JP2017019443A - 操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操舵角の検出精度の低下を抑制することのできる操舵装置を提供する。【解決手段】操舵装置は、ステアリングホイール10に連動するラック軸13と、ラック軸13を駆動する転舵モータ30とを備えている。操舵装置は、転舵モータ30の回転をベルト26を介してラック軸13に伝達するとともに、転舵モータ30の回転を減速する減速機23と、ベルト26に張力を付与するとともに、ベルト26に連動して回転する張力付与プーリ33とを備えている。操舵装置は、転舵モータ30の相対回転角度を検出する第1相対角度センサ32と、張力付与プーリ33の相対回転角度を検出する第2相対角度センサ34と、転舵モータ30の駆動を制御するECUとを備える。ECUは、第1相対角度センサ32を通じて検出される第1相対回転角度と第2相対角度センサ34と通じて検出される第2相対回転角度とに基づいて転舵モータ30の絶対回転角度を算出する。【選択図】図1
Description
本発明は、操舵装置に関する。
車両の操舵装置では、ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に分離されたステアバイワイヤが知られている。このような操舵装置には、ステアリングホイールから転舵輪への動力伝達を断続するクラッチが設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の操舵装置は、ステアリングホイール側に操舵反力を付与する反力モータと、転舵輪に転舵力を付与する駆動モータとを備えている。また、操舵装置には、ステアリングホイールの操舵角度(絶対角度)を検出する操舵角センサや、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ等が設けられている。操舵装置の制御装置は、操舵トルク等に応じて反力モータを駆動させてステアリングホイールに反力を付与させるとともに、操舵に合わせて駆動モータを駆動させて転舵動作を行わせている。
ところで、上記のような操舵装置に設けられる操舵角センサは、ステアリングシャフトにおいてステアリングホイールとトルクセンサとの間に設けられている。このため、操舵角センサをステアリングシャフトに装着させるための遊びや取付公差等によって、操舵角度の検出精度が低くなるおそれがある。なお、ステアバイワイヤに限らずステアリングホイールと転舵輪とが機械的に分離されていない操舵装置においても同様のことが懸念される。
本発明の目的は、操舵角の検出精度の低下を抑制することのできる操舵装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する操舵装置は、ステアリングホイールに連動するシャフトと、前記シャフトに付与される駆動力を発生するモータと、前記モータの回転をベルトを介して前記シャフトに伝達するとともに、前記モータの回転を減速する減速機と、前記ベルトに張力を付与するとともに、前記ベルトに連動して回転する回転体と、前記モータの相対回転角度を検出するモータ相対角度センサと、前記回転体の相対回転角度を検出する回転体相対角度センサと、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータ相対角度センサを通じて検出されるモータ相対回転角度と前記回転体相対角度センサと通じて検出される回転体相対回転角度とに基づいて前記モータの絶対回転角度を算出することをその要旨としている。
上記課題を解決する操舵装置は、ステアリングホイールに連動するシャフトと、前記シャフトに付与される駆動力を発生するモータと、前記モータの回転をベルトを介して前記シャフトに伝達するとともに、前記モータの回転を減速する減速機と、前記ベルトに張力を付与するとともに、前記ベルトに連動して回転する回転体と、前記モータの相対回転角度を検出するモータ相対角度センサと、前記回転体の相対回転角度を検出する回転体相対角度センサと、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータ相対角度センサを通じて検出されるモータ相対回転角度と前記回転体相対角度センサと通じて検出される回転体相対回転角度とに基づいて前記モータの絶対回転角度を算出することをその要旨としている。
上記構成によれば、モータの相対回転角度と回転体の相対回転角度とを用いてモータの絶対回転角度を算出することができ、ひいてはシャフトを介してモータと連動するステアリングホイールの絶対回転角度(操舵角)を算出することができる。このため、ステアリングホイールの下部に回転角センサが設けられることなく、操舵角度を算出することができ、操舵角度の検出精度の低下を抑制することができる。
上記操舵装置について、前記モータはモータハウジングを備え、前記回転体は、前記モータハウジングに回転可能に設けられることが好ましい。
上記構成によれば、ベルトに張力を付与する回転体が、モータハウジングに回転可能に設けられる。これにより、回転体を直接調整することなく、モータハウジングを調整することで回転体によるベルトの張力を調整することができる。このため、ベルトの張力の調整作業を簡易とすることができる。
上記構成によれば、ベルトに張力を付与する回転体が、モータハウジングに回転可能に設けられる。これにより、回転体を直接調整することなく、モータハウジングを調整することで回転体によるベルトの張力を調整することができる。このため、ベルトの張力の調整作業を簡易とすることができる。
上記操舵装置について、前記シャフトは、前記ステアリングホイールに連動して往復移動することにより転舵輪を転舵させるラック軸であって、前記モータは、前記ラック軸に付与される駆動力を発生する転舵モータであって、前記制御部は、前記モータ相対回転角度と前記回転体相対回転角度とに基づいて前記転舵モータの絶対回転角度を算出することが好ましい。
上記構成によれば、ラック軸を駆動する転舵モータの相対回転角度と回転体の相対回転角度とを用いて転舵モータの絶対回転角度を算出することができ、ひいてはラック軸を介して転舵モータと連動するステアリングホイールの絶対回転角度(操舵角度)を算出することができる。
上記操舵装置について、前記ステアリングホイール、前記シャフトとしてのステアリングシャフト、および前記ステアリングシャフトに付与される操舵反力を発生する前記モータとしての反力モータを有する操舵機構と、駆動力が付与されることにより往復移動して転舵輪を転舵させる転舵シャフトおよび前記転舵シャフトに付与される駆動力を発生する転舵モータを有する転舵機構と、前記操舵機構と前記転舵機構との間を機械的に断続するクラッチと、を備えることが好ましい。
上記構成によれば、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されるステアバイワイヤであっても、ステアリングホイールの下部に操舵角センサが設けられることなく、操舵角度を算出することができる。このため、操舵角度の検出精度の低下を抑制することができる。また操舵角度に基づく転舵制御の精度の維持向上も図られる。
上記操舵装置について、前記シャフトは、前記ステアリングホイールに固定されるステアリングシャフトであって、前記モータは、前記ステアリングシャフトに付与されるアシスト力を発生するアシストモータであって、前記制御部は、前記モータ相対回転角度と前記回転体相対回転角度とに基づいて前記アシストモータの絶対回転角度を算出することが好ましい。
上記構成によれば、ステアリングシャフトを駆動するアシストモータの相対回転角度と回転体の相対回転角度とを用いてアシストモータの絶対回転角度を算出することができ、ひいてはステアリングシャフトを介してアシストモータと連動するステアリングホイールの絶対回転角度(操舵角度)を算出することができる。
本発明によれば、操舵角の検出精度の低下を抑制することができる。
(第1の実施形態)
以下、操舵装置の第1の実施形態について説明する。操舵装置は、いわゆるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置(RP−EPS)である。
以下、操舵装置の第1の実施形態について説明する。操舵装置は、いわゆるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置(RP−EPS)である。
図1に示されるように、操舵装置は、運転者により操作されるステアリングホイール10、およびステアリングホイール10に固定されるステアリングシャフト11を備えている。ステアリングシャフト11におけるステアリングホイール10とは反対側の端部には、ピニオンシャフト12が設けられている。ピニオンシャフト12に設けられたピニオンギヤ12aは、ラック軸13に設けられたラックギヤ14に噛み合わされている。ピニオンシャフト12の回転運動は、ピニオンギヤ12aおよびラックギヤ14を介してラック軸13の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動がラック軸13の両端にそれぞれ連結されたタイロッド15,15を介して左右の転舵輪16,16にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪16,16の転舵角が変更される。ステアリングシャフト11には、トルクセンサ19が設けられている。トルクセンサ19はステアリングシャフト11に付与される操舵トルクを検出する。なお、ステアリングホイール10およびステアリングシャフト11は、操舵機構を構成する。また、ピニオンシャフト12、ラック軸13、およびラックギヤ14は、転舵機構を構成する。
操舵装置は、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構20を備えている。アシスト機構20は、アシスト力の発生源である転舵モータ30と、ラック軸13に取り付けられたボールねじ機構21と、転舵モータ30の回転軸30cの回転力をボールねじ機構21に伝達する減速機23とを備えている。アシスト機構20は、転舵モータ30の回転軸30cの回転力を減速機23およびボールねじ機構21を介してラック軸13の軸方向の往復直線運動に変換することにより、運転者のステアリング操作を補助する。ここで、ラック軸13がシャフトに相当する。
ピニオンシャフト12、ラック軸13、およびアシスト機構20は、ラックハウジング17に収容されている。ラックハウジング17には、減速機23の一部を収容する減速機ハウジング18が設けられている。減速機ハウジング18は、ラック軸13の延びる方向に対して、交わる方向(図中の下方)へ突出している。減速機ハウジング18の外壁(図中の右側の部分)には、転舵モータ30が固定されている。転舵モータ30は、モータハウジング31を有している。モータハウジング31は減速機ハウジング18にボルトなどによって固定される。モータハウジング31の内周壁には筒状のステータ30bが取り付けられている。モータハウジング31の内部において、ステータ30bの内側にはロータ30aが設けられている。ロータ30aの周面とステータ30bとの間には隙間が設けられている。ロータ30aには回転軸30cが貫通している。回転軸30cはラック軸13の延びる方向に対して平行となるように配置されている。転舵モータ30の回転軸30cは、モータハウジング31を貫通して減速機ハウジング18の内部に延びている。回転軸30cはモータハウジング31に軸支されている。モータハウジング31を減速機ハウジング18に固定するボルトを緩めた状態において、モータハウジング31は、転舵モータ30の回転軸30cを回転中心として回転可能になっている。減速機ハウジング18において、モータハウジング31が固定される部分に設けられる長孔に沿ってボルトが移動する。
ボールねじ機構21は、ラック軸13に設けられたボールねじ溝に多数の転動体であるボールを介して螺合するナット22を有している。
減速機23は、転舵モータ30の回転軸30cに一体的に取り付けられた駆動プーリ24と、ボールねじ機構21のナット22の外周に一体的に取り付けられた従動プーリ25と、駆動プーリ24と従動プーリ25とに巻き掛けられるベルト26とを備えている。ベルト26はたとえば歯付ベルトが採用される。
減速機23は、転舵モータ30の回転軸30cに一体的に取り付けられた駆動プーリ24と、ボールねじ機構21のナット22の外周に一体的に取り付けられた従動プーリ25と、駆動プーリ24と従動プーリ25とに巻き掛けられるベルト26とを備えている。ベルト26はたとえば歯付ベルトが採用される。
駆動プーリ24の外周には、歯が等間隔に設けられている。駆動プーリ24の歯数は、例えば43である。従動プーリ25の外周には、歯が等間隔に設けられている。従動プーリ25の歯数は、駆動プーリ24の歯数よりも多く設定されている。従動プーリ25の歯数は、例えば133である。モータハウジング31、正確には減速機ハウジング18に固定される側壁には、張力付与プーリ33が回転可能に設けられている。張力付与プーリ33は、ベルト26の歯に噛み合うとともに、ベルト26に張力を付与する。張力付与プーリ33の外周には、歯が等間隔に設けられている。張力付与プーリ33の歯数は、例えば38である。
張力付与プーリ33の回転軸33aは転舵モータ30の回転軸30cの延びる方向に対して平行となるように設けられている。回転軸30cはモータハウジング31の内外を貫通するように延びている。張力付与プーリ33の回転軸33aはモータハウジング31に軸支されている。なお、張力付与プーリ33が回転体に相当する。
転舵モータ30には、転舵モータ30の回転軸30cの回転角度である第1相対回転角度θ1を検出する第1相対角度センサ32が設けられている。また、張力付与プーリ33の回転軸33aには、張力付与プーリ33の回転軸33aの回転角度である第2相対回転角度θ2を検出する第2相対角度センサ34が設けられている。なお、第1相対角度センサ32がモータ相対角度センサに相当し、第1相対回転角度θ1がモータ相対回転角度に相当する。また第2相対角度センサ34が回転体相対角度センサに相当し、第2相対回転角度θ2が回転体相対回転角度に相当する。
第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34としては、それぞれMRセンサ32b,34bが採用されている。MRセンサ32b,34bは、回転軸30c,33aの基端に取り付けられた磁石32a,34aから発生する磁場を検出する。MRセンサ32b,34bは、回転軸30c,33aの回転に伴い変化する磁場に応じてsin信号およびcos信号の2つのアナログ信号を生成する。MRセンサ32b,34bは、それぞれ基板に設けられている。
図2に示されるように、減速機23を転舵モータ30の回転軸30cの延びる方向から見て、張力付与プーリ33は、駆動プーリ24と従動プーリ25との間であって、環状のベルト26の内側に位置している。張力付与プーリ33をベルト26の内側から外側に当接させることで張力を付与する。また、図2に矢印で示されるように、モータハウジング31を減速機ハウジング18に固定するボルトを緩めた状態において、モータハウジング31が転舵モータ30の回転軸30cを回転中心として回転されることにより、張力付与プーリ33のベルト26に対する接触力が変更される。当該接触力の変更を通じてベルト26の張力を調整することが可能である。
図3に示されるように、操舵装置は、転舵モータ30を制御するECU40を備えている。なお、ECU40が操舵装置の制御部として機能する。
ECU40は、第1相対角度センサ32を通じて検出される第1相対回転角度θ1および第2相対角度センサ34を通じて検出される第2相対回転角度θ2に基づきステアリングシャフト11の回転角度である操舵角度(絶対回転角度)を算出する。すなわち、転舵モータ30の回転軸30cの絶対回転角度に対して操舵角度が対応するので、第1相対回転角度θ1および第2相対回転角度θ2に基づき操舵角度を算出することができる。そして、ECU40は、転舵モータ30の絶対回転角度に基づいて転舵モータ30を制御する。なお、図3では、説明の便宜上、第1相対角度センサ32からの出力に第1相対回転角度を示す符号「θ1」を付し、第2相対角度センサ34からの出力に第2相対回転角度を示す符号「θ2」を付している。
ECU40は、第1相対角度センサ32を通じて検出される第1相対回転角度θ1および第2相対角度センサ34を通じて検出される第2相対回転角度θ2に基づきステアリングシャフト11の回転角度である操舵角度(絶対回転角度)を算出する。すなわち、転舵モータ30の回転軸30cの絶対回転角度に対して操舵角度が対応するので、第1相対回転角度θ1および第2相対回転角度θ2に基づき操舵角度を算出することができる。そして、ECU40は、転舵モータ30の絶対回転角度に基づいて転舵モータ30を制御する。なお、図3では、説明の便宜上、第1相対角度センサ32からの出力に第1相対回転角度を示す符号「θ1」を付し、第2相対角度センサ34からの出力に第2相対回転角度を示す符号「θ2」を付している。
つぎに、ECU40による絶対回転角度の算出方法を説明する。
ECU40は、第1相対角度センサ32から取得される2つのアナログ信号からアークタンジェントを求めることにより第1相対回転角度θ1を算出する。ECU40は、第2相対角度センサ34から取得される2つのアナログ信号からアークタンジェントを求めることにより第2相対回転角度θ2を算出する。
ECU40は、第1相対角度センサ32から取得される2つのアナログ信号からアークタンジェントを求めることにより第1相対回転角度θ1を算出する。ECU40は、第2相対角度センサ34から取得される2つのアナログ信号からアークタンジェントを求めることにより第2相対回転角度θ2を算出する。
図4に示したグラフの縦軸は第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2とを示し、横軸はステアリングシャフト11の多回転の絶対回転角度φを示している。破線は第1相対回転角度θ1の遷移を示し、実線は第2相対回転角度θ2の遷移を示している。なお、第1相対角度センサ32の出力信号は軸倍角1倍であって、第2相対角度センサ34の出力信号は軸倍角2倍である。そして、転舵モータ30と張力付与プーリ33との減速比の違いにより、実線の波形の位相および破線の波形の位相が回転とともにずれていく。第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2とは、それぞれMRセンサの検出範囲の回転角度(0°〜360°)である。すなわち、第1相対回転角度θ1および第2相対回転角度θ2のそれぞれからでは、ステアリングシャフト11の多回転の回転角度である絶対回転角度φを算出することができない。
そこで、ECU40は、これら第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2との角度差(|θ1−θ2|)を算出する。図4のグラフの太線が角度差を示している。図4に示すように、絶対回転角度φが大きくなるほど、角度差(|θ1−θ2|)が絶対回転角度φに比例して大きくなる。このため、ECU40は、角度差(|θ1−θ2|)に対する絶対回転角度φを予め把握していることで、角度差(|θ1−θ2|)から絶対回転角度φを算出することができる。ECU40は、メモリ41を有している。メモリ41には、角度差(|θ1−θ2|)に対する絶対回転角度φが予め記憶されている。
次に、上記のように構成した操舵装置の作用について説明する。
ECU40は、操舵トルクに基づき目標アシストトルクを演算する。ECU40は、ステアリングシャフト11に付与されるアシストトルクが目標アシストトルクとなるように、転舵モータ30を駆動制御する。また、ECU40は、車両の電源がオンされると、ステアリングホイール10の操舵角度(絶対回転角度φ)を算出する。ECU40は、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34から得られる第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2とを使用して絶対回転角度φを算出する。
ECU40は、操舵トルクに基づき目標アシストトルクを演算する。ECU40は、ステアリングシャフト11に付与されるアシストトルクが目標アシストトルクとなるように、転舵モータ30を駆動制御する。また、ECU40は、車両の電源がオンされると、ステアリングホイール10の操舵角度(絶対回転角度φ)を算出する。ECU40は、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34から得られる第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2とを使用して絶対回転角度φを算出する。
上記のような操舵装置によれば、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34から得られる第1相対回転角度θ1および第2相対回転角度θ2によって絶対回転角度φを算出することができるので、操舵角度の検出精度の低下を抑制することができるようになる。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)転舵モータ30の第1相対回転角度θ1と張力付与プーリ33の第2相対回転角度θ2とを用いて転舵モータ30の絶対回転角度を算出することができ、ひいてはラック軸13を介して転舵モータ30と連動するステアリングホイール10の絶対回転角度(操舵角)を算出することができる。このため、ステアリングホイール10の下部に回転角センサが設けられることなく、操舵角度を算出することができ、操舵角度の検出精度の低下を抑制することができる。
(1)転舵モータ30の第1相対回転角度θ1と張力付与プーリ33の第2相対回転角度θ2とを用いて転舵モータ30の絶対回転角度を算出することができ、ひいてはラック軸13を介して転舵モータ30と連動するステアリングホイール10の絶対回転角度(操舵角)を算出することができる。このため、ステアリングホイール10の下部に回転角センサが設けられることなく、操舵角度を算出することができ、操舵角度の検出精度の低下を抑制することができる。
(2)ベルト26に張力を付与する回転体が、モータハウジング31に回転可能に設けられる。これにより、張力付与プーリ33を直接調整することなく、減速機ハウジング18に対するモータハウジング31の位置を調整することで張力付与プーリ33によるベルト26の張力を調整することができる。このため、ベルト26の張力の調整作業を簡易とすることができる。
(第2の実施形態)
以下、図5および図6を参照して、操舵装置の第2の実施形態について説明する。この実施形態の操舵装置は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されるステアバイワイヤである点が上記第1の実施形態と異なっている。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
以下、図5および図6を参照して、操舵装置の第2の実施形態について説明する。この実施形態の操舵装置は、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されるステアバイワイヤである点が上記第1の実施形態と異なっている。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図5に示されるように、操舵装置は、操舵機構と転舵機構との間を機械的に断続するクラッチ45を備えている。クラッチ45は、ステアリングシャフト11に設けられている。クラッチ45は、ECU40からの通電が行われることで切断され、ECU40からの通電が停止されることで接続される。クラッチ45が切断されると、ステアリングホイール10と転舵輪16とが機械的に分離される。クラッチ45が接続されると、ステアリングホイール10と転舵輪16とが機械的に連結される。
ステアリングシャフト11のクラッチ45よりもラック軸13側には、ステアリングシャフト11の絶対回転角度を検出する絶対角度センサ46が設けられている。
操舵装置は、ステアリングシャフト11に操舵反力を付与する反力モータ50を備えている。反力モータ50は、モータハウジング51を有している。モータハウジング51の内周壁には筒状のステータ50bが取り付けられている。モータハウジング51の内部において、ステータ50bの内側にはロータ50aが設けられている。ロータ50aの周面とステータ50bのとの間には隙間が設けられている。ロータ50aには回転軸50cが貫通している。回転軸50cはステアリングシャフト11の延びる方向に対して平行となるように配置されている。反力モータ50の回転軸50cはモータハウジング51に軸支されている。反力モータ50は、減速機を介してステアリングシャフト11に連結されている。
操舵装置は、ステアリングシャフト11に操舵反力を付与する反力モータ50を備えている。反力モータ50は、モータハウジング51を有している。モータハウジング51の内周壁には筒状のステータ50bが取り付けられている。モータハウジング51の内部において、ステータ50bの内側にはロータ50aが設けられている。ロータ50aの周面とステータ50bのとの間には隙間が設けられている。ロータ50aには回転軸50cが貫通している。回転軸50cはステアリングシャフト11の延びる方向に対して平行となるように配置されている。反力モータ50の回転軸50cはモータハウジング51に軸支されている。反力モータ50は、減速機を介してステアリングシャフト11に連結されている。
反力モータ50の回転軸50cには、駆動プーリ52が固定されている。駆動プーリ52の外周には、歯が等間隔に設けられている。駆動プーリ52の歯数は、例えば43である。ステアリングシャフト11の中間部には、従動プーリ53が固定されている。従動プーリ53の外周には、歯が等間隔に設けられている。従動プーリ53の歯数は、例えば133である。
駆動プーリ52と従動プーリ53との間には、ベルト54が巻き掛けられている。駆動プーリ52と従動プーリ53とベルト54とが減速機として機能する。反力モータ50の駆動力は減速機を介してステアリングシャフト11に付与される。ここで、ステアリングシャフト11がシャフトに相当する。
モータハウジング51には、ベルト54の歯に噛み合うとともに、ベルト54に張力を付与する張力付与プーリ56が回転可能に設けられている。張力付与プーリ56の外周には、歯が等間隔に設けられている。張力付与プーリ56の歯数は、例えば38である。
張力付与プーリ56の回転軸56aは反力モータ50の回転軸50cの延びる方向に対して平行となるように設けられている。回転軸50cはモータハウジング51の内外を貫通するように延びている。張力付与プーリ56の回転軸56aはモータハウジング51に軸支されている。なお、張力付与プーリ33が回転体に相当する。図5においてモータハウジング51等は簡略して記載している。
反力モータ50には、反力モータ50の回転軸50cの相対回転角度である第3相対回転角度θ3を検出する第3相対角度センサ55が設けられている。また、張力付与プーリ56には、第張力付与プーリ56の回転軸56aの回転角度である第4相対回転角度θ4を検出する第4相対角度センサ57が設けられている。なお、第3相対角度センサ55がモータ相対角度センサに相当し、第3相対回転角度θ3がモータ相対回転角度に相当する。また第4相対角度センサ57が回転体相対角度センサに相当し、第4相対回転角度θ4が回転体相対回転角度に相当する。
第3相対角度センサ55および第4相対角度センサ57としては、それぞれMRセンサ55b,57bが採用されている。MRセンサ55b,57bは、回転軸50c,56aの基端に取り付けられた磁石55a,57aから発生する磁場を検出する。MRセンサ55b,57bは、回転軸50c,56aの回転に伴い変化する磁場に応じてsin信号およびcos信号の2つのアナログ信号を生成する。
操舵装置は、運転者の操舵に応じて、転舵輪16を転舵させるラック駆動機構60を備えている。ラック駆動機構60は、転舵力の発生源である転舵モータ61、転舵モータ61の回転を減速する減速機(例えばウォーム減速機)63と、ラック軸13に噛み合わされる第2ピニオンシャフト65とを備えている。第2ピニオンシャフト65は、ラック軸13に設けられた第2ラックギヤ66に噛み合わせられる第2ピニオンギヤ65aを有している。第2ピニオンシャフト65の回転運動は、第2ピニオンギヤ65aおよび第2ラックギヤ66を介してラック軸13の軸方向の往復直線運動に変換される。なお、ラック駆動機構60は、ピニオンシャフト12、ラック軸13、およびラックギヤ14とともに転舵機構を構成する。
転舵モータ61には、転舵モータ61の回転軸の回転角度を検出する第5相対角度センサ62が設けられている。第5相対角度センサ62としてはMRセンサが採用されている。
減速機63は、転舵モータ61の回転軸に設けられるウォーム61a、およびウォーム61aが噛み合うウォームホイール63aを有している。ウォームホイール63aには、第2ピニオンシャフト65が固定されている。
図6に示されるように、操舵装置は、反力モータ50と転舵モータ61とを制御するECU40を備えている。なお、ECU40が操舵装置の制御部として機能する。
ECU40は、第3相対角度センサ55を通じて検出される第3相対回転角度θ3および第4相対角度センサ57を通じて検出される第4相対回転角度θ4に基づきステアリングシャフト11の回転角度である操舵角度(絶対回転角度)を算出する。ECU40は、絶対回転角度に基づいて反力モータ50を制御する。なお、図6では、説明の便宜上、第3相対角度センサ55からの出力に第3相対回転角度を示す符号「θ3」を付し、第4相対角度センサ57からの出力に第4相対回転角度を示す符号「θ4」を付している。
ECU40は、第3相対角度センサ55を通じて検出される第3相対回転角度θ3および第4相対角度センサ57を通じて検出される第4相対回転角度θ4に基づきステアリングシャフト11の回転角度である操舵角度(絶対回転角度)を算出する。ECU40は、絶対回転角度に基づいて反力モータ50を制御する。なお、図6では、説明の便宜上、第3相対角度センサ55からの出力に第3相対回転角度を示す符号「θ3」を付し、第4相対角度センサ57からの出力に第4相対回転角度を示す符号「θ4」を付している。
図6に示されるように、ECU40は、絶対角度センサ46から得られるステアリングシャフト11の転舵側の絶対回転角度によってフィードバック制御を行いながら、ステアリングホイール10の操舵に合わせて転舵輪16が転舵するように転舵モータ61を駆動制御する。ECU40は、第3相対角度センサ55および第4相対角度センサ57を通じて検出される第3相対回転角度θ3と第4相対回転角度θ4とに基づき操舵角を演算し、当該操舵角に基づき転舵輪16の目標転舵角を演算する。そしてECU40は、転舵モータ61の回転角に基づき検出される実際の転舵角を目標転舵角に一致させるように、転舵モータ61を制御する。なお、ステアリングホイール10が操作された分だけ転舵輪16を転舵させるようにしてもよい。このときECU40は、実際の転舵角を操舵角に一致させるように転舵モータ61を制御する。
ECU40は、反力モータ50の駆動制御を通じて操舵トルクに応じた操舵反力を発生させる反力制御を実行する。すなわち、ECU40はトルクセンサ19を通じて検出される操舵トルクに基づき目標操舵反力(目標反力トルク)を演算する。そしてECU40は、ステアリングシャフト11に付与される実際の操舵反力(反力トルク)を目標操舵反力に一致させるように、反力モータ50を駆動制御する。
次に、上記のように構成した操舵装置の作用について説明する。
クラッチ45が切断されて、操舵装置がステアバイワイヤとして機能するときには、ECU40は、運転者による操舵に対して反力モータ50によって操舵反力を付与するとともに、運転者の操舵に応じてラック駆動機構60の転舵モータ61を駆動させて転舵輪16を転舵させる。
クラッチ45が切断されて、操舵装置がステアバイワイヤとして機能するときには、ECU40は、運転者による操舵に対して反力モータ50によって操舵反力を付与するとともに、運転者の操舵に応じてラック駆動機構60の転舵モータ61を駆動させて転舵輪16を転舵させる。
すなわち、ECU40は、車両の電源がオンされると、第3相対角度センサ55および第4相対角度センサ57から得られる第3相対回転角度θ3と第4相対回転角度θ4とからステアリングホイール10の操舵角度(絶対回転角度φ)を算出する。そしてECU40は、ステアリングシャフト11の絶対回転角度φに対応する転舵が行われるように転舵モータ61を駆動制御する。また、ECU40は、ステアリングシャフト11に付与される実際の反力トルクが目標反力トルクに一致するように反力モータ50を駆動制御する。
このように操舵装置がステアバイワイヤとして機能するときには、クラッチ45によって操舵機構と転舵機構との間の動力伝達経路が機械的に切断されているので、転舵輪16からの振動等はステアリングホイール10に伝達されることが抑制される。ステアリングホイール10の操作に応じて転舵輪16が転舵されるため、運転者は快適な操舵を行うことができる。
なお、転舵モータ61に異常が発生したときには、ECU40は、クラッチ45を接続させることで、操舵機構と転舵機構とを機械的に接続し、ステアリングシャフト11の回転を転舵輪16に直接伝達することを可能とする。そして、ECU40は、操舵トルクに応じて反力モータ50を駆動制御することで、ステアリングシャフト11にアシスト力を付与する。よって、ステアリングシャフト11にアシスト力が付与されることで運転者の操舵が補助される。
以上説明したように、本実施形態によれば、第1の実施形態の(2)の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
(3)ステアリングシャフト11を駆動する反力モータ50の第3相対回転角度θ3と張力付与プーリ56の第4相対回転角度θ4とを用いて反力モータ50の絶対回転角度を算出することができ、ひいてはステアリングシャフト11を介して反力モータ50と連動するステアリングホイール10の絶対回転角度(操舵角度)を算出することができる。
(3)ステアリングシャフト11を駆動する反力モータ50の第3相対回転角度θ3と張力付与プーリ56の第4相対回転角度θ4とを用いて反力モータ50の絶対回転角度を算出することができ、ひいてはステアリングシャフト11を介して反力モータ50と連動するステアリングホイール10の絶対回転角度(操舵角度)を算出することができる。
(4)操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されるステアバイワイヤであっても、ステアリングホイール10の下部に操舵角センサが設けられることなく、操舵角度を算出することができる。このため、操舵角度の検出精度の低下を抑制することができる。また操舵角度に基づく転舵制御の精度の維持向上も図られる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第1相対角度センサ32の出力信号が軸倍角1倍であって、第2相対角度センサ34の出力信号が軸倍角2倍であるものを用いた。しかしながら、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34の出力信号は任意の軸倍角の組み合わせにしてもよい。例えば、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34の出力信号が同じ軸倍角であるものを用いてもよい。
・上記実施形態では、第1相対角度センサ32の出力信号が軸倍角1倍であって、第2相対角度センサ34の出力信号が軸倍角2倍であるものを用いた。しかしながら、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34の出力信号は任意の軸倍角の組み合わせにしてもよい。例えば、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34の出力信号が同じ軸倍角であるものを用いてもよい。
・上記第1の実施形態では、第1相対角度センサ32および第2相対角度センサ34としてMRセンサを用いたが、ホールセンサを用いてもよく、レゾルバを用いてもよい。
・上記第2の実施形態では、第3相対角度センサ55および第4相対角度センサ57としてMRセンサを用いたが、ホールセンサを用いてもよく、レゾルバを用いてもよい。
・上記第2の実施形態では、第3相対角度センサ55および第4相対角度センサ57としてMRセンサを用いたが、ホールセンサを用いてもよく、レゾルバを用いてもよい。
・上記各実施形態では、張力付与プーリ33,56を環状のベルト26,54の内側に位置させ内側に当接させたが、張力付与プーリ33,56を環状のベルト26,54の外側に位置させて外側へ当接させてもよい。
・上記各実施形態において、駆動プーリ24,52の歯数、従動プーリ25,53の歯数、張力付与プーリ33,56の歯数は、減速比の大小関係が維持されれば、任意に設定可能である。
・上記第2の実施形態では、1個のECU40が反力モータ50および転舵モータ61を制御したが、反力モータ50と転舵モータ61とにECUをそれぞれ一体に設けてもよい。
・上記各実施形態では、張力付与プーリ33,56をモータハウジング31,51に設けたが、他の部材に張力付与プーリ33,56を設けてもよい。例えば第1の実施形態では、張力付与プーリ33をラックハウジング17に設けてもよい。
・上記第2の実施形態では、ステアバイワイヤの操舵装置としたが、ステアバイワイヤの構成(クラッチ45、絶対角度センサ46、ラック駆動機構60)を省略してもよい。すなわち、操舵装置としていわゆるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置(C−EPS)に適用することもできる。このとき反力モータ50は操舵をアシストするアシストモータとして機能する。このようにしても、操舵角度の検出精度の低下を抑制することができる。また操舵角度に基づく転舵制御の精度の維持向上も図られる。
10…ステアリングホイール、11…ステアリングシャフト、12…ピニオンシャフト、12a…ピニオンギヤ、13…ラック軸、14…ラックギヤ、15…タイロッド、16…転舵輪、17…ラックハウジング、18…減速機ハウジング、19…トルクセンサ、20…アシスト機構、21…ボールねじ機構、22…ナット、23…減速機、24…駆動プーリ、25…従動プーリ、26…ベルト、30…転舵モータ、30a…ロータ、30b…ステータ、30c…回転軸、31…モータハウジング、32…第1相対角度センサ、32a…磁石、32b…MRセンサ、33…張力付与プーリ、33a…回転軸、34…第2相対角度センサ、34a…磁石、34b…MRセンサ、40…ECU、41…メモリ、45…クラッチ、46…絶対角度センサ、50…反力モータ、50a…ロータ、50b…ステータ、50c…回転軸、51…モータハウジング、52…駆動プーリ、53…従動プーリ、54…ベルト、55…第3相対角度センサ、55a…磁石、55b…MRセンサ、56…張力付与プーリ、56a…回転軸、57…第4相対角度センサ、57a…磁石、57b…MRセンサ、60…ラック駆動機構、61…転舵モータ、61a…ウォーム、62…第5相対角度センサ、63…減速機、63a…ウォームホイール、65…第2ピニオンシャフト、65a…ピニオンギヤ、66…第2ラックギヤ、θ1…第1相対回転角度、θ2…第2相対回転角度、θ3…第3相対回転角度、θ4…第4相対回転角度、φ…絶対回転角度。
Claims (5)
- ステアリングホイールに連動するシャフトと、
前記シャフトに付与される駆動力を発生するモータと、
前記モータの回転をベルトを介して前記シャフトに伝達するとともに、前記モータの回転を減速する減速機と、
前記ベルトに張力を付与するとともに、前記ベルトに連動して回転する回転体と、
前記モータの相対回転角度を検出するモータ相対角度センサと、
前記回転体の相対回転角度を検出する回転体相対角度センサと、
前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記モータ相対角度センサを通じて検出されるモータ相対回転角度と前記回転体相対角度センサと通じて検出される回転体相対回転角度とに基づいて前記モータの絶対回転角度を算出する
操舵装置。 - 前記モータはモータハウジングを備え、
前記回転体は、前記モータハウジングに回転可能に設けられる
請求項1に記載の操舵装置。 - 前記シャフトは、前記ステアリングホイールに連動して往復移動することにより転舵輪を転舵させるラック軸であって、
前記モータは、前記ラック軸に付与される駆動力を発生する転舵モータであって、
前記制御部は、前記モータ相対回転角度と前記回転体相対回転角度とに基づいて前記転舵モータの絶対回転角度を算出する
請求項1または請求項2に記載の操舵装置。 - 前記ステアリングホイール、前記シャフトとしてのステアリングシャフト、および前記ステアリングシャフトに付与される操舵反力を発生する前記モータとしての反力モータを有する操舵機構と、
駆動力が付与されることにより往復移動して転舵輪を転舵させる転舵シャフトおよび前記転舵シャフトに付与される駆動力を発生する転舵モータを有する転舵機構と、
前記操舵機構と前記転舵機構との間を機械的に断続するクラッチと、を備える
請求項1または請求項2に記載の操舵装置。 - 前記シャフトは、前記ステアリングホイールに固定されるステアリングシャフトであって、
前記モータは、前記ステアリングシャフトに付与されるアシスト力を発生するアシストモータであって、
前記制御部は、前記モータ相対回転角度と前記回転体相対回転角度とに基づいて前記アシストモータの絶対回転角度を算出する
請求項1または請求項2に記載の操舵装置。
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- 2015-07-13 JP JP2015139944A patent/JP2017019443A/ja active Pending
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