JP2004058896A

JP2004058896A - Steering gear for vehicle

Info

Publication number: JP2004058896A
Application number: JP2002221775A
Authority: JP
Inventors: Shingo Maeda; 前田　真悟; Tomoyasu Kada; 嘉田　友保; Kenji Azuma; 東　賢司; Ryohei Hayama; 葉山　良平; Takeo Iino; 飯野　武夫; Naotake Kanda; 神田　尚武; Masayuki Ueno; 植野　眞之
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering gear for a vehicle of a steer-by-wire system capable of cutting mechanical connection between a steering member and a steering wheel capable of performing favorable steering even in the occurrence of an abnormality in an actuator for steering and/or an actuator for reaction. SOLUTION: This steering gear functions as the steer-by-wire system by making a differential transmission mechanism 6A brought in a torque split state at a normal time. It changes over to manual steering by constraining a ring gear 20 which is one element of the differential transmission mechanism 6A impossible to rotate by a plunger 23 when an abnormality occurs in the actuator 14 for steering and/or the actuator 22 for reaction. At this time, the differential transmission mechanism 6A works as a speed increaser, but it is possible to make a transmission ratio as a whole of a steering transmission system A, for example, 1:1 by interposing a speed reducer 4A in a torque transmission route of the steering transmission system A. COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、例えば操舵用アクチュエータ及び／又は反力用アクチュエータとしての電動モータ等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。
そこで、上記フェール発生時に操舵部材から転舵輪への機械的な結合を達成してマニュアルステアリングとして機能させることが考えられる。
【０００４】
しかしながら、この場合、所要の転舵量を得るために操舵部材を通常量以上に操作しなければならないといった事態が生じるおそれがある。
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・システムにおける操舵用アクチュエータ及び／又は反力用アクチュエータの異常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。
【０００５】
【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機械的な結合を断つことのできる操舵伝達系と、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータとを備え、上記操舵伝達系は、上記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、変速機と、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を含み、差動伝達機構と変速機は操舵伝達系の駆動伝達経路に直列に配置され、差動伝達機構は当該差動伝達機構の入力部材の回転を出力部材に伝達しないトルクスプリット状態と、入力部材の回転を出力部材に伝達する状態とに切り換え可能であることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、例えばフェール発生時に、それまでＳＢＷでトルクスプリット状態にあった差動伝達機構を駆動伝達状態に切り換えてマニュアル操舵を達成する。このとき、差動伝達機構と変速機との組み合わせにて、良好な操舵フィーリングが得られる。
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、さらに、上記第３要素を回転不能に拘束することのできる拘束手段と、上記反力用アクチュエータ及び／又は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ように拘束手段の動作を制御する制御部とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、反力用アクチュエータ及び／又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当該差動伝達機構を増速状態又は減速状態にすることができ、変速機としての減速機又は増速機との組み合わせにて、良好なマニュアル操舵を達成することができる。
請求項３記載の発明は、上記変速機は、差動伝達機構の駆動伝達経路の上流又は下流に設けられ、上記制御部は、反力用アクチュエータ及び／又は操舵用アクチュエータの異常発生時に操舵伝達系の伝達比を略１：１に制御することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、反力用アクチュエータ及び／又は操舵用アクチュエータの異常発生時において、変速機の伝達比を、差動伝達機構による伝達比の例えば逆比に設定することにより、操舵伝達系全体としての伝達比を概ね１：１にでき、運手者にとって違和感のない操舵フィーリングのマニュアル操舵を達成することができる。
請求項４記載の発明は、請求項３において、上記変速機は上記差動伝達機構とは別の差動伝達機構を含み、上記別の差動伝達機構は、駆動伝達経路の上流側部分及び下流側部分にそれぞれ連なる第１及び第２要素と、これら第１及び第２要素を関連付ける第３要素とを含み、
上記別の差動伝達機構の第３要素を回転不能に拘束することのできる、上記拘束手段とは別の拘束手段を設け、
上記制御部は、通常時に上記別の差動伝達機構の２つの要素の相対回転を拘束し、反力用アクチュエータ及び／又は操舵用アクチュエータの異常発生時に上記別の差動伝達機構の第３要素のみを上記別の拘束手段によって回転不能に拘束することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、変速機として設けられる別の差動伝達機構は、通常時は、２つの要素の相対回転を拘束することで、上記別の差動伝達機構全体が一体に回転するので、伝達比に影響を与えない。そして、反力用アクチュエータ及び／又は操舵用アクチュエータの異常発生時に、上記別の差動伝達機構の第３要素を回転不能に拘束することで、操舵伝達系の全体の伝達比を概ね１：１にする。
【００１０】
【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と変速機としての減速機４Ａを介して連結される第２操舵軸５と、この第２操舵軸５と差動伝達機構６Ａを介して連結される第３操舵軸７と、この第３操舵軸７に連結されるラックアンドピニオン機構等の舵取り機構８とを備える。
【００１１】
減速機４Ａは第１操舵軸３の回転を減速して第２操舵軸５に伝達する。すなわち第１及び第２操舵軸３，５がそれぞれ減速機４Ａの入力軸（入力部材）及び出力軸（出力部材）となっている。差動伝達機構６Ａは、第２操舵軸５と第３操舵軸７との差動回転を許容するための機構であり、例えば遊星ギヤ機構等の遊星伝達機構からなる。第２及び第３操舵軸５，７がそれぞれ差動伝達機構６Ａの入力軸（入力部材）及び出力軸（出力部材）となっている。
【００１２】
図１では操舵部材２から転舵輪９への操舵伝達系Ａの駆動伝達経路において、減速機４Ａが差動伝達機構６Ａの上流に配置されているが、これに限らず、下流に配置されても良い。何れにしても減速機４Ａと差動伝達機構６Ａが駆動伝達経路に直列に配置されていれば良い。減速機４Ａは例えば平歯車を組み合わせて構成されても良いし、遊星ギヤ機構その他の差動伝達機構により構成されても良い。
【００１３】
舵取り機構８は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸１０と、この転舵軸１０の両端にタイロッド１１を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１２とを備える。転舵軸１０はハウジング１３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１４が同軸的に組み込まれている。操舵用アクチュエータ１４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１０の摺動に変換され、この転舵軸１０の摺動により転舵輪９の転舵が達成される。
【００１４】
転舵軸１０の一部には、ラック１５が形成されており、このラック１５には、第３操舵軸７の端部に設けられて第３操舵軸７と一体回転するピニオン１６が噛み合わされている。操舵用アクチュエータ１４及び／又は後述する反力用アクチュエータ２２の異常発生時に、操舵部材２の操作に応じて第３操舵軸７が回転駆動されると、この第３操舵軸７の回転がピニオン１６及びラック１５により、転舵軸１０の摺動に変換され、転舵輪９の転舵が達成される。
【００１５】
差動伝達機構６Ａは、第２操舵軸５に一体回転するキャリア１７と、このキャリア１７によって回転自在に保持される第１要素（遊星部材）としての複数の遊星ギヤ１８と、各遊星ギヤ１８に噛み合い且つ第３操舵軸７に一体回転する第２要素（太陽部材）としての太陽ギヤ１９と、各遊星ギヤ１８に噛み合う内歯２０ａを内周に持つ第３要素（リング部材）としてのリングギヤ２０とを含む。
リングギヤ２０は外周に外歯２０ｂ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２０ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ２１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２２に駆動連結されている。この反力用アクチュエータ２２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。
【００１６】
２３は反力用アクチュエータ２２及び／又は操舵用アクチュエータ１４の異常発生時にリングギヤ２０を回転不能に拘束するための拘束手段としてのプランジャである。プランジャ２３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２３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もできる。ただし、本実施の形態では、電磁式のプランジャ２３を用いる場合に則して説明する。
【００１７】
電磁式のプランジャ２３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２３ａと、固定部２３ａから伸縮してリングギヤ２０の外周面に押圧可能な可動部２３ｂとを備える。固定部２３ａはステアリングコラムや車体等の固定部材に取り付けられている。プランジャ２３は単一でも良いし、リングギヤ２０と同心の円周上に並べて複数設けられても良い。プランジャ２３の可動部２３ｂは通常時は図１に示すように縮小され、リングギヤ２０から離反している。
【００１８】
操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２に異常が発生していない通常時は、差動伝達機構６Ａがトルクスプリット状態にあり、第２操舵軸５の回転を第３操舵軸７に伝達しないようにしている。すなわち、通常時は、車両用操舵装置１が、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・システムとして機能する。
一方、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２に異常が発生したときに、プランジャ２３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２３ｂを伸長させてリングギヤ２０に押圧し、リングギヤ２０の回転を拘束する。その結果、第２操舵軸５の回転が、キャリア１７と太陽ギヤ１９のギヤ比で増速されて第３操舵軸７に伝達される。
【００１９】
すなわち、差動伝達機構６Ａが変速機として機能するので、操舵部材２の回転が、減速機４Ａ、増速状態の差動伝達機構６Ａを介してピニオン１６に伝達され、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。このとき、減速機４Ａの減速比を差動伝達機構６Ａの変速比に応じて予め設定しておくことにより、操舵伝達系Ａの伝達比、すなわち操舵部材２の操作量に対する転舵輪９の転舵量の比を、１：１ないしはこれに近づけた伝達比でのマニュアル操舵を実現することができる。
【００２０】
操舵用アクチュエータ１４、反力用アクチュエータ２２及びプランジャ２３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。
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。
【００２１】
また、転舵軸１０には転舵軸１０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。
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１４、反力用アクチュエータ２２及びプランジャ２３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。
【００２２】
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１４及び／又は反力用アクチュエータ２２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）。
操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２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２３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２２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）。
【００２３】
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１４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１４を駆動制御する（ステップＳ４）。
これにより、操舵用アクチュエータ１４から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸１０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。
【００２４】
こうして、操舵用アクチュエータ１４を駆動制御している間に、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２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２２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２３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８との間で、減速機４Ａ及び増速機として働く差動伝達機構６Ａ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。なお、減速機４Ａの減速比を差動伝達機構６Ａの変速比に応じ設定することで伝達比を１：１に近似させることができる。
【００２５】
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２２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１４及び／又は反力用アクチュエータ２２の異常発生時には、差動伝達機構６Ａ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４Ａとを差動伝達機構６Ａ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。
【００２６】
特に、本実施の形態では、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２のフェール発生時にマニュアル操舵に切り換えると、差動伝達機構６Ａが増速機として機能するが、操舵伝達系Ａの駆動伝達経路に予め上述した如く差動伝達機構６Ａの変速比に応じて設定された減速比の減速機４Ａを介在させておくことで、操舵伝達系Ａの全体としての伝達比を１：１ないしはこれに近い伝達比にすることができる。その結果、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２のフェール発生時にも良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００２７】
また、マニュアル操舵時において、リングギヤ２０の回転を拘束した場合に、キャリア１７及び太陽ギヤ１９が同方向に回転するので、操舵部材２の操舵方向と転舵輪９の転舵方向の対応関係は維持される。したがって、操舵伝達系Ａに、回転方向を変換するための機構を設ける必要もない。
次いで、図３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下記である。
【００２８】
すなわち、図１の実施の形態の差動伝達機構６Ａでは、キャリア１７を第２操舵軸５に一体回転可能に連結すると共に、太陽ギヤ１９を第３操舵軸７に一体回転可能に連結していたが、本実施の形態の差動伝達機構６Ｂでは、太陽ギヤ１９を第２操舵軸５に一体回転可能に連結すると共に、キャリア１７を第３操舵軸７に連結する。
また、図１の実施の形態では、第１操舵軸３と第２操舵軸５との間に減速機４Ａを介在させていたが、本実施の形態では、第１操舵軸３と第２操舵軸５との間に増速機４Ｂを介在させている。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。
【００２９】
本実施の形態では、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２のフェール発生時にリングギヤ２０を回転不能に拘束すると、差動伝達機構６Ｂが減速機として働くが、操舵伝達系Ａの駆動伝達経路に予め増速機４Ｂを配置して、増速機４Ｂの増速比を減速状態の差動伝達機構６Ｂに応じて予め設定しておくことで、マニュアル操舵時の操舵伝達系Ａの全体としての伝達比を１：１ないしはこれに近い伝達比とすることができ、フェール発生時にも良好な操舵を達成することができる。
【００３０】
図１の差動伝達機構６Ａや図３の差動伝達機構６Ｂでは、キャリア１７及び太陽ギヤ１９の何れか一方を入力側とし他方を出力側にレイアウトし、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２のフェール時にリングギヤ２０を拘束したが、これに限らない。
例えば図４（Ａ）に示すように、キャリア１７を減速機４Ａに連なる第２操舵軸５に一体回転可能に連結する共に、リングギヤ２０を第３操舵軸７に一体回転可能に連結する差動伝達機構６Ｃを採用し、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２のフェール発生時にプランジャ２３によって太陽ギヤ１９の回転を拘束して差動伝達機構６Ｃを増速機として機能させるようにしても良い。
【００３１】
また、図４（Ｂ）に示すように、リングギヤ２０を増速機４Ｂに連なる第２操舵軸５に一体回転可能に連結する共に、キャリア１７を第３操舵軸７に一体回転可能に連結する差動伝達機構６Ｄを採用し、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２のフェール発生時にプランジャ２３によって太陽ギヤ１９の回転を拘束して差動伝達機構６Ｄを減速機として機能させるようにしても良い。
【００３２】
なお、図４（Ａ），図４（Ｂ）においては示していないが、反力用アクチュエータ２２は太陽ギヤ１９に駆動伝達可能に連結されることになる。
次いで、図５〜図７は本発明のさらに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５を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と異なるのは下記である。
まず、変速機を構成する減速機として、第２の差動伝達機構４Ｃを用いている。本実施の形態においては、図１の実施の形態と同様の構成の差動伝達機構６Ａについては、第１の差動伝達機構６Ａと呼ぶことにする。なお、上記の第１及び第２の差動伝達機構６Ａ，４Ｃを互いに共通化し、変速比が逆比となるように連結することにより、簡単に操舵伝達系Ａ全体の伝達比を１：１とすることもできる。
【００３３】
第２の差動伝達機構４Ｃ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３１と、出力側となる第２操舵軸５に一体回転するキャリア３２により回転自在に保持されて太陽ギヤ３１と噛み合う第２要素（遊星部材）としての複数の遊星ギヤ３３と、各遊星ギヤ３３に噛み合う内歯３４ａを内周に持つ第３要素（リング部材）としてのリングギヤ３４とを含む。
【００３４】
第１操舵軸３は、操舵部材２に一体回転可能に連結されるアッパ軸３ａと、第２の差動伝達機構４Ｃの入力軸となるロワ軸３ｂとに分割され、これらアッパ軸３ａとロワ軸３ｂとが、例えばスプライン等を有する継手３５を介して一体回転可能で且つ軸方向に相対移動可能に連結される。具体的にはアッパ軸３ａは軸方向移動を規制され、ロワ軸３ｂが軸方向に移動可能としてある。
ロワ軸３ｂにはラック３６が設けられ、このラック３６にピニオン３７を噛み合わされてる。ピニオン３７は駆動用のモータ３８により回転駆動され、このピニオン３７の回転がラック３６及びロワ軸３ｂの軸方向移動に変換される。
【００３５】
図６を参照して、ロワ軸３ｂには太陽ギヤ３１に隣接するテーパ部３ｃが相対回転拘束手段として設けられている。テーパ部３ｃは操舵部材２側にいくにしたがって、その径が次第に大きくなっている。また、各遊星ギヤ３３の端部には上記テーパ部３ｃと逆向きに傾斜するテーパ部３３ａが形成されている。
例えばロワ軸３ｂが下降すると、ロワ軸３ｂのテーパ部３ｃが遊星ギヤ３３のテーパ部３３ａに摩擦係合することで、遊星ギヤ３３と太陽ギヤ３１（及び第１操舵軸３のロワ軸３ｂ）との相対回転が互いに拘束される。すなわち、差動状態にない第２の差動伝達機構４Ｃを介してロワ軸３ｂと第２操舵軸５が一体に回転することになる。
【００３６】
再び図５を参照して、３９は後述する所要時にリングギヤ３４を回転不能に拘束するための拘束手段としてのプランジャである。プランジャ３９は、前記プランジャ２３と同様の構成の電磁式のプランジャであり、ステアリングコラム等の固定部材に固定される固定部３９ａと、固定部３９ａから伸縮してリングギヤ３４の外周面に押圧可能な可動部３９ｂを有している。
制御部Ｃは、電磁式のプランジャ３９及び上記のモータ３８をそれぞれ駆動するための駆動部としての駆動回路４０，４１に制御信号を出力する。
【００３７】
操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２に異常が発生していない通常時は、プランジャ３９の可動部３９ｂが図５に示すように縮小されて、リングギヤ３４から離反しており、しかも、ロワ軸３ｂが下降状態にあって遊星ギヤ３３と太陽ギヤ３１の相対回転が規制されているので、差動伝達機構４Ｃ全体が一体に回転する結果、第１操舵軸３及び第２操舵軸５が一体回転している。また、通常時は、第１の差動伝達機構６Ａは第２操舵軸５の回転を第３操舵軸７に伝えないトルクスプリット状態にある。このため、車両用操舵装置１が、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・システムとして機能する。
【００３８】
また、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２に異常が発生したときには、プランジャ２３によって第１の差動伝達機構６Ａのリングギヤ２０の回転を拘束することで、第１の差動伝達機構６Ａが増速機として機能させる一方、プランジャ３９によって第２の差動伝達機構４Ｃのリングギヤ３４の回転を拘束することで、第２の差動伝達機構４Ｃを減速機として機能させる。なお、このとき、第１の差動伝達機構６Ａと第２の差動伝達機構４Ｃを共通の部材を用いて構成していると、操舵部材２の回転が、減速機として機能する第２の差動伝達機構４Ｃ、増速状態の第１の差動伝達機構６Ａを介してピニオン１６に伝達され、本車両用操舵装置１を伝達比１：１のマニュアルステアリング状態にすることができる。
【００３９】
図７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７を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２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１４及び／又は反力用アクチュエータ２２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、各電磁式のプランジャ２３，３９の励磁を解除しておく（ステップＴ２）。また、第１操舵軸３のロワ軸３ｂを下降させて、第２の差動伝達機構４Ｃの２つの要素の相対回転をロックすることで、第１操舵軸３と第２操舵軸５を直結しておく（ステップＴ３）。また、反力用アクチュエータ２２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Ｔ４）。
【００４０】
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１４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１４を駆動制御する（ステップＴ５）。
これにより、操舵用アクチュエータ１４から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸１０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。
【００４１】
こうして、操舵用アクチュエータ１４を駆動制御している間に、操舵用アクチュエータ１４及び／又は反力用アクチュエータ２２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２２をオフする（空回り可能な状態とする。ステップＴ６）。さらに、第１操舵軸３ｂのロワ軸３ｂを上昇させると共に、駆動回路３０，４０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各プランジャ２３，３９を励磁する（ステップＴ７，Ｔ８）。
【００４２】
これにより、操舵部材２と舵取り機構８との間で、第１及び第２の差動伝達機構４Ｃ，６Ａ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。しかも、第１及び第２の差動伝達機構６Ａ，４Ｃを共通の部材を用いて構成し、且つそれぞれ増速機及び減速機として機能させることで、操舵伝達系Ａ全体としての伝達比を１：１にすることができる。
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２２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１４及び／又は反力用アクチュエータ２２の故障発生時には、各差動伝達機構６Ａ，４Ｃ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８とを各差動伝達機構６Ａ，４Ｃを介して機械的に結合させ、伝達比を１：１にして、マニュアル操舵による良好な操舵を達成できる。
【００４３】
また、マニュアル操舵時において、各差動伝達機構６Ａ，４Ｃのリングギヤ２０，３４の回転を拘束した場合に、キャリア１７，３２及び太陽ギヤ１９，３１が同方向に回転するので、操舵部材２の操舵方向と転舵輪９の転舵方向の対応関係は維持される。したがって、操舵伝達系Ａに、回転方向を変換するための機構を設ける必要もない。
特に、本実施の形態では、第１及び第２の差動伝達機構６Ａ、４Ｃをして部品の共通化により、製造コストを安くすることができる。
【００４４】
なお、第１の差動伝達機構６Ａ及び第２の差動伝達機構４Ｃは部品の共通化を図ることなく伝達比を１：１にすることも可能であり、又、１：１に近づける等種々に設定することも可能である。
なお、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、図３，図４Ａ，図４Ｂの実施の形態において、増速機や減速機として差動伝達機構を用い、図５〜図７の実施の形態と同様にして、フェール発生時のマニュアル操舵の伝達比を１：１又はこれに近づけるようにしても良い。
【００４５】
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、差動伝達機構６Ａ〜６Ｃ，４Ｃとして用いた遊星ギヤ機構に代えて、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マニュアル操舵に移行したが、これに限らず、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、マニュアル操舵に移行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。
【００４６】
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４（Ａ）及び図４（Ｂ）はそれぞれ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５】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６】図５の実施の形態において減速機としての第２の差動伝達機構を示す模式的断面図である。
【図７】図５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。
【符号の説明】
１　　車両用操舵装置
２　　操舵部材
３　　第１操舵軸
４Ａ　減速機（変速機）
４Ｂ　増速機（変速機）
４Ｃ　第２の差動伝達機構（減速機、変速機）
５　　第２操舵軸
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ　（第１の）差動伝達機構
７　　第３操舵軸
８　　舵取り機構
９　　転舵輪
１０　転舵軸
Ａ　　操舵伝達系
１５　ラック
１６　ピニオン
１７　キャリア
１８　遊星ギヤ（遊星部材）
１９　太陽ギヤ（太陽部材）
２０　リングギヤ（リング部材）
２２　反力用アクチュエータ
２３　プランジャ（拘束手段）
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
２８，２９，３０　駆動回路
３１　太陽ギヤ
３２　キャリア
３３　遊星ギヤ
３４　リングギヤ
３６　ラック
３７　ピニオン
３８　モータ
３９　プランジャ（拘束手段）
４０，４１　駆動回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering device that steers steered wheels based on an operation of a steering member.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a so-called steer-by-wire system (also referred to simply as SBW), in which a mechanical connection between a steering member such as a steering wheel and a steered wheel is released and a part of a steering transmission system is constituted by an electric path. ) Is provided.
For example, in the device disclosed in JP-A-1-233170, a steering position of a steering wheel is detected by an encoder provided on a steering shaft, and a traveling direction of a vehicle is detected by a yaw rate gyro. Then, the steered wheels are steered so that the deviation between the travel change instruction value based on the detected steering position and the actual travel direction change amount based on the yaw rate gyro detection result becomes zero.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this type of steer-by-wire system, it is important to take fail-safe measures against, for example, disconnection of an electric motor or the like as a steering actuator and / or a reaction force actuator.
Therefore, it is conceivable to achieve mechanical coupling from the steering member to the steered wheels at the time of the occurrence of the failure to function as a manual steering.
[0004]
However, in this case, a situation may occur in which the steering member must be operated to a normal amount or more in order to obtain a required steering amount.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has been made in consideration of the above-described problems, and provides a vehicle steering system capable of achieving good steering even when an abnormality occurs in a steering actuator and / or a reaction force actuator in a so-called steer-by-wire system. It is intended to provide a device.
[0005]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
To achieve the above objectives,
The invention according to claim 1 includes a steering transmission system capable of disconnecting mechanical coupling from the steering member to the steered wheels, and a steering actuator for steering the steered wheels, wherein the steering transmission system includes: A differential transmission mechanism including a first element connected to the steering member, a second element connected to the steered wheels, and a third element that associates the first and second elements; a transmission; and a third element of the differential transmission mechanism A differential transmission mechanism and a transmission are arranged in series in a drive transmission path of the steering transmission system, and the differential transmission mechanism is provided with a reaction force actuator for applying a steering reaction force to the steering member. Is characterized in that it can be switched between a torque split state in which the rotation of the input member of the differential transmission mechanism is not transmitted to the output member, and a state in which the rotation of the input member is transmitted to the output member.
[0006]
In the present invention, for example, when a failure occurs, the differential transmission mechanism that has been in the torque split state by the SBW is switched to the drive transmission state to achieve manual steering. At this time, a good steering feeling can be obtained by the combination of the differential transmission mechanism and the transmission.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the differential transmission mechanism further includes a restraining means capable of restraining the third element so as not to rotate, and the reaction force actuator and / or the steering actuator. And a control unit for controlling the operation of the restraining means so as to restrain the third element from rotating when the abnormality occurs.
[0007]
In the present invention, when an abnormality occurs in the reaction force actuator and / or the steering actuator, the third element of the differential transmission mechanism is restrained from rotating so that the transmission ratio of the remaining two elements of the differential transmission mechanism can be reduced. Thus, the differential transmission mechanism can be set in a speed-up state or a deceleration state, and good manual steering can be achieved in combination with a speed reducer or a speed increaser as a transmission.
According to a third aspect of the present invention, the transmission is provided upstream or downstream of a drive transmission path of a differential transmission mechanism, and the control unit transmits the steering transmission when an abnormality occurs in the reaction force actuator and / or the steering actuator. The transmission ratio of the system is controlled to approximately 1: 1.
[0008]
According to the present invention, when an abnormality occurs in the reaction force actuator and / or the steering actuator, the transmission ratio of the transmission is set to, for example, an inverse ratio of the transmission ratio of the differential transmission mechanism, thereby providing an overall steering transmission system. The transmission ratio can be made approximately 1: 1 and manual steering with a steering feeling that is comfortable for the operator can be achieved.
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the transmission includes a differential transmission mechanism different from the differential transmission mechanism, wherein the another differential transmission mechanism includes an upstream portion of a drive transmission path and A first element and a second element respectively connected to the downstream portion, and a third element that associates the first and second elements;
A restraint means different from the restraint means, which can restrain the third element of the another differential transmission mechanism from rotating, is provided.
The control unit normally restricts the relative rotation of the two elements of the another differential transmission mechanism, and when the abnormality of the reaction force actuator and / or the steering actuator occurs, the third element of the another differential transmission mechanism. Only the other member is non-rotatably constrained by the other constraining means.
[0009]
According to the present invention, another differential transmission mechanism provided as a transmission normally restricts relative rotation of two elements, so that the whole of the other differential transmission mechanism rotates integrally. Does not affect When an abnormality occurs in the reaction force actuator and / or the steering actuator, the third element of the another differential transmission mechanism is restrained from rotating so that the transmission ratio of the entire steering transmission system is approximately 1: 1. To
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a vehicle steering system 1 includes a first steering shaft 3 that is integrally rotatably connected to a steering member 2 such as a steering wheel, and a deceleration as a transmission with the first steering shaft 3. Second steering shaft 5 connected via the engine 4A, a third steering shaft 7 connected to the second steering shaft 5 via a differential transmission mechanism 6A, and connected to the third steering shaft 7 A steering mechanism 8 such as a rack and pinion mechanism.
[0011]
The reduction gear 4 A reduces the rotation of the first steering shaft 3 and transmits the rotation to the second steering shaft 5. That is, the first and second steering shafts 3 and 5 serve as an input shaft (input member) and an output shaft (output member) of the speed reducer 4A, respectively. The differential transmission mechanism 6A is a mechanism for allowing a differential rotation between the second steering shaft 5 and the third steering shaft 7, and is composed of, for example, a planetary transmission mechanism such as a planetary gear mechanism. The second and third steering shafts 5, 7 serve as an input shaft (input member) and an output shaft (output member) of the differential transmission mechanism 6A, respectively.
[0012]
In FIG. 1, in the drive transmission path of the steering transmission system A from the steering member 2 to the steered wheels 9, the speed reducer 4A is disposed upstream of the differential transmission mechanism 6A, but is not limited thereto and may be disposed downstream. Is also good. In any case, it is only necessary that the reduction gear 4A and the differential transmission mechanism 6A are arranged in series in the drive transmission path. The reduction gear 4A may be configured by combining spur gears, for example, or may be configured by a planetary gear mechanism or another differential transmission mechanism.
[0013]
The steering mechanism 8 includes a steered shaft 10 that extends in the left-right direction of the vehicle, and a knuckle arm 12 that is coupled to both ends of the steered shaft 10 via tie rods 11 and supports steered wheels 9. The steering shaft 10 is supported by a housing 13 so as to be slidable in the axial direction, and a steering actuator 14 composed of an electric motor is coaxially incorporated in the middle thereof. The drive rotation of the steering actuator 14 is converted into sliding of the steered shaft 10 by a motion conversion mechanism such as a ball screw mechanism, and the steered shaft 9 is steered by the sliding of the steered shaft 10.
[0014]
A rack 15 is formed on a part of the steering shaft 10, and a pinion 16 provided at an end of the third steering shaft 7 and integrally rotating with the third steering shaft 7 meshes with the rack 15. ing. When the third steering shaft 7 is rotationally driven in response to the operation of the steering member 2 when an abnormality occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 described later, the rotation of the third steering shaft 7 is changed to the pinion 16. The rack 15 converts the sliding of the steered shaft 10 to steer the steered wheels 9.
[0015]
The differential transmission mechanism 6A includes a carrier 17 that rotates integrally with the second steering shaft 5, a plurality of planet gears 18 as first elements (planet members) rotatably held by the carrier 17, and each planet gear 18 A sun gear 19 as a second element (sun member) that meshes with and rotates integrally with the third steering shaft 7, and a ring gear as a third element (ring member) having inner teeth 20a meshing with each planetary gear 18 on its inner periphery. 20.
The ring gear 20 forms, for example, a worm wheel by forming external teeth 20b on the outer periphery. The external teeth 20b are drivingly connected to a reaction force actuator 22 for applying an operation reaction force to the steering member 2 via a drive transmission gear 21 made of, for example, a worm. The reaction force actuator 22 is made of, for example, an electric motor, and its casing is fixed to a proper position on the vehicle body.
[0016]
Reference numeral 23 denotes a plunger as a restraining means for restraining the ring gear 20 from rotating when an abnormality occurs in the reaction force actuator 22 and / or the steering actuator 14. As the plunger 23, a solenoid or other electromagnetic plunger or a hydraulic plunger can be used. Further, instead of the plunger 23, a powder brake, a hysteresis brake, and other known electromagnetic brakes can be used. However, in the present embodiment, description will be made on the assumption that the electromagnetic plunger 23 is used.
[0017]
The electromagnetic plunger 23 includes, for example, a fixed portion 23a fixed to a fixed member such as a steering column, and a movable portion 23b that can expand and contract from the fixed portion 23a and press against the outer peripheral surface of the ring gear 20. The fixing portion 23a is attached to a fixing member such as a steering column or a vehicle body. A single plunger 23 may be provided, or a plurality of plungers 23 may be provided side by side on a circle concentric with the ring gear 20. The movable portion 23 b of the plunger 23 is normally reduced as shown in FIG. 1 and is separated from the ring gear 20.
[0018]
Normally, when no abnormality occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22, the differential transmission mechanism 6A is in a torque split state, and the rotation of the second steering shaft 5 is transmitted to the third steering shaft 7. I try not to. That is, in normal times, the vehicle steering system 1 functions as a steer-by-wire system in which the mechanical connection is cut off in the middle of the steering transmission system A.
On the other hand, when an abnormality occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22, the plunger 23 extends the movable portion 23 b and presses the ring gear 20 by, for example, excitation of a built-in solenoid. The rotation of the ring gear 20 is restricted. As a result, the rotation of the second steering shaft 5 is increased by the gear ratio of the carrier 17 and the sun gear 19 and transmitted to the third steering shaft 7.
[0019]
That is, since the differential transmission mechanism 6A functions as a transmission, the rotation of the steering member 2 is transmitted to the pinion 16 via the speed reducer 4A and the differential transmission mechanism 6A in a speed-up state, and the vehicle steering system 1 Can be set to a manual steering state. At this time, by setting the reduction ratio of the speed reducer 4A in advance in accordance with the speed ratio of the differential transmission mechanism 6A, the transmission ratio of the steering transmission system A, that is, the rotation of the steered wheels 9 with respect to the operation amount of the steering member 2 is controlled. Manual steering can be realized with a transmission ratio of 1: 1 or closer to this ratio.
[0020]
The steering actuator 14, the reaction force actuator 22, and the plunger 23 are controlled by a control unit C including a microprocessor and the like.
The first steering shaft 3 includes a steering angle sensor 24 as a steering position sensor for detecting a steering angle (steering position) of the steering member 2 and a torque sensor 25 for detecting a steering torque input from the steering member 2. Is provided. Detection signals from the steering angle sensor 24 and the torque sensor 25 are input to the control unit C.
[0021]
Further, the steered shaft 10 is provided with a steered position sensor 26 for detecting a steered position in relation to the axial position of the steered shaft 10, and also controls a detection signal from the steered position sensor 26. The data is input to the unit C. Further, a detection signal from a vehicle speed sensor 27 for detecting a vehicle speed is input to the control unit C.
The control unit C sends control signals to drive circuits 28, 29, and 30 as drive units for driving the steering actuator 14, the reaction force actuator 22, and the plunger 23 based on the input signals from the sensors. Is output.
[0022]
FIG. 2 is a flowchart for explaining a steering control process performed by the control unit C. Referring to FIG. 2, the control unit C monitors whether the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 are operating normally (step S1).
If no abnormality has occurred in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 (NO in step S1), the control unit C releases the excitation of the electromagnetic plunger 23 (step S2). Then, the reaction force actuator 22 generates a torque for giving the steering member 2 an operation reaction force corresponding to, for example, a road surface reaction force (step S3).
[0023]
In addition, for example, a ratio (transmission ratio, gear ratio) between the amount of rotation of the steering member 2 and the amount of steering of the steered wheels 9 is set according to the traveling state of the vehicle [VGR (Variable Gear Ratio) function], and this setting is performed. A voltage command value of the steering actuator 14 is set based on the transmission ratio and the operation amount of the steering member 2, and a control signal corresponding to the voltage command value is given to the drive circuit 28 to drive the steering actuator 14. Control is performed (step S4).
As a result, a torque for sliding the turning shaft 10 in a direction corresponding to the operation direction of the steering member 2 is output from the steering actuator 14, and the torque is good according to the running condition of the vehicle and the operation mode of the steering member 2. Steering is achieved. Note that it is not always necessary to set the VGR function.
[0024]
When an abnormality occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 during the drive control of the steering actuator 14 (YES in step S1), the control unit C sends a control signal to the drive circuit 29. To turn off the reaction force actuator 22 (to make it idle) and output a control signal to the drive circuit 30 to excite the electromagnetic plunger 23 that has been deactivated (step S5). , S6). Thereby, mechanical coupling is achieved between the steering member 2 and the steering mechanism 8 via the differential transmission mechanism 6A functioning as the speed reducer 4A and the speed increasing gear, and it is possible to function as a manual steering. The transmission ratio can be approximated to 1: 1 by setting the reduction ratio of the reduction gear 4A according to the speed ratio of the differential transmission mechanism 6A.
[0025]
As described above, in the present embodiment, normally, the steering member 2 is made to function as a steer-by-wire system, an appropriate steering reaction force is applied to the steering member 2 by the reaction force actuator 22, and the VGR function is provided if necessary. Let it work. When an abnormality occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22, a differential transmission between the steering member 2 and the steering mechanism 4A is performed using a simple structure that restricts rotation of one element of the differential transmission mechanism 6A. Mechanical coupling via the mechanism 6A can achieve good steering by manual steering.
[0026]
Particularly, in the present embodiment, when the steering is switched to manual steering when the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 fails, the differential transmission mechanism 6A functions as a gearbox. As described above, the transmission ratio of the entire steering transmission system A is reduced to 1: 1 or more by interposing the speed reducer 4A having a reduction ratio set in advance according to the speed ratio of the differential transmission mechanism 6A in the transmission path. A transmission ratio close to this can be achieved. As a result, a good steering feeling can be achieved even when the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 fail.
[0027]
In addition, during manual steering, when the rotation of the ring gear 20 is restricted, the carrier 17 and the sun gear 19 rotate in the same direction, so that the correspondence between the steering direction of the steering member 2 and the steering direction of the steered wheels 9 is maintained. Is done. Therefore, it is not necessary to provide a mechanism for changing the rotation direction in the steering transmission system A.
Next, FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, this embodiment is mainly different from the embodiment of FIG. 1 in the following.
[0028]
That is, in the differential transmission mechanism 6A of the embodiment of FIG. 1, the carrier 17 is connected to the second steering shaft 5 so as to be integrally rotatable, and the sun gear 19 is connected to the third steering shaft 7 so as to be integrally rotatable. However, in the differential transmission mechanism 6B of the present embodiment, the sun gear 19 is connected to the second steering shaft 5 so as to be integrally rotatable, and the carrier 17 is connected to the third steering shaft 7.
Further, in the embodiment of FIG. 1, the speed reducer 4A is interposed between the first steering shaft 3 and the second steering shaft 5, but in the present embodiment, the first steering shaft 3 and the second steering shaft 5 are interposed. The gearbox 4B is interposed between the shaft 5 and the shaft 5. Other configurations are the same as those in the embodiment of FIG. 1, and therefore, the same reference numerals are given to the drawings, and the description thereof will be omitted.
[0029]
In the present embodiment, if the ring gear 20 is restrained from rotating when the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 fails, the differential transmission mechanism 6B functions as a speed reducer, but the drive transmission of the steering transmission system A is performed. By disposing the gearbox 4B in the path in advance and setting the gear ratio of the gearbox 4B in advance according to the differential transmission mechanism 6B in the decelerated state, the entire steering transmission system A during manual steering is provided. The transmission ratio can be set to 1: 1 or a transmission ratio close to this, and good steering can be achieved even when a failure occurs.
[0030]
In the differential transmission mechanism 6A of FIG. 1 and the differential transmission mechanism 6B of FIG. 3, one of the carrier 17 and the sun gear 19 is laid out on the input side and the other is laid out on the output side, and the steering actuator 14 and / or the reaction force The ring gear 20 is restrained when the actuator 22 fails, but the invention is not limited to this.
For example, as shown in FIG. 4A, a differential that connects the carrier 17 to the second steering shaft 5 connected to the speed reducer 4A so as to be integrally rotatable and connects the ring gear 20 to the third steering shaft 7 so as to be integrally rotatable. The transmission mechanism 6C is adopted, and when the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 fails, the rotation of the sun gear 19 is restricted by the plunger 23 so that the differential transmission mechanism 6C functions as a gearbox. Is also good.
[0031]
Further, as shown in FIG. 4B, the ring gear 20 is connected to the second steering shaft 5 connected to the gearbox 4B so as to be integrally rotatable, and the carrier 17 is connected to the third steering shaft 7 so as to be integrally rotatable. The differential transmission mechanism 6D is employed, and when the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 fails, the rotation of the sun gear 19 is restricted by the plunger 23 so that the differential transmission mechanism 6D functions as a speed reducer. May be.
[0032]
Although not shown in FIGS. 4A and 4B, the reaction force actuator 22 is connected to the sun gear 19 so as to be able to transmit drive.
Next, FIGS. 5 to 7 are schematic views showing a schematic configuration of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the present embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in the following.
First, a second differential transmission mechanism 4C is used as a speed reducer constituting a transmission. In the present embodiment, the differential transmission mechanism 6A having the same configuration as that of the embodiment of FIG. 1 is referred to as a first differential transmission mechanism 6A. Note that the first and second differential transmission mechanisms 6A and 4C are commonly used and connected so that the gear ratios are reversed, so that the transmission ratio of the entire steering transmission system A can be easily reduced to 1: 1. It can also be.
[0033]
The second differential transmission mechanism 4C includes a sun gear 31 as an input-side first element (sun member) connected to an end of the first steering shaft 3 so as to be integrally rotatable, and a second gear as an output side. A plurality of planet gears 33 as second elements (planet members) rotatably held by the carrier 32 integrally rotating with the steering shaft 5 and meshing with the sun gear 31, and internal teeth 34a meshing with each planet gear 33 are provided on the inner periphery. And a ring gear 34 as a third element (ring member).
[0034]
The first steering shaft 3 is divided into an upper shaft 3a connected to the steering member 2 so as to be integrally rotatable, and a lower shaft 3b serving as an input shaft of the second differential transmission mechanism 4C. The shaft 3b is connected to the shaft 3b via a joint 35 having, for example, a spline so as to be integrally rotatable and relatively movable in the axial direction. Specifically, the upper shaft 3a is restricted from moving in the axial direction, and the lower shaft 3b is movable in the axial direction.
A rack 36 is provided on the lower shaft 3b, and a pinion 37 is meshed with the rack 36. The pinion 37 is rotationally driven by a driving motor 38, and the rotation of the pinion 37 is converted into axial movement of the rack 36 and the lower shaft 3b.
[0035]
Referring to FIG. 6, a tapered portion 3c adjacent to sun gear 31 is provided on lower shaft 3b as relative rotation restricting means. The diameter of the tapered portion 3c gradually increases toward the steering member 2 side. Further, a tapered portion 33a that is inclined in the opposite direction to the tapered portion 3c is formed at an end of each planetary gear 33.
For example, when the lower shaft 3b descends, the tapered portion 3c of the lower shaft 3b frictionally engages with the tapered portion 33a of the planetary gear 33, so that the planetary gear 33 and the sun gear 31 (and the lower shaft 3b of the first steering shaft 3). Relative rotation with each other is restricted. That is, the lower shaft 3b and the second steering shaft 5 rotate integrally via the second differential transmission mechanism 4C that is not in a differential state.
[0036]
Referring again to FIG. 5, reference numeral 39 denotes a plunger as a restraining means for restraining the ring gear 34 from rotating when necessary, which will be described later. The plunger 39 is an electromagnetic plunger having a configuration similar to that of the plunger 23, and includes a fixed portion 39 a fixed to a fixed member such as a steering column, and can be expanded and contracted from the fixed portion 39 a and pressed against the outer peripheral surface of the ring gear 34. It has a movable part 39b.
The control unit C outputs a control signal to drive circuits 40 and 41 as drive units for driving the electromagnetic plunger 39 and the motor 38, respectively.
[0037]
In a normal state in which no abnormality has occurred in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22, the movable portion 39b of the plunger 39 is reduced as shown in FIG. Since the lower shaft 3b is in the lowered state and the relative rotation between the planetary gear 33 and the sun gear 31 is restricted, the entire differential transmission mechanism 4C rotates integrally, and as a result, the first steering shaft 3 and the second steering shaft 5 are rotated. Is rotating together. Normally, the first differential transmission mechanism 6A is in a torque split state in which the rotation of the second steering shaft 5 is not transmitted to the third steering shaft 7. For this reason, the vehicle steering system 1 functions as a steer-by-wire system in which the mechanical connection is cut off in the middle of the steering transmission system A from the steering member 2 to the steered wheels 9.
[0038]
When an abnormality occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22, the rotation of the ring gear 20 of the first differential transmission mechanism 6 A is restricted by the plunger 23, so that the first differential transmission mechanism is prevented. 6A causes the second differential transmission mechanism 4C to function as a speed reducer by restricting the rotation of the ring gear 34 of the second differential transmission mechanism 4C by the plunger 39 while the second differential transmission mechanism 4C functions as a speed reducer. At this time, if the first differential transmission mechanism 6A and the second differential transmission mechanism 4C are configured using a common member, the rotation of the steering member 2 causes the second differential transmission mechanism to function as a speed reducer. The differential transmission mechanism 4C is transmitted to the pinion 16 via the speed-increased first differential transmission mechanism 6A, so that the vehicle steering system 1 can be brought into a manual steering state with a transmission ratio of 1: 1.
[0039]
FIG. 7 is a flowchart for explaining a process of steering control performed by the control unit C. Referring to FIG. 7, the control unit C monitors whether the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 are operating normally (step T1).
If no abnormality has occurred in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 (NO in step T1), the control unit C cancels the excitation of each of the electromagnetic plungers 23 and 39 ( Step T2). Further, by lowering the lower shaft 3b of the first steering shaft 3 to lock the relative rotation of the two elements of the second differential transmission mechanism 4C, the first steering shaft 3 and the second steering shaft 5 are directly connected. (Step T3). The reaction force actuator 22 generates a torque for giving the steering member 2 an operation reaction force corresponding to, for example, a road surface reaction force (step T4).
[0040]
In addition, for example, a ratio (transmission ratio, gear ratio) between the amount of rotation of the steering member 2 and the amount of steering of the steered wheels 9 is set according to the traveling state of the vehicle [VGR (Variable Gear Ratio) function], and this setting is performed. A voltage command value of the steering actuator 14 is set based on the transmission ratio and the operation amount of the steering member 2, and a control signal corresponding to the voltage command value is given to the drive circuit 28 to drive the steering actuator 14. Control is performed (step T5).
As a result, a torque for sliding the turning shaft 10 in a direction corresponding to the operation direction of the steering member 2 is output from the steering actuator 14, and the torque is good according to the running condition of the vehicle and the operation mode of the steering member 2. Steering is achieved. Note that it is not always necessary to set the VGR function.
[0041]
When an abnormality occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22 while the driving control of the steering actuator 14 is performed (YES in step T1), the control unit C sends a control signal to the drive circuit 29. Is output, and the reaction force actuator 22 is turned off (the idle rotation is enabled. Step T6). Further, the lower shaft 3b of the first steering shaft 3b is raised, and at the same time, a control signal is output to the drive circuits 30 and 40 to excite the electromagnetic plungers 23 and 39 which have been deactivated until then (step T7). , T8).
[0042]
This achieves mechanical coupling between the steering member 2 and the steering mechanism 8 via the first and second differential transmission mechanisms 4C and 6A, and can function as a manual steering. In addition, the first and second differential transmission mechanisms 6A and 4C are configured using a common member and function as a speed-increasing gear and a reduction gear, respectively, so that the transmission ratio of the entire steering transmission system A is 1 : 1 can be set.
As described above, in the present embodiment, normally, the steering member 2 is made to function as a steer-by-wire system, an appropriate steering reaction force is applied to the steering member 2 by the reaction force actuator 22, and the VGR function is provided if necessary. Let it work. When a failure occurs in the steering actuator 14 and / or the reaction force actuator 22, the steering member 2 and the steering mechanism 8 are connected to each other with a simple structure that restricts the rotation of one element of each differential transmission mechanism 6A, 4C. By mechanically coupling via the differential transmission mechanisms 6A and 4C, the transmission ratio can be set to 1: 1 to achieve good steering by manual steering.
[0043]
When the rotation of the ring gears 20 and 34 of the differential transmission mechanisms 6A and 4C is restricted during manual steering, the carriers 17 and 32 and the sun gears 19 and 31 rotate in the same direction. The correspondence between the steering direction and the steering direction of the steered wheels 9 is maintained. Therefore, it is not necessary to provide a mechanism for changing the rotation direction in the steering transmission system A.
In particular, in the present embodiment, the first and second differential transmission mechanisms 6A and 4C can be used as common components to reduce the manufacturing cost.
[0044]
The transmission ratio of the first differential transmission mechanism 6A and the second differential transmission mechanism 4C can be set to 1: 1 without using common components, or the transmission ratio can be made close to 1: 1. Various settings are also possible.
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the embodiments shown in FIGS. 3, 4A and 4B, a differential transmission mechanism is used as a speed increaser or a speed reducer. As in the embodiments of FIGS. 5 to 7, the transmission ratio of manual steering when a failure occurs may be set to 1: 1 or close thereto.
[0045]
In addition, the present invention is not limited to the above embodiments, and for example, a planetary roller mechanism can be used instead of the planetary gear mechanism used as the differential transmission mechanisms 6A to 6C and 4C.
Note that, in the present invention, the steering operation is shifted to manual steering when an abnormality occurs in the steering actuator. However, the present invention is not limited to this. For example, when the driver desires manual steering, manual operation is performed by operation using separately provided operating means. A transition to steering may be made. By doing so, there is no problem even for drivers who do not like SBW.
[0046]
In addition, various changes can be made within the scope of the claims of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of steering control of the vehicle steering system of FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering device according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams each showing a schematic configuration of a vehicle steering system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a second differential transmission mechanism as a speed reducer in the embodiment of FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of steering control of the vehicle steering system in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
1 Vehicle steering system
2 Steering members
3 First steering axis
4A reduction gear (transmission)
4B gearbox (transmission)
4C Second differential transmission mechanism (reduction gear, transmission)
5 Second steering axis
6A, 6B, 6C, 6D (First) Differential Transmission Mechanism
7 Third steering axis
8 Steering mechanism
9 Steering wheel
10 Steering axis
A Steering transmission system
15 racks
16 Pinion
17 Career
18 Planetary gear (planetary member)
19 Sun gear (sun member)
20 Ring gear (ring member)
22 Reaction Force Actuator
23 Plunger (restraint means)
C control unit
24 Steering angle sensor
25 Torque sensor
26 Steering position sensor
27 Vehicle speed sensor
28, 29, 30 drive circuit
31 Sun Gear
32 career
33 planetary gear
34 ring gear
36 racks
37 Pinion
38 motor
39 Plunger (restraint means)
40, 41 drive circuit

Claims

A steering transmission system that can disconnect mechanical coupling from the steering member to the steered wheels, and a steering actuator for steering the steered wheels,
A differential transmission mechanism including a first element connected to the steering member, a second element connected to the steered wheels, and a third element that associates the first and second elements; a transmission; A reaction force actuator coupled to the third element of the transmission mechanism so as to be able to transmit the drive, and for applying a steering reaction force to the steering member;
The differential transmission mechanism and the transmission are arranged in series in the drive transmission path of the steering transmission system,
The differential transmission mechanism is switchable between a torque split state in which the rotation of the input member of the differential transmission mechanism is not transmitted to the output member, and a state in which the rotation of the input member is transmitted to the output member. Steering gear.

2. The differential transmission mechanism according to claim 1, further comprising: restraining means for restraining the third element so that the third element cannot rotate. And a control unit for controlling the operation of the restraining means so as to restrain the vehicle from rotating.

In claim 2, the transmission is provided upstream or downstream of a drive transmission path of the differential transmission mechanism,
The control device controls the transmission ratio of a steering transmission system to approximately 1: 1 when an abnormality occurs in the reaction force actuator and / or the steering actuator.

4. The transmission according to claim 3, wherein the transmission includes a differential transmission mechanism different from the differential transmission mechanism, and the another differential transmission mechanism is connected to an upstream portion and a downstream portion of a drive transmission path, respectively. And a second element, and a third element that associates the first and second elements,
A restraint means different from the restraint means, which can restrain the third element of the another differential transmission mechanism from rotating, is provided.
The control unit normally restricts the relative rotation of the two elements of the another differential transmission mechanism, and when the abnormality of the reaction force actuator and / or the steering actuator occurs, the third element of the another differential transmission mechanism. A steering device for a vehicle, characterized in that only the other restraining means restrains only the non-rotatable.