(57)【要約】【課題】ステアリング装置の長期の使用後においても操舵角の推定精度を良好に維持することが可能なステアリング装置の制御装置を提供する。【解決手段】トーションバー２０を含むステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２の回転に伴う軸方向移動によって前輪１１を転舵させるラックシャフト３と、トーションバー２０の捩じれにより操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させる操舵補助機構５と、を備えたステアリング装置１の制御装置６は、トーションバー２０よりもラックシャフト３側におけるステアリングシャフト２の回転角を検出することが可能なレゾルバ６７と、同回転角及び操舵トルクに基づいてステアリングホイール１０の操舵角を求める操舵角演算手段とを備え、操舵角演算手段は、ステアリング装置１の使用による劣化に関連する指標値を加味してステアリングホイール１０の操舵角を演算する。【選択図】図４
2019209722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに付与される操舵トルクによって捩じれるトーションバーを含んで構成された回転軸機構と、前記回転軸機構の回転に伴う軸方向移動によって車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記トーションバーの捩じれ量を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの検出値に応じた操舵補助力を発生させる操舵補助機構と、を備えたステアリング装置の制御装置であって、
前記トーションバーよりも前記転舵軸側における前記回転軸機構の回転角を検出することが可能な回転角検出手段と、
前記回転角検出手段によって得られた前記回転角及び前記トルクセンサの検出値に基づいて、前記ステアリングホイールの操舵角を演算により求める操舵角演算手段とを備え、
前記操舵角演算手段は、当該ステアリング装置の使用による劣化に関連する指標値を加味して前記ステアリングホイールの操舵角を演算する、
ステアリング装置の制御装置。
【請求項２】
前記操舵角演算手段は、前記指標値として、前記転舵軸の両端部に取り付けられた端部部材がストッパに当接した回数に基づいて前記ステアリングホイールの操舵角を演算する演算部を有する、
請求項１に記載のステアリング装置の制御装置。
【請求項３】
前記操舵角演算手段は、前記指標値として、前記車両の始動スイッチがオフ状態からオン状態となった回数に基づいて前記ステアリングホイールの操舵角を演算する演算部を有する、
請求項１又は２に記載のステアリング装置の制御装置。
【請求項４】
前記操舵角演算手段は、前記指標値として、前記車両の積算走行距離に基づいて前記ステアリングホイールの操舵角を演算する演算部を有する、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のステアリング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリング装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のステアリング装置には、可撓性を有するトーションバーの捩じれ量によって検出されたステアリングホイールの操舵トルクや車速に基づいて、ステアリングホイールの操舵操作を補助する操舵補助力を発生させる電動式の操舵補助機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のステアリング装置は、電動モータのトルクが減速されてコラム軸に伝達されるように操舵補助機構が構成されている。コラム軸の一端にはステアリングホイールが取り付けられており、減速された電動モータのトルクがコラム軸に伝達されることにより、運転者によるステアリングホイールの操舵操作が補助される。コラム軸には、ステアリングホイールに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられている。トルクセンサは、コラム軸に設けられたトーションバーの捩れによって操舵トルクを検出する。操舵補助機構は、トーションバーよりもトルク伝達下流側（ラックシャフト側）におけるコラム軸に、減速された電動モータのトルクを操舵補助力として出力する。
【０００４】
この操舵補助機構を制御する制御装置は、電動モータの回転角を検出する回転角センサの検出信号を取得し、検出された電動モータの回転角に基づいて実舵角速度を演算する。そして、この実舵角速度を時間積分して得られた時間積分値と、トルクセンサによって検出された操舵トルクに基づいて算出されるトーションバーの捩れ角とに基づいて、ステアリングホイールの操舵角の推定値を求める。操舵角の推定値は、制御装置による操舵補助機構の制御などに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１２３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように構成されたステアリング装置では、長期の使用による経年劣化によって、電動モータの回転角とステアリングホイールの操舵角との関係が変化することが、本発明者らによって確認されている。つまり、単に電動モータの回転角及び操舵トルクに基づいてステアリングホイールの操舵角を推定する方法では、経年劣化によって操舵角の推定精度が低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、ステアリング装置の長期の使用後においても操舵角の推定精度を良好に維持することが可能なステアリング装置の制御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】
上記の目的を達成するため、本発明は、ステアリングホイールに付与される操舵トルクによって捩じれるトーションバーを含んで構成された回転軸機構と、前記回転軸機構の回転に伴う軸方向移動によって車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記トーションバーの捩じれ量を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの検出値に応じた操舵補助力を発生させる操舵補助機構と、を備えたステアリング装置の制御装置であって、前記トーションバーよりも前記転舵軸側における前記回転軸機構の回転角を検出することが可能な回転角検出手段と、前記回転角検出手段によって得られた前記回転角及び前記トルクセンサの検出値に基づいて、前記ステアリングホイールの操舵角を演算により求める操舵角演算手段とを備え、前記操舵角演算手段は、当該ステアリング装置の使用による劣化に関連する指標値を加味して前記ステアリングホイールの操舵角を演算する、ステアリング装置の制御装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るステアリング装置の制御装置によれば、長期の使用後においても操舵角の推定精度を良好に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置を有するステアリング装置の構成例を示す模式図である。
【図２】操舵補助機構及び制御装置の構成例を示す構成図である。
【図３】トルクセンサの構成例を操舵補助機構の一部と共に示す構成図である。
【図４】ステアリングホイールの操舵角を求めるために制御装置が行う演算処理の概要を示す制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【００１２】
（電動パワーステアリング装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る制御装置を有するステアリング装置の構成例を示す模式図である。図１では、ステアリング装置を車両前方から見た状態を示しており、図１の左側が車両右側に、また図１の右側が車両左側に、それぞれ相当する。
【００１３】
ステアリング装置１は、ステアリングホイール１０に付与される操舵トルクによって捩じれるトーションバー２０を含んで構成された回転軸機構としてのステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２の回転に伴う軸方向移動によって車両の転舵輪である前輪１１を転舵させる転舵軸としてのラックシャフト３と、トーションバー２０の捩じれ量を検出するトルクセンサ４と、トルクセンサ４の検出値に応じた操舵補助力を発生させる操舵補助機構５と、操舵補助機構５を制御する制御装置６とを備えている。
【００１４】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１０が一端部に固定されたコラムシャフト２１と、ラックシャフト３のラック歯３１に噛み合うピニオン歯２３１を有するピニオンシャフト２３と、コラムシャフト２１とピニオンシャフト２３との間に介在する中間シャフト２２とを有している。コラムシャフト２１と中間シャフト２２、及び中間シャフト２２とピニオンシャフト２３は、それぞれ自在継手２５，２６によって連結されている。
【００１５】
コラムシャフト２１は、第１軸部材２１１及び第２軸部材２１２を有し、第１軸部材２１１と第２軸部材２１２とがトーションバー２０により連結されている。ステアリングホイール１０は第１軸部材２１１と一体に回転し、ステアリングホイール１０に付与された操舵トルクがトーションバー２０を介して第２軸部材２１２に伝達される。トルクセンサ４は、運転者がステアリングホイール１０に付与する操舵トルクをトーションバー２０の捩じれ量によって検出する。
【００１６】
ラックシャフト３は、筒状のラックハウジング３０に車幅方向に沿って軸方向移動可能に収容されている。ラックシャフト３の両端部には、それぞれ端部部材としてのボールジョイントソケット１２が固定され、これらのボールジョイントソケット１２によってラックシャフト３に連結されたタイロッド１３が、図示しないナックルアームを介して左右の前輪１１を転舵させる。ボールジョイントソケット１２には、タイロッド１３の一端部に設けられた球状の連結部１３１が収容されている。ボールジョイントソケット１２の外周側には、蛇腹状のゴムや樹脂等からなるベローズ１４が配置されている。
【００１７】
ボールジョイントソケット１２の外径はラックシャフト３の外径よりも大きく形成されており、ラックハウジング３０の左右両端部には、ボールジョイントソケット１２との当接によってラックシャフト３の軸方向移動範囲を規定するストッパ３０１が取り付けられている。そして、ボールジョイントソケット１２がストッパ３０１に当接したときのステアリングホイール１０の操舵角が、ステアリングホイール１０の最大舵角となる。
【００１８】
ステアリングホイール１０が操舵操作されると、ステアリングホイール１０にコラムシャフト２１及び中間シャフト２２を介して連結されたピニオンシャフト２３が回転し、ピニオン歯２３１とラック歯３１との噛み合いによってラックシャフト３がその軸方向に移動する。そして、このラックシャフト３の軸方向移動により、タイロッド１３を介して左右の前輪１１が転舵される。
【００１９】
図２は、操舵補助機構５及び制御装置６の構成例を示す構成図である。図３は、トルクセンサ４の構成例を操舵補助機構５の一部と共に示す構成図である。
【００２０】
操舵補助機構５は、モータハウジング５１０に収容されたステータ５１１及びロータ５１２、ならびにロータ５１２と一体に回転する出力軸としてのモータシャフト５１３を有する電動モータ５１と、モータシャフト５１３に固定されたウォーム５２と、ウォーム５２に噛み合うウォームホイール５３とを有している。本実施の形態では、電動モータ５１がブラシレスモータであり、ステータ５１１はコイル巻線５１１ａが巻き回された複数のコア５１１ｂを有し、ロータ５１２は永久磁石からなる複数のＮ磁極５１２ａ及びＳ磁極５１２ｂを外周面に交互に有している。
【００２１】
ウォームホイール５３は、第２軸部材２１２に固定され、第２軸部材２１２と一体に回転する。ウォーム５２及びウォームホイール５３は、減速機構としてのウォームギヤ機構５４を構成し、モータシャフト５１３のトルクを減速して操舵補助力として第２軸部材２１２に伝達する。ウォームホイール５３は、中心部に第２軸部材２１２が挿通された円板状の芯金５３１と、芯金５３１の外周に配置されてウォーム５２と噛合う環状の歯部５３２とを有している。ウォーム５２及びウォームホイール５３は、ウォームハウジング５０に収容されている。
【００２２】
ウォーム５２及びウォームホイール５３の芯金５３１は金属からなり、ウォームホイール５３の歯部５３２は樹脂からなる。ウォームホイール５３の歯部５３２は、射出成形により芯金５３１と一体に形成されている。歯部５３２が樹脂成型されていることにより、ウォーム５２とウォームホイール５３とバックラッシュに起因する噛合歯同士の衝突音（ラトル音）が低減されている。
【００２３】
電動モータ５１のコイル巻線５１１ａには、制御装置６からモータ電流が供給される。制御装置６は、演算処理装置であるＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラムや各種のデータが記憶された不揮発性メモリを含む記憶部６２、バッテリーから供給される直流電流をスイッチングする複数のスイッチング素子６３、及び抵抗器あるいはコンデンサ等の各種の受動素子６４が、プリント基板６５，６６に実装されて構成されている。制御装置６は、モータハウジング５１０とウォームハウジング５０との間に介在するケース部材６０に収容されている。
【００２４】
また、制御装置６は、モータシャフト５１３のケース部材６０に対する回転角を検出すレゾルバ６７を有している。レゾルバ６７は、モータシャフト５１３に固定されたレゾルバロータ６７１と、ケース部材６０に固定されたレゾルバステータ６７２とを有し、レゾルバステータ６７２に対するレゾルバロータ６７１の回転角に応じた検出信号をＣＰＵ６１に出力する。ＣＰＵ６１は、レゾルバ６７によって検出された回転角にウォームギヤ機構５４の減速比の逆数を乗じて第２軸部材２１２の回転角を求めることが可能である。すなわち、本実施の形態では、レゾルバ６７が、トーションバー２０よりもラックシャフト３側におけるステアリングシャフト２の回転角を検出することが可能な本発明の回転角検出手段に相当する。
【００２５】
トルクセンサ４は、図３に示すように、ウォームハウジング５０に結合されたセンサハウジング４０に収容されている。第１軸部材２１１には、トーションバー２０の一部を収容する筒状の連結部材２１３がスプライン嵌合により相対回転不能に連結され、この連結部材２１３の一端部にトーションバー２０が相対回転不能に固定されている。連結部材２１３の他端部は、軸受２１４を介して第２軸部材２１２に対して回転可能に支持されている。
【００２６】
トーションバー２０の他端部は、ピン２００によって第２軸部材２１２に対して相対回転不能に固定されている。第２軸部材２１２は、ウォームハウジング５０及びセンサハウジング４０に対して軸受５００，４００によって回転自在に支持されている。連結部材２１３は、センサハウジング４０に対して軸受４０１によって回転自在に支持されている。
【００２７】
トルクセンサ４は、連結部材２１３と一体に回転する永久磁石４１と、第２軸部材２１２に取り付けられた支持部材４２に固定されて第２軸部材２１２と一体に回転する回転ヨーク４３と、センサハウジング４０に対して固定された固定ヨーク４４と、図略の磁界検出素子とを有し、永久磁石４１と回転ヨーク４３との相対的な角度の変化、すなわちトーションバー２０の捩れによって、磁界検出素子で検出される磁界の強度が変わるように構成されている。なお、トルクセンサ４としては、様々な公知の構成のものを適宜用いることが可能である。
【００２８】
右左折時や旋回時においてステアリングホイール１０が操舵操作されたときのトーションバー２０の捩じれ角（捩じれ量）は、例えば２〜３°である。すなわち、このような操舵操作の際、第１軸部材２１１の回転角（操舵角）と第２軸部材２１２の回転角とは、２〜３°程度の角度差が生じる。トルクセンサ４によって検出された操舵トルクをＴとし、トーションバー２０のばね定数をｋとし、トーションバー２０の捩じれ角をθとしたとき、θは下記式（１）により求めることができる
θ＝Ｔ／ｋ・・・（１）
【００２９】
本実施の形態では、第２軸部材２１２の回転角にトーションバー２０の捩じれ角θを加算して第１軸部材２１１の回転角（ステアリングホイール１０の操舵角）を求める。ステアリングホイール１０の操舵角は、車両が直進状態となる中立状態においてゼロである。ステアリングホイール１０が例えば右方向に操舵操作された場合の操舵角を正値とすれば、左方向に操舵操作された場合の操舵角は負値となる。トーションバー２０の捩じれ角θの正負についても同様である。
【００３０】
ステアリングホイール１０の操舵角の演算に用いられる第２軸部材２１２の回転角は、車両の製造時に設定されて記憶部６２に記憶されている中点舵角を基準とした相対角であり、その絶対値の最大値は３６０°を超える。例えばステアリングホイール１０が中立位置から左右方向にそれぞれ１回転半する車両の場合には、第２軸部材２１２の回転角が±５４０°の範囲で変化する。車両の製造時には、ステアリングホイール１０を中立位置とし、前輪１１の転舵角をゼロとしたときのレゾルバ６７の検出値が中点舵角を示す中点舵角情報として記憶部６２に記憶される。相対角は、中点舵角情報が記憶された後に、レゾルバ６７の検出値の単位時間あたりの変化量にウォームギヤ機構５４の減速比の逆数を乗じて求められる第２軸部材２１２の回転量を順次積算することで求めることができる。
【００３１】
そして、中点舵角及び上記の積算によって求められた相対角によって第２軸部材２１２の回転角（絶対角）を求めることができ、この回転角にトーションバー２０の捩じれ角θを加算すれば、ステアリングホイール１０の操舵角の推定値を算出することができる。
【００３２】
しかし、ステアリング装置１の長期の使用によって例えばウォームホイール５３の歯部５３２が摩耗し、回転方向のガタが大きくなると、上記の方法によって算出されるステアリングホイール１０の操舵角に誤差が発生してしまう。そこで、本実施の形態では、制御装置６のＣＰＵ６１が、ステアリング装置１の使用による劣化に関連する指標値を加味してステアリングホイール１０の操舵角を演算する。次に、ステアリングホイール１０の操舵角を精度よく求めるための制御装置６の処理内容について、図４を参照して説明する。
【００３３】
図４は、ステアリングホイール１０の操舵角を求めるためにＣＰＵ６１が実行する演算処理の概要を示す制御ブロック図である。ＣＰＵ６１は、記憶部６２に記憶されたプログラムを実行することにより、経年劣化補正量演算部７１、トーションバーロア側回転角演算部７２、及びトーションバーアッパ側回転角演算部７３として機能する。
【００３４】
経年劣化補正量演算部７１は、車両の製造後においてボールジョイントソケット１２がストッパ３０１に当接した回数であるエンド突き当て回数と、同じく車両の製造後において車両の始動スイッチがオフ状態からオン状態となった回数である始動回数と、車両の積算走行距離とを、ステアリング装置１の使用による劣化に関連する指標値として用いて経年劣化補正量を演算する。
【００３５】
ボールジョイントソケット１２がストッパ３０１に当接すると、ウォームギヤ機構５４に大きな負荷がかかるので、特にウォームホイール５３の歯部５３２において摩耗や変形が発生しやすい。なお、ボールジョイントソケット１２がストッパ３０１に当接したことは、例えばステアリングホイール１０の最大舵角付近においてトルクセンサ４によって検出される操舵トルクが急増することにより検知することができる。制御装置６は、不揮発性メモリにエンド突き当て回数を記憶し、ボールジョイントソケット１２がストッパ３０１に当接したことを検知するたびにエンド突き当て回数をインクリメントする。
【００３６】
また、車両が長年にわたり使用されると、始動回数や積算走行距離が順次増加するので、これらの値をステアリング装置１の使用による劣化に関連する指標値として用いることができる。なお、本実施の形態では、エンド突き当て回数、始動回数、及び積算走行距離の３つを指標値として用いる場合について説明するが、これらの一部のみを指標値としてもよい。また、エンド突き当て回数、始動回数、及び積算走行距離以外の値を指標値としてもよい。この場合の指標値としては、例えば車両の製造後における操舵速度あるいは電動モータ５１の回転速度（絶対値）の積算値や方向指示器の操作回数などが挙げられる。
【００３７】
経年劣化補正量演算部７１では、例えばそれぞれの指標値に所定の係数を乗じた積を合算して経年劣化補正量を演算する。この所定の係数の調整により、各指標値を重み付けすることも可能であり、本実施の形態では、エンド突き当て回数の経年劣化補正量に対する寄与度が最も高く、その次に積算走行距離の経年劣化補正量に対する寄与度が高くなるように、それぞれの係数が設定されている。
【００３８】
トーションバーロア側回転角演算部７２は、上記の中点舵角情報及び相対角の情報に基づいて、トーションバーロア側回転角を演算する。トーションバーロア側回転角は、トーションバー２０よりもラックシャフト３側（トルク伝達下流側）におけるステアリングシャフト２の回転角であり、本実施の形態では第２軸部材２１２の回転角がこれにあたる。
【００３９】
トーションバーアッパ側回転角演算部７３は、経年劣化補正量演算部７１によって演算された経年劣化補正量と、トーションバーロア側回転角演算部７２によって演算されたトーションバーロア側回転角（第２軸部材２１２の回転角）と、トーションバー２０のばね定数及びトルクセンサ４の検出値である操舵トルクとに基づいて、ステアリングホイール１０の操舵角を演算する。
【００４０】
この演算の手順については、特に限定されるものではないが、例えば、上記式（１）によってトーションバー２０の捩じれ角を求め、この捩じれ角をトーションバーロア側回転角に加算し、得られた加算値にさらに経年劣化補正量を加算もしくは減算して、トーションバー２０よりもステアリングホイール１０側（トルク伝達上流側）におけるステアリングシャフト２の回転角であるステアリングホイール１０の操舵角を求めることができる。経年劣化補正量を加算するか減算するかは、例えばステアリングホイール１０の操舵方向に応じて決めることができる。
【００４１】
経年劣化補正量演算部７１、トーションバーロア側回転角演算部７２、及びトーションバーアッパ側回転角演算部７３は、レゾルバ６７によって得られた第２軸部材２１２の回転角及びトルクセンサ４の検出値に基づいて、ステアリングホイール１０の操舵角を演算により求める操舵角演算手段の一態様である。
【００４２】
以上のようにして求められたステアリングホイール１０の操舵角の情報は、制御装置６による電動モータ５１の制御に用いてもよく、車両に搭載された他の制御装置に出力してもよい。この他の制御装置としては、例えば旋回時等において制動力や各車輪への駆動力配分を制御して車両挙動を安定化させるためスタビリティ制御装置や、運転者が意図しない車両の車線からの逸脱を抑制する車線逸脱抑制装置などが挙げられる。また、夜間の走行時において操舵角に応じた角度で進行方向前方を照らすヘッドライト照射方向調節システムを備えた車両であれば、同システムの制御装置にステアリングホイール１０の操舵角の情報を出力してもよい。
【００４３】
（実施の形態の効果）
以上説明した本発明の実施の形態によれば、ステアリング装置１の使用による劣化に関連する指標値を加味してステアリングホイール１０の操舵角を演算するので、長期の使用後においても操舵角の推定精度を良好に維持することが可能となる。
【００４４】
（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００４５】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、操舵補助機構５がコラムシャフト２１の第２軸部材２１２に操舵補助力を付与する場合について説明したが、これに限らず、例えばピニオンシャフト２３あるいはラックシャフト３に操舵補助力を付与するように操舵補助機構を構成してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…ステアリング装置
１０…ステアリングホイール
１１…前輪（転舵輪）
１２…ボールジョイントソケット（端部部材）
２…ステアリングシャフト（回転軸機構）
２０…トーションバー
３…ラックシャフト（転舵軸）
３０…ラックハウジング
３０１…ストッパ
４…トルクセンサ
５…操舵補助機構
６…制御装置
６７…レゾルバ（回転角検出手段）
７１…経年劣化補正量演算部（操舵角演算手段）
７２…トーションバーロア側回転角演算部（操舵角演算手段）
７３…トーションバーロア側回転角演算部（操舵角演算手段）
【図１】
2019209722.tif 000003
【図２】
2019209722.tif 000004
【図３】
2019209722.tif 000005
【図４】
2019209722.tif 000006