JP2005178460A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置において、操舵部材１の回転許容量を規制する定常状態と規制しない特殊状態とに変更可能にし、舵取り機能を拡大できるようにする。
【解決手段】操舵部材１の中立位置からの左右の回転許容量を規制する定常状態と操舵部材１の回転許容量を規制しない特殊状態とに変更可能な回転規制機構１５を備えている。この回転規制機構１５は、制御装置４により必要に応じて制御するようにできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置に関する。

上記ステアバイワイヤシステムとは、ステアリングホイール等の操舵部材と左右一対の車輪の舵取機構とを機械的に連結せず、操舵部材の回転方向や回転角度といった操舵状況やエンジン出力等の車両走行状況やその他の運転情報に基づいて制御装置で転舵アクチュエータを制御して舵取機構を駆動することにより操舵を行うシステムである。

このステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置において、操舵部材側には、操舵部材の中立位置からの左右の回転許容量を設定する回転許容量設定手段を設けている（例えば特許文献１参照）。回転許容量設定手段は、操舵部材に連結される操舵軸側に設けられており、操舵軸の回転に追従して移動する移動体と、この移動体に当接して移動体の移動許容量を設定する二つの阻止部とで構成されている。なお、二つの阻止部のうちの一方の位置を変更可能として、操舵軸の回転許容量を変更できるようにしている。
特開平１０−１９４１５２号

上記従来例は、操舵軸の回転許容量を変更することができるが、操舵軸の回転を無制限にすることはできない。このようなフリー状態を可能にしたいとの要求がある。

ところで、上記ステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置において、舵取機構を駆動するための転舵アクチュエータのフェール時に、運転者による操舵部材の操作で直接的に舵取機構を動作できるようにするフェールセーフ機能を持たせることが望まれている。フェールセーフ機能は、操舵部材に連結される操舵軸と車輪の舵取機構に連結される転舵軸とを機械的に非連結の状態と、機械的に連結する状態とに切り替える切り替え機構により行うことが可能である。しかしながら、この場合、例えば非連結状態にしていて、かつ、操舵部材の中立位置と転舵アクチュエータによる舵取機構の中立位置との位相をずらすような制御を行っている状況において、転舵アクチュエータのフェール検出に伴い、切り替え機構で連結状態に切り替えると、操舵部材の中立位置と舵取機構の中立位置との位相がずれたままになってしまう。その場合、操舵軸の回転許容量が左右でアンバランスになる。

本発明は、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていない車両用操舵装置であって、前記操舵部材の回転許容量を、規制する定常状態と、規制しない特殊状態とに変更可能にする回転規制機構を備えたことを特徴としている。ここで、操舵部材は、運転者により操作されるものであればよく、その外形形状は特に限定されない。

本発明では、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていないから、操舵部材の操舵とは無関係に転舵アクチュエータで車輪の舵取機構を駆動して舵取角度を調整するようなことが可能である。しかも、必要に応じて、操舵部材の回転許容量を規制する場合と規制しない場合とを選択できるので、舵取り機能を拡大することが可能になる。

なお、回転規制機構は、操舵部材に連結される操舵軸の円周方向所定位置に径方向外向きに張り出すように一体に形成される移動片と、操舵軸と共に回転する移動片を受け止めることが可能なストッパと、必要に応じてストッパを移動片の旋回軌跡内に配置させて前記定常状態にしたりストッパを移動片の旋回軌跡外に配置させて前記特殊状態にしたりする駆動機構とを備えたものとすることができる。この場合、ストッパを変位させるだけの簡単な構成で、定常状態と特殊状態との変更が可能になる。

また、車両用操舵装置は、上記回転規制機構に加えて、車両運転状態を検出するセンサと、舵取機構を駆動する転舵アクチュエータと、操舵部材と舵取機構とを機械的に非連結の状態と連結する状態とに切り替える切り替え機構と、転舵アクチュエータを制御して舵取機構を駆動することにより操舵の制御を行う制御装置とを備え、制御装置は、センサの出力に基づいて転舵アクチュエータのフェールを検出したときに、切り替え機構を駆動して操舵部材と舵取機構とを連結状態にするとともに、回転規制機構を特殊状態に設定するものとすることができる。この場合、操舵部材と舵取機構とを機械的に非連結の状態と連結する状態とに切り替えることができる。例えば転舵アクチュエータのフェール時に、操舵部材で直接的に舵取機構を駆動できるようにすることによりフェールセーフが可能になるうえ、操舵部材で舵取機構を直接的に駆動するときに操舵部材の回転許容量が制限されずに済む。

このような本発明の構成では、例えば、操舵部材と舵取機構とを機械的に非連結の状態にしかつ回転規制機構を定常状態にした場合において、運転者の意思に関係なく、操舵部材の中立位置と舵取機構の中立位置との位相をずらすような制御を行うことがある。このような状況において、転舵アクチュエータのフェール時に、制御装置が切り替え機構を作動させて操舵部材と舵取機構とを機械的に連結する状態に切り替えるので、操舵部材の中立位置と舵取機構の中立位置との位相がずれたままになってしまうが、本発明では、このとき、回転規制機構によって操舵軸の回転許容量を規制しない特殊状態にするので、操舵軸の回転許容量が左右でアンバランスになることがない。このように操舵部材で直接的に舵取機構を駆動するような特殊な状況においても、車輪を左右方向の端まで舵取りできるようになる。

本発明によれば、操舵部材の回転許容量を規制する定常状態と回転許容量を規制しない特殊状態とに変更することができるので、舵取り機能を拡大することが可能になる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、車両用操舵装置の構成説明図、図２は、図１の回転規制機構の断面図、図３は、図２の回転規制機構の平面図である。

図例の車両用操舵装置は、ステアリングホイール等の操舵部材１と左右一対の車輪２，２の舵取機構３とを機械的に連結せず、操舵部材１の回転方向や回転角度といった操舵状況やエンジン出力等の車両走行状況やその他の運転情報に基づいて制御装置４で転舵アクチュエータ５を制御して舵取機構３を駆動することにより操舵を行うステアバイワイヤシステムになっている。さらに、車両用操舵装置は、転舵アクチュエータ５のフェール時に、操舵部材１と舵取機構３とを切り替え機構６により機械的に連結し、運転者による操舵部材１の操作で直接的に舵取機構３を駆動できるようにするフェールセーフ機能を有している。

舵取機構３は、詳細に図示しないが、ラックアンドピニオン式またはボールナット式のギヤボックスなどからなり、タイロッド７を押し引き動作することによりナックルアーム８を介して車輪２の向きを変えるものである。

制御装置４は、車両運転状態を検出するセンサの出力に基づいて、公知の舵取り動作全般を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。前記センサとしては、操舵部材１の回転角度を検出してこの回転角度の値を示す情報を出力する舵角センサ９ａ、車速を検出してこの車速の値を示す情報を出力する車速センサ９ｂ、ならびに車両のエンジンの回転状態を検出してこの回転状態の値を示す情報を出力するエンジン回転センサ９ｃなどが挙げられる。

転舵アクチュエータ５は、制御装置４により制御されて舵取機構３を駆動するもので、例えばブラシレスの電動モータなどとされる。

切り替え機構６は、操舵部材１に連結される操舵軸１０と舵取機構３に連結される転舵軸１１とを、相対回転状態つまり機械的に連結していない非連結状態と、一体回転状態つまり機械的に連結する連結状態とに切り替えるもので、適宜のクラッチとされる。なお、非連結状態において、操舵部材１の操舵に伴う路面反力を操舵軸１０に付与するために、操舵部材１側に反力アクチュエータ１２を設けている。この反力アクチュエータ１２は、例えばブラシレスの電動モータなどとされ、制御装置４により駆動される。

ところで、操舵部材１側には、回転規制機構１５が設けられている。回転規制機構１５は、操舵部材１の中立位置からの左右の回転許容量を設定するもので、移動片１６と、ストッパ１７と、駆動機構１８とを備えている。

移動片１６は、操舵軸１０の円周方向所定位置に径方向外向きに張り出すように一体に形成されている。ストッパ１７は、操舵軸１０と共に回転する移動片１６を受け止めるものである。移動片１６とストッパ１７は、ケース１９によって覆われている。

駆動機構１８は、必要に応じてストッパ１７を図２の二点鎖線で示すように移動片１６の旋回軌跡内に配置させて操舵軸１０の回転許容量を規制する定常状態にしたり、ストッパ１７を図２の実線で示すように移動片１６の旋回軌跡外に配置させて操舵軸１０の回転許容量を規制しない特殊状態にしたりするものである。

駆動機構１８は、ストッパ１７を変位させる駆動源２１と、ストッパ１７を前記特殊状態での位置に配置させるよう弾発付勢する弾性部材２２とを備えている。駆動源２１は、プランジャ形ソレノイドからなり、励磁コイル２３と可動鉄心２４とを備える。可動鉄心２４の先端部にストッパ１７が取り付けられている。弾性部材２２は、可動鉄心２４の外周に配置される圧縮コイルバネからなり、励磁コイル２３の内周部分に可動鉄心２４を引き込むように弾発付勢する。つまり、駆動機構１８は、制御装置４により駆動源２１の励磁コイル２３に直接電流を流すことにより励磁コイル２３の内周部分から可動鉄心２４を弾性部材２２の付勢力に抗して飛び出させるように機能する。

次に、動作を説明する。

操舵部材１と舵取機構３とを機械的に非連結の状態にしている状況での転舵アクチュエータ５及び反力アクチュエータ１２の制御に関する動作は公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

但し、転舵アクチュエータ５及び反力アクチュエータ１２の制御を行う場合には、回転規制機構１５の駆動機構１８へ通電してストッパ１７を図２の二点鎖線で示すように移動片１６の旋回軌跡内に配置させて操舵軸１０の回転許容量を規制する定常状態にする。この定常状態では、操舵軸１０の中立位置に対して予め特定された所定の位置にストッパ１７が配置されるから、操舵軸１０の回転許容量を左右均等に規制できる。

このような非連結の状態においては、舵角センサ９ａで検出した操舵軸１０の回転角度に基づき制御装置４が転舵アクチュエータ５を制御して舵取機構３を駆動する。この駆動形態としては、転舵軸１１を操舵軸１０と同期して回転させることもあるが、運転者による操舵部材１の操作に関係なく、舵取機構３を駆動するような特殊な制御を行うことが可能である。この特殊な制御は、例えば車速に応じて伝達比を変化させる場合、車輪２がスリップしそうな状況において車両の姿勢を安定化させる場合、カーブでオーバーランしそうな状況において舵角を補正する場合、さらに、車両が車線をはみ出しそうな状況において車線内に戻すよう舵角を補正する場合などに行われる。

このような転舵アクチュエータ５の制御を行っている状況において、制御装置４は、常時あるいは定期的に各種のセンサ９ａ〜９ｃから入力される情報等に基づいて転舵アクチュエータ５の異常やその他のフェールの有無を監視する。

ここで、例えば、制御装置４が転舵アクチュエータ５のフェールを検出したときには、切り替え機構６を駆動して操舵軸１０と転舵軸１１とを機械的に連結する状態にする。さらに、駆動機構１８への通電を停止してストッパ１７を図２の実線で示すように移動片１６の旋回軌跡外に配置させて操舵軸１０の回転許容量を規制しない特殊状態にする。これにより、運転者による操舵部材１の操作で直接的に舵取機構３を駆動できるようになる。しかも、その状況において、一体的に連結した操舵軸１０と転舵軸１１とを回転規制機構１５による規制を受けずに回転できるようになるので、車輪２を左右方向の舵角エンド（最大舵角）まで操舵できるようになる。

以上説明したように、舵取機構３を駆動する転舵アクチュエータ５のフェール時に、操舵部材１で舵取機構３を直接的に駆動可能にしたうえで、操舵部材１の回転許容量の規制を解除するから、操舵装置の安全性ならびに信頼性を向上できる。

ところで、上述した特殊な制御を行っている場合、操舵部材１の中立位置と舵取機構３の中立位置との位相がずれることがある。そのような状況において、転舵アクチュエータ５のフェールが発生すると、制御装置４が切り替え機構６を作動させて操舵部材１と舵取機構３とを機械的に連結する状態に切り替えるため、操舵部材１の中立位置と舵取機構３の中立位置との位相がずれたままになってしまう。しかし、このとき、回転規制機構１５によって操舵軸１０の回転許容量を規制しない特殊状態にするので、操舵軸１０の回転許容量が左右方向でアンバランスになることがない。このように操舵部材１で直接的に舵取機構３を駆動するような特殊な状況においても、車輪２を左右方向の端まで舵取りできるようになる。

また、上述した実施形態のように、駆動機構１８を駆動源２１に非通電時に特殊状態になる構成にしている場合、次のような効果が得られる。つまり、仮に、車載バッテリの充電電圧が規定未満になったことが原因で、制御装置４および転舵アクチュエータ５が機能不能になった場合、本来なら制御装置４が駆動源２１への通電を中止して非駆動とするが、制御装置４が機能不能になるので、結果的に駆動源２１へ通電されなくなる。その場合、回転規制機構１５は操舵部材１の回転を規制しない特殊状態になって、結果的に制御上正しい状態となるので好ましい。但し、このような効果が得られないが、駆動機構１８について、非通電時に定常状態になる一方で通電時に特殊状態になる構成とすることもできる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）転舵アクチュエータ５ならびに反力アクチュエータ１２は、例えばブラシレスモータの他に、ブラシ付きモータや公知の各型式の電動モータとすることができる。

（２）切り替え機構６は、公知の各種のクラッチが適用可能であるが、要するに、二つの軸を相対回転可能に機械的に非連結にする状態と一体回転可能に連結する状態とに切り替え可能な機能を有するものであれば何でも利用できる。

本発明に係る車両用操舵装置の構成説明図 図１の回転規制機構の断面図 図２の回転規制機構の平面図

符号の説明

１ 操舵部材 ２ 車輪
３ 舵取機構 ４ 制御装置
５ 転舵アクチュエータ ６ 切り替え機構
１０ 操舵軸 １１ 転舵軸
１５ 回転規制機構 １６ 移動片
１７ ストッパ １８ 駆動機構

Claims (3)

1. 操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていない車両用操舵装置であって、
   前記操舵部材の回転許容量を、規制する定常状態と、規制しない特殊状態とに変更可能にする回転規制機構を備えた、ことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記回転規制機構は、操舵部材に連結される操舵軸の円周方向所定位置に径方向外向きに張り出すように一体に形成される移動片と、
   操舵軸と共に回転する移動片を受け止めることが可能なストッパと、
   必要に応じてストッパを移動片の旋回軌跡内に配置させて前記定常状態にしたりストッパを移動片の旋回軌跡外に配置させて前記特殊状態にしたりする駆動機構とを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 車両運転状態を検出するセンサと、舵取機構を駆動する転舵アクチュエータと、操舵部材と舵取機構とを機械的に非連結の状態と連結する状態とに切り替える切り替え機構と、転舵アクチュエータを制御して舵取機構を駆動することにより操舵の制御を行う制御装置とを備え、
   制御装置は、センサの出力に基づいて転舵アクチュエータのフェールを検出したときに、切り替え機構を駆動して操舵部材と舵取機構とを連結状態にするとともに、回転規制機構を特殊状態に設定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両操舵装置。

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