JP2004231116A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】通常時はクラッチ６を解除し、操舵部材２と舵取り機構４との機械的連結が断たれている状態にある。操舵用アクチュエータ１２に異常が発生すると、速度センサ２５，２６からの信号に基づいて第１および第２操舵軸３，５の回転速度の偏差Ｒを検出し、偏差Ｒが所定値Ｒａを超える場合は、パウダーブレーキ１５，１６を作動させて、偏差Ｒを縮小させて所定値Ｒａまで減じた後、クラッチ６を連結して、操舵部材２と舵取り機構４のリンクを達成する。リンクを達成した後、反力用アクチュエータ１４から適当な操舵補助力を発生させ、通常の電動パワーステアリング装置として機能させる。クラッチ連結時のショックが小さいので、雪道走行時のアクティブ制御中でのフェール発生に対して有効である。
【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案されている。
例えば特許文献１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】
【特許文献１】
特開平１−２３３１７０号公報
【０００４】
【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。
例えば、リンクレス状態となっている操舵部材と舵取り機構との間で機械的な連結（リンク）を達成することが考えられるが、リンクされる部材同士の回転速度差が過大である場合には、リンクの達成が困難となることが予想される。
【０００５】
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。
【０００６】
【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、第１発明は、操舵部材の操作に応じて舵取り機構を作動させて操舵する車両用操舵装置において、転舵輪を操舵するための操舵用アクチュエータと、上記舵取り機構に含まれる回転部材と操舵部材とを連結可能な連結機構と、操舵部材と上記回転部材の回転速度の偏差を検出する偏差検出手段と、操舵部材と上記回転部材との相対回転を抑制するための抑制手段と、上記操舵用アクチュエータ、連結機構および抑制手段の動作を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、操舵用アクチュエータに異常が発生したときに、上記偏差検出手段によって検出される操舵部材と上記回転部材の回転速度の偏差が所定値以下になるように抑制手段によって操舵部材と回転部材との相対回転を抑制した後、連結機構によって操舵部材と回転部材とを連結させることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、操舵用アクチュエータに異常が発生したときには、舵取り機構側の回転部材及び操舵部材の両者の回転速度差を減じた後に、当該両者を連結（リンク）するので、確実にリンクさせることができる。その結果、マニュアル操舵又は反力用アクチュエータを用いたアシスト操舵を実現することが可能となる。特に、雪道走行時にカンウタを当てるようなアクティブ操舵を実施しているときに操舵用アクチュエータに異常が発生した場合において、リンク達成時のショックを少なくでき、操舵安定性が高い。
【０００８】
【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（以下では、単に操舵装置１ともいう）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に含まれる回転部材としての第２操舵軸５と、第１及び第２操舵軸３，５間の連結、連結解除を択一的に達成するための連結機構としてのクラッチ６とを備える。
【０００９】
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。
【００１０】
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と舵取り機構４との間の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し、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時には、操舵部材２と舵取り機構４との間の機械的連結を達成する点にある。
転舵軸７の一部には、ラック７ａが形成されており、このラック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１３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１３及びラック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。
【００１１】
第１操舵軸３には操舵部材２に操作反力を付与するための、例えば三相ブラシレスモータで構成される反力用アクチュエータ１４が設けられている。反力用アクチュエータ１４のケーシングは車体の適所に固定されている。
また、第１操舵軸３および第２操舵軸５には、それぞれ回転速度を抑制するための抑制手段としての電磁ブレーキ、例えばパウダーブレーキ１５，１６が設けられている。パウダーブレーキ１５は、第１操舵軸３と一体回転するロータ１７と、このロータ１７を取り囲み透磁率の高いパウダーＰ（磁性鉄粉）を収容する固定ハウジング１８と備える。
【００１２】
固定ハウジング１８の外周にはパウダーＰに磁束を通すように励磁用のコイル１９が配置されている。図示していないが、パウダーＰが固定ハウジング１８から漏れ出さないように、第１操舵軸３が固定ハウジング１８を貫通する部分にシール部材が配置されている。
パウダーブレーキ１６もパウダーブレーキ１５と同様の構成であり、第２操舵軸５と一体回転するロータ１７、固定ハウジング１８、コイル１９等を備える。
【００１３】
コイル１９に通電してこれを励磁させると、パウダーＰ間の連結力と、パウダーＰと固定ハウジング１８との摩擦力、パウダーＰとロータ１７との摩擦力が働き、各パウダーブレーキ１５，１６が対応する第１及び第２操舵軸３，５に制動トルクを与えることができる。パウダーＰ間の連結力がコイル１９の電流にほぼ比例するので、制動トルクを制御することが容易である。
クラッチ６は、例えば電磁クラッチからなり、第１および第２操舵軸３，５にそれぞれ一体回転し互いに接続／離間可能な一対のクラッチ板６ａ，６ｂと、両クラッチ板６ａ，６ｂを接続させるためのばね６ｃと、ばね６ｃに抗して両クラッチ板６ａ，６ｂを離間させるための電磁コイル６ｄとを備える。
【００１４】
クラッチ６は、両クラッチ板６ａ，６ｂの接続／離間により、第１および第２操舵軸３，５を一体回転可能に連結する状態と、第１および第２操舵軸３，５間の連結を解除する状態とを切り換える。
通常時は、クラッチ６が連結解除状態にあり、操舵部材２と舵取り機構４との連結（リンク）が解除されている（リンクレス状態にある）ので、本操舵装置１はステア・バイ・ワイヤ・システムとして機能する。また、操舵用アクチュエータ１２の断線等の故障時には、クラッチ６を接続し、操舵部材２と舵取り機構４のリンクを達成して、マニュアルステアリングとして機能させる。或いは、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時に、クラッチ６を接続し、反力用アクチュエータ１４を用いて操舵補助力を発生させ電動パワーステアリング装置として機能させることも可能である。
【００１５】
操舵用アクチュエータ１２、反力用アクチュエータ１４、パウダーブレーキ１５，１６およびクラッチ６は、マイクロプロセッサなどを含む制御部２０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の回転に応じた操舵角（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２１、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２２が設けられている。これら操舵角センサ２１及びトルクセンサ２２からの検出信号が制御部２０に入力される。
【００１６】
また、第２操舵軸５には、転舵角を検出するための転舵角センサ２３が設けられており、この転舵角センサ２３による検出信号も制御部２０に入力される。また、制御部２０には、車速を検出するための車速センサ２４からの検出信号が入力されるようになっている。
さらに、第１操舵軸３および第２操舵軸５には、それぞれの回転速度を検出するための速度センサ２５，２６が設けられ、各速度センサ２５，２６からの検出信号が制御部２０に入力される。
【００１７】
制御部２０は、上記各センサ類２１〜２６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１４、パウダーブレーキ１５および１６の励磁用のコイル１９、並びにクラッチ６の電磁コイル６ｄをそれぞれ駆動するための駆動回路２７，２８，２９，３０，３１に制御信号を出力する。
図２は制御部２０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２０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）。
【００１８】
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にてＮＯ）、制御部２０が、クラッチ６を解除させておき（ステップＳ２）、反力用アクチュエータ１４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２７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）。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。
【００１９】
こうして、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵用アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＳ１にてＹＥＳ）、制御部２０は、速度センサ２５，２６からの信号に基づいて第１および第２操舵軸３，５の回転速度の偏差Ｒを検出し（ステップＳ５）、偏差Ｒが所定値Ｒａ以下であることを条件として（ステップＳ６にてＹＥＳ）、クラッチ６を連結し（ステップＳ８）、操舵部材２と舵取り機構４のリンクを達成する。
【００２０】
ステップＳ６の判断にて、偏差Ｒが所定値Ｒａを超える場合には（ステップＳ６にてＮＯ）、パウダーブレーキ１５，１６を作動させ（ステップＳ７）、第１および第２操舵軸３，５に制動力を与えて、両操舵軸３，５の回転速度の偏差Ｒを所定値Ｒａ以下にした後（ステップＳ６にてＹＥＳ）、クラッチ６を連結するようにする（ステップＳ８）。
リンクを達成した後、制御部２０は、操舵部材２の操作角に応じたＰＷＭ制御信号を生成し、このＰＷＭ制御信号を反力用アクチュエータ１４の駆動回路２８に入力して、反力用アクチュエータ１４から適当な操舵補助力を発生させるようにする。すなわち、反力用アクチュエータ１４を操舵補助制御する（ステップＳ９）。
【００２１】
以上のように、本実施の形態によれば、通常時はステア・バイ・ワイヤ・システムとして機能させ、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、操舵部材２と舵取り機構４とをクラッチ６を介して機械的に結合させる一方、反力用アクチュエータ１４により操舵補助力を得て、通常の電動パワーステアリング装置としての機能を果たさせることができる。ただし、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１４からアシスト力を発生させずに、マニュアルステアリングとして機能させるようにしても良い。
【００２２】
また、第１および第２操舵軸３，５の回転速度の偏差Ｒが大きい場合に、パウダーブレーキ１５，１６により偏差Ｒを減少させて後、クラッチ６を連結するようにしているので、確実に連結させることができる。
特に、雪道走行時でカウンタを当てる等のアクティブ操舵を実施しているときに操舵用アクチュエータ１２に異常が発生した場合において、クラッチ６を連結する際のショックが少なくでき、操縦安定性を高くすることができるという顕著な効果を発揮することができる。
【００２３】
なお、パウダーブレーキ１５，１６の何れか一方のみを設けるようにしても良い。また、抑制手段として、パウダーブレーキ１５，１６等の電磁ブレーキの他、電磁クラッチを用いて、その電流制御により、すべりクラッチとして作用させて第１および第２操舵軸３，５の回転速度を抑制するようにしても良い。
また、クラッチ６として、機械的にロックアップ可能な構造を採用することもできる。例えば、図３（ａ）に示すように、一方のクラッチ板６ａに設けた凹部６ｅに他方のクラッチ板６ｂに設けた凸部６ｆを嵌合させる構造とし、凸部６ｆ（凹部６ｅ）の断面形状を図３（ｂ）に示すように四角形その他の多角形、図３（ｃ）に示すように十字形形状、図３（ｄ）に示すように星形形状等の形状とするようにしても良い。
【００２４】
上記の実施の形態では、第１および第２操舵軸３，５に個別に回転速度を検出するための速度センサを設けたが、両軸３，５の回転速度の偏差を検出する偏差センサを設けるようにしても良い。
また、操舵用アクチュエータ１２を第２操舵軸５に設けるようにしても良い。
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、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】舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は本発明の別の実施の形態におけるクラッチの模式的断面図である。（ｂ），（ｃ），（ｄ）はクラッチ板に形成する凸部の変更例をそれぞれ示す概略断面図である。
【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（回転部材）
６ クラッチ（連結機構）
６ａ，６ｂ クラッチ板
６ｃ ばね
６ｄ 電磁コイル
６ｅ 凹部
６ｆ 凸部
７ 転舵軸
９ 転舵輪
１２ 操舵用アクチュエータ
１４ 反力用アクチュエータ
１５，１６ パウダーブレーキ（電磁ブレーキ。抑制手段）
１７ ロータ
１８ 固定ハウジング
Ｐ パウダー
１９ コイル
２０ 制御部
２１ 操舵角センサ
２２ トルクセンサ
２３ 転舵角センサ
２４ 車速センサ
２５，２６ 速度センサ
２７〜３１ 駆動回路

Claims (1)

1. 操舵部材の操作に応じて舵取り機構を作動させて操舵する車両用操舵装置において、
   転舵輪を操舵するための操舵用アクチュエータと、
   上記舵取り機構に含まれる回転部材と操舵部材とを連結可能な連結機構と、
   操舵部材と上記回転部材の回転速度の偏差を検出する偏差検出手段と、
   操舵部材と上記回転部材との相対回転を抑制するための抑制手段と、
   上記操舵用アクチュエータ、連結機構および抑制手段の動作を制御する制御手段とを備え、
   この制御手段は、操舵用アクチュエータに異常が発生したときに、上記偏差検出手段によって検出される操舵部材と上記回転部材の回転速度の偏差が所定値以下になるように抑制手段によって操舵部材と回転部材との相対回転を抑制した後、連結機構によって操舵部材と回転部材とを連結させることを特徴とする車両用操舵装置。

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