JP2005349893A

JP2005349893A - 操舵装置

Info

Publication number: JP2005349893A
Application number: JP2004171174A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Sugitani; 達夫杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】操作性を向上させた操舵装置を提供すること。
【解決手段】操舵装置はステアリングホイールに連動し、一方又は他方のポートから液体が流出又は流入する操舵駆動手段と、一方又は他方のポートから液体が流出又は流入することにより、車輪を転舵する転舵駆動手段と、操舵駆動手段の一方のポートと転舵駆動手段の一方のポートに接続され、内部を液体が流動する第１配管と、操舵駆動手段の他方のポートと転舵駆動手段の他方のポートに接続され、内部を液体が流動する第２配管と、第１配管と第２配管との間に設けられ、通常状態において第１配管と第２配管との間の液体の流動を絞り、バックアップ状態において第１配管と第２配管との間の液体の流動を遮断する第１切替手段と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ステアバイワイヤ式の操舵装置に関する。

従来、ステアリングホイールに連結する操舵アクチュエータと、車輪を転舵する転舵アクチュエータ、操舵アクチュエータと転舵アクチュエータとを連通し、内部を油液が流動する配管と、配管に設けられ通常状態において開状態となり、バックアップ状態において閉状態となるソレノイドバルブと、を備える操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。通常状態の場合は、配管に設けられたソレノイドバルブを開状態にして、配管内及び操舵アクチュエータの各油室内の油液の圧力を同一にし、ポンプにより転舵アクチュエータを駆動する。また、ポンプに故障が生じたとき等のバックアップ時に、配管に設けられたソレノイドバルブを閉状態にし、操舵アクチュエータにより、転舵アクチュエータは駆動される。
特開平１１−２６８６６１号公報（第３−５頁、第１図）

しかしながら、上記従来の操舵装置においては、通常状態において、ソレノイドバルブは開状態にあるのみで、ステアリングホイールを急激に回転させたときに生じる転舵アクチュエータの応答遅れを防止し、さらに粘性抵抗を生じさせる等の操作性を考慮した設計となっていない。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、操作性を向上させた操舵装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、通常状態からバックアップ状態へと切り替える機能を有する操舵装置であって、ステアリングホイールに連動し、一方又は他方のポートから液体が流出又は流入する操舵駆動手段と、一方又は他方のポートから液体が流出又は流入することにより、車輪を転舵する転舵駆動手段と、上記操舵駆動手段の一方のポートと上記転舵駆動手段の一方のポートに接続され、内部を液体が流動する第１配管と、上記操舵駆動手段の他方のポートと上記転舵駆動手段の他方のポートに接続され、内部を液体が流動する第２配管と、上記第１配管と上記第２配管との間に設けられ、上記通常状態において上記第１配管と上記第２配管との間の液体の流動を絞り、上記バックアップ状態において上記第１配管と上記第２配管との間の液体の流動を遮断する第１切替手段と、を備えることを特徴とする操舵装置である。

この一態様によれば、上記第１切替手段は上記通常状態において上記第１配管と上記第２配管との間の液体の流動を絞る。これにより、例えばステアリングホイールを急激に回転させたときに生じる転舵駆動手段の応答遅れを防止できる。さらに、粘性抵抗を生じさせることにより、急激な操舵をし難くさせることができる。すなわち、操舵装置の操作性を向上させることができる。

また、この一態様において、上記第１切替手段と直列に接続され、上記通常状態において上記第１配管と上記第２配管との間の液体を流動させ、上記バックアップ状態において上記第１配管と上記第２配管との間の液体の流動を遮断する第２切替手段を更に、備えるのが好ましい。これにより、上記第１切替手段が機能しない場合でも、上記第２切替手段により確実に上記第１配管と上記第２配管との間の液体の流動を遮断することができる。すなわち、より確実に上記操舵駆動手段により上記転舵駆動手段を駆動させることができ、操舵装置の信頼性を向上させることができる。

さらに、この一態様において、上記第１切替手段は、上記第１配管と上記第２配管との間を流動する液体の絞り量を可変させる可変弁であるのが好ましい。上記第１配管と上記第２配管との間を流動する液体の絞り量を可変させることにより、例えば上記通常状態において急激にステアリングホイールを回転させたときに生じさせる粘性抵抗を最適な値に調整することが可能となる。これにより、操舵装置の操作性をより向上させることができる。

この一態様において、上記通常状態において、上記転舵駆動手段を駆動するポンプ又はモータを更に備えるのが好ましい。

本発明によれば、操作性を向上させた操舵装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、操舵装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１は、本発明の一実施例に係る操舵装置を示す図である。図１において、本実施例に係る操舵装置２はステアリングホイール４と、ステアリングホイール４により駆動される操舵アクチュエータ６と、操舵アクチュエータ６に配管を介して接続され、車輪を転舵する転舵アクチュエータ８と、を備えている。

操舵アクチュエータ６は、内部が油液で満たされたシリンダ６ａと、シリンダ６ａ内部を摺動するピストン６ｂとを有している。また、ステアリングホイール４のピニオン部と操舵アクチュエータ６のピストン６ｂのラック部が係合している。

シリンダ６ａ内部にはピストン６ｂを挟んで一対の油室６ｃ、６ｄが画成されており、各油室６ｃ、６ｄには内部の油液が流出入するポートが形成されている。

転舵アクチュエータ８は、４つの油室８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを有するシリンダ８ｅと、シリンダ８ｅ内を摺動するピストン８ｆとを有している。シリンダ８ｅ内の４つの油室８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄはピストン８ｆ及び隔壁により画成され、各油室８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄには油液が流出入するポートが形成されている。また、ピストン８ｆの両端にはステアリング機構を介して車輪が連結されている。

操舵アクチュエータ６の一方のポートと転舵アクチュエータ８の一方のポートには第１配管１０が接続され、操舵アクチュエータ６の他方のポートと転舵アクチュエータ８の他方のポートには第２配管１２が接続されている。また、第１配管１０と第２配管１２とには、第３配管１４が接続されている。第３配管１４には、第３配管１４内の油液の流動を絞るオリフィス１６ａと第３配管１４内の油液の流動を遮断する閉状態１６ｂとに切り替わる第１ソレノイドバブルブ１６が設けられている。また、第３配管１４には第３配管１４内の油液の流動を許容する開状態１８ａと第３配管１４内の油液の流動を遮断する閉状態１８ｂとに切り替わる第２ソレノイドバブルブ１８が第１ソレノイドバルブ１６と直列に設けられている。

第１ソレノイドバルブ１６及び第２ソレノイドバルブ１８は制御部２０に接続され、制御部２０からの制御信号に基づいて、第１ソレノイドバルブ１６はオリフィス１６ａ又は閉状態１６ｂに切り換え、第２ソレノイドバルブ１８は開状態１８ａ又は閉状態１８ｂに切り換える。

ステアリングホイール４には、ステアリングホイール４の回転角を検出する角度検出器２２が配置され、角度検出器２２は制御部２０に接続されている。角度検出器２２は、検出した回転に関する信号を制御部２０に送信し、制御部２０はこの角度信号に基づいて、後述するポンプ２６の吐出圧力を算出する。

また、ステアリングホイール４には、ステアリングホイール４の回転に対し反力を発生させる反力調整器２４が配置され、反力調整器２４は制御部２０に接続されている。制御部２０は、転舵アクチュエータ８のピストン８ｆに生じる歪みを検出する軸力センサからの歪みに基づき、ステアリングホイール４の回転に抗する反力を算出する。さらに、制御部２０は反力調整器２４が算出された反力を発生するように反力調整器２４を制御する。

操舵装置２は油液を配管内に供給するポンプ２６と、ポンプ２６が吐出する油液を貯めるタンク２８とを備えている。また、ポンプ２６には転舵アクチュエータ８のシリンダ８ｅの油室８ａ、８ｂ内に油液を供給する供給配管３０が接続され、転舵アクチュエータ８のシリンダ８ｅの各油室８ａ、８ｂには、転舵アクチュエータ８のシリンダ８ｅの各油室内８ａ、８ｂから油液をタンク２８に戻す戻配管３２が接続されている。さらに、各供給配管３０及び各戻配管３２には、油液の流動を許容する開状態３４ａと油液の流動を遮断する閉状態３４ｂとに切り換を行うソレノイドバルブ３４が配置されている。各ソレノイドバルブ３４は制御部２０に接続され、制御部２０からの制御信号に基づいて、開状態３４ａ又は閉状態３４ｂに切り換える。

次に、ポンプ２６及び各ソレノイドバルブ３４等が正常に機能し、通常状態で操舵装置２が機能する場合について説明する。

制御部２０は、第１ソレノイドバルブ１６がオリフィス１６ａとなり、第２ソレノイドバルブ１８が開状態１８ａとなるように、第１ソレノイドバルブ１６及び第２ソレノイドバルブ１８に制御信号を送信する。制御信号を受信した第１ソレノイドバルブ１６はオリフィス１６ａとなり、第２ソレノイドバルブ１８は開状態１８ａとなる（図２（ａ））。

ステアリングホイール４が回転させられると、角度検出器２２は回転角度を検出し、検出された角度を制御部２０に送信する。制御部２０は送信された回転角度に基づいて、各ソレノイドバルブ３４に制御信号を送信し、各ソレノイドバルブ３４を開状態３４ａ又は閉状態３４ｂに切り換える。また、制御部２０は対応する車輪の舵角を算出し、車輪が算出された舵角となるのに必要なポンプ２６の吐出圧力を算出する。制御部２０は、算出された吐出圧力となるよう制御信号をポンプ２６に送信し、ポンプ２６は送信された制御信号に基づいて、油液を供給配管３０に供給する。

例えば、ステアリングホイール４が半時計方向に回転させられた場合、角度検出器２２はステアリングホイール４の回転角度を検出し、検出された角度を制御部２０に送信する。

制御部２０は、送信された角度検出器２２からの角度に基づいて、各ソレノイドバルブ３４が開状態３４ａ又は閉状態３４ｂとなるように、各ソレノイドバルブ３４に制御信号を送信する。各ソレノイドバルブ３４は受信した制御信号に基づいて開状態３４ａ又は閉状態３４ｂとなる。

また、制御部２０はステアリングホイール４の回転角度に対応する車輪の舵角を算出し、車輪が算出された舵角となるのに必要なポンプ２６の吐出圧力を算出する。制御部２０は算出された吐出圧力となるよう制御信号をポンプ２６に送信し、ポンプ２６は受信した制御信号に基づいて、油液を供給配管３０に供給する。

ポンプ２６から供給される油液の吐出圧力は、供給配管３０を介して転舵アクチュエータ８の油室８ａ内に加わる。これにより、油室８ａ内の圧力が油室８ｂ内の圧力より高くなることから、ピストンは右側に移動し、車輪は左方向に転舵される。

このとき、転舵アクチュエータ８のピストン８ｆが右側に移動すると、油室８ｃ内の圧力は低くなり、油室８ｄ内の圧力は高くなる。したがって、第１配管１０から油室８ｃ内へ油液が流入し、油室８ｄ内から第２配管１２へ油液が流出する。第２配管１２内の油液は第３配管１４内へ流入し、第３配管１４内の油液は第１配管１０内に流入し、操舵アクチュエータ６の油室６ｃ、６ｄ内、転舵アクチュエータ８の油室８ｃ、８ｄ内、第１配管１０、第２配管１２及び第３配管１４内の油液の圧力は、同一圧力になる。

したがって、ステアリングホイール４を回転させた場合、運転者に操舵アクチュエータ６のピストン６ｂを介して、油液の圧力による抵抗感は感じられない。

しかしながら、ステアリングホイール４が短時間で大きく回転させられた場合、ステアリングホイール４が回転させられ、転舵アクチュエータ８が駆動し、車輪が対応する舵角となる一連の動作完了までに、一定時間の時間遅れが生じる。

この一定時間の時間遅れにおいて、ステアリングホイール４が半時計方向に回転させられ、ステアリングホイール４のピニオン部が回転し、このピニオン部に係合するピストン６ｂのラック部が左方向に移動する。ピストン６ｂが左方向に移動するとシリンダ６ａの油室６ｃ内の圧力が高くなり、油液が油室６ｃ内から第１配管１０内へ流出する。

第１配管１０内の油液は第３配管１４内へ流入し、第３配管１４内の油液は第１ソレノイドバルブ１６のオリフィス１６ａを通過する。

ここで、ステアリングホイール４の回転量が短時間で大きい場合、操舵アクチュエータ６のピストン６ｂの移動量も短時間で大きくなる。さらに、シリンダ６ａの油室６ｃ内から第１配管１０へ流出する油液の流量が増加し、第１配管１０内から第３配管１４内に流入する油液の流量も増加する。

また、第３配管１４内を流動する油液は、オリフィス１６ａにより絞られることから、流動し難くなり、オリフィス１６ａを境界にして、圧力差が生じる。すなわち、オリフィス１６ａを境界にして、第１配管１０側の圧力が第２配管１２側の圧力と比較して高くなる。したがって、操舵アクチュエータ６のシリンダ６ａの油室６ｃ内の圧力は、油室６ｄ内の圧力と比較して高くなり、転舵アクチュエータ８のシリンダ８ｅの油室８ｃ内の圧力は、油室８ｄ内の圧力と比較して高くなる。

操舵アクチュエータ６のシリンダ６ａの油室６ｃ内の圧力は、油室６ｄ内の圧力と比較して高くなることにより、ステアリングホイール４を左に回転させた場合、すなわち操舵アクチュエータ６を左に移動させた場合、粘性抵抗が生じる。

なお、ステアリングホイール４の回転速度の大きさに比例して、ピストン６ｂの移動速度が大きくなることから、油室６ｃ内から第１配管１０を介し第３配管１４へ流入する油液の流量が大きくなり、第１ソレノイドバルブ１６のオリフィス１６ａを通過する油液の流量が大きくなる。すなわち、第１ソレノイドバルブ１６のオリフィス１６ａ前後において、圧力差がより大きくなる。この場合、オリフィス１６ａを境界にして、第１配管１０側の油液の圧力が第２配管１２側の圧力がより大きくなる。それにより、ステアリングホイール４を回転させたときの粘性抵抗はより大きくなる。

以上により、ステアリングホイール４を急激に回転させた場合、この回転に対して粘性抵抗が働くことにより、必要以上に速い操舵をし難くさせることができる。これにより操作性を向上させることができる。

また、転舵アクチュエータ８のシリンダ８ｅの油室８ｃ内の圧力は、油室８ｄ内の圧力と比較して高くなる。これにより転舵アクチュエータ８のピストン８ｆには、右方向に移動する力が働く。ピストン８ｆには、ポンプ２６から吐出された油液による右方向へ移動する力に加えて、上述の圧力差によって生じた右方向の力が加わることから、転舵アクチュエータ８の応答性が高まる。これにより操作性が向上する。

次に、ポンプ２６等が故障したバックアップ状態の操舵装置２について説明する。

制御部２０は、ポンプ２６等から、故障に関する信号を受信すると、ソレノイドバルブ３４に開状態３４ａ又は閉状態３４ｂとなるよう制御信号を送信する。さらに、制御部２０は第１ソレノイドバルブ１６及び第２ソレノイドバルブ１８に各々閉状態１６ｂ、１８ｂとなるよう制御信号を送信する。この制御信号を受信した第１ソレノイドバルブ１６及び第２ソレノイドバルブ１８は、各々閉状態１６ｂ、１８ｂとなる（図２（ｂ））。

ステアリングホイール４を回転させると、ステアリングホイール４のピニオン部が回転する。ピニオン部が回転すると、ピニオン部に係合するピストン６ｂのラック部が右方向又は左方向に移動する。例えば、ステアリングホイール４が半時計方向に回転させられ、ピストン６ｂが左方向に移動した場合、ピストン６ｂの油室６ｃ内の圧力が高くなり、油室６ｃ内から第１配管１０内に油液が流出する。

さらに、第１配管１０内の油液は転舵アクチュエータ８のシリンダ８ｅの油室８ｃ内に流入する。油室８ｃ内に油液が流入すると、油室８ｃ内の圧力が高まりピストン８ｆは、右方向へ移動し、車輪が左方向に転舵する。また、ピストン８ｆが右方向へ移動すると油室８ｄ内の圧力が高まり、油室８ｄ内から第２配管１２内へ油液が流入する。第２配管１２内に流入した油液は、操舵アクチュエータ６のシリンダ６ａの油室６ｄ内に流入する。なお、第３配管１４に配置された第１ソレノイドバルブ１６及び第２ソレノイドバルブ１８は閉状態１６ｂ、１８ｂにあることから、第３配管１４内の油液は流動しない。

ここで、第１ソレノイドバルブ１６及び第２ソレノイドバルブ１８により、第３配管１４内の油液の流動を遮断している。これにより、第１ソレノイドバルブ１６及び第２ソレノイドバルブ１８のうちいずれか一方のソレノイドバルブ１６、１８が故障等により機能しなくなり、オリフィス状態１６ａ又は開状態１８ａで固定された場合でも、正常に機能する他方のソレノイドバルブ１６、１８により、第３配管１４内の油液の流動を確実に遮断することができる。すなわち、操舵アクチュエータ６により転舵アクチュエータ８を確実に駆動させることができ、操舵装置２の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第１ソレノイドバルブ１６は制御部２０からの制御信号に基づいて、絞り量（オリフィス１６ａの内径）を可変させるオリフィス１６ａであってもよい。

制御部２０からの制御信号に基づいて、第１ソレノイドバルブ１６のオリフィス１６ａの絞り量をより大きく（オリフィス１６ａの内径をより小さく）すれば、オリフィス１６ａを境界にして、第１配管１０側の油液の圧力と第２配管１２側の圧力との圧力差をより大きくすることができる。それにより、ステアリングホイール４を回転させたときの粘性抵抗をより大きくすることができる。

一方、制御部２０からの制御信号に基づいて、第１ソレノイドバルブ１６のオリフィス１６ａの絞り量をより小さく（オリフィス１６ａの内径をより大きく）すれば、オリフィス１６ａを境界にして、第１配管１０側の油液の圧力と第２配管１２側の圧力との圧力差をより小さくすることができる。それにより、ステアリングホイール４を回転させたときの粘性抵抗をより小さくすることができる。以上のように、オリフィス１６ａの絞り量を可変させることにより、ステアリングホールを急激に回転させたときに生じさせる粘性抵抗を最適な大きさに調整することができる。すなわち、より操作性を向上させることができる。

また、転舵アクチュエータ８の応答性を高めたい場合、制御部２０は、第１ソレノイドバルブ１６のオリフィス１６ａの絞り量が大きく（オリフィス１６ａの内径を小さく）するように第１ソレノイドバルブ１６を制御してもよい。

さらに、第２ソレノイドバルブ１８が故障等により機能しなくなり、開状態１８ａで固定された場合でも、第１ソレノイドバルブ１６のオリフィス１６ａを最大絞り状態である閉状態とすることにより、第３配管１４内の油液の流動を確実に遮断することができる。すなわち、操舵アクチュエータ６により転舵アクチュエータ８を確実に駆動することができ、操舵装置２の信頼性を向上させることができる。

通常状態において、ポンプ２６により油液を介して転舵アクチュエータ８に圧力を加え、転舵アクチュエータ８を駆動させることにより車輪を転舵させているが、電動式モータによりステアリング機構を介して車輪を転舵させてもよい。

本発明は、例えば、ＥＨＰＳ、ＥＰＳ等の操舵装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。

本発明の一実施例に係る操舵装置のシステム構成図である。（ａ）通常状態における第１ソレノイドバルブ及び第２ソレノイドバルブを示す図である。（ｂ）バックアップ状態における第１ソレノイドバルブ及び第２ソレノイドバルブを示す図である。

符号の説明

２操舵装置
４ステアリングホイール
６操舵アクチュエータ
８転舵アクチュエータ
１０第１配管
１２第２配管
１４第３配管
１６第１ソレノイドバルブ
１８第２ソレノイドバルブ
２０制御部

Claims

通常状態からバックアップ状態へと切り替える機能を有する操舵装置であって、
ステアリングホイールに連動し、一方又は他方のポートから液体が流出又は流入する操舵駆動手段と、
一方又は他方のポートから液体が流出又は流入することにより、車輪を転舵する転舵駆動手段と、
前記操舵駆動手段の一方のポートと前記転舵駆動手段の一方のポートに接続され、内部を液体が流動する第１配管と、
前記操舵駆動手段の他方のポートと前記転舵駆動手段の他方のポートに接続され、内部を液体が流動する第２配管と、
前記第１配管と前記第２配管との間に設けられ、前記通常状態において前記第１配管と前記第２配管との間の液体の流動を絞り、前記バックアップ状態において前記第１配管と前記第２配管との間の液体の流動を遮断する第１切替手段と、を備えることを特徴とする操舵装置。
請求項１記載の操舵装置であって、
前記第１切替手段と直列に接続され、前記通常状態において前記第１配管と前記第２配管との間の液体を流動させ、前記バックアップ状態において前記第１配管と前記第２配管との間の液体の流動を遮断する第２切替手段を更に、備えることを特徴とする操舵装置。
請求項１又は２記載の操舵装置であって、
前記第１切替手段は、前記第１配管と前記第２配管との間を流動する液体の絞り量を可変させる可変弁であることを特徴とする操舵装置。
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の操舵装置であって、
前記通常状態において、前記転舵駆動手段を駆動するポンプ又はモータを更に備えることを特徴とする操舵装置。