JP2008285045A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックエンド位置に相当する操舵角度でステアリングシャフトの回転にブレーキをかけられるようにする。
【解決手段】車両用制御装置１は、回転自在に支持されたステアリングシャフト３を有し、ステアリングシャフト３にはステアリングホイール２側から順番にトルクセンサ１２と、回転伝達機構１３と、電磁ブレーキ手段１４とが取り付けられている。回転伝達機構１３は、駆動モータ１５の回転を伝達する構成を有する。駆動モータ１５は、ステアリングシャフト３に直交して配置され、第１のエンコーダ１７が内蔵されている。電磁ブレーキ手段１４は、車体側に固定された電磁石２１と、ステアリングシャフト３に固定された可動プレート２２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用制御装置に関する。

ステアリングホイールと、操向輪を操向させるステアリングギヤとを機械的に分離させたステアバイワイヤ方式の車両用制御装置では、ステアリングホイールの回転を検出するセンサを設け、センサでステアリングホイールの操舵角度を検出し、これに相当する操向角度を制御装置で算出する。さらに、操向角度に操向輪の角度が一致するようにステアリングギヤを駆動させる。

ここで、従来の車両用制御装置は、ステアリングシャフトに反力発生用のモータを遊星ギヤ機構を介して接続し、操向輪の角度に対して操舵角度が異なる場合に操舵反力を発生させるようにしている。さらに、モータが故障したときにモータ軸にブレーキをかける電磁ブレーキ手段を設けてフェールセーフ対策を施しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１４８５号公報

ところで、ステアリングギヤのラックアンドピニオン機構がラックエンドに突き当たったら、その位置からさらに操向輪を操向することはできないが、ステアリングシャフトとステアリングギヤが機械的に分離されている車両用制御装置では、ラックエンド位置に相当する操舵角度を越えてステアリングシャフトを回転させることができてしまっていた。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ラックエンド位置に相当する操舵角度などでステアリングシャフトの回転を停止させられるようにすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、車両の車体に回転可能に支持されたステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに取り付けられ、前記ステアリングシャフトとともに回転するステアリングホイールと、前記ステアリングホイールに運転者が与えた力を検出するトルクセンサと、操舵輪の操向角度に前記ステアリングホイールの操舵角度を一致させるような操舵反力を作用させる駆動モータと、前記駆動モータの回転を前記ステアリングシャフトに伝達する回転伝達機構と、車体側に固定された電磁石と、前記ステアリングシャフトと共に回転する可動プレートとを有し、前記可動プレートを前記ステアリングシャフトに回転を伝達する機構を介さずに固定させてあり、前記電磁石に電流が供給されると前記ステアリングシャフトの回転を停止させるブレーキ力を発生させる電磁ブレーキ手段とを備えることを特徴とする車両用制御装置とした。
この車両用制御装置では、電磁ブレーキ手段に電流を供給すると、ステアリングシャフトの回転にブレーキがかけられる。電磁ブレーキ手段は、可動プレートがステアリングシャフトと１：１に回転するように構成されているので、ブレーキ力がステアリングシャフトに直接かけられる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用制御装置において、前記ステアリングシャフトに前記ステアリングホイール側から順番に前記トルクセンサ、前記回転伝達機構、前記電磁ブレーキ手段を配置したことを特徴とする。
この車両用制御装置では、電磁ブレーキ手段でステアリングシャフトにブレーキをかけたときでもトルクセンサで運転者から入力される力を検出することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両用制御装置において、前記駆動モータは、前記ステアリングシャフトと直交する向き、又は同軸に配置され、前記回転伝達機構を介してのみ前記ステアリングシャフトに連結されたモータ軸を有し、前記モータ軸の回転を検出するセンサを前記駆動モータに取り付けたことを特徴とする。
この車両用制御装置では、駆動モータにブレーキ力が直接入力されることがなくなる。センサで駆動モータの回転を精度良く検出できる。

本発明によれば、電磁ブレーキ手段によってステアリングシャフトにブレーキをかけることでラックエンド感などを与えることができるようになる。電磁ブレーキ手段の電磁石が車体側に固定されていること、ステアリングシャフトとの間に回転を伝達する機構を設けないことにより、ブレーキ力を発生させたときの衝撃を確実に受けとめられる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、車両用制御装置１は、運転者が操作する操舵装置であるステアリングホイール２が取り付けられたステアリングシャフト３と、操向輪（以下、タイヤという）４を操向させるステアリングギヤ５とが機械的に接続されておらず、ステアリングシャフト３側の第一の制御装置６と、ステアリングギヤ５の第二の制御装置７と介して電気的に接続されている。

ステアリングシャフト３は、不図示の支持機構によって車体に固定されたフレーム１１に回転自在に支持されている。ステアリングシャフト３には、ステアリングホイール２側から順番に、トルクセンサ１２と、回転伝達機構１３と、電磁ブレーキ手段１４とが取り付けられている。
トルクセンサ１２は、運転者がステアリングホイール２に入力し、ステアリングシャフト３に伝達された力を検出し、トルクに応じた信号を第一の制御装置６に出力する。
回転伝達機構１３は、ステアリングシャフト３に固定されたウォームホイール１３Ａとウォーム１３Ｂからなるウォームホイールである。なお、回転伝達機構１３は、駆動モータ１５の回転をステアリングシャフト３に伝達する構成であればウォームホイール以外の構成でも良い。

回転伝達機構１３のウォーム１３Ｂは、駆動モータ１５のモータ軸１５Ａに固定されている。駆動モータ１５は、モータ軸１５Ａがステアリングシャフト３に直交するように配置され、フレーム１１に固定されている。駆動モータ１５には、駆動回路１６を通して不図示のバッテリから電流が供給される。駆動回路１６は、スイッチング素子などから構成されており、第一の制御装置６で生成される駆動信号によって駆動モータ１５の回転量や回転方向を制御できるようになっている。さらに、駆動モータ１５には、モータ軸１５Ａの回転を検出するセンサとして第１のエンコーダ１７が内蔵されている。

電磁ブレーキ手段１４は、フレーム１１を介して車体に対して固定された電磁石２１と、ステアリングシャフト３に固定された２枚の可動プレート２２とを有する。電磁石２１と可動プレート２２のそれぞれには、摩擦板が取り付けられている。電磁石２１は、コイルが内設された鉄心からなる。可動プレート２２は、ステアリングシャフト３と直交するように、かつステアリングホイール２と平行に配置されている。電磁ブレーキ手段１４のコイルには、駆動回路１８を通してバッテリから電流が供給される。駆動回路１８は、スイッチング素子などから構成されており、第一の制御装置６で生成される電磁ブレーキ信号によって電磁ブレーキ手段１４のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われるようになっている。

第一の制御装置６は、第１のエンコーダ１７が出力するパルス信号が入力され、パルス信号をカウントしてステアリングシャフト３の回転角度、つまり操舵角度を検出する操舵角度算出手段３１を有する。さらに、操舵角度の信号を第二の制御装置７に送信すると共に、第二の制御装置７で検出したタイヤ４の操向角度の信号を受信する送受信手段３２と、操向角度に相当する操舵角度と実際の操舵角度の角度差に応じて操舵反力を算出する操舵反力算出手段３３と、電磁ブレーキ手段１４を作動させる信号を発生させる電磁ブレーキ信号発生手段３４と、駆動モータ１５と電磁ブレーキ手段１４を択一に選択する切り替え手段３５とを有する。

ステアリングギヤ５は、駆動手段として電動機に減速機構が取り付けられた操向モータ６１と、操向モータ６１の回転をステアリングロッド６２の直線運動に変換するラックアンドピニオン機構を備えている。ステアリングロッド６２の両端にはタイロッド６３とナックルアーム６４を介してタイヤ４が接続されている。操向モータ６１は、駆動回路６５を介して第二の制御装置７に接続されている。駆動回路６５は、スイッチング素子などを有し、バッテリからの電流を操向モータ６１に供給するように構成されている。操向モータ６１には、操向モータ６１の回転から操向角度を検出する第２のエンコーダ６６が取り付けられている。

第二の制御装置７は、第２のエンコーダ６６が出力するパルス信号が入力され、パルス信号をカウントしてタイヤ４の傾き、つまり操向角度を検出する操向角度算出手段７１を有する。さらに、操向角度の信号を第一の制御装置６に送信すると共に、第一の制御装置６で検出した操舵角度の信号を受信する送受信手段７２と、操舵角度に相当する操向角度と実際の操向角度の角度差に応じて操向モータ６１の駆動量を算出する操向制御手段７３とを有する。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
運転者がステアリングホイール２を回転させると、ステアリングシャフト３が回転させられる。運転者がステアリングホイール２にかけた力は、ステアリングシャフト３に取り付けられたトルクセンサ１２で検出される。また、ステアリングシャフト３の回転が回転伝達機構１３を介して駆動モータ１５に入力され、駆動モータ１５のモータ軸１５Ａが回転する。これに伴って駆動モータ１５に取り付けられた第１のエンコーダ１７からパルス信号が出力される。

第一の制御装置６は、操舵角度算出手段３１が第１のエンコーダ１７のパルス信号から操舵角度を算出する。送受信手段３２から操舵角度の信号が第二の制御装置７に送られる。第二の制御装置７では、操向制御手段７３が操舵角度に対応する操向角度を目標値として算出し、この目標値に実際の操向角度が一致するように駆動回路６５に電流が供給される。実際の操向角度は、操向モータ６１の回転を第２のエンコーダ６６で検出することで得られる。操向角度算出手段７１で算出した実際の操向角度の信号は、操向制御に使用されると共に、送受信手段７２から第一の制御装置６に送信される。

第一の制御装置６では、第１のエンコーダ１７で検出した実際の操舵角度が操向角度に対応する操舵角度に一致するように操舵反力を決定する。操舵反力に応じた電流が駆動回路から駆動モータ１５に供給される。駆動モータ１５の回転は、回転伝達機構１３を介してステアリングシャフト３に入力され、操向角度と操舵角度を一致させるような操舵反力となる。

ここで、切り替え手段３５は、ステアリングギヤ５がラックエンド位置に達したときに、駆動モータ１５の代わりに電磁ブレーキ手段１４に通電してステアリングシャフト３にブレーキをかける。すなわち、第二の制御装置７からラックエンド位置に相当する操向角度の情報を入手したら、駆動回路１８から電磁ブレーキ手段１４のコイルに電流を印加させる。可動プレート２２が電磁石２１に吸引され、摩擦板同士が当接して可動プレート２２の回転にブレーキがかけられる。可動プレート２２に直結されているステアリングシャフト３の回転が停止させられ、運転者にラックエンド感を与える。また、任意の操向角度において路上の障害物などによってタイヤ４が操向できなくなったときも、切り替え手段３５が電磁ブレーキ手段１４を可動させ、運転者に知らせる。
電磁ブレーキによって運転者がステアリングホイール２を操作する力を緩めると、トルクセンサ１２で検出されるトルクが減少する。切り替え手段３５は、トルクが所定値以下に減少したときに、電磁ブレーキ手段１４への通電を停止させ、代わりに駆動モータ１５による操舵反力制御を再開する。外力などでタイヤ４が操向不能になっていたときは、実際にタイヤ４の操向角度が変動したことを検出したら、切り替え手段３５が電磁ブレーキ手段１４への通電を停止させ、代わりに駆動モータ１５による操舵反力制御を再開する。

この実施の形態では、電磁ブレーキ手段１４によってステアリングシャフト３にブレーキ力を与えるようにしたので、所定の条件下でステアリングホイール２の操作を抑制させることができ、運転者にラックエンド感などを与えることができる。ここにおいて、電磁ブレーキ手段１４は、可動プレート２２を減速機構のように回転を伝達する機構を介することなくステアリングシャフト３に取り付けたので、減速機構の歯車のバックラッシュアンドのような遊びや、空転の影響を受けることがなくなって、電磁ブレーキの動作遅れを低減できる。電磁ブレーキ手段１４が車体側に固定されていること、及び減速機構を設けないことにより、ブレーキ力を発生させたときの衝撃を確実に受けとめることができる。また、減速機構を設けないことによって部品点数を削減でき、組み付け性が向上する。
ステアリングホイール２と電磁ブレーキ手段１４の間にトルクセンサ１２を設けたので、運転者がステアリングホイール２に入力した力を電磁ブレーキがかかった状態でも確実に検出できる。このため、電磁ブレーキ力の解除を適切なタイミングで実施できる。
電磁ブレーキ手段１４で発生させたブレーキ力がステアリングホイール２に伝達される経路から外れた位置に駆動モータ１５が配置されているので、ブレーキ力が直接に駆動モータ１５に入力されることはない。さらに、電磁ブレーキ手段１４を独立して駆動させることが可能になる。駆動モータ１５に第１のエンコーダ１７が取り付けられているので、駆動モータ１５の回転制御の精度を向上できる。

ここで、ステアリングホイール２から電磁ブレーキ手段１４に至るまでの構成要素の配置の変形例について図２及び図３に示す。駆動モータ１５及び電磁ブレーキ手段１４の制御は、前記と同じである。
図２に示す車両用制御装置１では、ステアリングホイール２側から順番に、トルクセンサ１２、回転伝達機構８１、電磁ブレーキ手段１４がステアリングシャフト３に取り付けられている。回転伝達機構８１は、２つの平歯車８１Ａ，８１Ｂからなり、駆動モータ１５がモータ軸１５Ａをステアリングシャフト３と平行になるように配置されている。駆動モータ１５には、第１のエンコーダ１７が内蔵されている。

図３に示す車両用制御装置１では、中空タイプの駆動モータ８２がトルクセンサ１２と、電磁ブレーキ手段１４の間に、ステアリングシャフト３と同軸に配置されている。ステアリングシャフト３は、駆動モータ８３内を貫通しており、第１のエンコーダ１７は駆動モータ８２に内蔵されている。回転伝達機構８３は、駆動モータ８２のモータ軸８２Ａに固定された平歯車８３Ａに噛み合う平歯車８３Ｂを有する。この平歯車８３Ｂには、シャフト８３Ｃの一端に固定されており、他端には平歯車８３Ｄが固定されている。平歯車８３Ｄは、ステアリングシャフト３に固定された平歯車８３Ｅに噛み合わされている。
図２及び図３に示すような配置であっても前記と同様の効果が得られる。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
制御装置は、１つでも良い。回転伝達機構１３，８１，８３は、駆動モータ１５の回転を減速させない構成でも良い。
ステアリングシャフト３が電磁ブレーキ手段１４を貫通しているので、ステアリングシャフト３に緊急時に使用される安全装置を連結させても良い。
操舵角度を検出する第１のエンコーダ１７は、ステアリングシャフト３又はステアリングホイール２の回転を検出するように配置しても良い。

本発明の実施の形態に係る車両用制御装置のステアリングホイール側の構成を示すブロック図である。 ステアリングホイールから電磁ブレーキ手段に至るまでの構成要素の配置の変形例を示す図である。 ステアリングホイールから電磁ブレーキ手段に至るまでの構成要素の配置の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用制御装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
４ タイヤ（操向輪）
５ ステアリングギヤ
１２ トルクセンサ
１３，８１，８３ 回転伝達機構
１４ 電磁ブレーキ手段
１５，８２ 駆動モータ
１７ 第１のエンコーダ（センサ）
２１ 電磁石
２２ 可動プレート

Claims (3)

1. 車両の車体に回転可能に支持されたステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトに取り付けられ、前記ステアリングシャフトとともに回転するステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールに運転者が与えた力を検出するトルクセンサと、
   操舵輪の操向角度に前記ステアリングホイールの操舵角度を一致させるような操舵反力を作用させる駆動モータと、
   前記駆動モータの回転を前記ステアリングシャフトに伝達する回転伝達機構と、
   車体側に固定された電磁石と、前記ステアリングシャフトと共に回転する可動プレートとを有し、前記可動プレートを前記ステアリングシャフトに回転を伝達する機構を介さずに固定させてあり、前記電磁石に電流が供給されると前記ステアリングシャフトの回転を停止させるブレーキ力を発生させる電磁ブレーキ手段と
   を備えることを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記ステアリングシャフトに前記ステアリングホイール側から順番に前記トルクセンサ、前記回転伝達機構、前記電磁ブレーキ手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記駆動モータは、前記ステアリングシャフトと直交する向き、又は同軸に配置され、前記回転伝達機構を介してのみ前記ステアリングシャフトに連結されたモータ軸を有し、前記モータ軸の回転を検出するセンサを前記駆動モータに取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用制御装置。

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