JP2010069896A

JP2010069896A - ステアバイワイヤ式操舵装置

Info

Publication number: JP2010069896A
Application number: JP2008235973A
Authority: JP
Inventors: Keisen Itakura; 慶宜板倉; Nobuyuki Suzuki; 伸幸鈴木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるステアバイワイヤ式操舵装置を提供する。
【解決手段】転舵用の操舵軸１０と機械的に連結されていないステアリングホイール１と、ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ２と、ステアリングホイール１に反力トルクを付与する操舵反力モータ４と、操舵軸１０を駆動する転舵モータ６および操舵反力モータ４を制御するステアリング制御部５ａとを備える。転舵モータ６とは別に、トー角を調整するトー角調整用モータ７を有するトー角調整機構１６を設ける。転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６の回転軸６ａを固定しトー角調整用モータ７で転舵を行なわせる切換手段１７を設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールで操舵を行うようにしたステアバイワイヤ式操舵装置に関する。

この種のステアバイワイヤ式操舵装置において、操舵輪を転舵する転舵モータが失陥しても、補助モータによって操舵輪を転舵するように構成したものが提案されている（特許文献１）。
また、前輪系統または後輪系統における左右輪を独立に転舵するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、異常時に前記左右輪のそれぞれをトーインあるいはトーアウト状態に制御して制動力を得る方法が提案されている（特許文献２）。
特開２００５−３４９８４５号公報特開２００５−２６３１８２号公報

特許文献１に開示の技術は、転舵モータの失陥時に補助モータを作動させるフェールセーフ機能を持たせたものであるが、転舵モータが正常である場合、補助モータは一切機能しておらず不経済である。
また、特許文献２に開示の技術は、各輪を独立に転舵する方法であるが、異常が生じた車輪は制御不能になるため、正常に転舵して危険回避する動作が取れないという問題がある。

この発明の目的は、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができるステアバイワイヤ式操舵装置を提供することである。

この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータとは別に、トー角を調整するトー角調整用モータを有するトー角調整機構を設け、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータの回転軸を固定し前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたことを特徴とする。
この構成によると、車輪を転舵する転舵モータが失陥したときに、転舵モータの回転軸を固定し前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたため、転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータが正常である場合にも、トー角調整用モータは車輪のトー角を調整する駆動源として働くので、転操モータが失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。

この発明において、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整機構を固定状態として転舵モータで転舵のみを行わせるトー角固定手段を設けても良い。
この構成の場合、トー角調整用モータが失陥したまま、誤ったトー角調整が行なわれるのを防止できる。

この発明において、前記操舵軸は左右の分割操舵軸に２分割されており、各分割操舵軸はそれぞれ一部にボールねじ部を有し、前記転舵モータは、前記各分割操舵軸のボールねじ部に螺合するボールナットを回転駆動して、両分割操舵軸を互いに同方向に同量移動させることにより転舵を行うものとしても良い。

この発明において、前記トー角調整機構は、前記両分割操舵軸のうち一方の分割操舵軸の前記ボールねじ部とは別の部分に形成されたスプライン歯と、このスプライン歯に噛み合うスプラインナットと、このスプラインナットを回転駆動するトー角調整用モータとを備え、トー角調整用モータで一方の分割操舵軸をその軸方向移動を許容しつつスプラインナットで回転させ、両分割操舵軸の軸方向移動量に差を与えて全操舵軸のスパンを変えることでトー角を調整するものとしても良い。

この発明において、前記切換手段は、前記両分割操舵軸のうち他方の分割操舵軸の前記ボールねじ部とは別の部分に形成されたスプライン歯と、このスプライン歯に噛み合うスプラインナットと、前記転舵モータが失陥したとき前記トー角調整用モータの回転軸の回転を前記スプラインナットに伝達する転舵用回転伝達機構と、前記転舵モータが失陥したとき転舵モータの回転軸を固定する転舵モータ軸固定手段とを備え、両分割操舵軸のボールねじ部に螺合する各ボールナットを回転停止させた状態で、両分割操舵軸をトー角調整用モータで回転駆動することにより、両分割操舵軸を互いに同方向に同量移動させるものとしても良い。

この発明において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしても良い。
トー角調整用モータによるトー角調整、および転舵モータ失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータに必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータは、転舵モータよりも小型のもので良い。

この発明のステアバイワイヤ式操舵装置は、転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、前記転舵モータとは別に、トー角を調整するトー角調整用モータを有するトー角調整機構を設け、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータの回転軸を固定し前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたため、車輪を転舵する転舵モータが失陥しても、トー角調整用モータを転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このステアバイワイヤ式操舵装置は、図１に概略図で示すように、運転者が操舵するステアリングホイール１と、操舵角センサ２と、操舵トルクセンサ３と、操舵反力モータ４と、左右の車輪１３にナックルアーム１２およびタイロッド１１を介して連結された転舵用の軸方向移動自在な操舵軸１０と、この操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４と、転舵角センサ８と、ステアリング制御部５ａを含むＥＣＵ（電気制御ユニット）５とを備える。ＥＣＵ５およびそのステアリング制御部５ａは、マイクロコンピュータおよびその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。

ステアリングホイール１は、転舵用の操舵軸１０と機械的に連結されていない。ステアリングホイール１に対して、操舵角センサ２および操舵トルクセンサ３が設けられ、操舵反力モータ４が接続されている。操舵角センサ２は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するセンサである。操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に作用する操舵トルクを検出するセンサである。操舵反力モータ４は、ステアリングホイール１に反力トルクを付与するモータである。

図２は、操舵軸１０を駆動する操舵軸駆動部１４の詳細を断面図で示す。この操舵軸駆動部１４には、操舵軸１０を軸方向に移動させて車輪１３の転舵を行う転舵機構１５と、車輪１３のトー角調整を行うトー角調整機構１６と、切換手段１７とが設けられている。

前記操舵軸１０は左右の分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂに２分割されている。前記転舵機構１５は、各分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂの一部にそれぞれ形成されたボールねじ部１０Ａａ，１０Ｂａと、これらのボールねじ部１０Ａａ、１０Ｂａに螺合する２つのボールナット１８Ａ，１８Ｂと、転舵モータ６と、この転舵モータ６の回転軸６ａの回転を減速して前記両ボールナット１８Ａ，１８Ｂに伝達する２つの回転伝達機構２１Ａ，２１Ｂとを備える。ボールナット１８Ａ，１８Ｂは軸受１９Ａ，１９Ｂを介して操舵軸駆動部１４のハウジング２０に支持されている。転舵モータ６は、その回転軸６ａを前記操舵軸１０と平行に揃えた姿勢でハウジング２０に設置される。転舵モータ６の回転軸６ａの回転を回転伝達機構２１Ａ，２１Ｂを介して前記両ボールナット１８Ａ，１８Ｂに伝達し、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂを互いに軸方向の同方向に同量移動させることで、車輪１３の転舵が行なわれる。１つの回転伝達機構２１Ａは、転舵モータ６の回転軸６ａの一端に設けられた出力ギヤ２２Ａと、ボールナット１８Ａの外径面に固定され前記出力ギヤ２２Ａに噛み合う入力ギヤ２３Ａとでなる。もう１つの回転伝達機構２１Ｂは、転舵モータ６の回転軸６ａの他端に設けられた出力ギヤ２２Ｂと、ボールナット１８Ｂの外径面に固定され前記出力ギヤ２２Ｂに噛み合う入力ギヤ２３Ｂとでなる。

前記トー角調整機構１６は、一方の分割操舵軸１０Ａの前記ボールねじ部１０Ａａとは別の部分に形成されたスプライン歯１０Ａｂと、このスプライン歯１０Ａｂに噛み合うスプラインナット２５Ａと、トー角調整用モータ７と、このトー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転を減速して前記スプラインナット２５Ａに伝達するトー角調整用回転伝達機構２６Ａとを備える。スプライン歯１０Ａｂとスプラインナット２５Ａは、滑り接触しているものであっても転がり接触しているものであっても良い。スプラインナット２５Ａは軸受３２Ａを介して操舵軸駆動部１４のハウジング２０に支持されている。トー角調整用モータ７は、その回転軸７ａを前記操舵軸１０と平行に揃えた姿勢でハウジング２０に設置される。トー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転は前記回転伝達機構２６Ａを介して前記スプラインナット２５Ａに伝達され、そのスプラインナット２５Ａと共に一方の分割操舵軸１０Ａが軸方向移動を許容されつつ回転駆動される。これにより、回転駆動されるこの一方の分割操舵軸１０Ａと、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転が伝達されない他方の分割操舵軸１０Ｂの軸方向移動量に差が与えられて全操舵軸１０のスパンが変えられ、車輪１３のトー角調整が行なわれる。前記回転伝達機構２６Ａは、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの一端に設けられた出力ギヤ２７Ａと、前記スプラインナット２５Ａの外周部に形成され前記出力ギヤ２７Ａに噛み合う入力ギヤ部２８Ａとでなる。

前記切換手段１７は、転舵モータ６が失陥しとき、転舵モータ６の回転軸６ａを固定し、トー角調整用モータ７で転舵を行なわせる手段である。この切換手段１７は、前記両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂのうち他方の分割操舵軸１０Ｂのボールねじ部１０Ｂａとは別の部分に形成されたスプライン歯１０Ｂｂと、このスプライン歯１０Ｂｂに噛み合うスプラインナット２５Ｂと、転舵モータ６が失陥したとき前記トー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転を減速して前記スプラインナット２５Ｂに伝達する転舵用回転伝達機構２６Ｂと、転舵モータ６が失陥したとき転舵モータ６の回転軸６ａを固定する転舵モータ軸固定手段３０とを備える。転舵モータ軸固定手段３０はブレーキからなる。スプライン歯１０Ｂｂとスプラインナット２５Ｂは、滑り接触しているものであっても転がり接触しているものであっても良い。スプラインナット２５Ｂは軸受３２Ｂを介して操舵軸駆動部１４のハウジング２０に支持されている。

転舵用回転伝達機構２６Ｂは、出力ギヤ２７Ｂと、前記スプラインナット２５Ｂの外周部に形成され前記出力ギヤ２７Ｂに噛み合う入力ギヤ部２８Ｂと、転舵モータ６が失陥したとき前記トー角調整用モータ７の回転軸７ａの他端を前記出力ギヤ２７Ｂの軸部２７Ｂａに連結するクラッチ３１とでなる。転舵用回転伝達機構２６Ｂの減速比は、前記トー角調整用回転伝達機構２６Ａの減速比と等しくされている。これにより、転舵モータ６が失陥したとき、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂのボールねじ部１０Ａａ，１０Ｂａに螺合する各ボールナット１８Ａ，１８Ｂを回転停止させた状態で、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂがトー角調整用モータ６で回転駆動され、互いに軸方向の同方向に同量移動する。

ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａは、操舵反力モータ４、転舵モータ６、トー角調整用モータ７、および切換手段１７の転舵用回転伝達機構２６Ｂと転舵モータ軸固定手段３０を制御する。すなわち、ステアリング制御部５ａは、操舵角センサ２の検出する操舵角の信号、図示しない車速センサの検出する車輪回転速度の信号、および運転状態を検出する各種センサの信号に基づき、設定規則（図示せず）に従って目標操舵反力を設定し、実際の操舵反力トルクが目標操舵反力に一致するように操舵トルクセンサ３の検出する操舵トルクの信号をフィードバックして、操舵反力モータ４を制御する。また、ステアリング制御部５ａには、トー角調整用モータ７が失陥したときに、前記トー角調整機構１６を固定状態とするトー角固定手段３６が設けられる。これにより、トー角調整用モータ７が失陥したときには、トー角調整用モータ７による操舵軸１０の回転駆動が停止し、トー角は一定値に固定される。

次に、このステアバイワイヤ式操舵装置の操舵軸駆動部１４での動作を説明する。転舵モータ６が正常の場合、クラッチ３１はトー角調整用モータ７の回転軸７ａと出力ギヤ２７Ｂの軸部２７Ｂａとを切り離し、転舵モータ軸固定手段３０は転舵モータ６の回転軸６ａを固定しない状態にある。このとき、転舵モータ６の回転軸６ａの回転が２つの回転伝達機構２１Ａ，２１Ｂを介して各ボールナット１８Ａ，１８Ｂに伝達されると共に、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転がトー角調整用回転伝達機構２６Ａを介してスプラインナット２５Ａに伝達される。各分割操舵軸１０Ａ，１０のボールねじ部１０Ａａ，１０Ｂａに螺合する２つのボールナット１８の回転は、両分割操舵軸１０Ａ，１０を互いに軸方向の同方向に同量移動させ、これにより車輪１３の転舵が行なわれる。スプラインナット２５Ａ，２５Ｂは、各分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂのスプライン歯１０Ａｂ，１０Ｂｂにスプライン嵌合しているので、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂの軸方向移動が許容される。また、このときトー角調整用モータ７は一方の分割操舵軸１０Ａだけを回転駆動するので、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂの軸方向移動量に差が与えられ、これにより全操舵軸１０のスパンが変えられることでトー角が調整される。

転舵モータ６が失陥した場合、ＥＣＵ５のステアリング制御部５ａからの指令により、切換手段１７の転舵モータ軸固定手段３０が作動して、転舵モータ６の回転軸６ａが固定される。これにより、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂのボールねじ部１０Ａａ，１０Ｂａに螺合する２つのボールナット１８Ａ，１８は回転停止された状態となる。この状態で、切換手段１７の転舵用回転伝達機構２６Ｂにおいて、クラッチ３１がトー角調整用モータ７の回転軸７ａを出力ギヤ２７Ｂの軸部２７Ｂａに連結する。これにより、トー角調整用モータ７の回転軸７ａの回転はトー角調整用回転伝達機構２６Ａを介して一方の分割操舵軸１０Ａ側のスプラインナット２５Ａに伝達されるだけでなく、転舵用回転伝達機構２６Ｂを介して他方の分割操舵軸１０Ｂ側のスプラインナット２５Ｂにも伝達され、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂが回転駆動される。すなわち、トー角調整用モータ７を駆動源として、両分割操舵軸１０Ａ，１０Ｂが互いに軸方向の同方向に同量移動し、車輪１３の転舵が行なわれる。

また、転舵機構１５およびトー角調整機構１６が共に作動している状態において、トー角調整用モータ７が失陥した場合には、ＥＣＵ５におけるステアリング制御部５ａのトー角固定手段３６からトー角調整用モータ７に停止指令が与えられて、トー角調整用モータ７が停止し、転舵のみが行なわれる。これにより、トー角調整用モータ７が失陥したまま、誤ったトー角調整が行なわれるのを防止できる。

このように、このステアバイワイヤ式操舵装置では、転舵モータ６とは別に、車輪１３のトー角を調整するトー角調整用モータ７を有するトー角調整機構１６を設け、転舵モータ６が失陥したとき、転舵モータ６の回転軸６ａを固定しトー角調整用モータ７で転舵を行なわせる切換手段１７を設けているので、車輪１３を転舵する転舵モータ６が失陥しても、トー角調整用モータ７を転舵の駆動源に転用して転舵を行うことができる。また、転舵モータ６が正常である場合にも、トー角調整用モータ７は車輪１３のトー角を調整する駆動源として働くので、転舵モータ６が失陥したときだけ動作させる補助モータを設ける従来例の場合に比べて経済的な構成とすることができる。

なお、トー角調整用モータ７によるトー角調整および転舵モータ６失陥のときの転舵用駆動源としての代替は、車両走行時に行う動作であるため、その最大発生トルクは、据え切り動作時に転舵モータ６に必要なトルクよりもはるかに小さなものである。したがって、トー角調整用モータ７は、転舵モータ６よりも小型のもので良い。

この発明の一実施形態にかかるステアバイワイヤ式操舵装置の概略構成を示すブロック図である。同ステアバイワイヤ式操舵装置における操舵軸駆動部の断面図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール
２…操舵角センサ
４…操舵反力モータ
５…ＥＣＵ
５ａ…ステアリング制御部
６…転舵モータ
６ａ…転舵モータの回転軸
７…トー角調整用モータ
７ａ…トー角調整用モータの回転軸
１０…操舵軸
１０Ａ，１０Ｂ…分割操舵軸
１０Ａａ，１０Ｂａ…ボールねじ部
１０Ａｂ，１０Ｂｂ…スプライン歯
１６…トー角調整機構
１７…切換手段
１８Ａ，１８Ｂ…ボールナット
２５Ａ，２５Ｂ…スプラインナット
２６Ｂ…転操用回転伝達機構
３０…転舵モータ軸固定手段
３６…トー角固定手段

Claims

転舵用の操舵軸と機械的に連結されていないステアリングホイールと、このステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記ステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータと、この操舵反力モータおよび前記操舵軸を駆動する転舵モータを制御するステアリング制御部とを備え、前記操舵角センサの検出する操舵角の信号を含む運転状態検出信号に基づいて前記転舵モータを前記ステアリング制御部で制御するようにしたステアバイワイヤ式操舵装置において、
前記転舵モータとは別に、トー角を調整するトー角調整用モータを有するトー角調整機構を設け、前記転舵モータが失陥したとき、転舵モータの回転軸を固定し前記トー角調整用モータで転舵を行なわせる切換手段を設けたことを特徴とするステアバイワイヤ式操舵装置。
請求項１において、前記トー角調整用モータが失陥したときに、前記トー角調整機構を固定状態として転舵モータで転舵のみを行わせるトー角固定手段を設けたステアバイワイヤ式操舵装置。
請求項１または請求項２において、前記操舵軸は左右の分割操舵軸に２分割されており、各分割操舵軸はそれぞれ一部にボールねじ部を有し、前記転舵モータは、前記各分割操舵軸のボールねじ部に螺合するボールナットを回転駆動して、両分割操舵軸を互いに同方向に同量移動させることにより転舵を行うものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
請求項３において、前記トー角調整機構は、前記両分割操舵軸のうち一方の分割操舵軸の前記ボールねじ部とは別の部分に形成されたスプライン歯と、このスプライン歯に噛み合うスプラインナットと、このスプラインナットを回転駆動するトー角調整用モータとを備え、トー角調整用モータで一方の分割操舵軸をその軸方向移動を許容しつつスプラインナットで回転させ、両分割操舵軸の軸方向移動量に差を与えて全操舵軸のスパンを変えることでトー角を調整するものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
請求項４において、前記切換手段は、前記両分割操舵軸のうち他方の分割操舵軸の前記ボールねじ部とは別の部分に形成されたスプライン歯と、このスプライン歯に噛み合うスプラインナットと、前記転舵モータが失陥したとき前記トー角調整用モータの回転軸の回転を前記スプラインナットに伝達する転舵用回転伝達機構と、前記転舵モータが失陥したとき転舵モータの回転軸を固定する転舵モータ軸固定手段とを備え、両分割操舵軸のボールねじ部に螺合する各ボールナットを回転停止させた状態で、両分割操舵軸をトー角調整用モータで回転駆動することにより、両分割操舵軸を互いに同方向に同量移動させるものとしたステアバイワイヤ式操舵装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記トー角調整用モータの最大発生トルクを前記転舵モータの最大発生トルクよりも小さくしたステアバイワイヤ式操舵装置。