JP2006082672A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源電圧の変動等の影響を受けず、起動時に操舵部材の絶対操舵角とタイヤの舵角とを速やかに一致させることが出来る車両用操舵装置の提供。
【解決手段】 操舵部材２から分離された舵取機構１と、操舵部材２の直進時の中点位置、及び中点位置から左右へ各Ｎ回転した各中点位置と操舵角とから絶対操舵角を検出するロータリエンコーダ２２とを備え、絶対操舵角及び舵取機構１の舵角が一致するように、操舵モータＭ１を駆動する車両用操舵装置。操舵部材２の絶対操舵角に応じた電圧信号を出力する絶対操舵角センサ２４と、ロータリエンコーダ２２が中点位置を検出したときに、絶対操舵角センサ２４の電圧信号に基づき、中点位置を特定し、特定した中点位置、及びその中点位置に対応する舵取機構１の舵角に基づき、絶対操舵角の中点位置及び舵角の中点位置が一致するように補正し、補正した絶対操舵角及び舵角の関係を記憶する構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操舵部材と、操舵部材から機械的に分離された舵取機構と、操舵部材の直進時の中点位置、及び該中点位置から左右へ各Ｎ回転した（Ｎは自然数）各中点位置と相対的な操舵角とから絶対操舵角を検出するロータリエンコーダと、舵取機構の舵角を検出する舵角センサとを備え、ロータリエンコーダが検出した絶対操舵角、及び舵角センサが検出した舵角が一致するように、操舵モータを駆動して操舵する車両用操舵装置に関するものである。

車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
このような操舵を行わせる為の操舵装置として、近年、車室内部の操舵部材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、操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて作動させ、舵取機構に操舵力を加えて、操舵部材の操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離型の車両用操舵装置が提案されている。
特開２００４−１７０１８５号公報

上述した分離型の車両用操舵装置では、操舵部材の絶対操舵角（操作方向及び操作量）を検出することが重要であるが、操舵部材の絶対操舵角に応じた値のアナログ（電圧）信号を出力するポテンショメータを用いた場合、電源電圧の変動等により出力が変動してしまうという問題がある。その為、操舵部材の中点位置を示し１回転毎に１パルス出力されるＺ相パルス信号と、中点位置からの操舵角に応じた個数のパルス信号とを出力するディジタル方式のロータリエンコーダが採用されている。
分離型の操舵装置の場合、電源がオフになると、操舵部材は、拘束するものが無く回転自在であるので、電源がオンになったときには、操舵部材の中点位置と、舵取機構の中点位置とを一致させる必要がある。

しかし、ロータリエンコーダで操舵部材（ハンドル）の操舵角を検出するようにすると、ロータリエンコーダが、Ｚ相パルス信号を検出して、操舵部材の中点位置を検出しても、図３（ａ）に示すように、タイヤも中点位置にあるべき場合、（ｂ）に示すように、ハンドルを右へ１回転して、タイヤが右端位置付近にあるべき場合、（ｃ）に示すように、ハンドルを左へ１回転して、タイヤが左端位置付近にあるべき場合の何れであるかは判別出来ていないという問題がある。

また、操舵部材の絶対操舵角の中点位置を検出して、タイヤの中点位置と一致させることも提案されているが、操舵部材の絶対操舵角の中点位置を検出するのに時間がかかるという問題がある。
特許文献１には、ポテンショメータと、Ｚ相パルス信号及び中点位置からの操舵角に応じた個数のパルス信号を出力するロータリエンコーダとを備え、両者を併用して絶対操舵角を求めると共に、ポテンショメータの経時変化に基づく絶対操舵角の検出誤差を補正する分離型の操舵装置が開示されている。

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、電源電圧の変動等の影響を受けず、また、起動時に操舵部材の絶対操舵角とタイヤの舵角とを速やかに一致させることが出来る分離型の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、操舵部材と、該操舵部材から機械的に分離された舵取機構と、前記操舵部材の直進時の中点位置、及び該中点位置から左右へ各Ｎ回転した（Ｎは自然数）各中点位置と相対的な操舵角とから絶対操舵角を検出するロータリエンコーダと、前記舵取機構の舵角を検出する舵角センサとを備え、前記ロータリエンコーダが検出した絶対操舵角、及び前記舵角センサが検出した舵角が一致するように、操舵モータを駆動して操舵する車両用操舵装置において、前記操舵部材の絶対操舵角に応じた電圧信号を出力する絶対操舵角センサと、前記ロータリエンコーダが中点位置を検出したときに、前記絶対操舵角センサが出力した電圧信号に基づき、何れの中点位置であるかを判別する手段と、該手段が判別した中点位置、及び該中点位置に対応する前記舵取機構の舵角に基づき、前記絶対操舵角の中点位置及び前記舵角の中点位置が一致するように補正する補正手段と、該補正手段が補正した前記絶対操舵角及び舵角の関係を記憶する手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る車両用操舵装置は、前記絶対操舵角センサは、ポテンショメータであり、前記補正手段が補正した後は、停止するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る車両用操舵装置によれば、電源電圧の変動等の影響を受けず、また、起動時に操舵部材の絶対操舵角とタイヤの舵角とを速やかに一致させることが出来る分離型の車両用操舵装置を実現することが出来る。
第２発明に係る車両用操舵装置によれば、消費電力が小さく、電源電圧の変動等の影響を受けず、また、起動時に操舵部材の絶対操舵角とタイヤの舵角とを速やかに一致させることが出来る分離型の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。
図１は、本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の構成を示す説明図である。この操舵装置は、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操舵部材であるステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の操作に応じて舵取機構１を作動させるように、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、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。

この操舵装置は、以上の操舵を行わせるために操舵モータＭ１を備えている。操舵モータＭ１は、操舵軸１１を支承する筒形をなすハウジングＨ１の中途部外側に取り付けられ、前輪１０，１０の操舵は、操舵モータＭ１の回転を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。

操舵モータＭ１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（舵角センサ）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。

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Ｈ２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Ｈ２は、図示しない車体の一部に固定支持されており、反力モータＭ２が付設されている。反力モータＭ２は、コラムハウジングＨ２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Ｍ２の回転力が、操舵の為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Ｈ２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であるロータリエンコーダ２２及びポテンショメータ２４により検出されており、これらの検出結果は、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。

ロータリエンコーダ２２は、操舵角の変化に応じたパルス数のＡ相パルス信号と、Ａ相パルス信号に対して位相（例えば１／４周期）がずれたＢ相パルス信号
とを出力し、１回転（３６０度）毎に中点位置を示すＺ相パルス信号を出力する。操舵制御部３は、Ａ相パルス信号及びＢ相パルス信号の位相の進み遅れ関係により、ステアリングホイール２の操舵方向を判別する。
ポテンショメータ２４は、図４の特性図に示すように、ステアリングホイール２（ハンドル）の絶対操舵角に応じた例えば０〜５Ｖの電圧信号を出力する。

以下に、このような構成の車両操舵装置の動作を、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の制御は、例えば、ロータリエンコーダ２２により検出された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。

操舵制御部３は、図示しないイグニッションキーが操作され、電源がオンになると、中点補正動作を行う。先ず、ロータリエンコーダ２２が出力したＺ相パルス信号を検出したか否かを判定し（Ｓ２）、検出していなければリターンする。
操舵制御部３は、ロータリエンコーダ２２が出力したＺ相パルス信号を検出すると（Ｓ２）、ポテンショメータ（Ｐ／Ｍ）２４の電圧信号Ｖｐを読み込み（Ｓ４）、読み込んだ電圧信号Ｖｐが例えば２．４〜２．６Ｖの範囲に有るか否かを判定する（Ｓ６）。

操舵制御部３は、読み込んだ電圧信号Ｖｐが２．４〜２．６Ｖの範囲に有れば（Ｓ６）、図３（ａ）に示すように、ステアリングホイール２（ハンドル）及びタイヤは中点位置にあると判別し（Ｓ８）、必要であれば、タイヤを移動させて、操舵角とタイヤの舵角とを一致させる補正を行う（Ｓ９）。次いで、補正後のステアリングホイール２の操舵角とタイヤの舵角との関係を記憶した（Ｓ１０）後、ポテンショメータ（Ｐ／Ｍ）２４を停止させて（Ｓ１１）リターンする。

操舵制御部３は、読み込んだ電圧信号Ｖｐが２．４〜２．６Ｖの範囲に無ければ（Ｓ６）、電圧信号Ｖｐが例えば３．７〜３．８Ｖの範囲に有るか否かを判定する（Ｓ１２）。電圧信号Ｖｐが３．７〜３．８Ｖの範囲に有れば、図３（ｂ）に示すように、ステアリングホイール２は、右へ１回転した、タイヤが右端位置付近にあるべき中点位置であると判別し（Ｓ１４）、タイヤを移動させて、操舵角とタイヤの舵角とを一致させる補正を行う（Ｓ９）。
次に、操舵制御部３は、補正後のステアリングホイール２の操舵角とタイヤの舵角との関係を記憶した（Ｓ１０）後、ポテンショメータ（Ｐ／Ｍ）２４を停止させて（Ｓ１１）リターンする。

操舵制御部３は、読み込んだ電圧信号Ｖｐが３．７〜３．８Ｖの範囲に無ければ（Ｓ１２）、電圧信号Ｖｐが例えば１．２〜１．３Ｖの範囲に有るか否かを判定する（Ｓ１６）。電圧信号Ｖｐが１．２〜１．３Ｖの範囲に有れば、図３（ｃ）に示すように、ステアリングホイール２は、左へ１回転した、タイヤが左端位置付近にあるべき中点位置であると判別し（Ｓ１８）、タイヤを移動させて、操舵角とタイヤの舵角とを一致させる補正を行う（Ｓ９）。
次に、操舵制御部３は、補正後のステアリングホイール２の操舵角とタイヤの舵角との関係を記憶した（Ｓ１０）後、ポテンショメータ（Ｐ／Ｍ）２４を停止させて（Ｓ１１）リターンする。電圧信号Ｖｐが１．２〜１．３Ｖの範囲に無ければ（Ｓ１６）リターンする。

本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の構成を示す説明図である。 本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の動作を示す説明図である。 ポテンショメータの特性を示す特性図である。

符号の説明

１ 舵取機構
２ ステアリングホイール（操舵部材）
３ 操舵制御部
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
１６ タイロッド変位センサ（舵角センサ）
２０ コラム軸
２１ トルクセンサ
２２ ロータリエンコーダ
２４ ポテンショメータ（絶対舵角センサ）
Ｈ２ コラムハウジング
Ｍ１ 操舵モータ
Ｍ２ 反力モータ

Claims (2)

1. 操舵部材と、該操舵部材から機械的に分離された舵取機構と、前記操舵部材の直進時の中点位置、及び該中点位置から左右へ各Ｎ回転した（Ｎは自然数）各中点位置と相対的な操舵角とから絶対操舵角を検出するロータリエンコーダと、前記舵取機構の舵角を検出する舵角センサとを備え、前記ロータリエンコーダが検出した絶対操舵角、及び前記舵角センサが検出した舵角が一致するように、操舵モータを駆動して操舵する車両用操舵装置において、
   前記操舵部材の絶対操舵角に応じた電圧信号を出力する絶対操舵角センサと、前記ロータリエンコーダが中点位置を検出したときに、前記絶対操舵角センサが出力した電圧信号に基づき、何れの中点位置であるかを判別する手段と、該手段が判別した中点位置、及び該中点位置に対応する前記舵取機構の舵角に基づき、前記絶対操舵角の中点位置及び前記舵角の中点位置が一致するように補正する補正手段と、該補正手段が補正した前記絶対操舵角及び舵角の関係を記憶する手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記絶対操舵角センサは、ポテンショメータであり、前記補正手段が補正した後は、停止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。

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