JP2013099986A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で安価に操舵反力を発生できる車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】例えば左操舵される操舵部材２によって伝達機構１４を介して第１回転方向Ｘ１に駆動された空気圧縮機５が、第１ポート５１を吸込口とし、第２ポート５２を吐出口とする。空気供給口２４からの空気が、吸込口となっている第１ポート５１に供給される。吐出口になっている第２ポート５２から吐出された圧縮空気は、第２可変絞り２０、第２逆止弁１８、高圧部１６ａの分岐部２９、上流側還流路３０、方向制御弁２８および第１下流側還流路３２を介して、吸込口となっている第１ポート５１に還流される。操舵部材２に、空気圧縮機５の駆動の反力による操舵反力が付与される。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用操舵装置に関する。

いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置において、電動モータにより駆動される油圧ポンプからの圧油を油圧アクチュエータに供給し、その油圧アクチュエータによって、操舵部材に付与すべき操舵反力を発生させる技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、パワーシリンダに供給される圧縮性流体（空気、窒素ガス等）の流体圧を用いて、操舵補助力を発生させる操舵装置が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２０１０−２５４２３６号公報 特開２００９−１７３１２９号公報

特許文献１では、油圧ポンプを駆動する電動モータが必要である。また、作動油を溜めるリザーバタンクが必要であり、構造が複雑になる。また、作動油の微量な漏れが発生しても油圧が低下し、作動が不安定となる。
一方、電動モータによって操舵反力を発生させる場合、製造コストが高くなる。
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で安価に操舵反力を発生することができる車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、操舵部材（２）と転舵輪（３）との機械的な連結が断たれた車両用操舵装置（１；１Ａ；１Ｂ）において、前記操舵部材に操舵反力を付与するための反力アクチュエータを備え、前記反力アクチュエータは、前記操舵部材によって駆動される空気圧縮機（５）を含むことを特徴とする車両用操舵装置を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記空気圧縮機の負荷を調整する負荷調整機構（１９，２０；１９Ｂ，２０Ｂ）を備えていてもよい。

請求項３のように、前記負荷調整機構は、前記空気圧縮機から吐出される空気の流量を絞る可変絞り（１９，２０；１９Ｂ，２０Ｂ）であってもよい。
請求項４のように、前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出装置（７）と、前記転舵角検出装置によって検出された転舵角（θw)の絶対値（｜θw ｜）が最大値（θwmax）を含む所定範囲内（θwmax−ｅ≦｜θw ｜≦θwmax）にあるときに、前記空気圧縮機から吐出される空気の流量（Ｑ）を最小値（Ｑmin ）に制限するように、前記可変絞りを制御する制御装置（８）と、を備えていてもよい。

請求項５のように、前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を、転舵機構（Ａ）を冷却する冷却機構（３５）に送給する管路（３６）を備えていてもよい。
請求項６のように、前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を、車両制動機構（３７）に送給する管路（３８）を備えていてもよい。
請求項７のように、前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を蓄えるアキュムレータ（２５）と、前記アキュムレータに蓄えられた圧縮空気を前記空気圧縮機の吸込口に戻す還流路（２７）と、を備えていてもよい。

請求項８のように、前記空気圧縮機は、２つのポート（５１，５２）を含み、回転方向に応じて前記２つのポートの一方を吸込口に他方を吐出口に切り替える双方向回転形の空気圧ポンプ（５）であり、前記２つのポート間を接続する接続路（１６）と、前記接続路に設けられ、対応するポートへの空気の流れをそれぞれ規制する一対の逆止弁（１７，１８）と、前記接続路において両逆止弁の下流側の部分である高圧部（１６ａ）を、前記吸込口となるポートに択一的に接続可能な方向制御弁（２８）と、を備えていてもよい。

請求項１の発明によれば、いわゆるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、運転者が操作する操舵部材によって駆動される空気圧縮機を用いて、操舵部材に操舵反力を与える。したがって、従来の電動式の反力アクチュエータとして用いていた電動モータを廃止することができ、また、従来の油圧式の反力アクチュエータに関連して必要であったリザーバタンクを廃止することができる。したがって、構造を簡素化することができ、また製造コストを安くすることができる。

請求項２の発明によれば、負荷調整機構によって空気圧縮機の負荷を調整することにより、操舵反力の大きさを調整することができる。
請求項３の発明によれば、可変絞りによって空気圧縮機から吐出される空気の流量を絞ることで、空気圧縮機の負荷を容易に調整することができる。ひいては、操舵反力の大きさを容易に調整することができる。

請求項４の発明によれば、転舵輪の転舵角が最大値を含む所定範囲内にあるときに、空気圧縮機から吐出される空気の流量を最小値に制限することにより、操舵反力を増大させて、転舵の終端付近であることを運転者に容易に認知させることができる。
請求項５の発明によれば、空気圧縮機から吐出された圧縮空気を用いる簡単な構造で、転舵機構を冷却することができる。

請求項６の発明によれば、空気圧縮機から吐出された圧縮空気を用いる簡単な構造で、車両制動機構の制動力を向上させることができる。
請求項７のように、アキュムレータに蓄えられた圧縮空気を、還流路を介して空気圧縮機の吸込口に戻すことにより、安定した操舵反力の確保が可能となる。特に、操舵部材が一定の操舵角に保持された保舵の状態にあって空気圧縮機が停止しているときにも、操舵部材をニュートラルな状態に戻す復元力を得ることができる。

請求項８のように、双方向回転形の空気圧ポンプの回転方向の切り替えに応じて、方向制御弁を切り替えて、接続路の高圧部を吸込口となるポートに択一的に接続し、空気圧ポンプの吐出空気を還流させることができる。

本発明の一実施形態の車両用操舵装置の模式図であり、操舵がニュートラルな状態のときの車両用操舵装置の概略構成を示している。 車両用操舵装置の模式図であり、左操舵のときの車両用操舵装置の概略構成を示している。 車両用操舵装置の模式図であり、右操舵のときの車両用操舵装置の概略構成を示している。 本発明の別の実施形態の車両用操舵装置の模式図であり、操舵がニュートラルな状態のときの車両用操舵装置の概略構成を示している。 本発明のさらに別の実施形態の車両用操舵装置の模式図であり、左操舵のときの車両用操舵装置の概略構成を示している。 図５の実施形態において、いわゆる端当て制御の流れを示すフローチャートである。

以下には、添付図面を参照しつつ発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施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に示すように、本車両用操舵装置１は、運転者によって回転操作されるステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。

車両用操舵装置１は、操舵部材２の操作に応じて転舵輪３を転舵する転舵アクチュエータ４と、操舵部材２に操舵反力を付与する反力アクチュエータとしての空気圧縮機５と、操舵部材２の操舵角を検出する操舵角検出装置としての操舵角センサ６と、転舵輪３の転舵角を検出する転舵角検出装置としての転舵角センサ７と、転舵アクチュエータ４を駆動制御する制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）８とを備えている。

ＥＣＵ８は、操舵角センサ６によって検出された操舵角θh および車速センサ９によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定し、この目標転舵角と転舵角センサ７によって検出された転舵角δw との偏差に基づいて、転舵アクチュエータ４を駆動制御する。
操舵部材２の回転操作に応じて駆動される転舵アクチュエータ４の動作を、ハウジング９に支持された転舵軸１１の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸１１の直線運動を舵取り用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換することにより転舵が達成される。

転舵アクチュエータ４は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この転舵用アクチュエータ４の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸１１に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸１１の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換される。この転舵軸５の直線運動は、転舵軸１１の両端から突出して設けられたタイロッド１２に伝達され、図示しないナックルアームに支持された転舵輪３の転舵が達成される。転舵軸１１、タイロッド１２およびナックルアームなどにより、転舵輪３を転舵するための転舵機構Ａが構成されている。

操舵部材２は車体によって回転可能に支持された回転軸１３に一体回転可能に連結されている。回転軸１３は、例えば駆動ギヤ１４ａおよび被動ギヤ１４ｂを含む伝達機構１４を介して反力アクチュエータとしての空気圧縮機５を駆動可能に連結されている。
空気圧縮機５は、第１ポート５１および第２ポート５２を含み、回転方向に応じて第１ポート５１および第２ポート５２の一方を吸込口に他方を吐出口に切り替える双方向回転形の空気圧ポンプである。

空気圧縮機５を含む空圧回路１５は、第１ポート５１および第２ポート５２間を接続する第１接続路１６を備えている。第１接続路１６には、第１ポート５１への空気の流れを規制する第１逆止弁１７と、第２ポート５２への空気の流れを規制する第２逆止弁１８と、第１ポート５１と第１逆止弁１７との間に配置された第１可変絞り１９と、第２ポート５２と第２逆止弁１８との間に配置された第２可変絞り２０とが設けられている。

また、第１接続路１６には、第１ポート５１と第１可変絞り１９との間に、分岐部２１が設けられ、また、第２ポート５２と第２可変絞り２０との間に、分岐部２２が設けられている。これらの分岐部２１，２２間は、第２接続路２３を介して互いに接続されており、第２接続部２３は、空気供給口２４に接続されている。空気供給口２４から取り入れられた空気が、吸込口に切り替えられている対応するポート５１または５２を介して、空気圧縮機５に供給されるようになっている。

第１接続路１６において、第１逆止弁１７と第２逆止弁１８との間の部分が、高圧部１６ａを構成している。高圧部１６ａには、空気圧縮機５から吐出された圧縮空気を蓄えるアキュムレータ２５と、過大な圧力を外部に逃がすためのリリーフ弁２６とが設けられている。
また、空圧回路１５には、高圧部１６ａを吸込口に切り替えられているポート５１または５２に接続するための還流路２７と、還流路２７に配置された方向制御弁２８とが設けられている。方向制御弁２８は、ＥＣＵ８によって作動を制御される電磁弁である。

方向制御弁２８は、高圧部１６ａに設けられた分岐部２９から分岐した上流側還流路３０を、第１接続路１６において第１ポート５１と第１可変絞り１９との間に設けられた分岐部３１から分岐した第１下流側還流路３２と、第１接続路１６において第２ポート５２と第２可変絞り２０との間に設けられた分岐部３３から分岐した第２下流側還流路３４とに、択一的に接続可能である。

具体的には、方向制御弁２８は、図１に示すように、上流側還流路３０の一端３０１を、第１下流側還流路３２の一端３２１および第２下流側還流路３４の一端３４１の何れにも接続しない第１の状態と、図２に示すように、上流側還流路３０の一端３０１を第１下流側還流路３２の一端３２１に接続する第２の状態と、図３に示すように、上流側還流路３０の一端３０１を第２下流側還流路３４の一端３４１に接続する第３の状態とに択一的に切り替え可能である。

ＥＣＵ８は、操舵角センサ６によって検出された操舵角θに基づき、車両が直進走行していて操舵がニュートラルな状態にあると判断したときには、方向制御弁２８を図１に示す第１の状態に制御する制御信号を出力する。この場合、反力アクチュエータとしての空気圧縮機５は作動せず、また、方向制御弁２８によって還流路２７が遮断されているので、アキュムレータ２５が接続されている高圧部１６ａからの圧縮空気が、空気圧縮機５側へ還流されることがない。

また、ＥＣＵ８は、操舵角センサ６によって検出された操舵角θに基づき、左操舵の状態にあると判断したときには、方向制御弁２８を図２に示す第２の状態に制御する制御信号を出力する。
この場合、左操舵される操舵部材２によって伝達機構１４を介して、第１回転方向Ｘ１に駆動された空気圧縮機５は、その第１ポート５１を吸込口とし、第２ポート５２を吐出口とする。空気供給口２４からの空気が、吸込口となっている第１ポート５１に供給される。また、吐出口になっている第２ポート５２から吐出された圧縮空気は、第２可変絞り２０、第２逆止弁１８、高圧部１６ａの分岐部２９、上流側還流路３０、方向制御弁２８および第１下流側還流路３２を介して、吸込口となっている第１ポート５１に供給（還流）される。これにより、空気圧縮機５を駆動している操舵部材２に、空気圧縮機５の駆動の反力による操舵反力が付与される。

また、ＥＣＵ８は、操舵角センサ６によって検出された操舵角θに基づき、右操舵の状態にあると判断したときには、方向制御弁２８を図３に示す第３の状態に制御する制御信号を出力する。
この場合、左操舵される操舵部材２によって伝達機構１４を介して、第２回転方向Ｘ２に駆動された空気圧縮機５は、その第２ポート５２を吸込口とし、第１ポート５１を吐出口とする。空気供給口２４からの空気が、吸込口となっている第２ポート５２に供給される。また、吐出口になっている第１ポート５１から吐出された圧縮空気は、第１可変絞り１９、第１逆止弁１７、高圧部１６ａの分岐部２９、上流側還流路３０、方向制御弁２８および第２下流側還流路３４を介して、吸込口となっている第２ポート５２に供給（還流）される。これにより、空気圧縮機５を駆動している操舵部材２に、空気圧縮機５の駆動の反力による操舵反力が付与される。

本実施形態によれば、いわゆるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置１において、運転者が操作する操舵部材２によって駆動される空気圧縮機５を用いて、操舵部材２に操舵反力を与える。したがって、従来の電動式の反力アクチュエータとして用いていた電動モータを廃止することができ、また、従来の油圧式の反力アクチュエータに関連して必要であったリザーバタンクを廃止することができる。したがって、構造を簡素化することができ、また製造コストを安くすることができる。

また、負荷調整機構によって空気圧縮機５の負荷を調整することにより、操舵反力の大きさを調整することができる。具体的には、負荷調整機構としての可変絞り１９，２０によって、空気圧縮機５から吐出される空気の流量を絞ることで、空気圧縮機５の負荷を容易に調整することができる。ひいては、操舵反力の大きさを容易に調整することができる。

また、アキュムレータ２５に蓄えられた圧縮空気を、還流路２７を介して空気圧縮機５の吸込口（左操舵のときの第１ポート５１、右操舵のときの第２ポート５２）に戻すことにより、安定した操舵反力の確保が可能となる。特に、操舵部材２が一定の操舵角θに保持された保舵の状態であって空気圧縮機５が停止しているときにも、操舵部材２をニュートラルな状態に戻す復元力を得ることができる。

また、空気圧縮機５として、双方向回転形の空気圧ポンプを用いており、その空気圧ポンプの回転方向の切り替えに応じて、方向制御弁２８を切り替えて、第１接続路１６の高圧部１６ａを吸込口となるポート５１または５２に択一的に接続する。これにより、空気圧縮機５としての空気圧ポンプの吐出空気を還流させて、効率良く、操舵反力を発生させることができる。

次いで、図４は本発明の別の実施形態の車両用操舵装置１Ａの模式図である。図４を参照して、本実施形態が図１の実施形態と異なるのは、空気圧縮機５から吐出された圧縮空気を、転舵機構Ａの例えば転舵アクチュエータ４を構成する電動モータや、この電動モータを駆動するインバータや、電動モータに電源を供給するバッテリ等の発熱源の少なくとも１つを冷却する冷却機構３５に送給する管路３６を設けた点と、空気圧縮機５から吐出された圧縮空気を、車両制動機構３７に送給する管路３８を設けた点にある。

管路３６の先端に設けられたノズル（図示せず）等から圧縮空気を吹き出して発熱源を冷却する。また、管路３８を介して車両制動機構３７のエアー室（図示せず）に、圧縮空気を供給して、制動補助（ブレーキアシスト）する。
各管路３６，３８には、それぞれ電磁弁からなる切換弁３９，４０が設けられている。ＥＣＵ８から切換弁３９，４０に制御信号を出力することにより、切換弁３９，４０をオンオフし、管路３６，３８を介しての冷却機構３５や車両制動機構３７への空気供給をオンオフする。

本実施形態によれば、図１の実施形態と同じ作用効果を奏することに加えて、空気圧縮機５から吐出された圧縮空気を用いる簡単な構造で、転舵機構Ａのなかの発熱源を冷却することができる。また、空気圧縮機５から吐出された圧縮空気を用いる簡単な構造で、車両制動機構３７の制動力を向上させることができる。
次いで、図５は本発明のさらに別の実施形態の車両用操舵装置１Ｂを示している。本実施形態が図４の実施形態と異なるのは、転舵角センサ７によって検出された転舵角θw の絶対値｜θw ｜が最大値θhmaxを含む所定範囲内（θwmax−ｅ≦｜θw ｜≦θwmax：ただしｅは正値）にあるときに、空気圧縮機５から吐出される空気の流量Ｑを最小値Ｑmin に制限するように、ＥＣＵ８が、操舵部材２の回転方向に応じて対応する可変絞り（負荷調整機構）としての電磁比例式の第１流量制御弁１９Ｂまたは第２流量制御弁２０Ｂを制御する（いわゆる端当て制御する）点にある。

転舵角センサ７によって検出された転舵角θw の絶対値｜θw ｜が最大値θwmaxを含む所定範囲内（θwmax−ｅ≦｜θw ｜≦θwmax）にあるときとは、転舵軸１１の軸方向のストロークの終端〔この終端において、転舵軸１１の所定部がハウジング１０に保持された図示しないストッパ（いわゆるラックストッパ）に当接する〕の近傍から終端までの範囲に相当する。

図６はいわゆる端当て制御の流れを示している。まず、ステップＳ１において、転舵角センサ７により検出された転舵角θw を入力する。次いで、ステップＳ２では、検出された転舵角θw の絶対値｜θw ｜が最大値θwmaxを含む所定範囲内（θwmax−ｅ≦｜θw ｜≦θwmax）にあるか否かを判断する。すなわち、転舵軸１１のストロークの終端付近にあるか否かを判断する。

転舵軸１１がストロークの終端付近にあると判断された場合（ステップＳ２においてＹＥＳの場合）には、操舵方向に応じた流量制御弁１９Ｂまたは２０Ｂにより流量を制限して、空気圧縮機５から吐出される流量Ｑを最小値Ｑmin に制御する。
例えば図５に示すような左操舵の場合（ステップＳ３においてＹＥＳの場合）には、ステップＳ４に進んで、第２流量制御弁２０Ｂ（第２可変絞り）により流量を制限し、空気圧縮機５から吐出される空気の流量Ｑを最小値Ｑmin に制御する。これにより操舵反力を増大させる。

右操舵の場合（ステップＳ３においてＮＯの場合）には、ステップＳ５に進んで、第１流量制御弁１９Ｂ（第１可変絞り）により流量を制限し、空気圧縮機５から吐出される空気の流量Ｑを最小値Ｑmin に制御する。これにより操舵反力を増大させる。
本実施形態によれば、転舵軸１１がそのストロークの終端に接近したときに、操舵反力を増大させて、そのストロークの終端への接近を運転者に知らせることができる。これにより、運転者は、自然に操舵速度を弱めることを促されるので、無駄に強い力で転舵されるようなことがなく、省エネに寄与することができる。また、転舵軸１１のストロークの終端で、そのストロークを規制するための部材（図示しないラックストッパ等）の耐久性を向上することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１；１Ａ；１Ｂ…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…転舵輪、４…転舵アクチュエータ、５…空気圧縮機（反力アクチュエータ）、５１…第１ポート、５２…第２ポート、６…操舵角センサ（操舵角検出装置）、７…転舵角センサ（転舵角検出装置）、８…ＥＣＵ（制御装置）、１０…ハウジング、１１…転舵軸、１３…回転軸、１４…伝達機構、１５…空圧回路、１６…第１接続路、１６ａ…高圧部、１７…第１逆止弁、１８…第２逆止弁、１９…第１可変絞り（負荷調整機構）、１９Ｂ…第１流量制御弁（第１可変絞り。負荷調整機構）、２０…第２可変絞り（負荷調整機構）、２０Ｂ…第２流量制御弁（第２可変絞り。負荷調整機構）、２４…空気供給口、２５…アキュムレータ、２７…還流路、２８…方向制御弁、３０…上流側還流路、３２…第１下流側還流路、３４…第２下流側還流路、３６，３８…管路、３９，４０…切換弁、Ａ…転舵機構、θw …転舵角、｜θw ｜…転舵角の絶対値、θwmax…最大値、Ｑ…流量、Ｑmin …最小値、Ｘ１…第１回転方向、Ｘ２…第２回転方向

Claims (8)

1. 操舵部材と転舵輪との機械的な連結が断たれた車両用操舵装置において、
   前記操舵部材に操舵反力を付与するための反力アクチュエータを備え、
   前記反力アクチュエータは、前記操舵部材によって駆動される空気圧縮機を含むことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、前記空気圧縮機の負荷を調整する負荷調整機構を備える車両用操舵装置。
3. 請求項２において、前記負荷調整機構は、前記空気圧縮機から吐出される空気の流量を絞る可変絞りである車両用操舵装置。
4. 請求項３において、前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出装置と、
   前記転舵角検出装置によって検出された転舵角の絶対値が最大値を含む所定範囲内にあるときに、前記空気圧縮機から吐出される空気の流量を最小値に制限するように、前記可変絞りを制御する制御装置と、を備える車両用操舵装置。
5. 請求項１から４の何れか１項において、前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を、転舵機構を冷却する冷却機構に送給する管路を備える車両用操舵装置。
6. 請求項１から５の何れか１項において、前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を、車両制動機構に送給する管路を備える車両用操舵装置。
7. 請求項１から６の何れか１項において、前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を蓄えるアキュムレータと、前記アキュムレータに蓄えられた圧縮空気を前記空気圧縮機の吸込口に戻す還流路と、を備える車両用操舵装置。
8. 請求項１から７の何れか１項において、前記空気圧縮機は、２つのポートを含み、回転方向に応じて前記２つのポートの一方を吸込口に他方を吐出口に切り替える双方向回転形の空気圧ポンプであり、
   前記２つのポート間を接続する接続路と、
   前記接続路に設けられ、対応するポートへの空気の流れをそれぞれ規制する一対の逆止弁と、
   前記接続路において両逆止弁の下流側の部分である高圧部を、前記吸込口となるポートに択一的に接続可能な方向制御弁と、を備える車両用操舵装置。

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