JP2002240734A - 車両用の伝達比可変操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操舵輪に外力が加わった際に、モータの位置の
ズレを抑制することができ、音、振動の発生を抑制する
ことができる車両用の伝達比可変操舵制御装置を提供す
る。 【解決手段】ステアリングハンドル２０と操舵輪２８と
を連結する伝達比可変機構２２と、伝達比可変機構２２
を制御するＥＣＵ（電子制御装置）４０を設ける。操舵
目標位置を演算するための車速Ｖ、操舵角θｈをそれぞ
れ検出する車速センサ３１及び操舵角センサ３０を設け
る。モータＭの実モータ位置を検出する出力角センサ３
２を設ける。ＥＣＵ４０は車速Ｖ及び操舵角θｈに基づ
いて操舵目標位置を演算するようにし、操舵目標位置と
実モータ位置が実質的に等しいときモータ位置保持制御
を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングハン
ドル操舵角の操舵輪に対する伝達比を可変することがで
きる車両用の伝達比可変操舵制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ステアリングハンドル操舵角
の操舵輪に対する伝達比を可変するステアリング装置が
提案されている。例えば、特開平３−１５３４６７号公
報等に開示されているステアリング装置が存在する。こ
のステアリング装置は、ステアリングハンドルと操舵輪
に連結されるピニオンとの間のステアリングシャフトに
遊星歯車式差動機構による伝達比可変機構を備えてい
る。

【０００３】このような、ステアリング装置では、運転
状態を検出するために、例えば、車速センサとステアリ
ングハンドル操舵角（以下、操舵角という）を検出する
操舵角センサが設けられている。そして、車両に備えら
れた電子制御装置（ＥＣＵ）は、車速センサが検出した
車速と、操舵角センサが検出した操舵角に基づいて操舵
目標位置を演算し、その操舵目標位置に応じた制御信号
を出力する。一方、伝達比可変機構は、前記電子制御装
置からの制御信号に基づいてモータが駆動されて伝達比
が可変される。

【０００４】そして、モータには実モータ位置を検出す
る検出手段が設けられており、制御装置は、実モータ位
置が操舵目標位置と一致すると、モータの制御を停止す
るようにされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、この構成のス
テアリング装置においては、実モータ位置と操舵目標位
置とが一致すると、モータ制御が行われず、両位置がズ
レていると、位置を合わせようと制御する。

【０００６】この結果、実モータ位置と操舵目標位置と
が一致した場合、モータのロータはフリーな状態となっ
ているため、走行中に操舵輪側から逆入力（キックバッ
ク）が印加されると、すぐにロータの位置がズレること
になる。このようにズレてしまうと、電子制御装置は再
度、操舵目標位置と実モータ位置とが一致するように制
御することになる。

【０００７】このため、従来は、操舵輪側から逆入力が
ある度に、ズレ量を補正するためのモータ駆動制御が行
われ、このときのモータ駆動制御が振動となって、ステ
アリングハンドルを介して運転者に伝わったり、音の発
生がある問題があった。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、操舵輪に外力が加わった
際に、モータの位置のズレを抑制することができ、音、
振動の発生を抑制することができる車両用の伝達比可変
操舵制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、ステアリングハンドル
と操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられ、モ
ータの駆動により伝達比を可変する伝達比可変手段と、
同伝達比可変手段を制御する制御手段を備えた車両用の
伝達比可変操舵制御装置において、操舵目標位置を演算
するための運転状態パラメータを検出するパラメータ検
出手段と、前記検出手段が検出した運転状態パラメータ
に基づいて操舵目標位置を演算する演算手段と、前記モ
ータの実モータ位置を検出する実モータ位置検出手段と
を備え、前記制御手段は、前記目標位置と実モータ位置
が実質的に等しいときモータ位置保持制御を行うことを
特徴とする車両用の伝達比可変操舵制御装置を要旨とす
るものである。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１において、前
記モータ位置保持制御は、モータに負荷を与えるロック
制御であることを特徴としている。請求項３の発明は、
請求項１において、前記モータ位置保持制御は、発電制
御であることを特徴としている。

【００１１】（作用）請求項１の発明によれば、パラメ
ータ検出手段は、操舵目標位置を演算するための運転状
態パラメータを検出する。演算手段は、前記検出手段が
検出した運転状態パラメータに基づいて操舵目標位置を
演算する。又、実モータ位置検出手段は、モータの実モ
ータ位置を検出する。

【００１２】制御手段は、操舵目標位置と実モータ位置
が実質的に等しいときモータ位置保持制御を行う。請求
項２の発明によれば、請求項１の作用をモータ位置保持
制御として、モータに負荷を与えるロック制御により実
現させることができる。

【００１３】請求項３の発明によれば、請求項１の作用
をモータ位置保持制御として、発電制御により実現す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、具体化した車両
用の伝達比可変操舵制御装置の実施形態を図１〜図３を
参照して説明する。

【００１５】図１は、伝達比可変操舵制御装置１０の全
体構成を示している。ステアリングハンドル２０は上部
ステアリングシャフト２１の上端に接続されている。
又、この上部ステアリングシャフト２１の下端は伝達比
可変機構２２に接続されており、下部ステアリングシャ
フト２３の上端が伝達比可変機構２２に接続されてい
る。伝達比可変機構２２は、操舵伝達系の途中に設けら
れた伝達比可変手段に相当する。

【００１６】又、下部ステアリングシャフト２３の下端
には、ピニオン２５ａが設けられ、このピニオン２５ａ
がラックバー２５に噛合されている。さらに、ラックバ
ー２５の両端には、それぞれタイロッド２６の一端が接
続されるとともに各タイロッド２６の他端にはナックル
アーム２７を介して操舵輪２８が接続されている。又、
ナックルアーム２７の一端は、クロスメンバ２９に回動
可能に連結されている。

【００１７】又、上部ステアリングシャフト２１には、
ステアリングハンドル２０の操舵角（入力角）θｈを検
出するパラメータ検出手段としての操舵角センサ３０が
設けられている。この操舵角センサ３０により出力され
たステアリングハンドル２０の操舵角θｈは、ＥＣＵ
（電子制御装置）４０のＣＰＵ（図示しない）に入力さ
れる。

【００１８】伝達比可変機構２２は、ステアリングハン
ドル２０の操作に対する操舵輪２８の転舵動作を制御す
る機構部となっており、上部ステアリングシャフト２１
と下部ステアリングシャフト２３とを連結する減速機と
してのギヤ機構（図示しない）とこのギヤ機構を駆動す
るモータＭとを備えている。モータＭは、三相ブラシレ
スモータからなり、前記ギヤ機構は、本実施形態では遊
星歯車機構からなる。

【００１９】そして、モータＭによってギヤ機構を駆動
することで、ステアリングハンドル２０の操舵角θｈが
操舵輪２８の転舵角として伝達される伝達比（入力角／
出力角）を変化させる機能を有する。なお、出力角につ
いては後述する。

【００２０】伝達比可変機構２２の駆動制御は電子制御
装置（ＥＣＵ）４０によって実施される。すなわち、Ｅ
ＣＵ４０は、操舵角センサ３０、後記する出力角センサ
３２及び車速を検出するパラメータ検出手段としての車
速センサ３１の各検出信号に基づいてモータＭに対して
制御信号を出力することで、伝達比可変機構２２のモー
タＭの駆動制御を実施する。

【００２１】次に、モータＭを駆動する回路の構成を図
２を参照して説明する。ＥＣＵ４０は、マイクロコンピ
ュータ４１、マイクロコンピュータ４１に接続されたＰ
ＷＭ制御回路４２、ＰＷＭ制御回路４２に接続されたモ
ータプリドライブ回路４３、モータプリドライブ回路４
３に接続されたインバータ４４を備えている。ＥＣＵ４
０は制御手段及び演算手段に相当する。なお、インバー
タ４４は、電源Ｖｍより電力を供給されてモータＭを駆
動する。

【００２２】インバータ４４の上段、下段のスイッチン
グ素子（本実施形態では、ＦＥＴ）４４ｕ，４４ｖ，４
４ｗ，４４ｘ，４４ｙ，４４ｚを備え、図２に示すよう
に各中間接続点に、モータＭの三相の界磁巻線Ｌｕ，Ｌ
ｖ，Ｌｗがそれぞれ接続されている。

【００２３】又、モータＭには同モータＭのロータ（図
示しない）の回転角となる出力角θｓを検出する実モー
タ位置検出手段としての出力角センサ３２が設けられて
いる。出力角センサ３２は、ホール素子からなる。ロー
タの回転角（出力角θｓ）はラックバー２５のストロー
ク位置に対応し、さらにラックバー２５のストローク位
置は操舵輪２８の転舵角に対応するため、出力角センサ
３２によってロータの回転角を検出することにより、操
舵輪２８の転舵角を検出している。この出力角センサ３
２により出力されたロータの回転角は、ＥＣＵ（電子制
御装置）４０のマイクロコンピュータ４１に入力され
る。

【００２４】マイクロコンピュータ４１は、ＣＰＵ（中
央処理制御装置）、プログラムを記憶するＲＯＭ、作業
用メモリであるＲＡＭ（いずれも図示しない）を備えて
いる。

【００２５】（作用）さて、上記のように構成された車
両用の伝達比可変操舵制御装置１０の作用を説明する。

【００２６】図３は、ＥＣＵ４０のＣＰＵが定時割込み
にて処理するモータ位置保持制御ルーチンを示してい
る。ステップ（以下、ステップをＳという）１におい
て、車速センサ３１から出力される車速Ｖ、操舵角セン
サ３０から出力される操舵角θｈ、出力角センサ３２か
ら出力される出力角θｓの読み込みが行われる。そし
て、車速Ｖに基づいて伝達比Ｇの演算が行われる。この
伝達比Ｇの演算は、予めＲＯＭ（図示しない）に格納さ
れた車速Ｖに対する伝達比Ｇのマップを参照することに
より行われる。

【００２７】そして、得られた伝達比Ｇに基づいて、操
舵目標位置（目標転舵角）が算出される。すなわち、操
舵目標位置（目標転舵角）は、演算により得られた伝達
比Ｇと読み込んだ操舵角θｈとを掛け合わせることによ
り算出される。

【００２８】次のＳ２では、ロータ回転位置である実モ
ータ位置を演算する。すなわち、ＣＰＵはモータＭの出
力角センサ３２からの出力角θｓに基づいて、実モータ
位置を演算する。

【００２９】続くＳ３において、操舵目標位置と実モー
タ位置との偏差εが所定範囲内である否かを判定する。
偏差εが所定範囲内であれば、操舵目標位置と実モータ
位置とが実質的に一致しているとして、Ｓ４に移行し、
モータ位置保持制御を実行し、このルーチンを一旦終了
する。このモータ位置保持制御は、ＣＰＵがＰＷＭ制御
回路４２に、インバータ４４の上段のスイッチング素子
４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをオフさせる信号を出力し、か
つ、下段のスイッチング素子４４ｘ，４４ｙ，４４ｚを
オンさせる信号を出力することにより行われる。この状
態で、操舵輪２８からのキックバック（逆入力）があっ
た場合、モータＭは発電制御することになり、この結
果、キックバックによるモータＭのロータの回転が抑制
され、操舵目標位置と実モータ位置とのずれを抑制する
ことになる。

【００３０】又、この発電制御は、前記したスイッチン
グ素子のオン、オフの組合せ以外に、上段のスイッチン
グ素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをオンさせる信号を出力
し、かつ、下段のスイッチング素子４４ｘ，４４ｙ，４
４ｚをオフさせることによって行っても良い。この状態
でも、操舵目標位置と実モータ位置とのずれを抑制する
ことになり、同様の効果が得られる。

【００３１】又、Ｓ３において、偏差εが所定範囲外で
あれば、操舵目標位置と実モータ位置とが一致していな
いとして、Ｓ５に移行し、偏差εを解消するように伝達
比可変制御を実行し、このルーチンを一旦終了する。

【００３２】すなわち、Ｓ５においては、ＣＰＵは偏差
εを解消するようにデューティ演算を行って、制御信号
を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその制御信号を出力す
る。ＰＷＭ制御回路４２はその制御信号に基づいて、モ
ータプリドライブ回路４３、及びインバータ４４を介し
てモータＭを駆動することにより、操舵目標位置となる
ように伝達比可変機構２２を作動する。

【００３３】従って、上記実施形態によれば、以下のよ
うな効果を得ることができる。 （１） 上記実施形態では、操舵伝達系の途中に伝達比
可変機構２２（伝達比可変手段）と、伝達比可変機構２
２を制御するＥＣＵ４０（制御手段）を設けた。そし
て、操舵目標位置を演算するための車速Ｖ（運転状態パ
ラメータ）、操舵角θｈ（運転状態パラメータ）をそれ
ぞれ検出する車速センサ３１（パラメータ検出手段）及
び操舵角センサ３０（パラメータ検出手段）を設けた。
さらに、モータＭの実モータ位置を検出する出力角セン
サ３２（実モータ位置検出手段）を設けた。そして、Ｅ
ＣＵ４０は、演算手段として車速Ｖ及び操舵角θｈに基
づいて操舵目標位置を演算するようにし、操舵目標位置
と実モータ位置が実質的に等しいときモータ位置保持制
御を行うようにした。

【００３４】この結果、キックバックによるモータＭの
ロータの回転が抑制され、操舵目標位置と実モータ位置
とのずれを抑制できる。 （２） 上記実施形態では、モータ位置保持制御は、発
電制御によって行うようにした。

【００３５】この結果、従来は、操舵輪側から逆入力が
ある度に、ズレ量を補正するためのモータ駆動制御が行
われていたが、本実施形態では、ズレ量を補正するため
のモータ駆動制御の頻度を少なくできる。このため、モ
ータ駆動制御による振動が抑制され、その振動に起因し
た音の発生も抑制することができる。

【００３６】なお、本実施形態は以下のように変更して
も良い。 （イ） 上記実施形態では、モータ位置保持制御として
の発電制御を、ＣＰＵがスイッチング素子４４ｕ，４４
ｖ，４４ｗをオン、又は、オフとする信号を出力し、モ
ータ端子間を継続的に短絡させて行ったが、次のように
ＰＷＭ制御しても良い。すなわち、上段のスイッチング
素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗをデューティ比が大きく
（例えば８０％）なるように制御信号を生成し、ＰＷＭ
制御回路４２にその制御信号を出力し、かつ、下段のス
イッチング素子４４ｘ，４４ｙ，４４ｚをオフする信号
を出力するようにして、モータ端子間を断続的に短絡さ
せる。

【００３７】このようにしても、モータＭは、上段のス
イッチング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗがオンのときに
発電制御が行われ、この結果、操舵目標位置と実モータ
位置とのずれを抑制する効果が得られる。

【００３８】なお、上段のスイッチング素子４４ｕ，４
４ｖ，４４ｗをオフし、かつ、下段のスイッチング素子
４４ｘ，４４ｙ，４４ｚをデューティ比が大きく（例え
ば９０％）なるように制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回
路４２にその制御信号を出力することもできる。さら
に、上段と下段のスイッチング素子をデューティ演算を
行って、制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその
制御信号を出力することもできる。

【００３９】（ロ）上記実施形態では、Ｓ４のモータ位
置保持制御として、発電制御を行ったが、モータに負荷
を与えるロック制御に代えても良い。すなわち、Ｓ４に
おいては、モータ位置保持制御は、ＣＰＵがＰＷＭ制御
回路４２に、例えば、ある電気角の位相においては、図
４のａに示すように界磁巻線Ｌｕから界磁巻線Ｌｖ、Ｌ
ｗに通電するように、インバータ４４の上段のスイッチ
ング素子４４ｕ、下段のスイッチング素子４４ｙ，４４
ｚをオンし、他のスイッチング素子４４ｖ，４４ｗ，４
４ｘをオフとする信号を出力することにより行われる。
この状態にすると、モータＭの界磁巻線により発生する
磁界が固定され、モータＭの界磁巻線とモータＭのロー
タに付設された永久磁石との間に磁気吸引力が生じ、モ
ータＭのロータの回転が抑制されるように働く。

【００４０】すなわち、操舵輪２８からのキックバック
（逆入力）があった場合、モータＭの回転が抑制され、
操舵目標位置と実モータ位置とのズレを抑制することに
なる。

【００４１】なお、他のある電気角の位相においては、
図４のｂ〜ｆに示すスイッチング素子のオン、オフの組
合せも考えられ、この組合せにおいても同様の効果が得
られる。

【００４２】特に、このロック制御によれば、前記発電
制御よりも、ロータの保持力が強いため、キックバック
による、ロータのズレの解消はより効果的に行うことが
できる。

【００４３】又、このロック制御においても、スイッチ
ング素子４４ｕ，４４ｖ，４４ｗ，４４ｘ，４４ｙ，４
４ｚをオン、又はオフとする信号を出力したが、別例
（イ）で記載した発電制御と同様に、デューティ演算を
行って、制御信号を生成し、ＰＷＭ制御回路４２にその
制御信号を出力するようにしても良い。

【００４４】（ハ）上記実施形態では、減速機として遊
星歯車機構を用いているが、これに限らず、ハーモニッ
クドライブ減速機やサイクロイド減速機等の減速機を用
いるようにしても良い。

【００４５】（ニ） 上記実施形態では、偏差εが所定
範囲内であれば、操舵目標位置と実モータ位置とが一致
しているとしたが、これに代えて、偏差εが０のときの
みを操舵目標位置と実モータ位置とが一致しているとし
ても良い。

【００４６】（ホ） 上記実施形態は、モータＭとし
て、三相ブラシレスモータを使用したが、このモータに
限らず以下のモータを使用しても良い。ロック制御用と
して使用できるモータとしては、ブラシレスモータ全
般、スイッチドリラクタンスモータ等が考えられる。
又、発電制御として使用できるモータとしては、ブラシ
レスモータ全般、ＤＣモータ、インダクタンスモータ
（誘導電動機）、スイッチドリラクタンスモータ等が考
えられる。

【００４７】以上、本発明の実施形態について説明した
が、上記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思
想について、以下にその効果とともに記載する。 （１） 請求項１において、パラメータ検出手段は、車
速を検出する車速検出手段と、ステアリングハンドルの
操舵角を検出する操舵角センサである車両用の伝達比可
変操舵制御装置。こうすると、運転状態パラメータとし
て車速及び操舵角とを得て、操舵目標位置を演算するこ
とができ、請求項１の作用効果を実現する。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１乃至請求
項３の発明によれば、操舵輪に外力が加わった際に、モ
ータの位置のズレを抑制することができ、音、振動の発
生を抑制することができる。

【００４９】請求項２によれば、モータの保持力が強
く、より効果的に、操舵輪に外力が加わった際に、モー
タの位置のズレを抑制することができ、音、振動の発生
を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における車両用の伝達比可変
操舵制御装置の概略全体図。

【図２】同じく制御装置の回路ブロック図。

【図３】同じくモータ位置保持制御ルーチンのフローチ
ャート。

【図４】同じくロック制御におけるスイッチング素子の
オン・オフの組合せを表す図。

【符号の説明】

２０…ステアリングハンドル、２２…伝達比可変機構
（伝達比可変手段）、２８…操舵輪、３０…操舵角セン
サ（パラメータ検出手段）、３１…車速センサ（パラメ
ータ検出手段）、３２…出力角センサ（実モータ位置検
出手段） ４０…ＥＣＵ（制御手段、演算手段）、Ｍ…モータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングハンドルと操舵輪とを連結
   する操舵伝達系の途中に設けられ、モータの駆動により
   伝達比を可変する伝達比可変手段と、同伝達比可変手段
   を制御する制御手段を備えた車両用の伝達比可変操舵制
   御装置において、 操舵目標位置を演算するための運転状態パラメータを検
   出するパラメータ検出手段と、 前記検出手段が検出した運転状態パラメータに基づいて
   操舵目標位置を演算する演算手段と、 前記モータの実モータ位置を検出する実モータ位置検出
   手段とを備え、 前記制御手段は、前記操舵目標位置と実モータ位置が実
   質的に等しいときモータ位置保持制御を行うことを特徴
   とする車両用の伝達比可変操舵制御装置。
2. 【請求項２】 前記モータ位置保持制御は、モータに負
   荷を与えるロック制御であることを特徴とする請求項１
   に記載の車両用の伝達比可変操舵制御装置。
3. 【請求項３】 前記モータ位置保持制御は、発電制御で
   あることを特徴とする請求項１に記載の車両用の伝達比
   可変操舵制御装置。