(57)【要約】【課題】車両の衝突時に感電を回避し、操舵アシストを持続し安全に退避できる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】高圧のバッテリ１００を搭載した車両の衝突検知後に、ステアリングコラム１５が車両前方に移動しコラム軸８が収縮することにより、中間軸９の途中に設けたクラッチ機構１６が車両後方に引っ張られる。これにより、クラッチ機構１６が機械的に切断され中間軸９が脱落する。ＥＣＵ６は、加速度Ｇの入力により車両衝突を検知し、続いてマイクロスイッチ１８のオン信号によりコラム軸８の収縮およびクラッチ機構１６の切断を検出する。その後、ＥＣＵ６はコラム軸８に設置された舵角センサから出力されるフォトカプラ１９を介して電気的に絶縁された舵角信号に基づいて電動モータ７の回転駆動を継続することが可能になり、車両の走行、停止を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧電源と、
車両の操舵手段に与える操舵補助力を発生させる電動モータと、
前記電動モータに駆動電流を供給し前記電動モータを回転制御する制御装置と、
前記操舵手段に連結されている操舵軸と、
車輪の向きを変える転舵機構と、
前記操舵軸を前記転舵機構に連結する連結手段と、を備え、
前記連結手段は、前記車両の衝突検知時に前記操舵軸を前記転舵機構から機械的に切断する切断機構を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記連結手段は、前記操舵軸が前記車両前方と反対方向に収縮することにより、切断されることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
前記制御装置は、前記連結手段が切断された後、前記操舵手段から出力された舵角信号に基づいて前記電動モータを回転駆動させ前記転舵機構を制御することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用操舵装置において、
前記舵角信号は、絶縁回路を介して前記制御装置の制御回路と電気的に絶縁されて接続されていることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、運転者の操舵力に対して電動モータ等を利用して補助操舵力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が広く使用されている。また、近年、二次電池やキャパシタなどの蓄電装置を搭載し、この蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する、例えば、電気自動車やハイブリッド車といった電動車両において、電動パワーステアリング装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４３４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電動車両において、大容量の蓄電機構である高圧大電流の走行用バッテリを用いて電動パワーステアリング装置に電力を直接供給する場合がある。ところが、上記のような電動パワーステアリング装置を設けたハイブリッド車両において、車両走行中に衝突が発生した場合に操舵機構を通って運転者に通電するような高電圧による感電の危険を回避するため、電動パワーステアリング装置への電源供給を停止する必要がある。しかしながら、車輪の駆動を停止させるとステアリング操作が続行できなくなり、車両の退避走行をおこなうことができない可能性がある。また、電気的に絶縁することも可能であるが、衝突後に制御回路等に故障が生じた場合には感電から完全に運転者を保護することができなくなる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の衝突時に感電を回避し、操舵アシストを持続し安全に退避できる車両用操舵装置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ために、請求項１に記載の車両用操舵装置は、高圧電源と、車両の操舵手段に与える操舵補助力を発生させる電動モータと、前記電動モータに駆動電流を供給し前記電動モータを回転制御する制御装置と、前記操舵手段に連結されている操舵軸と、
車輪の向きを変える転舵機構と、前記操舵軸を前記転舵機構に連結する連結手段と、を備え、前記連結手段は、前記車両の衝突検知時に前記操舵軸を前記転舵機構から機械的に切断する切断機構を備えることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、高圧電源を用いた車両用操舵装置（例えば、電動パワーステアリング装置）を搭載した車両の衝突が発生した場合、切断機構を用いて連結手段を切り離すことにより操舵軸を操舵アシスト用の電動モータが設置された転舵機構から機械的に切断するようにしたので、電動モータからの大電流が転舵機構を通って流れ運転者が感電する事故の発生を回避し、操舵装置を停止させることなくステアリング操作を継続できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用操舵装置において、前記連結手段は、前記操舵軸が前記車両前方と反対方向に収縮することにより、切断されることを要旨とする。上記構成によれば、操舵手段に連結された操舵軸が運転者側に収縮するのに連動して連結手段が切断されるようにしたので、電動モータからの大電流が転舵機構を通って流れ運転者が感電する事故の発生を回避することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、前記制御装置は、前記連結手段が切断された後、前記操舵手段から出力された舵角信号に基づいて前記電動モータを回転駆動させ前記転舵機構を制御することを要旨とする。上記構成によれば、制御装置は、連結手段が切断された後、操舵手段に設置された舵角センサからの舵角信号に基づいて電動モータの回転制御を続行する。これにより、ステアリング操作を継続することができ、車両を安全に移動し退避させることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の車両用操舵装置において、前記舵角信号は、絶縁回路を介して前記制御装置の制御回路と電気的に絶縁されて接続されていることを要旨とする。上記構成によれば、舵角信号は制御回路と電気的に絶縁されているので、衝突検知後においても感電の危険性を低減でき、運転者の安全を確保することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両の衝突時に感電を回避し、操舵アシストを持続し安全に退避できる車両用操舵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図。
【図２】衝突検知後の車両用操舵装置の要部の概略構成を示す図。
【図３】制御装置の制御回路で実行される車両衝突時の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態に係る車両に搭載される車両用操舵装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、車両用操舵装置１において、ステアリングホイール２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。これにより、ステアリング操作にともなうステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、およびピニオン軸１０を連結して構成されている。コラム軸８は、車体に固定されたステアリングコラム１５によって、軸受を介して回転可能に支持されている。また、中間軸９を二分する位置にクラッチ機構（切断機構）１６が設けられ、それぞれの中間軸９を接続している。
【００１４】
そして、このステアリングシャフト３の回転にともなうラック軸５の往復直線運動がラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、すなわち、車両の進行方向が変更される。なお、本実施形態の車両用操舵装置１は、アシスト用電動モータ７の回転をボールねじ機構１４によってラック軸５の往復直線運動に変換して伝達することにより、このモータトルクをアシスト力として操舵系に付与するいわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）として構成されている。
【００１５】
一方、電子制御ユニット（制御装置、以下、ＥＣＵという）６には、ステアリングシャフト１３上に設けられステアリングホイール２の操舵角検出手段を構成する舵角センサ（図示せず）や車両にかかる横方向加速度を検出する加速度センサ（例えば、圧電型、容量型など）１７が接続されている。舵角センサは、コラム軸８の途中の軸上に搭載されている。そして、ＥＣＵ６は、各センサの出力信号に基づいて、操舵角θｓおよび加速度Ｇを検出する。
【００１６】
また、ＥＣＵ６は、車載バッテリ（高圧電源、以下、バッテリという）１００から電力の供給を受け、操舵トルク、車速およびモータ回転角に基づき電動モータ７を駆動する。電動モータ７は、ＥＣＵ６によって回転駆動されると、操舵補助力を発生させる。減速機であるボールねじ機構１４は、電動モータ７とラック軸５との間に設けられる。電動モータ７で発生した操舵補助力は、ボールねじ機構１４を介して、ステアリングシャフト３を回転させるように作用する。ここで、電動モータ７の定格電圧が車両の主電源として用いられる走行用バッテリの定格電圧（例えば、６００Ｖなど）と同じ程度の場合に、バッテリ１００として、電気自動車やハイブリッド車の走行用モータに電力を供給する高電圧の走行用バッテリが接続されている。
【００１７】
この結果、ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に加えられる操舵トルクと、電動モータ７で発生した操舵補助力の両方によって回転する。このように車両用操舵装置１、すなわち電動パワーステアリング装置は、電動モータ７で発生した操舵補助力を車両の操舵機構に与えることにより操舵補助を行う。
【００１８】
図２は、衝突検知後の車両用操舵装置の要部の概略構成を示す図である。図２に示すように、車両用操舵装置１は、ラックアンドピニオン機構４（図１参照）に配設された電動モータ７、ＥＣＵ６、バッテリ１００、中間軸９の途中に設けられたクラッチ機構（例えば、電磁クラッチなど）１６、コラム軸８に固定されたステアリングコラム１５、およびコラム軸８に固定されたステアリングホイール２により構成されている。
【００１９】
ＥＣＵ６には、加速度Ｇ、操舵角θｓ、およびクラッチ機構１６の切断状態Ｂを検出する各信号が入力されている。コラム軸８に設置された舵角センサから出力される舵角信号は、フォトカプラ（絶縁回路）１９を介して制御回路と電気的に絶縁されている。ＥＣＵ６は、この舵角信号から操舵角θｓを演算する。ステアリングコラム１５には、クラッチ機構１６の切断を検知して接続状態（オン・オフ）Ｂ信号を出力するクラッチ切断検出センサ（例えば、ヒンジレバー付きマイクロスイッチなど）１８が設けられている。この切断検出センサ１８は、車両衝突時、ステアリングコラム１５が車両前方に移動しコラム軸８が車両後方に収縮したとき、コラム軸８と干渉して切断検出センサ１８内のスイッチがオンする位置に取り付けられている。
【００２０】
上記の構成により、車両の衝突後にステアリングコラム１５が車両前方に移動しコラム軸８が収縮し、このコラムの動作に連動してクラッチ機構１６が車両後方に引っ張られる。これにより、クラッチ機構１６が機械的に切断され中間軸９が脱落する。その結果、ＥＣＵ６の制御回路の故障時やバッテリ１００の地絡時にもバッテリ１００から電動モータ７を経由して流れる大電流が中間軸９およびクラッチ機構１６で遮断される。また、舵角センサとＥＣＵ６とは絶縁されているのでＥＣＵ６の制御回路からステアリングコラム１５へ電流が流れ込むことがない。
【００２１】
次に、図３は、ＥＣＵ（制御装置）の制御回路で実行される車両衝突時の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態おいて、ＥＣＵ６は、図３のフローチャートに示すステップＳ３０１〜ステップＳ３０９の各処理を実行する。なお、以下に示すフローチャートにおける処理は、所定の時間間隔毎に実行される。
【００２２】
図３に示すように、ＥＣＵ６内の制御回路のＣＰＵ（図示せず）は加速度センサ１７により検出された加速度Ｇを取得する（ステップＳ３０１）。次に、検出された加速度Ｇが所定値以上か否か（ステップＳ３０２）を判定する。ここで、加速度Ｇが進行方向と反対方向に検出された場合、前面衝突と判断される。加速度Ｇが所定値以上（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）の場合、車両の衝突が発生したと判断し、ステップＳ３０３へ移行し機械的にコラム軸８の収縮、クラッチ機構１６の切断が行われる。加速度Ｇが所定値より小さい（ステップＳ３０２：ＮＯ）場合、処理を終了しフローを抜ける。
【００２３】
続いて、クラッチ機構１６の切断が正常に行われたか否か（ステップＳ３０４）を判定する。ＣＰＵは、切断検出センサ（マイクロスイッチ）１８のオン・オフ状態を判定し、所定時間内にマイクロスイッチ１８がオンした（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）場合、ステップＳ３０５へ移行しアシスト用電動モータ７の状態を検出する。マイクロスイッチ１８がオンしない（ステップＳ３０４：ＮＯ）場合、ステップＳ３０９へ移行し電動モータ７への通電を停止する。
【００２４】
電動モータ７の回転軸に設置された回転角センサからロータの回転位置（モータ回転角θｍ）の変化量を検出し（ステップＳ３０５）、電動モータ７が回転駆動可能か否か（ステップＳ３０６）を判定する。モータ回転角θｍの変化量が０でない（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）場合、モータ駆動が可能と判断しステアリング操作および車両の走行を継続する。モータ回転角θｍの変化量が０（ステップＳ３０６：ＮＯ）の場合、ステアリング操作不能と判断し、ステップＳ３０９へ移行し電動モータ７への通電を停止する。
【００２５】
次に、ステアリング操作後の走行において、車両が停止したか否か（ステップＳ３０８）を判定する。車速が０でない（ステップＳ３０８：ＮＯ）、すなわち走行中の場合、ステップＳ３０７へ移行する。車速が０になった（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、すなわち停止の場合、電源を遮断しモータ通電を停止し（ステップＳ３０９）、この処理を終了しフローを抜ける。
【００２６】
ここで、ステップＳ３０７のステアリング操作（ステアバイワイヤ制御）において、モータ駆動電流指令値ｉｍは、ステアリングホイール２の操舵角θｓから演算により決定される。ステアリングホイール２の操舵角θｓに係数Ｇｍ（操舵機構の減速比、効率により決定される）を乗じてモータ回転角θｍ（＝Ｇｍ×θｓ）およびモータ回転数Ｎｍ（＝θｍ／２Π）が演算される。電動モータ７のＮ−Ｔ特性に基づいてモータ回転数Ｎｍに応じたモータトルクＴｍが求められ、モータ定数Ｋｔで除してモータ駆動電流指令値ｉｍ（＝Ｔｍ／Ｋｔ）を決定することができる。
【００２７】
次に、上記のように構成された本実施形態である車両用操舵装置１の作用および効果について説明する。
【００２８】
上記構成によれば，車両用操舵装置１は、ラックアンドピニオン機構４に配設された電動モータ７、ＥＣＵ６、バッテリ１００、中間軸９の途中に設けられたクラッチ機構１６、コラム軸８に固定されたステアリングコラム１５、およびコラム軸８に固定されたステアリングホイール２からなる。高圧電源のバッテリ１００を用いた車両用操舵装置１を搭載した車両の衝突が発生した場合、車両の衝突後にステアリングコラム１５が車両前方に移動しコラム軸８が収縮する。このコラムの衝突収縮機構の動作に連動して中間軸９の途中に設けられたクラッチ機構１６が車両後方に引っ張られる。これにより、クラッチ機構１６が機械的に切断され中間軸９が脱落する。ＥＣＵ６は、加速度センサ１７の出力により車両衝突を検知し、続いてマイクロスイッチ１８のオン信号によりコラム軸８の収縮およびクラッチ機構１６の切断を検出する。その後、ＥＣＵ６はコラム軸８に設置された舵角センサから出力されるフォトカプラ１９を介して電気的に絶縁された舵角信号に基づいて電動モータ７の回転駆動を継続することが可能になり、車両の走行、停止を行うことができる。
【００２９】
これにより、車両衝突後のＥＣＵ６の制御回路の故障時やバッテリ１００の地絡時にもバッテリ１００から電動モータ７を経由して流れる大電流が中間軸９およびクラッチ機構１６で遮断され絶縁状態を確保できる。また、舵角センサとＥＣＵ６とは絶縁されているのでＥＣＵ６の制御回路からステアリングコラム１５へ電流が流れ込むことがない。その結果、高圧電源を用いた車両用操舵装置１を設けた電動車両の走行中に車両の衝突が発生した場合でも、運転者の感電事故の発生を回避し、車両用操舵装置１の操舵アシストを停止させることなくスムーズなステアリング操作を継続することができる。さらに、確実に感電を防止し運転者の安全を確保することができるとともに、車両を安全に移動し退避させることができる。
【００３０】
以上のように、本発明の実施形態によれば、車両の衝突時に感電を回避し、操舵アシストを持続し安全に退避できる車両用操舵装置を提供できる。
【００３１】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３２】
上記実施形態では、車両の衝突検知後に中間軸９を二分して中間軸９の途中に設けたクラッチ機構１６を切断するようにしたが、切断する部位は中間軸９に限らず絶縁状態が成立する感電経路であれば他の部位であってもよい。
【００３３】
上記実施形態では、車両に設置された加速度センサ１７により衝突を検知するようにしたが、これに限らず、例えばエアバッグの作動により衝突を検知してもよいし、他の衝突検出信号による方法を用いてもよい。
【００３４】
上記実施形態では、電動パワーステアリング装置として、いわゆる、ラックアシストタイプ、あるいはピニオンアシストタイプを用いて中間軸９を切断する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、コラム部分で切断を行うことによりコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよい
【符号の説明】
【００３５】
１：車両用操舵装置、２：ステアリングホイール（操舵手段）、３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構（転舵機構）、５：ラック軸、６：ＥＣＵ（制御装置）、７：電動モータ、８：コラム軸、９：中間軸、１０：ピニオン軸、１１：タイロッド、１２：転舵輪、１４：ボールねじ機構、１５：ステアリングコラム、１６：クラッチ機構（切断機構）、１７：加速度センサ、１８：切断検出センサ、１９：フォトカプラ（絶縁回路）、１００：バッテリ（高圧電源）、Ｇ：加速度、θｓ：操舵角、Ｂ：切断状態、θｍ：モータ回転角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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