JP2005178460A - Steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus for a so-called steer-by-wire system in which a steering member and a steering mechanism are not mechanically connected.
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。 The above steer-by-wire system does not mechanically connect a steering member such as a steering wheel and a steering mechanism of a pair of left and right wheels, and does not mechanically connect the steering member such as the rotation direction or rotation angle of the steering member, or the vehicle traveling state such as engine output. In this system, steering is performed by controlling a steering actuator by a control device based on driving information and driving a steering mechanism.
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。
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。 In the above conventional example, the allowable rotation amount of the steering shaft can be changed, but the rotation of the steering shaft cannot be made unlimited. There is a demand for enabling such a free state.
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。 By the way, in the vehicle steering apparatus of the steer-by-wire system, when the steering actuator for driving the steering mechanism fails, the fail safe allows the steering mechanism to be operated directly by the operation of the steering member by the driver. It is desired to have a function. The fail-safe function is performed by a switching mechanism that switches a steering shaft connected to the steering member and a steered shaft connected to the steering mechanism of the wheel between a mechanically disconnected state and a mechanically connected state. It is possible. However, in this case, for example, in a situation where the steering actuator is in a disconnected state and control is performed so as to shift the phase between the neutral position of the steering member and the neutral position of the steering mechanism by the steering actuator, If the switching mechanism switches to the connected state along with the failure detection, the phase between the neutral position of the steering member and the neutral position of the steering mechanism remains shifted. In that case, the rotation allowable amount of the steering shaft is unbalanced on the left and right.
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。 The present invention is a vehicle steering apparatus in which a steering member and a steering mechanism are not mechanically connected, and the allowable rotation amount of the steering member can be changed between a steady state that restricts and a special state that does not restrict It is characterized by having a rotation restricting mechanism. Here, the steering member only needs to be operated by the driver, and its outer shape is not particularly limited.
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。 In the present invention, since the steering member and the steering mechanism are not mechanically coupled, the steering angle is adjusted by driving the steering mechanism of the wheel by the steering actuator regardless of the steering of the steering member. It is possible. Moreover, since it is possible to select the case where the rotation allowable amount of the steering member is restricted or the case where it is not restricted as necessary, the steering function can be expanded.
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。 The rotation restricting mechanism receives the moving piece integrally formed so as to project radially outward at a predetermined position in the circumferential direction of the steering shaft connected to the steering member, and the moving piece rotating together with the steering shaft. And a drive mechanism that places the stopper in the turning locus of the moving piece to bring it into the steady state or places the stopper outside the turning locus of the moving piece to bring it into the special state, if necessary. Can be. In this case, it is possible to change between the steady state and the special state with a simple configuration by simply displacing the stopper.
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。 Further, the vehicle steering device mechanically disconnects the sensor that detects the vehicle operating state, the steering actuator that drives the steering mechanism, the steering member, and the steering mechanism in addition to the rotation restriction mechanism. A switching mechanism that switches between a state and a connected state, and a control device that controls the steering by driving the steering mechanism by controlling the steering actuator, and the control device steers based on the output of the sensor When the actuator failure is detected, the switching mechanism is driven to connect the steering member and the steering mechanism, and the rotation restricting mechanism can be set to a special state. In this case, the steering member and the steering mechanism can be switched between a mechanically disconnected state and a connected state. For example, when the steering actuator fails, the steering mechanism can be driven directly by the steering member, so that fail-safe is possible, and when the steering mechanism is directly driven by the steering member, The rotation allowance is not limited.
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。 In such a configuration of the present invention, for example, when the steering member and the steering mechanism are mechanically disconnected and the rotation restricting mechanism is in a steady state, the steering member There is a case where control is performed such that the phase between the neutral position and the neutral position of the steering mechanism is shifted. In such a situation, when the steering actuator fails, the control device operates the switching mechanism to switch to a state in which the steering member and the steering mechanism are mechanically connected. Although the phase with the neutral position remains shifted, in the present invention, at this time, since the rotation restriction mechanism does not restrict the steering shaft rotation tolerance, the steering shaft rotation tolerance is left and right. There will be no imbalance. Thus, even in a special situation where the steering mechanism is directly driven by the steering member, the wheel can be steered to the end in the left-right direction.
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。 According to the present invention, the steering function can be expanded because it is possible to change between a steady state that restricts the allowable rotation amount of the steering member and a special state that does not restrict the allowable rotation amount.
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。 Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration explanatory view of a vehicle steering apparatus, FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotation restricting mechanism of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of the rotation restricting mechanism of FIG.
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。
The vehicle steering apparatus of the illustrated example does not mechanically connect the steering member 1 such as a steering wheel and the
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。
Although not shown in detail, the
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。
The control device 4 is an electronic control unit (ECU) that controls the overall known steering operation based on the output of a sensor that detects the vehicle operating state. As the sensor, a
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。
The steering actuator 5 is controlled by the control device 4 to drive the
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。
The
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。
Incidentally, a rotation restricting mechanism 15 is provided on the steering member 1 side. The rotation restricting mechanism 15 sets a left and right rotation allowable amount from the neutral position of the steering member 1, and includes a moving
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。
The moving
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。
If necessary, the drive mechanism 18 is arranged in a steady state in which the
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。
The drive mechanism 18 includes a
次に、動作を説明する。 Next, the operation will be described.
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。
Since the operations relating to the control of the steering actuator 5 and the reaction force actuator 12 in a state where the steering member 1 and the
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。
However, when the steering actuator 5 and the reaction force actuator 12 are controlled, the drive mechanism 18 of the rotation restricting mechanism 15 is energized to turn the
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。
In such a disconnected state, the control device 4 controls the steering actuator 5 based on the rotation angle of the steering
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。
In such a situation where the steering actuator 5 is being controlled, the control device 4 is constantly or periodically based on information input from the
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。
Here, for example, when the control device 4 detects a failure of the turning actuator 5, the
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。
As described above, when the steering actuator 5 that drives the
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。
By the way, when the special control mentioned above is performed, the phase of the neutral position of the steering member 1 and the neutral position of the
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。
Moreover, when the drive mechanism 18 is configured to be in a special state when the
以下、本発明の他の実施形態を説明する。 Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described.
(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。 (1) The steered actuator 5 and the reaction force actuator 12 may be, for example, a motor with a brush or an electric motor of each known type in addition to a brushless motor.
(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。
(2) Although various known clutches can be applied to the
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
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。 A vehicle steering apparatus in which a steering member and a steering mechanism are not mechanically connected,
A vehicle steering apparatus comprising: a rotation restricting mechanism that enables a rotation allowable amount of the steering member to be changed between a steady state that restricts and a special state that does not restrict.
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。 The rotation restricting mechanism includes a moving piece integrally formed so as to project radially outward at a predetermined position in a circumferential direction of a steering shaft coupled to a steering member,
A stopper capable of receiving a moving piece that rotates with the steering shaft;
A drive mechanism is provided that places the stopper within the turning trajectory of the moving piece as needed and places the stopper in the steady state or puts the stopper outside the turning trajectory of the moving piece to enter the special state. The vehicle steering apparatus according to claim 1.
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。 A sensor that detects a vehicle driving state, a steering actuator that drives a steering mechanism, a switching mechanism that switches a steering member and a steering mechanism to a state in which the steering member and the steering mechanism are mechanically disconnected, and a steering actuator; A control device for controlling the steering by controlling and driving the steering mechanism,
When detecting a failure of the steering actuator based on the output of the sensor, the control device drives the switching mechanism to connect the steering member and the steering mechanism, and sets the rotation restricting mechanism to a special state. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the vehicle steering apparatus is a vehicle steering apparatus.
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