JP5382435B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

操舵部材と転舵機構とを連結する操舵軸の中途に回転伝達比の変更が可能な遊星ギヤ機構からなる伝達機構を備えた車両用操舵装置において、回転伝達比を変更する伝達比制御モータ等に異常が発生したときに、回転伝達比の変更を不可にロックするロック機構を備えた車両用操舵装置が提案されている（例えば特許文献１，２）。
また、入力部材と出力部材の相対回転角度が予め定めた設定角度以下であるときに、ロック部材を、遊星ギヤ機構の構成要素の回転を許容する回転許容位置に配置し、上記相対回転角度が上記設定角度を超えるときに、ロック部材を、上記構成要素の回転を阻止する回転阻止位置に配置する車両用操舵装置が提案されている（特許文献３）。

特許文献１では、エンジンの停止に伴ってロックピンをねじ歯車のスロットに挿入し、伝達比制御モータをロックする。また、エンジン始動時に、モータ軸に最大トルクを発生させて、伝達比制御モータが動かないことを確認し、これにより、ロックが正常であると判断する診断回路を備えている。

特表平２００６−５２１９５７号公報 特開２００８−２４０５８号公報 特開２００２−１４５１０２号公報

特許文献１の診断回路では、ロックピンが正常にロックされていることを診断することはできるが、ロックピンのロックの解除が正常に行われるか否かの診断はできない。したがって、ＥＣＵがロック解除指令信号を出力していても、ロックピンがロックされた状態となっている場合が考えられる。その場合に、ＥＣＵが伝達比制御モータの回転制御を実施しようとすると、伝達比制御モータに通常よりも大きな電流が流れ、その結果、伝達比制御モータが焼損するおそれがある。

一方、タイヤの切れ角が最大の状態でタイヤが何かの縁石等の障害物に乗り上げているときに、さらにハンドル（操舵部材）を回転させると、タイヤの角度は変化せずに、ハンドルのみが空転する現象が発生する。この場合、運転者は多大な違和感を感じる。
また、高μ路（路面の摩擦係数が高い、例えば石畳などの悪路）を走行（特に登坂走行）しているときに、伝達比制御モータの負荷が大きくなり、伝達比制御モータが焼損するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、伝達比制御モータの焼損の発生を未然に防止でき、フェイルセーフの確実性を増すことができる車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）の操作に応じて回転する入力軸（３ａ）と転舵機構（９）の動作に連動して回転する出力軸（３ｂ）との間に介在し、入力軸および出力軸間の伝達比を変更可能な伝達比可変機構（１３）と、上記伝達比可変機構の上記伝達比を変更可能な伝達比制御モータ（１４）と、上記伝達比制御モータの回転をロック可能なロック機構（２９）と、上記伝達比制御モータのロータの回転位置（θ）を検出する回転位置検出装置（３４）と、上記伝達比制御モータおよび上記ロック機構を制御する制御部（３０）と、を備え、上記制御部は、ロック機構をロックさせるロックモードおよび上記ロックを解除するロック解除モードを設定可能なモード設定部（４０）と、当該制御部の起動に伴って上記ロック機構の動作を診断する初期診断部（４１）と、を含み、上記初期診断部は、上記ロック解除モードに設定されていることを確認した後、上記伝達比制御モータの上記ロータを、上記ロック機構によりロックされたときの上記ロータの遊び量（Ｂ）を超える第１の所定角度（Ａ１）だけ回転させる回転変位指令を出力し、その回転変位指令の出力に伴う上記回転位置検出装置の検出値の変化量（Δθ）が上記第１の所定角度未満であるときに、上記ロック機構の第１の異常を検出し、上記初期診断部は、上記ロックモードに設定されていることを確認した後、上記伝達比制御モータの上記ロータを、上記ロック機構によりロックされたときの上記ロータの遊び量を超える第２の所定角度（Ａ２）だけ回転させる回転変位指令を出力し、その回転変位指令に伴う上記回転位置検出装置の検出値の変化量が、上記遊び量を超えるときに、上記ロック機構の第２の異常を検出する車両用操舵装置（１）を提供する。

本発明では、制御部の起動に伴う初期診断において、ロック解除モードであるにもかかわらず、ロック機構がロック状態にある場合に、これを第１の異常であるとして検出することができる。ロック解除モードであるのにロック機構がロック状態にあるときに、仮に、制御部が伝達比制御モータの回転制御を実施しようとすると、伝達比制御モータに通常よりも大きな電流が流れ、その結果、伝達比制御モータが焼損するおそれがある。これに対して、本発明では、制御部の起動に伴う初期診断時に、すなわち車両の走行を開始する前に、第１の異常を検出することができるので、これに応じた修理等の対処が可能となる。したがって、可及的に、伝達比制御モータの焼損の発生を未然に防止することができ、その結果、確実なフェイルセーフを実現することができる。

また、上記初期診断部は、上記ロックモードに設定されていることを確認した後、上記伝達比制御モータの上記ロータを、上記ロック機構によりロックされたときの上記ロータの遊び量を超える第２の所定角度（Ａ２）だけ回転させる回転変位指令を出力し、その回転変位指令に伴う上記回転位置検出装置の検出値の変化量が、上記遊び量を超えるときに、上記ロック機構の第２の異常を検出するので、下記の利点がある。すなわち、上記初期診断において、ロックモードであるにもかかわらず、ロック機構がロック状態にない場合に、これを第２の異常であるとして検出することができる。制御部の起動に伴う初期診断時に、すなわち車両の走行を開始する前に、第２の異常を検出することができるので、これに応じた修理等の対処が可能となる。したがって、確実なフェイルセーフを実現することができる。

また、上記ロック機構は、上記ロータの周方向に等しい間隔で配置された複数のロック位置で上記ロータをロック可能であり、上記制御部は、上記初期診断部によって、上記ロック機構の第２の異常が検出されたときに、上記伝達比制御モータのロータを上記間隔に相当する回転角度以上の第３の所定角度だけ回転させる回転変位指令を出力する場合がある（請求項２）。ロックモードであるにもかかわらず、ロック機構がロック状態にないという第２の異常が検出されたときに、伝達比制御モータのロータをロック位置の配置間隔に相当する回転角度以上の第３の所定角度変位させる。これにより、ロック機構が正常に作動していれば、隣接するロック位置でロック機構のロックが達成されることになる。一時的なロック不良を自然に解消することが可能となる。

また、上記伝達比制御モータの温度を検出する温度検出装置（３５）と、上記伝達比制御モータの電流を検出する電流検出装置（３６）と、を備え、上記制御部は、上記温度検出装置による検出温度（Ｔ）および上記電流検出装置による検出電流（ｉ）に基づいて、上記伝達比制御モータの異常を判定し、その異常の判定に応じて上記ロック機構にロック指令信号を出力するとともに、上記伝達比制御モータの電流を零にするフェイルセーフ機能を有する場合がある（請求項３）。この場合、伝達比制御モータの状態の監視がより確実となり、したがって、高μ路（路面の摩擦係数が高い、例えば石畳などの悪路）を走行（特に登坂走行）する条件であっても、伝達比制御モータの過熱焼損の発生を未然に防止することができ、その結果、確実なフェイルセーフを実現することができる。

また、上記操舵軸に負荷されるトルク（Ｐ）を検出するトルクセンサ（３２）を備え、上記制御部は、上記フェイルセーフ機能が実行されているときに、上記トルクセンサの出力値が所定値（Ｐ１）以下であることを条件として、フェイルセーフ機能を解除し、伝達比制御モータを伝達比制御する機能を有する場合がある（請求項４）。フェイルセーフによりロック機構がロック状態にあるとき、運転者が操舵軸に多大な操舵入力を及ぼしている場合（トルクセンサの出力値が所定値以上の場合）には、運転者が冷静さを失っていると判断し、安全確保のためにロック機構によるロックを維持する。一方、運転者による操舵入力が低い場合（トルクセンサの出力値が所定値未満の場合）には、運転者が平静を取り戻していると判断し、ロック機構によるロックを解除して、伝達比制御モータを通常制御する状態（すなわち伝達比制御する状態）に戻す。すなわち、緊急状態回避のためのフェイルセーフ機能が実行されていても、安全な操舵が可能な状態に戻っていると判断したときには、通常制御に戻す。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 伝達比可変機構の概略断面図である。 図３（ａ）はロック機構とロックされる出力ギヤの概略図であり、図３（ｂ）はロック時にロックされる出力ギヤの遊び量を説明する概略図である。 フェイルセーフ動作およびフェイルセーフ動作からの復帰動作の流れを示すフローチャートである。 初期診断の動作を示すフローチャートである。 伝達比制御モータの焼損防止の動作の流れを示すフローチャートである。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３とステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有し、自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸８とを有している。ピニオン軸７およびラック軸８によりラックアンドピニオン機構からなる転舵機構９が構成されている。

ラック軸８は、車体に固定されるハウジング（図示せず）内に、複数の軸受（図示せず）を介して、軸方向Ｘ１に沿って直線往復動可能に支持されている。ラック軸８の各端部には、それぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、ラック軸８の軸方向Ｘ１の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。

また、車両用操舵装置１は、ラック軸８に操舵補助力を付与することのできる、電動ポンプ式の操舵補助機構１２と、操舵部材２の操舵角に対する転舵輪１１の転舵角の比（伝達比）を変更することのできる伝達比可変機構１３とを備えている。伝達比可変機構１３は、伝達比を変更することのできる伝達比制御モータ１４を含んでいる。また、伝達比可変機構１３には、操舵部材２に操舵反力を付与することのできる反力制御モータ１５が一体に設けられている。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２の側の入力軸３ａと、転舵機構９の側の出力軸３ｂとの２軸に分割構成されている。
操舵補助機構１２について具体的に説明する。ピニオン軸７の途中部には、操舵部材２に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生ずるトーションバー１６と、このトーションバー１６のねじれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制御弁１７が介装されている。

この油圧制御弁１７は、転舵機構９に操舵補助力を与えるパワーシリンダ１８に接続されている。パワーシリンダ１８は、ラック軸８に一体に設けられたピストン１９と、ピストン１９によって区画された一対の油室２０，２１とを有している。一対の油室２０，２１は、それぞれ、対応する油路２２，２３を介して、油圧制御弁１７に接続されている。油圧制御弁１７は、操舵補助力発生用の油圧ポンプ２４およびリザーバタンク２５と、それぞれ対応する油路２６，２７を介して接続されている。

油圧ポンプ２４は、例えばギヤポンプからなり、電動モータ２８によって駆動され、リザーバタンク２５に貯蔵されている作動油をくみ出して油圧制御弁１７に供給する。油圧制御弁１７は、トーションバー１６のねじれの方向に応じて、油圧ポンプ２４を油室２０，２１の何れか一方に接続するとともに、リザーバタンク２５を油室２０，２１の何れか他方に接続するように、内部の油路を切り換える。油圧制御弁１７、パワーシリンダ１８、油圧ポンプ２４および電動モータ２８によって、上記の操舵補助機構１２が構成されている。

車両用操舵装置１は、伝達比制御モータ１４の回転をロック可能なロック機構２９を備えている。また、車両用操舵装置１は、伝達比制御モータ１４、反力制御モータ１５およびロック機構２９の動作を制御することにより操舵を制御する操舵制御部３０と、操舵補助機構１２の油圧ポンプ２４の電動モータ２８の動作を制御する操舵補助制御部３１とを備えている。操舵制御部３０および操舵補助制御部３１は、それぞれ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit)により構成され、例えば車載ネットワークを介して互いに信号伝達可能に接続されている。

操舵制御部３０には、操舵部材２に負荷される操舵トルクを検出するトルクセンサ３２と、ステアリングシャフト３の出力軸３ｂの回転角を検出する回転角センサ３３と、伝達比制御モータ１４のロータの回転位置を検出する回転位置検出装置としての例えばレゾルバからなる回転角センサ３４と、伝達比制御モータ１４の例えばモータハウジングの温度を検出する温度センサ３５と、伝達比制御モータ１４に流れる電流を検出する電流検出装置としての電流センサ３６と、車両の走行状態（車速、転舵角等）を検出する走行状態センサ３７がそれぞれ接続されており、各センサ３２〜３７からの検出信号が、操舵制御部３０に入力されるようになっている。

操舵制御部３０は、伝達比制御モータ１４を伝達比制御するべく駆動制御する伝達比制御部３８と、反力制御モータ１５を反力制御するべく駆動制御する反力制御部３９と、ロック機構２９をロックするロックモードおよびロックを解除するロック解除モードを設定するモード設定部４０と、システムの起動に伴ってロック機構２９の異常を診断する初期診断部４１とを含んでいる。

図２は伝達比可変機構１３の概略断面図である。図２に示すように、ステアリングシャフト３の入力軸３ａおよび出力軸３ｂは、互いの先端を相対向させて同軸上に回転可能に支持されている。
伝達比可変機構１３は、入力サンギヤ４２ａおよび出力サンギヤ４２ｂと、両ギヤ４２ａ，４２ｂに、それぞれ噛合する複数の入力遊星ギヤ４３ａおよび出力遊星ギヤ４３ｂと、これらの入力遊星ギヤ４３ａおよび出力遊星ギヤ４３ｂを対応する支軸４４を介して同行回転可能に支持しているキャリア４５と、このキャリア４５を軸回りに回転させる上記伝達比制御モータ１４とを備えている。

入力サンギヤ４２ａおよび出力サンギヤ４２ｂは、入力軸３ａおよび出力軸３ｂの相対向する端部に、それぞれ、設けられている。入力サンギヤ４２ａは入力軸３ａと同行回転し、出力サンギヤ４２ｂは出力軸３ｂと同行回転する。図示のように、入力サンギヤ４２ａの外径と出力サンギヤ４２ｂの外径とは異なっている。入力サンギヤ４２ａおよび出力サンギヤ４２ｂの外周には、互いに異なる数の歯がそれぞれ形成されている。

入力サンギヤ４２ａには、複数の入力遊星ギヤ４３ａが、それぞれ噛み合わされており、出力サンギヤ４２ｂには、複数の出力遊星ギヤ４３ｂが、それぞれ噛み合わされている。各入力遊星ギヤ４３ａとそれぞれ対応する出力遊星ギヤ４３ｂとは、共通の支軸４４によって支持されている。複数の入力遊星ギヤ４３ａおよび複数の出力遊星ギヤ４３ｂは、中空円筒形のキャリア４５の内部に収容されている。

キャリア４５は、両側の端壁４５ａ，４５ｂの軸心をそれぞれ貫通する支持孔を有し、各支持孔にそれぞれ支持された軸受を介して入力軸３ａおよび出力軸３ｂが、それぞれ支持されている。キャリア４５と両軸３ａ，３ｂとは、両軸３ａ，３ｂの同軸上に相対回転可能である。キャリア４５の外周には、伝動ギヤ４６が全周に亘って形成されており、この伝動ギヤ４６には、伝達比制御モータ１４の出力ギヤ４７が噛み合わされている。

このように構成された車両用操舵装置１において、操舵のために操舵部材２が回転操作された場合、この操舵部材２に連結された入力軸３ａが回転し、伝達比可変機構１３の入力サンギヤ４２ａが回転する。伝達比制御モータ１４が非駆動状態にある場合、入力サンギヤ４２ａの回転により、これに噛合する入力遊星ギヤ４３ａが、支軸４４を共通とする出力遊星ギヤ４３ｂと共に支軸４４回りに回転する。この回転により、出力遊星ギヤ４３ｂに噛合する出力サンギヤ４２ｂに回転力が加わり、この出力サンギヤ４２ｂが設けてある出力軸３ｂが回転することとなり、この回転に応じて前述した操舵がなされる。

このとき、入力軸３ａから出力軸３ｂへの回転伝達は、入力サンギヤ４２ａ、入力遊星ギヤ４３ａ、出力遊星ギヤ４３ｂおよび出力サンギヤ４２ｂの歯数によって定まる固有の回転比にてなされる。この結果、転舵輪１１は、操舵部材２の操作方向に、この操舵部材２の操舵角に前記回転比を乗じた角度相当分だけ転舵されることになり、操舵部材２から操舵用の転舵輪１１への伝達比は一定値となる。

一方、伝達比制御モータ１４を駆動してキャリア４５を回転させた場合、入力軸３ａの回転は、キャリア４５と共に入力サンギヤ４２ａおよび出力サンギヤ４２ｂの回りを回転しつつ、それぞれの支軸４４回りに回転する入力遊星ギヤ４３ａおよび出力遊星ギヤ４３ｂを介して出力サンギヤ４２ｂおよび出力軸３ｂに伝達される。
このとき、入力軸３ａから出力軸３ｂへの回転伝達は、前述した固有の回転比からキャリア４５の回転分だけ増減された回転比にてなされ、入力軸３ａおよび出力軸３ｂ間の回転比、すなわち操舵部材２から転舵輪１１への伝達比を無段階に変更することができることになる。

一方、車両走行中、操舵部材２には、転舵輪１１のセルフアライメントトルク及び外乱入力が伝達比可変機構１３を経て伝達されており、これらの力が運転者が操舵を行う際の反力トルクとして作用している。そして前述したように伝達比可変機構１３の伝達比を変更した場合、操舵部材２に作用する反力トルクは、この伝達比の変更に応じて変化する。例えば、伝達比制御モータ１４を駆動して伝達比を大に変更すると、操舵部材２に作用する反力トルクは大きくなるため、急に操舵部材２が重くなり、運転者に違和感を与えるおそれがある。

このような運転者への違和感を軽減するために、上記の反力制御モータ１５が設けられている。すなわち、入力軸３ａの中途には、図２に示すように、反力ギヤ４８が嵌着固定されており、この反力ギヤ４８には、反力制御モータ１５の出力ギヤ４９が噛合させてある。反力制御モータ１５は、伝達比制御モータ１４の駆動に応じて駆動され、操舵部材２に作用する反力トルクの増減に応じて、この増減分を打ち消すように反力ギヤ４８を介して入力軸３ａに反力トルクを付加するように構成してある。

反力ギヤ４８よりも上位置の入力軸３ａには、図１に示すように、操舵部材２に加えられる操舵トルクを検出する上記トルクセンサ３２が入力軸３ａに設けてある。このトルクセンサ３２としては、軸倍角（極数の１／２）が異なる２つのレゾルバを備える公知のツインレゾルバを用いることができる。
ツインレゾルバは、入力軸３ａをトーションバーにより連結された上下の２軸に分割し、両軸のそれぞれにレゾルバを取付けて構成されている。これら２つのレゾルバにより上記２軸の回転角度をそれぞれ検出して、トーションバーの捩れに応じて上記２軸間に生じる相対角変位を算出し、操舵トルクを算出する構成となっている。なお、これら２つのレゾルバによる検出信号は、１回転内に軸倍角と同数の波形がそれぞれ現れる信号として得られ、これら２つの信号を組み合わせることにより、前述の操舵トルクが求められると共に、入力軸３ａの回転角度が得られる。

このようなトルクセンサ３２により検出される操舵トルクおよび入力軸３ａの回転角度は、図１に示すように操舵制御部３０に与えられている。また、出力軸３ｂの回転角度を検出する上記回転角センサ３３は、伝達比可変機構１３よりも下位置の出力軸３ｂに取り付けられており、この回転角センサ３３により検出される出力軸３ｂの回転角度も操舵制御部３０に与えられている。また、操舵制御部３０には、走行状態センサ３７により検出された車速、転舵角等、操舵に影響を及ぼす種々の走行状態の検出結果も与えられている。

操舵制御部３０は、操舵部材２の回転操作に応じた操舵を行わせるべく伝達比制御モータ１４に動作指令を発し、伝達比制御モータ１４を回転駆動する伝達比制御動作を行う（伝達比制御部３８の機能に相当）。この伝達比制御動作は、トルクセンサ３２から得られる操舵部材２の操舵角を予め定めた制御マップに適用して目標伝達比を求め、この目標伝達比を得るべく、伝達比制御モータ１４を駆動制御することによりなされる。走行状態センサ３７により検出される走行状態は、目標伝達比を与えるこめの制御マップの選定に用いられる。

また、操舵制御部３０は、操舵角に応じた操舵反力を操舵部材２に付与するために反力制御モータ１５に動作指令を発し、反力制御モータ１５を回転駆動する反力制御動作を行う（反力制御部３９の機能に相当）。この反力制御動作は、例えば、予め定めた制御マップに従って目標操舵反力を求め、この目標操舵反力を発生すべく反力制御モータ１５を駆動制御することによりなされる。走行状態センサ３７により検出される走行状態は、目標操舵反力を与えるための制御マップの選定に用いられる。

伝達比制御モータ１４は、操舵制御部３０から図示しないモータ駆動回路を介して与えられる動作指令に従って駆動され、前述したように伝達比可変機構１３に作用して、操舵部材２から転舵輪１１への伝達比を無段階に変更する動作をなす。
反力制御モータ１５は、トルクセンサ３２による検出結果に基づき操舵制御部３０から図示しないモータ駆動回路を介して与えられる制御指令に従って駆動され、前述したように入力軸３ａに作用し、操舵部材２に回転力を加えて、前記伝達比の変更に応じて操舵部材２に作用する反力トルクの変化を補償する動作をなす。

伝達比制御モータ１４は、例えば、走行状態センサ３７による検出結果の１つである車速の遅速に応じて、回転速度が高低になるように操舵制御部３０により速度制御されている。前述したように、操舵部材２から転舵輪１１への伝達比は、伝達比制御モータ１４の回転速度の高低に応じて大小になるから、低速走行時には操舵部材２の操舵角に対する転舵角変化を大きくし、運転操作を容易に行わせることができる。また、高速走行時には操舵部材２の操作に対する転舵角変化を小さくし、急激な操舵による車両の不安定な挙動を未然に防止して走行安定性を向上させることができる。

なお、トルクセンサ３２により検出された入力軸３ａの回転角度および回転角センサ３３により検出された出力軸３ｂの回転角度は、伝達比制御モータ１４の制御のためのフィードバック情報として用いられる。
反力制御モータ１５は、伝達比制御モータ１４の回転速度の遅速に応じて、入力軸３ａに付加する反力トルクを増減するように操舵制御部３０により駆動制御されている。この結果、低速走行時に伝達比を大きくした時には、入力軸３ａに作用する反力トルクを小さくし、高速走行時に伝達比を小さくした時には、操舵部材２に付加する反力トルクを大きくすることにより、操舵部材２に作用する反力トルクを伝達比の変更の如何に拘わらず一定に維持することができる。これにより伝達比を変更した場合にも運転者に違和感を与えずに済む。

なお、トルクセンサ３２により検出された操舵トルクは、操舵部材２を操作する運転者が体感する反力トルクを示す情報として、反力制御モータ１５の制御のためのフィードバック情報として用いられる。
以上のような伝達比可変機構１３には、入力軸３ａと出力軸３ｂとの間の差動を拘束する上記のロック機構２９が備えられている。ロック機構２９は、キャリア４５の外面に対向するように配置されたソレノイドである。ロック機構２９は、車体に固定された本体５０と、本体５０から突出する出力ロッド５１とを有している。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ロック機構２９は、励磁に応じて出力ロッド５１を伸長させ、伸長した出力ロッド５１の先端を、伝達比制御モータ１４のロータと同行回転する上記出力ギヤ４７の外周４７ａ（のギヤ歯を形成していない部分）に設けられた複数のロック孔５２の何れかに嵌合させ、伝達制御モータ１４の回転を拘束する。ロック孔５２は、出力ギヤ４７の外周４７ａの周方向に等間隔に配置されている。例えば、伝達比制御モータ１４のロータ（すなわち出力ギヤ４７）の回転角度Ｃ（例えば４５°）に相当する配置間隔で配置されている。ロック機構２９が出力ギヤ４７（伝達比制御モータ１４）の回転を拘束すると、これに伴って、キャリア４５の回転が拘束される。

なお、図３（ｂ）に示すように、ロック機構２９の出力ロッド５１がロック孔５２に係合した状態で、出力ギヤ４７は、回転方向に遊び量Ｂを有している。
このようにロック機構２９の動作によりキャリア４５の回転が拘束された状態で操舵部材２が回転操作された場合、操舵部材２に連結された入力軸３ａが回転し、伝達比可変機構１３の入力サンギヤ４２ａが回転する。この回転により、入力サンギヤ４２ａに噛み合う入力遊星ギヤ４３ａが支軸４４を共通とする出力遊星ギヤ４３ｂと共に回転する。この回転により、出力遊星ギヤ４３ｂに噛み合う出力サンギヤ４２ｂに回転力が加わり、出力サンギヤ４２ｂを備える出力軸３ｂが回転することになり、この回転に応じた操舵がなされる。

このとき、入力軸３ａから出力軸３ｂへの回転伝達は、入力サンギヤ４２ａ、入力遊星ギヤ４３ａ、出力遊星ギヤ４３ｂおよび出力サンギヤ４２ｂの歯数によって定まる固有の回転伝達比にてなされ、転舵輪１１は、操舵部材２の操作方向に、操舵部材２の操作量（操舵角）に回転伝達比を乗じた角度（転舵角）相当分だけ転舵されることになる。すなわち、操舵部材２から転舵輪１１への機械的な伝動による操舵がなされる。

伝達比制御モータ１４に対する伝達比制御および反力制御モータ１５に対する反力制御の実施中に、図４のフローチャートのステップＳ１に示すように、操舵制御部３０は、入力側の各センサ、並びに出力側の上記伝達比制御モータ１４及び反力制御モータ１５のフェイル発生の有無を調べる異常診断を行っており、この異常診断の結果、フェイルが発生していると診断された場合（図４のステップＳ１においてＹＥＳの場合）、図４のステップＳ２において、フェイル発生下での誤った伝達比制御および反力制御を停止すると共に、伝達比可変機構１３のロック機構２９に動作指令を発するフェイルセーフ動作を実行する。

具体的には、伝達比制御モータ１４および反力制御モータ１５のそれぞれの制御電流を零にすることにより、伝達比制御および反力制御を停止する。また、ロック機構２９をロック状態にするためのロックモードを設定し、そのロックモードの設定に応じて、ロック機構２９にロック指令信号を出力し、ロック機構２９の出力ロッド５１をロック孔５２に係合させる。

これにより、伝達比可変機構１３の伝達比制御モータ１４の出力ギヤ４７とともにキャリア４５の回転が拘束される。その結果、操舵部材２の回転操作が、伝達比可変機構１３による減速を経て転舵機構９に伝わる。従って、フェイル発生に伴う操舵制御及び反力制御の停止時における緊急の操舵を、操舵部材２から転舵機構９への機械的な伝動によるマニュアル操舵によって行わせることができる。

このとき、ロック機構２９は、伝達比可変機構１３の上記出力ギヤ４７とともに上記キャリア４５の回転を拘束するが、この回転拘束には、大きな力は必要ない。ロック機構２９としては、上述したソレノイド等、小型で簡素な構成のアクチュエータを用いることができ、複雑な構成を必要とせずに確実に実現することができる。
上記のようにフェイルセーフ動作を実行した後、図４のステップＳ３において、トルクセンサ３２から操舵トルクＰを取り込み、ステップＳ４において、その操舵トルクＰが所定値Ｐ１未満になるか否かが監視される。

そのステップＳ４において、操舵トルクＰが所定値Ｐ１以上である場合（ステップＳ４においてＮＯの場合）には、フェイルセーフ動作を継続し、ステップＳ４において、操舵トルクＰが所定値Ｐ１未満と判定された場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）には、フェイルセーフ動作を停止し、ステップＳ５に示すように、伝達比制御および反力制御を開始するとともに、ロック解除モードに設定し、伝達比制御モータ１４（出力ギヤ４７およびキャリア４５）の回転拘束を解除する。

これは、下記のような場面で特に効果がある。すなわち、例えば、転舵輪１１が縁石に乗り上げた状態で、フェイルセーフが実行され、運転者が操舵部材２を最大の操舵角で操舵しているような場合である。
このように、フェイルセーフによりロック機構２９がロック状態にあるとき、運転者が操舵軸に多大な操舵入力を及ぼしている場合（操舵トルクＰが所定値Ｐ１以上の場合）には、運転者が冷静さを失っていると判断し、安全確保のために、伝達比制御および反力制御を停止するとともに、ロック機構２９によるロックを維持する。

一方、運転者による操舵入力が低い場合（操舵トルクＰが所定値Ｐ１未満の場合）には、運転者が平静を取り戻していると判断し、ロック機構２９によるロックを解除して、伝達比制御モータ１４を通常制御する状態（すなわち伝達比制御する状態）に戻すとともに、反力制御モータ１５を通常制御する状態（すなわち反力制御する状態）に戻し、また、ロック機構２９によるロックを解除し、伝達比可変機構１３の伝達比が可変な状態とする。すなわち、緊急状態回避のためのフェイルセーフ機能が実行されていても、安全な操舵が可能な状態に戻っていると判断したときには、通常制御に戻す。

なお、以上のフェイルセーフ動作によりマニュアル操舵に移行させる場合、操舵部材２を操作する運転者に体感される操舵感が変化する。したがって、操舵制御部３０は、ロック機構２９への動作指令の出力に併行して、警報音の鳴動、音声メッセージの発生等の警報動作を行わせ、操舵感が変化することを運転者に報知することが好ましい。
また、伝達比制御モータ１４および反力制御モータ１５の一方又は両方をダイレクトドライブモータとし、それぞれに対応する入力軸３ａ及び出力軸３ｂに直接回転力を伝達するようにしてもよい。

また、上記の操舵制御部３０は、システムの起動時に、すなわちイグニッションスイッチがオンされたときに、ロック機構２９の異常を初期診断する機能（初期診断部４１の機能に相当）を有している。
具体的には、図５のフローチャートに示すように、システムの起動に伴って、ステップＳ１において、フェイルフラッグＦＦが０に初期設定される。次いで、ステップＳ２において、ロック解除モードにあるか否かが判定される。ロック解除モードにあると確認されると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３において、伝達比制御モータ１４の回転角センサ３４（例えばレゾルバ）の信号に基づいて伝達比制御モータ１４のロータの回転位置θを取り込み、前回取得値として記憶する。

次いで、ステップＳ４において、伝達比制御モータ１４のロータを第１の所定角度Ａ１だけ回転変位させる。第１の所定角度Ａ１は、ロック機構２９によりロックされたときの伝達比制御モータ１４のロータの遊び量Ｂ（例えばＢ＝１°）を超える角度であり（Ａ１＞Ｂ）、例えば５°である（Ａ１＝５°）。
このようにロータを第１の所定角度Ａ１だけ回転変位させた後、ステップＳ５において、再び、伝達比制御モータ１４のロータの回転位置θを取り込み、ステップＳ６において、今回取り込んだ回転位置θと前回取得した回転位置θとの間の回転位置変化量Δθを算出する。

算出された回転位置変化量Δθが、第１の所定角度Ａ１未満である（Δθ＜Ａ１）場合（ステップＳ７においてＹＥＳの場合）には、ロック解除モードであるにもかかわらず、ロック機構２９がロックされた状態にあると判断し、ステップＳ８において、第１の異常信号を出力した後、ステップＳ９において、フェイルフラッグＦＦを１（フェイル発生に相当）に設定し、処理を終了する。

一方、算出された回転位置変化量Δθが第１の所定角度Ａ１以上である場合（ステップＳ７においてＮＯの場合であり、Δθ≧Ａ１である場合）には、ロック解除モードにおいて、ロック機構２９が正常に機能していて、ロック機構２９のロックが解除された状態にあると判断し、ステップＳ１０において、正常信号を出力した後、初期診断の処理を終了する。

また、ステップＳ２において、ロック解除モードにないと判定された場合（ステップＳ２においてＮＯの場合）には、ステップＳ１１に進み、伝達比制御モータ１４のレゾルバの信号に基づいて伝達比制御モータ１４のロータの回転位置θを取り込み、前回取得値として記憶する。
次いで、ステップＳ１２において、伝達比制御モータ１４のロータを第２の所定角度Ａ２だけ回転変位させる。第２の所定角度Ａ２は、ロック機構２９によりロックされたときのロータの遊び量Ｂ（例えばＢ＝１°）を超える角度であり（Ａ２＞Ｂ）、例えば５°である（Ａ２＝５°）。

このようにロータを第２の所定角度Ａ２だけ回転変位させた後、ステップＳ１３において、再び、伝達比制御モータ１４のロータの回転位置θを取り込み、今回取り込んだ回転位置θと前回取得した回転位置θとの間の回転位置変化量ΔθをステップＳ１４において算出する。
ステップＳ１４において算出された回転位置変化量Δθが、ステップＳ１５において、上記遊び量Ｂ（ロック機構２９によってロックされたときの、伝達比制御モータ１４のロータの遊び量）以下である（Δθ≦Ｂ）と判断された場合（ステップＳ１５においてＮＯの場合）には、ステップＳ１０に進み、ロック機構２９が正常である旨の正常信号を出力した後、初期診断の処理を終了する。

一方、ステップＳ１４において算出された回転位置変化量Δθが、ステップＳ１５において上記遊び量Ｂを超えている（Ｂ＜Δθ）と判断された場合（ステップＳ１５においてＹＥＳの場合）には、次のステップＳ１６に進む。
そのステップＳ１６では、伝達比制御モータ１４のロータを第３の所定角度Ａ３だけ回転変位させる。第３の所定角度Ａ３は、ロック機構２９によるロック位置の配置間隔に相当する回転角度Ｃ（例えば４５°）以上の角度である（Ａ３≧Ｃ）。

一時的な異常でロック機構２９のロックが達成されていない場合に、ステップＳ１６において、上記第２の所定角度Ａ３だけ、伝達比制御モータ１４のロータを回転変位させ、これにより、伝達比制御モータ１４が、隣接するロック位置でロックされるか否かを再検査する。
すなわち、ステップＳ１１〜ステップＳ１５と同じ処理であるステップＳ１７〜ステップＳ２１を実行し、ロック機構２９がロック状態にあるか否かを再判定する。再判定の結果、回転位置変化量Δθが遊び量Ｂ以下である（Δθ≦Ｂ）場合（ステップＳ２１においてＮＯの場合）には、ロック機構２９が正常にロックされた状態にあると判断し、ステップＳ１０において、正常信号を出力した後、初期診断の処理を終了する。

再判定の結果、回転位置変化量Δθが、依然として遊び量Ｂを超えている（Ｂ＜Δθ）場合（ステップＳ２１においてＹＥＳの場合）には、ステップＳ２２において、ロックモードにあるにもかかわらずロック機構２９がロック状態にない旨の、第２の異常信号を出力した後、ステップＳ２３において、フェイルフラッグＦＦを１に設定し、初期診断の処理を終了する。

本実施の形態によれば、操舵制御部３０の起動に伴う初期診断において、ロック解除モードであるにもかかわらず、ロック機構２９がロック状態にある場合に、これを第１の異常であるとして検出することができる。
ロック解除モードであるのにロック機構２９がロック状態にあるときに、仮に、操舵制御部３０が伝達比制御モータ１４の回転制御を実施しようとすると、伝達比制御モータ１４に通常よりも大きな電流が流れ、その結果、伝達比制御モータ１４が焼損するおそれがある。これに対して、本実施の形態では、操舵制御部３０の起動に伴う初期診断時に、すなわち車両の走行を開始する前に、第１の異常（ロック解除モードであるにもかかわらず、ロック機構２９がロックされている異常）を検出することができるので、これに応じた修理等の対処が走行前に可能となる。したがって、可及的に、伝達比制御モータ１４の焼損の発生を未然に防止することができ、その結果、確実なフェイルセーフを実現することができる。

また、上記初期診断部４１は、ロックモードに設定されていることを確認した後、伝達比制御モータ１４を、ロック機構２９によりロックされたときのロータ（出力ギヤ４７）遊び量Ｂを超える第２の所定角度Ａ２だけ回転させる回転変位指令を出力し、その回転変位指令に伴う回転角センサ３４の検出による回転位置変化量Δθが、遊び量Ｂを超えているときに、上記ロック機構２９の第２の異常を検出する。すなわち、初期診断において、ロックモードであるにもかかわらず、ロック機構２９がロック状態にない場合に、これを第２の異常であるとして検出することができる。したがって、車両の走行を開始する前に、第２の異常を検出することができるので、これに応じた修理等の対処が可能となり、その結果、確実なフェイルセーフを実現することができる。

また、上記のようにロックモードであるにもかかわらず、ロック機構２９がロック状態にないという上記第２の異常が検出されたときに、伝達比制御モータ１４をロック位置の配置間隔に相当する回転角度Ｃ以上の第３の所定角度Ａ３だけ回転変位させる。これにより、ロック機構２９が正常に作動していれば、隣接するロック位置でロック機構２９のロックが達成されることになる。これにより、一時的なロック不良を自然に解消することが可能となる。

また、操舵制御部３０は、伝達比制御モータ１４の焼損を防止する機能を有している。具体的には、図６のフローチャートを参照して、ステップＳ１において、温度センサ３５により検出された温度Ｔを取り込み、ステップＳ２において、温度Ｔが予め定めた所定温度Ｔ１以上であるか否かが判定される。温度Ｔが所定温度Ｔ１以上である場合には、ステップＳ１４に進み、フェイルフラッグＦＦを１に設定する。

一方、ステップＳ２において、温度Ｔが所定温度Ｔ１未満である（Ｔ＜Ｔ１）と判定された場合（ステップＳ２においてＮＯの場合）には、タイマー（タイマーカンウト）をスタートした（ステップＳ３）後、ステップＳ６において、タイムアップ（タイマーカウントアップ）するまでの間（例えば３０秒間）、電流センサ３６により検出された電流ｉを取り込み（ステップＳ４）、電流積算値Ｗを算出する（ステップＳ５）という動作を繰り返す。

次いで、ステップＳ７では、タイムアップするまでの間に積算された電流積算値Ｗが予め定めた所定値Ｗ１以上であるか否かが判定される。ステップＳ７において、電流積算値Ｗが所定値Ｗ１以上であると判定された場合（ステップＳ７においてＹＥＳの場合）には、ステップＳ１４に進み、フェイルフラッグＦＦを１に設定する。
ステップＳ７において、電流積算値Ｗが所定値Ｗ１未満であると判定された場合（ステップＳ７においてＮＯの場合）には、タイマー（タイマーカンウト）をスタートした（ステップＳ８）後、ステップＳ１２において、タイムアップ（タイマーカウントアップ）するまでの間（例えば３０秒間）、電流センサ３６により検出された電流ｉを取り込み（ステップＳ９）、今回取得した電流ｉの値と前回の取得値との偏差Δｉを算出する（ステップＳ１０）という動作を繰り返す。

偏差Δｉが予め定めた所定値Δｉ１未満（ｉ＜Δｉ１）のままで、タイムアップ（タイマーカウントアップ）した場合（ステップＳ１２でＹＥＳの場合）には、ステップＳ１３に進んで、フェイルフラッグＦＦを０に設定する。
一方、タイムアップする前に、偏差Δｉが所定値Δｉ１以上になった場合（ステップＳ１１においてＹＥＳの場合）には、ステップＳ１４に進み、フェイルフラッグＦＦを１に設定する。

本実施の形態によれば、伝達比制御モータ１４の温度、電流、および電流積算値の何れか一つでも対応する条件に該当すると、フェイルセーフを実行するようにしたので、伝達比制御モータ１４の状態の監視が確実である。したがって、特に、高μ路（路面の摩擦係数が高い、例えば石畳などの悪路）を走行（特に登坂走行）するような条件であっても、伝達比制御モータ１４の過熱焼損の発生を未然に防止することができ、その結果、確実なフェイルセーフを実現することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば上記の実施の形態では、ロック機構２９は、伝達比制御モータ１４と同行回転する出力ギヤ４７をロックしたが、これに限らず、伝達比制御モータ１４のロータをロックするようにしてもよいし、また、伝達比可変機構１３のキャリア４５をロックするようにしてもよいし、また、伝達比可変機構１３の他の伝達要素をロックするようにしてもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、３ａ…入力軸、３ｂ…出力軸、９…転舵機構、１１…転舵輪、１２…操舵補助機構、１３…伝達比可変機構、１４…伝達比制御モータ、１５…反力制御モータ、１７…油圧制御弁、１８…パワーシリンダ、２４…油圧ポンプ、２８…電動モータ、２９…ロック機構、３０…操舵制御部、３１…操舵補助制御部、３２…トルクセンサ、３３…回転角センサ、３４…回転角センサ（回転位置検出装置）、３５…温度センサ（温度検出装置）、３６…電流センサ（電流検出装置）、３７…走行状態センサ、３８…伝達比制御部、３９…反力制御部、４０…モード設定部、４１…初期診断部、４７…出力ギヤ、４７ａ…外周、５０…本体、５１…出力ロッド、５２…ロック孔、θ…回転位置、Δθ…回転位置変化量、Ａ１…第１の所定角度、Ａ２…第２の所定角度、Ａ３…第３の所定角度、Ｂ…遊び量、Ｃ…（配置間隔に相当する）回転角度、ｉ…電流、Δｉ…偏差、Ｔ…温度、Ｐ…操舵トルク

Claims (4)

1. 操舵部材の操作に応じて回転する入力軸と転舵機構の動作に連動して回転する出力軸との間に介在し、入力軸および出力軸間の伝達比を変更可能な伝達比可変機構と、
   上記伝達比可変機構の上記伝達比を変更可能な伝達比制御モータと、
   上記伝達比制御モータの回転をロック可能なロック機構と、
   上記伝達比制御モータのロータの回転位置を検出する回転位置検出装置と、
   上記伝達比制御モータおよび上記ロック機構を制御する制御部と、を備え、
   上記制御部は、ロック機構をロックさせるロックモードおよび上記ロックを解除するロック解除モードを設定可能なモード設定部と、当該制御部の起動に伴って上記ロック機構の動作を診断する初期診断部と、を含み、
   上記初期診断部は、上記ロック解除モードに設定されていることを確認した後、上記伝達比制御モータの上記ロータを、上記ロック機構によりロックされたときの上記ロータの遊び量を超える第１の所定角度だけ回転させる回転変位指令を出力し、その回転変位指令の出力に伴う上記回転位置検出装置の検出値の変化量が上記第１の所定角度未満であるときに、上記ロック機構の第１の異常を検出し、
   上記初期診断部は、上記ロックモードに設定されていることを確認した後、上記伝達比制御モータの上記ロータを、上記ロック機構によりロックされたときの上記ロータの遊び量を超える第２の所定角度だけ回転させる回転変位指令を出力し、その回転変位指令に伴う上記回転位置検出装置の検出値の変化量が、上記遊び量を超えるときに、上記ロック機構の第２の異常を検出する、車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記ロック機構は、上記ロータの周方向に等しい間隔で配置された複数のロック位置で上記ロータをロック可能であり、
   上記制御部は、上記初期診断部によって、上記ロック機構の第２の異常が検出されたときに、上記伝達比制御モータのロータを上記間隔に相当する回転角度以上の第３の所定角度だけ回転させる回転変位指令を出力する、車両用操舵装置。
3. 請求項１または２において、上記伝達比制御モータの温度を検出する温度検出装置と、 上記伝達比制御モータの電流を検出する電流検出装置と、を備え、
   上記制御部は、上記温度検出装置による検出温度および上記電流検出装置による検出電流に基づいて、上記伝達比制御モータの異常を判定し、その異常の判定に応じて上記ロック機構にロック指令信号を出力するとともに、上記伝達比制御モータの電流を零にするフェイルセーフ機能を有する、車両用操舵装置。
4. 請求項３において、上記操舵軸に負荷されるトルクを検出するトルクセンサを備え、
   上記制御部は、上記フェイルセーフ機能が実行されているときに、上記トルクセンサの出力値が所定値以下であることを条件として、フェイルセーフ機能を解除し、伝達比制御モータを伝達比制御する機能を有する、車両用操舵装置。

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