JP2006001483A - ステアバイワイヤシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 電気系統が失陥してもハンドル操作に対する反力を付与することが可能な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、電気系統が失陥しても引っ張りコイルバネ３１によってハンドル１１に反力を付与することができるので、ハンドル１１が空転する感覚を防ぎ、ハンドル１１と転舵輪５０とが連結されている感覚を運転者に抱かせることができる。また、電気系統が失陥していない状態では、反力モータ４５により運転状態に応じてハンドル操作に対する反力を変更することができかつ反力モータ４５と引っ張りコイルバネ３１とを併用することで、反力モータ４５のみによって反力を発生させる場合に比べて省エネを図ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、転舵輪とハンドルとを機械的に切り離し、ハンドルの操作に応じて転舵用モータにより転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムに関する。

ステアバイワイヤシステムは、転舵輪とハンドルとが機械的に切り離されているために、ハンドル操作に対する反力発生装置が必要である。また、ハンドル操作に対する反力は、車速等の運転状況に応じて変化させることが好ましいので、通常はモータをハンドルに連結しておき、そのモータの出力トルクをハンドル操作に対する反力としている。そして、このようなステアバイワイヤシステムとして、そのステアバイワイヤシステムの構成部品が失陥した場合に備え、全ての構成部品に三重の冗長性を持たせたものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００３−２００８４０号公報（段落［０００７］、図１）

しかしながら、上記した従来のステアバイワイヤシステムでは、電気系統に関する主要構成部品が失陥し、ハンドル操作に対して反力を付与する部品が機能しなくなる場合が生じ得る。この場合、ハンドル操作に対する反力が急激に低下し、運転者に強い恐怖感を与えかねない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、電気系統が失陥してもハンドル操作に対する反力を付与することが可能なステアバイワイヤシステムの提供を目的とする。

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、ハンドルに機械的に連結されて回動する回動部材と、ハンドルを回動可能に支持した車両本体に固定されるベース部材と、回動部材のうち回動中心からオフセットした位置とベース部材との間に差し渡されて、ハンドルが中立点に位置したときに線対称になる１対のコイルバネとを設け、ハンドルが中立点から回動したときに、一方のコイルバネが弾性変形するように構成したところに特徴を有する。

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、コイルバネは、引っ張りコイルバネであるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２記載のステアバイワイヤシステムにおいて、回動部材又はベース部材には、コイルバネの伸縮方向に延びた所定長の案内溝が形成されると共に、コイルバネの一端が固定されたバネ支持部材が案内溝に直動可能に係合し、ハンドルが中立点から回動したときに、引っ張られる側のコイルバネが固定されたバネ支持部材は、案内溝の一端に当接する一方、押される側のコイルバネが固定されたバネ支持部材は、案内溝内を直動するように構成したところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、１対のコイルバネの相互の間隔が、回動部材からベース部材に向かうに従って広がったところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のステアバイワイヤシステムにおいて、回動部材に反力用モータをギヤ連結し、反力用モータによってハンドルの操作に対する反力を付与するところに特徴を有する。

請求項１のステアバイワイヤシステムでは、ハンドルを中立点から回動すると、これに伴って回動部材も回動し、１対のコイルバネのうち一方のコイルバネが軸方向に押され、他方のコイルバネが軸方向に引っ張られる。そして、一方のコイルバネが弾性変形し、その弾発力によりハンドルを中立点に戻す反力が発生する。

具体的には、コイルバネを引っ張りコイルバネとし、引っ張り力を受けた一方のコイルバネの弾発力によってハンドルを中立点に戻す反力を発生させることができる（請求項２の発明）。そして、請求項３のステアバイワイヤシステムでは、ハンドルが中立点から回動したときに、引っ張られる側のコイルバネが固定されたバネ支持部材は案内溝の一端に当接するが、押される側のコイルバネが固定されたバネ支持部材は案内溝をスライドするので、これにより引っ張られる側のコイルバネのみが弾性変形する。

また、請求項４のステアバイワイヤシステムでは、１対のコイルバネの相互の間隔が、回動部材からベース部材に向かうに従って広がった構造になっているので、一方のコイルバネの軸方向が、回動部材の回動によって描かれる円の接線方向を向き、そのコイルバネを効率良く弾性変形させることができる。

請求項５のステアバイワイヤシステムでは、回動部材に反力用モータをギヤ連結し、反力用モータによってハンドル操作に対する反力を付与するので、電気系統が失陥していない状態では、運転状態に応じてハンドル操作に対する反力を変更することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５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と転舵輪５０，５０とが機械的に切り離されている。

まず、転舵輪５０，５０に連結された部品に関して説明する。１対の転舵輪５０，５０の間には、転舵シャフト１６が差し渡され、その転舵シャフト１６の両端に連結されたタイロッド１７，１７が各転舵輪５０，５０に連結されている。

転舵シャフト１６は、筒形ハウジング１８の内部に挿通され、その筒形ハウジング１８が車両の本体に固定されている。また、筒形ハウジング１８の両端部には、筒状のゴムブーツ１８Ｂが嵌合固定され、それらゴムブーツ１８Ｂの先端部分がタイロッド１７に嵌合固定されている。これにより、筒形ハウジング１８の両端開口が閉じられている。

筒形ハウジング１８は、軸方向の中間部分には大径部１８Ｄが備えられ、その大径部１８Ｄに転舵用モータ１９が内蔵されている。転舵用モータ１９は、筒形ハウジング１８の内面に嵌合固定されたステータ２０と、ステータ２０の内側に遊嵌された筒状のロータ２１とを備えてなり、転舵シャフト１６はロータ２１の内側を貫通している。また、ロータ２１は、軸方向に移動不能になっている。

ロータ２１の内面には、ボールナット２２が組み付けられている。また、転舵シャフト１６の軸方向の中間部分にはボールネジ部２３が形成されている。これらボールナット２２とボールネジ部２３とから、所謂、ボールネジ機構２４が構成され、ロータ２１と共にボールナット２２が回転すると、筒形ハウジング１８に対してボールネジ部２３が直動し、これにより転舵輪５０，５０が転舵する。さらに、筒形ハウジング１８のうち大径部１８Ｄの一端には、ロータ２１の回転位置を検出するための回転位置センサ２５が設けられている。

次に、ハンドル１１に連結された部位に関して説明する。ハンドル１１の中心から延びたステアリングシャフト１２の先端部分には、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１４と、ステアリングシャフト１２にかかる負荷トルク、即ち、ハンドル１１の操作に対する転舵反力を検出するためのトルクセンサ１５とが備えられている。

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、ステアリングシャフト１２の先端に固定された回動部材４３が備えられている。この回動部材４３は、全体として略半円形の円板状をなし、その円弧状の周面にはギヤ部４３Ｇが形成されている。そして、回動部材４３のうち回動部材４３を完全な円にした場合の中心４３Ｃにステアリングシャフト１２の先端が固定されている。

なお、回動部材４３は、同図に示すように、ハンドル１１を中立点（車両を直進させるためのハンドルの位置）に配置したときに、回動部材４３における平坦な周面４３Ｈが上方を向くようになっている。

反力発生装置１３には、１対の反力用モータ４５，４５が備えられ、これら反力用モータ４５の出力回転軸に固定されたピニオン４４，４４が回動部材４３のギヤ部４３Ｇに噛合している。なお、これら反力用モータ４５，４５は、左右対称に配置されている。

ハンドル１１を中立点に位置させた状態で、回動部材４３のうち中心４３Ｃの真下に位置した外縁部分には、支持ピン３６が起立している。そして、この支持ピン３６に、１対の伸縮ユニット３０，３０の一端が連結されている。

図３に示すように、伸縮ユニット３０は、補強体３２Ｈの外側に引っ張りコイルバネ３１（以下、単に「コイルバネ３１」という）を挿入し、補強体３２Ｈの両端部寄り位置に備えた係止突起３４，３５にコイルバネ３１の両端部を係止してなる。

詳細には、補強体３２Ｈは、第１補強部材３２と第２補強部材３３とからなる。第１補強部材３２は全体として軸状をなし、一端にリング部３２Ａを備えている。また、そのリング部３２Ａ側の端部寄り位置に、前記した係止突起３４が配置されている。

一方、第２補強部材３３は、全体として一端有底の筒体状をなし、その筒の底側の端部から軸部３３Ａを延設した構造になっている。また、軸部３３Ａの途中部分に、前記した係止突起３５が配置されている。そして、第２補強部材３３の筒体部分の内部に第１補強部材３２が嵌合された状態で、前記各係止突起３４，３５にコイルバネ３１の両端部が係止され、これにより、第１及び第２の補強部材３２，３３の直動動作に伴ってコイルバネ３１が伸縮する。

第１補強部材３２に備えたリング部３２Ａには、回動部材４３から突出した前記支持ピン３６が抜け止め状態に貫通している。また、第２補強部材３３に備えた軸部３３Ａの端部には、係止ピン３３Ｐが貫通している。そして、図２に示すように、ハンドル１１を中立点に位置させた状態で、回動部材４３の中心４３Ｃを通過する垂線Ｓ１に対して、各伸縮ユニット３０，３０が左右に４５度ずつ開脚した状態で、各伸縮ユニット３０の端部の係止ピン３３Ｐが、車両本体に固定されたベース部材４６に係合している。

ここで、ベース部材４６には、各伸縮ユニット３０の軸方向に延びた案内孔４７が対をなして形成されている。そして、これら各案内孔４７，４７に、各伸縮ユニット３０の係止ピン３３Ｐが直動可能に係合している。また、係止ピン３３Ｐは、案内孔４７のうち回動部材４３側の端部に位置している。

なお、本実施形態では、係止ピン３３Ｐを含む第２補強部材３３が、本発明に係る「バネ支持部材」に相当する。

上記構成により、回動部材４３が回動すると、一方の伸縮ユニット３０は引っ張られ、他方の伸縮ユニット３０は押される。より具体的には、引っ張られた側のコイルバネ３１の軸方向が、回動部材４３の回動によって描かれる円Ｃ１（図２参照）の接線方向を向き、これにより、そのコイルバネ３１を効率良く引っ張ることができる。引っ張られた伸縮ユニット３０の係止ピン３３Ｐは、案内孔４７の端部に位置決めされた状態で、第１及び第２の補強部材３２，３３が互いに離間する方向に直動し、これに伴ってコイルバネ３１が延ばされる。

一方、押された側の伸縮ユニット３０の係止ピン３３Ｐは、案内孔４７の一端から他端側に移動する。このため、第１及び第２の補強部材３２，３３の相対位置関係は変わらず、コイルバネ３１は弾性変形しない。

ハンドル１１と転舵輪５０との間には、電気系統の異常時に、ハンドル１１と転舵輪５０とを機械的に連結可能な連結機構が設けられている。具体的には、図２に示すように、前記回動部材４３のギヤ部４３Ｇに噛合した連動ギヤ７５が設けられ、連動ギヤ７５の回転軸に一端が固定されたフレキシブルワイヤが、ボールネジ機構２４の近傍まで延びている。そして、ボールネジ機構２４の近傍に設けられた図示しないクラッチ装置の一端に、そのフレキシブルワイヤの先端部が連結されている。また、クラッチ装置の他端には、前記したボールネジ機構２４におけるボールナット２２が、図示しないギヤ機構を介して連結されている。このクラッチ装置は、電気系統が正常な状態では断絶状態となっており、これにより通常はハンドル１１と転舵輪５０とが機械的に切り離されている。そして、電気系統に異常が発生したときにクラッチ装置が連結状態となる。これにより、ハンドル１１の回転に連動してボールナット２２が回転し、転舵輪５０が転舵される。

次に、ステアバイワイヤシステム１０の制御について説明する。このステアバイワイヤシステム１０は、図１に示したＥＣＵ４０（ＥＣＵは、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ」の略である）によって制御される。また、ＥＣＵ４０は、図４に示した制御プログラムＰＧ１を所定周期で実行することで、転舵用モータ１９、反力用モータ４５を駆動制御する。具体的には、制御プログラムＰＧ１を実行すると、ＥＣＵ４０は、舵角センサ１４、トルクセンサ１５、車速センサ４１、回転位置センサ２５（何れのセンサも図１参照）等の各センサの検出結果を取り込む（Ｓ１）。

次いで、ＥＣＵ４０は、ハンドル１１と転舵輪５０との間の伝達比Ｒを車速に応じて決定する（Ｓ２）。ここで、ハンドル１１の転舵角をθ１、転舵輪５０の転舵角をθ２とすると、上記した伝達比Ｒは、次式（１）より求められる。

Ｒ＝θ２／θ１ ・・・・・・・・・・・・・（１）

そして、ＥＣＵ４０は、車速に応じて図５に示したマップ４２から所定の伝達比Ｒを取得する。そのマップ４２は、車速が大きくなるに従って伝達比Ｒが小さくなるように設定されている。即ち、車速が比較的低い場合（低速走行時）には、比較的大きな伝達比Ｒが採用される。これにより、僅かなハンドル１１の操作によって車両の旋回をさせることができるようになり、車庫入れ等が容易になる。一方、車速が比較的高い場合（高速走行時）には、比較的小さな伝達比Ｒが採用され、これにより急ハンドル（急旋回）が防がれ、安定した走行が可能になる。

図４に示すように、ＥＣＵ４０は、決定した伝達比Ｒとハンドル１１の転舵角θ１とから転舵輪５０の目標転舵角を求め、その目標転舵角に転舵輪５０の舵角を一致させるための転舵用モータ１９の目標回転位置を決定する（Ｓ３）。そして、回転位置センサ２５が検出した転舵用モータ１９の実際の回転位置と目標回転位置との偏差に応じた駆動電流を転舵用モータ１９に流す（Ｓ４）。

次いで、ＥＣＵ４０は、転舵用モータ１９を転舵させるために必要な駆動電流に基づいて、転舵輪５０と路面との間の転舵反力を推定する（Ｓ５）。そして、推定した転舵反力に対してハンドル１１の目標転舵反力を決定する（Ｓ６）。このとき、高速走行時にはその目標転舵反力を比較的大きな値に決定する一方、低速走行時には目標転舵反力を比較的小さな値に決定する。そして、ハンドル１１に実際にかかる転舵反力をトルクセンサ１５にて検出し、その実際の転舵反力が目標転舵反力と一致するように反力発生装置１３の反力用モータ４５に駆動電流を流す（Ｓ７）。

詳細には、反力用モータ４５による回転出力とコイルバネ３１による弾発力に合わせた反力が、実際の転舵反力として検出され、その実際の転舵反力と目標転舵反力と一致するように反力発生装置１３の反力用モータ４５に駆動電流を流す。従って、コイルバネ３１を備えない場合に比べて、反力用モータ４５の駆動電流を小さくすることが可能になり、省エネを図ることができる。

反力用モータ４５に駆動電流を流す処理を終えたら（Ｓ７）、制御プログラムＰＧ１を抜ける。以上の構成により、ステアバイワイヤシステム１０が正常に作動している間には、車速等の運転状況に応じて、車両の旋回性が適宜変更されると共に、ハンドル操作に対する転舵反力も適宜変更される。

さて、本実施形態のステアバイワイヤシステム１０の電気系統が失陥した場合には、前記したクラッチ装置が連結状態となる。これにより、ハンドル１１と転舵輪５０とが機械的に連結され、ハンドル１１の操作により転舵輪５０が転舵可能な状態になる。このとき、反力用モータ４５がトルクを出力しなくても、反力発生装置１３に備えた一方のコイルバネ３１の弾発力がハンドル１１の転舵反力となる。詳細には、ハンドル１１を中立点から回動すると、それに伴って回動部材４３も回動し、１対のコイルバネ３１，３１のうち一方のコイルバネ３１が引っ張られて弾性変形し、その弾発力によってハンドル１１を中立点に戻す反力を発生させることができる。

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、電気系統が失陥してもコイルバネ３１によってハンドル１１に反力を付与することができるので、ハンドル１１が空転する感覚を防ぎ、ハンドル１１と転舵輪５０とが連結されている感覚を運転者に抱かせることができる。これにより、運転者がパニック状態になることを防ぐことが可能になる。また、電気系統が失陥していない状態では、反力用モータ４５により運転状態に応じてハンドル操作に対する反力を変更することができかつ反力用モータ４５とコイルバネ３１とを併用することで、上記の如く省エネを図ることもできる。

［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）前記実施形態のステアバイワイヤシステム１０では、コイルバネ３１によって転舵反力を発生させていたが、圧縮コイルバネによって転舵反力を発生させる構成としてもよい。

（２）前記実施形態では、両伸縮ユニット３０，３０の端部を回動部材４３における同じ位置に取り付けたが、これら各伸縮ユニット３０，３０の端部を回動部材４３における異なる位置に取り付けてもよい。具体的には、例えば、図６に示すように、伸縮ユニット３０，３０を平行に配置して、回動部材４３の両端部に各伸縮ユニット３０，３０の端部を取り付けた構造にしてもよい。

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 反力発生装置の主要部を示した正面図 伸縮ユニットの断面図 制御プログラムのフローチャート マップの概念図 反力発生装置の変形例を示した正面図

符号の説明

１０ ステアバイワイヤシステム
１１ ハンドル
１９ 転舵モータ
３０ 伸縮ユニット
３１ コイルバネ
４３ 回動部材
４４ ピニオン
４５ 反力モータ
４７ 案内孔
５０ 転舵輪

Claims (5)

1. ハンドルに機械的に連結されて回動する回動部材と、
   前記ハンドルを回動可能に支持した車両本体に固定されるベース部材と、
   前記回動部材のうち回動中心からオフセットした位置と前記ベース部材との間に差し渡されて、前記ハンドルが中立点に位置したときに線対称になる１対のコイルバネとを設け、
   前記ハンドルが中立点から回動したときに、一方の前記コイルバネが弾性変形するように構成したことを特徴とするステアバイワイヤシステム。
2. 前記コイルバネは、引っ張りコイルバネであ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。
3. 前記回動部材又は前記ベース部材には、前記コイルバネの伸縮方向に延びた所定長の案内溝が形成されると共に、前記コイルバネの一端が固定されたバネ支持部材が前記案内溝に直動可能に係合し、
   前記ハンドルが中立点から回動したときに、引っ張られる側の前記コイルバネが固定された前記バネ支持部材は、前記案内溝の一端に当接する一方、押される側の前記コイルバネが固定された前記バネ支持部材は、前記案内溝内を直動するように構成したことを特徴とする請求項２記載のステアバイワイヤシステム。
4. 前記１対のコイルバネの相互の間隔が、前記回動部材から前記ベース部材に向かうに従って広がったことを特徴とする請求項２又は３に記載のステアバイワイヤシステム。
5. 前記回動部材に反力用モータをギヤ連結し、前記反力用モータによって前記ハンドルの操作に対する反力を付与することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のステアバイワイヤシステム。
   

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