JP2004314736A

JP2004314736A - ステアバイワイヤシステム

Info

Publication number: JP2004314736A
Application number: JP2003109806A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Takahashi; 俊博高橋; Yoshiyuki Shibata; 由之柴田
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】エネルギー効率に優れたステアバイワイヤシステムを提供する。
【解決手段】本発明のステアバイワイヤシステム１０によれば、ハンドル１１の操舵によって駆動される回転機４３からペルチェ素子５１が受電するので、エネルギーの有効利用が図られる。ここで、路面の摩擦抵抗に伴って操舵反力が大きくなったときには、転舵用アクチュエータ３３の発熱量が増すが、これに伴って回転機４３からペルチェ素子５１への給電量も増すので、転舵用アクチュエータ３３の冷却を効率良く抑えることができる。また、スイッチ素子５２のオン時間を変更するＰＷＭ制御を行うことで、操舵抵抗の大きさも変更することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアバイワイヤシステムに関する。
【０００２】
【関連技術】
一般に、ステアバイワイヤシステムでは、ハンドルと操舵輪とが機械的に切り離され、転舵用アクチュエータがハンドルの舵角に応じて操舵輪を転舵し、反力発生装置がハンドルに操舵反力を付与する構成になっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３７１１２号公報（［０００２］、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の反力発生装置は、ハンドルに連動回転するモータで構成されており、モータ駆動による出力トルクを操舵反力としていたので、エネルギー効率が悪かった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、エネルギー効率に優れたステアバイワイヤシステムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るステアバイワイヤシステムは、ハンドルと操舵輪とを機械的に切り離し、ハンドルの舵角に応じて操舵輪を転舵する転舵用アクチュエータと、ハンドルに連動回転する回転機と、回転機から受電可能な負荷と、回転機と負荷との間に設けたスイッチ素子と、運転状況に応じた操舵反力を回転機からハンドルに付与するようにスイッチ素子をオンオフする反力制御部とを備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、反力制御部は、スイッチ素子のオン時間及び／又はオフ時間を変更して操舵反力をＰＷＭ制御するところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、負荷は、ペルチェ素子であるところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、ペルチェ素子は、転舵用アクチュエータを冷却するように配置されたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３又は４に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、発熱部から熱を吸収するヒートパイプをペルチェ素子で冷却するように構成したところに特徴を有する。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載のステアバイワイヤシステムにおいて、ハンドルを切った場合に弾性変形して、ハンドルを車両の直進位置に戻すように付勢する弾性部材を備えたところに特徴を有する。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、反力制御部は、ハンドルを切った場合に負荷を回転機に接続する一方、ハンドルを車両の直進位置に戻すときに負荷を回転機から切り離すようにスイッチ素子をオンオフ制御するところに特徴を有する。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
請求項１のステアバイワイヤシステムでは、スイッチ素子をオンすると回転機に負荷が接続されて回転機の回転抵抗が増し、これによりハンドルに操舵反力を付与することができる。一方、スイッチ素子をオフすると、回転機から負荷が切り離されて回転機の回転抵抗が減少し、これにより操舵反力を減少又はなくすことができる。即ち、スイッチ素子のオンオフによってハンドルへの操舵反力を制御することができる。しかも、ハンドルの操舵中に負荷が回転機から受電することで、エネルギーの有効利用が図られる。
【００１４】
なお、スイッチ素子のオン時間及び／又はオフ時間を変更して操舵反力をＰＷＭ制御することで、操舵反力の大きさを変更することができる（請求項２の発明）。
【００１５】
請求項３のステアバイワイヤシステムのように、回転機に接続される負荷をペルチェ素子とすることで、車両の発熱部分の冷却を図ることができる。このペルチェ素子によって冷却する部分を転舵用アクチュエータとすることで、転舵用アクチュエータの発熱を抑えることができる（請求項４の発明）。また、ペルチェ素子によってヒートパイプを冷却し、そのヒートパイプにて発熱部の熱を吸収することで発熱部及びペルチェ素子の配置の自由度が増す（請求項５の発明）。
【００１６】
請求項６のステアバイワイヤシステムでは、ハンドルを車両の直進位置に戻すように付勢する弾性部材を備えたので、弾性部材と回転機とを協働させてハンドルに操舵反力を付与することができる。ここで、ハンドルを切った場合に、負荷を回転機に接続して操舵反力を発生させる一方、ハンドルを車両の直進位置に戻すときに負荷を回転機から切り離して操舵反力をなくすことで、操舵フィーリングを向上させることができる（請求項７の発明）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１には、本発明に係るステアバイワイヤシステム１０の全体構成が示されている。このステアバイワイヤシステム１０では、ハンドル１１と操舵輪３０，３０とが機械的に切り離されており、ハンドル１１の中心から延びたステアリングシャフト１２の先端部分に反力発生装置１３が連結されている。また、ステアリングシャフト１２の中間部分には、ハンドル１１の舵角を検出するための舵角センサ１６と、ステアリングシャフト１２にかかる操舵反力を検出するためのトルクセンサ１７とが備えられている。
【００１８】
左右の操舵輪３０，３０の間には、転舵用アクチュエータ３３が設けられている。転舵用アクチュエータ３３は、転舵用モータ３１を内蔵したボールネジ機構を備えており、図示しないボールネジナットを転舵用モータ３１により回転させて、ボールネジシャフト３４を車両の左右方向に直動させる構成になっている。そして、このボールネジシャフト３４の両端部に操舵輪３０，３０が連結され、転舵用アクチュエータ３３の駆動によって操舵輪３０，３０が転舵される。また、転舵用アクチュエータ３３には、操舵輪３０，３０の転舵角を検出するための転舵角センサ３２が備えられている。
【００１９】
さて、図２には、反力発生装置１３の詳細構造が示されている。この反力発生装置１３には、大小の入力歯車４０，４１をステアリングシャフト１２に固定して備える。一方の入力歯車４０には、増速用の出力歯車４２が噛合されている。これら入力歯車４０と出力歯車４２とのギヤ比は、例えばＧ＝１５：１になっており、出力歯車４２側にハンドル１１の回転を増速出力する。他方の入力歯車４１には、減速用の出力歯車４４が噛合されている。これら入力歯車４１と出力歯車４４とのギヤ比は、例えばＧ＝１：６になっており、出力歯車４４側にハンドル１１の回転を減速出力する。
【００２０】
減速用の出力歯車４４の端面には、１対の反力発生リンク４５，４５が連結されている。各反力発生リンク４５は、ベース部４８にロッド４７を直動可能に支持し、ロッド４７に備えたフランジ４７Ｆとベース部４８との間に圧縮コイルバネ４６（本発明の弾性部材に相当する）を設けた構造をなしている。そして、両反力発生リンク４５，４５におけるロッド４７，４７の先端部が、共に出力歯車４４の端面のうち外縁寄り位置に回転可能に連結され、車両直進時に両反力発生リンク４５，４５が均衡状態になっており、ハンドル１１を切ったときに一方の反力発生リンク４５のロッド４７がベース部４８側に移動して圧縮コイルバネ４６が圧縮変形され、車両の直進位置にハンドル１１を戻す反力を発生させる。
【００２１】
増速用の出力歯車４２は、回転機４３の入力回転軸に軸支されている。これにより、ハンドル１１の回転量が増速されて回転機４３の回転軸に伝達される。
【００２２】
図３に示すように、回転機４３の出力線には、負荷駆動回路５０が接続されている。負荷駆動回路５０は、回転機４３から出力された交流を直流に変換する整流回路４９と、整流回路４９の正負の出力端子間に接続されたペルチェ素子５１と、ペルチェ素子５１と整流回路４９との接続ラインの途中に設けたスイッチ素子５２とからなる。ペルチェ素子５１は、転舵用アクチュエータ３３の発熱部に固定されている。スイッチ素子５２は、例えば、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等で構成され、次述するＥＣＵ２０（本発明の「反力制御部」に相当する）からの信号を受けてオンオフされる。ＥＣＵ２０は、スイッチ素子５２のオン時間の幅を変更するＰＷＭ制御を行って、回転機４３からペルチェ素子５１への給電量を変更することで、回転機４３の回転抵抗、即ち、回転機４３からハンドル１１への操舵反力を制御している。
【００２３】
ＥＣＵ２０は、舵角センサ１６が検出したハンドル１１の舵角に対応させて転舵用アクチュエータ３３を駆動する。また、ＥＣＵ２０は、路面状況に応じた操舵輪３０の転舵抵抗をハンドル１１への操舵反力に反映させるために、転舵用アクチュエータ３３（詳細には、転舵用モータ３１）への駆動電流に対応させて、回転機４３からハンドル１１への操舵反力をＰＷＭ制御する。具体的には、転舵用アクチュエータ３３への駆動電流が大きくなったときには、回転機４３からペルチェ素子５１への給電量を増加させることで操舵反力を増加させ、転舵用アクチュエータ３３への駆動電流が小さくなったときには、回転機４３からペルチェ素子５１への給電量を減少させることで操舵反力を減少させる。
【００２４】
また、転舵抵抗とは別に、高速運転時には操舵反力を増加させる一方、低速運転時には操舵反力を減少させるように回転機４３からハンドル１１への操舵反力をＰＷＭ制御する。
【００２５】
さらに、操舵フィーリングを向上させるために、ハンドル１１を車両の直進位置（以下、中立点という）から切り込んでいくときには操舵反力を増加させ、ハンドル１１を中立点に戻すときには、スイッチ素子５２をオフする。
【００２６】
次に、上記構成からなる本実施形態のステアバイワイヤシステム１０の作用効果を説明する。車両走行中にハンドル１１を操舵すると、舵角センサ１６が検出したハンドル１１の舵角に応じて転舵用アクチュエータ３３が駆動される。このとき、転舵用アクチュエータ３３には、路面の摩擦抵抗に応じた駆動電流が流される。すると、転舵用アクチュエータ３３への駆動電流に応じて負荷駆動回路５０のスイッチ素子５２がオンオフされ、路面の摩擦抵抗に応じた操舵反力が反力発生装置１３からハンドル１１に付与され、運転手はその操舵反力をもって路面状況を知ることができる。ここで、路面の摩擦抵抗に伴って操舵反力が大きくなったときには、転舵用アクチュエータ３３の発熱量が増すが、これに伴って回転機４３からペルチェ素子５１への給電量も増すので、転舵用アクチュエータ３３の冷却を効率良く抑えることができる。
【００２７】
このように本実施形態のステアバイワイヤシステム１０によれば、ハンドル１１の操舵中にペルチェ素子５１が回転機４３から受電することで、エネルギーの有効利用が図られる。また、スイッチ素子５２のオン時間を変更するＰＷＭ制御を行うことで、操舵抵抗の大きさも変更することができる。さらに、ハンドル１１を切った場合に、ペルチェ素子５１を回転機４３に接続して操舵反力を発生させる一方、ハンドル１１を中立点に戻すときにペルチェ素子５１を回転機４３から切り離して操舵反力をなくすことで、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００２８】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態では、ペルチェ素子５１を転舵用アクチュエータ３３に取り付けていたが、ヒートパイプを転舵用アクチュエータ３３に取り付け、そのヒートパイプをペルチェ素子５１によって冷却する構成にしてもよい。このように発熱部にヒートパイプを取り付けることでペルチェ素子の配置の自由度が増す。
【００２９】
（２）前記実施形態では、回転機４３にペルチェ素子５１を接続する構成を示したが、回転機４３に接続される負荷はペルチェ素子に限定されるものではなく、例えば、バッテリ充電回路を負荷として回転機に接続してもよい。
【００３０】
（３）前記実施形態では、回転機４３と反力発生リンク４５とによって、操舵反力を発生させる構成であったが、回転機４３のみで操舵反力を発生させる構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るステアバイワイヤシステムの概念図
【図２】反力発生装置の斜視図
【図３】負荷駆動回路の回路図
【符号の説明】
１０…ステアバイワイヤシステム
１１…ハンドル
３０…操舵輪
３３…転舵用アクチュエータ
４３…回転機
４６…圧縮コイルバネ（弾性部材）
５１…ペルチェ素子（負荷）
５２…スイッチ素子
２０…ＥＣＵ（反力制御部）

Claims

ハンドルと操舵輪とを機械的に切り離し、
前記ハンドルの舵角に応じて前記操舵輪を転舵する転舵用アクチュエータと、
前記ハンドルに連動回転する回転機と、
前記回転機から受電可能な負荷と、
前記回転機と前記負荷との間に設けたスイッチ素子と、
前記運転状況に応じた操舵反力を前記回転機から前記ハンドルに付与するように前記スイッチ素子をオンオフする反力制御部とを備えたことを特徴とするステアバイワイヤシステム。
前記反力制御部は、前記スイッチ素子のオン時間及び／又はオフ時間を変更して前記操舵反力をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１に記載のステアバイワイヤシステム。
前記負荷は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステアバイワイヤシステム。
前記ペルチェ素子は、前記転舵用アクチュエータを冷却するように配置されたことを特徴とする請求項３に記載のステアバイワイヤシステム。
発熱部から熱を吸収するヒートパイプを前記ペルチェ素子で冷却するように構成したことを特徴とする請求項３又は４に記載のステアバイワイヤシステム。
前記ハンドルを切った場合に弾性変形して、前記ハンドルを車両の直進位置に戻すように付勢する弾性部材を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のステアバイワイヤシステム。
前記反力制御部は、前記ハンドルを切った場合に前記負荷を前記回転機に接続する一方、前記ハンドルを車両の直進位置に戻すときに前記負荷を前記回転機から切り離すように前記スイッチ素子をオンオフ制御することを特徴とする請求項６に記載のステアバイワイヤシステム。