JP4248960B2 - 伝達比可変操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリングホイールからのステアリング角の伝達比を可変させる伝達比可変操舵装置に関する。

従来より、伝達比可変操舵装置は、ステアリングホイールと接続される入力軸と、転舵輪側と接続される出力軸と、入力軸の回転角に対して出力軸の回転角を可変させる電動モータを有するアクチュエータと、入力軸と出力軸とを連結させる連結ピンと、入力軸と出力軸との連結を断つために連結ピンを作動させる励磁コイルと、電動モータ及び励磁コイルの駆動を制御する制御部とから構成されている。また、制御部は、車速に応じてアクチュエータ内の電動モータの回転を制御しており、車速が低速の場合には、小さなステアリングホイール操作量で転舵輪が大きく転舵するように、電動モータを高速で回転させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２７８０８７号公報（第３頁右欄第４７行〜第６頁右欄第２２行、第１図〜第５図）

ところが、上述の伝達比可変操舵装置では、電動モータの回転数が所定値以上となると、電動モータから可聴周波数成分を有する作動音が発生し、乗員に不快感を与えてしまうことがわかった。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、電動モータの作動音の発生を防止できる伝達比可変操舵装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１では、ステアリングホイールに接続される入力軸と、転舵輪側に接続される出力軸と、入力軸の回転角に対して出力軸の回転角を可変させる電動モータを有するアクチュエータと、出力軸の回転角を可変させるために、電動モータの駆動を制御する制御部とを備えた伝達比可変操舵装置において、入力軸の回転角に基づいて、所定時間毎に電動モータの目標回転角を演算する目標回転角演算手段と、目標回転角演算手段で演算した目標回転角と前回演算した目標回転角との偏差を演算する偏差演算手段と、偏差演算手段で演算した偏差が電動モータからの作動音が所定の大きさとなる所定値以上であるときに、偏差を上限値に制限する制限手段とを有し、上限値は所定値よりも小さい値に予め決められていることを特徴としている。

この構成により、所定時間毎に演算した目標回転角と前回演算した目標回転角との偏差によって、電動モータの回転数が決定されるため、目標回転角の偏差が所定値以上のときに、制限手段によって、目標回転角の偏差を上限値に制限することで、電動モータの回転数を制限することができ、電動モータから可聴周波数成分を有する作動音の発生を防止することができる。

請求項２では、上限値は、電動モータが可聴周波数の作動音が発生しない回転数となるように設定されていることを特徴としている。

この構成により、制限手段によって、目標回転角の偏差を上限値に制限することで、電動モータの回転数を制限することができる。

また、請求項３では、車両の安定性を確保する信号が入力され、この信号による目標回転角を変更させるときには、制限手段の機能を停止させることを特徴としている。

この構成により、車両の安定性を確保することができるため、車両の安全性を向上させることができる。

また、請求項４では、電動モータの温度を検出する温度検出手段を有し、温度検出手段で検出した温度が所定温度以上となったときに、上限値を低減させることを特徴としている。

この構成により、上限値を低減させることで、電動モータの回転数がより制限されることから、電動モータに流れる電流が低減され、電動モータの発熱を抑制できる。

また、請求項５では、出力軸の回転角を検出する出力回転角検出手段を有し、制御部は、目標回転角演算手段で演算した目標回転角もしくは制限手段で偏差を制限した後の目標回転角と出力回転角検出手段で検出した出力軸の回転角とに基づいて、電動モータの駆動を制御することを特徴としている。

この構成により、制御部が出力軸の回転角を目標回転角に一致させるように制御することができる。

また、請求項６では、制御部は、車両の車速を検出する車速検出手段で検出した車速に基づいて、出力軸の回転角の可変比を制御するために、電動モータの駆動を制御することを特徴としている。

この構成により、例えば車両の車速が低速のときに、制御部が出力軸の回転角の可変比を大きくするように電動モータの駆動を制御することで、少ないステアリングホイール操作量で転舵輪を大きく転舵させることができる。また、車両の車速が高速のときに、制御部が出力軸の回転角の可変比を小さくするように電動モータの駆動を制御することで、大きなステアリングホイール操作量が加わったとしても転舵輪が大きく転舵することなく、車両を安定させることができる。

また、請求項７では、電動モータを可聴周波数成分の作動音が発生しない回転数に制限する制限手段を有し、所定信号が入力されたときには、制限手段の機能を停止することを特徴としている。

この構成により、通常は、制限手段が電動モータから可聴周波数成分を有する作動音が発生しないように、電動モータの回転数を制限することで、乗員に不快感を与えることを防止できる。さらに、所定信号が入力されたときに、制限手段の機能を停止することで、車両の安全性を確保できる。

また、請求項８では、所定信号とは、車両の安定性を確保するための信号であることを特徴としている。

この構成により、車両の安定性を確保することができるため、車両の安全性を向上させることができる。

図１は、車両の操舵機構の構成図である。図２は、伝達比可変操舵装置１の伝達比可変ユニット１２の軸方向断面図である。図３は、伝達比可変操舵装置１全体の回路構成を示したブロック図である。

先ず、図１及び図２に基づいて、車両の速度に応じて転舵輪の転舵角を可変させるための伝達比可変操舵装置１が搭載された車両の操舵機構の全体構成について説明する。図１に示すように、車両のステアリングホイール１０が入力軸１１の上端に接続されている。また、入力軸１１の下端と出力軸１３の上端とが伝達比可変ユニット１２を介して接続されている。さらに、出力軸１３の下端には、図示しないピニオンが設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１５内でラック１６に噛合されている。また、ステアリングギヤボックス１５内には、図示しない電動パワーステアリング装置が設けられている。ラック１６の両端には、それぞれ図示しないタイロッド及びアームを介して転舵輪１７が接続されている。

入力軸１１には、ステアリングホイール１０の操舵角を検出する舵角センサ６が設けられ、一方、出力軸１３には、転舵輪１７の転舵角を検出する出力角センサ１４が設けられている。なお、出力角センサ１４は、伝達比可変ユニット１２内に設けていてもよい。これら舵角センサ６及び出力角センサ１４により検出された入力軸１１の回転角及び出力軸１３の回転角は、制御部３に入力される。さらに、制御部３には、車載ＬＡＮ７からの車速信号及びエンジン回転数信号等が入力される。そして、制御部３は、伝達比可変ユニット１２を制御するための制御信号を出力する。

伝達比可変ユニット１２は、図２に示すように、周知のブラシレスモータである電動モータ４及び減速機構５を備えて構成され、舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの信号に基づいて、電動モータ４を回転させて出力軸１３の回転角を可変させるものである。また、電動モータ４は、モータハウジング４４内に設けられたステータ４３とロータ４２とを備えて構成されている。また、モータハウジング４４のステアリングホイール側の内周には、連結ピン２１を回転軸４１の軸方向と平行な方向に前進させるためのソレノイドコイル２が設けられている。このソレノイドコイル２は、制御部３から指令により連結ピン２１を回転軸４１の軸方向と平行な方向に前進させる。また、ロータ４２の端面には、連結ピン２１が係合される係合部４２ａが設けられている。

以上説明した操舵機構では、先ず、車載ＬＡＮ７からの車速信号と舵角センサ６により検出された操舵角が制御部３に入力されると、制御部３は、これらの情報に基づき、出力軸１３の目標回転角の演算を行う。この目標回転角に基づくモータ制御指令（ＰＷＭ信号）が制御部３より伝達比可変ユニット１２に出力される。このモータ制御指令により伝達比可変ユニット１２の電動モータ４が駆動され、転舵輪１７に対して出力軸１３の目標回転角にステアリングホイール１０の回転角とを加算した回転角に対応した転舵角を与える。そして、制御部３は、出力角センサ１４より転舵輪１７の実際の転舵角を推定して、確実に目標回転角に対応した転舵角を転舵輪１７に与えることができるようにフィードバックされる。この際、ソレノイドコイル２は、オン状態であり、連結ピン２１を回転軸４１の軸方向と平行な方向に後退させている。つまり、モータハウジング４４とロータ４２との連結は解除されている。

なお、制御部３が伝達比可変ユニット１２の異常（例えば、ソレノイドコイル２の地絡）を検出すると、制御部３は、ソレノイドコイル２に対してソレノイドコイル２に電流が流れないように指令を出力する。これにより、ソレノイドコイル２には、電流が流れず、連結ピン２１を回転軸４１の軸方向と平行な方向に前進させる。そして、連結ピン２１は、ロータ４２に設けられた係合部４２ａと係合されて、モータハウジング４４とロータ４２とが連結される。

次に、図３に基づいて、伝達比可変操舵装置１の構成について説明する。

伝達比可変操舵装置１は、ソレノイドコイル２、制御部３、電動モータ４及び減速機構５から構成されている。

ソレノイドコイル２は、後述する制御部３のソレノイド駆動回路３２に接続されており、ソレノイド駆動回路３２からの駆動信号によってソレノイドコイル２に電流を流すことで、上述の連結ピン２１を作動させる。

制御部３は、上述の舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの情報に基づいて、ソレノイドコイル２に流れる電流と電動モータ４の駆動を制御するものであって、マイコン３１、ソレノイド駆動回路３２、リレー３３、駆動回路３４、電源回路３５、電圧検出回路３６、電流検出回路３７、通信Ｉ／Ｆ３８、舵角検出回路３９、モータ駆動回路５０、電流検出回路５１、モータ端子電圧検出回路５２及び電気角検出回路５３から構成されている。

マイコン３１は、舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの情報に基づいて、ソレノイドコイル２及び電動モータ４に流れる電流を制御する信号を発するものである。

ソレノイド駆動回路３２は、マイコン３１からの信号に基づき、ソレノイドコイル２に流れる電流を制御して連結手段２１を作動させるためのものであって、リレー３３を介してバッテリ８と接続されている。

リレー３３は、バッテリ８とソレノイド駆動回路３２との間に設けられ、オンすることで、バッテリ８とソレノイド駆動回路３２とを接続させ、オフすることで、バッテリ８とソレノイド駆動回路３２との接続を遮断させる。

駆動回路３４は、マイコン３１からの信号によって、リレー３３をオンもしくはオフさせるためのものである。

電源回路３５は、ＩＧスイッチ９を介してバッテリ８と接続され、バッテリ８からの電流をマイコン３１に供給させるためのものである。

電圧検出回路３６は、バッテリ８の電圧値を検出し、検出した検出値をマイコン３１に入力している。

電流検出回路３７は、バッテリ８からモータ駆動回路５０に電流を供給すると共に、その電流値を検出し、検出した電流値をマイコン３１に入力している。

通信Ｉ／Ｆ３８は、車載ＬＡＮ７からの車速信号及びエンジン回転数信号等をマイコン３１が認識できるように変換し、この変換した車速信号及びエンジン回転数信号をマイコン３１に入力している。さらに、通信Ｉ／Ｆ３８には、車両の不安定な挙動を抑制するために、車載ＬＡＮ７から上述の目標回転角を強制的に変更させる信号が入力され、この信号をマイコン３１に入力している。なお、目標回転角を強制的に変更させる信号は、例えば転舵輪１７がスリップしたときに、通信Ｉ／Ｆ３８に入力される。

舵角検出回路３９は、舵角センサ６からの信号をマイコン３１が認識できるように変換し、この変換した舵角信号をマイコン３１に入力している。

モータ駆動回路５０は、三相ブリッジ回路を構成する６つのスイッチングトランジスタを有し、マイコン３１からの駆動信号に基づいて、６つのスイッチングトランジスタをデューティー制御して電動モータ４を駆動させるものである。

電流検出回路５１は、モータ駆動回路５０の６つのスイッチングトランジスタに流れる電流を検出し、検出した電流値をマイコン３１に入力している。

モータ端子電圧検出回路５２は、モータ駆動回路５０の６つのスイッチングトランジスタの電圧を検出し、検出した電圧値をマイコン３１に入力している。

電気角検出回路５３は、減速機構５と出力軸１３を介して接続される出力角センサ１４で検出した出力角をマイコン３１が認識できるように変換し、この変換した出力角信号をマイコン３１に入力している。

そして、伝達比可変操舵装置１の作動としては、マイコン３１がソレノイド駆動回路３２に信号を発し、ソレノイド駆動回路３２でソレノイド２に電流を流すことで、連結ピン２１を作動させる。これにより、モータハウジング４４とロータ４２との連結が解除される。そして、舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの信号に基づいて電動モータ４を回転させることで、電動モータ４の回転力が減速機構５を介して出力軸１３に伝達される。そして、電動モータ４の回転力が伝達された出力軸１３のトルクと運転者が加えた操舵力とを加算したトルクを電動パワーステアリング装置のトルクセンサが検出して、電動パワーステアリング装置の電動モータによって転舵輪１７の転舵角を可変させている。

次に、本発明の制御部３における電動モータ４の回転数の制御方法について説明する。

図４は、電動モータ４の回転数を制限するための制御部３のブロック図を示した図である。図５は、電動モータ４の回転数を制限するための制御部３での処理手順を示したフローチャートである。

マイコン３１は、図４に示すように、目標回転角演算手段３１１、偏差演算手段３１２、偏差制限手段３１３及びデューティー比決定手段３１４を有している。

目標回転角演算手段３１１は、舵角検出回路３９からの入力軸１１の操舵角Ｄ１と通信Ｉ／Ｆ３８からの車速Ｖとが入力され（ステップＳ１００）、入力された操舵角Ｄ１と車速Ｖとに基づいて、所定時間（例えば、２ｍｓ）毎に電動モータ４の目標回転角Ｄ３を演算する（ステップＳ１０１）。そして、演算した目標回転角Ｄ３を偏差演算手段３１２に出力する。また、目標回転角演算手段３１１には、車両状態が不安定となった場合、車両の不安定な挙動を抑制するために、目標回転角Ｄ３を強制的に変更させるための信号が通信Ｉ／Ｆ３８から入力される。

偏差演算手段３１２は、所定時間（例えば２ｍｓ）毎に目標回転角演算手段３１１で演算した目標回転角Ｄ３が入力され、入力された目標回転角Ｄ３と前回入力された目標回転角Ｄ３との偏差Ｈを演算する（ステップＳ１０２）。そして、演算した偏差Ｈを偏差制限手段３１３に出力する。なお、強制的に変更された目標回転角Ｄ３の偏差Ｈは、偏差制限手段３１３に出力せず、デューティー比決定手段３１４に出力することも可能である。

偏差制限手段３１３は、偏差演算手段３１２で演算した偏差Ｈが入力され、偏差Ｈが所定値以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１０３）。そして、偏差制限手段３１３は、入力された偏差Ｈが所定値以上であるときに、偏差Ｈを上限値Ｈｍａｘに変更し（ステップＳ１０４）、変更した偏差Ｈ（Ｈｍａｘ）をデューティー比決定手段３１４に出力する。また、偏差制限手段３１３は、入力された偏差Ｈが所定値未満であるときに、偏差Ｈを変更せず、偏差Ｈをデューティー比決定手段３１４に出力する。なお、本実施形態では、偏差Ｈを変更する上限値Ｈｍａｘが偏差Ｈを変更するか否かを判定する所定値よりも小さい値に予め決められている。また、偏差制限手段３１３での偏差Ｈは、電動モータ４の回転数と対応しており、偏差Ｈを変更するか否かを判定する所定値は、電動モータ４から可聴周波数成分を有する作動音が発生し始める電動モータ４の回転数となるように設定されている。

デューティー比決定手段３１４は、目標回転角Ｄ３もしくは偏差制限手段３１３で偏差Ｈを制限した後の目標回転角Ｄ３と電気角検出回路５３で変換された出力軸１３の実際の転舵角Ｄ２とが入力され（ステップＳ１０５）、目標回転角Ｄ３もしくは偏差制限手段３１３で偏差Ｈを制限した後の目標回転角Ｄ３と転舵角Ｄ２とに基づいて、所定時間（例えば、２００μｓ）毎に電動モータ４を駆動するためのＰＷＭ信号のデューティー比を決定し、決定したデューティー比をモータ駆動回路５０に出力することで、フィードバック制御している（ステップＳ１０６）。

なお、電気角検出回路５３及びデューティー比決定手段３１４での演算周期は、目標回転角演算手段３１１、偏差演算手段３１２及び偏差制限手段３１３での演算周期よりも早く、偏差制限手段３１３からの目標回転角Ｄ３もしくは偏差制限手段３１３で偏差Ｈを制限した後の目標回転角Ｄ３がデューティー比決定手段３１４に入力されてから、所定時間後に目標回転角Ｄ３もしくは偏差制限手段３１３で偏差Ｈを制限した後の目標回転角Ｄ３がデューティー比決定手段３１４に入力されるまでの間、図５の点線に示すようにステップＳ１０５とステップＳ１０６との処理を繰り返し行うことで、フィードバック制御している。

なお、車両状態が不安定となった場合に、目標回転角Ｄ３を強制的に変更させるための信号が目標回転角演算手段３１１に入力されるが、この場合には、図５に示すステップＳ１０３及びステップＳ１０４での処理を行わずに、ステップＳ１０２からステップＳ１０５に進む。

［本実施形態の効果］
以上説明した伝達比可変操舵装置１は、所定時間毎に演算した目標回転角Ｄ３と前回演算した目標回転角Ｄ３との偏差Ｈによって、電動モータの回転数が決定されることから、偏差Ｈが所定値以上のときに、偏差Ｈを所定値よりも小さい値の上限値Ｈｍａｘに変更することで、電動モータの回転数を制限することができ、電動モータ４から可聴周波数成分を有する作動音が発生することを防止できる。よって、乗員に不快感を与えることを防止できる。

また、車両状態が不安定となった場合、車両の不安定な挙動を抑制するために、目標回転角Ｄ３を強制的に変更させるための信号が目標回転角演算手段３１１に入力されると、偏差制限手段３１３の処理を行わないことから、偏差Ｈが変更されることがないため、車両の安定性を確保することができ、車両の安全性を向上させることができる。

さらに、電気角検出回路５３及びデューティー比決定手段３１４での演算周期は、目標回転角演算手段３１１の演算周期よりも早いことから、演算周期の遅い目標回転角演算手段３１３で演算した目標回転角Ｄ３に基づいて、電動モータ４の回転数を制限することで、デューティー比決定手段３１４で決定したＰＷＭ信号に基づいて、電動モータ４の回転数を制限させるよりもマイコン３１の負荷を小さくすることができる。

なお、電動モータ４の温度を例えばサーミスタ等で検出し、電動モータ４の温度が所定温度以上であるときに、予め設定されている上限値Ｈｍａｘを低減させることで、電動モータ４に流れる電流がより制限され、電動モータ４の発熱を抑制できる。

車両の操舵機構の構成図である。 伝達比可変操舵装置の伝達比可変ユニットの軸方向断面図である。 伝達比可変操舵装置全体の回路構成を示したブロック図である。 電動モータの回転数を制限するための制御部のブロック図を示した図である。 電動モータの回転数を制限するための制御部での処理手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１…伝達比可変操舵装置、
２…ソレノイドコイル、
３…ＥＣＵ、
４…電動モータ、
３１１…目標回転角演算手段、
３１２…偏差演算手段、
３１３…偏差制限手段、
３１４…デューティー比決定手段

Claims (8)

1. ステアリングホイールに接続される入力軸と、転舵輪側に接続される出力軸と、前記入力軸の回転角に対して前記出力軸の回転角を可変させる電動モータを有するアクチュエータと、前記出力軸の回転角を可変させるために、前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備えた伝達比可変操舵装置において、
   前記入力軸の回転角に基づいて、所定時間毎に前記電動モータの目標回転角を演算する目標回転角演算手段と、前記目標回転角演算手段で演算した前記目標回転角と前回演算した前記目標回転角との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段で演算した前記偏差が前記電動モータからの作動音が所定の大きさとなる所定値以上であるときに、前記偏差を上限値に制限する制限手段とを有し、
   前記上限値は前記所定値よりも小さい値に予め決められていることを特徴とする伝達比可変操舵装置。
2. 前記上限値は、前記電動モータが可聴周波数の作動音が発生しない回転数となるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の伝達比可変操舵装置。
3. 車両の安定性を確保する信号が入力され、この信号による前記目標回転角を変更させるときには、前記制限手段の機能を停止させることを特徴とする請求項１又は２記載の伝達比可変操舵装置。
4. 前記電動モータの温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記温度検出手段で検出した温度が所定温度以上となったときに、前記上限値を低減させることを特徴とする請求項１又は２記載の伝達比可変操舵装置。
5. 前記出力軸の回転角を検出する出力回転角検出手段を有し、
   前記制御部は、前記目標回転角演算手段で演算した前記目標回転角もしくは前記制限手段で前記偏差を制限した後の前記目標回転角と前記出力回転角検出手段で検出した前記出力軸の回転角とに基づいて、前記電動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の伝達比可変操舵装置。
6. 前記制御部は、車両の車速を検出する車速検出手段で検出した車速に基づいて、前記出力軸の回転角の可変比を制御するために、前記電動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の伝達比可変操舵装置。
7. 前記電動モータを可聴周波数成分の作動音が発生しない回転数に制限する制限手段を有し、所定信号が入力されたときには、前記制限手段の機能を停止することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の伝達比可変操舵装置。
8. 前記所定信号とは、車両の安定性を確保するための信号であることを特徴とする請求項７記載の伝達比可変操舵装置。

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