JP4055484B2

JP4055484B2 - Vehicle steering system

Info

Publication number: JP4055484B2
Application number: JP2002174581A
Authority: JP
Inventors: 尚武神田; 友保嘉田; 賢司東; 良平葉山; 武夫飯野; 真悟前田; 眞之植野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: JP2004017768A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムの車両用操舵装置が提供されている。
例えば特開平１−２３３１７０号公報の装置では、ステアリングシャフトに設けたエンコーダによってステアリングホイールの操舵位置を検出し、車両の進行方向をヨーレイトジャイロによって検出する。そして、検出された操舵位置に基づく進行変化指示値と、ヨーレイトジャイロの検出結果に基づく実際の進行方向変化量との偏差がゼロになるように、転舵輪を転舵制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のステア・バイ・ワイヤ・システムでは、例えば操舵用のアクチュエータとしての電動モータに断線等を生じたとき等に対するフェールセーフ対策が重要である。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、いわゆるステア・バイ・ワイヤにおける故障発生時にも良好な操舵を達成することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵部材から転舵輪への操舵伝達系に介在する差動伝達機構を備え、この差動伝達機構は、太陽部材、遊星部材及びリング部材を含む遊星伝達機構からなり、これら３つの部材のうちの２つの部材を、操舵部材に連なる第１要素および転舵輪に連なる第２要素とし、残りの部材を第１及び第２要素を関連付ける第３要素とし、さらに、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、上記操舵用アクチュエータの異常発生時に、差動伝達機構の２つの要素の相対回転を拘束する拘束手段と、上記拘束手段を拘束位置に駆動するための駆動手段と、操舵用アクチュエータの異常発生時に互いの相対回転を拘束される２要素の回転数差が所定値以下になることを条件として拘束手段を拘束位置に駆動するべく駆動手段を制御する制御部とを備えることを特徴とするものである。
【０００５】
本発明では、通常時は、反力用アクチュエータに適当なトルクを生じさせることで、差動伝達機構を介して操舵部材に適正な操舵反力を付与する。また、操舵用アクチュエータに異常が発生したときには、差動伝達機構の２つの要素の相対回転を拘束することで、差動伝達機構全体が一体に回転することになり、マニュアル操舵を達成することができる。又は、反力用アクチュエータを駆動することにより電動式動力舵取装置として操舵補助することができる。
仮に、相対回転を拘束される２要素の回転数差が大きい段階でいきなり相対回転を拘束しようとすると、例えば拘束手段に過大な負荷がかかり損傷等のおそれがあるが、本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段の損傷等のおそれなくマニュアル操舵、又は反力用アクチュエータ駆動による操舵補助に移行することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記拘束手段は遊星伝達機構のリング部材を変形させるための押圧手段を含むことを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に押圧手段によってリング部材を変形させることでリング部材と遊星部材との相対回転を拘束し、遊星伝達機構を一体に回転させることが可能となる。押圧手段として、例えばソレノイドその他の電磁式のプランジャや、油圧式のプランジャを用いることができる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構は、太陽ギヤ、遊星ギヤ及びリングギヤを含む遊星ギヤ機構からなり、上記拘束手段は遊星ギヤ機構の少なくとも２つのギヤの対応する歯と歯溝の間に軸方向から挿入可能な棒状部材を含むことを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に遊星ギヤ機構の２要素の歯の噛み合い部分に棒状部材を挿入することで、２要素の相対回転を拘束し、遊星ギヤ機構を一体に回転させることが可能となる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構の２つの要素を軸方向に相対移動可能とし、上記拘束手段は軸方向に相対移動可能な２つの要素にそれぞれ設けられる互いに結合可能な一対のセレーション部を含むことを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に、２つの要素を軸方向に相対移動させてセレーション部を結合させることで、２つの要素の相対回転を拘束し、差動伝達機構を一体に回転させることが可能となる。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１において、上記差動伝達機構の２つの要素を軸方向に相対移動可能とし、上記拘束手段は軸方向に相対移動可能な２つの要素の何れか一方に設けられるテーパ部を含むことを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に、テーパ部を対応するギヤに噛み込ませ、例えばテーパ部の圧壊を伴って２つの要素を互いにロックさせ、これにより、差動伝達機構を一体に回転させることが可能となる。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１において、上記制御部は、操舵用アクチュエータの異常発生時に互いの相対回転を拘束される２要素の回転数差が所定値以下になるように反力用アクチュエータを駆動することを特徴とするものである。本発明では、操舵用アクチュエータの異常発生時に、拘束手段の損傷等のおそれなくしかも早期にマニュアル操舵、又は反力用アクチュエータ駆動による操舵補助に移行することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の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を参照して、本車両用操舵装置１は、例えばステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連結される第１操舵軸３と、この第１操舵軸３と同軸上に設けられラックアンドピニオン機構等の舵取り機構４に連結される第２操舵軸５と、第１及び第２操舵軸３，５間の差動回転を許容するための差動伝達機構を構成する遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構６とを備える。
【００１３】
舵取り機構４は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸７と、この転舵軸７の両端にタイロッド８を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸７はハウジング１１により支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、電動モータからなる操舵用アクチュエータ１２が同軸的に組み込まれている。操舵用アクチュエータ１２の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸７の摺動に変換され、この転舵軸７の摺動により転舵輪９の転舵が達成される。
【００１４】
本実施の形態の特徴とするところは、操舵装置１が、通常時は、操舵部材２から転舵輪９への操舵伝達系Ａの途中部において機械的な連結が断たれたステア・バイ・ワイヤ・システムの電動パワーステアリングとして機能し、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時には、拘束手段としてのプランジャ１３によって遊星ギヤ機構６の２要素の相対回転を拘束することにより、操舵部材２と転舵輪９との間を機械的に連結してマニュアルステアリングとして機能させる点にある。プランジャ１３として、ソレノイドその他の電磁式のプランジャや油圧式のプランジャを用いることができるが、本実施の形態では、電磁式のプランジャ１３を用いる場合に則して説明する。
【００１５】
転舵軸７の一部には、ラックギヤ７ａが形成されており、このラックギヤ７ａには、第２操舵軸５の端部に設けられて第２操舵軸５と一体回転するピニオンギヤ１４が噛み合わされている。後述するように、操舵用アクチュエータ１２の故障時に、操舵部材２の操作に応じて第２操舵軸５が回転駆動されると、この第２操舵軸５の回転がピニオンギヤ１４及びラックギヤ７ａにより、転舵軸７の摺動に変換され、転舵輪９の転舵が達成される。
【００１６】
遊星ギヤ機構６は、第１操舵軸３の端部に一体回転可能に連結された入力側となる第１要素としてのサンギヤ１５と、出力側となるキャリア１６により回転自在に保持されてサンギヤ１５と噛み合う第２要素としての複数の遊星ギヤ１７と、各遊星ギヤ１７に噛み合う内歯１８ａを内周に持つリングギヤ１８とを含む。リングギヤ１８は外歯１８ｂを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯１８ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ１９を介して、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ２０に駆動連結されている。この反力用アクチュエータ２０は例えば電動モータからなり、そのケーシングは車体の適所に固定されている。
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂは相対回転拘束手段の働きを説明するための模式図である。図２Ａを参照して、電磁式のプランジャ１３は、リングギヤ１８と一体回転する支持部材２１に固定される固定部２２と、固定部２２から伸縮してリングギヤ１８の外周面である外歯１８ｂに押圧可能な可動部２３とを備える。プランジャ１３は複数設けられ、リングギヤ１８と同心の円周上に等間隔に配置される。プランジャ１３の可動部２３は通常時は縮小され、リングギヤ１８から離反している。
【００１８】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生したときに、プランジャ１３は、例えば内蔵するソレノイドが励磁されることにより、可動部２３を図２Ｂのように、伸長させ、リングギヤ１８の外歯１８ｂの一部を径方向内方へ押し込んで変形させる。これにより、リングギヤ１８と遊星ギヤ１７の相対回転が拘束され、遊星ギヤ機構６全体が一体に回転する。その結果、操舵部材２の回転がピニオンギヤ１３に１：１で伝達され、本車両用操舵装置１をマニュアルステアリング状態にすることができる。
【００１９】
再び図１を参照して、操舵用アクチュエータ１２、反力用アクチュエータ２０及びプランジャ１３はマイクロプロセッサ等を含む制御部Ｃにより制御されるようになっている。
第１操舵軸３には操舵部材２による操舵角（操舵位置）を検出するための操舵位置センサとしての操舵角センサ２４、及び操舵部材２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２５が設けられている。これら操舵角センサ２４及びトルクセンサ２５からの検出信号が制御部Ｃに入力される。
【００２０】
また、転舵軸８には転舵軸７の軸方向位置に関連して転舵位置を検出するための転舵位置センサ２６が設けられており、この転舵位置センサ２６による検出信号も制御部Ｃに入力される。また、制御部Ｃには、車速を検出するための車速センサ２７からの検出信号が入力されるようになっている。
制御部Ｃは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、操舵用アクチュエータ１２、反力用アクチュエータ２０及びプランジャ１３をそれぞれ駆動するための駆動回路２８，２９，３０に制御信号を出力する。
【００２１】
図３は制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明するためのフローチャートである。図３を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＳ１）。
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には、制御部Ｃが、電磁式のプランジャ１３の励磁を解除しておき（ステップＳ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＳ３）。
【００２２】
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し〔ＶＧＲ(Variable Gear Ratio）機能〕、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＳ４）。
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
【００２３】
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（空回り可能な状態とする）と共に、駆動回路３０に制御信号を出力し、それまで図２Ａに示すように励磁を解除させていたプランジャ１３を図２Ｂに示すように励磁する（ステップＳ５，Ｓ６）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、マニュアルステアリングとして機能させることができる。
【００２４】
以上のように、本実施の形態では、通常時はステア・バイ・ワイヤ・システムとして機能させ、反力用アクチュエータ２０により適当な操舵反力を操舵部材２に与え、必要であればＶＧＲ機能を発揮させる。そして、操舵用アクチュエータ１２の故障発生時には、遊星ギヤ機構６の２要素をロックする簡便な構造にて、操舵部材２と舵取り機構４とを遊星ギヤ機構６を介して機械的に結合させ、マニュアル操舵による良好な操舵を達成できる。
【００２５】
次いで、図４乃至図７は本発明の別の実施の形態を示している。本実施の形態が図１の実施の形態と異なるのは下記である。すなわち、図４を参照して、第１の操舵軸３がアッパ軸３ａとロワ軸３ｂに分割され、これらのアッパ軸３ａとロワ軸３ｂが、例えばスプライン等を有する継手３１を介して一体回転可能で且つ軸方向に相対移動可能に連結される。
図４及び図５を参照して、ロワ軸３ｂに固定されたフランジ３２からロワ軸３ｂの軸方向と平行に延びる拘束手段を提供する棒状部材としての多数のニードル３３が円周等配に設けられる。これら拘束手段としてのニードル３３を、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に、図６に示すように、例えばサンギヤ１５及び遊星ギヤ１７の何れか一方の歯１５ａ（又は１７ａ）と他方の歯溝１７ｂ（又は１５ｂ）の間に、軸方向から入り込ませて、両ギヤ１５，１７の相対回転を拘束するようにしている。ニードル３３はロワ軸３ｂと一体回転し且つ軸方向に一体移動する。
【００２６】
また、ロワ軸３ｂにラックギヤ３４を設け、これにピニオンギヤ３５を噛み合わせている。ピニオンギヤ３５は駆動用のモータ３６により回転駆動され、このピニオンギヤ３５の回転がラックギヤ３４の軸方向移動に変換される。
制御部Ｃは駆動回路３７を介してモータ３６を制御し、通常時はロワ軸３ｂを昇降させ、これにより、ニードル３３をサンギヤ１５及び遊星ギヤ１７から離間する拘束解除位置と、サンギヤ１５と遊星ギヤ１７の噛み合い部分に挿入させる拘束位置とに変位させる。
【００２７】
なお、図示していないが、ピニオンギヤ３５及びモータ３６は、第１の操舵軸３と一体回転し且つアッパ軸３ａに対する軸方向移動を止められる、すわなち、ロワ軸３ｂに対して軸方向移動可能な部材に支持される。
次いで、図７は制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明するためのフローチャートである。図７を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＴ１）。
【００２８】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＴ１でＮＯ）、制御部Ｃが、モータ３６によりニードル３３を拘束解除位置に保持しておき（ステップＴ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＴ３）。
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＴ４）。
【００２９】
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＴ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（空回り可能な状態とする）と共に、駆動回路３７に制御信号を出力し、モータ３６によりロワ軸３ｂを下降させて、ニードル３３をサンギヤ１５と遊星ギヤ１７の噛み合い部分に挿入させる拘束位置に移動させる（ステップＴ５，Ｔ６）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、マニュアルステアリングとして機能させることができる。なお、この実施の形態では、リングギヤ１８を変形させていないので、反力用アクチュエータ２０を駆動することにより、操舵補助し、電動式動力舵取装置（ＥＰＳ）としても機能させることができる。
【００３０】
本実施の形態では、多数のニードル３３を多数設けることで、ニードル３３単体に負荷されるトルクを非常に小さくすることができるので、拘束時のニードル３３の破損を防止することができる。また、ニードル３３の先端部を尖らせておくことにより、回転中にギヤ１５，１７間の歯の隙間に、よりスムーズに挿入することができる。
なお、本実施の形態では、サンギヤ１５と遊星ギヤ１７との間にニードル３３を挿入したが、これに限らず遊星ギヤ１７とリングギヤ１８との間にニードルを挿入するようにしても良い。
【００３１】
図８は本発明の別の実施の形態を示している。図８を参照して、本実施の形態が図５の実施の形態と異なるのは、図５の実施の形態では、拘束手段としてニードル３３を用いたが、本実施の形態では、拘束手段として一対のセレーション部３８，３９を用いる。一方のセレーション部３８はサンギヤ１５の下部に一体に設けられる突軸４０に形成される。他方のセレーション部３９はキャリア１６に設けられる突軸４０用の嵌合孔４１の内周に形成される。他の構成については、図５の実施の形態と同様であるので、図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
本実施の形態においても、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に、突軸４０を嵌合孔４１に嵌合させてセレーション結合を達成し、図５の実施の形態と同様にマニュアルステアリングを実現することができる。また、遊星ギヤ機構６の２要素の拘束時にセレーション部３８，３９の各セレーション歯に負荷されるトルクを小さくできるので、セレーション歯の損傷を防止することができる。
図９は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図９を参照して、本実施の形態では、例えば第１の操舵軸３のロワ軸３ｂに、サンギヤ１５に隣接するテーパ部４２を設けて、これを拘束手段とする。テーパ部４２は操舵部材２側にいくにしたがってその径が次第に大きくなっている。
【００３３】
本実施の形態においても、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に、テーパ部４２を遊星ギヤ１７に噛み込ませ、例えばテーパ部４２の圧壊を伴って遊星ギヤ１７とサンギヤ１５（すなわち第１操舵軸３のロワ軸３ｂ）を互いに拘束させ、これにより、図５の実施の形態と同様にマニュアルステアリング又はＥＰＳを実現することができる。
特に、テーパ部４２を破壊しながら対応するギヤ１５，１７を互いに拘束するので、相対回転量が大きい場合でも容易に両ギヤ１５，１７を相拘束することができる。
【００３４】
図１０は本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の電気的構成の要部を示すブロック図である。図１０を参照し、本実施の形態が図４の実施の形態と主に異なるのは下記である。すなわち、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に相対回転を拘束される２要素としてのサンギヤ１５と遊星ギヤ１７（又はサンギヤ１５とキャリア１６）との回転数差を検出するための回転数差検出センサ４３を設けており、この回転数差検出センサ４３からの信号を制御部Ｃに与えるようにしている。また、制御部Ｃでは回転数差検出センサ４３により検出される回転数差が所定値以下になってからニードル３３をサンギヤ１５と遊星ギヤ１７の歯１５ａ，１７ａと歯溝１５ｂ，１７ｂの間に挿入して両ギヤ１５，１７を互いに拘束する。
【００３５】
図１１のフローチャートに基づいて、制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明する。制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＲ１）。
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＲ１でＮＯ）、制御部Ｃが、モータ３６によりニードル３３を拘束解除位置に保持しておき（ステップＲ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＲ３）。
【００３６】
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＲ４）。
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
【００３７】
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＲ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（ステップＲ５）。
次いで、回転数差検出センサ４３からの信号に基づいて、相対回転を拘束される２要素の回転数差を演算し（ステップＲ６）、演算された回転数差が所定値以下になることを条件として（ステップＲ７でＹＥＳ）、駆動回路３７に制御信号を出力し、モータ３６によりロワ軸３ｂを下降させて、拘束手段としてのニードル３３をサンギヤ１５と遊星ギヤ１７の噛み合い部分に挿入させる拘束位置に移動させる（ステップＲ８）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、マニュアルステアリング又はＥＰＳとして機能させることができる。
【００３８】
仮に、相対回転を拘束される２要素の回転数差が大きい段階でいきなり相対回転を拘束しようとすると、拘束手段としての例えばニードル３３に過大な負荷がかかり損傷等のおそれがあるが、本実施の形態では、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に拘束部材としてのニードル３３の損傷等のおそれなくマニュアル操舵に移行することができる。
次いで、図１２は図１１の実施の形態の制御の変更形態を示すフローチャートである。図１２を参照して、制御部Ｃは操舵用アクチュエータ１２が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＰ１）。
【００３９】
操舵用アクチュエータ１２に異常が発生していない場合には（ステップＰ１でＮＯ）、制御部Ｃが、モータ３６によりニードル３３を拘束解除位置に保持しておき（ステップＰ２）、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操作反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＰ３）。
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し（ＶＧＲ機能）、この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＰ４）。
【００４０】
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、操舵アクチュエータ１２に異常が発生すると（ステップＰ１でＹＥＳ）、回転数差検出センサ４３からの信号に基づいて、相対回転を拘束される２要素の回転数差を演算し（ステップＰ５）、演算された回転数差が所定値を超える場合には（ステップＰ６でＮＯ）、反力アクチュエータ１２を上記の回転数差を縮小させる方向に駆動し（ステップＰ７）、回転数差が所定値以下になることを条件として（ステップＰ６でＹＥＳ）、制御部Ｃが駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０をオフする（ステップＰ８）。
【００４１】
次いで、駆動回路３７に制御信号を出力し、モータ３６によりロワ軸３ｂを下降させて、拘束手段としてのニードル３３をサンギヤ１５と遊星ギヤ１７の噛み合い部分に挿入させる拘束位置に移動させる（ステップＰ９）。これにより、操舵部材２と舵取り機構４との間で、遊星ギヤ機構６を介する機械的な結合が達成され、マニュアルステアリング又はＥＰＳとして機能させることができる。
本実施の形態によれば、操舵用アクチュエータ１２の異常発生時に、拘束手段としてのニードル３３の損傷等のおそれなく、しかも早期にマニュアル操舵に移行することができる。
【００４２】
なお、図１１及び図１２の各実施の形態において、拘束手段として、ニードル３３に代えて、図１のプランジャ１３や、図８のセレーション部３８，３９や、図９のテーパ部４２を用いることもできる。
また、上記各実施の形態において、操舵部材２にサンギヤ１５が連なり、転舵輪９に遊星ギヤ１７を支持するキャリア１６が連なるようにしたが、これに限らず、操舵部材２に連なる第１要素、及び転舵輪９に連なる第２要素を、サンギヤ１５、キャリア１６及びリングギヤ１８の中から何れか２つを選び、残りのギヤを第３要素として、該第３要素に反力用アクチュエータ２０を駆動伝達可能に連結するようにすれば良い。尚、上記実施の形態において、操舵用アクチュエータの異常発生時に拘束手段を作用させ、マニュアルステアリング又はＥＰＳとして機能させる旨、記載したが、その際、反力用アクチュエータにも異常が発生していると、マニュアルステアリングとして機能する。
【００４３】
その他、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図５を除く各実施の形態において、遊星ギヤ機構６に代えて、遊星ローラ機構を用いることが可能である。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の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２】図２Ａ及び図２Ｂは拘束部材としてのプランジャの動作を説明するための概略図である。
【図３】図１の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施の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５】図４の実施の形態の遊星ギヤ機構の模式的斜視図である。
【図６】図４の実施の形態の拘束部材としてのニードルによる拘束状態を示すギヤの噛み合い部分の概略図である。
【図７】図４の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の遊星ギヤ機構の模式的斜視図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の遊星ギヤ機構の模式的斜視図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の制御部の電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１車両用操舵装置
２操舵部材
３第１操舵軸
３ａアッパ軸
３ｂロワ軸
４舵取り機構
５第２操舵軸
６遊星ギヤ機構（差動伝達機構）
７転舵軸
７ａラックギヤ
９転舵輪
Ａ操舵伝達系
１２操舵用アクチュエータ
１３プランジャ（拘束手段）
１４ピニオンギヤ
１５サンギヤ（第１要素）
１６キャリア（第２要素）
１７遊星ギヤ（第２要素）
１８リングギヤ（第３要素）
１８ａ内歯
１８ｂ外歯
１９駆動伝達ギヤ
２０反力用アクチュエータ
Ｃ制御部
２４操舵角センサ
２５トルクセンサ
２６転舵位置センサ
２７車速センサ
２８，２９，３０駆動回路
３１継手
３４ラックギヤ
３５ピニオンギヤ
３３ニードル（棒状部材。拘束部材）
３６モータ
３７駆動回路
３８，３９セレーション部（拘束部材）
４０突軸
４２嵌合孔
４２テーパ部（拘束部材）
４３回転数差検出センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus that steers steered wheels based on an operation of a steering member.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a steer-by-wire system vehicle steering apparatus in which a mechanical connection between a steering member such as a steering wheel and a steered wheel is released and a part of a steering transmission system is configured by an electrical path. Is provided.
For example, in the apparatus disclosed in JP-A-1-233170, the steering position of the steering wheel is detected by an encoder provided on the steering shaft, and the traveling direction of the vehicle is detected by a yaw rate gyro. Then, the steered wheels are steered so that the deviation between the detected travel change instruction value based on the steering position and the actual travel direction change amount based on the yaw rate gyro detection result becomes zero.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this type of steer-by-wire system, for example, it is important to take a fail-safe measure against when an electric motor as a steering actuator is broken or the like.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus capable of achieving good steering even when a so-called steer-by-wire failure occurs.
[0004]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a differential transmission mechanism interposed in a steering transmission system from a steering member to a steered wheel, and the differential transmission mechanism includes a sun member, a planetary member, and a ring member. Among these three members, two members are a first element connected to the steering member and a second element connected to the steered wheel, and the remaining members are associated with the first and second elements. A steering actuator for turning the steered wheels, a reaction force actuator connected to the third element of the differential transmission mechanism so as to be capable of driving transmission, and a steering force applied to the steering member; A restraining means for restraining relative rotation of the two elements of the differential transmission mechanism when an abnormality occurs in the steering actuator;The driving means for driving the restraining means to the restraining position and the restraining means on condition that the rotational speed difference between the two elements restraining relative rotation of the steering actuator when an abnormality occurs in the steering actuator is less than a predetermined value. A control unit for controlling the driving means to drive to the restraining position;It is characterized by providing.
[0005]
  In the present invention, normally, appropriate torque is applied to the steering member via the differential transmission mechanism by generating an appropriate torque in the reaction force actuator. In addition, when an abnormality occurs in the steering actuator, by restraining the relative rotation of the two elements of the differential transmission mechanism, the entire differential transmission mechanism rotates integrally, and manual steering can be achieved. it can. Alternatively, steering assist can be provided as an electric power steering apparatus by driving a reaction force actuator.
  If it is attempted to restrain relative rotation suddenly at a stage where the difference in rotational speed between the two elements restrained by relative rotation is large, for example, an excessive load may be applied to the restraining means, which may cause damage. When an abnormality occurs in the actuator, it is possible to shift to manual steering or steering assist by driving the reaction force actuator without fear of damage of the restraining means.
[0006]
  The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1.,UpThe restraining means includes a pressing means for deforming the ring member of the planetary transmission mechanism. In the present invention, when the abnormality occurs in the steering actuator, the ring member is deformed by the pressing means, so that the relative rotation between the ring member and the planetary member is restricted, and the planetary transmission mechanism can be rotated integrally. As the pressing means, for example, a solenoid or other electromagnetic plunger, or a hydraulic plunger can be used.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the differential transmission mechanism includes a planetary gear mechanism including a sun gear, a planetary gear, and a ring gear, and the restraining means corresponds to at least two gears of the planetary gear mechanism. A rod-like member that can be inserted from the axial direction between the teeth and the tooth gap is included. In the present invention, when an abnormality occurs in the steering actuator, a rod-like member is inserted into the meshing portion of the two elements of the planetary gear mechanism, thereby restraining the relative rotation of the two elements and rotating the planetary gear mechanism integrally. It becomes possible.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the two elements of the differential transmission mechanism can be moved relative to each other in the axial direction, and the restraining means is provided to each of the two elements that are relatively movable in the axial direction. It includes a pair of serrations that can be combined. In the present invention, when an abnormality occurs in the steering actuator, the two elements are moved relative to each other in the axial direction to couple the serration portion, thereby restraining the relative rotation of the two elements and rotating the differential transmission mechanism integrally. It becomes possible.
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the two elements of the differential transmission mechanism can be moved relative to each other in the axial direction, and the restraining means can be moved to any one of the two elements that can move relative to each other in the axial direction. The taper part provided is included, It is characterized by the above-mentioned. In the present invention, when an abnormality occurs in the steering actuator, the tapered portion is engaged with the corresponding gear, for example, the two elements are locked to each other together with the crushing of the tapered portion, thereby rotating the differential transmission mechanism integrally. It becomes possible to make it.
[0011]
  Claim6The described invention is claimed.1The control unit drives the reaction force actuator so that the difference in rotational speed between the two elements restrained in relative rotation with each other when an abnormality occurs in the steering actuator is equal to or less than a predetermined value. is there. In the present invention, when an abnormality occurs in the steering actuator, it is possible to shift to manual steering or steering assist by driving the reaction force actuator at an early stage without fear of damage to the restraining means.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the present steering apparatus 1 is provided with a first steering shaft 3 coupled to a steering member 2 such as a steering wheel so as to be integrally rotatable, and coaxially with the first steering shaft 3. A planetary transmission mechanism constituting a differential transmission mechanism for allowing differential rotation between the second steering shaft 5 connected to the steering mechanism 4 such as a rack and pinion mechanism and the first and second steering shafts 3, 5. As a planetary gear mechanism 6.
[0013]
The steering mechanism 4 includes a steered shaft 7 that extends in the left-right direction of the vehicle, and a knuckle arm 10 that is coupled to both ends of the steered shaft 7 via tie rods 8 and supports the steered wheels 9. The steered shaft 7 is supported by a housing 11 and is slidable in the axial direction. A steering actuator 12 made of an electric motor is coaxially incorporated in the middle of the steered shaft 7. The driving rotation of the steering actuator 12 is converted into sliding of the steered shaft 7 by a motion converting mechanism such as a ball screw mechanism, and the steered wheels 9 are steered by sliding of the steered shaft 7.
[0014]
A feature of the present embodiment is that the steering device 1 is normally steer-by-wire in which mechanical connection is broken in the middle of the steering transmission system A from the steering member 2 to the steered wheels 9 in the normal state. -Functions as an electric power steering system, and when a failure occurs in the steering actuator 12, the plunger 13 serving as a restraining means restrains the relative rotation of the two elements of the planetary gear mechanism 6, thereby the steering member 2 and the steered wheels 9 They are mechanically connected between them to function as manual steering. As the plunger 13, a solenoid or other electromagnetic plunger or a hydraulic plunger can be used, but in the present embodiment, a description will be given based on the case where the electromagnetic plunger 13 is used.
[0015]
A rack gear 7a is formed on a part of the steered shaft 7, and the rack gear 7a meshes with a pinion gear 14 provided at an end of the second steering shaft 5 and rotating integrally with the second steering shaft 5. ing. As will be described later, when the second steering shaft 5 is driven to rotate in response to the operation of the steering member 2 when the steering actuator 12 fails, the rotation of the second steering shaft 5 is rotated by the pinion gear 14 and the rack gear 7a. It is converted into sliding of the rudder shaft 7, and the turning of the steered wheels 9 is achieved.
[0016]
The planetary gear mechanism 6 is rotatably held by a sun gear 15 as a first element on the input side and connected to an end of the first steering shaft 3 so as to be integrally rotatable, and a carrier 16 on the output side. A plurality of planetary gears 17 as second elements that mesh with each other, and a ring gear 18 having inner teeth 18a that mesh with each planetary gear 17 on the inner periphery. The ring gear 18 forms, for example, a worm wheel by forming external teeth 18b. The external teeth 18b are drivingly connected to a reaction force actuator 20 for applying an operation reaction force to the steering member 2 via a drive transmission gear 19 made of, for example, a worm. The reaction force actuator 20 is composed of, for example, an electric motor, and its casing is fixed at an appropriate position on the vehicle body.
[0017]
2A and 2B are schematic diagrams for explaining the function of the relative rotation restraining means. Referring to FIG. 2A, the electromagnetic plunger 13 is fixed to a support member 21 that rotates integrally with the ring gear 18, and extends and contracts from the fixed portion 22 to external teeth 18 b that are outer peripheral surfaces of the ring gear 18. The movable part 23 which can be pressed is provided. Plural plungers 13 are provided, and are arranged at equal intervals on a circumference concentric with the ring gear 18. The movable portion 23 of the plunger 13 is normally reduced and separated from the ring gear 18.
[0018]
When an abnormality occurs in the steering actuator 12, the plunger 13 is caused to elongate the movable portion 23 as shown in FIG. 2B by exciting a built-in solenoid, for example, and a part of the outer teeth 18b of the ring gear 18 is extended. Push inward in the radial direction to deform. Thereby, the relative rotation of the ring gear 18 and the planetary gear 17 is restrained, and the entire planetary gear mechanism 6 rotates integrally. As a result, the rotation of the steering member 2 is transmitted to the pinion gear 13 at 1: 1, and the vehicle steering device 1 can be brought into a manual steering state.
[0019]
Referring to FIG. 1 again, the steering actuator 12, the reaction force actuator 20, and the plunger 13 are controlled by a control unit C including a microprocessor and the like.
The first steering shaft 3 includes a steering angle sensor 24 as a steering position sensor for detecting a steering angle (steering position) by the steering member 2, and a torque sensor 25 for detecting a steering torque input from the steering member 2. Is provided. Detection signals from the steering angle sensor 24 and the torque sensor 25 are input to the control unit C.
[0020]
The steered shaft 8 is provided with a steered position sensor 26 for detecting the steered position in relation to the axial position of the steered shaft 7, and the detection signal from the steered position sensor 26 is also controlled. Part C is input. Further, a detection signal from a vehicle speed sensor 27 for detecting the vehicle speed is input to the control unit C.
The control unit C outputs control signals to drive circuits 28, 29, and 30 for driving the steering actuator 12, the reaction force actuator 20, and the plunger 13, respectively, based on the input signals from the sensors.
[0021]
FIG. 3 is a flowchart for explaining steering control processing executed by the control unit C. Referring to FIG. 3, control unit C monitors whether or not steering actuator 12 is operating normally (step S1).
When no abnormality has occurred in the steering actuator 12, the control unit C releases the excitation of the electromagnetic plunger 13 (step S2), and the reaction force actuator 20 responds to, for example, the road surface reaction force. Torque for applying the operation reaction force to the steering member 2 is generated (step S3).
[0022]
Further, for example, a ratio (transmission ratio, gear ratio) between the rotation amount of the steering member 2 and the turning amount of the steered wheels 9 is set according to the traveling state of the vehicle [VGR (Variable Gear Ratio) function], and this setting The voltage command value of the steering actuator 12 is set based on the transmission ratio and the operation amount of the steering member 2, and a control signal corresponding to the voltage command value is given to the drive circuit 28 to drive the steering actuator 12. Control (step S4).
As a result, torque for sliding the steered shaft 7 in the direction corresponding to the operation direction of the steering member 2 is output from the steering actuator 12, which is good according to the traveling state of the vehicle and the operation mode of the steering member 2. Steering is achieved. It is not always necessary to set the VGR function.
[0023]
Thus, if an abnormality occurs in the steering actuator 12 while driving the steering actuator 12 is controlled (YES in step S1), the control unit C outputs a control signal to the drive circuit 29 to turn off the reaction force actuator 20. In addition, the control signal is output to the drive circuit 30 and the plunger 13 that has been de-energized as shown in FIG. 2A is excited as shown in FIG. 2B (step S5). S6). Thereby, the mechanical coupling via the planetary gear mechanism 6 is achieved between the steering member 2 and the steering mechanism 4, and it can function as a manual steering.
[0024]
As described above, in the present embodiment, in the normal state, it functions as a steer-by-wire system, an appropriate steering reaction force is applied to the steering member 2 by the reaction force actuator 20, and the VGR function is provided if necessary. Make it work. When a failure of the steering actuator 12 occurs, the steering member 2 and the steering mechanism 4 are mechanically coupled via the planetary gear mechanism 6 with a simple structure that locks the two elements of the planetary gear mechanism 6. Good steering by steering can be achieved.
[0025]
Next, FIGS. 4 to 7 show another embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 as follows. That is, referring to FIG. 4, the first steering shaft 3 is divided into an upper shaft 3a and a lower shaft 3b, and these upper shaft 3a and lower shaft 3b rotate integrally through a joint 31 having, for example, a spline or the like. It is possible and is connected so as to be relatively movable in the axial direction.
Referring to FIGS. 4 and 5, a large number of needles 33 as rod-shaped members providing a restraining means extending in parallel with the axial direction of the lower shaft 3b from a flange 32 fixed to the lower shaft 3b are provided at equal circumferences. It is done. When an abnormality occurs in the steering actuator 12, the needle 33 serving as the restraining means is, for example, one of the teeth 15a (or 17a) of the sun gear 15 and the planetary gear 17 and the other tooth groove 17b (see FIG. 6). Alternatively, during 15b), the relative rotation of both the gears 15 and 17 is restricted by entering from the axial direction. The needle 33 rotates integrally with the lower shaft 3b and moves integrally in the axial direction.
[0026]
A rack gear 34 is provided on the lower shaft 3b, and a pinion gear 35 is engaged with the rack gear 34. The pinion gear 35 is rotationally driven by a drive motor 36, and the rotation of the pinion gear 35 is converted into the axial movement of the rack gear 34.
The control unit C controls the motor 36 via the drive circuit 37, and normally moves the lower shaft 3b up and down, whereby the needle 33 moves away from the sun gear 15 and the planetary gear 17, and the sun gear 15 and the planetary gear. It is displaced to a restraining position to be inserted into the meshing portion of the gear 17.
[0027]
Although not shown, the pinion gear 35 and the motor 36 rotate integrally with the first steering shaft 3 and can stop axial movement with respect to the upper shaft 3a, that is, move axially with respect to the lower shaft 3b. Supported by possible members.
Next, FIG. 7 is a flowchart for explaining the steering control process executed by the control unit C. Referring to FIG. 7, control unit C monitors whether or not steering actuator 12 is operating normally (step T1).
[0028]
If no abnormality has occurred in the steering actuator 12 (NO in step T1), the controller C keeps the needle 33 in the restraint release position by the motor 36 (step T2), and the reaction force actuator 20 Thus, for example, a torque for applying an operation reaction force corresponding to the road surface reaction force to the steering member 2 is generated (step T3).
Further, for example, a ratio (transmission ratio, gear ratio) between the rotation amount of the steering member 2 and the steered amount of the steered wheels 9 is set (VGR function) according to the traveling state of the vehicle, and the set transmission ratio and steering are set. A voltage command value of the steering actuator 12 is set based on the operation amount of the member 2, and a control signal corresponding to the voltage command value is given to the drive circuit 28 to drive and control the steering actuator 12 (step T4). ).
[0029]
As a result, torque for sliding the steered shaft 7 in the direction corresponding to the operation direction of the steering member 2 is output from the steering actuator 12, which is good according to the traveling state of the vehicle and the operation mode of the steering member 2. Steering is achieved. It is not always necessary to set the VGR function.
Thus, if an abnormality occurs in the steering actuator 12 while driving the steering actuator 12 is controlled (YES in step T1), the control unit C outputs a control signal to the drive circuit 29 to turn off the reaction force actuator 20. In addition, the control signal is output to the drive circuit 37, the lower shaft 3b is lowered by the motor 36, and the needle 33 is inserted into the meshing portion of the sun gear 15 and the planetary gear 17 to the restraining position. Move (steps T5 and T6). Thereby, the mechanical coupling via the planetary gear mechanism 6 is achieved between the steering member 2 and the steering mechanism 4, and it can function as a manual steering. In this embodiment, since the ring gear 18 is not deformed, the reaction force actuator 20 can be driven to assist steering and to function as an electric power steering device (EPS).
[0030]
In the present embodiment, by providing a large number of needles 33, the torque applied to the needles 33 alone can be made very small, so that the breakage of the needles 33 during restraint can be prevented. Further, by sharpening the tip of the needle 33, it can be inserted more smoothly into the tooth gap between the gears 15 and 17 during rotation.
In the present embodiment, the needle 33 is inserted between the sun gear 15 and the planetary gear 17, but the present invention is not limited to this, and a needle may be inserted between the planetary gear 17 and the ring gear 18.
[0031]
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, this embodiment differs from the embodiment of FIG. 5 in that the needle 33 is used as the restraining means in the embodiment of FIG. A pair of serrations 38 and 39 is used. One serration portion 38 is formed on a projecting shaft 40 provided integrally with the lower portion of the sun gear 15. The other serration portion 39 is formed on the inner periphery of the fitting hole 41 for the projecting shaft 40 provided in the carrier 16. Since other configurations are the same as those of the embodiment of FIG. 5, the same reference numerals are given to the drawings and description thereof is omitted.
[0032]
Also in the present embodiment, when an abnormality occurs in the steering actuator 12, the protruding shaft 40 is fitted into the fitting hole 41 to achieve serration coupling, and manual steering is realized as in the embodiment of FIG. Can do. Further, since the torque applied to the serration teeth of the serration portions 38 and 39 when the two elements of the planetary gear mechanism 6 are restrained can be reduced, damage to the serration teeth can be prevented.
FIG. 9 shows still another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, in the present embodiment, for example, a tapered portion 42 adjacent to the sun gear 15 is provided on the lower shaft 3b of the first steering shaft 3, and this is used as a restraining means. The diameter of the taper portion 42 gradually increases toward the steering member 2 side.
[0033]
Also in the present embodiment, when an abnormality occurs in the steering actuator 12, the tapered portion 42 is engaged with the planetary gear 17, and for example, the planetary gear 17 and the sun gear 15 (that is, the first steering shaft 3) are accompanied by the collapse of the tapered portion 42. Thus, manual steering or EPS can be realized as in the embodiment of FIG.
In particular, the gears 15 and 17 corresponding to each other are restrained while destroying the tapered portion 42, so that both gears 15 and 17 can be easily restrained even when the relative rotation amount is large.
[0034]
FIG. 10 is a block diagram showing the main part of the electrical configuration of a vehicle steering system according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, this embodiment is mainly different from the embodiment of FIG. That is, a rotational speed difference detection sensor 43 for detecting a rotational speed difference between the sun gear 15 and the planetary gear 17 (or the sun gear 15 and the carrier 16) as two elements whose relative rotation is restricted when an abnormality occurs in the steering actuator 12. The signal from the rotation speed difference detection sensor 43 is given to the control unit C. Further, in the control unit C, the needle 33 is moved between the teeth 15a and 17a of the sun gear 15 and the planetary gear 17 and the tooth grooves 15b and 17b after the rotation speed difference detected by the rotation speed difference detection sensor 43 becomes a predetermined value or less. Inserting both the gears 15 and 17 restrains each other.
[0035]
The steering control process executed by the control unit C will be described based on the flowchart of FIG. The controller C monitors whether or not the steering actuator 12 is operating normally (step R1).
If no abnormality has occurred in the steering actuator 12 (NO in step R1), the controller C keeps the needle 33 in the restraint release position by the motor 36 (step R2), and the reaction force actuator 20 Thus, for example, torque for applying an operation reaction force corresponding to the road surface reaction force to the steering member 2 is generated (step R3).
[0036]
Further, for example, a ratio (transmission ratio, gear ratio) between the rotation amount of the steering member 2 and the steered amount of the steered wheels 9 is set (VGR function) according to the traveling state of the vehicle, and the set transmission ratio and steering are set. A voltage command value for the steering actuator 12 is set based on the amount of operation of the member 2, and a control signal corresponding to the voltage command value is given to the drive circuit 28 to drive and control the steering actuator 12 (step R4). ).
As a result, torque for sliding the steered shaft 7 in the direction corresponding to the operation direction of the steering member 2 is output from the steering actuator 12, which is good according to the traveling state of the vehicle and the operation mode of the steering member 2. Steering is achieved. It is not always necessary to set the VGR function.
[0037]
Thus, if an abnormality occurs in the steering actuator 12 while driving the steering actuator 12 is controlled (YES in step R1), the control unit C outputs a control signal to the drive circuit 29 to turn off the reaction force actuator 20. (Step R5).
Next, based on the signal from the rotational speed difference detection sensor 43, the rotational speed difference between the two elements restrained in relative rotation is calculated (step R6), and the calculated rotational speed difference is less than or equal to a predetermined value. (YES in step R7), a control signal is output to the drive circuit 37, the lower shaft 3b is lowered by the motor 36, and the needle 33 as the restraining means is inserted into the meshing portion of the sun gear 15 and the planetary gear 17 (Step R8). Thereby, the mechanical coupling | bonding via the planetary gear mechanism 6 is achieved between the steering member 2 and the steering mechanism 4, and it can function as manual steering or EPS.
[0038]
If the relative rotation is suddenly restricted at a stage where the rotational speed difference between the two elements restricted in relative rotation is large, an excessive load may be applied to the needle 33 serving as the restraining means, which may cause damage. In this embodiment, when the steering actuator 12 is abnormal, it is possible to shift to manual steering without fear of damage to the needle 33 as a restraining member.
Next, FIG. 12 is a flowchart showing a modified form of control of the embodiment of FIG. Referring to FIG. 12, control unit C monitors whether or not steering actuator 12 is operating normally (step P1).
[0039]
If no abnormality has occurred in the steering actuator 12 (NO in step P1), the controller C keeps the needle 33 in the restraint release position by the motor 36 (step P2), and the reaction force actuator 20 Thus, for example, torque for applying an operation reaction force corresponding to the road surface reaction force to the steering member 2 is generated (step P3).
Further, for example, a ratio (transmission ratio, gear ratio) between the rotation amount of the steering member 2 and the steered amount of the steered wheels 9 is set (VGR function) according to the traveling state of the vehicle, and the set transmission ratio and steering are set. A voltage command value for the steering actuator 12 is set based on the amount of operation of the member 2, and a control signal corresponding to the voltage command value is given to the drive circuit 28 to drive and control the steering actuator 12 (step P4). ).
[0040]
As a result, torque for sliding the steered shaft 7 in the direction corresponding to the operation direction of the steering member 2 is output from the steering actuator 12, which is good according to the traveling state of the vehicle and the operation mode of the steering member 2. Steering is achieved. It is not always necessary to set the VGR function.
Thus, if an abnormality occurs in the steering actuator 12 while driving the steering actuator 12 (YES in step P1), the two elements whose relative rotation is restricted based on the signal from the rotational speed difference detection sensor 43. (Step P5), and if the calculated rotational speed difference exceeds a predetermined value (NO in step P6), the reaction force actuator 12 is driven in a direction to reduce the rotational speed difference. (Step P7) On condition that the difference in rotation speed is equal to or less than a predetermined value (YES in Step P6), the control unit C outputs a control signal to the drive circuit 29 and turns off the reaction force actuator 20 (Step P8). .
[0041]
Next, a control signal is output to the drive circuit 37, the lower shaft 3b is lowered by the motor 36, and the needle 33 as the restraining means is moved to the restraining position where it is inserted into the meshing portion of the sun gear 15 and the planetary gear 17 (step P9). ). Thereby, the mechanical coupling | bonding via the planetary gear mechanism 6 is achieved between the steering member 2 and the steering mechanism 4, and it can function as manual steering or EPS.
According to the present embodiment, when an abnormality occurs in the steering actuator 12, it is possible to shift to manual steering at an early stage without fear of damaging the needle 33 as the restraining means.
[0042]
11 and 12, instead of the needle 33, the plunger 13 in FIG. 1, the serration portions 38 and 39 in FIG. 8, and the taper portion 42 in FIG. 9 are used as the restraining means. You can also.
Further, in each of the above embodiments, the sun gear 15 is connected to the steering member 2 and the carrier 16 that supports the planetary gear 17 is connected to the steered wheel 9. However, the present invention is not limited to this, and the first element that is connected to the steering member 2. The second element connected to the steered wheel 9 is selected from any one of the sun gear 15, the carrier 16, and the ring gear 18, the remaining gear is set as the third element, and the reaction force actuator 20 is provided in the third element. What is necessary is just to make it connect so that drive transmission is possible. In the above embodiment, it has been described that the restraining means is operated when an abnormality occurs in the steering actuator and functions as manual steering or EPS. However, at that time, the reaction force actuator is also abnormal. , Function as manual steering.
[0043]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in each embodiment except for FIG. 5, a planetary roller mechanism can be used instead of the planetary gear mechanism 6. In addition, various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are schematic views for explaining the operation of a plunger as a restraining member. FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of steering control of the vehicle steering apparatus of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view of the planetary gear mechanism of the embodiment of FIG.
6 is a schematic view of a gear meshing portion showing a restrained state by a needle as a restraining member of the embodiment of FIG. 4; FIG.
7 is a flowchart showing a flow of steering control of the vehicle steering apparatus of FIG. 4; FIG.
FIG. 8 is a schematic perspective view of a planetary gear mechanism of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic perspective view of a planetary gear mechanism of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of a control unit of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
11 is a flowchart showing a flow of steering control of the vehicle steering apparatus of FIG. 10;
FIG. 12 is a flowchart showing a flow of steering control of a vehicle steering system according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Vehicle steering system
2 Steering member
3 First steering shaft
3a Upper shaft
3b Lower shaft
4 Steering mechanism
5 Second steering shaft
6 Planetary gear mechanism (differential transmission mechanism)
7 Steering shaft
7a Rack gear
9 steered wheels
A Steering transmission system
12 Steering actuator
13 Plunger (restraint means)
14 Pinion gear
15 Sun gear (first element)
16 Carrier (second element)
17 Planetary gear (second element)
18 Ring gear (third element)
18a internal teeth
18b external teeth
19 Drive transmission gear
20 Reaction force actuator
C control unit
24 Steering angle sensor
25 Torque sensor
26 Steering position sensor
27 Vehicle speed sensor
28, 29, 30 Drive circuit
31 Fitting
34 Rack gear
35 pinion gear
33 Needle (bar-like member, restraining member)
36 motor
37 Drive circuit
38, 39 Serration part (restraint member)
40 projecting shaft
42 Mating hole
42 Tapered part (restraint member)
43 Speed difference detection sensor

Claims

A differential transmission mechanism interposed in a steering transmission system from the steering member to the steered wheel, the differential transmission mechanism including a planetary transmission mechanism including a sun member, a planetary member, and a ring member, and among these three members The two members are a first element connected to the steering member and a second element connected to the steered wheel, and the remaining members are third elements that associate the first and second elements,
Furthermore, a steering actuator for turning the steered wheels,
A reaction force actuator coupled to the third element of the differential transmission mechanism so as to be capable of driving transmission, and for applying a steering reaction force to the steering member;
A restraining means for restraining relative rotation of the two elements of the differential transmission mechanism when an abnormality occurs in the steering actuator ;
Driving means for driving the restraining means to the restraining position;
A controller for controlling the driving means to drive the restraining means to the restraining position on condition that the difference in rotational speed between the two elements restraining relative rotation of each other when the steering actuator is abnormal is less than a predetermined value; A vehicle steering apparatus characterized by the above.

The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the restraining means includes a pressing means for deforming a ring member of the planetary transmission mechanism.

2. The differential transmission mechanism according to claim 1, wherein the differential transmission mechanism includes a planetary gear mechanism including a sun gear, a planetary gear, and a ring gear, and the restraining means is a shaft between corresponding teeth and tooth grooves of at least two gears of the planetary gear mechanism. A vehicle steering apparatus comprising a rod-like member that can be inserted from a direction.

2. The two elements of the differential transmission mechanism according to claim 1, wherein the two elements of the differential transmission mechanism can be relatively moved in the axial direction, and the restraining means includes a pair of serration portions that can be coupled to each other provided on the two elements that can be relatively moved in the axial direction. A vehicle steering apparatus comprising:

2. The differential transmission mechanism according to claim 1, wherein the two elements of the differential transmission mechanism are relatively movable in the axial direction, and the restraining means includes a tapered portion provided in one of the two elements relatively movable in the axial direction. A vehicle steering apparatus.

The control unit according to claim 1, wherein the control unit drives the reaction force actuator so that a difference in rotational speed between the two elements restrained in relative rotation when the abnormality occurs in the steering actuator is equal to or less than a predetermined value. A vehicle steering apparatus.