JP5614579B2 - 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。

操舵部材に連結される入力軸と、転舵機構に連結される出力軸との間に、入力軸と出力軸との間の回転伝達比を変更可能な伝達比可変機構を備える車両用操舵装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。伝達比可変機構は、遊星歯車機構等により構成されている。電動モータが、遊星歯車機構のキャリア等の所定の歯車を回転させることにより、回転伝達比を変更できるようになっている。また、上記所定の歯車の回転をロックさせるロック機構が備えられている。ロック機構によって所定の歯車の回転がロックされると、遊星歯車機構における伝達比が機械的に固定される。これにより、電動モータを停止した状態でも、操舵部材のトルクを、遊星歯車機構を介して転舵機構に伝達可能となっている。

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

上記のように、ロック機構を用いて伝達比を機械的に固定した状態で電動モータを停止することで、操舵部材による操舵が可能な状態を維持しつつ、電動モータを休めて保護することができる。しかしながら、電動モータを休めている間、伝達比は機械的に固定されることになるので、電動モータを用いた伝達比可変制御を行うことができず、伝達比可変制御による操舵フィーリングの向上効果を発揮できない。このため、無闇に電動モータ保護の制御を行うことは好ましくなく、真に保護する必要のあるときにのみ、電動モータ保護の制御を行うようにすることが好ましい。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、電動モータを適切な条件下で保護することのできる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、車両（１００）の転舵輪（１１）を転舵するための車両用操舵装置（１）において、操舵部材（２）の操舵に応じて回転する入力軸（１８）と転舵機構（９）の動作に連動して回転する出力軸（１９）との間に介在し、前記入力軸および前記出力軸間の伝達比（θ２／θ１）を変更可能な伝達比可変機構（１３）と、前記伝達比を変更するための伝達比制御モータ（１４）と、前記伝達比を固定するためのロック機構（２５）と、前記車両が走行する路面（２００）と前記転舵輪との間の摩擦係数を推定する推定手段（４９）と、前記伝達比制御モータの負荷（Ｌ）を判定する判定手段（５０）と、推定された摩擦係数（μ）が所定の基準摩擦係数（μ１）を超えており、かつ、前記伝達比制御モータの負荷が所定の基準モータ負荷（Ｌ１）を超えていると判定されたときに、前記伝達比制御モータを保護するための保護モードを設定可能な制御部（３７）と、を備え、前記伝達比制御モータに流れる電流（Ａ）を検出する電流検出部（３５）と、を備え、前記判定手段は、前記電流が所定の基準電流（Ａ１）を超えている状態が所定の基準時間（Ｔ１）を超えて継続しているときに、前記伝達比制御モータの負荷が前記基準モータ負荷を超えていると判定し、前記基準電流と前記基準時間との関係は、前記推定された摩擦係数の値に基づいて変化するように構成されていることを特徴とする（請求項１）。

なお、「摩擦係数を推定」は、摩擦係数を路面状態等から間接的に推定することと、摩擦係数を路面と転舵輪との間の接触状態から直接的に推定（測定）することの双方を含む。
車両用操舵装置では、路面の摩擦係数が高いときには、伝達比制御モータがスムーズに回転し難く、この状態で伝達比制御モータの負荷が高いと、伝達比制御モータが焼損（モータ焼け）し易い。本発明によれば、真に伝達比制御モータを保護する必要のあるこのようなときに、制御部が保護モードを設定する。これにより、伝達比制御モータを適切に保護できる。一方、伝達比制御モータの負荷が低いか、路面の摩擦係数が低いときには、伝達比制御モータに無理な負荷がかからず、伝達比制御モータが焼損する事態にはならない。したがって、このとき、制御部は、モータ保護モードを設定しない。これにより、伝達比制御モータを保護する必要のあるときには伝達比制御モータを確実に保護でき、且つ伝達比制御モータを保護しなくてもよいときには、伝達比制御モータを用いた伝達比可変制御を確実に行うことができる。よって、伝達比制御モータの故障を抑制しつつ、伝達比可変制御が行われない状態をより少なくできる。これにより、伝達比制御モータを適切な条件下で保護できる。

例えば、路面と転舵輪との間の摩擦係数を考慮せずに、単に伝達比制御モータの負荷が高いことだけをもって、保護モードを設定する場合を考える。この場合、伝達比制御モータの負荷が大きい一方、上記摩擦係数が低いときでも、保護モードが設定される。しかしながら、この場合、上記摩擦係数が低いので、伝達比制御モータはスムーズに回転できるので、焼損（モータ焼け）のおそれは少なく、保護モードを設定しなくてもよい。このように、伝達比制御モータを保護しなくてもよい場合でも、保護モードが設定されてしまう。これに対し、本発明では、伝達比制御モータの負荷が大きいけれども、路面の摩擦係数は低い場合、保護モードは設定されない。したがって、伝達比制御モータの負荷に加えて、上記摩擦係数を考慮することで、より適切な条件下で伝達比制御モータを保護できる。

また、本発明は、車両の転舵輪を転舵するための車両用操舵装置において、操舵部材の操舵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、前記入力軸および前記出力軸間の伝達比を変更可能な伝達比可変機構と、前記伝達比を変更するための伝達比制御モータと、前記伝達比を固定するためのロック機構と、前記車両が走行する路面と前記転舵輪との間の摩擦係数を推定する推定手段と、前記伝達比制御モータの負荷を判定する判定手段と、推定された摩擦係数が所定の基準摩擦係数を超えており、かつ、前記伝達比制御モータの負荷が所定の基準モータ負荷を超えていると判定されたときに、前記伝達比制御モータを保護するための保護モードを設定可能な制御部と、を備え、前記制御部は、一定時間ごとに、前記推定された摩擦係数を判定可能であることを特徴とする（請求項２）。
この場合、車両の走行等に伴う摩擦係数の変化に応じて、摩擦係数をリアルタイムに判定できる。これにより、より適切な態様で、モータ保護モードを設定できる。

また、本発明において、前記伝達比制御モータに流れる電流（Ａ）を検出する電流検出部（３５）をさらに備え、前記判定手段は、前記電流が所定の基準電流（Ａ１）を超えている状態が所定の基準時間（Ｔ１）を超えて継続しているときに、前記伝達比制御モータの負荷が前記基準モータ負荷を超えていると判定する場合がある（請求項３）。この場合、伝達比制御モータに実際に流れている電流に基づいて、伝達比制御モータの負荷を正確に検出できる。

また、本発明において、前記基準電流と前記基準時間との関係は、前記推定された摩擦係数の値に基づいて変化するように構成されている場合がある（請求項４）。
路面と転舵輪との間の摩擦係数が大きいほど、路面から転舵輪等を介して伝達比制御モータに伝わる路面抵抗が大きいので、伝達比制御モータは、スムーズに回転し難い。したがって、伝達比制御モータの負荷が同じ場合でも、路面の摩擦係数が大きいほど、伝達比制御モータにかかる負担は大きい。このため、上記摩擦係数が大きく、伝達比制御モータにかかる負担が大きいときほど、基準時間を短くして、早期に保護モードを設定できる。その結果、伝達比制御モータによる伝達比可変制御が規制された状態を最小限にしつつ、伝達比制御モータを適切に保護できる。

また、本発明において、前記制御部は、前記保護モードのときに、前記伝達比制御モータへの電流の供給を停止させるともに、前記ロック機構によって前記伝達比を固定させる場合がある（請求項５）。この場合、ロック機構によって、伝達比を機械的に固定できる。このとき、伝達比制御モータには電流が流れないので、伝達比制御モータの負荷を実質的にゼロにできる。これにより、伝達比制御モータを自然冷却する等して、伝達比制御モータを確実に保護できる。

本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置を備える車両の概略構成を示す模式図である。 伝達比可変機構の概略構成を示す一部断面図である。 （Ａ）は、ロック機構の主要部の断面図であり、ロック部材が第２位置にある状態を示しており、（Ｂ）は、ロック部材が第１位置にある状態を示している。 モータ保護モード設定に関する制御の流れを説明するためのフローチャートである。 基準時間と基準電流との関係を示すマップをグラフとして示した図である。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置を備える車両の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、車両１００は、例えば四輪乗用車である。車両１００は、車両用操舵装置１を備えている。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、自動車等の車両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、転舵機構９に操舵補助力を付与するための操舵補助機構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（伝達比に相当）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には、伝達比を変更することのできるブラシレスモータからなる所定のモータとしての伝達比制御モータ１４が設けられている。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ブラシレスモータからなる反力補償モータ１５が設けられている。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２と伝達比可変機構１３との間に配置され操舵部材２の操舵に応じて回転する入力軸１８と、伝達比可変機構１３と中間軸５との間に配置され転舵機構９の動作に連動して回転する出力軸１９とを含む。
入力軸１８は、操舵部材２に一体回転可能に連結される第１軸１８ａと、第１軸１８ａにトーションバー２０を介して連結される第２軸１８ｂとを含む。トーションバー２０を介した第１軸１８ａと第２軸１８ｂの相対回転量は小さく、実質的に第１軸１８ａと第２軸１８ｂとは一体回転していると考えることができる。

操舵補助機構１２は、ブラシレスモータからなる操舵補助モータ２１と、操舵補助モータ２１の出力回転を減速する減速機構２２と、を含む。減速機構２２は、例えば、ウォーム減速機構であり、操舵補助モータ２１のロータ２１ａに一体回転可能に連結されるウォーム軸２３と、出力軸１９に一体回転可能に連結されウォーム軸２３に噛み合うウォームホイール２４とを含む。

操舵補助モータ２１は、減速機構２２、出力軸１９および中間軸５を介して転舵機構９に動力伝達可能に連結されている。操舵補助モータ２１の出力は、減速機構２２を介して出力軸１９に伝達され、運転者の操舵を補助するようになっている。
車両用操舵装置１は、伝達比制御モータ１４の回転をロックすることで伝達比を機械的に固定可能なロック機構２５を備えている。

また、車両用操舵装置１は、複数のセンサとして、トルクセンサ３０、第１センサとしての第１レゾルバ３１、第２センサとしての第２レゾルバ３２、第３センサとしての第３レゾルバ３３、モータ電流センサ３５、および走行状態センサ３６を備えている。
トルクセンサ３０は、トーションバー２０に隣接して配置されており、トーションバー２０のねじれに伴う第１軸１８ａと第２軸１８ｂとの相対回転量を検出することで、操舵部材２に負荷される操舵トルクを検出する。

第１レゾルバ３１は、伝達比制御モータ１４の後述するロータ１４ａの回転位置を検出するレゾルバであり、伝達比制御モータ１４に隣接して配置されている。伝達比制御モータ１４は、第１レゾルバ３１の検出値を用いるフィードバック制御により駆動制御される。
第２レゾルバ３２は、反力補償モータ１５の後述するロータ１５ａの回転位置を検出するレゾルバであり、反力補償モータ１５に隣接して配置されている。反力補償モータ１５は、第２レゾルバ３２の検出値を用いるフィードバック制御により駆動制御される。反力補償モータ１５は、伝達比可変機構１３の動作による操舵部材２の操舵反力（操舵反力の変化）を補償するためのモータである。

第３レゾルバ３３は、操舵補助モータ２１のロータ２１ａの回転位置を検出するレゾルバであり、操舵補助モータ２１に設けられている。操舵補助モータ２１は、第３レゾルバ３３の検出値を用いるフィードバック制御により駆動制御される。
モータ電流センサ３５は、伝達比制御モータ１４に流れる電流としてのモータ電流Ａを検出する電流検出部として設けられている。

走行状態センサ３６は、車両の走行状態（車速、転舵角、車両のヨーレート等の、車両用操舵装置１の制御に関連する車両走行状態）を検出するセンサであり、複数のセンサによって構成されている。
また、走行状態センサ３６は、転舵輪１１と路面２００との間の摩擦係数を推定するのに必要な情報を得るためにも設けられている。この走行状態センサ３６として、転舵輪１１を含む複数の車輪の回転速度を個別に検出する車速センサや、路面２００に対する上記車輪のスリップ率を検出するセンサや、路面２００を撮影するカメラを例示することができる。なお、走行状態センサ３６は、転舵輪１１と路面２００との間の摩擦係数の推定（検出）に用いる情報を得るためのものであれば、上記例示の構成に限定されない。

車両用操舵装置１は、制御部３７を備えている。制御部３７は、伝達比制御モータ１４、反力補償モータ１５、およびロック機構２５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３８と、操舵補助モータ２１の動作を制御する操舵補助制御部３９とを含んでいる。
操舵制御部３８および操舵補助制御部３９は、それぞれ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic ControlUnit)により構成され、例えば車載ネットワーク４０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３８には、トルクセンサ３０、第１レゾルバ３１、第２レゾルバ３２、第３レゾルバ３３、モータ電流センサ３５および走行状態センサ３６がそれぞれ接続されている。各センサ３０〜３３，３５，３６からの検出信号は、操舵制御部３８に入力されるようになっている。
操舵制御部３８は、ドライバ４１を介して伝達比制御モータ１４に接続されており、ドライバ４２を介して反力補償モータ１５に接続されている。また、操舵制御部３８は、ロック機構２５に接続されている。

操舵制御部３８は、所定のプログラムを実行することによってソフトウェア的に実現される機能処理部として、伝達比制御部４６と、反力制御部４７と、ロック制御部４８と、推定手段としてのμ推定・判定部４９と、判定手段としてのモータ負荷判定部５０と、モード設定部５１と、時間を計測するためのタイマ５２と、を含んでいる。さらに、操舵制御部３８は、ＲＯＭ（Read Only Memory）４５を含んでいる。

伝達比制御部４６は、伝達比を制御するべく、伝達比制御モータ１４の駆動を制御するようになっている。
反力制御部４７は、操舵部材２に負荷される反力を制御するべく、反力補償モータ１５の駆動を制御するようになっている。
ロック制御部４８は、ロック機構２５の駆動を制御するようになっている。

μ推定・判定部４９は、走行状態センサ３６で得られた検出信号等を用いて、転舵輪１１と路面２００との間の摩擦係数を推定し、且つ推定した摩擦係数である推定摩擦係数μの値を判定するようになっている。
モータ負荷判定部５０は、モータ電流センサ３５で検出されたモータ電流Ａ１の値を用いて、伝達比制御モータ１４の負荷を判定するようになっている。

モード設定部５１は、主モードと、モータ保護モードと、フェールモードとを択一的に設定するようになっている。
主モードは、車両用操舵装置１が通常の状態、すなわち、モータ保護モードおよびフェールモードの何れも設定されていないときにないときに設定される。
主モードであって、車両１００が比較的低速で走行しているとき、操舵制御部３８は、伝達比制御モータ１４の駆動を制御することで、伝達比を１より大きくする制御を行う。これにより、操舵部材２の回転操作量（入力軸１８の操舵角θ１）が少なくても、転舵輪１１の角度（出力軸１９の転舵角θ２）を大きくできる。その結果、車両１００を駐車場に入れるとき等に、運転者が操舵部材２を回す量を少なくできる。また、主モードであって、車両１００が比較的高速で走行しているとき、操舵制御部３８は、伝達比制御モータ１４の駆動を制御することで、伝達比θ２／θ１を１以下にする制御を行う。これにより、操舵部材２の回転操作量（操舵角θ１）が大きくても、転舵輪１１の角度（転舵角θ２）を小さくできる。その結果、車両１００が高速道路を車線変更するとき等に、滑らかな操舵感を得ることができる。

モータ保護モードは、伝達比制御モータ１４が焼損等の故障はしていないけれども、焼損が生じるおそれのあるときに設定される。モータ保護モードは、推定摩擦係数μが所定の基準摩擦係数μ１を超えており、且つ、モータ負荷判定部５０で判定される伝達比制御モータ１４の負荷であるモータ負荷Ｌが所定の基準モータ負荷Ｌ１を超えているときに、設定されるようになっている。

モータ保護モードのとき、操舵制御部３８は、伝達比制御モータ１４への電流をゼロにして、伝達比制御モータ１４を停止し、且つロック機構２５を動作させて伝達比θ２／θ１を機械的に固定する。モータ保護モード設定の制御についての詳細は、後述する。
フェールモードは、伝達比制御モータ１４等が故障したときに設定されるようになっている。例えば、伝達比制御モータ１４を駆動する信号が操舵制御部３８から伝達比制御モータ１４へ出力されたにも拘わらず、伝達比制御モータ１４が回転せず、第１レゾルバ３１の出力信号が一定時間以上変化しない場合に、伝達比制御モータ１４が故障したと判定され、フェールモードが設定される。フェールモードのとき、操舵制御部３８は、伝達比制御モータ１４の電流をゼロにし、且つロック機構２５を動作させて伝達比θ２／θ１を機械的に固定する。

ＲＯＭ４５には、モータ保護モードの設定に関連するデータが予め記憶されている。
操舵補助制御部３９は、ドライバ４３を介して操舵補助モータ２１に接続されており、操舵補助モータ２１の駆動を制御するようになっている。
図２は伝達比可変機構１３の概略構成を示す一部断面図である。図２に示すように、入力軸１８の第２軸１８ｂおよび出力軸１９は、互いの先端を相対向させて同軸上に配置されている。

伝達比可変機構１３は、入力軸１８の第２軸１８ｂと出力軸１９との間の伝達比を変更可能とされている。伝達比可変機構１３は、全体として筒状をなすハウジング５３に収容されている。
伝達比可変機構１３は、入力軸１８の第２軸１８ｂと同軸に並んで一体回転可能な入力サンギヤ５４と、入力サンギヤ５４と同軸に配置され、出力軸１９と一体回転可能な出力サンギヤ５５と、各サンギヤ５４，５５の双方に噛み合う遊星ギヤ５６と、遊星ギヤ５６を遊星ギヤ５６の中心軸線Ｌ２回りに自転可能且つ各サンギヤ５４，５５の中心軸線Ｌ１回りに公転可能に支持するキャリア５７と、を含んでいる。

遊星ギヤ５６は、入力サンギヤ５４および出力サンギヤ５５を互いに関連付けるために設けられている。遊星ギヤ５６は一体成形品であり、中心軸線Ｌ１回りに複数（本実施の形態において、２つ）配置されている。入力サンギヤ５４、出力サンギヤ５５および遊星ギヤ５６は、キャリア５７の回転がロックされているときに、入力サンギヤ５４と出力サンギヤ５５の回転伝達比（伝達比θ２／θ１）が例えば１になるように設計されている。

キャリア５７は、筒状に形成されており、出力軸１９が挿通されている。キャリア５７は、各サンギヤ５４，５５の中心軸線Ｌ１の回りを回転可能である。キャリア５７は、第１部分５７ａと、第２部分５７ｂと、第３部分５７ｃとを含んでいる。
第１部分５７ａは、第１軸受５８を介してハウジング５３に支持され、且つ各遊星ギヤ５６の支軸５６ａの一端を支持している。第２部分５７ｂは、支軸５６ａの他端を支持している。第３部分５７ｃは、第２部分５７ｂから減速機構２２に向けて延び第２軸受５９を介してハウジング５３に支持されている。

キャリア５７の第２部分５７ｂを取り囲むようにして、伝達比制御モータ１４が配置されている。伝達比制御モータ１４は、第２部分５７ｂの外周に一体回転可能に連結されたロータ１４ａと、ロータ１４ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ１４ｂとを含んでいる。伝達比制御モータ１４の駆動によって、キャリア５７が中心軸線Ｌ１回りを回転するようになっている。

伝達比制御モータ１４に関連して、第１レゾルバ３１が配置されている。第１レゾルバ３１は、キャリア５７の第３部分５７ｃの外周に一体回転可能に連結されたロータ３１ａと、ロータ３１ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ３１ｂとを含んでいる。キャリア５７には、伝達比制御モータ１４のロータ１４ａおよび第１レゾルバ３１のロータ３１ａの双方が連結されている。これにより、第１レゾルバ３１は、キャリア５７の回転位置（回転角）および伝達比制御モータ１４のロータ１４ａの回転位置を検出することが可能である。

伝達比制御モータ１４に対して入力軸１８側（図２の右側）には、反力補償モータ１５が配置されている。反力補償モータ１５は、入力軸１８の第２軸１８ｂの外周に連結されたロータ１５ａと、ロータ１５ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ１５ｂとを含んでいる。
反力補償モータ１５に隣接して、第２レゾルバ３２が配置されている。第２レゾルバ３２は、第２軸１８ｂの外周に連結されたロータ３２ａと、ロータ３２ａを取り囲みハウジング５３に固定されたステータ３２ｂとを含んでいる。第２軸１８ｂには、反力補償モータ１５のロータ１５ａおよび第２レゾルバ３２のロータ３２ａの双方が連結されている。これにより、第２レゾルバ３２は、入力軸１８の回転位置（転舵角）および反力補償モータ１５のロータ１５ａの回転位置を検出することが可能である。

ロック機構２５は、モータ保護モードまたはフェールモードが設定されているときに、キャリア５７の回転をロックする。これにより、入力軸１８と出力軸１９との間の伝達比θ２／θ１が所定値（本実施形態において、１）に固定される。
図３（Ａ）は、ロック機構２５の主要部の断面図であり、ロック部材６２が第２位置Ｐ２にある状態を示している。図２および図３（Ａ）を参照して、ロック機構２５は、キャリア５７の第３部分５７ｃに一体回転可能に連結されたリング部材６０と、このリング部材６０に係合可能な軸状のロック部材６２と、ロック部材６２が一端に固定されたロッド６１ａを有するソレノイド６１とを含んでいる。本実施形態において、ロック部材６２は、ロッド６１ａとは単一の材料を用いて一体に形成されている。

リング部材６０の外周には、複数の溝６０ａが周方向に等間隔に複数配置されている。ソレノイド６１は、ハウジング５３に取り付けられている。ソレノイド６１は、ロック部材６２を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２とに変位可能に支持する支持装置である。このソレノイド６１は、ロッド６１ａと、電磁石（図示せず）と、ロッド６１ａをリング部材６０に向けて付勢するばね６１ｂとを含んでおり、操舵制御部３８（図１参照）によって駆動制御される。

図２および図３（Ｂ）を参照して、車両１００の電源オフ時には、ソレノイド６１への通電がオフにされている。このとき、ロッド６１ａに固定されたロック部材６２は、ばね６１ｂの付勢力によって、リング部材６０の溝６０ａに嵌まるようになっている。モータ保護モードまたはフェールモードのときも同様に、ソレノイド６１への通電がオフにされる。これにより、ロッド６１ａに固定されたロック部材６２は、リング部材６０の溝６０ａに嵌まるようになっている。ロック部材６２がリング部材６０の溝６０ａに嵌まっているとき、ロック部材６２は、リング部材６０を介してキャリア５７に係合している。このときのロック部材６２の位置が、第１位置Ｐ１として定義される。

一方、主モードが設定されているときには、図３（Ａ）に示すように、ソレノイド６１への通電がオンにされた状態となっている。このときのソレノイド６１の磁力によって、ロック部材６２は、リング部材６０に係合しない第２位置Ｐ２に維持される。これにより、ロック部材６２がキャリア５７の回転を規制しないようになっている。このように、リング部材６０およびキャリア５７に係合していないときのロック部材６２の位置が、第２位置Ｐ２として定義される。

図１および図２を参照して、上記の構成を有する車両用操舵装置１において、車両１００の通常走行時（異常が生じていない状態での走行時。主モード時。）、操舵部材２が操舵されると、この操舵部材２に連結された入力軸１８が回転することで、伝達比可変機構１３の入力サンギヤ５４が回転する。
このとき、操舵制御部３８の伝達比制御部４６は、操舵制御部３８に接続された各センサ３０〜３３，３５，３６からの入力信号等に基づいて、伝達比制御モータ１４および反力補償モータ１５の目標駆動量を設定する。そして、操舵制御部３８の伝達比制御部４６および反力制御部４７は、伝達比制御モータ１４および反力補償モータ１５のロータ１４ａ，１５ａの回転位置と目標回転位置との偏差がゼロになるように、伝達比制御モータ１４および反力補償モータ１５を制御する。

伝達比制御部４６の制御により、伝達比制御モータ１４のロータ１４ａが回転されない場合、入力サンギヤ５４の回転により、各遊星ギヤ５６、出力サンギヤ５５および出力軸１９が回転する。
このとき、入力軸１８から出力軸１９への伝達比θ２／θ１は、前述の所定の伝達比（例えば、１）である。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、伝達比制御部４６の制御により、伝達比制御モータ１４を駆動することでキャリア５７を回転させると、伝達比θ２／θ１が変化する。これにより、伝達比θ２／θ１、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できる。これらの制御により、前述した、車両１００の低速走行時および高速走行時における、運転者の操舵が補助される。

このとき、伝達比制御モータ１４の駆動に伴う操舵部材２への反力を補償するために、反力制御部４７は、反力補償モータ１５を駆動する。これにより、伝達比制御モータ１４の駆動に伴う操舵部材２のトルク変動を打ち消すように、反力トルクが入力軸１８に伝達される。これにより、運転者の違和感が軽減される。
図２を参照して、制御部３７が主モードを設定しているときには、ロック部材６２が第２位置Ｐ２に位置している。この状態で、上記のように、伝達比制御モータ１４によって伝達比が制御され、且つ、反力補償モータ１５によって操舵部材２に作用する操舵反力が制御される。

次に、モータ保護モード設定に関する制御の流れを説明する。この制御は、主モードが設定されているときに、一定時間ごと（例えば、数十ｍｓごと）に行われる。
この制御の流れを説明するためのフローチャートである図４を参照して、操舵制御部３８のμ推定・判定部４９は、転舵輪１１と路面２００との間の摩擦係数の推定値としての推定摩擦係数μを設定する（ステップＳ１）。例えば、走行状態センサ３６が路面２００を撮影するカメラを含んでいる場合、このカメラのデータに基づいて、μ推定・判定部４９が推定摩擦係数μを設定する。より具体的には、μ推定・判定部４９は、上記カメラから得られたデータから、路面２００が粗いと判断したときには、推定摩擦係数μを低く設定し、路面２００が滑らかな平坦面であると判断したときには、推定摩擦係数μを高く設定する。

また、例えば、走行状態センサ３６が、車両１００の各車輪の回転速度を個別に検出するセンサを含んでいる場合、μ推定・判定部４９は、各車輪の回転速度差等に基づいて、推定摩擦係数μを設定する。
推定摩擦係数μが設定されると、μ推定・判定部４９は、この推定摩擦係数μが所定の基準摩擦係数μ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。基準摩擦係数μ１は、ＲＯＭ４５に格納されている値である。

推定摩擦係数μが基準摩擦係数μ１以下の場合（ステップＳ２でＮＯ）、モード設定部５１は、主モードを維持し（ステップＳ３）、ステップＳ２に戻る。この場合、路面２００と転舵輪１１との間の摩擦係数が低いので、路面２００から転舵輪１１、転舵機構９、出力軸１９、出力サンギヤ５５、遊星ギヤ５６およびキャリア５７を介して伝達比制御モータ１４に作用する摩擦抵抗は小さい。したがって、伝達比制御モータ１４は、スムーズに回転することができ、焼損等の故障を生じるおそれはない。

一方、推定摩擦係数μが基準摩擦係数μ１を超えている場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、モータ負荷判定部５０は、伝達比制御モータ１４の負荷Ｌが所定の基準負荷Ｌ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。
具体的には、モータ負荷判定部５０は、モータ電流センサ３５で検出されたモータ電流Ａが所定の基準モータ電流Ａ１を超えている状態が所定の基準時間Ｔ１を超えて継続しているか否かを判定する。基準時間Ｔ１と基準モータ電流Ａ１との関係は、ＲＯＭ４５に予め格納されているマップ（図４参照）に基づいて定められる。

図５では、マップをグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）として表示している。このグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）では、基準時間Ｔ１と基準モータ電流Ａ１との関係が、推定摩擦係数μに基づいて複数（本実施形態において、３つ）設定されている。すなわち、基準時間Ｔ１と基準電流Ａ１との関係は、推定摩擦係数μの値に基づいて変化している。各グラフｆ（Ｔ１，Ａ１）は、推定摩擦係数μが高いほど、同じモータ電流Ａでも、短時間で基準モータ負荷Ｌ１を超えていると判定するような設定となっている。

モータ負荷判定部５０は、３つのグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）のうち、推定摩擦係数μに最も近いグラフを参照する。そして、モータ負荷判定部５０は、検出されたモータ電流Ａと、このモータ電流Ａが継続して流れている時間Ｔとから決まる座標が、参照しているグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）で区切られた領域の右上側、左下側、および参照しているグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）上の何れに位置しているかによって、モータ負荷Ｌが基準モータ負荷Ｌ１を超えているか否かを判定する。

上記座標が、参照したグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）の右上側の領域にあれば、モータ電流Ａが基準モータ電流Ａ１を超えている状態が基準時間Ｔ１を超えて継続している。よって、モータ負荷判定部５０は、モータ負荷Ｌが基準モータ負荷Ｌ１を超えていると判定する。一方、上記座標が、参照しているグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）上、または参照しているグラフｆ（Ｔ１，Ａ１）の左下側の領域にあれば、電流Ａが基準モータ電流Ａ１よりも高い状態が基準時間Ｔ１を超えて継続している状態ではない。よって、モータ負荷判定部５０は、モータ負荷Ｌが基準モータ負荷Ｌ１以下であると判定する。

図４を参照して、以上の判定方法により、モータ負荷判定部５０が、モータ負荷Ｌは基準モータ負荷Ｌ１以下であると判定した場合（ステップＳ４でＮＯ）、モード設定部５１は、主モードを維持する（ステップＳ３）。モータ負荷Ｌが基準モータ負荷Ｌ１以下である場合、伝達比制御モータ１４の負荷は小さく、焼損が生じるおそれは少ないため、伝達比制御モータ１４を保護する制御は行われない。

一方、モータ負荷判定部５０が、モータ負荷Ｌは基準モータ負荷Ｌ１を超えていると判定した場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、モード設定部５１は、モータ保護モードを設定する（ステップＳ５）。具体的には、ロック制御部４８が、キャリア５７の回転をロックさせることで伝達比θ２／θ１を機械的に固定し、且つ、伝達比制御部４６が、伝達比制御モータ１４の電流をゼロにする（ステップＳ６）。

より具体的には、ステップＳ６では、ロック制御部４８が、ロック機構２５へ制御信号を出力し、ソレノイド６１への電力供給を遮断する。これにより、ソレノイド６１のロッド６１ａがキャリア５７に向かって変位し、ロック部材６２が第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に変位される。その結果、ロック部材６２は、リング部材６０の溝６０ａに嵌まり、リング部材６０を介してキャリア５７の回転を規制する。

このとき、ロック部材６２は、リング部材６０、キャリア５７および伝達比制御モータ１４のロータ１４ａの回転を規制する。これにより、遊星ギヤ５６の公転が規制される。その結果、入力サンギヤ５４と出力サンギヤ５５との間伝達比θ２／θ１が固定される。また、モータ電流Ａがゼロにされることで、伝達比制御モータ１４が保護される。
なお、モータ保護モードから主モードへの復帰は、例えば、モータ保護モード設定から所定時間経過し、伝達比制御モータ１４が自然冷却により充分に冷えたとき等に行われる。

以上説明したように、本実施形態によれば、路面２００の摩擦係数（推定摩擦係数μ）が高いときには、伝達比制御モータ１４がスムーズに回転し難く、この状態で伝達比制御モータ１４の負荷Ｌが高いと、伝達比制御モータ１４が焼損（モータ焼け）し易い。このような、真に伝達比制御モータ１４を保護する必要のあるときに、操舵制御部３８のモード設定部５１が保護モードを設定する。これにより、伝達比制御モータ１４を適切に保護できる。

一方、伝達比制御モータ１４の負荷Ｌが低いか、路面２００の摩擦係数（推定摩擦係数μ）が低いときには、伝達比制御モータ１４に無理な負荷がかからず、伝達比制御モータ１４が焼損する事態にはならない。したがって、このとき、操舵制御部３８は、モータ保護モードを設定しない。
これにより、伝達比制御モータ１４を保護する必要のあるときには伝達比制御モータ１４を確実に保護でき、且つ、伝達比制御モータ１４を保護しなくてもよいときには、伝達比制御モータ１４を用いた伝達比可変制御を確実に行うことができる。よって、伝達比制御モータ１４の故障を抑制しつつ、伝達比可変制御が行われない状態をより少なくできる。これにより、伝達比制御モータ１４を適切な条件下で保護できる。

例えば、路面と転舵輪との間の摩擦係数を考慮せずに、単に伝達比制御モータの負荷が高いことだけをもって、保護モードを設定する場合を比較例として考える。この場合、伝達比制御モータの負荷が大きい一方、上記摩擦係数が低いときでも、保護モードが設定される。しかしながら、この場合、上記摩擦係数が低いので、伝達比制御モータはスムーズに回転できるので、焼損（モータ焼け）のおそれは少なく、保護モードを設定しなくてもよい。しかしながら、このように、伝達比制御モータを保護しなくてもよい場合でも、保護モードが設定されてしまう。

これに対し、本実施形態では、伝達比制御モータ１４の負荷Ｌが大きいけれども、路面２００の摩擦係数（推定摩擦係数μ）は低い場合、保護モードは設定されない。したがって、伝達比制御モータ１４の負荷Ｌに加えて、推定摩擦係数μを考慮することで、より適切な条件下で伝達比制御モータ１４を保護できる。
また、保護モードのときには、ロック機構２５によって伝達比θ２／θ１を機械的に固定できる。このとき、伝達比制御モータ１４には電流が流れないので、伝達比制御モータ１４の負荷Ｌを実質的にゼロにできる。これにより、伝達比制御モータ１４を自然冷却する等して、伝達比制御モータ１４を確実に保護できる。

さらに、モータ負荷判定部５０は、伝達比制御モータ１４に流れる電流Ａが基準電流Ａを超えている状態が基準時間Ｔ１を超えて継続しているときに、伝達比制御モータ１４の負荷Ｌが基準モータ負荷Ｌを超えていると判定するようになっている。これにより、伝達比制御モータ１４に実際に流れている電流Ａに基づいて、伝達比制御モータ１４の負荷Ｌを正確に検出できる。

また、基準電流Ａと基準時間Ｔ１との関係を示すグラフｆ（Ａ１，Ｔ１）は、推定摩擦係数μ１の値に基づいて変化するようになっている。
路面２００と転舵輪１１との間の摩擦係数が大きいほど、路面２００から転舵輪１１等を介して伝達比制御モータ１４に伝わる路面抵抗が大きいので、伝達比制御モータ１４は、スムーズに回転し難い。したがって、伝達比制御モータ１４の負荷が同じ場合でも、路面２００の摩擦係数が大きいほど、伝達比制御モータ１４にかかる負担は大きい。このため、推定摩擦係数μが大きく、伝達比制御モータ１４にかかる負担が大きいときほど、基準時間Ｔ１を短くして、早期に保護モードを設定できる。その結果、伝達比制御モータ１４による伝達比可変制御が規制された状態を最小限にしつつ、伝達比制御モータ１４を適切に保護できる。

また、操舵制御部３８は、主モードのとき、一定時間ごとに、推定摩擦係数μが高いか低いかを判定するようになっている。これにより、車両１００の走行等に伴う路面２００と転舵輪１１との間の摩擦係数の変化に応じて、推定摩擦係数μをリアルタイムで判定できる。これにより、より適切な態様で、モータ保護モードを設定できる。
例えば、操舵補助モータを保護する構成を有する電動パワーステアリング装置では、操舵補助用モータを保護するために、操舵補助モータに流す電流を徐々に低下させる制御を行う場合がある。これにより、操舵補助力は低下するものの、操舵補助機能を維持しつつ、操舵補助モータを保護できる。

そこで、伝達比制御モータ１４においても、モータ電流Ａを徐々に低下させる制御を行うことが考えられる。しかしながら、モータ電流Ａを徐々に低下させると、伝達比制御モータ１４のロータ１４ａの位置を目標位置にまで回転できず、その結果、目標とする伝達比θ２／θ１を実現できない。このため、伝達比制御モータ１４へ供給する電流を徐々に低下させる制御を行うことは、現実的ではない。

一方で、本実施形態では、モータ保護モードのときに、ロック機構２５によって伝達比θ２／θ１を機械的に固定しつつ、モータ電流Ａをゼロにすることで、伝達比制御を規制しつつ、伝達比制御モータ１４を保護する。これにより、操舵の違和感を生じさせることなく、伝達比制御モータ１４を保護することができ、現実的な構成となっている。
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、基準時間Ｔ１および基準電流Ａ１を、マップを用いて設定する構成としたけれども、これに限定されない。例えば、基準電流Ａ１および基準時間Ｔ１をそれぞれ単一の値に設定してもよい。また、モータ電流Ａおよび基準時間Ｔ１以外の車両情報を含む車両情報に基づいてモータ負荷Ｌを求めてもよい。
また、ロック部材６２を支持する支持装置としてソレノイド６１を例示したけれども、これに限定されない。支持装置は、ロック部材６２を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２とに変位可能に支持できるものであればよく、例えば、クラッチ機構等の他の一般の装置を用いて支持装置を構成してもよい。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、９…転舵機構、１１…転舵輪、１３…伝達比可変機構、１４…伝達比制御モータ、１８…入力軸、１９…出力軸、２５…ロック機構、３５…モータ電流センサ（電流検出部）、３７…制御部、４９…μ推定・判定部（推定手段）、５０…モータ負荷判定部（判定手段）、１００…車両、２００…路面、Ａ…モータ電流（伝達比制御モータに流れる電流）、Ａ１…基準電流、Ｌ…モータ負荷、Ｌ１…基準モータ負荷、Ｔ１…基準時間、θ２／θ１…伝達比、μ…推定摩擦係数、μ１…基準摩擦係数。

Claims (5)

1. 車両の転舵輪を転舵するための車両用操舵装置において、
   操舵部材の操舵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、前記入力軸および前記出力軸間の伝達比を変更可能な伝達比可変機構と、 前記伝達比を変更するための伝達比制御モータと、
   前記伝達比を固定するためのロック機構と、
   前記車両が走行する路面と前記転舵輪との間の摩擦係数を推定する推定手段と、
   前記伝達比制御モータの負荷を判定する判定手段と、
   推定された摩擦係数が所定の基準摩擦係数を超えており、かつ、前記伝達比制御モータの負荷が所定の基準モータ負荷を超えていると判定されたときに、前記伝達比制御モータを保護するための保護モードを設定可能な制御部と、
   前記伝達比制御モータに流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、
   前記判定手段は、前記電流が所定の基準電流を超えている状態が所定の基準時間を超えて継続しているときに、前記伝達比制御モータの負荷が前記基準モータ負荷を超えていると判定し、
   前記基準電流と前記基準時間との関係は、前記推定された摩擦係数の値に基づいて変化するように構成されていることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 車両の転舵輪を転舵するための車両用操舵装置において、
   操舵部材の操舵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、前記入力軸および前記出力軸間の伝達比を変更可能な伝達比可変機構と、 前記伝達比を変更するための伝達比制御モータと、
   前記伝達比を固定するためのロック機構と、
   前記車両が走行する路面と前記転舵輪との間の摩擦係数を推定する推定手段と、
   前記伝達比制御モータの負荷を判定する判定手段と、
   推定された摩擦係数が所定の基準摩擦係数を超えており、かつ、前記伝達比制御モータの負荷が所定の基準モータ負荷を超えていると判定されたときに、前記伝達比制御モータを保護するための保護モードを設定可能な制御部と、を備え、
   前記制御部は、一定時間ごとに、前記推定された摩擦係数を判定可能であることを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項２において、前記伝達比制御モータに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
   前記判定手段は、前記電流が所定の基準電流を超えている状態が所定の基準時間を超えて継続しているときに、前記伝達比制御モータの負荷が前記基準モータ負荷を超えていると判定することを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項３において、前記基準電流と前記基準時間との関係は、前記推定された摩擦係数の値に基づいて変化するように構成されていることを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１〜４の何れか 1項において、前記制御部は、前記保護モードのときに、前記伝達比制御モータへの電流の供給を停止させるともに、前記ロック機構によって前記伝達比を固定させることを特徴とする車両用操舵装置。

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