JP2006027349A

JP2006027349A - 車両操舵装置

Info

Publication number: JP2006027349A
Application number: JP2004206084A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Fukushima; 則之福嶋; Taiga Tamegai; 大河為我井
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: JP4233501B2

Abstract

【課題】安価かつ小型にして操作側モータの駆動制御を平滑化すると共に、操舵側モータの駆動制御を高信頼度に行うことができる車両操舵装置を提供する。
【解決手段】ステアリングシャフト１と、ステアリングシャフト１の回転操作部材２と、回転操作部材２に操作反力を付与する操作側モータ４と、操舵部材６と、操舵部材６に操舵力を付与する操舵側モータ８と、操舵角を検出する操舵角検出手段９と、制御手段１０とを有する車両操舵装置において、ステアリングシャフト１に絶対角検出手段３を備えると共に、操作側モータ４のモータ軸４ａにモータ回転角検出手段２０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイワイヤ方式の車両操舵装置に係り、特に、回転操作部材に操作反力を付与する操作側モータの駆動制御を平滑化する手段に関する。

従来より、車両操舵装置としては、ステアリングシャフトと操舵部材とを機械式の動力伝達機構を介して接続したメカニカル方式の車両操舵装置が利用されているが、近年、かかる構成に代えて、ステアリングシャフトの回転状態を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて操舵部材に設けられた操舵側モータの駆動を制御し、操舵部材の操舵を行うと共に、ステアリングシャフトの回転操作部材に操作反力を付与する操作側モータの駆動を制御し、回転操作部材に所要の操作反力を付与するバイワイヤ方式の車両操舵装置が提案されている。

図４は、従来より提案されているバイワイヤ方式の車両操舵装置の一例を示す構成図であって、ステアリングシャフト１と、ステアリングシャフト１を回転操作するステアリングホイールなどの回転操作部材２と、回転部がステアリングシャフト１に取り付けられ、回転操作部材２の絶対操作角を検出する絶対操作角検出手段３と、ステアリングシャフト１を介して回転操作部材２に操作反力を付与する操作側モータ４と、ステアリングシャフト１と操作側モータ４との間に介設され、操作側モータ４で発生した操作反力を減速してステアリングシャフト１に伝達する変速機構５と、伝達機構６に備えられた操舵軸７と、操舵軸７を回転駆動する操舵側モータ８と、操舵角を検出する操舵角検出手段９と、絶対操作角検出手段３から出力される絶対操作角信号θ１及び操舵角検出手段９から出力される操舵角信号θ２に基づいて操作側モータ４の駆動信号Ｍ１及び操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を生成する制御手段１０を有している。なお、伝達機構６は、操舵軸７に固着されたピニオンギア１１と、ピニオンギア１１と噛み合わされるラック歯が形成されたラック軸１２と、ラック軸１２によって駆動される車軸１３を含むリンク機構１４とをもって構成される（例えば、特許文献１参照。）。

制御手段１０は、絶対操作角信号θ１と操舵角信号θ２とに基づいて操作側モータ４の駆動信号Ｍ１を生成して出力する。これにより回転操作部材２には、メカニカル方式の車両操舵装置と同様に、その操作量及び操作方向に応じた操作反力が付与される。また、制御手段１０は、絶対操作角信号θ１と操舵角信号θ２とに基づいて操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を生成して出力する。これにより操舵部材６は、メカニカル方式の車両操舵装置と同様に、回転操作部材２の操作量及び操作方向並びに路面状態等に応じて操舵される。
特開２００３−２５２２２３号公報

ところで、操作側モータ４の駆動制御については、ドライバーに違和感を与えることのない連続的で滑らかな操作反力を回転操作部材２に付与するため、平滑な駆動制御若しくは高分解能での駆動制御が要求される。また、操舵側モータ８の駆動制御については、操舵部材６の制御を確実に行うため、角度検出手段３，９等の故障に起因する不都合を生じないことが要求される。

操作側モータ４の駆動制御を平滑に、若しくは高分解能で行うためには、ステアリングシャフト１と操作角検出手段３の回転部との間に変速機構を設け、ステアリングシャフト１の単位回転角度当たりの信号変化を大きくすれば良い。しかしながら、ステアリングシャフト１と操作角検出手段３の間に変速機構５やモータ軸４ａが介在すると故障の原因が増え、操舵側モータ８の駆動制御の信頼性が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、操作側モータの駆動制御を平滑化すると共に、操舵側モータの駆動制御を高信頼度に行うことができる車両操舵装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、車両操舵装置を、ステアリングシャフトを回転操作する回転操作部材と、前記ステアリングシャフトに備えられ前記回転操作部材の絶対操作角を検出する絶対操作角検出手段と、前記ステアリングシャフトとの間に備えられた変速機構を介して前記回転操作部材に操作反力を付与する操作側モータと、前記操作側モータのモータ軸に備えられたモータ回転角検出手段と、伝達機構を介して操舵角を変更する操舵側モータと、前記操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記回転操作部材の絶対操作角及び前記操舵角に基づいて前記操舵側モータの駆動信号を生成すると共に、前記操作側モータの回転角及び操舵角に基づいて前記操作側モータの駆動信号を生成する制御手段とを備えるという構成にした。

ステアリングシャフトに絶対操作角検出手段を備えると、絶対操作角検出手段を回転操作するための特別な機構を必要とせず、絶対操作角検出手段の操作系の構成を簡略化することができるので、絶対操作角検出手段に故障が生じにくく、操舵側モータの駆動制御を高い信頼度で行うことができる。また、操作側モータのモータ軸にモータ回転角検出手段を備えると、ステアリングシャフトと操作側モータとの間に備えられた変速機構により回転操作部材の回転が増速して操作側モータのモータ軸に伝達されるので、高分解能の角度検出手段を備えることなく高分解能の絶対操作角信号を得ることができ、操作側モータの駆動制御を平滑に行うことができる。

また、本発明は、前記構成の車両操舵装置において、前記モータ回転角検出手段として相対角検出手段を用いると共に前記回転操作部材の絶対操作角と前記操作側モータの相対回転角とから前記操作側モータの絶対回転角を算出する絶対角演算手段を備え、前記制御手段は、前記絶対回転角に基づいて前記操作側モータの駆動信号を生成するという構成にした。

操作側モータの絶対回転角を演算するためには、相対回転角のみならず基準回転角が必要であるが、そのために基準回転角検出手段を設けるのではなく、回転操作部材の絶対操作角を基準回転角として利用するようにした。したがって、基準回転角検出手段を省略することができ、車両操舵装置の低コスト化を図ることができる。

本発明の車両操舵装置は、ステアリングシャフトに備えられた絶対操作角検出手段と、操作側モータのモータ軸に備えられたモータ回転角検出手段と、車軸の操舵角を検出する操舵角検出手段とを有するので、絶対操作角検出手段によって検出される回転操作部材の絶対操作角と操舵角検出手段によって検出される操舵角とに基づいて操舵側モータの駆動信号を生成することにより、操舵側モータの駆動制御を高い信頼度で行うことができる。また、絶対操作角検出手段によって検出される回転操作部材の絶対操作角とモータ回転角検出手段よって検出される操作側モータのモータ回転角とから操作側モータの絶対回転角を算出し、これに基づいて操作側モータの駆動信号を生成することにより、操作側モータの駆動制御を平滑に行うことができる。

以下、本発明に係る車両操舵装置の実施形態例を図１乃至図３に基づいて説明する。図１は実施形態例に係る車両操舵装置の構成図、図２はモータ回転角検出手段の出力特性を絶対操作角検出手段の出力特性と比較して示すグラフ図、図３は他の実施形態例に係る車両操舵装置の構成図である。

図１と図４との比較から明らかなように、本例の車両操舵装置は、図４に示した従来例に係る車両操舵装置に、操作側モータ４のモータ回転角を検出するモータ回転角検出手段２０と、当該モータ回転角検出手段２０から出力される操作側モータ４のモータ回転角信号θｒと絶対操作角検出手段３から出力される回転操作部材２の絶対操作角信号θ１とに基づいて操作側モータ４の絶対モータ回転角信号θａを演算する絶対角演算手段２１を追加した構成になっている。

その他については図４に示した従来例に係る車両操舵装置と同じであり、１はステアリングシャフト、２は回転操作部材、３は絶対操作角検出手段、４は操作側モータ、５は変速機構、６は操舵部材、７は操舵軸、８は操舵側モータ、９は操舵角検出手段、１０は制御手段を示している。また、操舵部材６は、操舵軸７に固着されたピニオンギア１１と、ピニオンギア１１と噛み合わされるラック歯が形成されたラック軸１２と、ラック軸１２によって駆動される車軸１３を含むリンク機構１４とをもって構成されている。

絶対操作角検出手段３としては、ステアリングシャフト１の絶対的な回転角を検出するデジタル式のエンコーダやアナログ式のポテンショメータ等を用いることができ、絶対操作角検出手段３としてエンコーダが用いられる場合には、例えばコードパターンが形成されたコード板がステアリングシャフト１に取り付けられ、絶対操作角検出手段３としてポテンショメータが用いられる場合には、例えば抵抗パターンが形成された抵抗基板又は摺動子が取り付けられた回転板がステアリングシャフト１に取り付けられる。

これに対して、モータ回転角検出手段２０としては、本実施形態例においては、操作側モータ４の相対的なモータ回転角を検出するデジタル式のエンコーダが用いられている。コードパターンが形成されたコード板は、操作側モータ４のモータ軸４ａに取り付けられる。

絶対角演算手段２１は、イグニッションスイッチがオン操作されたときに絶対操作角検出手段３から出力される回転操作部材２の絶対操作角信号θ１を基準回転角とし、これにモータ回転角検出手段２０から出力される操作側モータ４の相対回転角信号θｒを加算又は減算して、操作側モータ４の絶対回転角θａを演算する。

制御手段１０は、絶対角演算手段２１から出力される絶対回転角θａと操舵角検出手段９から出力される操舵角信号θ２とに基づいて操作側モータ４の駆動信号Ｍ１を生成すると共に、絶対操作角検出手段３から出力される回転操作部材２の絶対操作角信号θ１と操舵角検出手段９から出力される操舵角信号θ２とに基づいて操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を生成する。

ステアリングシャフト１と操作側モータ４との間に介設される変速機構５は、操作側モータ４で発生した操作反力を減速してステアリングシャフト１に伝達するものであるので、操作側モータ４のモータ軸４ａにモータ回転角検出手段２０の回転部を連結すると、変速機構５はモータ回転角検出手段２０に関して増速機構として作用する。したがって、モータ回転角検出手段２０がエンコーダである場合には、回転操作部材２の単位回転角度に対するモータ回転角信号θｒのコード数が操作角信号θ１のコード数よりも変速機構５が有する増速比だけ増加する。よって、絶対角演算手段２１から出力される絶対回転角θａに基づいて操作側モータ４の駆動信号Ｍ１を生成すると、絶対操作角検出手段３から出力される回転操作部材２の絶対操作角信号θ１に基づいて操作側モータ４の駆動信号Ｍ１を生成する場合に比べて操作側モータ４の駆動制御を高分解能化、すなわち平滑化することができ、ドライバーに違和感を与えることのない連続的で滑らかな操作反力を回転操作部材２に付与することができる。

また、モータ回転角検出手段２０は操作側モータ４のモータ軸４ａに備えられているのに対して絶対操作角検出手段３はステアリングシャフト１に取り付けられているので、モータ回転角検出手段２０よりも絶対操作角検出手段３の方が回転部の操作系が簡単で、故障しにくい構成になっている。したがって、絶対操作角検出手段３から出力される回転操作部材２の絶対操作角信号θ１と操舵角検出手段９から出力される車軸の操舵角信号θ２とに基づいて操舵側モータ８の駆動信号Ｍ２を生成することにより、操舵側モータの駆動制御に関して高い信頼性を維持することができる。

さらに、操作側モータ４の絶対回転角θａを演算するための基準回転角として絶対操作角検出手段３から出力される絶対操作角信号θ１を利用したので、基準回転角を検出するための特別な検出手段を省略することができ、車両操舵装置のコスト上昇を抑制することができる。

なお、前記実施形態例においては、操作側モータ４のモータ軸４ａに相対角検出手段のみを備えたが、かかる構成に代えて、図３に示すように、相対角検出手段２２ａと基準角検出手段２２ｂと絶対角演算手段２２ｃとからなる絶対角検出手段を備えることもできる。また、絶対角検出手段としてアナログ式のポテンショメータのみを用いることもできる。

また、前記各実施形態例においては、モータ回転角検出手段２０の回転部を直接操作側モータ４のモータ軸４ａに取り付けたが、かかる構成に代えて、モータ回転角検出手段２０の回転部と操作側モータ４のモータ軸４ａとの間に、モータ軸４ａに取り付けられた大歯車と回転部に取り付けられた小歯車との組合せからなる変速機構を更に設けることもできる。

実施形態例に係る車両操舵装置の構成図である。モータ回転角検出手段の出力特性を絶対操作角検出手段の出力特性と比較して示すグラフ図である。他の実施形態例に係る車両操舵装置の構成図である。従来例に係る車両操舵装置の構成図である。

符号の説明

１ステアリングシャフト
２回転操作部材
３絶対操作角検出手段
４操作側モータ
５変速機構
６操舵部材
７操舵軸
８操舵側モータ
９操舵角検出手段
１０制御手段
２０モータ回転角検出手段
２１絶対角演算手段

Claims

ステアリングシャフトを回転操作する回転操作部材と、前記ステアリングシャフトに備えられ前記回転操作部材の絶対操作角を検出する絶対操作角検出手段と、前記ステアリングシャフトとの間に備えられた変速機構を介して前記回転操作部材に操作反力を付与する操作側モータと、前記操作側モータのモータ軸に備えられたモータ回転角検出手段と、伝達機構を介して操舵角を変更する操舵側モータと、前記操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記回転操作部材の絶対操作角及び前記操舵角に基づいて前記操舵側モータの駆動信号を生成すると共に、前記操作側モータの回転角及び操舵角に基づいて前記操作側モータの駆動信号を生成する制御手段とを備えたことを特徴とする車両操舵装置。
前記モータ回転角検出手段として相対角検出手段を用いると共に前記回転操作部材の絶対操作角と前記操作側モータの相対回転角とから前記操作側モータの絶対回転角を算出する絶対角演算手段を備え、前記制御手段は、前記絶対回転角に基づいて前記操作側モータの駆動信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。