JP2005254982A - 車両用可変舵角装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変舵角アクチュエータ故障時におけるハンドルの中立位置と前輪の中立位置とのずれを防止する車両用可変舵角装置を提供する。
【解決手段】 ハンドル入力軸１ａと接続したキャリア１０ｂと、主モータ７と接続したリングローラ１０ｃとを有する第１遊星機構１０と、出力軸２ａと接続したキャリア１１ｂと、補助モータ８と接続したリングローラ１１ｃとを有する第２遊星機構１１と、からなる舵角比可変機構６と、主モータ７に対し駆動指令を出力し、ハンドル１からの操舵入力に対する前輪の転舵角の比である舵角比を可変に制御するコントローラ９と、を備え、コントローラ９は、主モータ７の故障時、中立ずれが発生した場合、補助モータ８に対し中立ずれを補正する駆動指令を出力する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ハンドルからの入力にアクチュエータからの入力を加えることにより、ハンドル入力に対する前輪の転舵角度を可変する車両用可変舵角装置の技術分野に属する。

従来の車両用可変舵角装置は、アクチュエータ故障時において、ハンドルの中立位置と前輪の中立位置とのずれ（中立ずれ）を防ぐために、ハンドルから出力への見た目上の舵角比に工夫を凝らせる、または装置の故障を事前に予測し、中立位置を合わせた上でアクチュエータを停止するなどの対策が施されている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。
特開２００１−２７０４５３号公報 特開２００２−１４５０９８号公報 特開２００３−１７５８４３号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、アクチュエータが故障しない限り中立ずれを徐々に補正できるが、アクチュエータが故障したときに中立ずれを補正する手段を持たず、装置に修理を施すまでの間、中立ずれの状態で操舵を行わなければならないという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、可変舵角アクチュエータ故障時における中立ずれを防止できる車両用可変舵角装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、少なくとも３つの回転メンバを有し、ハンドルを接続した第１回転メンバと、第１アクチュエータを接続した第２回転メンバと、ステアリングギアボックスを接続した第３回転メンバと、を有する舵角比可変機構と、
前記第１アクチュエータに対し駆動指令を出力し、ハンドルからの操舵入力に対する前輪の転舵角の比である舵角比を可変に制御する舵角比制御手段と、
を備えた車両用可変舵角装置において、
前記舵角比可変機構に接続され、第１回転メンバの入力角度に対する第３回転メンバの出力角度の比を可変する第２アクチュエータを設け、
前記舵角比制御手段は、第１アクチュエータと第２アクチュエータの少なくとも一方に対し、駆動指令を出力する。

本発明にあっては、一方のアクチュエータが故障した場合、他方のアクチュエータを用いて舵角比制御を実施できるため、中立ずれの発生を防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、本発明の車両用可変舵角装置を適用したステアリング装置の概略構成図である。
図１に示すように、実施例１のステアリング装置は、ハンドル１と前輪を転舵させるステアリングギア２との間に、舵角比を制御する可変舵角装置３を備えている。

ハンドル１と可変舵角装置３は、ハンドル入力軸１ａで接続され、ステアリングギア２と可変舵角装置３は、出力軸２ａで接続されている。ハンドル入力軸１ａには、ハンドル１の入力角度を検出する入力角度センサ４が設けられている。また、出力軸２ａには、出力角度を検出する出力角度センサ５が設けられている。

可変舵角装置３は、一対の遊星ローラ機構を用いた舵角比可変機構６と、主モータ（第１アクチュエータ）７と、補助モータ（第２アクチュエータ）８とを有し、ハンドル１からの操舵入力に主モータ７と補助モータ８からの入力を加え、出力角度を任意に増減させる。補助モータ８は、主モータ７に対して小型で小出力のモータを使用している。

主モータ７と補助モータ８の回転は、コントローラ（舵角比制御手段）９により制御される。コントローラ９は、入力角度センサ４と出力角度センサ５からの入力と、車速等の走行状態に基づいて、目標舵角比を演算し、主モータ７に対し目標舵角比を得る駆動指令を出力し、舵角比を可変する。

また、コントローラ９は、主モータ７の故障時、ハンドル１の中立位置と前輪の中立位置とがずれる、いわゆる中立ずれが発生している場合には、補助モータ８に対し駆動指令を出力し、中立ずれを補正する。なお、主モータ故障時の補助モータ８の目標値は、正常時の目標舵角比での前輪転舵角とする。

次に、図２は実施例１の可変舵角装置３のレイアウトを示すスケルトン、図３はその具体的な構成図である。
図２，３に示すように、可変舵角装置３は、第１遊星機構１０と第２遊星機構１１とからなる一対の遊星ローラ機構を備えている。

第１遊星機構１０は、太陽ローラ１０ａ、遊星ローラ１０ｄを支持するキャリア（第１回転メンバ）１０ｂおよびリングローラ（第２回転メンバ）１０ｃから構成されている。また、第２遊星機構は、太陽ローラ１１ａ、遊星ローラ１１ｄを支持するキャリア（第３回転メンバ）１１ｂおよびリングローラ（第４回転メンバ）１１ｃから構成されている。

第１遊星機構１０のキャリア１０ｂは、ハンドル入力軸１ａと接続されている。第２遊星機構１１のキャリア１１ｂは、出力軸２ａと接続されている。第１遊星機構１０と第２遊星機構１１の太陽ローラ１０ａ，１１ａ同士は、シャフト１２により接続されている。

図３に示すように、第１遊星機構１０のリングローラ１０ｃには、ウォームホイール１０ｅが設けられるとともに、主モータ７の回転軸７ａには、ウォームホイール１０ｅと噛み合うウォームギア７ｂが設けられている。

また、第２遊星機構１１のリングローラ１１ｃには、ウォームホイール１１ｅが設けられるとともに、主モータ８の回転軸８ａには、ウォームホイール１１ｅと噛み合うウォームギア８ｂが設けられている。

次に、作用を説明する。
［主モータ故障時の中立ずれ補正制御処理］
図４は、コントローラ９で実行される主モータ故障時の中立ずれ補正制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１で、主モータ７の故障を検出したとき、中立ずれ補正モードとなり、ステップＳ２へ移行する。
主モータ７の故障としては、固着、空回り、過熱による動作不良、回路不良等が考えられる。主モータ７の故障は、モータの回転数や電流値等を計測することにより検出できる（故障判定手段に相当）。

ステップＳ２では、入力角度センサ４と出力角度センサ５の出力から中立ずれ量を算出する（中立ずれ量検出手段に相当）。中立ずれがある場合（あらかじめ設定された許容しきい値を超えている場合）にはステップＳ３へ移行し、中立ずれが無い場合（許容しきい値以下の場合）にはステップＳ５へ移行する。

ステップＳ３では、入力角度センサ４の出力から操舵方向を計算し（切り増し・切り戻し検出手段に相当）、前輪を直進に戻す切り戻し方向であった場合はステップＳ４へ移行する。操舵方向が前輪を更に切り増す切り増し方向であった場合、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ４では、補助モータ８に対し、前輪転舵角を通常の目標舵角比のものに近づけるような駆動指令を出力し、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ５では、主モータ７と補助モータ８に対し停止指令を出力し、ステップＳ６へと移行する。

ステップＳ６では、舵角比固定モードとなり、本制御を終了する。

［主モータ故障時の中立ずれ補正制御作動］
図４のフローチャートにおいて、中立ずれが検出されたとき、切り戻し操舵がなされている場合には、ステップＳ４において、補助モータ８に対し駆動指令を出力し、切り増し操舵がなされている場合には、補助モータ８に駆動指令を出力しないという制御を繰り返す。

ステップＳ２からステップＳ４において、中立ずれ量を常に監視しながら舵角比を徐々に通常制御時の目標舵角比に近付け、ずれ量が十分に小さくなったとき、ステップＳ５において、補助モータ８に停止指令を出力し、ステップＳ６において、舵角比を固定とする。

［主モータ故障時の中立ずれ］
図５に示すように、ハンドル１からの入力（ハンドル角度）に主モータ７からの入力を加えることで出力角度を任意に制御する可変舵角装置を備えたステアリング装置において、可変舵角用モータが故障した場合には、ハンドルの中立位置と前輪の中立位置とがずれてしまい、操舵が困難となる。

［補助モータによる中立ずれ補正］
そこで、実施例１のステアリング装置では、主モータ７が故障・停止した際に主モータ７とは別に設けた補助モータ８によって中立位置のずれを修正し、より安全な走行を可能とする。また、中立位置を合わせた後は補助モータ８をロックし、舵角比固定のステアリングとして機能させることとする。

補助モータ８は前輪を戻す方向でのみ働かせることとし、前輪が直進に戻る力（セルフアライニングトルク）を利用することで、補助モータ８の必要出力を小さく抑える。

1.切り増し操舵時
切り増し操舵時に主モータ７が故障した場合、ハンドル１を中立位置まで戻しても、前輪は中立まで戻りきらないことになる。その場合、図６に示すように、前輪が直進方向に戻ろうとする力（セルフアライニングトルク）を利用し、補助モータ８は前輪の戻り量を制御することで、図７に示すように、ハンドル１と前輪の中立位置を揃えるとともに、戻るまでの操舵入出力関係を故障前と近い状態に保つことができ、急激な舵角比変化を抑制できる。

2.切り戻し操舵時
切り戻し操舵時に主モータ７が故障した場合、ハンドル１を中立位置まで戻すと、前輪が逆方向に切れてしまうことがある。その場合、図８に示すように、前輪が直進方向に戻ろうとする力に対抗して前輪の戻る量を抑えるよう補助モータ８を制御することで、図９に示すように、ハンドル１と前輪の中立位置を揃えるとともに、中立に戻るまでの操舵入出力関係を故障前と近い状態に保つことができ、急激な舵角比変化を抑制できる。

このように、切り戻し操舵時に主モータ７が故障した場合に限り補助モータ８を動かすことにより、補助モータ８の必要出力を、主モータ７に対して小さく設定できるため、小型の補助モータ８の用いることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両用可変舵角装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 舵角比可変機構６に補助モータ８を設けたため、主モータ７が故障しても補助モータ８により舵角比を制御でき、ハンドル１の中立位置と前輪の中立位置とがずれるのを防止できる。

(2) 主モータ７を第１遊星機構１０のリングローラ１０ｃと接続し、補助モータ８を第２遊星機構１１のリングローラ１１ｃと接続したため、モータ同士の干渉を抑えることができ、それぞれを完全独立に制御することができる。また、主モータ７が固着した場合も、補助モータ８により中立ずれを補正できる。

(3) コントローラ９は、主モータ７が故障したとき、補助モータ８に駆動指令を出力して中立ずれを補正するため、それぞれを独立した制御系とすることで、制御系の設計を容易にし、かつ主モータ７と補助モータ８が同時に故障を起こすのを防止できる。

(4) コントローラ９は、補助モータ８に対し、通常制御時の目標舵角比を得る駆動指令を出力するため、主モータ７が故障した際にも舵角比を故障前に近くすることができる。よって、故障が発生した際にも、運転者の操舵行動に応じた車両挙動が得られ、車両挙動を安定化させることができる。

(5) コントローラ９は、前輪が直進方向に戻ろうとする力であるセルフアライニングトルクを利用して中立ずれを補正するため、補助モータ８に必要とされる出力を抑えることができ、補助モータ８の小型化を図ることができる。

(6) コントローラ８は、切り増し操舵時には補助モータ８に対し停止指令を出力し、切り戻し操舵時にのみ補助モータ８に対し中立ずれ量を低減させる駆動指令を出力するため、補助モータ８の必要出力を抑えてモータの小型化を図ることができる。

(7) コントローラ８は、中立ずれ量がなくなったとき、補助モータ８に対し停止指令を出力するため、補助モータ８を中立ずれの補正時のみに使用することで、補助モータ８の小型化を図ることができる。

まず、構成を説明する。
実施例２の車両用可変舵角装置は、主モータ７と補助モータ８を同一の回転メンバに接続した点で実施例１と異なり、その他の構成は図２，３に示した実施例１と同じであるため、同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１０は実施例１の可変舵角装置３０のレイアウトを示すスケルトン、図１１はその具体的な構成図である。
図１０に示すように、主モータ７と補助モータ８は、第２遊星機構１１のリングローラ１０ｃに接続されている。図１１に示すように、主モータ７と補助モータ８の出力軸７ａ，８ａは、１つのウォームギア１３に対し逆方向からそれぞれ接続され、このウォームギア１３が、第２遊星機構１１のリングローラ（第２回転メンバ）１１ｃと接続されている。

次に、作用を説明する。
一般的に、ウォームギアとウォームホイールは、その形状が複雑であり、製作に費用がかかる。実施例１のように、ウォームギアを主モータ７と補助モータ８とでそれぞれ設けると、部品点数が多くコストが嵩む。

これに対し実施例２では、主モータ７と補助モータ８の出力軸７ａ，８ａを、１つのウォームギア１３に接続することで、実施例１に対し、１つのウォームギアを省くことができる。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両用可変舵角装置にあっては、実施例１の効果(1)，(3)〜(7)に加え、以下の効果が得られる。

(8) 可変舵角機構３０は、主モータ７と補助モータ８を、同一のウォームギア１３を介して第２遊星機構１１のリングローラ１１ｃと接続したため、実施例１と比較して、部品点数を減らして製作コストを低く抑えることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２の構成に限定されるものではなく、例えば、舵角比変速機構として、一対の遊星歯車機構や、遊星ローラと遊星歯車を組み合わせた遊星ギア付き遊星ローラを用いてもよい。

また、実施例１，２では、補助モータを主モータの故障時に中立ずれを補正するために用いる構成としたが、通常の舵角比制御を主モータと補助モータとで並列的に実施し、一方が故障した場合に他方で中立ずれを補正する構成としてもよい。

本発明の車両用可変舵角装置を適用したステアリング装置の概略構成図である。 実施例１の可変舵角装置のレイアウトを示すスケルトンである。 実施例１の可変舵角装置の具体的な構成図である。 コントローラで実行される主モータ故障時の中立ずれ補正制御処理の流れを示すフローチャートである。 中立ずれ発生の流れを示す図である。 切り増し操舵時の中立ずれ補正作用を示す図である。 切り増し操舵時の中立ずれ補正作用を示す図である。 切り戻し操舵時の中立ずれ補正作用を示す図である。 切り戻し操舵時の中立ずれ補正作用を示す図である。 実施例２の可変舵角装置のレイアウトを示すスケルトンである。 実施例２の車両用可変舵角装置の具体的な構成図である。

符号の説明

１ ハンドル
１ａ ハンドル入力軸
２ ステアリングギア
２ａ 出力軸
３ 可変舵角装置
４ 入力角度センサ
５ 出力角度センサ
６ 舵角比可変機構
７ 主モータ
７ａ 回転軸
７ｂ ウォームギア
８ 補助モータ
８ａ 回転軸
８ｂ ウォームギア
９ コントローラ
１０ 第１遊星機構
１０ａ 太陽ローラ
１０ｂ キャリア
１０ｃ リングローラ
１０ｄ 遊星ローラ
１０ｅ ウォームホイール
１１ 第２遊星機構
１２ シャフト
１３ ウォームギア

Claims (8)

1. 少なくとも３つの回転メンバを有し、ハンドルを接続した第１回転メンバと、第１アクチュエータを接続した第２回転メンバと、ステアリングギアボックスを接続した第３回転メンバと、を有する舵角比可変機構と、
   前記第１アクチュエータに対し駆動指令を出力し、ハンドルからの操舵入力に対する前輪の転舵角の比である舵角比を可変に制御する舵角比制御手段と、
   を備えた車両用可変舵角装置において、
   前記舵角比可変機構に接続され、第１回転メンバの入力角度に対する第３回転メンバの出力角度の比を可変する第２アクチュエータを設け、
   前記舵角比制御手段は、第１アクチュエータと第２アクチュエータの少なくとも一方に対し、駆動指令を出力することを特徴とする車両用可変舵角装置。
2. 請求項１に記載の車両用可変舵角装置において、
   前記舵角比可変機構は、第４回転メンバを備え、
   前記第２アクチュエータを、第４回転メンバに接続したことを特徴とする車両用可変舵角装置。
3. 請求項１に記載の車両用可変舵角装置において、
   前記第２アクチュエータを、第１アクチュエータと共に第２回転メンバに接続したことを特徴とする車両用可変舵角装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用可変舵角装置において、
   第１アクチュエータの故障を判定する故障判定手段を設け、
   前記舵角比制御手段は、第１アクチュエータが故障したとき、第２アクチュエータに対し駆動指令を出力することを特徴とする車両用可変舵角装置。
5. 請求項４に記載の車両用可変舵角装置において、
   前記舵角比制御手段は、第２アクチュエータに対し、運転者の操舵行動に応じた車両挙動が得られるような駆動指令を出力することを特徴とする車両用可変舵角装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の車両用可変舵角装置において、
   前記ハンドルの中立位置と前輪の中立位置とのずれ量である中立ずれ量を検出する中立ずれ量検出手段を設け、
   前記舵角比制御手段は、第１アクチュエータの故障時、中立ずれ量があらかじめ設定された許容しきい値を超えているとき、前輪のセルフアライニングトルクを利用して中立ずれ量を低減させることを特徴とする車両用可変舵角装置。
7. 請求項６に記載の車両用可変舵角装置において、
   前記ハンドルの切り増し・切り戻し方向を検出する切り増し・切り戻し検出手段を設け、
   前記舵角比制御手段は、第１アクチュエータの故障時、中立ずれ量があらかじめ設定された許容しきい値を超えているとき、
   前記ハンドルが切り戻し操舵されている場合には、第２アクチュエータに対し、中立ずれ量を低減させる駆動指令を出力し、
   前記ハンドルが切り増し操舵されている場合には、第２アクチュエータに対し、停止指令を出力することを特徴とする車両用可変舵角装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の車両用可変舵角装置において、
   前記舵角比制御手段は、中立ずれ量が許容しきい値以下となったとき、第２アクチュエータに対し停止指令を出力することを特徴とする車両用可変舵角装置。

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