JP4020421B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両、主に自動車の操舵装置では、操舵ハンドルの回転操作によりステアリング軸が回転し、これに一定の固定ギヤ比で連結された操舵機構を介して操舵輪の方向が変えられる。その操舵機構には油圧式又は電動式等の操舵力助勢装置、いわゆるパーワーステアリング装置が付加されることが多く、これにより操舵ハンドルの回転操作に要する力は小さくて済む。
【０００３】
ところで、車庫入れ、縦列駐車、幅寄せ等の操舵ハンドルの大きな操作が必要なときには、ハンドルの操作力が小さくて済む（軽く回せる）ことに加え、少ないハンドル操作量で操舵輪の方向をより大きく変えられれば、取り回しが楽になるから都合がよい。これを実現するために、操舵ハンドルと転舵輪（車輪操舵軸）とを連結する操舵伝達系の途中に、伝達比を可変にする伝達比可変ユニット（ギヤユニット等）を介在させた伝達比可変型の操舵装置が提案されている。
【０００４】
より詳しくは、車両の操舵装置、特に自動車用の操舵装置において、近年、その更なる高機能化の一端として、操舵ハンドルの操作角（ハンドル操作角）と車輪操舵角とを１：１比率に固定せず、ハンドル操作角の車輪操舵角への変換比（舵角変換比）を車両の運転状態に応じて可変とした、いわゆる可変舵角変換比機構を搭載したものが開発されている。車両の運転状態としては、例えば、車両速度（車速）を例示でき、高速運転時においては舵角変換比を小さくすることにより、ハンドル操作角の増加に対して操舵角が急激に大きくならないようにすれば、高速走行の安定化を図ることができる。他方、低速走行時には、逆に舵角変換比を大きくすることで、一杯まで切るのに必要なハンドルの回転数を減少させることができ、車庫入れや縦列駐車あるいは幅寄せなど、操舵角の大きい運転操作を非常に簡便に行なうことができる。
【０００５】
舵角変換比を可変化する機構としては、例えば特開平１１−３３４６０４号公報に開示されているように、ハンドル軸と車輪操舵軸とを、ギア比が可変な歯車式伝達部にて直結したタイプのものがあるが、この構成は、歯車式伝達部のギア比変更機構が複雑になる欠点がある。そこで、ハンドル軸と車輪操舵軸とを分離し、モータ等のアクチュエータにより車輪操舵軸を回転駆動するタイプのものが、例えば特開平１１−３３４６２８号公報等に提案されている。具体的には、角度検出部が検出するハンドル操作角と車両運転状態とに応じて定まる舵角変換比とに基づいて、コンピュータ処理により最終的に必要な車輪操舵角を演算し、その演算された車輪操舵角が得られるように、ハンドル軸から機械的に切り離された車輪操舵軸をアクチュエータ（モータ）により回転駆動する。
【０００６】
ところで、このようなハンドル軸と車輪操舵軸とが切り離され、中間に伝達比可変モータ等のアクチュエータが介在する操舵装置では、ＣＰＵの暴走等により制御部に異常が発生した場合、ハンドル軸と車輪操舵軸が相対的にどの位置で止まったか分からなくなることがある。この場合は、修理工場等において車両の操舵輪を真っ直ぐにして、給電ケーブルの巻き締め保持状態を中立位置に合わせ、その後ハンドルを中立に合わせて、当初の正常な相対位置関係を復元する作業を手作業で行う必要があった。
【０００７】
また、車両の組立工程において、上述の伝達比可変ユニットが組み込まれた操舵装置（操舵アッセンブリ）を車体に搭載する場合、予めその操舵アッセンブリの納入時には、給電ケーブルの巻き締め保持の中立状態で、その給電ケーブルの回転が固定ピンで阻止（固定）され、そのステアリング中立状態で操舵アッセンブリを車体に搭載し（伝達比可変のアクチュエータをステアリングシャフト（ハンドル軸）に締結、ハーネス結合・固定等）、その後、固定ピンを除去して搭載が完了するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように制御部の異常等でハンドルの中立位置がわからなくなった場合に、作業者が給電ケーブルの巻き締め保持状態を中立位置に合わせ、さらにハンドルを中立に合わせて、当初の正常な中立状態に回復する作業は、面倒であって時間もかかる。
また、工場での操舵アッセンブリの搭載時、固定ピンによりステアリング中立状態を維持し、搭載後そのピンを除去する方式では、固定ピンが何らかの理由で外れると、ステアリング中立状態が分からなくなり、搭載（組み付け）不具合を生じる。また、固定ピンは組み付けにのみ必要で、部品点数を増加させる結果となる。ディーラ等の工場外の施設で操舵アッセンブリの交換や再組み付け時に、上記固定ピンはないこともあり、中立出しが容易でない問題がある。
【０００９】
本発明は、伝達比可変アクチュエータと操舵ハンドルの相対関係における中立位置等の基準位置を容易に付与することができる車両用操舵装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明は、操舵ハンドルから車輪操舵軸にいたる操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を車両の状況に応じて制御する伝達比制御部を有する車両用操舵装置において、
前記操舵ハンドルと一体的に回転するハンドル軸に前記モータが固定され、そのモータに電力を供給する給電ケーブルが自身の固定部から延びる自由端側においてそのハンドル軸と一体的に形成されたケーブルホルダ部に渦巻き状にかつ弛緩方向の弾性力を生じるように巻かれるとともに、前記操舵ハンドルの回転に応じて巻き締められて外径を減少し、又は弛緩されて外径を増大するように保持されるケーブル保持装置を備え、さらに、
前記給電ケーブルの許容保持範囲で前記モータを作動させて前記操舵ハンドルを回転させた際に、前記給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端におけるモータトルクの増大を検出するモータトルク検出装置と、
そのモータトルクが所定の増大値を示すことにより前記給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端を探査するエンド探査装置と、
そのエンド探査に基づいて前記モータを停止し、その時のハンドル位置を基準位置としての操舵限度位置として認識する基準位置認識装置と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
ここで、上述のケーブル保持装置、モータトルク検出装置及びそのモータトルクが所定の増大値を示すことにより前記給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端を探査するエンド探査装置とに加え、その給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端から、前記操舵ハンドルを中立位置側へ戻すように前記モータを所定量回転させるハンドル中立認識装置と、を含むようにすることができる。
【００１２】
このようにすれば、例えば、伝達比可変ユニットのモータを巻き締め方向に回転させて所定のモータトルクを検出した後（巻き締め端又は弛緩端のエンド検出）、そのモータを反対方向に予め定められた量だけ回転させてから停止させることにより、装置側が自動的に中立点を見つけるので、制御部に異常が生じた後におけるハンドル中立位置の設定・回復を容易かつ迅速に行うことができ、作業の効率化が図られ、またメンテナンス性が向上する。また、工場における操舵アッセンブリの車体への搭載においても、上記のようにして中立点を簡単に付与することができ、固定ピンを省略することができるから、固定ピンの外れ等による不具合が回避され、また固定ピン廃止により部品点数が削減され、さらにディーラーの工場から離れた修理工場の等での交換や再組み付け時に、中立出しが簡単に行い得る。
なお、操舵輪を真っ直ぐにした状態で、伝達比変更アクチュエータのモータが給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端までハンドル軸（ステアリングホイール）を回転させる際、ハンドルの許容回転量は最大例えば５回転くらいであるとすれば、その場合は上記モータトルクが生じるエンドを検出してからモータを約２．５回転逆転させて中立位置を見出すこととなる。
ただし、この発明は中立点の探査に限られない。例えば、操舵輪を一杯に切った状態で、その操舵方向に対応する側へモータを回転させて、上記巻き締め端又は弛緩端で回転エンドを検出すれば、その位置が操舵ハンドルと操舵軸とが相対的に対応する基準位置（操舵限度位置又はモータ回転限度位置）となるから、回転エンドを検出してから常に中立側へ戻し回転（逆転）させるわけではない。この意味で、上記モータトルクによりモータ回転限度を検出してからの全回転許容範囲の約半分の戻し回転は不可欠ではない。中立位置を見つける場合に特有の要件である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明が適用される車両用操舵装置（操舵制御システム）の、全体構成の一例を模式的に示したものである（なお、本実施形態において「車両」は自動車とするが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない）。該車両用操舵制御システム１は、操舵用ハンドル２に直結されたハンドル軸３と、車輪操舵軸８とが機械的に分離された構成を有する。車輪操舵軸８はアクチュエータとしてのモータ６により回転駆動される。車輪操舵軸８の先端はステアリングギアボックス９内に延び、該車輪操舵軸８とともに回転するピニオン１０がラックバー１１を軸線方向に往復動させることにより、車輪１３，１３の転舵角が変化する。なお、本実施形態の車両用操舵制御システム１においては、ラックバー１１の往復動が、周知の油圧式、電動式あるいは電動油圧式のパワーアシスト機構１２により駆動補助されるパワーステアリングが採用されている。
【００１４】
ハンドル軸角度位置φ（以下、ハンドル軸角度位置φ）は、ロータリエンコーダ等の周知の角度検出部からなるハンドル軸角度検出部１０１により検出される。他方、車輪操舵軸８の角度位置θは、同じくロータリエンコーダ等の角度検出部からなる操舵軸角度検出部１０３により検出される。また、本実施形態においては、自動車の運転状態を検出する運転状態検出部として、車速Ｖを検出する車速検出部（車速センサ）１０２が設けられている。車速検出部１０２は、例えば車輪１３の回転を検出する回転検出部（例えばロータリエンコーダやタコジェネレータ）で構成される。そして、操舵制御部１００が、検出されたハンドル軸角度位置φと車速Ｖとに基づいて、車輪操舵軸８の目標角度位置θ’（以下、目標操舵角度位置θ’という）を決定し、該車輪操舵軸８の角度位置θが目標操舵角度位置θ’に近づくように、モータドライバ１８を介してモータ６の動作を制御する。
【００１５】
なお、ハンドル軸３と車輪操舵軸８との間には、両者を一体回転可能にロック結合したロック状態と、該ロック結合を解除したアンロック状態との間で切り替え可能なロック機構１９が設けられている。ロック状態では、ハンドル軸３の回転角が変換されることなく（つまり、舵角変換比が１：１）車輪操舵軸８に伝達され、マニュアルステアリングが可能となる。該ロック機構１９のロック状態への切り替えは、異常発生時などにおいて操舵制御部１００からの指令によりなされる。
【００１６】
図２は、モータ６による車輪操舵軸８の駆動部ユニットの構成例を、自動車への取付状態にて示すものである。該駆動部ユニット１４において、ハンドル２（図１）の操作によりハンドル軸３を回転させると、モータケース３３がその内側に組み付けられたモータ６とともに一体的に回転するようになっている。本実施形態においては、ハンドル軸３は、ユニバーサルジョイント３１９を介して入力軸２０に連結され、該入力軸２０がボルト２１，２１を介して第一カップリング部材２２に結合されている。この第一カップリング部材２２にはピン３１が一体化されている。他方、ピン３１は、第二カップリング部材３２の一方の板面中央から後方に延びるスリーブ３２ａ内に係合してはめ込まれている。他方、筒状のモータケース３３は、第二カップリング部材３２の他方の板面側に一体化されている。なお、符号４４はゴムあるいは樹脂にて構成されたカバーであり、ハンドル軸３と一体的に回転する。また、符号４６は、コックピットパネル４８に一体化された駆動部ユニット１４を収容するためのケースであり、符号４５は、カバー４４とケース４６との間をシールするシールリングである。
【００１７】
モータケース３３の内側には、コイル３５，３５を含むモータ６のステータ部分２３が一体的に組み付けられている。該ステータ部分２３の内側には、モータ出力軸３６がベアリング４１を介して回転可能に組み付けられている。また、モータ出力軸３６の外周面には永久磁石からなる電機子３４が一体化されており、この電機子３４を挟む形でコイル３５，３５が配置されている。なお、コイル３５，３５からは、モータケース３３の後端面に連なるように給電端子５０が取り出され、該給電端子５０において給電ケーブル４２によりコイル３５，３５に給電がなされる。
【００１８】
後述の通り、本実施形態においてモータ６はブラシレスモータであり、給電ケーブル４２は、該ブラシレスモータの各相のコイル３５，３５に個別に給電する素線を集合させた帯状の集合ケーブルとして構成されている。そして、モータケース３３の後端側に隣接する形でハブ４３ａを有するケーブルケース４３が設けられ、その中に給電ケーブル４２が、ハブ４３ａに対してゼンマイ状に巻かれた形で収容されている。給電ケーブル４２の、給電端子５０に接続されているのと反対の端部は、ケーブルケース４３のハブ４３ａに固定されている。そして、ハンドル軸３がモータケース３３ひいては給電端子５０とともに正方向又は逆方向に回転すると、ケーブルケース４３内の給電ケーブル４２は、ハブ４３ａへの巻き付き又は繰り出しを生じさせることにより、上記モータケース３３の回転を吸収する役割を果たす。この点については後に更に詳しく説明する。
【００１９】
モータ出力軸３６の回転は、減速機構７を介して所定比率（例えば１／５０）に減速された上で車輪操舵軸８に伝達される。本実施形態において減速機構７は、周知のハーモニックドライブ減速機にて構成してある。すなわち、モータ出力軸３６には、楕円型のインナーレース付ベアリング３７が一体化され、その外側に変形可能な薄肉の外歯車３８がはめ込まれている。そして、この外歯車３８の外側に、カップリング４０を介して車輪操舵軸８が一体化された内歯車３９，１３９が噛み合っている。モータ出力軸３６が回転すると、外歯車３８と内歯車３９，１３９との歯数差をｎ、内歯車３９の歯数をＮとして、ｎ／Ｎに減速された形で車輪操舵軸８にその回転が伝達される。内歯車３９，１３９は、同軸的に配置された内歯車３９と内歯車１３９とからなり、内歯車３９がモータケース３３に固定されて該モータケース３３と一体回転する一方、内歯車１３９はモータケース３３に非固定とされ、該モータケース３３に対して相対回転可能とされている。また、内歯車３９，１３９は、本実施形態においては、コンパクト化を測るために、ハンドル軸３の入力軸２０、モータ出力軸３６及び車輪操舵軸８が同軸的に配置されている。
【００２０】
次に、ロック機構１９は、ハンドル軸３に対して相対回転不能なロックベース部（本実施形態においてはモータケース３３）側に固定されたロック部材５１と、車輪操舵軸８に対して相対回転不能なロック受けベース部（本実施形態においては、モータ出力軸３６側）に設けられたロック受け部材５２とを有する。図３に示すように、ロック部材５１は、ロック受け部材５２に形成されたロック受け部５３に係合するロック位置と、該ロック受け部５３から退避したアンロック位置との間で進退可能に設けられている。本実施形態においては、車輪操舵軸８と一体的に回転するロック受け部材５２の周方向にロック受け部５３が所定の間隔で複数形成され、ロック部材５１の先端に設けられたロック部５１ａが、車輪操舵軸８の回転角位相に応じて、それら複数のロック受け部５３の任意の１つのものに選択的に係合するようになっている。ハンドル軸３はモータケース３３に対し（本実施形態では、カップリング２２及びピンにより）相対回転不能に結合されている。ロック部材５１とロック受け部材５２とが係合してロック状態になると、モータ出力軸３６はモータケース３３に対して相対回転不能となる。そして、減速機構７の内歯車３９，１３９のうち、内歯車３９がモータケース３３に固定されているから、内歯車３９、外歯車３８及び内歯車１３９の順でハンドル軸３の回転が車輪操舵軸８に直接伝達されることとなる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、ロック受け部材５２は、モータ出力軸３６の一端の外周面に取り付けられ、各ロック受け部５３は、該ロック受け部材５２の外周面から半径方向に切れ込む凹状に形成されている。また、図２に示すように、ロック部材５１は、モータケース３３に設けられた回転ベース３００に対し、車輪操舵軸８とほぼ平行な軸線周りに回転可能に取り付けられ、その後端部５５ａが結合されている。また、ソレノイド５５の付勢が解除されたときに、ロック部材５１を元の位置に弾性復帰させる弾性部材５４が設けられている。ソレノイド５５の付勢及び付勢解除の動作により、ソレノイド５５ａの先端に設けられた凸部５５ａとロック部材５１の一端部５１ｂに形成された溝部を介してロック部材５１の先端に形成されたロック部５１ａが、前記したロック／アンロックのためにロック受け部材５２に対し接近／離間する。
【００２２】
図４は、操舵制御部１００の電気的構成の一例を示すブロック図である。操舵制御部１００の要部をなすのは２つのマイコン１１０及び１２０である。主マイコン１１０は、主ＣＰＵ１１１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１１２、ＣＰＵ１１１のワークエリアとなる主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１３及び入出力インターフェース１１４を有する。また、副マイコン１２０は、副ＣＰＵ１２１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１２２、副ＣＰＵ１２１のワークエリアとなる副ＣＰＵ側ＲＡＭ１２３及び入出力インターフェース１２４を有する。車輪操舵軸８を駆動するモータ６（アクチュエータ）の動作制御を直接行なうのは主マイコン１１０であり、副マイコン１２０は、必要なパラメータ演算等、モータ６の動作制御に必要なデータ処理を主マイコン１１０と並行して行なうとともに、そのデータ処理結果を主マイコン１１０との間で通信することにより、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかを監視・確認し、必要に応じて情報の補完を行なう補助制御部としての機能を果たす。本実施形態において主マイコン１１０と副マイコン１２０とのデータ通信は、入出力インターフェース１１４，１２４間の通信によりなされる。なお、両マイコン１１０及び１２０は、自動車の運転終了後（すなわち、イグニッションＯＦＦ後）においても、図示しない安定化電源からの電源電圧Ｖｃｃ（例えば＋５Ｖ）の供給を受け、ＲＡＭ１１３，１２３あるいはＥＥＰＲＯＭ（後述）１１５の記憶内容が保持されるようになっている。
【００２３】
ハンドル軸角度検出部１０１、車速検出部１０２及び操舵軸角度検出部１０３の各出力は、主マイコン１１０及び副マイコン１２０の入出力インターフェース１１４，１２４にそれぞれ分配入力される。本実施形態では、いずれの検出部もロータリエンコーダで構成され、そのエンコーダからの計数信号が図示しないシュミットトリガ部を経て入出力インターフェース１１４，１２４のデジタルデータポートに直接入力されている。また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、前述のロック機構１９の駆動部をなすソレノイド５５が、ソレノイドドライバ５６を介して接続されている。なお、マイコンは主マイコン１１０のみとし、副マイコン１２０を省略することもできる。
【００２４】
モータ６はブラシレスモータ、本実施形態では３相ブラシレスモータにて構成され、ＰＷＭ制御により回転速度が調整される。また、モータドライバ１８には、モータ６の電源となる車載バッテリー５７が接続されている。モータドライバ１８が受電するバッテリー５７の電圧（電源電圧）Ｖｓは、自動車の各所に分散した負荷の状態や、オルターネータの発電状態により随時変化する（例えば９〜１４Ｖ）。本実施形態においては、このような変動するバッテリー電圧Ｖｓを、安定化電源回路を介さず、モータ電源電圧として直接使用する。操舵制御部１００は、このように相当幅にて変動する電源電圧Ｖｓの使用を前提として、モータ６の制御を行なうので、電源電圧Ｖｓの測定部が設けられている。本実施形態では、モータ６への通電経路（ドライバ１８の直前）から電圧測定用の分岐経路が引き出され、そこに設けられた分圧抵抗６０，６０を経て電圧測定信号を取り出している。該電圧測定信号はコンデンサ６１により平滑化された後、電圧フォロワ６２を経て入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄ変換機能付入力ポート（以下、Ａ／Ｄポートという）に入力される。
【００２５】
また、過電流発生の有無など、モータ６の通電状態を監視するために、モータ６への通電経路上に電流検出部が設けられている。具体的には、経路上に設けられたシャント抵抗（電流検出抵抗）５８の両端電圧差を電流センサ７０により測定し、該両端電圧差に基づく電流Ｉｓの測定信号を入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄポートに入力するようにしている。この電流センサ７０は、モータ６のトルクを検出するモータトルク検出装置としても機能し、モータの負荷（トルク）が高くなるとモータ電流が大きくなるので、結果としてモータトルクの増大値（ピーク等）を検出することができる。なお、シャント抵抗以外にも、ホール素子や電流検出コイルなど、電磁的な原理に基づいて電流検出するプローブを用いてもよい。
【００２６】
図４に戻り、両マイコン１１０，１２０のＲＡＭ１１３，１２３には、それぞれ以下のようなメモリエリアが形成されている。
▲１▼車速測定値メモリ：車速センサ１０２からの現在の車速の測定値を記憶する。
▲２▼ハンドル軸角度位置（φ）カウンタメモリ：ハンドル軸角度位置検出部１０１をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、ハンドル軸角度位置φを示すそのカウント値を記憶する。なお、ロータリエンコーダは回転方向の識別が可能なものを使用し、正方向回転の場合はカウンタをインクリメントし、逆方向回転の場合はデクリメントする。
▲３▼舵角変換比（α）算出値メモリ：車速測定値に基づいて算出された舵角変換比αを記憶する。
▲４▼目標操舵軸角度位置（θ’）算出値メモリ：現在のハンドル軸角度位置φと舵角変換比αとの値から、例えばφ×αにより算出された操舵軸角度位置の目標値、すなわち目標操舵軸角度位置θ’の値を記憶する。
▲５▼操舵軸角度位置（θ）カウンタメモリ：操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、操舵軸角度位置θを示すそのカウント値を記憶する。操舵軸角度検出部１０３は、回転方向の識別が可能なインクリメント型ロータリエンコーダとして構成され、車輪操舵軸８の回転方向が正であれば上記のカウンタをインクリメントし、逆であればカウンタをデクリメントする。
▲６▼Δθ算出値メモリ：目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの隔たりΔθ（≡θ’−θ）の算出値を記憶する。
▲７▼電源電圧（Ｖｓ）測定値メモリ：モータ６の電源電圧Ｖｓの測定値を記憶する。
▲８▼デューティ比（η）決定値メモリ：モータ６をＰＷＭ通電するための、Δθと電源電圧Ｖｓとに基づいて決定されたデューティ比ηを記憶する。
▲９▼電流（Ｉｓ）測定値：電流センサ７０による電流Ｉｓの測定値を記憶する。
さらに、この例では、操舵ハンドルの中立位置探査（認識）のために、後述するモータ６の回転エンド（給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端）からの中立側への戻し回転量を規定する回転角度設定値（ハンドルの許容回転限度が例えば５回転くらいなら、中立位置の戻し回転設定値は約２．５回転として記憶させておく等）を予め設定・記憶しておくための中立出し回転角度メモリが設けられている。
【００２７】
また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、運転終了時（つまり、イグニッションＯＦＦ時）における車輪操舵軸８の角度位置、すなわち終了角度位置を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ１１５が第二の記憶部として設けられている。該ＥＥＰＲＯＭ１１５（ＰＲＯＭ）は、主ＣＰＵ１１１が主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１２に対するデータ読出し／書込みを行なう第一の動作電圧（＋５Ｖ）においては、主ＣＰＵ１１１によるデータの読出しのみが可能であり、他方、第一の動作電圧（＋５Ｖ）とは異なる第二の動作電圧（本実施形態では、第一の動作電圧より高い電圧が採用される：例えば＋７Ｖ）を設定することにより主ＣＰＵ１１１によるデータの書込みが可能となるものであり、主ＣＰＵ１１１が暴走しても内容が誤って書き換えられることがない。第二の動作電圧は、ＥＥＰＲＯＭ１１５と入出力インターフェース１１４との間に介在する図示しない昇圧回路によって生成される。
【００２８】
以下、車両用操舵制御システム１の動作について説明する。
図８には、主マイコン１１０による制御プログラムの主ルーチンの処理の流れを示すものである。Ｓ１は初期化処理であり、前回イグニッションスイッチをＯＦＦにしたときの終了処理にてＥＥＰＲＯＭ１１５に書き込まれている車輪操舵軸８の終了角度位置（後述）を読み出し、該終了角度位置を、処理開始に際しての車輪操舵軸８の初期角度位置として設定することを要旨とする。具体的には、終了角度位置を示すカウンタ値を、前述の操舵軸角度位置カウンタメモリにセットする。なお、後述するＥＥＰＲＯＭ１１５へのデータ書込み完了フラグは、この時点でクリアしておく。
【００２９】
初期化処理が終了すれば、Ｓ２に進んで操舵制御処理となる。該操舵制御処理は、パラメータサンプリングの間隔を均一化するために、一定の周期（例えば数百μｓ）にて繰り返し実行される。その詳細を、図９により説明する。Ｓ２０１においては、現在の車速Ｖの測定値をリードし、次いでＳ２０２ではハンドル軸角度位置φをリードする。そして、Ｓ２０３においては、車速Ｖの算出値から、ハンドル軸角度位置φを操舵軸８の目標操舵角度位置θ’に変換するための舵角変換比αを決定する。舵角変換比αは、車速Ｖに応じて異なる値が設定される。具体的には、図６に示すように、車速Ｖが一定以上に大きい状態では、舵角変換比αは小さく設定され、車速Ｖが一定以下に小さい低速走行時には舵角変換比αは大きく設定される。本実施形態では、図５に示すような、種々の車速Ｖに対応した舵角変換比αの設定値を与えるテーブル１３０をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、このテーブル１３０を参照して現在の車速Ｖに対応する舵角変換比αを補間法により算出する。なお、本実施形態においては、車両の運転状態を示す情報として車速Ｖを用いているが、これ以外にも、車両が受ける横圧や路面の傾斜角等を車両の運転状態を示す情報としてセンサにより検出し、その検出値に応じて舵角変換比αを特有の値に設定することが可能である。また、車速Ｖに応じて舵角変換比αの基本値を決定し、上記のような車速以外の情報に基づいて、その基本値を随時補正して使用することも可能である。
【００３０】
Ｓ２０４では、検出されたハンドル軸角度位置φに、決定された舵角変換比αを乗じて目標操舵軸角度位置θ’を算出する。そして、Ｓ２０５において、現在の操舵軸角度位置θを読み取る。Ｓ２０６では、操舵軸角度位置カウンタから求められた現在の操舵軸角度位置θと目標操舵軸角度位置θ’との隔たりΔθ（＝θ’−θ）を算出する。さらにＳ２０７においては、現在の電源電圧Ｖｓの測定値を読み取る。
【００３１】
モータ６は、目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの差Δθが縮小するように車輪操舵軸８を回転駆動する。そして、操舵軸角度位置θが目標操舵軸角度位置θ’に迅速かつスムーズに近づくことができるように、Δθが大きいときはモータ６の回転速度を大きくし、逆にΔθが小さいときはモータ６の回転速度を小さくする。基本的にはΔθをパラメータとした比例制御であるが、オーバーシュートやハンチング等を抑制し、制御の安定化を図るために、Δθの微分あるいは積分を考慮した周知のＰＩＤ制御を行なうことが望ましい。
【００３２】
モータ６は前述の通りＰＷＭ制御されており、回転速度は、そのデューティ比ηを変更することにより調整される。電源電圧Ｖｓが一定であれば、デューティ比により回転速度をほぼ一義的に調整できるが、本実施形態では前述の通り電源電圧Ｖｓは一定でない。従って、電源電圧Ｖｓも考慮してデューティ比ηを定めるようにする（Ｓ２０８）。例えば、図７に示すように、種々の電源電圧ＶｓとΔθとの各組み合わせに対応したデューティ比ηを与える二次元のデューティ比変換テーブル１３１をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、電源電圧Ｖｓの測定値とΔθの算出値に対応するデューティ比ηの値を読み取って用いることができる。なお、モータ６の回転速度は負荷によっても変動する。この場合、電流センサ７０によるモータ電流Ｉｓの測定値を元に、モータ負荷の状態を推定し、デューティ比ηを補正して用いることも可能である。
【００３３】
ここまでの処理は、図４の主マイコン１１０と副マイコン１２０との双方にて並列的に実行される。例えば、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかは、主マイコン１１０のＲＡＭ１１３に記憶された各パラメータの演算結果を副マイコン１２０に随時転送し、副マイコン１２０側にて、ＲＡＭ１２３の記憶内容と照合することにより、異常発生の有無を監視させることができる。他方、主マイコン１１０側では、決定されたデューティ比ηを元にＰＷＭ信号を生成する。そして、操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの信号を参照してモータドライバ１８に該ＰＷＭ信号を出力することにより、モータ６をＰＷＭ制御する。
【００３４】
図８に戻り、Ｓ３ではイグニッションスイッチがＯＦＦされているかどうかを確認し、もしＯＦＦされている場合はＳ４の終了処理となる。すなわち、イグニッションスイッチがＯＦＦになっている場合は、自動車の運転が終了したことを意味するから、主マイコン１１０において操舵軸角度位置カウンタに記憶されている、車輪操舵軸８の終了角度位置を読み出し、これをＥＥＰＲＯＭ１１５に格納し、さらに、ＲＡＭ１１３に設けられたデータ書込み完了フラグをセットして処理を終了する。
【００３５】
図１０に概念的に示すように、給電ケーブル（スパイラルケーブル）４２は、樹脂の絶縁材料で被われた柔軟性（弾性）を有する帯状のハーネスで、内部に例えばモータ６への通電用の三相の導線が互いに絶縁状態で封入され、また制御用の信号線も組み入れることができる。この給電ケーブルは、ケーブルケース４３の回転巻締め部材（ハブ４３ａ）に一端が固定され、他端は車体Ｂ側のハーネス固定部に固定されて、ケーブルケース４３内に渦巻き状態（ゼンマイばねのように）で保持されている。このケース４３の固定アウタケース４３ｂは車体Ｂ側に固定され、この固定状態のアウタケース４３ｂの内部で、回転巻締め部材（巻締め軸）４３ａが回転可能に保持され、巻締め状態ではケーブル４２の外径が収縮し、巻緩み状態（弛緩状態）では、ケーブル４２の外径が膨らんで（拡大して）、巻締め部材４３ａの回転（言い換えれば操舵軸３及びハウジング（モータケース３３）の回転）を吸収する。
【００３６】
図１０（ｂ）は給電ケーブル４２の巻締め端（モータ６の回転可能域ひいては操舵ハンドル２の回転可能域の例えば右エンド）を、同（ｃ）は弛緩端（巻緩め端）（同じく例えば左エンド）を示す。いま、車輪１３の直進位置（中立位置）で車輪操舵軸８が固定され、この操舵軸８に対してモータケース８（ハウジング）がフリーな状態とする。言い換えれば異常時のメカニカルロック機構を構成する図３のロック部材５２が、ソレノイド５５の作動によりアンロック位置に解放されて、ロックが解除された状態では、ハンドル２、ハンドル軸３及びモータケース（ハウジング）３３はフリーに回転できる状況にある。そして給電ケーブル４２の巻締め部材４３ａはそれらハンドル２等と一体的に回転可能な状態にある。
【００３７】
ここでモータ６を回転駆動すると、車輪１３（タイヤ）及び車輪操舵軸８（出力軸）は中立位置で止まっているから、モータ６の回転により反作用でモータケース３３、ケーブル４２の巻締め部材４３ａ及びハンドル２等が一体的に回転することとなる。そしてこの回転に伴い、給電ケーブル４２が図１０（ｂ）のように巻締め端に至ると、ケーブル４２のツッパリ（張力）により、図１１のようにモータトルク（モータ電流とも言える）が上昇する。他方、図１０（ｃ）のように給電ケーブル４２が巻緩め端に至った場合も、ケーブル４２の外周が固定アウタケースの内周面に押し付けられてそれ以上の行き場を失うため、図１１に示すように巻締め端と同様に巻緩め端でもモータトルクが上昇する。そして、モータトルクの上昇点である左右のエンド間の回転可能範囲が、モータ６（ひいてはハンドル２）の許容される全体の回転角θ0ということになる。概略的に言えば、さらにその右エンド又は左エンドからθ0／２だけ戻し回転（逆転）させてやれば、ハンドル２の中立位置を見出すことができる。
【００３８】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、中立状態の車輪操舵軸８（出力軸）に対し、ハウジング（モータケース３３）が任意の位置にあるものとして、モータ６の回転に伴う反作用により、ハウジングが回転する様子を概念的に示したものである。スパイラルケース（固定アウタケース４３ｂ）は車体側に固定され、ハーネス（給電ケーブル４２）の基端も車体側に固定されている。（Ｂ）のようにスパイラル巻締め方向へハウジングが回転するようにアクチュエータ（モータ６）を回転させ、規定トルク（スパイラル巻締め方向上限トルク）に至ると、モータ６の駆動が停止する。次に（Ｃ）のように、逆方向（巻緩み方向）へ規定回転数（例えば２．５回転）だけモータ６を回転駆動して停止させる。このモータ６の駆動に同期対応してフリーな状態のハンドル２がまず一方向へ回転、さらに例えば２．５回転分だけ逆転して中立位置が認識される（中立セットの完了）。
【００３９】
図１３はそのような中立位置設定（自動中点出し）の処理の流れを示したものである。例えばＣＰＵ等の制御部の故障等で、本来設定されていた中立位置（車輪操舵軸とハンドルとの相対的な基準位置）が分からなくなって修理としてこの自動中点出しの処理を行う場合、Ｐ１においてタイヤ（車輪１３）を直進位置（中立）に合わせる。他方、工場の組立でパーツアッセンブリとして、モータ６等を含む操舵ユニットを車体に搭載する場合は、Ｑ１で、ハウジング（モータケース３３）の回転位相を任意の状態にして車体へ搭載する（つまり固定ピンもなく、任意の回転位相でハンドル軸３に締結する）。さらにＱ２で、タイヤ（車輪１３）を直進位置に合わせる。
【００４０】
そして、次のステップＲ１からモータ６の起動が開始され、伝達比可変アクチュエータであるモータ６を、給電ケーブル４２の例えば巻締め方向（右エンド）に回転駆動する。そのモータ駆動の過程で、Ｒ２ではモータトルクを検出し、そのトルクが規定最大値（しきい値）Ｔmaxを超えたかどうかを判断する。ここで、モータ６のトルクは図４の電流センサ７０の値が所定値を超えたかどうか（所定値に達したかどうか）を、ＣＰＵ１１１等がＲＡＭ１１３等に一時記憶された電流値を参照することにより、比較判定する。
【００４１】
Ｒ２でモータトルクが所定値を超えたことが検出されれば（図１１も参照）、図１０の（ｂ）に示すように給電ケーブル４２が巻締め端に達したものと判断して、Ｒ３においてモータの駆動を停止し、モータ６を給電ケーブル４２の巻緩み方向（弛緩方向）、例えば左エンド側へ所定回転量（例えば２．５回転分）逆転して戻す。モータ６の停止モードを介在させることなく、上記右エンド等に達してから直ちに反転させてもよい。
【００４２】
このＲ３におけるモータ回転範囲の半分の戻し回転を実行してからモータ６を停止させれば、ハンドル２の中立点を見出す（設定する）ことができる。このようなモータ６を所定量だけ戻し回転させる上では、モータ６に付属するロータリエンコーダ等のモータ回転量センサによりＣＰＵ１１１等がモータ回転量をサンプリング（参照）し、予定された回転量に達したらモータ６を停止させればよい。なお、Ｒ４で作業者がハンドル位置を微調整して最終的な中立位置を設定してもよい。また、中立位置が決まったら、Ｒ５で必要に応じてメカニカルロックをオンする（図３のソレノイド５５の作動を解除してロック部材５１をアンロック位置からロック位置へ移動させる）ことができる。
【００４３】
なお、上記給電ケーブル４２のツッパリ状態（巻締め端又は巻緩め端）によるハンドルの回転限度角度位置は、ステアリング限界角より外に設定してあり、ステアリングの限界が給電ケーブル４２のツッパリ（巻締め端又は巻緩め端の回転トルク上昇）で規制されるわけではない。すわなち、正常な状態でハンドルを一杯に切った場合、給電ケーブルが巻締め端又は巻緩め端に達することはなく、給電ケーブル４２に多少のゆとりを持った状態で図示しないステアリングの操舵ラックの端部がストッパに当たってステアリング限界となる。したがって、伝達比が１：１の操舵限界のハンドル回転数が左右のどちらかに例えば２回転半だとすると、給電ケーブル４２のツッパリでハンドルの回転を止めたら、ハンドルは相対的にステアリング限界角より少しだけ向こうに（ステアリング限界の外）に行くはずである。そこから例えば２回転半戻すと、ハンドルは少し中立から外れた位置で止まる。生産工程等では、これを少し作業者が手で中立位置に戻して、作業完了とすれば、精度の高い中点設定ができる。図１３のＲ４はこのことも想定したものである。
【００４４】
見方を変えれば、そうした作業者の補正作業をなくすように、モータ６の回転量を調整することができる。つまり、モータ６のトルク増大で検出される給電ケーブル４２の巻締め端又は巻緩み端と、操舵限界（操舵ラックがストッパに当たる状態）との角度差分だけ水増し補正してモータ６の戻し回転量を設定する。例えば上記角度差がΔθであるとすれば、給電ケーブル４２のツッパリ（抵抗）によって左右の両方向の全体回転許容角度をθ0とすれば、モータ６の戻し回転の回転量（回転角度）は、（θ0／２）＋Δθに設定することによって、より精度の高い中立位置の設定（中点出し）を実行することができる。
【００４５】
なお、図１３のＲ１でモータ６を給電ケーブル４２の巻緩み端に向かって回転し、Ｒ２でモータトルクが上がったところで、次にＲ３においてモータ６を給電ケーブル４２の巻締め方向へ所定量戻すことにより中立位置を見出すこともできる。モータ６をどちらに回転しても給電ケーブル４２によりトルクが顕著に上昇するのであれば、モータ６をまずどちらの方向に回転させるかは重要でない。ただし、仮に巻締め方向であればモータトルクがピーク状に上がるが、巻緩み方向（弛緩方向）ではモータトルクがピーク状に上がらずモータ６の回転エンドを規定しにくい場合は、巻締め限度で回転エンドを検出することが必須となる。
【００４６】
また、中立位置の探査以外に、図１４に示す自動基準位置設定ルーチンに示すように、操舵軸とハンドルが切り離された状態で、Ｕ１においてタイヤ（車輪１３）を一方の限度まで一杯に切って止める。その状態で、Ｕ２において、伝達比可変アクチュエータであるモータ６を給電ケーブル４２の、上記ハンドルを一杯に切った方向に対応する回転限度（例えば給電ケーブル４２の巻締め端）へ向かって駆動し、Ｕ３においてモータトルクが規定最大値になったら、Ｕ４でモータ６を止める。そうすると、車輪１３を操舵限度にほぼ対応するハンドル基準位置を見出すことができる。Ｕ５では、その基準位置の微調整を行うことができ、またＵ６では必要に応じてその状態でメカニカルロックをかけ、基準位置を保持することができる。
【００４７】
この場合でも、車輪１３の操舵限界を超えて、給電ケーブル４２の巻締め又は巻緩み端までモータ６が回転する際の角度差を補正するために、上記モータトルクを生じる給電ケーブル４２の巻締め又は巻緩み端までモータ６を回転した後、操舵限界と給電ケーブル４２の巻締め又は巻緩め端との角度差分だけ（オーバーシュート分だけ）、モータ６を戻し回転してから停止させれば、より精度の高い基準位置探査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用操舵制御システムの全体構成を模式的に示す図。
【図２】駆動部ユニットの一実施例を示す縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の車両用操舵制御システムの電気的構成の一例を示すブロック図。
【図５】舵角変換比と車速との関係を与えるテーブルの模式図。
【図６】車速に応じて舵角変換比を変化させるパターンの一例を示す模式図。
【図７】モータ電源電圧と角度偏差Δθとによりデューティ比を決定するための二次元テーブルの模式図。
【図８】本発明の車両用操舵制御システムにおけるコンピュータ処理の主ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図９】図８の操舵制御処理の詳細の一例を示すフローチャート。
【図１０】給電ケーブルの構造とその巻締め端及び巻緩め端とを概念的に示す簡略図。
【図１１】その給電ケーブルの巻締め端及び巻緩め端におけるモータトルクの上昇を説明するグラフ。
【図１２】中立位置設定の概念を示す説明図。
【図１３】その中立位置設定（自動中点出し）の処理を一例を示すフローチャート。
【図１４】中点だし以外の、基準位置設定の処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
３ ハンドル軸
６ モータ（アクチュエータ）
８ 車輪操舵軸
４２ 給電ケーブル
７０ 電流センサ（モータトルク検出装置）
１００ 操舵制御部
１０１ ハンドル軸角度検出部
１０３ 操舵軸角度検出部
１１１ 主ＣＰＵ
１１５ ＥＥＰＲＯＭ（第二の記憶部）
１１３ 主ＣＰＵ側ＲＡＭ
１２１ 副ＣＰＵ
１２３ 副ＣＰＵ側ＲＡＭ（第一の記憶部）

Claims (4)

1. 操舵ハンドルから車輪操舵軸にいたる操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を車両の状況に応じて制御する伝達比制御部を有する車両用操舵装置において、
   前記操舵ハンドルと一体的に回転するハンドル軸に前記モータが固定され、そのモータに電力を供給する給電ケーブルが自身の固定部から延びる自由端側においてそのハンドル軸と一体的に形成されたケーブルホルダ部に渦巻き状にかつ弛緩方向の弾性力を生じるように巻かれるとともに、前記操舵ハンドルの回転に応じて巻き締められて外径を減少し、又は弛緩されて外径を増大するように保持されるケーブル保持装置を備え、さらに、
   前記給電ケーブルの許容保持範囲で前記モータを作動させて前記操舵ハンドルを回転させた際に、前記給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端におけるモータトルクの増大を検出するモータトルク検出装置と、
   そのモータトルクが所定の増大値を示すことにより前記給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端を探査するエンド探査装置と、
   そのエンド探査に基づいて前記モータを停止し、その時のハンドル位置を基準位置としての操舵限度位置として認識する基準位置認識装置と、
   を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 操舵ハンドルから車輪操舵軸にいたる操舵伝達系の途中に伝達比を可変にするモータで駆動される伝達比可変ユニットを介在させ、前記伝達比を車両の状況に応じて制御する伝達比制御部を有する車両用操舵装置において、
   前記操舵ハンドルと一体的に回転するハンドル軸に前記モータが固定され、そのモータに電力を供給する給電ケーブルが自身の固定部から延びる自由端側においてそのハンドル軸と一体的に形成されたケーブルホルダ部に渦巻き状にかつ弛緩方向の弾性力を生じるように巻かれるとともに、前記操舵ハンドルの回転に応じて巻き締められて外径を減少し、又は弛緩されて外径を増大するように保持されるケーブル保持装置を備え、さらに、
   前記給電ケーブルの許容保持範囲で前記モータを作動させて前記操舵ハンドルを回転させた際に、前記給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端におけるモータトルクの増大を検出するモータトルク検出装置と、
   そのモータトルクが所定の増大値を示すことにより前記給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端を探査するエンド探査装置と、
   その給電ケーブルの巻き締め端又は弛緩端から、前記操舵ハンドルを中立位置側へ戻すように前記モータを所定量回転させるハンドル中立認識装置と、
   を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
3. 前記モータを巻き締め方向に回転させて所定のモータトルクを検出した後、そのモータを反対方向に予め定められた量だけ回転させてから停止させる請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記ハンドル軸と前記車輪操舵軸とは同軸上に位置し、その間に前記給電ケーブルを巻き締め又は弛緩させる巻き取り軸及び前記モータの出力軸が更に同軸的に配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両用操舵装置。

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