(57)【要約】【課題】伝達比可変ユニットのモータ類の異常ないし故障の可能性を事前に予測し、その可能性が高い場合は、その伝達比可変ユニットが実際に異常ないし故障状態にあるかどうかに拘わらず、ロック装置を作動させることができる伝達比可変ユニットを備えた車両用操舵装置を提供する。【解決手段】伝達比可変ユニットを駆動するモータ及び／又は給電ケーブル（以下モータ類という）が電流通電により過熱状態になったかどうかを検出するモータ類過熱検出手段と、そのモータ類過熱検出手段がそのモータ類の過熱を検出又は推定したとき、前記ハンドル軸とモータ出力軸とを機械的に直結して固定化し、伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させるロック装置とを含む。【選択図】　図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系に伝達比を可変にする、モータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を所定の要素に応じて制御する車両用操舵装置において、
前記伝達比可変ユニットを駆動するモータ及び／又は給電ケーブル（以下モータ類という）が電流通電により過熱状態になったかどうかを検出するモータ類過熱検出手段と、
そのモータ類過熱検出手段がそのモータ類の過熱を検出又は推定したとき、前記ハンドル軸とモータ出力軸とを機械的に直結して固定化し、伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させるロック装置と、
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記モータ類過熱検出手段は、前記モータ類への電流量で過熱状態かどうかを判断するモータ類電流判定手段である請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記モータ類電流判定手段は、大電流域では電流センサによる電流値をもってモータ類電流を求め、小電流域ではモータの回転数とトルクの関係を定めたモータＮＴ特性からモータ回転数に基づいてモータ類電流を推定するものである請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記モータ類電流判定手段は、予め記憶されている電流のしきい値と、前記電流センサ又は別途設けられた電流センサの測定値とを比較し、その測定値が前記しきい値より大きい場合は、その電流測定値をモータ類への電流値として採用し、前記測定値がそのしきい値より小さい場合は、その電流測定値をモータ類への電流値として採用せず、これに代えてモータの回転数とトルクの関係を定めたモータＮＴ特性からモータ回転数に基づいて電流値を推定し、その電流値をモータ類への電流値として採用してモータ類の過熱を判定する請求項３に記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記モータ電流判定手段は、シャント抵抗からシャント電流を求め、それをデューティー比に基づいて平均化して得た前記電流センサの電流測定値を、前記大電流領域における又は前記しきい値より大きな電流領域における前記モータ類への電流値として採用してモータ類の過熱を判定する請求項３又は４に記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
前記モータ電流判定手段は、シャント抵抗からシャント電流を求め、それをデューティー比に基づいて平均化して得た前記電流センサの電流測定値と、モータの回転数とトルクの関係を定めたモータＮＴ特性からモータ回転数に基づいて求めた推定電流値とを比較し、両者のうち小さい方の電流値を前記モータ類への電流値として採用してモータ類の過熱を判定する請求項３又は４に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵装置、特に自動車用の操舵装置において、近年、その更なる高機能化の一端として、操舵ハンドルの操作角（ハンドル操作角）と車輪操舵角とを１：１比率に固定せず、ハンドル操作角の車輪操舵角への変換比（舵角変換比）を車両の運転状態に応じて可変とした、いわゆる可変舵角変換比機構を搭載したものが開発されている。つまり、操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、その伝達比を所定の要素に応じて制御するものである。
【０００３】
伝達比可変ユニットの出力軸と車輪操舵軸とが連結されていることにより、ハンドルの回転操作によるハンドル軸の回転量は、伝達比可変ユニットのモータが非作動の場合はそのまま伝達比１：１で車輪操舵軸に伝達されるが、そのモータが駆動されることで伝達比可変ユニットの出力軸が回転することにより、その回転量に比例して加算された回転量が車輪操舵軸に伝達され、比較的少ないハンドル操作で、より大きな操舵角が得られる。所定の要素（主に車両の運転状態）としては、例えば、車両速度（車速）を例示でき、高速運転時においては舵角変換比（伝達比）を小さくすることにより、ハンドル操作角の増加に対して操舵角が急激に大きくならないようにすれば、高速走行の安定化を図ることができる。他方、低速走行時には、逆に舵角変換比（伝達比）を大きくすることで、タイヤを一杯まで切るのに必要なハンドルの回転数を減少させることができ、車庫入れや縦列駐車あるいは幅寄せなど、操舵角の大きい運転操作を楽に行なうことができる。
【０００４】
舵角変換比（伝達比）を可変化する機構としては、例えば特開平１１−３３４６０４号公報に開示されているように、ハンドル軸と車輪操舵軸とを、ギア比が可変な歯車式伝達部にて直結したタイプのものがあるが、この構成は、歯車式伝達部のギア比変更機構が複雑になる欠点がある。そこで、ハンドル軸と車輪操舵軸とを分離し、モータ等のアクチュエータにより車輪操舵軸を回転駆動するタイプのものが、例えば特開平１１−３３４６２８号公報等に提案されている。具体的には、角度検出部が検出するハンドル操作角と車両運転状態とに応じて定まる舵角変換比とに基づいて、コンピュータ処理により最終的に必要な車輪操舵角を演算し、その演算された車輪操舵角が得られるように、ハンドル軸から機械的に切り離された車輪操舵軸をアクチュエータ（モータ）により回転駆動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような操舵制御方式においては、自動車運転中になされる頻繁なハンドル操作により、車輪操舵軸の回転動作を司るモータの駆動頻度が非常に高くなる。従って、このモータを長期にわたって安定に作動させることが、この種の操舵制御方式を採用する自動車のメンテナンス性を向上させる上で重要である。例えば、過負荷等による過電流状態が長時間続くと、モータの性能劣化につながりやすくなる。
上記の伝達比可変ユニットにおいて、過電流状態が続くことによるモータ自体の故障や、モータへの通電が例えばＣＰＵの故障等により正常に行われなくなると、予定されている伝達比制御が実行されなくなるおそれがあるので、その場合は、ハンドル軸と車輪操舵軸とを伝達比１：１で機械的に直結されるように固定して、伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させる（無効化する）メカニカルロック装置を備えたものが提案されている。
このように伝達比可変ユニットの故障（異常）が生じた場合にメカニカルロック（メカロック）をかけることは、伝達比可変機能を備えた操舵装置のセーフティシステムとして評価できることは言うまでもないが、伝達比可変ユニットの故障（異常）が生じる前に、その故障ないし異常発生を予測し、早めにメカニカルロック機能を生じさせることができれば、伝達比可変ユニットの安全性又は信頼性を高める上でいっそう好ましいと言える。
【０００６】
本発明の課題は、伝達比可変ユニットの異常ないし故障の可能性を事前に予測し、その可能性が高い場合は、伝達比可変ユニットが実際に異常ないし故障状態にあるかどうかに拘わらず、メカニカルロック装置を作動させることができる伝達比可変ユニットを備えた車両用操舵装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
この発明は、操舵ハンドルのハンドル軸と車輪操舵軸とを連結する操舵伝達系に伝達比を可変にする、モータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、その伝達比を所定の要素に応じて制御する車両用操舵装置において、
前記伝達比可変ユニットを駆動するモータ及び／又は給電ケーブル（以下モータ類という）が電流通電により過熱状態になったかどうかを検出するモータ類過熱検出手段と、
そのモータ類過熱検出手段がそのモータ類の過熱を検出又は推定したとき、前記ハンドル軸とモータ出力軸とを機械的に直結して固定化し、伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させるロック装置と、
を含むことを特徴とする。
【０００８】
伝達比可変ユニットのモータ本体のコイル部が過熱したり、あるいはモータ本体に駆動電流及び／又は制御電気信号を供給する給電ケーブルが過熱すると、モータが焼き付いたり、制御系に狂いが出たりして、モータが正常に作動しなくなる可能性がなくはない。したがって、そうしたモータ本体やケーブル等のモータ類が過熱状態にあるかどうかをチェックするシステムを組み込み、モータ類の過熱が検出又は推定された場合は、伝達比可変ユニットのモータが故障する可能性があると判断して、そのモータに実際に故障（異常）が生じたかどうかに拘わらず、事前に伝達比可変ユニットにメカニカルロックをかける。それによりハンドル軸とモータ出力軸とを機械的に直結して固定化してしまえば、あたかも伝達比可変ユニットが存在しないような状態となるから、その伝達比可変ユニット内のモータ類にたとえ異常・故障が生じようとも、ハンドル軸と車輪操舵軸とが直結・固定化された状態での操舵は差し障りなく行い得る。よって、伝達比可変ユニットを備えた操舵装置の安全性・信頼性が著しく高められる。
【０００９】
上述のモータ類過熱検出手段は、モータ類にサーミスタ等の専用の熱センサを設けて（付属させて）、実際の発熱を直接的に測定することもでき、そうすれば高精度の発熱測定を担保できる。他方、専用の熱センサを設けるのではなく、上記モータ類過熱検出手段を、モータ類への電流量で過熱状態かどうかを判断するモータ類電流判定手段とすることができる。モータ類の過熱は電流の通電による抵抗発熱であることが多いから、過熱状態かどうかの判断を電流に置き換えて判定すれば、専用の熱センサを省略でき、また電流値等のチェック又は検出は、モータを制御する上で、モータ駆動（制御）回路で一般に行われる又は組み込まれていることが多いから、電流値でのモータ類の過熱の判定は、構造を複雑化することなく、伝達比可変ユニットの安全性・信頼性を高めることに寄与する。
【００１０】
また、モータ類電流判定手段は、大電流域では電流センサによる電流値をもってモータ類電流を求め、小電流域ではモータの回転数とトルクの関係を定めたモータＮＴ特性からモータ回転数に基づいてモータ類電流を推定することができる。例えば、そのモータ類電流判定手段は、予め記憶されている電流のしきい値と電流センサの測定値とを比較し、その測定値がしきい値より大きい場合は、その電流測定値をモータ類への電流値として採用し、上記測定値がそのしきい値より小さい場合は、その電流測定値をモータ類への電流値として採用せず、これに代えてモータの回転数とトルクの関係を定めたモータＮＴ特性からモータ回転数に基づいて電流値を推定し、その電流値をモータ類への電流値として採用してモータ類の過熱を判定する。この際、さらに具体的には、上記モータ電流判定手段は、シャント抵抗からシャント電流を求め、それをデューティー比に基づいて平均化して得た電流センサの電流測定値を、大電流領域における又は上記しきい値より大きな電流領域におけるモータ類への電流値として採用することができる。
【００１１】
経験側的に電流センサの精度は、大電流領域に比べて小電流領域で必ずしも高いとは言えず、例えばモータにブラシレスモータ等を使用してデューティ制御を行う場合は、そのディーティ比により電流を比例換算する必要があるが、特にデューティ比が小さいときは量子化誤差が増えるため精度が落ちる（実際より大きな電流値となる）傾向がある。他方、モータのＮＴ特性はモータに固有の一般的性能として予め規定（公表）されていて、モータの実際の回転数が分かればそれからトルクが分かり、トルクから電流値が導き出せるというものである。このモータ（ＮＴ）特性から求める電流値は、一律的に所定割合の誤差があるため、推定特性（電流）値は誤差が最大の値で採用することが望ましいが、モータ特性上大電流領域ほど誤差は拡大し、結局、モータ特性から求める電流値は小電流領域に比べて大電流領域で誤差がより大きくなる。したがって、上記のように大電流域では電流センサによる電流値を、小電流域ではモータの特性から導いた電流値を、モータ類電流値として採用することで、小電流領域から大電流領域の全体にわたりモータ類電流値の誤差を少なくすることができ、それがモータ類の過熱判定の精度・信頼性を高める。
【００１２】
なお、しきい値等で小電流領域と大電流領域とに分けて電流値採用手法を変更するのではなく、小電流領域と大電流領域にかかわらず、次のように電流値を求めることもできる。すなわち、モータ電流判定手段は、シャント抵抗からシャント電流を求め、それをデューティー比に基づいて平均化して得た電流センサの電流測定値と、モータの回転数とトルクの関係を定めたモータ特性からモータ回転数に基づいて求めた推定電流値とを比較し、両者のうち小さい方の電流値を前記モータ類への電流値として採用する。これは、経験則等からみて、実際の電流値は電流センサの測定値及びモータ特性からの推定値のいずれより小さい場合が多いことを反映したもので、こうすれば、小電流領域か大電流領域かをしきい値との比較処理等で分けることをしなくてもよいので、処理の流れをより単純にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明が適用される車両用操舵装置の、全体構成の一例を模式的に示したものである（なお、本実施形態において「車両」は自動車とするが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない）。該車両用操舵制御システム１は、操舵用ハンドル２に直結されたハンドル軸３と、車輪操舵軸８とが機械的に分離された構成を有する。車輪操舵軸８は操舵軸駆動モータ（以下、単にモータともいう）６により回転駆動される。車輪操舵軸８の先端はステアリングギアボックス９内に延び、該車輪操舵軸８とともに回転するピニオン１０がラックバー１１を軸線方向に往復動させることにより、車輪１３，１３の転舵角が変化する。なお、本実施形態の車両用操舵制御システム１においては、ラックバー１１の往復動が、周知の油圧式、電動式あるいは電動油圧式のパワーアシスト機構１２により駆動補助されるパワーステアリングが採用されている。
【００１４】
ハンドル軸３の角度位置φは、ロータリエンコーダ等の周知の角度検出部からなるハンドル軸角度検出部１０１により検出される。他方、車輪操舵軸８の角度位置θは、同じくロータリエンコーダ等の角度検出部からなる操舵軸角度検出部１０３により検出される。また、本実施形態においては、自動車の運転状態を検出する運転状態検出部として、車速Ｖを検出する車速検出部（車速センサ）１０２が設けられている。車速検出部１０２は、例えば車輪１３の回転を検出する回転検出部（例えばロータリエンコーダやタコジェネレータ）で構成される。そして、操舵制御部１００が、検出されたハンドル軸３の角度位置φと車速Ｖとに基づいて、車輪操舵軸８の目標角度位置θ’を決定し、該車輪操舵軸８の角度位置θが目標角度位置θ’に近づくように、モータ６の動作を制御する。
【００１５】
なお、ハンドル軸３と車輪操舵軸８との間には、両者を一体回転可能にロック結合したロック状態と、該ロック結合を解除したアンロック状態との間で切り替え可能なロック機構１９が設けられている。ロック状態では、ハンドル軸３の回転角が変換されることなく（つまり、舵角変換比が１：１）車輪操舵軸８に伝達され、マニュアルステアリングが可能となる。該ロック機構１９のロック状態への切り替えは、異常発生時などにおいて操舵制御部１００からの指令によりなされる。
【００１６】
図２は、モータ６による車輪操舵軸８の駆動部ユニットの構成例を、自動車への取付状態にて示すものである。該駆動部ユニット１４において、ハンドル２（図１）の操作によりハンドル軸３を回転させると、モータケース３３がその内側に組み付けられたモータ６とともに一体的に回転するようになっている。本実施形態においては、ハンドル軸３は、ユニバーサルジョイント３１９を介して入力軸２０に連結され、該入力軸２０がボルト２１，２１を介して第一カップリング部材２２に結合されている。この第一カップリング部材２２にはピン３１が一体化されている。他方、ピン３１は、第二カップリング部材３２の一方の板面中央から後方に延びるスリーブ３２ａ内に係合してはめ込まれている。他方、筒状のモータケース３３は、第二カップリング部材３２の他方の板面側に一体化されている。なお、符号４４はゴムあるいは樹脂にて構成されたカバーであり、ハンドル軸３と一体的に回転する。また、符号４６は、コックピットパネル４８に一体化された駆動部ユニット１４を収容するためのケースであり、符号４５は、カバー４４とケース４６との間をシールするシールリングである。
【００１７】
モータケース３３の内側には、コイル３５，３５を含むモータ６のステータ部分２３が一体的に組み付けられている。該ステータ部分２３の内側には、モータ出力軸３６がベアリング４１を介して回転可能に組み付けられている。また、モータ出力軸３６の外周面には永久磁石からなる電機子３４が一体化されており、この電機子３４を挟む形でコイル３５，３５が配置されている。なお、コイル３５，３５からは、モータケース３３の後端面に連なるように給電端子５０が取り出され、該給電端子５０において給電ケーブル４２によりコイル３５，３５に給電がなされる。
【００１８】
後述の通り、本実施形態においてモータ６はブラシレスモータであり、給電ケーブル４２は、該ブラシレスモータの各相のコイル３５，３５に個別に給電する素線を集合させた帯状の集合ケーブルとして構成されている（モータ制御の信号線の組込まれている）。そして、モータケース３３の後端側に隣接する形でハブ４３ａを有するケーブルケース４３が設けられ、その中に給電ケーブル４２が、ハブ４３ａに対してゼンマイ状に巻かれた形で収容されている。給電ケーブル４２の、給電端子５０に接続されているのと反対の端部は、ケーブルケース４３のハブ４３ａに固定されている。そして、ハンドル軸３がモータケース３３ひいては給電端子５０とともに正方向又は逆方向に回転すると、ケーブルケース４３内の給電ケーブル４２は、ハブ４３ａへの巻き付き又は繰り出しを生じさせることにより、上記モータケース３３の回転を吸収する役割を果たす。
【００１９】
モータ出力軸３６の回転は、減速機構７を介して所定比率（例えば１／５０）に減速された上で車輪操舵軸８に伝達される。本実施形態において減速機構７は、ハーモニックドライブ減速機にて構成してある。すなわち、モータ出力軸３６には、楕円型のインナーレース付ベアリング３７が一体化され、その外側に変形可能な薄肉の外歯車３８がはめ込まれている。そして、この外歯車３８の外側に、カップリング４０を介して車輪操舵軸８が一体化された内歯車３９，１３９が噛み合っている。内歯車３９，１３９は、同軸的に配置された内歯車３９と内歯車１３９とからなり、内歯車３９がモータケース３３に固定されて該モータケース３３と一体回転する一方、内歯車１３９はモータケース３３に非固定とされ、該モータケース３３に対して相対回転可能とされている。内歯車３９はこれと噛み合う外歯車３８との歯数差がゼロであり、外歯車３８との間での相対回転を生じない（つまり、回転するモータ出力軸３６に対して、内歯車３９ひいてはモータケース３３及びハンドル軸３が、遊転可能に結合されているともいえる）。他方、内歯車１３９は外歯車３８よりも歯数が大きく（例えば２）、内歯車１３９の歯数をＮ、外歯車３８と内歯車１３９との歯数差をｎとすると、モータ出力軸３６の回転をｎ／Ｎに減速した形で車輪操舵軸８に伝達する。また、内歯車３９，１３９は、本実施形態においては、コンパクト化を図るために、ハンドル軸３の入力軸２０、モータ出力軸３６及び車輪操舵軸８が同軸的に配置されている。
【００２０】
次に、ロック機構（ロック装置）１９は、ハンドル軸３に対して相対回転不能なロックベース部（本実施形態においてはモータケース３３）側に固定されたロック部材５１と、ロック受けベース部（本実施形態においては、モータ出力軸３６側）に設けられたロック受け部材５２とを有する。図３に示すように、ロック部材５１は、ロック受け部材５２に形成されたロック受け部５３に係合するロック位置と、該ロック受け部５３から退避したアンロック位置との間で進退可能に設けられている。本実施形態においては、車輪操舵軸８と一体的に回転するロック受け部材５２の周方向にロック受け部５３が所定の間隔で複数形成され、ロック部材５１の先端に設けられたロック部５１ａが、車輪操舵軸８の回転角位相に応じて、それら複数のロック受け部５３の任意の１つのものに選択的に係合するようになっている。ハンドル軸３はモータケース３３に対し（本実施形態では、カップリング２２及びピンにより）相対回転不能に結合されている。ロック部材５１とロック受け部材５２とが非係合（非ロック状態）の場合は、モータ出力軸３６はモータケース３３に対して回転し、その回転が外歯車３８を経て内歯車３９及び内歯車１３９にそれぞれ伝達される。モータケース３３に固定された内歯車３９は、前述の通り外歯車３８に対して相対回転しないので、結果的にハンドル軸３と同速で回転する（つまり、ハンドル操作に追従して回転する）。また、内歯車１３９は、モータ出力軸３６の回転を車輪操舵軸８に減速して伝達し、車輪操舵軸８の回転駆動を担う。他方、ロック部材５１とロック受け部材５２とが係合してロック状態になると、モータ出力軸３６はモータケース３３に対して相対回転不能となる。そして、減速機構７の内歯車３９，１３９のうち、内歯車３９がモータケース３３に固定されているから、内歯車３９、外歯車３８及び内歯車１３９の順でハンドル軸３の回転が車輪操舵軸８に直接伝達されることとなる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、ロック受け部材５２は、モータ出力軸３６の一端の外周面に取り付けられ、各ロック受け部５３は、該ロック受け部材５２の外周面から半径方向に切れ込む凹状に形成されている。また、図２に示すように、ロック部材５１は、モータケース３３に設けられた回転ベース３００に対し、車輪操舵軸８とほぼ平行な軸線周りに回転可能に取り付けられ、その後端部５５ａが結合されている。また、ソレノイド５５の付勢が解除されたときに、ロック部材５１を元の位置に弾性復帰させる弾性部材５４が設けられている。ソレノイド５５の付勢及び付勢解除の動作により、ソレノイド５５ａの先端に設けられた凸部５５ａとロック部材５１の一端部５１ｂに形成された溝部を介してロック部材５１の先端に形成されたロック部５１ａが、前記したロック／アンロックのためにロック受け部材５２に対し接近／離間する。つまりこの例ではロック部材５１、ロック受け部５３及び弾性部材５４を含んでメカニカルロック装置が構成される（これを以下ではメカロック等とも略称する）。
【００２２】
図４は、操舵制御部１００の電気的構成の一例を示すブロック図である。操舵制御部１００の要部をなすのは２つのマイコン１１０及び１２０である。主マイコン１１０は、主ＣＰＵ１１１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１１２、ＣＰＵ１１１のワークエリアとなる主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１３及び入出力インターフェース１１４を有する。また、副マイコン１２０は、副ＣＰＵ１２１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１２２、副ＣＰＵ１２１のワークエリアとなる副ＣＰＵ側ＲＡＭ１２３及び入出力インターフェース１２４を有する。車輪操舵軸８を駆動するモータ６（アクチュエータ）の動作制御を直接行なうのは主マイコン１１０であり、副マイコン１２０は、必要なパラメータ演算等、モータ６の動作制御に必要なデータ処理を主マイコン１１０と並行して行なうとともに、そのデータ処理結果を主マイコン１１０との間で通信することにより、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかを監視・確認し、必要に応じて情報の補完を行なう補助制御部としての機能を果たす。本実施形態において主マイコン１１０と副マイコン１２０とのデータ通信は、入出力インターフェース１１４，１２４間の通信によりなされる。なお、両マイコン１１０及び１２０は、自動車の運転終了後（すなわち、イグニッションＯＦＦ後）においても、図示しない安定化電源からの電源電圧Ｖｃｃ（例えば＋５Ｖ）の供給を受け、ＲＡＭ１１３，１２３あるいはＥＥＰＲＯＭ（後述）１１５の記憶内容が保持されるようになっている。
【００２３】
ハンドル軸角度検出部１０１、車速検出部１０２及び操舵軸角度検出部１０３の各出力は、主マイコン１１０及び副マイコン１２０の入出力インターフェース１１４，１２４にそれぞれ分配入力される。本実施形態では、いずれの検出部もロータリエンコーダで構成され、そのエンコーダからの計数信号が図示しないシュミットトリガ部を経て入出力インターフェース１１４，１２４のデジタルデータポートに直接入力されている。また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、前述のロック機構１９の駆動部をなすソレノイド５５が、ソレノイドドライバ５６を介して接続されている。
【００２４】
モータ６はブラシレスモータ、本実施形態では３相ブラシレスモータにて構成され、ＰＷＭ制御により回転速度が調整される。また、モータドライバ１８には、モータ６の電源となる車載バッテリー５７が接続されている。モータドライバ１８が受電するバッテリー５７の電圧（電源電圧）Ｖｓは、自動車の各所に分散した負荷の状態や、オルタ−ネータの発電状態により随時変化する（例えば９〜１４Ｖ）。本実施形態においては、このような変動するバッテリー電圧Ｖｓを、安定化電源回路を介さず、モータ電源電圧として直接使用する。操舵制御部１００は、このように相当幅にて変動する電源電圧Ｖｓの使用を前提として、モータ６の制御を行なうので、電源電圧Ｖｓの検出部が設けられている。本実施形態では、モータ６への通電経路（ドライバ１８の直前）から電圧検出用の分岐経路が引き出され、そこに設けられた分圧抵抗６０，６０を経て電圧検出信号を取り出している。該電圧検出信号はコンデンサ６１により平滑化された後、電圧フォロワ６２を経て入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄ変換機能付入力ポート（以下、Ａ／Ｄポートという）に入力される。
【００２５】
また、過電流発生の有無など、モータ６の通電状態を監視する（モータ本体や給電ケーブル（信号線含む）等のモータ類の過熱を判定する）ために、モータ６への通電経路上に電流検出部が設けられている。具体的には、経路上に設けられた電流検出抵抗としてのシャント抵抗５８の両端電圧差を電流センサ７０により検出し、入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄポートに入力するようにしている。電流センサ７０は、図１２に示すように、シャント抵抗５８の両端電圧を、電圧フォロワ７１，７２を介して取り出し、オペアンプＩＣと周辺の抵抗器とからなる差動増幅器７３により増幅して出力するものである。差動増幅器７３の出力は、シャント抵抗５８を流れる電流値に比例したものとなるので、これを電流検出出力として用いることができる。なお、シャント抵抗以外にも、ホール素子や電流検出コイルなど、電磁的な原理に基づいて電流検出するプローブを用いてもよい。
【００２６】
図４に戻り、両マイコン１１０，１２０のＲＡＭ１１３，１２３には、それぞれ以下のようなメモリエリアが形成されている。
（１）車速検出値メモリ：車速センサ１０２からの現在の車速Ｖの検出値を記憶する。
（２）ハンドル軸角度位置（φ）カウンタメモリ：ハンドル軸角度位置検出部１０１をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、ハンドル軸角度位置φを示すそのカウント値を記憶する。なお、ロータリエンコーダは回転方向の識別が可能なものを使用し、正方向回転の場合はカウンタをインクリメントし、逆方向回転の場合はデクリメントする。
（３）舵角変換比（伝達比）（α）算出値メモリ：車速検出値に基づいて算出された舵角変換比αを記憶する。
（４）目標操舵軸角度位置（θ’）算出値メモリ：現在のハンドル軸角度位置φと舵角変換比αとの値から、例えばφ×αにより算出された操舵軸角度位置の目標値、すなわち目標操舵軸角度位置θ’の値を記憶する。
（５）操舵軸角度位置（θ）カウンタメモリ：操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、操舵軸角度位置θを示すそのカウント値を記憶する。操舵軸角度検出部１０３は操舵軸駆動モータの回転検出を行なうものであり、回転方向の識別が可能なインクリメント型ロータリエンコーダとして構成されている。車輪操舵軸８の回転方向が正であれば上記のカウンタをインクリメントし、逆であればカウンタをデクリメントする。
（６）Δθ算出値メモリ：目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの隔たりΔθ（≡θ’−θ）の算出値を記憶する。
（７）電源電圧（Ｖｓ）検出値メモリ：モータ６の電源電圧Ｖｓの検出値を記憶する。
（８）デューティ比（η）決定値メモリ：モータ６をＰＷＭ通電するための、Δθと電源電圧Ｖｓとに基づいて決定されたデューティ比ηを記憶する。
（９）　電流検出値（Ｉｓ）メモリ：電流センサ７０による電流検出値Ｉｓの値を記憶する。
（１０）モータ回転数（回転速度）検出値メモリ：操舵軸角度位置カウンタが示すモータ６の回転数の時間変化から算出されるモータ回転数を記憶する。
（１１）　電流推定値（Ｉｓ’）メモリ：後述の方法により算出される電流推定値Ｉｓ’の値を記憶する。
（１２）　モータ類過熱判定結果メモリ：電流検出値Ｉｓと電流推定値Ｉｓ’との比較結果に基づくモータ類（モータ６や給電ケーブル４２等）の過熱判定の結果を記憶する。
（１３）　モータ特性（ＮＴ）メモリ：モータ６に関してモータ６の回転数とトルクの関係を定めたモータ（ＮＴ）特性のデータを関数式又は換算表の形式で記憶する。なお、後述のように、このモータ特性のデータを利用して、モータ回転数からモータトルクを求め、そのトルクからさらにモータ電流値を推定（Ｉｓ’）することが行われるが、このモータ特性メモリにモータ回転数Ｎとモータ電流Ｉとを直接的に対応付けたモータ（ＮＩ）特性データを記憶させておいて、モータ回転数Ｎから直ちにモータ電流推定値（Ｉｓ’）を求めるようにしてもよい。
（１４）モータ類過熱判定電流値メモリ：モータ類の過熱判定に用いるべき採用された電流値Ｉｈを記憶する。
【００２７】
そして、上記主マイコン１１０は、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムにより、本発明の以下の各手段として機能する（副マイコン１２０も、ＲＯＭ１２２に記憶された制御プログラムにより、主マイコン監視用に同様の処理が実行される）。
▲１▼モータ回転速度検出部：操舵軸角度位置カウンタの値を一定の時間間隔（例えば数百μｓ）にてサンプリングし、そのカウンタ値が示すモータ角度位置の変化量からモータ回転数（回転速度）を検出する。
▲２▼電流推定手段：モータ特性データから、モータ回転数（回転速度）に基づいてモータ６の電流推定値Ｉｓ’を求める。
▲３▼モータ類過熱判定手段：上記電流推定値Ｉｓ’又は電流センサ７０の出力が示す電流検出値Ｉｓと、予め設定されている限界値Ｉｍとを比較し、その比較結果に基づいてモータ類の過熱の有無を判定する。
▲４▼過熱判定出力手段：モータ類に過熱が生じていると判定されたとき、その過熱判定結果を出力する。
▲５▼ロック制御手段：モータ類の過熱判定結果を受けた場合に、ロック機構１９のロック用ソレノイド５５を作動させ、ハンドル軸３と車輪操舵軸８とをロック結合状態とし、モータ６を停止させる。
▲６▼デューティ比決定手段：電源電圧Ｖｓの検出値に応じて、モータ６のＰＷＭ制御のデューティ比ηを決定する。
【００２８】
また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、運転終了時（つまり、イグニッションＯＦＦ時）における車輪操舵軸８の角度位置、すなわち終了角度位置を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ１１５が第二の記憶部として設けられている。該ＥＥＰＲＯＭ１１５（ＰＲＯＭ）は、主ＣＰＵ１１１が主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１２に対するデータ読出し／書込みを行なう第一の動作電圧（＋５Ｖ）においては、主ＣＰＵ１１１によるデータの読出しのみが可能であり、他方、第一の動作電圧（＋５Ｖ）とは異なる第二の動作電圧（本実施形態では、第一の動作電圧より高い電圧が採用される：例えば＋７Ｖ）を設定することにより主ＣＰＵ１１１によるデータの書込みが可能となるものであり、主ＣＰＵ１１１が暴走しても内容が誤って書き換えられることがない。第二の動作電圧は、ＥＥＰＲＯＭ１１５と入出力インターフェース１１４との間に介在する図示しない昇圧回路によって生成される。
【００２９】
以下、車両用操舵制御システム１の動作について説明する。
図８は、主マイコン１１０による制御プログラムの主ルーチンの処理の流れを示すものである。Ｓ１は初期化処理であり、前回イグニッションスイッチをＯＦＦにしたときの終了処理にてＥＥＰＲＯＭ１１５に書き込まれている車輪操舵軸８の終了角度位置（後述）を読み出し、該終了角度位置を、処理開始に際しての車輪操舵軸８の初期角度位置として設定することを要旨とする。具体的には、終了角度位置を示すカウンタ値を、前述の操舵軸角度位置カウンタメモリにセットする。なお、後述するＥＥＰＲＯＭ１１５へのデータ書込み完了フラグは、この時点でクリアしておく。
【００３０】
初期化処理が終了すれば、Ｓ２に進んで操舵制御処理となる。該操舵制御処理は、パラメータサンプリングの間隔を均一化するために、一定の周期（例えば数百μｓ）にて繰り返し実行される。その詳細を、図９により説明する。Ｓ２０１においては、現在の車速Ｖの検出値をリードし、次いでＳ２０２ではハンドル軸角度位置φをリードする。そして、Ｓ２０３においては、車速Ｖの算出値から、ハンドル軸角度位置φを目標操舵軸角度位置θ’に変換するための舵角変換比αを決定する。舵角変換比αは、車速Ｖに応じて異なる値が設定される。具体的には、図６に示すように、車速Ｖが一定以上に大きい状態では、舵角変換比αは小さく設定され、車速Ｖが一定以下に小さい低速走行時には舵角変換比αは大きく設定される。本実施形態では、図５に示すような、種々の車速Ｖに対応した舵角変換比αの設定値を与えるテーブル１３０をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、このテーブル１３０を参照して現在の車速Ｖに対応する舵角変換比αを補間法により算出する。なお、本実施形態においては、車両の運転状態を示す情報として車速Ｖを用いているが、これ以外にも、車両が受ける横圧や路面の傾斜角・路面反力（摩擦力）等を車両の運転状態を示す情報としてセンサにより検出し、その検出値に応じて舵角変換比αを特有の値に設定することが可能である。また、車速Ｖに応じて舵角変換比αの基本値を決定し、上記のような車速以外の情報に基づいて、その基本値を随時補正して使用することも可能である。
【００３１】
Ｓ２０４では、検出されたハンドル軸角度位置φに、決定された舵角変換比αを乗じて目標操舵軸角度位置θ’を算出する。そして、Ｓ２０５において、現在の操舵軸角度位置θを読み取る。Ｓ２０６では、操舵軸角度位置カウンタから求められた現在の操舵軸角度位置θと目標操舵軸角度位置θ’との隔たりΔθ（＝θ’−θ）を算出する。さらにＳ２０７においては、現在の電源電圧Ｖｓの検出値を読み取る。
【００３２】
モータ６は、目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの差Δθが縮小するように車輪操舵軸８を回転駆動する。そして、操舵軸角度位置θが目標操舵軸角度位置θ’に迅速かつスムーズに近づくことができるように、Δθが大きいときはモータ６の回転速度を大きくし、逆にΔθが小さいときはモータ６の回転速度を小さくする。基本的にはΔθをパラメータとした比例制御であるが、オーバーシュートやハンチング等を抑制し、制御の安定化を図るために、Δθの微分あるいは積分を考慮した周知のＰＩＤ制御を行なうことが望ましい。
【００３３】
モータ６は前述の通りＰＷＭ制御されており、回転速度は、そのデューティ比ηを変更することにより調整される。図９のＳ２０８において、そのデューティ比が決定される。電源電圧Ｖｓが一定であれば、デューティ比により回転速度をほぼ一義的に調整できるが、本実施形態では前述の通り電源電圧Ｖｓは一定でない。従って、電源電圧Ｖｓも考慮してデューティ比ηを定めるようにする。例えば、図７に示すように、種々の電源電圧ＶｓとΔθとの各組み合わせに対応したデューティ比ηを与える二次元のデューティ比変換テーブル１３１をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、電源電圧Ｖｓの検出値とΔθの算出値に対応するデューティ比ηの値を読み取って用いることができる。なお、モータ６の回転速度は負荷によっても変動する。この場合、電流センサ７０によるモータ電流Ｉｓの検出値を元に、モータ負荷の状態を推定し、デューティ比ηを補正して用いることも可能である。
【００３４】
次に、Ｓ２０９に進み、モータ過熱判定処理となる。図１０にその詳細を示している。Ｒ１では、電流センサ７０が出力するモータ６の電流検出値をリードする。図４に示すように、電流センサ７０は、既に説明した通り、モータ６の電源となる車載バッテリー５７から、モータ６のドライバ１８に至るモータ給電経路上に設けられたシャント抵抗５８の両端電圧差に基づいて、モータ電流値を検出するものである。Ｒ２でその電流センサ７０から求められた電流検出値Ｉｓと、予め設定されてＲＡＭ等に記憶手段に記憶されているしきい値Ｉｄとの大小を比較する。電流検出値Ｉｓがしきい値以上であれば、Ｒ３でその電流検出値Ｉｓを、モータ類の過熱判定のために電流値Ｉｈとして取り込む。
【００３５】
一方、電流検出値Ｉｓがしきい値より小さければ、その電流検出値Ｉｓはモータ類の過熱判定のために採用せず、代わりにモータ（ＮＴ）特性のデータに基づきモータ電流値を推定する。具体的には、まずＲ４でモータ６の現在の回転数Ｎを算出する。モータ６の角度位置、すなわち、操舵軸角度カウンタの値を一定の時間間隔（例えば数百μｓ）間隔でサンプリングし、その間の角度の増分から回転数Ｎを算出できる。そしてＲ５で、モータ（ＮＴ）特性データに基づき、実際のモータ回転数Ｎからトルクが分かり、トルクからモータ電流を求め（推定し）、この電流推定値Ｉｓ’をモータ類の過熱判定のための電流値Ｉｈとして取り込む。図１１に概念を例示するように、モータ（ＮＴ）特性は、モータ６の性能情報としてメーカーから開示されるのが普通で、モータ回転数Ｎとトルクの関係を示すデータである。一般にトルクが増大すれば回転数は下がり、モータ電流は大きくなる。このようなモータ特性データには、ある程度（１０〜１５％程度）の誤差があるのが普通であるため、推定特性（電流）値は、常時誤差最大の値で求めることが信頼性を高める上で望ましい。
【００３６】
このように実際の電流センサ７０に電流値が比較的大きい場合は、電流センサ７０の電流値を採用し、その電流値が比較的小さい場合はモータ特性からモータ電流値を推定してこの電流推定値を採用することで、モータ類の過熱判定に用いる電流値と実際のモータ電流値との誤差を小さくでき、電流算出精度が上がる。例えば図１３に例示するように、実際のモータ電流（実電流）と比較して、電流センサから求めたモータ電流は、電流の大きい流域では実電流に精度よく近似するが、電流の小さい領域では実電流より相当高めに乖離する。一方、モータ特性から求めた推定電流は、電流の大きな領域では実電流より上側への誤差が大きく（モータ特性データが有する誤差の最大のところで算出する関係上）、電流の小さい領域では実電流に相当近似し、電流センサから求めたモータ電流より実電流との隔たりが小さい。小電流領域で電流センサから求めるモータ電流が実電流に比べて相当高めに出るのは、特に本実施例のモータ６がＰＷＭ方式でディーティ制御されるもので、電流センサを用いたモータ電流検出は、デューティ比により電流を比例換算する必要があり、デューティ比が小さいときは量子化誤差により比例換算した電流値が高めに出るため精度がよくない事情がある。
【００３７】
図１０に戻り、Ｒ６において、Ｒ３で取り込まれたモータ類過熱判定のための電流値Ｉｈ（電流センサにより検出した電流検出値Ｉｓ）か、又はＲ５で取り込まれたモータ類過熱判定のための電流値Ｉｈ（モータ特性からの電流推定値Ｉｓ’）を、Ｒ６において瞬間発熱値に変換する。これは上記電流値Ｉｈから所定の算出式（ＲＯＭ又はＲＡＭ等の記憶手段に予め記憶されている）に基づき、瞬時発熱値を求めるものである。さらにＲ７においてその瞬時発熱値を所定の時間積算する。この積算は瞬時発熱値を所定の時間で積分してもよいし、あるいは所定のサンプリング時間で求めた個々の瞬時発熱値を加算して手法によってもよい。
【００３８】
そして、Ｒ８において、その発熱積算値と、予め設定されてメモリに記憶されている発熱限界値との大小を比較する。発熱積算値が限界値より大きければ、Ｒ９でモータ類に過熱が生じていると推定する過熱（異常）判定となり、この過熱判定の信号により伝達比可変ユニットをロックする。つまり、ハンドル軸３とモータ出力軸８とを機械的に直結して固定化し、伝達比可変ユニットの伝達比可変機能を停止させるために、ロック用のソレノイド５５を作動（消磁）させれば、アンロック位置にあったロック受け部材５２が弾性部材５４の付勢力で（又はアンロック位置に付勢する弾性部材５４に抗してソレノイド５５が励磁されて）、ロック受け部５３の一つに嵌まるようにロック位置に移動する。これよりハンドル軸３と車輪操舵軸８とをロック機構１９により結合し、モータ６は停止状態とする。その結果、ハンドル軸３への手動操作力が車輪操舵軸８に直接伝達できるようになり、マニュアル操舵による運転継続が可能となる。
【００３９】
さらに、Ｒ１０において、モータ類の過熱判定がなされてロック機構１９が作動したことを、例えば自動車のコックピットパネル等に配置された警報ランプの点灯や、あるいは音声による警報出力により報知することができる。
【００４０】
図１４はモータ類過熱判定の別の実施例のフローチャートを示している。この例では、上述のように電流センサ７０による電流検出値Ｉｓ（Ｔ１）と、モータ特性から推定した電流推定値Ｉｄ（Ｔ２、Ｔ３）との大小を比較して（Ｔ４）、そのうち小さい方をモータ類過熱判定の電流値として採用するものである（Ｔ５又はＴ６）。つまり、前述のしきい値を用いず、したがって電流の大小に応じて電流値の決定手法を変えるのではなく、単純に２手法で求めた電流値の小さい方を採用する。これは、モータ特性から求めた推定電流値及び電流センサから求めたモータ電流値と実電流との関係が、例えば前述の図１３のようであるとすれば（実電流のほうが常に小さい側にシフトする）、上記２手法のうち小さい方を採用すればより実電流に近い（精度がよい）結果となる。なお、図１４のＴ１、Ｔ２は、図１０で説明したＲ１、Ｒ４と同じであり、同様にＴ５、Ｔ６はＲ３、Ｒ５と同じ、Ｔ７〜Ｔ１１はＲ６〜Ｒ１０と同じであるため重複的な説明は省略する。
【００４１】
図９に戻り、上記のＳ２０９までの処理は、図４の主マイコン１１０と副マイコン１２０との双方にて並列的に実行される。例えば、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかは、主マイコン１１０のＲＡＭ１１３に記憶された各パラメータの演算結果を副マイコン１２０に随時転送し、副マイコン１２０側にて、ＲＡＭ１２３の記憶内容と照合することにより、不具合発生の有無を監視させることができる。他方、主マイコン１１０側では、決定されたデューティ比ηを元にＰＷＭ信号を生成する。そして、操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの信号を参照してモータドライバ１８に該ＰＷＭ信号を出力することにより、モータ６をＰＷＭ制御する。
【００４２】
図８に戻り、Ｓ３ではイグニッションスイッチがＯＦＦされているかどうかを確認し、もしＯＦＦされている場合はＳ４の終了処理となる。すなわち、イグニッションスイッチがＯＦＦになっている場合は、自動車の運転が終了したことを意味するから、主マイコン１１０において操舵軸角度位置カウンタに記憶されている、車輪操舵軸８の終了角度位置を読み出し、これをＥＥＰＲＯＭ１１５に格納し、さらに、ＲＡＭ１１３に設けられたデータ書込み完了フラグをセットして処理を終了する。
【００４３】
なお、　図１５に図１０の変形例を示す。Ｒ６’において、Ｒ３で取り込まれたモータ類過熱判定のための電流値Ｉｈ（電流センサにより検出した電流検出値Ｉｓ）か、又はＲ５で取り込まれたモータ類過熱判定のための電流値Ｉｈ（モータ特性からの電流推定値Ｉｓ’）と、予め設定されてメモリに記憶されている電流限界値Ｉｍとの大小を比較する。電流値Ｉｈが限界値Ｉｍより大きければ、モータ類に過熱が生じている可能性があるが、この例ではその上でさらにその電流値Ｉｈの通電時間ないし持続時間をモニタリングする。つまり、検出又は推定された電流値Ｉｈがどの程度続いているかを判断（計時）するステップＲ７’を入れており、その継続時間が設定時間Ｔｍ以上であるかが判断される（この設定時間Ｔｍの予め定められていて、ＲＯＯＭ，ＲＡＭ等のメモリに記憶されている）。そして、電流値Ｉｈが設定時間Ｔｍ以上継続していれば、Ｒ９でモータ類に過熱が生じていると推定する過熱（異常）判定となり、この過熱判定の信号により伝達比可変ユニットをロックし、さらＲ１０における警報出力となる。
【００４４】
なお、このＲ６’〜Ｒ１０のステップによって、図１４のＴ７〜Ｔ１１のステップを置換することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用操舵制御システムの全体構成を模式的に示す図。
【図２】駆動部ユニットの一実施例を示す縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の車両用操舵制御システムの電気的構成の一例を示すブロック図。
【図５】舵角変換比と車速との関係を与えるテーブルの模式図。
【図６】車速に応じて舵角変換比を変化させるパターンの一例を示す模式図。
【図７】モータ電源電圧と角度偏差Δθとによりデューティ比を決定するための二次元テーブルの模式図。
【図８】本発明の車両用操舵制御システムにおけるコンピュータ処理の主ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図９】図８の操舵制御処理の詳細の一例を示すフローチャート。
【図１０】図９のモータ類過熱判定処理の詳細の一例を示すフローチャート。
【図１１】モータ（ＮＴ）特性から電流推定値を求める方法を概念的に示す図。
【図１２】電流センサの回路例を示す図。
【図１３】モータ特性から求めた推定電流値及び電流センサから求めたモータ電流値と実電流との関係の一例を示すグラフ。
【図１４】モータ類過熱判定処理の変形例を示すフローチャート。
【図１５】モータ類過熱判定処理の更なる変形例を示すフローチャート。
【符号の説明】
３　ハンドル軸
６　モータ（アクチュエータ）
８　車輪操舵軸
５８　シャント抵抗
７０　電流センサ
１００　操舵制御部
１１０　主マイコン（モータ回転速度検出部、電流推定手段、異常判定手段、異常判定出力手段、ロック制御手段、デューティ比決定手段）
１０１　ハンドル軸角度検出部
１０３　操舵軸角度検出部（モータ回転速度検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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