JP2018122821A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の操舵装置に関し、特に電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus, and more particularly to an electric power steering apparatus.
近年、車両の車輪を転舵させる操舵リンク機構を駆動する操舵装置として、操舵入力装置と操舵リンク機構を機械的に分離して配するステアバイワイヤ式の操舵装置が知られている。 2. Description of the Related Art In recent years, steer-by-wire type steering devices in which a steering input device and a steering link mechanism are mechanically separated from each other are known as steering devices that drive a steering link mechanism that steers the wheels of a vehicle.
ステアバイワイヤ式操舵装置では、特許文献1に係る操舵装置に適用されるものと同様、中空構造を有した2つのモータを用いて車両の左右の前輪を個別に操舵する。ボールねじ機構が左右の前輪に各々設けられており、当該ボールねじ機構のねじ軸がそれぞれタイロッドに連結して操舵リンク機構を構成するとともに、回り止めとしても機能するスライド機構によって摺動されている。また、当該ねじ軸は前記モータに各々貫通配置されるとともに、当該ボールねじ機構のナット軸は前記モータのロータに連結されている。また、当該ナット軸は支持軸受にて回転自在に支持されている。これにより、前記モータの回転とともに前記ナット軸が一体的に回転して、操舵リンク機構が軸方向に各々移動して、左右の前輪が独立に駆動制御される。 In the steer-by-wire type steering device, the left and right front wheels of the vehicle are individually steered using two motors having a hollow structure, similar to that applied to the steering device according to Patent Document 1. Ball screw mechanisms are provided on the left and right front wheels, respectively, and the screw shafts of the ball screw mechanisms are connected to tie rods to form a steering link mechanism and are slid by a slide mechanism that also functions as a detent. . Further, the screw shafts are respectively disposed through the motor, and the nut shaft of the ball screw mechanism is connected to the rotor of the motor. The nut shaft is rotatably supported by a support bearing. As a result, the nut shaft rotates integrally with the rotation of the motor, the steering link mechanism moves in the axial direction, and the left and right front wheels are independently driven and controlled.
特許文献1に係る操舵装置の構成によれば、操舵リンク機構を構成するねじ軸と略同心にモータが配設されるので、空間占有率をコンパクトに保つことが可能となる。 According to the configuration of the steering device according to Patent Document 1, since the motor is disposed substantially concentrically with the screw shaft constituting the steering link mechanism, the space occupancy can be kept compact.
ところが、ボールねじ機構の運動変換装置を用いた場合、操舵軸の外周面、及びボールナットの内周面におけるねじ溝の形成に高い精度が要求される。またこれらのねじ溝間にて多数のボールを介して実現される螺合状態の調整に手間がかかり、加工及び組立てに多大の工数を要するという問題があった。 However, when the motion conversion device of the ball screw mechanism is used, high accuracy is required to form screw grooves on the outer peripheral surface of the steering shaft and the inner peripheral surface of the ball nut. Further, it takes time to adjust the screwing state realized through a large number of balls between these screw grooves, and there is a problem that a great number of man-hours are required for processing and assembly.
更に、ねじ溝に沿ったボールの転動の繰り返しにより両者が摩耗して、螺合部のガタ付き、発塵等の不具合が生じるおそれがあり、安定した運動変換を長期に亘って維持することが難しいという問題があった Furthermore, there is a risk of both wear due to repeated rolling of the ball along the thread groove, causing problems such as looseness of the threaded portion and dust generation, and maintaining stable motion conversion over a long period of time. There was a problem that was difficult
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、操舵に応じて駆動され、舵取り軸に直接的な移動力を連続的に加えることができる簡素な構成のアクチュエータの使用により、滑らかで静粛且つ高精度な動作が可能であり、車両安定性に寄与する電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is smooth and quiet by using an actuator having a simple configuration that is driven according to steering and that can continuously apply a direct moving force to a steering shaft. An object of the present invention is to provide an electric power steering device that can operate with high accuracy and contributes to vehicle stability.
この発明の電動パワーステアリング装置は、操舵入力装置と、前記操舵入力装置の操舵角を測定する操舵角センサと、前記操舵角センサによって測定される操舵角に応じて、アクチュエータへ駆動信号を出力するステアリング制御装置と、を備える、電動パワーステアリング装置において、前記アクチュエータは、前記アクチュエータのロッドをその軸方向に往復運動させることにより駆動力を伝達するリニア直流モータであり、前記ロッドが、車輪を転舵させる操舵リンク機構と接続されている、ことを特徴とする。 The electric power steering device of the present invention outputs a drive signal to an actuator in accordance with a steering input device, a steering angle sensor for measuring a steering angle of the steering input device, and a steering angle measured by the steering angle sensor. An electric power steering apparatus comprising: a steering control device; wherein the actuator is a linear DC motor that transmits a driving force by reciprocating a rod of the actuator in an axial direction thereof, and the rod rotates a wheel. It is connected to a steering link mechanism for steering.
この構成によると、リニア直流モータの駆動力を操舵リンク機構に直接伝達することができるので、車両の舵取り軸に直接的な移動力を連続的に加えることができ、しかもリニア直流モータを使用するため、滑らかで静粛且つ高精度な動作保証する。 According to this configuration, since the driving force of the linear DC motor can be directly transmitted to the steering link mechanism, a direct moving force can be continuously applied to the steering shaft of the vehicle, and the linear DC motor is used. Therefore, smooth, quiet and highly accurate operation is guaranteed.
この発明において、前記リニア直流モータは、前記車両の直進方向に対して前記軸方向が直角となるように配置されていてもよい。 In this invention, the linear direct current motor may be arranged so that the axial direction is perpendicular to the straight direction of the vehicle.
この構成により、リニア直流モータのロッドの移動量を効率的に操舵リンク機構に伝達することが可能となる。 With this configuration, the movement amount of the rod of the linear DC motor can be efficiently transmitted to the steering link mechanism.
この発明において、前記車輪の転舵位置を検出する転舵位置検出装置を含み、車両のイグニッションがオンになると、前記ステアリング制御装置は、車輪の転舵位置を直進方向に切り替えるための信号を前記リニア直流モータに送信するようにしてもよい。 In this invention, it includes a steered position detecting device for detecting the steered position of the wheel, and when the ignition of the vehicle is turned on, the steering control device outputs a signal for switching the steered position of the wheel in the straight traveling direction. You may make it transmit to a linear direct-current motor.
この構成により、車両の初発進の際に転舵位置が常に直進方向に移動されることが保証されると同時に、ステアリング制御装置における操舵入力装置の操舵角の記録が一度リセットされる。 With this configuration, it is ensured that the steered position is always moved in the straight direction when the vehicle first starts, and at the same time, the recording of the steering angle of the steering input device in the steering control device is reset once.
この発明において、前記リニア直流モータは少なくとも2以上の車輪に配置され、前記ステアリング制御装置は前記リニア直流モータを個別に制御するようにしてもよい。 In the present invention, the linear DC motor may be disposed on at least two or more wheels, and the steering control device may individually control the linear DC motor.
この構成により、各車輪の転舵位置を車両の走行または停止状態に応じて各車輪の転舵角を個別に制御することが可能となる。 With this configuration, it is possible to individually control the turning angle of each wheel according to the running position or the stopped state of the vehicle.
この発明において、前記電動パワーステアリング装置は、前記操舵リンク機構と前記操舵入力装置とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ式の車両に搭載されるようにしてもよい。 In the present invention, the electric power steering device may be mounted on a steer-by-wire vehicle in which the steering link mechanism and the steering input device are mechanically separated.
以上説明したように本発明によれば、操舵に応じて駆動され、舵取り軸に直接的な移動力を連続的に加えることができる簡素な構成の電動アクチュエータの使用により、滑らかで静粛な且つ高精度な動作が可能であり、車両安定性に寄与する電動パワーステアリング装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the use of the electric actuator having a simple configuration that is driven in accordance with steering and can continuously apply a direct moving force to the steering shaft enables smooth, quiet and high operation. An electric power steering device that can operate accurately and contributes to vehicle stability can be provided.
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図1に示すように、この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール等の操舵入力装置10と、この操舵入力装置10から機械的に分離され、操舵リンク機構106とリニア直流モータ100を含む転舵装置20と、前記操舵入力装置10からの入力信号に基づき転舵装置20を制御するステアリング制御装置50とによって構成される。転舵装置20は、車幅方向両側の車輪40毎に設けられて独立操舵系を構成している。各車輪40はサスペンション(図示せず)を介して車台に支持されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, this electric power steering device includes a
ステアリングホイールからなる操舵入力装置10に対して、操舵角センサ70および操舵トルクセンサ80が設けられ、操舵反力モータ90が接続されている。操舵角センサ70は、操舵入力装置10の操舵角を検出するセンサ、操舵トルクセンサ80は操舵入力装置10に作用するトルクを検出するセンサである。操舵反力モータは、操舵入力装置10に反力トルクを付与するモータであり、トルク制御手段(図示せず)を介して操舵トルクセンサ80の入力を監視し、定められた反力トルクを与える。
A
ステアリング制御装置50は、操舵角センサ70の検出角度に応じて、定められた規則に従い、各操舵リンク機構106に接続されるリニア直流モータ100に駆動指令を与える手段である。リニア直流モータ100は、N,Sの着磁部が軸長方向に交互に並設されたスリーブ上の磁石103と、該磁石の内側に巻回された複数のコイル102とを備え、該コイル102の周期的な励磁により、前記軸に軸長方向の移動力が加わる構成としたアクチュエータである。ステアリング制御装置50は、車両の全体を制御するECU(電子制御ユニット)30の一部として設けられていても良いし、ステアリング制御装置50単体で設けられていてもよい。ECU30は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および各種電子回路によって構成されている。
The
尚、リニア直流モータ100のロッド104の移動量が転舵輪の転舵角に可能な限り大きく反映されるために、リニア直流モータ100はそのロッド104の軸が車両の直進方向に対して直角となるように配置されることが好ましい。ただし、直角でなくてもステアリング制御装置50によってロッド104の移動量を適宜制御することによって、所望の転舵量を得ることは可能である。
Since the amount of movement of the
図2は、アクチュエータとしてのリニア直流モータ100の構成を示す図である。アクチュエータハウジング101の内側に固定された複数(図においては2つ)のコイル102の夫々は、位相の異なる電流が流される3相のコイルを備えており、このようなコイル102の外側に位置する磁石103は、各コイル102に対応する長さを有するN,Sの着磁部を、軸長方向に交互に並設して構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a
磁石103は、各着磁部N,Sの内側に位置する夫々のコイル102を径方向に横切る向きの磁束を発生しており、このような磁束下において各コイル102に夫々の周方向のコイル電流が通電された場合、前記磁石103には、ロッド104を軸長方向に移動させる推力が加わり、この移動に応じて転舵輪を転舵するための転舵力が付与される。
The
ロッド104に加えられる移動力の向きは、前記コイル102を流れるコイル電流の向きに応じて定まり、また前記推力の大きさは、前記コイル電流の大きさに応じて定まるから、前記コイル102の通電制御により前記転舵力を増減制御することが可能となる。
The direction of the moving force applied to the
図3は各構成間における信号のやりとりを示すブロック図である。
コイル102の通電制御は、図3における、ステアリング制御装置50からの制御信号により行われる。ステアリング制御装置50には、操舵角センサ70から、舵取りのために操舵入力装置10に加えられる操舵角の検出結果が与えられ、また、車速センサ110やヨーレートセンサ120等の走行状態センサから、操舵に影響する車両の走行状態の検出結果が与えられている。またステアリング制御装置50には、アクチュエータハウジング101の中途部に取付けられたロッド位置センサ105から、ロッド104の移動位置の検出結果が与えられている。
ここで、ロッド位置センサはリニア直流モータにおけるロッドの位置を検出するものであるが、ロッド104は操舵リンク機構106に直接接続されていることからロッド位置センサ105の検出値によって、転舵輪の転舵位置を検出することが可能となる。従いロッド位置センサ105は車輪の転舵位置検出装置として機能するものである。
尚、ロッド位置センサ105は本実施例においてはアクチュエータハウジング101に取り付けられ、ロッドの移動量を測定するセンサとして説明しているが、例えば、ナックルアーム106aに取り付けられ、その回動量を測定するエンコーダにより転舵輪の転舵位置を測定することとしても良い。
FIG. 3 is a block diagram showing the exchange of signals between the components.
The energization control of the
Here, the rod position sensor detects the position of the rod in the linear DC motor. However, since the
In this embodiment, the
ステアリング制御装置50は、操舵角センサ70及び走行状態センサから与えられる操舵角及び走行状態の検出値を所定のサンプリング周期にて取込み、例えば、取り込まれた走行状態に応じて予め記憶させてある制御マップを参照し、取り込まれた操舵角に応じてロッド104に加えるべき転舵力を求め、この転舵力を得るためにリニア直流モータ100のコイル102に通電すべきコイル電流を算出し、この算出結果に応じた制御信号をモータドライバ60に与える。
The
モータドライバ60は、前記制御信号に応じたコイル電流を、前記コイル102の各相に位相をずらせて順次通電せしめる制御動作を行い、コイル電流の通電に応じて発生する推力が、ロッド104に加えられて転舵力が付与される。このとき、ロッド104の移動は、前記通電の間に連続する動作として生じ、また、何らの機械的な接触を伴わずに生じるから、操舵入力装置10を操作する運転者には、引っ掛かり感を伴うことなく滑らかな操舵感が与えられる。
The
ステアリング制御装置50に与えられるロッド位置センサ105の検出値は、ロッド104の現在位置を示すフィードバック信号として用いられる。ロッド位置センサ105としては、本実施例においては、光学式又は磁気式のリニアエンコーダを用いることができ、前述した通電制御によるロッドの位置決めは、前記ロッド位置センサ105の分解能に対応する精度にてなされ、磁石103及びコイル102に機械的精度を要求されることなく高精度の位置決めが可能となる。
The detection value of the
通常、車輪を転舵するためにはリニア直流モータ100の出力として10KN程度の推進力が必要であるが、このようなリニア直流モータ100は、相応の磁力を有するモータとして既に市販がされており、実現は可能である。このようなリニア直流モータ100を利用し、該モータのロッド104を操舵リンク機構106に接続することにより、車輪の転舵を行うのに十分な推進力を車輪へ付与することが可能となる。これにより、操舵入力装置10に入力される操作量を、ラックピニオン式のステアリング装置のような運動変換機構を経由することなしに車輪に伝達することが可能となるため、装置全体をシンプルに構成することができる。
Usually, in order to steer a wheel, a driving force of about 10 KN is required as an output of the
次に図4に従い、リニア直流モータ100と車輪40を転舵する操舵リンク機構106との接続状態について説明する。本実施形態である電動パワーステアリング装置は、車輪40と、車輪40を転舵するための操舵リンク機構106と、リニア直流モータ100とを備えている。
Next, the connection state between the
前記操舵リンク機構106は、車輪40を転舵するナックルアーム106aと、一端に設けられるジョイント部で当該ナックルアーム106aに連結されるタイロッドアーム106bとを備えている。また、当該タイロッドアーム106bは、他端でリニア直流モータ100のロッド104の端部にボールジョイント106cを介して回動自在に支承されている。
The
この構成により、ステアリング制御装置50は、運転者による、例えばステアリングホイール等の操舵入力装置10の操作に応じてリニア直流モータ100を制御して、ロッド104をロッドの軸方向に移動させることができ、そして、前記操舵リンク機構106は前記ロッド104に連結されているので、車輪40は操舵リンク機構106を介して転舵される。
With this configuration, the
図5は、リニア直流モータ100のロッド104の作動に応じて車輪の転舵がされる様子を表した図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state where the wheels are steered in accordance with the operation of the
図5bは、リニア直流モータ100のロッド104の位置が車輪40を転舵しない位置、つまり車両が直進方向に走行する場合のロッド104の位置を表している。ここでステアリング制御装置は、車両のイグニッションをオンにする毎に、車輪の転舵位置を車両の直進方向に切り替えるようにリニア直流モータを制御しても良い。この場合、操舵角センサにより検出される操舵角もその時の操舵入力装置10の操舵位置が車両の直進方向であるニュートラルの位置として認識するようにリセットされる。
FIG. 5 b shows the position of the
図5aは、リニア直流モータ100のロッド104の位置を図5bのロッド104の位置から図において左方向にLd分移動することにより、ロッドの移動力がタイロッドアーム106b及びナックルアーム106aを通じて転舵輪を左方向に転舵させる転舵力が伝達される様子が示されている。
FIG. 5a shows the movement of the rod through the
同様に図5cは、リニア直流モータ100のロッド104の位置を図5bのロッド104の位置から図において右方向Rd分に移動することにより、ロッドの移動力がタイロッドアーム106b及びナックルアーム106aを通じて転舵輪を右方向に転舵させる転舵力が伝達される様子を示されている。
Similarly, in FIG. 5c, when the position of the
尚、本実施例においては、タイロッドアーム106bの車輪側への接続ポイントであるナックルアーム106aの位置が車輪内前方にあることを前提として左右転舵の実施例を示したが、例えばナックルアーム106aの位置が車輪内後方に位置する場合にはロッドの動きに応じて上記の動きとは逆の転舵が行われることとなる。
In the present embodiment, the example of the left and right steering is shown on the assumption that the position of the
次に、本発明を利用した車両への応用例を図6及び図7を用いて説明する。
図6は車両がカーブに進入する際に車両安定性を向上させるための操舵方法の1実施例を示している。
走行状態センサによって検出された検出値から車両のコーナー進入時における左右車輪の路面に対するグリップ力を考慮した上で、車両安定化のために左右輪別の操舵角を与える場合がある。図においては、内輪の操舵角を外輪の操舵角よりも+α大きく舵取りし、左右両輪のグリップ力を均等となるように調整することによって車両のカーブ走行における安定性を向上させることが可能となる。算出された車輪のグリップ力に応じて、外輪の操舵角を内輪の操舵角よりも大きく舵取りする場合もあり得る。
本発明に係る転舵装置20を各車輪に配置し、ステアリング制御装置50により、それぞれのリニア直流モータを独立に制御することよって、各車輪独立した操舵角の制御を容易に行うことが可能となる。
Next, an application example to a vehicle using the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 shows an embodiment of a steering method for improving vehicle stability when the vehicle enters a curve.
In consideration of the grip force of the left and right wheels against the road surface when the vehicle enters the corner from the detection value detected by the running state sensor, a steering angle for each of the left and right wheels may be given to stabilize the vehicle. In the figure, the steering angle of the inner wheel is steered by + α larger than the steering angle of the outer wheel, and the grip force of both the left and right wheels is adjusted to be equal, thereby improving the stability of the vehicle in curve driving. . Depending on the calculated wheel grip force, the steering angle of the outer wheel may be steered larger than the steering angle of the inner wheel.
By arranging the
図7は車両への他の応用例を示すものである。
図7aは車両が坂道等の急勾配の路面に停車する際に好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置20を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置50が、車両の進行方向(矢印の方向)において、右前方車輪及び左後方車輪は右方向に転舵し、左前方車輪及び右後方車輪は左方向に転舵するように、リニア直流モータ100を制御することによって、このような転舵状態を勾配路面において維持することが可能となる。
FIG. 7 shows another application example to a vehicle.
FIG. 7a shows a preferable turning state when the vehicle stops on a steep road surface such as a slope. The
図7bは車両を急停車させる際に、路面と車輪との摩擦力を大きく取るために好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置20を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置が、右前方車輪及び左後方車輪は左方向に転舵し、左前方車輪及び右後方車輪は右方向に転舵するように、リニア直流モータ100を制御することによって、このような転舵状態を車両が制動し、停車するまでの間維持することが可能となる。
FIG. 7b shows a preferable steering state in order to increase the frictional force between the road surface and the wheels when the vehicle is suddenly stopped. The
図7cは車両をUターン等、急旋回させる際に好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置20を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置50が、左右前方車輪を右方向に転舵し、左右後方車輪を左方向に転舵するように、リニア直流モータ100を制御することによって、このような転舵状態を車両の旋回が終了するまで維持することが可能となる。
FIG. 7c shows a preferable turning state when the vehicle is turned sharply, such as a U-turn. The linear DC motor is arranged such that the
図7dは車両が高速で走行中に車線を変更する際に好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置20を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置50が、左右前方車輪及び左右後方車輪を、車線を変更しようとする方向(図では右)に転舵するように、リニア直流モータ100を制御することによって、このような転舵状態を車線変更が完了するまで維持することが可能となる。
FIG. 7d shows a preferred steering state when changing lanes while the vehicle is traveling at high speed. The
10 操舵入力装置、20 転舵装置、30 電子制御ユニット、40 車輪、50ステアリング制御装置、60 モータドライバ、70 操舵角センサ、80 操舵トルクセンサ、90 操舵反力モータ、100 リニア直流モータ、101 アクチュエータハウジング、102 コイル、103 磁石、104 ロッド、105 ロッド位置センサ、106 操舵リンク機構。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記操舵入力装置の操舵角を測定する操舵角センサと、
前記操舵角センサによって測定される操舵角に応じて、アクチュエータへ駆動信号を出力するステアリング制御装置と、を備える、電動パワーステアリング装置において、
前記アクチュエータは、前記アクチュエータのロッドを軸方向に往復運動させることにより駆動力を伝達するリニア直流モータであり、
前記ロッドが、車輪を転舵させる操舵リンク機構に接続されている、
電動パワーステアリング装置。 A steering input device;
A steering angle sensor for measuring a steering angle of the steering input device;
An electric power steering apparatus comprising: a steering control device that outputs a drive signal to an actuator according to a steering angle measured by the steering angle sensor.
The actuator is a linear DC motor that transmits a driving force by reciprocating the rod of the actuator in the axial direction,
The rod is connected to a steering link mechanism that steers the wheels;
Electric power steering device.
車両のイグニッションがオンになると、前記ステアリング制御装置は、前記車輪の転舵位置を直進方向に切り替えるための信号を前記リニア直流モータに送信する、請求項1記載の電動パワーステアリング装置。 Including a steered position detecting device for detecting the steered position of the wheel,
2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein when the ignition of the vehicle is turned on, the steering control device transmits a signal for switching the steered position of the wheel to a straight traveling direction to the linear DC motor.
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