JP2021109494A - 操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータの回転を転舵シャフトに伝達する機構の異常をより適切に検出することができる操舵装置を提供する。【解決手段】操舵装置10は転舵モータ33の回転を転舵シャフト32に伝達する伝動機構35を有している。伝動機構35は、転舵シャフト32に螺合するボールナット51、転舵モータ33と一体的に回転する駆動プーリ52、ボールナット51と一体的に回転する従動プーリ53、および駆動プーリ52と従動プーリ53との間に巻き掛けられた歯付きのベルト54を有している。転舵モータ33にはその回転角θbを駆動プーリ52の回転角θdとして検出する回転角センサ34が、従動プーリ53にはその回転角θcを検出する回転角センサ55が設けられている。操舵装置10の制御装置40は、駆動プーリ52の回転角θdと従動プーリ53の回転角θcを駆動プーリ52の回転角に換算した換算値との比較を通じてベルト54の歯飛びを検出する。【選択図】図1
Description
本発明は、車両の操舵装置に関する。
たとえば特許文献1の操舵装置は、モータの回転を転舵シャフトに伝達する伝動機構を有している。伝動機構は、モータの出力軸に設けられる駆動プーリ、転舵シャフトに螺合されたボールナットに設けられる従動プーリ、および2つのプーリに巻き掛けられる歯付きのベルトを有している。操舵装置の制御装置は、モータの回転角および転舵シャフトの移動量に基づき伝動機構の異常を検出する。
特許文献1の操舵装置では、位置センサを通じて検出される転舵シャフトの位置に基づき転舵シャフトの移動量を求めている。しかし、製品仕様などによっては操舵装置として位置センサを割愛した構成を採用することが要求されることが考えられる。この場合、たとえば転舵シャフトのラック部に噛み合うピニオンの回転角を検出し、その検出されるピニオンの回転角に基づき転舵シャフトの移動量を求めることが可能である。
ところが、モータの回転角、およびピニオンの回転角に基づく転舵シャフトの移動量に基づき伝動機構の異常を検出する構成を採用する場合、つぎのことが懸念される。すなわち、モータとピニオンとの間の減速比が大きく、モータとピニオンとの間に介在する部品の点数も多いい。このため、モータ1回転あたりのピニオンの回転角の分解能、ひいては転舵シャフトの移動量の分解能の向上には限界がある。操舵装置にはより高い信頼性が要求されるため、伝動機構の円滑な動作が困難となる状態に至る前に、その予兆としての異常をより適切に検出することが求められる。
本発明の目的は、モータの回転を転舵シャフトに伝達する機構の異常をより適切に検出することができる操舵装置を提供することにある。
上記目的を達成し得る操舵装置は、車両の転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、前記転舵シャフトに設けられたボールねじ部に螺合するボールナットと、前記転舵輪を転舵させるための駆動力を発生する転舵モータと、前記転舵モータと一体的に回転する駆動プーリと、前記ボールナットと一体的に回転する従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付きのベルトと、前記駆動プーリの回転角を検出する第1の回転角センサと、前記従動プーリの回転角を検出する第2の回転角センサと、前記転舵モータを制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記第1の回転角センサを通じて検出される前記駆動プーリの回転角と前記第2の回転角センサを通じて検出される前記従動プーリの回転角を前記駆動プーリの回転角に換算した換算値との比較を通じて前記ベルトの歯飛びを検出する。
伝動機構の円滑な動作が困難となる状態に至る予兆としての異常には、たとえば歯付きベルトの歯飛びがある。ベルトの歯飛びが発生した場合、転舵モータの負荷トルクが一時的に急減するため、転舵モータおよび駆動プーリの回転速度は一時的に急増する。これに対し、従動プーリはベルトの歯飛びの影響を受けにくい。このため、駆動プーリの回転角の値と、従動プーリの回転角を駆動プーリの回転角に換算した換算値とは、歯飛びの程度に応じて互いに異なる値となる。したがって、駆動プーリの回転角と、従動プーリの回転角を駆動プーリの回転角に換算した換算値とを比較することにより、ベルトの歯飛びを検出することが可能である。
また、駆動プーリと従動プーリとの間にはベルトのみが介在している。駆動プーリと従動プーリとの間に介在する部品の点数が少ないほど、従動プーリの回転角の検出結果は部品の寸法公差および組み立て公差の影響を受けにくくなる。したがって、第2の回転角センサを通じて検出される従動プーリの回転角の検出精度、ひいては従動プーリの回転角を駆動プーリの回転角に換算した換算値の演算精度が確保される。これにより、ベルトの歯飛びの検出精度あるいは分解能が向上するため、ベルトの歯飛びをより適切に検出することができる。
上記の操舵装置において、前記制御装置は、前記歯飛びの検出結果に基づき異常発生を報知すべき状況であるかどうかを判定するために設定される異常判定条件が成立するとき、定められた報知動作を実行するようにしてもよい。
この構成によれば、操舵装置に異常が発生したことを適切に報知することができる。車両の運転者に対して点検などの対処を促すことができる。
上記の操舵装置において、前記転舵シャフトとの間の動力伝達が分離された状態でステアリングホイールの操作に連動して回転するシャフトと、前記シャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、前記シャフトの回転角である操舵角を検出する第3の回転角センサと、を備えていてもよい。この場合、前記制御装置が前記第3の回転角センサを通じて検出される操舵角に応じて前記反力モータが発生する操舵反力の目標値である目標操舵反力を演算するものであることを前提として、操舵角の絶対値について零を含む所定範囲は操舵角に対する目標操舵反力を零とする不感帯として設定されていてもよい。この構成が採用される場合、前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲を変更するようにしてもよい。
上記の操舵装置において、前記転舵シャフトとの間の動力伝達が分離された状態でステアリングホイールの操作に連動して回転するシャフトと、前記シャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、前記シャフトの回転角である操舵角を検出する第3の回転角センサと、を備えていてもよい。この場合、前記制御装置が前記第3の回転角センサを通じて検出される操舵角に応じて前記反力モータが発生する操舵反力の目標値である目標操舵反力を演算するものであることを前提として、操舵角の絶対値について零を含む所定範囲は操舵角に対する目標操舵反力を零とする不感帯として設定されていてもよい。この構成が採用される場合、前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲を変更するようにしてもよい。
この構成によれば、不感帯の範囲が変更されることにより、操舵角に対する目標操舵反力も変わる。すなわち、不感帯の範囲が変更される前後でステアリングホイールを介した手応えが変化することによって、運転者は操舵装置の異常を認識することが可能である。
上記の操舵装置において、前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲をより広い範囲へ変更するようにしてもよい。
この構成によれば、異常判定条件が成立する場合、不感帯がより広い範囲に設定される。これにより、運転者はステアリングホイールをその操舵中立位置を基準とした操作の開始当初においてステアリングホイールを介した手応えをより感じにくくなる。運転者は、その手応えのなさによって操舵装置の異常の発生を認識することが可能である。
この構成によれば、異常判定条件が成立する場合、不感帯がより広い範囲に設定される。これにより、運転者はステアリングホイールをその操舵中立位置を基準とした操作の開始当初においてステアリングホイールを介した手応えをより感じにくくなる。運転者は、その手応えのなさによって操舵装置の異常の発生を認識することが可能である。
上記の操舵装置において、前記制御装置は、前記歯飛びの発生回数を計測し、その計測される歯飛びの発生回数が、前記ベルトの滑りが発生するおそれがある旨判定する際の基準として定められた回数しきい値よりも大きい値であるとき、前記異常判定条件が成立したとして前記報知動作を実行するようにしてもよい。
この構成によれば、ベルトの歯飛びが発生したことが過剰に報知されることがない。また、ベルトに滑りが発生するおそれがある旨適切に報知することができる。すなわち、ベルトの歯飛びが繰り返し発生することに起因してベルトの摩耗が進行し、やがてベルトの滑りが発生するところ、このベルトの滑りが発生する前に運転者に対して注意を喚起することが可能である。また、ベルトの滑りが発生するおそれがあることを運転者に対して早期に報知することによって、より信頼性の高い転舵装置を構築することができる。
本発明の操舵装置によれば、モータの回転を転舵シャフトに伝達する機構の異常をより適切に検出することができる。
<第1の実施の形態>
以下、操舵装置に具体化した第1の実施の形態を説明する。
図1に示すように、車両の操舵装置10は、車両のステアリングホイール11に操舵反力を付与する反力ユニット20、車両の転舵輪12,12を転舵させる転舵ユニット30、およびこれら2つのユニットを制御する制御装置40を有している。操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール11の操作方向と反対方向へ向けて作用するトルクをいう。操舵反力をステアリングホイール11に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。
以下、操舵装置に具体化した第1の実施の形態を説明する。
図1に示すように、車両の操舵装置10は、車両のステアリングホイール11に操舵反力を付与する反力ユニット20、車両の転舵輪12,12を転舵させる転舵ユニット30、およびこれら2つのユニットを制御する制御装置40を有している。操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール11の操作方向と反対方向へ向けて作用するトルクをいう。操舵反力をステアリングホイール11に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。
反力ユニット20は、ステアリングホイール11が連結されたステアリングシャフト21、反力モータ22、減速機構23、回転角センサ24、操舵角センサ25を有している。
反力モータ22は、操舵反力の発生源である。反力モータ22としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。反力モータ22は、減速機構23を介して、ステアリングシャフト21に連結されている。反力モータ22が発生するトルクは、操舵反力としてステアリングシャフト21に付与される。
回転角センサ24は、反力モータ22に設けられている。回転角センサ24は反力モータ22の回転角θaを検出する。
操舵角センサ25は、ステアリングシャフト21における減速機構23とステアリングホイール11との間の部分に設けられている。操舵角センサ25は絶対角センサであって、ステアリングシャフト21の回転角である操舵角θsを、360°を超える範囲の絶対角で検出する。
操舵角センサ25は、ステアリングシャフト21における減速機構23とステアリングホイール11との間の部分に設けられている。操舵角センサ25は絶対角センサであって、ステアリングシャフト21の回転角である操舵角θsを、360°を超える範囲の絶対角で検出する。
制御装置40は、反力モータ22の駆動制御を通じて操舵角θsに応じた操舵反力を発生させる反力制御を実行する。制御装置40は、操舵角センサ25を通じて検出される操舵角θsに基づき目標操舵反力を演算し、この演算される目標操舵反力に応じて反力モータ22に対する給電を制御する。制御装置40は、回転角センサ24を通じて検出される反力モータ22の回転角θaを使用して反力モータ22をベクトル制御する。
転舵ユニット30は、ハウジング31、転舵シャフト32、転舵モータ33、および回転角センサ34、および伝動機構35を有している。
ハウジング31は図示しない車体に固定される。ハウジング31の内部には車体の左右方向(図1中の左右方向)に沿って延びる転舵シャフト32が収容されている。転舵シャフト32の両端には、それぞれタイロッド36,36を介して転舵輪12,12が連結される。転舵シャフト32がその軸線方向に沿って移動することにより転舵輪12,12の転舵角θw,θwが変更される。
ハウジング31は図示しない車体に固定される。ハウジング31の内部には車体の左右方向(図1中の左右方向)に沿って延びる転舵シャフト32が収容されている。転舵シャフト32の両端には、それぞれタイロッド36,36を介して転舵輪12,12が連結される。転舵シャフト32がその軸線方向に沿って移動することにより転舵輪12,12の転舵角θw,θwが変更される。
転舵モータ33は、転舵輪12,12を転舵させるための動力である転舵力の発生源であって、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。転舵モータ33は、ハウジング31の外側の部分に固定されている。転舵モータ33の出力軸33aは転舵シャフト32に対して平行に延びている。転舵モータ33の出力軸33aは、伝動機構35を介して転舵シャフト32に連結されている。転舵モータ33が発生するトルクは、伝動機構35を介して転舵シャフト32に転舵力として付与される。
回転角センサ34は、転舵モータ33に設けられている。回転角センサ34は、転舵モータ33の回転角θbを検出する。回転角センサ34は、転舵モータ33の360°を超える多回転にわたる回転角θbを絶対値で検出する。転舵モータ33の回転角θbは、転舵シャフト32軸線方向における位置、ひいては転舵輪12,12の転舵角θw,θwを反映する値である。
伝動機構35は、ボールナット51、歯付きの駆動プーリ52、歯付きの従動プーリ53、歯付きの無端状のベルト54、および回転角センサ55を有している。
ボールナット51は、転舵シャフト32のボールねじ部32aに対して図示しない複数のボールを介して螺合されている。ボールねじ部32aは、転舵シャフト32における第1の端部(図1中の左端部)に寄った所定範囲にわたって設けられている。駆動プーリ52は、転舵モータ33の出力軸33aに固定されている。従動プーリ53は、ボールナット51の外周面に嵌められた状態で固定されている。従動プーリ53は、段付き円筒部品であって、ベルト54に噛み合う歯が設けられた第1の円筒部分、およびベルト54に噛み合う歯が設けられていない第2の円筒部分を有している。ベルト54は、駆動プーリ52(より正確には、その第1の円筒部分)と従動プーリ53との間に掛け渡されている。したがって、転舵モータ33の回転は、駆動プーリ52、ベルト54および従動プーリ53を介してボールナット51に伝達される。ボールナット51の回転に伴い転舵シャフト32はその軸線方向に沿って移動する。
ボールナット51は、転舵シャフト32のボールねじ部32aに対して図示しない複数のボールを介して螺合されている。ボールねじ部32aは、転舵シャフト32における第1の端部(図1中の左端部)に寄った所定範囲にわたって設けられている。駆動プーリ52は、転舵モータ33の出力軸33aに固定されている。従動プーリ53は、ボールナット51の外周面に嵌められた状態で固定されている。従動プーリ53は、段付き円筒部品であって、ベルト54に噛み合う歯が設けられた第1の円筒部分、およびベルト54に噛み合う歯が設けられていない第2の円筒部分を有している。ベルト54は、駆動プーリ52(より正確には、その第1の円筒部分)と従動プーリ53との間に掛け渡されている。したがって、転舵モータ33の回転は、駆動プーリ52、ベルト54および従動プーリ53を介してボールナット51に伝達される。ボールナット51の回転に伴い転舵シャフト32はその軸線方向に沿って移動する。
回転角センサ55は、従動プーリ53(より正確には、その歯が設けられていない第2の円筒部分)に設けられている。回転角センサ55は、従動プーリ53の回転角θcを検出する。回転角センサ55は絶対角センサであって、従動プーリ53の360°を超える多回転にわたる回転角θcを絶対値で検出する。回転角センサ55については、後に詳述する。
制御装置40は、転舵モータ33の駆動制御を通じて転舵輪12,12を操舵状態に応じて転舵させる転舵制御を実行する。制御装置40は、操舵角センサ25を通じて検出される操舵角θsに応じて転舵モータ33に対する給電を制御する。制御装置40は、回転角センサ34を通じて検出される転舵モータ33の回転角θbを使用して転舵モータ33をベクトル制御する。
ちなみに、転舵ユニット30は、ピニオンシャフト61を有している。ピニオンシャフト61は、転舵シャフト32に対して交わるように設けられている。ピニオンシャフト61のピニオン歯61aは、転舵シャフト32のラック歯32bに噛み合わされている。ラック歯32bは、転舵シャフト32における第2の端部(図1中の右端部)に寄った所定範囲にわたって設けられている。
ピニオンシャフト61は、伝動機構35と共に転舵シャフト32をハウジング31の内部に支持するために設けられている。すなわち、転舵ユニット30に設けられる図示しない支持機構によって、転舵シャフト32はその軸線方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオンシャフト61へ向けて押圧される。これにより、転舵シャフト32はハウジング31の内部に支持される。また、転舵シャフト32の回転が規制される。
ただし、ピニオンシャフト61を使用せずに転舵シャフト32をハウジング31に支持する他の支持機構を設けてもよい。この場合、転舵ユニット30としてピニオンシャフト61を割愛した構成を採用することが可能となる。
つぎに、従動プーリ53に設けられる回転角センサ55の構成を詳細に説明する。
図2に示すように、回転角センサ55は、主動歯車71、第1の従動歯車72,および第2の従動歯車73を有している。主動歯車71は、検出対象である従動プーリ53(より正確には、その歯が設けられていない第2の円筒部分)に対して一体回転可能に取り付けられている。第1の従動歯車72および第2の従動歯車73は、主動歯車71と噛み合っている。第1の従動歯車72の歯数と第2の従動歯車73の歯数とは互いに異なっている。このため、従動プーリ53と共に主動歯車71が回転した場合、主動歯車71、ひいては従動プーリ53の回転角θcに対する第1の従動歯車72の回転角αおよび第2の従動歯車73の回転角βは互いに異なる値となる。
図2に示すように、回転角センサ55は、主動歯車71、第1の従動歯車72,および第2の従動歯車73を有している。主動歯車71は、検出対象である従動プーリ53(より正確には、その歯が設けられていない第2の円筒部分)に対して一体回転可能に取り付けられている。第1の従動歯車72および第2の従動歯車73は、主動歯車71と噛み合っている。第1の従動歯車72の歯数と第2の従動歯車73の歯数とは互いに異なっている。このため、従動プーリ53と共に主動歯車71が回転した場合、主動歯車71、ひいては従動プーリ53の回転角θcに対する第1の従動歯車72の回転角αおよび第2の従動歯車73の回転角βは互いに異なる値となる。
また、回転角センサ55は、第1の磁石74、第2の磁石75、第1の磁気センサ76、第2の磁気センサ77、および演算回路78を有している。第1の磁石74は、第1の従動歯車72に対して一体回転可能に設けられている。第2の磁石75は、第2の従動歯車73に対して一体回転可能に設けられている。第1の磁気センサ76は、第1の磁石74から発せられる磁界の変化に基づき第1の従動歯車72の回転角αを検出する。第2の磁気センサ77は、第2の磁石75から発せられる磁界の変化に基づき第2の従動歯車73の回転角βを検出する。演算回路78は、第1の磁気センサ76を通じて検出される第1の従動歯車72の回転角α、および第2の磁気センサ77を通じて検出される第2の従動歯車73の回転角βを使用して、主動歯車71、ひいては従動プーリ53の360°を超える多回転の回転角θcを絶対値で演算する。
このように構成した操舵装置10においては、つぎのような事象が発生するおそれがある。すなわち、車両の縁石乗り上げなどに起因して大きな逆入力荷重が転舵シャフト32に作用した場合、転舵シャフト32がその軸方向へ移動することにより転舵シャフト32の端部がハウジング31に当接する、いわゆる端当てが生じるおそれがある。この場合、転舵シャフト32の移動が物理的に規制されることによって、ボールナット51およびベルト54の回転が規制される。これに対して、転舵モータ33および駆動プーリ52は、その慣性力によって回転し続けようとする。このため、ベルト54には、いわゆる歯飛びが生じるおそれがある。ちなみに、歯飛びとは、ベルトの歯とプーリの歯とが適切に噛み合わないことに起因して、ベルトの歯がプーリの歯を乗り越える現象をいう。この歯飛びが繰り返し発生するとベルト54の歯の摩耗が進行し、やがてベルト54の滑りが発生するおそれがある。ベルト54の滑りが発生することに伴い伝動機構35の静粛性能あるいはトルク伝達性能が低下することが懸念される。
そこで、制御装置40には、伝動機構35の円滑な動作が困難となる状態に至る前に、その予兆としての異常、すなわちベルト54の歯飛びを検出する異常検出機能が持たせられている。
つぎに、制御装置40により実行される異常検出処理の手順を図3のフローチャートに従って説明する。このフローチャートの処理は、定められた制御周期で実行される。
図3のフローチャートに示すように、制御装置40は、駆動プーリ52の回転角および従動プーリ53の回転角に基づき、ベルト54の歯飛びが発生したかどうかを判定する(ステップS101)。具体的には、つぎの通りである。
図3のフローチャートに示すように、制御装置40は、駆動プーリ52の回転角および従動プーリ53の回転角に基づき、ベルト54の歯飛びが発生したかどうかを判定する(ステップS101)。具体的には、つぎの通りである。
制御装置40は、回転角センサ34を通じて検出される転舵モータ33の回転角θbを駆動プーリ52の回転角θdとして取り込む。また、制御装置40は、回転角センサ55を通じて検出される従動プーリ53の回転角θcを取り込み、この取り込まれる従動プーリ53の回転角θcをベルト54の減速比を使用して駆動プーリ52の回転角に換算した換算値θeを演算する。制御装置40は、回転角センサ34の検出結果に基づく駆動プーリ52の回転角θdと回転角センサ55の検出結果に基づく換算値θeとを比較することにより、ベルト54の歯飛びを検出する。制御装置40は、次式(A)で表される判定条件が成立するとき、ベルト54の歯飛びが発生した旨判定する。
│θd−θe│>θth …(A)
ただし、「θth」は、ベルト54の歯飛びを判定する際の基準となる角度差しきい値である。角度差しきい値は、実験あるいはシミュレーションを通じて、ベルト54の歯飛びが発生したときの回転角θdと換算値θeの差の値を基準として設定される。
ただし、「θth」は、ベルト54の歯飛びを判定する際の基準となる角度差しきい値である。角度差しきい値は、実験あるいはシミュレーションを通じて、ベルト54の歯飛びが発生したときの回転角θdと換算値θeの差の値を基準として設定される。
ベルト54の歯飛びが発生することなくベルト54が駆動プーリ52および従動プーリ53に適切に噛み合っている場合、理想的には、回転角センサ34の検出結果に基づく駆動プーリ52の回転角θdの値と、回転角センサ55を通じて検出される従動プーリ53の回転角θcを駆動プーリ52の回転角に換算した換算値θeとは、互いに一致する。これに対し、ベルト54の歯飛びが発生した場合、反力モータ22の負荷トルクが一時的に急激に減少するため、反力モータ22、ひいては駆動プーリ52の回転速度が一時的に急激に増加する。一方、従動プーリ53は、ベルト54の歯飛びの影響を受けにくい。このため、回転角センサ34の検出結果に基づく駆動プーリ52の回転角θdの値と、回転角センサ55を通じて検出される従動プーリ53の回転角θcを駆動プーリ52の回転角に換算した換算値θeとは、歯飛びの程度に応じて互いに異なる値となる。したがって、回転角センサ34を通じて検出される駆動プーリ52の回転角θdの値と、回転角センサ55を通じて検出される従動プーリ53の回転角θcを駆動プーリ52の回転角に換算した換算値θeとの比較を通じてベルト54の歯飛びを検出することが可能である。
制御装置40は、ベルト54の歯飛びが発生していない旨判定されるとき(ステップS101でNO)、処理を終了する。制御装置40は、ベルト54の歯飛びが発生している旨判定されるとき(ステップS101でYES)、歯飛びの発生回数Nの計測値をインクリメントする(ステップS102)。インクリメントとは、制御装置40におけるカウンタの計測値に所定数(ここでは、「1」)を加算することをいう。
つぎに、制御装置40は、異常判定条件が成立するかどうか、すなわち歯飛びの発生回数Nの値が回数しきい値Nthよりも大きい値であるかどうかを判定する(ステップS103)。回数しきい値Nthは、たとえばベルト54の歯飛びが繰り返し発生することによってベルト54の歯面の摩耗が進行してベルト54に滑りが発生する蓋然性が高いとして定められた回数を基準として設定される。回数しきい値Nthは、ベルト54の滑りが実際に発生する歯飛び回数の値よりも小さい値である。
制御装置40は、ベルト54における歯飛びの発生回数Nの値が回数しきい値Nthよりも大きい値ではない場合(ステップS103でNO)、処理を終了する。制御装置40は、ベルト54における歯飛びの発生回数Nの値が回数しきい値Nthよりも大きい値である場合(ステップS103でYES)、車載される報知装置42に対する報知指令信号S1を生成して(ステップS104)、処理を終了する。
報知装置42は、報知指令信号S1の受信を契機として、定められた報知動作を行う。報知動作としては、たとえば警告音を発したり、ディスプレイに警告を表示したりすることが挙げられる。車両の運転者は、報知装置42の報知動作を通じて、ベルト54の歯飛びが繰り返し発生していること、ひいてはベルト54に滑りが発生するおそれがあることを認識することが可能である。
<第1の実施の形態の効果>
したがって、第1の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)たとえばピニオンシャフト61に回転角センサを設け、この回転角センサを通じて検出されるピニオンシャフト61の回転角を駆動プーリ52の回転角に換算した換算値と、回転角センサ34を通じて検出される駆動プーリ52の回転角θdとの比較を通じてベルト54の歯飛びを検出することも考えられる。しかし、この構成を採用する場合、回転検出対象である駆動プーリ52とピニオンシャフト61との間には、ベルト54、従動プーリ53およびボールナット51などの多くの部品が介在する。このため、各部品の寸法公差および組み立て公差がピニオンシャフト61の回転角の検出結果、ひいてはピニオンシャフト61の回転角を駆動プーリ52の回転角に換算した換算値に影響を及ぼすことが懸念される。
したがって、第1の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)たとえばピニオンシャフト61に回転角センサを設け、この回転角センサを通じて検出されるピニオンシャフト61の回転角を駆動プーリ52の回転角に換算した換算値と、回転角センサ34を通じて検出される駆動プーリ52の回転角θdとの比較を通じてベルト54の歯飛びを検出することも考えられる。しかし、この構成を採用する場合、回転検出対象である駆動プーリ52とピニオンシャフト61との間には、ベルト54、従動プーリ53およびボールナット51などの多くの部品が介在する。このため、各部品の寸法公差および組み立て公差がピニオンシャフト61の回転角の検出結果、ひいてはピニオンシャフト61の回転角を駆動プーリ52の回転角に換算した換算値に影響を及ぼすことが懸念される。
この点、本実施の形態の操舵装置10において、回転検出対象である駆動プーリ52と従動プーリ53との間にはベルト54のみが介在している。このため、駆動プーリの回転角およびピニオンシャフト61の回転角を使用する場合に比べて、回転検出対象である2つの部材(52,53)の間に介在する部品点数がより少ない。この介在する部品の点数が少ない分だけ、当該部品の寸法公差および組み立て公差が回転角センサ55を通じて検出される従動プーリ53の回転角θc、ひいては従動プーリ53の回転角θcを駆動プーリ52の回転角に換算した換算値θeに及ぼす影響が抑制される。したがって、回転角センサ55を通じて検出される従動プーリ53の回転角θcの検出精度、ひいては従動プーリ53の回転角θcを駆動プーリ52の回転角に換算した換算値θeの演算精度が確保される。これにより、ベルト54の歯飛びの検出精度あるいは分解能が向上するため、伝動機構35の円滑な動作が困難となる状態に至る前にその予兆としての異常であるベルト54の歯飛びをより適切に検出することができる。ベルト54の1歯の歯飛びを検出することも可能となる。
(2)歯飛びの発生回数Nの計測値が回数しきい値Nthを超えたとき、報知装置42を通じて伝動機構35にベルト54の歯飛びが発生したことが報知される。このため、ベルト54の歯飛びが発生したことが過剰に報知されることがない。また、ベルト54に滑りが発生するおそれがある旨適切に報知することができる。すなわち、ベルト54の滑りは、ベルト54の歯飛びが繰り返し発生してベルト54の歯面の磨耗が進行することに起因して発生するところ、実際にベルト54の滑りが発生する前の段階で運転者に対して注意を喚起することが可能である。また、ベルト54の滑りが発生するおそれがあることを運転者に対して早期に報知することによって、より信頼性の高い操舵装置10を構築することができる。
(3)従動プーリ53に回転角センサ55を設けるだけでよい。このため、操舵装置10の製品コストを大幅に増やすことなく、伝動機構35の異常としてベルト54の歯飛びの検出精度を向上させることが可能である。
<第2の実施の形態>
つぎに、操舵装置の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図1〜図3に示される第1の実施の形態と同様の構成を有している。本実施の形態は、異常の報知方法の点で先の第1の実施の形態と異なる。
つぎに、操舵装置の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図1〜図3に示される第1の実施の形態と同様の構成を有している。本実施の形態は、異常の報知方法の点で先の第1の実施の形態と異なる。
制御装置40は、先の図3のフローチャートで示される異常検出処理の実行を通じて伝動機構35の異常が検出されるとき、定められた報知動作として、報知装置42を通じた報知に加え、ステアリングホイール11を介した手応えによっても運転者に異常を報知する。運転者に与えられる手応え感は、ステアリングホイール11に付与される操舵反力によって決まる。
制御装置40は、操舵角センサ25を通じて検出される操舵角θsと目標操舵反力F*との関係を規定するマップMfrを使用して目標操舵反力を演算する。
図4のグラフに示すように、マップMfrは、横軸を操舵角θsの絶対値、縦軸を目標操舵反力F*の絶対値とするマップであって、つぎの特性を有する。すなわち、図4に特性線L1で示すように、操舵角θsの絶対値が操舵角しきい値θs1以下であるとき、操舵角θsの値にかかわらず、目標操舵反力F*の値は「0(零)」に維持される。すなわち、マップMfrにおいて、操舵角θsの絶対値が「0」から操舵角しきい値θs1までの範囲には、目標操舵反力F*の値を「0」とする不感帯が設定されている。また、マップMfrにおいて、操舵角θsの絶対値が操舵角しきい値θs1を超えるとき、目標操舵反力F*の絶対値は操舵角θsの絶対値が増加するにつれて二次関数的に徐々に増加する。ただし、目標操舵反力F*の符号の正負は、操舵角θsの符号の正負と一致する。
図4のグラフに示すように、マップMfrは、横軸を操舵角θsの絶対値、縦軸を目標操舵反力F*の絶対値とするマップであって、つぎの特性を有する。すなわち、図4に特性線L1で示すように、操舵角θsの絶対値が操舵角しきい値θs1以下であるとき、操舵角θsの値にかかわらず、目標操舵反力F*の値は「0(零)」に維持される。すなわち、マップMfrにおいて、操舵角θsの絶対値が「0」から操舵角しきい値θs1までの範囲には、目標操舵反力F*の値を「0」とする不感帯が設定されている。また、マップMfrにおいて、操舵角θsの絶対値が操舵角しきい値θs1を超えるとき、目標操舵反力F*の絶対値は操舵角θsの絶対値が増加するにつれて二次関数的に徐々に増加する。ただし、目標操舵反力F*の符号の正負は、操舵角θsの符号の正負と一致する。
つぎに、制御装置40による目標操舵反力の演算処理手順を図5のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは、定められた制御周期で実行される。
図5のフローチャートに示すように、制御装置40は、操舵角センサ25を通じて操舵角θsを検出する(ステップS201)。
図5のフローチャートに示すように、制御装置40は、操舵角センサ25を通じて操舵角θsを検出する(ステップS201)。
つぎに、制御装置40は、伝動機構35の異常を報知する必要性の有無を判定する(ステップS202)。制御装置40は、先の図3のフローチャートのステップS103において歯飛びの発生回数Nの値が回数しきい値Nthよりも大きい値ではない旨判定されるとき、伝動機構35の異常を報知する必要がない旨判定する。また、制御装置40は、先の図3のフローチャートのステップS103において歯飛びの発生回数Nの値が回数しきい値Nthよりも大きい値である旨判定される場合、伝動機構35の異常を報知する必要がない旨判定する。
制御装置40は、伝動機構35の異常を報知する必要がない旨判定されるとき(ステップS202でNO)、ステップS203へ処理を移行する。ステップS203において、制御装置40は、操舵角センサ25を通じて検出される操舵角θsをマップMfrに適用することにより目標操舵反力F*を演算し、処理を終了する。この場合、先の図4のグラフに特性線L1で示される目標操舵反力F*に応じた操舵反力がステアリングホイール11に付与される。このため、運転者には、ステアリングホイール11の操作量に応じた適度な手応え感が与えられる。
制御装置40は、伝動機構35の異常を報知する必要がある旨判定されるとき(ステップS202でYES)、操舵角θsに対する不感帯を先の図4の特性線L1で示される不感帯よりも広い範囲に設定する(ステップS204)。具体的には、つぎの通りである。
図4に特性線L2で示すように、操舵角θsの絶対値が「0」から操舵角しきい値θs2までの範囲が不感帯として設定される。ただし、操舵角しきい値θs2の絶対値は、操舵角しきい値θs1の絶対値よりも大きい値である。操舵角θsの絶対値が操舵角しきい値θs2以下であるとき、操舵角θsの値にかかわらず、目標操舵反力F*の値は「0」に維持される。操舵角θsの絶対値が操舵角しきい値θs2を超えるとき、目標操舵反力F*の絶対値は操舵角θsの絶対値が増加するにつれて二次関数的に徐々に増加する。
つぎに、制御装置40は、操舵角センサ25を通じて検出される操舵角θsをマップMfrに適用することにより目標操舵反力F*を演算し(ステップS205)、処理を終了する。この場合、先の図4のグラフに特性線L2で示される目標操舵反力F*に応じた操舵反力がステアリングホイール11に付与される。運転者は、ベルト54の歯飛びが生じていない通常時には操舵反力を手応えとして感じる角度領域であるにもかかわらず、その手応えが感じられないことによって伝動機構35に異常、特にベルト54のすべりが発生するおそれがある旨認識することが可能である。
<第2の実施の形態の効果>
したがって、第2の実施の形態によれば、先の第1の実施の形態における(1)〜(3)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
したがって、第2の実施の形態によれば、先の第1の実施の形態における(1)〜(3)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
(4)ベルト54の滑りが発生するおそれがある場合、マップMfrにおける操舵角θsの不感帯が増大される。すなわち、ステアリングホイール11の操舵中立位置を基準とする操舵反力を手応えとして感じない操作範囲が増大する。また、ステアリングホイール11が不感帯を超えて操作される場合、操舵角θsに対する目標操舵反力F*が通常時よりも小さい値に設定される。このため、伝動機構35の異常としてベルト54の滑りが発生するおそれがあることを、報知装置42のみならず、ステアリングホイール11を介した手応えとして運転者に伝えることが可能である。したがって、運転者は、伝動機構35に異常が発生するおそれがあることを認識しやすい。
(5)実際にベルト54の滑りが発生した場合、そのすべりが発生している期間においては転舵モータ33のトルクが転舵シャフト32に伝わらないため転舵輪12,12が転舵しない。このため、ベルト54のすべりが発生した状況下におけるステアリングホイール11の手応えとしては、より弱い手応えとした方が実際の状況に近くなる。したがって、ベルト54の滑りが発生するおそれがある場合、ステアリングホイール11を介した手応えを無くしたり、ステアリングホイール11の操作量に応じた手応えを通常時の手応えよりも弱くしたりすることによって、運転者はベルト54の滑りが発生するおそれがあることを認識しやすくなる。
<他の実施の形態>
なお、第1および第2の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・回転角センサ55は、従動プーリ53ではなく、ボールナット51に設けてもよい。従動プーリ53はボールナット51と一体的に回転するため、ボールナット51の回転角を従動プーリ53の回転角として検出してもよい。
なお、第1および第2の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・回転角センサ55は、従動プーリ53ではなく、ボールナット51に設けてもよい。従動プーリ53はボールナット51と一体的に回転するため、ボールナット51の回転角を従動プーリ53の回転角として検出してもよい。
・制御装置40は、歯飛びの発生回数Nが回数しきい値Nthを超えたときに伝動機構35に異常が発生するおそれがある旨報知したが、製品仕様などによっては歯飛びの発生が検出されるタイミングでその旨報知するようにしてもよい。この場合、制御装置40による異常検出処理として、図3のフローチャートにおけるステップS102およびステップS103の処理を割愛した処理が採用される。すなわち、制御装置40は、ステップS101においてベルト54の歯飛びが発生している旨判定されるとき(ステップS101でYES)、ステップS104へ処理を移行する。
・制御装置40は、伝動機構35に異常が発生するおそれがある旨報知する場合、マップMfrにおける不感帯をより広い範囲に設定することにより操舵角θsに対する目標操舵反力F*の変化特性を図4に特性線L1で示される第1の特性から特性線L2で示される第2の特性へ切り替えるようにしたが、つぎのようにしてもよい。すなわち、先の図4に特性線L1で示される第1の特性を有する第1のマップと、同じく特性線L2で示される第2の特性を有する第2のマップとを別個に用意し、制御装置40は第1のマップと第2のマップとを切り替えて使用するようにしてもよい。制御装置40は、伝動機構35に異常が発生するおそれがない場合には第1のマップを使用し、伝動機構35に異常が発生するおそれがある場合には第2のマップを使用する。
・制御装置40は、伝動機構35に異常が発生するおそれがある旨報知する場合、マップMfrの不感帯を通常時よりも広い範囲に設定するようにしたが、つぎのようにしてもよい。すなわち、制御装置40は、伝動機構35に異常が発生するおそれがある旨報知する場合、マップMfrの不感帯を通常時よりも狭い範囲に設定するようにしてもよい。このようにしても、ステアリングホイール11を介した手応えが通常時と異なるため、運転者は伝動機構35に異常が発生するおそれがあることを認識することが可能である。
・制御装置40は、反力モータ22を制御する第1の制御部と転舵モータ33を制御する第2の制御部とに分割して設けてもよい。
・操舵装置の第1の実施の形態は、ステアリングホイール11に対して操舵を補助するための力であるアシストを付与する電動パワーステアリング装置として具体化してもよい。この場合、転舵シャフト32にはステアリングシャフト21を介してステアリングホイール11が連結される。ステアリングホイール11の操作に伴い転舵シャフト32はその軸線方向に沿って移動する。制御装置40は、ステアリングホイール11に加えられる操舵トルクに応じた電流を転舵モータ33へ供給する。この転舵モータ33のトルクが伝動機構35を介して転舵シャフト32に伝達されることによりステアリングホイール11の操作が補助される。
・操舵装置の第1の実施の形態は、ステアリングホイール11に対して操舵を補助するための力であるアシストを付与する電動パワーステアリング装置として具体化してもよい。この場合、転舵シャフト32にはステアリングシャフト21を介してステアリングホイール11が連結される。ステアリングホイール11の操作に伴い転舵シャフト32はその軸線方向に沿って移動する。制御装置40は、ステアリングホイール11に加えられる操舵トルクに応じた電流を転舵モータ33へ供給する。この転舵モータ33のトルクが伝動機構35を介して転舵シャフト32に伝達されることによりステアリングホイール11の操作が補助される。
10…操舵装置、21…ステアリングシャフト(シャフト)、22…反力モータ、25…操舵角センサ(第3の回転角センサ)、32…転舵シャフト、32a…ボールねじ部、34…回転角センサ(第1の回転角センサ)、37…転舵輪、40…制御装置、51…ボールナット、33…転舵モータと、52…駆動プーリ、53…従動プーリ、54…ベルト、55…回転角センサ(第2の回転角センサ)、F*…目標操舵反力、N…歯飛びの発生回数、Nth…回数しきい値、θb…転舵モータの回転角、θd…駆動プーリの回転角、θe…換算値、θs…操舵角。
Claims (5)
- 車両の転舵輪を転舵させる転舵シャフトと、
前記転舵シャフトに設けられたボールねじ部に螺合するボールナットと、
前記転舵輪を転舵させるための駆動力を発生する転舵モータと、
前記転舵モータと一体的に回転する駆動プーリと、
前記ボールナットと一体的に回転する従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付きのベルトと、
前記駆動プーリの回転角を検出する第1の回転角センサと、
前記従動プーリの回転角を検出する第2の回転角センサと、
前記転舵モータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第1の回転角センサを通じて検出される前記駆動プーリの回転角と前記第2の回転角センサを通じて検出される前記従動プーリの回転角を前記駆動プーリの回転角に換算した換算値との比較を通じて前記ベルトの歯飛びを検出する操舵装置。 - 前記制御装置は、前記歯飛びの検出結果に基づき異常発生を報知すべき状況であるかどうかを判定するために設定される異常判定条件が成立するとき、定められた報知動作を実行する請求項1に記載の操舵装置。
- 前記転舵シャフトとの間の動力伝達が分離された状態でステアリングホイールの操作に連動して回転するシャフトと、
前記シャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、
前記シャフトの回転角である操舵角を検出する第3の回転角センサと、を備え、
前記制御装置が前記第3の回転角センサを通じて検出される操舵角に応じて前記反力モータが発生する操舵反力の目標値である目標操舵反力を演算するものであることを前提として、操舵角の零を基準とする所定範囲は操舵角に対する目標操舵反力を零とする不感帯として設定されていて、
前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲を変更する請求項2に記載の操舵装置。 - 前記制御装置は、前記異常判定条件が成立するとき、前記報知動作として前記不感帯の範囲をより広い範囲へ変更する請求項3に記載の操舵装置。
- 前記制御装置は、前記歯飛びの発生回数を計測し、その計測される歯飛びの発生回数が、前記ベルトの滑りが発生するおそれがある旨判定する際の基準として定められた回数しきい値よりも大きい値であるとき、前記異常判定条件が成立したとして前記報知動作を実行する請求項2〜請求項4のうちいずれか一項に記載の操舵装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020001535A JP2021109494A (ja) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 操舵装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020001535A JP2021109494A (ja) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 操舵装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2021109494A true JP2021109494A (ja) | 2021-08-02 |
Family
ID=77058826
Family Applications (1)
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JP2020001535A Pending JP2021109494A (ja) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 操舵装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2021109494A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021212916A1 (de) | 2021-11-17 | 2023-05-17 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Lenkstellung in einem Steer-by-Wire-Lenksystem sowie Steer-by-Wire-Lenksystem |
DE102022200091A1 (de) | 2022-01-06 | 2023-07-06 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Lenkstange einer Kraftfahrzeuglenkung, insbesondere für Steer-by-wire Lenksysteme und/oder Lenksysteme mit Kugelgewindetrieb |
DE102023201920A1 (de) | 2023-03-03 | 2024-09-05 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Lenkvorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements einer Lenkvorrichtung |
-
2020
- 2020-01-08 JP JP2020001535A patent/JP2021109494A/ja active Pending
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