JP4020011B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

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。

Images