(57)【要約】  【課題】  操舵機構に付設される２つの操舵モータの回転角度を検出する回転角センサを兼用し、簡素な構成にて低コスト化された車両用操舵装置を提供する。  【解決手段】  ステアリングホイール２の操作に応じた操舵制御部６の制御動作により駆動され、操舵機構１に動作力を加えて操舵を行わせる第１，第２の操舵モータ３，４を備える構成において、第１の操舵モータ３にのみ回転角度を検出する回転角センサ７を付設し、操舵制御部６は、第１の操舵モータ３を駆動したときに第２の操舵モータ４に発生する誘起電圧に基づいて、第２の操舵モータ４の回転角基準点を定め、この回転角基準点と回転角センサ７の検出角度とに基づいて第２の操舵モータ４の回転角度を算出する構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作に応じて駆動され、操舵機構に動作力を加えて操舵を行わせる第１，第２の操舵モータを備える車両用操舵装置において、
前記第１の操舵モータの回転角度を検出する回転角センサと、
前記第１の操舵モータを駆動したときに前記第２の操舵モータに発生する誘起電圧に基づいて、該第２の操舵モータの回転角基準点を定める手段と、
該手段により定めた回転角基準点と前記回転角センサの検出角度とに基づいて前記第２の操舵モータの回転角度を算出する手段と
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者によりなされるステアリングホイール等の操舵部材の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。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置として、近年、車室内部のステアリングホイール等の操舵部材を車室外部の操舵機構から機械的に分離して配し、この操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて操舵機構に付設された操舵モータを駆動制御し、操舵機構に動作力を加えて操舵を行わせる構成とした操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置が開発されつつある。
【０００３】
この種の車両用操舵装置は、操舵部材の操作量と操舵機構の動作量との対応関係を、機械的な制約を受けずに自在に変更することができ、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、走行状態に応じた操舵特性の変更制御に柔軟に対応し得るという利点を有し、また近年開発が進められている自動運転システム（ＩＴＳ，ＡＨＳ等）への対応が容易であるという利点を有しており、自動車技術の発展のために有用なものとして注目されている。
【０００４】
一方、このようなステアバイワイヤ式の操舵装置においては、操舵部材と操舵機構との機械的な連結が絶たれていることから、操舵機構に付設される操舵モータのフェイルセーフ対策が不可欠であり、従来から、操舵機構に２つの操舵モータを付設し、一方の操舵モータに異常が生じたとき、他方の操舵モータを単独にて駆動して補助的な操舵を行わせ得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２１８０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて以上の如き車両用操舵装置において、操舵機構に付設される操舵モータとしてブラシレスモータが広く用いられており、ブラシレスモータを駆動するには、ステータコイルへの通電制御のためにロータの回転角度を検出する回転角センサが必要である。
【０００６】
従って前述の如く２つの操舵モータを備える車両用操舵装置においては、両操舵モータの夫々に回転角センサが設けられることとなり、これらの回転角センサの存在が装置構成の複雑化を招来し、製品コストの上昇を招来する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、操舵機構に付設される２つの操舵モータの回転角度を検出する回転角センサを兼用することを可能とし、簡素な構成にて低コスト化された車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る車両用操舵装置は、操舵部材の操作に応じて駆動され、操舵機構に動作力を加えて操舵を行わせる第１，第２の操舵モータを備える車両用操舵装置において、前記第１の操舵モータの回転角度を検出する回転角センサと、前記第１の操舵モータを駆動したときに前記第２の操舵モータに発生する誘起電圧に基づいて、該第２の操舵モータの回転角基準点を定める手段と、該手段により定めた回転角基準点と前記回転角センサの検出角度とに基づいて前記第２の操舵モータの回転角度を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る車両用操舵装置においては、共通の操舵機構に動作力を加える第１，第２の操舵モータのうち、第１の操舵モータにのみ回転角センサを設け、第２の操舵モータの回転角度は、第１の操舵モータの駆動時に第２の操舵モータに発生する誘起電圧に基づいて定めた回転角基準点と前記回転角センサの検出角度とを用いて算出するから、単一の回転角センサにより第１，第２の操舵モータの回転角度を検出し、これらの操舵モータを駆動して操舵を行わせることができ、構成の簡素化及び低コスト化を図ることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図であり、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪10，10に操舵動作を行わせるための操舵機構１と、該操舵機構１から機械的に分離して配され、操舵のために回転操作されるステアリングホイール（操舵部材）２と、操舵機構１に動作力を加える第１，第２の操舵モータ３，４と、ステアリングホイール２に操舵反力を加えるための反力モータ５と、第１，第２の操舵モータ３，４に対する操舵制御動作及び反力モータ５に対する反力制御動作をなす操舵制御部６とを備えるステアバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。
【００１１】
操舵機構１は、車体の左右方向に延設された筒形をなすハウジング11の内部に軸長方向への移動自在に支持された操舵軸12を備え、ハウジング11の両側外部に突出する操舵軸12の両端部を操舵用の車輪10，10のナックルアーム13，13に、各別のタイロッド14，14を介して連結してなり、操舵軸12の両方向への移動によりタイロッド14，14を介してナックルアーム13，13を押し引きし、前記車輪10，10を左右に操舵させる構成となっている。
【００１２】
このような操舵機構１に操舵力を加える第１，第２の操舵モータ３，４は、ハウジング11の中途を大径として構成されたモータハウジング15の内部に並設されている。図２は、第１，第２の操舵モータ３，４の構成例を略示する断面図である。
【００１３】
本図には、右側に位置する第１の操舵モータ３の全体と、左側に位置する第２の操舵モータ４の一部とが図示されており、これらの操舵モータ３，４は、モータハウジング15の内部に操舵軸12と同軸上での回転自在に支持された筒形のロータ30，40と、これらのロータ30，40の外周面に設けられた磁極31，41に対面するようにモータハウジング15の内面に固設されたステータコイル32，42とを備えてなり、これらのステータコイル32，42への通電に応じて各別のロータ30，40に回転力を発生する３相ブラシレスモータとして構成されている。
【００１４】
第１，第２の操舵モータ３，４のロータ30，40は、夫々との対向側に向けて延長され、これらの延長部には、夫々の内周面にボールねじの軌条が形成されたボールナット33，43が一体形成されている。一方、このようなボールナット33，43の内側に挿通された操舵軸12の外周面には、所定の長さ範囲に亘ってボールねじの軌条が形成されており、この軌条とボールナット33，43内面のボールねじの軌条とが多数のボール16，16…を介して螺合されてボールねじ機構が構成されている。
【００１５】
以上の構成により第１，第２の操舵モータ３，４のロータ30，40の回転は、夫々の延長部のボールナット33，43を構成要素とするボールねじ機構を介して操舵軸12に伝えられ、該操舵軸12が軸長方向に移動して前述した操舵が行われる。なお図中の34，44は、第１，第２の操舵モータ３，４のロータ30，40と各別のボールナット33，43との境界部を封止すべく設けられたオイルシールである。
【００１６】
本発明において第１の操舵モータ３は、ロータ30の回転角度を検出する回転角センサ７を備えている。この回転角センサ７は、例えば、磁極31の並設部の一側に外れてロータ30の外周面に固設されたロータ部70と、このロータ部70の回転周上を臨むようにモータハウジング15の内周面に固設されたステータ部71とを備えるレゾルバとして構成することができる。このように構成された回転角センサ７においては、ロータ部70の回転位置に応じてステータ部71に電圧が誘起されるから、この電圧の位相に基づいてロータ部70と一体回転するロータ30の回転位置（回転角度）を検出することができる。
【００１７】
回転角センサ７の出力は、操舵制御部６に与えられている。操舵制御部６は、回転角センサ７の出力から第１の操舵モータ３のロータ30の回転角度を認識し、回転方向に分割されたステータコイル32の励磁電流を分配供給することにより、後述する操舵制御動作において第１の操舵モータ３を駆動するために利用している。
【００１８】
以上の如き回転角センサ７は、第２の操舵モータ４には備えられておらず、操舵制御部６は、第１の操舵モータ３に付設された回転角センサ７の出力に基づいて第２の操舵モータ４のロータ40の回転角度も後述の如くに求め、操舵のための第２の操舵モータ４の駆動に用いている。
【００１９】
また操舵制御部６は、回転角センサ７による回転角度の検出値を、第１，第２の操舵モータ３，４の動作により生じる操舵用の車輪10，10の実舵角の算出のためにも利用している。このような実舵角の算出値は、操舵制御部６において後述の如くなされる始動時処理の結果として定められる中立舵角位置を基準とし、その後に得られる回転角センサ７による回転角度の検出値を逐次積算することにより算出される。
【００２０】
また、以上の如き操舵に伴って操舵機構１に実際に加わる操舵反力は、例えば、操舵軸12の一側のタイロッド14に取り付けたタイロッド軸力センサ17により検出され、操舵制御部６に与えられている。
【００２１】
以上の如き操舵機構１から機械的に分離されたステアリングホイール２は、回転軸となるコラム軸20の上端部に嵌着固定され、図示しない車室の内部に運転者に対面するように配してある。コラム軸20は、車体の適宜部位に固定支持されたコラムハウジング21の内部に、軸回りでの回動自在に支承されている。
【００２２】
ステアリングホイール２に操舵反力を加える反力モータ５は、コラムハウジング21の中途部外側に取り付けられ、ウォームギヤ機構等の減速機構を介してコラムハウジング21の内部のコラム軸20に伝動構成されており、該反力モータ５の回転力が前記減速機構による減速下にてコラム軸20に加えられ、該コラム軸20の上端に固定されたステアリングホイール２に操舵反力が付加されるようになしてある。
【００２３】
反力モータ５には、第１の操舵モータ３の回転角センサ７と同様、ロータの回転角度を検出する回転角センサ50が付設されており、この回転角センサ50の出力は、操舵制御部６に与えられている。操舵制御部６は、回転角センサ50の出力により反力モータ５の回転角度を認識し、後述する反力制御動作において反力モータ５の駆動のために用いている。
【００２４】
また操舵制御部６は、回転角センサ50による反力モータ５の回転角度の検出結果を、該反力モータ５が伝動構成されたコラム軸20の上端に固定されたステアリングホイール２の操作角度の算出に利用している。この操作角度の算出は、操舵制御部６において後述の如くなされる始動時処理の結果として定められる中立操作角を基準とし、その後に得られる回転角センサ50による回転角度の検出値を逐次積算することによりなされる。
【００２５】
コラムハウジング21の下部には、前記中立操作角の設定のために必要なメカニカルストッパ８が付設されている。図３は、メカニカルストッパ８の構成例を示す断面図である。本図に示す如くメカニカルストッパ８は、コラムハウジング21に連設されたハウジング80の内部にコラム軸20から延長されたねじ軸81を支持し、該ねじ軸81にナット部材82を螺合すると共に、該ナット部材82の外周に軸長方向に延設された係合溝83にハウジング80の周壁に打設された係合ピン84を係合せしめ、ナット部材82の軸回りの回転を拘束して構成されている。
【００２６】
この構成によりねじ軸81が回転した場合、該ねじ軸81に螺合するナット部材82は、図中に矢符により示す如く軸長方向の両側に移動する。ハウジング80の内部には、ナット部材82の移動域の両側に面してストッパ部85，86が設けてあり、ナット部材82の移動は、ストッパ部85，86の夫々と当接するまでの間にて生じるようになしてある。
【００２７】
ここでねじ軸80の回転は、これが連設されたコラム軸20の回転に伴って生じ、コラム軸20の回転は、上端に固定されたステアリングホイール２の操作によって生じるから、ストッパ部85，86との当接によるナット部材82の移動の拘束によりステアリングホイール２の両方向の操作範囲が制限されることとなる。
【００２８】
このようにメカニカルストッパ８は、ステアリングホイール２の左右両方向の操作範囲を機械的に制限するストッパとしての作用をなす。操舵制御部６における中立操作角の設定は、例えば、走行開始前に反力モータ５を駆動してコラム軸20を両方向に回転させ、メカニカルストッパ８による両側のストッパ位置を認識し、これらの中点を中立操作角として定める手順によりなされ、この設定後におけるステアリングホイール２の操作角は、前述の如く、回転角センサ50による回転角度の検出値の積算により逐次算出することができる。
【００２９】
操舵制御部６における操舵用の車輪10，10の中立舵角位置の設定も同様に、例えば、走行開始前に第１の操舵モータ３を駆動して操舵軸12を左右両方向に移動させ、該操舵軸12の移動ストロークの両端を認識し、これらの中点を車輪10，10が直進状態にある中立舵角位置として定める手順によりなされ、この設定後の車輪10，10の実舵角は、前述の如く、回転角センサ７による回転角度の検出値の積算により逐次算出することができる。なおこのとき、操舵軸12の移動を左右のストローク端にて制限するストッパが必要であるが、このストッパは、操舵軸12と、これを支持するハウジング11との間に適宜に設けることができる。
【００３０】
更に、操舵制御部６には、車速、ヨーレート、横加速度、前後加速度等、操舵に影響を与える走行状態の検出結果が、車両の各部に設置された走行状態センサ22から与えられている。
【００３１】
操舵制御部６は、演算処理部としてのＣＰＵ、制御プログラムを記憶させてあるＲＯＭ及び演算処理の過程においてワークエリアとして使用されるＲＡＭを備える電子制御ユニットとして構成されており、この操舵制御部６の出力は、操舵機構１に付設された第１，第２の操舵モータ３，４とステアリングホイール２に付設された反力モータ５とに、図示しない各別の駆動回路を介して与えられている。
【００３２】
図４は、操舵制御部６の動作内容を示すフローチャートである。操舵制御部６は、例えば、エンジンを始動するためのキースイッチがオン操作されたことを条件として動作を開始し、まず始動時処理動作を行い（ステップ１）、その後にメイン制御動作を連続して実施し（ステップ２）、例えば、車両を停車させた後、エンジン停止のためにキースイッチがオフ操作されたことを条件として終了時処理動作を行って（ステップ３）一連の動作を終える。
【００３３】
ステップ１の始動時処理動作において操舵制御部６は、前述の如く、第１の操舵モータ３を正逆両方向に駆動して操舵軸12を左右のストローク端間にて移動させ、このストローク端間の中点を中立舵角位置として設定し、同じく前述の如く、反力モータ５を正逆両方向に駆動してステアリングホイール２をメカニカルストッパ８による左右のストッパ位置間にて移動させ、両ストッパ位置間の中点を中立操作角として設定する。
【００３４】
この後は、設定された中立舵角位置を基準として回転角センサ７の検出値を逐次積算することにより、操舵用の車輪10，10の実舵角を求めることができ、また設定された中立操舵角を基準として回転角センサ50の検出値を逐次積算することにより、ステアリングホイール２の操作角を求めることができる。このように求められる実舵角及び操作角は、ステップ２におけるメイン制御動作において夫々の検出値として使用される。
【００３５】
操舵制御部６は、以上の如く求められる実舵角及び操作角を参照して、これらを最後の停車時における状態に戻して始動時処理動作を終える。なお、最後の停車時における車輪10，10の実舵角とステアリングホイール２の操作角とは、前記ステップ３の終了時処理動作において、前回の制御動作の終了前に記憶させてある値であり、前述した始動時処理動作の終了時には、車輪10，10の実舵角とステアリングホイール２の操作角とが最後の停車時における夫々の状態に戻されることとなる。このような戻し処理は、例えば、停車後にステアリングホイール２の単独での操作がなされ、該ステアリングホイール２の操作角と車輪10，10の実舵角とが不一致となった状態を解消すべく行われる処理であり、ステップ２のメイン制御動作に速やかに移行させるために必要である。
【００３６】
また以上の始動時処理動作において操舵制御部６は、第１の操舵モータ３に付設された回転角センサ７の検出値を、第２の操舵モータ４の回転角の検出値としても用い得るようにするために、該操舵モータ４の回転角基準点を定める基準点検出処理を行う。
【００３７】
図５は、第２の操舵モータ５の基準点検出処理の内容を示すフローチャートである。この処理動作において操舵制御部６は、まず第１の操舵モータ３を仮駆動し（ステップ11）、この間に第２の操舵モータ４のステータコイル42に誘起される電圧を検出する（ステップ12）。
【００３８】
ステップ11における第１の操舵モータ３の仮駆動は、中立舵角位置の設定のための駆動を兼ねて行わせることができ、この仮駆動がなされた場合、第１の操舵モータ３からの伝動により前述の如く生じる操舵軸12の移動がボールナット43を介して第２の操舵モータ４のロータ40に伝わり、該ロータ40が軸回りに回転することとなり、この回転に応じてステータコイル42に誘起電圧が発生する。
【００３９】
図６は、第２の操舵モータ４に誘起される電圧の波形図である。前述の如く３相ブラシレスモータとして構成された第２の操舵モータ４のステータコイル42の各相には、夫々下式にて示される起電圧ｅu 、ｅv 、ｅw が誘導される。
【００４０】
ｅu ＝Ｅ・ sinθ
ｅv ＝Ｅ・ sin（θ−２／３π）
ｅw ＝Ｅ・ sin（θ＋２／３π）
θ＝ω・ｔ
Ｅ＝ｋ・ω
【００４１】
式中のθは、ロータ40の周上の磁極41の位置（ｒａｄ）、Ｅは、誘導起電圧のピーク値（Ｖ）、ωは、ロータ40の角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）、ｔは、時間（ｓｅｃ）である。またｋは、誘導起電圧定数であり、モータ毎の固有値として与えられる。
【００４２】
ここで第２の操舵モータ４のロータ40に連設されたボールナット43は、第１の操舵モータ３のロータ30に連設されたボールナット33と共に、操舵軸12の外周に形成された共通のボールねじの軌条に螺合させてあるから、第２の操舵モータ４のロータ40の角速度ωは、第１の操舵モータ３のロータ30の角速度に等しい。従って、前述した第１の操舵モータ３の仮駆動中に回転角センサ７の検出結果を用いてロータ30の角速度を算出し、この算出角速度を上記の式中のωに代入すれば、ロータ40周上の磁極41の位置θ、即ち、第２の操舵モータ４の回転角基準点を検出することができる。
【００４３】
操舵制御部６は、ステップ12において第２の操舵モータ４の誘起電圧を検出した後、この検出結果を用いて前述した手順により第２の操舵モータ４の回転角基準点を検出し（ステップ13）、第１の操舵モータ３のロータ30周上の磁極31との位置偏差、即ち、第２のモータ４の角度オフセット値を決定し（ステップ14）、基準点検出処理を終える。
【００４４】
これにより第２の操舵モータ４の回転角度は、回転角センサ７により検出される第１の操舵モータ３の回転角度に前記角度オフセット値を加算して正しく求めることができる。このように本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵機構１に操舵力を加えるべく設けられた第１，第２の操舵モータ３，４の回転角度を単一の回転角センサ７によって求めることができ、この検出角度に基づくステータコイル32，42の励磁電流の分配供給により第１，第２の操舵モータ３，４を駆動することができる。
【００４５】
以上の始動時処理動作を終えた後、ステップ２において行われるメイン制御動作は、ステアリングホイール２の回転操作に応じた操舵を行わせるべく、第１，第２の操舵モータ３，４に制御指令を発してこれらを駆動せしめる操舵制御動作と、操舵機構１に実際に加わる反力をステアリングホイール２を操作する運転者に体感せしめるべく反力モータ５に制御指令を発し、該反力モータ５を駆動せしめる反力制御動作とを含む。
【００４６】
第１，第２の操舵モータ３，４を対象とする操舵制御部６の操舵制御動作は、回転角センサ７及び回転角センサ50の検出値を取り込み、これらを用いて前述の如く、操舵用の車輪10，10の実舵角及びステアリングホイール２の操作角を求め、該操作角に補正係数を乗じて目標舵角を算出し、この目標舵角と前記実舵角との偏差の大きさ及び方向に応じて第１，第２の操舵モータ３，４の一方又は両方を駆動せしめる動作である。これにより、ステアリングホイール２の操作に応じて操舵機構１が動作し、操舵用の車輪10，10が操舵せしめられることとなる。
【００４７】
なお、制御対象としての第１，第２の操舵モータ３，４の選定は、タイロッド軸力センサ17により検出される操舵機構１に加わる実反力の大きさに応じてなされ、例えば、低速走行時、悪路走行時等、実反力が大きい走行状態下においては、十分な操舵力を発生すべく、第１，第２の操舵モータ３，４の両方が制御対象とされ、逆に、高速走行時、舗装路走行時等、実反力が小さい走行状態下においては、駆動負荷の軽減を図るべく第１，第２の操舵モータ３，４の一方が制御対象とされる。
【００４８】
また前記目標舵角の算出に用いる補正係数は、走行状態センサ22により検出される走行状態に応じて、例えば、車速の増大に応じて小となり、またヨーレート、横加速度により定まる車両の旋回程度の増大に応じて小となるように選定される。これにより前記目標舵角は、高速走行中に小、低速走行中に大となり、また旋回走行中には、急旋回となるに従って小さくなり、このような目標舵角に基づいて前述した操舵制御動作を行わせることにより走行状態に応じた操舵特性が得られるようになる。
【００４９】
また反力モータ５を対象とする操舵制御部６の反力制御動作は、例えば、タイロッド軸力センサ17からの入力に基づいて操舵機構１に加わる実反力を求め、求められた実反力に補正係数を乗じてステアリングホイール２に加えるべき目標反力を算出し、この目標反力に対応する駆動電流を反力モータ５に供給して、該反力モータ５の回転力をコラム軸20を介してステアリングホイール２に加え、該ステアリングホイール２を操作する運転者に体感させるべく行われる。
【００５０】
走行状態センサ22により検出される走行状態は、以上の反力制御動作における補正係数の選定にも用いられており、この補正係数は、例えば、車速及び旋回程度の増大に応じて大となり、また、前後加速度により求められる減速程度の増大に応じて大となるように選定される。これにより前記目標反力は、高速走行中、急旋回中、及び減速中に大きくなり、このような目標反力に基づく反力モータ５の制御により、ステアリングホイール２を操作する運転者に適正な操舵感を体感させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第１，第２の操舵モータの構成例を略示する断面図である。
【図３】メカニカルストッパの構成例を示す断面図である。
【図４】操舵制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図５】第２の操舵モータの基準点検出処理の内容を示すフローチャートである。
【図６】第２の操舵モータに誘起される電圧の波形図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    操舵機構
２    ステアリングホイール（操舵部材）
３    第１の操舵モータ
４    第２の操舵モータ
７    回転角センサ
【図１】
2006347209.tif 000003
【図２】
2006347209.tif 000004
【図３】
2006347209.tif 000005
【図４】
2006347209.tif 000006
【図５】
2006347209.tif 000007
【図６】
2006347209.tif 000008