JP4927608B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の操舵装置に関する。より具体的には、運転者が操舵操作を行うステアリングと、転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されていない所謂ステア・バイ・ワイヤ方式の操舵装置に関する。

従来より、ステアリングに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、操舵装置に設けられたステアリングモータを、ステアリングの操舵操作に基づいて電気的に制御する所謂ステア・バイ・ワイヤ方式（以下、ＳＢＷ方式）の操舵装置が提案されている。

このような機械的な連結が分離されたＳＢＷ方式の操舵装置では、例えば、電気的な接続が解除された場合に、操舵軸と転舵機構とを機械的に連結するバックアップシステムを設けたものが提案されている。このようなバックアップシステムを設けることにより、例えば、操舵軸と転舵機構とが機械的に連結されていない状態で転舵機構を駆動するＳＢＷ制御と、機械的に連結された状態で転舵機構を駆動するＥＰＳ制御とを切り替えることが可能となる。

ここで、操舵軸と転舵機構とを機械的に連結するバックアップシステムとしては、例えば、操舵軸と転舵機構とを遊星歯車機構で連結すると共に、この遊星歯車機構内の太陽歯車（空転歯車）の回転をロックするロック機構を含んで構成されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このロック機構は、具体的には、ロック信号の入力に応じて作動するアクチュエータと、このアクチュエータに従動して太陽歯車に噛合し該太陽歯車をロックするロック部材とを備える。例えば、電気的な失陥が生じた場合や、或いは、イグニッションがオフにされた場合などには、ロックを指令する信号が出力し、太陽歯車の回転がロックさせると共にＳＢＷ制御からＥＰＳ制御に移行する。また、イグニッションがオンにされた場合などには、ロックの解除を指令する信号が出力し、太陽歯車のロックが解除させると共にＥＰＳ制御からＳＢＷ制御に移行する。
特開２００５−２９０１６号公報

ところで、太陽歯車に大きなトルクが作用した状態では、ロック部材が太陽歯車に強く噛み合ってしまい、ロックを解除させにくくなる場合がある。このような状態で、ロックを解除させるためにロックの解除を指令する信号を出力しても、ロックが実際に解除されるまでに時間がかかったり、或いは、ロックが解除されなかったりする場合がある。

上述のように、ＥＰＳ制御からＳＢＷ制御への移行は太陽歯車のロックの解除に伴って行われるものの、このようなロックが確実に解除されていない状態で制御の移行が行われてしまうと、システムが破損してしまうおそれがある。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、バックアップシステムを備えるＳＢＷ方式の車両用操舵装置において、ＳＢＷ制御とＥＰＳ制御との移行を適切に行う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。

（１） 運転者が操舵可能な操舵部材（例えば、後述のステアリングホイル２１）と、転舵動力を発生する転舵アクチュエータ（例えば、後述の転舵アクチュエータ３８及び転舵動力モータ４５）と、前記転舵動力により転舵輪（例えば、後述の転舵輪３５，３５）を転舵させる転舵機構（例えば、後述の転舵機構３０）と、を備える車両用操舵装置（例えば、後述の車両用操舵装置１）において、空転部材（例えば、後述の太陽歯車７１、及びロック用歯車８１）にロック部材（例えば、後述のロックレバー８２）を嵌合させて該空転部材をロックすることにより前記操舵部材に連結された操舵軸（例えば、後述の操舵軸２２）と前記転舵機構に転舵動力を伝達する入力軸（例えば、後述の入力軸３１）とを機械的に連結する断続機構（例えば、後述の遊星歯車機構５０）と、前記ロック部材の動作状態（例えば、後述の変位Ｄ）を検出する検出手段（例えば、後述のサーチコイルユニット８９）と、前記検出手段により検出された前記動作状態に基づいて、前記空転部材がロックされた状態であるか否かを判定する判定手段（例えば、後述のロック判定部６４２）と、前記判定手段による判定に応じて、前記転舵アクチュエータを制御する制御手段（例えば、後述の転舵アクチュエータ制御部６２）と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。

（１）の発明によれば、ロック部材の動作状態を検出する検出手段と、この検出手段により検出された動作状態に基づいて、空転部材がロックされた状態であるか否かを判定する判定手段を設けた。これにより、操舵軸と入力軸とが機械的に連結された状態であるか否かを判定することが可能となる。また、この判定手段による判定に応じて、転舵アクチュエータを制御する制御手段を設けた。これにより、操舵軸と入力軸とが機械的に連結された状態における転舵アクチュエータの制御と、操舵軸と入力軸とが機械的に連結されていない状態における転舵アクチュエータの制御とを、適切に移行させることができる。

（２） 略棒状のシャフト（例えば、後述のシャフト８３２）を進退させて前記ロック部材を変位させる電磁アクチュエータ（例えば、電磁アクチュエータ８３）をさらに備え、前記検出手段は、前記シャフトの進退に応じてそのインダクタンスが変化する変位検出コイル（例えば、後述の第２サーチコイル８９２）を備え、前記判定手段は、前記変位検出コイルのインダクタンスの変化に基づいて、前記空転部材がロックされた状態であるか否かを判定することを特徴とする（１）に記載の車両用操舵装置。

（２）の発明によれば、電磁アクチュエータを駆動してシャフトを進退させることにより、ロック部材を変位させて空転部材をロックさせたり、またはこのロックを解除させたりできる。また、このシャフトの進退に応じてインダクタンスが変化する変位検出コイルを設けた。これにより、判定手段による空転部材のロックの判定をより確実なものにできる。

（３） 前記制御手段は、前記操舵軸と前記入力軸とが機械的に連結されていない状態（例えば、後述の非連結状態）において、前記操舵部材の操舵操作に応じて前記転舵アクチュエータを制御する非連結時制御部（例えば、後述のＳＢＷ制御部６２１）と、前記操舵軸と前記入力軸とが機械的に連結された状態（例えば、後述の連結状態）において、前記操舵部材による操舵操作を補助するように前記転舵アクチュエータを制御する連結時制御部（例えば、後述のＥＰＳ制御部６２２）と、を備えると共に、前記判定手段による判定に応じて、前記非連結時制御部による前記転舵アクチュエータの制御と、前記連結時制御部による前記転舵アクチュエータの制御とを切り替えることを特徴とする（１）または（２）に記載の車両用操舵装置。

例えば、操舵軸と入力軸とが機械的に連結された状態で非連結時制御部による転舵アクチュエータの制御を行ったり、操舵軸と入力軸とが機械的に連結されていない状態で連結時制御部による転舵アクチュエータの制御を行ったりした場合には、これら操舵軸、入力軸、及び転舵アクチュエータなどが破損するおそれがある。

（３）の発明によれば、判定手段による判定に応じて、これら非連結時制御部による転舵アクチュエータの制御と連結時制御部による転舵アクチュエータの制御とが切り替えられるので、上述のように操舵軸、入力軸、及び転舵アクチュエータなどが破損するのを防止できる。

本発明によれば、操舵軸と入力軸とが機械的に連結された状態における転舵アクチュエータの制御と、操舵軸と入力軸とが機械的に連結されていない状態における転舵アクチュエータの制御とを、適切に移行させることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用操舵装置１０の構成を示す模式図である。
車両用操舵装置１０は、運転者が操舵可能な操舵部材としてのステアリングホイル２１から、一対の転舵輪３５，３５を転舵させる転舵機構３０を機械的に分離し、ステアリングホイル２１の操舵量に応じて転舵アクチュエータ３８から転舵動力を発生させ、この転舵動力を転舵機構３０へ伝えることにより、転舵機構３０で左右の転舵輪３５，３５を転舵させる、所謂ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置である。以下、この車両用操舵装置１０の構成について、具体的に説明する。

この車両用操舵装置１０は、運転者による操舵操作が入力される操舵機構２０と、この操舵機構２０の操舵操作に基づいて転舵輪３５，３５を転舵させる転舵機構３０と、操舵機構２０と転舵機構３０を連結する断続機構としての遊星歯車機構５０と、これら操舵機構２０、転舵機構３０、及び、遊星歯車機構５０を制御する制御装置６０と、で構成される。

操舵機構２０は、運転者が握るステアリングホイル２１と、このステアリングホイル２１に連結された操舵軸２２と、ステアリングホイル２１の操舵角を検出する舵角センサ２３と、操舵軸２２に作用した操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ２９と、を備える。操舵軸２２は、その一端側にステアリングホイル２１が連結され、他端側に遊星歯車機構５０が連結されている。

また、これらに加えて、操舵機構２０は、運転者によるステアリングホイル２１の操舵操作に対する操舵反力（反力トルク）を発生する反力モータ２４と、操舵反力を操舵軸２２に伝達する反力伝達機構２６と、反力モータ２４の回転角を検出するモータ回転角センサ２５と、を備える。

反力伝達機構２６は、所謂ウォームギヤ機構であり、具体的には、反力モータ２４のモータ軸に設けられたウォームギヤ２７と、操舵軸２２と同軸に設けられウォームギヤ２７と噛合するウォームホイール２８と、を含んで構成される。つまり、この反力伝達機構２６は、倍力機構である。以上のように構成された反力モータ２４及び反力伝達機構２６により、ステアリングホイル２１の回転操舵操作に対する操作抵抗として、操舵反力を付与することができる。

転舵機構３０は、操舵軸２２の操舵力が入力される入力軸３１と、入力軸３１にラックアンドピニオン機構３３を介して連結されたラック軸３４と、入力軸３１に転舵動力を付与する転舵アクチュエータ３８と、入力軸３１の回転角を検出する入力軸回転角センサ４１と、ラック軸３４の位置を検出するラック軸位置センサ４２と、を含んで構成される。

入力軸３１は、その一端側にピニオン４３が設けられると共に、他端側は、第１自在軸継手５５、第１連結軸５４、第２自在軸継手５３、及び、第２連結軸５２を介して、遊星歯車機構５０に連結されている。これにより、操舵機構２０の操舵軸２２と転舵機構３０の入力軸３１とは、遊星歯車機構５０を介して連結される。また、ラック軸３４の両端部には、それぞれ、タイロッド３６，３６及びナックル３７，３７を介して転舵輪３５，３５が連結されている。

ラックアンドピニオン機構３３は、入力軸３１に形成したピニオン４３とラック軸３４に形成したラック４４とからなる。また、転舵アクチュエータ３８は、転舵輪３５，３５を転舵させるための転舵動力を発生する転舵動力モータ４５と、転舵動力を入力軸３１に伝達する転舵動力伝達機構４６とからなる。転舵動力モータ４５は、後述の制御装置６０からの入力される駆動信号に応じた転舵動力を発生する。

転舵動力伝達機構４６は、所謂ウォームギヤ機構であり、具体的には、転舵動力モータ４５のモータ軸に設けられたウォームギヤ４７と、入力軸３１と同軸に設けられウォームギヤ４７と噛合するウォームホイール４８と、を含んで構成される。つまり、この転舵動力伝達機構４６は、倍力機構である。以上のように構成された転舵動力モータ４５及び転舵動力伝達機構４６により、入力軸に転舵動力を付与することができる。

次に、図２〜図５を参照して、遊星歯車機構５０について説明する。なお、上述のように、第２連結軸５２は、入力軸３１（上述の図１参照）に連結したものである。したがって、第２連結軸５２のことを入力軸３１と置き換えて考えても実質的には差し支えない。このため、以下の説明においては、第２連結軸５２のことを入力軸３１と同義語として考える。

図２は、遊星歯車機構５０の構成を示す模式図である。
遊星歯車機構５０は、中心の空転部材としての太陽歯車７１に複数個、例えば、３個の遊星歯車７２・・・（ここで、「・・・」は複数を示す。以下同じ。）を噛合させ、これらの遊星歯車７２・・・に内歯車７３を噛合させ、複数の遊星歯車７２・・・をキャリア７４にそれぞれ回転可能に取り付けた構成である。

太陽歯車７１、内歯車７３及びキャリア７４は、操舵軸２２の中心上に配列されることとなる。操舵軸２２は、太陽歯車７１を相対回転可能に支持したものである。複数個の遊星歯車７２・・・は、太陽歯車７１に対して略等間隔で放射状に配列することになる。

さらにこの遊星歯車機構５０は、第２連結軸５２に内歯車７３を連結し、操舵軸２２にキャリア７４を連結し、太陽歯車７１を通常は回転可能な状態に維持する。また、遊星歯車機構５０は、太陽歯車７１の回転をロックするロック機構８０を、さらに備える。このロック機構８０の詳細な構成及び作用については、後に図３〜図５を参照して後述する。

この遊星歯車機構５０は、上述の反力伝達機構２６と共に、操舵ユニットケース９１に収納される。この操舵ユニットケース９１には、操舵軸２２を回転可能に支持する第１軸受９２と、第２連結軸５２を回転可能に支持する２つの第２軸受９３，９３と、内歯車７３を回転可能に支持する第３軸受９４と、が設けられている。これにより、遊星歯車機構５０は、操舵軸２２及び第２連結軸５２に連結された状態で操舵ユニットケース９１に収納される。

次に、以上のように構成された遊星歯車機構５０の作用について説明する。
先ず、運転者がステアリングホイル２１を操舵することにより、操舵軸２２を介してキャリア７４を回転させると、その回転力は、複数の遊星歯車７２・・・を介して、太陽歯車７１及び内歯車７３に伝達される。

一方、転舵輪３５，３５は、路面に接しているので、大きな路面反力を受けている。この路面反力は、転舵機構３０に伝達し、入力軸３１を介して内歯車７３にも伝達する。したがって、内歯車７３は、路面反力や転舵機構３０の機械的な抵抗（摩擦抵抗等）を受ける。

ここで、太陽歯車７１の回転がロックされていない状態では、太陽歯車７１の回転抵抗は内歯車７３の回転抵抗よりも小さい。このため、上述のようにステアリングホイル２１を操舵すると、回転抵抗の小さい太陽歯車７１だけが回転することとなる。したがって、操舵軸２２から、内歯車７３に連結された入力軸３１へ操舵力が伝わることは、ほとんどない。つまり、この遊星歯車機構５０において、太陽歯車７１のロックが開放された状態では、操舵軸２２と入力軸３１とは非連結状態となる。

一方、太陽歯車７１の回転がロックされた状態では、太陽歯車７１の回転抵抗は内歯車７３の回転抵抗よりも大きい。このため、上述のようにステアリングホイル２１を操舵すると、回転抵抗の小さい内歯車７３だけが回転することとなる。したがって、操舵軸２２から、内歯車７３に連結された入力軸３１へ操舵力が伝達することとなる。つまり、この遊星歯車機構５０において、太陽歯車７１がロックされた状態では、操舵軸２２と入力軸３１とは連結状態となる。

このように、本発明の車両用操舵装置１０では、通常状態においては、太陽歯車７１は空転可能であり、遊星歯車機構５０は開放状態となる。この通常状態において、ステアリングホイル２１を操舵すると、図１に示す制御装置６０が転舵動力モータ４５を制御することで、転舵機構３０によって、車両の走行状態に応じた最適な操舵特性で転舵輪３５，３５を転舵することができる。また、遊星歯車機構５０は開放状態にあるので、ステアリングホイル２１の操作に応じて反力モータ２４で発生した最適な操舵反力を、ステアリングホイル２１に付加することができる。

その後、何らかの要因によって操舵機構２０と転舵機構３０との間での電気的な接続が解除されると、これを契機として、太陽歯車７１の回転がロック機構８０によりロックされ、遊星歯車機構５０は連結状態となる。すなわち、電気的な接続が解除されたときに、バックアップシステムに自動的に切り替わる。この状態において、ステアリングホイル２１を操舵すると、この回転力は、遊星歯車機構５０を介して転舵機構３０へ機械的に伝達され、転舵輪３５，３５を転舵することができる。なお、この場合、反力モータ２４は操舵反力を発生しない。

図３は、ロック機構８０の構成を示す斜視図である。
ロック機構８０は、太陽歯車７１と一体的に形成されたロック用歯車８１と、ロック用歯車８１の歯にロック可能にスイングするロック部材としてのロックレバー８２と、このロックレバー８２をロック用歯車８１に対してロック駆動する電磁アクチュエータ８３と、を含んで構成される。ロック用歯車８１は、操舵軸２２の中心軸上で相対回転可能な部材である。

ロック用歯車８１は、第２連結軸５２及び操舵軸２２と同心上に配置され、これら第２連結軸５２及び操舵軸２２に対して相対回転可能に設けられている。また、ロック用歯車８１は、ロックレバー８２の先端部（後述のロック爪８４）と対向する面に円周状に複数の歯部８６を備える。

ロックレバー８２は、略棒状であり、その基端側は支軸８５により回動可能に支持されており、先端側はロック用歯車８１の歯部８６と歯部８６との間に形成された溝部８７に嵌合するロック爪８４となっている。これにより、ロックレバー８２は、ロック用歯車８１の動径方向に沿ってロック爪８４をスイングさせることが可能となる。また、このロックレバー８２には、電磁アクチュエータ８３の後述のシャフト８３２の先端部が当接するシャフト作用部８８が形成されている。このロックレバー８２は、図示しない付勢部材によりロック爪８４をロック用歯車８１の歯部８６側へ接近させるように付勢されており、シャフト作用部８８に外力を作用させていない状態では、ロック爪８４が溝部８７に嵌合し、ロック用歯車８１及び太陽歯車７１の回転がロックされるようになっている。

電磁アクチュエータ８３は、所謂プッシュ型ソレノイドであり、略棒状のシャフト８３２を、ロック用歯車８１の動径方向に沿って進退させることが可能となっている。この電磁アクチュエータ８３には、シャフト８３２の変位を検出するサーチコイルユニット８９が設けられている。これら電磁アクチュエータ８３及びサーチコイルユニット８９の詳細な構成については、後に図５を参照して詳述する。

図４は、図３中の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
ここで、図４中、実線は、電磁アクチュエータ８３を駆動していない状態（非励磁状態）におけるロックレバー８２及びシャフト８３２を示し、想像線は、電磁アクチュエータ８３を駆動した状態（励磁した状態）におけるロックレバー８２及びシャフト８３２を示す。

図４に示すように、電磁アクチュエータ８３を駆動していない状態では、シャフト８３２は退避すると共に、ロックレバー８２は図示しない付勢部材によりロック用歯車８１の歯部８６側に付勢されて、ロック爪８４が溝部８７に嵌合する。つまり、電磁アクチュエータ８３を駆動していない状態では、ロック用歯車８１及び太陽歯車７１の回転はロックされる。

また、電磁アクチュエータ８３を駆動した状態では、シャフト８３２はロック用歯車８１の中心へ向かって延び、シャフト作用部８８を押し出し、ロックレバー８２をロック用歯車８１の中心へ回動させる。これにより、ロック爪８４が溝部８７から抜き出される。つまり、電磁アクチュエータ８３を駆動した状態では、ロック用歯車８１及び太陽歯車７１の回転のロックが解除される。

以下では、ロックレバー８２が溝部８７に嵌合した状態におけるロック爪８４の位置を基点として、この基点からのロック用歯車８１の動径方向に沿った長さを、ロックレバー８２の変位Ｄとする。つまり、電磁アクチュエータ８３を駆動してシャフト８３２を進退させることにより、ロックレバー８２の変位Ｄを変えることができる。

図５は、電磁アクチュエータ８３及びサーチコイルユニット８９の構成を示す断面図である。
電磁アクチュエータ８３は、略円筒状の駆動コイル８３１と、この駆動コイル８３１内部を貫通し駆動コイル８３１に対して変位可能に設けられた可動鉄心としてのシャフト８３２と、このシャフト８３２の進退を規制する固定鉄心としてのストッパ８３３と、これら駆動コイル８３１、シャフト８３２、及びストッパ８３３を収容する収容ケース８３４と、を備える。

収容ケース８３４の先端部８３４ａ及び基端部８３４ｂには、それぞれ、シャフト８３２が貫通する貫通孔８３４ｃ，８３４ｄが形成されている。ストッパ８３３は、収容ケース８３４内のうち先端部８３４ａ側に設けられている。また、シャフト８３２の基端部８３２ｂには、非磁性体で形成された非磁性体部８３６が設けられている。この非磁性体部８３６は、例えばアルミで形成される。また、収容ケース８３４には、シャフト８３２を収容ケース８３４の基端部８３４ｂ側へ常時付勢する付勢部材（図示せず）が設けられており、これにより、シャフト８３２の肩部８３２ａとストッパ８３３との間に空隙部８３５が形成される。

ここで、駆動コイル８３１に所定の励磁電流を通電させて、該駆動コイル８３１を励磁状態にすると、収容ケース８３４内には、駆動コイル８３１の内外を還流する磁束が発生する。この磁束の発生により、シャフト８３２の肩部８３２ａは、空隙部８３５による磁気抵抗が小さくなるようにストッパ８３３側へ引き寄せられ、これにより、シャフト８３２が収容ケース８３４の先端部８３４ａから突出する。また、駆動コイル８３１への通電を停止すると、駆動コイル８３１は非励磁状態となり、シャフト８３２は図示しない付勢部材により収容ケース８３４の基端部８３４ｂ側へ押し戻され、これにより、シャフト８３２が収容ケース８３４内へ退避する。

以上のようにして、駆動コイル８３１に通電させる励磁電流を制御することにより、シャフト８３２を進退させて、上述の図４に示すように、ロックレバー８２の変位Ｄを変化させることができる。

サーチコイルユニット８９は、変位検出コイルとしての第１サーチコイル８９１及び第２サーチコイル８９２と、これら第１サーチコイル８９１及び第２サーチコイル８９２を収容するサーチコイルケース８９３と、を含んで構成され、電磁アクチュエータ８３の収容ケース８３４の基端部８３４ｂ側に設けられている。

サーチコイルケース８９３には、貫通孔８９３ａが形成されており、これにより、シャフト８３２の進退に合わせて、該シャフト８３２の基端部８３２ｂ及び非磁性体部８３６が、サーチコイルケース８９３内を変位する。

第１サーチコイル８９１及び第２サーチコイル８９２は、それぞれ、略円筒状であり、シャフト８３２の基端部８３２ｂと同心にして、サーチコイルケース８９３内に設けられている。ここで、図５に示すように、非磁性体部８３６は、シャフト８３２の進退に合わせて、第１サーチコイル８９１及び第２サーチコイル８９２の内部を変位可能となっている。

より具体的には、シャフト８３２が退避した状態では、非磁性体部８３６は図５中実線で示すように第２サーチコイル８９２側に位置し、シャフト８３２が突出した状態では、非磁性体部８３６は図５中破線で示すように第１サーチコイル８９１側に位置する。つまり、これら第１サーチコイル８９１及び第２サーチコイル８９２の各々のインダクタンスＬは、シャフト８３２の変位、すなわち、ロックレバー８２の変位Ｄに応じて変化することとなる。つまり、サーチコイルユニット８９は、以上のような構成により、ロックレバー８２の変位Ｄをインダクタンスの変化として検出することができる。

また、これら第１サーチコイル８９１及び第２サーチコイル８９２は、互いに直列にして高周波電源６８（後述の図６参照）に接続されている。これにより、第２サーチコイル８９２、第１サーチコイル８９１、及び非磁性体部８３６内に、矢印８９９に示すような高周波磁界が形成される。また、第２サーチコイル８９２には、この第２サーチコイル８９２の両端の電位差を検出する電圧検出部６６（後述の図６参照）が接続されている。

以上のように構成することにより、ロックレバー８２の変位Ｄの変化に伴う第２サーチコイル８９２のインダクタンスの変化を、第２サーチコイル８９２の出力電圧Ｅの変化として検出することができる。またここで、ロックレバー８２の変位Ｄと第２サーチコイル８９２の出力電圧Ｅとの関係を温度などの使用状況によらないものとするために、第１サーチコイル８９１及び第２サーチコイル８９２は同一仕様のものを用いる。

次に、図１及び図６を参照して、以上のように構成された操舵機構２０、転舵機構３０、及び遊星歯車機構５０を制御する制御装置６０について説明する。
制御装置６０は、舵角センサ２３、モータ回転角センサ２５、操舵トルクセンサ２９、入力軸回転角センサ４１、ラック軸位置センサ４２、並びに、サーチコイルユニット８９の第２サーチコイル８９２に接続された電圧検出部６６（図６参照）から検出信号を受ける。また、この他、制御装置６０は、車両の走行速度を検出する車速センサ６１、ヨー角速度（ヨー運動の角速度）を検出するヨーレートセンサ６９、車両の加速度を検出する加速度センサ６７、その他の各種センサ６５からそれぞれ検出信号を受ける。制御装置６０は、これら検出信号の入力に応じて、操舵機構２０、転舵機構３０、及び、遊星歯車機構５０に制御信号を出力する。

図６は、制御装置６０の構成を示すブロック図であり、制御装置６０のうち、転舵機構３０の転舵アクチュエータ３８と、遊星歯車機構５０の電磁アクチュエータ８３との制御に関する制御ブロックのみを示している。

図６に示すように、制御装置６０は、転舵機構３０の転舵アクチュエータ３８を制御する転舵アクチュエータ制御部６２と、ロック機構８０の電磁アクチュエータ８３及びサーチコイルユニット８９を制御するロック制御部６４と、を含んで構成される。

転舵アクチュエータ制御部６２は、舵角センサ２３、操舵トルクセンサ２９、及び、車速センサ６１等からの入力に基づいて、車両の状態に応じた適切な駆動信号を転舵アクチュエータ３８に出力し該転舵アクチュエータ３８を制御する。この転舵アクチュエータ制御部６２は、ＳＢＷ制御部６２１と、ＥＰＳ制御部６２２と、ロック補助制御部６２３との３つの制御ブロックを備えており、車両の状態に応じた転舵アクチュエータ３８の制御を行う。

ＳＢＷ制御部６２１は、遊星歯車機構５０により、操舵機構２０の操舵軸２２と転舵機構３０の入力軸３１とが機械的に連結されていない状態（非連結状態）において、ステアリングホイル２１の操舵操作に応じて適切な駆動信号を出力し、転舵アクチュエータ３８を制御する。非連結状態では、操舵軸２２と入力軸３１とが機械的に連結されていないため、転舵輪３５，３５を転舵させるための動力は、基本的に、転舵アクチュエータ３８が発生する転舵動力のみに依存することとなる。そこで、ＳＢＷ制御部６２１は、舵角センサ２３や車速センサ６１などからの入力に基づいて、転舵輪３５，３５の目標転舵角を設定し、この設定された目標転舵角に応じた駆動信号を出力する。

ＥＰＳ制御部６２２は、遊星歯車機構５０により、操舵機構２０の操舵軸２２と転舵機構３０の入力軸３１とが機械的に連結された状態（連結状態）において、ステアリングホイル２１の操舵操作に応じて適切な駆動信号を出力し、転舵アクチュエータ３８を制御する。連結状態では、操舵軸２２と入力軸３１とが機械的に連結されているため、転舵輪３５，３５を転舵させるための動力は、運転者がステアリングホイル２１に加えた操舵トルクと、転舵アクチュエータ３８が発生する転舵動力との両方を用いることができる。そこで、ＥＰＳ制御部６２２は、操舵トルクセンサ２９や車速センサ６１などからの入力に基づいて、運転者によるステアリングホイル２１の操舵操作を補助する動力を転舵アクチュエータ３８に発生させるように駆動信号を出力する。

ロック補助制御部６２３は、ロックレバー８２によるロック用歯車８１の回転のロックを解除する際に、この解除を補助するための駆動信号を出力し、転舵アクチュエータ３８を制御する。具体的には、ロック補助制御部６２３は、ロックレバー８２がロック用歯車８１の溝部８７に嵌合した状態において、転舵アクチュエータ３８に駆動信号を出力して入力軸３１を僅かに回動させることにより、ロックレバー８２に作用するトルクを減少させる。これにより、ロック補助制御部６２３は、ロック用歯車８１の回転のロックの解除を補助する。

以上のように構成された転舵アクチュエータ制御部６２は、ＳＢＷ制御部６２１による転舵アクチュエータ３８の制御と、ＥＰＳ制御部６２２による転舵アクチュエータ３８の制御と、及びロック補助制御部６２３による転舵アクチュエータ３８の制御とを、ロック制御部６４からの入力に応じて切り替える。なお、この切り替えの手順については、後に図８及び図９を参照して詳述する。

また、図６には図示しないが、制御装置６０は、反力モータ２４に駆動信号を出力して該反力モータ２４を制御する反力モータ制御部を備えており、車両の状態に応じて適切な反力をステアリングホイル２１に付与することが可能となっている。また、この反力モータ制御部は、上述の転舵アクチュエータ制御部６２と同様に、車両の状態に応じて適切な反力を付与するように反力モータ２４に出力する駆動信号を切り替えることが可能となっている。

ロック制御部６４は、電磁アクチュエータ８３に励磁信号を出力する励磁信号出力部６４１と、ロック用歯車８１がロックレバー８２によりロックされた状態であるか否かを判定する判定手段としてのロック判定部６４２と、を備える。

励磁信号出力部６４１は、転舵アクチュエータ制御部６２からの指令に基づいて、励磁信号を出力して電磁アクチュエータ８３に励磁電流を通電させたり、または、この励磁信号の出力を停止して電磁アクチュエータ８３の通電を停止させたりする。これにより、上述のように、ロックレバー８２の変位Ｄを変化させることができる。

ロック判定部６４２は、サーチコイルユニット８９により検出されたロックレバー８２の動作状態に基づいて、ロック用歯車８１がロックレバー８２によりロックされた状態であるか否かを判定し、この判定結果に応じてロック判定信号を転舵アクチュエータ制御部６２に出力する。

具体的には、ロック判定部６４２は、第２サーチコイル８９２の出力電圧Ｅとロックレバー８２の変位Ｄとを対応付ける制御マップを備えており、この制御マップに基づいて、ロック用歯車８１がロックレバー８２によりロックされた状態であるか否かを判定する。

図７は、ロック判定部６４２が備える制御マップを示す図である。
図７に示すように、ロックレバー８２の変位Ｄは、第２サーチコイル８９２の出力電圧Ｅに比例する。ここで、Ｄ_ＦＲは、ロックレバー８２の動作状態の閾値である。つまり、ロックレバー８２の変位がＤ＞Ｄ_ＦＲである場合には、ロック用歯車８１がロックレバー８２によりロックされていない状態となっており、Ｄ≦Ｄ_ＦＲである場合には、ロック用歯車８１がロックレバー８２によりロックされた状態となっている。また、閾値Ｄ_ＦＲに対応する出力電圧Ｅは、Ｅ_ＦＲである。これら出力電圧Ｅとロックレバー８２の変位Ｄとの関係や、閾値Ｄ_ＦＲ及びＥ_ＦＲの値は、実測に基づいて予め設定されている。

ロック判定部６４２は、以上のような制御マップに基づいて、ロックレバー８２がロックされた状態であるか否かを判定する。すなわち、電圧検出部６６から入力された出力電圧がＥ≦Ｅ_ＦＲである場合には、ロック用歯車８１がロックされた状態であると判定し、Ｅ＞Ｅ_ＦＲである場合には、ロック用歯車８１がロックされていない状態であると判定し、この判定に応じたロック判定信号を転舵アクチュエータ制御部６２へ出力する。

図８は、転舵アクチュエータ制御部６２の動作を示すフローチャートである。具体的には、転舵アクチュエータ制御部６２が、ＥＰＳ制御部６２２による転舵アクチュエータ３８の制御から、ＳＢＷ制御部６２１による転舵アクチュエータ３８の制御へ切り替える手順を示す図である。また、この図８は、イグニッション（ＩＧ）がオンにされたことを契機としてＳＢＷ制御部６２１による転舵アクチュエータ３８の制御を開始させる手順を示す図でもある。

ステップＳ１において、転舵アクチュエータ制御部６２は、ロックの解除を指示し、ステップＳ２に移る。具体的には、ロック制御部６４の励磁信号出力部６４１へ、ロックレバー８２によるロック用歯車８１の回転のロックを指令する信号を出力する。これに基づき、励磁信号出力部６４１は、励磁信号を出力して電磁アクチュエータ８３を励磁状態にし、ロックを解除させる。

ステップＳ２では、転舵アクチュエータ制御部６２は、ロック判定部６４２からのロック判定信号の入力に基づき、ロックが解除されたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合はステップＳ４に移り、ＮＯの場合はステップＳ３に移る。

ステップＳ３では、転舵アクチュエータ制御部６２は、ロック解除補助制御を行い、ステップＳ２に移る。具体的には、ロック補助制御部６２３による転舵アクチュエータ３８の制御を行い、ロックを解除するための補助を行う。ステップＳ４では、転舵アクチュエータ制御部６２は、ＳＢＷ制御部６２１による転舵アクチュエータ３８の制御を開始する。

図９は、転舵アクチュエータ制御部６２の動作を示すフローチャートである。具体的には、転舵アクチュエータ制御部６２が、ＳＢＷ制御部６２１による転舵アクチュエータ３８の制御から、ＥＰＳ制御部６２２による転舵アクチュエータ３８の制御へ切り替える手順を示す図である。

ステップＳ１１において、転舵アクチュエータ制御部６２は、ロックを指示し、ステップＳ１２に移る。具体的には、ロック制御部６４の励磁信号出力部６４１へ、ロックレバー８２によるロック用歯車８１のロックを指令する信号を出力する。これに基づき、励磁信号出力部６４１は、励磁信号の出力を停止して電磁アクチュエータ８３を非励磁状態にし、ロックを行う。

ステップＳ１２では、転舵アクチュエータ制御部６２は、ロック判定部６４２からのロック判定信号の入力に基づき、ロックが行われたか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合はステップＳ１４に移り、ＮＯの場合はステップＳ１３に移る。ステップＳ１３では、転舵アクチュエータ制御部６２は、待機しステップＳ１２に移る。ステップＳ１４では、転舵アクチュエータ制御部６２は、ＥＰＳ制御部６２２による転舵アクチュエータ３８の制御を開始する。

本実施形態の車両用操舵装置１によれば、以下の効果がある。
（１） ロックレバー８２の動作状態を検出するサーチコイルユニット８９と、このサーチコイルユニット８９により検出された動作状態に基づいて、ロック用歯車８１がロックされた状態であるか否かを判定するロック判定部６４２を設けた。これにより、操舵軸２２と入力軸３１とが機械的に連結された状態であるか否かを判定することが可能となる。また、このロック判定部６４２による判定に応じて、転舵アクチュエータ３８を制御する転舵アクチュエータ制御部６２を設けた。これにより、操舵軸２２と入力軸３１とが機械的に連結された状態における転舵アクチュエータ３８の制御と、操舵軸２２と入力軸３１とが機械的に連結されていない状態における転舵アクチュエータ３８の制御とを、適切に移行させることができる。

（２） 電磁アクチュエータ８３を駆動してシャフト８３２を進退させることにより、ロックレバー８２を変位させてロック用歯車８１をロックさせたり、またはこのロックを解除させたりできる。また、このシャフト８３２の進退に応じてインダクタンスＬが変化する第２サーチコイル８９２を設けた。これにより、ロック判定部６４２によるロック用歯車８１のロックの判定をより確実なものにできる。

（３） ロック判定部６４２による判定に応じて、これらＳＢＷ制御部６２１による転舵アクチュエータ３８の制御とＥＰＳ制御部６２２による転舵アクチュエータ３８の制御とが切り替えられるので、操舵軸２２、入力軸３１、及び転舵アクチュエータ３８などが破損するのを防止できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る車両用操舵装置について、図１０を参照して説明する。本実施形態の車両用操舵装置は、第１実施形態の車両用操舵装置１と、ロック判定部の構成が異なる。

図１０は、ロック判定部が備える制御マップを示す図である。
図１０に示すように、ロックレバー８２の変位Ｄは、第２サーチコイル８９２の出力電圧Ｅに比例する。ここで、Ｄ_ＦＲは、ロックレバー８２の動作状態の閾値である。つまり、ロックレバー８２の変位がＤ＞Ｄ_ＦＲである場合には、ロック用歯車８１がロックレバー８２によりロックされていない状態となっており、Ｄ≦Ｄ_ＦＲである場合には、ロック用歯車８１がロックレバー８２によりロックされた状態となっている。また、閾値Ｄ_ＦＲに対応する出力電圧Ｅは、Ｅ_ＦＲとする。これら出力電圧Ｅとロックレバー８２の変位Ｄとの関係や、閾値Ｄ_ＦＲの値は、実測に基づいて予め設定されている。

また、Ｄ_Ｓ１及びＤ_Ｓ２は、それぞれ、ロックされた状態から該ロックが解除された状態に変化した場合と、ロックが解除された状態からロックされた状態に変化した場合と、を判定するための判定値である。ここで、Ｄ_Ｓ１＞Ｄ_ＦＲであり、Ｄ_Ｓ２＜Ｄ_ＦＲである。また、これら判定値Ｄ_Ｓ１及びＤ_Ｓ２に対応する出力電圧の判定値は、それぞれ、Ｅ_Ｓ１及びＥ_Ｓ２となっている。

ロック判定部は、以上のような制御マップに基づいて、ロックレバー８２がロックされた状態であるか否かを判定する。すなわち、ロック判定部は、電圧検出部６６から入力された出力電圧Ｅが、判定値Ｅ_Ｓ１よりも小さな値から大きな値に変化した場合には、ロック用歯車８１がロックされた状態であると判定する。また、ロック判定部は、電圧検出部６６から入力された出力電圧Ｅが、判定値Ｅ_Ｓ２よりも大きな値から小さな値に変化した場合には、ロック用歯車８１のロックされていない状態であると判定する。ロック判定部は、以上のような判定に応じたロック判定信号を転舵アクチュエータ制御部６２へ出力する。

本実施形態の車両用操舵装置によれば、以上のような幅のある出力電圧Ｅの判定値Ｅ_Ｓ１及びＥ_Ｓ２に基づいてロックの判定を行うことにより、チャタリングの発生を防止できる。より具体的には、単一の閾値に基づいて、ロックの判定を行う場合には、この閾値を跨ぐことにより、ロック判定部によるロックの判定結果が頻繁に変化するおそれがあるが、本実施形態の車両用操舵装置によれば、これを防止できる。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の第１実施形態に係る車両用操舵装置の構成を示す模式図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置の遊星歯車機構の構成を示す模式図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置のロック機構の構成を示す斜視図である。 図３中の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置の電磁アクチュエータ及びサーチコイルユニットの構成を示す断面図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置のロック判定部の制御マップを示す図である。 前記実施形態に係る車両用操舵装置の転舵アクチュエータ制御部の動作を示すフローチャートである。 前記実施形態に係る車両用操舵装置の転舵アクチュエータ制御部の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る車両用操舵装置のロック判定部の制御マップを示す図である。

符号の説明

１０…車両用操舵装置、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイル（操舵部材）、２２…操舵軸（操舵軸）、３０…転舵機構、３１…入力軸（入力軸）、３５，３５…転舵輪（転舵輪）、３８…転舵アクチュエータ（転舵アクチュエータ）、４５…転舵動力モータ（転舵アクチュエータ）５０…遊星歯車機構（断続機構）、７１…太陽歯車（空転部材）、８１…ロック用歯車（空転部材）、８２…ロックレバー（ロック部材）、８３…電磁アクチュエータ、８３２…シャフト、８９…サーチコイルユニット、８９１…第１サーチコイル、８９２…第２サーチコイル、６０…制御装置、６２…転舵アクチュエータ制御部（制御手段）、６２１…ＳＢＷ制御部（非連結時制御部）、６２２…ＥＰＳ制御部（連結時制御部）、６２３…ロック補助制御部（補助制御部）、６４…ロック制御部、６４２…ロック判定部（判定手段）。

Claims (1)

1. 運転者が操舵可能な操舵部材と、転舵動力を発生する転舵アクチュエータを含み前記転舵動力により転舵輪を転舵させる転舵機構と、を備える車両用操舵装置において、
   減速機構の一部である空転部材にロック部材を嵌合させて該空転部材をロックすることにより前記操舵部材に連結された操舵軸と前記転舵機構に転舵動力を伝達する入力軸とを機械的に連結する断続機構と、
   略棒状のシャフトを進退させて前記ロック部材を変位させる電磁アクチュエータと、
   前記シャフトの進退に応じてそのインダクタンスが変化する変位検出コイル及び前記変位検出コイルを励磁する電源を有し前記ロック部材の動作状態を検出する検出手段と、
   前記変位検出コイルのインダクタンスの変化に基づいて、前記空転部材がロックされた状態であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段による判定に応じて、前記転舵アクチュエータを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記操舵軸と前記入力軸とが機械的に連結されていない状態において、前記操舵部材の操舵操作に応じて前記転舵アクチュエータを制御する非連結時制御と、前記操舵軸と前記入力軸とが機械的に連結された状態において、前記操舵部材による操舵操作を補助するように前記転舵アクチュエータを制御する連結時制御と、を前記判定手段による判定に応じて切り替えることを特徴とする車両用操舵装置。

Images