JP5576396B2 - 自動車のステアリングホイールの位置センサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、パワーステアリングモータが装着された自動車の位置センサ制御装置に関する。

現代の車両には、パワーステアリングモータが装着される傾向にある。このような車両は、ドライバにより回転可能なステアリングホイールを上端部に支持するステアリングコラムと、ステアリングコラムの下端部で動作するラックと、ラックに機械的に連結されているパワーステアリングモータとから構成されたステアリングシステムを備えている。ＥＣＵ（電子制御ユニット）型の電子管理システムは、車両の操舵が、通常の速度では非常に軽くなり、実質的に０の速度では非常に重くなることを避けるため、ステアリングモータを制御するようになっている。

パワーステアリングモータを正しく動作させるためには、ステアリングホイールの自動復帰機能を実行するため、ステアリングホイールの角度位置を示す情報項目が必要である。この情報は、普通、ステアリングホイールに装着されたステアリングホイールセンサから供給される。しかしながら、この機能のためにステアリングホイールセンサを設けることは、少なからず余分な費用を生じさせる。

車両のステアリングホイールの角度位置は、パワーステアリングモータに装着された位置センサから得ることもできる。

しかし、このタイプのセンサを使用した場合、ある種の問題が生じる。特に、ステアリングホイールの位置は、常時（すなわち、停止しているときも、走行しているときも）分かっていなければならない。従って、車両のイグニッションスイッチがオフであるときも、パワーステアリングモータの位置センサに通電しておく必要がある。このように通電し続けることにより、バッテリが放電するリスクが発生する。

このような状況に鑑み、本発明の目的は、電力消費量を最小とするとともに、車両のバッテリの放電のリスクを回避し、車両のイグニッションスイッチがオフであるときに、車両のステアリングホイールの角度位置を、正確かつ厳密に計測できる装置を提供することにより、上述した従来の課題を改善することにある。

この目的を達成するため、本発明は、自動車のステアリングホイールの位置センサ制御装置を提供するものであり、この制御装置は、車両が停止しているとき、位置センサの取得期間に制御信号を生成し、ステアリングホイールの位置の変化が検出されたときに、前記制御信号の周波数が増加する制御信号生成手段を備えていることを特徴としている。

上記で説明した主たる特徴に加えて、本発明に係る制御装置は、個別に、または、技術的結合として、以下に記載する特徴を１つ以上備えている。
− 前記制御信号生成手段は、ロータの半回転の検出に適する待機周波数の信号を生成する。
− 前記待機周波数は、５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚである。
− 前記制御信号生成手段は、前記位置センサが前記ステアリングホイールの回転動作を検出するとき、前記待機周波数よりも確実に高い動作周波数の信号を生成する。
− 前記制御信号生成手段は、前記ステアリングホイールの回転速度の加速度または減速度に比例して周波数が変化する信号を生成する。
− 前記制御信号生成手段は、
− 前記位置センサが前記ステアリングホイールの回転速度の減速を検出したとき、または、
− 前記位置センサが、ある期間、前記ステアリングホイールの回転を検出しないとき、
前記動作周波数を減少させて前記待機周波数とする。

また、本発明は、自動車のパワーステアリングシステムであって、
− 上端部にステアリングホイールを支持するステアリングコラムと、
− 前記ステアリングコラムの下端部で動作するラックと、
− 前記ラックに機械的に連結されるパワーステアリングモータと、
− 前記ステアリングホイールにドライバが付与するトルクを測定可能な前記ステアリングコラムに装着されるトルクセンサとを備えるものに関する。
さらに前記パワーステアリングシステムは、
− 前記ラック、または、
− 前記ステアリングコラムに配設され、
前記ロータに作用する減速比に基づく前記パワーステアリングモータのロータの半回転数または回転数を計数するため、前記位置センサを待機可能とした本発明の位置センサ制御装置を備えることを特徴とする。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下の限定されない実施形態の説明から明らかになると思う。

本発明に係る自動車のステアリングシステムおよび制御装置を示す単純化した概略図である。 図２Ａ〜図２Ｄは、本発明に係る制御装置により生成される位置センサの種々の制御信号の概略図である。

明確にするため、図における同一の要素には、同一の符号を付してある。またスケールを無視し、かつ、本発明を概略的に理解するために必要な要素のみを示す。

図１は、本発明の理解を容易にするため、自動車のステアリングシステム１を概略的に示す。このステアリングシステム１は、
− 自動車のドライバにより回転可能なステアリングホイール３を上端部に支持するステアリングコラム５と、
− 前記ステアリングコラム５の下端部で動作するラック６と、
− 前記ラック６に機械的に連結されるパワーステアリングモータ７と、
− 前記ステアリングホイール３にドライバが付与するトルクを測定可能な前記ステアリングコラム５に装着されるトルクセンサ４と、
− 位置センサ１３と、
− 前記位置センサ１３を待機可能な制御装置２とを備えている。

位置センサ１３は、ロータ８及びラック６に作用する減速比に基づくパワーステアリングモータ７のロータ８の半回転数または回転数を計数しうるセンサである。このタイプのセンサは、センサから得られる情報を利用することを除き、先行技術のパワーステアリングモータに使用されている。

制御装置２は、他の情報の中、トルクセンサ４および位置センサ１３からの情報項目を取得する。前記情報項目は、それぞれ、ドライバによりステアリングホイール３に付与されるトルクと、ロータ８の位置とに対応している。

また、制御装置２は、制御信号生成手段９と、前記制御信号生成手段９を制御するレギュレータ１５とを備えている。

さらに、制御装置２は、位置センサ１３を駆動可能な制御信号を生成する。位置センサ１３は、データ記憶部１０と、データ処理モジュール１８とを備えている。

データ処理モジュール１８は、
− ロータ８の角度変化を検出可能な位置検出器１６と、
− データ記憶部１０と通信する比較モジュール１１と、
− 計算モジュール１２とを備えている。

ドライバが車両を始動すると、位置センサ１３には、バッテリのような電源１４から、電力が連続的に供給される。

一方、車両のイグニッションスイッチがオフにされると、レギュレータ１５は、放電による車両の電源１４の動作に影響を与えないように、位置センサ１３の取得期間の周期を調整する。特に、イグニッションスイッチがオフのときの位置センサ１３の余分な電力消費量は、電源１４の放電に影響する。電源１４の寿命を保持するため、待機状態における位置センサ１３の電力消費量は、２００μＡ以下であることが好ましい。

車両のイグニッションスイッチがオフにされると、レギュレータ１５は、データ記憶部１０および制御信号生成手段９に電力を供給する。

次いで、制御信号生成手段９は、データ処理モジュール１８に対して、待機周波数である所定の周波数で制御信号を送信する。従って、制御装置２の通常の電力消費量は、減少する。

データ記憶部１０は、事前に検出されたステアリングホイール３の位置を保持することができる。言い換えると、ステアリングホイール３の位置の変化が検出されると、情報を保持するデータ記憶部１０に、その情報が直ちに送信される。

同時に、位置検出器１６は、少なくともロータ８が半回転又は１回転するのに対応して、ステアリングホイール３の位置の変化を常時計測することができる。

ラック６およびロータ８間の減速比により、前記ロータ８の位置の変化がステアリングホイール３の角度位置の変化の正確さおよび厳密さに影響を及ぼすことに留意する必要がある。

図示していないが、ある実施形態においては、減速比を、ステアリングコラム５上に設定することができる。

従って、ドライバがステアリングホイール３を回転させると、位置検出器１６は、ロータ８の半回転数または回転数を検出する。

この情報は、同時に比較モジュール１１に送信される。また、比較モジュール１１は、データ記憶部１０から情報項目を受信する。

従って、比較モジュール１１は、保持された値を検出値と比較し、次いで、これらのデータを計算モジュール１２に送信する。

この計算モジュール１２は、角度差、および／または、ロータ８の半回転数または回転数を計算し、この情報をデータ記憶部１０に送信する。次いで、この情報は、1つ前のデータ項目となる。

一旦、位置センサ１３によって処理されると、これらの情報項目は、制御装置２に送信される。より具体的には、レギュレータ１５に送信される。

また、前記制御装置２は、ドライバによりステアリングホイール３に付与されるトルクを測定するため、トルクセンサ４からデータを受信する。

このように、トルクセンサ４および位置センサ１３によって得られた前記データにより、それぞれ、ドライバによりステアリングホイール３に付与されるトルク、および前記ステアリングホイール３の角度位置を確認することができる。

この場合、ドライバにより付与されたトルクが所定の閾値を超えているか、または、前記閾値よりも小さいとき、制御装置２は、車両のステアリングホイール３の回転を支援するため、ロータ８により支援トルクを生成するパワーステアリングモータ７に作用する。

さらに、位置センサ１３は、計算モジュール１２がロータ８の位置の変化を検出すると、レギュレータ１５と通信する。

従って、このレギュレータ１５は、データ処理モジュール１８に対する制御信号を順次生成する制御信号生成手段９を制御する。

図２は、ステアリングホイール３の位置の変化を検出するデータ処理モジュール１８の制御信号の２つの例を示す。これらの信号は、データ処理モジュール１８が動作している（すなわち、検出を実行している）１取得期間に対応する１パルスであるパルス信号を基準とする信号である。

曲線２ａは、車両のドライバによるステアリングホイール３の回転の加速度を概略的に示すものである。図２Ｃは、制御信号生成手段９により生成された第１取得期間の制御信号を示す。この第１取得期間の制御信号は、２つの周波数を有する。
− 待機周波数に対応する低周波数Ａ。
− 動作周波数に対応し、周波数Ａよりも確実に高い高周波数Ｂ。

このような適用例では、位置センサ１３によりロータ８の回転が検出されないと、データ処理モジュール１８は、低周波数Ａを受信する。この待機周波数Ａは、ロータ８が停止状態から回転加速状態に変化するとき、ロータ８の半回転または回転を見逃さないように、位置センサ１３を動作させておくのに適した周波数である。ある期間、動作を検出しないときに、位置センサ１３の電力消費量を最小にするため、待機周波数Ａは、できるだけ低くする。

ステアリングホイール３の回転が検出されると、制御信号生成手段９は、ステアリングホイール３の回転速度が極大となるとき、周波数Ａよりも確実に高い動作周波数Ｂで、半回転または回転を見逃すことのない制御信号をデータ処理モジュール１８に送信する。

この特有の特徴により、位置センサ１３による電力消費量が最適となる。特に、動作が検出されないとき、位置センサ１３の電力消費量は少なく、好ましくは、２００μＡ以下である。従って、電源１４は殆ど消費されない。

次いで、ロータ８の半回転を見逃さないように、データ処理モジュール１８を動作周波数Ｂでより頻繁に待機動作させるため、周波数が増加される。

特に、角度の精度低下は、現在のパワーステアリング装置によるステアリングホイール３の復帰機能に対して、極めて不利である。

本発明よる変更例は、図示していないが、
− 位置検出器１６によりロータ８の回転が検出されないとき、データ処理モジュール１８の低周波数の制御信号を生成し、
− ロータ８の半回転または１回転がデータ処理モジュール１８により検出されるとき、連続する制御信号を生成することである。

図２Ｂは、本発明のさらなる変更を示し、ステアリングホイール３の回転速度の加速度または減速度に、実質的に比例するように制御信号が変化する。正確さのために、この周波数は、１０００Ｈｚよりも小さくないことが好ましい。

図２に示す適用例に加えて、本発明に係る方法は、上述したものとは異なる電源周波数であってもよい。

図２Ｄに示すように、回転が検出されないとき、バッテリの電力消費量は少ない。ロータ８の位置の変化が位置センサ１３により検出されると、制御信号生成手段９は、データ処理モジュール１８に対して、待機周波数よりも確実に高い動作周波数の制御信号を生成し、これにより、バッテリの電力消費量が増加する。この電力消費量は、次いで、
− 位置センサ１３が減速度を検出するとき、
− 減速の最後、または、
−前記位置センサ１３がある期間回転を検出しないとき減少する。

本発明が適用される好適な分野は、車両の分野である。本発明に係る方法は、電源の最適な寿命を保持するために、少ない電力消費量が要求されるパワーステアリングシステムが装着されたいかなるタイプの車両にも適用することができる。すなわち、本発明は、バス、車、トラック、または、その他のいかなるタイプの車両にも適用することができる。

１ ステアリングシステム
２ 制御装置
３ ステアリングホイール
４ トルクセンサ
５ ステアリングコラム
６ ラック
７ パワーステアリングモータ
８ ロータ
９ 制御信号生成手段
１０ データ記憶部
１１ 比較モジュール
１２ 計算モジュール
１３ 位置センサ
１４ 電源
１５ レギュレータ
１６ 位置検出器
１８ データ処理モジュール

Claims (6)

1. 車両が停止しているとき、位置センサ（１３）の取得期間に制御信号を生成し、ステアリングホイール（３）の位置の変化が検出されたときに、前記制御信号の周波数が増加する制御信号生成手段（９）を備え、
   前記制御信号生成手段（９）は、前記ステアリングホイール（３）の回転速度の加速度または減速度に比例して周波数が変化する信号を生成することを特徴とする、自動車のステアリングホイール（３）の位置センサ制御装置（２）。
2. 前記制御信号生成手段（９）は、ロータ（８）の半回転の検出に適する待機周波数の信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の自動車のステアリングホイール（３）の位置センサ制御装置（２）。
3. 前記待機周波数は、５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚであることを特徴とする、請求項２に記載の自動車のステアリングホイール（３）の位置センサ制御装置（２）。
4. 前記制御信号生成手段（９）は、前記位置センサ（１３）が前記ステアリングホイール（３）の回転動作を検出するとき、前記待機周波数よりも確実に高い動作周波数の信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の自動車のステアリングホイール（３）の位置センサ制御装置（２）。
5. 前記制御信号生成手段（９）は、
   前記位置センサ（１３）が前記ステアリングホイール（３）の回転速度の減速を検出したとき、または、
   前記位置センサ（１３）が、ある期間、前記ステアリングホイール（３）の回転を検出しないとき、
   前記動作周波数を減少させて前記待機周波数とすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車のステアリングホイール（３）の位置センサ制御装置（２）。
6. 少なくとも、
   上端部にステアリングホイール（３）を支持するステアリングコラム（５）と、
   前記ステアリングコラム（５）の下端部で動作するラック（６）と、
   前記ラック（６）に機械的に連結されるパワーステアリングモータ（７）と、
   前記ステアリングホイール（３）にドライバが付与するトルクを測定可能な前記ステアリングコラム（５）に装着されるトルクセンサ（４）と、
   前記ラック（６）、または、
   前記ステアリングコラム（５）に配設され、
   前記ロータ（８）に作用する減速比に基づく前記パワーステアリングモータ（７）の前記ロータ（８）の半回転数または回転数を前記位置センサ（１３）が計数可能な状態に保つことができる請求項１〜５のいずれか１項記載の制御装置とを備えることを特徴とする自動車の支援ステアリングシステム（１）。

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