JP4622448B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪の舵取機構に操舵力を与える２つの電動モータと、操舵トルク又は操舵量に基づき、２つの車輪転舵用電動モータを同一の電流で駆動制御する制御手段とを備える車両用操舵装置に関するものである。

車両用操舵装置として、近年、車室内部の操舵手段を車室外部の舵取機構との機械的な連結なしに配すると共に、舵取機構の一部に操舵用のアクチュエータを付設し、このアクチュエータを、前記操舵手段の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、舵取機構に操舵力を加えて、前記操舵手段の操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離型の操舵装置が提案されている。

また、車両用操舵装置には、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置がある。これは、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵用の電動モータを駆動制御するものである。
上述したような車両用操舵装置では、操舵用の電動モータを２個備えたものがある。この場合、２個の電動モータを個別に駆動制御すると、互いに逆方向に制御することがあるので、２個の電動モータに同一電流を流すようにしているものがある。

本願出願人は、特許文献１において、所定の出力比率で主操舵モータ及び副操舵モータを作動させ、何れかのモータが故障した場合は、その故障したモータの動作を禁止し、故障していないモータの出力比率を高める分離型の操舵装置が提案されている。
また、特許文献２には、電動機電流のオーバーシュートを推定して比例・積分制御手段の比例感度及び／又は積分ゲインを制御し、ラックエンド状態での電動機電流のオーバーシュートを抑制することの出来る電動パワーステアリング装置が開示されている。
特開平１０−２１８０００号公報 特許第３２３２０３０号公報

上述したような操舵用の電動モータを２個備えた車両用操舵装置では、一方の電動モータが駆動不能状態になると、操舵部と転舵部とで応答遅れが大きくなり、操舵部側に発生する操舵トルクも大きくなる。その結果、運転者は、操舵時にハンドルを重く感じたり、操舵入力に対する出力が遅れるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、操舵用の電動モータを２個備え、一方の電動モータが駆動不能状態になった場合でも、操舵部材（ハンドル）が重くならない車両用操舵装置を提供することを目的とする。
第３発明では、操舵用の電動モータを２個備え、一方の電動モータが駆動不能状態になった場合でも、操舵部材（ハンドル）が重く感じたりせず、操舵入力に対する出力遅れが生じず、また、一方の電動モータが駆動不能状態になったことを、運転者に報知することが出来る車両用操舵装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用操舵装置は、舵取機構に操舵力を与える２つの電動モータと、操舵トルク又は操舵量に基づき、前記２つの電動モータを同一の電流で駆動制御する制御手段とを備える車両用操舵装置において、前記制御手段により制御され、前記２つの電動モータを駆動する１つの駆動回路と、前記電動モータが駆動不能であることを検出する検出手段とを備え、該検出手段が前記電動モータの何れか一方の駆動不能を検出したときは、前記制御手段は、前記電流を所定量増大させるように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る車両用操舵装置は、前記検出手段の１つは、前記制御手段の駆動制御における応答遅れに基づき、電動モータが駆動不能であることを検出するように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る車両用操舵装置は、前記検出手段が、電動モータの駆動不能を検出したときは、電動モータの駆動不能を表示する手段を更に備えることを特徴とする。

第１，２発明に係る車両用操舵装置によれば、操舵用の電動モータを２個備え、一方の電動モータが駆動不能状態になった場合でも、ハンドル操舵に対し、車輪転舵が遅れない、また、前記操舵軸と舵取機構が機械連結している場合に生じるハンドル重さを解消する、操舵部材（ハンドル）が重く感じたりせず、操舵入力に対する出力遅れが生じない車両用操舵装置を実現することが出来る。
第３発明に係る車両用操舵装置によれば、操舵用の電動モータを２個備え、一方の電動モータが駆動不能状態になった場合でも、ハンドル操舵に対し、車輪転舵が遅れず、また、前記操舵軸と舵取機構が機械連結している場合に生じるハンドル重さを解消し、操舵部材（ハンドル）が重く感じたりせず、操舵入力に対する出力遅れを生じることが無く、また、一方の電動モータが駆動不能状態になったことを、運転者に報知することが出来る車両用操舵装置を実現することが出来る。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態１である分離型の操舵装置の構成を模式的に示す説明図である。この車両用操舵装置は、左右の前輪１０，１０を操舵させる為の舵取機構１と、舵取機構１から機械的に分離して配されたステアリングホイール２（操舵部材、ハンドル）と、ステアリングホイール２の操作に応じて舵取機構１を作動させるべく所定の制御動作を行う操舵制御部３とを備えている。

舵取機構１は、公知のラックピニオン式の舵取機構であり、車体の左右方向に延設されて軸長方向に移動する操舵軸（ラック軸）１１の両端を、前輪１０，１０のナックルアーム１２，１２に各別のタイロッド１３，１３により連結している。操舵軸１１の両方向の移動によりタイロッド１３，１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、前輪１０，１０を左右に操舵させる構成となっている。

この車両用操舵装置は、以上の操舵を行わせる為に、２つの操舵モータＭ１，Ｍ２を備えている。一方の操舵モータＭ１は、操舵軸１１を支承する筒形のハウジングＨ１の中途部外側に取り付けられ、他方の操舵モータＭ２は、ハウジングＨ１の一部に交叉する態様に連設されたピニオンハウジングＨ２の外側に取り付けられている。前輪１０，１０の操舵は、操舵モータＭ１，Ｍ２の回転を各別の伝動手段により操舵軸１１に伝え、操舵軸１１を軸長方向に移動させて行われる。

操舵モータＭ１は、ハウジングＨ１の中途部に斜めに交叉して連設された筒形のモータブラケット１４の開口端にフランジ固定されている。操舵モータＭ１の出力軸は、モータブラケット１４の内部に同軸的に、即ち、ハウジングＨ１及び操舵軸１１の軸心に対して斜交するように延設され、出力軸の先端部には図示しない小傘歯車が嵌着固定されている。

ハウジングＨ１の内部には、図示しない筒形のボールナットが、モータブラケット１４の連設部の両側に嵌着された一対の玉軸受により、操舵軸１１と同軸上で回転自在に支持されている。ボールナットの外周面には、図示しない大傘歯車が一体形成されており、大傘歯車は、操舵モータＭ1の出力軸に嵌着固定された小傘歯車に噛合され、小傘歯車とにより傘歯車機構を構成している。

以上の構成により操舵モータＭ１が回転駆動された場合、この回転は、傘歯車機構を介してボールナットに伝達され、ボールナットが軸回りに回転する。この回転は、操舵軸１１の軸長方向の移動に変換され、この移動に応じて前輪１０，１０が操舵される。

他方の操舵モータＭ２が取り付けられたピニオンハウジングＨ２の内部には、ラックピニオン式舵取機構の構成要素であるピニオン軸１５が、回動自在に支承されている。図１において、ピニオンハウジングＨ２の上部への突出端が示されたピニオン軸１５は、公知の如く、ピニオンハウジングＨ２とハウジングＨ１との交叉部において、ハウジングＨ１内部のラック軸１１の該当部位に形成されたラック歯に噛合させてある。

また、ピニオンハウジングＨ２の内部に延びる操舵モータＭ２の出力端は、ウォームギヤ機構等の適宜の伝動手段を介して、ピニオン軸１５に伝動構成されている。この伝動構成は、ラックピニオン式の電動パワーステアリング装置において、操舵用のモータからピニオン軸への伝動の為に広く実用化されている構成であり、各部の具体的な構成についての説明は省略する。

以上の構成により操舵モータＭ２が回転駆動された場合、前記ウォームギヤ機構等の伝動手段による減速下にてピニオン軸１５が回動し、この回動が、ラック歯との噛合部において操舵軸１１の軸長方向の移動に変換され、この移動に応じて前記前輪１０，１０が操舵される。
２つの操舵モータＭ１，Ｍ２は、操舵制御部３に制御されるモータ駆動回路２４により駆動され、操舵モータＭ１，Ｍ２に流れる電流は、電流検出器２５により検出され、その検出信号は操舵制御部３に与えられる。

以上のように、操舵モータＭ１，Ｍ２は、操舵制御部３からの動作指令に従って駆動制御される。この駆動に応じた舵取機構１の動作量、即ち、左右の前輪１０，１０の実舵角は、例えば、ラック軸１１と一方側のタイロッド１３との連結部の変位を検出するタイロッド変位センサ１６により検出され、操舵制御部３に与えられている。また、ラック軸１１の両側のタイロッド１３，１３には、これらの軸方向に作用する軸力を検出するタイロッド軸力センサ１７，１７が付設されており、これらの検出結果は、操舵に伴って左右の前輪１０，１０に加わる路面反力を示す信号として操舵制御部３に与えられている。

また、舵取機構１から機械的に分離されたステアリングホイール２は、コラムハウジングＨ３に回転自在に支持されたコラム軸２０の上端に固定されている。コラムハウジングＨ３は、図示しない車体の一部に固定支持されており、コラムハウジングＨ３には、反力モータＭ３が付設されている。反力モータＭ３は、コラムハウジングＨ３の内部において，コラム軸２０に伝動構成されており、コラム軸２０及びステアリングホイール２には、操舵制御部３からの動作指令に従って駆動される反力モータＭ３の回転力が、操舵のためのステアリングホイール２の回転操作の方向と逆向きの反力として加えられる。

以上のような反力に抗してステアリングホイール２に加えられる操舵トルクは、コラムハウジングＨ３の中途部に付設されたトルクセンサ２１により検出される。また、ステアリングホイール２の操作量は、トルクセンサ２１の一方側に配した操舵角センサ２２により検出されており、これらの検出結果は、ステアリングホイール２の操作状態を示す信号として操舵制御部３に与えられている。更に、操舵制御部３の入力側には、車速センサ２３により検出された車速を示す信号が与えられている。

以下に、このような構成の車両操舵装置の操舵制御動作を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
操舵制御部３による操舵モータＭ１，Ｍ２の制御は、例えば、操舵角センサ２２により検出されるステアリングホイール２の操作量に、比例ゲインを乗じて目標舵角を求め、この目標舵角とタイロッド変位センサ１６により検出された左右の前輪１０，１０の実舵角との偏差に基づくフィードバック制御により行われる。操舵モータＭ１，Ｍ２は、同一電流が流されるようになっている。

操舵制御部３は、先ず、操舵角センサ２２が検出したステアリングホイール２の操舵角度（操作量）を読み込み（Ｓ２）、タイロッド変位センサ１６が検出した左右の前輪１０，１０の転舵角度（実舵角）を読み込む（Ｓ４）。次いで、操舵角度と転舵角度との偏差を、転舵アクチュエータ目標操作量として演算し（Ｓ６）、演算した目標操作量と所定値とを比較して、応答遅れ要因が発生しているか否かを判定する（Ｓ８）（検出手段）。

操舵制御部３は、演算した目標操作量が所定値以下であり、応答遅れ要因が発生していないと判定した（Ｓ８）ときは、比例ゲインを通常の値Ｘ１に、積分ゲインを通常の値Ｙ１にして（Ｓ１０）、転舵アクチュエータの制御量を（１）式により演算する（Ｓ１２）。
制御量＝目標操作量×Ｘ１＋目標操作量の積分値×Ｙ１ （１）

操舵制御部３は、演算した目標操作量が所定値を超えており、応答遅れ要因が発生していると判定した（Ｓ８）ときは、比例ゲインを通常の値Ｘ１より大きい値Ｘ２に、積分ゲインを通常の値Ｙ１より大きい値Ｙ２にして（Ｓ２８）、転舵アクチュエータの制御量を（２）式により演算する（Ｓ１２）。
制御量＝目標操作量×Ｘ２＋目標操作量の積分値×Ｙ２ （２）

次に、操舵制御部３は、演算した転舵アクチュエータの制御量（Ｓ１２）に基づき、モータ目標電流を演算し（Ｓ１４）、電流検出器２５が検出したモータ電流の値を読み込む（Ｓ１６）。次いで、モータ目標電流とモータ電流との電流偏差を演算し（Ｓ１８）、演算した電流偏差と所定電流値とを比較して、応答遅れ要因が発生しているか否かを判定する（Ｓ２０）（検出手段）。

操舵制御部３は、演算した電流偏差が所定電流値以下であり、応答遅れ要因が発生していないと判定した（Ｓ２０）ときは、比例ゲインを通常の値Ｘ３に、積分ゲインを通常の値Ｙ３にして（Ｓ２２）、モータ電流の制御量を（３）式により演算する（Ｓ２４）。
制御量＝電流偏差×Ｘ３＋電流偏差の積分値×Ｙ３ （３）

操舵制御部３は、演算した電流偏差が所定値を超えており、応答遅れ要因が発生していると判定した（Ｓ２０）ときは、比例ゲインを通常の値Ｘ３より大きい値Ｘ４に、積分ゲインを通常の値Ｙ３より大きい値Ｙ４にした（Ｓ３０）後、図示しない表示部に、モータが異常であることを表示させる（Ｓ３２）。次いで、モータ電流の制御量を（４）式により演算する（Ｓ２４）。
制御量＝電流偏差×Ｘ４＋電流偏差の積分値×Ｙ４ （４）
操舵制御部３は、演算したモータ電流の制御量（Ｓ２４）を出力するように、モータ駆動回路２４に指示して（Ｓ２６）リターンする。

（実施の形態２）
図３は、本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態２である電動パワーステアリング装置の構成を模式的に示す説明図である。この車両用操舵装置は、左右の前輪１０，１０を操舵させる為の舵取機構５１と、舵取りの為のステアリングホイール３１に連結される操舵手段としての第１操舵軸３２と、ステアリングホイール３１の操舵を舵取機構５１に伝える伝動手段６とを備えている。
伝動手段６は、第２操舵軸４２が、第１操舵軸３２にトルクセンサ３０の図示しないトーションバーを介して連結され、第２操舵軸４２は、ユニバーサルジョイント等の連結軸４３を介して、舵取機構５１のピニオン軸１５に連結されている。

舵取機構１は、公知のラックピニオン式の舵取機構であり、車体の左右方向に延設されて軸長方向に移動する操舵軸（ラック軸）１１の両端を、前輪１０，１０のナックルアーム１２，１２に各別のタイロッド１３，１３により連結している。操舵軸１１の両方向の移動によりタイロッド１３，１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、前輪１０，１０を左右に操舵させる構成となっている。

この車両用操舵装置は、以上の操舵を行わせる為に、２つの操舵モータＭ１，Ｍ２を備えている。一方の操舵モータＭ１は、操舵軸１１を支承する筒形のハウジングＨ１の中途部外側に取り付けられ、他方の操舵モータＭ２は、ハウジングＨ１の一部に交叉する態様に連設されたピニオンハウジングＨ２の外側に取り付けられている。前輪１０，１０の操舵は、操舵モータＭ１，Ｍ２の回転を各別の伝動手段により操舵軸１１に伝え、操舵軸１１を軸長方向に移動させて行われる。

操舵モータＭ１は、ハウジングＨ１の中途部に斜めに交叉して連設された筒形のモータブラケット１４の開口端にフランジ固定されている。操舵モータＭ１の出力軸は、モータブラケット１４の内部に同軸的に、即ち、ハウジングＨ１及び操舵軸１１の軸心に対して斜交するように延設され、出力軸の先端部には図示しない小傘歯車が嵌着固定されている。

ハウジングＨ１の内部には、図示しない筒形のボールナットが、モータブラケット１４の連設部の両側に嵌着された一対の玉軸受により、操舵軸１１と同軸上で回転自在に支持されている。ボールナットの外周面には、図示しない大傘歯車が一体形成されており、大傘歯車は、操舵モータＭ1の出力軸に嵌着固定された小傘歯車に噛合され、小傘歯車とにより傘歯車機構を構成している。

以上の構成により操舵モータＭ１が回転駆動された場合、この回転は、傘歯車機構を介してボールナットに伝達され、ボールナットが軸回りに回転する。この回転は、操舵軸１１の軸長方向の移動に変換され、この移動に応じて前輪１０，１０が操舵される。

他方の操舵モータＭ２が取り付けられたピニオンハウジングＨ２の内部には、ラックピニオン式舵取機構の構成要素であるピニオン軸１５が、回動自在に支承されている。ピニオン軸１５は、公知の如く、ピニオンハウジングＨ２とハウジングＨ１との交叉部において、ハウジングＨ１内部のラック軸１１の該当部位に形成されたラック歯に噛合させてある。

また、ピニオンハウジングＨ２の内部に延びる操舵モータＭ２の出力端は、ウォームギヤ機構等の適宜の伝動手段を介して、ピニオン軸１５に伝動構成されている。この伝動構成は、ラックピニオン式の電動パワーステアリング装置において、操舵用のモータからピニオン軸への伝動の為に広く実用化されている構成であり、各部の具体的な構成についての説明は省略する。

以上の構成により操舵モータＭ２が回転駆動された場合、前記ウォームギヤ機構等の伝動手段による減速下にてピニオン軸１５が回動し、この回動が、ラック歯との噛合部において操舵軸１１の軸長方向の移動に変換され、この移動に応じて前記前輪１０，１０が操舵される。
２つの操舵モータＭ１，Ｍ２は、制御部３７に制御されるモータ駆動回路４０により駆動され、操舵モータＭ１，Ｍ２に流れる電流は、電流検出器４１により検出され、その検出信号は制御部３７に与えられる。操舵モータＭ１，Ｍ２は、同一電流が流されるようになっている。
制御部３７は、トルクセンサ３０が検出した、ステアリングホイール３１に加えられた操舵トルク、及び車速センサ２３が検出した車速に基づき、モータ駆動回路４０を制御する。

以下に、このような構成の車両操舵装置の操舵制御動作を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部３７は、先ず、トルクセンサ３０が検出した、ステアリングホイール３１に加えられた操舵トルクの値を読み込み（Ｓ３３）、読み込んだ操舵トルクの値に基づきモータ目標電流を決定し（Ｓ３４）、次いで、電流検出器４１が検出したモータ電流の値を読み込む（Ｓ３５）。

制御部３７は、次に、モータ目標電流とモータ電流との電流偏差を演算し（Ｓ３６）、演算した電流偏差と所定電流値とを比較して、応答遅れ要因が発生しているか否かを判定する（Ｓ３８）（検出手段）。
制御部３７は、演算した電流偏差が所定電流値以下であり、応答遅れ要因が発生していないと判定した（Ｓ３８）ときは、比例ゲインを通常の値Ｘ５に、積分ゲインを通常の値Ｙ５にして（Ｓ４０）、モータ電流の制御量を（５）式により演算する（Ｓ４２）。
制御量＝電流偏差×Ｘ５＋電流偏差の積分値×Ｙ５ （５）

制御部３７は、演算した電流偏差が所定値を超えており、応答遅れ要因が発生していると判定した（Ｓ３８）ときは、比例ゲインを通常の値Ｘ５より大きい値Ｘ６に、積分ゲインを通常の値Ｙ５より大きい値Ｙ６にした（Ｓ４６）後、図示しない表示部に、モータが異常であることを表示させる（Ｓ４８）。次いで、モータ電流の制御量を（６）式により演算する（Ｓ４２）。
制御量＝電流偏差×Ｘ６＋電流偏差の積分値×Ｙ６ （６）
制御部３７は、演算したモータ電流の制御量（Ｓ４２）を出力するように、モータ駆動回路４０に指示して（Ｓ４４）リターンする。

尚、上述した実施の形態１，２では、操舵モータＭ１が操舵軸１１を駆動し、操舵モータＭ２がピニオン軸１５を回転駆動する構成であるが、これに限らず、操舵モータＭ２が第２操舵軸４２を回転駆動する構成、又は操舵モータＭ２も操舵軸１１を駆動する構成等、操舵モータＭ１，Ｍ２の取付け位置については、種々の組合せが可能である。

本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態である分離型の操舵装置の構成を模式的に示す説明図である。 図１に示す車両用操舵装置の操舵制御動作を示すフローチャートある。 本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態である電動パワーステアリング装置の構成を模式的に示す説明図である。 図３に示す車両用操舵装置の操舵制御動作を示すフローチャートある。

符号の説明

1，５１ 舵取機構
２，３１ ステアリングホイール（操舵部材、ハンドル）
３ 操舵制御部
６ 伝動手段
１０ 前輪
１１ 操舵軸（ラック軸）
１２ ナックルアーム
１３ タイロッド
１４ モータブラケット
１５ ピニオン軸
１６ タイロッド変位センサ
２０ コラム軸
２４，４０ モータ駆動回路
２５，４１ 電流検出器
３０ トルクセンサ
３２ 第１操舵軸
３７ 制御部
４２ 第２操舵軸
４３ 連結軸
Ｈ１ ハウジング
Ｈ２ ピニオンハウジング
Ｍ１，Ｍ２ 操舵モータ

Claims (3)

1. 舵取機構に操舵力を与える２つの電動モータと、操舵トルク又は操舵量に基づき、前記２つの電動モータを同一の電流で駆動制御する制御手段とを備える車両用操舵装置において、
   前記制御手段により制御され、前記２つの電動モータを駆動する１つの駆動回路と、前記電動モータが駆動不能であることを検出する検出手段とを備え、該検出手段が前記電動モータの何れか一方の駆動不能を検出したときは、前記制御手段は、前記電流を所定量増大させるように構成してあることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記検出手段の１つは、前記制御手段の駆動制御における応答遅れに基づき、電動モータが駆動不能であることを検出するように構成してある請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記検出手段が、電動モータの駆動不能を検出したときは、電動モータの駆動不能を表示する手段を更に備える請求項１又は２記載の車両用操舵装置。
   

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