JP3648440B2

JP3648440B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP3648440B2
Application number: JP2000285768A
Authority: JP
Inventors: 勝利西崎; 史郎中野; 孝修高松; 雅也瀬川; 良平葉山
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: JP2002087308A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて操向輪を転舵させる構成の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り用の操向輪を転舵するための舵取り機構とを機械的に切り離し、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置（いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
【０００３】
このような車両用操舵装置においては、ステアリングホイールと舵取り機構とが、電気的には結合されているものの、機械的には分離されているため、電気的な故障が生じた場合の舵取り動作の保証が問題になる。この問題を解決するため、ステアリングホイールと舵取り機構との間に、ステアリングホイールと舵取り機構とを分離／結合可能とするためのクラッチを介在させ、故障時には、クラッチを結合状態として、ステアリングホイールと舵取り機構とを機械的に連結することが提案されている。
【０００４】
この提案の構成が採用された場合、ステアリングホイールの回転角と操向輪の転舵角との関係が適切でない状態でクラッチが結合された場合であっても、操向輪を最大転舵角まで転舵することができるように、たとえば、クラッチ結合状態におけるステアリングホイールの回転角範囲が比較的大きく設定される。そして、クラッチ分離状態において、操向輪が最大転舵角まで転舵された状態でステアリングホイールの回転を規制するためのステアリングロック手段が設けられる。
【０００５】
このようなステアリングロック手段としては、たとえば、ステアリングホイールが中立位置から所定角度（たとえば、３６０度）回転したことに応答してストッパ片を突出させ、このストッパ片によりステアリングホイールの回転を禁止するメカストッパがある。また、特開平４−１３３８６４号公報には、操舵アクチュエータに入力される舵角指令値が操向輪の最大転舵角に応じて予め設定された最大値以上となった場合に、ステアリングホイールに付与している操舵反力（ステアリングホイールの操作方向とは反対方向の力）を急増させることにより、ステアリングホイールをロックさせる技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のメカストッパを設けるとなると、ストッパ片を操作するための新たなアクチュエータが必要となり、そのアクチュエータを搭載するスペースが必要となる。
一方、上記公開公報に開示されている技術では、ステアリングホイールの回転角と操向輪の転舵角との関係が適切でない状態のときに、実際には操向輪が最大転舵角まで転舵されていないにもかかわらず、ステアリングホイールがロックされてしまうおそれがある。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪が一方向に動かない状態（ロック状態）になっているにもかかわらず、ステアリングホイールが回り続けるおそれがある。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、新たなスペースを必要とせず、かつ、操向輪のロック状態に応じてステアリングホイールなどの操作部材を適切にロックさせることができる車両用操舵装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）と、この操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータ（４０）と、車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構（１０）と、上記操作部材の操作に基づいて上記操向輪の目標転舵角を設定し、この設定した目標転舵角に応じて上記舵取り機構を制御する舵取り制御手段（６０）と、上記操向輪の実転舵角を検出する転舵角検出手段（１５）と、上記舵取り制御手段により設定された目標転舵角と上記転舵角検出手段により検出された実転舵角との偏差が所定値以上である場合に、上記反力アクチュエータから予め定める操作阻止反力を発生させる反力制御手段（６０）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００９】
なお、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、操向輪の目標転舵角と実転舵角との偏差が所定値以上であれば、反力アクチュエータから操作阻止反力が発生され、この操作阻止反力が操作部材に与えられる。操作阻止反力は、運転者が操作部材を操作するために加える通常の力よりも大きな最大反力であってもよい。
【００１０】
操向輪の目標転舵角と実転舵角との偏差が所定値以上になる場合としては、たとえば、操向輪が転舵可能な最大転舵角まで転舵されているにもかかわらず、操作部材がさらに操作されるような場合が考えられる。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪が一方向に転舵できない状態（ロック状態）になっているにもかかわらず、操作部材の操作が続けられるような場合が考えられる。したがって、上記偏差が所定値以上である場合に反力アクチュエータから操作阻止反力を発生させることにより、操向輪のロック状態に応じて、操作部材を適切にロックさせることができる。すなわち、操向輪が両方向に転舵可能な状態であるにもかかわらず、操作部材に操作阻止反力が与えられて、操作部材がロックされてしまうようなおそれがない。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪が一方向に動かない状態になっているにもかかわらず、操作部材が操作され続けるといったおそれがない。
【００１１】
なお、上記車両用操舵装置は、上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構（２０）と、電気的故障発生時に、上記反力アクチュエータの駆動を停止するとともに、上記クラッチ機構を連結状態にするクラッチ制御手段（６０）とをさらに含むことが好ましい。こうすることにより、電気的故障が生じた場合の舵取り動作を保証できる。また、クラッチ結合状態における操作部材の回転角範囲が十分大きく設定されていれば、操作部材の操作位置と操向輪の転舵角との関係が適切でない状態でクラッチ機構が結合された場合であっても、操向輪を最大転舵角まで転舵させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、舵取り用の一対の操向輪（通常は前輪）Ｗ，Ｗに舵取り動作を行わせるための舵取り機構１０と、この舵取り機構１０に対してクラッチ２０を介して機械的に連結／分離が可能なステアリングホイール３０と、このステアリングホイール３０に反力を付与する反力アクチュエータ４０とを有している。
【００１３】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された操舵軸１１と、この操舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、操向輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。操舵軸１１は、ハウジング１４に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部には、操舵アクチュエータとしての操舵モータ５０が同軸的に組み込まれている。操舵モータ５０が駆動されると、操舵モータ５０の回転がボールねじなどからなる運動変換機構によって操舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動により操向輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。
【００１４】
操舵軸１１の一部には、ラックギア１１ａが形成されており、このラックギア１１ａには、クラッチ２０の一方側に結合されたシャフト２１の先端のピニオンギア２２が噛合している。クラッチ２０の他方側に結合されたシャフト２３は、ステアリングホイール３０に結合されている。したがって、クラッチ２０が連結状態であれば、ステアリングホイール３０に加えられた操舵トルクは、操舵軸１１に機械的に伝達され、これにより、操向輪Ｗ，Ｗの転舵が達成される。
【００１５】
反力アクチュエータ４０は、クラッチ２０とステアリングホイール３０とを結合するシャフト２３を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレスモータ）で構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。
反力アクチュエータ４０および操舵モータ５０は、マイクロプロセッサなどを含む舵取り制御部６０によって制御されるようになっている。
具体的に説明すると、反力アクチュエータ４０には、ステアリングホイール３０から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３０の操作位置を検出するためのロータリエンコーダ４２とが付設されており、これらの各検出信号は舵取り制御部６０に入力されるようになっている。
【００１６】
また、操舵モータ５０に関連して、操舵モータ５０の回転位置を検出するためのロータリエンコーダ５１が配置されており、このロータリエンコーダ５１の検出信号が舵取り制御部６０に入力されるようになっている。また、操舵軸１１に関連して、この操舵軸１１の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設けられている。この転舵位置センサ１５の検出信号も舵取り制御部６０に入力されるようになっている。舵取り制御部６０には、さらに、車速を検出するための車速センサ７０の検出信号が入力されるようになっている。この車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。
【００１７】
舵取り制御部６０は、上記各センサ類からの入力信号に基づいて電圧指令値を設定し、この設定した電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路５２に与える。これにより、駆動回路５２から操舵モータ５０に制御信号に応じた電流が供給され、その結果、ステアリングホイール３０の操作方向に応じた方向に操舵軸１１を摺動させるためのトルクが操舵モータ５０から出力される。
また、舵取り制御部６０は、操舵モータ５０などが正常に動作しているか否かを監視しており、操舵モータ５０などに故障が生じた場合には、クラッチ２０を連結状態とすべく、駆動回路２４を制御する。同時に、反力アクチュエータ４０および操舵モータ５０の駆動を停止する。これにより、ステアリングホイール３０に加えられた操舵トルクが操舵軸１１に機械的に伝達されるようになり、ステアリングホイール３０の操作に応じて操向輪Ｗ，Ｗが転舵される。なお、この状態におけるステアリングホイール３０の回転角範囲は十分大きな範囲（たとえば、ステアリングホイール３０の中立位置（中点）から左右にそれぞれ７２０度の範囲）に設定されており、たとえステアリングホイール３０の回転角と操向輪Ｗ，Ｗの転舵角との関係が適切でない状態でクラッチが結合された場合であっても、操向輪Ｗ，Ｗを最大転舵角まで転舵することができるようになっている。
【００１８】
舵取り制御部６０はさらに、反力アクチュエータ４０を駆動するための駆動回路４３を制御する。この制御内容は、図２のフローチャートに示されている。
すなわち、舵取り制御部６０は、操舵モータ５０の駆動回路５２に与えている電圧指令値に応じた操向輪Ｗ，Ｗの目標転舵角と転舵位置センサ１５の検出信号から求められる操向輪Ｗ，Ｗの実転舵角との偏差（舵角偏差）を演算する（ステップＳ１）。そして、演算により求められた舵角偏差が所定値（たとえば、５度）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００１９】
舵角偏差が所定値未満であれば（ステップＳ２でＮＯ）、舵取り制御部６０は、反力アクチュエータ４０の通常の制御を行う（ステップＳ３）。つまり、トルクセンサ４１およびロータリエンコーダ４２の検出信号に基づいて制御信号を作成し、その制御信号を駆動回路４３に与える。これにより、駆動回路４３から反力アクチュエータ４０に制御信号に応じた電流が供給され、その結果、反力アクチュエータ４０からステアリングホイール３０に、ステアリングホイール３０の操作方向と逆方向の適当な反力が付与される。これにより、舵取り機構１０とステアリングホイール３０とが機械的に連結された通常のステアリング装置と同様な操舵フィーリングが得られる。
【００２０】
舵角偏差が所定値以上になる場合としては、たとえば、操向輪Ｗ，Ｗが最大転舵角まで転舵されているにもかかわらず、ステアリングホイール３０がさらに操作されるような場合が考えられる。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪Ｗ，Ｗが一方向に転舵できない状態（ロック状態）になっているにもかかわらず、ステアリングホイール３０の操作が続けられるような場合が考えられる。これらのような場合には、操向輪Ｗ，Ｗのロック状態を車両の運転者に知らせる目的で、操向輪Ｗ，Ｗが転舵できない方向へのステアリングホイール３０の操作を禁止（ロック）する必要がある。
【００２１】
そこで、舵角偏差が所定値以上であれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、舵取り制御部６０は、反力アクチュエータ４０から最大反力（操作阻止反力）を発生させるべく、駆動回路４３を制御する（ステップＳ４）。最大反力は、たとえば、運転者がステアリングホイール３０を操作するために加える通常の力よりも大きな力に設定されている。ゆえに、ステアリングホイール３０を操向輪Ｗ，Ｗが転舵できない方向に操作しようとしても、ステアリングホイール３０は動かないので、運転者は操向輪Ｗ，Ｗがロック状態になっていることが判る。
【００２２】
以上のようにこの実施形態によれば、操向輪Ｗ，Ｗのロック状態に応じて、ステアリングホイール３０を適切にロックさせることができる。すなわち、操向輪Ｗ，Ｗが両方向に転舵可能な状態であるにもかかわらず、ステアリングホイール３０に最大反力が与えられて、ステアリングホイール３０がロックされてしまうようなおそれがない。また、操向輪が道路の端の縁石に当たるなどして、操向輪Ｗ，Ｗが一方向に動かない状態（ロック状態）になっているにもかかわらず、ステアリングホイール３０が回り続けるといったおそれがない。
【００２３】
さらに、操舵モータ５０などに故障が生じた場合には、クラッチ２０が連結状態にされると同時に、反力アクチュエータ４０および操舵モータ５０の駆動が停止される。そして、この状態におけるステアリングホイール３０の回転角範囲は十分大きく設定されている。これにより、たとえステアリングホイール３０の回転角と操向輪Ｗ，Ｗの転舵角との関係が適切でない状態でクラッチが結合された場合であっても、操向輪Ｗ，Ｗを最大転舵角まで転舵することができる。
【００２４】
また、ステアリングホイールを電気的にロックさせる構成であるから、この構成を採用するために、車両のエンジンルーム内などに新たなスペースを設ける必要はない。
この発明の一実施形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール３０が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部材が用いられてもよい。
【００２５】
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できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。
【図２】反力アクチュエータの制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０舵取り機構
１５転舵位置センサ
２０クラッチ
２４駆動回路
３０ステアリングホイール
４０反力アクチュエータ
４１トルクセンサ
４２ロータリエンコーダ
４３駆動回路
５０操舵モータ
５１ロータリエンコーダ
５２駆動回路
６０舵取り制御部
Ｗ操向輪

Claims

車両の操向のための操作部材と、
この操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータと、
車両の操向輪を転舵させるための舵取り機構と、
上記操作部材の操作に基づいて上記操向輪の目標転舵角を設定し、この設定した目標転舵角に応じて上記舵取り機構を制御する舵取り制御手段と、
上記操向輪の実転舵角を検出する転舵角検出手段と、
上記舵取り制御手段により設定された目標転舵角と上記転舵角検出手段により検出された実転舵角との偏差が所定値以上である場合に、上記反力アクチュエータから予め定める操作阻止反力を発生させる反力制御手段と
を含むことを特徴とする車両用操舵装置。