(57)【要約】【課題】操舵モータの回転を運動変換して操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる構成において、操舵の結果として生じる実舵角を簡素な構成により正確に検出する。【解決手段】筒形をなすハウジング１１の内部に、操舵のために軸長方向に移動する操舵軸１２と、操舵部材の操作に応じて駆動される操舵モータ３を備え、この操舵モータ３のロータ３２の回転を、ボールねじ機構６等の運動変換機構を介して操舵軸１２に伝える構成において、回転部材としてのボールナット６０の端部に駆動プーリ７３を周設し、またハウジング１１の外側に取付けた回転角センサ７の出力軸７１の先端に従動プーリ７２を取付け、これらのプーリ７２，７３間に伝動ベルト７４を巻装して、ボールナット６０の回転を回転角センサ７により検出し、この検出結果から実舵角を求める構成とする。【選択図】      図２
2004351988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形をなすハウジングの内部に、軸長方向への移動自在に支持された操舵軸、操舵部材の操作に応じて駆動される操舵モータ、及び該操舵モータの回転を前記操舵軸の移動に変換する運動変換機構を備える車両用操舵装置において、
前記操舵軸の移動により実現される実舵角を得るべく、前記運動変換機構の回転部材の回転角度を検出する回転角検出手段を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記回転角検出手段は、前記ハウジングの外側に取付けてあり、前記回転部材との間に巻装された伝動ベルトにより伝動構成してある請求項１記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイール等の操舵部材から機械的に分離された舵取機構を備え、前記操舵部材の操作に応じて駆動される操舵モータの回転を前記舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる構成とした車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により操舵用の車輪（一般的には左右の前輪）を操舵せしめて行われる。このような操舵を行わせるための車両用操舵装置として、近年、車室外部の舵取機構と車室内部の操舵部材とを機械的に分離させて備え、舵取機構に付設された操舵モータを操舵部材の操舵に応じて駆動制御し、該操舵モータからの伝動による舵取機構の動作により操舵を行わせるように構成された分離式の操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置が実用化されつつある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このステアバイワイヤ式の操舵装置において、舵取機構は、車体の左右方向に延設された筒形をなすハウジングと、該ハウジングの内部に軸長方向への移動自在に支持された操舵軸とを備え、前記ハウジングの外側に突出する前記操舵軸の両端部を操舵用の車輪に連結して構成されており、また操舵モータは、舵取機構周辺の専有スペースの削減を図るべく、前記ハウジングの内側に前記操舵軸と同軸をなして構成され、ボールねじ機構等の運動変換機構を介して操舵軸に伝動構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２１１８８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、以上の如く伝動構成された操舵モータは、操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果と、操舵用の車輪に実際に生じている操舵角度（実舵角）の検出結果とに基づいてフィードバック制御されており、この制御下での操舵モータの回転が運動変換機構を介して操舵軸の軸長方向の移動に変換され、この移動により操舵用の車輪が操舵される。
【０００６】
このような操舵モータの制御に用いられる実舵角は、特許文献１に開示された車両用操舵装置においては、操舵軸を支持するハウジングの端部に固定されたリニアスケールの検出端を同側への操舵軸の突出部に連結してなる実舵角センサを用い、操舵軸の軸長方向の移動量を検出して、この検出結果に基づいて実舵角を求めるようにしている。
【０００７】
ところが、車両走行中の操舵軸は、両端に連結された操舵用の車輪を介して加わる路面反力等の外力の作用により撓みが生じた状態にあり、この撓みに起因する非定常な誤差成分が前述の如く構成された実舵角センサの検出値に含まれるという不具合があり、この検出値を用いて行われる操舵モータの制御精度が低下するという問題があった。
【０００８】
また操舵用の車輪の実舵角は、これらの車輪を支持するキングピンの回転角度として直接的に検出することが可能であるが、キングピンの配設位置は、車両の懸架装置の動作により路面の凹凸に追随して大振幅にて上下振動する上、路面から跳ね上げられる水、泥等の異物に曝される過酷な環境にあり、このような環境下での実舵角の検出を長期に亘って正確に行わせるためには、防振、防水対策が施された複雑な構成のセンサが必要となる。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵モータの回転を運動変換して操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる構成において、操舵軸の移動により生じる実舵角を、簡素な構成により正確に検出することができ、この検出値を用いた操舵モータの制御精度の向上を図り得る車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置は、筒形をなすハウジングの内部に、軸長方向への移動自在に支持された操舵軸、操舵部材の操作に応じて駆動される操舵モータ、及び該操舵モータの回転を前記操舵軸の移動に変換する運動変換機構を備える車両用操舵装置において、前記操舵軸の移動により実現される実舵角を得るべく、前記運動変換機構の回転部材の回転角度を検出する回転角検出手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、操舵モータの回転を操舵軸の軸長方向の移動に変換する運動変換機構が、操舵モータからの伝動により操舵軸と同軸上にて回転する回転部材、例えば、運動変換機構として用いられているボールねじ機構のボールナットを備えていることを利用し、この回転部材の回転角度を検出し、この検出結果に基づいて操舵軸の移動に応じて実現される操舵用の車輪の実舵角を求める。このような回転部材の回転角度を検出する回転角検出手段は、運動変換機構を内蔵する操舵軸の支持ハウジングに取り付け、防振及び防水が不要な簡素な構成とすることができ、この回転角検出手段により検出される回転部材の回転角度は、操舵軸の撓みの影響を受けず、実舵角に高精度に対応した値となる。
【００１２】
また本発明の第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明における回転角検出手段が、前記ハウジングの外側に取付けてあり、前記回転部材との間に巻装された伝動ベルトにより伝動構成してあることを特徴とする。
【００１３】
この発明においては、操舵軸を支持するハウジングの外側に回転角検出手段を取付け、ハウジング内部の回転部材との間に伝動ベルトを巻装して、この伝動ベルトを介して伝達される回転部材の回転角度を検出する。伝動ベルトにより回転部材に連結される回転角検出手段の取付け位置は、何らの制約も受けずにハウジングの外側に適宜に設定することができる。なお、回転部材と回転角検出手段との間に巻装される伝動ベルトは、滑りの影響による検出精度の低下を防ぐべく、内面に並設された多数の歯を備えるタイミングベルトとするのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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る。この車両用操舵装置は、図示の如く、車体の左右に配された一対の操舵用の車輪１０，１０に舵取動作を行わせるための舵取機構１と、該舵取機構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おり、舵取機構１に付設された操舵モータ３及びステアリングホイール２に付設された反力モータ４を備え、更に、ステアリングホイール２の操作に応じて舵取機構１を動作せるべく操舵モータ３を制御し、また舵取機構１に加わる操舵反力をステアリングホイール２に加えるべく反力モータ４を制御する操舵制御部５を備えている。
【００１５】
舵取機構１は、図示しない車体の左右方向に延設された筒形をなすハウジング１１の内部に支持され軸長方向に移動する操舵軸１２を備えている。ハウジング１１の両側に突出する操舵軸１２の両端部は、各別のタイロッド１３，１３を介して操舵用の車輪１０，１０のナックルアーム１４，１４に連結し、操舵軸１２の両方向への移動によりタイロッド１３，１３を介してナックルアーム１４，１４を押し引きし、前記車輪１０，１０を左右に操舵する構成となっている。
【００１６】
この操舵を行わせるための操舵モータ３は、ハウジング１１の中途部を大径化して形成されたモータハウジング３０の内部に、運動変換機構としてボールねじ機構６と共に以下の如く構成されている。図２は、操舵モータ３及びボールねじ機構６の構成部分の縦断面図である。
【００１７】
図示の如く操舵モータ３は、モータハウジング３０の内面に周設されたステータ３１と、該ステータ３１の内側にわずかなエアギャップを介して対向するロータ３２とを備えている。ロータ３２は、操舵軸１２の外径よりも大なる内径を有する円筒体であり、モータハウジング３０に内嵌固定された一対の軸受３３，３３（片側のみ図示）により軸長方向に離隔した２か所を支え、操舵軸１２と同軸上での回転自在に支持されている。このように構成された操舵モータ３のロータ３２は、操舵制御部５から後述の如く与えられる動作指令に従ってなされるステータ３１への通電により正逆両方向に回転する。
【００１８】
ロータ３２の一側は、軸受３３による支持部を超えて延長されており、内周面に半円形断面を有するねじ溝が形成されたボールナット６０が連設されている。一方、操舵軸１２の中途部には、ボールナット６０内面のねじ溝に対応する半円形断面を有するねじ溝を所定の長さ範囲に亘って備えるボールねじ部６１が形成されている。ボールねじ機構６は、以上の如きボールナット６０内周のねじ溝とボールねじ部６１外周のねじ溝とを多数のボール６２，６２…を介して螺合させて構成されている。
【００１９】
このように構成されたボールねじ機構６は、前述の如く生じる操舵モータ３のロータ３２の回転を、該ロータ３２の一側に連設されたボールナット６０とボールねじ部６１との螺合部において運動変換して操舵軸１２に伝動せしめる作用をなす。この伝動により操舵軸１２は、操舵モータ３の回転に応じて軸長方向に移動することとなり、この移動に応じて前述した操舵が行われる。
【００２０】
以上の如き操舵モータ３及びボールねじ機構６を備えるモータハウジング３０には、ボールナット６０の端部に対応する位置に、周方向の一か所を径方向外向きに拡径してセンサ座７０が設けてあり、このセンサ座７０の外側には、例えば、ロータリエンコーダを用いてなる回転角センサ７が固定されている。回転角センサ７のセンサ軸７１は、ボールナット６０及び操舵軸１２の軸長方向と略平行をなしてセンサ座７０の内部に突出させてあり、この突出端には、従動プーリ７２が嵌着固定されている。
【００２１】
一方、モータハウジング３０内部のボールナット６０の端部外周には、駆動プーリ７３が周設されており、この駆動プーリ７３と前記従動プーリ７２とには、伝動ベルト７４が巻装されている。以上の構成により、ボールナット６０が回転した場合、この回転は、駆動プーリ７３、伝動ベルト７４及び従動プーリ７２を介して回転角センサ７のセンサ軸７１に伝えられ、回転角センサ７は、ボールナット６０の回転角度に対応する出力を発生することとなる。この出力は、操舵制御部５に与えられており、操舵制御部５は、回転角センサ７から与えられるボールナット６０の回転角度を用い、該ボールナット６０の回転に応じて移動する操舵軸１２の移動量、即ち、この移動によって操舵される車輪１０，１０の実舵角を算出し、このようにして得られる実舵角の検出結果を後述する操舵モータ３の制御に用いる。
【００２２】
操舵のために移動する操舵軸１２は、両端に連結された操舵用の車輪１０，１０を介して加わる路面反力等の外力の作用により撓みが生じた状態にあるが、この撓みがボールナット６０の回転角度に影響を及ぼすことはなく、回転角センサ７によるボールナット６０の回転角度の検出結果を用いて求められる実舵角は、前記撓みの影響による非定常な誤差成分を含まない値となり、正確な実舵角の検出が可能となる。
【００２３】
また回転角センサ７は、操舵軸１２を支持するハウジング１１の中途部に固定されており、大振幅の振動が加わることはなく、また車輪１０，１０により路面から跳ね上げられる水、泥等の異物に曝される虞れもないから、簡素な構成により正確な実舵角の検出が可能となる。
【００２４】
なおボールナット６０は、操舵軸１２の移動ストロークの全長に亘って複数回転するから、回転角センサ７としては、複数回転の検出が可能なロータリエンコーダとするのが望ましいが、一回転内での回転検出が可能な一般的なロータリエンコーダを用いた場合であっても、操舵制御部５において、回転角センサ７の出力の取込みの都度回転角度の積算を行わせることにより操舵軸１２の移動ストロークの全長に亘る実舵角の検出が可能である。またこの場合、例えば、直進走行中の回転角センサ７の検出値をゼロ値とする較正を行うことにより、積算誤差の解消を図るようにすればよい。
【００２５】
また伝動ベルト７４として、内面に多数の歯が並設されたタイミングベルトを用いることにより従動プーリ７２又は駆動プーリ７３の周上での滑りの発生を回避することができ、より正確な実舵角の検出が可能となる。
【００２６】
操舵制御部５には、以上の如き回転角センサ７による実舵角の検出値と共に、一側のタイロッド１３に付設されたタイロッド軸力センサ１８の検出結果が与えられている。この検出結果は、操舵制御部５において、操舵に伴って舵取機構１に加わる実反力を示す信号として、後述する反力モータ４の制御に用いられる。
【００２７】
舵取機構１から分離して配されたステアリングホイール２は、その回転軸となるコラム軸２０を回転自在に支持するコラムハウジング２１を介して、図示しない車体の適宜部位に支持されている。このステアリングホイール２に操作反力を加える反力モータ４は、コラムハウジング２１の外側に取り付けられ、ウォームギヤ減速装置等の減速装置（図示せず）を介してコラム軸２０の中途部に伝動構成されており、反力モータ４が回転駆動された場合、この回転力が前記減速装置により減速されてコラム軸２０に付加され、更に、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に操作反力が加えられるようになしてある。
【００２８】
この操作反力に抗して回転操作されるステアリングホイール２の操作角は、コラムハウジング２１の中途部に付設された操舵角センサ２２により検出され、操舵制御部５に与えられている。また、操舵制御部５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２３から与えられている。
【００２９】
以上の如く構成された本発明に係る車両用操舵装置において、操舵モータ３を対象とする操舵制御部５の操舵制御動作は、例えば、操舵角センサ２２により検出されるステアリングホイール２の操作角度に基づいて目標舵角を求め、この目標舵角と、回転角センサ７により検出される操舵用の車輪１０，１０の実舵角との偏差に基づくフィードバック制御により行われる。このとき走行状態センサ２３から与えられる走行状態の検出結果は、目標舵角の補正に用いられる。この補正は、例えば、車速の増大に伴って目標舵角を減じ、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伴って目標舵角を減じるようになされる。
【００３０】
以上の操舵制御動作により操舵軸１２は、操舵モータ３からの伝動によりステアリングホイール２の操作角度に対応する目標舵角を得るべく軸長方向に移動せしめられ、この移動によりステアリングホイール２の操作に応じた操舵が実現される。このとき、前述の如く構成された回転角センサ７により検出される正確な実舵角を用いたフィードバック制御がなされるから、前記目標舵角を精度良く実現することができ、良好な操舵感を安定して実現することができる。更に、走行状態に基づく前記目標舵角の補正により、ステアリングホイール２の操作角度と操舵軸１２の移動量との対応関係が変わり、走行状態に応じた操舵特性が得られる。
【００３１】
また反力モータ４を対象とする操舵制御部の反力制御動作は、例えば、タイロッド軸力センサ１８により検出される実反力に基づいてステアリングホイール２に付与すべき目標反力を求め、この目標反力を得るべく反力モータ４を駆動制御せしめて行われる。このとき走行状態センサ２３から与えられる走行状態の検出結果は、前記目標反力の補正に用いられる。この補正は、例えば、車速及び旋回程度の増大に伴って目標反力を増し、また、前後加速度により定まる車両の減速程度の増大に伴って目標反力を増すように行われる。
【００３２】
以上の反力制御動作によりステアリングホイール２には、コラム軸２０に加わる反力モータ４の回転力が操作反力として付与される。この操作反力は、舵取機構１に実際に加わる反力を走行状態に応じて補正したものであり、ステアリングホイール２を回転操作する運転者に良好な操舵感を体感させることができる。
【００３３】
なお以上の実施の形態においては、操舵モータ３の回転を操舵軸１２の軸長方向への移動に変換する運動変換手段としてボールねじ機構６を用いてある構成について述べたが、特開２００１−１８７９５５号公報等に開示されているように、操舵モータ３からの伝動により回転する回転部材に内嵌保持されたベアリングの内輪を操舵軸１２に螺合させてなるねじ機構、所謂、ベアリングねじを用いてもよく、更に、操舵モータ３からの伝動により回転する回転部材を備える他の運動変換手段を用いてもよい。
【００３４】
また以上の実施の形態においては、操舵軸１２と同軸に支持された円筒形のロータ３２を有し、操舵軸１２のハウジング１１の中途に一体に構成された操舵モータ３を備える構成について述べたが、本発明は、操舵軸１２と非同軸に構成された操舵モータ３を備え、該操舵モータ３の回転を、ウォームギヤ、ベベルギヤ等の歯車減速装置を介して運動変換機構の回転部材に伝える構成とした車両用操舵装置においても、操舵軸の移動により生じる実舵角を精度良く検出すべく適用可能であることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵モータからの伝動により操舵軸を軸長方向に移動させて実現される実舵角を、操舵軸の撓み、車両の振動等の外乱の影響を受けず、簡素な構成にて高精度に検出することが可能となり、この検出値を用いた操舵モータの制御精度が向上し、良好な操舵感が得られるようになる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【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】操舵モータ及びボールねじ機構の構成部分の縦断面図である。
【符号の説明】
２    ステアリングホイール（操舵部材）
３    操舵モータ
６    ボールねじ機構（運動変換機構）
７    回転角センサ（回転角検出手段）
１１    ハウジング
１２    操舵軸
６０    ボールナット（回転部材）
７４    伝動ベルト
【図１】
2004351988.tif 000003
【図２】
2004351988.tif 000004