JP2007106278A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊なステアリングセンサを用いることなく、安定的に正確な操舵角を認識することのできる車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】ＩＦＳＥＣＵは、車両のイグニッションスイッチがオンになると（ＩＧオン、ステップ１０１）、先ず操舵角θsを検出し（ステップ１０２）、続いてその検出された操舵角θsに基づいてピニオン角θpを演算する（ステップ１０３）。次に、この演算されたピニオン角θpの絶対値がステアリングエンドに対応する最大値θp_maxよりも大きいか否かを判定することにより、ステアリングセンサのオーバーフロー判定を実行する（ステップ１０４）。そして、ピニオン角θpの絶対値が最大値θp_maxよりも大きい場合（|θp|＞θp_max、ステップ１０４：ＹＥＳ）には、オーバーフローが発生していると判定し、その補正処理を実行する（ステップ１０５〜ステップ１０７）。
【選択図】図４

Description

本発明は、伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に関するものである。

従来、モータを駆動源として、ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を上乗せして出力軸に伝達することによりステアリングと転舵輪との間の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置がある（例えば、特許文献１参照）。そして、こうした車両用操舵装置においては、ステアリングセンサにより検出される入力軸の回転角、即ち操舵角に基づいてその伝達比可変制御（ギヤ比可変制御）を行うのが一般的である。

ところで、通常、ステアリングセンサにより検出可能な操舵角の範囲には限界があり、実際の操舵角がその検出可能な範囲を超えた場合、多くはその出力が反転、即ちその検出値の符号が反転して出力されるようになっている（図５参照）。このため、車両用操舵装置におけるステアリングセンサの検出可能範囲は、予め、転舵輪の最大舵角、即ちステアリングエンドに対応する操舵角範囲よりも広く設定されている。
特開２００２−２４０７３４号公報

ところが、上記のような伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置においては、操舵角と転舵輪の舵角（転舵角）とが必ずしも一定の関係とはならない。このため、伝達比可変装置を持たない通常の車両用操舵装置と同様のステアリングセンサを用いた場合、操舵角がその検出可能範囲を超える、即ちオーバーフローが生ずる可能性がある。

例えば、図６（ａ）に示すように、操舵角θsと同方向（同図中「＋」方向）のモータ駆動に基づく回転角（モータ駆動角θmd）が上乗せされた状態で、ＩＧオフやフェールセーフの発動等により入力軸と出力軸とがロックされたとすると、その後の出力軸回転角（ピニオン角θp）は、操舵角θsからモータ駆動角θmdの分だけずれた状態となる。即ち、図６（ｂ）に示すように、仮にピニオン角θpを中立（０[deg]）とした場合、その上乗せされたモータ駆動角θmd（例えば２５０[deg]）を相殺する分だけ逆方向（「−」方向）の操舵角θs（−２５０[deg]）が発生する。

従って、図６（ｃ）に示すように、ロック状態のまま、ピニオン角θpを逆方向のステアリングエンド（例えば、θp＝−６５０[deg]）まで変更した場合には、その操舵角θsが、本来のステアリングエンドに対応する値（例えば−４００[deg]）を超えることになる（この場合、θs＝−９００[deg]）。その結果、ステアリングセンサの検出可能範囲（例えば±７８０[deg]）を超過することで、誤った値の操舵角θs（検出値＝−７８０×（−１）＋（−９００＋（−７８０×（−１））＝６６０[deg]）を検出してしまうおそれがある。

もっとも、こうしたステアリングセンサにおけるオーバーフローの発生は、その出力値の反転を検出することで容易に判別することが可能であり、また、より検出可能範囲の広いステアリングセンサを採用することでオーバーフローの発生自体を防止することも可能である。しかしながら、出力値の反転は電源投入時でなければ検出することができないため、ＩＧオフ時に上記のようなステアリング操作が行われた場合には、そのオーバーフローの有無は判別することができない。そして、検出可能範囲の広い特殊なステアリングセンサを採用すれば、その製造コストを大きく押し上げることになる。

本発明は、上記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、特殊なステアリングセンサを用いることなく、安定的に正確な操舵角を認識することのできる車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を上乗せして出力軸に伝達することによりステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、前記ステアリング操作に基づく前記入力軸の回転を前記操舵角として検出するステアリングセンサと、該検出される操舵角に基づいて前記伝達比可変装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記ステアリングセンサは、前記検出可能な前記操舵角の範囲が前記転舵輪の舵角範囲に対応する前記出力軸の回転範囲よりも大きく設定されるとともに、前記操舵角が該検出可能な範囲を超えた場合にはその正／負の符号を反転して出力する車両用操舵装置において、前記制御手段は、前記検出された操舵角とモータ駆動角とに基づき演算される出力軸回転角の絶対値が該出力軸回転角の最大値よりも大きい場合には、前記操舵角が前記検出可能な範囲を超えていると判定すること、を要旨とする。

上記構成によれば、検出される操舵角の連続性が失われた状態においてステアリングセンサにオーバーフローが発生した場合でもその発生の有無を検出することができる。従って、特殊なステアリングセンサを用いることなく、安定的に正確な操舵角を認識することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記操舵角が前記検出可能な範囲を超えていると判定した場合には、前記検出可能な操舵角の最大値を２倍して前記検出された操舵角の符号と反対の符号を付した値を該検出された操舵角に加算した値を真の前記操舵角として認識すること、
上記構成によれば、検出される操舵角に連続性がない場合であっても、正確な値に補正することができる。

請求項３に記載の発明は、前記入力軸と前記出力軸とを相対回転不能にロック可能なロック装置を備え、前記判定は、前記ロックがなされた状態での始動時に行われること、
上記構成によれば、ＩＧオフにより伝達比可変装置がロックされた状態におけるステアリング操作により生じたステアリングセンサのオーバーフローを的確に判定することができる。

本発明によれば、特殊なステアリングセンサを用いることなく、安定的に正確な操舵角を認識することの可能な車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明を伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のステアリング装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング（ハンドル）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラック＆ピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラック＆ピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。

本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）に対する転舵輪６の舵角（転舵角）の比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７と、該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御するＩＦＳＥＣＵ８とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト９とラック＆ピニオン機構４に連結される第２シャフト１０とからなり、ギヤ比可変アクチュエータ７は、第１シャフト９及び第２シャフト１０を連結する差動機構１１と、該差動機構１１を駆動するモータ１２とを備えている。そして、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラック＆ピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）する。

つまり、図２及び図３に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に基づく転舵輪６の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく転舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsに対する転舵輪６の舵角（転舵角θt）の比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる。そして、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ１２に対する駆動電力の供給を通じてギヤ比可変アクチュエータ７の制御を制御し、これにより操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比（ギヤ比）を制御する（ギヤ比可変制御）。

尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsに対する転舵角θtのギヤ比」をオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる（転舵角θt大、図２参照）。そして、逆方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる（転舵角θt小、図３参照）。

また、図１に示すように、本実施形態のギヤ比可変アクチュエータ７は、入力軸である第１シャフト９と出力軸である第２シャフト１０とを相対回転不能に拘束、即ちロック状態とすることが可能なロック装置１６を備えている。そして、ＩＦＳＥＣＵ８は、ギヤ比可変アクチュエータ７に何らかの異常が発生した場合、或いは車両のイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）がオフとなった場合等には、このロック装置１６により第１シャフト９と第２シャフト１０とを相対回転不能にロックする（ロック制御）。尚、本実施形態のギヤ比可変アクチュエータ７のような伝達比可変装置並びにロック装置の機械的構成についての詳細は、例えば、特開２００３−３２０９４３号公報等を参照されたい。

また、ステアリング装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ１７と、該ＥＰＳアクチュエータ１７の作動を制御するＥＰＳＥＣＵ１８とを備えている。本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１７は、その駆動源であるモータ２２がラック５と同軸に配置される所謂ラック型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ２２が発生するアシストトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラック５に伝達される。そして、ＥＰＳＥＣＵ１８は、このモータ２２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

本実施形態では、上記のギヤ比可変アクチュエータ７を制御するＩＦＳＥＣＵ８、及びＥＰＳアクチュエータ１７を制御するＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク（CAN：Controller Area Network）２３を介して接続されている。また、車内ネットワーク２３には、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転を操舵角θsとして検出するステアリングセンサ２４、及びモータ２２の回転角θmを検出する回転角センサ２５、並びにその他の車両状態量を検出するための各種センサが接続されている。尚、本実施形態では、ステアリングセンサ２４には、検出可能な操舵角θsの範囲が±θs_max（例えば、±７８０[deg]）、且つ実際の操舵角θsが当該検出可能範囲を超えた場合にはその正／負の符号を反転して出力するごく一般的なものが用いられている（図５参照）。そして、これら各センサにより検出される複数の車両状態量、即ち操舵角θs、操舵トルクτ、車輪速Ｖtr，Ｖtl、スリップ角θsp、車速Ｖ、ブレーキ信号Ｓbk、及びヨーレイトＲyは、車内ネットワーク２３を介してＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８に入力される。

また、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介した相互通信により、制御信号の送受信を行う。そして、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介して入力される上記各車両状態量及び制御信号に基づいて、上記のギヤ比可変制御及びロック制御、並びにパワーアシスト制御を統合的に実行する。

（オーバーフロー判定及び操舵角補正）
次に、ステアリングセンサのオーバーフロー判定及び操舵角補正について説明する。
上述のように、伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置においては、伝達比可変装置の入力軸回転角である操舵角θsと出力軸回転角であるピニオン角θpとが必ずしも一致せず、操舵角θsと転舵角θtとが一定の関係とはならない。このため、通常の車両用操舵装置と同様のステアリングセンサを用いた場合には、オーバーフローが生ずる可能性があり、それに伴う出力の反転によって、正確な操舵角θsを認識できなくなるおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ８は、ステアリングセンサ２４により検出された操舵角θs及びモータ駆動角θmdに基づいてピニオン角θpを演算する。尚、モータ駆動角θmdは、モータ２２の回転角θmに基づいて演算され、ＩＧオフ時には、ＩＦＳＥＣＵ８に設けられたメモリ（図示略）内に記憶される。そして、この演算されたピニオン角θpの絶対値がステアリングエンドに対応するピニオン角の最大値（絶対値）θp_max（例えば６５０[deg]）よりも大きい場合（|θp|＞θp_max）には、オーバーフローが発生していると判定する。

即ち、如何にステアリング２と転舵輪６との間のギヤ比を変化させようとも、転舵角θtがステアリングエンドを超えることはない。従って、演算により算出されたピニオン角θpの絶対値がステアリングエンドに対応する最大値θp_maxを超える場合、その演算の基礎となった操舵角θsが真の値ではない、つまりステアリングセンサ２４にオーバーフローが発生していると判定することができる。

そして、このようなオーバーフローが発生した場合、本実施形態のＩＦＳＥＣＵ８は、ステアリングセンサ２４が検出可能な操舵角θsの最大値（絶対値）θs_maxを２倍して、その検出された操舵角θsの符号と反対の符号を付した値を該検出された操舵角θsに加算した値を真の操舵角θs´として認識（補正）する。

即ち、オーバーフローが発生した時点において検出される操舵角θsの値は、検出可能な操舵角θsの最大値θs_maxにそのステアリング操作の方向に対応する符号と反転の符号を付した値となる。そして、さらに同方向へのステアリング操作がなされた場合には、この値から操舵角θsがカウントされることになる。

つまり、検出される操舵角θsは、実際の操舵角をＸとした場合に、その符号が「−」である場合には、以下に示す（１）式に、その符号が「＋」である場合には（２）式に表す値となる。

θs＝−θs_max×（−１）＋（Ｘ＋（−θs_max）×（−１））…（１）
θs＝＋θs_max×（−１）＋（Ｘ＋（＋θs_max）×（−１））…（２）
ここで、オーバーフローが発生した場合、検出される操舵角θsの符号は、真の操舵角θs´の符号と反対になる。従って、真の操舵角θs´の値は、検出された操舵角θsの符号が「−」である場合には、上記（２）式に対応する下記（３）式に、その符号が「＋」である場合には上記（１）式に対応する（４）式により求めることができる。

θs´＝（−θs_max）×（−１）×２＋θs…（３）
θs´＝（＋θs_max）×（−１）×２＋θs…（４）
つまり、先の図６（ｃ）に示す例のオーバーフローが生じた場合、ステアリングセンサ２４により検出される操舵角θsは、誤った値「６６０[deg]」となり、これに基づき演算されるピニオン角θpは「９１０[deg]」と、ステアリングエンドに対応する最大値θp_max、「６５０[deg]」を超えることになる。従って、オーバーフローが生じたものと判定することが可能であり、この場合の誤った操舵角θsの符号は「＋」であることから、上記（４）式により、θs´＝−７８０×２＋６６０＝−９００[deg]、と真の操舵角θs´の値を求めることができる。

次に、オーバーフロー判定及び操舵角補正の処理手順について説明する。
図４のフローチャートに示すように、ＩＦＳＥＣＵ８は、車両のイグニッションスイッチがオンになると（ＩＧオン、ステップ１０１）、先ず操舵角θsを検出し（ステップ１０２）、続いてその検出された操舵角θsに基づいてピニオン角θpを演算する（ステップ１０３）。

次に、ＩＦＳＥＣＵ８は、この演算されたピニオン角θpの絶対値がステアリングエンドに対応する最大値θp_maxよりも大きいか否かを判定することにより、ステアリングセンサ２４のオーバーフロー判定を実行する（ステップ１０４）。そして、ピニオン角θpの絶対値が最大値θp_maxよりも大きい場合（|θp|＞θp_max、ステップ１０４：ＹＥＳ）には、オーバーフローが発生していると判定し、その補正処理を実行する（ステップ１０５〜ステップ１０７）。尚、このステップ１０４において、ピニオン角θpの絶対値が最大値θp_max以下である場合には（|θp|≦θp_max、ステップ１０４：ＮＯ）、オーバーフローは生じていない（オーバーフローなし）と判定し（ステップ１０８）、以下に示すステップ１０５〜ステップ１０７の補正処理は実行しない。

上記ステップ１０４において、オーバーフローが発生していると判定した場合、ＩＦＳＥＣＵ８は、検出された操舵角θsの符号を判定する（ステップ１０５）。そして、操舵角θsの符号が「−」である場合（θs＜０、ステップ１０５：ＹＥＳ）には、上記（３）式により補正された値を真の操舵角θ´として認識し（ステップ１０６）、操舵角θsの符号が「＋」である場合（θs＞０、ステップ１０５：ＮＯ）には、上記（４）式により補正された値を真の操舵角θ´として認識する（ステップ１０７）。

尚、本実施形態では、上記一連のオーバーフロー判定及び操舵角補正処理は、ＩＧオン時、即ちギヤ比可変アクチュエータ７がロックされた状態での始動時のみに行われる。
以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。

（１）ＩＦＳＥＣＵ８は、車両のイグニッションスイッチがオンになると（ＩＧオン、ステップ１０１）、先ず操舵角θsを検出し（ステップ１０２）、続いてその検出された操舵角θsに基づいてピニオン角θpを演算する（ステップ１０３）。次に、この演算されたピニオン角θpの絶対値がステアリングエンドに対応する最大値θp_maxよりも大きいか否かを判定することにより、ステアリングセンサ２４のオーバーフロー判定を実行する（ステップ１０４）。そして、ピニオン角θpの絶対値が最大値θp_maxよりも大きい場合（|θp|＞θp_max、ステップ１０４：ＹＥＳ）には、オーバーフローが発生していると判定し、その補正処理を実行する（ステップ１０５〜ステップ１０７）。

上記構成によれば、ＩＧオフ時におけるステアリング操作等、ステアリングセンサにより検出される操舵角θsの連続性が失われた状態でオーバーフローが発生した場合でもその発生の有無を検出することができる。従って、特殊なステアリングセンサを用いることなく、安定的に正確な操舵角を認識することができるようになる。

（２）ＩＦＳＥＣＵ８は、オーバーフローが発生した場合、ステアリングセンサ２４が検出可能な操舵角θsの最大値（絶対値）θs_maxを２倍して、その検出された操舵角θsの符号と反対の符号を付した値を該検出された操舵角θsに加算した値を真の操舵角θs´として認識（補正）する。これにより、検出される操舵角θsに連続性がない場合であっても、正確な値に補正することができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、オーバーフロー判定及び操舵角補正処理は、ＩＧオン時、即ちギヤ比可変アクチュエータ７がロックされた状態での始動時のみに行われることとしたが、これに限らず適宜行う構成としてもよい。

ステアリング装置の概略構成図。 ギヤ比可変制御の説明図。 ギヤ比可変制御の説明図。 オーバーフロー判定及び操舵角補正の処理手順を示すフローチャート。 ステアリングセンサの特性例を示す説明図。 （ａ）〜（ｃ）オーバーフローの発生要因を示す説明図。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリング、６…転舵輪、７…ギヤ比可変アクチュエータ、８…ＩＦＳＥＣＵ、９…第１シャフト、１０…第２シャフト、１２…モータ、１６…ロック装置、２４…ステアリングセンサ、θs，θs´…操舵角、θs_max…最大値、θmd…モータ駆動角、θp…ピニオン角、θp_max…最大値、θt…転舵角。

Claims (3)

1. ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を上乗せして出力軸に伝達することによりステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置と、前記ステアリング操作に基づく前記入力軸の回転を前記操舵角として検出するステアリングセンサと、該検出される操舵角に基づいて前記伝達比可変装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記ステアリングセンサは、前記検出可能な前記操舵角の範囲が前記転舵輪の舵角範囲に対応する前記出力軸の回転範囲よりも大きく設定されるとともに、前記操舵角が該検出可能な範囲を超えた場合にはその正／負の符号を反転して出力する車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記検出された操舵角とモータ駆動角とに基づき演算される出力軸回転角の絶対値が該出力軸回転角の最大値よりも大きい場合には、前記操舵角が前記検出可能な範囲を超えていると判定すること、を特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記操舵角が前記検出可能な範囲を超えていると判定した場合には、前記検出可能な操舵角の最大値を２倍して前記検出された操舵角の符号と反対の符号を付した値を該検出された操舵角に加算した値を真の前記操舵角として認識すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記入力軸と前記出力軸とを相対回転不能にロック可能なロック装置を備え、
   前記判定は、前記ロックがなされた状態での始動時に行われること、
   を特徴とする車両用操舵装置。

Images