WO2007010790A1

WO2007010790A1 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: WO2007010790A1
Application number: PCT/JP2006/313840
Authority: WO
Inventors: Tadao Ito; Akira Osanai; Kenji Higashi
Original assignee: Fuji Kiko Co., Ltd.; Jtekt Corporation
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2007-01-25
Also published as: EP1905671A1; CN101223074A; US20090260913A1; EP1905671B1; JP2007022461A; DE602006017221D1; CN101223074B; EP1905671A4

Abstract

　操舵デバイスとの機械的連結を切り離して設けられた転舵機構によって車輪を転舵するステアバイワイヤ（ＳＢＷ）モードを実行可能な車両用操舵装置である。操舵デバイスと転舵機構との間を機械的に接続できる連結機構と、ＳＢＷモード時に操舵デバイスの操作量に基づいて転舵機構を制御し、ＳＢＷモードを実行不可時に連結機構を接続状態にしてＳＢＷバックアップモードに切り換えるＳＢＷ制御部とを備える。連結機構は通電時に切断状態、非通電時に接続状態となる。ＳＢＷ制御部は、エンジン始動時にＳＢＷモードを実行できるかチェックすると共にエンジン作動中にＳＢＷモードを継続できるかを常時チェックする。このようにすることで、システム故障時等にＳＢＷバックアップシステムを確実に作動させることができる。

Description

明細書

車両用操舵装置

技術分野

[0001] 本発明は、ステアリングホイール (操舵デバイス）と転舵機構との機械的連結を切り離し、ステアリングホイールの操作量を変換した電気信号に基づヽて転舵機構を駆動して車輪を転舵する方式、いわゆる、ステアノィワイヤ（SBW)方式を採用した車両用操舵装置に関する。

背景技術

[0002] ステアバイワイヤ（SBW)方式を採用した従来の車両用操舵装置として、下記特許文献 1に開示されたものがある。この車両用操舵装置は、ドライバにより操作されるステアリングホイールと、このステアリングホイールの操作量を電気信号として検出する舵角センサと、車輪の舵角を変更できる転舵機構と、ステアリングホイールと転舵機構との間を機械的に接続できる連結機構と、 SBWモード下で舵角センサの検出電気信号に基づ、て転舵機構の転舵モータを制御する SBW制御部とを備えて、る。 S BW制御部は、転舵モータの故障時には連結機構を接続状態として車輪の舵角を機械的に変更できるようにする。

[0003] 連結機構は、電磁クラッチ、摩擦クラッチ、嚙み合いクラッチ等を用いて構成されている。 SBW制御部は、連結機構の駆動回路を動作指令信号により制御することで連結機構の切断状態と接続状態とを切り換えるようになって、る。

[0004] 上記構成において、通常時には、 SBW制御部は、連結機構を切断状態とし、ステァリングホイールと転舵機構との機械的連結を切り離した状態とする。そして、 SBW 制御部は、ステアリングホイールが操作されると、舵角センサが検出した電気量に応じて転舵機構を駆動して車輪 (図示せず)を転舵させる。

[0005] 転舵モータ等が故障したと判断された場合には、 SBW制御部は、連結機構の駆動回路に動作指令信号を出力して連結機構を切断状態力接続状態とし、舵角センサが検出した電気量による転舵機構の制御を止める。そして、ステアリングホイールの操作力が連結機構を介して転舵機構に伝達され、転舵機構によって車輪 (図示せず )を転舵させる。

[0006] このように前記従来例の SBW方式の車両用操舵装置では、システム故障時には機械的な連結機構を利用したバックアップシステムによって車輪の転舵ができるようになっている。

特許文献 1 :日本国特開 2002— 225733号公報

発明の開示

[0007] 前記従来の車両用操舵装置では、 SBW制御部が連結機構の駆動回路に動作指令信号を出力することによって連結機構の状態を可変する構成である。このため、 S BW制御部への電源供給が何らかの理由により停止されると、 SBW制御部がバックアップシステムを確実に作動させるようなシステムとはなってヽな、。

[0008] そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、システム故障時等においては確実にバックアップシステムが作動する車両用操舵装置を提供することを目的とする。

[0009] 本発明は、操舵デバイスとの機械的連結を切り離して設けられた転舵機構によって車輪を転舵するステアノィワイヤモードを実行可能な車両用操舵装置である。本発明の車両用操舵装置は、操舵デバイスと転舵機構との間を機械的に接続する連結機構と、ステアバイワイヤモード時に連結機構を切断状態として操舵デバイスの操作量に基づ、て転舵機構を制御し、ステアバイワイヤモードを正常に実行できな、と判断した場合には連結機構を接続状態としてステアバイワイヤ'バックアップモードに切り換えるステアバイワイヤ制御部とを備えている。連結機構は、通電時に切断状態となり、非通電時に接続状態となるよう構成されている。ステアバイワイヤ制御部は、ェンジン始動時にステアバイワイヤモードを正常に実行できる力否かをチェックすると共にエンジン作動時にはステアバイワイヤモードを正常に実行できる力否かを常時チェックする。

[0010] 本発明によれば、連結機構は非通電時に接続状態となるため、ステアバイワイヤ制御部への電源供給が停止された場合には確実に連結機構を接続状態にでき、バックアップシステムが作動する。し力も、ステアバイワイヤモードを正常に実行できるか否かをエンジン始動時とエンジン作動中にチェックするため、システム故障時等にお V、て確実にバックアップシステムを作動できる。

[0011] ここで、ステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には、ステアバイワイヤ制御部自体の電源をオフすることによって連結機構への通電を停止することが好ましい。このようにすれば、連結機構によるノックアップシステムの作動中は、ステアバイワイヤ制御部への電源がオフであるためステアバイワイヤ制御部が異常制御を行うことがない。

[0012] ステアバイワイヤモードを正常に実行できない場合には、ステアバイワイヤシステムに異常がある場合と、車両電装系に異常がある場合とを含む。このため、車両電装系に故障がある場合にもバックアップシステムが作動するため、操舵デバイスと転舵機構とを機械的に接続して車両を操縦して緊急避難が可能である。

[0013] あるいは、ステアバイワイヤ制御部は、エンジン始動時に車両への電源供給が開始されると、連結機構に通電して連結機構を切断状態とした後に、ステアバイワイヤモードを正常に実行できるか否かをチェックし、ステアバイワイヤモードを正常に実行できると判断した場合には連結機構への通電を続行して連結機構の切断状態を保持し、ステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には、連結機構への通電を停止して連結機構を接続状態とすることが好ましい。このようにすれば、ェンジン始動を選択した時に、ステアバイワイヤモードを正常に実行できると判断した場合に、ステアバイワイヤシステムを待ち時間なく直ちに作動させることができる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態を示し、車両用操舵装置の全体概略構成図である。

[図 2]図 2は、本発明の一実施形態を示し、電磁クラッチ機構の要部断面図である。

[図 3]図 3は、本発明の一実施形態を示し、図 2の III— III線断面図である。

[図 4]図 4は、本発明の一実施形態を示し、エンジン始動時のフローチャートである。

[図 5]図 5は、本発明の一実施形態を示し、エンジン作動中のフローチャートである。

[図 6]図 6は、本発明の一実施形態を示し、 SBWシステムと SBWバックアップシステムの状態を示す図である。

発明を実施するための最良の形態 [0015] 以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

[0016] 車両用操舵装置 1は、図 1に示すように、 [a]ドライバにより操作されるステアリングホイール (操舵デバイス） 2と、 [b]このステアリングホイール 2の操作量を電気信号として検出する舵角センサ 3と、 [c]ステアリングホイール 2のトルクを検出するトルクセンサ 4と、 [d]ステアリングホイール 2に反力を付与する操舵反力付与機構 5と、 [e]車輪 10の舵角を変更する転舵機構 6と、 [f]ステアリングホイール 2と転舵機構 6との間をケーブル 7を介して機械的に接続する電磁クラッチ (連結機構) 8と、 [g]上記したトルク信号、舵角信号の他に、車速 (V)信号、ョーレート（ω )信号、横加速度 (G)信号等が車両 LAN信号として入力される SBW制御部 9と、 [h]これらに電源を供給するバッテリ 30とを備えている。

[0017] 電磁クラッチ 8は、その接続状態ではステアリングホイール 2の操作量をケーブル 7 に伝達し、その機械的な入力量に基づいて転舵機構 6が車輪 10の転舵を行う。電磁クラッチ 8は、 SBW制御部 9によって制御され、通電時に切断状態とされ、非通電時に接続状態とされる。

[0018] SBW制御部 9は、電磁クラッチ 8が切断状態である SBWモード時には、舵角センサ 3の舵角信号に基づヽて転舵機構 6を制御し、ステアリングホイール 2の操作量に応じて転舵機構 6に設けられている転舵ァクチユエータ（図示せず）により車輪 10の転舵を行う。また、 SBW制御部 9は、トルクセンサ 4のトルク信号等に基づいて操舵反力付与機構 5を制御し、ステアリングホイール 2を適切なトルクで操作できるようにする。又、 SBW制御部 9は、車両電装系異常、 SBWシステム異常等によって SBWモードを正常に実行できな、と判断した場合には、 SBWバックアップモードへの切り換えを行い、電磁クラッチ 8を切断状態力も接続状態に切り換える。

[0019] つまり、車両用操舵装置 1は、 SBWモードを実行する SBWシステムと、 SBWバックアップモードを実行する SBWバックアップシステムとを備えている。

[0020] 次に、電磁クラッチ 8の構成を詳しく説明する。電磁クラッチ 8は、図 2及び図 3に示すように、ハウジング 11に軸受け 12を介して回転自在に支持され、ステアリングホイール 2側の出力軸 2a (図 1に示す）に連結されたシャフト 13と、ハウジング 11に軸受け 14を介してシャフト 13の同軸上で回転自在に支持された出力プーリ 15とを備えている。出力プーリ 15には、転舵機構 6に連結されたケーブル 7のインナーケーブル 3 1が巻き付けられており、後述する内周歯車リング 17の回転を転舵機構 6に伝達する。シャフト 13の一端には突出部 13aが設けられ、この突出部 13aの外周に円弧状の回転突起 16が突設されている。

[0021] 内周歯車リング 17は、シャフト 13に対向する位置で出力プーリ 15に固定され、シャフト 13の中心軸を回転中心として回転自在に支持されて、る。内周歯車リング 17の内周には内周歯 17aが設けられている。外周歯車リング 18は、シャフト 13の突出部 1 3aが貫通される中心孔 19を有し、シャフト 13と内周歯車リング 17の内周歯 17aとの間に配置されている。外周歯車リング 18の外周面には、外周歯 18aが設けられている。中心孔 19は、シャフト 13の突出部 13aの外径より大きく形成され、外周歯車リング 18は内周歯車リング 17に対して偏芯した位置で外周歯 18aが内周歯 17aに嚙み合うように設定されている。

[0022] ロック部材 20は、図 3に詳しく示すように、シャフト 13の外周と外周歯車リング 18との間の隙間に配置されており、このロック部材 20によって外周歯車リング 18の外周歯 18aが内周歯 17aに嚙み合うべく偏芯位置に位置されている。ロック部材 20は、一対のロック片 20a, 20aから構成され、各ロック片 20a, 20aの一端は回転突起 16に近接配置されている。一対のロック片 20a, 20aの間にスプール 23が進入せず、一対のロック片 20a, 20a同士が当接している状態がアンロック状態である。一方、図 3 に示すように、一対のロック片 20a, 20aの間にスプール 23が進入し、一対のロック片 20a, 20a同士が互いに離間して、る状態がロック位置である。

[0023] アンロック位置では、各ロック片 20aが外周歯車リング 18と突出部 13aとの間に嵌り込んでおらず、シャフト 13が回転しても回転突起 16に押されて一対のロック片 20a, 20aが外周歯車リング 18に対して滑りながら回転する。このとき、外周歯車リング 18 は 20a, 20aにより内周歯車リング 17と嚙み合いながら回転する。ロック位置では、各ロック片 20aが外周歯車リング 18と突出部 13aとの間に嵌り込んでいる。さらに、外周歯 18aが内周歯 17aと嚙合っているため、ロック片 20a, 20aが外周歯リング 18の径方向の動きを規制し、シャフト 13の突起部 13aの外周力も外周歯車リング 18の歯部 1 8aまでの距離を一定にする。この結果、シャフト 13が回転すると、一対のロック片 20a , 20aおよび外周歯車リング 18がー体的に回転し、歯車の嚙み合いによって内周歯車リング 17を介して出力プーリ 15が回転される。

[0024] なお、一対のロック片 20a, 20aには、リングパネ 21が掛けられている。このリングバネ 21のパネ力によって一対のロック片 20a, 20aは、互いに離間するロック方向に付勢されている。しかし、そのパネ力は回転突起 16からの押圧力によってロック片 20a がアンロック方向に移動されてしまう程度の小さなものである。つまり、リングパネ 21は一対のロック片 20a, 20aのガタツキ防止用である。

[0025] スプール 23は、図 2及び図 3に示すように、シャフト 13に設けられ、一対のロック片 20a, 20aの回転軌跡上で、且つ、一対のロック片 20a, 20aの間に配置されている。シャフト 13と一対のロック片 20a, 20aとは常に同期して回転するため、スプール 23と一対のロック片 20a, 20aとの相対的位置が変化することはない。そして、スプール 2 3は、電磁ソレノイド 24のオン'オフによって一対のロック片 20a, 20aの間を進退自在に設けられている。スプール 23の先端は、先端に向力に従って先細りに形成され、一対のロック片 20a, 20aの間にスムーズに、且つ、確実に進入できるようになつている。

[0026] 電磁ソレノイド 24は、スプール 23をロック方向に付勢するパネ 25と、電磁力によつてスプール 23をアンロック方向に移動させる電磁石 26とを備えて、る。電磁石 26は電磁コイル 27と鉄心 28とから構成されて、る。

[0027] 電磁ソレノイド 24は、電磁コイル 27への通電によってオンし、オン時にはスプール 2 3が電磁石 26によって引き込まれてアンロック位置に引き込まれる。シャフト 13が回転されると、一対のロック片 20a, 20aは回転突起 16によって互いに当接されつつ回転する（リングパネ 21のパネ力は弱ぐ一対のロック片 20a, 20aは回転突起 16によつて容易に当接される)。シャフト 13と共に回転する一対のロック片 20a, 20aによつて、外周歯車リング 18は内周歯車リング 17との嚙み合い位置を変えながら回転する。このとき、一対のロック片 20a, 20aと外周歯車リング 18とは滑っている。以上より、電磁ソレノイド 24への通電時には、電磁クラッチ 8が切断状態となる。

[0028] 電磁ソレノイド 24は、電磁コイル 27への非通電によってオフし、オフ時にはスプール 23がパネ 25のパネ力によって飛び出してロック位置に位置する。スプール 23が口ック位置に位置すると、一対のロック片 20a, 20aはロック位置となり、一対のロック片 20a, 20aが突起部 13aと外周歯車リング 18との間に嵌り込む。即ち、外周歯リング 18は、シャフト 13と一体的に回転する。ここで、外周歯車リング 18は内周歯車リング 17に既に嚙み合っているため、瞬時にシャフト 13と一体となって外周歯車リング 18と内周歯車リング 17とが回転する。これにより、ステアリングホイール 2の操作力が電磁クラッチ 8およびケーブル 7を介して転舵機構 6に伝達される。以上より、電磁ソレノイド 24への非通電時には、電磁クラッチ 8が接続状態となる。

[0029] 次に、上記車両用操舵装置 1の作用を図 4及び図 5に基づき説明する。図 4に示すように、エンジン停止状態にあっては、 SBWバックアップシステムへの電源供給はォフで、電磁クラッチ 8の電磁ソレノイド 24がオフとされ、スプール 23が飛び出してロック位置に位置し、これによつて SBWバックアップシステムはオンとされている（ステップ S 1〜S4)。

[0030] ACC (アクセサリ）が選択されると、バッテリ 30からの電源が SBWシステム、 SBWバックアップシステムに供給され、電磁クラッチ 8の電磁ソレノイド 24がオンとされ、スプール 23がアンロック位置に移動され、これによつて SBWバックアップシステムはオフとされる（ステップ S5〜S 11)。

[0031] 次に、 SBW制御部 9は、 SBWシステムを正常に実行できるカゝ否かを判断する（ステップ S12)。 SBWシステムを正常に実行できるか否かは、 SBWシステム内の異常の有無と、車両電装系の異常の有無をもチェックすることによって判断する。 SBWシステム異常があるカゝ否かのチェックは、例えば舵角センサ 3、トルクセンサ 4と転舵機構 6にアクセスして各種情報を取得し、ステアリングホイール 2側の情報と車輪 10側の情報間の一致の有無をチェックし、一致しな、場合に SBWシステム異常と判断する。ノッテリ 30からの供給電源の電圧が所定レベル以下である場合も SBWシステム異常と判断する。

[0032] SBW制御部 9が SBWシステムを正常に実行できると判断した場合には、エンジン始動を許容する (ステップ S 13)。つまり、 SBW制御部 9は、 SBWシステムを正常に実行できると判断した場合には、 SBWモードを選択し、電磁コイル 27への通電を保持して電磁クラッチ 8を切断状態とし、ステアリングホイール 2と転舵機構 6との機械的連結を切り離した状態を保持する。そして、 SBW制御部 9は、ステアリングホイール 2 が操作されると、舵角センサ 3が検出した電気量に応じて転舵機構 6を駆動して車輪 10を転舵する。

[0033] SBW制御部 9が SBWシステムを正常に実行できないと判断した場合には、 SBW システムをオフする。具体的には、 SBWシステムへの電源供給をオフし、 SBWバックアップシステムへの電源供給をオフする。これにより、電磁クラッチ 8の電磁ソレノイド 24がオフとされ、スプール 23が飛び出してロック位置に移動し、これによつて SBWバックアップシステムはオンとなる（ステップ S14〜S19)。そして、エンジン始動が許容される（ステップ S12)。つまり、 SBW制御部 9は、 SBWシステムを正常に実行できないと判断した場合には、 SBWバックアップモードに切り換える。そして、電磁コイル 2 7への通電を止めて電磁クラッチ 8を切断状態カゝら接続状態とし、ステアリングホイ一ル 2の操作力が電磁クラッチ 8を介して転舵機構 6に伝達され、転舵機構 6によって車輪 10が転舵される。

[0034] 図 5に示すように、 SBW制御部 9は、エンジン始動時に SBWシステムがオンとされた場合、エンジン作動中にあっては SBWシステムを正常に実行できるか否かを常時チェックする（ステップ S20〜S22)。

[0035] SBW制御部 9が SBWシステムを正常に実行できると判断した場合には、 SBWモードを継続する。つまり、 SBWシステムへの電源供給、 SBWバックアップシステムへの電源供給を継続する。そして、電磁コイル 27への通電を保持して電磁クラッチ 8の電磁ソレノイド 24のオンが維持され、スプール 23をアンロック位置に保持し、これによつて SBWバックアップシステムのオフが継続される（ステップ S23〜S27)。 SBWモード時には、 SBWシステムの作動表示ランプがオンし、エンジン駆動が維持される ( ステップ S28、 S29)。

[0036] SBW制御部 9が SBWシステムを正常に実行できないと判断した場合には、 SBW システムをオフする。具体的には、 SBWシステムへの電源供給をオフし、 SBWバックアップシステムへの電源供給をオフする。これによつて、電磁クラッチ 8の電磁ソレノィド 24力オフとされ、スプール 23が飛び出してロック位置に移動し、これによつて SBW バックアップシステムはオンとされる（ステップ S30〜S35)。 SBWバックアップモード時には、 SBWシステムの作動表示ランプがオフしてエンジン駆動が維持される (ステップ S36、 S37)。

[0037] つまり、図 6に示すように、 SBWシステムがオンの場合には SBWバックアップシステムがオフとされ、 SBWシステムがオフの場合には SBWバックアップシステムがオンとされる。

[0038] 以上、上記車両用操舵装置 1によれば、電磁クラッチ 8は非通電時に接続状態となるため、 SBW制御部 9への電源供給が停止された場合には確実に電磁クラッチ 8を接続状態にでき、 SBWバックアップシステムが作動する。しかも、 SBWモードを正常に実行できるか否かをエンジン始動時とエンジン作動中にチェックするため、システム故障時等においても確実にバックアップシステムを作動できる。

[0039] この実施形態では、 SBWモードを正常に実行できないと判断した場合には、 SBW 制御部 9自体の電源をオフすることによって電磁クラッチ 8への通電を停止するので、電磁クラッチ 8によるバックアップシステムが作動中は、 SBW制御部 9への電源がォフであるため SBW制御部 9が異常制御を行うことがない。つまり、 SBWバックアップモード時に、 SBWモード時におけるトルクセンサ 4に基づく操舵反力付与機構 5によるステアリングホイール 2への反力付与等が実行されてしまうのを確実に防止できる。

[0040] この実施形態では、 SBWモードを正常に実行できない場合とは、 SBWシステム内に異常がある場合と、車両電装系に異常がある場合とを含むので、車両電装系に故障がある場合にも SBWバックアップシステムが作動するため、機械的接続による操舵によって緊急避難が可能である。

[0041] この実施形態では、 SBW制御部 9は、エンジン始動時に車両への電源供給が開始されると、電磁クラッチ 8に通電して電磁クラッチ 8を切断状態とした後に、 SBWモードを正常に実行できるか否かをチェックする。 SBWモードを正常に実行できると判断した場合には電磁クラッチ 8への通電を続行して電磁クラッチ 8の切断状態を保持する。 SBWモードを正常に実行できないと判断した場合には、電磁クラッチ 8への通電を停止して電磁クラッチ 8を接続状態とする。従って、エンジン始動を選択した時に、 SBWモードを正常に実行できると判断した場合に、 SBWシステムを待ち時間なく直ち〖こ作動させることができる。 [0042] 尚、この実施形態では、連結機構は電磁クラッチ 8にて構成されたが、これに限定されるものではない。

産業上の利用可能性

[0043] 本発明の車両用操舵装置によれば、連結機構は非通電時に接続状態となるため、ステアバイワイヤ制御部への電源供給が停止された場合には確実に連結機構を接続状態にでき、ノックアップシステムを作動させることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 操舵デバイスとの機械的連結を切り離して設けられた転舵機構によって車輪を転舵するステアバイワイヤモードを実行可能な車両用操舵装置において、

前記操舵デバイスと前記転舵機構との間を機械的に接続する連結機構と、ステアバイワイヤモード時に、前記連結機構を切断状態として前記操舵デバイスの操作量に基づ、て前記転舵機構を制御し、ステアバイワイヤモードを正常に実行できないと判断した場合には、前記連結機構を接続状態としてステアバイワイヤ'バックアップモードに切り換えるステアバイワイヤ制御部とを備え、

前記連結機構が、通電時に切断状態となり、非通電時に接続状態となるよう構成され、

前記ステアバイワイヤ制御部力エンジン始動時にステアバイワイヤモードを正常に実行できるか否かをチェックすると共にエンジン作動時にはステアバイワイヤモードを正常に実行できる力否力を常時チェックすることを特徴とする車両用操舵装置。

[2] 請求項 1の車両用操舵装置であって、

ステアバイワイヤモードを正常に実行できな、と判断した場合には、前記ステアノィワイヤ制御部自体の電源をオフすることにより前記連結機構への通電を停止することを特徴とする車両用操舵装置。

[3] 請求項 2の車両用操舵装置であって、

ステアバイワイヤモードを正常に実行できな、場合には、ステアバイワイヤシステムに異常がある場合と、車両電装系に異常がある場合とが含まれることを特徴とする車両用操舵装置。

[4] 請求項 1の車両用操舵装置であって、

ステアバイワイヤ制御部は、エンジン始動時に車両への電源供給が開始されると、前記連結機構に通電して前記連結機構を切断状態とした後に、ステアバイワイヤモードを正常に実行できるか否かをチェックし、

ステアバイワイヤモードを正常に実行できると判断した場合には前記連結機構への通電を続行して前記連結機構の切断状態を保持し、

ステアバイワイヤモードを正常に実行できな、と判断した場合には、前記連結機構、の通電を停止して前記連結機構を接続状態とすることを特徴とする車両用操舵装