JP2006327425A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムにおける異常発生時にも、良好な操舵を達成でき、構造の簡単な車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】ステア・バイ・ワイヤ・システムである第１の操舵系Ａ１の故障等の異常発生時に、クラッチ２４により操舵部材２と駆動側油圧アクチュエータ５のピストン１６を機械的に連結し、第２の操舵系Ａ２を機能させる。駆動側油圧アクチュエータ５からの油圧を従動側油圧アクチュエータ６に供給して、油圧を介する操舵を達成する。複雑な構造の油圧制御弁を不要とする。駆動側油圧アクチュエータ５および従動側油圧アクチュエータ６が閉じた油圧回路を構成しており、油圧ポンプや油圧タンク等を用いる必要がない。
【選択図】 図１

Description

本発明は操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。

近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムの車両用操舵装置が提案されている。
しかしながら、この種のステア・バイ・ワイヤ・システムでは、例えば転舵用アクチュエータとしての転舵用電動アクチュエータに断線等が生じたとき等に対するフェールセーフ対策が重要である。

そこで、操作部材に機械的に連結されたバルブ部材を有する油圧制御弁と、油圧制御弁から供給される油圧に応じて転舵輪の舵角を変化させることのできる転舵用油圧アクチュエータとを設け、転舵用電動アクチュエータの異常発生時に、転舵用油圧アクチュエータを用いて転舵を達成する車両用操舵装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）
特開２００２−２９４３０号公報

特許文献１の車両用操舵装置では、複雑な構造の油圧制御弁を用いるので、装置の構造が複雑になるという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、いわゆるステア・バイ・ワイヤにおける故障発生時にも良好な転舵を達成することができ、且つ構造の簡単な車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、通常時に操舵部材（２）の操作に応じて転舵用アクチュエータ（３）を駆動して転舵輪（４）を転舵する第１の操舵系（Ａ１）と、第１の操舵系（Ａ１）の異常発生時に操舵部材（２）の操作に応じて駆動される駆動側油圧アクチュエータ（５）から従動側油圧アクチュエータ（６）に油圧を供給して転舵輪（４）を転舵する第２の操舵系（Ａ２）と、操舵部材（２）および従動側油圧アクチュエータ（６）が互いに連動する状態と連動しない状態とに切り換え可能な切り換え手段（２４，３７）とを備えることを特徴とするものである。本発明によれば、第１の操舵系に異常が発生したときに、操舵部材と従動側アクチュエータを連動させて第２の操舵系を機能させることにより、操舵が可能となる。

また、本発明において、上記切り換え手段は、操舵部材（２）と駆動側油圧アクチュエータ（５）とを解除可能に連結する連結手段（２４）を含む場合がある。この場合、第１の操舵系の異常発生時に、操舵部材と駆動側油圧アクチュエータを連結することにより、操舵部材により駆動側油圧アクチュエータを駆動し、この駆動側油圧アクチュエータから従動側油圧アクチュエータに油圧を供給して転舵輪を転舵することができる。

また、本発明において、上記駆動側油圧アクチュエータ（５）は、操舵部材（２）の操作方向に応じて択一的に加圧される一対の油室（１７，１８）と、これら一対の油室（１７，１８）を互いに連通する連通路（３６）とを含み、上記切り換え手段は、上記連通路（３６）を開閉可能な弁（３７）を含む場合がある。この場合、第１の操舵系の異常発生時に、駆動側油圧アクチュエータの一対の油室を連通する連通路を弁により閉じることにより、操舵部材の操作に応じて駆動側油圧アクチュエータの一対の油室を択一的に加圧し、この駆動側油圧アクチュエータから従動側油圧アクチュエータに油圧を供給して転舵輪を転舵することができる。

なお、上記において、括弧内の数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、通常時にステアリングホイール等の操舵部材２の操作に応じて転舵用アクチュエータとしての転舵用電動アクチュエータ３を駆動して転舵輪４を転舵する第１の操舵系Ａ１と、第１の操舵系Ａ１の異常発生時に操舵部材２の操作に応じて駆動される駆動側油圧アクチュエータ５から従動側油圧アクチュエータ６に油圧を供給して転舵輪４を転舵する第２の操舵系Ａ２とを備えている。

転舵用電動アクチュエータ３および従動側油圧アクチュエータ６は舵取り機構７に装備されている。その舵取り機構７は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸８と、この転舵軸８の両端にタイロッド９を介して結合され、転舵輪４を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸８は図示しないハウジングにより支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、上記の転舵用電動アクチュエータ３が同軸的に組み込まれている。転舵用電動アクチュエータ３の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸８の摺動に変換され、この転舵軸８の摺動により転舵輪４の転舵が達成される。

また、転舵軸８の途中部には、上記の従動側油圧アクチュエータ６が同軸的に組み込まれている。具体的には、従動側油圧アクチュエータ６は、転舵軸８と一体移動可能なピストン１１と、このピストン１１を摺動自在に収容するシリンダ１２とを備えている。このシリンダ１２内は、ピストン１１によって第１の油室１３と第２の油室１４とに仕切られている。第１の油室１３と第２の油室１４との間の差圧によってピストン１１が軸方向に駆動される。

一方、駆動側油圧アクチュエータ５は、シリンダ１５内に摺動自在なピストン１６を収容しており、シリンダ内１５内は、ピストン１６によって第１の油室１７と第２の油室１８とに仕切られている。駆動側油圧アクチュエータ５の第１の油室１７は油路１９を介して従動側油圧アクチュエータ６の第１の油室１３に連通されており、駆動側油圧アクチュエータ５の第２の油室１８は油路２０を介して従動側油圧アクチュエータ６の第２の油室１４に連通されている。

次いで、第１の操舵系Ａ１の異常発生時に、操舵部材２と駆動側油圧アクチュエータ５とを連動させるための機構について説明する。第１の操舵系Ａ１の異常発生は、例えば、転舵角センサ３２からの信号入力がない場合に異常発生と判断される。また、操舵角センサ３０からの信号により求められた検出操舵角が変動しているにもかかわらず、転舵角センサ３２からの信号により求められた検出転舵角が一定である場合に、異常発生と判断される。操舵部材２は第１の操舵軸２１の一端に一体回転可能に取り付けられている。その第１の操舵軸２１の他端は例えば遊星ギヤ機構からなる増速機構２２を介して第２の操舵軸２３の一端に連結されている。その第２の操舵軸２３の他端は切り換え手段を提供する連結手段としてのクラッチ２４および運動変換機構としてのボールねじ機構２５を介して駆動側油圧アクチュエータ５のピストン１６に連結されている。

運動変換機構としてのボールねじ機構２５は、図示しない支持部材によって軸方向移動不能でかつ回転自在に支持されたボールナット２６と、ボールナット２６と複数のボール２７を介して螺合する軸方向に摺動自在なねじ軸２８とを備えている。このねじ軸２８は駆動側油圧アクチュエータ５のピストンロッド１６ａの端部に形成されている。
また、切り換え手段としてのクラッチ２４は、第２の操舵軸２３とボールナット２６を一体回転可能に連結する状態と、その連結を解除する状態とに択一的に切り換えることのできる電磁クラッチからなる。電磁クラッチからなるクラッチ２４は、内蔵したソレノイドの励磁、非励磁を切り換えて、上記の連結する状態と連結を解除する状態とに切り換える。

図示していないが、第１の操舵軸２１には弾性部材が連結されており、この弾性部材は、第１の操舵軸２１を介して操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる復元力を与えるように機能する。
次いで、本実施の形態の電気的構成について説明する。転舵用電動アクチュエータ３は、制御部２９により制御されるようになっている。制御部２９は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit)からなり、その電子制御ユニットには、ＣＰＵ、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ、演算処理等のワークエリアとして用いられるＲＡＭ等が含まれている。

第１の操舵軸２１には、操舵部材２による操舵角を検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサ３０が設けられ、第２の操舵軸２３には、操舵部材２から増速機構２２を介して入力される操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ３１が設けられている。これら操舵角センサ３０およびトルクセンサ３１からの検出信号が制御部２９に入力される。

また、転舵軸８には転舵軸８の軸方向位置に関連して転舵輪４の転舵角を検出するための転舵角検出手段としての転舵角センサ３２が設けられており、この転舵角センサ３２による検出信号も制御部２９に入力される。また、制御部２９には、車速を検出するための車速センサ３３からの検出信号が入力されるようになっている。
制御部２９は、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、転舵用電動アクチュエータ３を駆動するための駆動部としての駆動回路３４に制御信号を出力する。また、制御部２９は、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、クラッチ２４をオンオフするための信号を駆動回路３５に出力する。

通常時は、クラッチ２４は第２の操舵軸２３とボールナット２６との連結を解除しており、その結果、本車両用操舵装置１は、第１の操舵系Ａ１のみを機能させている。その第１の操舵系Ａ１は、通常時に、操舵部材２の操作により変化する操舵角センサ３０およびトルクセンサ３１からの信号並びに車速センサ３３からの信号に応じて、制御部２９が転舵用電動アクチュエータ３を制御して転舵輪４を転舵する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（ＳＢＷ）の操舵系である。

一方、第１の操舵系Ａ１の転舵角センサ３２または転舵用電動アクチュエータ３に異常が発生したときには、制御部２９からの信号によりクラッチ２４が第２の操舵軸２３とボールナット２６とを連結する状態に切り換えられ、第２の操舵系Ａ２のみが機能する。その第２の操舵系Ａ２は、第１の操舵系Ａ１の異常発生時に、操舵部材２の回転操作を増速機構２２および連結状態のクラッチ２４を介してボールねじ機構２５のボールナット２６に伝達し、このボールナット２６の回転をねじ軸２８の軸方向移動に変換して、駆動側油圧アクチュエータ５のピストン１６を操舵部材２の操舵方向に応じた方向に駆動する。これにより、駆動側油圧アクチュエータ５の油室１７，１８のうち操舵方向に応じた一方の油室１７（または１８）から、従動側油圧アクチュエータ６の対応する一方の油室１３（または１４）に油圧供給される一方、従動側油圧アクチュエータ６の他方の油室１４（または１３）から駆動側油圧アクチュエータ５の他方の油室１８（または１７）へ作動油が戻される。その結果、転舵輪４が転舵される。

換言すると、第２の操舵系Ａ２は、クラッチ２４のオンにより、操舵部材２と機械的に連結されたピストン１６を有する駆動側油圧アクチュエータ５と、従動側油圧アクチュエータ６とが油圧を介して連結される操舵系である。
以上説明した本実施の形態によれば、ステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて、第１の操舵系Ａ１の異常発生時に、操舵部材２と機械的に連結されたピストン１６を有する駆動側油圧アクチュエータ５からの油圧を従動側油圧アクチュエータ６に供給し、第２の操舵系Ａ２を機能させて、油圧を介する操舵を達成することができる。複雑な構造の油圧制御弁を用いる必要がなく、構造を簡素化することができる。特に、駆動側油圧アクチュエータ５および従動側油圧アクチュエータ６が閉じた油圧回路を構成しており、油圧ポンプや油圧タンク等を用いる必要がないので、構造をより簡素化することができる。

次いで、図２は本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。図２を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と異なるのは、下記である。すなわち、クラッチ２４が廃止され、第２の操舵軸２３とボールナット２６が直接、一体回転可能に連結されている。また、駆動側油圧アクチュエータ５のピストン１６に第１および第２の油室１７，１８を互いに連通する連通路３６が形成され、その連通路３６に、当該連通路３６を開閉可能な弁３７が設けられている。弁３７はソレノイドを含む電磁弁からなり、制御部２９は、駆動回路３８に信号を出力することにより、弁３７を開閉させるようになっている。他の構成については、図１の実施の形態と同様である。図１の実施の形態と同様の構成については、図２に同一符号を付して、その説明を省略する。

通常時は、弁３７が開放されて連通路３６が開放されているので、操舵部材２の操作により増速機構２２およびボールねじ機構２５を介して駆動側油圧アクチュエータ５のピストン１６が駆動されても、駆動側油圧アクチュエータ５の各油室１７，１８から従動側油圧アクチュエータ６の対応する油室１３，１４に油圧が供給されることがない。すなわち、第２の操舵系Ａ２は通常時は機能せず、第１の操舵系Ａ１のみが機能しており、操舵角センサ３０およびトルクセンサ３１からの信号並びに車速センサ３３からの信号に応じて、転舵用電動アクチュエータ３を駆動制御して転舵輪４を転舵する。

一方、第１の操舵系Ａ１の転舵角センサ３２または転舵用電動アクチュエータ３に異常が発生したときには、制御部２９からの信号により弁３７が連通路３６を閉じることにより、駆動側油圧アクチュエータ５の第１および第２の油室１７，１８間の連通が遮断され、第２の操舵系Ａ２が機能して、転舵輪４が転舵される。
本実施の形態においても、図１と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、ステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて、異常発生時にも油圧を介して良好な操舵を達成することができる。また、駆動側油圧アクチュエータ５および従動側油圧アクチュエータ６が閉じた油圧回路を構成しており、油圧ポンプや油圧タンク等を用いる必要がないので、構造をより簡素化することができる。

なお、図１の実施の形態において、運動変換機構として、ボールねじ機構２５に代えて、図３の実施の形態に示すように、ラックアンドピニオン機構３９を用いてもよい。図３の実施の形態の運動変換機構としてのラックアンドピニオン機構３９は、クラッチ２４の切り換えによって第２の操舵軸２３と一体回転可能に連結されるピニオン４０と、このピニオン４０と噛み合い且つ軸方向に移動自在なラック軸４１とを備える。ラック軸４１は、駆動側油圧アクチュエータ５のピストンロッド１６ａの端部に形成されている。他の構成については、図１の実施の形態と同様であるので、図に同一符号を付してその説明を省略する。

同様に、図２の実施の形態において、運動変換機構として、ボールねじ機構２５に代えて、図４の実施の形態に示すように、ラックアンドピニオン機構３９Ａを用いてもよい。図４の実施の形態の運動変換機構としてのラックアンドピニオン機構３９Ａは、第２の操舵軸２３と一体回転可能に連結されるピニオン４０と、このピニオン４０と噛み合い且つ軸方向に移動自在なラック軸４１とを備える。ラック軸４１は、駆動側油圧アクチュエータ５のピストンロッド１６ａの端部に形成されている。他の構成については、図２の実施の形態と同様であるので、図に同一符号を付してその説明を省略する。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、第１の操舵系Ａ１の転舵用アクチュエータを油圧アクチュエータとする場合、この油圧アクチュエータが第２の操舵系の従動側油圧アクチュエータを兼用するようにしてもよい。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…転舵用電動アクチュエータ、４…転舵輪、５…駆動側油圧アクチュエータ、６…従動側油圧アクチュエータ、Ａ１…第１の操舵系、Ａ２…第２の操舵系、１２…シリンダ、１７…第１の油室、１８…第２の油室、１６…ピストン、１６ａ…ピストンロッド、２４…クラッチ（切り換え手段）、２９…制御部、３６…連通路、３７…弁（切り換え手段）。

Claims (3)

1. 通常時に操舵部材の操作に応じて転舵用アクチュエータを駆動して転舵輪を転舵する第１の操舵系と、
   第１の操舵系の異常発生時に操舵部材の操作に応じて駆動される駆動側油圧アクチュエータから従動側油圧アクチュエータに油圧を供給して転舵輪を転舵する第２の操舵系と、 操舵部材および従動側油圧アクチュエータが互いに連動する状態と連動しない状態とに切り換え可能な切り換え手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記切り換え手段は、操舵部材と駆動側油圧アクチュエータとを解除可能に連結する連結手段を含む車両用操舵装置。
3. 請求項１において、上記駆動側油圧アクチュエータは、操舵部材の操作方向に応じて択一的に加圧される一対の油室と、これら一対の油室を互いに連通する連通路とを含み、上記切り換え手段は、上記連通路を開閉可能な弁を含む車両用操舵装置。

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