JP2002087308A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】新たなスペースを必要とせず、かつ、操向輪の
ロック状態に応じてステアリングホイールを適切にロッ
クさせることができる車両用操舵装置を提供する。 【解決手段】舵取り制御部６０は、操舵モータ５０の駆
動回路５２に与えている電圧指令値に応じた操向輪Ｗ，
Ｗの目標転舵角と転舵位置センサ１５の検出信号から求
められる操向輪Ｗ，Ｗの実転舵角との偏差（舵角偏差）
を演算する。そして、演算により求められた舵角偏差が
所定値（たとえば、５度）以上であれば、反力アクチュ
エータ４０から最大反力を発生させるべく、反力アクチ
ュエータ４０の駆動回路４３を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ステアリングホ
イールなどの操作部材の操作に基づいて操向輪を転舵さ
せる構成の車両用操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリングホイールと舵取り用の操向
輪を転舵するための舵取り機構とを機械的に切り離し、
ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出す
るとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電
動モータなどの操舵アクチュエータからの駆動力を与え
るようにした車両用操舵装置（いわゆる、ステア・バイ
・ワイヤ・システム）が提案されている。

【０００３】このような車両用操舵装置においては、ス
テアリングホイールと舵取り機構とが、電気的には結合
されているものの、機械的には分離されているため、電
気的な故障が生じた場合の舵取り動作の保証が問題にな
る。この問題を解決するため、ステアリングホイールと
舵取り機構との間に、ステアリングホイールと舵取り機
構とを分離／結合可能とするためのクラッチを介在さ
せ、故障時には、クラッチを結合状態として、ステアリ
ングホイールと舵取り機構とを機械的に連結することが
提案されている。

【０００４】この提案の構成が採用された場合、ステア
リングホイールの回転角と操向輪の転舵角との関係が適
切でない状態でクラッチが結合された場合であっても、
操向輪を最大転舵角まで転舵することができるように、
たとえば、クラッチ結合状態におけるステアリングホイ
ールの回転角範囲が比較的大きく設定される。そして、
クラッチ分離状態において、操向輪が最大転舵角まで転
舵された状態でステアリングホイールの回転を規制する
ためのステアリングロック手段が設けられる。

【０００５】このようなステアリングロック手段として
は、たとえば、ステアリングホイールが中立位置から所
定角度（たとえば、３６０度）回転したことに応答して
ストッパ片を突出させ、このストッパ片によりステアリ
ングホイールの回転を禁止するメカストッパがある。ま
た、特開平４−１３３８６４号公報には、操舵アクチュ
エータに入力される舵角指令値が操向輪の最大転舵角に
応じて予め設定された最大値以上となった場合に、ステ
アリングホイールに付与している操舵反力（ステアリン
グホイールの操作方向とは反対方向の力）を急増させる
ことにより、ステアリングホイールをロックさせる技術
が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
メカストッパを設けるとなると、ストッパ片を操作する
ための新たなアクチュエータが必要となり、そのアクチ
ュエータを搭載するスペースが必要となる。一方、上記
公開公報に開示されている技術では、ステアリングホイ
ールの回転角と操向輪の転舵角との関係が適切でない状
態のときに、実際には操向輪が最大転舵角まで転舵され
ていないにもかかわらず、ステアリングホイールがロッ
クされてしまうおそれがある。また、操向輪が道路の端
の縁石に当たるなどして、操向輪が一方向に動かない状
態（ロック状態）になっているにもかかわらず、ステア
リングホイールが回り続けるおそれがある。

【０００７】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、新たなスペースを必要とせず、かつ、操
向輪のロック状態に応じてステアリングホイールなどの
操作部材を適切にロックさせることができる車両用操舵
装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操
向のための操作部材（３０）と、この操作部材に操作反
力を与える反力アクチュエータ（４０）と、車両の操向
輪を転舵させるための舵取り機構（１０）と、上記操作
部材の操作に基づいて上記操向輪の目標転舵角を設定
し、この設定した目標転舵角に応じて上記舵取り機構を
制御する舵取り制御手段（６０）と、上記操向輪の実転
舵角を検出する転舵角検出手段（１５）と、上記舵取り
制御手段により設定された目標転舵角と上記転舵角検出
手段により検出された実転舵角との偏差が所定値以上で
ある場合に、上記反力アクチュエータから予め定める操
作阻止反力を発生させる反力制御手段（６０）とを含む
ことを特徴とする車両用操舵装置である。

【０００９】なお、括弧内の数字は、後述の実施形態に
おける対応構成要素等を表す。以下、この項において同
じ。この発明によれば、操向輪の目標転舵角と実転舵角
との偏差が所定値以上であれば、反力アクチュエータか
ら操作阻止反力が発生され、この操作阻止反力が操作部
材に与えられる。操作阻止反力は、運転者が操作部材を
操作するために加える通常の力よりも大きな最大反力で
あってもよい。

【００１０】操向輪の目標転舵角と実転舵角との偏差が
所定値以上になる場合としては、たとえば、操向輪が転
舵可能な最大転舵角まで転舵されているにもかかわら
ず、操作部材がさらに操作されるような場合が考えられ
る。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、
操向輪が一方向に転舵できない状態（ロック状態）にな
っているにもかかわらず、操作部材の操作が続けられる
ような場合が考えられる。したがって、上記偏差が所定
値以上である場合に反力アクチュエータから操作阻止反
力を発生させることにより、操向輪のロック状態に応じ
て、操作部材を適切にロックさせることができる。すな
わち、操向輪が両方向に転舵可能な状態であるにもかか
わらず、操作部材に操作阻止反力が与えられて、操作部
材がロックされてしまうようなおそれがない。また、操
向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪が一方
向に動かない状態になっているにもかかわらず、操作部
材が操作され続けるといったおそれがない。

【００１１】なお、上記車両用操舵装置は、上記操作部
材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラ
ッチ機構（２０）と、電気的故障発生時に、上記反力ア
クチュエータの駆動を停止するとともに、上記クラッチ
機構を連結状態にするクラッチ制御手段（６０）とをさ
らに含むことが好ましい。こうすることにより、電気的
故障が生じた場合の舵取り動作を保証できる。また、ク
ラッチ結合状態における操作部材の回転角範囲が十分大
きく設定されていれば、操作部材の操作位置と操向輪の
転舵角との関係が適切でない状態でクラッチ機構が結合
された場合であっても、操向輪を最大転舵角まで転舵さ
せることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成
を説明するための概念図である。この車両用操舵装置
は、舵取り用の一対の操向輪（通常は前輪）Ｗ，Ｗに舵
取り動作を行わせるための舵取り機構１０と、この舵取
り機構１０に対してクラッチ２０を介して機械的に連結
／分離が可能なステアリングホイール３０と、このステ
アリングホイール３０に反力を付与する反力アクチュエ
ータ４０とを有している。

【００１３】舵取り機構１０は、車体の左右方向に延び
て配置された操舵軸１１と、この操舵軸１１の両端部に
タイロッド１２，１２を介して結合され、操向輪Ｗ，Ｗ
を支持するナックルアーム１３，１３とを有している。
操舵軸１１は、ハウジング１４に支承されて軸方向に摺
動可能にされており、その途中部には、操舵アクチュエ
ータとしての操舵モータ５０が同軸的に組み込まれてい
る。操舵モータ５０が駆動されると、操舵モータ５０の
回転がボールねじなどからなる運動変換機構によって操
舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動によ
り操向輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。

【００１４】操舵軸１１の一部には、ラックギア１１ａ
が形成されており、このラックギア１１ａには、クラッ
チ２０の一方側に結合されたシャフト２１の先端のピニ
オンギア２２が噛合している。クラッチ２０の他方側に
結合されたシャフト２３は、ステアリングホイール３０
に結合されている。したがって、クラッチ２０が連結状
態であれば、ステアリングホイール３０に加えられた操
舵トルクは、操舵軸１１に機械的に伝達され、これによ
り、操向輪Ｗ，Ｗの転舵が達成される。

【００１５】反力アクチュエータ４０は、クラッチ２０
とステアリングホイール３０とを結合するシャフト２３
を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレス
モータ）で構成されており、そのケーシングが車体の適
所に固定されている。反力アクチュエータ４０および操
舵モータ５０は、マイクロプロセッサなどを含む舵取り
制御部６０によって制御されるようになっている。具体
的に説明すると、反力アクチュエータ４０には、ステア
リングホイール３０から入力される操舵トルクを検出す
るためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３
０の操作位置を検出するためのロータリエンコーダ４２
とが付設されており、これらの各検出信号は舵取り制御
部６０に入力されるようになっている。

【００１６】また、操舵モータ５０に関連して、操舵モ
ータ５０の回転位置を検出するためのロータリエンコー
ダ５１が配置されており、このロータリエンコーダ５１
の検出信号が舵取り制御部６０に入力されるようになっ
ている。また、操舵軸１１に関連して、この操舵軸１１
の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設
けられている。この転舵位置センサ１５の検出信号も舵
取り制御部６０に入力されるようになっている。舵取り
制御部６０には、さらに、車速を検出するための車速セ
ンサ７０の検出信号が入力されるようになっている。こ
の車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出
する車輪速センサによって構成することができる。

【００１７】舵取り制御部６０は、上記各センサ類から
の入力信号に基づいて電圧指令値を設定し、この設定し
た電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路５２に与え
る。これにより、駆動回路５２から操舵モータ５０に制
御信号に応じた電流が供給され、その結果、ステアリン
グホイール３０の操作方向に応じた方向に操舵軸１１を
摺動させるためのトルクが操舵モータ５０から出力され
る。また、舵取り制御部６０は、操舵モータ５０などが
正常に動作しているか否かを監視しており、操舵モータ
５０などに故障が生じた場合には、クラッチ２０を連結
状態とすべく、駆動回路２４を制御する。同時に、反力
アクチュエータ４０および操舵モータ５０の駆動を停止
する。これにより、ステアリングホイール３０に加えら
れた操舵トルクが操舵軸１１に機械的に伝達されるよう
になり、ステアリングホイール３０の操作に応じて操向
輪Ｗ，Ｗが転舵される。なお、この状態におけるステア
リングホイール３０の回転角範囲は十分大きな範囲（た
とえば、ステアリングホイール３０の中立位置（中点）
から左右にそれぞれ７２０度の範囲）に設定されてお
り、たとえステアリングホイール３０の回転角と操向輪
Ｗ，Ｗの転舵角との関係が適切でない状態でクラッチが
結合された場合であっても、操向輪Ｗ，Ｗを最大転舵角
まで転舵することができるようになっている。

【００１８】舵取り制御部６０はさらに、反力アクチュ
エータ４０を駆動するための駆動回路４３を制御する。
この制御内容は、図２のフローチャートに示されてい
る。すなわち、舵取り制御部６０は、操舵モータ５０の
駆動回路５２に与えている電圧指令値に応じた操向輪
Ｗ，Ｗの目標転舵角と転舵位置センサ１５の検出信号か
ら求められる操向輪Ｗ，Ｗの実転舵角との偏差（舵角偏
差）を演算する（ステップＳ１）。そして、演算により
求められた舵角偏差が所定値（たとえば、５度）以上で
あるか否かを判断する（ステップＳ２）。

【００１９】舵角偏差が所定値未満であれば（ステップ
Ｓ２でＮＯ）、舵取り制御部６０は、反力アクチュエー
タ４０の通常の制御を行う（ステップＳ３）。つまり、
トルクセンサ４１およびロータリエンコーダ４２の検出
信号に基づいて制御信号を作成し、その制御信号を駆動
回路４３に与える。これにより、駆動回路４３から反力
アクチュエータ４０に制御信号に応じた電流が供給さ
れ、その結果、反力アクチュエータ４０からステアリン
グホイール３０に、ステアリングホイール３０の操作方
向と逆方向の適当な反力が付与される。これにより、舵
取り機構１０とステアリングホイール３０とが機械的に
連結された通常のステアリング装置と同様な操舵フィー
リングが得られる。

【００２０】舵角偏差が所定値以上になる場合として
は、たとえば、操向輪Ｗ，Ｗが最大転舵角まで転舵され
ているにもかかわらず、ステアリングホイール３０がさ
らに操作されるような場合が考えられる。また、操向輪
が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪Ｗ，Ｗが一
方向に転舵できない状態（ロック状態）になっているに
もかかわらず、ステアリングホイール３０の操作が続け
られるような場合が考えられる。これらのような場合に
は、操向輪Ｗ，Ｗのロック状態を車両の運転者に知らせ
る目的で、操向輪Ｗ，Ｗが転舵できない方向へのステア
リングホイール３０の操作を禁止（ロック）する必要が
ある。

【００２１】そこで、舵角偏差が所定値以上であれば
（ステップＳ２でＹＥＳ）、舵取り制御部６０は、反力
アクチュエータ４０から最大反力（操作阻止反力）を発
生させるべく、駆動回路４３を制御する（ステップＳ
４）。最大反力は、たとえば、運転者がステアリングホ
イール３０を操作するために加える通常の力よりも大き
な力に設定されている。ゆえに、ステアリングホイール
３０を操向輪Ｗ，Ｗが転舵できない方向に操作しようと
しても、ステアリングホイール３０は動かないので、運
転者は操向輪Ｗ，Ｗがロック状態になっていることが判
る。

【００２２】以上のようにこの実施形態によれば、操向
輪Ｗ，Ｗのロック状態に応じて、ステアリングホイール
３０を適切にロックさせることができる。すなわち、操
向輪Ｗ，Ｗが両方向に転舵可能な状態であるにもかかわ
らず、ステアリングホイール３０に最大反力が与えられ
て、ステアリングホイール３０がロックされてしまうよ
うなおそれがない。また、操向輪が道路の端の縁石に当
たるなどして、操向輪Ｗ，Ｗが一方向に動かない状態
（ロック状態）になっているにもかかわらず、ステアリ
ングホイール３０が回り続けるといったおそれがない。

【００２３】さらに、操舵モータ５０などに故障が生じ
た場合には、クラッチ２０が連結状態にされると同時
に、反力アクチュエータ４０および操舵モータ５０の駆
動が停止される。そして、この状態におけるステアリン
グホイール３０の回転角範囲は十分大きく設定されてい
る。これにより、たとえステアリングホイール３０の回
転角と操向輪Ｗ，Ｗの転舵角との関係が適切でない状態
でクラッチが結合された場合であっても、操向輪Ｗ，Ｗ
を最大転舵角まで転舵することができる。

【００２４】また、ステアリングホイールを電気的にロ
ックさせる構成であるから、この構成を採用するため
に、車両のエンジンルーム内などに新たなスペースを設
ける必要はない。この発明の一実施形態の説明は以上の
とおりであるが、この発明は、他の形態で実施すること
も可能である。たとえば、上述の実施形態では、操作部
材としてステアリングホイール３０が用いられる例につ
いて説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部
材が用いられてもよい。

【００２５】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の設計変更を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の
基本的な構成を説明するための概念図である。

【図２】反力アクチュエータの制御を説明するためのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１０ 舵取り機構 １５ 転舵位置センサ ２０ クラッチ ２４ 駆動回路 ３０ ステアリングホイール ４０ 反力アクチュエータ ４１ トルクセンサ ４２ ロータリエンコーダ ４３ 駆動回路 ５０ 操舵モータ ５１ ロータリエンコーダ ５２ 駆動回路 ６０ 舵取り制御部 Ｗ 操向輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高松 孝修 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 瀬川 雅也 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 葉山 良平 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC03 DA05 DA15 DA23 DA65 EB12 EC24 GG01 3D033 CA03 CA05 CA13 CA16 CA18 CA21

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の操向のための操作部材と、 この操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータ
   と、 車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構と、 上記操作部材の操作に基づいて上記操向輪の目標転舵角
   を設定し、この設定した目標転舵角に応じて上記舵取り
   機構を制御する舵取り制御手段と、 上記操向輪の実転舵角を検出する転舵角検出手段と、 上記舵取り制御手段により設定された目標転舵角と上記
   転舵角検出手段により検出された実転舵角との偏差が所
   定値以上である場合に、上記反力アクチュエータから予
   め定める操作阻止反力を発生させる反力制御手段とを含
   むことを特徴とする車両用操舵装置。