JP2009161102A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＶＧＲＳ４およびＥＰＳ５を備える車両用操舵装置１において、ＶＧＲＳ４を制御する第１ＥＣＵ１２、および、ＥＰＳ５を制御する第２ＥＣＵ２８の負荷を低減することにある。
【解決手段】車両用操舵装置１によれば、操舵角ＥＣＵ２３と操舵角センサ６とは一体として設けられ、操舵角ＥＣＵ２３は、操舵角の推定値を算出するとともに、この操舵角の推定値と操舵角センサ６から得られる操舵角の検出値とを比較することで、操舵角センサ６の検出精度の判定処理を実行する。これにより、従来、第１、第２ＥＣＵ１２、２８にて実行されていた操舵角センサ６の検出精度の判定処理が、操舵角ＥＣＵ２３にて実行されるので、第１、第２ＥＣＵ１２、２８の負荷が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。

従来から、車両用操舵装置には、舵輪の操舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比（以下、舵角比と呼ぶ）をモータの出力により可変する舵角比可変装置（以下、ＶＧＲＳと略す）と、転舵輪の転舵をＶＧＲＳのモータとは別のモータの出力によりアシストする電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略す）とを備えるものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

そして、従来の車両用操舵装置は、ＶＧＲＳのモータ（第１モータと呼ぶ）、およびＥＰＳのモータ（第２モータと呼ぶ）への通電を制御して第１、第２モータから出力されるトルクを操作することで、舵角比を可変したり、転舵輪の転舵をアシストしたりする。

ところで、車両用操舵装置は、主にＶＧＲＳを制御する第１制御装置（第１ＥＣＵと呼ぶ）、および、主にＥＰＳを制御する第２制御装置（第２ＥＣＵと呼ぶ）を備え、第１、第２ＥＣＵにより、第１、第２モータの通電制御等の各種の制御処理が実行されている。そして、近年の走行安定性や操縦安定性に対する高度の要求から、数多くの制御処理が第１、第２ＥＣＵによって実行されており、第１、第２ＥＣＵにかかる負荷は高い。

そして、今後も、車両用操舵装置の制御がますます高機能化することにより、第１、第２ＥＣＵにかかる負荷は、さらに高まることが予想される。このため、車両用操舵装置の制御の高機能化に備えて、第１、第２ＥＣＵの負荷を低減しておく必要がある。
特開２００５−４１３６３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ＶＧＲＳおよびＥＰＳを備える車両用操舵装置において、ＶＧＲＳを制御する第１ＥＣＵ、および、ＥＰＳを制御する第２ＥＣＵの負荷を低減することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の車両用操舵装置は、舵輪の操舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比を可変するためのトルクを発生する第１モータと、第１モータのトルクを減速する第１減速機構と、転舵輪の転舵をアシストするためのトルクを発生する第２モータと、第２モータのトルクを減速する第２減速機構とを備え、第１モータのトルクを減速して出力することで伝達比を可変するとともに、第２モータのトルクを減速して出力することで転舵輪の転舵をアシストする。

また、この車両用操舵装置は、操舵角を検出する操舵角センサと、第１モータの回転角を検出する第１回転角センサと、第２モータの回転角を検出する第２回転角センサと、第１回転角センサから得られる第１モータの回転角の検出値、および第２回転角センサから得られる第２モータの回転角の検出値を利用して操舵角を推定する操舵角推定手段と、操舵角推定手段から得られる操舵角の推定値と操舵角センサから得られる操舵角の検出値とを比較する操舵角比較手段とを備える。
また、操舵角推定手段および操舵角比較手段の機能を担う操舵角演算処理装置と、操舵角センサとは一体として設けられている。

操舵角は、第１、第２モータの通電制御を実行する際に必要とされるパラメータであり、操舵角センサには高度の検出精度が要求されている。このため、従来の第１、第２ＥＣＵは、操舵角センサから検出値の入力を受けて、操舵角センサの検出精度の判定処理を実行している。一方、操舵角センサは、操舵角の検出値を第１、第２ＥＣＵに出力するために、第１、第２ＥＣＵと同様の制御演算機能を有する操舵角演算処理装置と一体に設けられているものが多い。

そこで、操舵角センサと操舵角演算処理装置とが一体に設けられている場合には、操舵角演算処理装置に、操舵角センサの検出精度の判定処理を実行させることで、つまり、操舵角演算処理装置に操舵角推定手段および操舵角比較手段の機能を具備させることで、第１、第２ＥＣＵにおける操舵角センサの検出精度の判定処理負荷を削除して、第１、第２ＥＣＵの負荷を低減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の車両用操舵装置によれば、操舵角推定手段は、下記の数式に基づいて操舵角の推定値を算出する。
〔数式〕操舵角の推定値＝第２モータの回転角の検出値×第２減速機構のギヤ比＋第１モータの回転角の検出値×第１減速機構のギヤ比

最良の形態の車両用操舵装置は、舵輪の操舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比を可変するためのトルクを発生する第１モータと、第１モータのトルクを減速する第１減速機構と、転舵輪の転舵をアシストするためのトルクを発生する第２モータと、第２モータのトルクを減速する第２減速機構とを備え、第１モータのトルクを減速して出力することで伝達比を可変するとともに、第２モータのトルクを減速して出力することで転舵輪の転舵をアシストする。

また、この車両用操舵装置は、操舵角を検出する操舵角センサと、第１モータの回転角を検出する第１回転角センサと、第２モータの回転角を検出する第２回転角センサと、第１回転角センサから得られる第１モータの回転角の検出値、および第２回転角センサから得られる第２モータの回転角の検出値を利用して操舵角を推定する操舵角推定手段と、操舵角推定手段から得られる操舵角の推定値と操舵角センサから得られる操舵角の検出値とを比較する操舵角比較手段とを備える。

また、操舵角推定手段および操舵角比較手段の機能を担う操舵角演算処理装置と、操舵角センサとは一体として設けられている。
そして、操舵角推定手段は、下記の数式に基づいて操舵角の推定値を算出する。
〔数式〕操舵角の推定値＝第２モータの回転角の検出値×第２減速機構のギヤ比＋第１モータの回転角の検出値×第１減速機構のギヤ比

〔実施例１の構成〕
実施例１の車両用操舵装置１を図面に基づいて説明する。
車両用操舵装置１は、図１に示すように、舵輪２の操舵角と転舵輪３の舵角との間の伝達比（舵角比）を可変する舵角比可変装置（以下、ＶＧＲＳ４とする）と、転舵輪３の転舵をアシストする電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳ５とする）と、操舵角を検出してＶＧＲＳ４に出力する操舵角センサ６とを備える。

ＶＧＲＳ４は、図２に示すように、舵角比を可変するためのトルクを発生する第１モータ９と、第１モータ９のトルクを減速する第１減速機構１０と、第１モータ９の回転角を検出する第１回転角センサ１１と、第１モータ９の通電制御を行う第１ＥＣＵ１２とを備え、第１モータ９のトルクを減速して出力することで伝達比を可変するものである。

第１モータ９は、例えば、回転子１４に磁石が埋め込まれた埋込磁石同期モータであり、回転子１４の外周側に配される固定子１５に複数相の電機子コイル１６を有するものである。そして、電機子コイル１６への通電がインバータ制御されることで回転子１４が回転してトルクが発生する。また、固定子１５には、例えば、舵角比可変制御が不要の際に、回転子１４に設けられた孔１７にピン１８を嵌合させて回転子１４の回転を停止させるソレノイド装置１９が組み込まれている。

第１ＥＣＵ１２は、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種のデータおよびプログラムを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置、入力装置、ならびに出力装置等からなるマイコン、マイコンから出力される制御信号に応じて電機子コイル１６への通電を行うインバータ等を有するように構成されている。

そして、第１ＥＣＵ１２は、操舵角センサ６、第１回転角センサ１１、および車速センサ２１等から得られる各種の検出値に基づいて、電機子コイル１６への通電制御を行って舵角比可変制御を実行し、併せてソレノイド装置１９の制御を実行する。なお、操舵角センサ６の検出値は、車内ＬＡＮ通信により、後記する操舵角ＥＣＵ２３から第１ＥＣＵ１２に入力される。
なお、第１減速機構１０は、周知の遊星歯車減速機構であり、第１回転角センサ１１は、例えば、周知のエンコーダであり、回転子１４の回転角を検出するものである。

ＥＰＳ５は、図３に示すように、転舵輪３の転舵をアシストするためのトルクを発生する第２モータ２５と、第２モータ２５のトルクを減速する第２減速機構２６と、第２モータ２５の回転角を検出する第２回転角センサ２７と、第２モータ２５の通電制御を行う第２ＥＣＵ２８とを備え、第２モータ２５のトルクを減速して出力することで転舵輪３の転舵をアシストするものである。

なお、第２モータ２５は、例えば、第１モータ９と同様の埋込磁石同期モータであり、第２ＥＣＵ２８は、第１ＥＣＵ１２と同様の構成を有する。また、第２回転角センサ２７は、例えば、第１回転角センサ１１と同様のエンコーダであり、第２モータ２５の回転子（図示せず）の回転角を検出する。

ここで、舵輪２に加えられる操作に基づきＶＧＲＳ４を経て伝達されるトルクは、ラック３１とピニオン３２とからなるギヤ機構３３により転舵輪３に伝達される。そして、第２減速機構２６は、このギヤ機構３３のラック３１と、ピニオン３２とは別にラックに噛み合うピニオン３４とにより構成されるラックアンドピニオン式の減速機構であり、ピニオン３４は、第２モータ２５の回転軸に装着されている。

また、第２ＥＣＵ２８は、操舵角センサ６、第１、第２回転角センサ１１、２７、およびトルクセンサ３６等から得られる各種の検出値に基づいて、第２モータ２５の電機子コイル（図示せず）への通電制御を行って転舵輪３の転舵アシスト制御を実行する。

ここで、トルクセンサ３６は、ＶＧＲＳ４の出力側とギヤ機構３３の入力側との間に設けられており（図１参照）、トーションバー（図示せず）のねじれ角を検出することで、ギヤ機構３３に入力されるトルクを検出するものである。また、操舵角センサ６の検出値や第１回転角センサ１１の検出値は、車内ＬＡＮ通信により、第１ＥＣＵ１２から第２ＥＣＵ２８に入力される。逆に、第２回転角センサ２７の検出値やトルクセンサの検出値は、車内ＬＡＮ通信により、第２ＥＣＵ２８から第１ＥＣＵ１２に入力することができる。

操舵角センサ６は、例えば、第１、第２回転角センサ１１、２７と同様のエンコーダであり、舵輪２と一体に設けられるステアリングシャフト３８に装着されている。また、操舵角センサ６は、操舵角の検出値を第１ＥＣＵ１２に出力するために、第１、第２ＥＣＵ１２、２８と同様の制御演算機能を有する操舵角演算処理装置（以下、操舵角ＥＣＵ２３とする）と一体に設けられている。

操舵角ＥＣＵ２３には、車内ＬＡＮ通信により、第１ＥＣＵ１２から、第１、第２回転角センサ１１、２７の検出値、つまり、第１、第２モータ９、２５の回転角の検出値が入力される。そして、操舵角ＥＣＵ２３は、第１、第２モータ９、２５の回転角の検出値を利用して操舵角を推定する操舵角推定手段、および、操舵角推定手段から得られる操舵角の推定値と操舵角センサ６から得られる操舵角の検出値とを比較する操舵角比較手段の機能を具備し、操舵角センサ６の検出精度の判定処理を実行する。

なお、操舵角推定手段は、下記の数式に基づいて操舵角の推定値を算出する。
〔数式〕操舵角の推定値＝第２モータ２５の回転角の検出値×第２減速機構２６のギヤ比＋第１モータ９の回転角の検出値×第１減速機構１０のギヤ比

〔実施例１の効果〕
実施例１の車両用操舵装置１によれば、操舵角ＥＣＵ２３と操舵角センサ６とは一体として設けられ、操舵角ＥＣＵ２３は、上記の数式に基づいて操舵角の推定値を算出するとともに、この操舵角の推定値と操舵角センサ６から得られる操舵角の検出値とを比較することで、操舵角センサ６の検出精度の判定処理を実行する。
これにより、従来、第１、第２ＥＣＵ１２、２８にて実行されていた操舵角センサ６の検出精度の判定処理が、操舵角ＥＣＵ２３にて実行されるので、第１、第２ＥＣＵ１２、２８の負荷が低減される。

〔変形例〕
実施例１の車両用操舵装置１によれば、第１、第２回転角センサ１１、２７および操舵角センサ６はエンコーダであったが、例えば、レゾルバ、ホールＩＣ等を第１、第２回転角センサ１１、２７および操舵角センサ６として採用してもよい。

また、実施例１の車両用操舵装置１によれば、第１、第２モータ９、２５は、埋込磁石同期モータであったが、表面磁石同期モータ、ブラシレスＤＣモータ、スイッチトリラクタンスモータまたはシンクロナスリラクタンスモータ等を第１、第２モータ９、２５として採用してもよい。

また、実施例１の車両用操舵装置１によれば、操舵角ＥＣＵ２３は、第１ＥＣＵ１２との車内ＬＡＮ通信により第１モータ９の回転角の検出値を得ていたが、第１回転角センサ１１から操舵角ＥＣＵ２３に、他の手段により、第１モータ９の回転角の検出値を入力するようにしてもよい。

さらに、実施例１の車両用操舵装置１によれば、操舵角ＥＣＵ２３は、第１ＥＣＵ１２との車内ＬＡＮ通信により第２モータ２５の回転角の検出値を得ていたが、操舵角ＥＣＵ２３と第２ＥＣＵ２８との間に、別途、ＬＡＮ通信線を敷設して第２ＥＣＵ２８から操舵角ＥＣＵ２３に第２モータ２５の回転角の検出値を入力するようにしてもよく、第２回転角センサ２７から操舵角ＥＣＵ２３に、他の手段により、第２モータ２５の回転角の検出値を入力するようにしてもよい。

また、実施例１の車両用操舵装置１によれば、ＶＧＲＳ４は、第１モータ９のトルクを遊星歯車減速機構からなる第１減速機構１０により減速して出力するものであったが、ＶＧＲＳ４の態様は、遊星歯車減速機構からなる第１減速機構１０を有するものに限定されない。例えば、第１減速機構１０を波動歯車により構成してもよく、さらに他の形式の減速機構によってＶＧＲＳ４を構成してもよい。

また、実施例１の車両用操舵装置１によれば、ＥＰＳ５は、第２モータ２５のトルクをラックアンドピニオン式の第２減速機構２６により減速して出力するものであったが、ＥＰＳ５の態様は、ラックアンドピニオン式の第２減速機構２６を有するものに限定されない。例えば、第２モータ２５をラック同軸モータとし、第２減速機構２６をボールねじにより構成してもよく、さらに他の形式の減速機構によってＥＰＳ５を構成してもよい。

車両用操舵装置の構成図である。 ＶＧＲＳの構成図である。 ＥＰＳの構成図である。

符号の説明

１ 車両用操舵装置
２ 舵輪
３ 転舵輪
６ 操舵角センサ
９ 第１モータ
１０ 第１減速機構
１１ 第１回転角センサ
２３ 操舵角ＥＣＵ（操舵角推定手段、操舵角比較手段、操舵角演算処理装置）
２５ 第２モータ
２６ 第２減速機構
２７ 第２回転角センサ

Claims (2)

1. 舵輪の操舵角と転舵輪の舵角との間の伝達比を可変するためのトルクを発生する第１モータと、
   この第１モータのトルクを減速する第１減速機構と、
   前記転舵輪の転舵をアシストするためのトルクを発生する第２モータと、
   この第２モータのトルクを減速する第２減速機構とを備え、
   前記第１モータのトルクを減速して出力することで前記伝達比を可変するとともに、前記第２モータのトルクを減速して出力することで前記転舵輪の転舵をアシストする車両用操舵装置において、
   前記操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記第１モータの回転角を検出する第１回転角センサと、
   前記第２モータの回転角を検出する第２回転角センサと、
   前記第１回転角センサから得られる前記第１モータの回転角の検出値、および前記第２回転角センサから得られる前記第２モータの回転角の検出値を利用して前記操舵角を推定する操舵角推定手段と、
   この操舵角推定手段から得られる前記操舵角の推定値と前記操舵角センサから得られる前記操舵角の検出値とを比較する操舵角比較手段とを備え、
   前記操舵角推定手段および前記操舵角比較手段の機能を担う操舵角演算処理装置と、前記操舵角センサとは一体として設けられてい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、
   前記操舵角推定手段は、下記の数式に基づいて前記操舵角の推定値を算出することを特徴とする車両用操舵装置。
   〔数式〕操舵角の推定値＝第２モータの回転角の検出値×第２減速機構のギヤ比＋第１モータの回転角の検出値×第１減速機構のギヤ比

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