JP3901142B2 - 車両操舵装置 - Google Patents

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本発明は、ロック機構を備えた車両操舵装置に関するものである。
従来、ロック機構を備えた車両操舵装置としては、例えば特開2001−48032号公報に記載されるように、ハンドルに結合されるステアリングシャフトの途中に伝達比可変機構を設けてハンドル操舵量に対する車輪の転舵量を可変としつつ、その伝達比可変機構の入力軸と出力軸の相対的な回転を制限するロック機構を設けたものが知られている。伝達比可変機構は、モータと減速機を連結して構成され、モータの回転を制御することにより操舵量に対する転舵量の伝達比を変化させる。また、ロック機構は、伝達比可変機構に内蔵されるモータの回転軸に取り付けられるロックホルダと、モータのステータ側に設けられるロックアームとを備えており、ロックホルダの周面に形成された凹部にロックアームを掛止させることにより、伝達比可変機構の入力軸と出力軸の相対的な回転を禁止してロックを行うものである。
特開2001−48032号公報
上述した車両操舵装置において、ロック機構のロック状態にて大きな操舵力が加わると、操舵伝達系に操舵力が伝達され回転軸に取り付けられたロックホルダとモータの回転軸とが相対的に回転して回転ズレを生ずる場合がある。この場合、ハンドルの操舵位置と転舵輪の転舵位置との関係が制御器により正確に認識できなくなり、適切な操舵制御が行えない。従って、ロック機構の回転部であるロックホルダとモータの回転軸が回転ズレを起こした場合には、その回転ズレの発生を迅速に検出する必要がある。
しかしながら、その回転ズレを適切に検出することは困難である。例えば、伝達比可変機構に設置される回転センサの出力やモータの出力トルクを検知したとしても、モータ自体が正常に駆動するため、モータの駆動状態などによって回転ズレを検出することができない。
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、伝達比可変手段に内蔵されるモータの回転軸の回転ズレを検出可能とした車両操舵装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明に係る車両操舵装置は、ハンドルの操舵力を転舵輪に伝達させる操舵伝達系に設けられモータを内蔵しそのモータの回転駆動によりハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、モータの回転軸とともに回転する回転部及びその回転部を掛止して伝達比可変手段の入力軸と出力軸の相対的な回転を制限する掛止部を有するロック機構と、掛止部が回転部を掛止してロック機構がロック状態となっているときに操舵伝達系に所定以上のトルクが作用した場合、モータの回転軸に対しロック機構の回転部の回転ズレを許容する回転許容手段と、ロック機構の回転部と一体に回転するセンサ回転部を有しそのセンサ回転部の回転状態に基づいてモータの回転検出を行う回転センサと、回転センサの出力に基づいてモータの駆動制御を行うモータ駆動制御手段とを備えて構成されている。
また本発明に係る車両操舵装置は、前述の回転許容手段が、所定以上のトルクが作用した場合にロック機構の回転部を回転軸に対し回転ズレを生ずるように取り付けて構成されていることを特徴とする。
また本発明に係る車両操舵装置は、ハンドルの操舵力を転舵輪に伝達させる操舵伝達系に設けられ、モータを内蔵し、そのモータの回転駆動によりハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、モータの回転軸とともに回転する回転部及びその回転部を掛止して伝達比可変手段の入力軸と出力軸の相対的な回転を制限する掛止部を有するロック機構と、モータの回転軸の回転に応じて回転するセンサ回転部を有し、そのセンサ回転部の回転状態に基づいてモータの回転検出を行う回転センサと、モータの回転軸を分断しその分断部分を回転可能に連結して構成され、掛止部が回転部を掛止してロック機構がロック状態となっているときに操舵伝達系に所定以上のトルクが作用した場合、分断部分の回転によりセンサ回転部に対しモータのロータ側の回転軸の回転ズレを許容する回転許容手段と、回転センサの出力に基づいてモータの駆動制御を行うモータ駆動制御手段とを備えて構成されている。
また本発明に係る車両操舵装置は、伝達比可変手段の作動時におけるモータの駆動状態に基づいて回転部の回転ズレを検出する検出手段を備えることを特徴とする。
また本発明に係る車両操舵装置は、前述の検出手段が、伝達比可変手段の作動時におけるモータ目標回転角とモータの現実の回転角との偏差に基づいて回転部の回転ズレを検出することを特徴とする。
また本発明に係る車両操舵装置は、前述の検出手段が、伝達比可変手段の作動時におけるモータに供給される電流と伝達比可変手段の出力トルクとに基づいて回転部の回転ズレを検出することを特徴とする。
これらの発明によれば、ロック機構の回転部の回転状態に基づき回転センサでモータの回転検出を行い、その回転センサの出力に基づいてモータの駆動制御を行うことにより、ロック機構の回転部とモータ回転軸が回転ズレを起こした場合、モータ駆動制御手段から適切な制御信号をモータに対して出力することができない。これにより、モータの駆動状態が正常時と異なる状態となるため、そのモータの駆動状態に基づいてモータの回転軸の回転ズレを検出することができる。
また本発明に係る車両操舵装置は、回転許容手段による回転ズレを所定の回転量に制限する回転制限手段を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、回転ズレによる回転量を制限することにより、回転ズレを生じたときにモータの駆動状態が必ず正常時と異なる状態となるので、回転ズレを確実に検出することができる。

本発明によれば、伝達比可変手段に内蔵されるモータの回転軸の回転ズレを検出可能とした車両操舵装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(第一実施形態)
図1は本発明の第一実施形態に係る車両操舵装置の構成概要図である。
本図に示すように、本実施形態に係る車両操舵装置1には、ハンドル2の操舵力を転舵輪3に伝達させる操舵伝達系に伝達比可変機構4が設けられている。伝達比可変機構4は、モータ30を内蔵し、そのモータ30の回転駆動によりハンドル2の操舵角と転舵輪3の転舵角の伝達比を可変とするものである。モータ30は、操舵制御器20の駆動制御信号を受けて駆動する電動機である。モータ30のステータ31は、伝達比可変機構4のハウジング4aに取り付けられている。モータ30のロータ32は、減速機40を介して出力軸6に接続されている。
伝達比可変機構4の入力軸5は、ハンドル2に接続されている。また、伝達比可変機構4の出力軸6は、ラックアンドピニオン式などで構成されるギヤ装置7を介して転舵輪3、3に接続されている。ギヤ装置7は、出力軸6の回転入力によりタイロッド8を移動させて転舵輪3、3を転舵させる。入力軸5には、操舵角センサ10が設けられている。操舵角センサ10は、入力軸5の回転状態に基づいてハンドル2の操舵角度を検出する操舵角検出手段として機能する。
伝達比可変機構4には、減速機40及びロック機構50が内蔵されている。減速機40は、操舵による回転角度とモータ30による回転角度を入力し、減速して回転角度を出力する減速手段である。減速機40は、モータ30の回転出力とハウジング4aを介して伝達される操舵力とをそれぞれ入力し、減速して出力軸6に対して出力を行う。減速機40としては、モータ30の回転出力を減速して出力できるものであれば、いずれのものを用いてもよいが、例えば波動歯車機構が用いられる。
また、伝達比可変機構4には、回転センサ60が設けられている。回転センサ60は、モータ30の回転軸33の回転角など回転状態を検出するセンサである。この回転センサ60は、ロック機構50のロックホルダ51の回転状態に基づいて、モータ30の回転検出を行う。例えば、回転センサ60は、モータ30の回転軸33の回転に伴って回転する回転部61と、その回転部61の周囲に配される検出部62とを備えて構成されている。
回転部61は、ロックホルダ51に取り付けられている。このため、回転部61は、ロックホルダ51の回転に伴って回転する。モータ30の回転軸33が回転すると、ロックホルダ51と共に回転部61が回転し、その回転部61の回転を検出部62が検出する。
操舵角センサ10及び回転センサ60の検出信号は、操舵制御器20に入力される。操舵制御器20は、車両操舵装置1の装置全体の制御を行うものであり、例えばCPU、ROM、RAM、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成される。また、操舵制御器20には、車両に設置される車速センサ22の検出信号が入力される。操舵制御器20は、操舵角センサ10、車速センサ22などの検出信号に基づいて伝達比可変機構4のモータ30に駆動制御信号を出力して伝達比を調整し操舵制御を行う。
その際、操舵制御器20は、回転センサ60の出力に基づいてモータ30の駆動制御を行うモータ駆動制御手段として機能する。すなわち、操舵制御器20は、モータ30を駆動制御する際、回転センサ60の検出信号に基づいてモータ30の回転状態を検知し、その回転状態に応じて駆動制御信号を生成し、その駆動制御信号をモータ30に出力する。
図2にロック機構50の説明図を示す。
本図は、図1のII−IIにおけるロック機構の断面図である。本図に示すように、ロック機構50は、伝達比可変機構4の入力軸5と出力軸6の相対的な回転を制限するものであり、ロックホルダ51とロックアーム52を備えている。ロックホルダ51は、モータ30の回転軸33とともに回転する回転部として機能するものであり、モータ30のロータ32側に取り付けられている。
例えば、ロックホルダ51は、回転軸33を貫通するように取り付けられ、ロータ32の回転に伴って回転する。回転軸33に対するロックホルダ51の取り付けは、完全に固定でなく、所定以上のトルクが加わったときに回転軸33に対してロックホルダ51が相対に回転し回転ズレを生ずるようになっている。このようにロックホルダ51を取り付けることにより、この取付部分をトルクリミッタとして機能させることができ、ロック機構50のロック時に所定以上のトルクが作用しても操舵伝達系の構成部品の破損防止が図れる。
ロックホルダ51の外周には、その周方向に沿って複数の凹部51aが形成されている。凹部51aは、例えば四つ形成される。凹部51aと凹部51aとの間は、外周から突出した状態となり、突起部51bが形成されている。
ロックアーム52は、ロックホルダ51を掛止して伝達比可変機構4の入力軸5と出力軸6の相対的な回転を制限する掛止部として機能するものである。このロックアーム52は、ロックホルダ51に対し接近及び離間可能に構成され、その接近の動作により凹部51a内に挿入されロックホルダ51を掛止する。ロックアーム52は、モータ30のステータ31側に取り付けられ、例えばステータ31が取り付けられるハウジング4aに取り付けられている。
ロックアーム52の先端には、鉤状の鉤部52aが形成されている。ロックアーム52の中間位置にはピン52bが設けられ、このピン52bを中心にロックアーム52が回動可能となっている。また、ロックアーム52の基端位置には、ソレノイド52cが取り付けられている。ソレノイド52cの作動によりロックアーム52の基端位置が移動してロックアーム52が回動する。これにより、鉤部52aが凹部51aに挿入され、ロックアーム52とロックホルダ51が係合し、ロック状態となる。
図3に回転センサ60の構成概要図を示す。
本図は、回転センサ60の一例を示したものである。回転センサ60は、モータ30の回転軸33と一体に回転する回転部61と、その回転部61の周囲に配される検出部62とを備えて構成されている。回転部61は、リング状を呈し、回転軸33に外装され回転軸33と一体に回転するように設置されている。回転部61には、周方向に沿って複数のマグネット61aが配設され、例えば八つのマグネット61aが配設される。回転センサ60の回転部61とロック機構50のロックホルダ51は一体的に回転軸33に対して相対回転し、通常状態では相対回転を生じることはない。
マグネット61aは、回転部61が回転した際に、検出部62に向けて交互に異なる磁界を形成するように設けられ、例えば異なる方向の磁界が形成されるように設けられている。このため、回転軸33と共に回転部61が回転することにより、検出部62周囲の磁界が変化する。その際、八つのマグネット61aにより回転部61を構成する場合、回転角90度で一周期として磁界が変化する。
検出部62は、磁界変化に基づいて回転軸33の回転位置を検出するものであり、例えば三つの磁気センサ62a〜62cを備えている。磁気センサ62a〜12cは、回転部61の周方向に沿って配列され、それぞれ操舵制御器20(図1参照)に接続されている。磁気センサ62a〜62cは、一つのマグネット61aの外周部を三等分するような間隔で配置されている。
このため、回転部61がマグネット61aの幅の3分の1だけ回転すると、検出部62の出力が変化する。従って、回転軸33が15度(360/(8・3)度)回転する毎に検出部62の出力が変化し、15度の分解能で回転位置を検出することが可能となる。
なお、モータの回転検出を行う回転センサとしては、上述した回転センサ60のようなタイプのものに限られるものではなく、例えばレゾルバなどを用いたものであってもよい。
次に、本実施形態に係る車両操舵装置の動作を説明する。
図1において、車両の走行停止時にイグニションスイッチ(以下、「IG」という。)がオフ操作されると、操舵制御器20から伝達比可変機構4にロック動作信号が出力される。これにより、図2に示すように、ソレノイド52cが作動し、ロックアーム52がピン52bを中心に回動し、鉤部52aがロックホルダ51へ近接し凹部51aに挿入され、ロック機構50がロック状態となる。
このロック状態において、大きな操舵力が加わり、回転軸33とロックホルダ51の間に所定以上のトルクが作用すると、回転軸33とロックホルダ51が相対的に回転し回転ズレを生ずる。この回転ズレにより、ロック機構50のロック時に所定以上のトルクが作用しても操舵伝達系の構成部品が破損することが未然に防止される。
そして、このように回転軸33が回転ズレを生じた状態で、車両のIGがオン操作されると、操舵制御器20から伝達比可変機構4にロック解除信号が出力される。これにより、図2において、ソレノイド52cが作動し、ロックアーム52がピン52bを中心に回動し鉤部52aがロックホルダ51から離間して、ロック機構50のロック状態が解除される。
そして、ハンドル操作が行われると、そのハンドル操作に応じて操舵制御器20がモータ30に駆動制御信号を出力し、モータ30の駆動制御を通じて伝達比可変機構4の車両操舵制御が行われる。その際、操舵制御器20は、回転センサ60の検出信号に基づいてモータ30の回転状態を検知し、その回転状態に応じて駆動制御信号を生成し、その駆動制御信号をモータ30に出力する。
このとき、ロック機構50のロックホルダ51と回転軸33が回転ズレを起こしているため、操舵制御器20から適切な駆動制御信号がモータ30に対して出力されない。これにより、モータ30が正常と異なる駆動状態となるため、そのモータ30の駆動状態に基づいてモータ30の回転軸33の回転ズレを検出することができる。
ここで、本実施形態に係る車両操舵装置における回転ズレ検出処理について説明する。
図4は、本実施形態に係る車両操舵装置1における回転ズレ検出処理の一例を示すフローチャートである。図4のS10に示すように、まずモータ30の目標回転角θ1の演算が行われる。この目標回転角θ1の演算は、例えば操舵角センサ10、車速センサ22の検出信号に基づいて行われる。
そして、S12に移行し、操舵制御が行われる。この操舵制御処理は、操舵制御器20からモータ30に駆動制御信号を出力し、モータ30を目標回転角θ1だけ駆動させて、伝達比可変機構4を所定の伝達比で作動させる処理である。そして、S14に移行し、モータ30の回転角偏差が所定値以上であるか否かが判断される。この判断処理は、例えばモータ30の目標回転角θ1とモータ30の現実の回転角θとの差が予め設定された所定値以上であるか否かを比較することにより行われる。
図5に、目標回転角θと現実の回転角θとの時間的推移の一例を示す。ロック機構50のロックホルダ51とモータ30の回転軸33の間で回転ズレが生じている場合、モータ30の正確な回転位置を操舵制御器20が認識できないため、操舵制御器20から適切な駆動制御信号がモータ30に対して出力されない。このため、モータ30が制御目標の通りに駆動せず、目標回転角θ1と現実の制御後の回転角θの偏差が大きくなる。そして、この偏差が所定値以上になったときに、モータ30の駆動状態が正常時と異なる状態であることを検出することができる。
そして、図4のS14にて、モータ30の回転角偏差が所定値以上でないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、モータ30の回転角偏差が所定値以上であると判断されたときには、S16に移行し、停止処理が行われる。停止処理は、車両操舵装置1のシステムを停止させる処理であり、例えばロック機構50をロック状態として操舵制御を停止させる。そして、制御処理を終了する。
以上のように、本実施形態に係る車両操舵装置1によれば、ロック機構50のロックホルダ51の回転状態に基づき回転センサ60でモータ30の回転検出を行い、その回転センサ60の出力に基づいてモータ30の駆動制御を行うことにより、ロック機構50のロックホルダ51と回転軸33が相対的に回転し回転ズレを起こした場合、操舵制御器20から適切な制御信号をモータ30に対して出力することができなくなる。これにより、モータ30の駆動状態が正常時と異なる状態となるため、そのモータ30の駆動状態に基づいて回転軸33の回転ズレを検出することができる。
なお、上述した本実施形態に係る車両操舵装置1では、モータ30の回転角偏差に基づいてロックホルダ51の回転ズレの検出を行っているが、その他の手法を用いて回転ズレの検出を行ってもよい。
例えば、伝達比可変機構4の作動時におけるモータ30に供給される電流と伝達比可変機構4の出力トルクに基づいてロックホルダ51の回転ズレを検出してもよい。すなわち、トルクセンサなどによって伝達比可変機構4の出力トルクを検出し、モータ30の駆動電流と伝達比可変機構4の出力トルクに基づいてロックホルダ51の回転ズレを検出する。モータ30の駆動電流に対し伝達比可変機構4の出力トルクが所定値より小さい場合には、回転軸33が回転ズレを起こしていると判断し、回転ズレを検出することができる。
(第二実施形態)
次に、第二実施形態に係る車両操舵装置について説明する。
図6に本実施形態に係る車両操舵装置の説明図を示す。本実施形態に係る車両操舵装置1aは、図1の第一実施形態に係る車両操舵装置とほぼ同様な構成を有するものであるが、ロックホルダ51とモータ30の回転軸33とが相対回転しないように固定されており、その代わりに回転軸33に回転許容部70を設けてトルクリミッタとして機能させるものである。
回転許容部70は、回転軸33における回転センサ60とモータ30との間に設けられている。この回転許容部70は、ロック機構50のロック時において回転軸33に所定以上のトルクが加わった場合、回転軸33の回転を許容する回転許容手段である。
図7に回転許容部の具体的構成の一例を示す。
図7に示すように、回転許容部70は、例えば回転軸33を二つに分断し、その分断部分を回転可能に嵌合させて連結して構成される。この嵌合部分は、所定以上でないトルクが加わっても回転せず、所定以上のトルクが加わったときに回転ズレを起こして回転軸33の回転を許容する。
このような本実施形態に係る車両操舵装置1aにあっても、上述した第一実施形態に係る車両操舵装置と同様にして、モータ30の駆動状態に基づいて回転軸33の回転ズレを検出することができる。
すなわち、ロック機構50のロック時において回転軸33に所定以上のトルクが加わって回転軸33が回転ズレを生じた場合、回転センサ60がモータ30の回転位置を正確に検出できなくなる。このため、操舵制御器20から適切な制御信号をモータ30に対して出力することができない。これにより、モータ30の駆動状態が正常時と異なる状態となり、そのモータ30の駆動状態に基づいてモータ30の回転軸33の回転ズレを検出することができる。なお、回転ズレの検出手法としては、図4に示す回転ズレ検出処理など第一実施形態に係る車両操舵装置と同様な手法を用いればよい。
なお、上述した各実施形態に係る車両操舵装置において、所定以上のトルク作用時に生ずる回転ズレの回転量を制限する回転制限手段を設けることが好ましい。この回転制限手段は、例えばロックホルダ51や回転軸33にストッパが形成され、回転ズレの回転量が制限される。その際、回転ズレの回転量は、回転センサ60の出力の1周期変化角度よりも小さくなるように制限される。例えば、回転軸33が15度回転して回転センサ60の出力が1周期変化するように、回転センサ60の出力の1周期変化角度が15度の場合、回転制限手段の回転ズレの回転量が15度より小さくなるように制限される。このように回転ズレを制限することにより、回転ズレを生じたときに、モータ30の駆動状態が必ず正常時と異なる状態となるので、回転ズレを確実に検出することができる。
本発明の第一実施形態に係る車両操舵装置の構成概要図である。 図1の車両操舵装置におけるロック機構の説明図である。 図1の車両操舵装置における回転センサの説明図である。 図1の車両操舵装置における回転ズレ検出処理のフローチャートである。 図4の回転ズレ検出処理における回転角偏差の説明図である。 第二実施形態に係る車両操舵装置の説明図である。 図6の車両操舵装置における回転許容部の説明図である。
符号の説明
1…車両操舵装置、2…ハンドル、3…転舵輪、4…伝達比可変機構(伝達比可変手段)、5…入力軸、6…出力軸、7…ギヤ装置、10…操舵角センサ、20…操舵制御器、22…車速センサ、30…モータ、33…回転軸、40…減速機、50…ロック機構、51…ロックホルダ(回転部)、52…ロックアーム(掛止部)、60…回転センサ。

Claims (7)

  1. ハンドルの操舵力を転舵輪に伝達させる操舵伝達系に設けられ、モータを内蔵し、そのモータの回転駆動により前記ハンドルの操舵角と前記転舵輪の転舵角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、
    前記モータの回転軸とともに回転する回転部及びその回転部を掛止して前記伝達比可変手段の入力軸と出力軸の相対的な回転を制限する掛止部を有するロック機構と、
    前記掛止部が前記回転部を掛止して前記ロック機構がロック状態となっているときに前記操舵伝達系に所定以上のトルクが作用した場合、前記モータの前記回転軸に対し前記ロック機構の前記回転部の回転ズレを許容する回転許容手段と、
    前記ロック機構の前記回転部と一体に回転するセンサ回転部を有し、そのセンサ回転部の回転状態に基づいて前記モータの回転検出を行う回転センサと、
    前記回転センサの出力に基づいて前記モータの駆動制御を行うモータ駆動制御手段と、
    を備えた車両操舵装置。
  2. 前記回転許容手段は、前記所定以上のトルクが作用した場合に、前記ロック機構の前記回転部を前記回転軸に対し回転ズレを生ずるように取り付けて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両操舵装置。
  3. ハンドルの操舵力を転舵輪に伝達させる操舵伝達系に設けられ、モータを内蔵し、そのモータの回転駆動により前記ハンドルの操舵角と前記転舵輪の転舵角の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、
    前記モータの回転軸とともに回転する回転部及びその回転部を掛止して前記伝達比可変手段の入力軸と出力軸の相対的な回転を制限する掛止部を有するロック機構と、
    前記モータの回転軸の回転に応じて回転するセンサ回転部を有し、そのセンサ回転部の回転状態に基づいて前記モータの回転検出を行う回転センサと、
    前記モータの回転軸を分断しその分断部分を回転可能に連結して構成され、前記掛止部が前記回転部を掛止して前記ロック機構がロック状態となっているときに前記操舵伝達系に所定以上のトルクが作用した場合、前記分断部分の回転により前記センサ回転部に対し前記モータのロータ側の回転軸の回転ズレを許容する回転許容手段と、
    前記回転センサの出力に基づいて前記モータの駆動制御を行うモータ駆動制御手段と、
    を備えた車両操舵装置。
  4. 前記伝達比可変手段の作動時における前記モータの駆動状態に基づいて前記回転部の回転ズレを検出する検出手段を備えること、
    を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の車両操舵装置。
  5. 前記検出手段は、前記伝達比可変手段の作動時におけるモータ目標回転角と前記モータの現実の回転角との偏差に基づいて前記回転部の回転ズレを検出することを特徴とする請求項4に記載の車両操舵装置。
  6. 前記検出手段は、前記伝達比可変手段の作動時における前記モータに供給される電流と前記伝達比可変手段の出力トルクとに基づいて前記回転部の回転ズレを検出することを特徴とする請求項4に記載の車両操舵装置。
  7. 前記回転許容手段による回転ズレを所定の回転量に制限する回転制限手段を備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の車両操舵装置。
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