JP4333380B2 - 車両操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵制御を行う車両操舵装置に関するものである。

従来、車両操舵装置として、特開平１１−１５２０５４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所定の伝達比で可変とするものが知られている。この車両操舵装置は、車速に基づいて操舵量と転舵量の伝達比を設定し、その伝達比を用い操舵角センサにより検出される操舵量に応じて転舵量を決定する。
特開平１１−１５２０５４号公報

このような車両操舵装置において、操舵角センサに異常が発生した場合、正確な操舵量が得られないため、操舵制御が困難となる。また、ハンドルの操舵量が検出できないと、車両挙動制御やサスペンション制御などその他の車両制御も適切な実行が困難となる。

そこで本発明は、操舵角センサの作動異常時において適切な車両制御を実行可能とする車両操舵装置を提供することを目的とする。

すなわち、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センサと、ハンドル側に連結される入力軸及び転舵輪側に連結される出力軸を有しステータを車両のボディ側に取り付けたモータを回転駆動させることにより入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、出力軸とモータの回転軸との相対回転を制限することによって入力軸と出力軸の相対的な回転を禁止するロック機構と、操舵角センサが作動異常となった場合に、ロック機構をロック状態として入力軸と出力軸の相対的な回転を禁止させモータの回転軸の回転角を検出する回転センサの出力信号に基づいてハンドルの操舵角を取得する操舵角取得手段とを備えて構成されている。

また本発明に係る車両操舵装置において、前述の操舵角取得手段は、操舵角センサの作動異常時におけるハンドル操舵角に回転センサの出力を加えることによりハンドルの操舵角を演算するものであることが好ましい。

これらの発明によれば、操舵角センサが作動異常となった場合にロック機構をロック状態とすることにより伝達比可変手段の入力軸と出力軸の相対的な回転を禁止する。これにより、伝達比を変化させる操舵制御ができなくなるが、ハンドル側に連結される入力軸とモータの回転軸が一体に回転するため、モータの回転センサによりハンドルの操舵角を検出することが可能となる。従って、操舵角センサの異常時においてもハンドル操舵角を取得でき、ハンドル操舵角を用いて制御を実行する操舵制御以外の車両制御を適切に実行することができる。

本発明によれば、操舵角センサの作動異常時において適切な車両制御を実行可能とする車両操舵装置を提供することができる。

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。

図１は本発明の実施形態に係る車両操舵装置の構成概要図である。

本図に示すように、車両操舵装置１には、ハンドル２の操舵力を転舵輪に伝達させる操舵伝達系に伝達比可変機構３が設けられている。伝達比可変機構３は、ハンドル側に連結される入力軸４と転舵輪側に連結される出力軸５とを有しており、その入力軸４−出力軸５間の伝達比を変化させる伝達比可変手段である。

伝達比可変機構３の入力軸４は、ハンドル２に接続されている。伝達比可変機構３の出力軸５は、例えばラックアンドピニオン式で構成されるギヤ装置（図示なし）を介して転舵輪（図示なし）に接続されている。ギヤ装置は、出力軸５の回転入力によりタイロッド（図示なし）を移動させて転舵輪を転舵させる。入力軸４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４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３は、モータ６と減速機７を備えている。モータ６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６のステータ６ａは、車両のボディ３０側に取り付けられている。このため、モータ６のステータ６ａは、車両操舵装置１が作動しても、回転しない。モータ６のロータ６ｂは、減速機７に接続されている。

減速機７は、モータ６の回転出力を減速して出力する減速手段である。この減速機７は、ハンドル操舵角θ１に対しモータ回転角θ２の減速分を加減して出力軸５を回転させる。減速機７としては、例えば波動歯車機構が用いられる。また、伝達比可変機構３には、回転センサ１２が設けられている。回転センサ１２は、モータ６の回転軸６ｃの回転角などの回転状態を検出するセンサである。

操舵角センサ１０及び回転センサ１２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（図示なし）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、車速センサなどの検出信号に基づいてモータ６に駆動信号を出力して伝達比を調整し操舵制御を行う。

モータ６と操舵制御器２０を電気的に接続するケーブル４０ａ、４０ｂは、モータ６のステータ６ａがボディ側に取り付けられているため、スパイラルケーブルなどの長さ可変タイプのものを用いる必要がなく、普通のケーブルを用いることができる。従って、車両操舵装置１を簡易な構成とすることができる。

車両操舵装置１には、ロック機構８が設けられている。ロック機構８は、入力軸４と出力軸５の相対的な回転を制限するものである。このロック機構８は、出力軸５とモータ６の回転軸６ｃをロックして、その出力軸５とモータ６の回転軸６ｃの相対回転を禁止することにより、入力軸４と出力軸５の相対的な回転を制限するものである。ロック機構８は、モータ６の回転軸６ｃに取り付けられるロックホルダ８１と、出力軸５と一体に設けられロックホルダ８１に係合してその回転を制限するロックレバー８２とを備えている。

図２は、本実施形態に係る車両操舵装置１における減速機７の説明図である。

図２に示すように、減速機７は、波動歯車機構を用いて構成されるものであり、第一サーキュラスプライン７３、第二サーキュラスプライン７４、ウエーブジェネレータ７５及びフレクスプライン７６を備えている。これらの第一サーキュラスプライン７３、第二サーキュラスプライン７４、ウエーブジェネレータ７５及びフレクスプライン７６は、モータ６の回転軸６を中心とする同軸上に配設されている。

第一サーキュラスプライン７３は、内周面に複数の歯７３ａを形成してなるリング状の部材であり、ハウジング７１と一体に設けられ入力軸４（図１参照）と共に回転する。第二サーキュラスプライン７４は、内周面に複数の歯７４ａを形成してなるリング状の部材であり、出力軸５と一体に設けられ出力軸５と共に回転する。

ウエーブジェネレータ７５は、楕円形の部材であって、第一サーキュラスプライン７３及び第二サーキュラスプライン７４の内側に配置できる大きさに形成されている。ウエーブジェネレータ７５は、モータ６の回転軸６ｃに取り付けられており、その回転軸６ｃと共に回転する。

フレクスプライン７６は、環状のベルト部材であり、外周面に歯７６ａが形成されている。フレクスプライン７６は、弾性変形可能な材料により形成され、ウエーブジェネレータ７５の外周に装着される。そして、フレクスプライン７６は、ウエーブジェネレータ７５に装着された状態で、歯７６ａを歯７３ａ及び歯７４ａに噛合させて第一サーキュラスプライン７３及び第二サーキュラスプライン７４の内側に配置される。

第二サーキュラスプライン７４の歯７４ａとフレクスプライン７６の歯７６ａは同数形成され、第一サーキュラスプライン７３の歯７３ａは歯７４ａ及び歯７６ａより所定数多く形成されている。例えば、歯７４ａ及び歯７６ａの歯数は１００とされ、歯７３ａの歯数は１０２とされる。

フレクスプライン７６は、ウエーブジェネレータ７５の長軸部分でのみ第一サーキュラスプライン７３の歯７３ａと噛み合っており、短軸部分では離れた状態となっている。この状態で、モータ６の回転軸６ｃが回転すると、それに伴ってウエーブジェネレータ７５が回転する。このとき、ウエーブジェネレータ７５の回転により歯７３ａと歯７６ａの噛合位置が移動していくが、歯７６ａが歯７３ａより少ない分だけ、ウエーブジェネレータ７５の回転方向と逆の方向にフレクスプライン７６が回転することとなる。すなわち、ウエーブジェネレータ７５が一回転すると、フレクスプライン７６及び第二サーキュラスプライン７４がその反対方向に二歯分だけ回転することとなる。

図３に本実施形態に係る車両操舵装置のロック機構の説明図を示す。

図３に示すように、ロックホルダ８１は、円盤状の部材であり、その外周に複数の溝８１ａが形成されている。このロックホルダ８１は、モータ６の回転軸６ｃに取り付けられており、回転軸６ｃと共に回転する。

ロックレバー８２は、出力軸５側に取り付けられている。ロックレバー８２は、ソレノイド８３の作動によりロックホルダ８１に対し接近及び離間する。このロックレバー８２がロックホルダ８１の溝８１ａに係合することにより、ロック機構８がロック状態となる。その際、ロックレバー８２が出力軸５側に取り付けられ、ロックホルダ８１が回転軸６ｃに取り付けられているため、出力軸５とモータ６の回転軸６ｃの相対回転が禁止され、これによって入力軸４と出力軸５の相対的な回転が制限されることとなる。

次に本実施形態に係る車両操舵装置の動作について説明する。

図４に本実施形態に係る車両操舵装置の動作についてフローチャートを示す。この図４の制御処理は、操舵制御器２０により実行される。図４のＳ１０に示すように、操舵角センサ１０が作動異常状態であるか否かが判断される。この判断は、例えば操舵角センサ１０の出力信号に基づいて行われる。具体的には、操舵角センサ１０の出力がゼロの場合やその出力が所定時間変化しない場合など操舵角センサ１０が作動異常であると判断される。

Ｓ１０にて操舵角センサ１０が作動異常状態でないと判断されたときには、通常の操舵制御が行われる（Ｓ１２）。通常の操舵制御処理は、車速などに応じて伝達比可変機構３の伝達比（ステアリングギヤ比）を設定し、ハンドル操作された時に入力軸４−出力軸５間の伝達比が設定された伝達比となるようにモータ６を駆動制御することにより行われる。このとき、回転センサ１２は、モータ６の回転角を検出するための回転軸検出手段として機能する。

伝達比可変機構３の伝達比は、例えば、車速が小さいときには小さく設定され、ハンドル操作量に対して転舵輪の転舵量が大きくなるようにする。一方、車速が大きいときには伝達比が大きくなるように設定され、ハンドル操作量に対して転舵輪の転舵量が小さくなるようにする。

モータ６の駆動によって、回転軸６ｃが回転する。その回転軸６ｃの回転は、減速機７で減速される。そして、ハンドル２の操舵入力に対し、モータ６の回転角の減速分が加減され、設定された伝達比（ステアリングギヤ比）となるように出力軸５が回転する。これにより、入力軸４−出力軸５間の伝達比を所望の伝達比として操舵制御することができる。

一方、Ｓ１０にて操舵角センサ１０が作動異常状態であると判断されたときには、ロック処理が行われる（Ｓ１４）。ロック処理は、ロック機構８をロック状態とする処理である。すなわち、操舵制御器２０からソレノイド８３に作動信号が出力され、ロックレバー８２がロックホルダ８１に係合してロック状態とされる。これにより、伝達比可変機構３の入力軸４と出力軸５の相対的な回転が禁止される。

そして、Ｓ１６に移行し、ハンドル２の操舵角の演算が行われる。このハンドル２の操舵角の演算処理は、回転センサ１２の出力信号に基づいて操舵制御以外の車両制御用のハンドル操舵角を取得する操舵角取得処理である。例えば、ハンドル操舵角は、操舵角センサ１０の異常時におけるハンドル操舵角に回転センサの出力を加えることにより演算される。具体的に説明すると、作動異常時の操舵角センサ１０の出力角をθ１、作動異常時から現時点までの回転センサ１２の角度変位量をΔθ２とすると、現時点におけるハンドル操舵角θは、次の式（１）により演算される。

θ＝θ１＋Δθ２ …（１）
このＳ１６にてハンドル２の操舵角を演算し終えたら制御処理を終了する。

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、操舵角センサ１０が作動異常となった場合にロック機構８をロック状態とすることにより伝達比可変機構３の入力軸４と出力軸５の相対的な回転を禁止する。これにより、伝達比を変化させる操舵制御ができなくなるが、ハンドル２側に連結される入力軸４とモータ６の回転軸６ｃが一体に回転するため、モータ６の回転センサ１２によりハンドル２の操舵角を検出することが可能となる。従って、操舵角センサ１０の異常時においてもハンドル操舵角を取得でき、操舵制御以外の車両制御を適切に実行することができる。

ここで、操舵制御以外の車両制御としては、ハンドル操舵角に基づいて制御を実行する車両制御、例えばＶＳＣ（Vehicle Stability Control）やサスペンションの減衰力制御などが該当する。

なお、本実施形態では、減速機として波動歯車機構を用いた場合について説明したが、本発明に係る車両操舵装置はそのようなものに限られるものではなく、減速機として遊星歯車機構などその他のものを用いたものであってもよい。

本発明の実施形態に係る車両操舵装置の構成概略図である。 図１の車両操舵装置における減速機の説明図である。 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１の車両操舵装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両操舵装置、２…ハンドル、３…伝達比可変機構（伝達比可変手段）、４…入力軸、５…出力軸、６…モータ、６ａ…ステータ、６ｂ…ロータ、６ｃ…回転軸、７…減速機、８…ロック機構、１０…操舵角センサ、１２…回転センサ、２０…操舵制御器（操舵角取得手段）。

Claims (2)

1. ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記ハンドル側に連結される入力軸及び転舵輪側に連結される出力軸を有し、ステータを車両のボディ側に取り付けたモータを回転駆動させることにより前記入力軸−前記出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、
   前記出力軸と前記モータの回転軸との相対回転を制限することによって前記入力軸と前記出力軸の相対的な回転を禁止するロック機構と、
   前記操舵角センサが作動異常となった場合に、前記ロック機構をロック状態として前記入力軸と前記出力軸の相対的な回転を禁止させ、前記モータの回転軸の回転角を検出する回転センサの出力信号に基づいて前記ハンドルの操舵角を取得する操舵角取得手段と、
   を備えた車両操舵装置。
2. 前記操舵角取得手段は、前記操舵角センサの作動異常時におけるハンドル操舵角に前記回転センサの出力を加えることにより前記ハンドルの操舵角を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。

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