(57)【要約】      （修正有）【課題】舵取り軸に直接的な移動力を連続的に加えることができる簡素な構成の電動アクチュエータの使用により、滑らかで静粛且つ高精度な動作が可能であり、車両安定性に寄与する電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる電動パワーステアリング装置は、操舵入力装置１０と、前記操舵入力装置の操舵角を測定する操舵角センサ７０と、前記操舵角センサによって測定される操舵角に応じて、アクチュエータへ駆動信号を出力するステアリング制御装置３０と、を備える、電動パワーステアリング装置において、前記アクチュエータは、前記アクチュエータのロッドを軸方向に往復運動させることにより駆動力を伝達するリニア直流モータ１００であり、前記ロッドが、車輪４０を転舵させる操舵リンク機構に接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵入力装置と、
前記操舵入力装置の操舵角を測定する操舵角センサと、
前記操舵角センサによって測定される操舵角に応じて、アクチュエータへ駆動信号を出力するステアリング制御装置と、を備える、電動パワーステアリング装置において、
前記アクチュエータは、前記アクチュエータのロッドを軸方向に往復運動させることにより駆動力を伝達するリニア直流モータであり、
前記ロッドが、車輪を転舵させる操舵リンク機構に接続されている、
電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記リニア直流モータは、車両の直進方向に対して前記軸方向が直角となるように配置されている、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記車輪の転舵位置を検出する転舵位置検出装置を含み、
車両のイグニッションがオンになると、前記ステアリング制御装置は、前記車輪の転舵位置を直進方向に切り替えるための信号を前記リニア直流モータに送信する、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記リニア直流モータ及び前記操舵リンク機構を含む転舵装置は少なくとも２以上の車輪に配置され、前記ステアリング制御装置は前記リニア直流モータを個別に制御する、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記電動パワーステアリング装置は、前記操舵リンク機構と前記リニア直流モータを含む転舵装置と、前記操舵入力装置とが、機械的に切り離されたステアバイワイヤ式の車両に搭載される、請求項１の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵装置に関し、特に電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の車輪を転舵させる操舵リンク機構を駆動する操舵装置として、操舵入力装置と操舵リンク機構を機械的に分離して配するステアバイワイヤ式の操舵装置が知られている。
【０００３】
ステアバイワイヤ式操舵装置では、特許文献１に係る操舵装置に適用されるものと同様、中空構造を有した２つのモータを用いて車両の左右の前輪を個別に操舵する。ボールねじ機構が左右の前輪に各々設けられており、当該ボールねじ機構のねじ軸がそれぞれタイロッドに連結して操舵リンク機構を構成するとともに、回り止めとしても機能するスライド機構によって摺動されている。また、当該ねじ軸は前記モータに各々貫通配置されるとともに、当該ボールねじ機構のナット軸は前記モータのロータに連結されている。また、当該ナット軸は支持軸受にて回転自在に支持されている。これにより、前記モータの回転とともに前記ナット軸が一体的に回転して、操舵リンク機構が軸方向に各々移動して、左右の前輪が独立に駆動制御される。
【０００４】
特許文献１に係る操舵装置の構成によれば、操舵リンク機構を構成するねじ軸と略同心にモータが配設されるので、空間占有率をコンパクトに保つことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３１０７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、ボールねじ機構の運動変換装置を用いた場合、操舵軸の外周面、及びボールナットの内周面におけるねじ溝の形成に高い精度が要求される。またこれらのねじ溝間にて多数のボールを介して実現される螺合状態の調整に手間がかかり、加工及び組立てに多大の工数を要するという問題があった。
【０００７】
更に、ねじ溝に沿ったボールの転動の繰り返しにより両者が摩耗して、螺合部のガタ付き、発塵等の不具合が生じるおそれがあり、安定した運動変換を長期に亘って維持することが難しいという問題があった
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、操舵に応じて駆動され、舵取り軸に直接的な移動力を連続的に加えることができる簡素な構成のアクチュエータの使用により、滑らかで静粛且つ高精度な動作が可能であり、車両安定性に寄与する電動パワーステアリング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】
【０００９】
この発明の電動パワーステアリング装置は、操舵入力装置と、前記操舵入力装置の操舵角を測定する操舵角センサと、前記操舵角センサによって測定される操舵角に応じて、アクチュエータへ駆動信号を出力するステアリング制御装置と、を備える、電動パワーステアリング装置において、前記アクチュエータは、前記アクチュエータのロッドをその軸方向に往復運動させることにより駆動力を伝達するリニア直流モータであり、前記ロッドが、車輪を転舵させる操舵リンク機構と接続されている、ことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、リニア直流モータの駆動力を操舵リンク機構に直接伝達することができるので、車両の舵取り軸に直接的な移動力を連続的に加えることができ、しかもリニア直流モータを使用するため、滑らかで静粛且つ高精度な動作保証する。
【００１１】
この発明において、前記リニア直流モータは、前記車両の直進方向に対して前記軸方向が直角となるように配置されていてもよい。
【００１２】
この構成により、リニア直流モータのロッドの移動量を効率的に操舵リンク機構に伝達することが可能となる。
【００１３】
この発明において、前記車輪の転舵位置を検出する転舵位置検出装置を含み、車両のイグニッションがオンになると、前記ステアリング制御装置は、車輪の転舵位置を直進方向に切り替えるための信号を前記リニア直流モータに送信するようにしてもよい。
【００１４】
この構成により、車両の初発進の際に転舵位置が常に直進方向に移動されることが保証されると同時に、ステアリング制御装置における操舵入力装置の操舵角の記録が一度リセットされる。
【００１５】
この発明において、前記リニア直流モータは少なくとも２以上の車輪に配置され、前記ステアリング制御装置は前記リニア直流モータを個別に制御するようにしてもよい。
【００１６】
この構成により、各車輪の転舵位置を車両の走行または停止状態に応じて各車輪の転舵角を個別に制御することが可能となる。
【００１７】
この発明において、前記電動パワーステアリング装置は、前記操舵リンク機構と前記操舵入力装置とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ式の車両に搭載されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、操舵に応じて駆動され、舵取り軸に直接的な移動力を連続的に加えることができる簡素な構成の電動アクチュエータの使用により、滑らかで静粛な且つ高精度な動作が可能であり、車両安定性に寄与する電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成とその制御系の概念構成とを示す図である。
【図２】電動パワーステアリング装置に使用されるリニア直流モータの単体図である。
【図３】電動パワーステアリング装置における各構成間の信号の送受信の状態を表した図である。
【図４】リニア直流モータと車輪を転舵させる操舵リンク機構との接続状態を示す図である。
【図５】リニア直流モータの動きに応じた車輪の動作を説明する図である。
【図６】リニア直流モータを利用した電動パワーステアリング装置における車両への応用例を説明する図である。
【図７】リニア直流モータを利用した電動パワーステアリング装置における車両への他の応用例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１に示すように、この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール等の操舵入力装置１０と、この操舵入力装置１０から機械的に分離され、操舵リンク機構１０６とリニア直流モータ１００を含む転舵装置２０と、前記操舵入力装置１０からの入力信号に基づき転舵装置２０を制御するステアリング制御装置５０とによって構成される。転舵装置２０は、車幅方向両側の車輪４０毎に設けられて独立操舵系を構成している。各車輪４０はサスペンション（図示せず）を介して車台に支持されている。
【００２１】
ステアリングホイールからなる操舵入力装置１０に対して、操舵角センサ７０および操舵トルクセンサ８０が設けられ、操舵反力モータ９０が接続されている。操舵角センサ７０は、操舵入力装置１０の操舵角を検出するセンサ、操舵トルクセンサ８０は操舵入力装置１０に作用するトルクを検出するセンサである。操舵反力モータは、操舵入力装置１０に反力トルクを付与するモータであり、トルク制御手段（図示せず）を介して操舵トルクセンサ８０の入力を監視し、定められた反力トルクを与える。
【００２２】
ステアリング制御装置５０は、操舵角センサ７０の検出角度に応じて、定められた規則に従い、各操舵リンク機構１０６に接続されるリニア直流モータ１００に駆動指令を与える手段である。リニア直流モータ１００は、Ｎ，Ｓの着磁部が軸長方向に交互に並設されたスリーブ上の磁石１０３と、該磁石の内側に巻回された複数のコイル１０２とを備え、該コイル１０２の周期的な励磁により、前記軸に軸長方向の移動力が加わる構成としたアクチュエータである。ステアリング制御装置５０は、車両の全体を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）３０の一部として設けられていても良いし、ステアリング制御装置５０単体で設けられていてもよい。ＥＣＵ３０は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および各種電子回路によって構成されている。
【００２３】
尚、リニア直流モータ１００のロッド１０４の移動量が転舵輪の転舵角に可能な限り大きく反映されるために、リニア直流モータ１００はそのロッド１０４の軸が車両の直進方向に対して直角となるように配置されることが好ましい。ただし、直角でなくてもステアリング制御装置５０によってロッド１０４の移動量を適宜制御することによって、所望の転舵量を得ることは可能である。
【００２４】
図２は、アクチュエータとしてのリニア直流モータ１００の構成を示す図である。アクチュエータハウジング１０１の内側に固定された複数（図においては２つ）のコイル１０２の夫々は、位相の異なる電流が流される３相のコイルを備えており、このようなコイル１０２の外側に位置する磁石１０３は、各コイル１０２に対応する長さを有するＮ，Ｓの着磁部を、軸長方向に交互に並設して構成されている。
【００２５】
磁石１０３は、各着磁部Ｎ，Ｓの内側に位置する夫々のコイル１０２を径方向に横切る向きの磁束を発生しており、このような磁束下において各コイル１０２に夫々の周方向のコイル電流が通電された場合、前記磁石１０３には、ロッド１０４を軸長方向に移動させる推力が加わり、この移動に応じて転舵輪を転舵するための転舵力が付与される。
【００２６】
ロッド１０４に加えられる移動力の向きは、前記コイル１０２を流れるコイル電流の向きに応じて定まり、また前記推力の大きさは、前記コイル電流の大きさに応じて定まるから、前記コイル１０２の通電制御により前記転舵力を増減制御することが可能となる。
【００２７】
図３は各構成間における信号のやりとりを示すブロック図である。
コイル１０２の通電制御は、図３における、ステアリング制御装置５０からの制御信号により行われる。ステアリング制御装置５０には、操舵角センサ７０から、舵取りのために操舵入力装置１０に加えられる操舵角の検出結果が与えられ、また、車速センサ１１０やヨーレートセンサ１２０等の走行状態センサから、操舵に影響する車両の走行状態の検出結果が与えられている。またステアリング制御装置５０には、アクチュエータハウジング１０１の中途部に取付けられたロッド位置センサ１０５から、ロッド１０４の移動位置の検出結果が与えられている。
ここで、ロッド位置センサはリニア直流モータにおけるロッドの位置を検出するものであるが、ロッド１０４は操舵リンク機構１０６に直接接続されていることからロッド位置センサ１０５の検出値によって、転舵輪の転舵位置を検出することが可能となる。従いロッド位置センサ１０５は車輪の転舵位置検出装置として機能するものである。
尚、ロッド位置センサ１０５は本実施例においてはアクチュエータハウジング１０１に取り付けられ、ロッドの移動量を測定するセンサとして説明しているが、例えば、ナックルアーム１０６ａに取り付けられ、その回動量を測定するエンコーダにより転舵輪の転舵位置を測定することとしても良い。
【００２８】
ステアリング制御装置５０は、操舵角センサ７０及び走行状態センサから与えられる操舵角及び走行状態の検出値を所定のサンプリング周期にて取込み、例えば、取り込まれた走行状態に応じて予め記憶させてある制御マップを参照し、取り込まれた操舵角に応じてロッド１０４に加えるべき転舵力を求め、この転舵力を得るためにリニア直流モータ１００のコイル１０２に通電すべきコイル電流を算出し、この算出結果に応じた制御信号をモータドライバ６０に与える。
【００２９】
モータドライバ６０は、前記制御信号に応じたコイル電流を、前記コイル１０２の各相に位相をずらせて順次通電せしめる制御動作を行い、コイル電流の通電に応じて発生する推力が、ロッド１０４に加えられて転舵力が付与される。このとき、ロッド１０４の移動は、前記通電の間に連続する動作として生じ、また、何らの機械的な接触を伴わずに生じるから、操舵入力装置１０を操作する運転者には、引っ掛かり感を伴うことなく滑らかな操舵感が与えられる。
【００３０】
ステアリング制御装置５０に与えられるロッド位置センサ１０５の検出値は、ロッド１０４の現在位置を示すフィードバック信号として用いられる。ロッド位置センサ１０５としては、本実施例においては、光学式又は磁気式のリニアエンコーダを用いることができ、前述した通電制御によるロッドの位置決めは、前記ロッド位置センサ１０５の分解能に対応する精度にてなされ、磁石１０３及びコイル１０２に機械的精度を要求されることなく高精度の位置決めが可能となる。
【００３１】
通常、車輪を転舵するためにはリニア直流モータ１００の出力として１０ＫＮ程度の推進力が必要であるが、このようなリニア直流モータ１００は、相応の磁力を有するモータとして既に市販がされており、実現は可能である。このようなリニア直流モータ１００を利用し、該モータのロッド１０４を操舵リンク機構１０６に接続することにより、車輪の転舵を行うのに十分な推進力を車輪へ付与することが可能となる。これにより、操舵入力装置１０に入力される操作量を、ラックピニオン式のステアリング装置のような運動変換機構を経由することなしに車輪に伝達することが可能となるため、装置全体をシンプルに構成することができる。
【００３２】
次に図４に従い、リニア直流モータ１００と車輪４０を転舵する操舵リンク機構１０６との接続状態について説明する。本実施形態である電動パワーステアリング装置は、車輪４０と、車輪４０を転舵するための操舵リンク機構１０６と、リニア直流モータ１００とを備えている。
【００３３】
前記操舵リンク機構１０６は、車輪４０を転舵するナックルアーム１０６ａと、一端に設けられるジョイント部で当該ナックルアーム１０６ａに連結されるタイロッドアーム１０６ｂとを備えている。また、当該タイロッドアーム１０６ｂは、他端でリニア直流モータ１００のロッド１０４の端部にボールジョイント１０６ｃを介して回動自在に支承されている。
【００３４】
この構成により、ステアリング制御装置５０は、運転者による、例えばステアリングホイール等の操舵入力装置１０の操作に応じてリニア直流モータ１００を制御して、ロッド１０４をロッドの軸方向に移動させることができ、そして、前記操舵リンク機構１０６は前記ロッド１０４に連結されているので、車輪４０は操舵リンク機構１０６を介して転舵される。
【００３５】
図５は、リニア直流モータ１００のロッド１０４の作動に応じて車輪の転舵がされる様子を表した図である。
【００３６】
図５ｂは、リニア直流モータ１００のロッド１０４の位置が車輪４０を転舵しない位置、つまり車両が直進方向に走行する場合のロッド１０４の位置を表している。ここでステアリング制御装置は、車両のイグニッションをオンにする毎に、車輪の転舵位置を車両の直進方向に切り替えるようにリニア直流モータを制御しても良い。この場合、操舵角センサにより検出される操舵角もその時の操舵入力装置１０の操舵位置が車両の直進方向であるニュートラルの位置として認識するようにリセットされる。
【００３７】
図５ａは、リニア直流モータ１００のロッド１０４の位置を図５ｂのロッド１０４の位置から図において左方向にＬｄ分移動することにより、ロッドの移動力がタイロッドアーム１０６ｂ及びナックルアーム１０６ａを通じて転舵輪を左方向に転舵させる転舵力が伝達される様子が示されている。
【００３８】
同様に図５ｃは、リニア直流モータ１００のロッド１０４の位置を図５ｂのロッド１０４の位置から図において右方向Ｒｄ分に移動することにより、ロッドの移動力がタイロッドアーム１０６ｂ及びナックルアーム１０６ａを通じて転舵輪を右方向に転舵させる転舵力が伝達される様子を示されている。
【００３９】
尚、本実施例においては、タイロッドアーム１０６ｂの車輪側への接続ポイントであるナックルアーム１０６ａの位置が車輪内前方にあることを前提として左右転舵の実施例を示したが、例えばナックルアーム１０６ａの位置が車輪内後方に位置する場合にはロッドの動きに応じて上記の動きとは逆の転舵が行われることとなる。
【００４０】
次に、本発明を利用した車両への応用例を図６及び図７を用いて説明する。
図６は車両がカーブに進入する際に車両安定性を向上させるための操舵方法の１実施例を示している。
走行状態センサによって検出された検出値から車両のコーナー進入時における左右車輪の路面に対するグリップ力を考慮した上で、車両安定化のために左右輪別の操舵角を与える場合がある。図においては、内輪の操舵角を外輪の操舵角よりも＋α大きく舵取りし、左右両輪のグリップ力を均等となるように調整することによって車両のカーブ走行における安定性を向上させることが可能となる。算出された車輪のグリップ力に応じて、外輪の操舵角を内輪の操舵角よりも大きく舵取りする場合もあり得る。
本発明に係る転舵装置２０を各車輪に配置し、ステアリング制御装置５０により、それぞれのリニア直流モータを独立に制御することよって、各車輪独立した操舵角の制御を容易に行うことが可能となる。
【００４１】
図７は車両への他の応用例を示すものである。
図７ａは車両が坂道等の急勾配の路面に停車する際に好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置２０を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置５０が、車両の進行方向（矢印の方向）において、右前方車輪及び左後方車輪は右方向に転舵し、左前方車輪及び右後方車輪は左方向に転舵するように、リニア直流モータ１００を制御することによって、このような転舵状態を勾配路面において維持することが可能となる。
【００４２】
図７ｂは車両を急停車させる際に、路面と車輪との摩擦力を大きく取るために好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置２０を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置が、右前方車輪及び左後方車輪は左方向に転舵し、左前方車輪及び右後方車輪は右方向に転舵するように、リニア直流モータ１００を制御することによって、このような転舵状態を車両が制動し、停車するまでの間維持することが可能となる。
【００４３】
図７ｃは車両をＵターン等、急旋回させる際に好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置２０を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置５０が、左右前方車輪を右方向に転舵し、左右後方車輪を左方向に転舵するように、リニア直流モータ１００を制御することによって、このような転舵状態を車両の旋回が終了するまで維持することが可能となる。
【００４４】
図７ｄは車両が高速で走行中に車線を変更する際に好ましい転舵状態を示している。本発明にかかる転舵装置２０を車両の全車輪に配置し、ステアリング制御装置５０が、左右前方車輪及び左右後方車輪を、車線を変更しようとする方向（図では右）に転舵するように、リニア直流モータ１００を制御することによって、このような転舵状態を車線変更が完了するまで維持することが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  操舵入力装置、２０  転舵装置、３０  電子制御ユニット、４０  車輪、５０ステアリング制御装置、６０  モータドライバ、７０  操舵角センサ、８０  操舵トルクセンサ、９０  操舵反力モータ、１００  リニア直流モータ、１０１  アクチュエータハウジング、１０２  コイル、１０３  磁石、１０４  ロッド、１０５  ロッド位置センサ、１０６  操舵リンク機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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