JP4016705B2

JP4016705B2 - 車両用操舵装置

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Publication number: JP4016705B2
Application number: JP2002120685A
Authority: JP
Inventors: 賢司東; 勝利西崎; 武夫飯野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003312493A

Description

【０００１】
【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

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。