JP2007137383A

JP2007137383A - 操舵装置

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Publication number: JP2007137383A
Application number: JP2005337434A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Norifuji; 安司則藤
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP4774948B2

Abstract

【課題】部品コストを上昇させることなく、多回転の操舵角を検出することができる操舵装置の提供。
【解決手段】操舵部材（２７）と、操舵部材（２７）の操舵に応じて操舵補助する操舵補助手段（６）、又は操舵部材（２７）と機械的に分離され操舵部材（２７）の操舵に応じて舵取りする舵取機構（２３，２３）とを備え、左右の車輪速を各検出する各車輪速検出手段（３３，３５）を有する車両を操舵する操舵装置。操舵部材（２７）の左右各１回転範囲の操舵角を検出する操舵角検出器（１８）と、各車輪速検出手段（３３，３５）が各検出した左右の車輪速（Ｓ３）、及び操舵角検出器（１８）が検出した左右各１回転範囲の操舵角（Ｓ２）に基づき、操舵部材（２７）の操舵角を検出する（Ｓ１０，Ｓ１４）操舵角検出手段（１）とを備える構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、操舵部材の操舵に応じて操舵補助する操舵補助手段、又は操舵部材と機械的に分離され操舵部材の操舵に応じて舵取りする舵取機構を備え、ＡＢＳ（Anti-lock Brake System）等において左右の車輪速を各検出する各車輪速検出手段を有する車両を操舵する操舵装置に関するものである。

車両の操舵装置には、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、操舵補助用モータを駆動して操舵補助を行なう電動パワーステアリング装置がある。また、操舵部材の操舵角を検出し、検出した操舵角に応じて、操舵部材とは機械的に分離された舵取機構にモータ駆動で舵取りさせるステアバイワイヤ式の操舵装置等があり、これらは、操舵部材の操舵角を検出して操舵制御に使用している。

特許文献１の段落００２４〜段落００４２には、左車輪速センサ及び右車輪速センサから各信号を入力して、左車輪速及び右車輪速を算出し、（各車輪速の差）／（各車輪速の和）を含む算出式により推定前輪操舵角を算出する車両の前輪操舵角検出装置が記載されている。
特開平６−１８２５５号公報

車両のステアリングホイールは、操舵回転の終端から終端迄が２回転以上の多回転である。その為、操舵回転軸上に操舵角センサを設置して、直進位置からの絶対操舵角を検出するには、多回転の検出範囲を有する角度センサが必要であるが、そのような角度センサは、多数の機構部品が使用されている為、高価であり、部品コストを上昇させるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、部品コストを上昇させることなく、多回転の操舵角を検出することができる操舵装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る操舵装置は、操舵部材と、該操舵部材の操舵に応じて操舵補助する操舵補助手段、又は前記操舵部材と機械的に分離され前記操舵に応じて舵取りする舵取機構とを備え、左右の車輪速を各検出する各車輪速検出手段を有する車両を操舵する操舵装置において、前記操舵部材の左右各１回転範囲の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記各車輪速検出手段が各検出した左右の車輪速、及び前記操舵角検出器が検出した左右各１回転範囲の操舵角に基づき、前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る操舵装置は、前記操舵角検出手段は、前記左右の車輪速の比を演算する比演算手段と、左右の車輪速の比、及び前記操舵部材の操舵角を対応させた参照テーブルとを備え、前記比演算手段が演算した比により前記参照テーブルを参照し、参照して得た操舵角、及び前記左右１回転範囲の操舵角に基づき、前記操舵部材の操舵角を検出するように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る操舵装置は、前記操舵角検出手段は、前記左右の車輪速の差を演算する差演算手段と、左右の車輪速の差、及び前記操舵部材の操舵角を対応させた参照テーブルとを備え、前記差演算手段が演算した差により前記参照テーブルを参照し、参照して得た操舵角、及び前記左右１回転範囲の操舵角に基づき、前記操舵部材の操舵角を検出するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る操舵装置によれば、操舵角検出器が、操舵部材の左右各１回転範囲の操舵角を検出し、操舵角検出手段が、各車輪速検出手段が各検出した左右の車輪速、及び操舵角検出器が検出した左右各１回転範囲の操舵角に基づき、操舵部材の操舵角を検出するので、部品コストを上昇させることなく、多回転の操舵角を検出することができる操舵装置を実現することができる。

第２発明に係る操舵装置によれば、操舵角検出手段は、比演算手段が、左右の車輪速の比を演算し、参照テーブルが、左右の車輪速の比、及び操舵部材の操舵角を対応させてあり、比演算手段が演算した比により参照テーブルを参照し、参照して得た操舵角、及び操舵角検出器が検出した左右１回転範囲の操舵角に基づき、操舵部材の操舵角を検出するので、部品コストを上昇させることなく、多回転の操舵角を検出することができる操舵装置を実現することができる。

第３発明に係る操舵装置によれば、操舵角検出手段は、差演算手段が、左右の車輪速の差を演算し、参照テーブルが、左右の車輪速の差、及び操舵部材の操舵角を対応させてあり、差演算手段が演算した差により参照テーブルを参照し、参照して得た操舵角、及び操舵角検出器が検出した左右１回転範囲の操舵角に基づき、操舵部材の操舵角を検出するので、部品コストを上昇させることなく、多回転の操舵角を検出することができる操舵装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図である。この操舵装置は、電動パワーステアリング装置であり、例えば舵取りの為のステアリングホイール２７（操舵部材）と、ステアリングホイール２７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ（操舵補助手段）６と、モータ６の回転を減速歯車機構１７を介して舵取機構２３，２３に伝える伝動手段２４と、モータ６の駆動回路５を制御する制御装置１とを備えている。

ステアリングホイール２７には、その回転角を検出する操舵角センサ（操舵角検出器）１８が設けられ、操舵角センサ１８が検出した操舵角は制御装置１に与えられる。ステアリングホイール２７は、入力軸２６に連結されている。
伝動手段２４は、入力軸２６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸２９と、出力軸２９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸３０と、連結軸３０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ａ，Ａに舵取機構２３，２３を介して連結されるラック軸３２とを備えている。入力軸２６及び伝動手段２４は操舵軸２５を構成している。

左右の操向輪Ａ，Ａの近傍には、図示しないＡＢＳ（Anti-lock Brake System）の為に左右の車輪速を各検出する左車輪速センサ３３及び右車輪速センサ３５が設けられ、左車輪速センサ３３及び右車輪速センサ３５が各検出した車輪速は、ＡＢＳ及び制御装置１にそれぞれ与えられる。
左車輪速センサ３３及び右車輪速センサ３５には、回転部分に歯車状のロータを設け、その外周にコイル及び磁極で構成されるセンサを設置した磁気式回転速センサ、磁気式又はフォトインタラプタ式のロータリーエンコーダ等が使用される。
左車輪速センサ３３及び右車輪速センサ３５は、車両の旋回時には、ステアリングホイール２７の操舵角及び内輪差に応じて異なる車輪速を検出する。

入力軸２６の周りには、ステアリングホイール２７を操作することにより入力軸２６に加わる操舵トルク値を、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルクセンサ２１が配置されており、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づいて、制御装置１が駆動回路５を制御するように構成してある。
減速歯車機構１７は、モータ６の出力軸に繋がるウォームと、出力軸２９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ６の回転をウォーム及びウォームホイールから出力軸２９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール２７の操作による舵取り操作力を入力軸２６、トーションバー（図示せず）、出力軸２９、連結軸３０、及びピニオン軸３１を介してラック軸３２に伝達し、ラック軸３２を軸長方向へ移動させ、舵取機構２３，２３を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づき、制御装置１が駆動回路５を制御してモータ６を駆動し、モータ６の駆動力を出力軸２９に伝達することにより、舵取り操作力を補助し、舵取りの為の運転者の労力負担を軽減する。

図２は、図１に示す制御装置１の要部構成を示すブロック図である。この制御装置１は、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値が、インタフェース２０によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク値Ｔが、制御装置１の関数発生部１２に与えられる。関数発生部１２には、車両の走行速度を検出する車速センサ３が検出し、インタフェース４がサンプリングした車速値Ｖも与えられている。

関数発生部１２では、図中で示すように、操舵トルク値Ｔが所定の不感帯を超えると、操舵トルク値Ｔの増加に従って電流指示値Ｉが比例的に増加し、さらに操舵トルク値Ｔが所定値以上になると電流指示値Ｉが飽和するような関数が、車速値Ｖ（但しＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３…）に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…が大となるに従って操舵トルク値Ｔに対する電流指示値Ｉの比が小となると共に、電流指示値Ｉの飽和値が小となるようになっている。関数発生部１２が定めた電流指示値Ｉは加算手段１３へ与えられる。

一方、トルクセンサ２１が検出し、インタフェース２０によりサンプリングされた操舵トルク値Ｔは、制御装置１の微分演算部１４へも与えられる。微分演算部１４には、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値Ｖも与えられる。
微分演算部１４は、操舵トルク値Ｔを微分し、微分して得た操舵トルク値Ｔ′に、車速値Ｖに応じて定められた係数を乗じて、微分電流値Ｉｄとして加算手段１３へ与え、モータ６及び舵取機構２３，２３（図１）の慣性補償を行う。
加算手段１３は、関数発生部１２及び微分演算部１４より与えられた電流指示値Ｉ及び前記微分電流値Ｉｄを加算し、その加算結果を減算手段１５へ与える。

操舵角センサ１８は、左右各１回転（−３６０°〜３６０°）の操舵角を検出可能であり、ステアリングホイール２７が１回転以上回転した際も、−３６０°〜３６０°の範囲の操舵角値を出力する。
操舵角センサ１８が検出した操舵角は、インタフェース１９によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵角値θが、制御装置１内の制御部８に与えられる。
左車輪速センサ３３が検出した左車輪速は、インタフェース３４によりサンプリングされ、制御部８に与えられる。右車輪速センサ３５が検出した右車輪速は、インタフェース３６によりサンプリングされ、制御部８に与えられる。

制御部８内のメモリには、図５に示すようなイメージであり、左右の車輪速の比とステアリングホイール２７の操舵角とを対応させた参照テーブル９が記憶されている。参照テーブル９の特性は、車種毎の条件（ホイールベース、トレッド、オーバーオールギアレシオ等）により定められる。
制御部８は、読込んだ操舵角値θ、演算した左右の車輪速比、及び参照テーブル９の参照結果に基づき、ステアリングホイール２７の多回転の操舵角を求め、関数発生部１２及びモータ電圧演算部１６に与える。与えられた操舵角は、例えば、操舵回転終端部付近のモータ電流制御等に使用される。

減算手段１５には、操舵補助を行うモータ６に流れる電流を検出するモータ電流検出回路７が出力したモータ電流検出値Ｉｓも与えられている。減算手段１５は、加算手段１３の電流指示値Ｉ及び微分電流値Ｉｄの加算結果からモータ電流検出値Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。
この操舵装置の電源は、電源スイッチ回路２を通じてバッテリーＢから与えられる。

以下に、このような構成の操舵装置の操舵角を検出する動作を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部８は、先ず、操舵角センサ１８が検出し、インタフェース１９によりサンプリングされた操舵角値θを読み込み（Ｓ２）、次いで、左車輪速センサ３３及び右車輪速センサ３５が各検出し、インタフェース３４及びインタフェース３６により各サンプリングされた左右の実車輪速を読み込む（Ｓ３）。

尚、制御部８は、各サンプリングされて読み込んだ左右の実車輪速を、例えば数十サンプリング分記憶しておき、操向輪Ａがロックされて、読み込んだ（Ｓ３）車輪速が０であるときは、図６に示すように、その直前のゼロでない実車輪速の変化率から、ロックされていないと仮定したときの車輪速を推定演算する。
ＡＢＳが作動（瞬時的にはタイヤがロック＝車輪速０）しても、ロックする前の車輪速の変化率より現在の車輪速を推測演算することができるので、理論上はＡＢＳ作動中でも演算車輪速よりハンドル何回転目かの判定は可能である。

但し、実際には、図７のタイミングチャートに示すように、通常の走行状態（タイヤがロックしていない）で、ハンドルが何回転目かを初期に判定してからは（ａ）、舵角センサの出力信号の周期（ｃ）より、ハンドルが何回転目かをカウントして判定する（ｂ）こともできる為、上記の車輪速を推定演算するロジックは省略しても良い。

車輪速を推定演算する場合、制御部８は、先ず、右車輪速を演算し（Ｓ４）、次いで、左車輪速を演算する（Ｓ５）。
制御部８は、右車輪速を演算する際（Ｓ４）、先ず、ワークＲＡＭに０を記憶させ（図４Ｓ４０）、パラメータｋ、ｋ₁ を０にして（Ｓ４２）初期化を行い、次いで、読み込んだ右車輪速（Ｓ３）をＶ_R（ｎ）とする（Ｓ４４）。次いで、右車輪速Ｖ_R （ｎ−ｋ）が０であるか否かを判定し（Ｓ４６）、右車輪速Ｖ_R （ｎ−ｋ）が０なら（Ｓ４６；ＹＥＳ）、パラメータｋを１ずつインクリメント（Ｓ４８）して、サンプリング周期を遡り、遡ったサンプリング周期の右車輪速Ｖ_R（ｎ−ｋ）が０であるか否かを判定して行く（Ｓ４６）。

制御部８は、右車輪速Ｖ_R （ｎ−ｋ）が０でなければ、又は０でなくなれば（Ｓ４６；ＮＯ）、パラメータｋ₁ にパラメータｋの値を記憶させ（Ｓ４９）、ワークＲＡＭにそのＶ_R（ｎ−ｋ）を記憶させた（Ｓ５０）後、更にパラメータｋを１インクリメント（Ｓ５２）して、サンプリング周期を遡る。次いで、その遡ったサンプリング周期の右車輪速Ｖ_R（ｎ−ｋ）が０であるか否かを判定し（Ｓ５４）、右車輪速Ｖ_R （ｎ−ｋ）が０なら（Ｓ５４；ＹＥＳ）、パラメータｋを１ずつインクリメント（Ｓ５２）して、サンプリング周期を遡る。

制御部８は、右車輪速Ｖ_R （ｎ−ｋ）が０でなければ、又は０でなくなれば（Ｓ５４；ＮＯ）、
{[ワークＲＡＭ]−Ｖ_R （ｎ−ｋ）}／（ｋ−ｋ₁）＝ΔＶ_RA
を演算して（Ｓ５６）、サンプリング周期（ｋ−ｋ₁ ）回分の平均変化ΔＶ_RAを求め、その求めた平均変化ΔＶ_RAにｋを乗算して、サンプリング周期ｋ回分の右車輪速の変化分ΔＶ_R とする（Ｓ５７）。次いで、右車輪速値Ｖ_R （ｎ−ｋ）に変化分ΔＶ_R を加算して右演算車輪速Ｖ_RC（ｎ）を求めて（Ｓ５８）リターンする。
左車輪速を演算する際（Ｓ５）の動作は、右車輪速を演算する際（Ｓ４）の動作（図４Ｓ４０〜５８）と同様であるので、説明を省略する。

制御部８は、次に、（左演算車輪速）／（右演算車輪速）を演算し（Ｓ６）、次いで、参照テーブル９を参照することにより、演算した（左演算車輪速）／（右演算車輪速）に対応する仮の操舵角Θを決定する（Ｓ８）。
制御部８は、次に、不等式
Θ−Ｚ≦θ＋３６０Ｎ≦Θ＋Ｚ
但し、Ｚ；操舵角Θの誤差（例えば２０°）、Ｎ；０，±１，±２，±３
を満たすＮを演算する（Ｓ１０）。
制御部８は、次に、上記不等式を満足するＮが存在したか否かを判定し（Ｓ１２）、存在したならば（Ｓ１２；ＹＥＳ）、真の操舵角として（θ＋３６０Ｎ）を出力して（Ｓ１４）リターンする。Ｎが存在しなければ（Ｓ１２；ＮＯ）、エラー信号を出力して（Ｓ１６）リターンする。

尚、参照テーブル９の内容を、左右の車輪速の差とステアリングホイール２７の操舵角とを対応させたものにし、制御部８が、（左演算車輪速）−（右演算車輪速）を演算し、次いで、参照テーブル９を参照することにより、演算した（左演算車輪速）−（右演算車輪速）に対応する仮の操舵角Θを決定するようにしても良い。
また、参照テーブル９を設けることなく、左演算車輪速及び右演算車輪速を用いた公知の計算式により、仮の操舵角Θを求めることも可能である。しかし、本発明に係る操舵装置では、高精度の仮の操舵角Θは必要でなく、参照テーブル９を用いる方が、演算負荷が軽くなり、より安価なマイクロコンピュータを使用することが可能となる。

また、上述した実施の形態では、操舵装置が電動パワーステアリング装置である場合を記述したが、ステアリングホイール２７と舵取機構２３とが機械的に分離されたステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用可能であり、その他、ＡＢＳを有する車両で、操舵角を検出して操舵制御する操舵装置であれば、本発明を適用することが可能である。

本発明に係る操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図である。図１に示す制御装置の要部構成を示すブロック図である。本発明に係る操舵装置の操舵角を検出する動作を示すフローチャートである。本発明に係る操舵装置の操舵角を検出する動作を示すフローチャートである。左右の車輪速の比とステアリングホイールの操舵角とを対応させた参照テーブルのイメージを示す説明図である。本発明に係る操舵装置の車輪速を推定演算する方法を示す説明図である。本発明に係る操舵装置の操舵角を検出する動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１制御装置（操舵角検出手段）
５モータ駆動回路
６モータ（操舵補助手段）
８制御部
９参照テーブル
１２関数発生部
１３加算手段
１５減算手段
１６モータ電圧演算部
１８操舵角センサ（操舵角検出器）
２１トルクセンサ
２３舵取機構
２７ステアリングホイール（操舵部材）
３１ピニオン軸
３２ラック軸
３３左車輪速センサ（車輪速検出手段）
３５右車輪速センサ（車輪速検出手段）

Claims

操舵部材と、該操舵部材の操舵に応じて操舵補助する操舵補助手段、又は前記操舵部材と機械的に分離され前記操舵に応じて舵取りする舵取機構とを備え、左右の車輪速を各検出する各車輪速検出手段を有する車両を操舵する操舵装置において、
前記操舵部材の左右各１回転範囲の操舵角を検出する操舵角検出器と、前記各車輪速検出手段が各検出した左右の車輪速、及び前記操舵角検出器が検出した左右各１回転範囲の操舵角に基づき、前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段とを備えることを特徴とする操舵装置。
前記操舵角検出手段は、前記左右の車輪速の比を演算する比演算手段と、左右の車輪速の比、及び前記操舵部材の操舵角を対応させた参照テーブルとを備え、前記比演算手段が演算した比により前記参照テーブルを参照し、参照して得た操舵角、及び前記左右１回転範囲の操舵角に基づき、前記操舵部材の操舵角を検出するように構成してある請求項１記載の操舵装置。
前記操舵角検出手段は、前記左右の車輪速の差を演算する差演算手段と、左右の車輪速の差、及び前記操舵部材の操舵角を対応させた参照テーブルとを備え、前記差演算手段が演算した差により前記参照テーブルを参照し、参照して得た操舵角、及び前記左右１回転範囲の操舵角に基づき、前記操舵部材の操舵角を検出するように構成してある請求項１記載の操舵装置。