JP5191325B2 - ステアバイワイヤ式操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。

この種のステアバイワイヤ式操舵装置において、操舵輪を転舵する転舵モータが失陥しても、補助モータによって操舵輪を転舵するように構成したものが提案されている（特許文献１）。
また、前輪系統または後輪系統における左右輪を独立に転舵するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、異常時に前記左右輪のそれぞれをトーインあるいはトーアウト状態に制御して制動力を得る方法が提案されている（特許文献２）。
特開２００５−３４９８４５号公報 特開２００５−２６３１８２号公報

特許文献１に開示の技術は、転舵モータの失陥時に補助モータを作動させるフェールセーフ機能を持たせたものであるが、転舵モータが正常である場合、補助モータは一切機能しておらず不経済である。
また、特許文献２に開示の技術は、各輪を独立に転舵する方法であるが、異常が生じた車輪は制御不能になるため、正常に転舵して危険回避する動作が取れないという問題がある。

この発明の目的は、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。

この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータとは別に、トー角を調整するトー角調整用モータを有するトー角調整機構を設け、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記操舵軸から切り離し前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたことを特徴とする。
この構成によると、車輪を転舵する転舵モータが失陥したときに、転舵モータを操舵軸から切り離してトー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたため、転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータが正常である場合にも、トー角調整用モータは車輪のトー角を調整する駆動源として働く。そのため、転舵モータが失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。

この発明において、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整機構を固定状態として転舵モータで転舵のみを行わせるトー角固定手段を設けても良い。
この構成の場合、トー角調整用モータが失陥したまま、誤ったトー角調整が行なわれるのを防止できる。

この発明において、前記操舵軸はその一部にボールねじ部を有し、前記転舵モータは、前記ボールねじ部に螺合するボールナットを回転駆動して転舵を行うものとしても良い。

この発明において、前記トー角調整機構は、前記操舵軸の前記ボールねじ部とは別の部分に形成されたスプライン歯と、このスプライン歯に噛み合うスプラインナットと、このスプラインナットを回転駆動するトー角調整用モータと、前記操舵軸の両端に形成されタイロッドが螺合するトー角調整用ねじ部とを備え、トー角調整用モータでスプラインナットと共に操舵軸を回転させて、操舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしても良い。トー角調整用ねじ部は例えば台形ねじとしても良い。また、トー角調整用ねじ部には廻り止めを設けても良い。

この発明において、前記操舵軸の両端のトー角調整用ねじ部は互いに逆ねじとし、操舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、操舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしても良い。

この発明において、前記転舵モータとトー角調整用モータの回転軸を同軸上に配置し、前記転舵モータの回転軸が挿脱可能に嵌合しその回転軸の回転を前記ボールナットに伝達する第１の回転伝達機構と、前記トー角調整用モータの回転軸が挿係脱可能に嵌合しその回転軸の回転を前記スプラインナットに伝達する第２の回転伝達機構を設け、前記切換手段は、転舵モータが失陥したとき前記両モータの回転軸を軸方向に移動させる直動アクチュエータと、前記第２の回転伝達機構を固定する伝達機構固定手段を備え、前記両モータの回転軸を移動させた状態で転舵モータの回転軸に代えてトー角調整用モータの回転軸を第１の回転伝達機構に嵌合させると共に、第２の回転伝達機構を前記伝達機構固定手段で固定するものとしても良い。

この発明において、前記直動アクチュエータは、リニアソレノイドであっても油圧シリンダであっても良い。

この発明において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしても良い。
トー角調整用モータによるトー角調整および転舵モータ失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータに必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータは、転舵モータよりも小型のもので良い。

この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータとは別に、トー角を調整するトー角調整用モータを有するトー角調整機構を設け、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記操舵軸から切り離し前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたため、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵角センサ２と、操舵トルクセンサ３と、操舵反力モータ４と、左右の車輪１３にナックルアーム１２およびタイロッド１１を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な操舵軸１０と、この操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４と、転舵角センサ８と、ステアリング制御部５ａを含むＥＣＵ（電気制御ユニット）５とを備える。ＥＣＵ５およびそのステアリング制御部５ａは、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。

ステアリングホイール１は、転舵用の操舵軸１０と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ２および操舵トルクセンサ３が設けられ、操舵反力モータ４が接続されている。操舵角センサ２は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサである。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に作用する操舵トルクを検出するセンサである。操舵反力モータ４は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。

図２は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４の詳細を断面図で示す。この操舵軸駆動部１４には、操舵軸１０を軸方向に移動させて車輪１３の転舵を行う転舵機構１５と、車輪１３のトー角調整を行うトー角調整機構１６と、切換手段１７とが設けられている。

前記転舵機構１５は、操舵軸１０の一部に形成されたボールねじ部１０ａと、このボールねじ部１０ａに螺合するボールナット１８と、転舵モータ６と、この転舵モータ６の回転軸６ａの回転を減速して前記ボールナット１８に伝達する回転伝達機構２１とを備える。ボールナット１８は軸受１９を介して操舵軸駆動部１４のハウジング２０に回転のみ自在に支持されている。ハウジング２０の外部には、転舵モータ６が、その回転軸６ａを前記操舵軸１０と平行に揃えた姿勢で設置される。転舵モータ６の回転軸６ａの回転を回転伝達機構２１を介して前記ボールナット１８に伝達することで、操舵軸１０を軸方向に移動させて車輪１３の転舵が行なわれる。回転伝達機構２１は、転舵モータ６の回転軸６ａの一端に、スプイラン（図示せず）を介して挿脱可能に嵌合する出力ギヤ２２と、前記ボールナット１８の外径面に固定される入力ギヤ２３と、これら両ギヤ２２，２３間に介在する中間ギヤ２４とでなる。

前記トー角調整機構１６は、操舵軸１０の前記ボールねじ部１０ａとは別の部分に形成されたスプライン歯１０ｂと、このスプライン歯１０ｂに噛み合うスプラインナット２５と、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転を減速して前記スプラインナット２５に伝達する第２の回転伝達機構２６と、操舵軸１０の両端に形成され左右のタイロッド１１がそれぞれ螺合するトー角調整用ねじ部１０ｃとを備える。スプライン歯１０ｂとスプラインナット２５は、滑り接触しているものであっても転がり接触しているものであっても良い。スプラインナット２５は軸受３２を介して操舵軸駆動部１４のハウジング２０に支持されている。ハウジング２０内には、トー角調整用モータ７が、その回転軸７ａを前記転舵モータ６の回転軸６ａと同軸上に揃えた姿勢で設置される。トー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転を第２の回転伝達機構２６を介して前記スプラインナット２５に伝達し、スプラインナット２５と共に操舵軸１０を回転させて、操舵軸１０からのタイロッド１１の突出長を変えることで車輪１３のトー角調整が行なわれる。第２の回転伝達機構２６は、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの一端に挿脱可能に嵌合する出力ギヤ２７と、前記スプラインナット２５の外径面に固定される入力ギヤ２８と、これら両ギヤ２７，２８間に介在する中間ギヤ２９とでなる。操舵軸１０の両端のトー角調整用ねじ部１０ｃは互いに逆ねじとした雌ねじ部からなり、操舵軸１０の一方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに突出し、操舵軸１０の他方向への回転で左右のタイロッド１１が互いに後退するようにされている。トー角調整用ねじ部１０ｃは、例えば台形ねじとされる。また、トー角調整用ねじ部１０ｃには廻り止めが設けられていても良い。

第１の回転伝達機構２１の出力ギヤ２２が挿脱可能に嵌合する転舵モータ６の回転軸６ａの一端に、トー角調整用モータ２５の回転軸２５ａの他端が押し当てられる。転舵モータ６が失陥したときトー角調整用モータ２５を駆動源として転舵を行なわせる切換手段１７は、前記両モータ６，７の回転軸６ａ，７ａを軸方向に移動させる直動アクチュエータ３０と、第２の回転伝達機構２６を固定する（すなわち動作不能な固定状態とする）伝達機構固定手段３１とを備える。直動アクチュエータ３０は、例えばリニアソレノイドあるいは油圧シリンダからなり、その作用ロッド３０ａが転舵モータ６の回転軸６ａの出力ギヤ２２が嵌合する端部とは反対側の端部に押し当てられるように配置される。

図２は、直動アクチュエータ３０が作動しない状態、つまり転舵モータ６が正常である場合の状態を示す。このとき、転舵モータ６の回転軸６ａの一端に第１の回転伝達機構２１の出力ギヤ２２が挿脱可能に嵌合し、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの一端に第２の回転伝達機構２６の出力ギヤ２７が挿脱可能に嵌合した状態にある。前記伝達機構固定手段３１は、ハウジング２０に設けられたロッド嵌合孔３３にスプライン嵌合してトー角調整用モータ７の回転軸７ａと同軸上に進退自在とされる回転軸押圧ロッド３４と、この回転軸押圧ロッド３４を進出側に弾性付勢するコイルばね３５とでなる。回転軸押圧ロッド３４は、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの一端に押し当てられる。

図３は、直動アクチュエータ３０が作動した状態、つまり転舵モータ６が失陥したときの状態を示す。このとき、直動アクチュエータ３０の作動ロッド３０ａが後退して、両モータ６，７の回転軸６ａ，７ａは回転軸押圧ロッド３４に押されて、同図の右側に向けて軸方向に移動する。この移動により、第１の回転伝達機構２１では、それまでその出力ギヤ２２に嵌合していた転舵モータ６の回転軸６ａの一端が嵌合解除され、これに代わってトー角調整用モータ７の回転軸７ａの他端が嵌合して、出力ギヤ２２にスプライン（図示せず）等で噛み合い状態となる。すなわち、転舵機構１５の駆動源として、転舵モータ６に代わってトー角調整用モータ７が第１の回転伝達機構２１に接続される。一方、第２の回転伝達機構２６では、それまでその出力ギヤ２７に嵌合していたトー角調整用モータ７の回転軸７ａの一端が嵌合解除され、これに代わって伝達機構固定手段３１の回転軸押圧ロッド３４が、スプライン等で嵌合する。すなわち、第２の回転伝達機構２６からトー角調整用モータ７が切り離されると共に、第２の回転伝達機構２６が伝達機構固定手段３１で固定される。

図１において、ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａは、操舵反力モータ４、転舵モータ６、トー角調整用モータ７および切換手段１７の直動アクチュエータ３０を制御する。すなわち、ステアリング制御部５ａは、操舵角センサ２の検出する操舵角の信号、図示しない車速センサの検出する車輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて目標操舵反力を設定し、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサ３の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ４を制御する。また、ステアリング制御部５ａには、トー角調整用モータ７が失陥したときに、前記トー角調整機構１６を固定状態とするトー角固定手段３６が設けられる。
トー角固定手段３６は、具体的には、トー角調整用モータ７が失陥したときには、トー角調整用モータ７による操舵軸１０の回転駆動が停止し、これによりトー角を一定値に固定する。なお、トー角調整機構１６を動作不能とする制動手段（図示せず）等を設け、トー角固定手段３６は、その制動手段を制動機能作用状態としてトー角調整機構１６を固定するものであっても良い。

次に、このステアバイワイヤ式操舵装置の操舵軸駆動部１４での動作を説明する。転舵モータ６が正常の場合には、図２のように、転舵モータ６の回転軸６ａの回転が第１の回転伝達機構２１を介してボールナット１８に伝達されると共に、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転が第２の回転伝達機構２６を介してスプラインナット２５に伝達される。操舵軸１０のボールねじ部１０ａに螺合するボールナット１８の回転は、操舵軸１０を軸方向に移動させ、これにより車輪１３の転舵が行なわれる。トー角調整機構１６のスプラインナット２５は、操舵軸１０のスプライン歯１０ｂにスプライン嵌合しているので、操舵軸１０の軸方向移動が許容される。操舵軸１０のスプライン歯１０ｂに嵌合するスプラインナット２５の回転は操舵軸１０を回転させ、この回転により操舵軸１０の両端のトー角調整用ねじ部１０ｃに螺合しているタイロッド１１が進退して、トー角調整が行なわれる。

転舵モータ６が失陥した場合、ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａからの指令により、切換手段１７の構成部品である直動アクチュエータ３０が作動して、その作動ロッド３０ａが後退する。これにより伝達機構固定手段３１の回転軸押圧ロッド３４が押し出されて、転舵モータ６およびトー角調整用モータ７の各回転軸６ａ，７ａが、図３のように軸方向右側に移動する。このとき、第１の回転伝達機構２１の出力ギヤ２２から転舵モータ６の回転軸６ａが嵌合解除される代わりに、トー角調整用モータ７の回転軸７ａが前記出力ギヤ２２に嵌合し、転舵機構１５の駆動源は転舵モータ６からトー角調整用モータ７に切り換えられる。

一方、第２の回転伝達機構２６では、その出力ギヤ２７からトー角調整用モータ７の回転軸７ａが嵌合解除される代わりに、伝達機構固定手段３１の回転軸押圧ロッド３４が前記出力ギヤ２７に嵌合し、トー角調整機構１６は固定状態に保たれる。すなわち、車輪１３のトー角は一定に保たれる。

また、転舵機構１５およびトー角調整機構１６が共に作動している図２の状態において、トー角調整用モータ７が失陥した場合には、ＥＣＵ５におけるステアリング制御部５ａのトー角固定手段３６からトー角調整用モータ７に停止指令が与えられて、トー角調整用モータ７が停止し、転舵のみが行なわれる。これにより、トー角調整用モータ７が失陥したまま、誤ったトー角調整が行なわれるのを防止できる。

このように、このステアバイワイヤ式操舵装置では、転舵モータ６とは別に、車輪１３のトー角を調整するトー角調整用モータ７を有するトー角調整機構１６を設け、転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６を操舵軸１０から切り離しトー角調整用モータ７で転舵を行なわせる切換手段１７を設けているので、車輪１３を転舵する転舵モータ６が失陥しても、トー角調整用モータ７を転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータ６が正常である場合にも、トー角調整用モータ７は車輪１３のトー角を調整する駆動源として働くので、転舵モータ６が失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。

なお、トー角調整用モータ７によるトー角調整および転舵モータ６失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータ６に必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータ７は、転舵モータ６よりも小型のもので良い。

この発明の一実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。 同ステアバイワイヤ式操舵装置における操舵軸駆動部の正常動作時の断面図である。 同操舵軸駆動部における転舵モータ失陥時の断面図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール
２…操舵角センサ
４…操舵反力モータ
５…ＥＣＵ
５ａ…ステアリング制御部
６…転舵モータ
７…トー角調整用モータ
１０…操舵軸
１０ａ…ボールねじ部
１０ｂ…スプライン歯
１０ｃ…トー角調整用ねじ部
１１…タイロッド
１６…トー角調整機構
１７…切換手段
１８…ボールナット
２１…第１の回転伝達機構
２５…スプラインナット
２６…第２の回転伝達機構
３０…直動アクチュエータ
３１…伝達機構固定手段
３６…トー角固定手段

Claims (9)

1. 転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、
   前記転舵モータとは別に、トー角を調整するトー角調整用モータを有するトー角調整機構を設け、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータを前記操舵軸から切り離し前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたことを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
2. 請求項１において、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整機構を固定状態として転舵モータで転舵のみを行わせるトー角固定手段を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記操舵軸はその一部にボールねじ部を有し、前記転舵モータは、前記ボールねじ部に螺合するボールナットを回転駆動して転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記トー角調整機構は、前記操舵軸の前記ボールねじ部とは別の部分に形成されたスプライン歯と、このスプライン歯に噛み合うスプラインナットと、このスプラインナットを回転駆動するトー角調整用モータと、前記操舵軸の両端に形成されタイロッドが螺合するトー角調整用ねじ部とを備え、トー角調整用モータでスプラインナットと共に操舵軸を回転させて、操舵軸からのタイロッドの突出長を変えることでトー角を調整するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
5. 請求項４において、前記操舵軸の両端のトー角調整用ねじ部は互いに逆ねじとし、操舵軸の一方向への回転で左右のタイロッドが突出し、操舵軸の他方向への回転で左右のタイロッドが後退するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記転舵モータとトー角調整用モータの回転軸を同軸上に配置し、前記転舵モータの回転軸が挿脱可能に嵌合しその回転軸の回転を前記ボールナットに伝達する第１の回転伝達機構と、前記トー角調整用モータの回転軸が挿脱可能に嵌合しその回転軸の回転を前記スプラインナットに伝達する第２の回転伝達機構を設け、前記切換手段は、転舵モータが失陥したとき前記両モータの回転軸を軸方向に移動させる直動アクチュエータと、前記第２の回転伝達機構を固定する伝達機構固定手段を備え、前記両モータの回転軸を移動させた状態で転舵モータの回転軸に代えてトー角調整用モータの回転軸を第１の回転伝達機構に嵌合させると共に、第２の回転伝達機構を前記伝達機構固定手段で固定するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
7. 請求項６において、前記直動アクチュエータがリニアソレノイドであるステアバイワイヤ式操舵装置。
8. 請求項６において、前記直動アクチュエータが油圧シリンダであるステアバイワイヤ式操舵装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしたステアバイワイヤ式操舵装置。

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