操舵制御装置
【課題】ＶＧＲＳ装置の異常時に操舵輪の舵角を適切に制御可能な操舵制御装置を提供する。
【解決手段】操舵制御装置では、ＶＧＲＳ部に異常が生じているか否かを判断し（Ｓ３０１）、ＶＧＲＳ部に異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータの駆動を制御する（Ｓ３０３）。これにより、ＶＧＲＳ部の異常時に操舵輪の舵角を適切に制御することができる。また、ＶＧＲＳ部に異常が生じた場合であっても、異常が生じる前後で、ハンドル角θhに対する操舵輪の舵角が変わらないので、ハンドル角θhに対する車両の動きが変わらず、車両操作における違和感を低減することができる。
【解決手段】操舵制御装置では、ＶＧＲＳ部に異常が生じているか否かを判断し（Ｓ３０１）、ＶＧＲＳ部に異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータの駆動を制御する（Ｓ３０３）。これにより、ＶＧＲＳ部の異常時に操舵輪の舵角を適切に制御することができる。また、ＶＧＲＳ部に異常が生じた場合であっても、異常が生じる前後で、ハンドル角θhに対する操舵輪の舵角が変わらないので、ハンドル角θhに対する車両の動きが変わらず、車両操作における違和感を低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵輪の操舵を制御する操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角を変更可能な操舵比可変（Variable Gear Ratio Steering、以下「ＶＧＲＳ」という。）装置が知られている（特許文献１〜３参照）。例えば、特許文献１では、差動歯車機構、および差動歯車機構を駆動するギア比制御モータを有するギア比可変ユニットが開示されている。また、近年では、車両のステアリング操作を補助する機構として、電動式でトルクを発生させる電動パワーステアリング（Electric Power Steering、以下「ＥＰＳ」という。）装置が、ＶＧＲＳ装置とともに用いられることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７３３２７号公報
【特許文献２】特許第４２２８８９９号公報
【特許文献３】特開２００９−１２６４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、ＶＧＲＳ装置において異常が生じた場合、ロック機構等によりギア比制御モータをロックしたり、操舵比を固定する保持トルクを生じるようにギア比制御モータを制御したりすることにより、操舵比を固定し、操舵部材の空転を抑制している。しかしながら、ＶＧＲＳ装置の異常時に操舵比が固定されると、ＶＧＲＳ装置における異常が生じる前後において、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角が変わってしまい、運転者に違和感を与える虞があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＶＧＲＳ装置の異常時に操舵輪の舵角を適切に制御可能な操舵制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の操舵制御装置は、入力軸と、出力軸と、操舵比可変部と、パワーステアリング部と、操舵角取得手段と、増速比決定手段と、駆動制御手段と、異常判断手段と、代替制御手段と、を備える。入力軸は、乗員により操舵される操舵部材に連結可能である。出力軸は、入力軸と相対回転可能に設けられ、操舵部材に加えられた操舵力を操舵輪側へ伝達するトルク伝達経路をなす。操舵比可変部は、入力軸の回転を出力軸へ伝達する歯車機構および歯車機構を駆動する第１のモータを有し、操舵部材が操舵された角度である操舵角と出力軸の回転角との比を可変にする。パワーステアリング部は、第２のモータを有し、第２のモータを駆動することで生じるトルクにより乗員による操舵部材の操舵を補助する。
【０００６】
また、操舵角取得手段は、操舵角を取得する。増速比決定手段は、操舵角と出力軸の回転角との比である増速比を決定する。駆動制御手段は、操舵角取得手段により取得された操舵角、および、増速比決定手段により決定された増速比に基づき、第１のモータの駆動を制御する。操舵角および増速比に基づいて第１のモータの駆動を制御することにより、操舵角に対する出力軸の回転角および操舵輪の舵角が可変となる。異常判断手段は、操舵比可変部に異常が生じているか否かを判断する。代替制御手段は、異常判断手段により操舵比可変部に異常が生じていると判断された場合、操舵角および増速比に基づいて第２のモータの駆動を制御する。
本発明では、操舵比可変部に異常が生じた場合、操舵角および増速比に基づいて第２のモータの駆動を制御することにより、パワーステアリング部にて操舵角に対する操舵輪の舵角を可変にする操舵比可変制御を行う。これにより、操舵比可変部の異常時に操舵輪の舵角を適切に制御することができる。また、例えば、操舵角に対する操舵輪の舵角が操舵比可変部に異常が生じていない場合と一致するように制御すれば、操舵比可変部に異常が生じた場合であっても、異常が生じる前後で、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角が変わらないので、車両操作における違和感を低減することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、歯車機構は、第１のモータにより駆動されるウォーム、および、ウォームに噛み合うウォームホイールを有し、ウォームの回転によりウォームホイールは回転するが、ウォームホイールの回転によりウォームは回転しないようにセルフロック可能なリード角が設定される。これにより、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角を固定するためのロック機構を歯車機構と別途に設ける必要がないので、装置全体を小型化することができる。
【０００８】
ところで、請求項２に記載の構成を採用したとき、セルフロック不能となるセルフロック失陥が生じた場合、出力軸側へトルクが伝達されず、操舵部材が空転する虞がある。
そこで、請求項３に記載の発明では、異常判断手段は、歯車機構においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が生じている場合、操舵比可変部に異常が生じていると判断する。これにより、セルフロック失陥が生じている場合には、代替制御手段により操舵角および増速比に基づいて第２のモータの駆動を制御するので、セルフロック失陥時においても操舵部材の空転が抑制され、安全性が向上する。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、トルク伝達経路は、入力軸および出力軸を有するコラム軸、およびコラム軸の回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構からなる。また、操舵比可変部およびパワーステアリング部は、コラム軸に設けられる。請求項５に記載の発明では、操舵比可変部およびパワーステアリング部は、一体にモジュール化されている。請求項４、５に記載の発明によれば、操舵制御装置全体の体格を小型化することができる。これにより、従来、搭載スペースの制約が大きく、ＶＧＲＳ装置の適用が困難であった小型車にも搭載することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による操舵制御システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による操舵制御装置の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】ウォームギアの図３のＩＶ方向矢視図である。
【図５】図４のＶ方向矢視図である。
【図６】図４のＶＩ方向矢視図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるＶＧＲＳ ＥＣＵを説明するブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態によるＥＰＳ ＥＣＵを説明するブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態のＶＧＲＳ制御部における制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳモータ回転角指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳモータ回転角制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態おける車速と増速比とが対応づけられたマップを説明する説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態において通常時のＥＰＳ制御部における制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態における通常時のＥＰＳモータ電流指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１７】本発明の一実施形態における通常時のＥＰＳモータ電流制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１８】本発明の一実施形態において通常時のＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１９】本発明の一実施形態における操舵トルクおよび車速とＥＰＳモータ電流指令値とが対応付けられたマップを説明する説明図である。
【図２０】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常判断処理を説明するフローチャートである。
【図２１】本発明の一実施形態においてＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳ制御部における制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図２２】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳモータ回転角指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図２３】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳモータ回転角制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図２４】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図２５】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（１）を説明するフローチャートである。
【図２６】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（２）を説明するフローチャートである。
【図２７】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（３）を説明するフローチャートである。
【図２８】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（４）を説明するフローチャートである。
【図２９】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（５）を説明するフローチャートである。
【図３０】本発明の他の実施形態による操舵制御システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図３１】本発明の他の実施形態によるウォームギアを示す図である。
【図３２】図３１のＲ方向矢視図である。
【図３３】図３１のＳ方向矢視図である。
【図３４】図３１のＴ−Ｔ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による操舵制御装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による操舵制御装置を図１〜図２９に基づいて説明する。
まず、操舵システムの概略構成を図１に基づいて説明する。図１に示すように、操舵システム１００は、操舵制御装置１、コラム軸２、ラックアンドピニオン機構６、操舵輪７、操舵部材としてのハンドル８等を備えている。本実施形態では、コラム軸２およびラックアンドピニオン機構６が「トルク伝達経路」を構成している。
【００１２】
操舵制御装置１は、入力軸１０の回転角度と出力軸２０の回転角度の比を可変にする操舵比可変部３、および乗員（以下、適宜「運転者」という。）によるハンドル８の操舵を補助する補助トルクを発生するパワーステアリング部としての電動パワーステアリング部５等を備える。以下、操舵比可変部を「ＶＧＲＳ部」といい、電動パワーステアリング部を「ＥＰＳ部」という。本実施形態では、ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、コラム軸２周りに配置され、ハウジング１２に収容されている。これにより、ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、一体にモジュール化されているといえる。なお、操舵制御装置１の詳細は、図２等に基づいて後述する。
【００１３】
コラム軸２は、入力軸１０、出力軸２０、ユニバーサルジョイント９、シャフト２４を有している。入力軸１０は、乗員により操舵されるハンドル８と連結されている。入力軸１０には、ハンドル８が操舵された操舵角を検出するハンドル角センサ９２が設けられている。本実施形態では、ハンドル８と入力軸１０とは連結されているので、ハンドル８が操舵された操舵角と、入力軸１０の回転角とが一致している。以下、ハンドル８の操舵された操舵角を、「ハンドル角θh」という。
【００１４】
出力軸２０は、入力軸１０と同軸に設けられ、入力軸１０と相対回転可能に設けられる。なお、後述するＶＧＲＳ部３のディファレンシャルギア３１の作用により、入力軸１０と出力軸２０の回転方向が逆転する。出力軸２０は、運転者がハンドル８を操舵することにより生じた操舵トルクを、ユニバーサルジョイント９、シャフト２４、ラックアンドピニオン機構６を経由して操舵輪７へ伝達するトルク伝達経路をなす。また、出力軸２０には、出力軸２０の回転角を検出するピニオン角センサ９６が設けられている。以下、ハンドル８の操舵により生じるトルクを「操舵トルクＴｑ」、出力軸２０の回転角を、「ピニオン角θp」という。
【００１５】
ラックアンドピニオン機構６は、ステアリングピニオン６０およびステアリングラックバー６１等を備え、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線（図１中において、記号Ｌで示す。）よりも車両後方に設けられている。
円形歯車であるステアリングピニオン６０は、コラム軸２のハンドル８と反対側の端部に設けられ、出力軸２０およびシャフト２４と共に正逆回転する。ステアリングラックバー６１は、車両の左右方向に移動可能に設けられる。ステアリングラックバー６１に設けられるラック歯がステアリングピニオン６０と噛み合うことにより、ステアリングピニオン６０の回転運動がステアリングラックバー６１の車両左右方向の直線運動に変換される。すなわち、ラックアンドピニオン機構６は、コラム軸２の回転運動を直線運動に変換している。
【００１６】
ステアリングラックバー６１の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームが設けられ、このタイロッドおよびナックルアームを介してステアリングラックバー６１と左右の操舵輪７とが接続される。これにより、左右の操舵輪７は、ステアリングラックバー６１の移動量に応じて操舵される。
【００１７】
なお、本実施形態では、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａは、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くなっている。
本実施形態では、入力軸１０と出力軸２０との間に設けられるディファレンシャルギア３１の作用により出力軸２０は入力軸１０の回転方向と反対方向に回転するので、ハンドル８が左方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が右回りに回転し、ステアリングラックバー６１は右方向に移動し、車両が左方向へ進行するように操舵輪７の舵角が変更される。また、ハンドル８が右方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が左回りに回転し、ステアリングラックバー６１は左方向に移動し、車両が右方向へ進行するように操舵輪７の舵角が変更される。
【００１８】
このように、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａを左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くする、すなわちＡ＞Ｂとすることにより、出力軸２０、シャフト２４、およびステアリングピニオン６０の回転方向とは反対方向に操舵輪７が操舵され、ハンドル８の回転方向と操舵輪７の舵角の向きを整合させている。これにより、出力軸２０の回転方向を再度逆転する歯車装置等が不要になる。
【００１９】
次に、図２および図３に基づいて、操舵制御装置１について説明する。なお、図２は図３のＩＩ−ＩＩ線断面に対応する図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面に対応する図である。
操舵制御装置１は、ハウジング１２、入力軸１０、出力軸２０、ＶＧＲＳ部３、ＥＰＳ部５等を備える。
ハウジング１２は、ハウジング本体１２１およびフレームエンド１２２を有する。ハウジング本体１２１とフレームエンド１２２とは、ねじ１２３により固定されている。ハウジング１２には、歯車機構３０等が収容されるとともに、入力軸１０および出力軸２０が挿通される。ハウジング本体１２１の反フレームエンド１２２側には、後述する入力ギア１１を回転可能に支持する第１軸受部１３が設けられる。また、フレームエンド１２２には、後述する第２出力軸２２を回転可能に支持する第２軸受部１４が設けられる。
【００２０】
出力軸２０は、第１出力軸２１および第２出力軸２２から構成される。第１出力軸２１および第２出力軸２２は、中空のパイプ状に形成され、内部にトーションバー７０が挿通される。第１出力軸２１は、第２出力軸２２よりも入力軸１０側に設けられる。第１出力軸２１は、入力軸１０と反対側に内径の大きい大径部２１１を有している。また、第２出力軸２２は、第１出力軸２１側に大径部２１１の内径よりも外径が小さい小径部２２１を有している。第２出力軸２２の小径部２２１が第１出力軸２１の大径部２１１に挿入される。
【００２１】
トーションバー７０は、第１出力軸２１および第２出力軸２２の径方向内側に形成される空間に挿通される。トーションバー７０の入力軸１０側の端部には、セレーション７０１が形成されている。このセレーション７０１は、第１出力軸２１の径方向内側の内壁に形成されたセレーションと噛み合っている。また、トーションバー７０の反入力軸１０側の端部は、ピン７０２によって出力軸２２に接続されている。これにより、第１出力軸２１と第２出力軸２２とは、トーションバー７０により相対回転可能に接続される。なお、トーションバー７０は、第１出力軸２１と第２出力軸２０とが相対回転することにより捩れトルクが加わると、一定の弾性率で軸周りに捩れが生じる。したがって、第１出力軸２１と第２出力軸２２との間に加わるトルクは、トーションバー７０の捩れ変位として変換される。トーションバー７０の捩れ変位は、操舵トルク検出部４により検出される。
【００２２】
操舵トルク検出部４は、トーションバー７０の捩れ変位を検出することによりハンドル８が操舵されることにより生じる操舵トルクＴｑを検出する。操舵トルク検出部４は、多極磁石７１、一組の磁気ヨーク７２、７３、一組の集磁リング７５、７６、およびトルクセンサ９４（図１、図９等参照）を備える。操舵トルク検出部４は、軸方向において、後述する出力ギア２３と僅かに隙間を開けて設けられる。
【００２３】
多極磁石７１は、円環状に形成され、第１出力軸２１に嵌合する。これにより、多極磁石７１は、第１出力軸２１と共に回転する。なお、多極磁石７１は、軸方向において、第１出力軸２１に嵌合する出力ギア２３よりも反入力軸１０側に配置される。また、多極磁石７１は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されている。
【００２４】
一組の磁気ヨーク７２、７３は、多極磁石７１の径方向外側であって、多極磁石７１によって形成される磁界内において、軸方向に向き合う一組の円環部からそれぞれ軸方向に延びる爪が周方向に交互にずれて配置されている。磁気ヨーク７２、７３は、モールド樹脂７４に一体にモールドされている。モールド樹脂７４は、図示しないカラーを介して第２出力軸２２の径方向外側に嵌合している。これにより、磁気ヨーク７２、７３は、第２出力軸２２と共に回転する。
【００２５】
一組の集磁リング７５、７６は、それぞれ円環状に形成され、磁気ヨーク７２、７３をモールドするモールド樹脂７４の径方向外側にて、モールド樹脂７４と相対回転可能に設けられる。軸方向において、一方の集磁リング７５は、一方の磁気ヨーク７２と対応する位置に設けられる。また、軸方向において、他方の集磁リング７６は、他方の磁気ヨーク７３と対応する位置に設けられる。一方の集磁リング７５と他方の集磁リング７６との間には、図示しないエアギャップが形成される。トルクセンサ９４は、エアギャップ内に設けられ、エアギャップに生じる磁束密度を検出する。
【００２６】
ここで、トルクセンサ９４による操舵トルクＴｑの検出方法を説明する。
出力軸２０に操舵トルクＴｑが入力されていない場合、トーションバー７０における捩れ変位が生じていない。このとき、磁気ヨーク７２、７３の爪の中心と多極磁石７１のＮ極およびＳ極の境界線とが一致している。ここで、磁気ヨーク７２、７３の爪には、多極磁石７１のＮ極およびＳ極から同数の磁力線が出入りするので、一方の磁気ヨーク７２の内部の磁力線と、他方の磁気ヨーク７３の内部の磁力線とが、それぞれ閉じた状態となる。したがって、集磁リング７５、７６の間に形成されるエアギャップに磁束が漏れることがなく、トルクセンサ９４の検出する磁束密度は０となる。
【００２７】
一方、出力軸２０に操舵トルクＴｑが入力された場合、トーションバー７０において捩れ変位が生じる。このとき、多極磁石７１と磁気ヨーク７２、７３との相対位置が周方向に変化する。これにより、磁気ヨーク７２、７３の爪の中心と、多極磁石７１のＮ極およびＳ極の境界線とが一致しなくなる。ここで、一方の磁気ヨーク７２と他方の磁気ヨーク７３とに、それぞれＮ極またはＳ極の極性を有する磁力線が増加する。このため、集磁リング７５、７６の間に形成されるエアギャップに磁束が漏れ、トルクセンサ９４の検出する磁束密度は、０でなくなる。トルクセンサ９４により検出される磁束密度は、トーションバー７０の捩れ変位量に略比例し、かつトーションバー７０の捩れ方向に応じて極性が反転する。これにより、トーションバー７０の捩れ変位が検出される。なお、上述の通り、第１出力軸２１と第２出力軸２２との間に生じるトルクは、トーションバー７０の捩れ変位に変換される。したがって、操舵トルク検出部４は、エアギャップに生じる磁束密度を検出し、第１出力軸２１と第２出力軸２２との間に生じるトルクを検出している。
【００２８】
ＶＧＲＳ部３は、歯車機構３０、および歯車機構３０を駆動する第１のモータとしてのＶＧＲＳモータ５２を有している。
歯車機構３０は、ディファレンシャルギア３１およびウォームギア３２からなる。ディファレンシャルギア３１は、入力ギア１１、出力ギア２３、およびピニオンギア４１を有する。ウォームギア３２は、ウォームホイール５０、およびウォーム５１を有する。
【００２９】
入力ギア１１は、入力軸１０のハンドル８と反対側に設けられる。入力ギア１１は、ピニオンギア４１と噛み合うかさ歯車であり、金属または樹脂で形成されている。入力ギア１１は、筒状の筒部１１１と、筒部１１１の径方向外側に設けられる傘状のギア部１１２とを有する。筒部１１１には、入力軸１０が圧入されている。また、筒部１１１は、ハウジング本体１２１に設けられた第１軸受部１３により、ハウジング本体１２１に回転可能に支持される。これにより、入力軸１０および入力ギア１１は、ハウジング１２に回転可能に支持されている。
入力ギア１１の径方向内側には、第１出力軸２１の入力軸１０側の端部が挿入される。入力ギア１１と第１出力軸２１との間には、ニードル軸受１１３が設けられる。これにより、第１出力軸２１は、入力ギア１１に回転可能に支持されている。また、第２出力軸２２は、第２軸受部１４に回転可能に支持されている。
【００３０】
出力ギア２３は、ピニオンギア４１を挟んで入力ギア１１のギア部１１２と向かい合うように設けられている。出力ギア２３は、ピニオンギア４１と噛み合うかさ歯車であり、金属または樹脂で形成されている。出力ギア２３には、出力軸２０の第１出力軸２１が圧入されている。なお、出力ギア２３は、軸方向において、ニードル軸受１１３よりも反入力軸１０側に設けられる。
【００３１】
入力ギア１１と出力ギア２３との間には、複数のピニオンギア４１が設けられる。ピニオンギア４１は、入力ギア１１および出力ギア２３に噛み合うかさ歯車である。
ここで、入力ギア１１、出力ギア２３、およびピニオンギア４１の関係性について述べておく。ピニオンギア４１の歯数は偶数である。一方、入力ギア１１および出力ギア２３は、歯数が同一であって、その歯数は奇数である。これにより、入力ギア１１とピニオンギア４１との歯当たりの位置が回転に伴って入れ替わる。同様に、出力ギア２３とピニオンギア４１との歯当たりの位置が回転に伴って入れ替わる。したがって、特定の歯の摩耗が進行することがなく、偏摩耗によって耐久寿命を損なうことがない。なお、ピニオンギア４１の歯数を奇数とし、入力ギア１１および出力ギア２３の歯数を同一の偶数としてもよい。
【００３２】
また、入力ギア１１、出力ギア２３、およびピニオンギア４１は、その歯が曲がり歯となっており、入力ギア１１とピニオンギア４１との噛み合い率、および、出力ギア２３とピニオンギア４１との噛み合い率を高くし、歯当たりによって生じる作動音を低減するとともに、ハンドル８から運転者に伝わる脈動感を低減する。
さらにまた、入力ギア１１および出力ギア２３が金属で形成される場合、ピニオンギア４１は樹脂で形成される。入力ギア１１および出力ギア２３が樹脂で形成される場合、ピニオンギア４１は金属で形成される。これにより、ギアの噛み合い時に発生する歯打ち音が低減される。
【００３３】
ピニオンギア４１は、その回転軸が入力軸１０および出力軸２０の回転軸と直交するように、第１出力軸２１の径方向外側に配置される。ピニオンギア４１には軸孔が形成され、この軸孔にピニオンギア軸部材４３が挿通される。なお、ピニオンギア４１に形成される軸孔は、ピニオンギア軸部材４３の外径よりもわずかに大きく形成される。
【００３４】
ピニオンギア４１と第１出力軸２１との間には、第３軸受１５および内側リング部材４０が設けられる。第３軸受１５は、軸方向においてニードル軸受１１３と出力ギア２３との間であって、径方向において第１出力軸２１と内側リング部材４０との間に設けられる。これにより、第３軸受１５は、第１出力軸２１の径方向外側において内側リング部材４０を回転可能に支持する。
【００３５】
内側リング部材４０は、第１出力軸２１の回転軸に直交する方向に貫通する第１孔４０１が形成される。第１孔４０１は、内側リング部材４０の周方向に等間隔で複数形成されている。第１孔４０１には、ピニオンギア４１に挿通されるピニオンギア軸部材４３の一方の端部が嵌合している。
【００３６】
外側リング部材４２は、ピニオンギア４１を挟んで内側リング部材４０の径方向外側に設けられる。外側リング部材４２は、第１出力軸２１の回転軸に直交する方向に貫通する第２孔４２１が形成される。第２孔４２１は、外側リング部材４２の周方向に等間隔であって、内側リング部材４０の第１孔４０１と対応する箇所に複数形成されている。第２孔４２１には、ピニオンギア４１に挿通されるピニオンギア軸部材４３の端部であって、第１孔４０１と反対側の端部が嵌合している。すなわち、ピニオンギア４１は、内側リング部材４０と外側リング部材４２との間に配置され、内側リング部材４０および外側リング部材４２とで保持されるピニオンギア軸部材４３の軸周りに回転可能に設けられている。このように構成することにより、ピニオンギア軸部材４３の形成および組付けを容易に行うことができる。
【００３７】
外側リング部材４２の径方向外側には、樹脂または金属で形成されるウォームホイール５０が嵌合している。すなわち、径方向内側から、第１出力軸２１、第３軸受１５、内側リング部材４０、ピニオンギア４１、外側リング部材４２、ウォームホイール５０が、この順で配列されている。また、内側リング部材４０、外側リング部材４２、ピニオンギア軸部材４３、およびウォームホイール５０は、一体となって回転する。さらにまた、第３軸受１５は、内側リング部材４０、外側リング部材４２、ピニオンギア軸部材４３、およびウォームホイール５０を、第１出力軸２１の径方向外側において回転可能に支持している。
【００３８】
図３に示すように、ウォームホイール５０の径方向外側には、ウォーム５１が噛み合っている。また、ウォーム５１は、ハウジング１２に設けられた第４軸受１６および第５軸受１７により回転可能に支持されている。
ここで、ウォームホイール５０およびウォーム５１を図４〜図７に基づいて説明する。図４は、ウォームホイール５０およびウォーム５１を図３のＩＶ方向から見たときの図であり、図５は図４のＶ方向矢視図であり、図６は図４のＶＩ方向矢視図であり、図７は図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００３９】
ウォームホイール５０とウォーム５１とは、ウォームホイール５０の回転軸Ｐ１に垂直な平面Ｑ１と、ウォーム５１の回転軸Ｐ２とが平行になるように配置されている。
また、ウォームホイール５０の歯筋は、ウォームホイール５０の回転軸Ｐ１に対してθ１傾斜して形成されている。この傾斜角が、「リード角」に対応する。本実施形態では、リード角θ１は、摩擦角よりも小さく設定されている。これにより、ウォーム５１の回転によりウォームホイール５０は回転するが、ウォームホイール５０の回転によりウォーム５１は回転せず、セルフロック可能に構成されている。なお、本実施形態では、ウォームホイール５０とウォーム５１とがセルフロックされているときの増速比は１である。
【００４０】
また、ウォームホイール５０は、歯底と回転軸Ｐ１との距離が一定に形成されている。これにより、加工公差等によりウォームホイール５０とウォーム５１の設置位置が回転軸Ｐ１方向にずれた場合であっても、正回転時と逆回転時とで歯当たりの状態を保つことができる。
【００４１】
図２および図３に戻り、ウォーム５１の第５軸受１７側には、ＶＧＲＳモータ５２が設けられている。本実施形態のＶＧＲＳモータ５２は、ブラシつきモータであるがブラシレスモータ等どのようなモータであってもよい。ＶＧＲＳモータ５２は、通電によりウォーム５１を正逆回転駆動する。ＶＧＲＳモータ５２がウォーム５１を正回転し、これに伴ってウォームホイール５０が入力軸１０の回転方向と同じ方向に回転すると、入力軸１０の回転が減速されて出力軸２０へ伝達される。一方、ＶＧＲＳモータ５２がウォーム５１を逆回転し、これに伴ってウォームホイール５０が入力軸１０の回転方向とは逆方向に回転すると、入力軸１０の回転が増速されて出力軸２０へ伝達される。これにより、入力軸１０の回転角度に対する出力軸２０の回転角度が可変となる。
【００４２】
ＥＰＳ部５は、入力軸１０および出力軸２０を挟んでＶＧＲＳ部３と反対側に設けられる。ＥＰＳ部５は、ＥＰＳウォームホイール８０、ＥＰＳウォーム８１、および第２のモータとしてのＥＰＳモータ８２を備える。ＥＰＳウォームホイール８０およびＥＰＳウォーム８１は、ハウジング１２内に収容されている。
【００４３】
ＥＰＳウォームホイール８０は、樹脂または金属で形成される。ＥＰＳウォームホイール８０は、第２出力軸２２に嵌合し、第２出力軸２２と一体となって回転する。
ＥＰＳウォームホイール８０の径方向外側には、ＥＰＳウォーム８１が噛み合っている。ＥＰＳウォーム８１は、ハウジング１２に設けられた第６軸受１８および第７軸受１９により回転可能に支持されている。なお、本実施形態では、ＥＰＳウォームホイール８０の歯筋が回転軸と平行に形成されている。また、ＥＰＳウォームホイール８０の歯底が円弧面ではなく、平面で形成されている。これにより、加工公差よりＥＰＳウォームホイール８０の設置位置が第２出力軸２２の軸方向にずれたとしても、ＥＰＳウォームホイール８０とＥＰＳウォーム８１との歯当たりの状態を、正回転時と逆回転時とで同様に保つことができる。
【００４４】
ＥＰＳウォーム８１の第７軸受１９側には、ＥＰＳモータ８２が設けられている。本実施形態では、ＥＰＳモータ８２は、ブラシレスの三相モータであるがブラシつきモータ等どのようなモータであってもよい。ＥＰＳモータ８２は、通電によりＥＰＳウォーム８１を正逆回転駆動する。これにより、ＥＰＳウォーム８１に噛み合うＥＰＳウォームホイール８０が第２出力軸２２に操舵補助トルクを付与することにより、操舵がアシストされる。
なお、本実施形態では、ＶＧＲＳ部３とＥＰＳ部５とが出力軸２０を挟んで両側に設けられているので、ＶＧＲＳモータ５２およびＥＰＳモータ８２の駆動により生じるラジアル荷重が相殺され、出力軸２０の傾きを抑制することができる。また、出力軸２０の傾きが抑制されることにより、ウォームホイール５０とウォーム５１との噛み合い位置、および、ＥＰＳウォームホイール８０とＥＰＳウォーム８１との噛み合い位置を確実に保持することができる。
【００４５】
ここで、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御するＶＧＲＳ電子制御装置（以下、「ＶＧＲＳ ＥＣＵ」という。）、およびＥＰＳモータ８２の駆動を制御するＥＰＳ電子制御装置（以下、「ＥＰＳ ＥＣＵ」という。）について図８および図９に基づいて説明する。図８は、ＶＧＲＳ ＥＣＵ５５を説明するブロック図であり、図９は、ＥＰＳ ＥＣＵ８５を説明するブロック図である。
【００４６】
図８に示すように、ＶＧＲＳ ＥＣＵ５５は、ＶＧＲＳ制御部５６およびＶＧＲＳインバータ５７を有している。ＶＧＲＳ制御部５６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバスライン等を備えたコンピュータとして構成されており、ＶＧＲＳモータ５２の駆動制御を司る。また、ＶＧＲＳ制御部５６には、車両の走行速度を検出する車速センサ９１、ハンドル角θhを検出するハンドル角センサ９２、ＶＧＲＳモータ５２の回転角（以下、「ＶＧＲＳモータ回転角θvm」という。）を検出するＶＧＲＳモータ回転角センサ９３、ハンドル８の操舵により生じる操舵トルクＴｑを検出するトルクセンサ９４、およびピニオン角θpを検出するピニオン角センサ９６等が接続されている。トルクセンサ９４については、ＥＰＳと共通のセンサを用いても良いし、ＥＰＳ ＥＣＵ８５からＣＡＮなどの通信でセンサ値を取得しても良い。ＶＧＲＳ制御部５６は、車速、ハンドル角θh、ＶＧＲＳモータ回転角θvm等に基づいてＶＧＲＳインバータ５７を制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御している。
【００４７】
ＶＧＲＳインバータ５７は、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されており、ＶＧＲＳモータ５２の通電を切り替える。ＶＧＲＳインバータ５７を構成するスイッチング素子は、車速、ハンドル角θh、ＶＧＲＳモータ回転角θvm等に基づき、ＶＧＲＳ制御部５６によりオン／オフの切り替えが制御される。すなわち、ＶＧＲＳ制御部５６は、車速、ハンドル角θh、ＶＧＲＳモータ回転角θvm等に基づいてＶＧＲＳインバータ５７を制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御している。
【００４８】
図９に示すように、ＥＰＳ ＥＣＵ８５は、ＥＰＳ制御部８６およびＥＰＳインバータ８７を有している。ＥＰＳ制御部８６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバスライン等を備えたコンピュータとして構成されており、ＥＰＳモータ８２の駆動制御を司る。また、ＥＰＳ制御部８６には、車速センサ９１、ハンドル角センサ９２、ハンドル８の操舵により生じる操舵トルクＴｑを検出するトルクセンサ９４、ＥＰＳモータ８２に通電されるモータ電流を検出するＥＰＳモータ電流センサ９５、ピニオン角センサ９６、ＥＰＳモータ８２の回転角（以下、「ＥＰＳモータ回転角θem」という。）を検出するＥＰＳモータ回転角センサ９７等が接続されている。
【００４９】
ＥＰＳインバータ８７は、三相インバータであり、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されており、ＥＰＳモータ８２への通電を切り替える。ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子は、ＶＧＲＳ部３が正常であるとき、車速、操舵トルクＴｑ、モータ電流等に基づき、ＥＰＳ制御部８６によりオン／オフの切り替えが制御される。すなわち、ＥＰＳ制御部８６は、ＥＰＳインバータ８７を制御することにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御している。
【００５０】
続いて、ＶＧＲＳ制御部５６におけるＶＧＲＳモータ５２の制御処理を図１０〜図１４に基づいて説明する。
ＶＧＲＳ制御部５６におけるＶＧＲＳモータ５２の駆動制御に係る制御演算処理のメインフローを図１０に示す。
【００５１】
最初のステップＳ１００（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す）では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込む。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込む。さらにまた、ＶＧＲＳモータ回転角センサ９３により検出されるＶＧＲＳモータ回転角センサ値を読み込む。
Ｓ１１０では、ＶＧＲＳモータ回転角指令値演算処理を行う。
Ｓ１２０では、ＶＧＲＳモータ回転角制御演算処理を行う。
Ｓ１３０では、ＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値演算処理を行う。
Ｓ１４０では、Ｓ１３０で算出されたＰＷＭ指令値に基づき、ＶＧＲＳインバータ５７を構成するスイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御する。
【００５２】
ここで、Ｓ１１０におけるＶＧＲＳモータ回転角指令値演算処理を図１１に基づいて説明する。
Ｓ１１１では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込み、車両の走行速度である車速を取得する。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。なお本実施形態では、ハンドル８が右方向に操舵された場合を正とし、ハンドル８が左方向に操舵された場合を負とする。また、ディファレンシャルギア３１の作用により、ハンドル８および入力軸１０が右方向に回転するとき出力軸２０は左方向に回転し、ハンドル８および入力軸１０が左方向に回転するとき出力軸２０は右方向に回転する。そこで、出力軸２０の回転角であるピニオン角θpは、左方向への回転を正とし、右方向への回転を負とする。
【００５３】
Ｓ１１２では、Ｓ１１１にて取得された車速に基づき、増速比ｚを取得する。本実施形態では、車速と増速比ｚとの関係が、図１４に示すマップとして記憶されている。すなわち、図１４に示すように、車速が所定値よりも小さい場合、増速比ｚは、車速の増加に伴って大きくなる。また、車速が所定値以上である場合、増速比ｚは、車速の増加に伴って小さくなる。
なお、増速比ｚは、ハンドル角θhとピニオン角θpの比であり、本実施形態では、ハンドル角θhに増速比ｚを乗じることにより、出力軸２０の設定回転角が算出される。また、増速比ｚが１であるとき、ハンドル角θhとピニオン角θpとが一致する。例えば増速比が１のとき、ハンドル８側からみて入力軸１０が右方向にθx回転したとすると、出力軸２０は左方向にθx回転する、といった具合である。
【００５４】
図１１に戻り、続くＳ１１３では、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcを算出し、本処理を終了する。Ｓ１１１にて取得されたハンドル角をθh、Ｓ１１２にて取得された増速比をｚ、ウォームギア３２の減速比をｉvとすると、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcは、以下の式（１）により算出される。
θvc＝θh×（ｚ−１）×ｉv×０．５ …（１）
【００５５】
続いて、Ｓ１２０におけるＶＧＲＳモータ回転角制御演算処理を図１２に基づいて説明する。
Ｓ１２１では、図１１中のＳ１１３で算出されたＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcを取得する。また、ＶＧＲＳモータ回転角センサ９３により検出されるＶＧＲＳモータ回転角センサ値を読み込み、ＶＧＲＳモータ回転角θvmを取得する。なお、ＶＧＲＳモータ回転角θvmは、ピニオン角θpで代用してもよい。
Ｓ１２２では、角度差分値θvdを算出する。角度差分値θvdは、以下の式（２）により算出される。
θvd＝θvc−θvm …（２）
【００５６】
Ｓ１２３では、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcを算出し、本処理を終了する。なお、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcは、ＰＩ制御によりフィードバック制御される。ＶＧＲＳモータ５２における比例ゲインをＫＰvとし、積分ゲインをＫＩvとすると、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcは、以下の式（３）により算出される。
【００５７】
【数１】
【００５８】
続いて、Ｓ１３０におけるＰＷＭ指令値演算処理を図１３に基づいて説明する。
Ｓ１３１では、図１２中のＳ１２３で算出されたＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcを取得する。
Ｓ１３２では、ＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値Ｐvを算出する。バッテリ電圧をＶbとすると、ＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値Ｐvは、以下の式（４）により算出される。
Ｐv＝Ｖvc／Ｖb×１００ …（４）
【００５９】
ＶＧＲＳ制御部５６は、Ｓ１３２にて算出されたＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値Ｐvに基づき、ＶＧＲＳインバータ５７を構成するスイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御する（図１０中のＳ１４０）。したがって、ＶＧＲＳ制御部５６は、ハンドル角θhと増速比とに基づいてＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御することにより、ハンドル角θhとピニオン角θpとの比を可変としている。これにより、ＶＧＲＳ制御部５６は、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御することにより、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を可変にしている。
【００６０】
ここで、増速比が１の場合について言及しておく。増速比が１の場合、上記式（１）で算出されるＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcは０となる。また、本実施形態のウォームギア３２は、セルフロック機能を有しているので、ウォームホイール５０の回転に伴ってウォーム５１が回転することはなく、ウォームホイール５０の回転によりウォーム５１を介してＶＧＲＳモータ５２が回転することもない。とすれば、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０のとき、すなわち増速比が１のとき、ＶＧＲＳモータ５２への通電をオフにすれば、ＶＧＲＳモータ回転角θvmは０となる。したがって、増速比が１のとき、ＶＧＲＳモータ５２への通電をオフにすることができるので、消費電力を抑えられる。
【００６１】
次に、ＶＧＲＳ部３に異常がない場合におけるＥＰＳ制御部８６におけるＥＰＳモータ８２の通常制御処理を図１５〜図１８に基づいて説明する。
ＥＰＳ制御部８６におけるＥＰＳモータ８２の駆動制御に係る制御演算処理のメインフローを図１５に示す。
最初のＳ２００では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込む。また、トルクセンサ９４のセンサ値を読み込む。さらにまた、ＥＰＳモータ電流センサ９５により検出される電流センサ値を読み込む。
【００６２】
Ｓ２１０では、ＥＰＳモータ電流指令値演算処理を行う。
Ｓ２２０では、ＥＰＳモータ電流制御演算処理を行う。
Ｓ２３０では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を行う。
Ｓ２４０では、Ｓ２３０で算出されたＰＷＭ指令値に基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。
【００６３】
ここで、Ｓ２１０におけるＥＰＳモータ電流指令値演算処理を図１６に基づいて説明する。
Ｓ２１１では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込み、車両の走行速度である車速を取得する。また、トルクセンサ９４のセンサ値を読み込み、乗員によりハンドル８が操舵されることにより生じる操舵トルクＴｑを取得する。
【００６４】
Ｓ２１２では、Ｓ２１１にて取得された車速および操舵トルクＴｑに基づき、ＥＰＳモータ電流指令値Ｉcを算出し、本処理を終了する。なお、各車速における操舵トルクＴｑとＥＰＳモータ電流指令値Ｉcとの関係は、予めマップ等に記憶されている。本実施形態では、操舵トルクＴｑとＥＰＳモータ電流指令値Ｉcとの関係が、車速ごとに図１９に示すマップとして記憶されている。すなわち、図１９に示すように、ＥＰＳモータ電流指令値Ｉcは、操舵トルクＴｑの増加に伴って大きくなる。また、操舵トルクＴｑが同じである場合、車速が大きいほど、ＥＰＳモータ電流指令値Ｉcは小さい。
【００６５】
続いて、Ｓ２２０におけるＥＰＳモータ電流指令制御演算処理を図１７に基づいて説明する。
Ｓ２２１では、図１６中のＳ２１２で算出されたＥＰＳモータ電流指令値Ｉcを取得する。また、ＥＰＳモータ電流センサ９５により検出される電流センサ値を読み込み、ＥＰＳモータ８２に通電されるＥＰＳモータ電流値Ｉmを取得する。
Ｓ２２２では、電流差分値Ｉdを算出する。電流差分値Ｉdは、以下の式（５）により算出される。
Ｉd＝Ｉc−Ｉm …（５）
【００６６】
Ｓ２２３では、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを算出し、本処理を終了する。なお、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、ＰＩ制御によりフィードバック制御される。ここで、ＥＰＳモータにおける比例ゲインをＫＰeとし、積分ゲインをＫＩeとすると、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、以下の式（６）により算出される。
【００６７】
【数２】
【００６８】
続いて、Ｓ２３０におけるＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を図１８に基づいて説明する。
Ｓ２３１では、図１７中のＳ２２３で算出されたＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを取得する。
Ｓ２３２では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeを算出する。バッテリ電圧をＶbとすると、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeは、以下の式（７）により算出される。
Ｐe＝Ｖec／Ｖb×１００ …（７）
【００６９】
ＥＰＳ制御部８６は、Ｓ２３２にて算出されたＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeに基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御することにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する（図１５中のＳ２４０）。ＥＰＳモータ８２の駆動により生じるトルクにより、運転者によるハンドル８の操舵が補助される。
【００７０】
本実施形態では、ＶＧＲＳ部３にて異常が生じた場合、ＥＰＳ部５にてハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を可変にする操舵比可変制御を行う。ここでＥＰＳ制御部８６におけるＶＧＲＳ部異常判断処理を図２０〜図２４に基づいて説明する。
【００７１】
ＶＧＲＳ部異常判断処理を図２０に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、車両走行中、所定の間隔で実行されるものとする。
Ｓ３０１では、ＶＧＲＳ部３の異常が生じているか否かを判断する。ＶＧＲＳ部３の異常の一例としては、ウォームギア３２においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が挙げられる。セルフロック失陥の検出方法については後述する。また、ＶＧＲＳ部３の異常は、ウォームギア３２のセルフロック失陥に限らず、例えばＶＧＲＳモータ５２の断線故障や、ＶＧＲＳインバータ５７の天絡故障、地絡故障、或いはスイッチング素子の故障等であってもよい。これらの故障は、公知の方法で検出することができる。ＶＧＲＳ部３に異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、Ｓ３０３へ移行する。ＶＧＲＳ部３に異常が生じていないと判断された場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、Ｓ３０２へ移行する。
Ｓ３０２では、通常制御を行う。具体的には、図１５〜図１８に基づいて説明したように、操舵トルクＴｑに基づき、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。
【００７２】
ＶＧＲＳ部３に異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）に移行するＳ３０３では、ハンドル角θhに基づき、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。すなわち、ＶＧＲＳ部３にて異常が生じている場合、ＥＰＳモータ８２の制御を、操舵トルクＴｑに基づく制御からハンドル角θhに基づく制御に切り替える。なお、このとき、ＶＧＲＳ制御部５６によるＶＧＲＳモータ５２の駆動制御を行わず、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を停止する。
【００７３】
ここで、Ｓ３０３にて実行されるＶＧＲＳ部３にて異常が生じている場合におけるＥＰＳモータ８２の制御処理を図２１〜図２４に基づいて説明する。まず、ＶＧＲＳ部異常時制御処理のメインフローを図２１に示す。
Ｓ４００では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込む。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込む。さらにまた、ＥＰＳモータ回転角センサ９７により検出されるＥＰＳモータ回転角センサ値を読み込む。
Ｓ４１０では、ＥＰＳモータ回転角指令値演算処理を行う。
Ｓ４２０では、ＥＰＳモータ回転角制御演算処理を行う。
Ｓ４３０では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を行う。
Ｓ４４０では、Ｓ４３０で算出されたＰＷＭ指令値に基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。
【００７４】
ここで、Ｓ４１０におけるＥＰＳモータ回転角指令値演算処理を図２２に基づいて説明する。
Ｓ４１１では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込み、車両の走行速度である車速を取得する。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。
Ｓ４１２では、Ｓ４１１にて取得された車速に基づき、増速比ｚを取得する。増速比ｚは、図１４にて説明したマップとして記憶されている。
Ｓ４１３では、ＥＰＳモータ回転角指令値θecを算出し、本処理を終了する。Ｓ４１１にて取得されたハンドル角をθh、Ｓ４１２にて取得された増速比をｚ、ＥＰＳウォームホイール８０およびＥＰＳウォーム８１における減速比をｉeとすると、ＥＰＳモータ回転角指令値θecは、以下の式（８）により算出される。
θec＝θh×（ｚ−１）×ｉe×０．５ …（８）
【００７５】
続いて、Ｓ４２０におけるＥＰＳモータ回転角制御演算処理を図２３に基づいて説明する。
Ｓ４２１では、図２２中のＳ４１３で算出されるＥＰＳモータ回転角指令値θecを取得する。また、ＥＰＳモータ回転角センサ９７により検出されるＥＰＳモータ回転角センサ値を読み込み、ＥＰＳモータ回転角θemを取得する。なお、ＥＰＳモータ回転角θemは、ピニオン角θpで代用してもよい。
Ｓ４２２では、角度差分値θedを算出する。角度差分値θedは、以下の式（９）により算出される。
θed＝θec−θem …（９）
【００７６】
Ｓ４２３では、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを算出し、本処理を終了する。なお、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、ＰＩ制御によりフィードバック制御される。ＥＰＳモータ５２における比例ゲインをＫＰe2、積分ゲインをＫＩe2とすると、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、以下の式（１０）により算出される。
【００７７】
【数３】
【００７８】
続いて、Ｓ４３０におけるＰＷＭ指令値演算処理を図２４に基づいて説明する。
Ｓ４３１では、図２３中のＳ４２３で算出されたＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを取得する。
Ｓ４３２では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeを算出する。バッテリ電圧をＶbとすると、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeは、上記式（７）と同様の式にて算出される。
【００７９】
ＶＧＲＳ部３に異常が生じている場合、ＥＰＳ制御部８６は、Ｓ４２３にて算出されたＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeに基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御することにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する（図２１中のＳ４４０）。これにより、ハンドル８の操舵したときの手応えは作り出せないものの、ＶＧＲＳ部３に異常が生じる前後で、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が変わらないので、運転者に与える違和感が低減される。
【００８０】
ここで、ＶＧＲＳ部３のウォームギア３２におけるセルフロック失陥の検出処理（１）〜（５）を図２５〜図２９に基づいて説明しておく。セルフロック失陥検出処理（１）〜（５）は、１つの処理のみを実行してもよいし、複数の処理を並行して実行してもよい。セルフロック失陥検出処理は、ＶＧＲＳ制御部５６において、車両走行中、所定の間隔で実行されるものとする。
【００８１】
＜セルフロック失陥検出処理（１）＞
セルフロック失陥検出処理（１）は、増速比が１のとき、セルフロックが正常であれば、ＶＧＲＳモータ５２の電圧指令値が０となり、ＶＧＲＳモータ５２の回転角が０となることを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（１）を図２５に基づいて説明する。
【００８２】
Ｓ５１１では、ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフされているか否かを判断する。なお、ノイズの影響などもあるためオフ判定についてはＶＧＲＳモータへの通電電圧の絶対値が所定値以下であるか否かで判定しても良い。ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフされていないと判断された場合（Ｓ５１１：ＮＯ）、Ｓ５１２〜Ｓ５１６の処理を行わない。ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフされていると判断された場合（Ｓ５１１：ＹＥＳ）、Ｓ５１２へ移行する。
【００８３】
Ｓ５１２では、ＶＧＲＳモータ回転角センサ９３により検出されるＶＧＲＳモータ回転角センサ値を読み込み、ＶＧＲＳモータ回転角θvmを取得する。
Ｓ５１３では、取得したＶＧＲＳモータ回転角θvmが０でないか否かを判断する。ＶＧＲＳモータ回転角が０であると判断された場合（Ｓ５１３：ＮＯ）、Ｓ５１６へ移行する。ＶＧＲＳモータ回転角θvmが０ではないと判断された場合（Ｓ５１３：ＹＥＳ）、Ｓ５１４へ移行する。
【００８４】
Ｓ５１４では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５１４：ＮＯ）、Ｓ５１１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５１４：ＹＥＳ）、Ｓ５１５へ移行する。
Ｓ５１５では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【００８５】
ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフであり（Ｓ５１１：ＹＥＳ）、ＶＧＲＳモータ回転角が０であると判断された場合（Ｓ５１３：ＮＯ）に移行するＳ５１６では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５１４に係る処理を行わず、Ｓ５１３にて肯定判断された場合、Ｓ５１５へ移行するようにしてもよい。
【００８６】
＜セルフロック失陥検出処理（２）＞
セルフロック失陥検出処理（２）は、増速比が１のとき、セルフロックが正常であれば、ＶＧＲＳモータ５２のモータ回転角指令値θvcが０となり、ＶＧＲＳモータ５２の電圧指令値Ｖvcが０となることを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（２）を図２６に基づいて説明する。
【００８７】
Ｓ５２１では、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０か否かを判断する。ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcは、図１１中のＳ１１３と同様に算出される。ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０でないと判断された場合（Ｓ５２１：ＮＯ）、Ｓ５２２〜Ｓ５２５の処理を行わない。ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０であると判断された場合（Ｓ５２１：ＮＯ）、Ｓ５２２へ移行する。
【００８８】
Ｓ５２２では、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０か否かを判断する。ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcは、図１２中のＳ１２３と同様に算出される。ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０であると判断された場合（Ｓ５２２：ＮＯ）、Ｓ５２５へ移行する。ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０でないと判断された場合（Ｓ５２２：ＹＥＳ）、Ｓ５２３へ移行する。
【００８９】
Ｓ５２３では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５２３：ＮＯ）、Ｓ５２１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５２３：ＹＥＳ）、Ｓ５２４へ移行する。
Ｓ５２４では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【００９０】
ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０であり（Ｓ５２１：ＹＥＳ）、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０であると判断された場合（Ｓ５２２：ＮＯ）に移行するＳ５２５では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５２３に係る処理を行わず、Ｓ５２２にて肯定判断された場合、Ｓ５２４へ移行するようにしてもよい。
【００９１】
＜セルフロック失陥検出処理（３）＞
セルフロック失陥検出処理（３）は、セルフロックが正常であれば、ハンドル角θhに増速比ｚを乗じた値である設定回転角と、ピニオン角θpとが一致することを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（３）を図２７に基づいて説明する。
【００９２】
Ｓ５３１では、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。また、ピニオン角センサ９６により検出されるピニオン角センサ値を読み込み、ピニオン角θpを取得する。さらにまた、車速に基づき、増速比ｚを取得する。なお、ピニオン角θpは、ＶＧＲＳモータ回転角θvmから推定するように構成してもよい。
【００９３】
Ｓ５３２では、取得されたハンドル角θhに増速比ｚを乗じ、設定回転角を算出する。そして、算出された設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０でないか否かを判断する。設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０であると判断された場合（Ｓ５３２：ＮＯ）、すなわち設定回転角とピニオン角θpとが一致する場合、Ｓ５３５へ移行する。設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０でないと判断された場合（Ｓ５３２：ＹＥＳ）、すなわち設定回転角とピニオン角θpとが一致しない場合、Ｓ５３３へ移行する
【００９４】
Ｓ５３３では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５３３：ＮＯ）、Ｓ５３１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５３３：ＹＥＳ）、Ｓ５３４へ移行する。
Ｓ５３４では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【００９５】
設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０であると判断された場合（Ｓ５３２：ＮＯ）に移行するＳ５３５では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５３３に係る処理を行わず、Ｓ５３２にて肯定判断された場合、Ｓ５３４へ移行するようにしてもよい。
【００９６】
＜セルフロック失陥検出処理（４）＞
ウォームギア３２のセルフロックが正常であれば、ハンドル８を操舵したとき、出力軸２０側へトルクが伝達され、トルクセンサ９４によりトルクが検出される。一方、セルフロック失陥が生じ、ハンドル８が空転すると、出力軸２０側へトルクが伝達されず、トルクセンサ９４によりトルクが検出されない。そこでセルフロック失陥検出処理（４）では、これを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（４）を図２８に基づいて説明する。
【００９７】
Ｓ５４１では、ハンドル８が回転中か否かを判断する。ハンドル８が回転中でないと判断された場合（Ｓ５４１：ＮＯ）、Ｓ５４２〜Ｓ５４６の処理を行わない。ハンドル８が回転中であると判断された場合（Ｓ５４１：ＹＥＳ）、Ｓ５４２へ移行する。
Ｓ５４２では、トルクセンサ９４により検出されるセンサ値を読み込み、ハンドル８の操舵により生じる操舵トルクＴｑを取得する。
【００９８】
Ｓ５４３では、取得された操舵トルクＴｑが略０か否かを判断する。操舵トルクＴｑが略０でないと判断された場合（Ｓ５４３：ＮＯ）、Ｓ５４６へ移行する。操舵トルクＴｑが略０であると判断された場合（Ｓ５４３：ＹＥＳ）、Ｓ５４４へ移行する。
【００９９】
Ｓ５４４では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５４４：ＮＯ）、Ｓ５４１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５４４：ＹＥＳ）、Ｓ５４５へ移行する。
Ｓ５４５では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【０１００】
ハンドル８が回転中であって（Ｓ５４１：ＹＥＳ）、操舵トルクＴｑが０でない場合（Ｓ５４３：ＮＯ）に移行するＳ５４６では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５４４に係る処理を行わず、Ｓ５４３にて肯定判断された場合、Ｓ５４５へ移行するようにしてもよい。
【０１０１】
＜セルフロック失陥検出処理（５）＞
ウォームギア３２のセルフロックが正常であれば、ハンドル８は空転しないので、車両が直進中である場合、ハンドル角θhは０となる。一方、セルフロック失陥が生じ、ハンドル８が空転すると、車両が直進中のときのハンドル角θhが０からずれる。そこでセルフロック失陥検出処理（５）では、これを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（５）を図２９に基づいて説明する。
【０１０２】
Ｓ５５１では、車両が直進中か否かを判断する。車両が直進中か否かは、公知の方法で判断できる。例えば、４つの車輪の車輪速差が少ない場合、車両が直進中であると判断できる。また例えばヨーレートセンサ（Ｙａｗセンサ）や加速度センサ（Ｇセンサ）の検出値が０である場合、車両が直進中であると判断できる。車両が直進中でないと判断された場合（Ｓ５５１：ＮＯ）、Ｓ５５２〜Ｓ５５６の処理を行わない。車両が直進中であると判断された場合（Ｓ５５１：ＹＥＳ）、Ｓ５５２へ移行する。
Ｓ５５２では、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。
【０１０３】
Ｓ５５３では、ハンドル角θhが０でないか否かを判断する。ハンドル角θhが０であると判断された場合（Ｓ５５３：ＮＯ）、Ｓ５５６へ移行する。ハンドル角θhが０でないと判断された場合（Ｓ５５３：ＹＥＳ）、Ｓ５５４へ移行する。
【０１０４】
Ｓ５５４では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５５４：ＮＯ）、Ｓ５５１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５５４：ＹＥＳ）、Ｓ５５５へ移行する。
Ｓ５５５では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【０１０５】
車両が直進中であって（Ｓ５５１：ＹＥＳ）、ハンドル角θhが０の場合（Ｓ５５３：ＮＯ）に移行するＳ５５６では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５５４に係る処理を行わず、Ｓ５５３にて肯定判断された場合、Ｓ５５５へ移行するようにしてもよい。
【０１０６】
また、図２５中のＳ５１４、図２６中のＳ５２３、図２７中のＳ５３３、図２８中のＳ５４４、および図２９中のＳ５５４では、所定時間の経過を判断したが、それぞれの所定時間は任意に設定可能であり、処理毎に同じ時間であってもよいし、異なる時間であってもよい。また、セルフロック失陥検出処理（１）〜（５）において、該当する値が０か否かの判断を行う場合、ノイズ等の影響を考慮し、該当する値の絶対値が所定値以下である場合、０と判断するように構成してもよい。
本実施形態では、セルフロック失陥フラグがセットされている場合、ウォームギア３２にてセルフロック失陥が生じているので、図２０中のＳ３０１にて肯定判断し、Ｓ３０３へ移行する。
【０１０７】
従来のロック機構は、例えばロックピンをソレノイド等で駆動しているため、当該ソレノイドを監視することによりロック機構の異常を容易に検出することができる。一方、本実施形態のロック機構は、ウォームギア３２におけるセルフロックであるため、ソレノイド等の監視によりロック機構の異常を検出することができないが、上記セルフロック失陥検出処理（１）〜（５）のうち、少なくとも１つの処理を実行することにより、ウォームギア３２におけるセルフロック失陥を適切に検出することができる。
【０１０８】
以上詳述したように、操舵制御装置１では、入力軸１０は、乗員により操舵されるハンドル８に連結可能である。出力軸２０は、入力軸１０と相対回転可能に設けられ、ハンドル８に加えられた操舵力を操舵輪７側へ伝達するトルク伝達経路をなす。ＶＧＲＳ部３は、入力軸１０の回転を出力軸２０側へ伝達する歯車機構３０および歯車機構３０のウォーム５１を駆動するＶＧＲＳモータ５２を有し、ハンドル８が操舵された角度であるハンドル角θhと出力軸２０の回転角であるピニオン角θpとの比を可変にする。ＥＰＳ部５は、ＥＰＳモータ８２を有し、ＥＰＳモータ８２を駆動することで生じるトルクにより乗員によるハンドル８の操舵を補助する。
【０１０９】
ＶＧＲＳ制御部５６は、ハンドル角θhを取得し（図１１中のＳ１１１）、ハンドル角θhとピニオン角θpの比である増速比ｚを決定する（Ｓ１１２）。また、ＶＧＲＳ制御部５６は、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づき、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御する（図１０中のＳ１４０）。これにより、ハンドル角θhに対するピニオン角θpおよび操舵輪７の舵角が可変となる。また、ＥＰＳ制御部８６は、ＶＧＲＳ部３に異常が生じているか否かを判断し（図２０中のＳ３０１）、異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角がＶＧＲＳ部３に異常が生じていない場合と一致するように、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータ８２の駆動を制御する（Ｓ３０３）。すなわち、本実施形態では、ＶＧＲＳ部３に異常が生じた場合、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータ８２の駆動を制御することにより、ＥＰＳ部５にてハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を可変にする操舵比可変制御を行う。これにより、ＶＧＲＳ部３の異常時に操舵輪７の舵角を適切に制御することができる。また、ＶＧＲＳ部３に異常が生じた場合であっても、異常が生じる前後で、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が変わらないので、ハンドル角θhに対する車両の動き（ヨーレート、車両の走行軌跡等）が変わらず、車両操作における違和感を低減することができる。なお、本実施形態ではＶＧＲＳ部３の異常前後で制御方式を変更することでプログラムが増加し、高価なマイコンを必要とすることがないよう図１４における車速と増速比との関係を変えていないが、運転者に異常であることを感じてもらうべくＶＧＲＳ部３が異常前後で図１４における車速と増速比との関係を変更しても良い。すなわち、ＶＧＲＳ部３の異常前後でハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が変わるようにしてもよい。例えば車速と増速比の関係を図１４の形はそのままで増速比の大きさを一律７０％とすることでＥＰＳアクチュエータへの過度な負担を負わせることを抑制しつつ、速いハンドル操作をしても車の動きが緩慢になるため運転者が正常時と同じ運転をすることを防ぐことが出来る。以上異常時の実施形態についてはなんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【０１１０】
歯車機構３０は、ＶＧＲＳモータ５２により回転駆動されるウォーム５１、および、ウォーム５１に噛み合うウォームホイール５０を有し、ウォーム５１の回転によりウォームホイール５０は回転するが、ウォームホイール５０の回転によりウォーム５１は回転しないようにセルフロック可能なリード角θ１が設定されている。これにより、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を固定するためのロック機構を歯車機構３０と別途に設ける必要がないので、装置全体を小型化することができる。
【０１１１】
ところで、ウォームギア３２においてセルフロック失陥が生じた場合、出力軸２０側へトルクが伝達されず、ハンドル８が空転する虞がある。そこで本実施形態では、歯車機構３０においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が生じている場合、ＶＧＲＳ部３に異常が生じていると判断する（図２０中のＳ３０１：ＹＥＳ）。これにより、ウォームギア３２においてセルフロック失陥が生じている場合には、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータ８２の駆動を制御するので、セルフロック失陥時においてもハンドル８の空転が抑制され、安全性が向上する。
【０１１２】
また、トルク伝達経路は、入力軸１０および出力軸２０を有するコラム軸２、およびコラム軸２の回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構６からなる。ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、コラム軸２に設けられる。さらにまた、ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、一体にモジュール化されている。これにより、装置全体を小型化することができ、従来、搭載スペースの制約が大きく、ＶＧＲＳ装置の適用が困難であった小型車にも搭載することが可能になる。
【０１１３】
なお本実施形態では、ＶＧＲＳ制御部５６が「操舵角取得手段」、「増速比決定手段」、および「駆動制御手段」を構成し、ＥＰＳ制御部８６が「異常判断手段」および「代替制御手段」を構成する。また、図１１中のＳ１１１が「操舵角取得手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１１２が「増速比取得手段」の機能としての処理に相当し、図１０中のＳ１４０が「駆動制御手段」の機能としての処理に相当する。さらにまた、図２０中のＳ３０１が「異常判断手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ３０３が「代替制御手段」の機能としての処理に相当する。なお、ＥＰＳ制御部８６が「操舵角取得手段」および「増速比決定手段」を構成してもよいし、ＶＧＲＳ制御部５６が「異常判断手段」を構成してもよい。
【０１１４】
また、ＶＧＲＳ制御部５６とＥＰＳ制御部８６とを別々に設けず、１つの制御部によりＶＧＲＳインバータ５７およびＥＰＳインバータ８７を制御するように構成してもよい。この場合、当該制御部が、図１０〜図２９に示す処理を実行し、ＶＧＲＳインバータ５７およびＥＰＳインバータ８７を制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２およびＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。またこの場合、当該制御部が、「操舵角取得手段」、「増速比決定手段」、「駆動制御手段」、「異常判断手段」、「代替制御手段」を構成する。
【０１１５】
（他の実施形態）
上記実施形態では、ＶＧＲＳ部およびＥＰＳ部は、一体にモジュール化されてコラム軸に設けられていた。他の実施形態では、ＶＧＲＳ部とＥＰＳ部とは、一体にモジュール化されていなくてもよい。また、ＶＧＲＳ部をコラム軸に設け、ＥＰＳ部をラック軸（ステアリングラックバー）に設ける、といった具合に、別々の場所に設けてもよい。なお、ＥＰＳ部をラック軸に設ける場合、ＶＧＲＳ部異常時には、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が、ＶＧＲＳ部に異常がない場合におけるハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角と一致するように、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてラック軸の移動量を算出し、算出された移動量となるようにＥＰＳモータの駆動を制御する。
【０１１６】
また、上記実施形態では、ウォームギアにおいてセルフロック可能なリード角が設定されていた。他の実施形態では、ウォームギアがセルフロック機能を持たず、歯車機構と別途に、例えばロックピンと係止部材とからなるロック機構を有してもよい。また、ＶＧＲＳモータ５２のトルクにより操舵比を固定するように構成してもよい。また、ロック機構を有する場合、例えばロックピンの破損等によりロック機構に異常が生じた場合、ＶＧＲＳ部に異常が生じている、と判断してもよい。
さらにまた、ＶＧＲＳ部に異常が生じている場合であっても、ＶＧＲＳ部により操舵比可変処理を継続可能である場合には、ＶＧＲＳ部により操舵比可変処理を継続してもよい。この場合、異常判断手段は、ＶＧＲＳ部により操舵比可変処理を継続できない場合、操舵比可変部に異常が生じている、と判断するようにしてもよい。
【０１１７】
上記実施形態の操舵制御装置では、ラックアンドピニオン機構は、左右の操舵輪の回転中心を結ぶ直線よりも車両後方側に設けられていた。ここで、他の実施形態における操舵制御装置を図３０に示す。なお、上記実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図３０に示す操舵システム２００のように、ラックアンドピニオン機構６は、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌよりも車両前方側に設けてもよい。図３０に示す例において、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａは、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くなっている。
【０１１８】
図３０に示す例においても、入力軸１０と出力軸２０との間に設けられるディファレンシャルギアの作用により出力軸２０は入力軸１０の回転方向と反対方向に回転するので、ハンドル８が左方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が右回りに回転し、ステアリングラックバー６１は左方向に移動し、車両が左方向へ進行するように操舵輪７の舵角が変更される。
また、ハンドル８が右方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が左回りに回転し、ステアリングラックバー６１は右方向に移動し、車両が右方向に進行するように操舵輪７の舵角が変更される。
【０１１９】
このように、上記実施形態と同様、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａを左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くする、すなわちＡ＞Ｂとすることにより、出力軸２０、シャフト２４、およびステアリングピニオン６０の回転方向とは反対方向に操舵輪７が操舵され、ハンドル８の回転方向と操舵輪７の舵角の向きを整合させている。
【０１２０】
上記実施形態では、ウォームホイールの歯筋は回転軸に対して傾斜して形成されていた。他の実施形態では、ウォームホイールの歯筋を回転軸に対して傾斜しなくてもよい。ここで、他の実施形態によるウォームギアを図３１〜図３４に示す。なお、図３１は、ウォームギア２３２を示す図であって、図４と対応する図である。また、図３２は図３１のＲ方向矢視図であり、図３３は図３１のＳ方向矢視図であり、図３４は図３１のＴ−Ｔ線断面図である。
この例では、ウォームギア２３２のウォームホイール２５０とウォーム２５１とは、ウォームホイール２５０の回転軸Ｐ３に垂直な平面Ｑ３と、ウォーム２５１の回転軸Ｐ４とのなす角がθ２となるように傾斜して配置される。この傾斜角θ２は、ウォーム２５１のリード角θ３と実質的に同一の角度である。このリード角θ３をセルフロック可能な角度に設定することにより、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【０１２１】
また、この例では、ウォームホイール２５０の歯筋は、ウォームホイール２５０の回転軸Ｐ３と平行に形成されている。したがって、ウォームホイール２５０の歯とウォーム２５１の歯との接触面は、ウォームホイール２５０の回転軸Ｐ３と平行になる。これにより、ウォーム２５１からウォームホイール２５０へ動力が伝達されるとき、ウォームホイール２５０にスラスト方向の荷重が発生するのを抑制でき、ウォーム２５１とウォームホイール２５０との噛み合い位置を確実に維持することができる。
【０１２２】
なお、この例においてウォームホイール２５０を樹脂により形成する場合、筒状に形成される抜き型の径方向内側に切削用の刃を設け、この抜き型を回転軸Ｐ３方向に移動することにより、ウォームホイール２５０を容易に形成可能である。したがって、ウォームホイール２５０の歯を個別に形成する歯切り加工が不要となり、製造コストを低減することができる。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１・・・操舵制御装置
２・・・コラム軸
３・・・操舵比可変部
５・・・電動パワーステアリング部
６・・・ラックアンドピニオン機構
７・・・操舵輪
８・・・ハンドル（操舵部材）
１０・・・入力軸
１１・・・入力ギア
２０・・・出力軸
２３・・・出力ギア
３０・・・歯車機構
３１・・・ディファレンシャルギア
３２・・・ウォームギア
４１・・・ピニオンギア
５０・・・ウォームホイール
５１・・・ウォーム
５２・・・ＶＧＲＳモータ（第１のモータ）
５５・・・ＶＧＲＳ ＥＣＵ
５６・・・ＶＧＲＳ制御部（操舵角取得手段、増速比決定手段、駆動制御手段）
８２・・・ＥＰＳモータ（第２のモータ）
８５・・・ＥＰＳ ＥＣＵ
８６・・・ＥＰＳ制御部（異常判断手段、代替制御手段）
１００・・・操舵システム
２００・・・操舵システム
２３２・・・ウォームギア
２５０・・・ウォームホイール
２５１・・・ウォーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵輪の操舵を制御する操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角を変更可能な操舵比可変（Variable Gear Ratio Steering、以下「ＶＧＲＳ」という。）装置が知られている（特許文献１〜３参照）。例えば、特許文献１では、差動歯車機構、および差動歯車機構を駆動するギア比制御モータを有するギア比可変ユニットが開示されている。また、近年では、車両のステアリング操作を補助する機構として、電動式でトルクを発生させる電動パワーステアリング（Electric Power Steering、以下「ＥＰＳ」という。）装置が、ＶＧＲＳ装置とともに用いられることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７３３２７号公報
【特許文献２】特許第４２２８８９９号公報
【特許文献３】特開２００９−１２６４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、ＶＧＲＳ装置において異常が生じた場合、ロック機構等によりギア比制御モータをロックしたり、操舵比を固定する保持トルクを生じるようにギア比制御モータを制御したりすることにより、操舵比を固定し、操舵部材の空転を抑制している。しかしながら、ＶＧＲＳ装置の異常時に操舵比が固定されると、ＶＧＲＳ装置における異常が生じる前後において、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角が変わってしまい、運転者に違和感を与える虞があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＶＧＲＳ装置の異常時に操舵輪の舵角を適切に制御可能な操舵制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の操舵制御装置は、入力軸と、出力軸と、操舵比可変部と、パワーステアリング部と、操舵角取得手段と、増速比決定手段と、駆動制御手段と、異常判断手段と、代替制御手段と、を備える。入力軸は、乗員により操舵される操舵部材に連結可能である。出力軸は、入力軸と相対回転可能に設けられ、操舵部材に加えられた操舵力を操舵輪側へ伝達するトルク伝達経路をなす。操舵比可変部は、入力軸の回転を出力軸へ伝達する歯車機構および歯車機構を駆動する第１のモータを有し、操舵部材が操舵された角度である操舵角と出力軸の回転角との比を可変にする。パワーステアリング部は、第２のモータを有し、第２のモータを駆動することで生じるトルクにより乗員による操舵部材の操舵を補助する。
【０００６】
また、操舵角取得手段は、操舵角を取得する。増速比決定手段は、操舵角と出力軸の回転角との比である増速比を決定する。駆動制御手段は、操舵角取得手段により取得された操舵角、および、増速比決定手段により決定された増速比に基づき、第１のモータの駆動を制御する。操舵角および増速比に基づいて第１のモータの駆動を制御することにより、操舵角に対する出力軸の回転角および操舵輪の舵角が可変となる。異常判断手段は、操舵比可変部に異常が生じているか否かを判断する。代替制御手段は、異常判断手段により操舵比可変部に異常が生じていると判断された場合、操舵角および増速比に基づいて第２のモータの駆動を制御する。
本発明では、操舵比可変部に異常が生じた場合、操舵角および増速比に基づいて第２のモータの駆動を制御することにより、パワーステアリング部にて操舵角に対する操舵輪の舵角を可変にする操舵比可変制御を行う。これにより、操舵比可変部の異常時に操舵輪の舵角を適切に制御することができる。また、例えば、操舵角に対する操舵輪の舵角が操舵比可変部に異常が生じていない場合と一致するように制御すれば、操舵比可変部に異常が生じた場合であっても、異常が生じる前後で、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角が変わらないので、車両操作における違和感を低減することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、歯車機構は、第１のモータにより駆動されるウォーム、および、ウォームに噛み合うウォームホイールを有し、ウォームの回転によりウォームホイールは回転するが、ウォームホイールの回転によりウォームは回転しないようにセルフロック可能なリード角が設定される。これにより、操舵部材の操舵角に対する操舵輪の舵角を固定するためのロック機構を歯車機構と別途に設ける必要がないので、装置全体を小型化することができる。
【０００８】
ところで、請求項２に記載の構成を採用したとき、セルフロック不能となるセルフロック失陥が生じた場合、出力軸側へトルクが伝達されず、操舵部材が空転する虞がある。
そこで、請求項３に記載の発明では、異常判断手段は、歯車機構においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が生じている場合、操舵比可変部に異常が生じていると判断する。これにより、セルフロック失陥が生じている場合には、代替制御手段により操舵角および増速比に基づいて第２のモータの駆動を制御するので、セルフロック失陥時においても操舵部材の空転が抑制され、安全性が向上する。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、トルク伝達経路は、入力軸および出力軸を有するコラム軸、およびコラム軸の回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構からなる。また、操舵比可変部およびパワーステアリング部は、コラム軸に設けられる。請求項５に記載の発明では、操舵比可変部およびパワーステアリング部は、一体にモジュール化されている。請求項４、５に記載の発明によれば、操舵制御装置全体の体格を小型化することができる。これにより、従来、搭載スペースの制約が大きく、ＶＧＲＳ装置の適用が困難であった小型車にも搭載することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による操舵制御システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による操舵制御装置の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】ウォームギアの図３のＩＶ方向矢視図である。
【図５】図４のＶ方向矢視図である。
【図６】図４のＶＩ方向矢視図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるＶＧＲＳ ＥＣＵを説明するブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態によるＥＰＳ ＥＣＵを説明するブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態のＶＧＲＳ制御部における制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳモータ回転角指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳモータ回転角制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態おける車速と増速比とが対応づけられたマップを説明する説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態において通常時のＥＰＳ制御部における制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態における通常時のＥＰＳモータ電流指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１７】本発明の一実施形態における通常時のＥＰＳモータ電流制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図１８】本発明の一実施形態において通常時のＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図１９】本発明の一実施形態における操舵トルクおよび車速とＥＰＳモータ電流指令値とが対応付けられたマップを説明する説明図である。
【図２０】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常判断処理を説明するフローチャートである。
【図２１】本発明の一実施形態においてＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳ制御部における制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図２２】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳモータ回転角指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図２３】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳモータ回転角制御演算処理を説明するフローチャートである。
【図２４】本発明の一実施形態におけるＶＧＲＳ部異常時のＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を説明するフローチャートである。
【図２５】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（１）を説明するフローチャートである。
【図２６】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（２）を説明するフローチャートである。
【図２７】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（３）を説明するフローチャートである。
【図２８】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（４）を説明するフローチャートである。
【図２９】本発明の一実施形態におけるセルフロック失陥検出処理（５）を説明するフローチャートである。
【図３０】本発明の他の実施形態による操舵制御システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図３１】本発明の他の実施形態によるウォームギアを示す図である。
【図３２】図３１のＲ方向矢視図である。
【図３３】図３１のＳ方向矢視図である。
【図３４】図３１のＴ−Ｔ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による操舵制御装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による操舵制御装置を図１〜図２９に基づいて説明する。
まず、操舵システムの概略構成を図１に基づいて説明する。図１に示すように、操舵システム１００は、操舵制御装置１、コラム軸２、ラックアンドピニオン機構６、操舵輪７、操舵部材としてのハンドル８等を備えている。本実施形態では、コラム軸２およびラックアンドピニオン機構６が「トルク伝達経路」を構成している。
【００１２】
操舵制御装置１は、入力軸１０の回転角度と出力軸２０の回転角度の比を可変にする操舵比可変部３、および乗員（以下、適宜「運転者」という。）によるハンドル８の操舵を補助する補助トルクを発生するパワーステアリング部としての電動パワーステアリング部５等を備える。以下、操舵比可変部を「ＶＧＲＳ部」といい、電動パワーステアリング部を「ＥＰＳ部」という。本実施形態では、ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、コラム軸２周りに配置され、ハウジング１２に収容されている。これにより、ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、一体にモジュール化されているといえる。なお、操舵制御装置１の詳細は、図２等に基づいて後述する。
【００１３】
コラム軸２は、入力軸１０、出力軸２０、ユニバーサルジョイント９、シャフト２４を有している。入力軸１０は、乗員により操舵されるハンドル８と連結されている。入力軸１０には、ハンドル８が操舵された操舵角を検出するハンドル角センサ９２が設けられている。本実施形態では、ハンドル８と入力軸１０とは連結されているので、ハンドル８が操舵された操舵角と、入力軸１０の回転角とが一致している。以下、ハンドル８の操舵された操舵角を、「ハンドル角θh」という。
【００１４】
出力軸２０は、入力軸１０と同軸に設けられ、入力軸１０と相対回転可能に設けられる。なお、後述するＶＧＲＳ部３のディファレンシャルギア３１の作用により、入力軸１０と出力軸２０の回転方向が逆転する。出力軸２０は、運転者がハンドル８を操舵することにより生じた操舵トルクを、ユニバーサルジョイント９、シャフト２４、ラックアンドピニオン機構６を経由して操舵輪７へ伝達するトルク伝達経路をなす。また、出力軸２０には、出力軸２０の回転角を検出するピニオン角センサ９６が設けられている。以下、ハンドル８の操舵により生じるトルクを「操舵トルクＴｑ」、出力軸２０の回転角を、「ピニオン角θp」という。
【００１５】
ラックアンドピニオン機構６は、ステアリングピニオン６０およびステアリングラックバー６１等を備え、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線（図１中において、記号Ｌで示す。）よりも車両後方に設けられている。
円形歯車であるステアリングピニオン６０は、コラム軸２のハンドル８と反対側の端部に設けられ、出力軸２０およびシャフト２４と共に正逆回転する。ステアリングラックバー６１は、車両の左右方向に移動可能に設けられる。ステアリングラックバー６１に設けられるラック歯がステアリングピニオン６０と噛み合うことにより、ステアリングピニオン６０の回転運動がステアリングラックバー６１の車両左右方向の直線運動に変換される。すなわち、ラックアンドピニオン機構６は、コラム軸２の回転運動を直線運動に変換している。
【００１６】
ステアリングラックバー６１の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームが設けられ、このタイロッドおよびナックルアームを介してステアリングラックバー６１と左右の操舵輪７とが接続される。これにより、左右の操舵輪７は、ステアリングラックバー６１の移動量に応じて操舵される。
【００１７】
なお、本実施形態では、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａは、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くなっている。
本実施形態では、入力軸１０と出力軸２０との間に設けられるディファレンシャルギア３１の作用により出力軸２０は入力軸１０の回転方向と反対方向に回転するので、ハンドル８が左方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が右回りに回転し、ステアリングラックバー６１は右方向に移動し、車両が左方向へ進行するように操舵輪７の舵角が変更される。また、ハンドル８が右方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が左回りに回転し、ステアリングラックバー６１は左方向に移動し、車両が右方向へ進行するように操舵輪７の舵角が変更される。
【００１８】
このように、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａを左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くする、すなわちＡ＞Ｂとすることにより、出力軸２０、シャフト２４、およびステアリングピニオン６０の回転方向とは反対方向に操舵輪７が操舵され、ハンドル８の回転方向と操舵輪７の舵角の向きを整合させている。これにより、出力軸２０の回転方向を再度逆転する歯車装置等が不要になる。
【００１９】
次に、図２および図３に基づいて、操舵制御装置１について説明する。なお、図２は図３のＩＩ−ＩＩ線断面に対応する図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面に対応する図である。
操舵制御装置１は、ハウジング１２、入力軸１０、出力軸２０、ＶＧＲＳ部３、ＥＰＳ部５等を備える。
ハウジング１２は、ハウジング本体１２１およびフレームエンド１２２を有する。ハウジング本体１２１とフレームエンド１２２とは、ねじ１２３により固定されている。ハウジング１２には、歯車機構３０等が収容されるとともに、入力軸１０および出力軸２０が挿通される。ハウジング本体１２１の反フレームエンド１２２側には、後述する入力ギア１１を回転可能に支持する第１軸受部１３が設けられる。また、フレームエンド１２２には、後述する第２出力軸２２を回転可能に支持する第２軸受部１４が設けられる。
【００２０】
出力軸２０は、第１出力軸２１および第２出力軸２２から構成される。第１出力軸２１および第２出力軸２２は、中空のパイプ状に形成され、内部にトーションバー７０が挿通される。第１出力軸２１は、第２出力軸２２よりも入力軸１０側に設けられる。第１出力軸２１は、入力軸１０と反対側に内径の大きい大径部２１１を有している。また、第２出力軸２２は、第１出力軸２１側に大径部２１１の内径よりも外径が小さい小径部２２１を有している。第２出力軸２２の小径部２２１が第１出力軸２１の大径部２１１に挿入される。
【００２１】
トーションバー７０は、第１出力軸２１および第２出力軸２２の径方向内側に形成される空間に挿通される。トーションバー７０の入力軸１０側の端部には、セレーション７０１が形成されている。このセレーション７０１は、第１出力軸２１の径方向内側の内壁に形成されたセレーションと噛み合っている。また、トーションバー７０の反入力軸１０側の端部は、ピン７０２によって出力軸２２に接続されている。これにより、第１出力軸２１と第２出力軸２２とは、トーションバー７０により相対回転可能に接続される。なお、トーションバー７０は、第１出力軸２１と第２出力軸２０とが相対回転することにより捩れトルクが加わると、一定の弾性率で軸周りに捩れが生じる。したがって、第１出力軸２１と第２出力軸２２との間に加わるトルクは、トーションバー７０の捩れ変位として変換される。トーションバー７０の捩れ変位は、操舵トルク検出部４により検出される。
【００２２】
操舵トルク検出部４は、トーションバー７０の捩れ変位を検出することによりハンドル８が操舵されることにより生じる操舵トルクＴｑを検出する。操舵トルク検出部４は、多極磁石７１、一組の磁気ヨーク７２、７３、一組の集磁リング７５、７６、およびトルクセンサ９４（図１、図９等参照）を備える。操舵トルク検出部４は、軸方向において、後述する出力ギア２３と僅かに隙間を開けて設けられる。
【００２３】
多極磁石７１は、円環状に形成され、第１出力軸２１に嵌合する。これにより、多極磁石７１は、第１出力軸２１と共に回転する。なお、多極磁石７１は、軸方向において、第１出力軸２１に嵌合する出力ギア２３よりも反入力軸１０側に配置される。また、多極磁石７１は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されている。
【００２４】
一組の磁気ヨーク７２、７３は、多極磁石７１の径方向外側であって、多極磁石７１によって形成される磁界内において、軸方向に向き合う一組の円環部からそれぞれ軸方向に延びる爪が周方向に交互にずれて配置されている。磁気ヨーク７２、７３は、モールド樹脂７４に一体にモールドされている。モールド樹脂７４は、図示しないカラーを介して第２出力軸２２の径方向外側に嵌合している。これにより、磁気ヨーク７２、７３は、第２出力軸２２と共に回転する。
【００２５】
一組の集磁リング７５、７６は、それぞれ円環状に形成され、磁気ヨーク７２、７３をモールドするモールド樹脂７４の径方向外側にて、モールド樹脂７４と相対回転可能に設けられる。軸方向において、一方の集磁リング７５は、一方の磁気ヨーク７２と対応する位置に設けられる。また、軸方向において、他方の集磁リング７６は、他方の磁気ヨーク７３と対応する位置に設けられる。一方の集磁リング７５と他方の集磁リング７６との間には、図示しないエアギャップが形成される。トルクセンサ９４は、エアギャップ内に設けられ、エアギャップに生じる磁束密度を検出する。
【００２６】
ここで、トルクセンサ９４による操舵トルクＴｑの検出方法を説明する。
出力軸２０に操舵トルクＴｑが入力されていない場合、トーションバー７０における捩れ変位が生じていない。このとき、磁気ヨーク７２、７３の爪の中心と多極磁石７１のＮ極およびＳ極の境界線とが一致している。ここで、磁気ヨーク７２、７３の爪には、多極磁石７１のＮ極およびＳ極から同数の磁力線が出入りするので、一方の磁気ヨーク７２の内部の磁力線と、他方の磁気ヨーク７３の内部の磁力線とが、それぞれ閉じた状態となる。したがって、集磁リング７５、７６の間に形成されるエアギャップに磁束が漏れることがなく、トルクセンサ９４の検出する磁束密度は０となる。
【００２７】
一方、出力軸２０に操舵トルクＴｑが入力された場合、トーションバー７０において捩れ変位が生じる。このとき、多極磁石７１と磁気ヨーク７２、７３との相対位置が周方向に変化する。これにより、磁気ヨーク７２、７３の爪の中心と、多極磁石７１のＮ極およびＳ極の境界線とが一致しなくなる。ここで、一方の磁気ヨーク７２と他方の磁気ヨーク７３とに、それぞれＮ極またはＳ極の極性を有する磁力線が増加する。このため、集磁リング７５、７６の間に形成されるエアギャップに磁束が漏れ、トルクセンサ９４の検出する磁束密度は、０でなくなる。トルクセンサ９４により検出される磁束密度は、トーションバー７０の捩れ変位量に略比例し、かつトーションバー７０の捩れ方向に応じて極性が反転する。これにより、トーションバー７０の捩れ変位が検出される。なお、上述の通り、第１出力軸２１と第２出力軸２２との間に生じるトルクは、トーションバー７０の捩れ変位に変換される。したがって、操舵トルク検出部４は、エアギャップに生じる磁束密度を検出し、第１出力軸２１と第２出力軸２２との間に生じるトルクを検出している。
【００２８】
ＶＧＲＳ部３は、歯車機構３０、および歯車機構３０を駆動する第１のモータとしてのＶＧＲＳモータ５２を有している。
歯車機構３０は、ディファレンシャルギア３１およびウォームギア３２からなる。ディファレンシャルギア３１は、入力ギア１１、出力ギア２３、およびピニオンギア４１を有する。ウォームギア３２は、ウォームホイール５０、およびウォーム５１を有する。
【００２９】
入力ギア１１は、入力軸１０のハンドル８と反対側に設けられる。入力ギア１１は、ピニオンギア４１と噛み合うかさ歯車であり、金属または樹脂で形成されている。入力ギア１１は、筒状の筒部１１１と、筒部１１１の径方向外側に設けられる傘状のギア部１１２とを有する。筒部１１１には、入力軸１０が圧入されている。また、筒部１１１は、ハウジング本体１２１に設けられた第１軸受部１３により、ハウジング本体１２１に回転可能に支持される。これにより、入力軸１０および入力ギア１１は、ハウジング１２に回転可能に支持されている。
入力ギア１１の径方向内側には、第１出力軸２１の入力軸１０側の端部が挿入される。入力ギア１１と第１出力軸２１との間には、ニードル軸受１１３が設けられる。これにより、第１出力軸２１は、入力ギア１１に回転可能に支持されている。また、第２出力軸２２は、第２軸受部１４に回転可能に支持されている。
【００３０】
出力ギア２３は、ピニオンギア４１を挟んで入力ギア１１のギア部１１２と向かい合うように設けられている。出力ギア２３は、ピニオンギア４１と噛み合うかさ歯車であり、金属または樹脂で形成されている。出力ギア２３には、出力軸２０の第１出力軸２１が圧入されている。なお、出力ギア２３は、軸方向において、ニードル軸受１１３よりも反入力軸１０側に設けられる。
【００３１】
入力ギア１１と出力ギア２３との間には、複数のピニオンギア４１が設けられる。ピニオンギア４１は、入力ギア１１および出力ギア２３に噛み合うかさ歯車である。
ここで、入力ギア１１、出力ギア２３、およびピニオンギア４１の関係性について述べておく。ピニオンギア４１の歯数は偶数である。一方、入力ギア１１および出力ギア２３は、歯数が同一であって、その歯数は奇数である。これにより、入力ギア１１とピニオンギア４１との歯当たりの位置が回転に伴って入れ替わる。同様に、出力ギア２３とピニオンギア４１との歯当たりの位置が回転に伴って入れ替わる。したがって、特定の歯の摩耗が進行することがなく、偏摩耗によって耐久寿命を損なうことがない。なお、ピニオンギア４１の歯数を奇数とし、入力ギア１１および出力ギア２３の歯数を同一の偶数としてもよい。
【００３２】
また、入力ギア１１、出力ギア２３、およびピニオンギア４１は、その歯が曲がり歯となっており、入力ギア１１とピニオンギア４１との噛み合い率、および、出力ギア２３とピニオンギア４１との噛み合い率を高くし、歯当たりによって生じる作動音を低減するとともに、ハンドル８から運転者に伝わる脈動感を低減する。
さらにまた、入力ギア１１および出力ギア２３が金属で形成される場合、ピニオンギア４１は樹脂で形成される。入力ギア１１および出力ギア２３が樹脂で形成される場合、ピニオンギア４１は金属で形成される。これにより、ギアの噛み合い時に発生する歯打ち音が低減される。
【００３３】
ピニオンギア４１は、その回転軸が入力軸１０および出力軸２０の回転軸と直交するように、第１出力軸２１の径方向外側に配置される。ピニオンギア４１には軸孔が形成され、この軸孔にピニオンギア軸部材４３が挿通される。なお、ピニオンギア４１に形成される軸孔は、ピニオンギア軸部材４３の外径よりもわずかに大きく形成される。
【００３４】
ピニオンギア４１と第１出力軸２１との間には、第３軸受１５および内側リング部材４０が設けられる。第３軸受１５は、軸方向においてニードル軸受１１３と出力ギア２３との間であって、径方向において第１出力軸２１と内側リング部材４０との間に設けられる。これにより、第３軸受１５は、第１出力軸２１の径方向外側において内側リング部材４０を回転可能に支持する。
【００３５】
内側リング部材４０は、第１出力軸２１の回転軸に直交する方向に貫通する第１孔４０１が形成される。第１孔４０１は、内側リング部材４０の周方向に等間隔で複数形成されている。第１孔４０１には、ピニオンギア４１に挿通されるピニオンギア軸部材４３の一方の端部が嵌合している。
【００３６】
外側リング部材４２は、ピニオンギア４１を挟んで内側リング部材４０の径方向外側に設けられる。外側リング部材４２は、第１出力軸２１の回転軸に直交する方向に貫通する第２孔４２１が形成される。第２孔４２１は、外側リング部材４２の周方向に等間隔であって、内側リング部材４０の第１孔４０１と対応する箇所に複数形成されている。第２孔４２１には、ピニオンギア４１に挿通されるピニオンギア軸部材４３の端部であって、第１孔４０１と反対側の端部が嵌合している。すなわち、ピニオンギア４１は、内側リング部材４０と外側リング部材４２との間に配置され、内側リング部材４０および外側リング部材４２とで保持されるピニオンギア軸部材４３の軸周りに回転可能に設けられている。このように構成することにより、ピニオンギア軸部材４３の形成および組付けを容易に行うことができる。
【００３７】
外側リング部材４２の径方向外側には、樹脂または金属で形成されるウォームホイール５０が嵌合している。すなわち、径方向内側から、第１出力軸２１、第３軸受１５、内側リング部材４０、ピニオンギア４１、外側リング部材４２、ウォームホイール５０が、この順で配列されている。また、内側リング部材４０、外側リング部材４２、ピニオンギア軸部材４３、およびウォームホイール５０は、一体となって回転する。さらにまた、第３軸受１５は、内側リング部材４０、外側リング部材４２、ピニオンギア軸部材４３、およびウォームホイール５０を、第１出力軸２１の径方向外側において回転可能に支持している。
【００３８】
図３に示すように、ウォームホイール５０の径方向外側には、ウォーム５１が噛み合っている。また、ウォーム５１は、ハウジング１２に設けられた第４軸受１６および第５軸受１７により回転可能に支持されている。
ここで、ウォームホイール５０およびウォーム５１を図４〜図７に基づいて説明する。図４は、ウォームホイール５０およびウォーム５１を図３のＩＶ方向から見たときの図であり、図５は図４のＶ方向矢視図であり、図６は図４のＶＩ方向矢視図であり、図７は図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００３９】
ウォームホイール５０とウォーム５１とは、ウォームホイール５０の回転軸Ｐ１に垂直な平面Ｑ１と、ウォーム５１の回転軸Ｐ２とが平行になるように配置されている。
また、ウォームホイール５０の歯筋は、ウォームホイール５０の回転軸Ｐ１に対してθ１傾斜して形成されている。この傾斜角が、「リード角」に対応する。本実施形態では、リード角θ１は、摩擦角よりも小さく設定されている。これにより、ウォーム５１の回転によりウォームホイール５０は回転するが、ウォームホイール５０の回転によりウォーム５１は回転せず、セルフロック可能に構成されている。なお、本実施形態では、ウォームホイール５０とウォーム５１とがセルフロックされているときの増速比は１である。
【００４０】
また、ウォームホイール５０は、歯底と回転軸Ｐ１との距離が一定に形成されている。これにより、加工公差等によりウォームホイール５０とウォーム５１の設置位置が回転軸Ｐ１方向にずれた場合であっても、正回転時と逆回転時とで歯当たりの状態を保つことができる。
【００４１】
図２および図３に戻り、ウォーム５１の第５軸受１７側には、ＶＧＲＳモータ５２が設けられている。本実施形態のＶＧＲＳモータ５２は、ブラシつきモータであるがブラシレスモータ等どのようなモータであってもよい。ＶＧＲＳモータ５２は、通電によりウォーム５１を正逆回転駆動する。ＶＧＲＳモータ５２がウォーム５１を正回転し、これに伴ってウォームホイール５０が入力軸１０の回転方向と同じ方向に回転すると、入力軸１０の回転が減速されて出力軸２０へ伝達される。一方、ＶＧＲＳモータ５２がウォーム５１を逆回転し、これに伴ってウォームホイール５０が入力軸１０の回転方向とは逆方向に回転すると、入力軸１０の回転が増速されて出力軸２０へ伝達される。これにより、入力軸１０の回転角度に対する出力軸２０の回転角度が可変となる。
【００４２】
ＥＰＳ部５は、入力軸１０および出力軸２０を挟んでＶＧＲＳ部３と反対側に設けられる。ＥＰＳ部５は、ＥＰＳウォームホイール８０、ＥＰＳウォーム８１、および第２のモータとしてのＥＰＳモータ８２を備える。ＥＰＳウォームホイール８０およびＥＰＳウォーム８１は、ハウジング１２内に収容されている。
【００４３】
ＥＰＳウォームホイール８０は、樹脂または金属で形成される。ＥＰＳウォームホイール８０は、第２出力軸２２に嵌合し、第２出力軸２２と一体となって回転する。
ＥＰＳウォームホイール８０の径方向外側には、ＥＰＳウォーム８１が噛み合っている。ＥＰＳウォーム８１は、ハウジング１２に設けられた第６軸受１８および第７軸受１９により回転可能に支持されている。なお、本実施形態では、ＥＰＳウォームホイール８０の歯筋が回転軸と平行に形成されている。また、ＥＰＳウォームホイール８０の歯底が円弧面ではなく、平面で形成されている。これにより、加工公差よりＥＰＳウォームホイール８０の設置位置が第２出力軸２２の軸方向にずれたとしても、ＥＰＳウォームホイール８０とＥＰＳウォーム８１との歯当たりの状態を、正回転時と逆回転時とで同様に保つことができる。
【００４４】
ＥＰＳウォーム８１の第７軸受１９側には、ＥＰＳモータ８２が設けられている。本実施形態では、ＥＰＳモータ８２は、ブラシレスの三相モータであるがブラシつきモータ等どのようなモータであってもよい。ＥＰＳモータ８２は、通電によりＥＰＳウォーム８１を正逆回転駆動する。これにより、ＥＰＳウォーム８１に噛み合うＥＰＳウォームホイール８０が第２出力軸２２に操舵補助トルクを付与することにより、操舵がアシストされる。
なお、本実施形態では、ＶＧＲＳ部３とＥＰＳ部５とが出力軸２０を挟んで両側に設けられているので、ＶＧＲＳモータ５２およびＥＰＳモータ８２の駆動により生じるラジアル荷重が相殺され、出力軸２０の傾きを抑制することができる。また、出力軸２０の傾きが抑制されることにより、ウォームホイール５０とウォーム５１との噛み合い位置、および、ＥＰＳウォームホイール８０とＥＰＳウォーム８１との噛み合い位置を確実に保持することができる。
【００４５】
ここで、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御するＶＧＲＳ電子制御装置（以下、「ＶＧＲＳ ＥＣＵ」という。）、およびＥＰＳモータ８２の駆動を制御するＥＰＳ電子制御装置（以下、「ＥＰＳ ＥＣＵ」という。）について図８および図９に基づいて説明する。図８は、ＶＧＲＳ ＥＣＵ５５を説明するブロック図であり、図９は、ＥＰＳ ＥＣＵ８５を説明するブロック図である。
【００４６】
図８に示すように、ＶＧＲＳ ＥＣＵ５５は、ＶＧＲＳ制御部５６およびＶＧＲＳインバータ５７を有している。ＶＧＲＳ制御部５６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバスライン等を備えたコンピュータとして構成されており、ＶＧＲＳモータ５２の駆動制御を司る。また、ＶＧＲＳ制御部５６には、車両の走行速度を検出する車速センサ９１、ハンドル角θhを検出するハンドル角センサ９２、ＶＧＲＳモータ５２の回転角（以下、「ＶＧＲＳモータ回転角θvm」という。）を検出するＶＧＲＳモータ回転角センサ９３、ハンドル８の操舵により生じる操舵トルクＴｑを検出するトルクセンサ９４、およびピニオン角θpを検出するピニオン角センサ９６等が接続されている。トルクセンサ９４については、ＥＰＳと共通のセンサを用いても良いし、ＥＰＳ ＥＣＵ８５からＣＡＮなどの通信でセンサ値を取得しても良い。ＶＧＲＳ制御部５６は、車速、ハンドル角θh、ＶＧＲＳモータ回転角θvm等に基づいてＶＧＲＳインバータ５７を制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御している。
【００４７】
ＶＧＲＳインバータ５７は、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されており、ＶＧＲＳモータ５２の通電を切り替える。ＶＧＲＳインバータ５７を構成するスイッチング素子は、車速、ハンドル角θh、ＶＧＲＳモータ回転角θvm等に基づき、ＶＧＲＳ制御部５６によりオン／オフの切り替えが制御される。すなわち、ＶＧＲＳ制御部５６は、車速、ハンドル角θh、ＶＧＲＳモータ回転角θvm等に基づいてＶＧＲＳインバータ５７を制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御している。
【００４８】
図９に示すように、ＥＰＳ ＥＣＵ８５は、ＥＰＳ制御部８６およびＥＰＳインバータ８７を有している。ＥＰＳ制御部８６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバスライン等を備えたコンピュータとして構成されており、ＥＰＳモータ８２の駆動制御を司る。また、ＥＰＳ制御部８６には、車速センサ９１、ハンドル角センサ９２、ハンドル８の操舵により生じる操舵トルクＴｑを検出するトルクセンサ９４、ＥＰＳモータ８２に通電されるモータ電流を検出するＥＰＳモータ電流センサ９５、ピニオン角センサ９６、ＥＰＳモータ８２の回転角（以下、「ＥＰＳモータ回転角θem」という。）を検出するＥＰＳモータ回転角センサ９７等が接続されている。
【００４９】
ＥＰＳインバータ８７は、三相インバータであり、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されており、ＥＰＳモータ８２への通電を切り替える。ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子は、ＶＧＲＳ部３が正常であるとき、車速、操舵トルクＴｑ、モータ電流等に基づき、ＥＰＳ制御部８６によりオン／オフの切り替えが制御される。すなわち、ＥＰＳ制御部８６は、ＥＰＳインバータ８７を制御することにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御している。
【００５０】
続いて、ＶＧＲＳ制御部５６におけるＶＧＲＳモータ５２の制御処理を図１０〜図１４に基づいて説明する。
ＶＧＲＳ制御部５６におけるＶＧＲＳモータ５２の駆動制御に係る制御演算処理のメインフローを図１０に示す。
【００５１】
最初のステップＳ１００（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す）では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込む。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込む。さらにまた、ＶＧＲＳモータ回転角センサ９３により検出されるＶＧＲＳモータ回転角センサ値を読み込む。
Ｓ１１０では、ＶＧＲＳモータ回転角指令値演算処理を行う。
Ｓ１２０では、ＶＧＲＳモータ回転角制御演算処理を行う。
Ｓ１３０では、ＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値演算処理を行う。
Ｓ１４０では、Ｓ１３０で算出されたＰＷＭ指令値に基づき、ＶＧＲＳインバータ５７を構成するスイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御する。
【００５２】
ここで、Ｓ１１０におけるＶＧＲＳモータ回転角指令値演算処理を図１１に基づいて説明する。
Ｓ１１１では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込み、車両の走行速度である車速を取得する。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。なお本実施形態では、ハンドル８が右方向に操舵された場合を正とし、ハンドル８が左方向に操舵された場合を負とする。また、ディファレンシャルギア３１の作用により、ハンドル８および入力軸１０が右方向に回転するとき出力軸２０は左方向に回転し、ハンドル８および入力軸１０が左方向に回転するとき出力軸２０は右方向に回転する。そこで、出力軸２０の回転角であるピニオン角θpは、左方向への回転を正とし、右方向への回転を負とする。
【００５３】
Ｓ１１２では、Ｓ１１１にて取得された車速に基づき、増速比ｚを取得する。本実施形態では、車速と増速比ｚとの関係が、図１４に示すマップとして記憶されている。すなわち、図１４に示すように、車速が所定値よりも小さい場合、増速比ｚは、車速の増加に伴って大きくなる。また、車速が所定値以上である場合、増速比ｚは、車速の増加に伴って小さくなる。
なお、増速比ｚは、ハンドル角θhとピニオン角θpの比であり、本実施形態では、ハンドル角θhに増速比ｚを乗じることにより、出力軸２０の設定回転角が算出される。また、増速比ｚが１であるとき、ハンドル角θhとピニオン角θpとが一致する。例えば増速比が１のとき、ハンドル８側からみて入力軸１０が右方向にθx回転したとすると、出力軸２０は左方向にθx回転する、といった具合である。
【００５４】
図１１に戻り、続くＳ１１３では、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcを算出し、本処理を終了する。Ｓ１１１にて取得されたハンドル角をθh、Ｓ１１２にて取得された増速比をｚ、ウォームギア３２の減速比をｉvとすると、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcは、以下の式（１）により算出される。
θvc＝θh×（ｚ−１）×ｉv×０．５ …（１）
【００５５】
続いて、Ｓ１２０におけるＶＧＲＳモータ回転角制御演算処理を図１２に基づいて説明する。
Ｓ１２１では、図１１中のＳ１１３で算出されたＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcを取得する。また、ＶＧＲＳモータ回転角センサ９３により検出されるＶＧＲＳモータ回転角センサ値を読み込み、ＶＧＲＳモータ回転角θvmを取得する。なお、ＶＧＲＳモータ回転角θvmは、ピニオン角θpで代用してもよい。
Ｓ１２２では、角度差分値θvdを算出する。角度差分値θvdは、以下の式（２）により算出される。
θvd＝θvc−θvm …（２）
【００５６】
Ｓ１２３では、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcを算出し、本処理を終了する。なお、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcは、ＰＩ制御によりフィードバック制御される。ＶＧＲＳモータ５２における比例ゲインをＫＰvとし、積分ゲインをＫＩvとすると、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcは、以下の式（３）により算出される。
【００５７】
【数１】
【００５８】
続いて、Ｓ１３０におけるＰＷＭ指令値演算処理を図１３に基づいて説明する。
Ｓ１３１では、図１２中のＳ１２３で算出されたＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcを取得する。
Ｓ１３２では、ＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値Ｐvを算出する。バッテリ電圧をＶbとすると、ＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値Ｐvは、以下の式（４）により算出される。
Ｐv＝Ｖvc／Ｖb×１００ …（４）
【００５９】
ＶＧＲＳ制御部５６は、Ｓ１３２にて算出されたＶＧＲＳモータＰＷＭ指令値Ｐvに基づき、ＶＧＲＳインバータ５７を構成するスイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御する（図１０中のＳ１４０）。したがって、ＶＧＲＳ制御部５６は、ハンドル角θhと増速比とに基づいてＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御することにより、ハンドル角θhとピニオン角θpとの比を可変としている。これにより、ＶＧＲＳ制御部５６は、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御することにより、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を可変にしている。
【００６０】
ここで、増速比が１の場合について言及しておく。増速比が１の場合、上記式（１）で算出されるＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcは０となる。また、本実施形態のウォームギア３２は、セルフロック機能を有しているので、ウォームホイール５０の回転に伴ってウォーム５１が回転することはなく、ウォームホイール５０の回転によりウォーム５１を介してＶＧＲＳモータ５２が回転することもない。とすれば、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０のとき、すなわち増速比が１のとき、ＶＧＲＳモータ５２への通電をオフにすれば、ＶＧＲＳモータ回転角θvmは０となる。したがって、増速比が１のとき、ＶＧＲＳモータ５２への通電をオフにすることができるので、消費電力を抑えられる。
【００６１】
次に、ＶＧＲＳ部３に異常がない場合におけるＥＰＳ制御部８６におけるＥＰＳモータ８２の通常制御処理を図１５〜図１８に基づいて説明する。
ＥＰＳ制御部８６におけるＥＰＳモータ８２の駆動制御に係る制御演算処理のメインフローを図１５に示す。
最初のＳ２００では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込む。また、トルクセンサ９４のセンサ値を読み込む。さらにまた、ＥＰＳモータ電流センサ９５により検出される電流センサ値を読み込む。
【００６２】
Ｓ２１０では、ＥＰＳモータ電流指令値演算処理を行う。
Ｓ２２０では、ＥＰＳモータ電流制御演算処理を行う。
Ｓ２３０では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を行う。
Ｓ２４０では、Ｓ２３０で算出されたＰＷＭ指令値に基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。
【００６３】
ここで、Ｓ２１０におけるＥＰＳモータ電流指令値演算処理を図１６に基づいて説明する。
Ｓ２１１では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込み、車両の走行速度である車速を取得する。また、トルクセンサ９４のセンサ値を読み込み、乗員によりハンドル８が操舵されることにより生じる操舵トルクＴｑを取得する。
【００６４】
Ｓ２１２では、Ｓ２１１にて取得された車速および操舵トルクＴｑに基づき、ＥＰＳモータ電流指令値Ｉcを算出し、本処理を終了する。なお、各車速における操舵トルクＴｑとＥＰＳモータ電流指令値Ｉcとの関係は、予めマップ等に記憶されている。本実施形態では、操舵トルクＴｑとＥＰＳモータ電流指令値Ｉcとの関係が、車速ごとに図１９に示すマップとして記憶されている。すなわち、図１９に示すように、ＥＰＳモータ電流指令値Ｉcは、操舵トルクＴｑの増加に伴って大きくなる。また、操舵トルクＴｑが同じである場合、車速が大きいほど、ＥＰＳモータ電流指令値Ｉcは小さい。
【００６５】
続いて、Ｓ２２０におけるＥＰＳモータ電流指令制御演算処理を図１７に基づいて説明する。
Ｓ２２１では、図１６中のＳ２１２で算出されたＥＰＳモータ電流指令値Ｉcを取得する。また、ＥＰＳモータ電流センサ９５により検出される電流センサ値を読み込み、ＥＰＳモータ８２に通電されるＥＰＳモータ電流値Ｉmを取得する。
Ｓ２２２では、電流差分値Ｉdを算出する。電流差分値Ｉdは、以下の式（５）により算出される。
Ｉd＝Ｉc−Ｉm …（５）
【００６６】
Ｓ２２３では、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを算出し、本処理を終了する。なお、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、ＰＩ制御によりフィードバック制御される。ここで、ＥＰＳモータにおける比例ゲインをＫＰeとし、積分ゲインをＫＩeとすると、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、以下の式（６）により算出される。
【００６７】
【数２】
【００６８】
続いて、Ｓ２３０におけるＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を図１８に基づいて説明する。
Ｓ２３１では、図１７中のＳ２２３で算出されたＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを取得する。
Ｓ２３２では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeを算出する。バッテリ電圧をＶbとすると、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeは、以下の式（７）により算出される。
Ｐe＝Ｖec／Ｖb×１００ …（７）
【００６９】
ＥＰＳ制御部８６は、Ｓ２３２にて算出されたＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeに基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御することにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する（図１５中のＳ２４０）。ＥＰＳモータ８２の駆動により生じるトルクにより、運転者によるハンドル８の操舵が補助される。
【００７０】
本実施形態では、ＶＧＲＳ部３にて異常が生じた場合、ＥＰＳ部５にてハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を可変にする操舵比可変制御を行う。ここでＥＰＳ制御部８６におけるＶＧＲＳ部異常判断処理を図２０〜図２４に基づいて説明する。
【００７１】
ＶＧＲＳ部異常判断処理を図２０に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、車両走行中、所定の間隔で実行されるものとする。
Ｓ３０１では、ＶＧＲＳ部３の異常が生じているか否かを判断する。ＶＧＲＳ部３の異常の一例としては、ウォームギア３２においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が挙げられる。セルフロック失陥の検出方法については後述する。また、ＶＧＲＳ部３の異常は、ウォームギア３２のセルフロック失陥に限らず、例えばＶＧＲＳモータ５２の断線故障や、ＶＧＲＳインバータ５７の天絡故障、地絡故障、或いはスイッチング素子の故障等であってもよい。これらの故障は、公知の方法で検出することができる。ＶＧＲＳ部３に異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、Ｓ３０３へ移行する。ＶＧＲＳ部３に異常が生じていないと判断された場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、Ｓ３０２へ移行する。
Ｓ３０２では、通常制御を行う。具体的には、図１５〜図１８に基づいて説明したように、操舵トルクＴｑに基づき、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。
【００７２】
ＶＧＲＳ部３に異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）に移行するＳ３０３では、ハンドル角θhに基づき、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。すなわち、ＶＧＲＳ部３にて異常が生じている場合、ＥＰＳモータ８２の制御を、操舵トルクＴｑに基づく制御からハンドル角θhに基づく制御に切り替える。なお、このとき、ＶＧＲＳ制御部５６によるＶＧＲＳモータ５２の駆動制御を行わず、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を停止する。
【００７３】
ここで、Ｓ３０３にて実行されるＶＧＲＳ部３にて異常が生じている場合におけるＥＰＳモータ８２の制御処理を図２１〜図２４に基づいて説明する。まず、ＶＧＲＳ部異常時制御処理のメインフローを図２１に示す。
Ｓ４００では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込む。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込む。さらにまた、ＥＰＳモータ回転角センサ９７により検出されるＥＰＳモータ回転角センサ値を読み込む。
Ｓ４１０では、ＥＰＳモータ回転角指令値演算処理を行う。
Ｓ４２０では、ＥＰＳモータ回転角制御演算処理を行う。
Ｓ４３０では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値演算処理を行う。
Ｓ４４０では、Ｓ４３０で算出されたＰＷＭ指令値に基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。
【００７４】
ここで、Ｓ４１０におけるＥＰＳモータ回転角指令値演算処理を図２２に基づいて説明する。
Ｓ４１１では、車速センサ９１により検出される車速センサ値を読み込み、車両の走行速度である車速を取得する。また、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。
Ｓ４１２では、Ｓ４１１にて取得された車速に基づき、増速比ｚを取得する。増速比ｚは、図１４にて説明したマップとして記憶されている。
Ｓ４１３では、ＥＰＳモータ回転角指令値θecを算出し、本処理を終了する。Ｓ４１１にて取得されたハンドル角をθh、Ｓ４１２にて取得された増速比をｚ、ＥＰＳウォームホイール８０およびＥＰＳウォーム８１における減速比をｉeとすると、ＥＰＳモータ回転角指令値θecは、以下の式（８）により算出される。
θec＝θh×（ｚ−１）×ｉe×０．５ …（８）
【００７５】
続いて、Ｓ４２０におけるＥＰＳモータ回転角制御演算処理を図２３に基づいて説明する。
Ｓ４２１では、図２２中のＳ４１３で算出されるＥＰＳモータ回転角指令値θecを取得する。また、ＥＰＳモータ回転角センサ９７により検出されるＥＰＳモータ回転角センサ値を読み込み、ＥＰＳモータ回転角θemを取得する。なお、ＥＰＳモータ回転角θemは、ピニオン角θpで代用してもよい。
Ｓ４２２では、角度差分値θedを算出する。角度差分値θedは、以下の式（９）により算出される。
θed＝θec−θem …（９）
【００７６】
Ｓ４２３では、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを算出し、本処理を終了する。なお、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、ＰＩ制御によりフィードバック制御される。ＥＰＳモータ５２における比例ゲインをＫＰe2、積分ゲインをＫＩe2とすると、ＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecは、以下の式（１０）により算出される。
【００７７】
【数３】
【００７８】
続いて、Ｓ４３０におけるＰＷＭ指令値演算処理を図２４に基づいて説明する。
Ｓ４３１では、図２３中のＳ４２３で算出されたＥＰＳモータ電圧指令値Ｖecを取得する。
Ｓ４３２では、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeを算出する。バッテリ電圧をＶbとすると、ＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeは、上記式（７）と同様の式にて算出される。
【００７９】
ＶＧＲＳ部３に異常が生じている場合、ＥＰＳ制御部８６は、Ｓ４２３にて算出されたＥＰＳモータＰＷＭ指令値Ｐeに基づき、ＥＰＳインバータ８７を構成するスイッチング素子のオン／オフのタイミングを制御することにより、ＥＰＳモータ８２の駆動を制御する（図２１中のＳ４４０）。これにより、ハンドル８の操舵したときの手応えは作り出せないものの、ＶＧＲＳ部３に異常が生じる前後で、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が変わらないので、運転者に与える違和感が低減される。
【００８０】
ここで、ＶＧＲＳ部３のウォームギア３２におけるセルフロック失陥の検出処理（１）〜（５）を図２５〜図２９に基づいて説明しておく。セルフロック失陥検出処理（１）〜（５）は、１つの処理のみを実行してもよいし、複数の処理を並行して実行してもよい。セルフロック失陥検出処理は、ＶＧＲＳ制御部５６において、車両走行中、所定の間隔で実行されるものとする。
【００８１】
＜セルフロック失陥検出処理（１）＞
セルフロック失陥検出処理（１）は、増速比が１のとき、セルフロックが正常であれば、ＶＧＲＳモータ５２の電圧指令値が０となり、ＶＧＲＳモータ５２の回転角が０となることを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（１）を図２５に基づいて説明する。
【００８２】
Ｓ５１１では、ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフされているか否かを判断する。なお、ノイズの影響などもあるためオフ判定についてはＶＧＲＳモータへの通電電圧の絶対値が所定値以下であるか否かで判定しても良い。ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフされていないと判断された場合（Ｓ５１１：ＮＯ）、Ｓ５１２〜Ｓ５１６の処理を行わない。ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフされていると判断された場合（Ｓ５１１：ＹＥＳ）、Ｓ５１２へ移行する。
【００８３】
Ｓ５１２では、ＶＧＲＳモータ回転角センサ９３により検出されるＶＧＲＳモータ回転角センサ値を読み込み、ＶＧＲＳモータ回転角θvmを取得する。
Ｓ５１３では、取得したＶＧＲＳモータ回転角θvmが０でないか否かを判断する。ＶＧＲＳモータ回転角が０であると判断された場合（Ｓ５１３：ＮＯ）、Ｓ５１６へ移行する。ＶＧＲＳモータ回転角θvmが０ではないと判断された場合（Ｓ５１３：ＹＥＳ）、Ｓ５１４へ移行する。
【００８４】
Ｓ５１４では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５１４：ＮＯ）、Ｓ５１１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５１４：ＹＥＳ）、Ｓ５１５へ移行する。
Ｓ５１５では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【００８５】
ＶＧＲＳモータ５２への通電がオフであり（Ｓ５１１：ＹＥＳ）、ＶＧＲＳモータ回転角が０であると判断された場合（Ｓ５１３：ＮＯ）に移行するＳ５１６では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５１４に係る処理を行わず、Ｓ５１３にて肯定判断された場合、Ｓ５１５へ移行するようにしてもよい。
【００８６】
＜セルフロック失陥検出処理（２）＞
セルフロック失陥検出処理（２）は、増速比が１のとき、セルフロックが正常であれば、ＶＧＲＳモータ５２のモータ回転角指令値θvcが０となり、ＶＧＲＳモータ５２の電圧指令値Ｖvcが０となることを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（２）を図２６に基づいて説明する。
【００８７】
Ｓ５２１では、ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０か否かを判断する。ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcは、図１１中のＳ１１３と同様に算出される。ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０でないと判断された場合（Ｓ５２１：ＮＯ）、Ｓ５２２〜Ｓ５２５の処理を行わない。ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０であると判断された場合（Ｓ５２１：ＮＯ）、Ｓ５２２へ移行する。
【００８８】
Ｓ５２２では、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０か否かを判断する。ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcは、図１２中のＳ１２３と同様に算出される。ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０であると判断された場合（Ｓ５２２：ＮＯ）、Ｓ５２５へ移行する。ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０でないと判断された場合（Ｓ５２２：ＹＥＳ）、Ｓ５２３へ移行する。
【００８９】
Ｓ５２３では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５２３：ＮＯ）、Ｓ５２１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５２３：ＹＥＳ）、Ｓ５２４へ移行する。
Ｓ５２４では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【００９０】
ＶＧＲＳモータ回転角指令値θvcが０であり（Ｓ５２１：ＹＥＳ）、ＶＧＲＳモータ電圧指令値Ｖvcが０であると判断された場合（Ｓ５２２：ＮＯ）に移行するＳ５２５では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５２３に係る処理を行わず、Ｓ５２２にて肯定判断された場合、Ｓ５２４へ移行するようにしてもよい。
【００９１】
＜セルフロック失陥検出処理（３）＞
セルフロック失陥検出処理（３）は、セルフロックが正常であれば、ハンドル角θhに増速比ｚを乗じた値である設定回転角と、ピニオン角θpとが一致することを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（３）を図２７に基づいて説明する。
【００９２】
Ｓ５３１では、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。また、ピニオン角センサ９６により検出されるピニオン角センサ値を読み込み、ピニオン角θpを取得する。さらにまた、車速に基づき、増速比ｚを取得する。なお、ピニオン角θpは、ＶＧＲＳモータ回転角θvmから推定するように構成してもよい。
【００９３】
Ｓ５３２では、取得されたハンドル角θhに増速比ｚを乗じ、設定回転角を算出する。そして、算出された設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０でないか否かを判断する。設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０であると判断された場合（Ｓ５３２：ＮＯ）、すなわち設定回転角とピニオン角θpとが一致する場合、Ｓ５３５へ移行する。設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０でないと判断された場合（Ｓ５３２：ＹＥＳ）、すなわち設定回転角とピニオン角θpとが一致しない場合、Ｓ５３３へ移行する
【００９４】
Ｓ５３３では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５３３：ＮＯ）、Ｓ５３１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５３３：ＹＥＳ）、Ｓ５３４へ移行する。
Ｓ５３４では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【００９５】
設定回転角からピニオン角θpを減じた値が０であると判断された場合（Ｓ５３２：ＮＯ）に移行するＳ５３５では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５３３に係る処理を行わず、Ｓ５３２にて肯定判断された場合、Ｓ５３４へ移行するようにしてもよい。
【００９６】
＜セルフロック失陥検出処理（４）＞
ウォームギア３２のセルフロックが正常であれば、ハンドル８を操舵したとき、出力軸２０側へトルクが伝達され、トルクセンサ９４によりトルクが検出される。一方、セルフロック失陥が生じ、ハンドル８が空転すると、出力軸２０側へトルクが伝達されず、トルクセンサ９４によりトルクが検出されない。そこでセルフロック失陥検出処理（４）では、これを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（４）を図２８に基づいて説明する。
【００９７】
Ｓ５４１では、ハンドル８が回転中か否かを判断する。ハンドル８が回転中でないと判断された場合（Ｓ５４１：ＮＯ）、Ｓ５４２〜Ｓ５４６の処理を行わない。ハンドル８が回転中であると判断された場合（Ｓ５４１：ＹＥＳ）、Ｓ５４２へ移行する。
Ｓ５４２では、トルクセンサ９４により検出されるセンサ値を読み込み、ハンドル８の操舵により生じる操舵トルクＴｑを取得する。
【００９８】
Ｓ５４３では、取得された操舵トルクＴｑが略０か否かを判断する。操舵トルクＴｑが略０でないと判断された場合（Ｓ５４３：ＮＯ）、Ｓ５４６へ移行する。操舵トルクＴｑが略０であると判断された場合（Ｓ５４３：ＹＥＳ）、Ｓ５４４へ移行する。
【００９９】
Ｓ５４４では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５４４：ＮＯ）、Ｓ５４１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５４４：ＹＥＳ）、Ｓ５４５へ移行する。
Ｓ５４５では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【０１００】
ハンドル８が回転中であって（Ｓ５４１：ＹＥＳ）、操舵トルクＴｑが０でない場合（Ｓ５４３：ＮＯ）に移行するＳ５４６では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５４４に係る処理を行わず、Ｓ５４３にて肯定判断された場合、Ｓ５４５へ移行するようにしてもよい。
【０１０１】
＜セルフロック失陥検出処理（５）＞
ウォームギア３２のセルフロックが正常であれば、ハンドル８は空転しないので、車両が直進中である場合、ハンドル角θhは０となる。一方、セルフロック失陥が生じ、ハンドル８が空転すると、車両が直進中のときのハンドル角θhが０からずれる。そこでセルフロック失陥検出処理（５）では、これを利用してセルフロック失陥を検出する。ここで、セルフロック失陥検出処理（５）を図２９に基づいて説明する。
【０１０２】
Ｓ５５１では、車両が直進中か否かを判断する。車両が直進中か否かは、公知の方法で判断できる。例えば、４つの車輪の車輪速差が少ない場合、車両が直進中であると判断できる。また例えばヨーレートセンサ（Ｙａｗセンサ）や加速度センサ（Ｇセンサ）の検出値が０である場合、車両が直進中であると判断できる。車両が直進中でないと判断された場合（Ｓ５５１：ＮＯ）、Ｓ５５２〜Ｓ５５６の処理を行わない。車両が直進中であると判断された場合（Ｓ５５１：ＹＥＳ）、Ｓ５５２へ移行する。
Ｓ５５２では、ハンドル角センサ９２により検出されるハンドル角センサ値を読み込み、ハンドル角θhを取得する。
【０１０３】
Ｓ５５３では、ハンドル角θhが０でないか否かを判断する。ハンドル角θhが０であると判断された場合（Ｓ５５３：ＮＯ）、Ｓ５５６へ移行する。ハンドル角θhが０でないと判断された場合（Ｓ５５３：ＹＥＳ）、Ｓ５５４へ移行する。
【０１０４】
Ｓ５５４では、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合（Ｓ５５４：ＮＯ）、Ｓ５５１へ戻る。所定時間が経過したと判断された場合（Ｓ５５４：ＹＥＳ）、Ｓ５５５へ移行する。
Ｓ５５５では、ウォームギア３２においてセルフロック機能に異常が生じているので、セルフロック失陥フラグをオンにする。
【０１０５】
車両が直進中であって（Ｓ５５１：ＹＥＳ）、ハンドル角θhが０の場合（Ｓ５５３：ＮＯ）に移行するＳ５５６では、ウォームギア３２のセルフロック機能は正常であるので、セルフロック失陥フラグをオフにする。
なお、Ｓ５５４に係る処理を行わず、Ｓ５５３にて肯定判断された場合、Ｓ５５５へ移行するようにしてもよい。
【０１０６】
また、図２５中のＳ５１４、図２６中のＳ５２３、図２７中のＳ５３３、図２８中のＳ５４４、および図２９中のＳ５５４では、所定時間の経過を判断したが、それぞれの所定時間は任意に設定可能であり、処理毎に同じ時間であってもよいし、異なる時間であってもよい。また、セルフロック失陥検出処理（１）〜（５）において、該当する値が０か否かの判断を行う場合、ノイズ等の影響を考慮し、該当する値の絶対値が所定値以下である場合、０と判断するように構成してもよい。
本実施形態では、セルフロック失陥フラグがセットされている場合、ウォームギア３２にてセルフロック失陥が生じているので、図２０中のＳ３０１にて肯定判断し、Ｓ３０３へ移行する。
【０１０７】
従来のロック機構は、例えばロックピンをソレノイド等で駆動しているため、当該ソレノイドを監視することによりロック機構の異常を容易に検出することができる。一方、本実施形態のロック機構は、ウォームギア３２におけるセルフロックであるため、ソレノイド等の監視によりロック機構の異常を検出することができないが、上記セルフロック失陥検出処理（１）〜（５）のうち、少なくとも１つの処理を実行することにより、ウォームギア３２におけるセルフロック失陥を適切に検出することができる。
【０１０８】
以上詳述したように、操舵制御装置１では、入力軸１０は、乗員により操舵されるハンドル８に連結可能である。出力軸２０は、入力軸１０と相対回転可能に設けられ、ハンドル８に加えられた操舵力を操舵輪７側へ伝達するトルク伝達経路をなす。ＶＧＲＳ部３は、入力軸１０の回転を出力軸２０側へ伝達する歯車機構３０および歯車機構３０のウォーム５１を駆動するＶＧＲＳモータ５２を有し、ハンドル８が操舵された角度であるハンドル角θhと出力軸２０の回転角であるピニオン角θpとの比を可変にする。ＥＰＳ部５は、ＥＰＳモータ８２を有し、ＥＰＳモータ８２を駆動することで生じるトルクにより乗員によるハンドル８の操舵を補助する。
【０１０９】
ＶＧＲＳ制御部５６は、ハンドル角θhを取得し（図１１中のＳ１１１）、ハンドル角θhとピニオン角θpの比である増速比ｚを決定する（Ｓ１１２）。また、ＶＧＲＳ制御部５６は、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づき、ＶＧＲＳモータ５２の駆動を制御する（図１０中のＳ１４０）。これにより、ハンドル角θhに対するピニオン角θpおよび操舵輪７の舵角が可変となる。また、ＥＰＳ制御部８６は、ＶＧＲＳ部３に異常が生じているか否かを判断し（図２０中のＳ３０１）、異常が生じていると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角がＶＧＲＳ部３に異常が生じていない場合と一致するように、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータ８２の駆動を制御する（Ｓ３０３）。すなわち、本実施形態では、ＶＧＲＳ部３に異常が生じた場合、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータ８２の駆動を制御することにより、ＥＰＳ部５にてハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を可変にする操舵比可変制御を行う。これにより、ＶＧＲＳ部３の異常時に操舵輪７の舵角を適切に制御することができる。また、ＶＧＲＳ部３に異常が生じた場合であっても、異常が生じる前後で、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が変わらないので、ハンドル角θhに対する車両の動き（ヨーレート、車両の走行軌跡等）が変わらず、車両操作における違和感を低減することができる。なお、本実施形態ではＶＧＲＳ部３の異常前後で制御方式を変更することでプログラムが増加し、高価なマイコンを必要とすることがないよう図１４における車速と増速比との関係を変えていないが、運転者に異常であることを感じてもらうべくＶＧＲＳ部３が異常前後で図１４における車速と増速比との関係を変更しても良い。すなわち、ＶＧＲＳ部３の異常前後でハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が変わるようにしてもよい。例えば車速と増速比の関係を図１４の形はそのままで増速比の大きさを一律７０％とすることでＥＰＳアクチュエータへの過度な負担を負わせることを抑制しつつ、速いハンドル操作をしても車の動きが緩慢になるため運転者が正常時と同じ運転をすることを防ぐことが出来る。以上異常時の実施形態についてはなんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【０１１０】
歯車機構３０は、ＶＧＲＳモータ５２により回転駆動されるウォーム５１、および、ウォーム５１に噛み合うウォームホイール５０を有し、ウォーム５１の回転によりウォームホイール５０は回転するが、ウォームホイール５０の回転によりウォーム５１は回転しないようにセルフロック可能なリード角θ１が設定されている。これにより、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角を固定するためのロック機構を歯車機構３０と別途に設ける必要がないので、装置全体を小型化することができる。
【０１１１】
ところで、ウォームギア３２においてセルフロック失陥が生じた場合、出力軸２０側へトルクが伝達されず、ハンドル８が空転する虞がある。そこで本実施形態では、歯車機構３０においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が生じている場合、ＶＧＲＳ部３に異常が生じていると判断する（図２０中のＳ３０１：ＹＥＳ）。これにより、ウォームギア３２においてセルフロック失陥が生じている場合には、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてＥＰＳモータ８２の駆動を制御するので、セルフロック失陥時においてもハンドル８の空転が抑制され、安全性が向上する。
【０１１２】
また、トルク伝達経路は、入力軸１０および出力軸２０を有するコラム軸２、およびコラム軸２の回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構６からなる。ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、コラム軸２に設けられる。さらにまた、ＶＧＲＳ部３およびＥＰＳ部５は、一体にモジュール化されている。これにより、装置全体を小型化することができ、従来、搭載スペースの制約が大きく、ＶＧＲＳ装置の適用が困難であった小型車にも搭載することが可能になる。
【０１１３】
なお本実施形態では、ＶＧＲＳ制御部５６が「操舵角取得手段」、「増速比決定手段」、および「駆動制御手段」を構成し、ＥＰＳ制御部８６が「異常判断手段」および「代替制御手段」を構成する。また、図１１中のＳ１１１が「操舵角取得手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１１２が「増速比取得手段」の機能としての処理に相当し、図１０中のＳ１４０が「駆動制御手段」の機能としての処理に相当する。さらにまた、図２０中のＳ３０１が「異常判断手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ３０３が「代替制御手段」の機能としての処理に相当する。なお、ＥＰＳ制御部８６が「操舵角取得手段」および「増速比決定手段」を構成してもよいし、ＶＧＲＳ制御部５６が「異常判断手段」を構成してもよい。
【０１１４】
また、ＶＧＲＳ制御部５６とＥＰＳ制御部８６とを別々に設けず、１つの制御部によりＶＧＲＳインバータ５７およびＥＰＳインバータ８７を制御するように構成してもよい。この場合、当該制御部が、図１０〜図２９に示す処理を実行し、ＶＧＲＳインバータ５７およびＥＰＳインバータ８７を制御することにより、ＶＧＲＳモータ５２およびＥＰＳモータ８２の駆動を制御する。またこの場合、当該制御部が、「操舵角取得手段」、「増速比決定手段」、「駆動制御手段」、「異常判断手段」、「代替制御手段」を構成する。
【０１１５】
（他の実施形態）
上記実施形態では、ＶＧＲＳ部およびＥＰＳ部は、一体にモジュール化されてコラム軸に設けられていた。他の実施形態では、ＶＧＲＳ部とＥＰＳ部とは、一体にモジュール化されていなくてもよい。また、ＶＧＲＳ部をコラム軸に設け、ＥＰＳ部をラック軸（ステアリングラックバー）に設ける、といった具合に、別々の場所に設けてもよい。なお、ＥＰＳ部をラック軸に設ける場合、ＶＧＲＳ部異常時には、ハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角が、ＶＧＲＳ部に異常がない場合におけるハンドル角θhに対する操舵輪７の舵角と一致するように、ハンドル角θhおよび増速比ｚに基づいてラック軸の移動量を算出し、算出された移動量となるようにＥＰＳモータの駆動を制御する。
【０１１６】
また、上記実施形態では、ウォームギアにおいてセルフロック可能なリード角が設定されていた。他の実施形態では、ウォームギアがセルフロック機能を持たず、歯車機構と別途に、例えばロックピンと係止部材とからなるロック機構を有してもよい。また、ＶＧＲＳモータ５２のトルクにより操舵比を固定するように構成してもよい。また、ロック機構を有する場合、例えばロックピンの破損等によりロック機構に異常が生じた場合、ＶＧＲＳ部に異常が生じている、と判断してもよい。
さらにまた、ＶＧＲＳ部に異常が生じている場合であっても、ＶＧＲＳ部により操舵比可変処理を継続可能である場合には、ＶＧＲＳ部により操舵比可変処理を継続してもよい。この場合、異常判断手段は、ＶＧＲＳ部により操舵比可変処理を継続できない場合、操舵比可変部に異常が生じている、と判断するようにしてもよい。
【０１１７】
上記実施形態の操舵制御装置では、ラックアンドピニオン機構は、左右の操舵輪の回転中心を結ぶ直線よりも車両後方側に設けられていた。ここで、他の実施形態における操舵制御装置を図３０に示す。なお、上記実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図３０に示す操舵システム２００のように、ラックアンドピニオン機構６は、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌよりも車両前方側に設けてもよい。図３０に示す例において、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａは、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くなっている。
【０１１８】
図３０に示す例においても、入力軸１０と出力軸２０との間に設けられるディファレンシャルギアの作用により出力軸２０は入力軸１０の回転方向と反対方向に回転するので、ハンドル８が左方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が右回りに回転し、ステアリングラックバー６１は左方向に移動し、車両が左方向へ進行するように操舵輪７の舵角が変更される。
また、ハンドル８が右方向に操舵されると、ユニバーサルジョイント９側から見てステアリングピニオン６０が左回りに回転し、ステアリングラックバー６１は右方向に移動し、車両が右方向に進行するように操舵輪７の舵角が変更される。
【０１１９】
このように、上記実施形態と同様、左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングピニオン６０との間の距離Ａを左右の操舵輪７の回転中心を結ぶ直線Ｌとステアリングラックバー６１との距離Ｂよりも長くする、すなわちＡ＞Ｂとすることにより、出力軸２０、シャフト２４、およびステアリングピニオン６０の回転方向とは反対方向に操舵輪７が操舵され、ハンドル８の回転方向と操舵輪７の舵角の向きを整合させている。
【０１２０】
上記実施形態では、ウォームホイールの歯筋は回転軸に対して傾斜して形成されていた。他の実施形態では、ウォームホイールの歯筋を回転軸に対して傾斜しなくてもよい。ここで、他の実施形態によるウォームギアを図３１〜図３４に示す。なお、図３１は、ウォームギア２３２を示す図であって、図４と対応する図である。また、図３２は図３１のＲ方向矢視図であり、図３３は図３１のＳ方向矢視図であり、図３４は図３１のＴ−Ｔ線断面図である。
この例では、ウォームギア２３２のウォームホイール２５０とウォーム２５１とは、ウォームホイール２５０の回転軸Ｐ３に垂直な平面Ｑ３と、ウォーム２５１の回転軸Ｐ４とのなす角がθ２となるように傾斜して配置される。この傾斜角θ２は、ウォーム２５１のリード角θ３と実質的に同一の角度である。このリード角θ３をセルフロック可能な角度に設定することにより、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【０１２１】
また、この例では、ウォームホイール２５０の歯筋は、ウォームホイール２５０の回転軸Ｐ３と平行に形成されている。したがって、ウォームホイール２５０の歯とウォーム２５１の歯との接触面は、ウォームホイール２５０の回転軸Ｐ３と平行になる。これにより、ウォーム２５１からウォームホイール２５０へ動力が伝達されるとき、ウォームホイール２５０にスラスト方向の荷重が発生するのを抑制でき、ウォーム２５１とウォームホイール２５０との噛み合い位置を確実に維持することができる。
【０１２２】
なお、この例においてウォームホイール２５０を樹脂により形成する場合、筒状に形成される抜き型の径方向内側に切削用の刃を設け、この抜き型を回転軸Ｐ３方向に移動することにより、ウォームホイール２５０を容易に形成可能である。したがって、ウォームホイール２５０の歯を個別に形成する歯切り加工が不要となり、製造コストを低減することができる。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１・・・操舵制御装置
２・・・コラム軸
３・・・操舵比可変部
５・・・電動パワーステアリング部
６・・・ラックアンドピニオン機構
７・・・操舵輪
８・・・ハンドル（操舵部材）
１０・・・入力軸
１１・・・入力ギア
２０・・・出力軸
２３・・・出力ギア
３０・・・歯車機構
３１・・・ディファレンシャルギア
３２・・・ウォームギア
４１・・・ピニオンギア
５０・・・ウォームホイール
５１・・・ウォーム
５２・・・ＶＧＲＳモータ（第１のモータ）
５５・・・ＶＧＲＳ ＥＣＵ
５６・・・ＶＧＲＳ制御部（操舵角取得手段、増速比決定手段、駆動制御手段）
８２・・・ＥＰＳモータ（第２のモータ）
８５・・・ＥＰＳ ＥＣＵ
８６・・・ＥＰＳ制御部（異常判断手段、代替制御手段）
１００・・・操舵システム
２００・・・操舵システム
２３２・・・ウォームギア
２５０・・・ウォームホイール
２５１・・・ウォーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗員により操舵される操舵部材に連結可能な入力軸と、
前記入力軸と相対回転可能に設けられ、前記操舵部材に加えられた操舵力を操舵輪側へ伝達するトルク伝達経路をなす出力軸と、
前記入力軸の回転を前記出力軸へ伝達する歯車機構および前記歯車機構を駆動する第１のモータを有し、前記操舵部材が操舵された角度である操舵角と前記出力軸の回転角との比を可変にする操舵比可変部と、
第２のモータを有し、前記第２のモータを駆動することで生じるトルクにより乗員による前記操舵部材の操舵を補助するパワーステアリング部と、
前記操舵角を取得する操舵角取得手段と、
前記操舵角と前記出力軸の回転角との比である増速比を決定する増速比決定手段と、
前記操舵角取得手段により取得された前記操舵角、および、前記増速比決定手段により決定された前記増速比に基づき、前記第１のモータの駆動を制御する駆動制御手段と、
前記操舵比可変部に異常が生じているか否かを判断する異常判断手段と、
前記異常判断手段により前記操舵比可変部に異常が生じていると判断された場合、前記操舵角および前記増速比に基づいて前記第２のモータの駆動を制御する代替制御手段と、
を備えることを特徴とする操舵制御装置。
【請求項２】
前記歯車機構は、前記第１のモータにより駆動されるウォーム、および前記ウォームに噛み合うウォームホイールを有し、前記ウォームの回転により前記ウォームホイールは回転するが、前記ウォームホイールの回転により前記ウォームは回転しないようにセルフロック可能なリード角が設定されることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項３】
前記異常判断手段は、前記歯車機構においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が生じている場合、前記操舵比可変部に異常が生じていると判断することを特徴とする請求項２に記載の操舵制御装置。
【請求項４】
前記トルク伝達経路は、前記入力軸および前記出力軸を有するコラム軸、および前記コラム軸の回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構からなり、
前記操舵比可変部および前記パワーステアリング部は、前記コラム軸に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵制御装置。
【請求項５】
前記操舵比可変部および前記パワーステアリング部は、一体にモジュール化されていることを特徴とする請求項４に記載の操舵制御装置。
【請求項１】
乗員により操舵される操舵部材に連結可能な入力軸と、
前記入力軸と相対回転可能に設けられ、前記操舵部材に加えられた操舵力を操舵輪側へ伝達するトルク伝達経路をなす出力軸と、
前記入力軸の回転を前記出力軸へ伝達する歯車機構および前記歯車機構を駆動する第１のモータを有し、前記操舵部材が操舵された角度である操舵角と前記出力軸の回転角との比を可変にする操舵比可変部と、
第２のモータを有し、前記第２のモータを駆動することで生じるトルクにより乗員による前記操舵部材の操舵を補助するパワーステアリング部と、
前記操舵角を取得する操舵角取得手段と、
前記操舵角と前記出力軸の回転角との比である増速比を決定する増速比決定手段と、
前記操舵角取得手段により取得された前記操舵角、および、前記増速比決定手段により決定された前記増速比に基づき、前記第１のモータの駆動を制御する駆動制御手段と、
前記操舵比可変部に異常が生じているか否かを判断する異常判断手段と、
前記異常判断手段により前記操舵比可変部に異常が生じていると判断された場合、前記操舵角および前記増速比に基づいて前記第２のモータの駆動を制御する代替制御手段と、
を備えることを特徴とする操舵制御装置。
【請求項２】
前記歯車機構は、前記第１のモータにより駆動されるウォーム、および前記ウォームに噛み合うウォームホイールを有し、前記ウォームの回転により前記ウォームホイールは回転するが、前記ウォームホイールの回転により前記ウォームは回転しないようにセルフロック可能なリード角が設定されることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項３】
前記異常判断手段は、前記歯車機構においてセルフロック不能となるセルフロック失陥が生じている場合、前記操舵比可変部に異常が生じていると判断することを特徴とする請求項２に記載の操舵制御装置。
【請求項４】
前記トルク伝達経路は、前記入力軸および前記出力軸を有するコラム軸、および前記コラム軸の回転運動を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構からなり、
前記操舵比可変部および前記パワーステアリング部は、前記コラム軸に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵制御装置。
【請求項５】
前記操舵比可変部および前記パワーステアリング部は、一体にモジュール化されていることを特徴とする請求項４に記載の操舵制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２０１２−４０９４８（Ｐ２０１２−４０９４８Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３９５２（Ｐ２０１０−１８３９５２）
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
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