JP2006335257A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、ステアリングシャフトに設けたトルクセンサでは振動検出不可能であった左右のタイロッドから同相の振動が入力されたケースにおいても、振動を検出して吸収し異常音の発生を防止する。
【解決手段】 ラックバー１５の左右両端に連結されるタイロッド１７に、その軸方向の長さを調整する伸縮アクチュエータ３０を設ける。この伸縮アクチュエータ３０は、タイロッド１７を２分割した第１ロッド１７１，第２ロッド１７２と、両ロッド間の相対位置関係を変化させるモータ３２を備え、左右のタイロッド１７に設けた荷重センサ４０により検出した振動状態に同期して伸縮するように制御される。このため、タイロッド１７で発生した振動は伸縮アクチュエータ３０で吸収されてラックバー１５に伝達されなくなり、ラックバー１５とタイロッド１７との連結部１８において異常音を発生しなくなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転舵輪を転舵するための車両の操舵装置に関する。

従来から、この種の装置において、運転者にとって不快な操舵ハンドルの高周波振動を防止するものが知られている。
例えば、特許文献１に開示された電動式パワーステアリング装置では、ステアリングシャフト上に操舵アシスト用モータで駆動される歯車減速機構と操舵トルクセンサとを設け、トルクセンサ出力に高周波成分（振動）が検知されたときに、この振動と実質的に同一の周波数で逆位相のダンピング信号を操舵アシスト用のモータへ出力することにより、操舵輪よりステアリングリンケージ部材を経て操舵ハンドルに伝達される振動を相殺するようにしている。
特開平６−１７１５４１号

しかしながら、上記従来の装置においては、操舵ハンドルに伝達される振動は抑制できるものの、ステアリングリンケージ部材で発生する異常音を抑制することはできない。
つまり、ステアリングリンケージ部材は、ラックバーとその両端に連結されるタイロッドとから構成されるが、左右のタイロッドから同相の振動がラックバーに入力された場合、ラックバーの軸力が発生しないためトルクセンサからは振動検出できない。このため、タイロッドの傾角分だけラックバーの軸方向に振動が入ることから、エンドブッシュ（タイロッドの連結部）から異常音が発生してしまう。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、左右のタイロッドから同相の振動が入力された場合においても、異常音の発生を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操作によりギヤ機構を介して左右動する左右動ロッドと、上記左右動ロッドの左右端に接続され左右動ロッドの左右動により車輪を転舵するナックルアームとを備えた車両の操舵装置において、上記左右動ロッドの左右両側に設けられ、上記左右動ロッドの軸方向の長さを可変する伸縮アクチュエータと、上記左右動ロッドの左右両側の振動状態をそれぞれ検出する振動検出手段と、上記振動検出手段により検出される振動状態に基づいて、上記振動が低減するように上記左右の伸縮アクチュエータを駆動制御するロッド長制御手段とを備えたことにある。
この場合、上記左右動ロッドは、例えば、上記ギヤ機構により左右動するラックバーと、上記ラックバーの左右端と上記ナックルアームとの間に連結されるタイロッドとを有し、上記伸縮アクチュエータは、上記タイロッドの軸方向の長さを調整し、上記振動検出手段は、上記タイロッドにかかる荷重を検出するものである。

上記のように構成した本発明においては、例えば、操舵輪から左右のタイロッドに振動が入力されると、それぞれのタイロッドの振動状態を振動検出手段が検出して、ロッド長制御手段がこの振動が低減されるように伸縮アクチュエータを駆動して各タイロッドの長さをそれぞれ変化させる。つまり、各タイロッドの振動に同期させてタイロッドの長さを変化させることで、ラックバーへの振動が吸収されラックバーとタイロッドとの連結部から発生する異常音が低減される。
従って、従来のようにステアリングシャフトに設けたトルクセンサでは振動検出不可能であった左右のタイロッドから同相の振動が入力されたケースにおいても、振動を吸収することができ異常音の発生を抑制できる。

また、本発明の他の特徴は、上記ロッド長制御手段が、上記振動検出手段による振動検出値が所定レベル以上である場合に作動することにある。これによれば、必要以上の伸縮アクチュエータの作動が防止され、制御の簡易化や安定化を図ることができ、また、アクチュエータの耐久性も向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。

この車両の操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、ステアリングシャフト１２の上端にて一体的に固定されている。
一方、ステアリングシャフト１２の下端には、ピニオンギア１３が設けられている。このピニオンギア１３は、車体の左右軸線方向に変位可能に支持されたラックバー１５に形成されたラック歯１４と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成し、ギアボックス１６に収納されている。
ラックバー１５の左右端には、それぞれタイロッド１７がボールジョイント１８を介して回動可能に連結され、さらにタイロッド１７の他端には左前輪ＦＷ１，ＦＷ２に固定されたナックルアーム１９が連結ピン２０を介して連結される。
従って、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作すると、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１５の軸線方向の変位により左右に操舵される。

左右のタイロッド１７には、その中間位置に軸線方向の長さを可変する伸縮アクチュエータ３０が設けられる。
この伸縮アクチュエータ３０は、図２に示すように、タイロッド１７を２つに分割した第１ロッド１７１と第２ロッド１７２との間に設けられ、第１ロッド１７１と第２ロッド１７２との軸線方向の相対位置関係を調整することでタイロッド１７の長さを調整するように構成される。具体的には、ラックバー１５に連結される側の第１ロッド１７１の端部に円筒状のケーシング３１を形成し、このケーシング３１内にモータ３２を固定する。一方、第２ロッド１７２の先端内側に雌ネジ３３を形成し、この雌ネジ３３とモータ軸に固定した雄ネジ３４とを噛み合わせて第２ロッド１７２先端をケーシング３１内に挿入することで、モータ３２の正逆回転により第２ロッド１７２のケーシング３１に対する挿入量が調整され、この結果、タイロッド１７の長さが変化するように構成される。

また、左右のタイロッド１７には、伸縮アクチュエータ３０よりもラックバー１５側、つまり第１ロッド１７１に荷重センサ４０が設けられる。この荷重センサ４０は、タイロッド１７に付加される荷重に応じた信号を出力するもので、タイロッド１７が振動した場合には、その出力信号も振動するため、振動状態を検知するセンサとして使用される。尚、荷重センサを用いなくても、振動状態に応じた信号を出力するものであれば他のセンサでも代用することができる。

次に、左右の伸縮アクチュエータ３０に組み込まれたモータ３２を駆動制御する電気制御装置５０について説明する。電気制御装置５０は、マイクロコンピュータを主要構成部品とした電子制御ユニット（以下、ECUと呼ぶ）５１と、ＥＣＵ５１からの駆動制御信号により各モータ３２を駆動する駆動回路５２と、左右の荷重センサ４０からの信号を入力し所定周波数以上の高周波成分のみをＥＣＵ５１に出力するハイパスフィルタ５３とを備える。

次に、ＥＣＵ５１にて実行される騒音防止制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。
この騒音防止制御は、ＥＣＵ５１内に記憶された制御プログラムを短い周期で繰り返し実行するもので、イグニッションスイッチ（図示略）が投入されると起動する。尚、騒音防止制御は、左右の伸縮アクチュエータ３０を並行して独立に制御するもので、左右どちらも同じ制御であるため、ここでは、一方の伸縮アクチュエータ３０の制御について説明する。

まず、荷重センサ４０からの出力を読み込む。この場合、荷重センサ４０の出力は、ハイパスフィルタ５３を経由するため、その高周波成分のみが読み込まれる。本実施形態では、１５Ｈｚ以上の振動成分が読み込まれる。以下、ＥＣＵ５１に読み込まれる荷重センサ４０からの信号を振動信号と呼ぶ。
そして、読み込んだ振動信号のピーク値における大きさＬｘ（振幅）を算出し（Ｓ１）、その値が予め定められた所定レベルＬ０以上であるか否かを判断する（Ｓ２）。Ｌｘ＜Ｌ０であれば、異常音を発生する程度の振動は生じていないと判断できるため、本制御ルーチンを一旦終了する。

一方、検出した振動信号の大きさＬｘが所定レベルＬ０以上である場合は、以下詳述するように、その振動信号が小さくなるように伸縮アクチュエータ３０のモータ３２を駆動する。本実施形態では、振動信号と比例した伸縮ストロークで逆位相となるように、つまり、タイロッド１７に振動が加わっても、ラックバー１５との連結部１８では、その動作が打ち消されるように伸縮アクチュエータ３０を作動させるように、モータ３２を正逆回転させる。

まず、振動信号の周波数成分のピーク値に対する周波数ωｘを算出する（Ｓ３）。
続いて、この周波数ωｘと振幅Lｘと位相角θとからモータ３２を駆動する駆動量Ａを決定し、モータ３２を駆動する（Ｓ４）。
Ａ＝Ｌｘ・ｓｉｎ（ωｘ＋θ）
ここで、本制御ルーチンの起動時における位相角θは予め記憶された初期設定値が用いられる。
尚、この駆動量Ａは、モータ３２を直接駆動する電流をあらわすものではなく、モータ３２の正逆回転による伸縮アクチュエータ３０のストローク量をあらわすもので、予めＥＣＵ５１に記憶した変換テーブルに基づいて、駆動量Ａから実際のモータ３２の駆動電流が導き出される。
従って、タイロッド１７に加わる振動と同じ周波数でモータ３２が正逆回転し、そのモータ３２の正逆回転による伸縮アクチュエータ３０の伸縮ストロークもタイロッド１７に加わる振動と同じものとなる。この場合、タイロッド１７の振動と同期させて伸縮アクチュエータ３０を逆向きに伸縮させる必要があるため、以下に示すように、位相角θを調整する。

まず、フラグＦの設定状態を読み込む（Ｓ５）。このフラグＦは、後述する処理でわかるように、位相角を増大させる側に補正する場合にはＦ＝１にセットされ、減少させる側に補正する場合にはＦ＝０にセットされるものである。
ステップ５において、Ｆ＝０であると判断した場合には、位相角θを所定量だけ減らし（Ｓ６）、逆に、Ｆ＝１であると判断した場合には、位相角θを所定量だけ増やす（Ｓ７）。つまり、ここでは位相角の補正処理を行うわけである。尚、本制御ルーチンの起動時には、Ｆ＝０に設定されており、位相角θは所定量だけ減少補正されるが、どちらであってもかまわない。
従って、調整された位相角θでモータ３２が駆動されることになる。

続いて、荷重センサ４０から振動信号を読み込んで、再度、振動信号の振幅Ｌｘを算出し（Ｓ８）、先の位相角θの補正により振動信号の振幅Ｌｘが減少したか否かを判断する（Ｓ９）。振動信号の振幅Ｌｘが減少した場合には、先の位相角θの補正処理が適切であったとして、フラグＦの反転を行わず、逆に、振幅Ｌｘが増大した場合には、先の位相角θの補正処理における補正方向が逆であったとして、フラグＦを反転する（Ｓ１０〜Ｓ１２）。つまり、今までの設定がＦ＝０であればＦ＝１にセットし、Ｆ＝０であればＦ＝１にセットする。
そして、上記の振動信号の変化に伴うフラグＦの設定を行って本制御ルーチンを一旦終了する。

こうして本制御ルーチンが短い周期で繰り返し実行されることにより、位相角θはタイロッド１７の振動を打ち消すように収束されて設定されることになり、タイロッド１７の振動と同期して伸縮アクチュエータ３０が伸縮するようになり、前輪ＦＷ１，ＦＷ２からタイロッド１７に伝達された振動は、吸収されてラックバー１５に伝達されなくなる。
この結果、ラックバー１５との連結部１８では振動による異常音を発生しなくなる。また、従来のようにステアリングシャフトに設けたトルクセンサで振動を検出するものでは、左右のタイロッド１７から同相の振動が入力されたケースにおいては異常音発生を防止できなかったが、本実施形態では、左右のタイロッド１７の振動信号から左右の伸縮アクチュエータ３０を独立して伸縮制御しているため、そうした不具合もない。
従って、振動による異常音の発生を良好に防止することができる。

また、ステップ２の処理のように、振動信号の大きさＬｘが所定レベルＬ０以上の場合にのみ、伸縮アクチュエータ３０を作動させるため、制御が容易であり不安定に作動することもなく、また、モータ３２の寿命も向上させることができる。

以上、本実施形態の車両の操舵装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態では、伸縮アクチュエータ３０の振幅については、検出したタイロッド１７の振動信号に基づいて設定しているが、例えば、この振幅をさらに増減補正して、振動が減少する側に補正するようにしてもよい。
また、本実施形態においては、振動検出手段（荷重センサ４０）をタイロッド１７に設けているが、例えば、ラックバー１５の左右に設けて、伸縮アクチュエータ３０を駆動制御するようにしてもよい。
更に、伸縮アクチュエータ３０は、モータ駆動に限らず、ソレノイド等の他のアクチュエータを用いてもよい。
加えて、上記実施形態においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにしたが、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。
また、ハイパスフィルター５３で高周波成分のみを抽出する構成を採用しなくてもよく、フィルタリング周波数も任意に設定できるものである。

本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。 伸縮アクチュエータの概略断面図である。 ＥＣＵによって実行される制御プログラムのフローチャートである。

符号の説明

ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１０…操舵装置、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…ピニオンギア、１４…ラック歯、１５…ラックバー、１７…タイロッド、１８…ボールジョイント、１９…ナックルアーム、３０…伸縮アクチュエータ、３２…モータ、４０…荷重センサ、５０…ＥＣＵ。

Claims (3)

1. 操舵ハンドルの操作によりギヤ機構を介して左右動する左右動ロッドと、
   上記左右動ロッドの左右端に接続され左右動ロッドの左右動により車輪を転舵するナックルアームと
   を備えた車両の操舵装置において、
   上記左右動ロッドの左右両側に設けられ、上記左右動ロッドの軸方向の長さを可変する伸縮アクチュエータと、
   上記左右動ロッドの左右両側の振動状態をそれぞれ検出する振動検出手段と、
   上記振動検出手段により検出される振動状態に基づいて、上記振動が低減するように上記左右の伸縮アクチュエータを駆動制御するロッド長制御手段と
   を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 上記左右動ロッドは、上記ギヤ機構により左右動するラックバーと、上記ラックバーの左右端と上記ナックルアームとの間に連結されるタイロッドとを有し、
   上記伸縮アクチュエータは、上記タイロッドの軸方向の長さを調整し、
   上記振動検出手段は、上記タイロッドにかかる荷重を検出することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵装置。
3. 上記ロッド長制御手段は、上記振動検出手段による振動検出値が所定レベル以上である場合に作動することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両の操舵装置。
   

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