JP4020011B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第1アクチュエータおよび第2アクチュエータを備えた車両用操舵装置に関する。このような車両用操舵装置は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて、この操作部材に対して機械的な結合を持たない舵取り機構を駆動して舵取り車輪を転舵させる構成(いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム)を有していてもよく、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結され、舵取り機構に対して操作部材による操舵力を補助するための操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置としての構成を有していてもよい。
【0002】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置(いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム)が提案されている。
【0003】
このような構成を採用することにより、車両の走行状況などに応じて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比(ギヤ比)を自由に変更することができ、車両の運動性能の向上を図ることができる。また、上記のような構成には、衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるという利点や、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増すという利点もある。
このような、ステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて、舵取り車輪に結合された転舵軸に駆動力を与えるための第1および第2の電動モータを備え、個々の電動モータの小型化を図ったり、一方の電動モータに故障が生じたときでも他方の電動モータの駆動力によって舵取り機構の駆動を可能としたりすることが提案されている(たとえば、下記特許文献1参照)。
【0004】
第1および第2の電動モータは、たとえば、第1および第2の電子制御ユニットによってそれぞれ駆動制御される。そして、たとえば、通常時には、第1の電子制御ユニットによって第1の電動モータを駆動し、この第1の電動モータの駆動力が転舵軸に伝達され、第2の電動モータは停止状態とされる。もしも、第1の電子制御ユニットまたは第1の電動モータに故障が生じ、この第1の電動モータを正常に駆動することができない状態に立ち至ると、第2の電子制御ユニットによって第2の電動モータが駆動制御され、この第2の電動モータからの駆動力が転舵軸に伝達される。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−218000号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第1の電子制御ユニットおよび第1の電動モータのいずれにも故障が生じていない通常時において、第2の電動モータは、転舵軸からの逆入力によって駆動されることになる。したがって、第2の電動モータの回転に伴う逆起電力や、第2の電動モータの慣性のために、この第2の電動モータは負荷となってしまう。そのため、第1の電動モータを駆動制御しても、設計どおりの出力を得ることができず、良好な操舵性を実現することができなかった。
【0007】
そこで、この発明の目的は、第1アクチュエータによる駆動時に第2アクチュエータが負荷となることを防ぐことによって、操舵性の向上を実現した車両用操舵装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、舵取り機構(10)に操舵のための駆動力を与える第1アクチュエータ(51M)と、上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与えることが可能な電動モータで構成された第2アクチュエータ(51S)と、上記第1アクチュエータを駆動制御する第1制御手段(U1)と、上記第1制御手段が上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与えるために上記第1アクチュエータを駆動制御しているときに、上記電動モータが負荷とならないように当該電動モータを駆動制御する第2制御手段(U2)とを含み、上記第2制御手段は、上記第1制御手段および上記第1アクチュエータに故障が生じていないときには、上記電動モータが上記舵取り機構に操舵のための駆動力を実質的に付与せず、かつ、上記電動モータが負荷とならないように当該電動モータのモータ電流値が零となるように駆動制御するものであることを特徴とする車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【0009】
上記の構成によれば、第1アクチュエータが第1制御手段によって駆動制御されて舵取り機構に操舵のための駆動力を与えているとき、第2アクチュエータを構成する電動モータは負荷とならないように第2制御手段によって駆動制御される。これにより、舵取り機構に設計どおりの駆動力を与えることができるようになり、その結果、操舵性能が向上される。
また、上記第2制御手段は、上記第1制御手段および第1アクチュエータに故障が生じていないときには、上記電動モータが上記舵取り機構に操舵のための駆動力を実質的に付与せず、かつ、上記電動モータが負荷とならないように当該電動モータのモータ電流が零になるように駆動制御するものである。これにより、電動モータにおけるエネルギー消費を抑制しつつ、この電動モータが負荷となることを防止できる。
なお、上記第2制御手段は、上記第1制御手段または上記第1アクチュエータに故障が生じたときに、上記第2アクチュエータが上記舵取り機構に操舵のための駆動力を付与するように当該第2アクチュエータを駆動制御するものであってもよい。
【0010】
この構成により、第1制御手段または第1アクチュエータの故障のために第1アクチュエータからの駆動力を舵取り機構に付与することができない事態に立ち至っても、第2アクチュエータからの駆動力を舵取り機構に付与して、操舵性を確保できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、一対の舵取り車輪(通常は前輪)W,Wに舵取り動作を行わせるための舵取り機構10と、この舵取り機構10に対して機械的な結合のない状態で設けられたステアリングホイール30とを備えている。
【0012】
この車両用操舵装置は、舵取り機構10を駆動するための操舵駆動系が、二重系とされている。第1の操舵駆動系(主操舵系)は、第1操舵アクチュエータ51Mと、この第1操舵アクチュエータ51Mの回転角を検出するための第1回転角センサ52Mとを含む。一方、第2の操舵駆動系(副操舵系)は、第2操舵アクチュエータ51Sと、この第2操舵アクチュエータ51Sの回転角を検出するための第2回転角センサ52Sとを含む。第1操舵アクチュエータ51Mおよび第2操舵アクチュエータ51Sは、たとえば、いずれも電動モータ(たとえば三相ブラシレスモータ)で構成されている。
【0013】
舵取り機構10は、車体の左右方向に延びて配置された転舵軸11と、この転舵軸11の両端部にタイロッド12,12を介して結合され、舵取り車輪W,Wを支持するナックルアーム13,13とを有している。転舵軸11は、ハウジング14に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部に、第1操舵アクチュエータ51Mおよび第2操舵アクチュエータ51Sが同軸的に組み込まれている。
【0014】
この構成により、第1操舵アクチュエータ51Mおよび/または第2操舵アクチュエータ51Sが駆動されると、第1操舵アクチュエータ51Mおよび/または第2操舵アクチュエータ51Sの回転が、ボールねじなどからなる運動変換機構によって転舵軸11の摺動に変換され、この転舵軸11の摺動により舵取り車輪W,Wの転舵が達成される。
ステアリングホイール30には、このステアリングホイール30に対して路面反力に相当する反力を付与するための反力アクチュエータ40が結合されている。
【0015】
反力アクチュエータ40は、ステアリングホイール30に結合されたシャフト23を回転軸とする電動モータ(たとえば、三相ブラシレスモータ)で構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。反力アクチュエータ40には、ステアリングホイール30から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ41と、ステアリングホイール30の操作角を検出するための操作角センサ42とが付設されている。
【0016】
第1操舵アクチュエータ51Mは、第1電子制御ユニット(ECU)U1に接続されており、第2操舵アクチュエータ51Sは、第2電子制御ユニットU2に接続されている。したがって、第1操舵アクチュエータ51Mは、第1電子制御ユニットU1によって駆動制御され、第2操舵アクチュエータ51Sは、第2電子制御ユニットU2によって駆動制御される。より具体的には、第1操舵アクチュエータ51Mおよび第2操舵アクチュエータ51Sは、それぞれ第1および第2電子制御ユニットU1,U2に内蔵された駆動回路から駆動電流の供給を受ける。
【0017】
反力アクチュエータ40は、反力用電子制御ユニットU3によって駆動制御されるようになっていて、反力用電子制御ユニットU3に内蔵された駆動回路から駆動電流が供給されるようになっている。
トルクセンサ41および操作角センサ42の検出信号は、第1および第2電子制御ユニットU1,U2ならびに反力用電子制御ユニットU3に共通に入力されるようになっている。さらに、第1回転角センサ52Mの検出信号は第1電子制御ユニットU1に入力され、第2回転角センサ52Sの検出信号は、第2電子制御ユニットU2に入力されるようになっている。また、転舵軸11に関連して、この転舵軸11の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ15が設けられており、この転舵位置センサ15の検出信号は、第1および第2電子制御ユニットU1,U2に共通に入力されるようになっている。さらに、車速を検出するための車速センサ70の検出信号が、第1および第2電子制御ユニットU1,U2に共通に入力されるようになっている。この車速センサ70は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。
【0018】
第1および第2電子制御ユニットU1,U2は、たとえば、第1、第2回転角センサ52M,52Sの出力信号を監視することによって、第1、第2操舵アクチュエータ51M,51Sの故障を検出するための異常検出処理を実行する。さらに、第1電子制御ユニットU1および第2電子制御ユニットU2は、それぞれ、自己の故障を検出するための異常検出処理を実行するとともに、互いの動作状態を通信ライン65を介して監視し合っていて、互いに他方の故障を検出するための異常検出処理を実行する。また、第1および第2電子制御ユニットU1,U2は、第1、第2操舵アクチュエータ51M,51Sに故障が生じると、そのことを、通信ライン65を介して互いに通知する。したがって、第1電子制御ユニットU1は、通信ライン65を介して、第2電子制御ユニットU2および第2操舵アクチュエータ51Sの故障を検出でき、同様に、第2電子制御ユニットU2は、通信ライン65を介して、第1電子制御ユニットU1および第1操舵アクチュエータ51Mの故障を検出できる。
【0019】
さらに、第1電子制御ユニットU1および第2電子制御ユニットU2は、自己の故障を検出したときに、アクチュエータを駆動するための駆動電流を遮断するためのリレー(図示せず)を遮断するフェールセーフ機能をそれぞれ有している。
第1電子制御ユニットU1は、トルクセンサ41、操作角センサ42および転舵位置センサ15の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール30の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第1電子制御ユニットU1は、第1回転角センサ52Mの出力信号に基づき、第1操舵アクチュエータ51Mの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
【0020】
このとき、反力用電子制御ユニットU3は、トルクセンサ41によって検出される操作トルクおよび操作角センサ42によって検出される操作角に基づいて反力アクチュエータ40を制御して、ステアリングホイール30に操舵反力を付与する。これにより、運転者は、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に連結された従来からの車両用操舵装置の場合と同様な路面反力を感じながら、良好なフィーリングで操舵を行うことができる。
【0021】
第1電子制御ユニットU1および第1操舵アクチュエータ51Mに故障が生じていない通常時において、第2電子制御ユニットU2は、第2回転角センサ52Sの出力信号に基づき、第2操舵アクチュエータ51Sの回転角に応じた適切な駆動信号を出力する。より具体的には、第2電子制御ユニットU2は、第2操舵アクチュエータ51Sが転舵軸11に実質的な駆動力を付与せず、かつ、第2操舵アクチュエータ51Sが第1操舵アクチュエータ51Mによる転舵軸11の駆動に対する負荷とならないように、当該第2操舵アクチュエータ51Sを駆動する。さらに詳細に言えば、第2電子制御ユニットU2によって第2操舵アクチュエータ51Sを駆動するときのモータ電流値が零となるように制御される。これにより、第2操舵アクチュエータ51Sの回転に伴う逆起電力が打ち消され、第2操舵アクチュエータ51Sが負荷となることが防止される。
【0022】
第1電子制御ユニットU1または第1操舵アクチュエータ51Mに故障が生じたことが検出されると、第2電子制御ユニットU2は、第2操舵アクチュエータ51Sから操舵のための駆動力を転舵軸11に付与させるための制御を実行する。具体的には、第2電子制御ユニットU2は、トルクセンサ41、操作角センサ42および転舵位置センサ15の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール30の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第2電子制御ユニットU2は、第2回転角センサ52Sの出力信号に基づき、第2操舵アクチュエータ51Sの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
【0023】
このとき、反力用電子制御ユニットU3は、トルクセンサ41によって検出される操作トルクおよび操作角センサ42によって検出される操作角に基づいて反力アクチュエータ40を制御して、ステアリングホイール30に操舵反力を付与する。
このようにして、この実施形態によれば、第1電子制御ユニットU1または第1操舵アクチュエータ51Mに故障が生じていない通常時において、第2操舵アクチュエータ51Sが負荷となることがない。そのため、設計どおりの駆動力が転舵軸11に与えられるので、操舵性が向上する。
【0024】
図2は、転舵軸11上に同軸的に設けた第1および第2操舵アクチュエータ51M,51Sによって転舵軸11に駆動力を付与するための具体的な構成を説明するための図解的な断面図である。
第1および第2操舵アクチュエータ51M,51Sは、たとえばブラシレスモータのような電動モータからなっていて、転舵軸11の軸方向に対向して隣接し、かつそれぞれ転舵軸11を同軸的に取り囲んで配置されている。
【0025】
第1および第2操舵アクチュエータ51M,51Sは、それぞれ、ハウジング14の内周に固定された円筒状のステータ72,73と、ハウジング14に対応する軸受け86,87;88,89を介して回転自在に支持され、対応するステータ72,73内に挿通されたロータ76,77とを備えている。ステータ72,73の一部には、複数の励磁相のコイル(図示せず)が巻回されており、ロータ76,77の外周には、ステータ72,73に対向するように、円筒状の駆動用磁石が設けられている。駆動用磁石は、円周方向にN極とS極とを交互に形成するように磁化されている。
【0026】
また、第1および第2操舵アクチュエータ51M,51Sに付設された回転角センサ52M,52Sは、それぞれレゾルバからなっていて、ロータ76,77の回転位置(回転角)をそれぞれ検出する。回転角センサ52M,52Sは、ハウジング14に固定されたステータ部83と、対応するロータ76,77に固定され、ロータ76,77と一体回転するロータ部84とを備えている。ステータ部83には、ロータ部84の回転位置に応じて所定の電圧が誘起されるので、この電圧を測定することによって、ロータ部84の回転位置、すなわちロータ76,77の回転位置(位相)を検出できる。
【0027】
各回転角センサ52M,52Sから出力されるロータ76,77の回転位置(位相)に基づいて、第1、第2電子制御ユニットU1,U2は、第1、第2操舵アクチュエータ51M,51Sのステータ72,73の回転方向に分割されたコイル(図示せず)の励磁相に順次電流を供給する。これにより、第1、第2操舵アクチュエータ51M,51Sが回転力を発生する。
第1および第2操舵アクチュエータ51M,51Sの間には、回転運動を直線運動に変換するための運動変換機構としてのボールねじ機構80が配置されている。ボールねじ機構80は、転舵軸11の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット81を備えている。ボールナット81は、転舵軸11の途中部に形成されたボールねじ溝11aにボール85を介して螺合している。
【0028】
第1および第2操舵アクチュエータ51M,51Sのロータ76,77の相対向する端部にボールナット81の両端部がそれぞれ圧入固定されており、ロータ76,77の両端部は、軸受け86,87,88,89を介してハウジング14に回転自在に支持されている。
このような構成により、ロータ76,77が回転駆動されると、この回転運動が、ボールねじ機構80によって、転舵軸11の直線運動に変換され、この転舵軸11の両端に結合されている舵取り車輪W,Wが転舵されることになる。
【0029】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、ステアリングホイール30と舵取り機構10との間に機械的な結合のないステア・バイ・ワイヤ・システムを例にとったが、この発明は、転舵軸11上にラックを設け、このラックと噛合するピニオンにステアリングシャフトを結合することによって、ステアリングホイール30と舵取り機構10とを機械的に結合し、ステアリングホイール30に加えられる操舵力を補助するための操舵補助力を第1、第2操舵アクチュエータ51M,51Sによって転舵軸11に付与する構成の電動パワーステアリング装置に対しても適用可能である。
【0030】
また、第1および第2アクチュエータは、転舵軸11上に設けられる必要はなく、たとえば、転舵軸11上にラックを設け、一方のアクチュエータによって、ラックに噛合するピニオンを駆動する構成としてもよい。また、上述のような構成の電動パワーステアリング装置の場合に、一方のアクチュエータの駆動力をステアリングシャフトに付与する構成としてもよい。
また、上述の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール30が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部材が用いられてもよい。
【0031】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図2】第1および第2操舵アクチュエータによって転舵軸に駆動力を付与するための具体的な構成例を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
10 舵取り機構
11 転舵軸
14 ハウジング
15 転舵位置センサ
30 ステアリングホイール
40 反力アクチュエータ
41 トルクセンサ
42 操作角センサ
51M 第1操舵アクチュエータ
51S 第2操舵アクチュエータ
52M 第1回転角センサ
52S 第2回転角センサ
65 通信ライン
70 車速センサ
80 ボールねじ機構
81 ボールナット
83 ステータ部
84 ロータ部
85 ボール
86〜89 軸受け
U1 第1電子制御ユニット
U2 第2電子制御ユニット
U3 反力用電子制御ユニット
W 舵取り車輪
Claims (1)
- 舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第1アクチュエータと、
上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与えることが可能な電動モータで構成された第2アクチュエータと、
上記第1アクチュエータを駆動制御する第1制御手段と、
上記第1制御手段が上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与えるために上記第1アクチュエータを駆動制御しているときに、上記電動モータが負荷とならないように当該電動モータを駆動制御する第2制御手段とを含み、
上記第2制御手段は、上記第1制御手段および上記第1アクチュエータに故障が生じていないときには、上記電動モータが上記舵取り機構に操舵のための駆動力を実質的に付与せず、かつ、上記電動モータが負荷とならないように当該電動モータのモータ電流値が零となるように駆動制御するものであることを特徴とする車両用操舵装置。
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