JP4415642B2 - 伝達比可変操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリングホイールからのステアリング角の伝達比を可変させる伝達比可変操舵装置に関する。

従来より、伝達比可変操舵装置は、ステアリングと接続される入力軸と、転舵輪側と接続される出力軸と、入力軸の回転角に対して出力軸の回転角を可変させる電動モータと、入力軸と出力軸とを連結させる連結ピンと、入力軸と出力軸との連結を断つために連結ピンを作動させる励磁コイルと、電動モータ及び励磁コイルに流れる電流をディーティー制御するために、スイッチングトランジスタを駆動するＰＷＭ駆動信号を生成する制御部とから構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２７８０８７号公報（第３頁右欄第４７行〜第６頁右欄第２２行、第１図〜第５図）

ところが、上述の伝達比可変操舵装置では、励磁コイルに流れる電流を制御するために、スイッチングトランジスタをデューティー制御しており、スイッチングトランジスタを駆動するＰＷＭ駆動信号の周波数が可聴周波数領域内の周波数（例えば１ｋＨｚ）であるために、スイッチングトランジスタから発生するスイッチング音が可聴周波数領域内となり、乗員に不快感を与えてしまうという問題がある。

そこで、制御部がスイッチングトランジスタを駆動するＰＷＭ駆動信号の周波数を可聴周波数領域外（約２０ｋＨｚ以上）とすることで、スイッチングトランジスタから可聴周波数領域内のスイッチング音が発生することを防止できる。しかし、スイッチングトランジスタを駆動するＰＷＭ駆動信号の周波数を可聴周波数領域外（高周波数）にしたとしても、スイッチングトランジスタからは高周波数成分を含むスイッチング音が発生しており、その高周波数成分を含むスイッチング音によって車両内の他の外部機器に悪影響（例えばラジオノイズ）を与えてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、スイッチング音によって乗員に不快感を与えず、さらに他の外部機器に悪影響を与えることも防止できる伝達比可変操舵装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１では、ステアリングに接続される入力軸と、転舵輪側に接続される出力軸と、前記入力軸と前記出力軸とを連結する連結手段と、前記入力軸と前記出力軸との連結を断つために前記連結手段を作動させるための励磁コイルと、前記励磁コイルに印加させる電圧を制御する電圧制御回路と、前記励磁コイルに印加させる電圧を制御するための制御信号を生成する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記励磁コイルに流れる実電流をデューティー制御するものとしてＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭドライバを備えたマイコンであって、前記ＰＷＭ駆動信号をアナログの電気信号に変換して前記制御信号とするための信号変換手段
を有し、前記電圧制御回路は、前記信号変換手段で変換した前記電気信号が入力され、且つ入力された前記電気信号に応じた電圧を前記励磁コイルに印加させるオペアンプを有していることを特徴とする伝達比可変操舵装置である。

この構成により、制御手段で生成された制御信号によって電圧制御回路が励磁コイルに印加させる電圧を制御することで、励磁コイルに電流を流すことができる。このことから、本発明では、従来の如く、励磁コイルに流れる電流をデューティー制御していないため、スイッチング素子が不要となり、励磁コイルに電流を流す際に、スイッチング音自体が発生しないため、スイッチング音によって乗員に不快感を与えず、さらに他の外部機器に悪影響を与えることも防止できる。
さらに、マイコンは、従来の如く、ＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭドライバを備え、信号変換手段がマイコンのＰＷＭドライバで生成されたＰＷＭ駆動信号をアナログの電気信号に変換してオペアンプに入力することで、入力されたアナログの電気信号に応じた電圧を励磁コイルに印加させることができるため、励磁コイルに流れる電流を制御することができる。これにより、励磁コイルに印加させる電圧を制御するために、新たなマイコンを用いることなく、従来のＰＷＭドライバを備えたマイコンによって、励磁コイルに印加させる電圧を制御することができる。

また、請求項２では、電気信号に応じた電圧とは、オペアンプで増幅した電圧であることを特徴としている。

この構成により、オペアンプに入力可能なアナログの電気信号の最大値よりも大きい電圧を励磁コイルに印加したい場合に、オペアンプが入力された電気信号を増幅することで、入力された電気信号よりも大きい電圧を励磁コイルに印加させることができる。

また、請求項３では、オペアンプは、電源が供給される電源ライン、非反転入力端子、反転入力端子及び出力端子を有し、電源ラインの一端が励磁コイルに電流を供給するためのバッテリと電気的に接続されると共に、電源ラインの他端がグランドに接続されており、非反転入力端子に電気信号が入力され、出力端子が反転入力端子及び励磁コイルに電気的に接続されていることを特徴としている。
この構成により、オペアンプには、バッテリから電源が供給されていることから、オペアンプの出力端子には、非反転入力端子に入力されたアナログの電気信号に応じた電圧が出力されるため、この出力電圧を励磁コイルに印加させることができる。

図１は、車両の操舵機構の構成図である。図２は、伝達比可変操舵装置１の伝達比可変ユニット１２の軸方向断面図である。図３は、伝達比可変操舵装置１全体の回路構成を示したブロック図である。図４は、ＥＣＵ３の一部分の回路構成を示したブロック図である。図５は、ソレノイド駆動回路３２の回路構成を示した図である。

先ず、図１及び図２に基づいて、車両の車速によって転舵輪の転舵角を可変させる伝達比可変操舵装置１が搭載された車両の操舵機構の全体構成について説明する。図１に示すように、車両のステアリング１０が入力軸１１の上端に接続されている。また、入力軸１１の下端と出力軸１３の上端とが伝達比可変ユニット１２を介して接続されている。また、出力軸１３の下端には、図示しないピニオンが設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１５内でラック１６に噛合されている。ラック１６の両端には、それぞれ図示しないタイロッド及びアームを介して転舵輪１７が接続されている。

入力軸１１には、ステアリング１０の操舵角を検出する舵角センサ６が設けられ、一方、出力軸１３には、転舵輪１７の転舵角を検出する出力角センサ１４が設けられている。これら舵角センサ６及び出力角センサ１４により検出されたステアリング１０の操舵角及び転舵輪１７の転舵角は、ＥＣＵ３に入力される。さらに、ＥＣＵ３には、車載ＬＡＮ７からの車速信号ＳＨ及びエンジン回転数信号ＥＧが入力される。そして、ＥＣＵ３は、この伝達比可変ユニット１２を制御するための信号を出力する。

伝達比可変ユニット１２は、図２に示すように、周知のブラシレスモータである電動モータ４及び減速機構５を備えて構成され、舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの信号に基づいて、電動モータ４を回転させて出力軸１３の回転角を可変させるものである。また、電動モータ４は、モータハウジング４４内に設けられたステータ４３とロータ４２とを備えて構成されている。また、モータハウジング４４のステアリング１０側の内周には、連結手段を成す連結ピン２１を回転軸４１の軸方向と平行な方向に前進させるためのソレノイドコイル２が設けられている。このソレノイドコイル２は、ＥＣＵ３からの指令により連結ピン２１を回転軸４１の軸方向と平行な方向に前進させる。また、ロータ４２の端面には、連結ピン２１が係合される係合部４２ａが設けられている。

以上説明した操舵機構では、先ず、車載ＬＡＮ７からの車速信号ＳＨ及びエンジン回転数信号ＥＧと舵角センサ６により検出された操舵角とがＥＣＵ３に入力されると、ＥＣＵ３は、これらの情報に基づき、目標舵角の演算を行う。この目標舵角に基づくモータ制御指令がＥＣＵ３より伝達比可変ユニット１２に出力される。このモータ制御指令により伝達比可変ユニット１２の電動モータ４が駆動され、転舵輪１７に対して目標舵角に対応した転舵角を与える。そして、ＥＣＵ３は、出力角センサ１４より転舵輪１７の実際の転舵角を検出して、確実に目標舵角に対応した転舵角を転舵輪１７に与えることができるようにフィードバックされる。この際、ソレノイドコイル２は、オン状態であり、連結ピン２１を回転軸４１の軸方向と平行な方向に後退させている。つまり、モータハウジング４４とロータ４２との連結は解除されている。

次に、図３に基づいて、伝達比可変操舵装置１の構成について説明する。

伝達比可変操舵装置１は、ソレノイドコイル２、ＥＣＵ３、電動モータ４及び減速機構５から構成されている。

ソレノイドコイル２は、励磁コイルを成し、後述するＥＣＵ３のソレノイド駆動回路３２に接続されており、ソレノイド駆動回路３２を介してバッテリ８からソレノイドコイル２に電流が流れ、上述の連結ピン２１を作動させる。

ＥＣＵ３は、上述の舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの情報に基づいて、ソレノイドコイル２及び電動モータ４に流れる電流を制御するものであって、マイコン３１、ソレノイド駆動回路３２、リレー３３、駆動回路３４、電源回路３５、電圧検出回路３６、電流検出回路３７、通信Ｉ／Ｆ３８、舵角検出回路３９、モータ駆動回路５０、電流検出回路５１、モータ端子電圧検出回路５２及び電気角検出回路５３から構成されている。

マイコン３１は、制御手段を成し、舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの情報に基づいて、電動モータ４に流れる電流をディーティー制御するためのＰＷＭ駆動信号を生成する。さらに、マイコン３１は、舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの情報に基づいて、ソレノイドコイル２に印加させる電圧を決定し、決定した電圧をソレノイドコイル２に印加することが可能なアナログの電気信号Ｖｉｎを生成し、ソレノイド駆動回路３２に出力するＤ／Ａ変換器３１１を備えている（図４参照。）。なお、マイコン３１は、後述する電源回路３５を介してバッテリ８に電気的に接続され、バッテリ８から５Ｖの電源が供給されている。そのため、上述したマイコン３１で生成した電気信号Ｖｉｎは、０〜５Ｖの範囲のアナログ電圧値となる。

ソレノイド駆動回路３２は、電圧制御回路を成し、マイコン３１からのアナログの電気信号Ｖｉｎが入力され、入力された電気信号Ｖｉｎに応じた出力電圧をソレノイドコイル２に印加させ、連結手段２１を作動させるためのものであって、リレー３３を介してバッテリ８と接続されている。

リレー３３は、バッテリ８とソレノイド駆動回路３２との間に設けられ、オンすることで、バッテリ８とソレノイド駆動回路３２とを接続させ、オフすることで、バッテリ８とソレノイド駆動回路３２との接続を遮断させる。

駆動回路３４は、マイコン３１からの信号によって、リレー３３をオンもしくはオフさせるためのものである。

電源回路３５は、ＩＧスイッチ９を介してバッテリ８と接続され、バッテリ８からの電流をマイコン３１に供給させるためのものである。

電圧検出回路３６は、バッテリ８の電圧値を検出し、検出した検出値をマイコン３１に入力している。

電流検出回路３７は、バッテリ８からモータ駆動回路５０に電流を供給すると共に、その電流値を検出し、検出した電流値をマイコン３１に入力している。

通信Ｉ／Ｆ３８は、車載ＬＡＮ７からの車速信号ＳＨ及びエンジン回転数信号ＥＧをマイコン３１が認識できるように変換し、この変換した車速信号ＳＨ及びエンジン回転数信号ＥＧをマイコン３１に入力している。

舵角検出回路３９は、舵角センサ６からの信号をマイコン３１が認識できるように変換し、この変換した舵角信号をマイコン３１に入力している。

モータ駆動回路５０は、三相ブリッジ回路を構成する６つのスイッチングトランジスタを有し、マイコン３１からのＰＷＭ駆動信号に基づいて、６つのスイッチングトランジスタをデューティー制御して電動モータ４を駆動させるものである。

電流検出回路５１は、モータ駆動回路５０の６つのスイッチングトランジスタに流れる電流を検出し、検出した電流値をマイコン３１に入力している。

モータ端子電圧検出回路５２は、モータ駆動回路５０の６つのスイッチングトランジスタの電圧を検出し、検出した電圧値をマイコン３１に入力している。

電気角検出回路５３は、出力角センサ１４で検出した転舵角をマイコン３１が認識できるように変換し、この変換した転舵角信号をマイコン３１に入力している。

伝達比可変操舵装置１の作動としては、ＩＧスイッチ９がオンされると、マイコン３１がソレノイド駆動回路３２にアナログの電気信号Ｖｉｎを出力し、ソレノイド駆動回路３２が入力された電気信号Ｖｉｎに応じた出力電圧をソレノイドコイル２に印加させる。これにより、ソレノイドコイル２に電流が流れ、連結ピン２１が作動され、入力軸１１と出力軸１３との連結が断たれる。そして、マイコン３１が舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの信号に基づいて電動モータ４を回転させることで、電動モータ４の回転力が減速機構５を介して出力軸１３に伝達され、転舵輪の転舵角を可変させる。

次に、本発明の特徴部分であるソレノイド駆動回路３２の回路構成について図５に基づいて説明する。

ソレノイド駆動回路３２は、オペアンプ３２１及びダイオード３２３から構成されている。

オペアンプ３２１は、電源が供給される電源ライン３２２、非反転入力端子、反転入力端子及び出力端子を備えており、電源ライン３２２の一端がリレー３３を介してバッテリ８に電気的に接続され、電源ライン３２２の他端がグランドに電気的に接続されている。なお、オペアンプ３２１には、バッテリ８から１２Ｖの電源が供給されている。また、非反転入力端子は、マイコン３１のＤ／Ａ変換器３１１と電気的に接続され、０〜５Ｖのアナログの電気信号Ｖｉｎが入力される。さらに、出力端子は、反転入力端子及びソレノイドコイル２の一端と接続されている。

ダイオード３２３は、ソレノイドコイル２の両端に電気的に接続されている。

また、オペアンプ３２１は、入力された電気信号Ｖｉｎを増幅し、ソレノイドコイル２に増幅した電圧を出力する。なお、本実施例のオペアンプ３２１の増幅率は、２．４であって、例えばアナログの電気信号Ｖｉｎが５Ｖである場合、ソレノイドコイル２に印加される電圧は、５Ｖ×２．４＝１２Ｖとなる。

［実施例１の効果］
以上説明した伝達比可変操舵装置１のソレノイド駆動回路３２は、マイコン３１で生成されたアナログの電気信号Ｖｉｎに基づいて、ソレノイドコイル２に印加させる電圧を制御していることから、ソレノイドコイル２に流れる電流を制御することができる。これにより、従来の如く、ソレノイドコイル２に流れる電流をデューティー制御していないため、スイッチングトランジスタを用いられることなく、ソレノイドコイル２に電流を流す際に、スイッチング音が発生しないため、スイッチング音によって乗員に不快感を与えず、さらに他の外部機器に悪影響を与えることを防止できる。

また、ソレノイド駆動回路３２は、マイコン３１からアナログの電気信号Ｖｉｎが入力され、且つ入力された電気信号Ｖｉｎに応じた電圧をソレノイドコイル２に印加させるオペアンプ３２１を備えていることから、デューティー制御することでソレノイドコイル２に電流を流すことなく、電圧制御することでソレノイドコイル２に電流を流すことができる。

さらに、オペアンプ３２１は、入力された０〜５Ｖの範囲の電気信号Ｖｉｎを増幅して０〜１２Ｖの範囲の電圧をソレノイドコイル２に印加することから、入力される電気信号Ｖｉｎの値がバッテリ８の電圧よりも小さくても、バッテリ８の最大電圧（１２Ｖ）をソレノイドコイル２に印加させることができる。

図６は、本実施例でのＥＣＵ３の一部分の回路構成を示したブロック図である。

本施例でのＥＣＵ３は、マイコン３１のＰＷＭドライバ３１２で生成されたＰＷＭ駆動信号をアナログの電気信号Ｖｉｎに変換するための信号変換手段を成すＦ−Ｖコンバータ３０を有している。

また、マイコン３１は、従来の如く、舵角センサ６及び車載ＬＡＮ７からの情報に基づいて、ソレノイドコイル２に流す指令電流値を決定し、ソレノイドコイル２に指令電流値が流れるように、バッテリ８の電圧値に基づいてソレノイドコイル２に流れる実電流をデューティー制御するためのＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭドライバ３１２を有している。

そして、Ｆ−Ｖコンバータ３０は、ＰＷＭドライバ３１２で生成されたＰＷＭ駆動信号から０〜５Ｖの範囲の電気信号Ｖｉｎに変換し、ソレノイド駆動回路３２のオペアンプ３２１に出力する。なお、Ｆ−Ｖコンバータ３０は、ＰＷＭドライバ３１２で生成されたＰＷＭ駆動信号から５Ｖ以上の電気信号Ｖｉｎに変換するように構成してもよい。また、ソレノイド駆動回路３２の構成及び作動については、実施例１と同様であるため、説明は省略する。

本実施例のマイコン３１は、従来の如く、ＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭドライバ３１２を備え、Ｆ−Ｖコンバータ３０がＰＷＭ駆動信号をアナログの電気信号Ｖｉｎに変換してオペアンプ３２１に入力することから、実施例１と同様に、Ｆ−Ｖコンバータ３０で変換されたアナログの電気信号Ｖｉｎに基づいて、ソレノイドコイル２に印加させる電圧を制御することで、ソレノイドコイル２に流れる電流を制御することができる。これにより、励磁コイルに印加させる電圧を制御するために、Ｄ／Ａ変換器３１１を備えた新たなマイコンを用いることなく、従来のＰＷＭドライバを備えたマイコンによって、励磁コイルに印加させる電圧を制御することができる。

なお、実施例１及び２でのオペアンプの増幅率は、入力される電気信号Ｖｉｎの最大値もしくはバッテリ８の最大電圧値に応じて変更してもよい。例えば、電気信号Ｖｉｎの最大電圧が５Ｖよりも小さく、バッテリ８の電圧値が１２Ｖであるときには、オペアンプ３２１の増幅率を２．４よりも大きくすることで、ソレノイドコイル２にバッテリ８の最大電圧値まで印加させることができる。

なお、マイコン３１が連結ピン２１を作動させる際に、ソレノイドコイル２に印加させる電圧が最大値となるアナログの電気信号Ｖｉｎを生成し、連結ピン２１を作動させた後、即ち連結ピン２１を作動させた後の状態を保持する際に、最低限連結ピン２１を保持することが可能な電圧をソレノイドコイル２に印加させてもよい。これにより、連結ピン２１を素早く、さらに力強く作動させることができ、連結ピン２１を作動させた後に、消費電力を抑制することができる。

また、マイコン３１がソレノイドコイル２に常に一定の電流を流すことが可能な電気信号Ｖｉｎを生成するようにしてもよい。

車両の操舵機構の構成図である。 伝達比可変操舵装置の伝達比可変ユニットの軸方向断面図である。 伝達比可変操舵装置全体の回路構成を示したブロック図である。 ＥＣＵの一部分の回路構成を示したブロック図である。（実施例１） ソレノイド駆動回路の回路構成を示した回路図である。 ＥＣＵの一部分の回路構成を示したブロック図である。（実施例２）

符号の説明

１…伝達比可変操舵装置、２…ソレノイドコイル、３…制御部、４…電動モータ、２１…連結ピン、３１…マイコン、３２…ソレノイド駆動回路

Claims (3)

1. ステアリングに接続される入力軸と、
   転舵輪側に接続される出力軸と、
   前記入力軸と前記出力軸とを連結する連結手段と、
   前記入力軸と前記出力軸との連結を断つために前記連結手段を作動させるための励磁コイルと、
   前記励磁コイルに印加させる電圧を制御する電圧制御回路と、
   前記励磁コイルに印加させる電圧を制御するための制御信号を生成する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記励磁コイルに流れる実電流をデューティー制御するものとしてＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭドライバを備えたマイコンであって、
   前記ＰＷＭ駆動信号をアナログの電気信号に変換して前記制御信号とするための信号変換手段を有し、
   前記電圧制御回路は、前記信号変換手段で変換した前記電気信号が入力され、且つ入力された前記電気信号に応じた電圧を前記励磁コイルに印加させるオペアンプを有していることを特徴とする伝達比可変操舵装置。
2. 前記電気信号に応じた電圧とは、前記オペアンプで増幅した電圧であることを特徴とする請求項１記載の伝達比可変操舵装置。
3. 前記オペアンプは、電源が供給される電源ライン、非反転入力端子、反転入力端子及び出力端子を有し、
   前記電源ラインの一端が前記励磁コイルに電流を供給するためのバッテリと接続されると共に、前記電源ラインの他端がグランドに電気的に接続されており、
   前記非反転入力端子に前記電気信号が入力され、前記出力端子が前記反転入力端子及び前記励磁コイルに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の伝達比可変操舵装置。

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