JP5660009B2

JP5660009B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5660009B2
Application number: JP2011253148A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　公一; 伊藤　　公一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: JP2013107473A

Description

本発明は、パワーステアリング装置に関し、特に、車輪を駆動するモータを用いたパワーステアリング装置に関する。

従来より、アシスト出力発生源と、転舵輪にトルクを付与する駆動源と、の双方から得られるトルクによって転舵輪の転舵をアシストするパワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、据え切り操舵時において、車輪を駆動するためのインホイールモータの駆動力を用いて、パワーステアリングモータの操舵アシスト負荷を減少させる電動パワーステアリング装置の負荷低減装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１９６４３９号公報特開２０１１−１２６４２７号公報

上述の特許文献に記載された技術は、ともに転舵輪を駆動するモータのトルクを用いて転舵輪の転舵をアシストするものである。しかしながら、転舵輪は必ずしも駆動されるとは限らず、例えば転舵輪と駆動輪とが異なる車両には上述の特許文献に記載された技術を適用することは困難である。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、転舵輪と駆動輪とが同一か否かにかかわらず、車輪を駆動するモータの駆動力を用いてステアリングホイールの操舵をアシストすることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のパワーステアリング装置は、車輪を駆動するモータと、ステアリングホイールの操舵により回転する操舵軸と、の間に介在する転舵クラッチと、前記転舵クラッチのオンオフを切り換えることで前記モータと前記操舵軸との接続および接続解除を切り換える制御部と、を備える。前記制御部は、所定の条件を満たす場合、前記ステアリングホイールの操舵を前記モータの駆動力を用いてアシストするよう、前記転舵クラッチをオンにして前記モータと前記操舵軸とを接続する。

この態様によれば、クラッチを用いてモータによる駆動力の操舵軸への伝達および伝達解除に切り換えることができる。このため、転舵輪と駆動輪とが同一か否かにかかわらず、車輪を駆動するモータの駆動力を用いてステアリングホイールの操舵を適切にアシストすることができる。

前記モータは、左輪を駆動する左モータと、右輪を駆動する右モータと、を含んでもよい。前記転舵クラッチは、前記左モータと前記操舵軸との間に介在する左転舵クラッチと、前記右モータと前記操舵軸との間に介在する右転舵クラッチと、を含んでもよい。前記制御部は、前記ステアリングホイールの操舵方向を検出する操舵方向センサによる検出結果を取得し、右旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記右転舵クラッチをオンにして前記右モータと前記操舵軸とを接続させ、左旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記左転舵クラッチをオンにして前記左モータと前記操舵軸とを接続させてもよい。

この態様によれば、旋回内輪を駆動するモータの駆動力を用いて操舵をアシストすることで、旋回外輪の駆動力が操舵のアシストのため低下することを回避できる。このため、車両の適切な旋回と操舵力の抑制とを両立することができる。

前記左輪と前記左モータとの間に介在する左駆動クラッチと、前記右輪と前記右モータとの間に介在する右駆動クラッチと、をさらに備えてもよい。前記制御部は、右旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記右駆動クラッチをオフにして前記右輪と前記右モータとを接続解除し、左旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記左駆動クラッチをオフにして前記左輪と前記左モータとを接続解除してもよい。

この態様によれば、旋回内輪への駆動力の付与を回避できる。このため、旋回内輪と操舵軸の双方に駆動力を与える場合に比べて駆動力の伝達機構を簡略化することができ、パワーステアリング装置の小型化および低コスト化を実現できる。

前記制御部は、車速を検出する車速センサによる検出結果を取得し、車速が所定速度以下のときに、右旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記右転舵クラッチをオンにして前記右モータと前記操舵軸とを接続させ、左旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記左転舵クラッチをオンにして前記左モータと前記操舵軸とを接続させてもよい。この態様によれば、操舵のアシストが特に必要となる車両が低速走行中に、モータの駆動力を操舵のアシストに適切に利用することができる。このため、運転者の操舵を適切にアシストできる。

本発明によれば、転舵輪と駆動輪とが同一か否かにかかわらず、車輪を駆動するモータの駆動力を用いてステアリングホイールの操舵をアシストすることができる。

本実施形態に係るパワーステアリング装置が搭載された車両の構成を示す図である。本実施形態に係るパワーステアリング装置による操舵アシスト制御の実行手順を示すフローチャートである。図２におけるＳ１４の据え切り時操舵アシスト制御の実行手順を示すフローチャートである。図２におけるＳ１８の低速時操舵アシスト制御の実行手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るパワーステアリング装置２０が搭載された車両１０の構成を示す図である。車両１０は、車体１２および３つの車輪１４を有する。車両１０は、３つの車輪１４のうち１つは車両前方に配置され、２つがそれぞれ車両左後部および右後部に配置される、いわゆる３輪自動車である。以下、車両前方に配置された車輪１４を「前輪１４Ｆ」といい、車両左後部および右後部に配置された２つの車輪１４をそれぞれ「左後輪１４ＲＬ」および「右後輪１４ＲＲ」という。

車体１２には、転舵機構１６、駆動機構１８、およびパワーステアリング装置２０が設けられている。転舵機構１６は、運転者によるステアリングホイール３０の操舵に応じて前輪１４Ｆを転舵させる。転舵機構１６は、操舵軸３２、転舵部材３４を有する。操舵軸３２は、ステアリングホイール３０の操舵により回転する。転舵部材３４は、操舵軸３２の下端に接続され、操舵軸３２の回転に応じて、中央部分を中心に回転する。転舵部材３４は転舵輪である前輪１４Ｆを回転可能に支持する。こうして、ステアリングホイール３０が操舵されることで、操舵軸３２および転舵部材３４を介して前輪１４Ｆが転舵される。

駆動機構１８は、左モータ４０および右モータ４２を有する。左モータ４０は、左後輪１４ＲＬを駆動する。右モータ４２は、右後輪１４ＲＲを駆動する。車輪を駆動するモータは公知であるため、左モータ４０および右モータ４２の種類は構成に関する詳細な説明は省略する。

パワーステアリング装置２０は、メインギヤ３６、トルクセンサ３８、左ギヤ５０、左転舵クラッチ５２、左駆動クラッチ５４、右ギヤ６０、右転舵クラッチ６２、右駆動クラッチ６４、車輪速センサ７０、および電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８０を有する。トルクセンサ３８は、操舵軸３２に設けられ、運転手がステアリングホイール３０を操舵するときの操舵トルクを検出する。トルクセンサ３８は、ステアリングホイール３０が左右いずれに操舵されたかという操舵方向を検出できるため、操舵方向センサとしても機能する。メインギヤ３６も操舵軸３２の中途部に操舵軸３２と同軸に固定されている。左ギヤ５０および右ギヤ６０は、このメインギヤ３６に噛み合っている。

左転舵クラッチ５２は、左モータ４０の駆動軸と左ギヤ５０との間に介在している。左転舵クラッチ５２がオンのときは左モータ４０の駆動軸が回転することで左ギヤ５０が回転し、左ギヤ５０に噛み合っているメインギヤ３６とともに操舵軸３２を回転させてステアリングホイール３０の操舵をアシストする。このように左転舵クラッチ５２は、左モータ４０と操舵軸３２との間に介在し、左モータ４０と操舵軸３２との接続および接続解除を切り換える。

右転舵クラッチ６２は、右モータ４２の駆動軸と右ギヤ６０との間に介在している。右転舵クラッチ６２がオンのときは右モータ４２の駆動軸が回転することで右ギヤ６０が回転し、右ギヤ６０に噛み合っているメインギヤ３６とともに操舵軸３２を回転させてステアリングホイール３０の操舵をアシストする。このように右転舵クラッチ６２は、右モータ４２と操舵軸３２との間に介在し、右モータ４２と操舵軸３２との接続および接続解除を切り換える。

左駆動クラッチ５４は、左後輪１４ＲＬと左モータ４０との間に介在し、左後輪１４ＲＬと左モータ４０との接続および接続解除を切り換える。右駆動クラッチ６４は、右後輪１４ＲＲと右モータ４２との間に介在し、右後輪１４ＲＲと右モータ４２との接続および接続解除を切り換える。

車輪速センサ７０は、左後輪１４ＲＬおよび右後輪１４ＲＲの各々に対応して１つずつ設けられる。車輪速センサ７０は、対応する車輪の回転速度を検出する。ＥＣＵ８０は、各種の演算を実行するＣＰＵ、各種の制御プログラムを格納するＲＯＭ、およびデータ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭを有する。ＥＣＵ８０は、車両１０に設けられた様々なセンサの検出結果を取得し、車両１０に設けられた様々なアクチュエータの作動を制御する。例えばＥＣＵ８０は、車輪速センサ７０による検出結果を取得し、車速を算出する。したがって車輪速センサ７０は、車速を検出する車速センサとして機能する。

ＥＣＵ８０は、左転舵クラッチ５２のオンオフを切り換えることで、左モータ４０と操舵軸３２との接続および接続解除を切り換える。ＥＣＵ８０は、左駆動クラッチ５４のオンオフを切り換えることで、左モータ４０と左後輪１４ＲＬとの接続および接続解除を切り換える。ＥＣＵ８０は、右転舵クラッチ６２のオンオフを切り換えることで、右モータ４２と操舵軸３２との接続および接続解除を切り換える。ＥＣＵ８０は、右駆動クラッチ６４のオンオフを切り換えることで、右モータ４２と右後輪１４ＲＲとの接続および接続解除を切り換える。

本実施形態では、ＥＣＵ８０は、所定の条件を満たす場合、ステアリングホイール３０の操舵を左モータ４０または右モータ４２の駆動力を用いてアシストするよう、左転舵クラッチ５２または右転舵クラッチ６２をオンにして左モータ４０または右モータ４２と操舵軸３２とを接続する。なお、本実施形態において「駆動力」とは、トルクをいうものとする。以下、この操舵アシスト制御について、フローチャートに関連して詳細に説明する。

図２は、本実施形態に係るパワーステアリング装置２０による操舵アシスト制御の実行手順を示すフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、車両のイグニッションスイッチがオンにされている間、所定時間毎に実行される。

ＥＣＵ８０は、トルクセンサ３８の検出結果を用いて、ステアリングホイール３０が操舵されたか否かを判定する（Ｓ１０）。ステアリングホイール３０が操舵されていない場合（Ｓ１０のＮ）、本フローチャートにおける処理を一旦終了する。

ステアリングホイール３０が操舵された場合（Ｓ１０のＹ）、ＥＣＵ８０は、車輪速センサ７０の検出結果を用いて車両停止状態か否かを判定する（Ｓ１２）。車両停止状態の場合（Ｓ１２のＹ）、ＥＣＵ８０は、据え切り時操舵アシスト制御を実行する（Ｓ１４）。

車両停止状態でない場合（Ｓ１２のＮ）、ＥＣＵ８０は、車速が所定速度Ｖ１以下か否かを判定することで、車両１０が微低速で走行中か否かを判定する（Ｓ１６）。車速が所定速度Ｖ１以下の場合（Ｓ１６のＹ）、ＥＣＵ８０は、低速時操舵アシスト制御を実行する（Ｓ１８）。

すなわち車両１０が微低速以上の速度で走行中の場合、前輪１４Ｆの操舵をアシストしなくても、運転手はあまり力をかけることなくステアリングホイール３０を操舵可能である。このため、車速が所定速度Ｖ１より大きい場合（Ｓ１６のＮ）、ＥＣＵ８０は、左モータ４０または右モータ４２によるステアリングホイール３０の操舵アシストを回避する。

図３は、図２におけるＳ１４の据え切り時操舵アシスト制御の実行手順を示すフローチャートである。据え切り時操舵アシスト制御において、ＥＣＵ８０は、車両停止状態のため、まず左駆動クラッチ５４および右駆動クラッチ６４をオフする（Ｓ４０）。左駆動クラッチ５４および右駆動クラッチ６４の双方がオフになっていることから、左モータ４０および右モータ４２のどちらを用いてもステアリングホイール３０の操舵アシストは可能である。このためＥＣＵ８０は、左転舵クラッチ５２および右転舵クラッチ６２のうちオンになっている転舵クラッチがあるか否かを判定する（Ｓ４２）。

オンになっている転舵クラッチがある場合（Ｓ４２のＹ）、ＥＣＵ８０は、接続されている転舵クラッチを介して操舵をアシストする（Ｓ４４）。例えば、左転舵クラッチ５２がすでにオンになっている場合、ＥＣＵ８０は左モータ４０を作動させ、トルクセンサ３８によって検出されたトルクに応じた駆動力でステアリングホイール３０の操舵をアシストする。右転舵クラッチ６２がすでにオンになっている場合、ＥＣＵ８０は右モータ４２を作動させ、トルクセンサ３８によって検出されたトルクに応じた駆動力でステアリングホイール３０の操舵をアシストする。このようにすでにオンになっている転舵クラッチを利用することで、ステアリングホイール３０の操舵を迅速にアシストすることができる。

オンになっている転舵クラッチがない場合（Ｓ４２のＮ）、ＥＣＵ８０は、操舵方向側の転舵クラッチを介して操舵をアシストする（Ｓ４６）。例えばトルクセンサ３８の検出結果からステアリングホイール３０が左に操舵されたと判定された場合、ＥＣＵ８０は、左転舵クラッチ５２をオンにすると共に左モータ４０を作動させ、トルクセンサ３８によって検出されたトルクに応じた駆動力でステアリングホイール３０の操舵をアシストする。ステアリングホイール３０が右に操舵されたと判定された場合、ＥＣＵ８０は、右転舵クラッチ６２をオンにすると共に右モータ４２を作動させ、トルクセンサ３８によって検出されたトルクに応じた駆動力でステアリングホイール３０の操舵をアシストする。

図４は、図２におけるＳ１８の低速時操舵アシスト制御の実行手順を示すフローチャートである。ＥＣＵ８０は、トルクセンサ３８の検出結果を用いて、ステアリングホイール３０が右に操舵されたか否かを判定する（Ｓ６０）。ステアリングホイール３０が右に操舵された場合（Ｓ６０のＹ）、ＥＣＵ８０は、左駆動クラッチ５４および右転舵クラッチ６２をオンにし、右駆動クラッチ６４および左転舵クラッチ５２をオフにする（Ｓ６２）。次にＥＣＵ８０は、左モータ４０で左後輪１４ＲＬを駆動し、右モータ４２で操舵アシストする（Ｓ６４）。

ステアリングホイール３０が左に操舵された場合（Ｓ６０のＮ）、ＥＣＵ８０は、右駆動クラッチ６４および左転舵クラッチ５２をオンにし、左駆動クラッチ５４および右転舵クラッチ６２をオフにする（Ｓ６６）。次にＥＣＵ８０は、右モータ４２で右後輪１４ＲＲを駆動、左モータ４０で操舵アシストする（Ｓ６８）。

このように車速が所定速度Ｖ１以下の場合であって、右旋回方向にステアリングホイール３０が操舵されたときは、ＥＣＵ８０は、右転舵クラッチ６２をオンにして右モータ４２と操舵軸３２とを接続させる。左旋回方向にステアリングホイール３０が操舵されたときは、ＥＣＵ８０は、左転舵クラッチ５２をオンにして左モータ４０と操舵軸３２とを接続させる。これにより、旋回内輪を駆動するモータの駆動力を用いて操舵をアシストすることで、旋回外輪の駆動力が操舵のアシストのため低下することを回避できる。

このときＥＣＵ８０は、右旋回方向にステアリングホイール３０が操舵されたときは右駆動クラッチ６４をオフにして右後輪１４ＲＲと右モータ４２とを接続解除する。また、ＥＣＵ８０は、左旋回方向にステアリングホイール３０が操舵されたときは左駆動クラッチ５４をオフにして左後輪１４ＲＬと左モータ４０とを接続解除する。

これにより、旋回内輪への駆動力の付与を回避できる。このため、旋回内輪と操舵軸の双方に駆動力を与える場合に比べて駆動力の伝達機構を簡略化することができ、パワーステアリング装置の小型化および低コスト化を実現できる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を本実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０車両、１２車体、１４車輪、１４Ｆ前輪、１４ＲＬ左後輪、１４ＲＲ右後輪、１６転舵機構、１８駆動機構、２０パワーステアリング装置、３０ステアリングホイール、３２操舵軸、３４転舵部材、３６メインギヤ、３８トルクセンサ、４０左モータ、４２右モータ、５０左ギヤ、５２左転舵クラッチ、５４左駆動クラッチ、６０右ギヤ、６２右転舵クラッチ、６４右駆動クラッチ、８０ＥＣＵ。

Claims

車輪を駆動するモータと、ステアリングホイールの操舵により回転する操舵軸と、の間に介在する転舵クラッチと、
前記転舵クラッチのオンオフを切り換えることで前記モータと前記操舵軸との接続および接続解除を切り換える制御部と、
を備え、
前記制御部は、所定の条件を満たす場合、前記ステアリングホイールの操舵を前記モータの駆動力を用いてアシストするよう、前記転舵クラッチをオンにして前記モータと前記操舵軸とを接続することを特徴とするパワーステアリング装置。
前記モータは、左輪を駆動する左モータと、右輪を駆動する右モータと、を含み、
前記転舵クラッチは、前記左モータと前記操舵軸との間に介在する左転舵クラッチと、前記右モータと前記操舵軸との間に介在する右転舵クラッチと、を含み、
前記制御部は、前記ステアリングホイールの操舵方向を検出する操舵方向センサによる検出結果を取得し、右旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記右転舵クラッチをオンにして前記右モータと前記操舵軸とを接続させ、左旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記左転舵クラッチをオンにして前記左モータと前記操舵軸とを接続させることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
前記左輪と前記左モータとの間に介在する左駆動クラッチと、
前記右輪と前記右モータとの間に介在する右駆動クラッチと、
をさらに備え、
前記制御部は、右旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記右駆動クラッチをオフにして前記右輪と前記右モータとを接続解除し、左旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記左駆動クラッチをオフにして前記左輪と前記左モータとを接続解除することを特徴とする請求項２に記載のパワーステアリング装置。
前記制御部は、車速を検出する車速センサによる検出結果を取得し、車速が所定速度以下のときに、右旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記右転舵クラッチをオンにして前記右モータと前記操舵軸とを接続させ、左旋回方向に前記ステアリングホイールが操舵されたときは前記左転舵クラッチをオンにして前記左モータと前記操舵軸とを接続させることを特徴とする請求項２または３に記載のパワーステアリング装置。