(57)【要約】【課題】電動モータを駆動する専用のバッテリを備え、走行中にバッテリを充電可能なステアリングホイールユニットを提供する。【解決手段】車両バッテリ３０の電圧はアクセサリソケットから取り出され、充電回路３３に入力される。充電回路３３は上限の充電電圧を制御し、バッテリ１８に流れる電流を一定にする充電電圧制御回路３７と、ＥＣＵ２１からの切換信号ｓに基づきバッテリ１８の充電をオン／オフする切換回路３８とからなる。アシスト制御機構３の電動モータ２０を駆動する動力はバッテリ１８から供給される。電動モータ２０の作動時、ＥＣＵ２１は車両の操舵状態を検出し、充電回路３３に対してバッテリ１８の充電をオン／オフする信号を出力する。操舵角または操舵角速度が所定値以下と判定された場合、車両は直進走行中であると判断され切換回路３８を接続して充電をオンし、旋回中の場合、切換回路３８を遮断して充電をオフする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングホイールユニットであって、
ステアリングホイールと、
一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記ステアリングシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、
前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、
前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、
前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、
前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサおよび前記制御部を収容するハウジングと、
前記車両の直流電源から充電して、前記制御部に電力を供給する外部電源と、
前記直流電源と前記外部電源との間に接続され、前記外部電源の充電を制御する充電回路部と、を備えることを特徴とするステアリングホイールユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、
前記充電回路部は、操舵角および操舵角速度に基づいて前記制御部によって制御され、前記車両が直進している場合に前記外部電源の充電をオンし、前記車両が旋回している場合に前記外部電源の充電をオフすることを特徴とするステアリングホイールユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に対してステアリングホイールごと着脱できるステアリングホイールユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のステアリングシャフトの先端部にステアリングホイールユニットを着脱可能に連結し、このステアリングホイールユニットにアシスト手段の操舵補助力を与えるものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなステアリングホイールユニットは、操舵力検出手段等の部品交換や部品修理を行いやすく、メンテナンスを容易に行うことができる。また、信号取出手段によってステアリングホイールユニットに組み込んだ操舵力検出手段の検出信号をステアリングホイールユニットの外部へ取り出すことができるように考慮されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１５９８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなステアリングホイールユニットでは、アシスト手段が組み込まれていないので、アシスト手段である電動モータのメンテナンスが容易でない。ステアリングホイールユニット内に電動モータと制御手段とを収容した場合、電動モータの制御手段に電源を供給する必要があり、ステアリングホイールユニットに着脱可能にバッテリを取り付け、ステアリングホイールユニット専用の電源配線がない車両に対応する場合がある。しかしながら、車両走行中にバッテリの残容量が低下するとアシスト動作を継続することができなくなる。このため、ステアリングホイールユニットに大容量のバッテリを使用することや予備のバッテリを用意して交換することが考えられるが、大型サイズのバッテリの取付場所の確保や車両を停止させた状態でのバッテリ交換が必要となる。また、バッテリ低下時にバッテリを充電するのが望ましいが、走行中にバッテリを充電すると操舵状態によっては、例えば旋回中に大電流がケーブル等充電部に流れる可能性があり、フェールセーフを図る必要がある。
【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、電動モータを駆動する専用のバッテリを備え、車両走行中にバッテリを充電可能なステアリングホイール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ために、請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングホイールユニットであって、ステアリングホイールと、一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記ステアリングシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサおよび前記制御部を収容するハウジングと、前記車両の直流電源から充電して、前記制御部に電力を供給する外部電源と、前記直流電源と前記外部電源との間に接続され、前記外部電源の充電を制御する充電回路部と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、ステアリングホイールユニットは、ステアリングホイール、ステアリングホイールシャフト、ハウジングおよび外部電源を有する。ハウジングは、内部に電動モータおよび制御部が固定され、ステアリングホイールシャフトに取り付けられた減速機構部およびトルクセンサが収容される。さらにハウジングには、制御部に電力を供給する外部電源および外部電源の充電を制御する充電回路部が固定されて制御部に接続される。外部電源は充電回路部を介して車両の直流電源から充電されるので、走行中に外部電源を充電することが可能になる。これにより、外部電源を小型化することができることで車両搭載性が向上するとともに、外部電源のバッテリ上がりがないので予備の外部電源に交換する必要がなくなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、前記充電回路部は、操舵角および操舵角速度に基づいて前記制御部によって制御され、前記車両が直進している場合に前記外部電源の充電をオンし、前記車両が旋回している場合に前記外部電源の充電をオフすることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、走行中のステアリングホイールの操舵角または操舵角速度が所定値以下の場合、制御部は車両が直進走行中であると判断し充電回路部を接続して外部電源の充電をオンし、車両旋回中には充電回路部を切断して外部電源の充電をオフするようにする。このため、ステアリングホイールが操舵中は外部電源が充電されることがない。これにより、車両の直流電源および充電回路部間に電動モータ作動による大電流が流れることがなくなるので、フェールセーフを図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電動モータを駆動する専用のバッテリを備え、車両走行中にバッテリを充電可能なステアリングホイールユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。
【図２】図１のステアリングホイールユニットの概略構造を示す図。
【図３】ステアリングホイールユニットに取り付ける外部電源および充電回路部周辺の概略構成を示す図。
【図４】制御部によって実行される充電回路部の作動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】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係るステアリングホイールユニットについて、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電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるためのものであり、ステアリング機構１６とステアリングホイールユニット４とを備える。ステアリング機構１６は、ステアリングシャフト６、ラックアンドピニオン機構１４、ラック軸１５、および２つのタイロッド１０を有する。ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイールハウジング２４、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、操舵補助機構部を構成するアシスト制御機構３、減速機構（減速機構部）１９、およびトルクセンサ１７を有する。アシスト制御機構３は、電動モータ２０、ＥＣＵ（制御部）２１、バッテリ（外部電源）１８、および充電回路（充電回路部）３３を有する。
【００１３】
ステアリング機構１６において、ステアリングシャフト６は、コラムシャフト７、インターミディエイトシャフト８、およびピニオンシャフト９からなり、ステアリングホイール２の回転にともないステアリングホイールシャフト５を介して一体的に回転する。ラックアンドピニオン機構１４は、ピニオン（ピニオンギヤ）１３と、ピニオン１３に噛み合うラック（ラックギヤ）１２とを有して、ピニオンシャフト９の回転を回転不能かつ車両の左右方向に移動可能に延びるラック軸１５の往復動作に変換する。ラック軸１５の両端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されており、各タイロッド１０は図示しないナックルアームを介して転舵輪１１に連結される。
【００１４】
ステアリングホイールユニット４において、ステアリングホイール２は、ステアリングホイールハウジング２４に対して回転可能に支持されたステアリングホイールシャフト５に連結される。減速機構１９と電動モータ２０とからなるアクチュエータは、ステアリングホイールシャフト５に対して付設され、ステアリングホイールシャフト５に操舵補助力（動力）を付与する。アクチュエータの駆動源である電動モータ２０は、後述の入力プーリ２５、出力プーリ２６、およびベルト２７（共に図２参照）からなる減速機構１９を介してステアリングホイールシャフト５に連結される。電動モータ２０の回転力は減速機構１９によって減速されて、この減速された回転力がアシストトルクとしてステアリングシャフト６に伝達される。
【００１５】
電動モータ２０は、ＣＰＵ（マイコン）を備えた電子制御ユニットを構成するＥＣＵ２１によって制御され、例えば３相のブラシレスモータが使用される。また、電動モータ２０の回転軸の回転速度は、電動モータ２０に内蔵されたレゾレルバ等の回転角センサ２２が検出する回転角度θｍに基づいてＥＣＵ２１によって演算される。ＥＣＵ２１は、ＣＰＵを含む制御回路と、制御回路によって制御され電動モータ２０に電力を供給する駆動回路（インバータ）とを有する。また、車両バッテリ（直流電源）３０から充電回路３３を介して外付けのバッテリ１８が充電され、ＥＣＵ２１には、電動モータ２０を駆動するための電力がバッテリ１８から供給される。
【００１６】
さらに、ステアリングホイールユニット４は、図示しないトーションバーを介してステアリングホイールシャフト５の入力軸（上端側）および出力軸（下端側）間の相対回転変位量によって操舵トルクτを検出するトルクセンサ１７を有する。上記回転角センサ２２を含むこれらのトルクセンサ１７および車両速度である車速Ｖを検出する外部の車速センサ２３が検出した値は、ＥＣＵ２１に入力されて演算処理される。
【００１７】
以上により、ステアリングホイール２の回転操作にともないステアリングホイールシャフト５を介してステアリングシャフト６が回転すると、ラックアンドピニオン機構１４によってラック軸１５が軸方向に往復動作する。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
【００１８】
図２は、図１のステアリングホイールユニット４の概略構造を示す図である。
図２に示すように、ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、ステアリングホイールハウジング２４、およびバッテリ１８を有する。ステアリングホイールシャフト５は、ステアリングホイールハウジング２４に回転可能に固定され、その上端においてステアリングホイール２に軸線回りに一体回転するように接続される。ステアリングホイールシャフト５の下端の連結部にはコラムシャフト７が嵌め合わされる。ステアリングホイールシャフト５およびコラムシャフト７は、一体回転するように軸中心を一致させ連結される。
【００１９】
ステアリングホイールハウジング２４は、ステアリングホイールシャフト５の下方を覆い、略直方体形状に形成され、内部に電動モータ２０およびＥＣＵ２１が固定され、ステアリングホイールシャフト５に取り付けられた減速機構１９およびトルクセンサ１７が収容される。電動モータ２０は、回転軸および回転角センサ２２を有して、回転軸がステアリングホイールシャフト５にほぼ平行になるように配置される。トルクセンサ１７は、ステアリングホイールシャフト５の周囲に配置される。
【００２０】
ＥＣＵ２１は、外部装置（例えば、車速センサ２３）から信号線の配線ケーブル３５がコネクタ３６にて接続される。ＥＣＵ２１は、例えばＣＡＮ信号によって他のＥＣＵ等と接続され、相互に通信して操舵指令値や各種センサの検出値、モータ制御に必要な他の情報等の交換を行う。また、ステアリングホイールハウジング２４の側面にはＥＣＵ２１に電力を供給するバッテリ１８が外付け固定されており、正負電極部がコネクタ（または中継ケーブル）によってＥＣＵ２１に接続される。バッテリ１８は、例えばＤＣ１２Ｖの直流電源が使用される。さらに、ステアリングホイールハウジング２４内には、充電回路３３が取り付けられる。充電回路３３には、図示しない車両のアクセサリソケット（シガーライター用）に接続された充電コネクタ３１および充電ケーブル３２を介して車両バッテリ３０（図１参照、例えばＤＣ１２Ｖ）の電圧が入力され、充電回路３３から充電電圧がバッテリ１８に対して出力される。
【００２１】
減速機構１９は、プーリ・ベルトからなる減速機構部であり、例えば電動モータ２０の回転軸に連結された歯付の入力プーリ２５と、ステアリングホイールシャフト５に連結された入力プーリ２５よりも大径の歯付の出力プーリ２６と、入力プーリ２５と出力プーリ２６との間に掛け渡された歯付のベルト２７とを有する。入力プーリ２５は、電動モータ２０の回転軸に一体回転可能に連結される。出力プーリ２６は、ステアリングホイールシャフト５の外周に一体回転可能に配置される。
【００２２】
電動モータ２０の回転軸が回転すると、これにともなって、入力プーリ２５が回転する。そして、入力プーリ２５の回転はベルト２７を介して出力プーリ２６に伝達され、出力プーリ２６が入力プーリ２５の回転よりも低速で回転する。
【００２３】
次に、ステアリングホイールユニット４の取り付け構造について説明する。
図２に示すように、ステアリングホイールユニット４は、車両のダッシュボード２８の前面（正面側）に開口する凹部３４に取り付けられた金属製のブラケット２９に収容され固定される。ブラケット２９の後面（背面側側面）には、ステアリングホイールシャフト５に連結されるコラムシャフト７、ＥＣＵ２１の相手側の配線ケーブル３５およびコネクタ３６が接続される。
【００２４】
ステアリングホイールハウジング２４の側面には、バッテリ１８が取り付けられる。バッテリ１８は、例えば樹脂製のケースに直流電源が収容された状態でステアリングホイールハウジング２４側面に固定され（例えば、ねじ締結）、コネクタによってＥＣＵ２１に接続される。また、ステアリングホイールハウジング２４内には充電回路３３が取り付けられ、ＥＣＵ２１に接続される。充電回路３３は充電ケーブル３２および充電コネクタ３１によって外部の車両バッテリ３０に接続される。
【００２５】
これにより、ステアリングホイールユニット４がダッシュボード２８に取り付けられた状態でバッテリ１８を充電しながら使用することができる。この結果、バッテリ上がりの心配がなくバッテリ交換が不要となり、バッテリ１８を小型化することが可能になる。
【００２６】
次に、図３は、ステアリングホイールユニット４に取り付けるバッテリ１８および充電回路３３周辺の概略構成を示す図である。
図３に示すように、車両バッテリ３０の電圧はダッシュボード２８（図２参照）の中央下部に設置された図示しないシガーライター用のアクセサリソケットから取り出され、アシスト制御機構３において充電回路３３に入力される。充電回路３３は上限の充電電圧を制御し、バッテリ１８に流れる電流を一定にする充電電圧制御回路３７と、ＥＣＵ２１からの切換信号ｓに基づきバッテリ１８の充電をオン／オフする切換回路３８とから構成される。切換回路３８は、リレーまたはＦＥＴ等のスイッチング素子を有する。
【００２７】
次に、図４は、ＥＣＵ２１によって実行される充電回路３３の作動処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す制御ブロック（ステップＳ４０１〜Ｓ４０４）は、ＥＣＵ２１のＣＰＵが実行するプログラムによって実現され、所定の周期毎に各演算処理が繰り返し実行されることにより、バッテリ１８の充電がオン／オフされる。
【００２８】
アシスト制御機構３において、電動モータ２０を駆動する動力はＥＣＵ２１を介してバッテリ１８から供給される。電動モータ２０の作動時、ＥＣＵ２１は車両の操舵状態を検出し、充電回路３３に対して充電をオン／オフする切換信号ｓを出力する。
【００２９】
図４に示すように、車両走行中において、まず、ＣＰＵは操舵角が所定値以下か否かを判定する（ステップＳ４０１）。操舵角が所定値以下と判定された場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、ステアリングホイール２が中立付近にあると判断し、ステップＳ４０２に移行する。
【００３０】
操舵角が所定値より大きいと判定された場合（ステップＳ４０１：ＮＯ）、車両は旋回中（ステアリングホイール２が操舵中）であると判断し、切換回路３８を遮断して充電をオフし（ステップＳ４０３）、バッテリ１８の充電を行わない。その後、ＣＰＵは処理を終了してフローを抜ける。
【００３１】
続いて、操舵角速度が所定値以下か否かを判定する（ステップＳ４０２）。操舵角速度が所定値以下と判定された場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、操舵が行われていない、すなわち車両は直進走行中であると判断し、切換回路３８を接続して充電をオンし（ステップＳ４０４）、バッテリ１８の充電が行われる。その後、ＣＰＵは処理を終了してフローを抜ける。
【００３２】
操舵角速度が所定値より大きいと判定された場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、ステップＳ４０３に移行し、切換回路３８を遮断して充電をオフし（ステップＳ４０３）、車両旋回中のバッテリ１８の充電を行わないようにする。これにより、電動モータ２０が作動するステアリングホイール２の操舵中には車両バッテリ３０から充電回路３３の間に大電流が流れないようになる。
【００３３】
次に、上記のように構成された本実施形態であるステアリングホイールユニット４の作用および効果について説明する。
【００３４】
上記構成によれば、ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイール２、ステアリングホイールシャフト５、ステアリングホイールハウジング２４およびバッテリ１８を有する。ステアリングホイールハウジング２４は、内部に電動モータ２０およびＥＣＵ２１が固定され、ステアリングホイールシャフト５に取り付けられた減速機構１９およびトルクセンサ１７が収容される。さらにステアリングホイールハウジング２４には、ＥＣＵ２１に電力を供給するバッテリ１８が外付けされるとともに、内部にバッテリ１８の充電を制御する充電回路３３が固定されＥＣＵ２１に接続される。バッテリ１８は充電回路３３を介して車両バッテリ３０から充電されるので、走行中にバッテリ１８を充電することが可能になる。
【００３５】
また、走行中のステアリングホイール２の操舵角または操舵角速度が所定値以下の場合、ＥＣＵ２１は車両が直進走行中であると判断し、充電回路３３を接続してバッテリ１８の充電をオンし、車両旋回中には充電回路３３を切断してバッテリ１８の充電をオフするようにする。このため、ステアリングホイール２が操舵中はバッテリ１８が充電されることがなくなる。
【００３６】
これにより、バッテリ１８を小型化することができることで車両搭載性が向上するとともに、バッテリ１８のバッテリ上がりがないので予備のバッテリ１８に交換する必要がなくなる。また、車両バッテリ３０および充電回路３３間に電動モータ２０の作動による大電流が流れることがなくなるので、フェールセーフを図ることができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、電動モータを駆動する専用のバッテリを備え、車両走行中にバッテリを充電可能なステアリングホイールユニットを提供できる。
【００３８】
以上、本発明に係る一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。
【００３９】
上記実施形態では、バッテリ１８をステアリングホイールハウジング２４の側面に外付け固定する例を示したが、これに限定されるものでなく、バッテリ１８をステアリングホイールハウジング２４内部に取り付けるようにしてもよい。また、充電回路３３をステアリングホイールハウジング２４の外側にバッテリ１８と一体に取り付けるようにしてもよい。
【００４０】
上記実施形態では、ＥＣＵ２１からの切換信号ｓによって充電回路３３の出力を切り換えてバッテリ１８の充電をオン／オフする例を示したが、これに限定されるものでなく、充電回路３３にＣＰＵを備え、ＥＣＵ２１から送信される操舵角および操舵角速度の値によって車両走行時の直進中／旋回中を判定してバッテリ１８への充電電圧の出力を切り換えるようにしてもよい。
【００４１】
上記実施形態において、ステアリングホイールユニット４を車両に固定する方法については、特に説明しないが、ステアリングホイールハウジング２４を運転席に対向するダッシュボード２８に開口する空間に適宜取り付け固定することによって可能である。例えば、ステアリングホイールユニット４のステアリングホイールハウジング２４の側面に、複数の金属製の厚肉板状の爪を引っ張り、および押し出し可能に取り付け、ブラケット２９に爪を係合させて固定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリングホイール、３：アシスト制御機構、４：ステアリングホイールユニット、５：ステアリングホイールシャフト、
６：ステアリングシャフト、７：コラムシャフト、８：インターミディエイトシャフト、９：ピニオンシャフト、１０：タイロッド、１１：転舵輪、１２：ラック、
１３：ピニオン、１４：ラックアンドピニオン機構、１５：ラック軸、
１６：ステアリング機構、１７：トルクセンサ、１８：バッテリ（外部電源）、
１９：減速機構（減速機構部）、２０：電動モータ、２１：ＥＣＵ（制御部）、
２２：回転角センサ、２３：車速センサ、
２４：ステアリングホイールハウジング（ハウジング）、２５：入力プーリ、
２６：出力プーリ、２７：ベルト、２８：ダッシュボード、２９：ブラケット、
３０：車両バッテリ（直流電源）、３１：充電コネクタ、３２：充電ケーブル、
３３：充電回路（充電回路部）、３４：凹部、３５：配線ケーブル、３６：コネクタ、
３７：充電電圧制御回路、３８：切換回路、
τ：操舵トルク、Ｖ：車速、θｍ：回転角度、ｓ：切換信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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