JP2006240559A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステアリング操作子の操舵フィーリングを確保しながら、小型で小出力の反力付与モータによってステアリング操作子を限界操作位置で確実に停止させる。
【解決手段】 ドライバーが操作するステアリングホイール１７に対して反力を付与する反力付与モータ２０の出力軸２０ａにブレーキ機構２３を設けたので、ステアリングホイール１７を限界操作位置で停止させるために大きな反力が必要になったときに、反力付与モータ２０と共にブレーキ機構２３を作動させることで、小型で小出力の反力付与モータ２０を用いてもステアリングホイール１７を確実に停止させることができる。しかも小型で小出力の反力付与モータ２０を用いたことで通常の操舵時における反力付与モータ２０の慣性の影響を最小限に抑え、違和感のない操舵フィーリングを得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ドライバーが操作するステアリング操作子と、ステアリング操作子の操作に対して反力を付与する反力付与アクチュエータと、車輪を転舵する転舵アクチュエータと、ステアリング操作子の操作状態を検知する操作状態検知手段と、ステアリング操作子の操作状態に基づいて転舵アクチュエータおよび反力付与アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置に関する。

ステアリングホイールとステアリングギヤボックスとの機械的接続を絶ち、ステアリングホイールの操作により発生する電気信号に基づいて、制御手段がステアリングギヤボックスに設けた転舵モータの駆動を制御して左右の車輪を転舵するステア・バイ・ワイヤ式操舵装置が、下記特許文献１により公知である。
特開平１０−２２６３４６号公報

ところで、ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置では、ステアリングホイールを左右方向に回転させたときの限界操作位置で反力付与モータに大きな反力トルクを発生させ、その限界操作位置でステアリングホイールの回転を阻止する必要がある。この場合、反力付与モータからステアリングホイールへのトルク伝達経路に減速機を介在させれば、反力付与モータが発生すべき反力トルクは小さくて済む。しかしながら、このようにするとステアリングホイールの回転速度に対する反力付与モータの回転速度が大きくなるため、反力付与モータの慣性の影響が大きく現れて操舵フィーリングが低下する可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ステアリング操作子の操舵フィーリングを確保しながら、小型で小出力の反力付与モータによってステアリング操作子を限界操作位置で確実に停止させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ドライバーが操作するステアリング操作子と、ステアリング操作子の操作に対して反力を付与する反力付与アクチュエータと、車輪を転舵する転舵アクチュエータと、ステアリング操作子の操作状態を検知する操作状態検知手段と、ステアリング操作子の操作状態に基づいて転舵アクチュエータおよび反力付与アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置において、前記反力付与アクチュエータはモータよりなり、そのモータの出力軸上にブレーキ機構を設けたことを特徴とする車両用操舵装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、ドライバーが操作するステアリング操作子と、ステアリング操作子の操作に対して反力を付与する反力付与アクチュエータと、車輪を転舵する転舵アクチュエータと、ステアリング操作子の操作状態を検知する操作状態検知手段と、ステアリング操作子の操作状態に基づいて転舵アクチュエータおよび反力付与アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えた車両用操舵装置において、前記反力付与アクチュエータはモータよりなり、そのモータとステアリング操作子とを減速比が可変な減速機構を介して接続したことを特徴とする車両用操舵装置が提案される。

尚、実施例の転舵モータ１４は本発明の転舵アクチュエータに対応し、実施例のステアリングホイール１７は本発明ステアリング操作子に対応し、実施例の反力付与モータ２０は本発明の反力付与アクチュエータに対応し、実施例のベルト式無段変速機２４は本発明の減速機構に対応し、実施例の操舵角センサＳａおよび操舵トルクセンサＳｂは本発明の操作状態検知手段に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、ドライバーが操作するステアリング操作子に対して反力を付与する反力付与アクチュエータをモータで構成し、そのモータの出力軸上にブレーキ機構を設けたので、ステアリング操作子の限界操作位置で大きな反力が必要になったときにブレーキ機構を作動させることで、小型で小出力のモータを用いてもステアリング操作子を確実に停止させることができる。しかも小型で小出力のモータを用いたことで通常の操舵時におけるモータの慣性の影響を最小限に抑え、違和感のない操舵フィーリングを得ることができる。

請求項２の構成によれば、ドライバーが操作するステアリング操作子に対して反力を付与する反力付与アクチュエータをモータで構成し、そのモータとステアリング操作子とを減速比が可変な減速機構を介して接続したので、ステアリング操作子の限界操作位置で大きな反力が必要になったときに減速機構のモータからステアリング操作子への減速比を増加させることで、小型で小出力のモータを用いてもステアリング操作子を確実に停止させることができる。しかも通常の操舵時において、減速機構のモータからステアリング操作子への減速比を減少させることで、モータの慣性の影響を最小限に抑えて違和感のない操舵フィーリングを得ることができ、また減速機構のモータからステアリング操作子への減速比を増加させることで、小型で小出力のモータで必要な操舵反力を発生させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例を示すもので、自動車の車輪Ｗ，Ｗを転舵するステアリングギヤボックス１１は車体左右方向に摺動自在なラックバー１２を備えており、ラックバー１２の両端が左右のタイロッド１３，１３を介して左右の車輪Ｗ，Ｗに接続される。転舵モータ１４により回転するピニオン１５がラックバー１２に形成したラック１６に噛み合っており、転舵モータ１４を駆動するとピニオン１５およびラック１６を介してラックバー１２が車体左右方向に摺動し、タイロッド１３，１３を介して左右の車輪Ｗ，Ｗが転舵される。

ステアリングホイール１７と一体のステアリングシャフト１８の下端に、ステアリングホイール１７に擬似的な操舵反力を付与するための操舵反力発生手段１９が設けられる。操舵反力発生手段１９は反力付与モータ２０を備えており、ステアリングシャフト１８に固定した第１ベベルギヤ２１と反力付与モータ２０の出力軸２０ａに固定した第２ベベルギヤ２２とが歯合する。第２ベベルギヤ２２の歯数は第１ベベルギヤ２１の歯数よりも小さくなっており、従って反力付与モータ２０が発生するトルクはステアリングシャフト１８に増大されて伝達される。そして反力付与モータ２０の出力軸２０ａに摩擦ブレーキ等の任意の構造のブレーキ機構２３が設けられる。このブレーキ機構２３は反力付与モータ２０の出力軸２０ａの回転を停止させる制動力を発生する。

転舵モータ１４および操舵反力発生手段１９の作動を制御する電子制御ユニットＵには、操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、操舵トルクセンサＳｂで検出した操舵トルクＴと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖｖと、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐとが入力される。

次に、上記構成を備えた実施例の作用を説明する。

ドライバーがステアリングホイール１７を操作すると、操舵角センサＳａで検出した操舵角δと、車速センサＳｃで検出した車速Ｖｖと、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐとが電子制御ユニットＵに入力される。電子制御ユニットＵは、例えば、ステアリングホイール１７の操舵角δに比例した車輪Ｗ，Ｗの転舵角γが得られるように転舵モータ１４を駆動し、ステアリングギヤボックス１１を介して車輪Ｗ，Ｗを転舵する。

このとき、ラック位置センサＳｄで検出したラック位置Ｐ（つまり、車輪Ｗ，Ｗの転舵角γ）が目標位置に一致するようにフィードバック制御が行われる。また、例えば、車速センサＳｃで検出した車速Ｖｖが大きいときには車輪Ｗ，Ｗの目標転舵角を減少させ、前記車速Ｖｖが小さいときには車輪Ｗ，Ｗの目標転舵角を増加させることで、高速時に車両の直進安定性を高めるとともに、低速時に車両の取り回しを容易にすることができる。

尚、車速センサＳｃで検出した車速Ｖｖが小さいときに操舵反力発生手段１９に小さな操舵反力を発生させ、車速センサＳｃで検出した車速Ｖｖが大きいときに操舵反力発生手段１９に大きな操舵反力を発生させることで、高速走行時の車両挙動を安定させるとともに、車庫入れ時等のドライバーの操舵を容易にすることができる。

ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置ではステアリングホイール１７に車輪Ｗ，Ｗからの操舵反力が作用しないため、電子制御ユニットＵからの指令で操舵反力発生手段１９を駆動し、ステアリングホイール１７に操舵反力を付与する必要がある。その際の目標操舵反力は、例えば、操舵角δが大きくなるほど小さくなるように設定される。そして操舵トルクセンサＳｂで検出した操舵トルクＴが前記目標操舵反力に一致するように、操舵反力発生手段１９の駆動がフィードバック制御される。このように、操舵反力発生手段１９でステアリングホイール１７に擬似的な操舵反力を付与することで、ドライバーの違和感を解消することができる。

操舵反力発生手段１９の機能を更に説明すると、ドライバーがステアリングホイール１７を操作するとステアリングシャフト１８の回転が第１ベベルギヤ２１、第２ベベルギヤ２２および出力軸２０ａを介して反力付与モータ２０に伝達されるため、その反力付与モータ２０にドライバーがステアリングホイール１７に入力する操舵トルクに対抗するトルクを発生させることで、ステアリングホイール１７に擬似的な操舵反力を発生させることができる。

このとき、第２ベベルギヤ２２の歯数が第１ベベルギヤ２１の歯数よりも小さくなっていて、反力付与モータ２０が発生するトルクがステアリングシャフト１８に増大されて伝達されるので、反力付与モータ２０に小型で小出力のものを用いながら必要な操舵反力を発生させることができる。しかしながら、反力付与モータ２０からステアリングシャフト１８への減速比を大きくし過ぎると、ステアリングホイール１７が同じ速度で回転しても反力付与モータ２０に回転速度が大きくなるため、反力付与モータ２０の慣性の影響が大きく現れて操舵フィーリングが低下する可能性がある。このために、前記減速比を大きくすることには限界がある。

ところで、ステアリングホイール１７を左右方向に回転させたときの限界操作位置では、反力付与モータ２０に大きな反力トルクを発生させてステアリングホイール１７の回転を阻止する必要がある。この場合、反力付与モータ２０からステアリングシャフト１８への減速比を大きく取るほど反力付与モータ２０が発生すべき反力トルクは小さくて済むが、上述したように操舵フィーリングとの兼ね合いで前記減速比を無闇に大きく取ることはできない。

しかしながら、本実施例では反力付与モータ２０の出力軸２０ａにブレーキ機構２３を設けたので、ステアリングホイール１７の回転位置が限界操作位置に近づいたときにブレーキ機構２３を作動させて反力付与モータ２０の出力軸２０ａを拘束することで、反力付与モータ２０の反力トルクおよびブレーキ機構２３の制動力の両方によってステアリングホイール１７を限界操作位置で確実に停止させることができる。この場合にも、反力付与モータ２０からステアリングシャフト１８への減速比の効果により、小容量のブレーキ機構２３でステアリングシャフト１８の回転を効果的に拘束することができる。

またイグニッションスイッチと連動してブレーキ機構２３を作動させてステアリングホイール１７の回転を阻止すれば、ハンドルロック機構と協働して効果的な防盗手段を構成することができる。

次に、図２に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第２実施例は操舵反力発生手段１９の構造において第１実施例と異なっており、その他の構造は第１実施例と同じである。第２実施例の操舵反力発生手段１９は、ステアリングシャフト１８と反力付与モータ２０の出力軸２０ａとの間にベルト式無段変速機２４を備える。ベルト式無段変速機２４はステアリングシャフト１８に設けた第１プーリ２５と、反力付与モータ２０の出力軸２０ａに設けた第２プーリ２６と、第１、第２プーリ２５，２６に巻き掛けた無端ベルト２７とを備えており、第１、第２プーリ２５，２６の一方の有効半径を増加させて他方の有効半径を減少させることで、反力付与モータ２０からステアリングシャフト１８への減速比を無段階に変更することができる。

従って、ステアリングホイール１７を左右方向に回転させて限界操作位置に近づいたときにベルト式無段変速機２４の減速比を増加させ、ステアリングホイール１７の回転速度に対応する反力付与モータ２０の回転速度を大きくすることで、小型で小出力の反力付与モータ２０を用いながら、ステアリングホイール１７の回転を効果的に拘束し、ステアリングホイール１７を限界操作位置で確実に停止させることができる。

また通常の操舵時において、反力付与モータ２０が発生すべき操舵反力が小さい場合には、ベルト式無段変速機２４の減速比を小さくすることでステアリングホイール１７の回転速度に対応する反力付与モータ２０に回転速度を小さくし、反力付与モータ２０の慣性の影響を最小限に抑えて操舵フィーリングを高めることができる。逆に、反力付与モータ２０が発生すべき操舵反力が大きい場合には、ベルト式無段変速機２４の減速比を大きくすることでステアリングホイール１７の回転速度に対応する反力付与モータ２０に回転速度を大きくし、小型で小出力の反力付与モータ２０でも必要な操舵反力を発生させることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、第２実施例においてベルト式無段変速機２４に代えて任意の構造の減速機構を採用することができる。

第１実施例に係るステア・バイ・ワイヤ式操舵装置の全体構成を示す図 第２実施例に係るステア・バイ・ワイヤ式操舵装置の全体構成を示す図

符号の説明

１４ 転舵モータ（転舵アクチュエータ）
１７ ステアリングホイール（ステアリング操作子）
２０ 反力付与モータ（反力付与アクチュエータ）
２０ａ 出力軸
２３ ブレーキ機構
２４ ベルト式無段変速機（減速機構）
Ｓａ 操舵角センサ（操作状態検知手段）
Ｓｂ 操舵トルクセンサ（操作状態検知手段）
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
Ｗ 車輪

Claims (2)

1. ドライバーが操作するステアリング操作子（１７）と、
   ステアリング操作子（１７）の操作に対して反力を付与する反力付与アクチュエータ（２０）と、
   車輪（Ｗ）を転舵する転舵アクチュエータ（１４）と、
   ステアリング操作子（１７）の操作状態を検知する操作状態検知手段（Ｓａ，Ｓｂ）と、
   ステアリング操作子（１７）の操作状態に基づいて転舵アクチュエータ（１４）および反力付与アクチュエータ（２０）の作動を制御する制御手段（Ｕ）と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記反力付与アクチュエータ（２０）はモータよりなり、そのモータの出力軸（２０ａ）上にブレーキ機構（２３）を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. ドライバーが操作するステアリング操作子（１７）と、
   ステアリング操作子（１７）の操作に対して反力を付与する反力付与アクチュエータ（２０）と、
   車輪（Ｗ）を転舵する転舵アクチュエータ（１４）と、
   ステアリング操作子（１７）の操作状態を検知する操作状態検知手段（Ｓａ，Ｓｂ）と、
   ステアリング操作子（１７）の操作状態に基づいて転舵アクチュエータ（１４）および反力付与アクチュエータ（２０）の作動を制御する制御手段（Ｕ）と、
   を備えた車両用操舵装置において、
   前記反力付与アクチュエータ（２０）はモータよりなり、そのモータとステアリング操作子（１７）とを減速比が可変な減速機構（２４）を介して接続したことを特徴とする車両用操舵装置。
   

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