JP4900167B2

JP4900167B2 - 車両用操舵装置

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Publication number: JP4900167B2
Application number: JP2007251603A
Authority: JP
Inventors: 彰男安田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009083517A; DE102008049065A1

Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。

従来から、車両用操舵装置には、舵輪の操舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比（以下、舵角比と呼ぶ）を電動モータの出力により可変する舵角比可変装置（以下、ＶＧＲＳと略す）と、転舵輪の転舵を電動モータの出力によりアシストする電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略す）とを備えるものが公知である。

例えば、特許文献１の車両用操舵装置は、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構を具備し、舵輪からピニオンに至る力の伝達経路上に電動モータを含むＶＧＲＳの要部が組み込まれ、ラックから転舵輪に至る力の伝達経路上にＥＰＳの電動モータが組み込まれている（以下、ＶＧＲＳの電動モータを第１電動モータと呼び、ＥＰＳの電動モータを第２電動モータと呼ぶ）。しかし、特許文献１の車両用操舵装置によれば、第２電動モータがラックから転舵輪に至る力の伝達経路上に組み込まれているため、第２電動モータに水滴等が付着する虞が高く、外部に対する保護に欠けるものである。

これに対し、特許文献２の車両用操舵装置によれば、舵輪からピニオンに至る力の伝達経路上に、第１電動モータを含むＶＧＲＳの要部、および第２電動モータを含むＥＰＳの要部の両方が組み込まれており、第２電動モータをラックから転舵輪に至る力の伝達経路上に組み込むことによる不具合が解消されている。しかし、第１、第２電動モータを両方とも舵輪からピニオンに至る力の伝達経路上に組み込む場合、多数の機器が存在する車両内に第１、第２電動モータを配する必要があり、第１、第２電動モータの組み込みに対する制約が大きい。

すなわち、第１、第２電動モータを両方とも舵輪からピニオンに至る力の伝達経路上に組み込んで車両内に配する場合、車両用操舵装置の搭載性が低下してしまう。

また、従来の車両用操舵装置には、ＥＰＳが故障して転舵輪の転舵に支障が発生することを防止するために、第２電動モータ、および第２電動モータの動作を制御する制御装置が３並列化されたり（例えば、特許文献３参照）、制御装置に搭載される駆動回路が２並列化されたりしているものがある（例えば、特許文献４参照）。

このように、従来の車両用操舵装置によれば、第２電動モータ等の予備を配することで、ＥＰＳの故障に対応している。このため、従来の車両用操舵装置は、ＥＰＳ故障対応の予備を配することによるコストアップや大型化も問題視されている。
特開平５−１０５１０３号公報特開２００３−７２５７４号公報特開２００３−２００８４０号公報特開２００４−８０９３９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ＶＧＲＳおよびＥＰＳを備える車両用操舵装置において、ＶＧＲＳの第１電動モータおよびＥＰＳの第２電動モータを両方とも舵輪からピニオンに至る力の伝達経路上に組み込んで車両内に配する場合でも、搭載性を低下させないこと、およびＥＰＳ故障対応の予備を配することによるコストアップや大型化を解消することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の車両用操舵装置は、舵輪の操舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比（舵角比）を第１電動モータの出力により可変する舵角比可変装置（ＶＧＲＳ）と、転舵輪の転舵を第１電動モータとは別の第２電動モータの出力によりアシストする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）とを備える。

また、ＶＧＲＳは、舵輪と一体に設けられ、舵輪に付与される操舵力により回転するステアリングシャフトと、ステアリングシャフトに対して回動自在に組み込まれ、第１電動モータの出力により回転駆動されるとともに転舵輪と機械的に連結されて、第１電動モータの出力を転舵輪に伝達できる第１回転部材と、ステアリングシャフトと第１回転部材との相対回転角を検出する回転角検出手段と、相対回転角に応じて第１電動モータの動作を制御する第１制御手段とを有していて、第１回転部材と転舵輪との機械的な連結により、第１電動モータの出力によっても転舵輪の転舵をアシストできるものである。

さらに、ＥＰＳは、第２電動モータの出力により回転駆動されるとともに第１回転部材および転舵輪に機械的に連結されて、第２電動モータの出力を転舵輪に伝達する第２回転部材と、第１回転部材から第２回転部材に伝達されるトルクを検出するトルク検出手段と、トルクに応じて第２電動モータの動作を制御する第２制御手段とを有する。
そして、第１電動モータおよび第２電動モータは、実質的に同一形状かつ同一定格で、しかも１つのモジュールをなす。

また、第２制御手段は、ＥＰＳに故障が発生したときに、第２電動モータに対する制御を停止し、第１制御手段は、第２制御手段がＥＰＳの故障により第２電動モータに対する制御を停止したときに、第１電動モータの出力により転舵輪の転舵をアシストするように第１電動モータの動作を制御する。

まず、第１、第２電動モータを１つのモジュールとすることで、第１、第２電動モータを近接配置できるので、第１、第２電動モータを個別に離して車両内に配する場合よりも、車両用操舵装置の搭載性を高めることができる。

また、従来の車両用操舵装置によれば、第２電動モータは、転舵輪の転舵をアシストするために大きな出力が必要となり大型の機種が採用され、第１電動モータは、舵角比を維持できる程度の小型の機種が採用されていた。そして、このような第１、第２電動モータの大きさのアンバランスも、車両用操舵装置の搭載性低下の要因となっていた。

これに対し、請求項１の手段によれば、第１電動モータの出力により回転駆動される第１回転部材が転舵輪と機械的に連結されているので、第１電動モータの出力によっても転舵輪の転舵をアシストすることができる。そこで、第１電動モータを従来よりも大型化するとともに、第２電動モータを従来よりも小型化することで、アシスト能力を下げることなく第１、第２電動モータの大きさのアンバランスを解消することができる。そして、第１、第２電動モータの大きさのアンバランスが解消されることで、第１、第２電動モータを含むモジュールは均整のとれた形状になるので、さらに、車両用操舵装置の搭載性を高めることができる。

さらに、第１回転部材が転舵輪と機械的に連結されていることにより、ＥＰＳが故障して第２電動モータが転舵輪の転舵をアシストできなくなった場合でも、第１電動モータの出力により転舵輪の転舵をアシストすることが可能となる。このため、第２電動モータ等の予備を配さなくても、第１、第２制御手段を上記のように改変することで、ＥＰＳの故障に対応することができる。この結果、ＶＧＲＳおよびＥＰＳを備える車両用操舵装置において、ＥＰＳの故障対応の予備を配することによるコストアップや大型化を解消することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の車両用操舵装置によれば、第１制御手段は、ＶＧＲＳの回転角検出手段を除く部分に故障が発生したときに、第１電動モータに対する制御を停止し、第２制御手段は、第１制御手段がＶＧＲＳの回転角検出手段を除く部分の故障により第１電動モータに対する制御を停止したときに、第２電動モータの出力により相対回転角が所定の範囲に収まるように第２電動モータの動作を制御する。

第２回転部材が第１回転部材と機械的に連結されていることにより、ＶＧＲＳが故障して第１電動モータが舵角比を可変できなくなった場合でも、第２電動モータの出力により舵角比を可変することが可能となる。このため、第１、第２制御手段を上記のように改変することで、回転角検出手段の故障を除くＶＧＲＳの故障にも対応することができる。

最良の形態の車両用操舵装置は、舵角比を第１電動モータの出力により可変するＶＧＲＳと、転舵輪の転舵を第１電動モータとは別の第２電動モータの出力によりアシストするＥＰＳとを備える。

さらに、第１制御手段は、ＶＧＲＳの回転角検出手段を除く部分に故障が発生したときに、第１電動モータに対する制御を停止し、第２制御手段は、第１制御手段がＶＧＲＳの回転角検出手段を除く部分の故障により第１電動モータに対する制御を停止したときに、第２電動モータの出力により相対回転角が所定の範囲に収まるように第２電動モータの動作を制御する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の車両用操舵装置１を図面に基づいて説明する。
車両用操舵装置１は、図１に示すように、舵輪２の操舵角と転舵輪（図示せず）の舵角との間の伝達比（舵角比）を第１電動モータ３の出力により可変する舵角比可変装置（ＶＧＲＳ）４と、転舵輪の転舵を第１電動モータ３とは別の第２電動モータ５の出力によりアシストする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）６とを備える。

また、車両用操舵装置１は、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構９を具備し、舵輪２からピニオン１０に至る力の伝達経路上に、第１電動モータ３を含むＶＧＲＳ４の要部、および第２電動モータ５を含むＥＰＳ６の要部が組み込まれている。

ＶＧＲＳ４は、図１、図２に示すように、舵輪２と一体に設けられ、舵輪２に付与される操舵力により回転するステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に対して回動自在に組み込まれ、第１電動モータ３の出力により回転駆動されるとともに転舵輪と機械的に連結されて、第１電動モータ３の出力を転舵輪に伝達できる第１回転部材１３と、ステアリングシャフト１２と第１回転部材１３との相対回転角を検出する回転角検出手段１４と、検出された相対回転角に応じて第１電動モータ３の動作を制御する第１制御手段１５とを有する。

第１電動モータ３は、例えば図３に示すように、固定子に組み込まれた３相のコイル１８〜２０と、回転子に組み込まれた磁石（図示せず）とを有し、コイル１８〜２０に流れる電流と、磁石により形成される磁界との相互作用によりトルクを発生するブラシレスの同期モータである。

また、第１電動モータ３には回転子の回転位置を検出する位置センサ２１が装備され、コイル１８〜２０への通電量は、例えば３つの電流検出抵抗からなる電流検出手段２２により検出される。そして、回転子の回転位置の検出値およびコイル１８〜２０への通電量の検出値は、第１制御手段１５に入力されて第１電動モータ３の制御に利用される。
なお、第１電動モータ３の出力軸は、図１、図２に示すようにウォーム２３をなしている。

第１回転部材１３は、図１、図２に示すように、筒状に設けられてステアリングシャフト１２と同軸的に配される筒状軸部２６と、筒状軸部２６の外周側に略円板状に設けられてウォーム２３と噛み合うウォームホイール２７とを有する。そして、筒状軸部２６は、図２に示すように、ステアリングシャフト１２の先端部とともに入れ子状構造を形成し、ステアリングシャフト１２の先端は、ボールベアリング２８により第１回転部材１３に対して回転自在に軸受けされている。また、ウォームホイール２７は、第１電動モータ３の出力部たるウォーム２３に対する第１回転部材１３の入力部をなす。

回転角検出手段１４は、図２に示すように、ステアリングシャフト１２の回転角を検出するシャフト側検出手段３０、および第１回転部材１３の回転角を検出する回転部材側検出手段３１を具備する。

シャフト側検出手段３０は、図２、図４に示すように、ステアリングシャフト１２の外周面に組み付けられたシャフト側磁石３３と、シャフト側磁石３３により形成される磁界の磁束密度を検出する２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５と、シャフト側磁界検出手段３４、３５が搭載されるシャフト側ナット状部材３６とを有する。

シャフト側磁界検出手段３４、３５は、例えば、磁界の磁束密度を検出するホール素子（図示せず）と、このホール素子から得られる出力信号をデジタル処理する処理回路（図示せず）とが１パッケージ化されたホールＩＣである。また、シャフト側磁界検出手段３４、３５は、周方向に９０°の間隔を隔ててシャフト側ナット状部材３６に搭載されている。

シャフト側ナット状部材３６には、ステアリングシャフト１２の外周面の雄ネジ３９と螺合する雌ネジ４０が設けられている。これにより、シャフト側ナット状部材３６はステアリングシャフト１２に螺合する。また、シャフト側ナット状部材３６には、環状部材４１の平坦な内周面４２に径方向に面接触する平坦外周縁４３が設けられ、内周面４２と平坦外周縁４３との面接触により回転が規制される。この結果、ステアリングシャフト１２が回転しても、シャフト側ナット状部材３６は回転することなく軸方向に上下動する。

以上により、シャフト側磁石３３は、ステアリングシャフト１２の回転に伴い、軸方向に上下動することなく回転する。また、シャフト側磁界検出手段３４、３５は、シャフト側ナット状部材３６の上下動に伴い、回転することなく軸方向に上下動する。

このため、シャフト側磁界検出手段３４、３５の各々から出力される検出信号は、図５に示すように、ステアリングシャフト１２の回転角に対して正弦波状に、かつ、シャフト側磁石３３と２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５との軸方向距離が大きくなるのに伴い（つまり、回転角の絶対的な数値が所定の特定値から増加したり減少したりするのに伴い）正弦波の振幅が小さくなるように変化する。

また、シャフト側磁界検出手段３４、３５は、周方向に９０°の間隔を隔てて搭載されているため、シャフト側磁界検出手段３４から出力される検出信号とシャフト側磁界検出手段３５から出力される検出信号とは位相が９０°ずれている。

回転部材側検出手段３１は、図２、図４に示すように、第１回転部材１３の外周面に組み付けられた回転部材側磁石４６と、回転部材側磁石４６により形成される磁界の磁束密度を検出する２つの回転部材側磁界検出手段４７、４８と、回転部材側磁界検出手段４７、４８が搭載される回転部材側ナット状部材４９とを有する。

回転部材側磁界検出手段４７、４８は、例えば、磁界の磁束密度を検出するホール素子（図示せず）と、このホール素子から得られる出力信号をデジタル処理する処理回路（図示せず）とが１パッケージ化されたホールＩＣである。また、回転部材側磁界検出手段４７、４８は、周方向に９０°の間隔を隔てて回転部材側ナット状部材４９に搭載されている。

回転部材側ナット状部材４９には、第１回転部材１３の外周面の雄ネジ５２と螺合する雌ネジ５３が設けられている。これにより、回転部材側ナット状部材４９は第１回転部材１３に螺合する。また、回転部材側ナット状部材４９には、環状部材５４の平坦な内周面５５に径方向に面接触する平坦外周縁５６が設けられ、内周面５５と平坦外周縁５６との面接触により回転が規制される。この結果、第１回転部材１３が回転しても、回転部材側ナット状部材４９は回転することなく軸方向に上下動する。

以上により、回転部材側磁石４６は、第１回転部材１３の回転に伴い、軸方向に上下動することなく回転する。また、回転部材側磁界検出手段４７、４８は、回転部材側ナット状部材４９の上下動に伴い、回転することなく軸方向に上下動する。

このため、回転部材側磁界検出手段４７、４８の各々から出力される検出信号も、図５に示すように、第１回転部材１３の回転角に対して正弦波状に、かつ、回転部材側磁石４６と２つの回転部材側磁界検出手段４７、４８との軸方向距離が大きくなるのに伴い（つまり、回転角の絶対的な数値が所定の特定値から増加したり減少したりするのに伴い）正弦波の振幅が小さくなるように変化する。

また、回転部材側磁界検出手段４７、４８は、周方向に９０°の間隔を隔てて搭載されているため、回転部材側磁界検出手段４７から出力される検出信号と回転部材側磁界検出手段４８から出力される検出信号とは位相が９０°ずれている。

第１制御手段１５は、図３に示すように、電流検出手段２２、位置センサ２１、回転角検出手段１４および車速センサ５９等の各種検出手段からの検出信号等を入力処理する入力装置６０と、制御機能および演算機能を有し、入力装置６０から得られる各種の検出値に基づいて第１電動モータ３を制御するための指令値を算出するＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１による制御処理および演算処理に用いられる各種データおよび制御プログラムを記憶する記憶装置（図示せず）と、ＣＰＵ６１から得られる指令値に応じて、第１電動モータ３を制御するための指令信号を合成して出力する出力装置６２とを含む周知のマイクロコンピュータとして構成される。

さらに、第１制御手段１５は、出力装置６２から出力される指令信号に応じて作動する６つのＭＯＳＦＥＴにより構成されるインバータ６３と、電源ＩＣ６４、ヒューズ６５およびヒューズリレー６６等を有し、電源６７からインバータ６３に電力を供給させる周知の電源回路６８とを含むように設けられ、１つの電子制御装置（ＥＣＵ）を構成する（以下、第１制御手段１５を第１ＥＣＵ１５とする）。

ＥＰＳ６は、図１、図２に示すように、第２電動モータ５の出力により回転駆動されるとともに第１回転部材１３および転舵輪に機械的に連結されて、第２電動モータ５の出力を転舵輪に伝達する第２回転部材７２と、第１回転部材１３から第２回転部材７２に伝達されるトルクを検出するトルク検出手段７３と、検出されたトルクに応じて第２電動モータ５の動作を制御する第２制御手段７４とを有する。

第２電動モータ５は、例えば図６に示すように、固定子に組み込まれた３相のコイル７６〜７８と、回転子に組み込まれた磁石（図示せず）とを有し、コイル７６〜７８に流れる電流と、磁石により形成される磁界との相互作用によりトルクを発生するブラシレスの同期モータである。

また、第２電動モータ５には回転子の回転位置を検出する位置センサ７９が装備され、コイル７６〜７８への通電量は、例えば３つの電流検出抵抗からなる電流検出手段８０により検出される。そして、回転子の回転位置の検出値およびコイル７６〜７８への通電量の検出値は、第２制御手段７４に入力されて第２電動モータ５の制御に利用される。
なお、第２電動モータ５の出力軸は、図１、図２に示すようにウォーム８１をなしており、第１電動モータ３のウォーム２３と略同一径である。また、第２電動モータ５は、第１電動モータ３と同一形状かつ同一定格である。

第２回転部材７２は、図１、図２に示すように、筒状に設けられてステアリングシャフト１２および第１回転部材１３と同軸的に配される筒状軸部８４と、筒状軸部８４の外周側に略円板状に設けられてウォーム８１と噛み合うウォームホイール８５とを有する。

筒状軸部８４は、図２に示すように、後記するトーションバー８７とともに筒状軸部２６と一体に設けられている。つまり、第１、第２回転部材１３、７２は、トーションバー８７と一体に設けられることで互いに機械的に連結している。また、ウォームホイール８５は、第２電動モータ５の出力部たるウォーム８１に対する第２回転部材７２の入力部をなし、第１回転部材１３のウォームホイール２７と略同一径である。

トルク検出手段７３は、図２に示すように、略円筒状に設けられトルク負荷に伴う捩りにより周方向に弾性力を蓄えるトーションバー８７と、トーションバー８７の外周面に組み込まれた磁石８８と、磁石８８により形成される磁界の磁束密度を検出する磁界検出手段８９とを有する。

トーションバー８７は、筒状軸部２６、８４と同軸的に設けられて第１、第２回転部材１３、７２を互いに機械的に連結し、第１回転部材１３から第２回転部材７２へのトルクの伝達経路をなす。また、磁界検出手段８９は、筒状軸部８４の内周に固定された強磁性の素材からなる櫛歯状の環状歯９０と、ホールＩＣ９１とを有する。

これにより、トーションバー８７が捩られて磁石８８と環状歯９０との相対位置が変化すると、ホールＩＣ９１により検出される磁界の磁束密度が変化する。この結果、トルク検出手段７３は、トーションバー８７の捩り量を磁束密度の変化に変換するとともに磁束密度の変化を磁界検出手段８９により検出することで、第１回転部材１３から第２回転部材７２に伝わるトルクを検出することができる。

第２制御手段７４は、図６に示すように、電流検出手段８０、位置センサ７９、トルク検出手段７３および車速センサ５９等の各種検出手段からの検出信号等を入力処理する入力装置９３と、制御機能および演算機能を有し、入力装置９３から得られる各種の検出値に基づいて第２電動モータ５を制御するための指令値を算出するＣＰＵ９４と、ＣＰＵ９４による制御処理および演算処理に用いられる各種データおよび制御プログラムを記憶する記憶装置（図示せず）と、ＣＰＵ９４から得られる指令値に応じて、第２電動モータ５を制御するための指令信号を合成して出力する出力装置９５とを含む周知のマイクロコンピュータとして構成される。

さらに、第２制御手段７４は、出力装置９５から出力される指令信号に応じて作動する６つのＭＯＳＦＥＴにより構成されるインバータ９６と、電源ＩＣ９７、ヒューズ９８およびヒューズリレー９９等を有し、電源６７からインバータ９６に電力を供給させる周知の電源回路１００とを含むように設けられ、１つの電子制御装置（ＥＣＵ）を構成する（以下、第２制御手段７４を第２ＥＣＵ７４とする）。

以上の構成を有する車両用操舵装置１において、第１、第２電動モータ３、５、第１、第２回転部材１３、７２、第１、第２ＥＣＵ１５、７４、回転角検出手段１４およびトルク検出手段７３は、１つのモジュール１０４をなす。

モジュール１０４は、図２に示すように、シャフト側磁石３３および雄ネジ３９を有するステアリングシャフト１２の先端部も含んで設けられ、ステアリングシャフト１２の先端部、第１、第２回転部材１３、７２、回転角検出手段１４およびトルク検出手段７３は１つの筐体１０６に収容されている。また、筐体１０６は、環状部材４１、５４と一体に設けられている。

また、第１、第２ＥＣＵ１５、７４は、軸方向に縦列に配置されて１つのハウジング（以下、ＥＣＵハウジング１０７とする：図７参照）に収容され、第１、第２電動モータ３、５は、ウォーム２３、８１が突出するようにＥＣＵハウジング１０７に縦列に組み付けられる。
そして、第１、第２電動モータ３、５を組み付けたＥＣＵハウジング１０７を、第１、第２回転部材１３、７２等を収容する筐体１０６に装着することで、モジュール１０４が構成される。

〔実施例１の制御方法〕
実施例１の車両用操舵装置１によれば、第１ＥＣＵ１５は、図３に示すように、トルク検出手段７３からも検出信号の入力を受ける。また、第２ＥＣＵ７４は、図６に示すように、回転角検出手段１４からも検出信号の入力を受ける。さらに、第１、第２ＥＣＵ１５、７４は、互いに制御信号を入出力できるように設けられている。

そして、第２ＥＣＵ７４は、ＥＰＳ６に故障が発生したときに、第２電動モータ５に対する制御を停止し、第１ＥＣＵ１５は、第２ＥＣＵ７４がＥＰＳ６の故障により第２電動モータ５に対する制御を停止したときに、第１電動モータ３の出力により転舵輪の転舵をアシストするように第１電動モータ３の動作を制御する。

なお、第１電動モータ３による代替アシスト制御を実行すべきＥＰＳ６の故障とは、第２電動モータ５の動作に致命的な障害をもたらす故障であり、例えば、トルク検出手段７３の出力異常、ＣＰＵ９４による指令値の算出異常、その他のＣＰＵ９４の異常、第２電動モータ５の断線、インバータ９６のＭＯＳＦＥＴの故障等が考えられる。

さらに、第１ＥＣＵ１５は、ＶＧＲＳ４の回転角検出手段１４を除く部分に故障が発生したときに、第１電動モータ３に対する制御を停止し、第２ＥＣＵ７４は、第１ＥＣＵ１５がＶＧＲＳ４の回転角検出手段１４を除く部分の故障により第１電動モータ３に対する制御を停止したときに、第２電動モータ５の出力により相対回転角が所定の範囲に収まるように第２電動モータ５の動作を制御する。

なお、第２電動モータ５による代替舵角比制御を実行すべきＶＧＲＳ４の故障とは、第１電動モータ３の動作に致命的な障害をもたらす故障であり、例えば、ＣＰＵ６１による指令値の算出異常、その他のＣＰＵ６１の異常、第１電動モータ３の断線、インバータ６３のＭＯＳＦＥＴの故障等が考えられる。

ここで、回転角検出手段１４の故障（つまり、回転角検出手段１４の出力異常）も、第１電動モータ３の動作に致命的な障害をもたらす故障と考えられる。しかし、回転角検出手段１４が故障すると、舵角比に対する制御が不能となるので、回転角検出手段１４の故障に対しては、別途、回転角検出手段１４による検出値を用いなくても、舵角比を制御できる機構や制御方法が必要となる。

以下に、第１電動モータ３による代替アシスト制御、および第２電動モータ５による代替舵角比制御の制御処理を図８〜図１１に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、第１電動モータ３による代替アシスト制御の処理フローを、図８、図９を用いて説明する。
まず、図８に示すように、ステップＳ１で、第２電動モータ５に何らかの故障が発生しているか否かを判断する。そして、第２電動モータ５に何らかの故障が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ２に進み、第２電動モータ５に全く故障が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ３に進んで通常のアシスト制御を実行する。なお、図８に示す各ステップは、第２ＥＣＵ７４にて実行されるものである。

次に、ステップＳ２で、トルク検出手段７３に出力異常が発生しているか否かを判断する。そして、トルク検出手段７３に出力異常が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、第２電動モータ５によるアシスト制御を停止し、第２電動モータ５のアシスト制御停止に伴う処置を実行する。すなわち、ステップＳ５でリレー類を開放し、ステップＳ６でエラーコードを記録し、ステップＳ７で第２ＥＣＵ７４から第１ＥＣＵ１５へのアシスト制御引継のための制御信号を第１ＥＣＵ１５に出力し、ステップＳ８で電源６７から第２ＥＣＵ７４への給電をＯＦＦする。

また、ステップＳ２で、トルク検出手段７３に出力異常が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ９に進み、ＣＰＵ９４による指令値の算出異常が発生しているか否かを判断する。

そして、ステップＳ９で、ＣＰＵ９４による指令値の算出異常が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ４〜Ｓ８に進んで第２電動モータ５によるアシスト制御停止、およびこのアシスト制御停止に伴う処置を実行する。また、ＣＰＵ９４による指令値の算出異常が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ１０に進み、ＣＰＵ９４のその他の異常が発生しているか否かを判断する。

そして、ステップＳ１０で、ＣＰＵ９４のその他の異常が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ４〜Ｓ８に進んで第２電動モータ５によるアシスト制御停止、およびこのアシスト制御停止に伴う処置を実行する。また、ＣＰＵ９４のその他の異常が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ１１に進み、第２電動モータ５に断線が発生しているか否かを判断する。

そして、ステップＳ１１で、第２電動モータ５に断線が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ４〜Ｓ８に進んで第２電動モータ５によるアシスト制御停止、およびこのアシスト制御停止に伴う処置を実行する。また、第２電動モータ５に断線が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ１２に進み、インバータ９６のＭＯＳＦＥＴに故障が発生しているか否かを判断する。

そして、ステップＳ１２で、インバータ９６のＭＯＳＦＥＴに故障が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ４〜Ｓ８に進んで第２電動モータ５によるアシスト制御停止、およびこのアシスト制御停止に伴う処置を実行する。また、インバータ９６のＭＯＳＦＥＴに故障が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ１３に進み、通常時のフェールセーフ処置を実行する。

次に、図９に示すように、ステップＳ２０で、第２ＥＣＵ７４から第１ＥＣＵ１５へのアシスト制御引継のための制御信号が第１ＥＣＵ１５に入力されたか否かを判断する。そして、アシスト制御引継のための制御信号が第１ＥＣＵ１５に入力された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２１に進んで第１電動モータ３による舵角比制御を停止する。また、アシスト制御引継のための制御信号が第１ＥＣＵ１５に入力されない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２２に進んで通常の舵角比制御を実行する。なお、図９に示す各ステップは、第１ＥＣＵ１５にて実行されるものである。

続いて、ステップＳ２１からステップＳ２３に進み、舵輪２が静止しているか否かを判断する。そして、舵輪２が静止していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ２３に戻る。また、舵輪２が静止していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ２４に進んで舵輪２が右に操舵されているか否かを判断する。

そして、ステップＳ２４で、舵輪２が右に操舵されていると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ２５に進み、舵輪２の右操舵をアシストするように第１電動モータ３を動作させてステップＳ２３に戻る。また、舵輪２が左に操舵されていると判断したら（ＮＯ）、ステップＳ２６に進み、舵輪２の左操舵をアシストするように第１電動モータ３を動作させてステップＳ２３に戻る。

次に、第２電動モータ５による代替舵角比制御の処理フローを、図１０、図１１を用いて説明する。
まず、図１０に示すように、ステップＳ３１で、第１電動モータ３に何らかの故障が発生しているか否かを判断する。そして、第１電動モータ３に何らかの故障が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ３２に進み、第１電動モータ３に全く故障が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ３３に進んで通常の舵角比制御を実行する。なお、図１０に示す各ステップは、第１ＥＣＵ１５にて実行されるものである。

次に、ステップＳ３２で、ＣＰＵ６１による指令値の算出異常が発生しているか否かを判断する。そして、ＣＰＵ６１による指令値の算出異常が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ３４に進み、第１電動モータ３による舵角比制御を停止し、第１電動モータ３の舵角比制御停止に伴う処置を実行する。すなわち、ステップＳ３５でリレー類を開放し、ステップＳ３６でエラーコードを記録し、ステップＳ３７で第１ＥＣＵ１５から第２ＥＣＵ７４への舵角比制御引継のための制御信号を第２ＥＣＵ７４に出力し、ステップＳ３８で電源６７から第１ＥＣＵ１５への給電をＯＦＦする。

また、ステップＳ３２で、ＣＰＵ６１による指令値の算出異常が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ３９に進み、ＣＰＵ６１のその他の異常が発生しているか否かを判断する。

そして、ステップＳ３９で、ＣＰＵ６１のその他の異常が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ３４〜Ｓ３８に進んで第１電動モータ３による舵角比制御停止、およびこの舵角比制御停止に伴う処置を実行する。また、ＣＰＵ６１のその他の異常が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ４０に進み、第１電動モータ３に断線が発生しているか否かを判断する。

そして、ステップＳ４０で、第１電動モータ３に断線が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ３４〜Ｓ３８に進んで第１電動モータ３による舵角比制御停止、およびこの舵角比制御停止に伴う処置を実行する。また、第１電動モータ３に断線が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ４１に進み、インバータ６３のＭＯＳＦＥＴに故障が発生しているか否かを判断する。

そして、ステップＳ４１で、インバータ６３のＭＯＳＦＥＴに故障が発生していると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ３４〜Ｓ３８に進んで第１電動モータ３による舵角比制御停止、およびこの舵角比制御停止に伴う処置を実行する。また、インバータ６３のＭＯＳＦＥＴに故障が発生していないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ４２に進み、通常時のフェールセーフ処置を実行する。

次に、図１１に示すように、ステップＳ５０で、第１ＥＣＵ１５から第２ＥＣＵ７４への舵角比制御引継のための制御信号が第２ＥＣＵ７４に入力されたか否かを判断する。そして、舵角比制御引継のための制御信号が第２ＥＣＵ７４に入力された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５１に進み、相対回転角が所定の範囲内にあるか否かを判断する。また、舵角比制御引継のための制御信号が第２ＥＣＵ７４に入力されない場合（ＮＯ）には、ステップＳ５２に進んで通常のアシスト制御を実行する。なお、図１１に示す各ステップは、第２ＥＣＵ７４にて実行されるものである。

そして、ステップＳ５１で、相対回転角が所定の範囲内にあると判断したら（ＹＥＳ）、ステップＳ５３に進んで通常のアシスト制御を実行してステップＳ５１に戻り、相対回転角が所定の範囲内にないと判断したら（ＮＯ）、ステップＳ５４に進み、相対回転角の絶対値を減らすように第２電動モータ５を動作させてステップＳ５３に進む。ここで、ステップＳ５４からステップＳ５３に進むのは、第２ＥＣＵ７４が舵角比制御を引き継いでも、第２電動モータ５によるアシスト制御を続行するためである。

〔実施例１の効果〕
実施例１の車両用操舵装置１によれば、ＶＧＲＳ４の第１電動モータ３とＥＰＳ６の第２電動モータ５とは１つのモジュール１０４をなす。
このように、第１、第２電動モータ３、５を１つのモジュール１０４とすることで、第１、第２電動モータ３、５を近接配置できるので、第１、第２電動モータ３、５を個別に離して車両内に配する場合よりも、車両用操舵装置１の搭載性を高めることができる。

また、第２電動モータ５は転舵輪の転舵をアシストするために大きな出力が必要となり、従来から大型の機種が採用され、第１電動モータ３は舵角比を維持できる程度の出力が得られれば充分であり、従来から小型の機種が採用されている。しかし、このような第１、第２電動モータ３、５の大きさのアンバランスも、車両用操舵装置１の搭載性低下の要因となっている。

これに対し、実施例１の車両用操舵装置１によれば、第１電動モータ３の出力により回転駆動される第１回転部材１３が転舵輪と機械的に連結されているので、第１電動モータ３の出力によっても転舵輪の転舵をアシストすることができる。そこで、第１電動モータ３を従来よりも大型化するとともに、第２電動モータ５を従来よりも小型化することで、アシスト能力を下げることなく第１、第２電動モータ３、５の大きさのアンバランスを解消することができる。そして、第１、第２電動モータ３、５の大きさのアンバランスが解消されることで、第１、第２電動モータ３、５を含むモジュール１０４は均整のとれた形状になるので、さらに、車両用操舵装置１の搭載性を高めることができる。

また、第１、第２回転部材１３、７２もモジュール１０４に組み込まれている。
これにより、第１、第２電動モータ３、５や第１、第２回転部材１３、７２を車両内に配する前に、予め、ウォーム２３とウォームホイール２７との噛合わせ、およびウォーム８１とウォームホイール８５との噛合わせを調整することができる。このため、噛合わせ調整の煩雑さを緩和して作業工数を下げることができる。

また、第１、第２電動モータ３、５は、同一形状かつ同一定格である。
これにより、モジュール１０４に組み込むモータ機種を１つに統一できるので、モジュール１０４のコストを下げることができる。

また、ウォーム２３、８１は互いに略同一径であり、ウォームホイール２７、８５も互いに略同一径である。
これにより、ウォーム２３、８１およびウォームホイール２７、８５を、各々、１つの品種に統一できるので、モジュール１０４のコストを下げることができる。

また、第１、第２ＥＣＵ１５、７４もモジュール１０４に組み込まれている。
これにより、ＥＣＵハウジング１０７を、第１、第２ＥＣＵ１５、７４の個別に分離して設けることなく１つにまとめることができる。このため、モジュール１０４のコストを下げることができる。

さらに、回転角検出手段１４およびトルク検出手段７３もモジュール１０４に組み込まれている。
これにより、回転角検出手段１４およびトルク検出手段７３を、車両内に配する前に予め調整しておくことができる。このため、回転角検出手段１４およびトルク検出手段７３の調整の煩雑さを緩和することができる。

また、シャフト側検出手段３０は、回転規制されてステアリングシャフト１２の回転に伴い軸方向に上下動するシャフト側ナット状部材３６と、ステアリングシャフト１２の外周面に組み付けられたシャフト側磁石３３と、シャフト側ナット状部材３６に、周方向に９０°の間隔を隔てて搭載された２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５とを有し、シャフト側ナット状部材３６の上下動およびステアリングシャフト１２の回転に伴う磁束密度の変化を、２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５により検出することでステアリングシャフト１２の回転角を検出する。

これにより、シャフト側磁石３３は、軸方向に上下動することなく回転し、２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５は、回転することなく軸方向に上下動する。そして、２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５の各々から出力される検出信号は、ステアリングシャフト１２の回転角に対して正弦波状に、かつ、シャフト側磁石３３と２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５との軸方向距離が大きくなるのに伴い（つまり、回転角の絶対的な数値が所定の特定値から増加したり減少したりするのに伴い）正弦波の振幅が小さくなるように変化する（図５参照）。

このため、正弦波の位相と振幅とから、回転角の絶対的な数値が正負のいずれか一方に大きくなっても一義的に検出することができる。さらに、２つのシャフト側磁界検出手段３４、３５から得られる２つの正弦波状の検出信号は位相が９０°ずれているため、２つの検出信号に基づく逆正接を演算することで、ステアリングシャフト１２の回転角を極めて高精度に算出することができる。

なお、第１回転部材１３の回転角に関しても、回転部材側検出手段３１をシャフト側検出手段３０と同様の構成にすることで、絶対的な数値を一義的に検出することができるとともに、高精度に算出することができる。

また、第２ＥＣＵ７４は、ＥＰＳ６に故障が発生したときに、第２電動モータ５に対する制御を停止し、第１ＥＣＵ１５は、第２ＥＣＵ７４がＥＰＳ６の故障により第２電動モータ５に対する制御を停止したときに、第１電動モータ３の出力により転舵輪の転舵をアシストするように第１電動モータ３の動作を制御する。

第１回転部材１３が転舵輪と機械的に連結されていることにより、ＥＰＳ６が故障して第２電動モータ５が転舵輪の転舵をアシストできなくなった場合でも、第１電動モータ３の出力により転舵輪の転舵をアシストすることが可能となる。このため、第２電動モータ５等の予備を配さなくても、第１、第２ＥＣＵ１５、７４により上記のような制御処理を実行することで、ＥＰＳ６の故障に対応することができる。この結果、ＶＧＲＳ４およびＥＰＳ６の両方を備える車両用操舵装置１において、ＥＰＳ６の故障対応用の予備を配することによるコストアップや大型化を解消することができる。

第２回転部材７２が第１回転部材１３と機械的に連結されていることにより、ＶＧＲＳ４が故障して第１電動モータ３が舵角比を可変できなくなった場合でも、第２電動モータ５の出力により舵角比を可変することが可能となる。このため、第１、第２ＥＣＵ１５、７４により上記のような制御処理を実行することで、回転角検出手段１４の故障を除くＶＧＲＳ４の故障にも対応することができる。

〔変形例〕
実施例１の車両用操舵装置１によれば、第１、第２電動モータ３、５、第１、第２回転部材１３、７２、第１、第２ＥＣＵ１５、７４、回転角検出手段１４およびトルク検出手段７３が１つのモジュール１０４に組み込まれていたが、第１、第２電動モータ３、５以外の機器をモジュール１０４に組み込むか否かは、車両における車両用操舵装置１以外の他の装置や機器等の搭載状況等に応じて決めることができる。例えば、第１、第２電動モータ３、５および第１、第２ＥＣＵ１５、７４のみをモジュール１０４に組み込んでもよく、第１、第２電動モータ３、５および第１、第２回転部材１３、７２のみをモジュール１０４に組み込んでもよい。

また、実施例１の車両用操舵装置１によれば、回転角検出手段１４は、ステアリングシャフト１２の回転角を検出するシャフト側検出手段３０、および第１回転部材１３の回転角を検出する回転部材側検出手段３１を有し、ステアリングシャフト１２と第１回転部材１３との相対回転角を検出するものであったが、例えば、回転部材側検出手段３１を、第１回転部材１３から転舵輪に至る力の伝達経路に配された第１回転部材１３以外の別の部材に装着し、この別の部材の回転角等とステアリングシャフト１２の回転角とから相対回転角を検出するようにしてもよい。

また、回転角検出手段１４は、シャフト側検出手段３０および回転部材側検出手段３１の両方の検出手段で構成されていたが、回転角検出手段１４を１つの検出手段のみで構成してもよい。例えば、回転部材側磁界検出手段４７、４８を第１回転部材１３とともに回転可能となるように設け、シャフト側磁石３３により形成される磁界の磁束密度を回転部材側磁界検出手段４７、４８により検出するようにしても、ステアリングシャフト１２の回転角と第１回転部材１３の回転角との相対回転角を検出することができる。

また、シャフト側磁界検出手段３４、３５の内のいずれか一方のみで磁束密度を検出するようにして、１つの検出信号に基づく逆正弦（または逆余弦）を演算することで、ステアリングシャフト１２の回転角を検出するようにしてもよい。
なお、回転部材側磁界検出手段４７、４８も、同様に、いずれか一方のみで第１回転部材１３の回転角を検出することができる。

車両用操舵装置の全体図である。車両用操舵装置の構成を示す内部断面図である。舵角比可変装置の電気回路図である。回転角検出手段の要部を示す斜視図である。回転角検出手段からの検出信号における回転角と出力値との相関を示す相関図である。電動パワーステアリング装置の電気回路図である。モジュールの構成図である。第１電動モータによる代替アシスト制御の第２ＥＣＵにおける制御処理を示すフローチャートである。第１電動モータによる代替アシスト制御の第１ＥＣＵにおける制御処理を示すフローチャートである。第２電動モータによる代替舵角比制御の第１ＥＣＵにおける制御処理を示すフローチャートである。第２電動モータによる代替舵角比制御の第２ＥＣＵにおける制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１車両用操舵装置
２舵輪
３第１電動モータ
４ＶＧＲＳ（舵角比可変装置）
５第２電動モータ
６ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）
１２ステアリングシャフト
１３第１回転部材
１４回転角検出手段
１５第１ＥＣＵ（第１制御手段）
７２第２回転部材
７３トルク検出手段
７４第２ＥＣＵ（第２制御手段）
１０４モジュール

Claims

舵輪の操舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比を第１電動モータの出力により可変する舵角比可変装置と、
前記転舵輪の転舵を前記第１電動モータとは別の第２電動モータの出力によりアシストする電動パワーステアリング装置とを備える車両用操舵装置において、
前記舵角比可変装置は、
前記舵輪と一体に設けられ、前記舵輪に付与される操舵力により回転するステアリングシャフトと、
このステアリングシャフトに対して回動自在に組み込まれ、前記第１電動モータの出力により回転駆動されるとともに前記転舵輪と機械的に連結されて、前記第１電動モータの出力を前記転舵輪に伝達できる第１回転部材と、
前記ステアリングシャフトと前記第１回転部材との相対回転角を検出する回転角検出手段と、
前記相対回転角に応じて前記第１電動モータの動作を制御する第１制御手段とを有していて、
前記第１回転部材と前記転舵輪との機械的な連結により、前記第１電動モータの出力によっても前記転舵輪の転舵をアシストできるものであり、
前記電動パワーステアリング装置は、
前記第２電動モータの出力により回転駆動されるとともに前記第１回転部材および前記転舵輪に機械的に連結されて、前記第２電動モータの出力を前記転舵輪に伝達する第２回転部材と、
前記第１回転部材から前記第２回転部材に伝達されるトルクを検出するトルク検出手段と、
前記トルクに応じて前記第２電動モータの動作を制御する第２制御手段とを有するもので、
前記第１電動モータおよび前記第２電動モータは、実質的に同一形状かつ同一定格で、しかも１つのモジュールをなしており、
前記第２制御手段は、前記電動パワーステアリング装置に故障が発生したときに、前記第２電動モータに対する制御を停止し、
前記第１制御手段は、前記第２制御手段が前記電動パワーステアリング装置の故障により前記第２電動モータに対する制御を停止したときに、前記第１電動モータの出力により前記転舵輪の転舵をアシストするように前記第１電動モータの動作を制御することを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記第１制御手段は、前記舵角比可変装置の前記回転角検出手段を除く部分に故障が発生したときに、前記第１電動モータに対する制御を停止し、
前記第２制御手段は、前記第１制御手段が前記舵角比可変装置の前記回転角検出手段を除く部分の故障により前記第１電動モータに対する制御を停止したときに、前記第２電動モータの出力により前記相対回転角が所定の範囲に収まるように前記第２電動モータの動作を制御することを特徴とする車両用操舵装置。