(57)【要約】【課題】互いに干渉しない独立した二つの操舵機構を備え、双方において操舵補助力の伝達ロスの発生を防止し得る操舵制御装置を提供する。【解決手段】ステアリングホイール１に連係される第１操舵軸３と、いわゆるラックピニオン機構を介して転舵輪２Ｌ，２Ｒに連係される第２操舵軸７と、がクラッチ１１を介して分離してなる操舵制御装置であって、運転者の操舵力を補助する二つの第１、第２操舵機構８，１０を設けると共に、第１操舵機構８を第１操舵力発生モータ１６によってピニオン軸６に回転力を付与する構成とし、第２操舵機構１０を油圧によってラックバー５に推進力を付与する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに連係された第１操舵軸と、
転舵輪に連係され、軸方向の所定範囲にラック歯を有すると共に、軸方向の移動に伴い前記転舵輪を転舵させるラックバーと、
前記ラック歯に噛合するピニオン歯を有し、該ピニオン歯を介して前記ラックバーと連係されると共に、該ラックバーの軸方向の移動に伴い回転するピニオン軸と、
該ピニオン軸を介してラックバーに連係された第２操舵軸と、
前記第１操舵軸と第２操舵軸との間に介装され、該第２操舵軸に対する前記第１操舵軸の動力の伝達を断続する動力断続機構と、
前記ピニオン軸に設けられた減速器及び該減速器を介して前記ピニオン軸に回転力を付与する第１電動モータにより構成される第１操舵機構と、
一対の圧力室に発生した差圧に基づいて前記ラックバーに推進力を付与するパワーシリンダ、前記一対の圧力室に接続される一対の吐出口を有し正逆回転することによって前記各圧力室に選択的に作動油を供給する可逆式ポンプ及び該可逆式ポンプを駆動制御する第２電動モータにより構成される第２操舵機構と、
前記ステアリングホイールの操舵量を検出する操舵量センサと、
前記操舵量センサの検出値に基づき前記第１電動モータ及び第２電動モータを駆動制御するモータ制御装置と、を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項２】
前記転舵輪の転舵量を検出する転舵量センサをさらに備え、
該転舵量センサは、前記第１操舵機構とは独立して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項３】
前記転舵量センサは、前記ピニオン軸に設けられ、該ピニオン軸の回転角を検出することを特徴とする請求項２に記載の操舵制御装置。
【請求項４】
前記減速器は、前記ピニオン歯よりも前記第２操舵軸側に設けられ、
前記転舵量センサは、前記ピニオン歯に対し前記減速器と反対側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の操舵制御装置。
【請求項５】
前記減速器は、前記ピニオン歯よりも前記第２操舵軸側に設けられ、
前記転舵量センサは、前記ピニオン歯に対し前記減速器側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の操舵制御装置。
【請求項６】
前記動力断続機構は、少なくとも前記第１操舵機構又は第２操舵機構の一方が失陥した場合に、前記第１操舵軸と第２操舵軸とを連結することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項７】
前記第２操舵機構は、前記一対の圧力室同士の連通又は遮断を切り換えるフェールセーフバルブをさらに備え、
前記フェールセーフバルブは、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記両圧力室同士を連通することを特徴とする請求項６に記載の操舵制御装置。
【請求項８】
前記モータ制御装置は、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記第２電動モータを停止させることを特徴とする請求項７に記載の操舵制御装置。
【請求項９】
ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に切り離された操舵制御装置であって、
転舵輪に連係され、軸方向の所定範囲にラック歯を有すると共に、軸方向の移動に伴い前記転舵輪を転舵させるラックバーと、
前記ラック歯に噛合するピニオン歯を有し、該ピニオン歯を介して前記ラックバーと連係されると共に、該ラックバーの軸方向の移動に伴い回転するピニオン軸と、
前記ピニオン軸に連係された減速器及び該減速器を介して前記ピニオン軸に回転力を付与する第１電動モータにより構成される第１操舵機構と、
一対の圧力室に発生した差圧に基づいて前記ラックバーに推進力を付与するパワーシリンダ、前記一対の圧力室に接続される一対の吐出口を有し正逆回転することによって前記各圧力室に選択的に作動油を供給する可逆式ポンプ及び該可逆式ポンプを駆動制御する第２電動モータにより構成される第２操舵機構と、
前記ステアリングホイールの操舵量を検出する操舵量センサと、
前記操舵量センサの検出値に基づき前記第１電動モータ及び第２電動モータを駆動制御するモータ制御装置と、を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項１０】
前記転舵輪の転舵量を検出する転舵量センサをさらに備え、
該転舵量センサは、前記第１操舵機構とは独立して設けられていることを特徴とする請求項９に記載の操舵制御装置。
【請求項１１】
前記転舵量センサは、前記ピニオン軸に設けられ、該ピニオン軸の回転角を検出することを特徴とする請求項１０に記載の操舵制御装置。
【請求項１２】
前記第１操舵機構及び第２操舵機構は、前記ステアリングホイールを介して入力される操舵量に対し、前記転舵輪の転舵量を可変制御することを特徴とする請求項９に記載の操舵制御装置。
【請求項１３】
車速を検出する車速センサをさらに備え、
前記第１操舵機構及び第２操舵機構は、前記車速センサによって検出された車速が高くなるほど、前記操舵量に対する前記転舵量が減少するように可変制御することを特徴とする請求項１２に記載の操舵制御装置。
【請求項１４】
前記転舵輪の転舵量を角度として検出する転舵角センサと、
前記第１電動モータの回転角度を検出するモータ回転角センサと、をさらに備え、
前記転舵輪が所定角度だけ転舵したときに前記転舵角センサから出力される信号の周期は、前記転舵輪が前記所定角度だけ転舵したときに前記モータ回転角センサから出力される信号の周期よりも長いことを特徴とする請求項９に記載の操舵制御装置。
【請求項１５】
前記減速器は、ウォームシャフトとウォームホイールとから構成されていることを特徴とする請求項９に記載の操舵制御装置。
【請求項１６】
前記ウォームホイールの歯部は、樹脂材によって形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の操舵制御装置。
【請求項１７】
車速を検出する車速センサをさらに備え、
前記モータ制御装置は、前記車速センサによって検出された車速が所定以上のとき、前記第２電動モータの駆動を停止し、前記第１電動モータのみを駆動制御することを特徴とする請求項９に記載の操舵制御装置。
【請求項１８】
ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に切り離された操舵制御装置であって、
転舵輪に連係され、軸方向の所定範囲にラック歯を有すると共に、軸方向の移動に伴い前記転舵輪を転舵させるラックバーと、
前記ラック歯に噛合するピニオン歯を有し、該ピニオン歯を介して前記ラックバーと連係されると共に、該ラックバーの軸方向の移動に伴い回転するピニオン軸と、
前記ピニオン軸に連係された減速器及び該減速器を介して前記ピニオン軸に回転力を付与する第１電動モータにより構成される第１操舵機構と、
一対の圧力室に発生した差圧に基づいて前記ラックバーに推進力を付与するパワーシリンダ、前記一対の圧力室に接続される一対の吐出口を有し正逆回転することによって前記各圧力室に選択的に作動油を供給する可逆式ポンプ及び該可逆式ポンプを駆動制御する第２電動モータにより構成される第２操舵機構と、
前記ステアリングホイールの操舵量を検出する操舵量センサと、
前記ステアリングホイールに対して擬似的な反力を付与する第３電動モータを有する反力アクチュエータと、
前記第１電動モータを駆動制御する第１モータ制御装置と、
前記第２電動モータを駆動制御する第２モータ制御装置と、
前記第３電動モータを駆動制御する第３モータ制御装置と、を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項１９】
ステアリングホイールに連係された第１操舵軸と、
前記ピニオン軸を介してラックバーに連係された第２操舵軸と、
前記第１操舵軸と第２操舵軸との間に介装され、該第２操舵軸に対する前記第１操舵軸の動力の伝達を断続させる動力断続機構と、をさらに備え、
前記動力断続機構は、少なくとも前記第１操舵機構又は第２操舵機構の一方が失陥した場合に、前記第１操舵軸と第２操舵軸とを連結することを特徴とする請求項１８に記載の操舵制御装置。
【請求項２０】
前記第２操舵機構は、前記一対の圧力室同士の連通又は遮断を切り換えるフェールセーフバルブをさらに備え、
前記フェールセーフバルブは、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記両圧力室同士を連通することを特徴とする請求項１９に記載の操舵制御装置。
【請求項２１】
前記第２モータ制御装置は、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記第２電動モータを停止させることを特徴とする請求項２０に記載の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両の操舵装置として用いられ、ステアリングホイールと転舵輪との機械的リンクを廃したステアバイワイヤ式の操舵制御装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に用いられる従来の操舵制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この装置は、いわゆるデュアルピニオンタイプの電動式パワーステアリング装置であって、軸方向の二箇所に第１、第２ラック歯を有するラックバーと、ピニオン歯を介して前記各ラック歯にそれぞれ噛合する第１、第２のピニオン軸と、によって構成される二つのラックピニオン機構を備えており、第１ピニオン軸はステアリングホイールに連係され、第２ピニオン軸は減速器を介して電動モータに連係されている。
【０００４】
そして、前記第１ピニオン軸には所定の制御装置を介して前記電動モータに接続されるトルクセンサが設けられていて、該トルクセンサの検出値に基づき電動モータを駆動制御して前記第１ピニオン軸を介してラックバーに入力された操舵力に応じた適切な補助操舵力を前記第２ピニオン軸を介してラックバーに付与することにより、運転者の操舵負荷を軽減している。
【特許文献１】特開２００２−１５４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一方のピニオン軸のみが電動モータに連係された前記従来の電動パワーステアリング装置において、双方のピニオン軸をそれぞれ電動モータに連係させることによって構成される二つの独立した操舵補助ユニットを有する冗長系のステアリングシステムを構築する場合に、つまり一方の操舵補助ユニットが失陥しても他方の操舵補助ユニットによって操舵補助機能を維持できるようなステアリングシステムを構築する場合に、一方のユニットのラックピニオン機構の噛み合い位置が適切でも、当該位置が他方のユニットのラックピニオン機構の噛み合い位置として適切とはならない。
【０００６】
具体的には、一方のユニットのラックピニオン機構が噛合するにあたって、一方のピニオン軸により、当該ラックピニオン機構の噛み合いが適正な位置となるようにラックバーにおいて回転方向に捩れる力が生じてしまう。すなわち、互いに噛み合うピニオン歯とラック歯との間にはいわゆる噛み合い隙間が存在するため、ピニオン軸が回転してラックバーにその回転トルクが伝達される際、ラックバーには前記噛み合い隙間が減少する方向に捩れる（回転する）力が作用する。
【０００７】
かかるラックバーの捩れにより、前記一方のユニットのラックピニオン機構の噛み合い位置が他方のユニットのラックピニオン機構にとって適正な噛み合い位置とはならなくなってしまう。
【０００８】
そして、この結果、前記他方のユニットのラックピニオン機構において操舵補助力の伝達ロスが生じてしまうといった技術的課題を招来してしまっている。
【０００９】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、互いに干渉しない独立した二つの操舵機構を備え、双方において操舵補助力の伝達ロスの発生を防止し得る操舵制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は、ステアリングホイールに連係される第１操舵軸と、ラックピニオン機構を介して転舵輪に連係される第２操舵軸と、を分離してなる操舵制御装置であって、とりわけ、運転者の操舵力を補助する二つの操舵機構のうち、一方の操舵機構を電動モータによってピニオン軸に回転力を付与する構成とし、他方の操舵機構を油圧によってラックバーに推進力を付与する構成としたことを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、他方の操舵機構は油圧によりラックバーを軸方向に推進させるものであって、該他方の操舵機構によりラックバーに捩れが生ずることがないため、ピニオン軸とラックバーとの噛み合いに支障を来すことがない。これにより、ピニオン軸とラックバーとの間に操舵力の伝達ロスを生ずることもない。
【００１２】
また、本発明に係る操舵制御装置にあっては、ステアリングホイールと転舵輪との機械的なリンクを廃して両者を分離した構造となっているため、運転者による操舵にとらわれず、自由な転舵制御を行うことができる。しかも、この装置には第１、第２操舵軸間に動力断続機構が介装されていることから、前記各操舵機構に異常が発生した際には、前記動力断続機構を介して第１操舵軸と第２操舵軸とを連結させて、ステアリングホイールによって運転者が直接転舵を行うこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る操舵制御装置の各実施の形態を図面に基づいて詳述する。なお、各実施の形態では、この操舵制御装置を、例えば車両のラックピニオン式ステアリング装置に適用したものを示している。
【００１４】
図１〜図３は、本発明に係る操舵制御装置の第１の実施の形態を示し、この操舵制御装置は、図１に示すように、ステアリングホイール１と転舵輪２Ｌ，２Ｒとが分離して構成されたいわゆるステアバイワイヤ式のステアリング装置であって、ステアリングホイール１に連係された第１操舵軸３と、該第１操舵軸３に設けられて、ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ４と、転舵輪２Ｌ，２Ｒに連係されて、軸方向の所定範囲にラック歯５ａを有するラックバー５と、ラック歯５ａに噛合するピニオン歯６ａを有し、該ピニオン歯６ａを介してラックバー５と連係するピニオン軸６と、該ピニオン軸６を介してラックバー５と連係する第２操舵軸７と、ピニオン軸６に連係されて、操舵角センサ４の検出値に基づきピニオン軸６に対し回転力を付与することによって操舵力を発生させる第１操舵機構８と、ピニオン軸６に設けられて転舵輪２Ｌ，２Ｒの転舵角（実舵角）を検出する転舵角センサ９と、ラックバー５に連係されて、操舵角センサ４の検出値に基づきラックバー５に対し推進力を発生させることによって操舵力を発生させる第２操舵機構１０と、第１操舵機構８又は第２操舵機構１０の少なくとも一方が失陥した場合に第１操舵軸３と第２操舵軸７とを連結する、いわばフェールセーフ手段としての動力断続機構であるクラッチ１１と、を備えている。
【００１５】
前記第１操舵軸３には、後述する第１、第２操舵力制御装置１９，２３と相互に通信可能に設けられた疑似反力制御装置１２を介して操舵角センサ４に接続される反力発生モータ１３が所定の減速機構を介して連係されている。これら反力発生モータ１３及び減速機構によって本発明に係る反力アクチュエータを構成されている。さらに、前記第１操舵軸３には、ステアリングホイール１から入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ１４が設けられていて、該トルクセンサ１４によって検出された情報は疑似反力制御装置１２に送られて、後述する擬似的な操舵反力の演算に供される。
【００１６】
前記反力発生モータ１３は、操舵角センサ４やトルクセンサ１４の検出値、並びに、後述する第１、第２操舵力制御装置１９，２３及び図外の車速センサ等からの情報に基づいて疑似反力制御装置１２によって駆動制御される。すなわち、この反力発生モータ１３は、第１、第２操舵機構８，１０が共に正常に機能している状態（以下、通常時という。）、つまりクラッチ１１が連結されていない状態において、操舵が行われた場合に、ステアリングホイール１に対し、該ステアリングホイール１と転舵輪２Ｌ，２Ｒとが機械的にリンクされた通常のステアリング装置（以下、通常のステアリング装置という。）をもって操舵を行う際に転舵輪２Ｌ，２Ｒが路面から受けるいわゆる操舵反力を擬似的に付与し、運転者に対して前記通常のステアリング装置と同様の操舵フィーリングを与えることを可能としている。
【００１７】
前記第１操舵機構８は、ピニオン軸６に設けられた減速器１５と、該減速器１５を介してピニオン軸６に連係された第１操舵力発生モータ１６と、によって構成されている。ここで、減速器１５は、ピニオン軸６の外周に設けられたウォームホイール１７と、第１操舵力発生モータ１６の駆動軸と同軸上に設けられたウォームシャフト１８と、によって構成され、限られたスペースの中で十分な減速比が得られるようになっている。また、この減速器１５においては、ウォームホイール１７の歯部を樹脂製とすることで、ウォームシャフト１８との噛み合いによって生じうるギヤノイズの抑制も図られている。
【００１８】
前記第１操舵力発生モータ１６は、前記他の制御装置１２，２３と相互通信可能な第１操舵力制御装置１９を介して転舵角センサ９に接続されていて、該転舵角センサ９の検出値や前記他の制御装置１２，２３からの情報等に基づき第１操舵力制御装置１９によって駆動制御される。そして、かかる第１操舵力発生モータ１６が回転駆動されることにより、通常時においては、車両の運転状態に応じて必要とされる適切な操舵力がピニオン軸６に付与される。
【００１９】
一方で、異常時、つまり後述する第２操舵機構１０が失陥した場合であって、クラッチ１１が連結された状態においては、前記第１操舵力発生モータ１６の回転力はステアリングホイール１から入力された操舵力を補助することに供され、該第１操舵力発生モータ１６が回転駆動されることにより、ステアリングホイール１から入力された操舵力を補助する操舵補助力がピニオン軸６に付与される。
【００２０】
前記転舵角センサ９は、図１及び図２に示すように、ピニオン軸６において、ピニオン歯６ａに対し減速器１５と反対側となるピニオン軸６の先端部に設けられていて、該ピニオン軸６に対してラジアル方向からピニオン軸６の回転角に基づいて転舵輪２Ｌ，２Ｒの実舵角を検出するように構成されている。なお、この転舵角センサ９は、ピニオン軸６の回転角に基づいて転舵輪２Ｌ，２Ｒの実舵角を検出するものに限られず、例えば、ラックバー５の移動量に基づいて転舵輪２Ｌ，２Ｒの実舵角を検出するものであってもよい。
【００２１】
前記第２操舵機構１０は、一対の圧力室Ｐ１，Ｐ２に発生した差圧に基づきラックバー５に推進力を付与するパワーシリンダ２０と、各配管２４ａ，２４ｂを介して前記各圧力室Ｐ１，Ｐ２に接続される一対の吐出口２１ａ，２１ｂを有し、正逆回転することにより前記各圧力室Ｐ１，Ｐ２に選択的に作動油を供給する周知の可逆式ポンプであるオイルポンプ２１と、該オイルポンプ２１を駆動制御する第２操舵力発生モータ２２と、から構成されている。
【００２２】
前記パワーシリンダ２０は、ラックバー５の外周側に該ラックバー５を囲繞するように設けられた円筒状のシリンダチューブ２０ａと、ラックバー５の外周に嵌着されたピストン２０ｂと、から構成され、該ピストン２０ｂによってシリンダチューブ２０ａ内の空間が二室に隔成され、前記一対の圧力室Ｐ１，Ｐ２が形成されている。
【００２３】
前記第２操舵力発生モータ２２は、前記他の制御装置１２，１９と相互通信可能な第２操舵力制御装置２３に接続されていて、前記他の制御装置１２，１９からの情報等に基づいて第１操舵力制御装置１９によって駆動制御される。そして、この第２操舵力発生モータ２２は、オイルポンプ２１を回転駆動することによってパワーシリンダ２０の各圧力室Ｐ１，Ｐ２間に差圧を発生させ、この差圧により、通常時においては、前記第１操舵機構８によって付与された操舵力を補助する操舵補助力としての推進力がラックバー５に付与される。
【００２４】
一方で、異常時、つまり前記第１操舵機構８が失陥してクラッチ１１が連結された場合においては、前記各圧力室Ｐ１，Ｐ２間の差圧に基づく操舵補助力は、ステアリングホイール１から入力された操舵力を補助することに供される。
【００２５】
また、前記操舵力発生モータ１６の内部には、該モータ１６の回転角を検出するモータ回転角センサである図外のレゾルバが設けられており、該レゾルバによって検出されたモータ１６の回転角についての出力信号は第１操舵力制御装置１９に送信されて、当該モータ１６の駆動制御に供される。
【００２６】
また、前記第２操舵機構１０には、前記各配管２４ａ，２４ｂの間に、前記各圧力室Ｐ１，Ｐ２同士を直接的に連通させる連通路２４ｃが構成されていると共に、該連通路２４ｃの途中には、いわゆるフェールセーフバルブ２５が設けられている。そして、このフェールセーフバルブ２５は、例えば、第２操舵力発生モータ２２が故障した場合などの緊急時に開弁して、前記両圧力室Ｐ１，Ｐ２を連通させるように第２操舵力制御装置２３によって制御されている。
【００２７】
以下、本発明に係る操舵制御装置の作用について、図１に基づいて説明する。
【００２８】
まず、通常時においては、クラッチ１１は連結されていないことから、第１操舵軸３の回転力は第２操舵軸７に直接伝達されることはなく、第１操舵軸３の回転角が操舵角センサ４によって検出されて、該検出結果に基づき第１操舵力制御装置１９から第１操舵力発生モータ１６に制御信号が送られる。そして、この信号に基づいて回転駆動される第１操舵力発生モータ１６の回転力が減速器１５を介してピニオン軸６に伝達されて、該ピニオン軸６が回転することによってラックバー５が軸方向へ移動することとなり、これによって、ステアリングホイール１から入力された操舵角に基づき転舵輪２Ｌ，２Ｒが転舵される。
【００２９】
なお、かかる操舵時において、ステアリングホイール１の操舵量と第１操舵機構８から出力される操舵量とが常に対応するというわけではなく、例えば、高速走行時のように大きな操舵量を必要としない、換言すれば、大きな操舵が操舵フィーリングの悪化に繋がる場合などは、ステアリングホイール１の操舵量に対し第１操舵機構８から出力される操舵量が小さくなるように制御され、反対に、特に駐車を行う場合など、低速走行時であって大きな操舵量を必要とする場合には、ステアリングホイール１の操舵量に対し第１操舵機構８から出力される操舵量が大きくなるように制御されることになる。
【００３０】
また、上述ように第１操舵機構８が正常に作動している状態において、第２操舵機構１０は、操舵角センサ４の検出結果など前記他の制御装置１２，１９からの情報に基づき第２操舵力制御装置２３により第２操舵力発生モータ２２によってオイルポンプ２１が駆動され、例えばラックバー５が図１中右方向に移動する場合には、圧力室Ｐ２側に作動油が供給されて、両圧力室Ｐ１，Ｐ２間に差圧が発生することになる。そして、この差圧に基づきピストン２０ｂを介してラックバー５が推進力を受け、該推進力によって第１操舵機構８により出力された操舵力が補助される。
【００３１】
なお、この際、第２操舵機構１０は、第１操舵機構８が正常に作動している場合に常に作動するものではなく、例えば、高速走行時など操舵力補助を必要としない場合には停止し、反対に、低速走行時など操舵力補助が必要とされる場合には作動して、前記操舵力補助機能が十分に発揮されることとなる。
【００３２】
また、前記両操舵機構８，１０のうち少なくとも一方が失陥した場合には、クラッチ１１が連結されて、ステアリングホイール１から入力された操舵力をピニオン軸６に直接伝達することを可能にすると共に、正常に作動している方の操舵機構をいわゆる操舵補助手段として機能させることになる。
【００３３】
このように、本装置の場合、第１、第２操舵軸３，７間にはクラッチ１１が介装され、異常時には、当該クラッチ１１を介して前記両操舵軸３，７を連結させて、ステアリングホイール１によって運転者が直接転舵することを可能にすることで、異常時の操舵の自由度を高めている。
【００３４】
しかも、このとき、第１、第２操舵機構８，１０の双方が失陥してはじめてクラッチ１１を連結させるのではなく、該両操舵機構８，１０のうちの一方が失陥した段階でクラッチ１１を連結させることにより、両操舵機構８，１０が別々に失陥する場合において、より安全性を高めることができる。
【００３５】
また、失陥したと判断された操舵機構においては、その操舵機構の駆動源となりうる電動モータを停止するように制御される。すなわち、第１操舵機構８が失陥した場合には、第１操舵力制御装置１９によってピニオン軸６に操舵力を付与する第１操舵力発生モータ１６を停止させるように制御され、第２操舵機構１０が失陥した場合には、第２操舵力制御装置２３によってオイルポンプ２１を駆動する第２操舵力発生モータ２２を停止させるように制御されることになる。これにより、失陥した操舵機構における電動モータの異常作動の防止が図れると共に、余計な電力消費を抑制することができる。
【００３６】
以上のことから、この実施の形態によれば、前記両操舵機構８，１０のうち第２操舵機構１０について、パワーシリンダ２０の両圧力室Ｐ１，Ｐ２の差圧によりピストン２０ｂを介してラックバー５に推進力を付与することによって操舵力を補助する構成としたことから、当該第２操舵機構１０が操舵力を補助する際にラックバー５の捩れを招来することがない。
【００３７】
このため、ピニオン軸６とラックバー５との噛み合いに支障を来すおそれがなく、これによってピニオン軸６とラックバー５との間における操舵力の伝達ロスの発生を防止することができる。また、上述のようにラックバー５の捩れを回避することで、ピニオン軸６とラックバー５との噛み合いについて余計な負荷を与えるおそれもないため、かかるラックピニオン機構の耐久性の低下を抑制することもできる。
【００３８】
また、本発明に係る操舵制御装置にあっては、ステアバイワイヤ方式を採用することでステアリングホイール１と転舵輪２Ｌ，２Ｒとの機械的なリンクを廃して両者を分離した構造となっているため、運転者による操舵にとらわれず、自由な転舵制御を行うことができる。言い換えれば、ステアリングホイール１からの操舵入力（操舵量）に対してピニオン軸６の操舵出力（転舵量）が可変となるように構成することで、例えば、車速情報などを制御の要素として取り込むことにより、高速走行を行う場合や駐車を行う場合など、車両の走行環境に応じた適切な操舵制御を行うことができる。
【００３９】
また、前記転舵角センサ９を前記レゾルバによって代用せず、第１操舵機構８から独立して設けたことにより、該第１操舵機構８が失陥した場合であっても、当該転舵角センサ９自体の検出出力に基づいて第２操舵機構１０を継続して適切に制御することができる。
【００４０】
そして、ピニオン軸６の回転数に基づいて転舵輪２Ｌ，２Ｒの実舵角を演算するにあたり、第１操舵力発生モータ１６の回転数を検出する前記レゾルバは、ピニオン軸６の回転数を直接検出する転舵角センサ９よりも減速器１５の減速比分だけ多く回転することになるため、図３に示すように、図中に実線で示す前記レゾルバの出力信号の周期は、図中に破線で示す転舵角センサ９の出力信号の周期と比べて短くなる。換言すれば、転舵角センサ９は、前記レゾルバと比べて回転数が少なく出力周期が長いことから、当該転舵角センサ９の検出結果に基づいて前記転舵輪２Ｌ，２Ｒの実舵角の演算を行うことで、当該演算を行う際の負荷を軽減することができる。
【００４１】
さらに、前記転舵角センサ９をピニオン軸６に設けるにあたり、その位置を、ピニオン歯６ａを挟んで減速器１５と反対側となる当該ピニオン軸６の先端部としたことから、転舵角センサ９が減速器１５と干渉してしまうおそれがなく、当該転舵角センサ９の配置についての設計自由度の拡大化が図れる。
【００４２】
なお、本実施の形態に係る転舵角センサ９は、ピニオン軸６に対しラジアル方向から回転角を検出することとしているが、当該転舵角センサ９をピニオン軸６の先端に設けることによって該ピニオン軸６に対しスラスト方向から回転角を検出することも可能であり、この場合には、転舵角センサ９をさらに小型化することができる。
【００４３】
また、前記各制御装置１２，１９，２３は、それぞれ独立して設けられているため、前記各操舵機構８，１０の一方が失陥した場合や当該各制御装置１２，１９，２３の一つが失陥した場合にも、操舵制御を継続して行うことができる。
【００４４】
しかも、前記各制御装置１２，１９，２３については、互いに通信してそれぞれの出力信号を相互比較することができることから、これら制御装置１２，１９，２３の一つが失陥した場合であっても、その失陥した制御装置について、当該各制御装置１２，１９，２３間においていわゆる多数決によって決定することが可能となっている。このため、前記失陥についてより精度の高い判断を得ることができ、操舵制御装置の信頼性や安全性の向上が図れる。
【００４５】
また、前記第２操舵機構１０においては、フェールセーフバルブ２５によりパワーシリンダ２０の両圧力室Ｐ１，Ｐ２の連通及び遮断を行うことが可能となっているため、当該第２操舵機構１０が失陥した場合には、フェールセーフバルブ２５によって両圧力室Ｐ１，Ｐ２を連通させることで、作動油の大半を、オイルポンプ２１を通過させずに両圧力室Ｐ１，Ｐ２間を行き来させることができる。これによって、オイルポンプ２１の慣性の影響を回避することが可能になり、この結果、作動油の流動抵抗が低減されて、両圧力室Ｐ１，Ｐ２間の作動油の行き来をより円滑に行うことができる。
【００４６】
図４及び図５は本発明に係る操舵制御装置の第２の実施の形態を示しており、前記第１の実施の形態においてピニオン軸６に設けられる前記転舵角センサ９の配置を変更したものである。
【００４７】
すなわち、この実施の形態では、転舵角センサ９が、ピニオン軸６において、ピニオン歯６ａに対して減速器１５と同じ側であって、該減速器１５の上方に配置されている。なお、ピニオン軸６の回転角の検出方向については、前記第１の実施の形態と同様に、ピニオン軸６に対しラジアル方向から回転角を検出するようになっている。
【００４８】
この実施の形態によれば、前記転舵角センサ９を減速器１５と同じ側に配置したことから、ピニオン軸６の外周側へ張り出す部品を集約することが可能となり、ピニオン軸６周りの大型化の範囲を最小限に抑えることができる。換言すれば、ピニオン軸６の先端側近傍の大型化を防止することができる。
【００４９】
図６は、本発明に係る操舵制御装置の第３の実施の形態を示しており、前記第２の実施の形態の構成を基本として、該第２の実施の形態において前記クラッチ１１を廃止したものである。
【００５０】
よって、この実施形態の場合であっても、異常時に前記クラッチ１１を連結させることによるフェールセーフ機能を除き、基本的には前記第２の実施の形態と同様の作用効果が奏せられる。
【００５１】
図７は、本発明に係る操舵制御装置の第４の実施の形態を示し、基本的な構成は前記第１の実施の形態と同様であり、異なるところは、前記クラッチ１１を廃止すると共に、前記第１操舵機構８においては、減速器１５を廃止して第１操舵力発生モータ１６によって直接ピニオン軸６を回転駆動するように構成し、前記第２操舵機構１０においては、オイルポンプ２１を双方向ポンプから一方向ポンプに変更し、該一方向ポンプによって圧送される作動油を、例えば特願平５−４２８８０号公報の特に図４及び図５に図示されているような周知のロータリーバルブ２６によってパワーシリンダ２０の各圧力室Ｐ１，Ｐ２に作動油を選択的に供給するように構成したものである。
【００５２】
すなわち、この操舵制御装置においては、第１操舵力発生モータ１６により回転駆動される第２操舵軸７とピニオン軸６とが図外のトーションバーを介して相対回転可能に連結されており、第１操舵力発生モータ１６により第２操舵軸７が回転駆動されることによって前記トーションバーが捩られ、該トーションバーの弾性力をもってピニオン軸６が第２操舵軸７に追従して回転するようになっている。
【００５３】
そして、前記ロータリーバルブ２６は、第２操舵軸７とピニオン軸６とが重合することによって構成されており、第２操舵軸７の回転方向に応じて各圧力室Ｐ１，Ｐ２のうち一方をオイルポンプ２１の吐出口に連通させ、他方を作動油が貯留されるリザーバタンク２７に連通させる。このとき、操舵時のトルク、すなわち第２操舵軸７とピニオン軸６との相対回転量によって当該バルブ２６の開弁量が変化し、これによって各圧力室Ｐ１，Ｐ２に対しての作動油の給排量が制御されることとなっている。
【００５４】
以下、本発明に係る操舵制御装置の作用について、図７に基づいて説明する。
【００５５】
本実施の形態に係る操舵制御装置においては、ステアリングホイール１を回転させると、該ステアリングホイール１と一体に回転する第１操舵軸３の回転角が操舵角センサ４によって検出されて、該検出結果に基づき第１操舵力制御装置１９から第１操舵力発生モータ１６に制御信号が送られる。そして、この信号に基づいて回転駆動される第１操舵力発生モータ１６の回転力が前記トーションバーを介してピニオン軸６に伝達され、該ピニオン軸６が回転することによってラックバー５が軸方向に移動することとなり、これによって、ステアリングホイール１から入力された操舵角に基づいて転舵輪２Ｌ，２Ｒが転舵される。
【００５６】
なお、本実施の形態においても、ステアリングホイール１の操舵量と第１操舵機構８から出力される操舵量とは常に対応することに限定されず、例えば、高速走行時のように大きな操舵量を必要としない、換言すれば、大きな操舵が操舵フィーリングの悪化に繋がる場合などは、ステアリングホイール１の操舵量に対し第１操舵機構８から出力される操舵量が小さくなるように制御され、反対に、特に駐車を行う場合など、低速走行時であって大きな操舵量を必要とする場合には、ステアリングホイール１の操舵量に対し第１操舵機構８から出力される操舵量が大きくなるように制御されることになる。
【００５７】
さらに、本実施の形態では、操舵を行う際に、第１操舵力発生モータ１６によって回転駆動される第２操舵軸７とこれに追従して回転するピニオン軸６との相対回転量に基づいてロータリーバルブ２６が開弁することになる。すると、第２操舵軸７の回転方向や当該バルブ２６の開弁量に応じた油圧が各圧力室Ｐ１，Ｐ２の一方に作用して、これによって発生した差圧に基づいてラックバー５に対し操舵補助力としての推進力が付与される。このようにして、本実施の形態では、第２操舵機構１０は、第１操舵機構８によって出力された操舵力を補除することに供される。
【００５８】
なお、この際、第２操舵機構１０については、例えば、高速走行時など操舵補助を必要としない場合には停止させることが可能であり、反対に、低速走行時など操舵力補助が必要とされる場合には、前記操舵力補助機能を十分に発揮させることも可能である。
【００５９】
以上のことから、この実施の形態によれば、前記両操舵機構８，１０のうち第２操舵機構１０について、パワーシリンダ２０の両圧力室Ｐ１，Ｐ２の差圧によりピストン２０ｂを介してラックバー５に推進力を付与することによって操舵力を補助する構成としたことから、当該第２操舵機構１０が操舵力を補助する際にラックバー５の捩れを招来することがない。
【００６０】
このため、ピニオン軸６とラックバー５との噛み合いに支障を来すおそれがなく、これによってピニオン軸６とラックバー５との間における操舵力の伝達ロスの発生を防止することができる。また、上述のようにラックバー５の捩れを回避することで、ピニオン軸６とラックバー５との噛み合いについて余計な負荷を与えるおそれもないため、かかるラックピニオン機構の耐久性の低下を抑制することもできる。
【００６１】
そして、特に、本実施の形態に係る操舵制御装置の場合、従来の油圧パワーステアリング装置のステアリングホイールを第１操舵力発生モータ１６に置き換えることで、比較的容易に構成することができる。換言すれば、操舵出力部に相当する第１、第２操舵機構８，１０には従来の油圧パワーステアリング装置を流用することができるため、設計工数の低減化が図れるなど、製造コストの低廉化に寄与することができる。
【００６２】
なお、その他、本実施の形態においても、異常時に前記クラッチ１１を連結させることによるフェールセーフ機能及び減速器１５に係る作用効果を除き、前記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６３】
本発明は前記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、前記第１操舵機構８及び第２操舵機構１０の制御内容については、適用される自動車の仕様等によって適宜自由に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る操舵制御装置の第１の実施の形態を示す当該装置全体の模式図である。
【図２】同実施の形態において転舵角センサの取付位置を示す操舵制御装置の部分拡大図である。
【図３】転舵角センサの出力信号の周期とレゾルバの出力信号の周期とを比較するためのグラフである。
【図４】本発明に係る操舵制御装置の第２の実施の形態を示す当該装置全体の模式図である。
【図５】同実施の形態において転舵角センサの取付位置を示す操舵制御装置の部分拡大図である。
【図６】本発明に係る操舵制御装置の第３の実施の形態を示す当該装置全体の模式図である。
【図７】本発明に係る操舵制御装置の第４の実施の形態を示す当該装置全体の模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…ステアリングホイール
２Ｌ，２Ｒ…転舵輪
３…第１操舵軸
４…操舵角センサ（操舵量センサ）
５…ラックバー
６…ピニオン軸
７…第２操舵軸
８…第１操舵機構
１０…第２操舵機構
１１…クラッチ（動力断続機構）
１２…疑似反力制御装置（第１モータ制御装置）
１３…反力発生モータ（第１電動モータ）
１５…減速器
１６…第１操舵力発生モータ（第２電動モータ）
１９…第１操舵力制御装置（第２モータ制御装置）
２０…パワーシリンダ
２１…オイルポンプ（可逆式ポンプ）
２２…第３操舵力発生モータ（第３電動モータ）
２３…第３操舵力制御装置（第３モータ制御装置）
【図１】
2010143240.tif 000003
【図２】
2010143240.tif 000004
【図３】
2010143240.tif 000005
【図４】
2010143240.tif 000006
【図５】
2010143240.tif 000007
【図６】
2010143240.tif 000008
【図７】
2010143240.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月6日(2009.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに連係された第１操舵軸と、
転舵輪に連係され、軸方向の所定範囲にラック歯を有すると共に、軸方向の移動に伴い前記転舵輪を転舵させるラックバーと、
前記ラック歯に噛合するピニオン歯を有し、該ピニオン歯を介して前記ラックバーと連係されると共に、該ラックバーの軸方向の移動に伴い回転するピニオン軸と、
該ピニオン軸を介してラックバーに連係された第２操舵軸と、
前記第１操舵軸と第２操舵軸との間に介装され、該第２操舵軸に対する前記第１操舵軸の動力の伝達を断続する動力断続機構と、
前記ピニオン軸に回転力を付与する第１電動モータにより構成される第１操舵機構と、
一対の圧力室に発生した差圧に基づいて前記ラックバーに推進力を付与するパワーシリンダ、前記一対の圧力室に接続される一対の吐出口を有し正逆回転することによって前記各圧力室に選択的に作動油を供給する可逆式ポンプ及び該可逆式ポンプを駆動制御する第２電動モータにより構成される第２操舵機構と、
前記ステアリングホイールの操舵量を検出する操舵量センサと、
前記操舵量センサの検出値に基づき前記第１電動モータ及び第２電動モータを駆動制御するモータ制御装置と、を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項２】
前記転舵輪の転舵量を検出する転舵量センサをさらに備え、
該転舵量センサは、前記第１操舵機構とは独立して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項３】
前記転舵量センサは、前記ピニオン軸に設けられ、該ピニオン軸の回転角を検出することを特徴とする請求項２に記載の操舵制御装置。
【請求項４】
前記第１電動モータと前記ピニオン軸に接続する減速器をさらに備え、
前記第１電動モータは、前記減速器を介して前記ピニオン軸に回転力を付与することを特徴とする請求項３に記載の操舵制御装置。
【請求項５】
前記転舵量センサは、前記ピニオン歯に対し前記減速器と反対側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の操舵制御装置。
【請求項６】
前記転舵量センサは、前記ピニオン歯に対し前記減速器側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の操舵制御装置。
【請求項７】
前記動力断続機構は、少なくとも前記第１操舵機構又は第２操舵機構の一方が失陥した場合に、前記第１操舵軸と第２操舵軸とを連結することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項８】
前記第２操舵機構は、前記一対の圧力室同士の連通又は遮断を切り換えるフェールセーフバルブをさらに備え、
前記フェールセーフバルブは、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記両圧力室同士を連通することを特徴とする請求項７に記載の操舵制御装置。
【請求項９】
前記モータ制御装置は、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記第２電動モータを停止させることを特徴とする請求項８に記載の操舵制御装置。
【請求項１０】
ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に切り離された操舵制御装置であって、
転舵輪に連係され、軸方向の所定範囲にラック歯を有すると共に、軸方向の移動に伴い前記転舵輪を転舵させるラックバーと、
前記ラック歯に噛合するピニオン歯を有し、該ピニオン歯を介して前記ラックバーと連係されると共に、該ラックバーの軸方向の移動に伴い回転するピニオン軸と、
前記ピニオン軸に回転力を付与する第１電動モータにより構成される第１操舵機構と、
一対の圧力室に発生した差圧に基づいて前記ラックバーに推進力を付与するパワーシリンダ、前記一対の圧力室に接続される一対の吐出口を有し正逆回転することによって前記各圧力室に選択的に作動油を供給する可逆式ポンプ及び該可逆式ポンプを駆動制御する第２電動モータにより構成される第２操舵機構と、
前記ステアリングホイールの操舵量を検出する操舵量センサと、
前記操舵量センサの検出値に基づき前記第１電動モータ及び第２電動モータを駆動制御するモータ制御装置と、を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項１１】
前記転舵輪の転舵量を検出する転舵量センサをさらに備え、
該転舵量センサは、前記第１操舵機構とは独立して設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の操舵制御装置。
【請求項１２】
前記転舵量センサは、前記ピニオン軸に設けられ、該ピニオン軸の回転角を検出することを特徴とする請求項１１に記載の操舵制御装置。
【請求項１３】
前記第１操舵機構及び第２操舵機構は、前記ステアリングホイールを介して入力される操舵量に対し、前記転舵輪の転舵量を可変制御することを特徴とする請求項１０に記載の操舵制御装置。
【請求項１４】
車速を検出する車速センサをさらに備え、
前記第１操舵機構及び第２操舵機構は、前記車速センサによって検出された車速が高くなるほど、前記操舵量に対する前記転舵量が減少するように可変制御することを特徴とする請求項１３に記載の操舵制御装置。
【請求項１５】
前記転舵輪の転舵量を角度として検出する転舵角センサと、
前記第１電動モータの回転角度を検出するモータ回転角センサと、をさらに備え、
前記転舵輪が所定角度だけ転舵したときに前記転舵角センサから出力される信号の周期は、前記転舵輪が前記所定角度だけ転舵したときに前記モータ回転角センサから出力される信号の周期よりも長いことを特徴とする請求項１０に記載の操舵制御装置。
【請求項１６】
車速を検出する車速センサをさらに備え、
前記モータ制御装置は、前記車速センサによって検出された車速が所定以上のとき、前記第２電動モータの駆動を停止し、前記第１電動モータのみを駆動制御することを特徴とする請求項１０に記載の操舵制御装置。
【請求項１７】
ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に切り離された操舵制御装置であって、
転舵輪に連係され、軸方向の所定範囲にラック歯を有すると共に、軸方向の移動に伴い前記転舵輪を転舵させるラックバーと、
前記ラック歯に噛合するピニオン歯を有し、該ピニオン歯を介して前記ラックバーと連係されると共に、該ラックバーの軸方向の移動に伴い回転するピニオン軸と、
前記ピニオン軸に回転力を付与する第１電動モータにより構成される第１操舵機構と、
一対の圧力室に発生した差圧に基づいて前記ラックバーに推進力を付与するパワーシリンダ、前記一対の圧力室に接続される一対の吐出口を有し正逆回転することによって前記各圧力室に選択的に作動油を供給する可逆式ポンプ及び該可逆式ポンプを駆動制御する第２電動モータにより構成される第２操舵機構と、
前記ステアリングホイールの操舵量を検出する操舵量センサと、
前記ステアリングホイールに対して擬似的な反力を付与する第３電動モータを有する反力アクチュエータと、
前記第１電動モータを駆動制御する第１モータ制御装置と、
前記第２電動モータを駆動制御する第２モータ制御装置と、
前記第３電動モータを駆動制御する第３モータ制御装置と、を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
【請求項１８】
ステアリングホイールに連係された第１操舵軸と、
前記ピニオン軸を介してラックバーに連係された第２操舵軸と、
前記第１操舵軸と第２操舵軸との間に介装され、該第２操舵軸に対する前記第１操舵軸の動力の伝達を断続させる動力断続機構と、をさらに備え、
前記動力断続機構は、少なくとも前記第１操舵機構又は第２操舵機構の一方が失陥した場合に、前記第１操舵軸と第２操舵軸とを連結することを特徴とする請求項１７に記載の操舵制御装置。
【請求項１９】
前記第２操舵機構は、前記一対の圧力室同士の連通又は遮断を切り換えるフェールセーフバルブをさらに備え、
前記フェールセーフバルブは、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記両圧力室同士を連通することを特徴とする請求項１８に記載の操舵制御装置。
【請求項２０】
前記第２モータ制御装置は、前記第２操舵機構が失陥した場合に、前記第２電動モータを停止させることを特徴とする請求項１９に記載の操舵制御装置。