JP2004025932A - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成するステア・バイ・ワイヤ・システムでは、操舵用の電動モータに断線等が生じたときに対するフェールセーフ対策が重要である。
【解決手段】通常時において、反力用アクチュエータ２０が遊星ギヤ機構６を介して操舵部材２に操作反力を付与する。操舵用アクチュエータ１２が故障すると、反力用アクチュエータ２０をオフし、遊星ギヤ機構６のうち反力用アクチュエータ２０に連結している１要素１８をプランジャ１３によって回転不能に拘束する。操舵部材２の回転が、遊星ギヤ１７を保持するキャリア１６と太陽ギヤ１５との伝達比でもってピニオンギヤ１４に伝達されるマニュアル操舵が可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】通常時において、反力用アクチュエータ２０が遊星ギヤ機構６を介して操舵部材２に操作反力を付与する。操舵用アクチュエータ１２が故障すると、反力用アクチュエータ２０をオフし、遊星ギヤ機構６のうち反力用アクチュエータ２０に連結している１要素１８をプランジャ１３によって回転不能に拘束する。操舵部材２の回転が、遊星ギヤ１７を保持するキャリア１６と太陽ギヤ１５との伝達比でもってピニオンギヤ１４に伝達されるマニュアル操舵が可能となる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（単にＳＢＷとも称する）の車両用操舵装置が提供されている。
例えば特開平１−２３３１７０号公報の装置では、ステアリングシャフトに設けたエンコーダによってステアリングホイールの操舵位置を検出し、車両の進行方向をヨーレイトジャイロによって検出する。そして、検出された操舵位置に基づく進行変化指示値と、ヨーレイトジャイロの検出結果に基づく実際の進行方向変化量との偏差がゼロになるように、転舵輪を転舵制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のステア・バイ・ワイヤ・システムでは、例えば操舵用のアクチュエータとしての電動モータに断線等を生じたとき等に対するフェールセーフ対策が重要である。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムにおける故障発生時にも良好な操舵を達成す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する。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵部材から転舵輪への操舵伝達系に介在し、操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、上記操舵用アクチュエータの異常発生時に、差動伝達機構の上記第３要素を回転不能に拘束する拘束手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００５】
本発明では、通常時は、反力用アクチュエータに適当なトルクを生じさせることで、差動伝達機構を介して操舵部材に適正な操舵反力を付与する。また、操舵用アクチュエータに異常が発生したときには、差動伝達機構の上記第３要素を回転不能に拘束することで、差動伝達機構の残りの２つの要素による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記拘束手段は、上記第３要素を機械的又は電磁的に拘束可能であることを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に遊星伝達機構の第３要素を例えば機械的に拘束することで、太陽部材と遊星部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【０００６】
第３要素を機械的又は電磁的に拘束可能な拘束手段としては、例えば第３要素の周面を押圧することのできるソレノイドのその他の電磁式や油圧式のプランジャの他、電磁ブレーキ、パウダーブレーキを例示することができる。また、を反力用アクチュエータを停止することで、反力用アクチュエータ自身がリング部材を拘束する拘束手段として機能させることもできる。
請求項３記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記第３要素と反力用アクチュエータとを駆動伝達可能に連結するための無端状のベルトが設けられ、上記拘束手段は上記ベルトの張り側部分及び弛み側部分を互いに近づけることのできる一対の軸を含むことを特徴とするものである。本発明では、ベルトの張り側と弛み側の張力を拮抗させて、ベルトの走行を止め、もって第３要素の回転を拘束することができる。第３要素以外の２つの部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【０００７】
請求項４記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記第３要素の外周にセレーション部が形成され、上記拘束手段は、内周に上記第３要素のセレーション部に噛み合うことのできるセレーション部を有し、第３要素に対して軸方向に相対移動可能であって回動不能な環状の拘束部材を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に、回動不能な環状の拘束部材を遊星伝達機構の第３要素にセレーション結合させて、第３要素の回転を拘束することができる。これにより、第３要素以外の２つの部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つにおいて、上記拘束手段を拘束状態に駆動するための駆動部と、上記操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段によって回転を拘束される要素と拘束手段との回転数差が所定値以下になることを条件として駆動部によって拘束手段を拘束状態にする制御部とをさらに備えることを特徴とするものである。
【０００９】
仮に、上記の回転数差が大きい段階でいきなり回転を拘束しようとすると、例えば拘束手段に過大な負荷がかかり損傷等のおそれがあるが、本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段の損傷等のおそれなくマニュアル操舵に移行することができる。
請求項６記載の発明は、請求項５において、上記制御部は、操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段によって回転を拘束される要素と拘束手段との回転数差が所定値以下になるように反力用アクチュエータを駆動することを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に、拘束手段の損傷等のおそれなくしかも早期にマニュアル操舵に移行することができる。
【００１０】
請求項７記載の発明は、操舵部材から転舵輪への操舵伝達系に介在し、操舵部材及び転舵輪の一方及び他方にそれぞれ連なる太陽部材及び遊星部材、並びにリング部材を含む遊星伝達機構と、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、太陽部材又は遊星部材の何れか一方に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータとを備え、上記リング部材は、回動不能であり且つ遊星部材に結合して遊星部材を拘束する拘束位置と非拘束位置との間に軸方向に移動可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、通常時はリング部材と遊星部材の結合を断っておき、操舵用アクチュエータの異常発生時に回動不能なリング部材を遊星部材に結合させ、太陽部材と遊星部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、例えばステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連結される第１操舵軸３と、この第１操舵軸３と同軸上に設けられラックアンドピニオン機構等の舵取り機構４に連結される第２操舵軸５と、第１及び第２操舵軸３，５間の差動回転を許容するための差動伝達機構を構成する遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構６とを備える。
【００１３】
舵取り機構４は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸７と、この転舵軸７の両端にタイロッド８を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸７はハウジング１１により支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、電動モータからなる操舵用アクチュエータ１２が同軸的に組み込まれている。操舵用アクチュエータ１２の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸７の摺動に変換され、この転舵軸７の摺動により転舵輪９の転舵が達成される。
【００１４】
本実施の形態の特徴とするところは、操舵装置１が、通常時は、操舵部材２から転舵輪９への操舵伝達系Ａの途中部において機械的な連結が断たれたステア・バイ・ワイヤ・システムの電動パワーステアリングとして機能し、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時には、回動不能な拘束手段としてのプランジャ１３によって、遊星ギヤ機構６の１要素である例えばリングギヤ１８の回転を拘束することにより、操舵部材２と転舵輪９との間を機械的に連結して、残りの２要素である例えば太陽ギヤ１５と遊星ギヤ１７とのギヤ比でのマニュアルステアリングとして機能させる点にある。
【００１５】
プランジャ１３としては、ソレノイドその他の電磁式のプランジャや油圧式のプランジャを用いることができる。また、プランジャ１３に代えて、パウダーブレーキ、ヒステリシスブレーキ、その他公知の電磁ブレーキを用いることができる。ただし、本実施の形態では、電磁式のプランジャ１３を用いる場合に則して説明する。
転舵軸７の一部には、ラックギヤ７ａが形成されており、このラックギヤ７ａには、第２操舵軸５の端部に設けられて第２操舵軸５と一体回転するピニオンギヤ１４が噛み合わされている。後述するように、操舵用アクチュエータ１２の故障時に、操舵部材２の操作に応じて第２操舵軸５が回転駆動されると、この第２操舵軸５の回転がピニオンギヤ１４及びラックギヤ７ａにより、転舵軸７の摺動に変換され、転舵輪９の転舵が達成される。
【００１６】
遊星ギヤ機構６は、第１操舵軸３の端部に一体回転可能に連結された入力側となる第１要素（太陽部材）としての太陽ギヤ１５と、出力側となるキャリア１６により回転自在に保持されて太陽ギヤ１５と噛み合う第２要素（遊星部材）としての複数の遊星ギヤ１７と、各遊星ギヤ１７に噛み合う内歯１８ａを内周に持つリング部材としてのリングギヤ１８とを含む。
リングギヤ１８は外歯１８ｂを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯１８ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ１９を介して、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ２０に駆動連結されている。この反力用アクチュエータ２０は例えば電動モータからなり、そのケーシングは車体の適所に固定されている。
【００１７】
電磁式のプランジャ１３は、例えばステアリングコラム等の固定部材に固定される固定部２２と、固定部２２から伸縮してリングギヤ１８の外周面に押圧可能な可動部２３とを備える。固定部２２は第１操舵軸３の回りに回動できないようになっている。プランジャ１３は単一でも良いし、リングギヤ１８と同心の円周上に並べて複数設けても良い。プランジャ１３の可動部２３は通常時は図１に示すように縮小され、リングギヤ１８から離反している。
【００１８】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生したときに、プランジャ１３は、例えば内蔵するソレノイドが励磁されることにより、可動部２３を伸長させ、リングギヤ１８に押圧して、リングギヤ１８の回転を拘束する。その結果、操舵部材２の回転がピニオンギヤ１３に太陽ギヤ１５とキャリア１６とのギヤ比で伝達され、本車両用操舵装置１をマニュアルステアリング状態にすることができる。
再び図１を参照して、操舵用アクチュエータ１２、反力用アクチュエータ２０及びプランジャ１３はマイクロプロセッサ等を含む制御部Ｃにより制御されるようになっている。
【００１９】
第１操舵軸３には操舵部材２による操舵角（操舵位置）を検出するための操舵位置センサとしての操舵角センサ２４、及び操舵部材２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２５が設けられている。これら操舵角センサ２４及びトルクセンサ２５からの検出信号が制御部Ｃに入力される。
また、転舵軸８には転舵軸７の軸方向位置に関連して転舵位置を検出するための転舵位置センサ２６が設けられており、この転舵位置センサ２６による検出信号も制御部Ｃに入力される。また、制御部Ｃには、車速を検出するための車速センサ２７からの検出信号が入力されるようになっている。
【００２０】
制御部Ｃは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、操舵用アクチュエータ１２、反力用アクチュエータ２０及びプランジャ１３をそれぞれ駆動するための駆動部としての駆動回路２８，２９，３０に制御信号を出力する。
図２は制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明するためのフローチャートである。図２を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＳ１）。
【００２１】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＳ１でＮＯ）、制御部Ｃが、電磁式のプランジャ１３の励磁を解除しておき（ステップＳ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＳ３）。
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し〔ＶＧＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ）機能〕、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＳ４）。
【００２２】
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（空回り可能な状態とする）と共に、駆動回路３０に制御信号を出力し、それまで励磁を解除させていた電磁式のプランジャ１３を励磁する（ステップＳ５，Ｓ６）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、マニュアルステアリングとして機能させることができる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態では、通常時はステア・バイ・ワイヤ・システムとして機能させ、反力用アクチュエータ２０により適当な操舵反力を操舵部材２に与え、必要であればＶＧＲ機能を発揮させる。そして、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時には、遊星ギヤ機構６の１要素の回転を拘束する簡便な構造にて、操舵部材２と舵取り機構４とを遊星ギヤ機構６を介して機械的に結合させ、マニュアル操舵による良好な操舵を達成できる。
【００２４】
次いで、図３及び図４は本発明の別の実施の形態を示している。図３を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と主に異なるのは、拘束手段としてのプランジャ１３を廃止し、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に反力用アクチュエータ２０を停止して拘束手段として用いる点にある。プランジャ１３の廃止に伴って、プランジャ１３駆動用の駆動回路３０も廃止されている。他の構成については、図１の実施の形態と同様であるので、図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図４は制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明するためのフローチャートである。図４を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＴ１）。
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＴ１でＮＯ）、制御部Ｃが、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＴ２）。
【００２６】
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＴ３）。
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
【００２７】
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＴ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０を停止ロックさせることで、リングギヤ１８の回転を拘束する（ステップＴ４）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、太陽ギヤ１５とキャリア１６とのギヤ比を持つマニュアルステアリングとして機能させることができる。
【００２８】
次いで、図５は本発明の別の実施の形態の遊星伝達機構の要部を示している。図６は図５の拘束手段としての一対の軸３３，３４を支持する機構を示す概略断面図である。図５及び図６を参照して、本実施の形態では、リングギヤ１８と反力用アクチュエータ２０の間で無端状のベルト３１を介してトルク伝達する。反力用アクチュエータ２０は例えば電動モータからなり、その回転軸の同軸上に駆動伝達プーリ３２を回転駆動する。ベルト３１は駆動伝達プーリ３２及びリングギヤ１８の外周に巻き掛けられる。
【００２９】
本実施の形態では、拘束手段として、ベルト３１の張り側部分３１ａ及び弛み側部分３１ｂを互いに近づけることのできる一対の軸３３，３４を備える。各の軸３３，３４はベース３５を有しており、各ベース３５は支持体３６の案内溝３７にスライド自在に保持されている。これにより、一対の軸３３，３４は互いに遠近することができる。両ベース３５，３５間には、例えば圧縮コイルばね等の付勢部材３８が介在しており、両軸３３，３４を互いに遠ざける方向に付勢する。また、各軸３３，３４はそれぞれ、伸縮可能な可動部４１を有するソレノイド等の電磁式や油圧式のプランジャ３９，４０により案内溝３７に沿って互いに近づく方向に駆動される。
【００３０】
本実施の形態における制御の流れは、図２のフローチャートにおいて、プランジャ１３に代えてプランジャ３９，４０を採用することで、同様の流れとなる。本実施の形態によれば、通常時はプランジャ３９，４０の励磁を解除しておくことで付勢部材３８により一対の軸３３，３４をベルト３１から離反させておく。
そして、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時には、プランジャ３９，４０を励磁してプランジャ３９，４０の可動部４１を伸長させ、各軸３３，３４をベルト３１に押し付ける。これにより、ベルトの張り側部分３１ａと弛み側部分３１ｂの張力を高張力にて拮抗させて、ベルト３１の走行を止め、もってリングギヤ１８の回転を拘束することができる。太陽ギヤ１５とキャリア１６との伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【００３１】
図７は本発明の別の実施の形態としての拘束手段の変更例を示している。図７を参照して、本実施の形態では、リングギヤ１８の外周にセレーション部４２が形成される。また、上記拘束手段として、内周にリングギヤ１８のセレーション部４２に噛み合うことのできるセレーション部４３を有する環状の拘束部材４４を設ける。拘束部材４４は、リングギヤ１８に対して軸方向に相対移動可能であって回動不能である。
【００３２】
通常時の拘束部材４４は例えば圧縮コイルばね等の付勢部材（図示せず）により付勢されて、リングギヤ１８に対する結合を解除されている。操舵用アクチュエータの異常発生時には、例えば電磁式のプランジャ４５により拘束部材４４が軸方向に駆動されて、拘束部材４４がリング部材１８に嵌合してセレーション結合し、リングギヤ１８の回転が拘束されることになる。
図８は本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の電気的構成の要部を示すブロック図である。図８を参照し、本実施の形態が図１の実施の形態と主に異なるのは下記である。すなわち、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に回転を拘束される要素としてのリングギヤ５の回転数を検出するための回転数検出センサ４６を設けており、この回転数検出センサ４６からの信号を制御部Ｃに与えるようにしている。また、制御部Ｃでは回転数検出センサ４６により検出される回転数差が所定値以下になってからプランジャ１３を励磁してリングギヤ１８に押し付けその回転を拘束する。
【００３３】
図９のフローチャートに基づいて、制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明する。制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＲ１）。
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＲ１でＮＯ）、制御部Ｃが、プランジャ１３の励磁を解除してリングギヤ１８の拘束を解除しておき（ステップＲ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＲ３）。
【００３４】
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＲ４）。
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
【００３５】
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＲ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（ステップＲ５）。
次いで、回転数検出センサ４６からの信号に基づいて、リングギヤ１８の回転数を演算し（ステップＲ６）、演算された回転数が所定値以下になることを条件として（ステップＲ７）、駆動回路３０に制御信号を出力し、励磁された拘束手段としてのプランジャ１３によりリングギヤ１８の回転を拘束する（ステップＲ８）。これにより、太陽ギヤ１５と遊星ギヤ１７との伝達比でのマニュアルステアリングとして機能させることができる。
【００３６】
仮に、リングギヤ１８の回転数が大きい段階でいきなり回転を拘束しようとすると、拘束手段としての例えばプランジャ１３に過大な負荷がかかり損傷等のおそれがあるが、本実施の形態では、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に拘束部材としてのプランジャ１３の損傷等のおそれなくマニュアル操舵に移行することができる。
次いで、図１０は図９の実施の形態の制御の変更形態を示すフローチャートである。図１０を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＰ１）。
【００３７】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＰ１でＮＯ）、制御部Ｃが、プランジャ１３を励磁解除しておき（ステップＰ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＰ３）。
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＰ４）。
【００３８】
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＰ１でＹＥＳ）、回転数検出センサ４６からの信号に基づいて、回転を拘束される要素であるリングギヤ１８の回転数を演算し（ステップＰ５）、演算された回転数が所定値を超える場合には（ステップＰ６でＮＯ）、反力アクチュエータ１２を上記の回転数を低減させる方向に駆動し（ステップＰ７）、回転数が所定値以下になること（ステップＰ６でＹＥＳ）を条件として、制御部Ｃが駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（ステップＰ８）。
【００３９】
次いで、駆動回路３０に制御信号を出力し、励磁された拘束手段としてのプラジャ１３によりリングギヤ１８の回転を拘束させる（ステップＰ９）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、太陽ギヤ１５とキャリア１６の伝達比によるマニュアルステアリングとして機能させることができる。
本実施の形態によれば、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に、拘束手段としてのプランジャ１３の損傷等のおそれなく、しかも早期にマニュアル操舵に移行することができる。
【００４０】
なお、図９及び図１０の各実施の形態において、拘束手段として、図１のプランジャ１３に代えて、図５の一対の軸３３，３４や、図７の環状の拘束部材４４を用いることもできる。
次いで、図１１は本発明の別の実施の形態を示している。図１１を参照して、本実施では、リング部材としてのリングギヤ１８が回動不能であり且つ軸方向移動可能である。リングギヤ１８は軸方向移動により、遊星部材としての遊星ギヤ１７に結合して遊星ギヤ１７を拘束する拘束位置と結合を解除する非拘束位置とに変位する。４７はリングギヤ１８を軸方向に駆動するための例えば電磁式のプランジャ等の駆動部である。
【００４１】
本実施の形態では、通常時はリングギヤ１８と遊星ギヤ１７の結合を断っておき、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に回動不能なリングギヤ１８を遊星ギヤ１７に結合させ、太陽ギヤ１５とキャリア１６との伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。この実施の形態では、反力用アクチュエータ２０を太陽ギヤ１５又は遊星ギヤ１７に駆動伝達可能に連結すればよい。
上記各実施の形態において、拘束手段は回転不能に固定されるものであっても良いし、通常は回転数をもって回転していて、操舵用アクチュエータの異常発生時に、瞬時に或いはある時差をもって回転不能となるものであっても良い。
【００４２】
図９及び図１０の実施の形態においては、拘束手段としてのプランジャ１３が回動不能に固定されていたので、リングギヤ１８の回転数を検出する回転数検出センサ４６を用いたが、拘束手段が回転数を持つような場合には、拘束手段とこの拘束手段により拘束される部材との間の回転数差を検出する回転数差検出センサを用いることもできる。
また、上記各実施の形態において、操舵部材２に第１要素としての太陽ギヤ１５が連なり、転舵輪９に第２要素としての遊星ギヤ１７を支持するキャリア１６が連なるようにしたが、これに限らず、操舵部材２に連なる第１要素、及び転舵輪９に連なる第２要素を、太陽ギヤ１５、キャリア１６及びリングギヤ１８の中から何れか２つを選び、残りのギヤを第３要素として、該第３要素に反力用アクチュエータ２０を駆動伝達可能に連結するようにすれば良い。
【００４３】
その他、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、遊星ギヤ機構６に代えて、遊星ローラ機構を用いることが可能である。
なお、本発明においては、操舵用アクチュエータの異常発生時に差動伝達機構の第３要素を回転不能に拘束したが、運転者がマニュアル操舵を希望する場合に、例えば別途に設けられた操作手段による操作により差動伝達機構の第３要素を回転不能に拘束するようにしても良い。このようにすることにより、ＳＢＷを好まない運転者にとっても支障がなくなる。
【００４４】
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】図３の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは本発明の別の実施の形態の拘束手段の動作を示す模式図である。
【図６】図５の拘束手段を支持する機構を示す概略断面図である。
【図７】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の要部の模式的断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の制御部の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】図８の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の要部の模式的断面図である。
【符号の説明】
１ 車両用操舵装置
２ 操舵部材
３ 第１操舵軸
４ 舵取り機構
５ 第２操舵軸
６ 遊星ギヤ機構（差動伝達機構）
７ 転舵軸
７ａ ラックギヤ
９ 転舵輪
Ａ 操舵伝達系
１２ 操舵用アクチュエータ
１３ プランジャ（拘束手段）
１４ ピニオンギヤ
１５ 太陽ギヤ（第１要素）
１６ キャリア（第２要素）
１７ 遊星ギヤ（第２要素）
１８ リングギヤ（第３要素）
１８ａ 内歯
１８ｂ 外歯
１９ 駆動伝達ギヤ
２０ 反力用アクチュエータ
Ｃ 制御部
２４ 操舵角センサ
２５ トルクセンサ
２６ 転舵位置センサ
２７ 車速センサ
２８，２９ 駆動回路
３０ 駆動回路（駆動部）
３１ ベルト
３２ 駆動伝達プーリ
３３，３４ 軸（拘束手段）
３９，４０ プランジャ（駆動部）
４２，４３ セレーション部
４４ 拘束部材（拘束手段）
４５，４７ プランジャ（駆動部）
４６ 回転数検出センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（単にＳＢＷとも称する）の車両用操舵装置が提供されている。
例えば特開平１−２３３１７０号公報の装置では、ステアリングシャフトに設けたエンコーダによってステアリングホイールの操舵位置を検出し、車両の進行方向をヨーレイトジャイロによって検出する。そして、検出された操舵位置に基づく進行変化指示値と、ヨーレイトジャイロの検出結果に基づく実際の進行方向変化量との偏差がゼロになるように、転舵輪を転舵制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のステア・バイ・ワイヤ・システムでは、例えば操舵用のアクチュエータとしての電動モータに断線等を生じたとき等に対するフェールセーフ対策が重要である。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムにおける故障発生時にも良好な操舵を達成す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する。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵部材から転舵輪への操舵伝達系に介在し、操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、上記操舵用アクチュエータの異常発生時に、差動伝達機構の上記第３要素を回転不能に拘束する拘束手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００５】
本発明では、通常時は、反力用アクチュエータに適当なトルクを生じさせることで、差動伝達機構を介して操舵部材に適正な操舵反力を付与する。また、操舵用アクチュエータに異常が発生したときには、差動伝達機構の上記第３要素を回転不能に拘束することで、差動伝達機構の残りの２つの要素による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記拘束手段は、上記第３要素を機械的又は電磁的に拘束可能であることを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に遊星伝達機構の第３要素を例えば機械的に拘束することで、太陽部材と遊星部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【０００６】
第３要素を機械的又は電磁的に拘束可能な拘束手段としては、例えば第３要素の周面を押圧することのできるソレノイドのその他の電磁式や油圧式のプランジャの他、電磁ブレーキ、パウダーブレーキを例示することができる。また、を反力用アクチュエータを停止することで、反力用アクチュエータ自身がリング部材を拘束する拘束手段として機能させることもできる。
請求項３記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記第３要素と反力用アクチュエータとを駆動伝達可能に連結するための無端状のベルトが設けられ、上記拘束手段は上記ベルトの張り側部分及び弛み側部分を互いに近づけることのできる一対の軸を含むことを特徴とするものである。本発明では、ベルトの張り側と弛み側の張力を拮抗させて、ベルトの走行を止め、もって第３要素の回転を拘束することができる。第３要素以外の２つの部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【０００７】
請求項４記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記第３要素の外周にセレーション部が形成され、上記拘束手段は、内周に上記第３要素のセレーション部に噛み合うことのできるセレーション部を有し、第３要素に対して軸方向に相対移動可能であって回動不能な環状の拘束部材を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に、回動不能な環状の拘束部材を遊星伝達機構の第３要素にセレーション結合させて、第３要素の回転を拘束することができる。これにより、第３要素以外の２つの部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つにおいて、上記拘束手段を拘束状態に駆動するための駆動部と、上記操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段によって回転を拘束される要素と拘束手段との回転数差が所定値以下になることを条件として駆動部によって拘束手段を拘束状態にする制御部とをさらに備えることを特徴とするものである。
【０００９】
仮に、上記の回転数差が大きい段階でいきなり回転を拘束しようとすると、例えば拘束手段に過大な負荷がかかり損傷等のおそれがあるが、本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段の損傷等のおそれなくマニュアル操舵に移行することができる。
請求項６記載の発明は、請求項５において、上記制御部は、操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段によって回転を拘束される要素と拘束手段との回転数差が所定値以下になるように反力用アクチュエータを駆動することを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に、拘束手段の損傷等のおそれなくしかも早期にマニュアル操舵に移行することができる。
【００１０】
請求項７記載の発明は、操舵部材から転舵輪への操舵伝達系に介在し、操舵部材及び転舵輪の一方及び他方にそれぞれ連なる太陽部材及び遊星部材、並びにリング部材を含む遊星伝達機構と、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、太陽部材又は遊星部材の何れか一方に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータとを備え、上記リング部材は、回動不能であり且つ遊星部材に結合して遊星部材を拘束する拘束位置と非拘束位置との間に軸方向に移動可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、通常時はリング部材と遊星部材の結合を断っておき、操舵用アクチュエータの異常発生時に回動不能なリング部材を遊星部材に結合させ、太陽部材と遊星部材による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、例えばステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連結される第１操舵軸３と、この第１操舵軸３と同軸上に設けられラックアンドピニオン機構等の舵取り機構４に連結される第２操舵軸５と、第１及び第２操舵軸３，５間の差動回転を許容するための差動伝達機構を構成する遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構６とを備える。
【００１３】
舵取り機構４は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸７と、この転舵軸７の両端にタイロッド８を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸７はハウジング１１により支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、電動モータからなる操舵用アクチュエータ１２が同軸的に組み込まれている。操舵用アクチュエータ１２の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸７の摺動に変換され、この転舵軸７の摺動により転舵輪９の転舵が達成される。
【００１４】
本実施の形態の特徴とするところは、操舵装置１が、通常時は、操舵部材２から転舵輪９への操舵伝達系Ａの途中部において機械的な連結が断たれたステア・バイ・ワイヤ・システムの電動パワーステアリングとして機能し、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時には、回動不能な拘束手段としてのプランジャ１３によって、遊星ギヤ機構６の１要素である例えばリングギヤ１８の回転を拘束することにより、操舵部材２と転舵輪９との間を機械的に連結して、残りの２要素である例えば太陽ギヤ１５と遊星ギヤ１７とのギヤ比でのマニュアルステアリングとして機能させる点にある。
【００１５】
プランジャ１３としては、ソレノイドその他の電磁式のプランジャや油圧式のプランジャを用いることができる。また、プランジャ１３に代えて、パウダーブレーキ、ヒステリシスブレーキ、その他公知の電磁ブレーキを用いることができる。ただし、本実施の形態では、電磁式のプランジャ１３を用いる場合に則して説明する。
転舵軸７の一部には、ラックギヤ７ａが形成されており、このラックギヤ７ａには、第２操舵軸５の端部に設けられて第２操舵軸５と一体回転するピニオンギヤ１４が噛み合わされている。後述するように、操舵用アクチュエータ１２の故障時に、操舵部材２の操作に応じて第２操舵軸５が回転駆動されると、この第２操舵軸５の回転がピニオンギヤ１４及びラックギヤ７ａにより、転舵軸７の摺動に変換され、転舵輪９の転舵が達成される。
【００１６】
遊星ギヤ機構６は、第１操舵軸３の端部に一体回転可能に連結された入力側となる第１要素（太陽部材）としての太陽ギヤ１５と、出力側となるキャリア１６により回転自在に保持されて太陽ギヤ１５と噛み合う第２要素（遊星部材）としての複数の遊星ギヤ１７と、各遊星ギヤ１７に噛み合う内歯１８ａを内周に持つリング部材としてのリングギヤ１８とを含む。
リングギヤ１８は外歯１８ｂを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯１８ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ１９を介して、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ２０に駆動連結されている。この反力用アクチュエータ２０は例えば電動モータからなり、そのケーシングは車体の適所に固定されている。
【００１７】
電磁式のプランジャ１３は、例えばステアリングコラム等の固定部材に固定される固定部２２と、固定部２２から伸縮してリングギヤ１８の外周面に押圧可能な可動部２３とを備える。固定部２２は第１操舵軸３の回りに回動できないようになっている。プランジャ１３は単一でも良いし、リングギヤ１８と同心の円周上に並べて複数設けても良い。プランジャ１３の可動部２３は通常時は図１に示すように縮小され、リングギヤ１８から離反している。
【００１８】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生したときに、プランジャ１３は、例えば内蔵するソレノイドが励磁されることにより、可動部２３を伸長させ、リングギヤ１８に押圧して、リングギヤ１８の回転を拘束する。その結果、操舵部材２の回転がピニオンギヤ１３に太陽ギヤ１５とキャリア１６とのギヤ比で伝達され、本車両用操舵装置１をマニュアルステアリング状態にすることができる。
再び図１を参照して、操舵用アクチュエータ１２、反力用アクチュエータ２０及びプランジャ１３はマイクロプロセッサ等を含む制御部Ｃにより制御されるようになっている。
【００１９】
第１操舵軸３には操舵部材２による操舵角（操舵位置）を検出するための操舵位置センサとしての操舵角センサ２４、及び操舵部材２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２５が設けられている。これら操舵角センサ２４及びトルクセンサ２５からの検出信号が制御部Ｃに入力される。
また、転舵軸８には転舵軸７の軸方向位置に関連して転舵位置を検出するための転舵位置センサ２６が設けられており、この転舵位置センサ２６による検出信号も制御部Ｃに入力される。また、制御部Ｃには、車速を検出するための車速センサ２７からの検出信号が入力されるようになっている。
【００２０】
制御部Ｃは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、操舵用アクチュエータ１２、反力用アクチュエータ２０及びプランジャ１３をそれぞれ駆動するための駆動部としての駆動回路２８，２９，３０に制御信号を出力する。
図２は制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明するためのフローチャートである。図２を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＳ１）。
【００２１】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＳ１でＮＯ）、制御部Ｃが、電磁式のプランジャ１３の励磁を解除しておき（ステップＳ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＳ３）。
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し〔ＶＧＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ）機能〕、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＳ４）。
【００２２】
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（空回り可能な状態とする）と共に、駆動回路３０に制御信号を出力し、それまで励磁を解除させていた電磁式のプランジャ１３を励磁する（ステップＳ５，Ｓ６）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、マニュアルステアリングとして機能させることができる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態では、通常時はステア・バイ・ワイヤ・システムとして機能させ、反力用アクチュエータ２０により適当な操舵反力を操舵部材２に与え、必要であればＶＧＲ機能を発揮させる。そして、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時には、遊星ギヤ機構６の１要素の回転を拘束する簡便な構造にて、操舵部材２と舵取り機構４とを遊星ギヤ機構６を介して機械的に結合させ、マニュアル操舵による良好な操舵を達成できる。
【００２４】
次いで、図３及び図４は本発明の別の実施の形態を示している。図３を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と主に異なるのは、拘束手段としてのプランジャ１３を廃止し、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に反力用アクチュエータ２０を停止して拘束手段として用いる点にある。プランジャ１３の廃止に伴って、プランジャ１３駆動用の駆動回路３０も廃止されている。他の構成については、図１の実施の形態と同様であるので、図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図４は制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明するためのフローチャートである。図４を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＴ１）。
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＴ１でＮＯ）、制御部Ｃが、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＴ２）。
【００２６】
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＴ３）。
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
【００２７】
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＴ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０を停止ロックさせることで、リングギヤ１８の回転を拘束する（ステップＴ４）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、太陽ギヤ１５とキャリア１６とのギヤ比を持つマニュアルステアリングとして機能させることができる。
【００２８】
次いで、図５は本発明の別の実施の形態の遊星伝達機構の要部を示している。図６は図５の拘束手段としての一対の軸３３，３４を支持する機構を示す概略断面図である。図５及び図６を参照して、本実施の形態では、リングギヤ１８と反力用アクチュエータ２０の間で無端状のベルト３１を介してトルク伝達する。反力用アクチュエータ２０は例えば電動モータからなり、その回転軸の同軸上に駆動伝達プーリ３２を回転駆動する。ベルト３１は駆動伝達プーリ３２及びリングギヤ１８の外周に巻き掛けられる。
【００２９】
本実施の形態では、拘束手段として、ベルト３１の張り側部分３１ａ及び弛み側部分３１ｂを互いに近づけることのできる一対の軸３３，３４を備える。各の軸３３，３４はベース３５を有しており、各ベース３５は支持体３６の案内溝３７にスライド自在に保持されている。これにより、一対の軸３３，３４は互いに遠近することができる。両ベース３５，３５間には、例えば圧縮コイルばね等の付勢部材３８が介在しており、両軸３３，３４を互いに遠ざける方向に付勢する。また、各軸３３，３４はそれぞれ、伸縮可能な可動部４１を有するソレノイド等の電磁式や油圧式のプランジャ３９，４０により案内溝３７に沿って互いに近づく方向に駆動される。
【００３０】
本実施の形態における制御の流れは、図２のフローチャートにおいて、プランジャ１３に代えてプランジャ３９，４０を採用することで、同様の流れとなる。本実施の形態によれば、通常時はプランジャ３９，４０の励磁を解除しておくことで付勢部材３８により一対の軸３３，３４をベルト３１から離反させておく。
そして、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時には、プランジャ３９，４０を励磁してプランジャ３９，４０の可動部４１を伸長させ、各軸３３，３４をベルト３１に押し付ける。これにより、ベルトの張り側部分３１ａと弛み側部分３１ｂの張力を高張力にて拮抗させて、ベルト３１の走行を止め、もってリングギヤ１８の回転を拘束することができる。太陽ギヤ１５とキャリア１６との伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【００３１】
図７は本発明の別の実施の形態としての拘束手段の変更例を示している。図７を参照して、本実施の形態では、リングギヤ１８の外周にセレーション部４２が形成される。また、上記拘束手段として、内周にリングギヤ１８のセレーション部４２に噛み合うことのできるセレーション部４３を有する環状の拘束部材４４を設ける。拘束部材４４は、リングギヤ１８に対して軸方向に相対移動可能であって回動不能である。
【００３２】
通常時の拘束部材４４は例えば圧縮コイルばね等の付勢部材（図示せず）により付勢されて、リングギヤ１８に対する結合を解除されている。操舵用アクチュエータの異常発生時には、例えば電磁式のプランジャ４５により拘束部材４４が軸方向に駆動されて、拘束部材４４がリング部材１８に嵌合してセレーション結合し、リングギヤ１８の回転が拘束されることになる。
図８は本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の電気的構成の要部を示すブロック図である。図８を参照し、本実施の形態が図１の実施の形態と主に異なるのは下記である。すなわち、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に回転を拘束される要素としてのリングギヤ５の回転数を検出するための回転数検出センサ４６を設けており、この回転数検出センサ４６からの信号を制御部Ｃに与えるようにしている。また、制御部Ｃでは回転数検出センサ４６により検出される回転数差が所定値以下になってからプランジャ１３を励磁してリングギヤ１８に押し付けその回転を拘束する。
【００３３】
図９のフローチャートに基づいて、制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明する。制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＲ１）。
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＲ１でＮＯ）、制御部Ｃが、プランジャ１３の励磁を解除してリングギヤ１８の拘束を解除しておき（ステップＲ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＲ３）。
【００３４】
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＲ４）。
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
【００３５】
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＲ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（ステップＲ５）。
次いで、回転数検出センサ４６からの信号に基づいて、リングギヤ１８の回転数を演算し（ステップＲ６）、演算された回転数が所定値以下になることを条件として（ステップＲ７）、駆動回路３０に制御信号を出力し、励磁された拘束手段としてのプランジャ１３によりリングギヤ１８の回転を拘束する（ステップＲ８）。これにより、太陽ギヤ１５と遊星ギヤ１７との伝達比でのマニュアルステアリングとして機能させることができる。
【００３６】
仮に、リングギヤ１８の回転数が大きい段階でいきなり回転を拘束しようとすると、拘束手段としての例えばプランジャ１３に過大な負荷がかかり損傷等のおそれがあるが、本実施の形態では、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に拘束部材としてのプランジャ１３の損傷等のおそれなくマニュアル操舵に移行することができる。
次いで、図１０は図９の実施の形態の制御の変更形態を示すフローチャートである。図１０を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＰ１）。
【００３７】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＰ１でＮＯ）、制御部Ｃが、プランジャ１３を励磁解除しておき（ステップＰ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＰ３）。
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＰ４）。
【００３８】
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＰ１でＹＥＳ）、回転数検出センサ４６からの信号に基づいて、回転を拘束される要素であるリングギヤ１８の回転数を演算し（ステップＰ５）、演算された回転数が所定値を超える場合には（ステップＰ６でＮＯ）、反力アクチュエータ１２を上記の回転数を低減させる方向に駆動し（ステップＰ７）、回転数が所定値以下になること（ステップＰ６でＹＥＳ）を条件として、制御部Ｃが駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（ステップＰ８）。
【００３９】
次いで、駆動回路３０に制御信号を出力し、励磁された拘束手段としてのプラジャ１３によりリングギヤ１８の回転を拘束させる（ステップＰ９）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、太陽ギヤ１５とキャリア１６の伝達比によるマニュアルステアリングとして機能させることができる。
本実施の形態によれば、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に、拘束手段としてのプランジャ１３の損傷等のおそれなく、しかも早期にマニュアル操舵に移行することができる。
【００４０】
なお、図９及び図１０の各実施の形態において、拘束手段として、図１のプランジャ１３に代えて、図５の一対の軸３３，３４や、図７の環状の拘束部材４４を用いることもできる。
次いで、図１１は本発明の別の実施の形態を示している。図１１を参照して、本実施では、リング部材としてのリングギヤ１８が回動不能であり且つ軸方向移動可能である。リングギヤ１８は軸方向移動により、遊星部材としての遊星ギヤ１７に結合して遊星ギヤ１７を拘束する拘束位置と結合を解除する非拘束位置とに変位する。４７はリングギヤ１８を軸方向に駆動するための例えば電磁式のプランジャ等の駆動部である。
【００４１】
本実施の形態では、通常時はリングギヤ１８と遊星ギヤ１７の結合を断っておき、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に回動不能なリングギヤ１８を遊星ギヤ１７に結合させ、太陽ギヤ１５とキャリア１６との伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。この実施の形態では、反力用アクチュエータ２０を太陽ギヤ１５又は遊星ギヤ１７に駆動伝達可能に連結すればよい。
上記各実施の形態において、拘束手段は回転不能に固定されるものであっても良いし、通常は回転数をもって回転していて、操舵用アクチュエータの異常発生時に、瞬時に或いはある時差をもって回転不能となるものであっても良い。
【００４２】
図９及び図１０の実施の形態においては、拘束手段としてのプランジャ１３が回動不能に固定されていたので、リングギヤ１８の回転数を検出する回転数検出センサ４６を用いたが、拘束手段が回転数を持つような場合には、拘束手段とこの拘束手段により拘束される部材との間の回転数差を検出する回転数差検出センサを用いることもできる。
また、上記各実施の形態において、操舵部材２に第１要素としての太陽ギヤ１５が連なり、転舵輪９に第２要素としての遊星ギヤ１７を支持するキャリア１６が連なるようにしたが、これに限らず、操舵部材２に連なる第１要素、及び転舵輪９に連なる第２要素を、太陽ギヤ１５、キャリア１６及びリングギヤ１８の中から何れか２つを選び、残りのギヤを第３要素として、該第３要素に反力用アクチュエータ２０を駆動伝達可能に連結するようにすれば良い。
【００４３】
その他、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、遊星ギヤ機構６に代えて、遊星ローラ機構を用いることが可能である。
なお、本発明においては、操舵用アクチュエータの異常発生時に差動伝達機構の第３要素を回転不能に拘束したが、運転者がマニュアル操舵を希望する場合に、例えば別途に設けられた操作手段による操作により差動伝達機構の第３要素を回転不能に拘束するようにしても良い。このようにすることにより、ＳＢＷを好まない運転者にとっても支障がなくなる。
【００４４】
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】図３の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは本発明の別の実施の形態の拘束手段の動作を示す模式図である。
【図６】図５の拘束手段を支持する機構を示す概略断面図である。
【図７】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の要部の模式的断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の制御部の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】図８の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の要部の模式的断面図である。
【符号の説明】
１ 車両用操舵装置
２ 操舵部材
３ 第１操舵軸
４ 舵取り機構
５ 第２操舵軸
６ 遊星ギヤ機構（差動伝達機構）
７ 転舵軸
７ａ ラックギヤ
９ 転舵輪
Ａ 操舵伝達系
１２ 操舵用アクチュエータ
１３ プランジャ（拘束手段）
１４ ピニオンギヤ
１５ 太陽ギヤ（第１要素）
１６ キャリア（第２要素）
１７ 遊星ギヤ（第２要素）
１８ リングギヤ（第３要素）
１８ａ 内歯
１８ｂ 外歯
１９ 駆動伝達ギヤ
２０ 反力用アクチュエータ
Ｃ 制御部
２４ 操舵角センサ
２５ トルクセンサ
２６ 転舵位置センサ
２７ 車速センサ
２８，２９ 駆動回路
３０ 駆動回路（駆動部）
３１ ベルト
３２ 駆動伝達プーリ
３３，３４ 軸（拘束手段）
３９，４０ プランジャ（駆動部）
４２，４３ セレーション部
４４ 拘束部材（拘束手段）
４５，４７ プランジャ（駆動部）
４６ 回転数検出センサ
Claims (7)
- 操舵部材から転舵輪への操舵伝達系に介在し、操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、
転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、
差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、
上記操舵用アクチュエータの異常発生時に、上記第３要素を回転不能に拘束する拘束手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記拘束手段は、上記第３要素を機械的又は電磁的に拘束可能であることを特徴とする車両用操舵装置。
- 請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記第３要素と反力用アクチュエータとを駆動伝達可能に連結するための無端状のベルトが設けられ、上記拘束手段は上記ベルトの張り側部分及び弛み側部分を互いに近づけることのできる一対の軸を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
- 請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、上記第３要素の外周にセレーション部が形成され、上記拘束手段は、内周に上記第３要素のセレーション部に噛み合うことのできるセレーション部を有し、第３要素に対して軸方向に相対移動可能であって回動不能な環状の拘束部材を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
- 請求項１乃至４の何れか一つにおいて、上記拘束手段を拘束状態に駆動するための駆動部と、上記操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段によって回転を拘束される要素と拘束手段との回転数差が所定値以下になることを条件として駆動部によって拘束手段を拘束状態にする制御部とをさらに備えることを特徴とする車両用操舵装置。
- 請求項５において、上記制御部は、操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段によって回転を拘束される要素と拘束手段との回転数差が所定値以下になるように反力用アクチュエータを駆動することを特徴とする車両用操舵装置。
- 操舵部材から転舵輪への操舵伝達系に介在し、操舵部材及び転舵輪の一方及び他方にそれぞれ連なる太陽部材及び遊星部材、並びにリング部材を含む遊星伝達機構と、
転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、
太陽部材又は遊星部材の何れか一方に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータとを備え、
上記リング部材は、回動不能であり且つ遊星部材に結合して遊星部材を拘束する拘束位置と非拘束位置との間に軸方向に移動可能であることを特徴とする車両用操舵装置。
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