(57)【要約】【課題】信頼性の向上を図ることのできる転舵ユニットを提供する。【解決手段】転舵ユニット５は、駆動源となるモータとしての転舵側モータ３２と、ベルト機構３６と、ボール螺子機構３７とからなり、ラック軸２１に転舵輪４を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータ３１を備える。転舵ユニット５は、駆動源となる冗長用モータ４２と、冗長用モータ４２の回転をピニオン軸４５に伝達する冗長用減速機４３と、ラック軸２１のラック歯２１ｂにピニオン軸４５のピニオン歯４５ａを歯合してなるラックアンドピニオン機構４４とからなる冗長用アクチュエータ４１を備える。冗長用アクチュエータ４１は、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生した場合に、ラック軸２１に転舵力を付与する。冗長用モータ４２には、転舵側モータ３２よりも出力可能な最大トルクが小さいものを採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に往復動可能に設けられた転舵軸と、
モータ及び該モータの回転を前記転舵軸の往復動に変換するボール螺子機構を有し、前記転舵軸に連結される転舵輪を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータとを備えた転舵ユニットにおいて、
冗長用モータ及び該冗長用モータの回転を前記転舵軸の往復動に変換するラックアンドピニオン機構を有し、前記転舵側アクチュエータに異常が発生した場合に、前記転舵軸に転舵力を付与する冗長用アクチュエータを備えた転舵ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の転舵ユニットにおいて、
前記冗長用モータは、前記モータよりも出力可能な最大トルクが小さい転舵ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転舵ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用の操舵装置には、運転者により操舵される操舵ユニットと運転者の操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵ユニットとの間の動力伝達が分離されたステアバイワイヤ式のものがある。例えば特許文献１には、ステアバイワイヤ式操舵装置の転舵ユニットとして、モータの回転をボール螺子機構によりラック軸の往復動に変換することで転舵力を付与する転舵側アクチュエータを備えたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１１１４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の構成において、ボール螺子機構は、ボール螺子ナットが多数のボールを介してラック軸に螺合することにより構成されている。そのため、ボール螺子機構を構成する部品点数が多く、例えばラック軸を収容するラックハウジングに雨水等の液体が浸入した場合に、錆び等が発生し易い。その結果、ボール螺子機構の円滑な作動が妨げられ、適切な転舵力を付与することができなくなるおそれがある。一方、ステアバイワイヤ式操舵装置においては、より一層の高い信頼性が要求されるようになっており、この点においてなお改善の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、信頼性の向上を図ることのできる転舵ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する転舵ユニットは、軸方向に往復動可能に設けられた転舵軸と、モータ及び該モータの回転を前記転舵軸の往復動に変換するボール螺子機構を有し、前記転舵軸に連結される転舵輪を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータとを備えたものにおいて、冗長用モータ及び該冗長用モータの回転を前記転舵軸の往復動に変換するラックアンドピニオン機構を有し、前記転舵側アクチュエータに異常が発生した場合に、前記転舵軸に転舵力を付与する冗長用アクチュエータを備えた。
【０００７】
上記構成によれば、例えばボール螺子機構に錆び等が発生し、転舵側アクチュエータから適切な転舵力を付与できなくなった場合にも、冗長用アクチュエータから転舵力を付与できるため、転舵ユニットの信頼性の向上を図ることができる。
【０００８】
上記転舵ユニットにおいて、前記冗長用モータは、前記モータよりも出力可能な最大トルクが小さいことが好ましい。
上記構成によれば、通常は使用しない冗長用モータを小型化することができ、転舵ユニットの信頼性を向上させつつ、その軽量化等を図ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】操舵装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、転舵ユニットの一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操舵装置１はステアバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。操舵装置１は、ステアリングホイール２を介して運転者により操舵される操舵部としての操舵ユニット３と、運転者による操舵ユニット３の操舵に応じて転舵輪４を転舵させる転舵部としての転舵ユニット５とを備えている。
【００１２】
操舵ユニット３は、ステアリングホイール２が固定されるステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール２に操舵に抗する力である操舵反力を付与する操舵側アクチュエータ１２とを備えている。操舵側アクチュエータ１２は、駆動源となる操舵側モータ１３と、操舵側モータ１３の回転を減速してステアリングシャフト１１に伝達する操舵側減速機１４とを備えている。なお、本実施形態の操舵側モータ１３には、例えば三相のブラシレスモータが採用されている。
【００１３】
転舵ユニット５は、転舵輪４に連結される転舵軸としてのラック軸２１と、ラック軸２１を往復動可能に収容するラックハウジング２２とを備えている。ラック軸２１の両端には、ボールジョイントからなるラックエンド２３を介してタイロッド２４が連結されており、タイロッド２４の先端は、それぞれ左右の転舵輪４が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。なお、ラック軸２１とタイロッド２４との接続部分は、ラックハウジング２２及びタイロッド２４に跨って設けられた蛇腹状のブーツ２５により包囲されており、ラックハウジング２２内に雨水等の液体が浸入することが防止されている。
【００１４】
また、転舵ユニット５は、ラック軸２１に転舵輪４を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータ３１を備えている。転舵側アクチュエータ３１は、駆動源となるモータとしての転舵側モータ３２と、一対のプーリ３３，３４及びベルト３５からなるベルト機構３６と、ボール螺子機構３７とを備えている。ボール螺子機構３７は、ラック軸２１の外周に同軸配置された円筒状のボール螺子ナット３８を備え、ラック軸２１の外周に形成された螺子溝２１ａ及びボール螺子ナット３８の内周に形成された螺子溝３８ａ間に多数のボール３９を介在させることにより構成されている。そして、転舵側アクチュエータ３１は、転舵側モータ３２の回転をベルト機構３６を介してボール螺子機構３７に伝達し、ボール螺子機構３７にてラック軸２１の往復動に変換することで転舵ユニット５に転舵力を付与する。なお、本実施形態の転舵側モータ３２には、例えば三相のブラシレスモータが採用されている。また、転舵ユニット５は、転舵側アクチュエータ３１の転舵側モータ３２がラック軸２１の鉛直方向下側に配置される姿勢で車両に搭載されるように構成されている。
【００１５】
このように構成された操舵装置１では、運転者によるステアリング操作に応じて転舵側アクチュエータ３１からラック軸２１にモータトルクが転舵力として付与されることで、転舵輪４の転舵角が変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１２からは、運転者の操舵に抗する操舵反力がステアリングホイール２に付与される。
【００１６】
ここで、ボール螺子機構３７は部品点数が多く、例えばブーツ２５の破れ等によりラックハウジング２２に雨水等の液体が浸入した場合に、錆び等が発生し易い。その結果、ボール螺子機構３７の円滑な作動が妨げられ、適切な転舵力を付与することができなくなるおそれがある。
【００１７】
この点、本実施形態の転舵ユニット５は、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生した場合に、ラック軸２１に対して転舵力を別途付与する冗長用アクチュエータ４１を備えている。
【００１８】
詳しくは、冗長用アクチュエータ４１は、駆動源となる冗長用モータ４２と、ウォームアンドホイール等からなる冗長用減速機４３と、ラック軸２１との間でラックアンドピニオン機構４４を構成するピニオン軸４５とを備えている。ラック軸２１には、所定の軸方向範囲に亘ってラック歯２１ｂが形成されている。本実施形態の冗長用モータ４２には、例えば三相のブラシレスモータからなり、転舵側モータ３２よりも出力可能な最大トルクが小さなものが採用されている。
【００１９】
ピニオン軸４５には、ラック歯２１ｂに噛合するピニオン歯４５ａが形成されている。ピニオン軸４５とラック軸２１とは、所定の交差角をもって配置されており、ピニオン歯４５ａとラック歯２１ｂとを噛合させることによりラックアンドピニオン機構４４が構成されている。ピニオン軸４５は、ステアリングシャフト１１の鉛直方向下側に配置されており、ピニオン軸４５の鉛直方向上端部がラックハウジング２２から突出する態様でラックハウジング２２内に収容されている。なお、ピニオン軸４５の回転角は、転舵輪４の転舵角に換算可能な回転軸の回転角に相当する。冗長用減速機４３は、ピニオン軸４５におけるラックハウジング２２から突出した部分に連結されている。そして、転舵ユニット５は、冗長用モータ４２がラック軸２１の鉛直方向上側に配置される姿勢で車両に搭載されるように構成されている。つまり、冗長用モータ４２は、転舵側モータ３２よりも鉛直方向上側に配置されている。
【００２０】
そして、冗長用アクチュエータ４１は、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生した場合に、冗長用モータ４２の回転を冗長用減速機４３を介してピニオン軸４５に伝達し、ラックアンドピニオン機構４４にてラック軸２１の往復動に変換することで転舵ユニット５に転舵力を付与する。
【００２１】
次に、操舵装置１の電気的構成について説明する。
操舵装置１は、操舵側モータ１３の作動を制御する操舵側制御装置５１と、転舵側モータ３２の作動を制御する転舵側制御装置５２と、冗長用モータ４２の作動を制御する冗長用制御装置５３とを備えている。操舵側制御装置５１、転舵側制御装置５２及び冗長用制御装置５３は、車内ネットワーク５４を介して互いに通信可能に接続されている。また、冗長用制御装置５３は、警告灯やスピーカ等からなる報知部５５に接続されており、その作動を制御する。なお、操舵側制御装置５１、転舵側制御装置５２及び冗長用制御装置５３は、それぞれ図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、各種制御が実行される。
【００２２】
操舵側制御装置５１には、ステアリングシャフト１１に付与された操舵トルクＴhを検出するトルクセンサ６１、及び操舵ユニット３の操舵量を示す検出値として操舵側モータ１３の回転角θsを検出する操舵側回転センサ６２が接続されている。なお、トルクセンサ６１は、ステアリングシャフト１１における操舵側減速機１４との連結部分よりもステアリングホイール２側に設けられている。また、操舵側制御装置５１には、車速センサ６３により検出された車両の車速Ｖが車内ネットワーク５４を介して入力される。
【００２３】
操舵側制御装置５１は、操舵側モータ１３の回転角θsを、例えばステアリング中立位置からの回転数をカウントすることにより、３６０°を超える範囲の絶対角に換算して取得する。そして、操舵側制御装置５１は、この絶対角に換算された回転角に操舵側減速機１４の回転速度比に基づく換算係数を乗算することにより、ステアリングホイール２の操舵角θhを演算する。なお、回転角θs及び操舵角θhは、例えばステアリング中立位置から一方向の回転角である場合に正、他方向の回転角である場合に負とする。このように演算された操舵角θhは、転舵側制御装置５２及び冗長用制御装置５３に出力される。
【００２４】
また、操舵側制御装置５１は、操舵トルクＴhや車速Ｖ等の各種状態量に基づいて、操舵反力の目標値となる目標反力トルクを演算し、該目標反力トルクに示されるモータトルクが発生するように操舵側モータ１３に駆動電力を供給して、その作動を制御する。これにより、操舵ユニット３に操舵反力が付与される。
【００２５】
転舵側制御装置５２には、転舵ユニット５の転舵量を示す検出値として転舵側モータ３２の回転角θt1を検出する転舵側回転センサ６４が接続されている。転舵側制御装置５２は、転舵側モータ３２の回転角θt1を、例えば車両が直進する中立位置からの転舵側モータ３２の回転数をカウントすることにより、絶対角に換算して取得する。そして、転舵側制御装置５２は、この絶対角に換算された回転角にベルト機構３６の減速比、ボール螺子機構３７のリード、及びラックアンドピニオン機構４４の回転速度比に基づく換算係数を乗算することにより、ピニオン軸４５の回転角である転舵対応角θp1を演算する。つまり、転舵対応角θp1は、ピニオン軸４５がステアリングシャフト１１に連結されていると仮定した場合におけるステアリングホイール２の操舵角θhに相当する。なお、転舵対応角θp1は、例えば車両が直進する中立位置から一方向の回転角である場合に正、他方向の回転角である場合に負とする。
【００２６】
転舵側制御装置５２は、操舵角θhに基づいて、転舵対応角θp1の目標値となる目標転舵対応角θp*を演算する。なお、一例として、操舵側制御装置５１は、目標転舵対応角θp*を操舵角θhと同一の角度とする。つまり、本実施形態の転舵側制御装置５２では、操舵角θhと転舵対応角θp1との比である舵角比を１：１の比率で一定とする。そして、転舵側制御装置５２は、転舵対応角θp1が目標転舵対応角θp*に追従するようにフィードバック制御を実行することにより、転舵力の目標値となる目標転舵トルクを演算し、該目標転舵トルクに示されるモータトルクが発生するように転舵側モータ３２に駆動電力を供給して、その作動を制御する。これにより、転舵ユニット５に転舵力が付与される。
【００２７】
冗長用制御装置５３は、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生していると判定した場合に、冗長用アクチュエータ４１の作動を制御して転舵ユニット５に転舵力を付与する。
【００２８】
詳しくは、冗長用制御装置５３には、転舵ユニット５の転舵量を示す検出値として冗長用モータ４２の回転角θt2を検出する冗長用回転センサ６５が接続されている。冗長用制御装置５３は、冗長用モータ４２の回転角θt2を、例えば車両が直進する中立位置からの冗長用モータ４２の回転数をカウントすることにより、絶対角に換算して取得する。そして、冗長用制御装置５３は、この絶対角に換算された回転角に冗長用減速機４３の減速比に基づく換算係数を乗算することにより、ピニオン軸４５の回転角である転舵対応角θp2を演算する。なお、転舵対応角θp2は、例えば車両が直進する中立位置から一方向の回転角である場合に正、他方向の回転角である場合に負とする。つまり、転舵対応角θp1と転舵対応角θp2とは、基本的に同一の値となる。
【００２９】
冗長用制御装置５３は、操舵角θhに基づいて、転舵側制御装置５２と同じ演算処理により目標転舵対応角θp*を演算する。続いて、冗長用制御装置５３は、目標転舵対応角θp*と転舵対応角θp2との偏差の絶対値を演算し、この偏差の絶対値が予め設定された偏差閾値を超える場合に、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生したと判定する。なお、偏差閾値は、例えばボール螺子機構３７に錆びが発生することにより転舵側アクチュエータ３１から適切な転舵力を付与できなくなった場合に生じるような角度であり、実験結果等に基づいて予め設定されている。
【００３０】
冗長用制御装置５３は、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生したと判定した場合には、その旨を転舵側制御装置５２に通知して転舵側アクチュエータ３１の作動を停止させる。そして、冗長用制御装置５３は、転舵対応角θp2が目標転舵対応角θp*に追従するようにフィードバック制御を実行することにより、転舵力の目標値となる目標転舵トルクを演算し、該目標転舵トルクに示されるモータトルクが発生するように冗長用モータ４２に駆動電力を供給して、その作動を制御する。これにより、転舵ユニット５に転舵力が付与される。また、冗長用制御装置５３は、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生した旨を示す信号を報知部５５に出力する。これにより、報知部５５は、その旨を運転者に報知する。
【００３１】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）転舵ユニット５は、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生した場合に、ピニオン軸４５を介してラック軸２１に転舵力を付与する冗長用アクチュエータ４１を備える。そのため、例えばボール螺子機構３７に錆び等が発生し、転舵側アクチュエータ３１から適切な転舵力を付与できなくなった場合にも、冗長用アクチュエータ４１から転舵力を付与できるため、転舵ユニットの信頼性の向上を図ることができる。
【００３２】
（２）冗長用モータ４２として、転舵側モータ３２よりも出力可能な最大トルクが小さいものを採用したため、通常は使用しない冗長用モータ４２を小型化することができ、転舵ユニット５の信頼性を向上させつつ、その軽量化等を図ることができる。
【００３３】
（３）転舵側モータ３２がラック軸２１の鉛直方向下側に配置される姿勢で転舵ユニット５を車両に搭載するように構成したため、浸入した雨水等の液体が転舵側アクチュエータ３１に溜まり易く、錆び等が発生し易い。したがって、転舵ユニット５に冗長用アクチュエータ４１を設けることの効果は大である。
【００３４】
（４）冗長用モータ４２が転舵側モータ３２よりも鉛直方向上側に配置される姿勢で転舵ユニット５を車両に搭載するように構成したため、浸入した雨水等の液体が冗長用モータ４２に付着し難い。そのため、転舵側アクチュエータ３１よりも先に冗長用アクチュエータ４１に異常が発生することを抑制できる。
【００３５】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、冗長用制御装置５３が、転舵側アクチュエータ３１に異常が発生した旨を示す信号を報知部５５に出力しない構成としてもよい。
【００３６】
・上記実施形態では、目標転舵対応角θp*と転舵対応角θp2との偏差に基づいて転舵側アクチュエータ３１の異常を検出したが、これに限らず、例えば目標転舵対応角θp*と転舵対応角θp1との偏差に基づいて異常を検出してもよい。また、例えば転舵側モータ３２の通電不良等を検出してもよく、転舵側アクチュエータ３１の異常検出の態様は適宜変更可能である。
【００３７】
・上記実施形態では、操舵角θhに基づいて目標転舵対応角θp*を演算したが、これに限らず、例えば操舵トルクＴhに基づき、モデル式を利用して目標操舵角を演算し、該目標操舵角に基づいて目標転舵対応角θp*を演算してもよい。なお、モデル式として、例えばステアリングホイール２と転舵輪４とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリングホイール２の回転に伴って回転する回転軸のトルクと該回転軸の回転角との関係を定めて表したものを用いることができる。
【００３８】
・上記実施形態では、冗長用制御装置５３は、冗長用モータ４２の回転数をカウントし、同カウント値及びその回転角θt2に基づいて転舵対応角θp2を演算した。しかし、これに限らず、例えば転舵側アクチュエータ３１及び冗長用アクチュエータ４１の回転速度比の違いを利用し、転舵側モータ３２の回転角θt1及び冗長用モータ４２の回転角θt2に基づいて転舵対応角を演算してもよい。
【００３９】
・上記実施形態において、冗長用モータとして、出力可能な最大トルクを転舵側モータ３２と同じ又は転舵側モータ３２よりも大きなものを用いてもよい。
・上記実施形態では、転舵ユニット５を転舵側モータ３２がラック軸２１の鉛直方向下側に配置される姿勢で車両に搭載されるように構成したが、これに限らず、例えば転舵側モータ３２がラック軸２１の水平方向や鉛直方向上側等に配置されるように転舵ユニット５を構成してもよい。この場合、転舵側モータ３２が冗長用モータ４２よりも鉛直方向上側に配置されてもよい。
【００４０】
次に、上記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記転舵側モータは、前記転舵軸の鉛直方向下側に配置される姿勢で車両に搭載される転舵ユニット。上記構成によれば、浸入した雨水等の液体が転舵側アクチュエータに溜まり易く、錆び等が発生し易いため、冗長用アクチュエータを設けることの効果は大である。
【００４１】
（ロ）前記冗長用モータは、前記転舵側モータよりも鉛直方向上側に配置される姿勢で車両に搭載される転舵ユニット。上記構成によれば、浸入した雨水等の液体が冗長用モータに付着し難い。そのため、転舵側アクチュエータよりも先に冗長用アクチュエータに異常が発生することを抑制できる。
【００４２】
（ハ）上記いずれかの構成の転舵ユニットを備え、操舵ユニットと前記転舵ユニットとの間の動力伝達が分離した構造を有する操舵装置。
【符号の説明】
【００４３】
１…操舵装置、２…ステアリングホイール、３…操舵ユニット、４…転舵輪、５…転舵ユニット、２１…ラック軸、２１ａ…螺子溝、２１ｂ…ラック歯、２２…ラックハウジング、３１…転舵側アクチュエータ、３２…転舵側モータ、３６…ベルト機構、３７…ボール螺子機構、３８…ボール螺子ナット、３９…ボール、４１…冗長用アクチュエータ、４２…冗長用モータ、４３…冗長用減速機、４４…ラックアンドピニオン機構、４５…ピニオン軸、４５ａ…ピニオン歯。
【図１】
2020152225.tif 000003