JP5948940B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリングホイールの操作量に対する転舵輪の転舵量を変化させることが可能な伝達比可変機構を備える車両用操舵装置に関する。

従来、この種の車両用操舵装置としては、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１に記載の車両用操舵装置では、ステアリングシャフトがステアリングホイール側の第１シャフトと転舵輪側の第２シャフトとに分割されている。第１シャフトと第２シャフトの間には、それらの伝達比を可変とする伝達比可変機構が設けられている。なお、伝達比とは、第１シャフトの回転角に対する第２シャフトの回転角の比を示す。このような車両用操舵装置によれば、車両の運転状態に応じて伝達比を変更させることにより、ステアリングホイールの操作量に対する転舵輪の転舵角の変化量を変化させることができる。そのため、車両の操作性が向上する。

ところで、このような車両用操舵装置では、例えば車両走行時に転舵輪が縁石に乗り上げて、転舵輪に過大な衝撃荷重が付与されると、この衝撃荷重が転舵系及び第２シャフトを介して伝達比可変機構に逆入力トルクとして伝達される。この逆入力トルクが伝達比可変機構のモータに作用することによりモータの回転軸が第１シャフトに対して相対回転してしまうと、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との位置関係にずれが生じるおそれがある。

そこで特許文献１では、モータの負荷の状態を監視し、モータが高負荷状態であることが検知された場合には、伝達比可変機構に設けられたロック機構を通じてモータの回転軸の回転を規制することで、伝達比可変機構の動作を規制している。これにより、モータに逆入力トルクが作用することによりモータが高負荷状態になると、伝達比可変機構の動作が規制される。そのため、第１シャフトと第２シャフトとが直結された状態となり、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角とのずれを抑制することができる。

特許第３５３９４６８号公報

ところで、特許文献１に記載の車両用操舵装置では、ロック機構の応答遅れにより、モータが高負荷状態であることが検知されてから実際に伝達比可変機構の動作が規制されるまでに若干のタイムラグが生じる。このタイムラグの間にモータの回転軸が第１シャフトに対して相対回転してしまうと、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角とにずれが生じるおそれがあり、このことが車両の操舵性を悪化させる一つの要因となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の操舵性を向上させることのできる車両用操舵装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングホイール側の第１シャフトの回転にモータの回転を上乗せして転舵輪側の第２シャフトに伝達することにより、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間の伝達比を可変とする伝達比可変機構と、前記モータの回転を機械的に規制するロック機構と、前記第１シャフト又は前記第２シャフトに作用するトルクを検出するトルク検出部と、その検出トルクの変化速度が所定速度を超えたとき、前記ロック機構により前記モータの回転を規制する制御部とを備えることを要旨とする。

同構成によれば、転舵輪に衝撃荷重が付与されることによりステアリングシャフトに逆入力トルクが作用したとき、ステアリングシャフトに作用するトルクの変化速度が所定速度よりも速くなると、ロック機構によりモータの回転が規制される。これにより、実際にモータの回転が規制されるまでにロック機構の応答遅れに起因するタイムラグがあったとしても、伝達比可変機構のモータに過大な逆入力トルクが作用する前にモータの回転を規制することができる。よって、ロック機構の応答遅れに起因するステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角とのずれを抑制し、車両の操舵性を向上させることができる。

請求項１に記載の発明において、前記制御部は、前記モータの駆動力に抗して同モータを正規な回転方向と逆の方向に回転させ得る逆入力トルクの下限値よりも小さい値をトルク判定値として、前記検出トルクの変化速度が前記所定速度を超えたとき、前記検出トルクが前記トルク判定値に達する時間を前記トルクの変化速度に基づき推定し、推定された時間が所定時間以内であることを条件に前記ロック機構により前記モータの回転を規制する。

同構成によれば、検出トルクがトルク判定値に達する推定時間が所定時間よりも長い場合には、ロック機構が作動しない。これにより、検出トルクの変化速度が瞬間的に速くなっただけで、過大な逆入力トルクがステアリングシャフトに作用する可能性が低い状況等において、ロック機構が誤動作するのを抑制することが可能となる。

そして、請求項１に記載の車両用操舵装置では、請求項２に記載の発明によるように、前記トルク判定値は、逆入力トルクに抗して前記モータが正規な回転方向に回転可能な逆入力トルクの上限値に設定される、といった構成を採用することが有効である。これにより、過大な逆入力トルクがモータに作用する可能性がある状況でロック機構を的確に作動させてモータの回転を規制することができるため、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角とのずれをより的確に抑制することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用操舵装置において、前記制御部は、前記検出トルクの変化速度とは別に前記検出トルクの変化態様を示すトルクパラメータを求めるとともに、前記検出トルクが前記トルク判定値に達する時間を前記トルクパラメータに基づき推定し、推定された時間が前記所定時間以内であることを条件に前記ロック機構により前記モータの回転を規制することを要旨とする。

同構成によれば、トルクの変化速度とは別のトルクパラメータにより、検出トルクがトルク判定値に達する時間が所定時間以内であると推定される場合には、ロック機構によりモータの回転が規制される。これにより、トルク判定値を超える逆入力トルクが作用する状況をより的確に捉えてロック機構を作動させることができるため、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角とのずれをより的確に抑制することができる。よって、車両の操舵性が更に向上する。

この場合、請求項３に記載の車両用操舵装置では、請求項４に記載の発明によるように、前記制御部は、前記トルクパラメータとして、前記検出トルクの変化の加速度を求める、といった構成を採用することが有効である。これにより、トルク判定値を超えるトルクがステアリングシャフトに作用する状況をより的確に検知することが可能となる。

本発明にかかる車両用操舵装置によれば、車両の操舵性を向上させることができる。

本発明にかかる車両用操舵装置の第１の実施形態についてその適用対象となる車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を模式的に示す図。 同第１の実施形態の車両用操舵装置についてその伝達比可変機構の断面構造を示す断面図。 同伝達比可変機構のロック機構についてその平面構造を示す平面図。 同第１の実施形態の車両用操舵装置によるロック機構を作動する処理についてその手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｄ）は、同第１の実施形態の車両用操舵装置についてその動作例を示すタイミングチャート。 本発明にかかる車両用操舵装置の第２の実施形態によるロック機構を作動する処理についてその手順を示すフローチャート。 同第２の実施形態の車両用操舵装置による到達時間推定処理についてその手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｅ）は、同第２の実施形態の車両用操舵装置についてその動作例を示すタイミングチャート。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる車両用操舵装置を、車両のラック軸にアシスト力を付与することにより運転者によるステアリング操作を補助する、いわゆるラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用した第１の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。

図１に示すように、この電動パワーステアリング装置では、運転者によりステアリングホイール１が操作されると、その操舵力に基づきステアリングシャフト２が回転する。ステアリングシャフト２では、ステアリングホイール１に連結されたコラムシャフト３にインターミディエイトシャフト４及びピニオンシャフト５が順に連結されている。ピニオンシャフト５の下端部には、ステアリングシャフト２の回転をラック軸７の軸方向の直線運動に変換するギアボックス６が連結されている。そして、ラック軸７の直線運動がその両端に連結されたタイロッド（図示略）を介して転舵輪８に伝達されることにより、転舵輪８の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

また、この電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイール１の操作量や車両の状態量を検出するための各種センサが設けられている。例えばコラムシャフト３には、ステアリングホイール１の操舵角θｓを検出する舵角センサ１０が設けられている。ピニオンシャフト５には、ステアリングシャフト２に作用するトルクτを検出するトルクセンサ１１が設けられている。車両には、その速度Ｖｃを検出する車速センサ１２が設けられている。

この電動パワーステアリング装置では、ラック軸７に電動モータ９が設けられており、電動モータ９からラック軸７にトルクが付与されることで運転者の操舵がアシストされる。具体的には、トルクセンサ１１を通じて検出されるトルクτ、及び車速センサ１２を通じて検出される車両の速度Ｖｃに基づいて目標アシスト力が設定される。そして、電動モータ９からラック軸７に付与されるアシスト力が目標アシスト力となるように電動モータ９に供給される電流がフィードバック制御される。

一方、この電動パワーステアリング装置では、インターミディエイトシャフト４が、コラムシャフト３に連結された第１シャフト４ａと、ピニオンシャフト５に連結された第２シャフト４ｂとに分割されている。第１シャフト４ａ及び第２シャフト４ｂの間には、それらの伝達比を可変とする伝達比可変機構３０が設けられている。

図２に示すように、伝達比可変機構３０は、略有底円筒状に形成されたハウジング３３の内部に差動機構３１及びモータ３２を収容している。
ハウジング３３の上壁部３３ａには、第１シャフト４ａがスプライン結合された連結部３３ｂが形成されている。この連結部３３ｂを介してハウジング３３が第１シャフト４ａに一体回転可能に連結されている。モータ３２は、その回転軸３２ａがハウジング３３の中心軸と同軸となるようにハウジング３３に固定されている。

差動機構３１は、同軸に並設された一対のサーキュラスプライン３４，３５、サーキュラスプライン３４，３５の内部においてこれらと噛合されるフレクスプライン３６、及びその噛合部を回転させる波動発生器３７を備える周知の波動歯車機構である。

第１のサーキュラスプライン３４は、モータ３２の回転軸３２ａと同軸となるようにハウジング３３の内部に固定されている。第２のサーキュラスプライン３５は、連結部材３８を介して第２シャフト４ｂに連結されている。なお、第１及び第２のサーキュラスプライン３４，３５に形成されているそれぞれの内歯は、互いに異なる歯数に設定されている。フレクスプライン３６は、楕円状にたわめられた状態でサーキュラスプライン３４，３５の内側に配置され、その外歯がサーキュラスプライン３４，３５の内歯とそれぞれ部分的に噛合されている。この差動機構３１では、ハウジング３３の回転に基づき第１のサーキュラスプライン３４が回転すると、第１のサーキュラスプライン３４の回転がフレクスプライン３６を介して第２のサーキュラスプライン３５及び連結部材３８に伝達される。これにより、第１シャフト４ａの回転が第２シャフト４ｂに伝達される。

また、波動発生器３７は、フレクスプライン３６の内部に配置され、その中央部がモータ３２の回転軸３２ａに連結されている。このため、モータ３２の回転に伴い波動発生器３７が回転すると、フレクスプライン３６とサーキュラスプライン３４，３５との間の噛合部分が回転する。このとき、第１のサーキュラスプライン３４と第２のサーキュラスプライン３５との間の歯数差が反映され、第２のサーキュラスプライン３５が第１のサーキュラスプライン３４に対して相対回転する。これにより、モータ３２の回転が減速されて第２シャフト４ｂに伝達される。したがって、第１シャフト４ａの回転にモータ３２の回転が上乗せされて第２シャフト４ｂに伝達されることで、第１シャフト４ａと第２シャフト４ｂとの間の伝達比が変更される。

モータ３２の上面には、回転軸３２ａの回転を機械的に規制することにより伝達比可変機構３０の動作を規制するロック機構４０が設けられている。
図３に示すように、ロック機構４０は、モータ３２の回転軸３２ａの一端に固定された環状のロックホルダ４２、及びロックホルダ４２の回転をロックするための長尺状のロックバー４３を備えている。

ロックホルダ４２は、その中心軸がモータの回転軸３２ａと同軸となるように配置されている。ロックホルダ４２の外周面４２ａには、ロックバー４３が係合される複数の係合溝４１が形成されている。

ロックバー４３は、ロックホルダ４２の径方向外側に配置され、モータ３２の上面に固定された回動軸４４により回動可能に支持されている。ロックバー４３において回動軸４４に支持されている部分から先端部４３ａに延びる部分は、ばね部材４５によりロックホルダ４２に向かう方向（図中の矢印ａ１で示す方向）に付勢されている。ロックバー４３の基端部４３ｂには、アクチュエータ４６の駆動軸４６ａが連結されている。アクチュエータ４６は、通電に基づき駆動軸４６ａを吸引することにより、ロックホルダ４２から離間する方向（矢印ａ２で示す方向）のトルクをロックバー４３に付与する。そして、アクチュエータ４６への通電が行われている期間、ロックバー４３はばね部材４５の付勢力に抗してロックホルダ４２から離間した位置で保持される。このとき、モータ３２の回転軸３２ａは回転可能であるため、モータ３２の駆動により第１シャフト４ａと第２シャフト４ｂとの間の伝達比を変更することができる。一方、アクチュエータ４６への通電が遮断されると、ロックバー４３がばね部材４５の付勢力により矢印ａ１で示す方向に回動するため、ロックバー４３の先端部４３ａがロックホルダ４２の外周面４２ａに当接する。このとき、モータの回転軸３２ａと一体となってロックホルダ４２が回転すると、ロックバー４３の先端部４３ａが係合溝４１に係合して、ロックホルダ４２及び回転軸３２ａの回転が規制される。これにより、伝達比可変機構３０の動作が規制され、第１シャフト４ａと第２シャフト４ｂとが直結された状態となるため、ステアリングホイール１の操舵角と転舵輪８の転舵角とにずれが生じなくなる。

図１に示すように、伝達比可変機構３０は、モータ３２の回転角θｔを検出する回転角センサ１３を備えている。回転角センサ１３の出力は、伝達比可変機構３０の駆動を統括的に行う制御装置（制御部）３９に取り込まれる。制御装置３９には、前述した舵角センサ１０、トルクセンサ１１、及び車速センサ１２の出力も取り込まれる。なお、制御装置３９は、メモリ３９ａなどを有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。

制御装置３９は、舵角センサ１０及び車速センサ１２の出力に基づいて伝達比可変機構３０のモータ３２の駆動を制御する。具体的には、舵角センサ１０を通じて検出される操舵角θｓ、及び車速センサ１２を通じて検出される車両の速度Ｖｃに基づいて、第１シャフト４ａに上乗せする回転量の目標値であるＡＣＴ指令角を演算する。また、制御装置３９は、回転角センサ１３を通じて検出されるモータ３２の回転角θｔに基づいて、実際に第１シャフト４ａに上乗せされている回転量である実ＡＣＴ角を演算する。そして、制御装置３９は、実ＡＣＴ角をＡＣＴ指令角に追従させるべく、モータ３２を制御する。これにより、第１シャフト４ａの回転にモータの回転が上乗せされて第２シャフト４ｂに伝達され、第１シャフト４ａと第２シャフト４ｂとの間の伝達比が変更される。

また、制御装置３９は、トルクセンサ１１を通じて検出されるトルクτに基づいて伝達比可変機構３０のロック機構４０の駆動を制御する。具体的には、制御装置３９は、通常、アクチュエータ４６への通電を行い、トルクセンサ１１を通じて検出されるトルクτに基づいて逆入力トルクを検知したとき、アクチュエータ４６への通電を遮断する。以下、ロック機構４０を作動する処理について詳述する。

まず、本実施形態の電動パワーステアリング装置では、例えば車両走行時に転舵輪８が縁石に乗り上げて、転舵輪８に過大な衝撃荷重が付与されると、この衝撃荷重がラック軸７を介してステアリングシャフト２に逆入力トルクとして伝達される。この逆入力トルクは、ピニオンシャフト５、インターミディエイトシャフト４の第２シャフト４ｂを介して伝達比可変機構３０に伝達される。伝達比可変機構３０では、図２に示すように、第２シャフト４ｂに作用する逆入力トルクが連結部材３８、第２のサーキュラスプライン３５、フレクスプライン３６、及び波動発生器３７を介してモータ３２の回転軸３２ａに伝達される。このとき、回転軸３２ａに作用する逆入力トルクの大きさに応じてモータ３２は以下の（ａ１）〜（ａ３）に示すように動作する。なお、以下の（ａ１）〜（ａ３）において、モータ作動限界トルクτｍ１は、逆入力トルクに抗してモータ３２が回転軸３２ａを正規の指令方向に回転可能な逆入力トルクの上限値を示す。また、モータ限界保持トルクτｍ２（＞τｍ１）は、モータ３２の駆動力に抗して回転軸３２ａを正規の指令方向と逆の方向に回転させ得る逆入力トルクの下限値を示す。

（ａ１）逆入力トルクがモータ作動限界トルクτｍ１以下である場合。この場合、回転軸３２ａはモータ３２の駆動力によって正規な方向に回転可能である。
（ａ２）逆入力トルクがモータ作動限界トルクτｍ１を超えていて且つ、モータ限界保持トルクτｍ２未満の場合。この場合、回転軸３２ａはモータ３２の駆動力によって正規な方向に回転することができず、見かけ上、停止する。

（ａ３）逆入力トルクがモータ限界保持トルクτｍ２以上である場合。この場合、回転軸３２ａは逆入力トルクによって正規な方向と逆方向に回転させられる。
よって、モータ３２の回転軸３２ａに作用する逆入力トルクがモータ限界保持トルクτｍ２に達するよりも前に応答遅れを考慮してロック機構４０を作動させれば、ステアリングホイール１の操舵角と転舵輪８の転舵角とのずれを抑制することが可能である。

次に、図４を参照して、制御装置３９を通じて実行されるロック機構４０を作動する処理の手順について説明する。なお、図４に示す処理は、ロック機構４０のアクチュエータ４６が通電されている期間、所定の演算周期Ｔｃをもって繰り返し実行される。

図４に示すように、制御装置３９は、はじめに、トルクセンサ１１を通じてステアリングシャフト２に作用するトルクτを検出し（ステップＳ１）、検出したトルクτに基づいてその変化速度Ｖτを演算する（ステップＳ２）。ステップＳ２において制御装置３９は、例えばステップＳ１の処理を通じて今回検出されたトルクと、メモリ３９ａに記憶されている前回検出されたトルクとの差分値を求め、この差分値を演算周期Ｔｃで除算することによりトルクの変化速度Ｖτを演算する。続くステップＳ３において制御装置３９は、今回検出されたトルクτの値をメモリ３９ａに記憶する。図４に示す処理では、このステップＳ３の処理がその都度実行されることで、検出されたトルクτの時系列的なデータがメモリ３９ａに記憶される。続くステップＳ４において制御装置３９は、検出トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超えているか否かを判断し、検出トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａ以下である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、逆入力トルクが発生していないと判断して、処理をステップＳ１に戻す。

一方、検出トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超えている場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御装置３９は逆入力トルクが発生したと判断し、トルクの変化速度Ｖτに基づいて、ステアリングシャフト２に作用するトルクτがトルク判定値τｔｈに達するまでの推定時間Ｔｅを演算する（ステップＳ５）。トルク判定値τｔｈは、上記モータ作動限界トルクτｍ１に設定されている。また、ステップＳ５において制御装置３９は、具体的には、以下の式（１）に基づいて推定時間Ｔｅを演算する。

Ｔｅ＝（τｔｈ−τ）／Ｖτ・・・（１）
続くステップＳ６において制御装置３９は、推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａ以下であるか否かを判断し、推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａ以下である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ロック機構４０を作動する（ステップＳ７）。一方、推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａを超えている場合（ステップＳ６：ＮＯ）、制御装置３９は処理をステップＳ１に戻す。なお、所定時間Ｔａは、ロック機構４０の応答遅れに対応する時間として予め実験等を通じて設定されている。

次に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置の動作例（作用）について説明する。
図５（ａ）に示すように、例えば時刻ｔ０で転舵輪８に過大な衝撃荷重が付与されてステアリングシャフト２に逆入力トルクが作用したとすると、時刻ｔ０以降、ステアリングシャフト２に作用するトルクτが上昇する。そして、図５（ｂ）に示すように、トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超えている場合、制御装置３９は逆入力トルクを検知する。また、図５（ｃ）に示すように、制御装置３９は、ステアリングシャフト２に作用するトルクτがトルク判定値τｔｈに達するまでの推定時間Ｔｅをトルクτの変化速度Ｖτに基づいて演算する。なお、時刻ｔ０では、演算される推定時間Ｔｅは所定時間Ｔａよりも長いため、図５（ｄ）に示すように、ロック機構４０は作動しない。

その後、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ２で演算される推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａまで短くなると、図５（ｄ）に示すように、この時点で制御装置３９はロック機構４０を作動させる指令を出力する。本実施形態では、所定時間Ｔａがロック機構４０の応答遅れを考慮して設定されているため、時刻ｔ２から実際にモータ３２の回転が規制される時刻ｔ３までにロック機構４０の応答遅れに起因する時間Ｔｐのタイムラグが生じたとしても、トルクτがモータ限界保持トルクτｍ２に達する前にモータ３２の回転を規制することができる。具体的には、ステアリングシャフト２に作用するトルクτが、図５（ａ）に点ハッチングで示す「τｔｈ＜τ＜τｍ２」の範囲であるときにモータ３２の回転を規制することができる。すなわち、モータ３２の回転軸３２ａにモータ限界保持トルクτｍ２が作用するよりも前にロック機構４０を作動させることができる。よって、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ロック機構４０の応答遅れに起因するステアリングホイール１の操舵角と転舵輪８の転舵角とのずれを抑制し、車両の操舵性を向上させることができる。

一方、図５（ａ）に二点鎖線で示すように、ステアリングシャフト２に作用するトルクτがトルク判定値τｔｈに達する前に低下すると、図５（ｂ）に二点鎖線で示すように、時刻ｔ１でトルクの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａ以下になる。この場合、図５（ｄ）に二点鎖線で示すように、制御装置３９は、ロック機構４０を作動させる指令を出力しない。即ち、検出トルクτの変化速度Ｖτに基づいて逆入力トルクが検知された場合であっても、モータ３２にモータ限界保持トルクτｍ２が作用することのない状況では、ロック機構４０が作動しない。これにより本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ロック機構４０の誤動作を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置によれば、以下の効果が得られる。
（１）本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフト２に作用するトルクの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超えたとき、トルクの変化速度Ｖτに基づいて、ステアリングシャフト２に作用するトルクがトルク判定値τｔｈに達する時間Ｔｅを推定することとした。そして、推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａ以内であることを条件にロック機構４０によりモータ３２の回転を規制することとした。この所定時間Ｔａをロック機構４０の応答遅れを考慮したものとすることにより、ロック機構４０の応答遅れに起因するステアリングホイール１の操舵角と転舵輪８の転舵角とのずれを抑制することができるため、車両の操舵性が向上する。また、モータ３２にモータ限界保持トルクτｍ２が作用することのない状況でロック機構４０によりモータ３２の回転が規制されないため、ロック機構４０の誤動作を抑制することも可能となる。さらに、モータ３２にかかる負荷を低減することができるため、モータ３２の小型化や低コスト化を図ることも可能となる。

（２）トルク判定値τｔｈをモータ作動限界トルクτｍ１に設定、換言すれば逆入力トルクに抗してモータ３２が正規の方向に回転可能な逆入力トルクの上限値に設定することとした。これにより、モータ３２にモータ限界保持トルクτｍ２が作用する前、すなわちモータの回転軸３２ａが逆入力トルクによって正規の方向と逆の方向に回転する前に、ロック機構４０によりモータ３２の回転を的確に規制することができる。そのため、ロック機構４０の応答遅れに起因するステアリングホイール１の操舵角と転舵輪８の転舵角とのずれをより的確に抑制することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態の電動パワーステアリング装置も、基本構成は図１に例示した電動パワーステアリング装置と同様である。

本実施形態の制御装置３９は、トルクセンサ１１によって検出されるトルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａ以下であるとき、トルクτの変化の加速度Ａτを求める点で第１の実施形態と相違する。本実施形態では、このトルクτの変化の加速度Ａτを、トルクτの変化速度Ｖτとは別にトルクτの変化態様を示すトルクパラメータとして用いている。そして、トルクτの変化の加速度Ａτに基づいてモータ３２にモータ作動限界トルクτｍ１が作用するまでの時間を推定し、この推定時間が所定時間Ｔａ以下である場合にはロック機構４０によりモータ３２の回転を規制する。以下、その詳細を図６〜図８を参照して説明する。はじめに、図６を参照して、制御装置３９を通じて実行されるロック機構４０を作動する処理の手順について説明する。なお、この処理において、図４に例示した処理と同一の処理については同一の符号を付すことによりその説明を割愛し、以下では、両者の相違点を中心に説明する。

図６に示すように、制御装置３９は、ステアリングシャフト２に作用するトルクτの変化速度Ｖτを演算した後（ステップＳ２）、今回検出されたトルクτの値、及び演算されたトルクτの変化速度Ｖτの値をメモリ３９ａに記憶する（ステップＳ８）。図６に示す処理では、このステップＳ８の処理がその都度実行されることで、トルクτ及びその変化速度Ｖτのそれぞれの時系列的なデータがメモリ３９ａに記憶される。続くステップＳ４において制御装置３９は、トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超えているか否かを判断し、トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａ以下である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、到達時間推定処理を実行する（ステップＳ９）。

図７に示すように、到達時間推定処理において制御装置３９は、まず、ステアリングシャフト２に作用するトルクτの変化の加速度Ａτを演算する（ステップＳ１０）。具体的には、以下の式（２）に基づいてステアリングシャフト２に作用するトルクの変化の加速度Ａτを演算する。

Ａτ＝（Ｖτ（ｎ）−Ｖτ（ｎ−１））／Ｔｃ・・・（２）
ただし、（ｎ）：今回の値
（ｎ−１）：前回の値
続くステップＳ１１において制御装置３９は、ステアリングシャフト２に作用するトルクτ、その変化速度Ｖτ、及びその変化の加速度Ａτに基づいて、ステアリングシャフト２に作用するトルクτがトルク判定値τｔｈに達するまでの推定時間Ｔｅを演算する。具体的には、以下の式（３）に基づいて推定時間Ｔｅが演算される。

Ｔｅ＝（τｔｈ−τ）／Ｖτ＋ｆ１（τ）＋ｆ２（Ｖτ）＋ｆ３（Ａτ）・・・（３）
なお、トルクτを変数とする第１の関数ｆ１（τ）、トルクτの変化速度Ｖτを変数とする第２の関数ｆ２（Ｖτ）、及びトルクτの変化の加速度Ａτを変数とする第３の関数ｆ３（Ａτ）は、例えば以下の式（４）〜（６）のように定義することができる。なお、Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２は定数であり、ステアリングシャフト２に作用するトルクがトルク判定値τｔｈに達するまでの推定時間Ｔｅを演算することができるように予め実験等を通じて設定されている。

ｆ１（τ）＝Ｂ１×τ^２＋Ｂ２・・・（４）
ｆ２（Ｖτ）＝Ｃ１×Ｖτ^２＋Ｃ２・・・（５）
ｆ３（Ａτ）＝Ｄ１×Ａτ^２＋Ｄ２・・・（６）
こうして推定時間Ｔｅが演算された後、制御装置３９は、図６に示すステップＳ６において、推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａ以下であるか否かを判断し、推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａ以下である場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ロック機構４０によりモータ３２の回転を規制する（ステップＳ７）。

次に、図８（ａ）〜（ｅ）を参照して、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置の動作例（作用）について説明する。
図８（ａ）に示すように、例えば時刻ｔ１０で転舵輪８に過大な衝撃荷重が付与されてステアリングシャフト２に逆入力トルクが作用したとき、ステアリングシャフト２に作用するトルクτが経過時間のべき乗に比例するように急激に上昇したとする。この場合、第１の実施形態の制御装置３９は、トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超える時刻ｔ１２において推定時間Ｔｅを演算する。しかし、本実施形態のようにトルクτの上昇が急激な場合、時刻ｔ１２において演算された推定時間Ｔｅが、この時点で既に所定時間Ｔａを下回っていることが考えられる。この場合、図８（ｅ）に示すように、制御装置３９は、時刻ｔ１２の時点でロック機構４０を作動させる指令を出す。しかし、ロック機構４０の応答遅れに起因するタイムラグにより、ロック機構４０が実際に作動するのは時刻ｔ１２から所定時間Ｔｐが経過した時刻ｔ１４の時点である。そのため、ステアリングシャフト２に作用するトルクτの上昇速度に、ロック機構４０の応答が追い付かず、モータ３２に作用するトルクτがモータ限界保持トルクτｍ２を超えた後でなければモータ３２の回転を規制できないおそれがある。

この点、本実施形態の制御装置３９は、トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａ以下である期間、すなわち時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの期間、ステアリングシャフト２に作用するトルクτ、その変化速度Ｖτ、及びその変化の加速度Ａτに基づいて、図８（ｄ）に示すように推定時間Ｔｅを演算する。この演算では、第１の実施形態における推定時間Ｔｅの演算よりも多くのパラメータが用いられているため、より正確な推定時間Ｔｅの推定が可能である。このため、トルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超えていない時刻ｔ１１の時点で推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａに達すると、図８（ｅ）に示すように、制御装置３９はロック機構４０を作動させる指令を出力する。これにより、ステアリングシャフト２に作用する逆入力トルクが経過時間のべき乗に比例するように急激に上昇した場合であっても、ステアリングシャフト２に作用するトルクτが図８（ａ）に点ハッチングで示す「τｔｈ＜τ＜τｍ２」の範囲であるときにロック機構４０を作動させてモータ３２の回転を規制することができる。すなわち、モータ３２にモータ限界保持トルクτｍ２が作用するよりも前にロック機構４０を実際に作動させてモータ３２の回転を規制することができる。よって、ロック機構４０の応答遅れに起因するステアリングホイール１の操舵角と転舵輪８の転舵角とのずれをより的確に抑制し、車両の操舵性を更に向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置によれば、第１の実施形態による（１）及び（２）の効果に加え、以下の効果が得られる。
（３）ステアリングシャフト２に作用するトルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａ以下であるとき、トルクτの変化の加速度Ａτを求めることとした。また、求められた加速度Ａτに基づいて、トルクτがトルク判定値τｔｈに達する時間Ｔｅを推定することとした。そして、この推定時間Ｔｅが所定時間Ｔａ以内であることを条件にロック機構４０によりモータ３２の回転を規制することとした。これにより、ステアリングシャフト２にトルク判定値τｔｈを超える逆入力トルクが作用する状況をより的確に捉えてロック機構４０を作動させることができる。そのため、ステアリングホイール１の操舵角と転舵輪８の転舵角とのずれをより的確に抑制し、車両の操舵性を更に向上させることができる。

＜他の実施形態＞
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。
・上記第２の実施形態では、ステアリングシャフト２に作用するトルクτの変化速度Ｖτとは別にトルクτの変化態様を示すトルクパラメータとして、トルクτの変化の加速度Ａτを用いることとした。これに代えて、例えばステアリングシャフト２に作用するトルクτの推移傾向を検出し、これをトルクパラメータとして用いてもよい。この場合、検出されるトルクτの推移傾向と、予め用意された推移パターンとを比較するパターンマッチングを行うことにより、トルクτがトルク判定値τｔｈに達するまでの推定時間を演算する。このような方法でも、トルク判定値τｔｈを超えるトルクがステアリングシャフト２に作用するか否かを適切に検出することが可能である。

・上記各実施形態では、トルク判定値τｔｈをモータ作動限界トルクτｍ１に設定することとしたが、モータ限界保持トルクτｍ２よりも小さい値であれば、任意の値に設定することが可能である。

・ステアリングシャフト２に作用するトルクτの変化速度Ｖτが所定速度Ｖτａを超えることを条件に、ロック機構４０によりモータ３２の回転を規制してもよい。この場合、先の図４に例示した処理において、ステップＳ５及びＳ６の処理を割愛すればよい。

・上記各実施形態では、ステアリングシャフト２に作用するトルクを検出するトルク検出部として、電動パワーステアリング装置のトルクセンサ１１を利用することとしたが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、トルクセンサ１１に代えて、新たなトルクセンサを設けてもよいし、トルクセンサ１１の配置を適宜変更してもよい。また、電動パワーステアリング装置の電動モータ９の電流値からステアリングシャフトに作用するトルクを推定してもよい。要は、ステアリングシャフト２に作用するトルクを検出することができるものであればよい。

・上記実施形態では、伝達比可変装置３０をインターミディエイトシャフト４に設けることとしたが、例えばコラムシャフト３やピニオンシャフト５に伝達比可変装置３０を設けてもよい。

・上記実施形態では、パワーステアリング装置が、電動モータ９の駆動力をアシスト力として利用する、いわゆる電動パワーステアリング装置であったが、これに代えて、例えば油圧をアシスト力として利用する油圧式のパワーステアリング装置であってもよい。

・上記実施形態のパワーステアリング装置は、ラック軸７に電動モータ９のアシスト力を付与する構成であったが、アシスト力の付与は操舵伝達系のいずれの箇所であってもよい。例えばピニオンシャフト５やコラムシャフト３にアシスト力を付与する構成のパワーステアリング装置であってもよい。

＜付記＞
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）前記制御部は、前記トルクパラメータとして、前記ステアリングシャフトに作用するトルクの推移傾向を検出し、検出されたトルクの推移傾向と、予め用意された推移パターンとを比較するパターンマッチングを行うことにより、前記ステアリングシャフトに作用するトルクが前記トルク判定値に達する時間を推定する請求項４に記載の車両用操舵装置。同構成によれば、トルク判定値を超えるトルクがステアリングシャフトに作用する状況をより的確に検知することが可能となる。

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、４ａ…第１シャフト、４ｂ…第２シャフト、８…転舵輪、９…電動モータ、１１…トルクセンサ、３０…伝達比可変機構、３２…モータ、３２ａ…回転軸、３９…制御装置、４０…ロック機構。

Claims (4)

1. ステアリングホイール側の第１シャフトの回転にモータの回転を上乗せして転舵輪側の第２シャフトに伝達することにより、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間の伝達比を可変とする伝達比可変機構と、
   前記モータの回転を機械的に規制するロック機構と、
   前記第１シャフト又は前記第２シャフトに作用するトルクを検出するトルク検出部と、
   その検出トルクの変化速度が所定速度を超えたとき、前記ロック機構により前記モータの回転を規制する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記モータの駆動力に抗して同モータを正規な回転方向と逆の方向に回転させ得る逆入力トルクの下限値よりも小さい値をトルク判定値として、前記検出トルクの変化速度が前記所定速度を超えたとき、前記検出トルクが前記トルク判定値に達する時間を前記トルクの変化速度に基づき推定し、推定された時間が所定時間以内であることを条件に前記ロック機構により前記モータの回転を規制することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記トルク判定値は、逆入力トルクに抗して前記モータが正規な回転方向に回転可能な逆入力トルクの上限値に設定される
   請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記制御部は、前記検出トルクの変化速度とは別に前記検出トルクの変化態様を示すトルクパラメータを求めるとともに、前記検出トルクが前記トルク判定値に達する時間を前記トルクパラメータに基づき推定し、推定された時間が前記所定時間以内であることを条件に前記ロック機構により前記モータの回転を規制する
   請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記制御部は、前記トルクパラメータとして、前記検出トルクの変化の加速度を求める
   請求項３に記載の車両用操舵装置。