JP4165212B2 - 車両用操舵装置における移動体ストローク検出装置 - Google Patents
車両用操舵装置における移動体ストローク検出装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置におけるピニオンに噛み合うラックや、ボールナットにねじ合わされるボールスクリューシャフトのような直線的に移動する移動体のストロークを検出するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ラックピニオン式運動変換機構やボールスクリュー式運動変換機構を用いて位置制御を行う場合、そのラックやボールスクリューシャフトの一定位置からのストロークを検出することが行われている。例えば、操作部材の操作に応じてモータにより駆動されるピニオンやボールナットの回転を、そのピニオンに噛み合うラックやボールナットにねじ合わされるボールスクリューシャフトを介して車輪に伝達することで舵角を変化させる車両用操舵装置においては、舵角が零である時の中点位置からのラックやボールスクリューシャフトのストロークを実舵角として検出している。
【0003】
そのようなラックやボールスクリューシャフトの一定位置からのストロークを検出するため、ラックに噛み合うピニオンやボールスクリューシャフトにねじ合わされるボールナットの回転角をポテンショメータのような絶対位置検出用センサを用いて検出することが行われている。しかし、ピニオンやボールナットの回転角によりラックやボールスクリューシャフトのストロークを間接的に検出する場合、ラックやボールスクリューシャフトの位置を直接に検出していないため検出精度を十分に向上できない。そこで、ラックに多数の凹凸を磁気ストライプとして設け、その磁気ストライプを横切る磁束の変化からラックストロークを直接に検出する検出体を設けることが提案されている(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−35573号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、移動体に多数の凹凸を磁気ストライプとして設ける場合、その凹凸のピッチが一定になるように高精度な加工が要求されるため加工コストが増大し、また、磁気ストライプから移動体の位置を検出するために検出体の構成が複雑になるという問題がある。本発明は、このような問題を解決することのできる車両用操舵装置における移動体ストローク検出装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、ブラシレスモータにより駆動されるピニオンに噛み合うラックを移動体として有し、前記ラックの直線的移動により舵角が変化する車両用操舵装置において、前記ラックの一端側と他端側とを区画する段差が形成されるように、前記ラックに起伏が設けられ、前記ラックにおける前記段差の位置を基準位置として検出する第1検出器と、前記ブラシレスモータの駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成され、前記ピニオンの回転角に応じた前記ラックの軸線方向移動量を検出する第2検出器と、前記第1検出器と前記第2検出器に接続され、前記基準位置の検出時点における前記第2検出器の出力値を舵角中点対応値として記憶する制御装置とを備え、前記第1検出器は、前記基準位置よりも前記ラックの一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力し、そのオン信号からオフ信号への変化、あるいはオフ信号からオン信号への変化によって前記基準位置を検出し、前記基準位置の検出前に、前記第1検出器がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかが前記制御装置により判断され、前記ラックは前記制御装置による前記ブラシレスモータの制御により、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオン信号を出力している時はその一端側に向かって移動され、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオフ信号を出力している時はその他端側に向かって移動され、前記制御装置により、記憶された前記舵角中点対応値からの前記第2検出器により検出されたラック移動量に基づき前記ブラシレスモータが駆動される点にある。
本発明の第2の特徴は、ブラシレスモータにより駆動されるナットにねじ合わされるスクリューシャフトを移動体として有し、前記スクリューシャフトの直線的移動により舵角が変化する車両用操舵装置において、前記スクリューシャフトの一端側と他端側とを区画する段差が形成されるように、前記スクリューシャフトに起伏が設けられ、前記スクリューシャフトにおける前記段差の位置を基準位置として検出する第1検出器と、前記ブラシレスモータの駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成され、前記ナットの回転角に応じた前記スクリューシャフトの軸線方向移動量を検出する第2検出器と、前記第1検出器と前記第2検出器に接続され、前記基準位置の検出時点における前記第2検出器の出力値を舵角中点対応値として記憶する制御装置とを備え、前記第1検出器は、前記基準位置よりも前記スクリューシャフトの一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力し、そのオン信号からオフ信号への変化、あるいはオフ信号からオン信号への変化によって前記基準位置を検出し、前記基準位置の検出前に、前記第1検出器がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかが前記制御装置により判断され、前記スクリューシャフトは前記制御装置による前記ブラシレスモータの制御により、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオン信号を出力している時はその一端側に向かって移動され、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオフ信号を出力している時はその他端側に向かって移動され、前記制御装置により、記憶された前記舵角中点対応値からの前記第2検出器により検出されたスクリューシャフト移動量に基づき前記ブラシレスモータが駆動される点にある。
本発明によれば、第1検出器により移動体の基準位置を求め、第2検出器により移動体の駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量を求めることで、基準位置からの移動体移動量に対応する移動体ストロークを求めることができる。第1検出器により移動体の位置を直接に求めているため移動体ストロークの検出精度を向上できる。しかも、移動体に起伏を設けることで段差を形成し、その段差に対する移動体移動方向における相対位置の変化により変化する信号を出力するだけで移動体の基準位置を検出できるため、移動体に高精度な加工を行う必要がなく、検出装置の構成を簡単化できる。
【0007】
また、基準位置の検出前にあっては基準位置に近接する方向に移動体を移動させ、第1検出器の出力信号を変化させることで基準位置を検出できるので、移動体ストロークの検出を迅速に開始することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1に示すステアバイワイヤ機構を採用した車両用操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材1と、操舵用アクチュエータ2(駆動用アクチュエータ)と、操舵用アクチュエータ2の動きを、操作部材1を車輪4に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪4に伝達するステアリングギヤ3とを備える。
【0009】
操作部材1は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト10に同行回転するように連結されている。回転シャフト10に操作用アクチュエータ19の出力シャフトが一体化されている。操作用アクチュエータ19は操作部材1に作用するトルクを発生するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【0010】
操舵用アクチュエータ2はブラシレスモータにより構成される。ステアリングギヤ3は、操舵用アクチュエータ2の出力シャフトの回転運動をラック(移動体)32の直線運動に変換するラックピニオン式運動変換機構を有する。すなわちステアリングギヤ3は、操舵用アクチュエータ2により減速ギヤ機構30を介して回転駆動されるピニオン31と、ピニオン31に噛み合うラック32とを有し、ラック32の直線的な移動がタイロッド8とナックルアーム9を介して車輪4に伝達されることで車輪4のトー角が変化する。操舵用アクチュエータ2が駆動されていない状態では、車輪4はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【0011】
ラック32における基準位置を舵角中点として検出する第1検出器33が設けられている。図2に示すように、その基準位置においてラック32の一端側(図2における右端側)と他端側とを区画する段差32a′が形成されるように、ラック32に起伏が設けられている。本実施形態では、その起伏はラック32に形成された凹部32aにより構成され、その凹部32aの一端が段差32a′とされている。ラック32の軸線方向における凹部32aの寸法Lは、ラック32の最大ストロークの1/2を超えるものとされている。第1検出器33は段差32a′に対するラック軸線方向における相対位置の変化により変化する信号を出力する。本実施形態における第1検出器33は、ラック32の支持側である車体に取り付けられた光電スイッチにより構成され、ラック32に向かい出射した光の反射光強度が一定以上ではオン信号を出力し、一定未満ではオフ信号を出力する。これにより第1検出器33は、基準位置よりもラック32の一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力する。よって、第1検出器33の出力信号のオン信号からオフ信号への変化、あるいはオフ信号からオン信号への変化によって基準位置を検出することができる。
【0012】
ピニオン31の回転角に応じたラック32の軸線方向移動量を検出する第2検出器34が設けられている。本実施形態の第2検出器34は、ピニオン31を駆動する操舵用アクチュエータ2を構成するブラシレスモータの駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成され、モータの出力シャフトの回転角の大きさと方向に応じた信号を出力することで操舵用アクチュエータ2の作動量に応じたラック移動量を検出する。
【0013】
第1検出器33と第2検出器34はコンピュータにより構成される制御装置20に接続される。制御装置20は、第1検出器33により検出された基準位置からの第2検出器34により検出されたラック移動量に基づきラック32のストロークを求める。第1検出器33による基準位置の検出前に、制御装置20は第1検出器33がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかを判断する。その基準位置の検出前に第1検出器33がオン信号を出力している時は、ラック32が自身の一端側に向かって(図2において右に向かって)移動するように制御装置20は操舵用アクチュエータ2を制御する。その基準位置の検出前に第1検出器33がオフ信号を出力している時は、ラック32が自身の他端側に向かって(図2において左に向かって)移動するように制御装置20は操舵用アクチュエータ2を制御する。
【0014】
操作部材1の操作角θhとして回転シャフト10の回転角を検出するポテンショメータ等により構成される操作角センサ11、操作部材1の操作トルクThとして回転シャフト10により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ12、および車速Vを検出する速度センサ14が制御装置20に接続される。
【0015】
図3のフローチャートを参照して制御装置20による制御手順を説明する。まず、例えばイグニッションスイッチのオンによる制御装置20への電力供給により制御が開始されると、各センサによる検出データを読み込む(ステップS1)。次に、基準位置設定フラグがオンか否かを判断し(ステップS2)、オンでなければ基準位置の設定を行い(ステップS3)、ステップS1に戻る。
【0016】
図4のフローチャートは基準位置の設定手順を示す。まず、制御開始後に第1検出器33が基準位置を検出したか否かを判断する(ステップS101)。基準位置を検出していなければ第1検出器33がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかを判断する(ステップS102)。第1検出器33がオン信号を出力している場合、ラック32が自身の一端側に向かって移動するように操舵用アクチュエータ2を制御し(ステップS103)、リターンする。ステップS102において第1検出器33がオフ信号を出力している場合、ラック32が自身の他端側に向かって移動するように操舵用アクチュエータ2を制御し(ステップS104)、リターンする。ステップS101において基準位置を検出していれば、その基準位置の検出時点における第2検出器34の出力値を舵角中点対応値として記憶することで基準位置の設定を行い(ステップS105)、基準位置設定フラグをオンし(ステップS106)、リターンする。
【0017】
ステップS2において基準位置設定フラグがオンであれば、その舵角中点対応値からの第2検出器34により検出されたラック移動量に基づき、ラック32のストロークを実舵角θとして求める(ステップS4)。次に、操作部材1の検出操作角θhと検出車速Vに応じた目標舵角θ* を記憶した関係θ* =G1(θh、V)から求め(ステップS5)、目標舵角θ* と実舵角θとの偏差が低減されるように操舵用アクチュエータ2をフィードバック制御する(ステップS6)。その記憶される関係θ* =G1(θh、V)は、例えば操作角θhが大きく車速Vが小さい程に目標舵角θ* が大きくなるように予め定められる。また、操作部材1の検出操作角θhと検出車速Vに応じた目標操作トルクTh* を記憶した関係Th* =G2(θh、V)から求め(ステップS7)、目標操作トルクTh* と検出操作トルクThとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ19をフィードバック制御する(ステップS8)。その記憶される関係Th* =G2(θh、V)は、例えば操作角θhが大きく車速Vが小さい程に目標操作トルクTh* が小さくなるように予め定められる。次に、制御を終了するか否かを例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し(ステップS9)、終了しない場合はステップS1に戻り、終了する場合は基準位置設定フラグをオフし(ステップS10)、しかる後に制御装置20への電力供給を遮断して制御を終了する。
【0018】
上記構成によれば、第1検出器33によりラック32の基準位置を求め、第2検出器34によりピニオン31の回転角に応じたラック移動量を求めることで、基準位置からのラック移動量に対応するラックストロークを求めることができる。すなわち、第1検出器33によりラック32の位置を直接に求めているためラックストロークの検出精度を向上できる。しかも、ラック32に起伏を設けることで段差32a′を形成し、段差32a′に対するラック軸線方向における相対位置の変化により変化する信号を出力するだけでラック32の基準位置を検出できるため、ラック32に高精度な加工を行う必要がなく、構成を簡単化できる。さらに、基準位置の検出前にあっては第1検出器33が基準位置に近接する方向にラックを移動させ、第1検出器33の出力信号を変化させることで基準位置を検出できるので、ラックストロークの検出を迅速に開始することができる。
【0019】
なお、本発明の移動体ストローク検出装置を、上記実施形態においてはラック32を移動体とする車両用操舵装置に適用したが、図5の変形例に示すようにボールスクリューシャフト101を移動体とする車両用操舵装置に適用してもよい。ボールスクリューシャフト101の両端に上記実施形態と同様に車輪が連結される。ボールスクリューシャフト101にボール102を介してボールナット103がねじ合わされ、ボールナット103はベアリング104、105を介してハウジング106により支持される。ボールナット103は駆動用アクチュエータであるブラシレスモータ107により駆動される。ブラシレスモータ107は、ハウジング106に固定されるステータ107aと、ステータ107aに挿入されるロータ107bとを有する。ロータ107bにボールスクリューシャフト101が隙間を介して軸方向移動可能に挿入され、ボールナット103が同行回転可能に連結される。ブラシレスモータ107によりボールナット103が駆動され、ボールナット103の回転角に応じてボールスクリューシャフト101が移動することで舵角が変化する。ボールスクリューシャフト101の基準位置に上記実施形態と同様にして凹部101aの端部により構成される段差101a′が形成され、第1検出器33の出力信号の変化によって基準位置が検出される。なお、本変形例では、モータ107の作動量に応じたボールスクリューシャフト101の移動量を検出する第2検出器は、ブラシレスモータ107の駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成できる。他は上記実施形態と同様とされる。
【0020】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第1検出器33は光電スイッチに限定されるものでなく、段差を境界にして移動体の一端側に位置する時はオン状態となり、他端側に位置する時はオフ状態になる近接スイッチ、段差との移動体軸線方向の相対位置の変化により出力が漸次変化する磁気センサ、段差と接触することでオン状態となり接触解除によりオフ状態となる接触式リミットスイッチ等により構成してもよい。また、移動体に凹部でなく凸部によって起伏を設けることで段差を形成してもよい。
【0021】
【発明の効果】
本発明の移動体ストローク検出装置によれば、移動体の一定位置からのストロークの検出精度を簡単な構成により低コストで向上でき、しかも移動体ストロークの検出を迅速に開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の車両用操舵装置の構成説明図
【図2】本発明の実施形態の車両用操舵装置における要部の構成説明図
【図3】本発明の実施形態の車両用操舵装置における操作用アクチュエータと操舵用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図4】本発明の実施形態の車両用操舵装置における基準位置の設定手順を示すフローチャート
【図5】本発明の変形例の車両用操舵装置における要部の構成説明図
【符号の説明】
20 制御装置
31 ピニオン
32 ラック
32a′ 段差
33 第1検出器
34 第2検出器
101 ボールスクリューシャフト
101a′ 段差
103 ボールナット
Claims (2)
- ブラシレスモータにより駆動されるピニオンに噛み合うラックを移動体として有し、前記ラックの直線的移動により舵角が変化する車両用操舵装置において、
前記ラックの一端側と他端側とを区画する段差が形成されるように、前記ラックに起伏が設けられ、
前記ラックにおける前記段差の位置を基準位置として検出する第1検出器と、
前記ブラシレスモータの駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成され、前記ピニオンの回転角に応じた前記ラックの軸線方向移動量を検出する第2検出器と、
前記第1検出器と前記第2検出器に接続され、前記基準位置の検出時点における前記第2検出器の出力値を舵角中点対応値として記憶する制御装置とを備え、
前記第1検出器は、前記基準位置よりも前記ラックの一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力し、そのオン信号からオフ信号への変化、あるいはオフ信号からオン信号への変化によって前記基準位置を検出し、
前記基準位置の検出前に、前記第1検出器がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかが前記制御装置により判断され、
前記ラックは前記制御装置による前記ブラシレスモータの制御により、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオン信号を出力している時はその一端側に向かって移動され、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオフ信号を出力している時はその他端側に向かって移動され、
前記制御装置により、記憶された前記舵角中点対応値からの前記第2検出器により検出されたラック移動量に基づき前記ブラシレスモータが駆動されることを特徴とする車両用操舵装置における移動体ストローク検出装置。 - ブラシレスモータにより駆動されるナットにねじ合わされるスクリューシャフトを移動体として有し、前記スクリューシャフトの直線的移動により舵角が変化する車両用操舵装置において、
前記スクリューシャフトの一端側と他端側とを区画する段差が形成されるように、前記スクリューシャフトに起伏が設けられ、
前記スクリューシャフトにおける前記段差の位置を基準位置として検出する第1検出器と、
前記ブラシレスモータの駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成され、前記ナットの回転角に応じた前記スクリューシャフトの軸線方向移動量を検出する第2検出器と、
前記第1検出器と前記第2検出器に接続され、前記基準位置の検出時点における前記第2検出器の出力値を舵角中点対応値として記憶する制御装置とを備え、
前記第1検出器は、前記基準位置よりも前記スクリューシャフトの一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力し、そのオン信号からオフ信号への変化、あるいはオフ信号からオン信号への変化によって前記基準位置を検出し、
前記基準位置の検出前に、前記第1検出器がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかが前記制御装置により判断され、
前記スクリューシャフトは前記制御装置による前記ブラシレスモータの制御により、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオン信号を出力している時はその一端側に向かって移動され、前記基準位置の検出前に前記第1検出器がオフ信号を出力している時はその他端側に向かって移動され、
前記制御装置により、記憶された前記舵角中点対応値からの前記第2検出器により検出されたスクリューシャフト移動量に基づき前記ブラシレスモータが駆動されることを特徴とする車両用操舵装置における移動体ストローク検出装置。
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