JP3758649B2 - 車両操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロック機構を備えた車両操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロック機構を備えた車両用の操舵装置としては、例えば特開２００１−４８０３２号公報に記載されるように、ハンドルに結合されるステアリングシャフトの途中に伝達比可変機構を設けてハンドル操舵量に対する車輪の転舵量を可変とし、その伝達比可変機構の入力軸と出力軸の相対的な回転を制限するロック機構を備えたものが知られている。このロック機構は、伝達比可変機構に内蔵されるモータのロータ側に設けられるロックホルダと、モータのステータ側に設けられるロックアームとを備えており、ロックホルダの周面に形成された凹部にロックアームを嵌合させることにより、ロックを行うものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４８０３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この装置において、ロックホルダの凹部の開口幅が狭いと、ロックできない場合がある。例えば、モータの回転時にロックしようとする場合など、ロックアームの係合位置にロックホルダの凹部がないと、うまくロックがかからない。
【０００５】
このような不具合を解消するため、凹部の開口幅を広く形成することが考えられる。ところが、ロックホルダの凹部を広くすると、ロック状態となったときでも、ロックホルダとロックアームとの間に遊びがあるため、ロックホルダとロックアームとの位置関係を正確に検出することができない。この場合、操舵制御が適切に行えないこととなる。
【０００６】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、ロック状態においてロック機構におけるロックホルダとロックアームの位置関係を検出可能とし適切な操舵制御を可能とする車両操舵装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る車両操舵装置は、ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有しモータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、入力軸と出力軸の相対的な回転を制限するロック機構とを備えた車両制御装置において、ロック機構は、モータのロータ側に取り付けられ、ロータとともに回転し、外周に周方向に沿って複数の第一凹部が形成され、第一凹部の一方側の端部のみに更に深く凹ましてなる第二凹部が形成されているロックホルダと、モータのステータ側に取り付けられ、ロックホルダに対し接近及び離間可能とし、その接近の動作によりロックホルダの第一凹部又は第二凹部に係合する係合部材とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る車両操舵装置は、ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段を更に備え、第一凹部の周方向の開口幅が第一凹部に係合される係合部材の幅より大きく形成され、第一凹部が係合部材と係合した際に、操舵角検出手段の出力が変化するように係合部材の遊動を許容して係合部材と係合することを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係る車両操舵装置は、モータの回転に伴って所定数の異なる検出信号を繰り返して出力しモータの回転軸の回転位置を検出する回転検出手段を備え、第一凹部が係合部材と係合したときのガタ角が、所定数の異なる検出信号がすべて出力される際のモータの回転角度以下であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る車両操舵装置は、係合部材が第一凹部又は第二凹部に係合したときにモータを駆動させ、そのときに回転検出手段から出力される検出信号の出力状態に基づいて、検出信号の出力パターンとロックホルダの回転位置の関係を検知することを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る車両操舵装置は、係合部材が第一凹部又は第二凹部に係合したときにモータを一定の方向に回転できるだけ回転させた後その逆の方向に回転させ、その逆の方向の回転の際の回転検出手段の出力変化が所定値未満である場合には係合部材が第二凹部に係合していると判断することを特徴とする。
【００１２】
また本発明に係る車両操舵装置は、係合部材が第一凹部又は第二凹部に係合したときにモータを一定の方向に回転できるだけ回転させた後その逆の方向に回転させ、その逆の方向の回転の際の回転検出手段の出力変化が所定値以上である場合には係合部材が第一凹部に係合していると判断することを特徴とする。
【００１３】
これらの発明によれば、ロックホルダの第一凹部の一方の端部に第二凹部を形成することにより、第一凹部に係合した係合部材を更に第二凹部に係合させることができる。係合部材を第二凹部に係合させることによって、第一凹部に係合された係合部材の位置を確実に検出することが可能となる。
【００１４】
また本発明に係る車両操舵装置は、ロックホルダの少なくとも一つの第二凹部の周方向の開口幅が他の第二凹部の開口幅と異なっており、係合部材が第二凹部に係合したときにモータを駆動させ、そのときに回転検出手段から出力される検出信号の出力状態に基づいて係合部材の係合位置を検出することを特徴とする。
【００１５】
この場合、例えば、ロックホルダの第二凹部は、それぞれ周方向の開口幅が異なって形成される。
【００１６】
また本発明に係る車両操舵装置は、回転検出手段が所定の回転角度で検出不能角度を有する場合、その検出不能角度がロックホルダの第二凹部に係合部材が係合する回転範囲に設定されていないことを特徴とする。この場合、例えば、回転検出手段としては、モータ回転に伴って正弦信号及び余弦信号を出力するレゾルバが用いられる。
【００１７】
このような発明によれば、第二凹部の開口幅が異なっていることにより、係合部材を第二凹部に係合させた状態でモータを駆動させ、その際の回転検出手段の出力の基づいて係合部材がどの第二凹部に係合しているか特定することができる。このため、ロックホルダと係合部材の位置関係及びハンドルの操舵位置とモータの回転位置の関係を正確に検出することができる。これにより、伝達比を変化させる操舵制御が適正に行える。
【００１８】
また本発明に係る車両操舵装置は、ロックホルダの第二凹部は周方向の開口幅が回転の軸方向に沿って徐々に狭くなっており、係合部材は第二凹部に係合しているときにロックホルダが回転することにより軸方向に沿って第二凹部の開口幅の狭い方へ移動することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、ガタつきの少ない状態で係合部材とロックホルダを係合させてロックすることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
（第一実施形態）
図１は第一実施形態に係る車両操舵装置の構成概要図である。
【００２２】
本図に示すように、車両操舵装置１には、ハンドル２の操舵力を転舵輪３に伝達させる操舵伝達系に伝達比可変機構４が設けられている。伝達比可変機構４は、ハンドル２の操舵角と転舵輪３の転舵角の伝達比を可変とするものである。伝達比可変機構４の入力軸５は、ハンドル２に接続されている。また、伝達比可変機構４の出力軸６は、ラックアンドピニオン式などで構成されるギヤ装置７を介して転舵輪３、３に接続されている。ギヤ装置７は、出力軸６の回転入力によりタイロッド８を移動させて転舵輪３、３を転舵させる。
【００２３】
入力軸５には、操舵角センサ１０が設けられている。操舵角センサ１０は、入力軸５の回転状態に基づいて、ハンドル２の操舵角度を検出する操舵角検出手段として機能する。また、伝達比可変機構４には、回転センサ２１が設けられている。回転センサ２１は、伝達比可変機構４に内蔵されるモータ３０の回転軸３３の回転角などの回転状態を検出するセンサである。
【００２４】
操舵角センサ１０及び回転センサ２１の検出信号は、操舵制御器２０に入力される。操舵制御器２０は、車両操舵装置１の装置全体の制御を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成される。また、操舵制御器２０には、車両に設置される車速センサ２２の検出信号が入力される。操舵制御器２０は、操舵角センサ１０、車速センサ２２などの検出信号に基づいて伝達比可変機構４に駆動信号を出力して伝達比を調整し操舵制御を行う。
【００２５】
伝達比可変機構４には、モータ３０、減速機４０及びロック機構５０が収容されている。モータ３０は、操舵制御器２０の駆動制御信号を受けて駆動する電動機である。モータ３０のステータ３１は、伝達比可変機構４のハウジング４ａに取り付けられている。モータ３０のロータ３２は、減速機４０を介して出力軸６に接続されている。減速機４０は、モータ３０の回転出力を減速して出力する減速手段である。減速機４０の出力とハウジング４ａを介して伝達される操舵力とが出力軸６に出力される。減速機４０としては、例えば遊星歯車機構が用いられる。
【００２６】
図２にロック機構５０の説明図を示す。
【００２７】
本図は、図１のＩＩ−ＩＩにおけるロック機構の断面図である。本図に示すように、ロック機構５０は、伝達比可変機構４の入力軸５と出力軸６の相対的な回転を制限するものであり、ロックホルダ５１とロックアーム５２を備えている。ロックホルダ５１は、モータ３０のロータ３２側に取り付けられている。
【００２８】
例えば、ロックホルダ５１は、モータ３０の回転軸３３に取り付けられ、ロータ３２の回転に伴って回転する。回転軸３３に対するロックホルダ５１の取り付けは、完全に固定でなく、所定以上のトルクが作用したときに回転軸３３に対するロックホルダ５１の回転を許容するように行うことが望ましい。この場合、取付部分をトルクリミッタとして機能させることができ、ロック機構５０のロック時に所定以上のトルクが作用してもロックホルダ５１、ロックアーム５２などの構成部品が破損することを防止できる。
【００２９】
ロックホルダ５１の外周には、その周方向に沿って複数の第一凹部５１ａが形成されている。第一凹部５１ａは、例えば四つ形成される。第一凹部５１ａと第一凹部５１ａとの間は、外周から突出した状態となり、突起部５１ｃが形成されている。
【００３０】
第一凹部５１ａの一方の端部には、更に深く凹ましてなる第二凹部５１ｂが形成されている。第二凹部５１ｂは、各第一凹部５１ａにおいて同一方向の端部位置に形成されている。この第二凹部５１ｂは、ハンドル２が左回りに操作されたときに、ロックアーム５２が第一凹部５１ａの他端側から第二凹部５１ｂ側へ移動するような位置に形成することが望ましい。この場合、車両の運転者が右手でキー操作をした際、左手で左回りにハンドル操作して、第二凸部５１ｂに掛止部５２ａを係合しやすくなる。
【００３１】
ロックアーム５２は、ロックホルダ５１に対し接近及び離間可能に構成され、その接近の動作によりロックホルダ５１の第一凹部５１ａ及び第二凹部５１ｂに係合可能とした係合部材である。ロックアーム５２は、モータ３０のステータ３１側に取り付けられ、例えばステータ３１が取り付けられるハウジング４ａに取り付けられている。
【００３２】
ロックアーム５２の先端には、鉤状の掛止部５２ａが形成されている。ロックアーム５２の中間位置にはピン５２ｂが設けられ、このピン５２ｂを中心にロックアーム５２が回動可能となっている。また、ロックアーム５２の基端位置には、ソレノイド５２ｃが取り付けられている。ソレノイド５２ｃの作動によりロックアーム５２の基端位置が移動してロックアーム５２が回動する。これにより、掛止部５２ａが第一凹部５１ａ又は第二凹部５１ｂに掛止され、ロックアーム５２とロックホルダ５１が係合し、ロック状態となる。
【００３３】
図３に回転センサ２１の構成概要図を示す。
【００３４】
本図に示すように、回転センサ２１は、モータ３０の回転軸３３と一体に回転するロータ部１１と、そのロータ部１１の周囲に配される検出部１２とを備えて構成されている。ロータ部１１は、リング状を呈し、回転軸３３に外装され回転軸３３と一体に回転するように設置されている。ロータ部１１には、周方向に沿って複数のマグネット１１ａが配設され、例えば八つのマグネット１１ａが配設される。回転センサ２１のロータ部１１とロック機構５０のロックホルダ５１は回転軸３３を介して一体的に回転し、通常状態では相対回転を生じることはない。
【００３５】
マグネット１１ａは、ロータ部１１が回転した際に、検出部１２に向けて交互に異なる磁界を形成するように設けられ、例えば異なる方向の磁界が形成されるように設けられている。このため、回転軸３３と共にロータ部１１が回転することにより、検出部１２周囲の磁界が変化する。その際、八つのマグネット１１ａによりロータ部１１を構成する場合、回転角９０度で一周期として磁界が変化する。ロータ部１１とロックホルダ５１の位置関係については後で詳細に説明するが、突起部５１ｃと突起部５１ｃの間が９０度を形成しているので突起部５１ｃが９０度回転する時に、ロータ部１１のマグネット１１ａの磁界も一周期として磁界が変化する構成となっている。その際、マグネット１１ａと検出部１２の関係でセンサ出力が変化する位置とロックホルダ５１の突起部５１ａの壁面の位置を一致させることが望ましい。
【００３６】
検出部１２は、磁界変化に基づいて回転軸３３の回転位置を検出するものであり、例えば三つの磁気センサ１２ａ〜１２ｃを備えている。磁気センサ１２ａ〜１２ｃは、ロータ部１１の周方向に沿って配列され、それぞれ操舵制御器２０（図１参照）に接続されている。磁気センサ１２ａ〜１２ｃは、一つのマグネット１１ａの外周部を三等分するような間隔で配置されている。
【００３７】
このため、ロータ部１１がマグネット１１ａの幅の３分の１だけ回転すると、検出部１２の出力が変化する。従って、回転軸３３が１５度（３６０／（８・３）度）回転する毎に検出部１２の出力が変化し、１５度の分解能で回転位置を検出することが可能となる。
【００３８】
図４に検出部１２の検出信号を具体的に示す。
【００３９】
本図に示すように、回転センサ２１は、回転軸３３の回転に伴って所定数、例えば六つの異なる出力パターンで検出信号を順次繰り返して出力する。図３において、磁気センサ１２ａ〜１２ｃの位置にロータ部１１の同一マグネット１１ａが位置するときに、磁気センサ１２ａ〜１２ｃの出力は同一出力となり、例えば全てＨ（ハイ）となる（図４の出力パターン１）。そして、ロータ部１１が回転すると、センサ１２ａの近傍に隣りのマグネット１１ａが移動してくるため、センサ１２ａの出力のみＬ（ロー）となる（出力パターン２）。更に、ロータ部１１が回転すると、センサ１２ｂ、センサ１２ｃの出力も順次Ｌとなる（出力パターン３）。
【００４０】
そして、ロータ部１１の回転により、磁気センサ１２ａ〜１２ｃの出力が変化し、検出部１２の出力パターンは、図４の出力パターン５，６のようになる。そして、更にロータ部１１が回転すると、検出部１２の出力パターンは、出力パターン１に戻り、順次出力パターン２、３、…と変化する。
【００４１】
この出力パターン１〜６の変化周期は、ロータ部１１のマグネット１１ａの設置状態に依存する。図３のように、ロータ部１１のＳ極とＮ極の二つのマグネット１１ａ、１１ａを９０度の範囲で配設する場合には、検出部１２の出力パターン変化はロータ部１１の９０度の回転で一周期となる。
【００４２】
図５にロータ部１１の展開図を示す。
【００４３】
本図は、円弧状のロータ部１１の外周部を直線状に展開し、回転センサ２１の出力パターンを対応させて示したものである。なお、本図では、説明を理解しやすくするため、ロックアーム５２の掛止部５２ａの幅Ｗはないものとして表示している。図５中のｄ１は、第一凹部５１ａに掛止部５２ａが挿入されたときのガタ角（遊び角）の代表値である。ガタ角は、突起部５１ｃの幅（Ｗ３）、ロックアーム５２の掛止部５２ａの幅（Ｗ）、第一凹部５１ａの幅（Ｗ１）のいずれかを調整することで決定されることとなる。
【００４４】
図５に示すように、ロックホルダ５１とロータ部１１の位置関係を予め決められた位置関係とすることにより、ロックホルダ５１の突起部５１ｃや第二凹部５１ｂがどの位置にあるかについて、出力パターンに基づいて検出することができる。
【００４５】
仮に、図５の二点鎖線で示すように、第一凹部５１ａの幅が９０度以上となるように構成すると、回転センサ２１の出力パターン１が右側の突起部５１ｃと左側の突起部５１ｃの２カ所で検出されるおそれがある。このような状況が生ずると、操舵制御器２０がロックホルダ５１の位置を正確に検出することができず、制御精度が低下する。
【００４６】
一方、第一凹部５１ａの幅を狭くすると、より確実にロックホルダ５１の位置検出が行えるが、ロックアーム５２が挿入可能な位置が狭くなり、ロック機構５０の作動性が悪化する。従って、ロック機構５０の挿入性を確保しつつロックホルダ５１の位置、つまりモータ３０の回転位置を検出できるようにするため、第一凹部５１ａに掛止部５２ａが挿入されたときのガタ角ｄ１を、回転センサ２１において所定数の異なる検出信号がすべて出力される際のモータ３０の回転角度ｄ２（本実施形態では、７５度）以下の大きさにすることが望ましい。
【００４７】
図６にロック機構５０の拡大図を示す。
【００４８】
本図に示すように、ロックホルダ５１の第一凹部５１ａの周方向の開口幅Ｗ１は、突起部５１ｃの幅Ｗ３より大きく形成されている。望ましくは、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１は、突起部５１ｃの幅Ｗ３の２倍以上の幅で形成される。そして、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１は、ロックアーム５２の掛止部５２ａの幅Ｗより十分大きく形成されている。これにより、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第一凹部５１ａに嵌り込みやすく、ハンドル操作中などにロックする場合でも、ロックアーム５２とロックホルダ５１を確実に係合させてロックすることができる。
【００４９】
また、第一凹部５１ａは、ロータ部１１の磁界変化周期に対応して形成されている。例えば、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１と突起部５１ｃの幅Ｗ３（突起部５１ｃ、５１ｃの間隔）が、ロータ部１１の磁界変化周期である９０度の範囲で形成される。このため、第一凹部５１ａに掛止部５２ａが係合したときに、回転センサ２１の出力に基づいて掛止部５２ａの係合位置とモータ３０の回転軸３３の回転位置の関係を検出することができる。
【００５０】
第二凹部５１ｂは、周方向の開口幅Ｗ２が第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１より狭く形成され、掛止部５２ａが遊び少なく嵌り込むように形成されている。すなわち、第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２は、ロックアーム５２の掛止部５２ａの係合時における回転センサ２１の検出出力の変化が第一凹部５１ａでの変化幅よりにも制限されるように掛止部５２ａを遊動させる幅寸法に設定される。これに対し、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１は、掛止部５２ａの係合時に、回転センサ２１の検出出力が変化する程度に掛止部５２ａの遊動を許容する幅寸法に設定される。
【００５１】
次に本実施形態に係る車両操舵装置の動作を説明する。
【００５２】
図１において、車両のイグニションスイッチ（以下、「ＩＧ」という。）のオン操作によって、操舵制御器２０から伝達比可変機構４にロック解除信号が出力される。これにより、図２に示すように、ソレノイド５２ｃが作動し、ロックアーム５２がピン５２ｂを中心に回動し掛止部５２ａがロックホルダ５１から離間する。これにより、ロック機構５０のロック状態が解除される。
【００５３】
例えば、ＩＧのオフ時点で回転センサ２１の出力パターンが「３」と記憶され、ロック状態の解除時点の出力パターンが「６」であった場合、モータ３０の出力パターンが三つずれて制御開始したことが分かる。このようなセンサ出力パターンのずれは、ＩＧオフ状態でハンドル操作したような場合に生ずるが、このような状態で始動しても、モータ位置を正確に検出することができ、モータ回転角の制御が正確に行われる。従って、制御の連続性が確保でき、制御精度が向上する。ここで、ロックホルダ５１の第一凹部５１ａの幅Ｗ１とロックアーム５２の掛止部５２ａの幅Ｗで決まるガタ角ｄ１の間隔が、回転センサ２１にて所定数の異なる検出信号がすべて出力される際のモータ３０の回転角度ｄ２（本実施形態では、７５度）以下となっていることにより、センサ出力パターンに基づいて始動時のモータ位置が正確に検知できる。
【００５４】
一方、車両のＩＧのオフ操作時などには、操舵制御器２０から伝達比可変機構４にロック動作信号が出力される。これにより、図７に示すように、ロックアーム５２が回動して掛止部５２ａがロックホルダ５１に接近する。そして、掛止部５２ａが第一凹部５１ａに嵌り込み、ロックアーム５２とロックホルダ５１が係合し、ロック状態となる。
【００５５】
以上の説明は、回転センサ２１の出力パターン１〜６とロックホルダ５１の形状の関係が予め分かっていることを想定している。しかし、上述したように、ロックホルダ５１の位置が分からない場合がある。例えば、ロックホルダ５１の位置がずれてしまったり、取り付け状態でロックホルダ５１の位置が分からなかったり、操舵制御部２０の記憶部のデータが変わってしまったりするような場合である。
【００５６】
このように位置がわからない状態になったとき、ロックアーム５２を挿入した状態でモータ３０をある一定方向に回転できるだけ回転させ、ロックホルダ５１が動かなくなる点を求める。その時点で、逆方向にモータ３０を駆動させて回転できるか否かを検出する。すなわち、モータ３０を回転させて、回転センサ２１の出力パターンが変化する場合は回転可能と判断し、変化しない場合は回転不可能と判断する。
【００５７】
回転可能の場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの右側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第一凹部５１ａに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第一凹部５１ａに係合していると判断される。一方、回転できない場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの左側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第二凹部５１ｂに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合していると判断される。このときの回転センサ２１の出力パターンと第一凹部５１ａあるいは第二凹部５１ｂの関係から、センサ出力パターンとロックホルダ５１との位置関係の関連性を決定することができる。
【００５８】
この学習制御を工場出荷時で行うとすれば、ロックホルダ５１の位置を予め決めた位置に取り付ける選択組み付けが不要となる。また、走行時点でズレがあると考えられるときに、前述の学習を行うことで制御性を向上させることができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る車両操舵装置１によれば、第一凹部５１ａの一方の端部に第二凹部５１ｂを形成することにより、ロック機構５０のロックの際にロックホルダ５１とロックアーム５２を相対的に回転させるなどして掛止部５２ａを第二凹部５１ｂに掛止させることができる。これにより、掛止部５２ａが第一凹部５１ａの端部の位置を検出でき、回転センサ２１の出力などによって、ロックホルダ５１とロックアーム５２の位置関係及びハンドル２の操舵位置とモータ３０の回転位置の関係を検出することができる。これにより、伝達比を変化させる操舵制御が適正に行える。
【００６０】
（第二実施形態）
次に第二実施形態に係る車両操舵装置について説明する。
【００６１】
本実施形態に係る車両操舵装置は、第一実施形態に係る車両操舵装置とほぼ同様な構成を有するものであるが、ロックホルダ５１における第二凹部５１ｂの周方向の開口幅が異なる点で、第一実施形態に係る車両操舵装置と異なっている。
【００６２】
図９に本実施形態に係る車両操舵装置のロックホルダを示す。
【００６３】
図９に示すように、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂの少なくとも一つは、その周方向の開口幅Ｗ２が他の第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２と異なる寸法で形成されている。例えば、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂは、周方向の開口幅Ｗ２−１、Ｗ２−２、Ｗ２−３、Ｗ２−４がそれぞれ異なるように形成される。
【００６４】
このように第二凹部５１ｂを形成することにより、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂのいずれかに係合したときに、どの第二凹部５１ｂに係合したかその係合位置を検出することができる。すなわち、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂのいずれかに係合したときに、モータ３０を駆動させ、そのときに回転センサ２１から出力される検出信号の出力状態に基づいてロックアーム５２の係合位置を検出する。
【００６５】
具体的には、モータ３０を所定の方向及びその逆の方向に回転できるだけ回転させる。その際、開口幅Ｗ２が狭い第二凹部５１ｂに係合しているときには、モータ３０が正逆転する間の回転センサ２１の出力変化が小さく、逆に開口幅Ｗ２が広い第二凹部５１ｂに係合しているときには回転センサ２１の出力変化が大きい。このため、回転センサ２１の出力変化に基づいて、ロックアーム５２がどの第二凹部５１ｂに係合しているか特定することができる。従って、モータ３０が高速回転しているときに電気系統が瞬断しセンサ出力が読み飛ばされた場合などでも、３６０度の全周において、ロックホルダ５１とロックアーム５２の位置関係及びハンドル２の操舵位置とモータ３０の回転位置の関係を検出することができる。これにより、伝達比を変化させる操舵制御が適正に行える。
【００６６】
なお、センサ出力を読み飛ばしたときのハンドル２の操舵位置とモータ３０の回転位置の関係の補正は、例えば、次のように行われる。読み飛ばし発生の直前における回転センサ２１の出力値に対し加算補正して現状の回転センサ２１の出力値とする場合と、読み飛ばし発生の直前における回転センサ２１の出力値に対し減算補正して現状の回転センサ２１の出力値とする場合とを対比し、その加算補正値が減算補正値以下の場合には、加算補正を行う。一方、加算補正値が減算補正値以下でない場合には、減算補正を行う。また、現状のハンドルトルクや操舵速度に応じて、加算補正するか減算補正するか決定してもよい。
【００６７】
ところで、本実施形態に係る車両操舵装置においては、回転センサ２１としてレゾルバを用いることが好ましい。レゾルバは、モータ３０の回転に伴って正弦信号及び余弦信号を出力する回転検出手段であり、細かい回転角度の検出が可能となる。回転センサ２１であるレゾルバの正弦信号及び余弦信号に基づいてモータ３０の回転角を決定でき、モータ３０の回転位置をリニアに検出することができる。従って、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂに嵌っている状態において、モータ３０を正転方向及び逆転方向に回転させることにより、第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２をリニアに検出することができる。そして、検出した開口幅Ｗ２を予め設定された各第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２の値と比較することにより、ロックアーム５２がどの第二凹部５１ｂに嵌っているかを精度良く検出することができる。
【００６８】
図１０に示すように、このレゾルバは、所定の回転角度で検出不能角度を有している。図１０において、正弦信号又は余弦信号がゼロとなるときに、角度検出が不可能となる。例えば、正弦信号と余弦信号の比により角度検出を行う場合には、正弦信号又は余弦信号がゼロとなるときに正確な角度を特定することができない。
【００６９】
このため、図９に示すように、正弦信号又は余弦信号がゼロとなる検出不能角度の位置Ｐｘが、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合する回転範囲Ｓに設定されないようにすることが好ましい。このようにすることにより、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合した際に、上述したようにモータ３０の正逆回転時の回転センサ２１の出力に基づいて確実にロックアーム５２の係合位置を検出することができる。
【００７０】
また、本実施形態に係る車両操舵装置において、ロックホルダ５１の位置がずれてしまったりして、回転センサ２１の出力パターン１〜６とロックホルダ５１の位置関係が分からなくなったときには、上述した第一実施形態に係る車両操舵装置と同様にして、ロックホルダ５１の位置を検出することができる。すなわち、ロックアーム５２を挿入した状態でモータ３０をある一定方向に回転できるだけ回転させ、ロックホルダ５１が動かなくなる点を求める。その時点で、逆方向にモータ３０を駆動させ回転できるか否かを検出する。つまり、モータ３０を回転させて、回転センサ２１の出力パターンが変化する場合は回転可能と判断し、変化しない場合は回転不可能と判断する。このとき、モータ３０を回転させて回転センサ２１の出力パターンが所定以上変化する場合は回転可能と判断され、所定未満しか変化しない場合は回転不可能と判断される。
【００７１】
そして、回転可能の場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの右側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第一凹部５１ａに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第一凹部５１ａに係合していると判断される。一方、回転できない場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの左側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第二凹部５１ｂに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合していると判断される。このときの回転センサ２１の出力パターンと第一凹部５１ａあるいは第二凹部５１ｂの関係から、センサ出力パターンとロックホルダ５１との位置関係の関連性を決定することができる。
【００７２】
（第三実施形態）
次に第三実施形態に係る車両操舵装置について説明する。
【００７３】
本実施形態に係る車両操舵装置は、第一実施形態及び第二実施形態に係る車両操舵装置とほぼ同様な構成を有するものであるが、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２が回転の軸方向に沿って徐々に狭まっている点で、第一実施形態及び第二実施形態に係る車両操舵装置と異なっている。
【００７４】
図１１は、本実施形態に係る車両操舵装置におけるロックホルダを側方から見た図である。本図に示すように、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂにロックアーム５２が係合しており、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第二凹部５１ｂに挿入されている。
【００７５】
第二凹部５１ｂは、周方向の開口幅Ｗ２が回転の軸方向に沿って徐々に狭くなっている。例えば、第二凹部５１ｂの側壁面５５ａ、５５ｂがそれぞれ軸方向に対し斜めに形成され、相互に非平行に形成されている。
【００７６】
ロックアーム５２は、軸方向に移動可能に支持されている。例えば、二つのバネ５６とバネ５７により両側から押し付けるように付勢され、軸方向に移動可能となっている。
【００７７】
このようにロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合しているときに、モータ３０の駆動によりロックホルダ５１を所定の方向（図１１上で、ロックホルダ５１が手前に見えている側が右側へ移動する方向）に回転させる。すると、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第二凹部５１ｂの一方の側壁面５５ａに当接し、ロックホルダ５１の回転によって第二凹部５１ｂの狭い方（図１１では下方）へ移動する。
【００７８】
これにより、図１２に示すように、ロックアーム５２は遊びの小さい状態で第二凹部５１ｂに嵌り込む。このようなくさび効果により、ガタつきの少ない状態でロックアーム５２とロックホルダ５１を係合させてロックすることができる。
【００７９】
一方、この図１２の状態で、モータ３０の駆動によりロックホルダ５１を逆の方向（図１１上で、ロックホルダ５１が手前に見えている側が左側へ移動する方向）に回転させる。すると、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第二凹部５１ｂの他方の側壁面５５ｂに当接し、ロックホルダ５１の回転によって第二凹部５１ｂの広い方（図１１では上方）へ移動する。
【００８０】
これによって、ロックアーム５２は遊びの大きい状態で第二凹部５１ｂに嵌り込み、ロックアーム５２の解除が容易な状態となる。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る車両操舵装置によれば、上述した第一実施形態及び第二実施形態に係る車両操舵装置の作用効果に加え、ロックアーム５２を第二凹部５１ｂに係合した状態でロックホルダ５１を回転させることにより、ガタつきの少ない状態でロックアーム５２とロックホルダ５１を係合させてロックすることができる。また、ロックホルダ５１を逆の方向へ回転させることにより、ロックアーム５２をロックホルダ５１から係合解除しやすい状態とすることができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ロックホルダの第一凹部の一方の端部に第二凹部を形成することにより、第一凹部に係合した係合部材を更に第二凹部に係合させることができる。これにより、第一凹部内における係合部材の位置を確実検出することができ、適切な操舵制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両操舵装置の構成図である。
【図２】図１の車両操舵装置におけるロック機構の説明図である。
【図３】図１の車両操舵装置における操舵角センサの説明図である。
【図４】図１の車両操舵装置における操舵角センサの説明図である。
【図５】図１の車両操舵装置におけるロータ部の展開図である。
【図６】図１の車両操舵装置におけるロック機構の拡大図である。
【図７】図１の車両操舵装置における動作説明図である。
【図８】図１の車両操舵装置における動作説明図である。
【図９】第二実施形態に係る車両操舵装置の説明図である。
【図１０】図９の車両操舵装置における回転センサの出力特性の説明図である。
【図１１】第三実施形態に係る車両操舵装置の説明図である。
【図１２】第三実施形態に係る車両操舵装置の説明図である。
【符号の説明】
１…車両操舵装置、２…ハンドル、３…転舵輪、４…伝達比可変機構（伝達比可変手段）、５…入力軸、６…出力軸、１０…操舵角センサ、２０…操舵制御器、３０…モータ、４０…減速機、５０…ロック機構、５１…ロックホルダ、５１ａ…第一凹部、５１ｂ…第二凹部、５１ｃ…突起、５２…ロックアーム（係合部材）、５２ａ…掛止部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロック機構を備えた車両操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロック機構を備えた車両用の操舵装置としては、例えば特開２００１−４８０３２号公報に記載されるように、ハンドルに結合されるステアリングシャフトの途中に伝達比可変機構を設けてハンドル操舵量に対する車輪の転舵量を可変とし、その伝達比可変機構の入力軸と出力軸の相対的な回転を制限するロック機構を備えたものが知られている。このロック機構は、伝達比可変機構に内蔵されるモータのロータ側に設けられるロックホルダと、モータのステータ側に設けられるロックアームとを備えており、ロックホルダの周面に形成された凹部にロックアームを嵌合させることにより、ロックを行うものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４８０３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この装置において、ロックホルダの凹部の開口幅が狭いと、ロックできない場合がある。例えば、モータの回転時にロックしようとする場合など、ロックアームの係合位置にロックホルダの凹部がないと、うまくロックがかからない。
【０００５】
このような不具合を解消するため、凹部の開口幅を広く形成することが考えられる。ところが、ロックホルダの凹部を広くすると、ロック状態となったときでも、ロックホルダとロックアームとの間に遊びがあるため、ロックホルダとロックアームとの位置関係を正確に検出することができない。この場合、操舵制御が適切に行えないこととなる。
【０００６】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、ロック状態においてロック機構におけるロックホルダとロックアームの位置関係を検出可能とし適切な操舵制御を可能とする車両操舵装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る車両操舵装置は、ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有しモータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、入力軸と出力軸の相対的な回転を制限するロック機構とを備えた車両制御装置において、ロック機構は、モータのロータ側に取り付けられ、ロータとともに回転し、外周に周方向に沿って複数の第一凹部が形成され、第一凹部の一方側の端部のみに更に深く凹ましてなる第二凹部が形成されているロックホルダと、モータのステータ側に取り付けられ、ロックホルダに対し接近及び離間可能とし、その接近の動作によりロックホルダの第一凹部又は第二凹部に係合する係合部材とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る車両操舵装置は、ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段を更に備え、第一凹部の周方向の開口幅が第一凹部に係合される係合部材の幅より大きく形成され、第一凹部が係合部材と係合した際に、操舵角検出手段の出力が変化するように係合部材の遊動を許容して係合部材と係合することを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係る車両操舵装置は、モータの回転に伴って所定数の異なる検出信号を繰り返して出力しモータの回転軸の回転位置を検出する回転検出手段を備え、第一凹部が係合部材と係合したときのガタ角が、所定数の異なる検出信号がすべて出力される際のモータの回転角度以下であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る車両操舵装置は、係合部材が第一凹部又は第二凹部に係合したときにモータを駆動させ、そのときに回転検出手段から出力される検出信号の出力状態に基づいて、検出信号の出力パターンとロックホルダの回転位置の関係を検知することを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る車両操舵装置は、係合部材が第一凹部又は第二凹部に係合したときにモータを一定の方向に回転できるだけ回転させた後その逆の方向に回転させ、その逆の方向の回転の際の回転検出手段の出力変化が所定値未満である場合には係合部材が第二凹部に係合していると判断することを特徴とする。
【００１２】
また本発明に係る車両操舵装置は、係合部材が第一凹部又は第二凹部に係合したときにモータを一定の方向に回転できるだけ回転させた後その逆の方向に回転させ、その逆の方向の回転の際の回転検出手段の出力変化が所定値以上である場合には係合部材が第一凹部に係合していると判断することを特徴とする。
【００１３】
これらの発明によれば、ロックホルダの第一凹部の一方の端部に第二凹部を形成することにより、第一凹部に係合した係合部材を更に第二凹部に係合させることができる。係合部材を第二凹部に係合させることによって、第一凹部に係合された係合部材の位置を確実に検出することが可能となる。
【００１４】
また本発明に係る車両操舵装置は、ロックホルダの少なくとも一つの第二凹部の周方向の開口幅が他の第二凹部の開口幅と異なっており、係合部材が第二凹部に係合したときにモータを駆動させ、そのときに回転検出手段から出力される検出信号の出力状態に基づいて係合部材の係合位置を検出することを特徴とする。
【００１５】
この場合、例えば、ロックホルダの第二凹部は、それぞれ周方向の開口幅が異なって形成される。
【００１６】
また本発明に係る車両操舵装置は、回転検出手段が所定の回転角度で検出不能角度を有する場合、その検出不能角度がロックホルダの第二凹部に係合部材が係合する回転範囲に設定されていないことを特徴とする。この場合、例えば、回転検出手段としては、モータ回転に伴って正弦信号及び余弦信号を出力するレゾルバが用いられる。
【００１７】
このような発明によれば、第二凹部の開口幅が異なっていることにより、係合部材を第二凹部に係合させた状態でモータを駆動させ、その際の回転検出手段の出力の基づいて係合部材がどの第二凹部に係合しているか特定することができる。このため、ロックホルダと係合部材の位置関係及びハンドルの操舵位置とモータの回転位置の関係を正確に検出することができる。これにより、伝達比を変化させる操舵制御が適正に行える。
【００１８】
また本発明に係る車両操舵装置は、ロックホルダの第二凹部は周方向の開口幅が回転の軸方向に沿って徐々に狭くなっており、係合部材は第二凹部に係合しているときにロックホルダが回転することにより軸方向に沿って第二凹部の開口幅の狭い方へ移動することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、ガタつきの少ない状態で係合部材とロックホルダを係合させてロックすることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
（第一実施形態）
図１は第一実施形態に係る車両操舵装置の構成概要図である。
【００２２】
本図に示すように、車両操舵装置１には、ハンドル２の操舵力を転舵輪３に伝達させる操舵伝達系に伝達比可変機構４が設けられている。伝達比可変機構４は、ハンドル２の操舵角と転舵輪３の転舵角の伝達比を可変とするものである。伝達比可変機構４の入力軸５は、ハンドル２に接続されている。また、伝達比可変機構４の出力軸６は、ラックアンドピニオン式などで構成されるギヤ装置７を介して転舵輪３、３に接続されている。ギヤ装置７は、出力軸６の回転入力によりタイロッド８を移動させて転舵輪３、３を転舵させる。
【００２３】
入力軸５には、操舵角センサ１０が設けられている。操舵角センサ１０は、入力軸５の回転状態に基づいて、ハンドル２の操舵角度を検出する操舵角検出手段として機能する。また、伝達比可変機構４には、回転センサ２１が設けられている。回転センサ２１は、伝達比可変機構４に内蔵されるモータ３０の回転軸３３の回転角などの回転状態を検出するセンサである。
【００２４】
操舵角センサ１０及び回転センサ２１の検出信号は、操舵制御器２０に入力される。操舵制御器２０は、車両操舵装置１の装置全体の制御を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成される。また、操舵制御器２０には、車両に設置される車速センサ２２の検出信号が入力される。操舵制御器２０は、操舵角センサ１０、車速センサ２２などの検出信号に基づいて伝達比可変機構４に駆動信号を出力して伝達比を調整し操舵制御を行う。
【００２５】
伝達比可変機構４には、モータ３０、減速機４０及びロック機構５０が収容されている。モータ３０は、操舵制御器２０の駆動制御信号を受けて駆動する電動機である。モータ３０のステータ３１は、伝達比可変機構４のハウジング４ａに取り付けられている。モータ３０のロータ３２は、減速機４０を介して出力軸６に接続されている。減速機４０は、モータ３０の回転出力を減速して出力する減速手段である。減速機４０の出力とハウジング４ａを介して伝達される操舵力とが出力軸６に出力される。減速機４０としては、例えば遊星歯車機構が用いられる。
【００２６】
図２にロック機構５０の説明図を示す。
【００２７】
本図は、図１のＩＩ−ＩＩにおけるロック機構の断面図である。本図に示すように、ロック機構５０は、伝達比可変機構４の入力軸５と出力軸６の相対的な回転を制限するものであり、ロックホルダ５１とロックアーム５２を備えている。ロックホルダ５１は、モータ３０のロータ３２側に取り付けられている。
【００２８】
例えば、ロックホルダ５１は、モータ３０の回転軸３３に取り付けられ、ロータ３２の回転に伴って回転する。回転軸３３に対するロックホルダ５１の取り付けは、完全に固定でなく、所定以上のトルクが作用したときに回転軸３３に対するロックホルダ５１の回転を許容するように行うことが望ましい。この場合、取付部分をトルクリミッタとして機能させることができ、ロック機構５０のロック時に所定以上のトルクが作用してもロックホルダ５１、ロックアーム５２などの構成部品が破損することを防止できる。
【００２９】
ロックホルダ５１の外周には、その周方向に沿って複数の第一凹部５１ａが形成されている。第一凹部５１ａは、例えば四つ形成される。第一凹部５１ａと第一凹部５１ａとの間は、外周から突出した状態となり、突起部５１ｃが形成されている。
【００３０】
第一凹部５１ａの一方の端部には、更に深く凹ましてなる第二凹部５１ｂが形成されている。第二凹部５１ｂは、各第一凹部５１ａにおいて同一方向の端部位置に形成されている。この第二凹部５１ｂは、ハンドル２が左回りに操作されたときに、ロックアーム５２が第一凹部５１ａの他端側から第二凹部５１ｂ側へ移動するような位置に形成することが望ましい。この場合、車両の運転者が右手でキー操作をした際、左手で左回りにハンドル操作して、第二凸部５１ｂに掛止部５２ａを係合しやすくなる。
【００３１】
ロックアーム５２は、ロックホルダ５１に対し接近及び離間可能に構成され、その接近の動作によりロックホルダ５１の第一凹部５１ａ及び第二凹部５１ｂに係合可能とした係合部材である。ロックアーム５２は、モータ３０のステータ３１側に取り付けられ、例えばステータ３１が取り付けられるハウジング４ａに取り付けられている。
【００３２】
ロックアーム５２の先端には、鉤状の掛止部５２ａが形成されている。ロックアーム５２の中間位置にはピン５２ｂが設けられ、このピン５２ｂを中心にロックアーム５２が回動可能となっている。また、ロックアーム５２の基端位置には、ソレノイド５２ｃが取り付けられている。ソレノイド５２ｃの作動によりロックアーム５２の基端位置が移動してロックアーム５２が回動する。これにより、掛止部５２ａが第一凹部５１ａ又は第二凹部５１ｂに掛止され、ロックアーム５２とロックホルダ５１が係合し、ロック状態となる。
【００３３】
図３に回転センサ２１の構成概要図を示す。
【００３４】
本図に示すように、回転センサ２１は、モータ３０の回転軸３３と一体に回転するロータ部１１と、そのロータ部１１の周囲に配される検出部１２とを備えて構成されている。ロータ部１１は、リング状を呈し、回転軸３３に外装され回転軸３３と一体に回転するように設置されている。ロータ部１１には、周方向に沿って複数のマグネット１１ａが配設され、例えば八つのマグネット１１ａが配設される。回転センサ２１のロータ部１１とロック機構５０のロックホルダ５１は回転軸３３を介して一体的に回転し、通常状態では相対回転を生じることはない。
【００３５】
マグネット１１ａは、ロータ部１１が回転した際に、検出部１２に向けて交互に異なる磁界を形成するように設けられ、例えば異なる方向の磁界が形成されるように設けられている。このため、回転軸３３と共にロータ部１１が回転することにより、検出部１２周囲の磁界が変化する。その際、八つのマグネット１１ａによりロータ部１１を構成する場合、回転角９０度で一周期として磁界が変化する。ロータ部１１とロックホルダ５１の位置関係については後で詳細に説明するが、突起部５１ｃと突起部５１ｃの間が９０度を形成しているので突起部５１ｃが９０度回転する時に、ロータ部１１のマグネット１１ａの磁界も一周期として磁界が変化する構成となっている。その際、マグネット１１ａと検出部１２の関係でセンサ出力が変化する位置とロックホルダ５１の突起部５１ａの壁面の位置を一致させることが望ましい。
【００３６】
検出部１２は、磁界変化に基づいて回転軸３３の回転位置を検出するものであり、例えば三つの磁気センサ１２ａ〜１２ｃを備えている。磁気センサ１２ａ〜１２ｃは、ロータ部１１の周方向に沿って配列され、それぞれ操舵制御器２０（図１参照）に接続されている。磁気センサ１２ａ〜１２ｃは、一つのマグネット１１ａの外周部を三等分するような間隔で配置されている。
【００３７】
このため、ロータ部１１がマグネット１１ａの幅の３分の１だけ回転すると、検出部１２の出力が変化する。従って、回転軸３３が１５度（３６０／（８・３）度）回転する毎に検出部１２の出力が変化し、１５度の分解能で回転位置を検出することが可能となる。
【００３８】
図４に検出部１２の検出信号を具体的に示す。
【００３９】
本図に示すように、回転センサ２１は、回転軸３３の回転に伴って所定数、例えば六つの異なる出力パターンで検出信号を順次繰り返して出力する。図３において、磁気センサ１２ａ〜１２ｃの位置にロータ部１１の同一マグネット１１ａが位置するときに、磁気センサ１２ａ〜１２ｃの出力は同一出力となり、例えば全てＨ（ハイ）となる（図４の出力パターン１）。そして、ロータ部１１が回転すると、センサ１２ａの近傍に隣りのマグネット１１ａが移動してくるため、センサ１２ａの出力のみＬ（ロー）となる（出力パターン２）。更に、ロータ部１１が回転すると、センサ１２ｂ、センサ１２ｃの出力も順次Ｌとなる（出力パターン３）。
【００４０】
そして、ロータ部１１の回転により、磁気センサ１２ａ〜１２ｃの出力が変化し、検出部１２の出力パターンは、図４の出力パターン５，６のようになる。そして、更にロータ部１１が回転すると、検出部１２の出力パターンは、出力パターン１に戻り、順次出力パターン２、３、…と変化する。
【００４１】
この出力パターン１〜６の変化周期は、ロータ部１１のマグネット１１ａの設置状態に依存する。図３のように、ロータ部１１のＳ極とＮ極の二つのマグネット１１ａ、１１ａを９０度の範囲で配設する場合には、検出部１２の出力パターン変化はロータ部１１の９０度の回転で一周期となる。
【００４２】
図５にロータ部１１の展開図を示す。
【００４３】
本図は、円弧状のロータ部１１の外周部を直線状に展開し、回転センサ２１の出力パターンを対応させて示したものである。なお、本図では、説明を理解しやすくするため、ロックアーム５２の掛止部５２ａの幅Ｗはないものとして表示している。図５中のｄ１は、第一凹部５１ａに掛止部５２ａが挿入されたときのガタ角（遊び角）の代表値である。ガタ角は、突起部５１ｃの幅（Ｗ３）、ロックアーム５２の掛止部５２ａの幅（Ｗ）、第一凹部５１ａの幅（Ｗ１）のいずれかを調整することで決定されることとなる。
【００４４】
図５に示すように、ロックホルダ５１とロータ部１１の位置関係を予め決められた位置関係とすることにより、ロックホルダ５１の突起部５１ｃや第二凹部５１ｂがどの位置にあるかについて、出力パターンに基づいて検出することができる。
【００４５】
仮に、図５の二点鎖線で示すように、第一凹部５１ａの幅が９０度以上となるように構成すると、回転センサ２１の出力パターン１が右側の突起部５１ｃと左側の突起部５１ｃの２カ所で検出されるおそれがある。このような状況が生ずると、操舵制御器２０がロックホルダ５１の位置を正確に検出することができず、制御精度が低下する。
【００４６】
一方、第一凹部５１ａの幅を狭くすると、より確実にロックホルダ５１の位置検出が行えるが、ロックアーム５２が挿入可能な位置が狭くなり、ロック機構５０の作動性が悪化する。従って、ロック機構５０の挿入性を確保しつつロックホルダ５１の位置、つまりモータ３０の回転位置を検出できるようにするため、第一凹部５１ａに掛止部５２ａが挿入されたときのガタ角ｄ１を、回転センサ２１において所定数の異なる検出信号がすべて出力される際のモータ３０の回転角度ｄ２（本実施形態では、７５度）以下の大きさにすることが望ましい。
【００４７】
図６にロック機構５０の拡大図を示す。
【００４８】
本図に示すように、ロックホルダ５１の第一凹部５１ａの周方向の開口幅Ｗ１は、突起部５１ｃの幅Ｗ３より大きく形成されている。望ましくは、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１は、突起部５１ｃの幅Ｗ３の２倍以上の幅で形成される。そして、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１は、ロックアーム５２の掛止部５２ａの幅Ｗより十分大きく形成されている。これにより、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第一凹部５１ａに嵌り込みやすく、ハンドル操作中などにロックする場合でも、ロックアーム５２とロックホルダ５１を確実に係合させてロックすることができる。
【００４９】
また、第一凹部５１ａは、ロータ部１１の磁界変化周期に対応して形成されている。例えば、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１と突起部５１ｃの幅Ｗ３（突起部５１ｃ、５１ｃの間隔）が、ロータ部１１の磁界変化周期である９０度の範囲で形成される。このため、第一凹部５１ａに掛止部５２ａが係合したときに、回転センサ２１の出力に基づいて掛止部５２ａの係合位置とモータ３０の回転軸３３の回転位置の関係を検出することができる。
【００５０】
第二凹部５１ｂは、周方向の開口幅Ｗ２が第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１より狭く形成され、掛止部５２ａが遊び少なく嵌り込むように形成されている。すなわち、第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２は、ロックアーム５２の掛止部５２ａの係合時における回転センサ２１の検出出力の変化が第一凹部５１ａでの変化幅よりにも制限されるように掛止部５２ａを遊動させる幅寸法に設定される。これに対し、第一凹部５１ａの開口幅Ｗ１は、掛止部５２ａの係合時に、回転センサ２１の検出出力が変化する程度に掛止部５２ａの遊動を許容する幅寸法に設定される。
【００５１】
次に本実施形態に係る車両操舵装置の動作を説明する。
【００５２】
図１において、車両のイグニションスイッチ（以下、「ＩＧ」という。）のオン操作によって、操舵制御器２０から伝達比可変機構４にロック解除信号が出力される。これにより、図２に示すように、ソレノイド５２ｃが作動し、ロックアーム５２がピン５２ｂを中心に回動し掛止部５２ａがロックホルダ５１から離間する。これにより、ロック機構５０のロック状態が解除される。
【００５３】
例えば、ＩＧのオフ時点で回転センサ２１の出力パターンが「３」と記憶され、ロック状態の解除時点の出力パターンが「６」であった場合、モータ３０の出力パターンが三つずれて制御開始したことが分かる。このようなセンサ出力パターンのずれは、ＩＧオフ状態でハンドル操作したような場合に生ずるが、このような状態で始動しても、モータ位置を正確に検出することができ、モータ回転角の制御が正確に行われる。従って、制御の連続性が確保でき、制御精度が向上する。ここで、ロックホルダ５１の第一凹部５１ａの幅Ｗ１とロックアーム５２の掛止部５２ａの幅Ｗで決まるガタ角ｄ１の間隔が、回転センサ２１にて所定数の異なる検出信号がすべて出力される際のモータ３０の回転角度ｄ２（本実施形態では、７５度）以下となっていることにより、センサ出力パターンに基づいて始動時のモータ位置が正確に検知できる。
【００５４】
一方、車両のＩＧのオフ操作時などには、操舵制御器２０から伝達比可変機構４にロック動作信号が出力される。これにより、図７に示すように、ロックアーム５２が回動して掛止部５２ａがロックホルダ５１に接近する。そして、掛止部５２ａが第一凹部５１ａに嵌り込み、ロックアーム５２とロックホルダ５１が係合し、ロック状態となる。
【００５５】
以上の説明は、回転センサ２１の出力パターン１〜６とロックホルダ５１の形状の関係が予め分かっていることを想定している。しかし、上述したように、ロックホルダ５１の位置が分からない場合がある。例えば、ロックホルダ５１の位置がずれてしまったり、取り付け状態でロックホルダ５１の位置が分からなかったり、操舵制御部２０の記憶部のデータが変わってしまったりするような場合である。
【００５６】
このように位置がわからない状態になったとき、ロックアーム５２を挿入した状態でモータ３０をある一定方向に回転できるだけ回転させ、ロックホルダ５１が動かなくなる点を求める。その時点で、逆方向にモータ３０を駆動させて回転できるか否かを検出する。すなわち、モータ３０を回転させて、回転センサ２１の出力パターンが変化する場合は回転可能と判断し、変化しない場合は回転不可能と判断する。
【００５７】
回転可能の場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの右側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第一凹部５１ａに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第一凹部５１ａに係合していると判断される。一方、回転できない場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの左側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第二凹部５１ｂに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合していると判断される。このときの回転センサ２１の出力パターンと第一凹部５１ａあるいは第二凹部５１ｂの関係から、センサ出力パターンとロックホルダ５１との位置関係の関連性を決定することができる。
【００５８】
この学習制御を工場出荷時で行うとすれば、ロックホルダ５１の位置を予め決めた位置に取り付ける選択組み付けが不要となる。また、走行時点でズレがあると考えられるときに、前述の学習を行うことで制御性を向上させることができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る車両操舵装置１によれば、第一凹部５１ａの一方の端部に第二凹部５１ｂを形成することにより、ロック機構５０のロックの際にロックホルダ５１とロックアーム５２を相対的に回転させるなどして掛止部５２ａを第二凹部５１ｂに掛止させることができる。これにより、掛止部５２ａが第一凹部５１ａの端部の位置を検出でき、回転センサ２１の出力などによって、ロックホルダ５１とロックアーム５２の位置関係及びハンドル２の操舵位置とモータ３０の回転位置の関係を検出することができる。これにより、伝達比を変化させる操舵制御が適正に行える。
【００６０】
（第二実施形態）
次に第二実施形態に係る車両操舵装置について説明する。
【００６１】
本実施形態に係る車両操舵装置は、第一実施形態に係る車両操舵装置とほぼ同様な構成を有するものであるが、ロックホルダ５１における第二凹部５１ｂの周方向の開口幅が異なる点で、第一実施形態に係る車両操舵装置と異なっている。
【００６２】
図９に本実施形態に係る車両操舵装置のロックホルダを示す。
【００６３】
図９に示すように、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂの少なくとも一つは、その周方向の開口幅Ｗ２が他の第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２と異なる寸法で形成されている。例えば、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂは、周方向の開口幅Ｗ２−１、Ｗ２−２、Ｗ２−３、Ｗ２−４がそれぞれ異なるように形成される。
【００６４】
このように第二凹部５１ｂを形成することにより、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂのいずれかに係合したときに、どの第二凹部５１ｂに係合したかその係合位置を検出することができる。すなわち、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂのいずれかに係合したときに、モータ３０を駆動させ、そのときに回転センサ２１から出力される検出信号の出力状態に基づいてロックアーム５２の係合位置を検出する。
【００６５】
具体的には、モータ３０を所定の方向及びその逆の方向に回転できるだけ回転させる。その際、開口幅Ｗ２が狭い第二凹部５１ｂに係合しているときには、モータ３０が正逆転する間の回転センサ２１の出力変化が小さく、逆に開口幅Ｗ２が広い第二凹部５１ｂに係合しているときには回転センサ２１の出力変化が大きい。このため、回転センサ２１の出力変化に基づいて、ロックアーム５２がどの第二凹部５１ｂに係合しているか特定することができる。従って、モータ３０が高速回転しているときに電気系統が瞬断しセンサ出力が読み飛ばされた場合などでも、３６０度の全周において、ロックホルダ５１とロックアーム５２の位置関係及びハンドル２の操舵位置とモータ３０の回転位置の関係を検出することができる。これにより、伝達比を変化させる操舵制御が適正に行える。
【００６６】
なお、センサ出力を読み飛ばしたときのハンドル２の操舵位置とモータ３０の回転位置の関係の補正は、例えば、次のように行われる。読み飛ばし発生の直前における回転センサ２１の出力値に対し加算補正して現状の回転センサ２１の出力値とする場合と、読み飛ばし発生の直前における回転センサ２１の出力値に対し減算補正して現状の回転センサ２１の出力値とする場合とを対比し、その加算補正値が減算補正値以下の場合には、加算補正を行う。一方、加算補正値が減算補正値以下でない場合には、減算補正を行う。また、現状のハンドルトルクや操舵速度に応じて、加算補正するか減算補正するか決定してもよい。
【００６７】
ところで、本実施形態に係る車両操舵装置においては、回転センサ２１としてレゾルバを用いることが好ましい。レゾルバは、モータ３０の回転に伴って正弦信号及び余弦信号を出力する回転検出手段であり、細かい回転角度の検出が可能となる。回転センサ２１であるレゾルバの正弦信号及び余弦信号に基づいてモータ３０の回転角を決定でき、モータ３０の回転位置をリニアに検出することができる。従って、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂに嵌っている状態において、モータ３０を正転方向及び逆転方向に回転させることにより、第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２をリニアに検出することができる。そして、検出した開口幅Ｗ２を予め設定された各第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２の値と比較することにより、ロックアーム５２がどの第二凹部５１ｂに嵌っているかを精度良く検出することができる。
【００６８】
図１０に示すように、このレゾルバは、所定の回転角度で検出不能角度を有している。図１０において、正弦信号又は余弦信号がゼロとなるときに、角度検出が不可能となる。例えば、正弦信号と余弦信号の比により角度検出を行う場合には、正弦信号又は余弦信号がゼロとなるときに正確な角度を特定することができない。
【００６９】
このため、図９に示すように、正弦信号又は余弦信号がゼロとなる検出不能角度の位置Ｐｘが、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合する回転範囲Ｓに設定されないようにすることが好ましい。このようにすることにより、ロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合した際に、上述したようにモータ３０の正逆回転時の回転センサ２１の出力に基づいて確実にロックアーム５２の係合位置を検出することができる。
【００７０】
また、本実施形態に係る車両操舵装置において、ロックホルダ５１の位置がずれてしまったりして、回転センサ２１の出力パターン１〜６とロックホルダ５１の位置関係が分からなくなったときには、上述した第一実施形態に係る車両操舵装置と同様にして、ロックホルダ５１の位置を検出することができる。すなわち、ロックアーム５２を挿入した状態でモータ３０をある一定方向に回転できるだけ回転させ、ロックホルダ５１が動かなくなる点を求める。その時点で、逆方向にモータ３０を駆動させ回転できるか否かを検出する。つまり、モータ３０を回転させて、回転センサ２１の出力パターンが変化する場合は回転可能と判断し、変化しない場合は回転不可能と判断する。このとき、モータ３０を回転させて回転センサ２１の出力パターンが所定以上変化する場合は回転可能と判断され、所定未満しか変化しない場合は回転不可能と判断される。
【００７１】
そして、回転可能の場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの右側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第一凹部５１ａに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第一凹部５１ａに係合していると判断される。一方、回転できない場合は、ロックホルダ５１の突起部５１ｃの左側の壁部にロックアーム５２が当接、つまり第二凹部５１ｂに入っていることが分かる。この場合にはロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合していると判断される。このときの回転センサ２１の出力パターンと第一凹部５１ａあるいは第二凹部５１ｂの関係から、センサ出力パターンとロックホルダ５１との位置関係の関連性を決定することができる。
【００７２】
（第三実施形態）
次に第三実施形態に係る車両操舵装置について説明する。
【００７３】
本実施形態に係る車両操舵装置は、第一実施形態及び第二実施形態に係る車両操舵装置とほぼ同様な構成を有するものであるが、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂの開口幅Ｗ２が回転の軸方向に沿って徐々に狭まっている点で、第一実施形態及び第二実施形態に係る車両操舵装置と異なっている。
【００７４】
図１１は、本実施形態に係る車両操舵装置におけるロックホルダを側方から見た図である。本図に示すように、ロックホルダ５１の第二凹部５１ｂにロックアーム５２が係合しており、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第二凹部５１ｂに挿入されている。
【００７５】
第二凹部５１ｂは、周方向の開口幅Ｗ２が回転の軸方向に沿って徐々に狭くなっている。例えば、第二凹部５１ｂの側壁面５５ａ、５５ｂがそれぞれ軸方向に対し斜めに形成され、相互に非平行に形成されている。
【００７６】
ロックアーム５２は、軸方向に移動可能に支持されている。例えば、二つのバネ５６とバネ５７により両側から押し付けるように付勢され、軸方向に移動可能となっている。
【００７７】
このようにロックアーム５２が第二凹部５１ｂに係合しているときに、モータ３０の駆動によりロックホルダ５１を所定の方向（図１１上で、ロックホルダ５１が手前に見えている側が右側へ移動する方向）に回転させる。すると、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第二凹部５１ｂの一方の側壁面５５ａに当接し、ロックホルダ５１の回転によって第二凹部５１ｂの狭い方（図１１では下方）へ移動する。
【００７８】
これにより、図１２に示すように、ロックアーム５２は遊びの小さい状態で第二凹部５１ｂに嵌り込む。このようなくさび効果により、ガタつきの少ない状態でロックアーム５２とロックホルダ５１を係合させてロックすることができる。
【００７９】
一方、この図１２の状態で、モータ３０の駆動によりロックホルダ５１を逆の方向（図１１上で、ロックホルダ５１が手前に見えている側が左側へ移動する方向）に回転させる。すると、ロックアーム５２の掛止部５２ａが第二凹部５１ｂの他方の側壁面５５ｂに当接し、ロックホルダ５１の回転によって第二凹部５１ｂの広い方（図１１では上方）へ移動する。
【００８０】
これによって、ロックアーム５２は遊びの大きい状態で第二凹部５１ｂに嵌り込み、ロックアーム５２の解除が容易な状態となる。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る車両操舵装置によれば、上述した第一実施形態及び第二実施形態に係る車両操舵装置の作用効果に加え、ロックアーム５２を第二凹部５１ｂに係合した状態でロックホルダ５１を回転させることにより、ガタつきの少ない状態でロックアーム５２とロックホルダ５１を係合させてロックすることができる。また、ロックホルダ５１を逆の方向へ回転させることにより、ロックアーム５２をロックホルダ５１から係合解除しやすい状態とすることができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ロックホルダの第一凹部の一方の端部に第二凹部を形成することにより、第一凹部に係合した係合部材を更に第二凹部に係合させることができる。これにより、第一凹部内における係合部材の位置を確実検出することができ、適切な操舵制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両操舵装置の構成図である。
【図２】図１の車両操舵装置におけるロック機構の説明図である。
【図３】図１の車両操舵装置における操舵角センサの説明図である。
【図４】図１の車両操舵装置における操舵角センサの説明図である。
【図５】図１の車両操舵装置におけるロータ部の展開図である。
【図６】図１の車両操舵装置におけるロック機構の拡大図である。
【図７】図１の車両操舵装置における動作説明図である。
【図８】図１の車両操舵装置における動作説明図である。
【図９】第二実施形態に係る車両操舵装置の説明図である。
【図１０】図９の車両操舵装置における回転センサの出力特性の説明図である。
【図１１】第三実施形態に係る車両操舵装置の説明図である。
【図１２】第三実施形態に係る車両操舵装置の説明図である。
【符号の説明】
１…車両操舵装置、２…ハンドル、３…転舵輪、４…伝達比可変機構（伝達比可変手段）、５…入力軸、６…出力軸、１０…操舵角センサ、２０…操舵制御器、３０…モータ、４０…減速機、５０…ロック機構、５１…ロックホルダ、５１ａ…第一凹部、５１ｂ…第二凹部、５１ｃ…突起、５２…ロックアーム（係合部材）、５２ａ…掛止部。
Claims (9)
- ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有しモータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、前記入力軸と前記出力軸の相対的な回転を制限するロック機構とを備えた車両制御装置において、
前記ロック機構は、
前記モータのロータ側に取り付けられ、前記ロータとともに回転し、外周に周方向に沿って複数の第一凹部が形成され、前記第一凹部の一方側の端部のみに更に深く凹ましてなる第二凹部が形成されているロックホルダと、
前記モータのステータ側に取り付けられ、前記ロックホルダに対し接近及び離間可能とし、その接近の動作により前記ロックホルダの前記第一凹部又は前記第二凹部に係合する係合部材と、
を備えて構成されていること、
を特徴とする車両操舵装置。 - 前記モータの回転軸の回転位置を検出する回転検出手段を備え、
前記第一凹部は、周方向の開口幅が前記第一凹部に係合される前記係合部材の幅より大きく形成され、前記係合部材と係合した際に前記回転検出手段の出力が変化するように前記係合部材の遊動を許容して前記係合部材と係合すること、
を特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。 - 前記回転検出手段は、前記モータの回転に伴って所定数の異なる検出信号を繰り返して出力し、
前記第一凹部が前記係合部材と係合したときのガタ角は、前記回転検出手段にて前記所定数の異なる検出信号がすべて出力される際の前記モータの回転角度以下であること、
を特徴とする請求項２に記載の車両操舵装置。 - 前記係合部材が前記第一凹部又は前記第二凹部に係合したときに前記モータを駆動させ、そのときに前記回転検出手段から出力される前記検出信号の出力状態に基づいて、前記検出信号の出力パターンと前記ロックホルダの回転位置の関係を検知すること、
を特徴とする請求項３に記載の車両操舵装置。 - 前記係合部材が前記第一凹部又は前記第二凹部に係合したときに前記モータを一定の方向に回転できるだけ回転させた後その逆の方向に回転させ、その逆の方向の回転の際の前記回転検出手段の出力変化が所定値未満である場合には前記係合部材が前記第二凹部に係合していると判断すること、
を特徴とする請求項４に記載の車両操舵装置。 - 前記係合部材が前記第一凹部又は前記第二凹部に係合したときに前記モータを一定の方向に回転できるだけ回転させた後その逆の方向に回転させ、その逆の方向の回転の際の前記回転検出手段の出力変化が所定値以上である場合には前記係合部材が前記第一凹部に係合していると判断すること、
を特徴とする請求項４に記載の車両操舵装置。 - 前記ロックホルダの前記第二凹部の少なくとも一つは、その周方向の開口幅が他の第二凹部の前記開口幅と異なっており、
前記係合部材が前記第二凹部に係合したときに前記モータを駆動させ、その際に前記回転検出手段から出力される前記検出信号の出力状態に基づいて前記係合部材の係合位置を検出すること、
を特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の車両操舵装置。 - 前記回転検出手段は、所定の回転角度で検出不能角度を有し、前記検出不能角度が前記ロックホルダの前記第二凹部に前記係合部材が係合する回転範囲に設定されていないこと、
を特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の車両操舵装置。 - 前記ロックホルダの前記第二凹部は、周方向の開口幅が回転の軸方向に沿って徐々に狭くなっており、
前記係合部材は、前記第二凹部に係合しているときに前記ロックホルダが回転することにより前記軸方向に沿って前記第二凹部の前記開口幅の狭い方へ移動すること、
を特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の車両操舵装置。
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