JP2005053334A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 デジタル出力センサの基準信号を検出する位置をステアリングシャフトの中立位置及びアナログ出力センサの基準信号を検出する位置と一致させるよう取り付けることが容易である車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】 操作部材に連結したステアリングシャフト１０と、ステアリングシャフト１０を回転可能に支持するハウジング４３と、ステアリングシャフト１０の回転角度を検出する回転角センサと、操作部材と機械的に連結されていない車輪舵取機構とを備えた車両用操舵装置において、ハウジング４３は、回転角センサをハウジング４３に固定する固定部材４２を挿入する開孔部４１を備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、操作部材と機械的に連結されていない車輪舵取機構とを備えた車両用操舵装置に関する。

近年、ステアリング機構の簡略化、及びそれに伴う部品点数の減少、車体重量の軽減等を図るために、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置が多用されている。ここで、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置は、ステアリングホイール等の操作部材をステアリングギヤ等の舵取機構に機械的に連結することなく、車輪を操舵することができる車両の操舵装置である。

操作部材をステアリングギヤ等の舵取機構に機械的に連結していないことから、操作部材をステアリングギヤ等の舵取機構に機械的に連結したステアリング装置と比べて操舵感覚に違和感が生じる。そこで、自然な操舵感覚を与えるべく、適度な反力を付与する反力モータを備える。また、操舵角度を検出するため、ポテンショメータなどのセンサを操作部材などに設ける必要がある。従来はアナログ信号を検出して出力するアナログ出力センサを設けることが多い。

例えば特許文献１では、ステアリングホイールの操舵回転角度を検出するセンサ及び車の速度を検出するセンサと、舵取角度を検出する回転角センサを備え、ステアリングホイールの操舵回転角度と舵取角度との偏差を最小にし、ステアリングシャフトの中立位置へ戻す適当な反力トルクを生じるステアバイワイヤ方式のステアリング装置が開示されている。

しかし、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置のように、操作部材の操舵角度を演算装置を介して電気的にアクチュエータへ伝達し、ステアリングギヤ等の舵取機構による舵取角度へと変換する装置の場合、操舵角度を検出する回転角センサの出力がデジタル信号である場合には変換処理が不要となり、演算装置での演算処理量を軽減することができる。そこで、操舵角度をロータリーエンコーダなどのデジタル信号を検出して出力するデジタル出力センサで検出することも試みられている。
特開２０００−５３００８号公報

しかし、操舵角度のセンサがデジタル出力センサである場合、電源系統の故障やエンジンが切られた場合であって、故障から復帰した場合、またはエンジンを再起動した場合には、基準点を検出したことを示す信号を再度検出しなければ、操舵角度を検出することができないおそれも残されている。したがって、安全面を考慮すると、ステアリングシャフトの中立位置、すなわち車輪の操舵角度がゼロである位置で回転角度がゼロであることを確実に検出することができるようにデジタル出力センサを取り付けることが好ましい。

しかし、一般にデジタル出力センサは、製品出荷時に基準点を検出する位置を示すＺ相を、被検出体として設けられたコードホイールへのマーキング等により明示しているが、基準点を検出するマーキング等の位置をステアリングシャフトの中立位置と一致させるように回転角センサを取り付けることは実際上困難であり、ステアリングシャフトの回転角度と回転角センサによる検出角度との間に検出誤差が生じることが多い。例えば光学式のロータリーエンコーダを用いる場合、基準点を示すマーキングやスリットを被検出体であるコードホイールに設けることは容易であるが、コードホイール取り付け時にマーキング位置やスリット位置を正確な位置に取り付けることは困難であり、取り付けた後では、該マーキング位置やスリット位置を正しく調整することが困難であるという問題点があった。

また、デジタル出力センサを補完するためにアナログ出力センサを併用することが多いが、正確に補完を行うためには、アナログ出力センサの基準点を検出する位置を示すマーキング位置とデジタル出力センサの基準点を検出する位置を示すスリット位置とを一致させておく必要がある。しかし、上述したように、デジタル出力センサは、基準点を検出するマーキング等の位置をアナログ出力センサの基準点を検出する位置を示すマーキング位置と一致させるようにセンサを取り付けることは実際上困難であり、取り付けた後では、両回転角センサで検出される回転角度のズレを調整することが困難であるという問題点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、デジタル出力センサの基準点を検出する位置を示すスリット位置をステアリングシャフトの中立位置及びアナログ出力センサの基準点を検出する位置を示すマーキング位置と一致させるよう取り付けることが容易である車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る車両用操舵装置は、車両の操作部材に連結したステアリングシャフトと、該ステアリングシャフトを回転可能に支持するハウジングと、ステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角センサと、操作部材と機械的に連結されていない車輪舵取機構とを備えた車両用操舵装置において、前記ハウジングは、前記回転角センサを該ハウジングに固定する固定部材を挿入する開孔部を備えることを特徴とする。

第１発明に係る車両用操舵装置では、ハウジングは、ステアリングシャフトの回転角度を検出する検出部を固定するネジ等の部材を挿入する開孔部を有することから、ステアリングシャフトの中立位置で、回転角センサの検出部が基準点を確実に検出できるように、検出部を回転移動させながらネジ止め等で検出部を固定する位置を調整することができ、基準点を検出することができる位置で検出部を固定できる。したがって、デジタル出力センサであっても、ステアリングシャフトが中立位置である限り確実に基準点を検出することができ、より安全な車両用操舵装置を提供することができる。

また、第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明において、前記回転角センサは、前記ステアリングシャフトの中立位置において前記回転角センサの検出部を基準位置に調整する基準位置調整機構を備えることを特徴とする。

第２発明に係る車両用操舵装置では、基準位置調整機構により、ステアリングシャフトの中立位置において回転角センサの基準位置を合わせることができることから、エンジンを切って再起動させた場合、または電気的な障害が生じた場合であっても、デジタル出力センサの代わりをアナログ出力センサが代行することができ、より安全な車両用操舵装置を提供することができる。

また、第３発明に係る車両用操舵装置は、第１発明または第２発明において、前記開孔部は、ステアリングシャフトの軸に垂直な断面での前記ハウジングの外周長さの１０／３６０以上２０／３６０以下の長さを有することを特徴とする。

第３発明に係る車両用操舵装置では、回転角センサ位置調整用の開孔部の長さが、ステアリングシャフトの軸に垂直な断面でのハウジングの外周長さの１０／３６０以上２０／３６０以下の範囲内であることから、回転角センサ取り付け時に生じた基準信号を検出する角度を示すマーキング位置やスロット位置の取り付け誤差を十分吸収することができ、回転角センサの基準信号を検出する角度を示すマーキング位置やスロット位置をステアリングシャフトの中立位置に一致させるよう検出部を回転移動させながら調整することが可能となる。

本発明によれば、デジタル出力センサであっても、ステアリングシャフトが中立位置である限り確実に基準信号を検出することができ、より安全な車両用操舵装置を提供することができる。

また、アナログ出力センサとデジタル出力センサを併用することで、エンジンを切って再起動させた場合、または電気的な障害が生じた場合であっても、デジタル出力センサの代わりをアナログ出力センサが代行することができ、より安全な車両用操舵装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置の構成図である。図１では、ステアリングホイール（操作部材）１をステアリングギヤ３に機械的に連結せず、ステアリングホイール１の操作に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動させる。

ステアリングギヤ３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動を、ステアリングロッド７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。さらにステアリングロッド７の動きは、タイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達され、車輪舵取機構を構成している。操舵用アクチュエータ２は、例えばブラシレスモータ等の電動モータを用い、操舵用アクチュエータ２の動きを車輪４の転舵角度の変換できさえすればよい。

ステアリングホイール１は、車体側で回転可能に支持されるステアリングシャフト１０を有する。ステアリングシャフト１０の回転角センサ１１による検出信号と、速度センサ１３による車速の検出信号が、コンピュータにより構成される制御装置１２に送られる。制御装置１２は、検出された回転角度と車速に応じて目標転舵角を演算する。例えば、検出された回転角度に対して目標転舵角を比例させると共に、比例定数を車速の増大に応じて減少させる。また、車速以外の走行状態、例えば横加速度等を検出するセンサを設け、検出された横加速度等に応じて目標転舵角を変化させるようにしてもよい。

一方、ステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータ等の実操舵量センサ１４が設けられ、検出された信号が制御装置１２に送られる。制御装置１２は、検出されたステアリングロッド７の作動量に対応する実転舵角と目標転舵角との偏差がなくなるように、駆動回路１５を介して操舵用アクチュエータ２を駆動する。

また、ステアリングホイール１を操舵するのに要する操舵反力を作用させるため、ステアリングシャフト１０にトルクを付加する反力アクチュエータ１８が設けられる。反力アクチュエータ１８は、ステアリングシャフト１０と一体となる出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成される。

制御装置１２は、検出された回転角度と検出された車速に応じて目標反力トルクを演算し、演算された目標反力トルクを反力アクチュエータ１８が発生するように、駆動回路１６を介して反力アクチュエータ１８を駆動する。目標反力トルクと回転角度と車速の関係は、例えば、ステアリングホイール１とステアリングギヤ３とが機械的に連結されていた場合に作用する路面からの操舵抵抗トルクと操舵角と車速との関係に基づいて求める。また、車速以外の走行状態、例えば横加速度等を検出するセンサを設け、その検出値に応じて目標反力トルクを変化させるようにしてもよい。

ステアリングシャフト１０により伝達される反力トルクを検出するトルクセンサ１７が設けられ、検出された反力トルク値が制御装置１２に送られる。制御装置１２は、検知された反力トルクに操舵用アクチュエータ２の発生操舵力が対応するように、操舵用アクチュエータ２の駆動電流を制御する。すなわち、運転者が作用させる操作力に対応する反力トルクが大きくなれば操舵用アクチュエータ２の発生操舵力を大きくし、その反力トルクが小さくなれば操舵用アクチュエータ２の発生操舵力を小さくする。このようにすることで、運転者が操作力を作用させていない状態では操舵用アクチュエータ２は駆動されず、車輪４はセルフアライニングトルクにより直進状態に復帰する。操舵用アクチュエータ２と反力アクチュエータ１８の制御系は公知のものを用いればよく、回転操作部材の操作に応じて操舵用アクチュエータ２を駆動することさえできれば特に限定されるものではない。

ステアリングシャフト１０の回転角センサ１１として、従来はポテンショメータなどのアナログ出力センサを用いている。しかし、制御装置１２での演算に用いることを考慮すれば、デジタル出力センサを用いるほうが、アナログデジタル変換を行う必要がなくなる。

ただし、エンジンを切って再起動させた場合、または電気的な障害が生じた場合にも安全に操舵操作を行うことができるよう、アナログ出力センサとデジタル出力センサとを併用するのが一般的である。以下、ステアリングシャフト１０の回転角センサ１１として、ポテンショメータなどのアナログ出力部としてのアナログ出力センサと、ロータリーエンコーダなどのデジタル出力部としてのデジタル出力センサとを併用する場合について説明する。

デジタル出力センサを用いる場合、基準信号を必ず検出できるようにすることが必要である。すなわち、電源が一度オフになると、基準信号を再度検出しない限り、変位角度を検出することができないことから、再度電源をオンしたときに確実に基準信号を検出する必要がある。

本実施の形態では、ステアリングシャフト１０の中立位置として、実際の操向輪が直進状態になる位置にピン穴を開け、回転角センサ取り付け用の目印とする。回転角センサにも基準信号を検出する位置にマーキングして、取り付け用の目印とする。アナログ出力センサ及びデジタル出力センサの２つを、ステアリングシャフト１０に取り付ける。アナログ出力センサとしてはポテンショメータを、デジタル出力センサとしては光学式ロータリーエンコーダを用いる。

図２にアナログ出力センサとして用いるポテンショメータの斜視図を示す。図２に示すように、アナログ出力センサの本体部分を収納する筐体２７上に、基準信号を検出する位置として、マーキングホール２５（マーキング位置）を設けている。

図３に光学式ロータリーエンコーダの回転軸に垂直な方向の概要断面図を示す。図３に示すように、中央に同心円のスリット２２を有するコードホイール２１が回転し、その回転角度を検出部２３で検出する。実装時には、スリット２２にステアリングシャフト１０を差し込んでコードホイール２１を固定する。検出部２３はステアリングシャフト１０を収納するハウジングにネジ等の固定部材を用いて固定する。コードホイール２１は、いわゆるＺ相のある位置にマーキングスリット２４を有する。Ｚ相とは、コードホイール２１中に１箇所のみ存在する基準点を意味し、基準信号を検出することができるようマーキングスリット２４（基準スリット位置）が設けられる。

図４は、光学式ロータリーエンコーダの取り付け状態を示しており、図４（ａ）はステアリングシャフト１０の軸方向から見た平面図を、図４（ｂ）は図４（ａ）のＶ−Ｖ断面図を、それぞれ示す。図４（ａ）の斜線部３１は、ステアリングシャフト１０に設けたピン穴を介して光学式ロータリーエンコーダ本体を取り付けるピンを示す。ピン３１の差込方向が、ステアリングシャフトの中立位置を示す。コードホイール２１のマーキングスリット２４とピン３１の方向が一致するよう取り付けても、取り付け工程において取り付け誤差が生じる。

しかし、ステアリングシャフト１０の中立位置を示すピン３１の差込方向からハウジングの内面に設けられているステアリングシャフト１０の回転角度検出用の検出部２３までの取り付け誤差角度β、及びステアリングシャフト１０の中立位置を示すピン３１の差込方向からコードホイール２１のマーキングスリット２４の位置までの取り付け誤差角度αは、それぞれ１０度以下のレベルである。したがって、ハウジングの内面に設けられている検出部２３に対するコードホイール２１のマーキングスリット２４の位置は、（α＋β）以下、すなわち中心角２０度以下の範囲内に必ず存在する。

図５は、検出部２３を設けるハウジングに、周方向に所定の長さを有するネジ止め用開孔部４１を設けた基準位置調整機構を示す。図５に示すように、ハウジング４３の内面に設けられている検出部２３をハウジング４３と固定するためにネジ（固定部材）４２で仮止めし、コードホイール２１のマーキングスリット２４を検出できる位置に、検出部２３をステアリングシャフト１０の周りで回転させる。図６に、検出部２３を回転させて検出部２３の角度を調整した後の状態を示す。なお、仮止めはネジに限定されるものではなく、検出部２３の位置を調整後に固定できるものであれば何でもよい。

図６に示すように、検出部２３をハウジング４３に固定するためのネジ４２が、検出部２３の回転に伴ってネジ止め用開孔部４１を摺動し、コードホイール２１のマーキングスリット２４とピン３１の方向が一致する位置でネジ止めする。このようにすることで、ステアリングシャフト１０の中立位置で、コードホイール２１のマーキングスリット２４を検出部２３で確実に検出することができ、デジタル出力のセンサであっても、ステアリングシャフト１０を中立位置にすることで基準信号を確実に検出することができ、より安全な車両用操舵装置を提供することができる。

ポテンショメータについても同様の処理を行う。ポテンショメータの基準信号を検出する角度でマーキングし、ステアリングシャフト１０のピン穴とポテンショメータの基準信号を検出する角度を示すマーキングホール２５の位置とが一致するように、ステアリングシャフト１０とポテンショメータとをピンを用いて固定する。

ポテンショメータの場合、ステアリングシャフト１０のピン穴の位置、すなわちステアリングシャフトの中立位置とポテンショメータのマーキングホール２５との間に取り付け誤差角度が存在しても、アナログ出力であることから、ステアリングシャフト１０の回転角度は検出することができる。しかし、デジタル出力式の光学式ロータリーエンコーダの基準信号を検出する角度と合わせるために、ハウジングに、図５と同様、周方向に所定の長さを有するネジ止め用開孔部を設ける。ポテンショメータのマーキングホール２５の位置が、光学式ロータリーエンコーダの基準信号を検出する角度を示すコードホイール２１のマーキングスリット２４の位置と一致するように、ポテンショメータを仮止めしたネジをハウジングのネジ止め用開孔部に沿って摺動させ、光学式ロータリーエンコーダの基準信号を検出する角度を示すコードホイール２１のマーキングスリット２４の方向と一致する位置でネジ止めする。

このようにすることで、光学式ロータリーエンコーダの基準信号を検出する位置とポテンショメータのマーキングの位置とを、ステアリングシャフト１０の中立位置と一致させることができることから、エンジンを切り、再起動した場合、ステアリングシャフト１０が中立位置にある限り基準信号を確実に検出することが可能となる。また、電気的接続が断たれた場合であっても、ポテンショメータの検出値を用いてバックアップすることができ、より安全な車両用操舵装置を提供することが可能となる。

なお、ハウジング４３に設ける周方向に長さを有するネジ止め用開孔部４１は、中心角が２０度以下の長さを有することが好ましい。回転角センサの基準信号を検出する位置を示すスリットの位置またはマーキングの位置の取り付け誤差角度は、それぞれ中心角が１０度以下のレベルであることから、ステアリングシャフト１０の中立位置に対するセンサの基準信号を検出する位置を示すマーキングの位置は中心角±１０度以下の範囲内に必ず存在するからである。したがって、斯かる長さを有するネジ止め用開孔部をハウジング４３に設けることで、回転角センサの基準信号を検出する位置を示すマーキングの位置を確実に一致させ、デジタル出力のセンサを用いる場合であっても、確実に基準信号を検出することができるよう調整することが可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、ハウジングの外周部分に、ネジを仮止し、検出部を回転することで、回転角センサの基準信号を検出する角度を示すマーキングの位置をステアリングシャフトの中立位置と確実に一致するよう調整することができ、より安全な車両用操舵装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る車両用操舵装置の構成図である。 ポテンショメータのマーキング位置を示す斜視図である。 光学式ロータリーエンコーダの回転軸に垂直な方向の概要断面図である。 光学式ロータリーエンコーダの取り付け状態を示す図である。 検出部の基準位置調整機構を示す図である。 光学式ロータリーエンコーダの位置調整後の状態を示す図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール（操作部材）
１０ ステアリングシャフト
１１ 回転角センサ
２１ コードホイール
２２ スリット
２３ 検出部
２４ マーキングスリット（基準スリット位置）
２５ マーキングホール（マーキング位置）
３１ ピン
４１ ネジ止め用開孔部
４２ ネジ（固定部材）
４３ ハウジング

Claims (3)

1. 車両の操作部材に連結したステアリングシャフトと、
   該ステアリングシャフトを回転可能に支持するハウジングと、
   ステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角センサと、
   操作部材と機械的に連結されていない車輪舵取機構とを備えた車両用操舵装置において、
   前記ハウジングは、前記回転角センサを該ハウジングに固定する固定部材を挿入する開孔部を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記回転角センサは、前記ステアリングシャフトの中立位置において前記回転角センサの検出部を基準位置に調整する基準位置調整機構を備えることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記開孔部は、ステアリングシャフトの軸に垂直な断面での前記ハウジングの外周長さの１０／３６０以上２０／３６０以下の長さを有することを特徴とする請求項１または２記載の車両用操舵装置。

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