WO2006043540A1

WO2006043540A1 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: WO2006043540A1
Application number: PCT/JP2005/019109
Authority: WO
Inventors: Motoo Nakai
Original assignee: Jtekt Corporation
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2006-04-27
Also published as: EP1834861A4; DE602005020356D1; CN100475626C; CN101052558A; EP1834861B1; JP4622448B2; JP2006117015A; EP1834861A1; US20070250235A1

Abstract

　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つの電動モータを同一のゲイン（Ｓ２２）で駆動制御する制御手段とを備える車両用操舵装置。電動モータが駆動不能であることを検出する検出手段（Ｓ２０）を備え、検出手段（Ｓ２０）が電動モータの何れか一方の駆動不能を検出したときは、制御手段は、ゲインを所定量増大させ（Ｓ３０）、何れか一方の電動モータが駆動不能になったときでも、操舵部材が重くならないように構成してある。

Description

明細書

車両用操舵装置

技術分野

[0001] 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つの車輪転舵要電動モータを同一のゲイン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。

背景技術

[0002] 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ァクチユエータを付設し、このァクチユエータを、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、る。

[0003] 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ヽ、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-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。

[0004] 本願出願人は、特許文献 1にお、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 Z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。

特許文献 1：特開平 10— 218000号公報

特許文献 2：特許第 3232030号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 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 t ヽぅ問題がある。

[0006] 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!ヽ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。

課題を解決するための手段

[0007] 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ゲイン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、前記電動モータが駆動不能であることを検出する検出手段を備え、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、前記ゲイン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。

[0008] 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。 [0009] 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発明の効果

[0010] 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ぐまた、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。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]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 2]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である。

[図 3]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 4]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である。符号の説明

[0012] 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 ピニ才ン軸

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

HI ハウジング

H2 ピニオンハウジング

Ml, M2 操舵モータ

発明を実施するための最良の形態

[0013] 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

[0014] 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を作動させるベく所定の制御動作を行う操舵制御部 3とを備えている。

[0015] 舵取機構 1は、公知のラックピ-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のナックルァーム 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。

[0016] 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 Ml, M2 を備えている。一方の操舵モータ Mlは、操舵軸 11を支承する筒形のハウジング HI 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 HIの一部に交叉する態様に連設されたピ-オンノヽウジング H2の外側に取り付けられて、る。前輪 10, 10の操舵は、操舵モータ Ml, 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。

[0017] 操舵モータ Mlは、ハウジング HIの中途部に斜めに交叉して連設された筒形のモ一タブラケット 14の開口端にフランジ固定されている。操舵モータ Ml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 HI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。

[0018] ハウジング HI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 Mlの出力軸に嵌着固定された小傘歯車に嚙合され、小傘歯車とにより傘歯車機構を構成している。

[0019] 以上の構成により操舵モータ Ml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

[0020] 他方の操舵モータ M2が取り付けられたピ-オンハウジング H2の内部には、ラックピ-オン式舵取機構の構成要素であるピ-オン軸 15が、回動自在に支承されている。図 1において、ピ-オンハウジング H2の上部への突出端が示されたピ-オン軸 15 は、公知の如ぐピ-オンハウジング H2とハウジング HIとの交叉部において、ハウジング HI内部のラック軸 11の該当部位に形成されたラック歯に嚙合させてある。

[0021] また、ピ-オンノヽウジング 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-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-オン式の電動パワーステアリング装置において、操舵用のモ一タカピ-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。

[0022] 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-オン軸 15が回動し、この回動が、ラック歯との嚙合部にお、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力 S操舟它される。

2つの操舵モータ Ml, 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 Ml, 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。

[0023] 以上のように、操舵モータ Ml, 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ィロッド変位センサ 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口ッド軸力センサ 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。

[0024] 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カ卩えられる。

[0025] 以上のような反力に杭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。

[0026] 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のフロ一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 Ml, 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 Ml, M2は、同一電流が流されるようになって！/ヽる。

[0027] 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、転舵ァクチユ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)。

[0028] 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 XIに、積分ゲインを通常の値 Y1にして（S 10)、転舵ァクチユエータの制御量を（1)式により演算する（S 12)。

制御量 =目標操作量 XX1 +目標操作量の積分値 XY1 (1)

[0029] 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 XI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)、転舵ァクチユエータの制御量を (2)式により演算する（S12)。

制御量 =目標操作量 XX2+目標操作量の積分値 XY2 (2)

[0030] 次に、操舵制御部 3は、演算した転舵ァクチユエータの制御量 (S 12)に基づき、モータ目標電流を演算し (S 14)、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 (S 18)、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力否かを判定する (S20) (検出手段)。

[0031] 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 XX3 +電流偏差の積分値 XY3 (3)

[0032] 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 XX4 +電流偏差の積分値 XY4 (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

[0033] 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 1 0, 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ヨ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 4 3を介して、舵取機構 51のピ-オン軸 15に連結されている。

[0034] 舵取機構 1は、公知のラックピ-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のナックルァーム 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。 [0035] 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 Ml, M2 を備えている。一方の操舵モータ Mlは、操舵軸 11を支承する筒形のハウジング HI 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 HIの一部に交叉する態様に連設されたピ-オンノヽウジング H2の外側に取り付けられて、る。前輪 10, 10の操舵は、操舵モータ Ml, 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。

[0036] 操舵モータ Mlは、ハウジング HIの中途部に斜めに交叉して連設された筒形のモ一タブラケット 14の開口端にフランジ固定されている。操舵モータ Ml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 HI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。

[0037] ハウジング HI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 Mlの出力軸に嵌着固定された小傘歯車に嚙合され、小傘歯車とにより傘歯車機構を構成している。

[0038] 以上の構成により操舵モータ Ml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

[0039] 他方の操舵モータ M2が取り付けられたピ-オンハウジング H2の内部には、ラックピ-オン式舵取機構の構成要素であるピ-オン軸 15が、回動自在に支承されている。ピ-オン軸 15は、公知の如ぐピ-オンハウジング H2とハウジング HIとの交叉部において、ハウジング HI内部のラック軸 11の該当部位に形成されたラック歯に嚙合させてある。

[0040] また、ピ-オンノヽウジング 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-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-オン式の電動パワーステアリング装置において、操舵用のモ一タカピ-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。

[0041] 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-オン軸 15が回動し、この回動が、ラック歯との嚙合部にお、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力 S操舟它される。

2つの操舵モータ Ml, 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 Ml, 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 Ml, M2は、同一電流が流されるようになつている。

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。

[0042] 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のフロ一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)。

[0043] 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力否かを判定する (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 XX5 +電流偏差の積分値 XY5 (5)

[0044] 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 XX6 +電流偏差の積分値 XY6 (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。

[0045] 尚、上述した実施の形態 1, 2では、操舵モータ Mlが操舵軸 11を駆動し、操舵モータ M2がピ-オン軸 15を回転駆動する構成である力これに限らず、操舵モータ M 2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 Ml, M2の取付け位置については、種々の組合せが可能である。

産業上の利用可能性

[0046] 車両用操舵装置を備えるものに適用可能である。

Claims

請求の範囲

[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ゲイン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、

前記電動モータが駆動不能であることを検出する検出手段を備え、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、前記ゲイン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。