WO2012086677A1 - 車両用操舵装置 - Google Patents

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達磨 河内
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/181—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable with power actuated adjustment, e.g. with position memory

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle steering apparatus. More specifically, the present invention relates to a vehicle steering apparatus capable of moving a steering wheel to a stored tilt position (and telescopic position) by driving a motor.
  • Patent Documents 1 and 2 In the field of vehicle steering devices, a device that can automatically adjust the position of a steering wheel as a steering member to an optimum position for each driver has been proposed in recent years (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a steering wheel position (driver position) optimum for the driver is stored in advance, and the steering wheel is moved to the stored position by an operation of a selection switch on an operation panel provided on the dashboard. It is moved by motor drive.
  • the tilt position is detected using an angle sensor, and the drive of the motor is controlled based on the detection result, but the angle sensor is expensive.
  • the vehicle steering device is only used in some high-end vehicles, and is not widely used in ordinary vehicles.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a vehicle steering apparatus capable of moving a steering wheel to a desired tilt position without using an angle sensor.
  • a vehicle steering apparatus is a vehicle steering apparatus that performs a tilting operation to a predetermined position of a steering shaft having a steering wheel attached to an upper end using a driving force of a motor.
  • a tilt drive motor capable of moving the steering shaft during tilt operation;
  • a control unit for controlling the drive of the tilt drive motor.
  • the control unit opens a mechanical system that takes into account the inertia and viscosity of the steering column by the resultant force of the torque of the tilt drive motor and the steering torque generated in a steering column that rotatably supports the steering shaft.
  • the tilt drive motor is driven so that the amount of tilt displacement is determined from the transfer function.
  • the amount of tilt displacement is determined by the open transfer function of the mechanical system taking into account the inertia and viscosity of the steering column by the resultant force of the torque of the tilt drive motor and the steering torque generated in the steering column.
  • the drive of the tilt drive motor is controlled by the open control. Therefore, tilt position control can be performed without using a conventional expensive angle sensor.
  • the control unit targets the steering column by adjusting an energization time in a predetermined energization pattern to the tilt drive motor according to a tilt displacement amount ⁇ . It is preferably configured to be tilted to a position. In this case, the steering column can be moved to the target position by adjusting the energization time to the tilt drive motor.
  • the control unit sets the steering column to an initial position of the tilt operation when a steering torque exceeding a predetermined value is detected during the tilt operation. It is preferable to drive the tilt drive motor so as to return it.
  • the post-control position may deviate from the stored optimum position, but a steering torque exceeding a predetermined value is detected during tilt operation. In such a case, the position shift can be prevented by returning the steering column to the initial position of the tilt operation.
  • the steering column returned to the initial position can be moved again to the optimum tilt position stored by the above-described open control.
  • the vehicle steering apparatus preferably includes a sensor that detects the return of the steering column to the initial position.
  • the steering column can be reliably returned to the predetermined initial position based on the detection of the sensor.
  • a telescopic drive motor capable of telescopically operating the steering column.
  • the control unit controls the driving of the telescopic drive motor, and is a mechanical system that takes into account the inertia and viscosity of the steering column by the resultant force of the torque of the telescopic driving motor and the steering torque generated in the steering column. It is preferable to drive the telescopic drive motor so that the telescopic displacement amount is determined from the open transfer function. In this case, the steering wheel can be moved to the optimum telescopic position stored not only for the tilt operation but also for the telescopic operation.
  • the steering assist motor also functions as the tilt drive motor and the telescopic drive motor.
  • the number of parts of the apparatus can be reduced by using one motor as a steering assisting motor, a tilt driving motor, and a telescopic driving motor.
  • the steering wheel can be moved to a desired tilt position without using an angle sensor.
  • FIG. 1 is a partial explanatory view of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • An electric power steering device which is an example of a vehicle steering device, includes a steering wheel 1 that is steered by a driver, a steering mechanism 3 that steers the steered wheels 2 in conjunction with the steering of the steering wheel 1, and steering by the driver.
  • a steering assist mechanism 4 for assisting, a steering wheel 1 and a steering mechanism 3 are connected, and a steering shaft 5 and an intermediate shaft 6 for transmitting the rotation of the steering wheel 1 to the steering mechanism 3 are provided.
  • the steering shaft 5 includes an upper steering shaft 5a and a lower steering shaft 5b, the steering wheel 1 is connected to one end (upper end) of the upper steering shaft 5a, and the telescope drive unit 10 and the universal joint are connected to the other end.
  • the lower steering shaft 5b is connected via (not shown).
  • the upper steering shaft 5a is inserted through the telescope drive unit 10 disposed in the cylindrical upper steering column 7a.
  • the upper steering shaft 5a is connected to the telescope drive unit 10 so that it can expand and contract up and down but cannot rotate.
  • the telescope drive unit 10 is rotatably supported by the upper steering column 7a. Therefore, the upper steering shaft 5a is rotatably supported in the upper steering column 7a via the telescope driving unit 10.
  • the upper steering column 7a is attached to the upper end portion of the lower steering column 7b via a rotating shaft 8 so as to be rotatable up and down.
  • the lower steering column 7b is fixed to the chassis 9 of the vehicle.
  • the telescope drive unit 10 includes a telescopic drive motor (not shown), and drives the upper steering shaft 5a forward and backward along the axial direction using, for example, a worm mechanism and a feed screw mechanism.
  • the lower steering column 7b is provided with a tilt driving section 11 for causing the upper steering column 7a, that is, the steering wheel 1 to perform a tilting operation.
  • a rod 12 is provided in the tilt drive unit 11 so as to be able to advance and retract in the axial direction, and the tip of the rod 12 is axially connected to an arm unit 13 formed integrally with the upper steering column 7a via a pin 14. It is attached to freely move forward and backward.
  • the tilt drive unit 11 includes a tilt drive motor 15, and the rod 12 is expanded and contracted by rotating the tilt drive motor 15 via a worm mechanism and a feed screw mechanism (not shown). When the rod 12 extends, the upper steering column 7a rotates upward as shown by the one-dot chain line in FIG.
  • the steering wheel 1 moves to the uppermost retracted position, and conversely, when the rod 12 contracts, 1, the upper steering column 7a rotates downward, and the upper steering shaft 5a moves to a position that is substantially coaxial with the axis of the upper steering column 7a.
  • the steering mechanism 3 includes a pinion shaft 16 as an input shaft and a rack shaft 17 as an output shaft.
  • the intermediate shaft 6 is connected to a pinion shaft 16, and the rotation of the steering wheel 1 is transmitted to the pinion shaft 16 via the steering shaft 5 and the intermediate shaft 6.
  • the pinion shaft 16 rotates.
  • the rotation of the pinion shaft 16 is converted into movement in the axial direction of the rack shaft 17 by meshing of the pinion and the rack shaft 17 which will be described later.
  • the steered wheels 2 connected to the rack shaft 17 are steered. .
  • the pinion shaft 16 includes an input shaft 19 connected to the intermediate shaft 6 via a joint 18, an output shaft 21 connected to the input shaft 19 via a torsion bar 20, and an end of the output shaft 21 ( And a pinion 22 formed at the lower end.
  • the input shaft 19 and the output shaft 21 are connected via a torsion bar 22 so as to be relatively rotatable on the same straight line.
  • a torque sensor 23 is disposed around the torsion bar 22, and the torque sensor 23 is configured to detect a steering torque by the driver based on a relative rotational displacement amount between the input shaft 19 and the output shaft 21. ing.
  • the steering torque detected by the torque sensor 23 is input to an ECU (Electronic Control Unit) 24 installed in the vehicle.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the steering assist mechanism 4 provides the steering mechanism 3 with a steering assist force corresponding to the steering torque, and transmits the steering assist electric motor 25 and the power of the electric motor 25 to the rack shaft 13 of the steering mechanism 3. And a transmission mechanism 26 for the purpose.
  • the transmission mechanism 26 decelerates the rotation of the electric motor 25 and transmits it to the rack shaft 13.
  • the transmission mechanism 26 converts the rotation transmitted from the reduction mechanism 27 into the axial movement of the rack shaft 13.
  • a ball screw mechanism 28 as a conversion mechanism.
  • the steering torque is detected by the torque sensor 23 disposed around the torsion bar 20, and the detected steering torque is input to the ECU 24.
  • the ECU 24 controls the driving of the electric motor 25 based on the input detection result, the vehicle speed input from a vehicle speed sensor (not shown), and the like.
  • power based on steering torque, vehicle speed, and the like is output from the electric motor 25.
  • the output power is transmitted to the rack shaft 13 as a steering assist force by the speed reduction mechanism 27 and the ball screw mechanism 28 that constitute the transmission mechanism 26, and the driver's steering is assisted.
  • the tilt drive motor 15, the telescopic drive motor, and the steering assisting electric motor 25 are connected to the ECU 24, and the drive of the ECU 24 is controlled by the control unit of the ECU 24.
  • the position of the steering wheel 1 can be controlled to an optimum position for the driver driving the vehicle.
  • This optimal position can be stored in advance in the storage unit of the ECU 24 for one or a plurality of drivers.
  • the storage in the storage unit can be performed by a known method such as operating a setting switch of an operation panel (not shown) provided on the dashboard when the steering wheel 1 is at a desired position.
  • the tilt position of the steering wheel 1 is controlled by the open transfer function of the mechanical system that takes into account the inertia and viscosity of the steering column by the resultant force of the torque of the tilt drive motor 15 and the steering torque generated in the upper steering column 7a. This is done by controlling the drive of the tilt drive motor 15 so that the amount of displacement is determined.
  • the tilt drive side including the steering wheel 1 is to be displaced by the tilt displacement ⁇
  • the tilt drive side has a total length L of the tilt drive side and mg (g is the total mass of the tilt drive side).
  • a force based on (gravitational acceleration) and inertia J (tilt inertia) corresponding to the shape is required.
  • the tip end portion for example, a steering wheel
  • the tip portion follows the rotation of the rotation shaft 7 as the tilt drive shaft with a delay.
  • the characteristic that the displacement speed v ′ of another point is delayed with respect to the displacement speed v of one point is called viscosity, and this viscosity tilts with the rotation shaft 7 as a base point.
  • tilt viscosity C There is a possibility of acting on the driving side, and this will be referred to as tilt viscosity C.
  • the motor voltage of the tilt drive motor 15 is V
  • the motor resistance is R
  • the motor current is I
  • the counter electromotive force coefficient is k
  • the motor rotational angular velocity is ⁇
  • the motor torque is Tm
  • the torque constant is G
  • the reduction ratio is n
  • the formula (3) which is the equation of motion, shows the motor torque of the tilt drive motor 15 and
  • the deviation from the steering torque (n ⁇ Tm ⁇ T load) is the sum (J ⁇ ′′ + C ⁇ ′) of the inertia amount and the viscosity amount on the tilt drive side.
  • V R ⁇ I + k ⁇ ⁇ (1)
  • Tm G ⁇ I
  • n ⁇ Tm ⁇ T load J ⁇ ⁇ ′′ + C ⁇ ⁇ ′
  • ⁇ n ⁇ ⁇ '(4)
  • the equation ⁇ f (I) having the current I and the tilt angle ⁇ of the tilt drive motor as variables can be derived, and the load acting on the tilt drive side varies. If there is not, the tilt angle ⁇ is uniquely determined with respect to the current I of the tilt drive motor 15, and thus the open control is performed using a preset current pattern to move the position of the steering wheel 1 to a desired tilt position. Can do.
  • the current pattern for example, a trapezoidal pattern shown in FIG. 3 can be used.
  • the tilt angle ⁇ can be changed.
  • the sum of the rising portion A and the falling portion B is substantially constant and is known. Therefore, the tilt angle ⁇ can be changed by setting the energization time in consideration of this portion.
  • the steering torque (T load) is added to the inertia and viscosity on the tilt drive side.
  • T load is a load that acts temporarily, if the target torque T ′ required for the tilt drive motor 15 is Tm ⁇ T load, even if the steering torque works, it includes that amount. Only the drive torque necessary to reach the target position stored in the storage unit can be generated without trying to generate unnecessary motor torque.
  • the energization time set in advance is determined according to the tilt angle ⁇ as described above, but the current value according to the target torque T ′ is corrected to a constant current value in the energization pattern.
  • the steering column can reach the target tilt position in accordance with the determined energization time even if the load fluctuation of the tilt drive motor, that is, the steering torque fluctuation occurs.
  • the tilt control is interrupted and the steering column can be moved to the initial position. preferable.
  • FIG. 2 is a flowchart of tilt position control including such movement to the initial position.
  • the control unit of the ECU 24 issues a warning to the driver not to place his hand around the steering wheel 1. This warning can be performed by displaying it on an operation panel provided on the dashboard or by making a sound.
  • step S2 control for moving the upper steering column 5a to the optimum tilt position of the driver stored in advance in the storage unit of the ECU 24 is performed.
  • the detection of the steering torque is always monitored, and when the torque is detected by the torque sensor 23 of the electric power steering device P (step S3), the control unit detects the detected torque value. It is determined whether the absolute value is less than a predetermined threshold (step S4).
  • step S4 when the control unit of the ECU 24 determines that the absolute value of the detected torque value is less than the predetermined threshold value (Yes), the process proceeds to step S5.
  • step S5 the predetermined tilt position control is performed. Judgment is made as to whether or not the processing has ended.
  • step S5 when it is determined that the predetermined tilt position control has been completed (Yes), the control unit ends the process. If it is determined in step S5 that the predetermined tilt position control has not ended (No), the process returns to step S2 and the tilt position memory control is continued.
  • step S4 determines in step S4 that the absolute value of the detected torque value is equal to or greater than a predetermined threshold (No)
  • the process proceeds to step S6, and the driver has an abnormality in step S6. Warn you.
  • This warning can be performed by displaying it on an operation panel provided on the dashboard or by making a sound, like the warning in step S1.
  • the control unit of the ECU 24 drives the tilt drive motor 15 to return the upper steering column 5a to a predetermined initial position.
  • a limit switch that can contact or contact a part of the upper steering column 5a, or the upper steering column 5a. It is preferable to provide a proximity switch or the like that can detect the approach.
  • step S7 when the steering column is returned to the initial position, the process returns to step S1 and the above-described tilt position memory control is repeated again, so that an accurate tilt angle can be determined.
  • the initial position is when the upper steering column is at the uppermost position, but the initial position may be when the upper steering column is at the lowermost position.
  • the tilt drive motor, the telescopic drive motor, and the steering assist motor are provided separately, but the tilt assist motor and the telescopic drive motor can also be used as the steering assist motor. .
  • the tilt position is controlled by the open control, but the open control can be similarly performed for the telescopic position.

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Abstract

　車両用操舵装置は、上端にステアリングホイールが取り付けられたステアリングシャフトの所定位置へのチルト動作をモータの駆動力を用いて行う。車両用操舵装置は、チルト動作時に前記ステアリングシャフトを移動させることができるチルト駆動モータと、このチルト駆動モータの駆動を制御する制御部とを備えている。前記制御部は、その内部に前記ステアリングシャフトを回転可能に支持するステアリングコラムに発生する、前記チルト駆動モータのトルクと操舵トルクとの合力により、ステアリングコラムの慣性及び粘性を考慮した機械システムの開伝達関数からチルト変位量が決まるように、当該チルト駆動モータを駆動させる。

Description

車両用操舵装置
　本発明は車両用操舵装置に関する。さらに詳しくは、記憶されたチルト位置（及びテレスコ位置）へのステアリングホイールの移動をモータ駆動により行うことができる車両用操舵装置に関する。
　車両用操舵装置の分野では、近年、操舵部材であるステアリングホイールの位置をドライバ毎の最適な位置に自動調整することができるものが提案されている（例えば、特許文献１～２参照）。
　かかる車両用操舵装置では、ドライバにとって最適なステアリングホイールの位置（ドライバポジション）を予め記憶させておき、ダッシュボードに設けられた操作パネルの選択スイッチなどの操作により、記憶された位置へステアリングホイールがモータ駆動によって移動される。
日本国特開昭６３－２６５７６６公報 日本国特開平５－２２９３７５公報
　前述したモータ駆動による位置制御可能な車両用操舵装置では、角度センサを用いてチルト位置を検出し、この検出結果に基づいてモータの駆動を制御しているが、角度センサは高価であるので、当該車両用操舵装置は、一部の高級車に採用されているに過ぎず、一般車への普及は進んでいない。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、角度センサを用いることなくステアリングホイールを所望のチルト位置に移動させることができる車両用操舵装置を提供することを目的としている。
（１）本発明の一つの態様に係る車両用操舵装置は、上端にステアリングホイールが取り付けられたステアリングシャフトの所定位置へのチルト動作をモータの駆動力を用いて行う車両用操舵装置であって、
　チルト動作時に前記ステアリングシャフトを移動させることができるチルト駆動モータと、
　このチルト駆動モータの駆動を制御する制御部と
　を備えており、
　前記制御部は、その内部に前記ステアリングシャフトを回転可能に支持するステアリングコラムに発生する、前記チルト駆動モータのトルクと操舵トルクとの合力により、ステアリングコラムの慣性及び粘性を考慮した機械システムの開伝達関数からチルト変位量が決まるように、当該チルト駆動モータを駆動させることを特徴としている。
　上記車両用操舵装置では、ステアリングコラムに発生する、前記チルト駆動モータのトルクと操舵トルクとの合力により、ステアリングコラムの慣性及び粘性を考慮した機械システムの開伝達関数からチルト変位量が決まるように、オープン制御によってチルト駆動モータの駆動が制御される。このため、従来の高価な角度センサを用いることなく、チルト位置制御を行うことができる。
（２）前記（１）の車両用操舵装置において、前記制御部は、チルト変位量θに応じて、前記チルト駆動モータへの所定の通電パターンにおける通電時間を調整することで前記ステアリングコラムを目標位置までチルト動作させるように構成されていることが好ましい。この場合、チルト駆動モータへの通電時間を調整することで、ステアリングコラムを目標位置まで移動させることができる。
（３）前記（１）又は（２）の車両用操舵装置において、前記制御部は、所定値を超える操舵トルクがチルト動作中に検出されたときに、前記ステアリングコラムをチルト動作の初期位置に戻すように前記チルト駆動モータを駆動させることが好ましい。オープン制御を行う場合、大きな外力（操舵トルク）がステアリングコラムに作用すると、制御後の位置が記憶された最適位置からずれてしまう恐れがあるが、所定値を超える操舵トルクがチルト動作中に検出されたときに、ステアリングコラムをチルト動作の初期位置に戻すことで、このような位置ずれを防止することができる。初期位置に戻したステアリングコラムに対しては、再度、前述したオープン制御によって、記憶されている最適なチルト位置に移動させることができる。
（４）前記（３）の車両用操舵装置において、前記ステアリングコラムの初期位置への復帰を検出するセンサを備えていることが好ましい。この場合、当該センサの検出に基づいてステアリングコラムを確実に所定の初期位置に戻すことができる。
（５）前記（１）～（４）の車両操舵装置において、前記ステアリングコラムをテレスコ動作させることができるテレスコ駆動モータを備えており、
　前記制御部は、このテレスコ駆動モータの駆動を制御し、且つ、前記ステアリングコラムに発生する、前記テレスコ駆動モータのトルクと操舵トルクとの合力により、ステアリングコラムの慣性及び粘性を考慮した機械システムの開伝達関数からテレスコ変位量が決まるように、当該テレスコ駆動モータを駆動させることが好ましい。この場合、チルト動作だけでなく、テレスコ動作についても記憶された最適なテレスコ位置にステアリングホイールを移動させることができる。
（６）前記（１）～（５）の車両用操舵装置において、操舵補助用のモータが、前記チルト駆動モータ及びテレスコ駆動モータとしても機能することが好ましい。この場合、１つのモータが、操舵補助用のモータ、チルト駆動モータ及びテレスコ駆動モータを兼用することで装置の部品点数を減らすことができる。
　本発明の車両用操舵装置によれば、角度センサを用いることなくステアリングホイールを所望のチルト位置に移動させることができる。
本発明の車両用操舵装置の一実施の形態の部分説明図である。 本発明の実施の形態の車両用操舵装置を用いたチルト位置制御のフローチャートである。 通電パターンの説明図である。
　以下、添付図面を参照しつつ、本発明の車両用操舵装置の実施の形態を詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の部分説明図である。車両用操舵装置の一例である電動パワーステアリング装置は、ドライバにより操舵されるステアリングホイール１と、このステアリングホイール１の操舵に連動して転舵輪２を転舵させる操舵機構３と、ドライバによる操舵の補助を行う操舵補助機構４と、ステアリングホイール１と操舵機構３とを連結し、当該ステアリングホイール１の回動を操舵機構３に伝達するステアリングシャフト５及び中間軸６とを備えている。
　ステアリングシャフト５は、上部ステアリングシャフト５ａと下部ステアリングシャフト５ｂとを備えており、上部ステアリングシャフト５ａの一端（上端）にステアリングホイール１が連結されており、他端にテレスコープ駆動部１０及び自在継手（図示せず）を介して下部ステアリングシャフト５ｂが連結されている。
　上部ステアリングシャフト５ａは、筒状の上部ステアリングコラム７ａ内に配設された前記テレスコープ駆動部１０内を挿通している。上部ステアリングシャフト５ａは、テレスコープ駆動部１０に上下に伸縮し得るが回転はできないように連結されている。一方、このテレスコープ駆動部１０は、上部ステアリングコラム７ａに回転自在に支持されている。したがって、上部ステアリングシャフト５ａは、テレスコープ駆動部１０を介して当該上部ステアリングコラム７ａ内で回転自在に支持されている。上部ステアリングコラム７ａは、下部ステアリングコラム７ｂの上端部に回動軸８を介して上下回転自在に取り付けられている。下部ステアリングコラム７ｂは、車両のシャーシ９に固定されている。
　テレスコープ駆動部１０は、テレスコ駆動モータ（図示せず）を備えており、例えばウォーム機構と送りねじ機構などを用いて前記上部ステアリングシャフト５ａを軸方向に沿って進退駆動させる。
　下部ステアリングコラム７ｂには、上部ステアリングコラム７ａ、すなわちステアリングホイール１にチルト動作をさせるチルト駆動部１１が設けられている。チルト駆動部１１には、ロッド１２が軸方向に進退自在に設けられており、このロッド１２の先端部が、上部ステアリングコラム７ａに一体に形成されたアーム部１３にピン１４を介して軸方向に進退自在に取り付けられている。チルト駆動部１１は、チルト駆動モータ１５を備えており、このチルト駆動モータ１５を回転駆動させることにより図示しないウォーム機構と送りねじ機構などを介してロッド１２が伸縮させられる。ロッド１２が伸びると、図１において一点鎖線で示されるように、上部ステアリングコラム７ａが上方に回転し、ステアリングホイール１が最上部の退避位置まで移動し、逆に、ロッド１２が縮むと、図１において実線で示されるように、上部ステアリングコラム７ａが下方に回転し、上部ステアリングシャフト５ａが上部ステアリングコラム７ａの軸とほぼ同軸となる位置まで移動する。
　操舵機構３は、入力軸としてのピニオン軸１６と、出力軸としてのラック軸１７とを備えている。前記中間軸６は、ピニオン軸１６に連結されており、ステアリングホイール１の回動は、前記ステアリングシャフト５及び中間軸６を介してピニオン軸１６に伝達される。これにより、ピニオン軸１６が回動する。ピニオン軸１６の回動は、後述するピニオンとラック軸１７との噛み合いにより当該ラック軸１７の軸方向の移動に変換され、その結果、ラック軸１７に連結された転舵輪２が転舵される。
　ピニオン軸１６は、前記中間軸６に継手１８を介して連結された入力軸１９と、この入力軸１９にトーションバー２０を介して連結された出力軸２１と、この出力軸２１の端部（下端）に形成されたピニオン２２とを備えている。入力軸１９及び出力軸２１は、トーションバー２２を介して同一直線上において相対回転可能に連結されている。これにより、ステアリングホイール１の回動により入力軸１９にその軸線廻りの回転トルクが入力されると、トーションバー２２が、弾性ねじり変形しつつ当該回転トルクを出力軸２１に伝達する。
　トーションバー２２の周囲にはトルクセンサ２３が配設されており、このトルクセンサ２３は、入力軸１９及び出力軸２１間の相対回転変位量に基づいてドライバによる操舵トルクを検出するように構成されている。トルクセンサ２３により検出された操舵トルクは、車両に装備されているＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２４に入力される。
　操舵補助機構４は、操舵トルクなどに応じた操舵補助力を操舵機構３に与えるものであり、操舵補助用の電動モータ２５と、この電動モータ２５の動力を操舵機構３のラック軸１３に伝達するための伝達機構２６とを備えている。この伝達機構２６は、電動モータ２５の回転を減速させてラック軸１３に伝達するギヤなどからなる減速機構２７と、この減速機構２７から伝達された回転をラック軸１３の軸方向移動に変換するための変換機構としてのボールねじ機構２８とを含んでいる。
　ドライバによりステアリングホイール１が操舵されると、トーションバー２０の周囲に配設されたトルクセンサ２３によって操舵トルクが検出され、検出された操舵トルクはＥＣＵ２４に入力される。このＥＣＵ２４は、入力された検出結果や、図示しない車速センサから入力される車速などに基づいて電動モータ２５の駆動を制御する。これにより、操舵トルクや車速などに基づく動力が電動モータ２５から出力される。出力された動力は、伝達機構２６を構成する減速機構２７及びボールねじ機構２８により、操舵補助力としてラック軸１３に伝達され、ドライバの操舵が補助される。
　前記チルト駆動モータ１５、テレスコ駆動モータ及び操舵補助用の電動モータ２５は、ＥＣＵ２４に接続されており、このＥＣＵ２４の制御部によって、その駆動が制御されるように構成されている。
　本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール１の位置を、当該車両を運転するドライバにとって最適な位置に制御することができる。この最適な位置は、一又は複数のドライバについて、予めＥＣＵ２４の記憶部に記憶させておくことができる。この記憶部への記憶は、ステアリングホイール１が所望の位置にあるときに、例えばダッシュボードに設けられた操作パネル（図示せず）の設定スイッチを操作するなど公知の手法により行うことができる。
　ステアリングホイール１のチルト位置の制御は、上部ステアリングコラム７ａに発生する、前記チルト駆動モータ１５のトルクと操舵トルクとの合力により、ステアリングコラムの慣性及び粘性を考慮した機械システムの開伝達関数からチルト変位量が決まるように当該チルト駆動モータ１５の駆動を制御することで行われる。
　ステアリングホイール１を含めたチルト駆動側を、チルト変位θ分だけ変位させようとすると、当該チルト駆動側には、チルト駆動側分の全長Ｌに、チルト駆動側の全質量であるｍｇ（ｇは重力加速度）及びその形状に応じた慣性Ｊ（チルト慣性）に基づく力が必要である。
　また、チルト駆動側の先端部（例えば、ステアリングホイール）に着目すると、この先端部はチルト駆動軸である回動軸７の回転に対して、遅れながら追従することが考えられる。このような共通の部品において、或る点の変位速度ｖに対して、別の点の変位速度ｖ′が遅れるような特性は粘性と呼ばれ、この粘性が前記回動軸７を基点としてチルト駆動側に働く可能性があり、これをチルト粘性Ｃと呼ぶことにする。
　今、チルト駆動モータ１５のモータ電圧をＶ、モータ抵抗をＲ、モータ電流をＩ、逆起電力係数をｋ、モータ回転角速度をω、モータトルクをＴｍ、トルク定数をＧ、減速比をｎ、チルト駆動側にかかる負荷（操舵トルク）をＴ負荷とすれば、以下の式（１）～（４）が成り立ち、このうち運動方程式である式（３）より、チルト駆動モータ１５のモータトルクと操舵トルクとの偏差（ｎ・Ｔｍ±Ｔ負荷）がチルト駆動側の慣性量及び粘性量の和（Ｊθ″＋Ｃθ′）となる。
　Ｖ＝Ｒ・Ｉ＋ｋ・ω　　・・・・・・（１）
　Ｔｍ＝Ｇ・Ｉ　　・・・・・・（２）
　ｎ・Ｔｍ±Ｔ負荷＝Ｊ・θ″＋Ｃ・θ′　　・・・・・・（３）
　ω＝ｎ・θ′　　・・・・・・（４）
　以上の式（１）～（４）より、チルト駆動モータの電流Ｉとチルト角度θとを変数にもつ方程式θ＝ｆ（Ｉ）を導くことができ、チルト駆動側に作用する負荷に変動がない場合、チルト駆動モータ１５の電流Ｉに対しチルト角度θが一意に決まるので、予め設定した電流パターンを用いてオープン制御を行うことで、ステアリングホイール１の位置を所望のチルト位置へ移動させることができる。
　電流パターンとしては、例えば図３に示される台形状のパターンとすることができ、この場合、電流の立ち上げ部分Ａと下降部分Ｂとを除いた一定値部分Ｃの時間ｔを変えることで、チルト角度θを変えることができる。電流特性上、前記立ち上げ部分Ａと下降部分Ｂとの和は略一定であり、既知であるので、この部分を考慮した通電時間を設定することで、チルト角度θを変えることができる。
　チルト駆動モータ１５がチルト駆動側を駆動するために必要なトルクＴｍにより、チルト変位量θの時間微分をｄθ／ｄｔ（＝θ′）とすると、Ｊθ″＋Ｃθ′分の機械的な変位になる。
　ここで、ドライバがステアリングホイール１を操舵したとすると、操舵トルク（Ｔ負荷）がチルト駆動側の慣性や粘性に追加される。ここで、操舵トルクＴ負荷は、一時的に作用する負荷であるので、チルト駆動モータ１５に必要な目標トルクＴ′をＴｍ±Ｔ負荷とすれば、操舵トルクが働いても、その分を含む不必要なモータトルクを発生させようとせずに、記憶部に記憶された目標位置に到達するために必要な駆動トルクだけを生じさせることができる。
　ここで、予め設定された通電パターンは、前述したようにチルト角度θに応じて通電時間が決められているが、目標トルクＴ′に応じた電流値を通電パターンにおける一定の電流値に対する補正値として加えてチルト駆動モータを駆動させることで、チルト駆動モータの負荷変動、すなわち操舵トルク変動が生じても、決められた通電時間通りにステアリングコラムを目標のチルト位置に到達させることができる。
　ただし、負荷変動が大きすぎると、制御後の位置が目標位置とずれるため、所定値を超える外力変動があった場合には、チルト制御は中断して、ステアリングコラムを初期位置に移動させることが好ましい。
　図２は、そのような初期位置への移動を含むチルト位置制御のフローチャートである。
　ドライバによってチルト制御のスタートスイッチが操作されると、ステップＳ１において、ＥＣＵ２４の制御部は、ドライバに対し、ステアリングホイール１周辺に手を置かないように警告を発する。この警告は、ダッシュボードに設けられた操作パネルに表示したり、音声を発したりすることで行うことができる。
　ついで、ステップＳ２において、ＥＣＵ２４の記憶部に予め記憶されている前記ドライバの最適なチルト位置へ上部ステアリングコラム５ａを移動させる制御が行われる。
　チルト制御が開始されると、常時、操舵トルクの検出が監視され、電動パワーステアリング装置Ｐのトルクセンサ２３によりトルクが検出されると（ステップＳ３）、前記制御部は、検出されたトルク値の絶対値が所定の閾値未満であるか否かの判断を行う（ステップＳ４）。
　ステップＳ４において、ＥＣＵ２４の制御部は、検出されたトルク値の絶対値が所定の閾値未満である（Ｙｅｓ）と判断すると、ステップＳ５へ処理を進め、このステップＳ５において、所定のチルト位置制御が終了したか否かの判断を行う。ステップＳ５において、制御部は、所定のチルト位置制御が終了した（Ｙｅｓ）と判断すると、処理を終了させる。ステップＳ５において、所定のチルト位置制御が終了していない（Ｎｏ）と判断されると、ステップＳ２に戻り、チルト位置メモリー制御が継続される。
　一方、ステップＳ４において、制御部は、検出されたトルク値の絶対値が所定の閾値以上である（Ｎｏ）と判断すると、ステップＳ６へ処理を進め、当該ステップＳ６において、ドライバへ異常があったことを警告する。この警告は、ステップＳ１における警告と同様にダッシュボードに設けられた操作パネルに表示したり、音声を発したりすることで行うことができる。
　ついで、ＥＣＵ２４の制御部は、チルト駆動モータ１５を駆動させて上部ステアリングコラム５ａを所定の初期位置へ戻す。この場合、前記所定の初期位置の近傍には、上部ステアリングコラム５ａが当該初期位置へ戻ったときに、当該上部ステアリングコラム５ａの一部と接触ないし当接し得るリミットスイッチや、当該上部ステアリングコラム５ａの接近を検知し得る近接スイッチなどを設けることが好ましい。
　ステップＳ７において、ステアリングコラムが初期位置で戻されると、ステップＳ１へ戻って、再度、前述したチルト位置メモリー制御が繰り返されるので、正確なチルト角度を決定することができる。
〔その他の変形例〕
　なお、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更が可能である。例えば、前述した実施の形態では、上部ステアリングコラムが最も上方にあるときを初期位置としているが、上部ステアリングコラムが最も下方にあるときを初期位置としてもよい。
　また、前述した実施の形態では、チルト駆動モータ、テレスコ駆動モータ及び操舵補助用のモータを別々に設けているが、操舵補助用のモータに、チルト駆動モータ及びテレスコ駆動モータを兼用させることもできる。
　また、前述した実施の形態では、チルト位置の制御をオープン制御により行っているが、テレスコ位置についても同様にしてオープン制御を行うことができる。
１：ステアリングホイール、２：転舵輪、３：操舵機構、４：操舵補助機構、５：ステアリングシャフト、５ａ：上部ステアリングシャフト、５ｂ：下部ステアリングシャフト、６：中間軸、７ａ：上部ステアリングコラム、７ｂ：下部ステアリングコラム、８：回動軸、９：シャーシ、１０：テレスコープ駆動部、１１：チルト駆動部、１２：ロッド、１３：アーム部、１４：ピン、１５：チルト駆動モータ、１６：ピニオン軸、１７：ラック軸、１８：継手、１９：入力軸、２０：トーションバー、２１：出力軸、２２：ピニオン、２３：トルクセンサ、２４：ＥＣＵ、２５：電動モータ、２６：伝達機構、２７：減速機構、２８：ボールねじ機構

Claims (6)

  1. 　上端にステアリングホイールが取り付けられたステアリングシャフトの所定位置へのチルト動作をモータの駆動力を用いて行う車両用操舵装置であって、
    　チルト動作時に前記ステアリングシャフトを移動させることができるチルト駆動モータと、
    　このチルト駆動モータの駆動を制御する制御部と
    　を備えており、
    　前記制御部は、その内部に前記ステアリングシャフトを回転可能に支持するステアリングコラムに発生する、前記チルト駆動モータのトルクと操舵トルクとの合力により、ステアリングコラムの慣性及び粘性を考慮した機械システムの開伝達関数からチルト変位量が決まるように、当該チルト駆動モータを駆動させることを特徴とする、車両用操舵装置。
  2. 　前記制御部は、チルト変位量θに応じて、前記チルト駆動モータへの所定の通電パターンにおける通電時間を調整することで前記ステアリングコラムを目標位置までチルト動作させるように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
  3. 　前記制御部は、所定値を超える操舵トルクがチルト動作中に検出されたときに、前記ステアリングコラムをチルト動作の初期位置に戻すように前記チルト駆動モータを駆動させる、請求項１又は２に記載の車両用操舵装置。
  4. 　前記ステアリングコラムの初期位置への復帰を検出するセンサを備えている請求項３に記載の車両用操舵装置。
  5. 　前記ステアリングコラムをテレスコ動作させることができるテレスコ駆動モータを備えており、
    　前記制御部は、このテレスコ駆動モータの駆動を制御し、且つ、前記ステアリングコラムに発生する、前記テレスコ駆動モータのトルクと操舵トルクとの合力により、ステアリングコラムの慣性及び粘性を考慮した機械システムの開伝達関数からテレスコ変位量が決まるように、当該テレスコ駆動モータを駆動させる、請求項１～４のいずれかに記載の車両用操舵装置。
  6. 　操舵補助用のモータが、前記チルト駆動モータ及びテレスコ駆動モータとしても機能する、請求項１～５のいずれかに記載の車両用操舵装置。
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