JP4016705B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はステアリングホイール等の操作部材の回転操作に応じて車両を操舵するための車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
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作部材の回転操作(一般的にはステアリングホイールの回転操作)を車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【0003】
このような操舵を行わせるための操舵装置として、車室内部の操作部材と、車室外部の舵取機構とを操舵軸によって連結し、操舵軸又は舵取機構等に電動モータを付設し、操作部材に付与された操舵トルクに応じた回転力を電動モータによって発生させ、電動モータが発生した回転力を舵取機構に伝えて操舵補助する構成とした連結式の操舵装置である電動パワーステアリング装置がある。
【0004】
また、車室内部の操作部材を車室外部の舵取機構から機械的に分離して配設すると共に、舵取機構の一部に操舵用の電動モータを付設し、この電動モータを操作部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、この動作によって発生した回転力で舵取機構を駆動して操舵を行わせる構成とした分離式、いわゆる、ステアバイワイヤ式の操舵装置がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
電動モータの出力軸を回転すると回生電力が発生することが知られている。
【0006】
車両の走行中において、右又は左に進路を変更するために操舵をするときは、電動パワーステアリング装置においては操舵補助力が必要であり、ステアバイワイヤ式の操舵装置においては舵取機構を駆動するための駆動力が必要である。しかし、進路変更終了後に操向車輪を舵取機構の略中立位置に戻すときは、操向車輪は路面から受ける作用力により舵取機構の略中立位置に戻るので、操舵補助力又は駆動力を必要としない。このとき舵取機構に操舵補助力又は駆動力を付与するモータは回生電力を発生しているが、従来の電動パワーステアリング装置及びステアバイワイヤ式の操舵装置はこの回生電力を有効利用していないという問題があった。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵において発生する回生電力を回収して利用できる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0008】
また、モータを駆動して操舵補助力又は駆動力の付与が必要な場合と、操舵補助力又は駆動力の付与が必要なく、モータが発生する回生電力を充電できる場合とを判断して、充電できる場合に回生電力を充電する車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0009】
さらに、操舵補助力又は駆動力の付与が必要な場合には操舵補助力又は駆動力の付与を行い、モータが発生する回生電力を充電できる場合には充電するという、操舵補助力又は駆動力の付与を適切に行いつつ、回生電力を回収して利用できる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係る車両用操舵装置は、操向車輪を連結した舵取機構と、前記操向車輪の操向を操作する操作部材と、二次電池から供給される電力で駆動されるモータと、該モータの駆動電流を制御する駆動制御回路とを備え、前記操作部材の操作に応じて駆動される前記モータが発生する回転力を前記舵取機構に付与して操舵する車両用操舵装置において、前記操作部材が連結された上側軸と、前記舵取機構に連結された下側軸と、該上側軸及び下側軸の間に介したトーションバーとを同軸に連結し、前記モータが発生する回生電力を前記二次電池に充電する充電回路と、前記駆動制御回路又は充電回路を前記モータに選択的に接続する選択回路と、該選択回路の接続を制御する接続制御手段とを備え、該接続制御手段は、前記下側軸が前記上側軸に対して先行して回転するときに前記モータと前記充電回路とを接続するように前記選択回路に指示することを特徴とする。
【0011】
第1発明においては、例えば運転者が目的の操向を完了して操作部材から手を離した場合、操作部材が連結された上側軸にはフリクションがあるので、舵取機構に連結され路面からの作用力を受ける下側軸は上側軸に対して先行して回転する。このように下側軸が上側軸に対して先行して回転し、操舵補助力又は駆動力の付与が必要でないとき、接続制御手段は選択回路の接続を制御してモータに充電回路を接続し、モータが発生した回生電力を充電回路を介して二次電池に充電する。
【0012】
第2発明に係る車両用操舵装置は、前記舵取機構はラック軸及びピニオンを備え、該ピニオンには前記下側軸が連結されており、前記操作部材は前記上側軸の上部に連結されており、前記接続制御手段は、前記上側軸及び下側軸の回転基準位置からの夫々の回転角度を検出する手段と、前記上側軸の回転方向を検出する手段と、検出した前記上側軸及び下側軸の回転角度を比較する比較手段と、該比較手段による比較の結果、前記上側軸の回転角度より前記下側軸の回転角度の方が大きいとき、前記充電回路を前記モータに接続するように前記選択回路に指示する手段と、前記上側軸の回転方向が変化したか否かを判断する手段と、該手段が前記上側軸の回転方向が変化したと判断したときの前記上側軸の回転角度位置を前記回転基準位置として設定する手段とを備えることを特徴とする。
【0013】
第2発明においては、運転者が車両を操向しようとして操舵し、目的の操向が完了して操舵輪を保持する力を弱めると上側軸は反転し、この反転したときの上側軸の回転角度位置を回転基準位置とする。操向車輪は路面から受ける作用力によって舵取機構の略中立位置に復帰し、この作用力は舵取機構から下側軸に固着されたウォームホイールを経て、該ウォームホイールに噛合したウォームに連結されたモータの出力軸に伝達され、モータの出力軸を回転させるから、モータは回生電力を発生する。また、このときは路面から受ける作用力により舵取機構に連結した下側軸が、操舵輪を連結した上側軸に対して先行して回転するので、回転基準位置からの下側軸の回転角度が上側軸の回転角度に対して大きくなり、この場合に充電回路を介してモータが発生した回生電力を二次電池に充電する。
【0014】
第3発明に係る車両用操舵装置は、前記接続制御手段は、前記比較手段による比較の結果、前記下側軸の回転角度より前記上側軸の回転角度の方が大きいとき、前記駆動制御回路を前記モータに接続するように前記選択回路に指示する手段を更に備えることを特徴とする。
【0015】
第3発明においては、上側軸が反転したときの上側軸の回転角度位置を回転基準位置とし、操舵するときは上側軸が下側軸に対して先行して回転するので、この回転基準位置からの上側軸の回転角度が下側軸の回転角度に対して大きくなり、この場合は駆動制御回路によりモータを駆動制御して操舵補助力又は駆動力を舵取機構に付与する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【0017】
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である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図において1は操作部材である操舵輪を表し、操舵輪1は操舵軸10の上端に連結されている。操舵軸10の中途には、操舵輪1に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ3と、操舵補助用のモータ4とが配設されている。操舵軸10の下端にはピニオン20が備えられ、ピニオン20は、操向車輪23,23に繋がる舵取機構2のラック軸21に噛合している。
【0018】
操舵軸10は、操舵輪1を連結した上側軸と、ピニオン20が連結される下側軸と、上側軸及び下側軸の間に介されるトーションバーとを同軸に連結して構成されている。
【0019】
トルクセンサ3は、トーションバーが連結される上側軸の下端付近から下側軸の上端付近までを取り囲むように配設され、上側軸及び下側軸の回転角度を検出する回転角度センサ30,31を備える。操舵輪1に付与される操舵トルクの作用によりトーションバーは捩れ、上側軸及び下側軸は相対回転角度差を生じる。トルクセンサ3はこの相対回転角度差に基づき操舵トルクを検出する。回転角度センサ30,31は、上側軸及び下側軸夫々に同軸に固着された筒体の外周面に回転に応じて上下位置が変化するように設けた磁性体のターゲットと、ターゲットの近接部を検出するMRセンサ(磁気抵抗効果素子)とを備える公知の回転角度センサ、例えば、特開2002−39877公報にて開示されている回転角度センサである。
【0020】
モータ4は、トルクセンサ3の配設位置よりも下側に配設され、出力軸の軸芯が操舵軸10の軸芯に略直交する方向に配設される。モータ4の出力軸に同軸に固着されたウォーム40が、操舵軸10の下側軸の中途に嵌着固定されたウォームホイール41に噛合させてある。モータ4には、モータ4の回転角度を検出するモータ回転角センサ42を付設してある。
【0021】
舵取機構2は、操舵軸10の下端に一体形成されたピニオン20と、ピニオン20に噛合するラック軸21とを備えるラックピニオン式の舵取機構2として構成されている。ラック軸21は、図示しない車両の前部に左右方向へ配設され、左右方向へ摺動可能に支持されている。ラック軸21の両端は、各別のタイロッド22,22を介して操向用の車輪23,23に連結されている。
【0022】
図2は実施の形態1の電動パワーステアリング装置のモータ4まわりの電気回路を示すブロック図である。図において51は制御部を表し、制御部51には回転角度センサ30,31、車両状態センサ6及びモータ回転角センサ42の検出結果がインターフェイス回路50a,50b,50cを介して与えられている。車両状態センサ6とは車速、ヨーレート及び横加速度等を検出するセンサである。制御部51はCPU51a、ROM51b及びRAM51cを備え、ROM51bには種々の車両状態下における操舵トルクとモータ4の駆動電流との関係を示すテーブルが記憶させてある。
【0023】
モータ4の駆動制御回路57は、車両に備えられる二次電池56の正極側端子及び接地端子の間にパワートランジスタQ1 、Q2 、Q3 、Q4 を用いてブリッジ回路を構成したものであり、パワートランジスタQ1 、Q3 が直列に接続され、パワートランジスタQ2 、Q4 が直列に接続される。パワートランジスタQ1 、Q2 、Q3 、Q4 には夫々逆方向にフライホイールダイオードD1 ,D2 ,D3 ,D4 が並列接続されている。二次電池56の正極側端子及びブリッジ回路の間には電流検出用の抵抗Rが直列接続されている。抵抗Rの両端電圧はモータ電流検出回路52へ与えられ、モータ電流検出回路52の検出結果はフィードバック信号として制御部51へ与えられる。
【0024】
充電回路58は、リアクトルLと、所定の周期でオン・オフを繰り返すスイッチング動作を行うチョップ部Chと、ダイオードD5 と、接続を反転させる接続反転回路55と、モータ4の2つの端子間の電圧を検出するための電圧センサ54とを有する昇圧チョッパ回路である。二次電池56の正極端子にダイオードD5 及びリアクトルLが、ダイオードD5 のカソードを二次電池56の正極端子側として直列に接続され、二次電池56の負極端子は接地端子に接続されている。ダイオードD5 及びリアクトルLの接続点と、接地端子との間にはチョップ部Chが接続され、チョップ部Chは制御部51から与えられる信号によりスイッチング動作を行う。接続反転回路55は制御部51から与えられる信号により、モータの一端子側及び他端子側をリアクトルL及び接地端子に反転して接続するものである。電圧センサ54の検出結果は制御部51に与えられる。
【0025】
モータ4に駆動制御回路57又は充電回路58を選択的に接続する選択回路53は、2極双投型のスイッチ回路であり、常開側の端子53a1 ,53a2 と、常閉側の端子53b1 ,53b2 と、共通側の端子53c1 ,53c2 とを有する。常閉側の端子53b1 は駆動制御回路57のパワートランジスタQ1 、Q3 の接続点に接続され、常閉側の端子53b2 は駆動制御回路57のパワートランジスタQ2 、Q4 の接続点に接続されている。常開側の端子53a1 ,53a2 は電圧センサ54及び接続反転回路55に接続されており、共通側の端子53c1 ,53c2 はモータ4の一端子及び他端子に接続されている。選択回路53は制御部51から与えられる信号により、共通側の端子53c1 ,53c2 を常閉側の端子53b1 ,53b2 又は常開側の端子53a1 ,53a2 に選択的に接続する。
【0026】
図3は本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態1である電動パワーステアリング装置の制御部51の選択回路53の接続制御を示すフローチャートであり、図4は、図3の充電動作を示すフローチャートである。
【0027】
制御部51は車両状態センサ6の出力を取り込み(S1)、回転角度センサ30,31の出力を取り込む(S2)。これらのセンサの出力から、車両が走行中において所定時間以上、上側軸に一定角度以上の変化が無いか有るかを判断し(S3)、所定時間以内に操舵されて上側軸の回転角度が変化している場合(S3,NO)は引続きセンサの出力を取り込み判断する。車両が走行中において所定時間以上、上側軸に一定角度以上の変化が無い場合(S3,YES)は、車両が直進走行中であると判断し、このときの上側軸の回転角度位置を回転基準位置θ0 として設定する(S4)。そして上側軸の回転角度θ10を「0」として記憶する(S5)。また、一定の直進走行をするまでもなく、制御部51は回転基準位置θ0 を設定し、上側軸の回転角度θ10を「0」として記憶しても構わない。この場合はスタートの次にS4となる。
【0028】
次に制御部51は、回転角度センサ30,31の出力を取り込み(S6)、回転基準位置θ0 からの上側軸の回転角度θ1 及び回転基準位置θ0 からの下側軸の回転角度θ2 を検出する(S7)。
【0029】
制御部51は、検出した上側軸の回転角度θ1 が下側軸の回転角度θ2 より大きいか否かを判断する(S8)。
【0030】
制御部51は上側軸の回転角度θ1 が下側軸の回転角度θ2 より大きいと判断した場合(S8,YES)、選択回路53に駆動制御回路57とモータ4とを接続するように指示する(S9)。
【0031】
制御部51は検出した上側軸の回転角度θ1 と、記憶している上側軸の回転角度θ10とを比較する(S10)。検出した上側軸の回転角度θ1 が記憶している上側軸の回転角度θ10より大きいと判断した場合(S10,YES)、制御部51は上側軸の回転方向が変化していないと判断し、検出した上側軸の回転角度θ1 の値をθ10として記憶する(S11)。その後(S6)に戻り、制御部51は回転角度センサ30,31の出力を取り込み(S6)、回転基準位置θ0 からの上側軸及び下側軸夫々の回転角度θ1 ,θ2 を検出し(S7)、上述の動作を繰り返す。
【0032】
(S10)にて、検出した上側軸の回転角度θ1 より記憶している上側軸の回転角度θ10のほうが大きいと判断した場合(S10,NO)、制御部51は上側軸の回転方向が反転したと判断し、反転したときの上側軸の回転角度位置を回転基準位置θ0 として設定する(S12)。そして、上側軸の回転角度θ10を「0」として記憶する(S13)。その後(S6)に戻り、回転角度センサ30,31の出力を取り込み、(S12)で回転基準位置θ0 として設定した回転角度位置からの上側軸及び下側軸夫々の回転角度θ1 ,θ2 を検出する(S7)。
【0033】
(S8)にて、下側軸の回転角度θ2 が上側軸の回転角度θ1 より大きいと判断された場合(S8,NO)、制御部51は充電動作に入る。制御部51は選択回路53に充電回路58とモータ4とを接続するように指示する(S20)。そして電圧センサ54の出力を取り込み(S21)、端子53a1 ,53a2 間の電圧を検出する(S22)。検出した電圧が端子53a1 側が高い場合(S23,YES)、制御部51は接続反転回路55に端子53a1 側をリアクトルLへ接続し、端子53a2 側を接地端子へ接続するように指示する(S24)。
【0034】
検出した電圧が端子53a2 側が高い場合(S23,NO)、制御部51は接続反転回路55に端子53a1 側を接地端子へ接続し、端子53a2 側をリアクトルLへ接続するように指示する(S25)。
【0035】
制御部51は接続反転回路55に指示後、チョップ部Chに作動信号を出力する(S26)。そして検出した上側軸の回転角度θ1 と、記憶している上側軸の回転角度θ10とを比較し(S10)、上側軸の回転方向が変化したか否かを判断する。変化していない場合(S10,YES)は上述のように(S6)に戻り、変化している場合(S10,NO)は上述のように反転したときの上側軸の回転角度位置を回転基準位置θ0 として設定し(S12)、上側軸の回転角度θ10を「0」として記憶し(S13)、(S6)に戻る。
【0036】
以上の構成により、運転者が車両を走行させ、一定の直進走行をすること等により制御部51は、回転基準位置θ0 を設定し、上側軸の回転角度θ10を「0」として記憶する。車両を操向すべく操舵輪1を回転操作すると、操舵輪1の回転操作に対応した操舵軸10の回転がラック軸21の左右の摺動に変換され、タイロッド22,22を介して操向車輪23,23の向きを操舵輪1の回転方向へ変更する。
【0037】
このとき、操舵軸10のトーションバーが、付与された操舵トルクによって捩れ、回転角度センサ30,31の出力がインターフェイス回路50aを介して制御部51に与えられる。制御部51は上側軸及び下側軸の回転基準位置θ0 からの回転角度θ1 ,θ2 を検出する。操舵トルクを付与して操舵している場合は上側軸が下側軸に対して先行して回転するので、制御部51は上側軸の回転角度θ1 の方が下側軸の回転角度θ2 より大きいと判断し、モータ4と駆動制御回路57とを接続するように指示する信号を選択回路53に与える。選択回路53は制御部51の信号によりモータ4と駆動制御回路57とを接続する。
【0038】
また、制御部51は、ROM51b内の操舵トルクとモータ4の駆動電流との関係を示すテーブルを参照し、車両状態センサ6の出力に基づいて対応するテーブルを読み出し、このテーブル上に回転角度センサ30,31の出力から検出したトルクを適用して、予め設定された不感帯トルクを超える検出トルクに対してモータ4の駆動電流を求め、PWM信号を作成し、モータ4を駆動する。例えば、モータ4を正方向に回転させるときは、パワートランジスタQ4 をオンすると共にPWM信号によりパワートランジスタQ1 をスイッチングする。また、モータ4を逆方向に回転駆動させるときは、パワートランジスタQ3 をオンすると共にパワートランジスタQ2 を同様にスイッチングする。なお、モータ回転角センサ42により検出されるモータ4の回転角度は、モータ4内部の回転磁界の形成タイミングを検知するために用いられている。
【0039】
モータ4の回転はウォーム40及びウォームホイール41による減速を経て操舵軸10に伝達され、操舵軸10の下端に設けたピニオン20に回転力が付与され、この回転に応じて舵取りが補助される。
【0040】
運転者が目的の操向を完了して操舵輪1を保持する力を弱めると、操向車輪23,23は路面から受ける作用力で舵取機構2の略中立位置に復帰し、上側軸が反転する。このとき、検出した上側軸の回転角度θ1 は記憶している上側軸の回転角度θ10より小さくなるので、制御部51は上側軸の回転方向が反転したと判断し、反転したときの上側軸の回転角度位置を回転基準位置θ0 とする。また、上側軸の回転角度θ10を「0」として記憶する。
【0041】
路面から受ける作用力により操向車輪23,23を舵取機構2の略中立位置に復帰する場合は、舵取機構2に連結される下側軸は上側軸に対して先行して回転する。制御部51は回転角度センサ30,31の出力から、上側軸が反転したときの上側軸の回転角度位置である回転基準位置θ0 からの上側軸及び下側軸の回転角度θ1 ,θ2 を検出し、下側軸の回転角度θ2 が上側軸の回転角度θ1 より大きいと判断する。制御部51は、モータ4と充電回路58とを接続するように指示する信号を選択回路53に与え、選択回路53は制御部51の信号によりモータ4と充電回路58とを接続する。
【0042】
また、運転者が目的の操向を完了して操舵輪1から手を離した場合でも、操舵輪1が連結される上側軸には多少のフリクションがあるので、路面からの作用力を受ける下側軸が上側軸に対して先行して回転する。よってこの場合においても、下側軸の回転角度θ2 が上側軸の回転角度θ1 より大きいと判断され、制御部51は、モータ4と充電回路58とを接続するように指示する信号を選択回路53に与え、選択回路53はモータ4と充電回路58とを接続する。
【0043】
操向車輪23,23が路面から受ける作用力で舵取機構2の略中立位置に復帰するとき、モータ4は回生電力を発生する。モータ4は、操舵されていた方向により正方向の回転で回生電力を発生させる場合と、逆方向の回転で回生電力を発生させる場合とがあるので、電圧センサ54で検出した電圧が高い方のモータ4の端子をリアクトルL側に接続すべく、制御部51は接続反転回路55の動作を制御して接続する。モータ4が発生した回生電力は充電回路58により電圧を昇圧され、二次電池56に回生保存される。
【0044】
尚、運転者が操向車輪23,23を単に舵取機構2の略中立位置に戻すのではなく、操舵輪1を切り返し操作する場合、例えば、カーブが連続する山道走行の場合は、運転者は操舵輪1の回転方向を変えても操舵輪1に操舵トルクを付与し続けるので、上側軸の回転角度θ1 が下側軸の回転角度θ2 に対して常に大きくなる。よって、制御部51は選択回路53にモータ4と駆動制御回路57とを接続し続けるように指示し、本実施の形態1の電動パワーステアリング装置は操舵輪1の操舵を補助する。
【0045】
このように、制御部51はモータ4を駆動して操舵補助する必要がある場合と、操舵補助する必要がなく、モータ4が発生する回生電力を充電できる場合とを適切に判断し、操舵補助を行いつつ、モータ4が発生する回生電力を充電できる場合には充電することで、エネルギの有効利用を行う。
【0046】
また、モータ4は、例えば、ラック軸21の中途にこれと平行に配設し、その回転を運動変換機構、例えば、ボールねじを介してラック軸21に伝え、ラック軸21に操舵補助力を付与する構成とする等、図1に示す位置に限らず、操舵軸10を含む舵取機構2周辺の適宜位置に配設することも可能である。
【0047】
実施の形態2
図5は本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態2の概略構成を示す模式図である。図において2は舵取機構を表し、舵取機構2はラック軸21及びピニオン20を備えるラックピニオン式の舵取機構2として構成され、図示しない車両の前部に左右方向に配設されている。ラック軸21の両端は操向車輪23,23に繋がり、ピニオン20の上側に延設され、下側軸であるピニオン軸20aの中途には舵取機構2に駆動力を付与する操舵用のモータ4が配設されている。舵取機構2から機械的に分離され、上側軸であるコラム軸10aの上端には、操作部材である操舵輪1が連結されており、コラム軸10aの下部にはコラム軸10aに操舵反力を付与する反力用のモータ7が配設されている。コラム軸10aは図示しないハウジングにより回転自在に支持されており、図示しない車室の適宜位置に配設してある。
【0048】
ラック軸21の両端は各別のタイロッド22,22を介して操向車輪23,23に連結してあり、ラック軸21と一側のタイロッド22との連結部には、連結部の変位を検出することにより操向車輪23,23の実舵角を検出する実舵角センサ24を配設している。また、一側のタイロッド22には、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25を付設している。
【0049】
操舵用のモータ4は出力軸の軸芯がピニオン軸20aの軸芯に略直交する方向に配設され、モータ4の出力軸にはウォーム40を同軸に固着してあり、ウォーム40はピニオン軸20aの中途に固着したウォームホイール41に噛合してある。モータ4には、モータ4の回転角度を検出するモータ回転角センサ42が付設してある。
【0050】
ピニオン軸20aのウォームホイール41の固着位置より上側には、ピニオン軸20aの回転角度を検出する回転角度センサ31が配設してある。回転角度センサ31は、ピニオン軸20aに同軸に固着された筒体の外周面に回転に応じて上下位置が変化するように設けた磁性体のターゲットと、ターゲットの近接部を検出するMRセンサ(磁気抵抗効果素子)とを備える公知の回転角度センサである。
【0051】
反力用のモータ7は出力軸の軸芯がコラム軸10aの軸芯に略直交する方向に配設され、モータ7の出力軸にはウォーム60を同軸に固着してあり、ウォーム60はコラム軸10aの下端に固着したウォームホイール61に噛合してある。モータ7には、モータ7の回転角度を検出するモータ回転角センサ62が付設してある。
【0052】
コラム軸10aの中途には、コラム軸10aの回転角度を検出する回転角度センサ30が配設してある。回転角度センサ30は上述の回転角度センサ31と同様の構成を有している。
【0053】
図6は実施の形態2の車両用操舵装置の操舵用のモータ4まわりの電気回路を示すブロック図である。図2に対し、制御部51に接続されるセンサが追加されるのみで他は同一の構成のため、同一の構成物には同一の符号を付して構成の説明を省略する。追加されるセンサは、上述した反力用のモータ7に付設されるモータ回転角センサ62、実舵角センサ24及びタイロッド軸力センサ25であり、モータ回転角センサ62はインターフェイス回路50cを介して制御部51に接続してあり、実舵角センサ24はインターフェイス回路50dを介して制御部51に接続してあり、タイロッド軸力センサ25はインターフェイス回路50eを介して制御部51に接続してある。
【0054】
図7は本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態2における制御部51の選択回路53の接続制御を示すフローチャートであり、図8は、図7の充電動作を示すフローチャートである。図3及び図4のフローチャートとは、上側軸がコラム軸10aに変更になり、下側軸がピニオン軸20aに変更になるのみで、他は同一のため、図7においては図3のS1〜13に相当するステップにS31〜43なるステップ番号を付し、また、図8においては図4のS20〜26に相当するステップにS51〜57なるステップ番号を付して説明を省略する。
【0055】
以上の構成により、運転者が車両を走行させ、一定の直進走行をすること等により制御部51は、回転基準位置θ0 を設定し、上側軸の回転角度θ10を「0」として記憶する。車両を操向すべく操舵輪1を回転操作すると、コラム軸10aの回転角度が回転角度センサ30によって検出され、検出結果が制御部51に与えられる。
【0056】
制御部51は、与えられたコラム軸10aの回転角度に所定の制御ゲインを乗じて目標舵角を求め、駆動制御回路57にPWM信号を出力してモータ4を駆動し、モータ4の回転力をウォーム40、ウォームホイール41及びピニオン軸20aを介して舵取機構2に伝達する。これによりラック軸21が左右に摺動し、タイロッド22,22を押し引きして左右の操向車輪23,23を操向する。制御部51は、実舵角センサ24により検出される左右の操向車輪23,23の実舵角と、前記目標舵角との偏差に基づいてフィードバック制御をし、操向車輪23,23の実舵角が目標舵角になるまで舵取機構2を駆動する。このとき車両状態センサ6から与えられている検出結果は前記制御ゲインの選定に用いられ、モータ回転角センサ42により検出されるモータ4の回転角度は、モータ4内部の回転磁界の形成タイミングを検知するために用いられている。
【0057】
この操舵をするときはコラム軸10aがピニオン軸20aに対して先行して回転するので、制御部51はコラム軸10aの回転角度θ1 の方がピニオン軸20aの回転角度θ2 より大きいと判断し、選択回路53によりモータ4と駆動制御回路57とが接続されている。
【0058】
なお、操舵輪1の中立位置近傍には不感帯が設定してあり、回転角度センサ30により検出されるコラム軸10aの回転角度が前記不感帯内にあるときにはモータ4の駆動を休止するようにしている。これにより、操舵輪1の中立位置近傍での僅かな角度内においてされる左右の回転操作である「遊び」操作による操舵が行われる虞がなくなり、直進走行時におけるふらつき感の発生を防止することができる。
【0059】
舵取機構2がモータ4によって駆動されているとき、タイロッド軸力センサ25は舵取機構2に加わる実反力を検出する。検出結果はインターフェイス回路50eを介して制御部51に与えられ、制御部51は与えられた実反力に所定の制御ゲインを乗じて操舵輪1に加えるべき目標反力を算出する。制御部51はこの目標反力に対応するPWM信号を図示しない駆動制御回路に与えて反力用のモータ7を駆動する。モータ7の回転力はウォーム60、ウォームホイール61及びコラム軸10aを介して操舵輪1に反力として伝達される。このとき車両状態センサ6から与えられている検出結果は前記制御ゲインの選定に用いられ、モータ回転角センサ62により検出されるモータ7の回転角度は、モータ7内部の回転磁界の形成タイミングを検知するために用いられている。
【0060】
運転者が目的の操向を完了して操舵輪1を保持する力を弱めると、操向車輪23,23は路面から受ける作用力で舵取機構2の略中立位置に復帰してピニオン軸20aが反転し、コラム軸10aも反転する。このとき、検出したコラム軸10aの回転角度θ1 は記憶しているコラム軸10aの回転角度θ10より小さくなるので、制御部51はコラム軸10aの回転方向が反転したと判断し、反転したときのコラム軸10aの回転角度位置を回転基準位置θ0 とする。また、コラム軸10aの回転角度θ10を「0」として記憶する。
【0061】
路面から受ける作用力により操向車輪23,23を舵取機構2の略中立位置に復帰する場合は、舵取機構2に連結されるピニオン軸20aはコラム軸10aに対して先行して回転する。制御部51は回転角度センサ30,31の出力から、コラム軸10aが反転したときのコラム軸10aの回転角度位置である回転基準位置θ0 からのコラム軸10a及びピニオン軸20aの回転角度θ1 ,θ2 を検出し、ピニオン軸20aの回転角度θ2 がコラム軸10aの回転角度θ1 より大きいと判断する。制御部51は、モータ4と充電回路58とを接続するように指示する信号を選択回路53に与え、選択回路53は制御部51の信号によりモータ4と充電回路58とを接続する。
【0062】
操向車輪23,23が路面から受ける作用力で舵取機構2の略中立位置に復帰するとき、モータ4は回生電力を発生する。モータ4は操舵されていた方向により正方向の回転で回生電力を発生させる場合と、逆方向の回転で回生電力を発生させる場合とがあるので、電圧センサ54で検出した電圧が高い方のモータ4の端子をリアクトルL側に接続すべく、制御部51は接続反転回路55の動作を制御して接続する。モータ4が発生した回生電力は充電回路58により電圧を昇圧され、二次電池56に回生保存される。
【0063】
このように、制御部51はモータ4を駆動して舵取動作する必要がある場合と、舵取動作する必要がなく、モータ4が発生する回生電力を充電できる場合とを適切に判断し、舵取動作を行いつつ、モータ4が発生する回生電力を充電できる場合には充電することで、エネルギの有効利用を行う。
【0064】
また、モータ4は、例えば、ラック軸21の中途にこれと平行に配設し、その回転を運動変換機構、例えば、ボールねじを介してラック軸21に伝え、ラック軸21に駆動力を付与する構成とする等、図5に示す位置に限らず、舵取機構2周辺の適宜位置に配設することも可能である。
【0065】
以上、詳述したように、本発明に係る車両用操舵装置は回生電力を得るために新たにモータ4を備えるのではなく、従来から備えるモータ4を利用することから、従来の車両用操舵装置に対して僅かな原価上昇で本発明に係る車両用操舵装置を実現できる。
【0066】
【発明の効果】
以上詳述したように、第1発明に係る車両用操舵装置においては、従来、有効利用していなかった、操舵補助力又は駆動力を付与するモータが発生する回生電力を二次電池に充電して有効利用できる車両用操舵装置を提供できる。
【0067】
また、第2発明に係る車両用操舵装置においては、モータを駆動して操舵補助力又は駆動力を付与する必要がある場合と、操舵補助力又は駆動力を付与する必要がなく、モータが発生する回生電力を充電できる場合とを判断して、充電できる場合に回生電力を充電する車両用操舵装置を提供できる。
【0068】
さらに、第3発明に係る車両用操舵装置においては、モータを駆動して操舵補助力又は駆動力を付与する必要がある場合には操舵補助力又は駆動力を付与し、モータが発生する回生電力を充電できる場合には充電するという、操舵補助力又は駆動力の付与を適切に行いつつ、回生電力を回収して利用できる車両用操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態1である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】実施の形態1の電動パワーステアリング装置のモータまわりの電気回路を示すブロック図である。
【図3】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態1である電動パワーステアリング装置の制御部の選択回路の接続制御を示すフローチャートである。
【図4】図3の充電動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態2の概略構成を示す模式図である。
【図6】実施の形態2の車両用操舵装置の操舵用のモータまわりの電気回路を示すブロック図である。
【図7】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態2における制御部の選択回路の接続制御を示すフローチャートである。
【図8】図7の充電動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
4 モータ
10 操舵軸(上側軸、トーションバー及び下側軸)
10a コラム軸(上側軸)
20a ピニオン軸(下側軸)
51 制御部
53 選択回路
56 二次電池
57 駆動制御回路
58 充電回路
Claims (3)
- 操向車輪を連結した舵取機構と、前記操向車輪の操向を操作する操作部材と、二次電池から供給される電力で駆動されるモータと、該モータの駆動電流を制御する駆動制御回路とを備え、前記操作部材の操作に応じて駆動される前記モータが発生する回転力を前記舵取機構に付与して操舵する車両用操舵装置において、
前記操作部材が連結された上側軸と、前記舵取機構に連結された下側軸と、該上側軸及び下側軸の間に介したトーションバーとを同軸に連結し、
前記モータが発生する回生電力を前記二次電池に充電する充電回路と、前記駆動制御回路又は充電回路を前記モータに選択的に接続する選択回路と、該選択回路の接続を制御する接続制御手段とを備え、該接続制御手段は、前記下側軸が前記上側軸に対して先行して回転するときに前記モータと前記充電回路とを接続するように前記選択回路に指示することを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記舵取機構はラック軸及びピニオンを備え、該ピニオンには前記下側軸が連結されており、前記操作部材は前記上側軸の上部に連結されており、
前記接続制御手段は、前記上側軸及び下側軸の回転基準位置からの夫々の回転角度を検出する手段と、
前記上側軸の回転方向を検出する手段と、
検出した前記上側軸及び下側軸の回転角度を比較する比較手段と、
該比較手段による比較の結果、前記上側軸の回転角度より前記下側軸の回転角度の方が大きいとき、前記充電回路を前記モータに接続するように前記選択回路に指示する手段と、
前記上側軸の回転方向が変化したか否かを判断する手段と、
該手段が前記上側軸の回転方向が変化したと判断したときの前記上側軸の回転角度位置を前記回転基準位置として設定する手段と
を備えることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。 - 前記接続制御手段は、前記比較手段による比較の結果、前記下側軸の回転角度より前記上側軸の回転角度の方が大きいとき、前記駆動制御回路を前記モータに接続するように前記選択回路に指示する手段を更に備えることを特徴とする請求項2記載の車両用操舵装置。
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