(57)【要約】【課題】移動体の一定位置からのストロークの検出精度を簡単な構成により低コストで向上できる移動体ストローク検出装置を提供する。【解決手段】移動体32における基準位置を第１検出器33により検出し、移動体32の駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量を第２検出器により検出する。その基準位置の検出時点における第２検出器の出力値を基準位置対応値として記憶する。移動体のストロークを、その基準位置対応値からの第２検出器により検出された移動体移動量に基づき求める。その基準位置において移動体32の一端側と他端側とを区画する段差32ａ′が形成されるように、移動体32に起伏が設けられる。第１検出器33は、段差32ａ′に対する移動体移動方向における相対位置の変化により変化する信号を出力する。第１検出器33の出力信号の変化によって基準位置が検出される。【選択図】図２
2004205327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線的に移動する移動体における基準位置を検出する第１検出器と、
前記移動体の駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量を検出する第２検出器と、
前記基準位置の検出時点における第２検出器の出力値を基準位置対応値として記憶する手段と、
前記移動体のストロークを、その基準位置対応値からの前記第２検出器により検出された移動体移動量に基づき求める手段とを備え、
前記基準位置において前記移動体の一端側と他端側とを区画する段差が形成されるように、前記移動体に起伏が設けられ、
前記第１検出器は、前記段差に対する移動体移動方向における相対位置の変化により変化する信号を出力するものとされ、
前記第１検出器の出力信号の変化によって前記基準位置が検出されることを特徴とする移動体ストローク検出装置。
【請求項２】
前記第１検出器は、前記基準位置よりも前記移動体の一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力し、
前記基準位置の検出前に、前記第１検出器がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかを判断する手段が設けられ、
前記基準位置の検出前に前記第１検出器がオン信号を出力している時は前記移動体をその一端側に向かって移動させ、前記基準位置の検出前に前記第１検出器がオフ信号を出力している時は前記移動体をその他端側に向かって移動させる手段が設けられている請求項１に記載の移動体ストローク検出装置。
【請求項３】
前記移動体はラックとされ、
前記駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量として、前記ラックに噛み合うピニオンの回転角に応じた前記ラックの軸線方向移動量が検出される請求項１または２に記載の移動体ストローク検出装置。
【請求項４】
前記移動体はスクリューシャフトとされ、
前記駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量として、前記スクリューシャフトにねじ合わされるナットの回転角に応じた前記スクリューシャフトの軸線方向移動量が検出される請求項１または２に記載の移動体ストローク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばピニオンに噛み合うラックや、ボールナットにねじ合わされるボールスクリューシャフトのような直線的に移動する移動体のストロークを検出するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラックピニオン式運動変換機構やボールスクリュー式運動変換機構を用いて位置制御を行う場合、そのラックやボールスクリューシャフトの一定位置からのストロークを検出することが行われている。例えば、操作部材の操作に応じてモータにより駆動されるピニオンやボールナットの回転を、そのピニオンに噛み合うラックやボールナットにねじ合わされるボールスクリューシャフトを介して車輪に伝達することで舵角を変化させる車両用操舵装置においては、舵角が零である時の中点位置からのラックやボールスクリューシャフトのストロークを実舵角として検出している。
【０００３】
そのようなラックやボールスクリューシャフトの一定位置からのストロークを検出するため、ラックに噛み合うピニオンやボールスクリューシャフトにねじ合わされるボールナットの回転角をポテンショメータのような絶対位置検出用センサを用いて検出することが行われている。しかし、ピニオンやボールナットの回転角によりラックやボールスクリューシャフトのストロークを間接的に検出する場合、ラックやボールスクリューシャフトの位置を直接に検出していないため検出精度を十分に向上できない。そこで、ラックに多数の凹凸を磁気ストライプとして設け、その磁気ストライプを横切る磁束の変化からラックストロークを直接に検出する検出体を設けることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３５５７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、移動体に多数の凹凸を磁気ストライプとして設ける場合、その凹凸のピッチが一定になるように高精度な加工が要求されるため加工コストが増大し、また、磁気ストライプから移動体の位置を検出するために検出体の構成が複雑になるという問題がある。本発明は、このような問題を解決することのできる移動体ストローク検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の移動体ストローク検出装置は、直線的に移動する移動体における基準位置を検出する第１検出器と、前記移動体の駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量を検出する第２検出器と、前記基準位置の検出時点における第２検出器の出力値を基準位置対応値として記憶する手段と、前記移動体のストロークを、その基準位置対応値からの前記第２検出器により検出された移動体移動量に基づき求める手段とを備え、前記基準位置において前記移動体の一端側と他端側とを区画する段差が形成されるように、前記移動体に起伏が設けられ、前記第１検出器は、前記段差に対する移動体移動方向における相対位置の変化により変化する信号を出力するものとされ、前記第１検出器の出力信号の変化によって前記基準位置が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、第１検出器により移動体の基準位置を求め、第２検出器により移動体の駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量を求めることで、基準位置からの移動体移動量に対応する移動体ストロークを求めることができる。第１検出器により移動体の位置を直接に求めているため移動体ストロークの検出精度を向上できる。しかも、移動体に起伏を設けることで段差を形成し、その段差に対する移動体移動方向における相対位置の変化により変化する信号を出力するだけで移動体の基準位置を検出できるため、移動体に高精度な加工を行う必要がなく、検出装置の構成を簡単化できる。
【０００７】
前記第１検出器は、前記基準位置よりも前記移動体の一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力し、前記基準位置の検出前に、前記第１検出器がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかを判断する手段が設けられ、前記基準位置の検出前に前記第１検出器がオン信号を出力している時は前記移動体をその一端側に向かって移動させ、前記基準位置の検出前に前記第１検出器がオフ信号を出力している時は前記移動体をその他端側に向かって移動させる手段が設けられているのが好ましい。
これにより、基準位置の検出前にあっては第１検出器が基準位置に近接する方向に移動体を移動させ、第１検出器の出力信号を変化させることで基準位置を検出できるので、移動体ストロークの検出を迅速に開始することができる。
前記移動体はラックとされ、前記駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量として、前記ラックに噛み合うピニオンの回転角に応じた前記ラックの軸線方向移動量が検出されるようにするのが好ましい。また、前記移動体はスクリューシャフトとされ、前記駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量として、前記スクリューシャフトにねじ合わされるナットの回転角に応じた前記スクリューシャフトの軸線方向移動量が検出されるのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に示すステアバイワイヤ機構を採用した車両用操舵装置は、ステアリングホイールを模した操作部材１と、操舵用アクチュエータ２（駆動用アクチュエータ）と、操舵用アクチュエータ２の動きを、操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪４に伝達するステアリングギヤ３とを備える。
【０００９】
操作部材１は、車体側により回転可能に支持される回転シャフト１０に同行回転するように連結されている。回転シャフト１０に操作用アクチュエータ１９の出力シャフトが一体化されている。操作用アクチュエータ１９は操作部材１に作用するトルクを発生するブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。
【００１０】
操舵用アクチュエータ２はブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。ステアリングギヤ３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をラック（移動体）３２の直線運動に変換するラックピニオン式運動変換機構を有する。すなわちステアリングギヤ３は、操舵用アクチュエータ２により減速ギヤ機構３０を介して回転駆動されるピニオン３１と、ピニオン３１に噛み合うラック３２とを有し、ラック３２の直線的な移動がタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達されることで車輪４のトー角が変化する。操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態では、車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。
【００１１】
ラック３２における基準位置を舵角中点として検出する第１検出器３３が設けられている。図２に示すように、その基準位置においてラック３２の一端側（図２における右端側）と他端側とを区画する段差３２ａ′が形成されるように、ラック３２に起伏が設けられている。本実施形態では、その起伏はラック３２に形成された凹部３２ａにより構成され、その凹部３２ａの一端が段差３２ａ′とされている。ラック３２の軸線方向における凹部３２ａの寸法Ｌは、ラック３２の最大ストロークの１／２を超えるものとされている。第１検出器３３は段差３２ａ′に対するラック軸線方向における相対位置の変化により変化する信号を出力する。本実施形態における第１検出器３３は、ラック３２の支持側である車体に取り付けられた光電スイッチにより構成され、ラック３２に向かい出射した光の反射光強度が一定以上ではオン信号を出力し、一定未満ではオフ信号を出力する。これにより第１検出器３３は、基準位置よりもラック３２の一端側に近接する時はオン信号を出力し、他端側に近接する時はオフ信号を出力する。よって、第１検出器３３の出力信号のオン信号からオフ信号への変化、あるいはオフ信号からオン信号への変化によって基準位置を検出することができる。
【００１２】
ピニオン３１の回転角に応じたラック３２の軸線方向移動量を検出する第２検出器３４が設けられている。本実施形態の第２検出器３４は、ピニオン３１を駆動する操舵用アクチュエータ２を構成するブラシレスモータの駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成され、モータの出力シャフトの回転角の大きさと方向に応じた信号を出力することで操舵用アクチュエータ２の作動量に応じたラック移動量を検出する。
【００１３】
第１検出器３３と第２検出器３４はコンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。制御装置２０は、第１検出器３３により検出された基準位置からの第２検出器３４により検出されたラック移動量に基づきラック３２のストロークを求める。第１検出器３３による基準位置の検出前に、制御装置２０は第１検出器３３がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかを判断する。その基準位置の検出前に第１検出器３３がオン信号を出力している時は、ラック３２が自身の一端側に向かって（図２において右に向かって）移動するように制御装置２０は操舵用アクチュエータ２を制御する。その基準位置の検出前に第１検出器３３がオフ信号を出力している時は、ラック３２が自身の他端側に向かって（図２において左に向かって）移動するように制御装置２０は操舵用アクチュエータ２を制御する。
【００１４】
操作部材１の操作角θｈとして回転シャフト１０の回転角を検出するポテンショメータ等により構成される操作角センサ１１、操作部材１の操作トルクＴｈとして回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ１２、および車速Ｖを検出する速度センサ１４が制御装置２０に接続される。
【００１５】
図３のフローチャートを参照して制御装置２０による制御手順を説明する。まず、例えばイグニッションスイッチのオンによる制御装置２０への電力供給により制御が開始されると、各センサによる検出データを読み込む（ステップＳ１）。次に、基準位置設定フラグがオンか否かを判断し（ステップＳ２）、オンでなければ基準位置の設定を行い（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。
【００１６】
図４のフローチャートは基準位置の設定手順を示す。まず、制御開始後に第１検出器３３が基準位置を検出したか否かを判断する（ステップＳ１０１）。基準位置を検出していなければ第１検出器３３がオン信号を出力しているかオフ信号を出力しているかを判断する（ステップＳ１０２）。第１検出器３３がオン信号を出力している場合、ラック３２が自身の一端側に向かって移動するように操舵用アクチュエータ２を制御し（ステップＳ１０３）、リターンする。ステップＳ１０２において第１検出器３３がオフ信号を出力している場合、ラック３２が自身の他端側に向かって移動するように操舵用アクチュエータ２を制御し（ステップＳ１０４）、リターンする。ステップＳ１０１において基準位置を検出していれば、その基準位置の検出時点における第２検出器３４の出力値を基準位置対応値として記憶することで基準位置の設定を行い（ステップＳ１０５）、基準位置設定フラグをオンし（ステップＳ１０６）、リターンする。
【００１７】
ステップＳ２において基準位置設定フラグがオンであれば、その基準位置対応値からの第２検出器３４により検出されたラック移動量に基づき、ラック３２のストロークを実舵角θとして求める（ステップＳ４）。次に、操作部材１の検出操作角θｈと検出車速Ｖに応じた目標舵角θ* を記憶した関係θ* ＝Ｇ１（θｈ、Ｖ）から求め（ステップＳ５）、目標舵角θ* と実舵角θとの偏差が低減されるように操舵用アクチュエータ２をフィードバック制御する（ステップＳ６）。その記憶される関係θ* ＝Ｇ１（θｈ、Ｖ）は、例えば操作角θｈが大きく車速Ｖが小さい程に目標舵角θ* が大きくなるように予め定められる。また、操作部材１の検出操作角θｈと検出車速Ｖに応じた目標操作トルクＴｈ* を記憶した関係Ｔｈ* ＝Ｇ２（θｈ、Ｖ）から求め（ステップＳ７）、目標操作トルクＴｈ* と検出操作トルクＴｈとの偏差を低減するように操作用アクチュエータ１９をフィードバック制御する（ステップＳ８）。その記憶される関係Ｔｈ* ＝Ｇ２（θｈ、Ｖ）は、例えば操作角θｈが大きく車速Ｖが小さい程に目標操作トルクＴｈ* が小さくなるように予め定められる。次に、制御を終了するか否かを例えば車両のイグニッションスイッチがオンか否かにより判断し（ステップＳ９）、終了しない場合はステップＳ１に戻り、終了する場合は基準位置設定フラグをオフし（ステップＳ１０）、しかる後に制御装置２０への電力供給を遮断して制御を終了する。
【００１８】
上記構成によれば、第１検出器３３によりラック３２の基準位置を求め、第２検出器３４によりピニオン３１の回転角に応じたラック移動量を求めることで、基準位置からのラック移動量に対応するラックストロークを求めることができる。すなわち、第１検出器３３によりラック３２の位置を直接に求めているためラックストロークの検出精度を向上できる。しかも、ラック３２に起伏を設けることで段差３２ａ′を形成し、段差３２ａ′に対するラック軸線方向における相対位置の変化により変化する信号を出力するだけでラック３２の基準位置を検出できるため、ラック３２に高精度な加工を行う必要がなく、構成を簡単化できる。さらに、基準位置の検出前にあっては第１検出器３３が基準位置に近接する方向にラックを移動させ、第１検出器３３の出力信号を変化させることで基準位置を検出できるので、ラックストロークの検出を迅速に開始することができる。
【００１９】
なお、本発明の移動体ストローク検出装置を、上記実施形態においてはラック３２を移動体とする車両用操舵装置に適用したが、図５の変形例に示すようにボールスクリューシャフト１０１を移動体とする車両用操舵装置に適用してもよい。ボールスクリューシャフト１０１の両端に上記実施形態と同様に車輪が連結される。ボールスクリューシャフト１０１にボール１０２を介してボールナット１０３がねじ合わされ、ボールナット１０３はベアリング１０４、１０５を介してハウジング１０６により支持される。ボールナット１０３は駆動用アクチュエータであるブラシレスモータ１０７により駆動される。ブラシレスモータ１０７は、ハウジング１０６に固定されるステータ１０７ａと、ステータ１０７ａに挿入されるロータ１０７ｂとを有する。ロータ１０７ｂにボールスクリューシャフト１０１が隙間を介して軸方向移動可能に挿入され、ボールナット１０３が同行回転可能に連結される。ブラシレスモータ１０７によりボールナット１０３が駆動され、ボールナット１０３の回転角に応じてボールスクリューシャフト１０１が移動することで舵角が変化する。ボールスクリューシャフト１０１の基準位置に上記実施形態と同様にして凹部１０１ａの端部により構成される段差１０１ａ′が形成され、第１検出器３３の出力信号の変化によって基準位置が検出される。なお、本変形例では、モータ１０７の作動量に応じたボールスクリューシャフト１０１の移動量を検出する第２検出器は、ブラシレスモータ１０７の駆動に用いられるモータ回転角センサにより構成できる。他は上記実施形態と同様とされる。
【００２０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第１検出器３３は光電スイッチに限定されるものでなく、段差を境界にして移動体の一端側に位置する時はオン状態となり、他端側に位置する時はオフ状態になる近接スイッチ、段差との移動体軸線方向の相対位置の変化により出力が漸次変化する磁気センサ、段差と接触することでオン状態となり接触解除によりオフ状態となる接触式リミットスイッチ等により構成してもよく、要は段差に対する移動体移動方向における相対位置の変化により変化する信号を出力するものであればよい。また、第２検出器３４も操舵用アクチュエータ２を構成するブラシレスモータの駆動に用いられるモータ回転角センサに限定されず、例えば減速ギヤ機構３０の出力シャフトの回転を検出するエンコーダによりピニオン３１の回転角と回転方向に応じた信号を出力してもよく、要は移動体の駆動用アクチュエータの作動量に応じた移動体移動量を検出するものであればよい。また、ピニオン３１とは別にラック３２に噛み合うピニオンを設け、その別のピニオンの回転角を第２検出器により検出したり、ボールナット１０３とは別にボールスクリューシャフト１０１にねじ合わされるナットを設け、その別のナットの回転角を第２検出器により検出してもよい。また、移動体に凹部でなく凸部によって起伏を設けることで段差を形成してもよい。さらに、本発明は操舵装置以外の装置や機器にも適用でき、例えば工作機械におけるワーク載置テーブルや主軸ヘッド等の位置決めのため、そのテーブルやヘッドを段差を有する移動体とし、本発明を適用することで移動体ストロークを検出してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の移動体ストローク検出装置によれば、移動体の一定位置からのストロークの検出精度を簡単な構成により低コストで向上でき、しかも移動体ストロークの検出を迅速に開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両用操舵装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の車両用操舵装置における要部の構成説明図
【図３】本発明の実施形態の車両用操舵装置における操作用アクチュエータと操舵用アクチュエータの制御手順を示すフローチャート
【図４】本発明の実施形態の車両用操舵装置における基準位置の設定手順を示すフローチャート
【図５】本発明の変形例の車両用操舵装置における要部の構成説明図
【符号の説明】
２０  制御装置
３１  ピニオン
３２  ラック
３２ａ′  段差
３３  第１検出器
３４  第２検出器
１０１  ボールスクリューシャフト
１０１ａ′  段差
１０３  ボールナット
【図１】
2004205327.tif 000003
【図２】
2004205327.tif 000004
【図３】
2004205327.tif 000005
【図４】
2004205327.tif 000006
【図５】
2004205327.tif 000007