JP6191305B2 - 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。

従来、車両用操舵装置としては、モータを駆動源としてアシスト力を操舵系に付与する操舵力補助装置が設けられたものが広く知られている（例えば、特許文献１）。こうした車両用操舵装置には、通常、ステアリングシャフトの途中に設けられたトーションバーの捩れに基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられている。そして、トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいて操舵力補助装置の作動を制御することより、運転者のステアリング操作に応じた適切なアシスト力を付与して好適な操舵フィーリングを実現している。

特開２００９−１５４６０４号公報 特開２０１１−８８４９１号公報

ところが、上記従来の構成では、トーションバーの捩れの影響がモータ制御や操舵フィーリング等に及ぶことは避けられない。そこで、例えば操舵トルクを微分して位相を進めたトルク微分値に基づく補償制御を実行する（例えば、特許文献２）等の種々の対策が提案されているが、トーションバーの捩れの影響は少なからず残ってしまう。そのため、トーションバーの捩れに基づいて操舵トルクを検出することなく、ステアリング操作に応じた適切なアシスト力を付与することのできる新たな技術の開発が求められていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、トーションバーの捩れに基づく操舵トルクを用いることなく、運転者のステアリング操作に応じた適切なアシスト力を付与す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車両用操舵装置は、モータを駆動源としてアシスト力を操舵系に付与する操舵力補助装置と、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御装置とを備えたものにおいて、前記操舵力補助装置は、運転者のステアリング操作により回転する入力軸に連結された第１回転要素、転舵機構に回転を伝達する出力軸に連結された第２回転要素、及び前記モータに連結された第３回転要素を有する遊星差動機構と、前記第２回転要素に連結された第２モータとを備え、前記制御装置には、前記第２回転要素の角速度を検出する第２角速度検出器、及び前記第３回転要素の角速度を検出する第３角速度検出器が接続され、前記制御装置は、前記第２角速度検出器により検出される角速度、及び前記第１回転要素から前記第２回転要素への目標回転伝達比に応じた前記第３回転要素の角速度を目標角速度として、前記第３角速度検出器により検出される角速度が前記目標角速度となるように前記モータの作動を制御し、前記モータに供給される電流に基づいて運転者が付与する操舵トルクの推定値である推定操舵トルクを演算するとともに、前記推定操舵トルクに基づいて運転者がステアリング操作に必要な操舵トルクの目標値である目標負荷トルクを演算し、前記推定操舵トルクと前記目標負荷トルクとの差分に基づいて前記第２モータの作動を制御することを要旨とする。

遊星差動機構においては、３つの回転要素のうち、２つの回転要素の角速度が決まると、残りの回転要素の角速度は一義的に決まる。そのため、例えば第１回転要素の角速度が決められた場合において、第３回転要素の角速度を変更すると、この第３回転要素の角速度に応じて第２回転要素の角速度が変化する。つまり、第１回転要素から第２回転要素（入力軸から出力軸）への回転伝達比は、第３回転要素の角速度に応じて変化する。このことから、第２回転要素の角速度と回転伝達比を決めれば、第１及び第３回転要素の各角速度も一義的に決まる。

この点を踏まえ、上記構成では、第３回転要素の角速度が第２角速度検出器により検出される角速度及び目標回転伝達比に応じて決まる目標角速度となるようにモータの作動を制御する。ここで、制御装置の演算周期は、運転者のステアリング操作により操舵角等が変化するのにかかる時間と比べると極めて短いため、目標角速度は演算周期毎に大きくは変化しない。そのため、運転者のステアリング操作により操舵角等が変化するのにかかる時間と比べて十分に短い時間間隔では、モータの作動により、第３回転要素が目標角速度付近の角速度で等速回転していると近似できる。そして、第３回転要素を略等速で回転させることにより第１回転要素が略等速で回転する、すなわち入力軸が略等速で回転する状態は、滑らかにステアリング操作がされている状態とみなすことができる。したがって、上記構成によれば、トーションバーの捩れに基づく操舵トルクを用いることなく、運転者のステアリング操作に応じた適切なアシスト力を付与することができる。
また、上記構成によれば、第２モータのトルクをアシスト力として操舵系に付与することで、モータが出力するトルクを小さくしても十分なアシスト力を確保でき、例えばモータを小型化できる。
さらに、上記構成によれば、運転者が操舵系に付与する操舵トルクの推定値である推定操舵トルクと運転者がステアリング操作に必要な操舵トルクの目標値である目標負荷トルクとの差分に基づいて第２モータの作動を制御するため、良好な操舵フィーリングを確保しつつ、第２モータによって適切なアシスト力を付与することができる。

上記車両用操舵装置において、前記制御装置は、車速及びステアリングホイールの操舵角の少なくとも一方に基づいて前記目標回転伝達比を変更することが好ましい。
上記構成によれば、車速及びステアリングホイールの操舵角の少なくとも一方に応じて、入力軸から出力軸への回転伝達比が変更されるため、良好な操舵フィーリングを実現することができる。

上記車両用操舵装置において、前記制御装置は、前記推定操舵トルクの絶対値が所定トルク未満の小さな範囲では、該推定操舵トルクよりも大きな絶対値を有する前記目標負荷トルクを演算するとともに、前記推定操舵トルクの絶対値が所定トルク以上の大きな範囲では、該推定操舵トルクよりも小さな絶対値を有する前記目標負荷トルクを演算することが好ましい。

上記構成によれば、推定操舵トルクの絶対値が所定トルク未満の小さな範囲では、制御装置は、運転者の操舵方向に従う方向と反対方向に第２回転要素を回転させるように第２モータの作動を制御することになる。これにより、運転者に所謂手応え感が与えられ、ステアリングホイールが小さな操舵トルクで過剰に回転することを抑制できる。

上記車両用操舵装置において、前記制御装置は、車速に応じて前記目標負荷トルクを変更することが好ましい。
上記構成によれば、車速に応じて運転者がステアリング操作に必要な操舵トルクが変更されるため、より良好な操舵フィーリングを実現することができる。

本発明によれば、トーションバーの捩れに基づく操舵トルクを用いることなく、運転者のステアリング操作に応じた適切なアシスト力を操舵系に付与することができる。

第１実施形態の車両用操舵装置の概略構成図。 第１実施形態の操舵力補助装置の斜視図。 第１実施形態の操舵力補助装置の縦断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。 第１実施形態の操舵力補助装置における第２モータの中心部分での横断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。 第１実施形態の操舵力補助装置における第１モータの中心部分での横断面図（図３のＣ−Ｃ断面図）。 第１実施形態の操舵力補助装置におけるデフ機構のデフピニオン部分での横断面図（図３のＤ−Ｄ断面図）。 第１実施形態の操舵力補助装置におけるデフ機構のロックピン部分での横断面図（図３のＥ−Ｅ断面図）。 第１実施形態のＥＣＵのブロック図。 第１実施形態の第１モータ制御部のブロック図。 第１実施形態の操舵角及び車速と目標回転伝達比との関係を示す伝達比マップ。 第１実施形態の遊星歯車機構における各回転要素間の角速度の関係を示すグラフ。 第１実施形態の第２モータ制御部のブロック図。 第１実施形態の遊星歯車機構における各回転要素に作用する力の釣り合いを説明するための説明図。 第１実施形態の推定操舵トルク及び車速と目標負荷トルクとの関係を示すアシストマップ。 第１実施形態の操舵力補助装置のスケルトン図。 第１実施形態の操舵開始時直後の遊星歯車機構における各回転要素間の角速度の関係を示すグラフ。 第２実施形態の車両用操舵装置の概略構成図。 第２実施形態の操舵角及び車速と目標回転伝達比との関係を示す伝達比マップ。

（第１実施形態）
以下、車両用操舵装置の第１実施形態を図面に従って説明する。
（全体構成）
図１に示すように、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２が固定されるステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３の回転に応じて軸方向に往復動するラック軸５とを備えている。なお、ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２側から順にコラム軸７、中間軸８、及びピニオン軸９を連結することにより構成されている。

ラック軸５とピニオン軸９とは、所定の交叉角をもって配置されており、ラック軸５に形成されたラック歯５ａとピニオン軸９に形成されたピニオン歯９ａとが噛合されることで転舵機構としてのラックアンドピニオン機構１１が構成されている。また、ラック軸５の両端には、タイロッド１２が連結されており、タイロッド１２の先端は、転舵輪１３が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、車両用操舵装置１では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転がラックアンドピニオン機構１１によりラック軸５の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド１２を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪１３の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

なお、本実施形態では、運転者のステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転が、後述する遊星歯車機構３２を介して反転してラックアンドピニオン機構１１に伝達されることを踏まえ、タイロッド１２は、上記ナックルに対して転舵輪１３の転舵中心よりも車両後方側に連結されている。これにより、車両の進行方向は、ラック軸５の移動方向とは反対方向、すなわちステアリングシャフト３の回転方向に変更される。

また、車両用操舵装置１は、コラム軸７の途中に設けられ、モータとしての第１モータ（反力モータ）２１及び第２モータ（出力モータ）２２を駆動源としてアシスト力を付与する操舵力補助装置２３と、操舵力補助装置２３の作動を制御するＥＣＵ２４を備えている。つまり、車両用操舵装置１は、所謂コラム型の電動パワーステアリング装置として構成されている。また、本実施形態の操舵力補助装置２３は、操舵系にアシスト力を付与する機能（ＥＰＳ機能）に加え、ステアリングホイール２の操舵角に対する転舵輪１３の転舵角の比率、すなわち入力側から出力側への回転伝達比（ステアリングギヤ比）を可変させる機能（ＶＧＲ機能）を有している。

（操舵力補助装置）
図２及び図３に示すように、操舵力補助装置２３は、コラム軸７が貫挿される円筒状のハウジング３１を備えており、ハウジング３１内には、遊星差動機構としての遊星歯車機構３２、及びデフ機構３３が収容されている。ハウジング３１は、図示しない車両本体に固定されており、コラム軸７の回転によって回転しない非回転部位となっている。なお、以下の説明では、ハウジング３１の一端側（図３中、左側）を前側とし、ハウジング３１の他端側（図３中、右側）を後側とする。

図３に示すように、ハウジング３１は、略円筒状のフロントハウジング３４と、略円筒状のエンドハウジング３５とを互いに連結することにより構成されている。そして、フロントハウジング３４内には、遊星歯車機構３２が収容され、エンドハウジング３５内には、デフ機構３３が収容されている。

コラム軸７は、ステアリングホイール２が連結される入力軸４１と、中間軸８に連結される出力軸４２とを備えており、遊星歯車機構３２を介して互いに連結されている。入力軸４１は、円柱状に形成されており、エンドハウジング３５における後側の開口端３５ａとの間に設けられた軸受４３を介して回転可能に支持されている。一方、出力軸４２は、円柱状に形成された柱状部４２ａ、柱状部４２ａにおけるフロントハウジング３４内に配置された内端から径方向外側に延びた円環状のフランジ部４２ｂ、及びフランジ部４２ｂから後側に延びた円筒状の筒状部４２ｃを有している。そして、出力軸４２は、その柱状部４２ａがフロントハウジング３４における前側の開口端３４ａとの間に設けられた軸受４４を介して回転可能に支持されている。また、フロントハウジング３４の開口端３４ａにおける軸受４４の支持位置よりも前側には、円環状の調整ネジ４５が螺着されている。

次に、遊星歯車機構の構成ついて説明する。
図３及び図４に示すように、遊星歯車機構３２は、入力軸４１に連結された第１回転要素としての太陽歯車５１と、出力軸４２に連結された第２回転要素としての内歯車５２と、太陽歯車５１及び内歯車５２の双方に噛合される複数の遊星歯車５３と、各遊星歯車５３を支持する第３回転要素としての遊星キャリヤ５４とを備えている。

詳述すると、図３に示すように、太陽歯車５１は、円環状に形成されており、入力軸４１の外周に嵌合されることにより、該入力軸４１と一体回転可能に連結されている。内歯車５２は、円環状に形成されており、出力軸４２における筒状部４２ｃの先端に一体形成されることにより、該出力軸４２と一体回転可能に連結されている。遊星キャリヤ５４は、円板状に形成されたフロントプレート５５及びエンドプレート５６と、フロントプレート５５とエンドプレート５６とを連結する複数の連結部材５７とを備えている。

エンドプレート５６内には、入力軸４１が挿通されており、エンドプレート５６は、入力軸４１との間に設けられた軸受５８を介して回転可能に支持されている。また、エンドプレート５６には、後側に突出した段差部５６ａが形成されている。さらに、エンドプレート５６には、前側に開口した複数の支持穴５６ｂが周方向に等角度間隔で形成されている。フロントプレート５５の中央部には、後側に開口する凹部５５ａが形成されるとともに、前側に突出する凸部５５ｂが形成されている。凹部５５ａ内には、入力軸４１の先端が挿入されるとともに、凸部５５ｂは、出力軸４２のフランジ部４２ｂ内に挿入されている。そして、フロントプレート５５は、凹部５５ａと入力軸４１との間に設けられた軸受５９ａ、及び凸部５５ｂとフランジ部４２ｂとの間に設けられた軸受５９ｂを介して回転可能に支持されている。また、フロントプレート５５には、後側に開口した複数の支持穴５５ｃが周方向に等角度間隔で形成されている。なお、各支持穴５５ｃは、エンドプレート５６の支持穴５６ｂよりもやや径方向内側に設けられている。そして、各連結部材５７は、扇形状に形成されており、支持穴５５ｃ，５６ｂ間に配置された状態で、フロントプレート５５とエンドプレート５６とを一体回転可能に連結している。

各遊星歯車５３には、その軸方向両側に突出する支持部５３ａが形成されており、支持部５３ａは、フロントプレート５５及びエンドプレート５６の支持穴５５ｃ、５６ｂ内にニードルベアリング６０を介してそれぞれ挿入されている。これにより、遊星歯車５３は、入力軸４１の回転に伴って該遊星歯車５３の軸線周りに自転しつつ、太陽歯車５１の周囲を公転（周回）する。また、上記のようにフロントプレート５５の支持穴５５ｃは、エンドプレート５６の支持穴５６ｂよりもやや径方向内側に設けられていることから、遊星歯車５３の軸線は、太陽歯車５１及び内歯車５２（入力軸４１及び出力軸４２）の各軸線に対して傾斜している。つまり、太陽歯車５１の歯部５１ａ、内歯車５２の歯部５２ａ、及び遊星歯車５３の歯部５３ｂ（図４参照）は、テーパ状に形成されている。

次に、第１モータと遊星歯車機構との連結構造について説明する。
図５に示すように、第１モータ２１は、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とを噛合してなる第１ウォーム減速機６３を介して遊星キャリヤ５４のエンドプレート５６に連結されている。なお、本実施形態の第１モータ２１には、三相のブラシレスモータが採用されており、第１モータ２１には、そのロータの回転角である第１モータ回転角θm1を検出する第１レゾルバ６４が設けられている。

詳しくは、フロントハウジング３４の周壁におけるエンドプレート５６と径方向に対向する位置には、有底円筒状の第１ギヤ収容部６５が形成されている。第１ギヤ収容部６５は、その軸線がフロントハウジング３４の軸線に対して直交する方向に延びるとともに、第１ギヤ収容部６５の内部がフロントハウジング３４の内部に連通するように形成されている。第１モータ２１は、第１ギヤ収容部６５の開口端に固定されている。そして、第１モータ２１に連結されたウォーム軸６１は、第１ギヤ収容部６５内において、該第１ギヤ収容部６５の底部側に設けられた軸受６６を介して回転可能に収容されている。一方、ウォームホイール６２は、ウォーム軸６１と噛合した状態でエンドプレート５６の外周に一体回転に固定されている。

なお、軸受６６は、円弧状に湾曲した湾曲板バネ６７を介して第１ギヤ収容部６５の内周に設けられており、湾曲板バネ６７の付勢力によってウォームホイール６２に近接する方向に押し付けられている。これにより、ウォーム軸６１とウォームホイール６２との間の軸間距離が調整され、これらの間のバックラッシュが除去されている。

次に、第２モータと遊星歯車機構との連結構造について説明する。
図４に示すように、第２モータ２２は、ウォーム軸７１とウォームホイール７２とを噛合してなる第２ウォーム減速機７３を介して内歯車５２に連結されている。なお、本実施形態の第２モータ２２には、三相のブラシレスモータが採用されており、第２モータ２２には、そのロータの回転角である第２モータ回転角θm2を検出する第２レゾルバ７４が設けられている。

詳しくは、フロントハウジング３４の周壁における内歯車５２と径方向に対向する位置には、有底円筒状の第２ギヤ収容部７５が形成されている。第２ギヤ収容部７５は、その軸線がフロントハウジング３４の軸線に対して直交する方向に延びるとともに、第２ギヤ収容部７５の内部がフロントハウジング３４の内部に連通するように形成されている。第２モータ２２は、第２ギヤ収容部７５の開口端に固定されている。そして、第２モータ２２に連結されたウォーム軸７１は、第２ギヤ収容部７５内において、該第２ギヤ収容部７５の底部側に設けられた軸受７６を介して回転可能に収容されている。一方、ウォームホイール７２は、ウォーム軸７１と噛合した状態で内歯車５２の外周に一体回転に固定されている。

なお、軸受７６は、上記第１ウォーム減速機６３のウォーム軸７１を支持する軸受６６と同様に、円弧状に湾曲した湾曲板バネ７７を介して第２ギヤ収容部７５の内周に設けられており、湾曲板バネ７７の付勢力によってウォームホイール７２に近接する方向に押し付けられている。

次に、デフ機構の構成について説明する。
図３に示すように、デフ機構３３は、入力軸４１に連結された入力リングギヤ８１と、遊星キャリヤ５４に連結された出力リングギヤ８２と、エンドハウジング３５内に回転可能に支持されるデフキャリヤ８３と、デフキャリヤ８３に回転可能に支持されたデフピニオン８４と備えている。

詳しくは、入力リングギヤ８１及び出力リングギヤ８２は、それぞれ円環状に形成されたベベルギヤにより構成されている。入力リングギヤ８１は、入力軸４１の外周に嵌合されることにより、該入力軸４１と一体回転可能に連結されている。出力リングギヤ８２は、遊星キャリヤ５４を構成するエンドプレート５６に形成された段差部５６ａに嵌合されることにより、遊星キャリヤ５４と一体回転可能に連結されている。デフキャリヤ８３は、円筒状に形成されており、その両端がエンドハウジング３５の内周との間に設けられた軸受８５ａ，８５ｂを介して回転可能に支持されている。

図６に示すように、デフキャリヤ８３の軸方向中央部には、径方向内側に延出される円環状の延出部８３ａが形成されるとともに、延出部８３ａには、軸方向に貫通した複数の支持孔８３ｂが周方向に等角度間隔で形成されている。各デフピニオン８４は、円柱状に形成されており、その両端が軸受８６ａ，８６ｂによって回転可能に支持された状態で支持孔８３ｂに配置されている。これにより、各デフピニオン８４は、デフキャリヤ８３内で入力軸４１の軸線と直交する軸線周りに回転可能に支持されている。また、各デフピニオン８４には、入力リングギヤ８１と噛合する入力デフギヤ８７、及び出力リングギヤ８２と噛合する出力デフギヤ８８が一体回転可能に設けられている。なお、本実施形態のデフ機構３３では、デフキャリヤ８３のハウジング３１に対する相対回転が規制された状態での入力リングギヤ８１から出力リングギヤ８２への回転伝達比は、入力軸４１から出力軸４２への回転伝達比を所定伝達比（例えば、「−１」）とした場合の太陽歯車５１から遊星キャリヤ５４への回転伝達比と同一に設定されている。

図７に示すように、デフキャリヤ８３の外周面には、複数の係合溝８３ｃが形成されている。一方、エンドハウジング３５には、係合溝８３ｃと径方向において対向する位置に貫通孔３５ｂが形成されている。また、エンドハウジング３５の外周面における貫通孔３５ｂに臨む位置には、ソレノイド９１が設けられている。さらに、貫通孔３５ｂには、入力軸４１と平行な軸線周りに回動可能なレバー９２が設けられている。レバー９２は、略Ｌ字の棒状に形成されている。そして、レバー９２の一端には、係合溝８３ｃに係合可能な爪部９２ａが形成されるとともに、レバー９２の他端には、ソレノイド９１のプランジャ９３に連結される連結部９２ｂが形成されている。

これにより、レバー９２はプランジャ９３の往復動に伴って回動し、爪部９２ａが係合溝８３ｃに係合することで、デフキャリヤ８３のエンドハウジング３５に対する相対回転が規制される。一方、爪部９２ａが係合溝８３ｃから離脱することで、デフキャリヤ８３のエンドハウジング３５に対する相対回転が許容される。そして、デフキャリヤ８３の相対回転が許容された状態では、入力軸４１の回転に伴ってデフキャリヤ８３が回転することで、該入力軸４１の回転はデフ機構３３を介しては遊星キャリヤ５４に伝達されなくなる。一方、デフキャリヤ８３の相対回転が規制された状態では、入力軸４１の回転が入力リングギヤ８１からデフピニオン８４及び出力リングギヤ８２を介して遊星キャリヤ５４に伝達される。つまり、本実施形態では、デフ機構３３が入力軸４１の回転を所定伝達比で遊星キャリヤ５４に伝達可能な伝達機構として機能する。

以上のように構成された操舵力補助装置２３では、ステアリング操作に伴う入力軸４１の回転は、該入力軸４１に連結された太陽歯車５１から遊星歯車５３（遊星キャリヤ５４）を介して反転して内歯車５２（出力軸４２）に伝達される。また、第１モータ２１の駆動に基づく遊星キャリヤ５４の回転が上記ステアリング操作に基づく回転に上乗せされて出力軸４２へと伝達される。これにより、入力軸４１と出力軸４２との間の回転伝達比が変更されるとともに、第１モータ２１のモータトルクがアシスト力として操舵系（出力軸４２）に付与される。さらに、本実施形態では、第２モータ２２により出力軸４２が回転駆動されることにより、該第２モータ２２のモータトルクがアシスト力として操舵系（出力軸４２）に付与される。

また、上記調整ネジ４５を回転させ、該調整ネジ４５を出力軸４２の軸方向に移動させる（螺進退させる）と、出力軸４２と一体形成された内歯車５２が軸方向移動することで、該内歯車５２、太陽歯車５１及び遊星歯車５３の軸方向の相対位置が変化する。ここで、上記のように遊星歯車５３の軸線が太陽歯車５１及び内歯車５２の各軸線に対して傾斜しているため（図３参照）、これら太陽歯車５１、内歯車５２及び遊星歯車５３の軸方向の相対位置が変化することで、これらの歯部間のバックラッシュが調整される。つまり、本実施形態では、フロントハウジング３４及び調整ネジ４５により、調整機構が構成されている。

（ＥＣＵ）
図１に示すように、ＥＣＵ２４には、車両の車速ＳＰＤを検出する車速センサ１０１、及びステアリングホイール２の操舵角θhを検出するステアリングセンサ（操舵角センサ）１０２が接続されている。また、ＥＣＵ２４には、上記第１モータ２１の第１モータ回転角θm1を検出する第１レゾルバ６４、及び第２モータ２２の第２モータ回転角θm2を検出する第２レゾルバ７４が接続されている。そして、ＥＣＵ２４は、これらの各状態量に基づいて第１及び第２モータ２１，２２にそれぞれ駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置２３の作動を制御し、入力軸４１から出力軸４２への回転伝達比を変更しつつ、操舵系にアシスト力を付与する構成となっている。

詳述すると、図８に示すように、ＥＣＵ２４は、第１及び第２モータ制御信号をそれぞれ出力する制御装置としてのマイコン１０３と、第１モータ制御信号に基づいて第１モータ２１に駆動電力を供給する第１駆動回路１０４と、第２モータ制御信号に基づいて第２モータ２２に駆動電力を供給する第２駆動回路１０５とを備えている。なお、以下に示す各制御ブロックは、マイコン１０３が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、マイコン１０３は、所定のサンプリング周期（検出周期）で各状態量を検出し、所定の演算周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、各モータ制御信号を出力する。

なお、第１駆動回路１０４には、直列に接続された一対のスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ等）を基本単位（スイッチングアーム）として、第１モータ２１の各相のモータコイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗに対応する３つのスイッチングアームを並列に接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。同様に、第２駆動回路１０５には、第２モータ２２の各相のモータコイル２２ｕ，２２ｖ，２２ｗに対応する３つのスイッチングアームを並列に接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。また、マイコン１０３の出力する各モータ制御信号は、各スイッチング素子のオンオフ状態（オンＤＵＴＹ比）を規定するものとなっている。そして、第１駆動回路１０４は、第１モータ制御信号の入力により作動して、その印加される電源電圧に基づく三相の駆動電力を第１モータ２１に供給し、第２駆動回路１０５は、第２モータ制御信号の入力により作動して、その印加される電源電圧に基づく三相の駆動電力を第２モータ２２に供給する。

マイコン１０３には、第１モータ制御信号を出力する第１モータ制御部１１１、及び第２モータ制御信号を出力する第２モータ制御部１１２が設けられている。第１モータ制御部１１１には、上記操舵角θh、車速ＳＰＤ、第１モータ回転角θm1及び第２モータ回転角θm2に加え、第１電流センサ１１３ｕ，１１３ｖにより検出される第１モータ２１のＵ相及びＶ相の相電流値Ｉu1，Ｉv1が入力される。そして、第１モータ制御部１１１は、これら各状態量に基づいて所定の演算周期毎に第１モータ制御信号を出力する。一方、第２モータ制御部１１２には、上記車速ＳＰＤ及び第２モータ回転角θm2に加え、第２電流センサ１１４ｕ，１１４ｖにより検出される第２モータ２２のＵ相及びＶ相の相電流値Ｉu2，Ｉv2が入力される。そして、第２モータ制御部１１２は、これら各状態量に基づいて所定の演算周期毎に第２モータ制御信号を出力する。

なお、マイコン１０３は、第１及び第２モータ２１，２２の相電流値Ｉu1，Ｉv1，Ｉu2，Ｉv2、第１モータ回転角θm1及び第２モータ回転角θm2等に基づいて第１モータ２１の駆動が不能になった場合や、適切な第１モータ回転角θm1又は第２モータ回転角θm2を検出できなくなった場合には、ソレノイド９１の作動を制御して上記デフキャリヤ８３の回転を拘束するとともに、第１及び第２モータ２１，２２を停止させる。これにより、操舵力補助装置２３の故障時においても、運転者のステアリング操作に基づいて継続して車両の進行方向の変更が可能となっている。

次に、第１モータ制御部について説明する。
図９に示すように、第１モータ制御部１１１には、入力軸４１から出力軸４２への目標回転伝達比Ｇvgr*を演算する目標回転伝達比演算部１２１と、目標回転伝達比Ｇvgr*及び内歯車５２の実際の角速度に相当する値を示す角速度検出値ωi_dに基づいて遊星キャリヤ５４の角速度の目標値である角速度指令値ωc*を演算する角速度指令値演算部１２２とが設けられている。また、第１モータ制御部１１１には、角速度指令値ωc*に基づいて第１モータ２１に対する電力供給の目標値である電流指令値（ｑ軸電流指令値Ｉq1*）を演算する第１電流指令値演算部１２３と、この電流指令値に基づいて第１モータ制御信号を上記第１駆動回路１０４に出力する第１モータ制御信号出力部１２４が設けられている。

詳述すると、目標回転伝達比演算部１２１には、上記操舵角θh及び車速ＳＰＤが入力される。また、目標回転伝達比演算部１２１には、図１０に示すような操舵角θh及び車速ＳＰＤと目標回転伝達比Ｇvgr*とが関連付けられた伝達比マップが設けられている。そして、目標回転伝達比演算部１２１は、伝達比マップを参照することにより、操舵角θh及び車速ＳＰＤに基づいた目標回転伝達比Ｇvgr*を演算する。具体的には、伝達比マップは、操舵角θhの絶対値が大きいほど（ステアリングエンドに近いほど）、また車速ＳＰＤが低いほど大きな値（絶対値）を有する目標回転伝達比Ｇvgr*が演算されるように設定されている。なお、本実施形態では、上記のように入力軸４１の回転は、遊星歯車機構３２を介して反転して出力軸４２に伝達されるため、目標回転伝達比Ｇvgr*は、マイナスの値に設定されている。

図９に示すように、角速度指令値演算部１２２には、目標回転伝達比Ｇvgr*に加え、内歯車５２の角速度検出値ωi_dが入力される。なお、本実施形態の内歯車５２の角速度検出値ωi_dは、第２レゾルバ７４により検出される第２モータ回転角θm2を微分して得られた第２モータ角速度ωm2を、減速比換算部１２５で第２ウォーム減速機７３の減速比Ｇw2で除算することより得られる。つまり、本実施形態では、第２レゾルバ７４及びマイコン１０３により第２角速度検出器が構成されている。そして、角速度指令値演算部１２２は、入力された内歯車５２の角速度検出値ωi_d、及び上記目標回転伝達比演算部１２１で演算された目標回転伝達比Ｇvgr*に応じて一義的に決まる遊星キャリヤ５４の角速度を目標角速度である角速度指令値ωc*として演算する。換言すると、角速度指令値演算部１２２は、運転者のステアリング操作に伴う太陽歯車５１の回転が目標回転伝達比Ｇvgr*で伝達されることにより、内歯車５２の角速度検出値ωi_dが生じるように角速度指令値ωc*を演算する。

ここで、遊星歯車機構３２においては、各回転要素（太陽歯車５１、内歯車５２及び遊星キャリヤ５４）のうち、２つの回転要素の角速度が決まると、残りの回転要素の角速度が一義的に決まる。そのため、例えば太陽歯車５１の角速度ωsが決められた場合において、遊星キャリヤ５４の角速度ωcを変更すると、この遊星キャリヤ５４の角速度ωcに応じて内歯車５２の角速度ωiが変化する。つまり、太陽歯車５１から内歯車５２（入力軸４１から出力軸４２）への回転伝達比は、遊星キャリヤ５４の角速度ωcに応じて変化する。このことから、内歯車５２の角速度ωiと回転伝達比Ｇvgrを決めれば、太陽歯車５１の角速度ωs及び遊星キャリヤ５４の角速度ωcも一義的に決まる。

この点を踏まえ、角速度指令値演算部１２２は、図１１に示すような各回転要素間の角速度の関係を示す共線図（Kutzbach Speed Diagram for Planetary Transmissions又はKutzbach Chart）に基づいて遊星キャリヤ５４の角速度指令値ωc*を演算する。なお、この共線図では、遊星キャリヤ５４の角速度ωcを示す角速度軸の一方側に、太陽歯車５１の角速度ωsを示す角速度軸が平行に配置されるとともに、他方側に内歯車５２の角速度ωiを示す角速度軸が平行に配置されている。そして、遊星キャリヤ５４の角速度軸と太陽歯車５１の角速度軸との間の間隔Ｄsと、遊星キャリヤ５４の角速度軸と内歯車５２の角速度軸との間の間隔Ｄiとの比は、太陽歯車５１の歯数Ｚsと内歯車５２の歯数Ｚiとの比の逆（Ｄs：Ｄi＝Ｚi：Ｚs）になっている。このように作図された共線図中において、太陽歯車５１の角速度ωsと、内歯車５２の角速度ωiと、遊星キャリヤ５４の角速度ωcとの関係は、各角速度軸と任意の直線との交点の位置関係で示される。

具体的には、例えば太陽歯車５１が図１１の交点Ｎsで示す角速度ωsで回転するとともに、遊星キャリヤ５４が図１１の交点Ｎcで示す角速度ωcで回転する場合、内歯車５２は、該内歯車５２の角速度軸と交点Ｎsと交点Ｎcとを結ぶ直線Ｌとが交差する交点Ｎiで示す角速度ωiで回転することになる。

こうした共線図において、図１１中、便宜上ハッチングを付した２つの三角形は互いに相似の関係を満たすことから、太陽歯車５１の角速度ωs、内歯車５２の角速度ωi、遊星キャリヤ５４の角速度ωc、太陽歯車５１の歯数Ｚs及び内歯車５２の歯数Ｚiの間には、下記（１）式が成立する。

また、入力軸４１から出力軸４２への回転伝達比Ｇvgrは、太陽歯車５１の角速度ωs、内歯車５２の角速度ωiを用いて下記（２）式で表される。

Ｇvgr＝ωi／ωs …（２）
これら上記（１）式及び（２）式に基づいて太陽歯車５１の角速度ωsを消去し、遊星キャリヤ５４の角速度ωcについて整理すると下記（３）が得られる。

そして、角速度指令値演算部１２２は、上記（３）式に対し、回転伝達比Ｇvgrに目標回転伝達比Ｇvgr*を代入するとともに、内歯車５２の角速度ωiに角速度検出値ωi_dを代入することで得られる遊星キャリヤ５４の角速度ωcを角速度指令値ωc*として演算し、第１電流指令値演算部１２３に出力する。

図９に示すように、第１電流指令値演算部１２３には、角速度指令値ωc*に加え、第１モータ回転角θm1が入力される。そして、第１電流指令値演算部１２３は、これら各状態量に基づいて角速度指令値ωc*に遊星キャリヤ５４の実際の角速度を追従させるべく速度フィードバック制御を実行することにより、第１モータ回転角θm1に従う二相回転座標系（ｄ／ｑ座標系）のｑ軸電流指令値Ｉq1*を演算する。

詳しくは、遊星キャリヤ５４の実際の角速度に相当する値を示す角速度検出値ωc_dは、第１レゾルバ６４により検出される第１モータ回転角θm1を微分して得られた第１モータ角速度ωm1を、減速比換算部１２６で第１ウォーム減速機６３の減速比Ｇw1で除算することより得られる。つまり、本実施形態では、第１レゾルバ６４及びマイコン１０３により第３角速度検出器が構成されている。このように演算された角速度検出値ωc_dは、上記角速度指令値演算部１２２で演算された角速度指令値ωc*とともに減算器１２７に入力される。減算器１２７は、角速度偏差Δωcを演算してＦ／Ｂ（フィードバック）制御部１２８に出力する。そして、Ｆ／Ｂ制御部１２８は、角速度指令値ωc*に角速度検出値ωc_dを追従させるべくフィードバック演算を実行することにより、ｑ軸電流指令値Ｉq1*を演算し、第１モータ制御信号出力部１２４に出力する。より詳しくは、Ｆ／Ｂ制御部１２８は、角速度偏差Δωcに比例ゲインを乗ずることにより得られる比例成分、及び角速度偏差Δωcの積分値に積分ゲインを乗ずることにより得られる積分成分を足し合わせることで、ｑ軸電流指令値Ｉq1*を演算し、第１モータ制御信号出力部１２４に出力する。なお、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉd1*はゼロに固定される（Ｉd1*＝０）。

第１モータ制御信号出力部１２４には、上記第１電流指令値演算部１２３の演算するｑ軸電流指令値Ｉq1*とともに、各相電流値Ｉu1，Ｉv1及び第１モータ回転角θm1が入力される。そして、第１モータ制御信号出力部１２４は、これら各状態量に基づいてｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することにより、上記第１駆動回路１０４に出力する第１モータ制御信号を演算する。

詳しくは、第１モータ制御信号出力部１２４に入力された各相電流値Ｉu1，Ｉv1は、ｄ／ｑ変換部１３１に入力される。ｄ／ｑ変換部１３１は、キルヒホッフの法則により各相電流値Ｉu1，Ｉv1，Ｉw1の総和がゼロになる（Ｉu1＋Ｉv1＋Ｉw1＝０）ことを踏まえ、各相電流値Ｉu1，Ｉv1に基づいてＷ相の相電流値Ｉw1を演算する。そして、ｄ／ｑ変換部１３１は、第１モータ回転角θm1に基づいて各相電流値Ｉu1，Ｉv1，Ｉw1をｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ軸電流値Ｉd1及びｑ軸電流値Ｉq1を演算する。続いて、ｑ軸電流値Ｉq1は、第１電流指令値演算部１２３から入力されたｑ軸電流指令値Ｉq1*とともに減算器１３２ｑに入力され、ｄ軸電流値Ｉd1は、ｄ軸電流指令値Ｉd1*とともに減算器１３２ｄに入力される。そして、各減算器１３２ｄ，１３２ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩd1及びｑ軸電流偏差ΔＩq1を演算し、Ｆ／Ｂ制御部１３３ｄ，１３３ｑに出力する。なお、ｑ軸電流値Ｉq1は、後述する第２モータ制御部１１２にも出力する。

これら各Ｆ／Ｂ制御部１３３ｄ，１３３ｑは、ｄ軸電流指令値Ｉd1*及びｑ軸電流指令値Ｉq1*に実電流値であるｄ軸電流値Ｉd1及びｑ軸電流値Ｉq1を追従させるべく、フィードバック演算を実行することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd1*及びｑ軸電圧指令値Ｖq1*を演算し、ｄ／ｑ逆変換部１３４に出力する。より詳しくは、Ｆ／Ｂ制御部１３３ｄ，１３３ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩd1及びｑ軸電流偏差ΔＩq1にそれぞれ比例ゲインを乗ずることにより得られる比例成分、及びこれらｄ軸電流偏差ΔＩd1及びｑ軸電流偏差ΔＩq1の積分値にそれぞれ積分ゲインを乗ずることにより得られる積分成分を演算する。そして、これらの各比例成分及び各積分成分をそれぞれ加算することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd1*及びｑ軸電圧指令値Ｖq1*を演算し、ｄ／ｑ逆変換部１３４に出力する。

ｄ／ｑ逆変換部１３４は、第１モータ回転角θm1に基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd1*及びｑ軸電圧指令値Ｖq1*を三相の交流座標上に写像することにより三相の相電圧指令値Ｖu1*，Ｖv1*，Ｖw1*を演算し、ＰＷＭ変換部１３５に出力する。ＰＷＭ変換部１３５は、各相電圧指令値Ｖu1*，Ｖv1*，Ｖw1*に基づくＤＵＴＹ指令値を演算するとともに、その各ＤＵＴＹ指令値に示されるオンＤＵＴＹ比を有する第１モータ制御信号を生成し、上記第１駆動回路１０４に出力する。これにより、第１モータ制御信号に応じた駆動電力が第１モータ２１に出力され、駆動電力に応じたモータトルクが第１ウォーム減速機６３を介して遊星キャリヤ５４に伝達される。

次に、第２モータ制御部について説明する。
図１２に示すように、第２モータ制御部１１２には、運転者が付与した操舵トルクの推定値である推定操舵トルクＴs^を演算する推定操舵トルク演算部１４１と、推定操舵トルクＴs^に基づいて第２モータ２２で発生させるトルクの目標値であるトルク指令値Ｔ2*を演算するトルク指令値演算部１４２とが設けられている。また、第２モータ制御部１１２には、トルク指令値Ｔ2*に基づいて第２モータ２２に対する電力供給の目標値である電流指令値（ｑ軸電流指令値Ｉq2*）を演算する第２電流指令値演算部１４３と、この電流指令値に基づいて第２モータ制御信号を上記第２駆動回路１０５に出力する第２モータ制御信号出力部１４４が設けられている。

詳しくは、推定操舵トルク演算部１４１には、車速ＳＰＤ及び第１モータ２１に流れるｑ軸電流値Ｉq1が入力される。推定操舵トルク演算部１４１は、下記（４）式を用いることにより、ｑ軸電流値Ｉq1に基づいて第１モータ２１で発生したトルクＴ1を演算する。

Ｔ1＝Ｉq1×Ｋt1 …（４）
なお、「Ｋt1」は第１モータ２１のトルク定数を示す。また、第１ウォーム減速機６３の減速比を「Ｇw1」、トルクの伝達効率を「η1」とすると、遊星キャリヤ５４のトルクＴcは下記（５）で表される。

Ｔc＝Ｔ1×Ｇw1×η1 …（５）
そして、推定操舵トルク演算部１４１は、上記（５）式と遊星歯車機構３２における各要素間の力の釣り合いとに基づいて推定操舵トルクＴs^を演算する。

先ず、図１３に示す遊星歯車機構３２の模式図に従って力の釣り合いについて説明する。遊星歯車５３が等速で自転及び公転する（停止状態を含む）状態、すなわち遊星歯車機構３２の各回転要素に作用する力が釣り合っている状態では、下記（６）式が成立する。

Ｗs＝Ｗi＝−Ｗc／２ …（６）
なお、「Ｗs」は太陽歯車５１から遊星歯車５３に作用する荷重を示し、「Ｗi」は内歯車５２から遊星歯車５３に作用する荷重を示し、「Ｗc」は遊星キャリヤ５４から遊星歯車５３に作用する荷重を示す。また、太陽歯車５１から遊星歯車５３に作用するトルクＴs、内歯車５２から遊星歯車５３に作用するトルクＴi、及び遊星キャリヤ５４から遊星歯車５３に作用するトルクＴcは、それぞれ下記（７）〜（９）式で表される。

なお、「ｒs」は太陽歯車５１の中心から遊星歯車５３との噛み合い位置までの長さを示し、「ｒi」内歯車５２の中心から遊星歯車５３との噛み合い位置までの長さを示し、「ｒc」は遊星キャリヤ５４の中心から遊星歯車５３の支持位置までの長さを示し、「ｍ」は遊星歯車機構３２のモジュールを示す。したがって、遊星歯車５３に作用する力が釣り合っている場合には、上記（７）〜（９）式を（６）式に代入することにより、下記（１０）式が成立することになり、太陽歯車５１から遊星歯車５３に作用するトルクＴs（運転者が付与する操舵トルク）は下記（１１）で表される。

ここで、上記のように第１モータ制御部１１１は角速度指令値ωc*に遊星キャリヤ５４の角速度検出値ωc_dが追従するように第１モータ２１の作動を制御する。そして、第１モータ制御部１１１の演算周期は、運転者のステアリング操作により操舵角θh等が変化するのにかかる時間と比べると極めて短いため、角速度指令値ωc*演算周期毎に大きくは変化しない。そのため、運転者のステアリング操作により操舵角θh等が変化するのにかかる時間と比べて十分に短い時間間隔では、第１モータ２１の作動により、遊星キャリヤ５４の角速度検出値ωc_dが角速度指令値ωc*に追従し、遊星キャリヤ５４が角速度指令値ωc*付近の角速度で等速（一定速度で）回転していると近似することができる。この点を踏まえ、推定操舵トルク演算部１４１は、上記（１１）式を用い、遊星キャリヤ５４のトルクＴcに上記（５）を用いて演算された値を代入することにより得られる太陽歯車５１のトルクＴsを推定操舵トルクＴs^として演算し、トルク指令値演算部１４２に出力する。

トルク指令値演算部１４２には、図１４に示すような推定操舵トルクＴs^及び車速ＳＰＤと、運転者が操舵に必要なトルクの目標値である目標負荷トルクＴs_gとが関連付けられたアシストマップが設けられている。アシストマップは、推定操舵トルクＴs^の絶対値が大きいほど、また車速ＳＰＤが低いほど大きな値（絶対値）を有する目標負荷トルクＴs_gが演算されるように設定されている。なお、本実施形態では、推定操舵トルクＴs^の絶対値が所定トルク未満の小さな範囲では、目標負荷トルクＴs_gが推定操舵トルクＴs^よりも大きくなるように設定されている。トルク指令値演算部１４２は、当該アシストマップを参照することにより、推定操舵トルクＴs^及び車速ＳＰＤに基づいた目標負荷トルクＴs_gを演算し、この目標負荷トルクＴs_gと推定操舵トルクＴs^との差分トルクΔＴを演算する。そして、トルク指令値演算部１４２は、差分トルクΔＴを第２ウォーム減速機７３の減速比Ｇｗ2及び伝達効率η2で除算した値（ΔＴ／（Ｇｗ2×η2））の積算値をトルク指令値Ｔ2*として第２電流指令値演算部１４３に出力する。

なお、第２モータ２２で発生するトルクＴ2に応じて第１モータ２１で発生させるトルク、すなわち第１モータ２１に供給する駆動電力（ｑ軸電流値Ｉq1）が変化すると、推定操舵トルクＴs^は、車速ＳＰＤに応じた目標負荷トルクＴs_gを示す曲線と、目標負荷トルクＴs_gが推定操舵トルクＴs^の値と等しいと仮定した場合の直線との交点に近づき、差分トルクΔＴが小さくなる。そして、推定操舵トルクＴs^が車速ＳＰＤに応じた目標負荷トルクＴs_gと一致すると、差分トルクΔＴがゼロとなり、第２モータ２２で一定のトルクＴ2が発生するようになる。つまり、ステアリング操作を行う際に、運転者は車速ＳＰＤに応じた一定の操舵トルクが必要となるようになっている。

図１２に示すように、第２電流指令値演算部１４３は、トルク指令値Ｔ2*を第２モータ２２のトルク定数Ｋt2で除算した値（Ｔ2*／Ｋt2）を、第２モータ回転角θm2に従う二相回転座標系（ｄ／ｑ座標系）の電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉq2*として演算し、第２モータ制御信号出力部１４４に出力する。なお、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉd2*はゼロに固定される（Ｉd2*＝０）。

第２モータ制御信号出力部１４４には、上記第２電流指令値演算部１４３の演算するｑ軸電流指令値Ｉq2*とともに、第２モータ２２の各相電流値Ｉu2，Ｉv2及び第２モータ回転角θm2が入力される。そして、第２モータ制御信号出力部１４４は、これら各状態量に基づいてｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することにより、上記第２駆動回路１０５に出力する第２モータ制御信号を演算する。

詳しくは、第２モータ制御信号出力部１４４に入力された各相電流値Ｉu2，Ｉv2は、ｄ／ｑ変換部１５１に入力される。ｄ／ｑ変換部１５１は、第１モータ制御部１１１の第１モータ制御信号出力部１２４と同様に、各相電流値Ｉu2，Ｉv2に基づいてＷ相の相電流値Ｉw２を演算し、ｄ／ｑ変換部１５１に出力する。そして、ｄ／ｑ変換部１５１は、第２モータ回転角θm2に基づいて各相電流値Ｉu2，Ｉv2，Ｉw２をｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ軸電流値Ｉd2及びｑ軸電流値Ｉq2を演算する。続いて、ｑ軸電流値Ｉq2は、第２電流指令値演算部１４３から入力されたｑ軸電流指令値Ｉq2*とともに減算器１５２ｑに入力され、ｄ軸電流値Ｉd2は、ｄ軸電流指令値Ｉd2*とともに減算器１５２ｄに入力される。そして、各減算器１５２ｄ，１５２ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩd2及びｑ軸電流偏差ΔＩq2を演算し、Ｆ／Ｂ制御部１５３ｄ，１５３ｑに出力する。

これら各Ｆ／Ｂ制御部１５３ｄ，１５３ｑは、ｄ軸電流指令値Ｉd2*及びｑ軸電流指令値Ｉq2*に実電流値であるｄ軸電流値Ｉd2及びｑ軸電流値Ｉq2を追従させるべくフィードバック演算を実行することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd2*及びｑ軸電圧指令値Ｖq2*を演算し、ｄ／ｑ逆変換部１５４に出力する。より詳しくは、Ｆ／Ｂ制御部１５３ｄ，１５３ｑは、ｄ軸電流偏差ΔＩd2及びｑ軸電流偏差ΔＩq2にそれぞれ比例ゲインを乗ずることにより得られる比例成分、及びこれらｄ軸電流偏差ΔＩd2及びｑ軸電流偏差ΔＩq2の積分値にそれぞれ積分ゲインを乗ずることにより得られる積分成分を演算する。そして、これらの各比例成分及び各積分成分をそれぞれ加算することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd2*及びｑ軸電圧指令値Ｖq2*を演算し、ｄ／ｑ逆変換部１５４に出力する。

ｄ／ｑ逆変換部１５４は、第２モータ回転角θm2に基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd2*及びｑ軸電圧指令値Ｖq2*を三相の交流座標上に写像することにより三相の相電圧指令値Ｖu2*，Ｖv2*，Ｖw2*を演算し、ＰＷＭ変換部１５５に出力する。ＰＷＭ変換部１５５は、第１モータ制御部１１１のＰＷＭ変換部１５５と同様に、各相電圧指令値Ｖu2*，Ｖv2*，Ｖw2*に基づく第２モータ制御信号を生成し、上記第２駆動回路１０５に出力する。これにより、第２モータ制御信号に応じた駆動電力が第２モータ２２に出力され、駆動電力に応じたモータトルクが第２ウォーム減速機７３を介して内歯車５２に伝達される。

（作用）
次に、本実施形態の操舵力補助装置の動作ついて図１５及び図１６に従って説明する。
例えば操舵角θhがステアリング中立位置付近にある状態から、運転者がステアリング操作を開始した場合、ＥＣＵ２４（マイコン１０３）は、車速ＳＰＤ及び操舵角θhに応じた目標回転伝達比Ｇvgr*を演算する。このとき、瞬間的には、ステアリング操作に伴う入力軸４１（太陽歯車５１）の回転に連動して遊星キャリヤ５４が太陽歯車５１と同方向に回転する。一方、操舵を開始した瞬間には、転舵輪１３は路面との間の摩擦力により転舵していないため、内歯車５２の角速度検出値ωi_dがゼロとなり、マイコン１０３は、遊星キャリヤ５４の目標角速度である角速度指令値ωc*をゼロとする。すなわち、太陽歯車５１の角速度ωsと、内歯車５２の角速度ωiと、遊星キャリヤ５４の角速度ωcとの関係は、各角速度軸と図１６において一点鎖線で示す直線との交点の位置関係で表される。

その結果、遊星キャリヤ５４の角速度検出値ωc_dと角速度指令値ωc*との間に角速度偏差Δωcが生じることで、マイコン１０３は、該角速度偏差Δωcを打ち消すように第１モータ２１の作動を制御する。このとき第１モータ２１で発生するトルクが転舵輪１３と路面との間の摩擦力を下回ると、転舵輪１３は転舵せず、第１モータ２１によってステアリングホイール２の回転が規制される。一方、第１モータ２１で発生するトルクが転舵輪１３と路面との間の摩擦力を上回ると、遊星キャリヤ５４とともに、内歯車５２（出力軸４２）が回転する。すなわち、太陽歯車５１の角速度ωsと、内歯車５２の角速度ωiと、遊星キャリヤ５４の角速度ωcとの関係は、各角速度軸上と図１６において二点鎖線で示す直線との交点の位置関係で表されるように変化する。そして、遊星キャリヤ５４の角速度が角速度指令値ωc*に追従するように第１モータ２１の作動が制御されることにより、遊星歯車機構３２における各回転要素間の力の釣り合いが図られる。その結果、運転者のステアリング操作により操舵角θh等が変化するのにかかる時間と比べて十分に短い時間間隔では、遊星キャリヤ５４を略等速で回転させることにより、太陽歯車５１（入力軸４１）が略等速で回転する状態となる。

ここで、入力軸４１が略等速で回転する状態は、滑らかにステアリング操作がされている状態とみなすことができる。したがって、遊星キャリヤ５４の角速度検出値ωc_dを角速度指令値ωc*に追従させるべく速度フィードバック制御を実行して第１モータ２１の作動を制御することで、運転者のステアリング操作に応じた適切なアシスト力が付与される。

また、マイコン１０３は、第１モータ２１の制御と並行して、第１モータ２１に供給する駆動電力（ｑ軸電流値Ｉq1）に基づいて推定操舵トルクＴs^を演算し、この推定操舵トルクＴs^及び上記アシストマップに基づいて第２モータ２２の作動を制御する。上記のようにアシストマップは、推定操舵トルクＴs^の絶対値が所定値未満の小さな範囲では、目標負荷トルクＴs_gが推定操舵トルクＴs^よりも大きくなるように設定されている（図１４参照）。そのため、推定操舵トルクＴs^の絶対値が所定トルク未満の小さな範囲では、マイコン１０３は、運転者の操舵方向に従う方向と反対方向に内歯車５２を回転させるように第２モータ２２の作動を制御する。これにより、運転者に所謂手応え感が与えられ、ステアリングホイール２が小さな操舵トルクで過剰に回転することが抑制される。一方、推定操舵トルクＴs^の絶対値が所定トルク以上の大きな範囲では、マイコン１０３は、運転者の操舵方向に従う方向と同一方向に内歯車５２を回転させるように第２モータ２２の作動を制御する。これにより、第２モータ２２のトルクが運転者のステアリング操作をアシストするアシスト力として付与される。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）マイコン１０３は、遊星キャリヤ５４の角速度検出値ωc_dが、内歯車５２の角速度検出値ωi_d及び目標回転伝達比Ｇvgr*に応じて一義的に決まる角速度指令値ωc*に追従するように、第１モータ２１の作動を制御するため、トーションバーの捩れに基づく操舵トルクを用いることなく、上記のように好適なアシスト力を操舵系に付与することができる。

（２）操舵力補助装置２３に、内歯車５２に連結された第２モータ２２を設けたため、第２モータ２２のトルクをアシスト力として操舵系に付与することで、第１モータ２１が出力するトルクを小さくしても十分なアシスト力を確保でき、例えば第１モータ２１を小型化できる。

（３）マイコン１０３は、車速ＳＰＤ及びステアリングホイール２の操舵角θhに基づいて目標回転伝達比Ｇvgr*を変更するため、車両の走行状態や運転者の操舵状態に応じた良好な操舵フィーリングを実現することができる。

（４）マイコン１０３は、推定操舵トルクＴs^と目標負荷トルクＴs_gとの差分トルクΔＴに基づいて第２モータ２２の作動を制御するため、良好な操舵フィーリングを確保しつつ、第２モータ２２によって適切なアシスト力を付与することができる。

（５）ＥＣＵ２４は、推定操舵トルクＴs^の絶対値が所定トルク未満の小さな範囲では、運転者の操舵方向に従う方向と反対方向に内歯車５２を回転させるように第２モータ２２の作動を制御するため、運転者に所謂手応え感が与えられ、ステアリングホイール２が小さな操舵トルクで過剰に回転することを抑制できる。

（６）マイコン１０３は、車速ＳＰＤに応じて目標負荷トルクＴs_gを変更するため、より良好な操舵フィーリングを実現することができる。
（７）遊星歯車５３を、該遊星歯車５３の軸線が太陽歯車５１及び内歯車５２の各軸線と交差するように遊星キャリヤ５４に対して傾斜して支持した。そのため、調整ネジ４５を螺進退させて太陽歯車５１、遊星歯車５３及び内歯車５２間の軸方向の相対位置を変更することで、太陽歯車５１、遊星歯車５３及び内歯車５２間のバックラッシュを調整することができ、例えば異音の発生を抑制できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図１７に示すように、ステアリングシャフト３の回転に応じて軸方向に往復動する転舵軸１７１と、ステアリングシャフト３を構成する中間軸８の下端に連結された下部軸１７２とは、ボール螺子機構１６１及び減速機構１６２を有する転舵機構１６３によって連結されている。

ボール螺子機構１６１は、内周に螺子溝（図示略）が形成されたボール螺子ナット１６４を備えている。転舵軸１７１には、その外周の一部に螺子溝（図示略）が形成されている。そして、ボール螺子機構１６１は、ボール螺子ナットの螺子溝と転舵軸１７１の螺子溝とを対向させてなる螺旋状のボール軌道内に複数のボール１６５を配設することにより構成されている。

減速機構１６２は、下部軸１７２と一体回転する入力ギヤ１６６と、ボール螺子ナット１６４と一体回転する出力ギヤ１６７とを備えており、これら入力ギヤ１６６と出力ギヤ１６７とを噛合させることにより構成されている。なお、本実施形態の入力ギヤ１６６及び出力ギヤ１６７には、それぞれ傘歯車（ベベルギヤ）が採用されている。

したがって、本実施形態の車両用操舵装置１では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転が減速機構１６２を介してボール螺子ナット１６４に伝達され、このボール螺子ナット１６４の回転が転舵軸１７１の軸方向移動に変換されることで、転舵輪１３の転舵角が変更される。

ここで、転舵機構１６３のストロークレシオは、上記第１実施形態の転舵機構であるラックアンドピニオン機構１１のストロークレシオよりも小さく設定されている。なお、ストロークレシオは、下部軸１７２の一回転に対する転舵軸１７１の軸方向への移動量を示す値である。具体的には、転舵機構１６３のストロークレシオは、ラックアンドピニオン機構１１のストロークレシオの１／Ｎ倍（「Ｎ」は「１」よりも大きな値であり、本実施形態では「３」程度）に設定されている。

また、図１８に示すように、目標回転伝達比演算部１２１（図９参照）に設けられた伝達比マップは、操舵角θh及び車速ＳＰＤに基づいて演算される目標回転伝達比Ｇvgr*の値（絶対値）が上記第１実施形態のＮ倍となるように設定されている。なお、目標回転伝達比Ｇvgr*の操舵角θh及び車速ＳＰＤに応じた変化傾向は、上記第１実施形態と同様に設定されている。

つまり、本実施形態の車両用操舵装置１では、転舵機構１６３のストロークレシオを小さくした分、出力軸４２（下部軸１７２）、第１及び第２モータ２１，２２の回転量を多くすることで、ステアリングホイール２の操舵角変化に対する転舵輪１３の転舵角変化の関係を上記第１実施形態の関係と略同一に保っている。

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１）〜（７）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（８）転舵機構１６３のストロークレシオを小さくしたため、小さなトルクで転舵軸１７１を軸方向移動させることができる。そのため、ステアリングシャフト３に必要な機械的強度を下げることができ、その軽量化を図ることができる。また、第１及び第２モータ２１，２２から大きなトルクを出力しなくてもよくなるため、これら第１及び第２モータ２１，２２をはじめとする操舵力補助装置２３を小型化できる。

なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態では、マイコン１０３は、車速ＳＰＤ及び操舵角θhに基づいて目標回転伝達比Ｇvgr*を変更したが、これに限らず、例えば車速ＳＰＤ及び操舵角θhのいずれか一方のみに基づいて目標回転伝達比Ｇvgr*を変更してもよい。また、車速ＳＰＤ及び操舵角θh以外のパラメータに基づいて目標回転伝達比Ｇvgr*を変更してもよい。さらに、目標回転伝達比Ｇvgr*を変更せず、予め設定された一定値としてもよい。

・上記各実施形態では、第１及び第２モータ２１，２２のＷ相の相電流値Ｉw1，Ｉw2を、キルヒホッフの法則を用いてＵ相及びＶ相の相電流値Ｉu1，Ｉv1，Ｉu2，Ｉv2から演算したが、これに限らず、電流センサを用いて直接検出してもよい。

・上記各実施形態では、目標回転伝達比演算部１２１は、伝達比マップを参照することにより、車速ＳＰＤ及び操舵角θhに基づいた目標回転伝達比Ｇvgr*を演算したが、他の態様で目標回転伝達比Ｇvgr*を演算してもよい。例えば、車速ＳＰＤ及び操舵角θhを変数とする関数式に基づいて目標回転伝達比Ｇvgr*を演算するようにしてもよい。同様に、例えばトルク指令値演算部１４２が車速ＳＰＤ及び推定操舵トルクＴs^を変数とする関数式に基づいて目標負荷トルクＴs_gを演算するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、第１レゾルバ６４により検出される第１モータ回転角θm1を微分して得られた第１モータ角速度ωm1を第１ウォーム減速機６３の減速比Ｇw1で除算することより遊星キャリヤ５４の角速度検出値ωc_dを取得した。しかし、例えば遊星キャリヤ５４の回転角を検出するレゾルバを設け、このレゾルバにより検出された値を微分することにより遊星キャリヤ５４の角速度検出値ωi_dを取得してもよい。同様に、例えば内歯車５２の回転角を検出するレゾルバを設け、このレゾルバにより検出された値を微分することにより内歯車５２の角速度検出値ωi_dを取得してもよい。

・上記各実施形態では、トルク指令値演算部１４２は、車速ＳＰＤが低いほど大きな値（絶対値）を有する目標負荷トルクＴs_gを演算したが、これに限らず、車速ＳＰＤによっては目標負荷トルクＴs_gを変更しなくてもよい。

・上記各実施形態では、トルク指令値演算部１４２は、推定操舵トルクＴs^の絶対値が所定トルク未満の小さな範囲では、目標負荷トルクＴs_gを推定操舵トルクＴs^よりも大きくなるように演算したが、これに限らず、目標負荷トルクＴs_gを推定操舵トルクＴs^以下となるように演算してもよい。

・上記各実施形態では、マイコン１０３は、第１モータ２１に供給されるｑ軸電流値Ｉq1に基づいて推定操舵トルクＴs^を演算し、この推定操舵トルクＴs^に基づいて第２モータ２２の作動を制御したが、これに限らず、他のパラメータに基づいて第２モータ２２の作動を制御してもよい。

・上記各実施形態では、フロントハウジング３４の開口端３４ａに螺着された調整ネジ４５を螺進退させ、出力軸４２を軸方向させることで、太陽歯車５１、遊星歯車５３及び内歯車５２間の軸方向の相対位置を変更した。しかし、これに限らず、例えば入力軸４１を軸方向させることで、太陽歯車５１、遊星歯車５３及び内歯車５２間の軸方向の相対位置を変更してもよい。

・上記各実施形態において、遊星歯車５３の軸線が太陽歯車５１及び内歯車５２の各軸線と平行になるように遊星歯車５３を遊星キャリヤ５４に対して傾斜して支持してもよい。

・上記各実施形態では、第１ウォーム減速機６３を介して第１モータ２１を遊星キャリヤ５４に連結したが、これに限らず、ボール減速機（サイクロイド減速機）やベアリング減速機等の他の減速機を介して遊星キャリヤ５４に連結してもよい。同様に、第２モータ２２を第２ウォーム減速機７３以外の他の減速機を介して内歯車５２に連結してもよい。

・上記各実施形態では、操舵力補助装置２３にデフ機構３３を設け、デフキャリヤ８３の回転を拘束することにより、入力軸４１の回転を所定伝達比で遊星キャリヤ５４に伝達可能な構成とした。しかし、これに限らず、例えばデフ機構３３に代えて遊星歯車機構を別途設けてもよい。

・上記各実施形態では、遊星歯車機構３２を介して入力軸４１の回転を反転してラックアンドピニオン機構１１に伝達したが、これに限らず、出力軸４２の回転をさらに反転させることにより、入力軸４１の回転方向を変えずにラックアンドピニオン機構１１に伝達させてもよい。なお、この場合には、タイロッド１２をナックルに対して転舵輪１３の転舵中心よりも車両前方側に連結することになる。

・上記各実施形態では、太陽歯車５１を入力軸４１に連結し、内歯車５２を出力軸４２に連結し、遊星キャリヤ５４を第１モータ２１に連結した。しかし、これに限らず、例えば太陽歯車５１を出力軸４２に連結して第２回転要素として機能させるとともに、内歯車５２を入力軸４１に連結して第１回転要素として機能させてもよく、太陽歯車５１、内歯車５２及び遊星キャリヤ５４を第１〜第３回転要素のいずれとして機能させるかは適宜変更可能である。

・上記各実施形態において、操舵力補助装置２３に第２モータ２２を設けなくともよい。なお、この場合には、内歯車５２等に対して該内歯車５２の回転角を検出するレゾルバ等を設けることになる。

・上記各実施形態では、遊星差動機構として、太陽歯車５１、遊星歯車５３及び内歯車５２の各歯部の噛み合いによりトルク伝達を行う遊星歯車機構３２を用いたが、これに限らず、例えば太陽ローラ、遊星ローラ及びリングローラ間の摩擦によりトルク伝達を行う遊星ローラ機構等を用いてもよい。

・上記各実施形態では、第１及び第２モータ２１，２２にブラシレスモータを用いたが、これに限らず、例えばブラシ付き直流モータ等の他のモータを用いてもよい。
・上記各実施形態では、操舵力補助装置２３をコラム軸７の途中に設けたが、これに限らず、例えばピニオン軸９又は下部軸１７２の途中に設けてもよい。

次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記第１〜第３回転要素のいずれか１つは太陽歯車であり、他の１つは遊星歯車を回転可能に支持する遊星キャリヤであり、残りの１つは内歯車であり、前記遊星歯車は、該遊星歯車の軸線が前記太陽歯車及び前記内歯車の各軸線と交差するように前記遊星キャリヤに対して傾斜して支持され、前記太陽歯車、前記遊星歯車及び前記内歯車間の軸方向の相対位置を変更する調整機構とを備えたことを特徴とする車両用操舵装置。上記構成によれば、遊星歯車の軸線が太陽歯車及び内歯車の各軸線と交差するため、太陽歯車、遊星歯車及び内歯車間の軸方向の相対位置を変更することで、これら各歯車間のバックラッシュを調整することができ、例えば異音の発生を抑制できる。

（ロ）前記入力軸の回転を所定伝達比で前記第３回転要素に伝達可能な伝達機構を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。

１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、１１…ラックアンドピニオン機構、２１…第１モータ、２２…第２モータ、２３…操舵力補助装置、２４…ＥＣＵ、３１…ハウジング、３２…遊星歯車機構、３３…デフ機構、３４…フロントハウジング、３５…エンドハウジング、４１…入力軸、４２…出力軸、４５…調整ネジ、５１…太陽歯車、５２…内歯車、５３…遊星歯車、５４…遊星キャリヤ、６３…第１ウォーム減速機、６４…第１レゾルバ、７３…第２ウォーム減速機、７４…第２レゾルバ、８１…入力リングギヤ、８２…出力リングギヤ、８３…デフキャリヤ、８４…デフピニオン、８７…入力デフギヤ、８８…出力デフギヤ、９１…ソレノイド、９２…レバー、９３…プランジャ、１０３…マイコン、１０４…第１駆動回路、１０５…第２駆動回路、１１１…第１モータ制御部、１１２…第２モータ制御部、１２１…目標回転伝達比演算部、１２２…角速度指令値演算部、１２３…第１電流指令値演算部、１２４…第１モータ制御信号出力部、１４１…推定操舵トルク演算部、１４２…トルク指令値演算部、１４３…第２電流指令値演算部、１４４…第２モータ制御信号出力部、１６１…ボール螺子機構、１６２…減速機構、１６３…転舵機構、１７１…転舵軸、１７２…下部軸、Ｇvgr*…目標回転伝達比、Ｉd1*，Ｉd2*…ｄ軸電流指令値、Ｉq1*，Ｉq2*…ｑ軸電流指令値、Ｔs^…推定操舵トルク、Ｔs_g…目標負荷トルク、ＳＰＤ…車速、θh…操舵角、ωｃ*…角速度指令値、ωｃ_d，ωｉ_d…角速度検出値。

Claims (4)

1. モータを駆動源としてアシスト力を操舵系に付与する操舵力補助装置と、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御装置とを備えた車両用操舵装置において、
   前記操舵力補助装置は、
   運転者のステアリング操作により回転する入力軸に連結された第１回転要素、転舵機構に回転を伝達する出力軸に連結された第２回転要素、及び前記モータに連結された第３回転要素を有する遊星差動機構と、
   前記第２回転要素に連結された第２モータとを備え、
   前記制御装置には、前記第２回転要素の角速度を検出する第２角速度検出器、及び前記第３回転要素の角速度を検出する第３角速度検出器が接続され、
   前記制御装置は、
   前記第２角速度検出器により検出される角速度、及び前記第１回転要素から前記第２回転要素への目標回転伝達比に応じた前記第３回転要素の角速度を目標角速度として、前記第３角速度検出器により検出される角速度が前記目標角速度となるように前記モータの作動を制御し、
   前記モータに供給される電流に基づいて運転者が付与する操舵トルクの推定値である推定操舵トルクを演算するとともに、前記推定操舵トルクに基づいて運転者がステアリング操作に必要な操舵トルクの目標値である目標負荷トルクを演算し、
   前記推定操舵トルクと前記目標負荷トルクとの差分に基づいて前記第２モータの作動を制御することを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御装置は、車速及びステアリングホイールの操舵角の少なくとも一方に基づいて前記目標回転伝達比を変更することを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御装置は、前記推定操舵トルクの絶対値が所定トルク未満の小さな範囲では、該推定操舵トルクよりも大きな絶対値を有する前記目標負荷トルクを演算するとともに、前記推定操舵トルクの絶対値が所定トルク以上の大きな範囲では、該推定操舵トルクよりも小さな絶対値を有する前記目標負荷トルクを演算することを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御装置は、車速に応じて前記目標負荷トルクを変更することを特徴とする車両用操舵装置。