JP2016196242A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合に、クラッチの噛み込みが起こりにくくなる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】イグニッションキーがＡＣＣ位置に操作されると(ステップＳ１)、ＥＣＵは、ステアリングホイールのロックを解除させる(ステップＳ２)。ＥＣＵは、イグニッションキーがＡＣＣ位置にあるか否かを判別する(ステップＳ３)。イグニッションキーがＡＣＣ位置にあれば、ＥＣＵは、トルクセンサによって検出される操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ａ（Ａ＞０）以上であるか否かを判別する(ステップＳ４)。操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ａ以上であると判別された場合には、クラッチが噛み込みを起こすのを回避するために、ＥＣＵは、クラッチを解放させるためのクラッチ解放指令をクラッチの駆動回路に出力する(ステップＳ５)。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動車等の車両に用いられる車両用操舵装置に関する。

車両用操舵装置として、操舵部材と転舵機構とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Steer-By-Wire）式の車両用操舵装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、操舵部材としてのステアリングホイールと転舵機構とを電磁クラッチを介して機械的に連結することが可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置が開示されている。この電磁クラッチは、通常状態では、解放状態となっており、ステアバイワイヤモード（ＳＢＷモード）で転舵制御が行われる。ステアバイワイヤモードで転舵制御が行われているときに、何らかの異常が発生した場合には、電磁クラッチが締結され、パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering)モードで転舵制御が行われる。

特開２０１４−２１８１９２号公報

ステアリングホイールと転舵機構とを電磁クラッチを介して機械的に連結することが可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置では、一般的に、イグニッションキーがオン位置に操作されたときに電磁クラッチが解放されて、ＳＢＷモードへ移行する。しかし、イグニッションキーがオフ位置からＡＣＣ（アクセサリー）位置に操作されたときには、ハンドルロック装置によるステアリングホイールのロックは解除されるが、電磁クラッチは締結された状態のままであり、ＳＢＷモードへ移行しない。イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合に、運転者がステアリングホイールを操作すると、電磁クラッチにトルクがかかり、電磁クラッチが噛み込みを起こすおそれがある。

イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合に電磁クラッチが噛み込みを起こすと、その後に、イグニッションキーがオン位置に操作されて、クラッチ解放指令が出力されたにもかかわらず、電磁クラッチが締結状態を維持する可能性がある。電磁クラッチが締結状態を維持した状態のままＳＢＷモードに移行した場合には、ステアリングホイールに運転者の予期しないトルクが発生するため、いわゆるハンドル取られが発生するおそれがある。

この発明の目的は、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合に、クラッチの噛み込みが起こりにくくなる車両用操舵装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、車両を操向するための操舵部材（２）と、転舵輪（３）を転舵させるための転舵機構（４）と、前記操舵部材の動きをロックさせるためのロック機構（１０）と、前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に連結したり分離したりするためのクラッチ（６）と、前記操舵部材に反力を与えるための反力モータ（１４）と、前記クラッチが解放されている状態で転舵機構を駆動するための転舵モータ（３１）と、前記操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段（１２）とを含む車両用操舵装置（１）であって、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合において、前記ロック機構による前記操舵部材のロックを解除させた後に、前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルクが所定値以上になったか否かを監視する監視手段（４０）と、前記検出操舵トルクが所定値以上になったときに、前記クラッチを解放させるためのクラッチ解放指令を出力させるクラッチ解放指令出力手段（４０）とを含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合に、検出操舵トルクが所定値以上になったときに、クラッチ解放指令が出力される。これにより、締結状態のクラッチに大きなトルク（操舵トルク）が加えられる前に、クラッチを解放させることが可能となる。このため、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合に、操舵部材が操作されたとしても、クラッチの噛み込みが起こりにくくなる。これにより、ＳＢＷモードに移行した場合に、いわゆるハンドル取られが発生しにくくなる。

請求項２記載の発明は、前記クラッチ解放指令出力手段によってクラッチ解放指令が出力された後に、前記クラッチが解放されているか否かを判定する判定手段（４０）と、前記判定手段によって前記クラッチが解放されていると判定されたときには、前記操舵部材と前記転舵機構とが機械的に連結されていない状態で前記転舵輪の転舵が行われるステアバイステアモードに動作モードを移行させ、前記クラッチが解放されていないと判定されたときには、前記操舵部材と前記転舵機構とが機械的に連結されている状態で前記転舵輪の転舵が行われるフェイルセーフモードに動作モードを移行させる手段（４０）とを含む、請求項１に記載の車両用操舵装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合にＥＣＵによって実行される処理（ＡＣＣ状態時の処理）の手順を示すフローチャートである。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
車両用操舵装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵輪３を転舵するための転舵機構４と、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト５と、ステアリングシャフト５（ステアリングホイール２）と転舵機構４とを機械的に連結したり分離したりするためのクラッチ６とを含む。この実施形態では、クラッチ６は、電磁クラッチである。クラッチ６は、入力軸（図示略）と、出力軸（図示略）と、それらの間でトルクを伝達・遮断するクラッチ機構部（図示略）と、クラッチ機構部の締結・解放を動作するための励磁部（図示略）とを含む。

ステアリングシャフト５は、ステアリングホイール２に連結された第１軸７と、クラッチ６の入力軸に一体的に連結された第２軸９と、第１軸７と第２軸９とを連結するトーションバー８とを含む。
第１軸７の近傍には、ステアリングホイール２の回転をロックするためのハンドルロック装置１０が設けられている。ハンドルロック装置１０は、モータ（図示略）によって駆動されてステアリングホイール２の回転をロックするロック機構（図示略）を含んでいる。

第１軸７の周囲には、第１軸７の回転角である操舵角θｓを検出するための舵角センサ１１が配置されている。この実施形態では、舵角センサ１１は、第１軸７の中立位置からの第１軸７の正逆両方向の回転量（回転角）を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。

また、ステアリングシャフト５の周囲には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、第１軸７および第２軸９の相対回転変位量、つまり、トーションバー８の捩れ角に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴは、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。

第２軸９には、減速機１３を介して反力モータ１４が連結されている。反力モータ１４は、ステアリングホイール２に操舵反力（操舵方向と反対方向のトルク）を付与するための電動モータである。減速機１３は、反力モータ１４の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、第２軸９に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。反力モータ１４には、反力モータ１４の回転角を検出ための回転角センサ１５が設けられている。

転舵機構４は、クラッチ６の出力軸に一体的に連結された第１ピニオン軸１６と、転舵軸としてのラック軸１７と、ラック軸１７に転舵力を付与するための転舵アクチュエータ３０とを含む。ラック軸１７の各端部には、タイロッド１８およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。第１ピニオン軸１６の先端には、第１ピニオン１９が連結されている。ラック軸１７は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１７の軸方向の第１端部には、第１ピニオン１９に噛み合う第１ラック２０が形成されている。

転舵アクチュエータ３０は、転舵モータ３１と、減速機３２と、第２ピニオン軸３３と、第２ピニオン３４と、第２ラック３５とを含む。第２ピニオン軸３３は、ステアリングシャフト５とは、分離して配置されている。減速機３２は、転舵モータ３１の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、第２ピニオン軸３３に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。

第２ピニオン３４は、第２ピニオン軸３３の先端に連結されている。第２ラック３５は、ラック軸１７の軸方向の第１端部とは反対の第２端部側に設けられている。第２ピニオン３４は、第２ラック３５に噛み合っている。転舵モータ３１には、転舵モータ３１の回転角を検出するための回転角センサ３６が設けられている。ラック軸１７の近傍には、ラック軸１７の軸方向移動量を検出するためのストロークセンサ３７が配置されている。ストロークセンサ３７が検出したラック軸１７の軸方向移動量から、転舵輪３の転舵角θｒが検出されるようになっている。

舵角センサ１１、トルクセンサ１２、回転角センサ１５，３６、ストロークセンサ３７および車速センサ３８の検出信号ならびにイグニッションキーの状態検知信号は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）４０に入力される。ＥＣＵ４０は、これらの入力信号に基づいて、ハンドルロック装置１０、クラッチ６、反力モータ１４および転舵モータ３１を制御する。具体的には、ＥＣＵ４０は、ハンドルロック装置１０、クラッチ６、反力モータ１４および転舵モータ３１それぞれに対する駆動回路（図示略）と、それらの駆動回路を制御するためのマイクロコンピュータ（図示略）とを含んでいる。

車両用操舵装置１は、動作モードとして、ステアバイワイヤモード（以下、「ＳＢＷモード」という。）、フェイルセーフモード等を有している。ＳＢＷモードは、ステアリングホイール２と転舵機構４とが機械的に連結されていない状態（クラッチ６が解放されている状態）で、転舵輪３の転舵が行われるモードである。フェイルセーフモードは、ステアリングホイール２と転舵機構４とを機械的に連結させた状態（クラッチ６が締結されている状態）で、転舵輪３の転舵が行われるモードであり、ＳＢＷモード時に何らかの異常が発生したときに自動的に設定されるモードである。この実施形態では、フェイルセーフモードは、反力モータ１４および転舵モータ３１の少なくとも一方によって、操舵トルク等に応じた操舵補助力を発生させるパワーステアリングモード（ＥＰＳモード）である。なお、フェイルセーフモードは、手動のみによって転舵を行うマニュアルステアリングモードであってもよい。

ＳＢＷモード時においては、ＥＣＵ４０は、例えば、舵角センサ１１によって検出される操舵角θｓ、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ３８によって検出される車速Ｖ等に基づいて、反力モータ１４および転舵モータ２１を制御する。具体的には、ＥＣＵ４０は、操舵角θｓ、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて反力トルク目標値を演算し、反力トルク目標値に応じたモータトルクが反力モータ１４から発生するように、反力モータ１４を制御する。また、ＥＣＵ４０は、操舵角θｓ、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて転舵角目標値を演算し、ストロークセンサ３７の出力から演算される転舵輪３の転舵角θｒが転舵角目標値と等しくなるように、転舵モータ３１を制御する。

ＥＰＳモード時においては、ＥＣＵ４０は、例えば、操舵角θｓ、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいてアシストトルク目標値に対応したモータ電流指令値を演算し、転舵モータ３１（または反力モータ１４）のモータ電流が、モータ電流指令値と等しくなるように、転舵モータ３１（または反力モータ１４）を制御する。
ＥＣＵ４０は、イグニッションキーの状態検知信号に基づいて、イグニッションキーの状態を認識する。イグニッションキーがキーシリンダに差し込まれていないときおよびイグニッションキーがオフ位置にあるときには、クラッチ６は締結状態となっている。イグニッションキーがオン位置に操作されると、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を解放状態にした後、動作モードをＳＢＷモードに移行させる。ＳＢＷモード時に何らかの異常が発生すると、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を締結状態にした後、動作モードをフェイルセーフモード（この実施形態ではＥＰＳモード）に移行させる。イグニッションキーがオン位置からオフ位置に操作されると、ＥＣＵ４０はクラッチ６を締結状態にする。

図２は、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合にＥＣＵ４０によって実行される処理（ＡＣＣ状態時の処理）の手順を示すフローチャートである。
イグニッションキー（ＩＧキー）がＡＣＣ（アクセサリー）位置に操作されると(ステップＳ１)、ＥＣＵ４０は、ハンドルロック装置１０によるステアリングホイール２のロックを解除させる(ステップＳ２)。この後、ＥＣＵ４０は、イグニッションキーが引き続きＡＣＣ位置にあるか否かを判別する(ステップＳ３)。

イグニッションキーがＡＣＣ位置にあれば(ステップＳ３：ＹＥＳ)、ＥＣＵ４０は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ａ（Ａ＞０）以上であるか否かを判別する(ステップＳ４)。操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ａ未満であれば(ステップＳ４：ＮＯ)、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３に戻る。
前記ステップＳ３において、イグニッションキーがＡＣＣ位置にないと判別された場合には(ステップＳ３：ＮＯ)、ＥＣＵ４０は今回の処理（ＡＣＣ状態時の処理）を終了する。

前記ステップＳ４において、操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ａ以上であると判別された場合には(ステップＳ４：ＹＥＳ)、クラッチ６が噛み込みを起こすのを回避するために、ＥＣＵ４０は、クラッチ解放指令をクラッチ６の駆動回路に出力する(ステップＳ５)。これにより、クラッチ６を解放させるための励磁部に電力が供給される。
この後、ＥＣＵ４０は、クラッチ６が解放されたか否かを判定する(ステップＳ６)。言い換えれば、ＥＣＵ４０は、クラッチ解放指令を出力したにもかかわらず、クラッチ６が噛み込みによって締結状態を維持しているか否かを判定する。この判定は、例えば、転舵モータ３１を駆動させた状態で、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ｂ（Ｂ＞０）以下であるか否かを判定することによって行うことができる。クラッチ６が解放されている場合には、転舵モータ３１によって発生したモータトルクはステアリングシャフト５には伝達されないので、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜は所定値Ｂ以下となる。一方、クラッチ６が締結状態を維持している場合には、転舵モータ３１によって発生したモータトルクは転舵機構４およびクラッチ６を介してステアリングシャフト５に伝達されるので、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴの絶対値は所定値Ｂよりも大きくなる。

なお、転舵モータ３１を駆動した状態で、クラッチ６の入力軸に連結されたステアリングシャフト５とクラッチ６の出力軸に連結された第１ピニオン軸１６との間の角度偏差が所定値Ｃ（Ｃ＞０）以上であるか否かに基いて、クラッチ６が解放されているか否かを判定してもよい。ステアリングシャフト５と第１ピニオン軸１６との間の角度偏差が所定値Ｃ以上であれば、クラッチ６が解放されていると判別する。

前記ステップＳ６において、クラッチ６が解放されていると判別された場合には(ステップＳ６：ＹＥＳ)、ＥＣＵ４０は、動作モードをＳＢＷモードに移行させる(ステップＳ７)。そして、今回の処理（ＡＣＣ状態時の処理）を終了する。
前記ステップＳ６において、クラッチ６が解放されていないと判別された場合には(ステップＳ６：ＮＯ)、ＥＣＵ４０は、クラッチ６を締結させるためのクラッチ締結指令をクラッチ６の駆動回路に出力する(ステップＳ８)。これにより、クラッチ６を解放させるための励磁部への電力供給が停止される。この後、ＥＣＵ４０は、動作モードをフェイルセーフモード（ＥＰＳモード）に移行させる(ステップＳ９)。そして、今回の処理（ＡＣＣ状態時の処理）を終了する。

前述の実施形態では、イグニッションキーがＡＣＣ位置に操作されると、ハンドルロックが解除される（ステップＳ１，Ｓ２参照）。この後、イグニッションキーが引き続きＡＣＣ位置にあるときには、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ａ以上になったか否かが監視される（ステップＳ３，Ｓ４参照）。そして、操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が所定値Ａ以上になると、クラッチ６を解放させるためのクラッチ解放指令が出力される（ステップＳ４，Ｓ５参照）。これにより、締結状態のクラッチ６に大きなトルク（操舵トルク）が加えられる前に、クラッチ６を解放させることが可能となる。このため、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合に、ステアリングホイール２が操作されたとしても、クラッチ６の噛み込みが起こりにくくなる。

この後、クラッチ６が解放されたか否かのクラッチ解放判定が行われ、クラッチ６が解放されていると判定されると、動作モードはＳＢＷモードに移行する（ステップＳ６，Ｓ７参照）。これにより、ＳＢＷモードによる転舵が可能となる。この場合、クラッチは解放されているので、いわゆるハンドル取られは発生しなくなる。
一方、クラッチ解放判定において、クラッチ６が締結されていると判定されると、クラッチ締結指令が出力された後に、動作モードがフェイルセーフモード（この例ではＥＰＳモード）に移行する（ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ９参照）。これにより、ＥＰＳモードによる転舵が可能となる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前記実施形態では、ＥＣＵ４０は、図２のステップＳ５でクラッチ解放指令を出力した後、クラッチ６が解放されたか否かを判定し、その判定結果に応じて動作モードをＳＢＷモードまたはフェイルセーフモード（この例ではＥＰＳモード）に移行させている（図２のステップＳ５〜Ｓ９参照）。しかし、このようにして、動作モードがＳＢＷモードまたはＥＰＳモードに移行した後においても、イグニッションキーがＡＣＣ位置にある状態が維持された場合には、ステアリングホイール２の操作される毎に反力モータ１４および転舵モータ３１の両方または一方が駆動されるため、バッテリーが上がってしまうおそれがある。そこで、バッテリー上がりが生じないように、図２のステップＳ５でクラッチ解放指令を出力した後、ＥＣＵ４０は、ハンドルロック装置１０によってステアリングホイール２をロックさせるようにしてもよい。この場合、操舵を行えるようにするには、運転手は、イグニッションキーをオフ位置に操作した後に、ＡＣＣ位置に操作して、ハンドルロックを解除させる必要がある。

また、前記実施形態では、転舵輪３の転舵角θｒをストロークセンサ３７が検出したラック軸１７の軸方向移動量から検出しているが、転舵輪３の転舵角θｒを回転角センサ３６が検出した回転角に基づいて検出してもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３…転舵輪、４…転舵機構、１０…ハンドルロック装置、６…クラッチ、１２…トルクセンサ、１４…反力モータ、３１…転舵モータ、４０…ＥＣＵ

Claims (2)

1. 車両を操向するための操舵部材と、転舵輪を転舵させるための転舵機構と、前記操舵部材の動きをロックさせるためのロック機構と、前記操舵部材と前記転舵機構とを機械的に連結したり分離したりするためのクラッチと、前記操舵部材に反力を与えるための反力モータと、前記クラッチが解放されている状態で転舵機構を駆動するための転舵モータと、前記操舵部材に加えら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を含む車両用操舵装置であって、
   イグニッションキーがＡＣＣ位置にある場合において、前記ロック機構による前記操舵部材のロックを解除させた後に、前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルクが所定値以上になったか否かを監視する監視手段と、
   前記検出操舵トルクが所定値以上になったときに、前記クラッチを解放させるためのクラッチ解放指令を出力させるクラッチ解放指令出力手段とを含む、車両用操舵装置。
2. 前記クラッチ解放指令出力手段によってクラッチ解放指令が出力された後に、前記クラッチが解放されているか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によって前記クラッチが解放されていると判定されたときには、前記操舵部材と前記転舵機構とが機械的に連結されていない状態で前記転舵輪の転舵が行われるステアバイステアモードに動作モードを移行させ、前記クラッチが解放されていないと判定されたときには、前記操舵部材と前記転舵機構とが機械的に連結されている状態で前記転舵輪の転舵が行われるフェイルセーフモードに動作モードを移行させる手段とを含む、請求項１に記載の車両用操舵装置。
   

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