JP3897971B2 - Vehicle steering system - Google Patents
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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舵取り用車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車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、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】
このような構成を採用することにより、車両衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できる。また、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増し、さらには、ステアリングホイール以外のレバーまたはペダルなどの他の操作部材の採用をも可能とすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなステア・バイ・ワイヤ・システムは、システムの構成要素の数が多いために高価であるという問題を有している。
そこで、この発明の目的は、構成を簡素化することにより、コストの低減が図られた車両用操舵装置を提供することである。
【0005】
【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、車両の舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構(10)と、この舵取り機構に与えるべき駆動力を発生する操舵アクチュエータ(50)と、上記操作部材に与えるべき操作反力を発生する反力アクチュエータ(40)と、上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータが互いに並列に接続され、同一の駆動電圧を上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータに並列に供給するための共用ドライバ(80)とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【0006】
また、請求項2記載の発明は、上記操作部材の操作に応じた上記舵取り車輪の目標舵角を設定する目標舵角設定手段(71)と、上記舵取り車輪の舵角を上記目標舵角設定手段によって設定された目標舵角に一致させるために上記操舵アクチュエータに供給すべき電圧指令値を設定する電圧指令値設定手段(73)と、この電圧指令値設定手段によって設定された電圧指令値に基づいて、上記共用ドライバを制御するドライバ制御手段(70)とをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置である。
【0007】
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。以下、この項において同じである。
上記の発明によれば、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータのドライバが共用されることにより、操舵アクチュエータのドライバと反力アクチュエータのドライバとを個別に設けた従来の装置に比べて構成が簡素化されている。これにより、装置コストの低減を達成することができる。
【0008】
また、ドライバが共用されていることにより、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータの制御ロジックを個別に用意する必要がなく、請求項2のようにドライバ制御手段などは1つでよいので、アクチュエータ制御のための構成も簡素化することができる。
請求項3記載の発明は、上記共用ドライバに接続された電源(81)と、この電源と共用ドライバとの間に介装されたリレー(83)と、上記電源から上記共用ドライバに供給される電流を検出する電流検出手段(84)と、この電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記リレーを切断するリレー制御手段(70,S2)とをさらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の車両用操舵装置である。
【0009】
また、請求項4記載の発明は、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、上記電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記クラッチ機構を連結状態にするクラッチ制御手段(70,S3)とをさらに含むことを特徴とする請求項3記載の車両用操舵装置である。
これらの発明によれば、電源から共用ドライバに供給される電流が常に監視されている。そして、この共用ドライバに供給される電流が、異常な値、つまり操舵アクチュエータ、反力アクチュエータまたは共用ドライバに異常が発生した時に取り得る値になった場合には、リレーが切断されて、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータへの駆動電圧の供給が停止される。これにより、操舵アクチュエータ、反力アクチュエータまたは共用ドライバに異常が発生した場合に、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータへの駆動電圧の供給を個別に停止させている従来の装置に比べて、フェールセーフのためのロジックを簡素化することができ、その結果、さらなる装置コストの低減化を達成することができる。
【0010】
特に、請求項4の構成の場合、クラッチ機構が連結状態にされることにより、操舵駆動系の故障発生時も車両を良好に操向することができる。
【0011】
【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構成を示す図解図である。この車両用操舵装置は、舵取り用の一対の車輪(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に操作反力を付与する反力アクチュエータ40とを有している。
【0012】
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、車輪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50が同軸的に組み込まれている。操舵アクチュエータ50は、たとえば、ブラシ付DCモータで構成されている。操舵アクチュエータ50が駆動されると、操舵アクチュエータ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の摺動により車輪W,Wの操舵が達成される。
【0013】
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、クラッチ20を介して操舵軸11に機械的に伝達され、これにより、車輪W,Wの転舵が達成される。
【0014】
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を回転軸とするブラシ付DC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。この反力アクチュエータ40とステアリングホイール30との間のシャフト23に関連して、ステアリングホイール30の操舵角δhを検出する操舵角センサ61が設けられている。操舵角センサ61の検出信号は、マイクロプロセッサなどを含むコントローラ70に与えられるようになっている。
【0015】
また、クラッチ20とピニオンギア22との間のシャフト21に関連して、ピニオンギア22の回転角(舵角)δを検出するピニオン角センサ62が設けられており、このピニオン角センサ62の検出信号もコントローラ70に入力されるようになっている。コントローラ70には、さらに、車速SVを検出するための車速センサ63の検出信号が入力されるようになっている。
コントローラ70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V*を設定し、この設定した電圧指令値V*に応じた制御信号をモータドライバ80に与える。この実施形態において、モータドライバ80には、操舵アクチュエータ50および反力アクチュエータ40が並列に接続されている。これにより、コントローラ70からモータドライバ80に電圧指令値V*が与えられると、その与えられた電圧指令値V*に応じた電圧が操舵アクチュエータ50および反力アクチュエータ40に並列に印加される。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アクチュエータ50から出力されるとともに、ステアリングホイール30の操作に応じた反力が反力アクチュエータ40から出力される。
【0016】
たとえば、ステアリングホイール30に大きな操舵トルクが急に加えられた場合、舵取り機構10に大きなトルクを与える必要があるとともに、ステアリングホイール30に大きな操作反力を与える必要がある。これとは逆に、ステアリングホイール30に小さな操舵トルクがゆっくりと加えられた場合には、舵取り機構10に与えるトルク、およびステアリングホイール30に与える操作反力は小さくてよい。つまり、操舵アクチュエータ50から舵取り機構10に大きなトルクを与える必要がある時には、反力アクチュエータ40からステアリングホイール30に大きな操作反力を与える必要があり、操舵アクチュエータ50から舵取り機構10に与えるトルクが小さくてよい時には、反力アクチュエータ40からステアリングホイール30に与える操作反力も小さくてよい。ゆえに、操舵アクチュエータ50および反力アクチュエータ40のドライバを共用化しても、操舵アクチュエータ50および反力アクチュエータ40を良好に駆動制御することができる。
【0017】
また、この実施形態では、モータドライバ80にバッテリ(電源)81の電圧を供給するための電源回路82に、モータドライバ80への電源電圧の供給および停止を切り換えるリレー83と、バッテリ81からモータドライバ80に供給されるドライバ電流を検出するための電流センサ84が介装されている。そして、電流センサ84の検出信号は、コントローラ70に入力されるようになっている。コントローラ70は、電流センサ84が検出するドライバ電流を監視しており、その監視結果に基づいてクラッチ20およびリレー83を制御する。
【0018】
図2は、操舵角δh、舵角δおよび車速SVに基づいて電圧指令値V*を設定するための構成を示すブロック図である。操舵角センサ61によって検出される操舵角δh、および車速センサ63によって検出される車速SVは、コントローラ70の内部に備えられたマイクロコンピュータによるプログラム処理によって実現される目標舵角設定部71に入力される。目標舵角設定部71には、所定の車速域ごとに作成されたテーブルが用意されており、目標舵角設定部71は、車速センサ63が検出する車速SVに応じたテーブルを参照して、操舵角センサ61が検出する操舵角δhに応じた目標舵角δ*を設定する。
【0019】
目標舵角設定部71によって設定された目標舵角δ*は、減算部72に与えられるようになっている。減算部72にはまた、ピニオン角センサ62によって検出されるピニオンギア22の回転角である舵角δが与えられている。減算部72は、目標舵角δ*と舵角δとの偏差δ*−δを求め、この求めた偏差δ*−δを電圧指令値設定部73に与える。電圧指令値設定部73は、減算部72から与えられる偏差δ*−δに基づき、予め定める舵角フィードバック制御則に従って電圧指令値V*を設定する。
【0020】
なお、減算部72および電圧指令値設定部73も、コントローラ70の内部に備えられたマイクロコンピュータによるプログラム処理によって実現される。
図3は、コントローラ70によって実行されるフェールセーフ処理について説明するためのフローチャートである。上述したように、コントローラ70は、電流センサ84が検出するドライバ電流を常に監視しており、ドライバ電流が異常な値でないか否かを繰り返し判断している(ステップS1)。
【0021】
たとえば、電圧指令値V*が比較的大きな値に設定されているにもかかわらず、電流センサ84によって検出されるドライバ電流が比較的小さい場合や、電圧指令値V*が比較的小さな値に設定されているにもかかわらず、電流センサ84によって検出されるドライバ電流が比較的大きい場合には、反力アクチュエータ40、操舵アクチュエータ50またはモータドライバ80のいずれかに異常が発生していると考えられる。そこで、コントローラ70は、電圧指令値V*に対してドライバ電流の値が異常であれば、反力アクチュエータ40、操舵アクチュエータ50またはモータドライバ80のいずれかに異常が発生していると判断して、電源回路82に介装されたリレー83を切断し、バッテリ81からモータドライバ80へのドライバ電流の供給を停止する(ステップS2)。また、クラッチ20を連結状態にする(ステップS3)。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の操作に応じて車輪W,Wが転舵されるようになる。
【0022】
以上のようにこの実施形態によれば、反力アクチュエータ40および操舵アクチュエータ50のドライバとしてモータドライバ80を共用することにより、反力アクチュエータ40のドライバと操舵アクチュエータ50のドライバとを個別に設けた従来の装置に比べて構成が簡素化されている。これにより、装置コストの低減を達成することができる。
さらに、モータドライバ80が共用されていることにより、反力アクチュエータ40および操舵アクチュエータ50の制御ロジックを個別に用意する必要がないので、アクチュエータ制御のための構成も簡素化することができる。
【0023】
また、この実施形態では、バッテリ81からモータドライバ80に供給されるドライバ電流が常に監視されている。そして、このドライバ電流が異常な値になれば、反力アクチュエータ40、操舵アクチュエータ50またはモータドライバ80に異常が発生したと判断されて、反力アクチュエータ40および操舵アクチュエータ50への駆動電圧の供給が停止されるとともに、クラッチ20が連結状態にされる。これにより、操舵駆動系のフェールセーフを実現でき、故障発生時も車両を良好に操向することができる。
【0024】
しかも、反力アクチュエータ40および操舵アクチュエータ50への駆動電圧の供給停止を、モータドライバ80とバッテリ81との間に介装されたリレー83を切断することにより達成するようにしている。これにより、反力アクチュエータ40および操舵アクチュエータ50への駆動電圧の供給/停止を個別に制御している従来の装置に比べて、フェールセーフのためのロジックを簡素化することができ、その結果、さらなる装置コストの低減化を達成することができる。
【0025】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、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。
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。
【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構成を示す図解図である。
【図2】電圧指令値を設定するための構成を示すブロック図である。
【図3】フェールセーフ処理について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
20 クラッチ
30 ステアリングホイール
40 反力アクチュエータ
50 操舵アクチュエータ
61 操舵角センサ
62 ピニオン角センサ
63 車速センサ
70 コントローラ
71 目標舵角設定部
72 減算部
73 電圧指令値設定部
80 モータドライバ
81 バッテリ
82 電源回路
83 リレー
84 電流センサ
W 車輪
V* 電圧指令値
δ 舵角
δ* 目標舵角[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus configured to steer a steering wheel based on an operation of an operation member such as a steering wheel.
[0002]
[Prior art]
Eliminates the mechanical coupling between the steering wheel and the steering mechanism for steering the steering wheel, detects the steering wheel operation direction and the operation amount, and based on the detection result, the steering mechanism has an electric motor, etc. There has been proposed a vehicle steering device (so-called steer-by-wire system) in which a driving force from a steering actuator is applied.
[0003]
By adopting such a configuration, it is possible to prevent the steering wheel from being pushed up at the time of a vehicle collision. Moreover, the degree of freedom of the arrangement position of the steering wheel is increased, and further, it is possible to adopt other operation members such as a lever or a pedal other than the steering wheel.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the steer-by-wire system as described above has a problem that it is expensive due to the large number of components of the system.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus in which the cost is reduced by simplifying the configuration.
[0005]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes an operation member (30) for steering a vehicle, a steering mechanism (10) for turning a steering wheel of the vehicle, and the steering mechanism. The steering actuator (50) for generating a driving force to be applied to the operating member, the reaction force actuator (40) for generating an operating reaction force to be applied to the operating member, and the steering actuator and the reaction force actuator are connected in parallel to each other and are identical. And a common driver (80) for supplying the driving voltage in parallel to the steering actuator and the reaction force actuator .
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a target rudder angle setting means (71) for setting a target rudder angle of the steering wheel according to the operation of the operation member, and a target rudder angle setting for setting the rudder angle of the steering wheel. A voltage command value setting means (73) for setting a voltage command value to be supplied to the steering actuator in order to match the target steering angle set by the means, and a voltage command value set by the voltage command value setting means. The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising: a driver control means (70) for controlling the shared driver.
[0007]
In addition, the alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later. Hereinafter, this is the same in this section.
According to the above invention, the driver for the steering actuator and the reaction force actuator are shared, so that the configuration is simplified compared to the conventional device in which the driver for the steering actuator and the driver for the reaction force actuator are provided separately. Yes. Thereby, reduction of apparatus cost can be achieved.
[0008]
Further, since the driver is shared, it is not necessary to prepare the control logic for the steering actuator and the reaction force actuator separately, and only one driver control means or the like as in claim 2 is required. This configuration can also be simplified.
According to a third aspect of the present invention, a power source (81) connected to the shared driver, a relay (83) interposed between the power source and the shared driver, and the power source are supplied to the shared driver. Current detection means (84) for detecting current, and relay control means (70, S2) for disconnecting the relay when the current value detected by the current detection means is a predetermined abnormal value. The vehicle steering apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a clutch mechanism (20) capable of mechanically connecting / disconnecting the operation member and the steering mechanism, and a current value detected by the current detection means is a predetermined abnormal value. 4. The vehicle steering apparatus according to claim 3, further comprising clutch control means (70, S3) for bringing the clutch mechanism into a connected state in some cases.
According to these inventions, the current supplied from the power source to the shared driver is constantly monitored. If the current supplied to the common driver becomes an abnormal value, that is, a value that can be taken when an abnormality occurs in the steering actuator, reaction force actuator, or common driver, the relay is disconnected and the steering actuator And the supply of the drive voltage to the reaction force actuator is stopped. As a result, when an abnormality occurs in the steering actuator, the reaction force actuator, or the common driver, the drive voltage supply to the steering actuator and the reaction force actuator is individually stopped. The logic of this can be simplified, and as a result, a further reduction in device cost can be achieved.
[0010]
In particular, in the case of the configuration of the fourth aspect, the vehicle can be steered satisfactorily even when a failure occurs in the steering drive system by setting the clutch mechanism in the connected state.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an illustrative view showing a configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. This vehicle steering apparatus is mechanically connected to a
[0012]
The
[0013]
A
[0014]
The
[0015]
Further, a
The
[0016]
For example, when a large steering torque is suddenly applied to the
[0017]
In this embodiment, the
[0018]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for setting the voltage command value V * based on the steering angle δh, the steering angle δ, and the vehicle speed SV. The steering angle δh detected by the
[0019]
The target rudder angle δ * set by the target rudder
[0020]
The subtracting
FIG. 3 is a flowchart for explaining fail-safe processing executed by the
[0021]
For example, when the voltage command value V * is set to a relatively large value, the driver current detected by the
[0022]
As described above, according to this embodiment, the
Furthermore, since the
[0023]
In this embodiment, the driver current supplied from the
[0024]
In addition, the supply of drive voltage to the
[0025]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, although the example in which the
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustrative view showing a configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for setting a voltage command value.
FIG. 3 is a flowchart for explaining fail-safe processing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
車両の舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構と、
この舵取り機構に与えるべき駆動力を発生する操舵アクチュエータと、
上記操作部材に与えるべき操作反力を発生する反力アクチュエータと、
上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータが互いに並列に接続され、同一の駆動電圧を上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータに並列に供給するための共用ドライバとを含むことを特徴とする車両用操舵装置。An operating member for steering the vehicle;
A steering mechanism for steering the steering wheel of the vehicle;
A steering actuator that generates a driving force to be applied to the steering mechanism;
A reaction force actuator that generates an operation reaction force to be applied to the operation member;
A steering apparatus for a vehicle, comprising: the steering actuator and the reaction force actuator connected in parallel to each other, and a common driver for supplying the same drive voltage to the steering actuator and the reaction force actuator in parallel .
上記舵取り車輪の舵角を上記目標舵角設定手段によって設定された目標舵角に一致させるために上記操舵アクチュエータに供給すべき電圧指令値を設定する電圧指令値設定手段と、
この電圧指令値設定手段によって設定された電圧指令値に基づいて、上記共用ドライバを制御するドライバ制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の車両用操舵装置。Target rudder angle setting means for setting a target rudder angle of the steering wheel according to the operation of the operation member;
Voltage command value setting means for setting a voltage command value to be supplied to the steering actuator in order to match the steering angle of the steering wheel with the target steering angle set by the target steering angle setting means;
2. The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising driver control means for controlling the shared driver based on the voltage command value set by the voltage command value setting means.
この電源と共用ドライバとの間に介装されたリレーと、
上記電源から上記共用ドライバに供給される電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記リレーを切断するリレー制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の車両用操舵装置。A power supply connected to the shared driver;
A relay interposed between the power source and the shared driver;
Current detection means for detecting a current supplied from the power source to the shared driver;
3. The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising relay control means for disconnecting the relay when the current value detected by the current detection means is a predetermined abnormal value.
上記電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記クラッチ機構を連結状態にするクラッチ制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項3記載の車両用操舵装置。A clutch mechanism capable of mechanically connecting / disconnecting the operation member and the steering mechanism;
4. The vehicle steering apparatus according to claim 3, further comprising clutch control means for bringing the clutch mechanism into a connected state when the current value detected by the current detection means is a predetermined abnormal value.
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