１実施形態および第２実施形態に共通の操舵装置を概略的に示している。

この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、操舵入力軸１２の上端に固定されており、操舵入力軸１２の下端は、伝達比可変アクチュエータ２０に接続されている。

伝達比可変アクチュエータ２０は、操舵入力軸１２と転舵出力軸１３とを相対回転可能に接続し、操舵入力軸１２の回転量（または回転角）に対して、接続された転舵出力軸１３の回転量（または回転角）を適宜変更するものである。このため、伝達比可変アクチュエータ２０は、電動モータ２１（以下、この電動モータをＶＧＲＳモータ２１という）と、同モータ２１の回転を許容（アンロック）または規制（ロック）するロック機構２２と、減速機２３とを備えている。

ＶＧＲＳモータ２１は、例えば、三相交流ブラシレスモータなどであり、モータハウジング２１ａが操舵入力軸１２と一体的に接続されていて、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に従って一体的に回転するようになっている。そして、ＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂの基端側は、モータハウジング２１ａ内にて固定されたロック機構２２に接続されており、また、駆動シャフト２１ｂの先端側は減速機２３に接続されている。なお、以下の説明においては、ＶＧＲＳモータ２１のモータハウジング２１ａを操舵入力軸１２に対して一体的に（直接的に）接続して実施するが、例えば、操舵入力軸１２に一体的に接続されたケーシング部材にＶＧＲＳモータ２１を固定的に収容して実施することも可能である。

ロック機構２２は、図２に示すように、駆動シャフト２１ｂの外周に固定されたロックホルダ２２ａと、ロックホルダ２２ａに対して当接または離間するロックレバー２２ｂとを備えている。ロックホルダ２２ａは、駆動シャフト２１ｂと一体的に回転する円盤状の部材であり、その外周に複数の溝部２２ａ１が形成されている。ロックレバー２２ｂは、その先端部分にロックホルダ２２ａに形成された溝部２２ａ１と係合する係合部２２ｂ１が形成されている。

また、ロックレバー２２ｂは、その略中央部分にて、駆動シャフト２１ｂの軸線方向と平行に配置されモータハウジング２１ａに対して一端部側が一体的に固定されたロックピン２２ｃの他端部側に回転摺動可能に組み付けられている。さらに、ロックレバー２２ｂは、その基端部分にて、ソレノイド２２ｄに接続されている。ソレノイド２２ｄは、後述する作動制御に基づいて、通電状態により収縮動作する。

そして、ロック機構２２は、ソレノイド２２ｄへの通電が遮断された状態において、ロックレバー２２ｂが図示省略のバネの付勢力によってロックピン２２ｃの軸線周りに回転し、係合部２２ｂ１がロックホルダ２２ａの溝部２２ａ１に対して係合する。なお、以下の説明において、この係合状態をロック状態という。一方、ロック機構２２は、ソレノイド２２ｄに通電された状態において、ロックレバー２２ｂがソレノイド２２ｄの収縮動作によってロックピン２２ｃの軸線周りに回転し、係合部２２ｂ１がロックホルダ２２ａの溝部２２ａ１から離間する。なお、以下の説明において、この離間状態をアンロック状態という。

減速機２３は、所定のギア機構（例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）機構または遊星ギア機構など）によって構成されており、転舵出力軸１３の一端側はこのギア機構に接続されている。これにより、減速機２３は、ＶＧＲＳモータ２１の回転力が駆動シャフト２１ｂを介して伝達されると、所定のギア機構によって駆動シャフト２１ｂの回転を適宜減速して転舵出力軸１３に回転を伝達する。したがって、伝達比可変アクチュエータ２０は、ＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂを介して、操舵入力軸１２と転舵出力軸１３とを相対回転可能に連結しており、操舵入力軸１２の回転量（または回転角）に対する転舵出力軸１３の回転量（または回転角）の比、すなわち、操舵入力軸１２から転舵出力軸１３への回転の伝達比を適宜変更することができる。

また、操舵装置は、転舵出力軸１３の他端側に接続された転舵ギアユニット３０を備えている。転舵ギアユニット３０は、例えば、ラックアンドピニオン式を採用したギアユニットであり、転舵出力軸１３に一体的に組み付けられたピニオンギア３１の回転がラックバー３２に伝達されるようになっている。また、転舵ギアユニット３０には、運転者によって操舵ハンドル１１に入力される操舵力（操舵トルク）を軽減するための電動モータ３３（以下、この電動モータをＥＰＳモータ３３という）が設けられており、ＥＰＳモータ３３の発生するトルク（アシスト力）がラックバー３２に伝達されるようになっている。

この構成により、転舵出力軸１３の回転力が一体的に回転するピニオンギア３１を介してラックバー３２に伝達されるとともに、ＥＰＳモータ３３のアシスト力がラックバー３２に伝達される。これにより、ラックバー３２は、ピニオンギア３１からの回転力およびＥＰＳモータ３３のアシスト力によって軸線方向に変位する。したがって、ラックバー３２の両端に接続された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、左右に転舵されるようになっている。

さらに、操舵装置は、車速センサ４１、操舵角センサ４２、回転角センサ４３、トルクセンサ４４およびモータ電流値検出センサ４５を備えている。車速センサ４１は、車両の車速Vを検出して出力する。操舵角センサ４２は、操舵入力軸１２の回転量すなわち操舵ハンドル１１の回転量を検出して回転角θs（操舵ハンドル１１の操舵角に対応）として出力する。回転角センサ４３は、ＶＧＲＳモータ２１のモータハウジング２１ａに組み付けられて、操舵入力軸１２（すなわちモータハウジング２１ａ）の回転量に対する駆動シャフト２１ｂの回転量を検出して回転角θmとして出力する。トルクセンサ４４は、転舵出力軸１３に発生する捩れを検出して同発生した捩れに対応するトルクTを出力する。モータ電流値検出センサ４５は、ＶＧＲＳモータ２１に流れる電流値Iを検出して出力する。

次に、上述した伝達比可変アクチュエータ２０（詳しくは、ＶＧＲＳモータ２１とソレノイド２２ｄ）および転舵ギアユニット３０（詳しくは、ＥＰＳモータ３３）の作動を制御する電気制御装置５０について説明する。

電気制御装置５０は、伝達比可変アクチュエータ２０のＶＧＲＳモータ２１およびロック機構２２のソレノイド２２ｄの作動を制御する電子制御ユニット５１（以下、この電子制御ユニットをＶＧＲＳＥＣＵ５１という）と、転舵ギアユニット３０のＥＰＳモータ３３の作動を制御する電子制御ユニット５２（以下、この電子制御ユニットをＥＰＳＥＣＵ５２という）とを備えている。これらＶＧＲＳＥＣＵ５１およびＥＰＳＥＣＵ５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするものである。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１およびＥＰＳＥＣＵ５２は、例えば、車両内に構築された通信回線Aを介して、互いに通信可能とされている。

また、ＶＧＲＳＥＣＵ５１の入力側には、車速センサ４１、操舵角センサ４２、回転角センサ４３およびモータ電流値検出センサ４５が接続されており、ＥＰＳＥＣＵ５２の入力側には、操舵角センサ４２およびトルクセンサ４４が接続されている。これにより、ＶＧＲＳＥＣＵ５１およびＥＰＳＥＣＵ５２は、これら接続された各センサによる各検出値を用いて後述する各種プログラムを含む各種プログラムを実行し、ＶＧＲＳモータ２１、ソレノイド２２ｄおよびＥＰＳモータ３３の作動をそれぞれ制御する。このため、ＶＧＲＳＥＣＵ５１の出力側には、ＶＧＲＳモータ２１およびソレノイド２２ｄを駆動させるための駆動回路５３，５４が接続され、ＥＰＳＥＣＵ５２の出力側には、ＥＰＳモータ３３を駆動させるための駆動回路５５が接続されている。

次に、上記のように構成した操舵装置の第１実施形態における作動について説明する。図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、伝達比可変アクチュエータ２０のＶＧＲＳモータ２１を駆動させて伝達比Gを連続的に変更する伝達比可変制御を開始する。また、ＥＰＳＥＣＵ５２は、転舵ギアユニット３０のＥＰＳモータ３３を駆動させて運転者による操舵ハンドル１１の操作力を軽減するトルクアシスト制御を開始する。以下、ＶＧＲＳＥＣＵ５１による伝達比可変制御とＥＰＳＥＣＵ５２によるトルクアシスト制御を簡単に説明しておく。

まず、伝達比可変制御から説明すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、車速センサ４１から現在の車速Vを入力するとともに、例えば、図３に示すようなテーブルを参照して、検出された車速Vに応じた伝達比Gを決定する。なお、伝達比Gは、車速Vの増大に伴って非線形的にかつ連続的に小さくなる特性を有している。そして、伝達比Gが決定された状態において、運転者が操舵ハンドル１１の回動操作を開始すると、操舵入力軸１２、伝達比可変アクチュエータ２０、転舵出力軸１３およびピニオンギア３１も回転を開始する。この運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴い、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、操舵角センサ４２によって検出された操舵入力軸１２の回転角θsを入力する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、入力した回転角θsと決定した伝達比Gとを乗算することにより、操舵入力軸１２の回転角θs（すなわち操舵ハンドル１１の操舵角）に対するピニオンギア３１の目標回転角θph（すなわち左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角に対応）を計算する。

次に、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算したピニオンギア３１の目標回転角θphを実現するために必要なＶＧＲＳモータ２１の作動量すなわち駆動シャフト２１ｂの目標回転角θmhを計算する。具体的に説明すると、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴って、操舵入力軸１２と一体的に接続されたＶＧＲＳモータ２１のモータハウジング２１ａが回転する。このとき、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、モータハウジング２１ａの回転に応じて転舵出力軸１３に一体的に接続されたピニオンギア３１を回転させるために、駆動回路５３を制御してＶＧＲＳモータ２１を駆動させる。このＶＧＲＳモータ２１の駆動制御において、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、操舵入力軸１２の回転角θsに対してピニオンギア３１が目標回転角θphになるように、目標回転角θmhを計算する。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、操舵入力軸１２に対する駆動シャフト２１ｂの目標回転角θmhを下記式１に従って計算する。
θmh＝θph−θs＝(G−1)・θs …式１
なお、以下の説明においては、前記式１中の(G−1)を可変アシスト比Kvともいう。

そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、前記式１に従って目標回転角θmhを計算すると、回転角センサ４３によって検出される回転角θmが目標回転角θmhとなるまでオーバーシュートさせることなく駆動回路５３を制御して、ＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂを回転させる。これにより、転舵出力軸１３に接続されたピニオンギア３１は、操舵入力軸１２の回転角θsに対して駆動シャフト２１ｂの目標回転角θmh分だけ加算または減算された、言い換えれば、操舵入力軸１２の回転角θsに対して伝達比Gとなる目標回転角θphに回転される。したがって、このピニオンギア３１の回転に応じてラックバー３２が軸線方向に変位することにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は目標回転角θphに対応する目標転舵角に転舵される。

このように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が目標回転角θphに対応する目標転舵角に転舵されることによって、運転者は車速Vに応じて良好な操舵操作性（操舵フィーリング）を得ることができる。具体的には、検出車速Vが増大すると伝達比Gが小さく決定されることから、操舵入力軸１２の回転方向に対してピニオンギア３１は相対的に逆方向に回転される。すなわち、この場合には、ピニオンギア３１の目標回転角θphは、操舵入力軸１２（操舵ハンドル１１）の回転角θsから駆動シャフト２１ｂの目標回転角θmhを減じることによって計算される。このため、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作量に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が小さく、言い換えれば、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が穏やかに転舵されるようになる。これにより、運転者は容易に操舵ハンドル１１を操作することができるとともに、高速走行時における車両の挙動を安定させることができる。

一方、検出車速Vが減少すると伝達比Gが大きく設定されることから、操舵入力軸１２の回転方向にて転舵出力軸１３は相対的に多く回転される。すなわち、この場合には、ピニオンギア３１の目標回転角θphは、操舵入力軸１２（操舵ハンドル１１）の回転角θsに駆動シャフト２１ｂの目標回転角θmhを加算することによって計算される。このため、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作量に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が大きく、言い換えれば、操舵ハンドル１１の回動操作に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が速やかに転舵される。これにより、例えば、車庫入れなどにおいては、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作量を少なくすることができて、運転者の操作負担を軽減することができる。

次に、トルクアシスト制御を説明する。ＥＰＳＥＣＵ５２は、運転者によって操舵ハンドル１１の回動操作量とトルク（すなわち操舵トルク）の大きさに応じて、回動操作に必要な操舵トルクを軽減すべくＥＰＳモータ３３を駆動させて、ラックバー３２にアシスト力を伝達する。すなわち、ＥＰＳＥＣＵ５２は、操舵角センサ４２から回転角θsを入力するとともにトルクセンサ４４からトルクTを入力し、これら入力した回転角θsおよびトルクTの大きさに応じてＥＰＳモータ３３を駆動させるための制御量を設定する。そして、ＥＰＳＥＣＵ５２は、設定した制御量に基づいて、オーバーシュートさせることなく、駆動回路５５を制御して、ＥＰＳモータ３３を駆動させる。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴う操舵トルクが軽減され、運転者の肉体的な負担を軽減することができる。

このように、伝達比可変アクチュエータ２０を採用した操舵装置においては、上述したように、特に、検出車速Vが小さいときには、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作量を小さくして車両を良好に旋回させることができる。言い換えれば、検出車速Vが小さい状況においては、運転者による操舵ハンドル１１の操舵角に対して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角を大きくすることができる。したがって、検出車速Vが小さい状況においては、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵可能範囲を機械的に決定するメカストッパ位置に対応する最大角度（以下、この最大角度をメカエンド角θ_endという）までピニオンギア３１の回転角θpが変化する頻度が高くなる。

ところで、ピニオンギア３１の回転角θpがメカエンド角θ_endまで変化したときには、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵動作がメカストッパによって強制的に停止される。このため、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、例えば、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の強制的な停止に伴って入力する外力が伝達比可変アクチュエータ２０に与えるダメージを低減するために、ロック機構２２をロック状態となるように作動制御する。このＶＧＲＳＥＣＵ５１による作動制御に従って、ロック機構２２は、ロックホルダ２２ａの外周上に形成された複数の溝部２２ａ１に対してロックレバー２２ｂに形成された係合部２２ｂ１を係合させてロック状態に移行する。ここで、ロック機構２２がロック状態に移行する際においては、特に、ロックホルダ２２ａが高速で回転していると、ロックレバー２２ｂとロックホルダ２２ａとの当接に伴う打音（以下、この打音をロック音という）が発生し、このロック音が運転者によって耳障りな音として認識される可能性がある。

このため、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、図４に示すロック機構作動制御プログラムを実行し、ピニオンギア３１の回転角θpがメカエンド角θ_endまで変化する転舵状態にあるときには、ロック音が運転者によって認識され難くなるように、ロック機構２２をロック状態に移行させる。以下、この作動制御プログラムを具体的に説明する。

ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、ロック機構作動制御プログラムの実行をステップＳ１０にて開始し、ステップＳ１１にて、操舵角センサ４２から操舵入力軸１２の回転角θsを入力するとともに回転角センサ４３からＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂの回転角θmを入力する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、各検出値を入力すると、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ピニオンギア３１の回転角θpを、前記ステップＳ１１にて入力した回転角θsおよび回転角θmを用いた下記式２に従って計算する。
θp＝θs＋θm・Kb …式２
ただし、前記式２中のKbは減速機２３のギア比を表す。

続くステップＳ１３においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した回転角θpの絶対値がメカエンド角θ_endよりも小さく設定されたロック作動開始回転量としてのロック角θ_lock以上であるか否かを判定する。ここで、ロック角θ_lockは、ロック機構２２がロック状態に移行するために必要な駆動シャフト２１ｂの回転量、より詳しくは、ロックホルダ２２ａの溝部２２ａ１の形成間隔に基づいて、予め実験的に設定される定数である。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上であれば、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１４に進む。

一方、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した回転角θpの絶対値がロック角θ_lock未満であれば、ロック機構２２をアンロック状態に維持するために「Ｎｏ」と判定する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上となるまで「Ｎｏ」と判定し続け、ステップＳ１１およびステップＳ１２の各ステップ処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１４においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、運転者による操舵ハンドル１１の操舵角速度ωsの絶対値が予め設定されたロック作動開始操作速度としてのロック操舵角速度ω_lock以上であるか否かを判定する。ここで、ロック操舵角速度ω_lockは、ソレノイド２２ｄの応答時間やロックホルダ２２ａに形成された溝部２２ａ１の形成間隔などを考慮して、ピニオンギア３１の回転角θpがロック角θ_lockからメカエンド角θ_endに到達する直前に、ロック機構２２がロック状態に移行できるように実験に基づいて設定される定数である。

具体的に説明すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、例えば、前記ステップＳ１１にて入力した操舵入力軸１２すなわち操舵ハンドル１１の回転角θsを時間微分して操舵角速度ωsを計算する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した操舵角速度ωsの絶対値がロック操舵角速度ω_lock以上であれば、直ちにロック機構２２をロック状態に移行させるために「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ロック機構２２をロック状態とするために、駆動回路５４を介してソレノイド２２ｄに供給する電流値（以下、この電流値をロック電流値I_lockという）を「０」に設定し、ソレノイド２２ｄへの給電を遮断する。これにより、ソレノイド２２ｄの収縮動作が解除され、ロックレバー２２ｂは図示省略のバネの付勢力によってロックピン２２ｃの軸線周りに回転する。そして、ロックレバー２２ｂの先端部分に形成された係合部２２ｂ１がロックホルダ２２ａの外周上に形成された溝部２２ａ１に係合し、ロック機構２２がロック状態となる。

ここで、運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、伝達比可変アクチュエータ２０のＶＧＲＳモータ２１は、この運転者の回動操作に追従して転舵出力軸１３に接続されたピニオンギア３１を回転させて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させる。したがって、運転者によって操舵ハンドル１１が大きな操舵角速度ωsで回動操作された場合には、ＶＧＲＳモータ２１は高速で回転して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を速やかに転舵させる。そして、ＶＧＲＳモータ２１が高速で回転している状況において、ロック機構２２がロック状態に移行すると、発生するロック音は大きくなる。

一方で、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２がメカエンド角θ_endに対応する最大転舵角まで転舵される状況において、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵動作が強制的に停止されると、この停止に伴う打音（以下、この打音をエンド当たり音という）が必然的に発生する。そして、このエンド当たり音も、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が速やかに転舵されるほど大きくなる。

ところで、ロック操舵角速度ω_lockは、高速で回転するピニオンギア３１の回転角θpがメカエンド角θ_endに到達する直前にロック機構２２がロック状態に移行するように設定される。したがって、操舵角速度ωsの絶対値がロック操舵角速度ω_lock以上となったときには、ロック音が発生するタイミングとエンド当たり音が発生するタイミングとを略一致させることができる。これにより、運転者にとって耳障りなロック音を必然的に発生するエンド当たり音に紛れ込ますことができ、運転者がロック音を認識し難くすることができる。

このように、ロック機構２２を直ちにロック状態へ移行させると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ１７にて本プログラムの実行を一旦終了する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、所定に短い時間の経過後、ふたたび、ロック機構作動制御プログラムの実行をステップＳ１０にて開始する。

一方、計算した操舵角速度ωsの絶対値がロック操舵角速度ω_lock未満であれば、ＶＧＲＳモータ２１は比較的ゆっくりと回転しており、発生するロック音は比較的小さくなる。したがって、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ１４にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ１６に進む。ステップＳ１６においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、例えば、ＶＧＲＳモータ２１に流れる駆動電流値Imの最大値Im_maxを制限した状態で、通常ロック作動制御により、ロック機構２２をロック状態に移行させる。

具体的に説明すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、例えば、図５に示すように、前記ステップＳ１２にて計算されたピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock未満のときに設定される駆動電流値Imの最大値Im_max（一定値）に対して、回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上のときには、回転角θpの絶対値の増加に伴って最大値Im_maxを線形的に小さく変更する。これにより、ピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がメカエンド角θ_endまで変化する状況においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、変更された最大値Im_maxとモータ電流値検出センサ４５によって検出された電流値Iとに基づき、駆動回路５３を制御してＶＧＲＳモータ２１をよりゆっくりと回転させる。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ＶＧＲＳモータ２１がゆっくりと回転している状態で、例えば、回転角θpの絶対値がメカエンド角θ_endと一致したときに、ロック機構２２をロック状態に移行させる。これにより、ロック状態への移行に伴って発生するロック音を小さくすることができ、運転者がロック音を認識し難くすることができる。

このように、ロック機構２２をロック状態に移行させると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ１７にて本プログラムの実行を一旦終了する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、所定に短い時間の経過後、ふたたび、ロック機構作動制御プログラムの実行をステップＳ１０にて開始する。

ここで、ロック機構作動制御プログラムに実行によって、ロック機構２２がロック状態にある状態において、例えば、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に伴ってピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock未満になると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ロック機構２２をアンロック状態に移行させる。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、駆動回路５４を制御して、ソレノイド２２ｄに対して所定の大きさに設定されたロック電流値I_lockの供給を開始する。これにより、ソレノイド２２ｄは、収縮動作を開始し、図示省略のバネの付勢力に抗してロックレバー２２ｂをロックピン２２ｃの軸線周りに回転させる。したがって、ロックレバー２２ｂの係合部２２ｂ１とロックホルダ２２ａの溝部２２ａ１とが互いに離間し、ロック機構２２は係合が解除されたアンロック状態に移行する。

以上の説明からも理解できるように、この第１実施形態によれば、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ロック機構作動制御プログラムのステップＳ１３にて転舵出力軸１３と一体的に回転するピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上であると判定し、かつ、ステップＳ１４にて操舵ハンドル１１の操舵角速度ωsの絶対値がロック操舵角速度ω_lock以上であると判定したときには、ステップＳ１５にてロック機構２２を直ちにロック状態に移行させることができる。これにより、ロック状態への移行に伴って発生するロック音と左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２がメカエンドストッパに当接することによって発生するエンド当たり音の発生タイミングを略同時とすることができる。

これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２がメカエンドストッパに当接する直前にロック機構２２をロック状態に移行させることができるため、伝達比可変アクチュエータ２０を良好に保護できる。そして、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２がメカエンドストッパに当接することによって必然的に発生するエンド当たり音に対して、ロック機構２２の作動に伴うロック音を紛れ込ますことができるため、運転者によって耳障りな音を知覚され難くすることができる。

ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、ＶＧＲＳモータ２１を運転者による操舵ハンドル１１の速い回動操作に追従させた状態でロック機構作動制御プログラムを実行し、発生するロック音をエンド当たり音に紛れ込ますことによって、運転者がロック音を認識し難くなるように実施した。しかし、ＶＧＲＳモータ２１が高速で回転している状態において、ロックレバー２２ｂの係合部２２ｂ１とロックホルダ２２ａの溝部２２ａ１との当接状態によっては、ロック音が極めて大きくなる場合があり、運転者によってロック音が認識される可能性がある。

したがって、この第２実施形態では、メカエンド角θ_endに向けて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵する状況において、操舵入力軸１２と駆動シャフト２１ｂとの間で相対的な回転変位が生じないようにＶＧＲＳモータ２１の回転速度を制御した状態で、ロック機構２２をロック状態に移行させる。以下、この第２実施形態を詳細に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この第２実施形態においては、ＶＧＲＳモータ２１の回転速度を転舵出力軸１３と一体的に回転するピニオンギア３１の回転角θpの絶対値の大きさに応じて適切に制御するために、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、図６に示すモータ回転速度制御プログラムを実行する。このモータ回転速度制御プログラムは、図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、所定の短い時間間隔によって繰り返し実行されるものである。

具体的に説明すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、モータ回転速度制御プログラムをステップＳ３０にて開始し、続くステップＳ３１にて、各センサによって検出された検出値を入力する。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、車速センサ４１から車速V、操舵角センサ４２から回転角θsおよび回転角センサ４３から回転角θmをそれぞれ入力する。そして、各検出値を入力すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１はステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ピニオンギア３１の回転角θpを、上述した第１実施形態において説明した式２に従って計算する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、回転角θpを計算すると、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した回転角θpの絶対値が、ロック角θ_lockよりも小さく設定された維持作動開始回転量としてのモータ回転固定角θ_lim以上であるか否かを判定する。ここで、モータ回転固定角θ_limは、操舵入力軸１２に対してＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂが相対的な回転変位を生じないように、言い換えれば、操舵入力軸１２と駆動シャフト２１ｂとの間に相対的な回転角速度差を生じないように、ＶＧＲＳモータ２１の駆動制御を開始するために予め設定される定数である。

すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した回転角θpの絶対値がモータ回転固定角θ_lim以上であれば、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ３４に進み、操舵入力軸１２と駆動シャフト２１ｂとの相対的な回転変位を維持してＶＧＲＳモータ２１を駆動制御する維持駆動制御ルーチンを実行する。一方、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した回転角θpの絶対値がモータ回転固定角θ_lim未満であれば、「Ｎｏ」と判定してステップＳ３５に進み、操舵入力軸１２と駆動シャフト２１ｂとの相対的な回転変位を許容してＶＧＲＳモータ２１を駆動制御する通常駆動制御ルーチンを実行する。以下、この維持駆動制御ルーチンと通常駆動制御ルーチンを具体的に説明するが、理解を容易とするために、まず、通常駆動制御ルーチンから説明する。

通常駆動制御ルーチンは、図７に示すように、ステップＳ５０にて、その実行が開始される。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ５１にて、操舵入力軸１２の回転に対するＶＧＲＳモータ２１の目標回転角θmhを、前記式１と同様に表される下記式３に従って計算する。
θmh＝Kv・θs …式３
ただし、前記式３中のKvは可変アシスト比を表す。

このように、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、目標回転角θmhを計算すると、続くステップＳ５２にて、ＶＧＲＳモータ２１をフィードバック制御するために、目標回転角θmhと回転角センサ４３によって検出された実回転角θmとの差分を計算することによって、駆動シャフト２１ｂの角度偏差Δθmを下記式４に従って計算する。
Δθm＝θmh−θm …式４

また、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、今回通常駆動制御ルーチンを実行して計算した偏差Δθm_(t)と前回ルーチンを実行したときに計算した偏差Δθm_(t-1)との差分を計算することによって、駆動シャフト２１ｂの回転角速度偏差Δωを下記式５に従って計算する。
Δω＝Δθm_(t)−Δθm_(t-1) …式５
そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、角度偏差Δθmおよび回転角速度偏差Δωを計算すると、ステップＳ５３に進む。

ステップＳ５３においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ＶＧＲＳモータ２１をフィードバック制御するためのフィードバックゲインを設定する。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、図８に示す特性テーブルを参照して角度偏差Δθmおよび回転角速度偏差Δωに対応するフィードバックゲインPfbおよびDfbを小さな値に設定する。これにより、例えば、リップル変動幅を小さく抑制することができＶＧＲＳモータ２１を安定して駆動制御することができる。なお、この通常駆動制御ルーチンにおいては、フィードバックゲインPfb，Dfbの変化特性を車速Vに対して一定として実施するが、制御状態に応じて、フィードバックゲインPfb，Dfbの変化特性を車速Vに対して変化させて実施可能であることはいうまでもない。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、フィードバックゲインPfb，Dfbを設定すると、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ＶＧＲＳモータ２１を駆動させるための駆動電流値Imを、前記ステップＳ５２にて計算した角度偏差Δθmおよび回転角速度偏差Δωと、前記ステップＳ５３にて設定したフィードバックゲインPfb，Dfbとを用いた下記式６に従って計算する。
Im＝Δθm・Pfb＋Δω・Dfb …式６
そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、続くステップＳ５５にて、モータ電流値検出センサ４５によって検出された電流値Iに基づき、ＶＧＲＳモータ２１に駆動電流値Imが適切に流れるように駆動回路５３を制御し、ＶＧＲＳモータ２１を通常駆動させる。

これにより、駆動シャフト２１ｂは前記式３に従って計算した目標回転角θmhまで操舵入力軸１２に対して相対的に回転し、転舵出力軸１３に接続されたピニオンギア３１は、回転角θsと目標回転角θmh（すなわち回転角θm）との和で表される回転角θpに回転する。その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は伝達比Gとなるように転舵され、運転者は良好な操舵フィーリングを得ることができる。

このようにＶＧＲＳモータ２１を通常駆動させると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ５６にて、通常駆動制御ルーチンの実行を終了する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、モータ回転速度制御プログラムに戻り、ステップＳ３８にて、同プログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短時間の経過後、ふたたびステップＳ３０にて、モータ回転速度制御プログラムに実行を開始する。

次に、維持駆動制御ルーチンを説明する。維持駆動制御ルーチンは、図９に示すように、ステップＳ７０にて、その実行が開始される。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ７１にて、ＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ａの目標回転角θmhを固定値としての固定目標回転角θmhfに設定する。

具体的に説明すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、モータ回転速度制御プログラムの前記ステップＳ３３にて「Ｙｅｓ」と判定した後に初めて維持駆動制御ルーチンを実行するときには、この「Ｙｅｓ」判定の直前に実行した通常駆動制御ルーチンの前記ステップＳ５１にて計算した目標回転角θmhを固定目標回転角θmhfとして設定する。また、この維持駆動制御ルーチンを２回目以降に実行するときには、前回ルーチンの実行時に設定した固定目標回転角θmhfを引き続き維持する。このように、固定目標回転角θmhfを設定することによって、操舵入力軸１２の回転位置とＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂの回転位置との相対的な回転位置関係を固定、より具体的には、操舵入力軸１２の回転角速度と駆動シャフト２１ｂの回転角速度とを略一致させることができる。

続いて、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ７２にて、ＶＧＲＳモータ２１をフィードバック制御するために、前記ステップＳ７１にて設定した固定目標回転角θmhfと回転角センサ４３によって検出された実回転角θmとの角度偏差Δθmfを下記式７に従って計算する。
Δθmf＝θmhf−θm …式７

また、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、今回維持駆動制御ルーチンを実行して計算した偏差Δθmf_(t)と前回ルーチンを実行したときに計算した偏差Δθmf_(t-1)との差分を計算することによって、駆動シャフト２１ｂの回転角速度偏差Δωfを下記式８に従って計算する。
Δωf＝Δθmf_(t)−Δθmf_(t-1) …式８
そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、角度偏差Δθmfおよび回転角速度偏差Δωfを計算すると、ステップＳ７３に進む。

ステップＳ７３においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ＶＧＲＳモータ２１をフィードバック制御するためのフィードバックゲインを設定する。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、図８に示す特性テーブルを参照して角度偏差Δθmfおよび回転角速度偏差Δωfに対応するフィードバックゲインPfbおよびDfbを、上述した通常駆動制御ルーチンの実行時に比して大きな値に設定する。

これにより、例えば、操舵入力軸１２の回転変化に対してＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂを極めて応答性よく、言い換えれば、操舵入力軸１２と駆動シャフト２１ｂとの相対回転速度差を略「０」にして、ＶＧＲＳモータ２１を維持駆動制御することができる。なお、この維持駆動制御ルーチンにおいては、フィードバックゲインPfb，Dfbの変化特性を車速Vに対して一定として実施するが、制御状態に応じて、フィードバックゲインPfb，Dfbの変化特性を車速Vに対して変化させて実施可能であることはいうまでもない。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、フィードバックゲインPfb，Dfbを設定すると、ステップＳ７４に進む。

ステップＳ７４においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、操舵入力軸１２の回転変化に対して、ＶＧＲＳモータ２１を維持駆動させるための維持駆動電流値ΔImを、前記ステップＳ７２にて計算した角度偏差Δθmfおよび回転角速度偏差Δωfと、前記ステップＳ７３にて設定したフィードバックゲインPfb，Dfbとを用いた下記式９に従って計算する。
ΔIm＝Δθmf・Pfb＋Δωf・Dfb …式９
そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、維持駆動電流値ΔImを計算すると、ステップ７５に進む。

ステップＳ７５においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ＶＧＲＳモータ２１を維持駆動させる。具体的に説明すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、操舵入力軸１２の回転位置とＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂの回転位置との相対的な回転位置関係を維持するための駆動電流値Imf_(t)を、維持駆動電流値ΔImを用いた下記式１０に従って計算する。
Imf_(t)＝Imf_(t-1)＋ΔIm …式１０
ただし、前記式１０中のImf_(t-1)は、前回、維持駆動制御ルーチンを実行したときに、操舵入力軸１２と駆動シャフト２１ｂとの相対的な回転位置関係を維持するために計算した駆動電流値を表す。

そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、モータ電流値検出センサ４５によって検出された電流値Iに基づき、ＶＧＲＳモータ２１に駆動電流値Imf_(t)が適切に流れるように駆動回路５３を制御し、ＶＧＲＳモータ２１を維持駆動させる。これにより、ＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂは、操舵入力軸１２の回転に対する相対的な回転角速度差を極めて小さくした状態、所謂、操舵入力軸１２に連れ回る状態で回転することができる。

前記ステップＳ７５にてＶＧＲＳモータ２１を維持駆動させると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ７６にて、各センサによって検出されたＶＧＲＳモータ２１の維持駆動後における検出値を入力する。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、車速センサ４１から車速V、操舵角センサ４２から回転角θsおよび回転角センサ４３から回転角θmをそれぞれ入力する。そして、各検出値を入力すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１はステップＳ７７に進む。ステップＳ７７においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ＶＧＲＳモータ２１の維持駆動後における現在のピニオンギア３１の回転角θpを前記式２に従って計算する。

このようにＶＧＲＳモータ２１を維持駆動制御すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ７８にて、維持駆動制御ルーチンの実行を終了する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、モータ回転速度制御プログラムに戻り、ステップＳ３６にて、維持駆動制御ルーチンの前記ステップＳ７７にて計算したピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上であるか否かを判定する。すなわち、回転角θpの絶対値がロック角θ_lock未満であれば、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は「Ｎｏ」と判定してステップＳ３３に戻り、ふたたび、回転角θpがモータ回転固定角θ_lim以上であるか否かを判定する。

一方、ピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上であれば、ロック機構２２をロック状態とするために、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ３７にて、上記第１実施形態において説明したロック機構作動制御プログラムの実行を開始する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ３８にてモータ速度制御プログラムプログラムの実行を一旦終了し、所定の短時間の経過後、ふたたび、ステップＳ３０にて同プログラムの実行を開始する。

ここで、第２実施形態におけるロック機構作動制御プログラムの実行に際しては、ＶＧＲＳモータ２１は、操舵入力軸１２と相対回転速度差が生じないように維持駆動制御されている。これにより、駆動シャフト２１ｂ（ロックホルダ２２ａ）が比較的ゆっくりと回転しているため、ロック機構２２がロック状態に移行するときに発生するロック音は大幅に低減される。したがって、運転者にとって耳障りなロック音を必然的に発生するエンド当たり音により良好に紛れ込ますことができ、運転者がロック音をほとんど認識できないようにすることができる。

また、この第２実施形態においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、上述したように、ロック機構２２をロック状態に移行させた後、運転者による操舵ハンドル１１の中立位置方向への回動操作に伴って、ロック状態にあるロック機構２２をアンロック状態とし、ＶＧＲＳモータ２１を維持駆動制御から通常駆動制御へスムーズに移行させる。このため、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、図１０に示す復帰制御プログラムを実行する。以下、この復帰制御プログラムを具体的に説明する。

図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、所定の短い時間間隔によって、復帰制御プログラムの実行をステップＳ９０にて開始する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、続くステップＳ９１にて、各センサによって検出された検出値を入力する。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、車速センサ４１から車速V、操舵角センサ４２から回転角θsおよび回転角センサ４３から回転角θmをそれぞれ入力する。そして、各検出値を入力すると、ＶＧＲＳＥＣＵ５１はステップＳ９２に進む。

ステップＳ９２においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、現在のピニオンギア３１の回転角θpを、上述した第１実施形態において説明した式２に従って計算する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、ステップＳ９３に進む。ステップＳ９３においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、計算した回転角θpの絶対値が、メカエンド角θ_endよりも小さく設定されたロック角θ_lock以上であるか否かを判定する。

そして、計算した回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上であれば、引き続きロック機構２２をロック状態に維持する必要があるため、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ９４に進む。ステップＳ９４においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、駆動回路５４を制御して、ロック機構２２のソレノイド２２ｄに対するロック電流値I_lockの通電を遮断した状態で維持し、ロック機構２２をロック状態に維持する。一方、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、前記ステップＳ９２にて計算した回転角θpの絶対値がロック角θ_lock未満であれば、ロック機構２２をアンロック状態に移行させるため、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は「Ｎｏ」と判定してステップＳ９５に進む。

ステップＳ９５において、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、駆動回路５４を制御し、ロック機構２２のソレノイド２２ｄに対して、所定の大きさに設定されたロック電流値I_lockの供給を開始する。これにより、ソレノイド２２ｄは、収縮動作を開始し、図示省略のバネの付勢力に抗してロックレバー２２ｂをロックピン２２ｃの軸線周りに回転させる。したがって、ロックレバー２２ｂの係合部２２ｂ１とロックホルダ２２ａの溝部２２ａ１とが互いに離間し、ロック機構２２は係合が解除されたアンロック状態に移行する。

ステップＳ９６においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、維持駆動制御ルーチンを実行する。なお、この維持駆動制御ルーチンは、上述したとおりであるため、その説明を省略する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、維持駆動制御ルーチンの実行後、ステップＳ９７にて、同ルーチンにおける前記ステップＳ７７にて計算されたピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がモータ回転固定角θ_lim以上であるか否かを判定する。すなわち、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、回転角θpの絶対値がモータ回転固定角θ_lim以上であれば、ロック機構２２のアンロック状態下でＶＧＲＳモータ２１を維持駆動させるために「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ９３，９５およびステップＳ９６の各ステップ処理を実行する。

一方、回転角θpの絶対値がモータ回転固定角θ_lim未満であれば、ＶＧＲＳモータ２１を維持駆動制御から通常駆動制御に切り替えるために「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ９８に進む。ステップＳ９８においては、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、通常駆動制御ルーチンを実行する。なお、この通常駆動制御ルーチンも、上述したとおりであるため、その説明を省略する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、通常駆動制御ルーチンの実行後、ステップＳ９９にて、復帰制御プログラムの実行を終了する。

以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態によれば、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、モータ回転速度制御プログラムにおけるステップＳ３３にて転舵出力軸１３と一体的に回転するピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lockよりも小さく設定されたモータ回転固定角θ_lim以上であると判定されると、維持駆動制御ルーチンを実行する。そして、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、同ルーチンのステップＳ７５にてＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂの回転角θmと操舵入力軸１２の回転角θsとの間の相対的な回転位置関係を維持した状態でＶＧＲＳモータ２１を維持駆動させる。

これにより、上述したロック機構作動制御プログラムの実行により、転舵出力軸１３と一体的に回転するピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上となりかつ操舵ハンドル１１の操舵角速度ωsの絶対値がロック操舵角速度ω_lock以上となったときに、直ちに、ロック機構２２をロック状態に移行させることによって、より小さなロック音を左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２がメカエンドストッパに当接することによって発生するエンド当たり音に紛れ込ますことができる。したがって、運転者によって耳障りな音をより知覚され難くすることができる。

また、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、復帰制御プログラムを実行することにより、同プログラムのステップＳ９３にて転舵出力軸１３と一体的に回転するピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock以上であればロック機構２２をロック状態に維持し、ピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock未満となればステップＳ９５にてロック機構２２をアンロック状態に移行させることができる。また、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、転舵出力軸１３と一体的に回転するピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がロック角θ_lock未満でありモータ回転固定角θ_lim以上であれば、ステップＳ９６にて維持駆動制御ルーチンを実行してＶＧＲＳモータ２１を維持駆動させる。また、ＶＧＲＳＥＣＵ５１は、転舵出力軸１３と一体的に回転するピニオンギア３１の回転角θpの絶対値がモータ回転固定角θ_lim未満となれば、ステップＳ９８にて通常駆動制御ルーチンを実行してＶＧＲＳモータ２１を通常駆動させることができる。

これにより、ロック機構２２がアンロック状態からロック状態に移行するときと、ロック状態からアンロック状態に移行するときとで、ＶＧＲＳモータ２１の作動状態を同一とすることができる。これにより、ロック機構２２の作動切り換えを極めてスムーズに行うことができるとともに、同作動切り換えに伴う操舵ハンドル１１の操作感を極めてスムーズに変化させることができる。

また、本発明の実施にあたっては、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記各実施形態においては、ピニオンギア３１の実回転角θpを、操舵角センサ４２によって検出された操舵入力軸１２の実回転角θsおよび回転角センサ４３によって検出されたＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂの実回転角θmを用いた前記式２に従って計算するように実施した。しかしながら、例えば、操舵装置に転舵出力軸１３すなわちピニオンギア３１の回転角θpを検出可能なセンサ（例えば、転舵出力軸１３の回転を検出する回転角センサやラックバー３２の軸線方向変位を検出する変位センサ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角を検出する転舵角センサなど）が設けられている場合には、このセンサによって検出された実回転角θpを用いて実施することができる。この場合であっても、上記第１実施形態にて説明したロック機構作動制御プログラム、上記第２実施形態にて説明したモータ回転速度制御プログラムおよび復帰制御プログラムを全く同様に実施することができ、その結果、同様の効果を得ることができる。

また、上記第２実施形態においては、ＶＧＲＳモータ２１を維持駆動制御するときに、通常駆動制御に比して大きなフィードバックゲインPfb，Dfbを設定し、ＶＧＲＳモータ２１の駆動シャフト２１ｂを操舵入力軸１２の回転に対して応答性よく追従させるように実施した。これに対して、例えば、ＶＧＲＳモータ２１の各相に同一の電流値を無条件に供給（所謂、相固定）することによって、操舵入力軸１２と駆動シャフト２１ｂとの間の相対的な回転変位関係が変化しないように実施することも可能である。これにより、維持駆動制御内容を簡略化することができる。

また、上記各実施形態においては、ロック機構作動制御プログラム、モータ回転速度制御プログラムおよび復帰制御プログラムを、操舵装置に設けられた伝達比可変アクチュエータ２０のＶＧＲＳモータ２１およびロック機構２２の制御に適用して実施した。しかし、電動モータの回転量に応じてロック機構を作動制御する他の構成の装置（例えば、ステアバイワイヤ方式の操舵装置や操舵ハンドルロック装置など）に、上記各プログラムをそれぞれ適用して実施可能であることはいうまでもない。このように、他の構成の装置に上記各プログラムを適用して実施した場合であっても、ロック状態に移行したときに発生するロック音を認識され難くすることができる。

さらに、上記実施形態および各変形例においては、転舵ギアユニット３０にＥＰＳモータ３３を設けてラックバー３２にアシスト力を伝達するように構成して実施した。しかし、ＥＰＳモータ３３の配置については、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力を伝達可能であれば、例えば、アシスト力を転舵出力軸１３に伝達するように配置するなど、いかなる態様で配置してもよい。また、上記実施形態および各変形例においては、転舵ギアユニット３０にラックアンドピニオン式を採用して実施したが、例えば、ボールねじ機構を採用して実施することもできる。

本発明の第１および第２実施形態に共通の車両の操舵装置の概略図である。 ロック機構の構造を説明するための図である 車速と伝達比の関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係り、図１のＶＧＲＳＥＣＵによって実行されるロック機構作動制御プログラムを示すフローチャートである。 図４のロック機構作動制御プログラムにおける通常ロック制御時にＶＧＲＳモータに供給する駆動電流値の最大値の変化特性を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係り、図１のＶＧＲＳＥＣＵによって実行されるモータ回転速度制御プログラムを示すフローチャートである。 図６のモータ回転速度制御プログラムにおける通常駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。 車速とフィードバックゲインの関係を示すグラフである。 図６のモータ回転速度制御プログラムにおける維持駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係り、図１のＶＧＲＳＥＣＵによって実行される復帰制御プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…転舵出力軸、２０…可変ギア比アクチュエータ、２１…ＶＧＲＳモータ、２１ａ…モータハウジング、２１ｂ…駆動シャフト、２２…ロック機構、２２ａ…ロックホルダ、２２ｂ…ロックレバー、２２ｄ…ソレノイド、２３…減速機、３０…転舵ギアユニット、３１…ピニオンギア、３２…ラックバー、３３…ＥＰＳモータ、４１…車速センサ、４２…操舵角センサ、４３…回転角センサ、４４…トルクセンサ、４５…モータ電流値検出センサ、５１…ＶＧＲＳＥＣＵ、５２…ＥＰＳＥＣＵ、５３，５４，５５…駆動回路

Claims (6)

1. 操舵ハンドルの回動操作に伴って一体的に回転する操舵入力軸と、転舵輪を転舵する転舵機構に接続される転舵出力軸と、前記操舵入力軸側に接続された電動モータと前記転舵出力軸側に接続されて前記電動モータの駆動シャフトの回転を減速する減速機とから構成されて前記操舵入力軸の回転量に対する前記転舵出力軸の回転量の伝達比を変更して前記転舵出力軸を回転させる伝達比可変アクチュエータと、前記操舵入力軸と前記転舵出力軸との相対的な回転を禁止または許容するロック機構と、前記伝達比可変アクチュエータの作動および前記ロック機構の作動を制御する作動制御装置とを備えた伝達比可変操舵装置において、前記作動制御装置を、
   前記転舵出力軸の回転量を検出する転舵出力軸回転量検出手段と、
   前記転舵輪の転舵可能範囲を機械的に決定するストッパ位置に対応する前記転舵出力軸の最大回転量よりも小さく設定されて前記転舵出力軸の回転量の絶対値が前記最大回転量となるまでに前記ロック機構を前記操舵入力軸と前記転舵出力軸との相対的な回転を禁止するロック状態に移行させるために予め設定されたロック作動開始回転量と、前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値とを比較し、同検出された回転量の絶対値が前記ロック作動開始回転量以上であるか否かを判定するロック作動開始判定手段と、
   前記操舵ハンドルの操作速度を検出する操作速度検出手段と、
   前記操舵ハンドルの操作に追従して回転する転舵出力軸の回転量の絶対値が前記ロック作動開始量から前記最大回転量になるまでに前記ロック機構をロック状態に移行させるために予め設定されたロック作動開始操作速度と、前記検出された前記操舵ハンドルの操作速度の絶対値とを比較し、同検出された操作速度の絶対値が前記ロック作動開始操作速度以上であるか否かを判定する操作速度判定手段と、
   前記ロック作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記ロック作動開始回転量以上であると判定され、かつ、前記操作速度判定手段によって前記検出された操舵ハンドルの操作速度の絶対値が前記ロック作動開始操作速度以上であると判定されると、前記ロック機構を直ちにロック状態に移行させるロック作動制御手段とで構成したことを特徴とする伝達比可変操舵装置。
2. 請求項１に記載した伝達比可変操舵装置において、
   前記転舵出力軸回転量検出手段を、
   前記操舵入力軸の回転量を検出する操舵入力軸回転量検出手段と、
   前記電動モータの駆動シャフトの回転量を検出するモータ駆動シャフト回転量検出手段と、
   前記検出された操舵入力軸の回転量と前記検出された駆動シャフトの回転量とを用いて前記転舵出力軸の回転量を算出する回転量算出手段とで構成したことを特徴とする伝達比可変操舵装置。
3. 請求項１に記載した伝達比可変操舵装置において、
   前記作動制御装置は、さらに、
   前記ロック作動開始回転量よりも小さく設定されて前記電動モータの駆動シャフトの回転量と前記操舵入力軸の回転量との間の相対的な回転量差を維持した状態で前記電動モータを前記操舵入力軸の回転に追従させて作動させる維持作動を開始するために予め設定された維持作動開始回転量と、前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値とを比較し、同検出された回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量以上であるか否かを判定する維持作動開始判定手段と、
   前記維持作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量以上であると判定されると、前記電動モータを前記維持作動させるモータ維持作動制御手段とを備えて構成されることを特徴とする伝達比可変操舵装置。
4. 請求項３に記載した伝達比可変操舵装置において、
   前記モータ維持作動制御手段は、
   前記維持作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量以上となった時点における、前記操舵入力軸の回転量に対する前記転舵出力軸の回転量の伝達比を実現する前記電動モータの駆動シャフトの回転量と、前記操舵入力軸の回転量との相対的な回転量差を維持した状態で、前記電動モータを前記維持作動させることを特徴とする伝達比可変操舵装置。
5. 請求項３に記載した伝達比可変操舵装置において、
   前記モータ維持作動制御手段は、
   フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを大きく設定して、前記電動モータを維持作動させることを特徴とする伝達比可変操舵装置。
6. 請求項３に記載した伝達比可変操舵装置において、
   前記作動制御装置は、さらに、
   前記ロック作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記ロック作動開始回転量未満であると判定されると、前記ロック機構を前記操舵入力軸と前記転舵出力軸との相対的な回転を許容するアンロック状態に移行させるアンロック作動制御手段と、
   前記アンロック作動制御手段によって前記ロック機構が前記アンロック状態に移行されており、前記維持作動開始判定手段によって前記検出された転舵出力軸の回転量の絶対値が前記維持作動開始回転量未満であると判定されると、前記操舵入力軸の回転量に対する前記転舵出力軸の回転量の伝達比を変更するために前記電動モータを通常作動させるモータ通常作動制御手段とを備えて構成されることを特徴とする伝達比可変操舵装置。

Images