JP2008001364A - サスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】伝達比可変機構のロック機構がロックアームの凸部をロックホルダの凹部内に嵌合させる構造であり、位置偏差が生じてロックが掛からず、噛み込みによりロック解除ができない場合があった。
【解決手段】ロック時にはロックホルダ１４０を最寄りのロック可能位置まで回転させ、ロック解除時にはロックホルダ１４０を振動的に往復動させて噛み込みを解除する。
【選択図】図４

Description

本発明は、伝達比可変機構を備えた車両用操舵制御装置に関する。

従来から、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構を搭載した操舵制御装置が知られている。例えば特開平１１−３４８９４号には、このような伝達比可変機構における差動機構をロックするロック機構を備えた操舵制御装置が開示されている。このロック機構は、伝達比可変機構のモータ回転軸に固定した回転体の凹部に対し、モータハウジング側に固定したロックアームの凸部を係止させる機構となっている。
特開平１１−３４８９４号公報

このようにロック機構が、凹部と凸部とを係合させる機構であるため、ロック時には、回転体の凹部とロックアームの凸部との位置関係が一致せず、ロックが上手く掛からない場合があり、またロック解除時には、ロックアームと回転体との噛み込みにより、ロック解除が上手く行かない場合があった。

本発明はこのような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、伝達比可変機構のロック機構を確実に動作させ得る車両用操舵制御装置を提供することにある。

そこで、請求項１にかかる車両用操舵制御装置は、車両の操舵制御を行う車両用操舵制御装置であって、操舵ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有し、モータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、モータを構成するステータ側に対し、傾動自在に支持された傾動部材と、傾動部材を傾動させる駆動手段と、モータを構成するロータに対して固定され、傾動部材と係止可能な係止可能部を所定間隔で有する回転部材と、駆動手段の動作制御と共にモータの動作制御を行い、傾動部材と回転部材との係止を制御するロック制御手段とを備え、ロック制御手段は、傾動部材が回転部材側に傾動するように、駆動手段を駆動させる傾動制御手段と、回転位置検出手段によって検出された回転部材の回転位置と、係止可能部との位置偏差をもとに、モータを回転駆動するモータ制御手段とを備えて構成する。

傾動部材と回転部材との係止及び係止解除により、伝達比可変手段における差動機構のロック及びロック解除がなされるが、係止の際、ロック制御手段によって、駆動手段の動作制御に加え、モータの動作制御を行う。これにより、ロック時に、回転部材の係止可能部と傾動部材との位置関係を確実に一致させることが可能となるような制御を実施し得る。更に、傾動制御手段によって傾動部材を回転部材側、すなわちロック方向に傾動させると同時に或いはこの制御と前後して、検出した位置偏差をもとに、モータ制御手段によって回転部材を係止可能部まで回転させる。これにより、回転部材と傾動部材とを確実に係止させることができる。

請求項２にかかる車両用操舵制御装置は、車両の操舵制御を行う車両用操舵制御装置であって、操舵ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有し、モータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、モータを構成するステータ側に対し、傾動自在に支持された傾動部材と、傾動部材を傾動させる駆動手段と、モータを構成するロータに対して固定され、傾動部材と係止可能な係止可能部を所定間隔で有する回転部材と、駆動手段の動作制御と共にモータの動作制御を行い、傾動部材と回転部材との係止を制御するロック制御手段とを備え、ロック制御手段は、傾動部材が回転部材側に傾動するように、駆動手段を駆動させる傾動制御手段と、少なくとも回転部材に形成された係止可能部間の形成間隔以上に、モータを回転駆動するモータ制御手段とを備えて構成する。

傾動部材と回転部材との係止及び係止解除により、伝達比可変手段における差動機構のロック及びロック解除がなされるが、係止の際、ロック制御手段によって、駆動手段の動作制御に加え、モータの動作制御を行う。これにより、ロック時に、回転部材の係止可能部と傾動部材との位置関係を確実に一致させることが可能となるような制御を実施し得る。更に、傾動制御手段によって傾動部材をロック方向に傾動させた後、モータ制御手段によって回転部材を少なくとも回転部材に形成された係止可能部間の形成間隔以上に回転させることで、回転部材の係止可能部が、傾動部材と相対する位置を必ず通過する状況となるので、回転部材と傾動部材とを確実に係止させることができる。

請求項３にかかる車両用操舵制御装置は、請求項２におけるロック制御手段が、回転位置検出手段の検出結果をもとに得られるモータの回転量が、係止可能部間の形成間隔以上となった場合に、傾動部材と回転部材とによるロック機構に故障が発生したものと判断する故障判定手段をさらに備えて構成する。

回転部材が傾動部材と係止するとモータの回転が停止するが、ロック機構に故障が発生した場合には、傾動部材と回転部材とが互いに係止せず、係止可能部間の形成間隔以上にモータが回転を続ける。この状況を故障判定手段によって判定する。

各請求項にかかる車両用操舵制御装置によれば、ロック制御手段によって、駆動手段の動作制御に加え、モータの動作制御を行うので、ロック時に、回転部材の係止可能部と傾動部材との位置関係を確実に一致させることが可能となるような制御を実施することが可能となる。このように、伝達比可変機構のロック機構を確実に動作させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。

図１に第１の実施形態にかかる伝達比可変機構を備えた操舵制御装置の構成を示す。

伝達比可変機構１００は、操舵ハンドル１０側に連結された入力軸２０と、車輪ＦＷ側に連結された出力軸４０とを有しており、入力軸２０に対し、操舵ハンドル１０の操舵角θｈを検出する操舵角センサ６０を設けている。また、出力軸４０は、ラックアンドピニオン式のギヤ装置５０を介してラック軸５１に連結されており、ラック軸５１の両側には車輪ＦＷが連結されている。

図２に、伝達比可変機構１００を拡大して概略的に示す。伝達比可変機構１００は、モータ１１０、減速機１２０、ロック機構１３０を備えており、入力軸２０−出力軸４０間の回転量の伝達比を変化させる機能を有している。

モータ１１０は、モータハウジング１０１内に固定したステータ１１１と、モータハウジング１０１内に回転自在に支持されたロータ１１２とを備えると共に、モータの回転角θｍを検出する回転角センサ１０２（図１参照）を備えており、回転位置を制御可能なサーボモータを構成している。

減速機１２０は遊星歯車機構を構成しており、中心部に位置するサンギヤ１２１は、ロータ１１２と一体的に回転する回転軸１１３に固定している。また、サンギヤ１２１の周囲には、自転しつつサンギヤ１２１の周囲を公転するプラネタリギヤ１２２を等間隔で配置し、各プラネタリギヤ１２２は、入力軸２０に連結されたキャリア１２３によって自転自在に支持されている。さらに各プラネタリギヤ１２２を囲むように、モータハウジング１０１の内周面に形成したリングギヤ１２４を配し、モータハウジング１０１を出力軸４０に連結して構成している。

また、モータ１１０と減速機１２０との間における、Ａ−Ａ線で示す部位には、伝達比可変機構の差動機構をロックするロック機構１３０を備えている。このロック機構１３０は、図３に示すように、円盤形状のロックホルダ１４０と円弧状に湾曲したロックアーム１５０とを備えて構成している。

ロックホルダ１４０は、中心部を貫通する回転軸１１３に固定されており、ロックホルダ１４０、回転軸１１３及びロータ１１２は一体的に回転する。また、ロックホルダ１４０の周縁部には、所定の間隔で係合凹部１４１を形成している。

これに対し、ロックアーム１５０は、ロックホルダ１４０の係合凹部１４１内に係合する係合凸部１５１を、ロックホルダ１４０側に突出形成している。また、ロックアーム１５０の基端部は、モータハウジング１０１に固定した支持ピン１５２によって、支持ピン１５２を中心に傾動自在に支持されており、ロックアーム１５０の先端部には、電磁コイル１５４を備え、この電磁コイル１５４と相対する位置に、モータハウジング１０１側に固定した金属板（磁石板）１５５を配置している。さらに、ロックアーム１５０の先端部には、一端をモータハウジング１０１に固定したスプリング１５３の他端が固定されている。

このようにロックアーム１５０は、スプリング１５３の作用によって、支持ピン１５２を中心としてロックホルダ１４０側に傾動するように常時付勢されており、図３に示すように、ロックホルダ１４０の係合凹部１４１内にロックアーム１５０の係合凸部１５１が入り込む状態となって、ロックホルダ１４０とロックアーム１５０とが互いに係止され、これによりモータハウジング１０１とロータ１１２との相対回転が阻止される。このため、伝達比の可変機構が作動不可能となり、伝達比可変機構１００がロック状態となる。

一方、電磁コイル１５４に通電されると、金属板１５５との間に電磁的な反発力が発生し、その作用によって、図４に示すように、ロックアーム１５０はロックホルダ１４０から離間するように傾動し、ロックアーム１５０の係合凸部１５１は、ロックホルダ１４０の係合凹部１４１の外に移動し、ロックホルダ１４０とロックアーム１５０との係止が解除される。これによりモータハウジング１０１とロータ１１２とは、相対回転が可能な状態となり、伝達比可変機構１００がロック状態から解除される機構となっている。

ここで出力軸４０の回転角を出力角θｐとすると、操舵角θｈ、モータ１１０の回転角θｍ、出力角θｐの関係は（１）式で示す関係となり、操舵角θｈ、出力角θｐ、伝達比Ｇの関係は（２）式で規定されるため、（１）式及び（２）式より、モータ１１０の回転角θｍは（３）式で示すことができる。なお、式中の「Ｋ」は減速機１２０の減速比である。

θｐ＝θｈ＋Ｋ・θｍ …（１）
θｐ＝Ｇ・θｈ …（２）
θｍ＝（Ｇ―１）・θｈ／Ｋ …（３）
従って（３）式に基づいて、設定された伝達比Ｇをもとに操舵角θｈに応じてモータ１１０の回転角θｍを制御することで、入力軸２０−出力軸４０間の伝達比制御を行うことができる。なお、出力角θｐは、ラック軸５１のストローク位置に対応し、さらにラック軸５１のストローク位置は車輪ＦＷの転舵角に対応するため、操舵角θｈ及び回転角θｍを検出することで（１）式より出力角θｐを検知することができ、この検知した出力角θｐをもとに車輪ＦＷの転舵角が検知可能となっている。

このように構成する伝達比可変機構１００及びそのロック機構１３０の動作制御は操舵制御装置７０によって実施され、操舵制御装置７０は、操舵角センサ６０、回転角センサ１０２及び車速センサ７１の各検出結果をもとに、モータ１１０に対して制御信号Ｉｓを出力して伝達比可変機構３０の駆動制御を実施する。また、ロック時及びロック解除時には、電磁コイル１５４に対する通電制御等の所定の制御を実施する。

ここで、操舵制御装置７０で実施される処理について、図５のフローチャートに沿って説明する。

このフローチャートはイグニションスイッチのオン操作によって起動する。イグニションスイッチがオフ状態中は、伝達比可変機構１００のロック機構１３０が作動しロック状態となっているため、まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記す。）２００に進み、伝達比可変機構１００のロック状態を解除するロック解除制御を実行する。

このロック解除制御を図６のフローチャートに示す。

まずＳ２０２では、電磁コイル１５４に通電を開始して、ロックアーム１５０に対して、ロックホルダ１４０から離間する方向へ駆動力を与える。

続くＳ２０４では、予め規定した所定の制御信号Ｉstart1をモータ１１０に出力する。この制御信号Ｉstart1は、モータ１１０を所定の範囲で振動的に往復動させるために予め設定した制御信号であり、往復動させる範囲は、ロックアーム１５０の係合凸部１５１と、ロックホルダ１４０の係合凹部１４１との噛み込みを解除するに十分な範囲が設定されている。そして続くＳ２０６では、Ｓ２０４の処理を終了した時点におけるモータ１１０の回転角θｍ１を読み込む。

続くＳ２０８では、予め規定した所定の制御信号Ｉstart2をモータ１１０に出力する。この制御信号Ｉstart2は、例えば係合凹部１４１の形成幅よりも大となる回転角でロックホルダ１４０が回転するように予め設定した制御信号である。そして続くＳ２１０では、Ｓ２０８の処理を終了した時点におけるモータ１１０の回転角θｍ２を読み込む。

続くＳ２１２では、回転角θｍ２と回転角θｍ１との偏差ΔをΔ＝θｍ２−θｍ１として設定し、続くＳ２１４では偏差Δがしきい値Δth以上であるかを判断する。このしきい値Δthは、例えばロックホルダ１４０における係合凹部１４１の形成幅に対応するモータ１１０の回転角とする。

その結果、Ｓ２１４で「Ｙｅｓ」と判断された場合には、ロックホルダ１４０がその係合凹部１４１の形成幅以上に回転しており、これによりロックアーム１５０との係止が解除されたことが確認でき、このままこのルーチンを終了する。これに対し、Ｓ２１４で「Ｎｏ」と判断された場合には、噛み込みやロックアーム１５０の動作不良等、何らかの原因で、ロックホルダ１４０とロックアーム１５０との係止解除が遂行されなかったものと判断でき、この場合にはＳ２１６に進んで、ロック機構１３０の故障を示す故障表示ランプを点灯させ、運転者に故障の発生を知らせこのルーチンを終了する。

このように、イグニションスイッチのオン操作直後には、Ｓ２０２〜Ｓ２１６で示したロック解除制御を実行する。なお、Ｓ２０２とＳ２０４の処理順は、特に限定するものではなく、同時に実行しても良い。

再び図５に戻り、ロック解除制御（Ｓ２００）を実行した後、Ｓ１０２に進む。Ｓ１０２では、操舵角センサ６０で検出された操舵角θｈ、回転角センサ１０２で検出されたモータ１１０の回転角θｍ、車速センサ７１で検出された車速Ｖをそれぞれ読み込む。

続くＳ１０４では、図７に示す車速Ｖと伝達比Ｇとの関係を示すマップから、Ｓ１０２で読み込んだ車速Ｖをもとにマップ検索し、車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定し、続くＳ１０６では、前出の（３）式を用い、Ｓ１０２で読み込んだ操舵角θｈ及びＳ１０４で設定した伝達比Ｇをもとに、モータ１１０の目標回転角θｍｍを設定する。

続くＳ１０８では、Ｓ１０６で設定された目標回転角θｍｍと、Ｓ１０２で読み込まれた回転角θｍとの角度偏差ｅを、ｅ＝θｍｍ−θｍとして設定する。

続くＳ１１０では、オーバーシュートすることなく偏差ｅを０にするように、モータ１１０を制御する制御信号Ｉｓを決定する。この処理の一例としては、Ｉｓ＝Ｃ（ｓ）・ｅの演算式に基づいて、ＰＩＤ制御のパラメータを適切に設定することにより制御信号Ｉｓを決定することができる。なお、式中の（ｓ）はラプラス演算子である。

続くＳ１１２では、Ｓ１１０で決定された制御信号Ｉｓをモータ１１０に出力し、制御信号Ｉｓに応じてモータ１１０を駆動し、この後Ｓ１１４に進み、イグニションスイッチ（ＩＧ）がオフ操作されたかを判断し、「Ｎｏ」の場合にはＳ１０２に戻り、Ｓ１１４で「Ｙｅｓ」と判断されるまで、前述したＳ１０２以降の処理を繰り返し実行する。

そして、イグニションスイッチがオフ操作された場合には（Ｓ１１４で「Ｙｅｓ」）、Ｓ３００に進み、伝達比可変機構１００をロックするロック制御を実行する。

このロック制御を図８のフローチャートに示す。

Ｓ３１０では、まず電磁コイル１５４への通電を停止する。これによりロックアーム１５０は、スプリング１５３の復元力によって、支持ピン１５２を中心にロックホルダ１４０側へ傾動する。

続くＳ３１２ではこのときのロックホルダ１４０の回転位置を示すモータ１１０の回転角θｍを読み込む。

操舵制御装置７０には、ロックホルダ１４０がロックアーム１５０とロック可能な回転位置を予め記憶させており、続くＳ３１４では、Ｓ３１２で読み込んだ回転角θｍに対し、最寄りのロック可能位置θｍｒを選択する。

そして、以降に実施されるＳ３１６〜Ｓ３２０では、Ｓ３１４で選択したロック可能位置θｍｒを目標回転角として扱い、前述したＳ１０８〜Ｓ１１２と同様の処理を実施する。

このようなロック制御処理を実施することで、ロックホルダ１４０がロック可能位置まで回転駆動されるため、ロックアーム１５０の係合凸部１５１がロックホルダ１４０の係合凹部１４１内に確実に挿入され、ロック動作が確実に行われる。

また、Ｓ３００のロック制御は、図９に示すように実施することもできる。

まず、Ｓ３３０で電磁コイルへ１５４の通電を停止した後、Ｓ３３２では予め規定した偏差Ｅconstを用いて、制御信号ＩｓをＩｓ＝Ｃ（ｓ）・Ｅconstとして設定し、Ｓ３３４ではＳ３３２で設定した制御信号Ｉｓに応じてモータ１１０を駆動する。

この偏差Ｅconstは、ロックホルダ１４０に形成された係合凹部１４１の形成ピッチに対応する角度偏差として規定した値であり、ロックホルダ１４０が係合凹部１４１の形成ピッチ分だけ回転する間に、ロックホルダ１４０の係合凹部１４１がロックアーム１５０の係合凸部１５１に相対する位置を必ず通過するため、ロック動作が確実に行われるものである。

そして所定時間経過後Ｓ３３６に進み、このときのロックホルダ１４０の回転位置を示すモータ１１０の回転角θｍを読み込み、続くＳ３３８では、Ｓ３３６で読み込んだ回転角θｍが予め記憶したロック可能位置であるかを判断する。この判断で「Ｙｅｓ」の場合には、ロックホルダ１４０とロックアーム１５０とのロック動作が確実に行われたことが確認できるため、このままこのルーチンを終了する。Ｓ３３８で「Ｎｏ」の場合には、何らかの原因でロックホルダ１４０とロックアーム１５０とが互いに係止せず、ロックホルダ１４０がロック可能位置を過ぎて回転したか或いはロック可能位置の手前で回転が停止したことになる。このような場合には、Ｓ３４０に進みロック機構１３０の故障を示す故障表示ランプを点灯させ、運転者に故障の発生を知らせこのルーチンを終了する。

なお、Ｓ３３８の判断で「Ｎｏ」と判定された場合には、Ｓ３３０以降の処理を所定回数繰り返して実施し、その後、Ｓ３４０に進むようなフローとすることもできる。

以上説明した実施形態では、ロック機構１３０としてロックホルダ１４０とロックアーム１５０とを例示したが、この形状や配置状態に限定するものではなく、一方に凹部、他方に凸部を形成したロック機構１３０であれば、特に限定するものではない。

また、実施形態で説明したロック動作及びロック解除動作は、説明した例に限定するものではなく、例えば、ラックストロークエンド当たり時やシステムのフェイル時に実施されるロック動作及びロック解除動作にも適用することができる。

実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。 伝達比可変機構を示す断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面において、ロック状態を示すロック機構の平面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面において、ロック解除状態を示すロック機構の平面図である。 伝達比の可変制御を示すフローチャートである。 ロック解除制御を示すフローチャートである。 車速Ｖと伝達比Ｇとの関係を規定したマップである。 ロック制御を示すフローチャートである。 ロック制御を示すフローチャートである。

符号の説明

ＦＷ…車輪（転舵輪）、１０…操舵ハンドル、１００…伝達比可変機構
１０２…回転角センサ、１１０…モータ、１１１…ステータ
１１２…ロータ、１２０…減速機、１３０…ロック機構、
１４０…ロックホルダ（回転部材）、１４１…係合凹部（係止可能部）
１５０…ロックアーム（傾動部材）

Claims (3)

1. 車両の操舵制御を行う車両用操舵制御装置であって、
   操舵ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有し、モータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、
   前記モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記モータを構成するステータ側に対し、傾動自在に支持された傾動部材と、
   前記傾動部材を傾動させる駆動手段と、
   前記モータを構成するロータに対して固定され、前記傾動部材と係止可能な係止可能部を所定間隔で有する回転部材と、
   前記駆動手段の動作制御と共にモータの動作制御を行い、前記傾動部材と回転部材との係止を制御するロック制御手段とを備え、
   前記ロック制御手段は、
   前記傾動部材が回転部材側に傾動するように、前記駆動手段を駆動させる傾動制御手段と、
   前記回転位置検出手段によって検出された前記回転部材の回転位置と、前記係止可能部との位置偏差をもとに、前記モータを回転駆動するモータ制御手段とを備える車両用操舵制御装置。
2. 車両の操舵制御を行う車両用操舵制御装置であって、
   操舵ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有し、モータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、
   前記モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記モータを構成するステータ側に対し、傾動自在に支持された傾動部材と、
   前記傾動部材を傾動させる駆動手段と、
   前記モータを構成するロータに対して固定され、前記傾動部材と係止可能な係止可能部を所定間隔で有する回転部材と、
   前記駆動手段の動作制御と共にモータの動作制御を行い、前記傾動部材と回転部材との係止を制御するロック制御手段とを備え、
   前記ロック制御手段は、
   前記傾動部材が回転部材側に傾動するように、前記駆動手段を駆動させる傾動制御手段と、
   少なくとも前記回転部材に形成された前記係止可能部間の形成間隔以上に、前記モータを回転駆動するモータ制御手段とを備える車両用操舵制御装置。
3. 前記ロック制御手段は、
   前記回転位置検出手段の検出結果をもとに得られる前記モータの回転量が、前記係止可能部間の形成間隔以上となった場合に、前記傾動部材と回転部材とによるロック機構に故障が発生したものと判断する故障判定手段をさらに備える請求項２記載の車両用操舵制御装置。
   

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