(57)【要約】【課題】  簡易かつ低コストな構成にて、自動車その他の移動体の操舵性能の低下を軽減することが可能とする。【解決手段】  操舵ハンドルとしてのステアリングホイール１０を介して与えられる主トルク及びモータ５０により与えられる補助トルクにより動作する操舵系を有する移動体における操舵ハンドルの補助装置であって、補助トルクが喪失したときに主トルクを与えるためにステアリングホイール１０に加えられる力を軽減するナックルアーム伸長部２０他を備えた、操舵ハンドルの操作補助装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者による回動操作を受付ける操舵ハンドルを介して与えられる主トルク及び前記操作者による操作とは独立した動力により与えられる補助トルクにより動作する操舵系を有する移動体における前記操舵ハンドルの前記回動操作を補助する操舵ハンドルの補助装置であって、
全部又は一部の前記補助トルクが喪失したときに、前記操舵系の動作に必要なトルクを前記主トルクにより与えるために前記操作者により前記操作ハンドルに加えられる力を軽減する操作負担軽減手段を備えた、
操舵ハンドルの操作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の移動体の操舵に用いられる操舵ハンドルの操作補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の操舵においては、パワーステアリングによる動力補助が行われているところ、エンジン駆動に従動して動作する油圧パワーステアリングに代えて、エンジン停止時又はハイブリッド自動車や電気自動車に対応して、独立した電力により動作補助を行う電動パワーステアリング（ＥＰＳ）が主流となっている。
【０００３】
ＥＰＳは自動車のＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）と協働する精密機械であって動作不良は操舵性能の低下を招くこととなる。そこで、フェールセーフの観点から、駆動回路、モータ内の構成、ＣＰＵ等の構成を二重化して冗長性を持たせるようにした技術が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】大橋雅幸「ＥＰＳ用駆動２系統ＭＣＵ」ＤＥＮＳＯ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  Ｖｏｌ．２１  ２０１６年、Ｐ．４８〜５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題があった。すなわち、非特許文献１に記載の技術はＥＰＳの構成の複雑化、製造コストの上昇を招くこととなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易かつ低コストな構成にて、自動車その他の移動体の操舵性能の低下を軽減することが可能な操舵ハンドルの操作補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の側面は、操作者による回動操作を受付ける操舵ハンドルを介して与えられる主トルク及び前記操作者による操作とは独立した動力により与えられる補助トルクにより動作する操舵系を有する移動体における前記操舵ハンドルの前記回動操作を補助する操舵ハンドルの補助装置であって、全部又は一部の前記補助トルクが喪失したときに、前記操舵系の動作に必要なトルクを前記主トルクにより与えるために前記操作者により前記操作ハンドルに加えられる力を軽減する操作負担軽減手段を備えた、操舵ハンドルの操作補助装置である。
【０００８】
なお、本発明は他の側面として、前記移動体は転舵輪により移動するとともに方向転換可能なものであり、前記操舵系は前記操舵ハンドルの回動により前記転舵輪の転舵角を可変するものであり、前記操作トルク軽減手段は、前記操舵ハンドルの回動角に応じた前記転舵輪の転舵角を小さくするものであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上のような本発明は、簡易かつ低コストな構成にて、自動車その他の移動体の操舵性能の低下を軽減することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置及びその周辺の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の要部の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の動作状態を説明するための図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の要部の構成を示す図（ｂ）本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の動作状態を説明するための図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の要部の構成を示す図（ｂ）本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の動作状態を説明するための図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の要部の構成を示す図（ｂ）本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置の動作状態を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る操舵ハンドルの操作補助装置を含む、四輪自動車のコラムアシスト型のＥＰＳ及びその近傍の構成を模式的に示すブロック図である。
【００１３】
図に示すように、本実施形態の操舵ハンドルの操作補助装置を含む四輪自動車１において、ステアリングホイール１０は、操作者としての運転手からの操作を受付けるインタフェースであって、ステアリングコラムＳ１を回転させる主トルクを与える手段である。
【００１４】
運転手がステアリングホイール１０を把持して回動させることにより、ステアリングホイール１０に同軸配置されたステアリングコラムＳ１が従動して回動する。ステアリングコラムＳ１上には、ステアリングホイール１０を介して加えられた操舵トルク、ステアリングホイール１０の操舵角等の諸量を検出するセンサ３０が設けられ、センサ３０により検出された諸量は、ＥＰＳの専用ＣＰＵであるＣＰＵ６０へ出力される。
【００１５】
ＣＰＵ６０は、センサ３０により検出された諸量及び図示しない自動車のＥＣＵより取得した車速等の車両に関する諸情報に基づき、モータ５０の動作を制御する手段である。モータ５０はＣＰＵ６０により制御されて、上記の主トルクに基づきステアリングシャフトＳ２を回転させる補助トルクを与える手段である。なお、ＣＰＵ６０は、モータ５０の動作中の電流、電圧もモニタして、モータ５０の動作を制御する。
【００１６】
ＣＰＵ６０により制御されたモータ５０の回転は、リダクションギア４０により減速されてステアリングシャフトＳ２に伝達され、図示しないピニオンギアを内蔵するステアリングギアボックス７２においてラックバー７１内の図示しないラックギアの並進運動に変換され、ラックギアの両端に接続された左右一対のタイロッド７３から、一対のタイロッド７３にそれぞれ回動自在に接続されるナックルアーム２０ａへ伝達されることにより、転舵輪８０の転舵角を可変させる。
【００１７】
更に、転舵輪８０内部にて、ナックルアーム２０ａに隣接して、ＣＰＵ６０の制御により動作するナックルアーム伸長部２０が設けられる。なお、ステアリングコラムＳ１及びステアリングシャフトＳ２において、回転軸の角度を変更するためのジョイント等は図示を省略した。
【００１８】
以上の構成において、ＥＰＳを構成するステアリングホイール１０、センサ３０、リダクションギア４０、モータ５０、ＣＰＵ６０、ステアリングコラムＳ１、ステアリングシャフトＳ２、ラックバー７２、ステアリングギアボックス７２及び一対のタイロッド７３の組合せは、本発明の操舵系に相当し、ステアリングホイール１０は本発明の操舵ハンドルに相当する。
【００１９】
更に、ステアリングホイール１０、ナックルアーム伸長部２０及びＣＰＵ６０の組合せは本発明の操舵ハンドルの操作補助装置に相当し、ナックルアーム伸長部２０及びＣＰＵ６０の組合せは本発明の操作負担軽減手段に相当する。
【００２０】
本実施の形態の操舵ハンドルの操作補助装置は、上記の構成を備えたことにより、ＣＰＵ６０がモータ５０の異常を検知して、正常な動力補助ができなくなったと判断した場合において、モータ５０の補助トルクによる動力補助を停止するとともに、ナックルアーム伸長部２０を動作させることにより、運転手によるステアリングホイール１０の操作に基づく主トルクによる操舵系の動作を補助する。
【００２１】
以下、図２のフローチャートを参照して、ＣＰＵ６０の制御による、モータ５０による動力補助の停止時における操舵ハンドルの操作補助装置の動作を詳しく説明する。
【００２２】
はじめに、運転手がステアリングホイール１０を操作するとともに、モータ５０の動作による動力補助を受けて操舵系が動作している間、ＣＰＵ６０は、センサ３０及びモータ５０をモニタし（Ｓ１０）、動作中のモータ５０の電流・電圧及びセンサ３０により検出されるステアリングホイール１０の操舵角・トルク等の対応を、予め記憶した基準値と比較することにより、モータ５０による動力補助に異常が発生していないかどうかを判定する（Ｓ１１）。
【００２３】
異常が発生してないと判定した場合は、Ｓ１０に戻ってモニタを継続し、異常が発生していると判定した場合は、ＣＰＵ６０は操舵系に与えている補助トルクを喪失させ（Ｓ１２）、動力補助を停止する。具体的には、ＣＰＵ６０は、モータ５０の動作を停止させる、可能な構成である場合はリダクションギア４０とモータ５０との間の動力伝達を切り離す、等の制御を行う。
【００２４】
次いで、ＣＰＵ６０は、ナックルアーム伸長部２０を動作させる（Ｓ１３）。具体的には、タイロッド７３及び転舵輪８０内のハブキャリアに接続されたナックルアーム２０ａを伸長させる。
【００２５】
以下、図３及び４を参照して、ナックルアーム伸長部２０の動作を説明する。図３は、本実施の形態の転舵輪８０内部近傍の構成を模式的に示す図である。図３に示すように、転舵輪８０の内側には、図示しないハブ及びサスペンションアームに装着されるハブキャリア８１が位置している。ナックルアーム伸長部２０はナックルアーム２０ａの回動を妨げないようにナックルアーム２０ａに隣接して設けられ、後述する伸長の動作を行う。
【００２６】
ナックルアーム２０ａは、回動自在にタイロッド７３に接続されており、タイロッド７３は、ダストブーツ７１ａ内に収容された図示されない球面ジョイントによりラックバー７１に対して、傾き角が可変自在に接続されている。
【００２７】
このような構成を有するステアリングホイール１０は、ＣＰＵ６０の制御によりナックルアーム伸長部２０が、ナックルアーム２０ａをタイロッド７３に向けて伸長させる。これにより、図４に示すように、タイロッド７３は伸長したナックルアーム２０ａにより押圧され、ラックバー７１とのなす角が広がるレイアウトとなる。
【００２８】
これにより、ナックルアーム２０の接続先であるキングピン軸Ｏ１と、ナックルアーム２０ａとタイロッド７３との回動中心Ｏ２との距離は、図３に示す距離Ｌ１から図４に示す距離Ｌ２に拡大される。これは、ステアリングホイール１０の回動量に応じたタイロッド７３の移動量、すなわち転舵輪８０の転舵角を小さくする。換言すれば、転舵輪８０の転舵角を大きくとるために運転手がステアリングホイール１０に対して行う操作は、ステアリングホイール１０の回動量を増加させる必要がある一方、回動に要する力が削減されることとなる。
【００２９】
したがって、ステアリングコラムＳ１を回動させるのに必要なトルクが運転手によるステアリングホイール１０の回動操作に基づく主トルクのみとなった場合に、ステアリングホイール１０を回動させる力を通常時より軽減することができ、補助トルクを喪失した状態にある操舵系の操作をより容易かつ安全に行うことが可能となる。
【００３０】
次に、ナックルアーム伸長部２０のナックルアーム２０ａを伸長させる機構の例について、図５〜７を参照して説明する。
【００３１】
図５（ａ）の要部部分断面図に示すように、ナックルアーム伸長部２０においては、ナックルアーム２０ａは圧縮状態にある予圧縮ばね２２とともに、キングピン２０ｂ周りを回動する金属製のスリーブ２１の内部空間２１ｘに収容される。ナックルアーム２０ａの端部１４Ｅは、ナックルアーム２０ａの他の部分より外径が大きい、又は表面の一部が突出した形状を有する。一方、スリーブ２１には、貫通孔である開口２１ｙを介して突出する、ＣＰＵ６０に制御されるアクチュエータ２３のラッチ２３ａが、ナックルアーム２０ａの端部１４Ｅと係合している。
【００３２】
これにより、ナックルアーム２０ａは、予圧縮ばね２２からの弾性力を受けた状態で図示しないタイロッド７３側への移動が規制されている。
【００３３】
図２のＳ１３の実行内容として、ＣＰＵ６０がアクチュエータ２３を動作させると、図５（ｂ）に示すように、ラッチ２３ａはアクチュエータ２３内に引き込まれることにより、ナックルアーム２０ａの端部１４Ｅとの係合が解除される。これにより、予圧縮ばね２２は復元し、その復元力によりナックルアーム２０ａはスリーブ２１を摺動して、タイロッド７３に向かって移動する。なお、スリーブ２１の端部には内径が他の部分より大きい、又は表面の一部が内壁から突出してなる折り返し２２ｂが形成されており、予圧縮ばね２２の復元力で摺動したナックルアーム２０ａは、端部１４Ｅが折り返し２２ｂに係止することにより、スリーブ２１からの脱落が防止されるとともに、予圧縮ばね２２の復元力にて固定した状態におかれる。
【００３４】
次に、図６（ａ）の要部部分断面図に示す例は、ナックルアーム伸長部２０において、ナックルアーム２０ａは、図５（ａ）と同様の金属製のスリーブ２１の内部空間に収容され、ナックルアーム２０ａの他の部分より外径が大きい端部１４Ｅにより、内部空間を離隔してナックルアーム２０ａの移動空間２１ｘ１と薬室２１ｘ２を形成する。一方、スリーブ２１の壁体には、軸体２５ａがスリーブ２１を貫通し、先端Ｔがナックルアーム２０ａの端部２０Ｅに埋設されてなる、合成樹脂性のシェアピン２５が装着されている。これにより、ナックルアーム２０ａはスリーブ２１内に固定されている。
【００３５】
更に、薬室２１ｘ２内には火薬２４ａが配置され、ＣＰＵ６０に制御される点火装置２４により燃焼可能な状態に置かれる。
【００３６】
図２のＳ１３の実行内容として、ＣＰＵ６０が点火装置２４を動作させると、図６（ｂ）に示すように、点火装置２４は薬室２１ｘ２内の火薬を点火する。これにより、薬室２１ｘ２内の内圧が上昇して、その圧力によりナックルアーム２０ａは移動空間２１ｘ１内を摺動して、タイロッド７３に向かって移動し、端部１４Ｅが折り返し２２ｂに係止することにより、スリーブ２１からの脱落が防止されるとともに、封入された燃焼ガスの圧力にて固定した状態におかれる。この際、シェアピン２５のＴは軸体２５ａ及びスリーブ２１の内壁によりせん断される。
【００３７】
次に、図７（ａ）の要部部分断面図に示す例は、ナックルアーム伸長部２０において、ナックルアーム２０ａは、他の例と同様の金属製のスリーブ２１の内部空間２１ｘに収容される。更に、ナックルアーム２０ａには円筒状であって表面が雌ねじ状の開口２４ａｘが形成されるとともに、開口２４ａｘの雌ねじに対応した雄ねじ状の駆動ねじ２６が螺合されている。駆動ねじ２６の端部は、スリーブ２１上の開口２１ｙを介したベルト２７ａにより、ＣＰＵ６０にオンオフ及び回転数が制御されるモータ２７に連動可能に連結される。
【００３８】
図２のＳ１３の実行内容として、ＣＰＵ６０がモータ２７を所定回転数動作させると、図７（ｂ）に示すように、モータ２７の回転に従動する駆動ねじ２６の回転により、ナックルアーム２０ａと駆動ねじ２６の螺合は解除されるともに、ナックルアーム２０ａはスリーブ２１を所定距離摺動して、タイロッド７３に向かって移動して、固定した状態におかれる。
【００３９】
このように、本発明の実施の形態の操舵ハンドルの操作補助装置によれば、パワーステアリングによる操舵系において、動力補助を行うモータ５０に異常が検知され動力補助を停止した場合に、ナックルアーム伸長部２０によりナックルアーム２０ａを伸長することでステアリングホイール１０を回動させる力を通常時より軽減することができ、補助トルクを喪失した状態にある操作の容易性及び安全性を向上させることが可能となる。
【００４０】
更に、本実施の形態において、ナックルアーム２０ａを伸長するためのナックルアーム伸長部２０の機構は機械的動作に基づくもので、電子制御のためのハードウェアを必要とするＥＰＳの冗長化等に比して簡易な構成且つ低コストに実現することが可能となる。
【００４１】
更に、本実施の形態において、ナックルアーム２０ａを伸長するためのナックルアーム伸長部２０の機構は、ＥＰＳの操舵系に手を加えることなく転舵輪側にて設けることができ、従来の車両に対しても後付けで実装することができる。したがって、汎用性の高い操作補助装置を提供することが可能となる。
【００４２】
更に、本実施の形態において、ナックルアーム伸長部２０は、転舵輪８０近傍に設けられることで、補助トルクを喪失した状態にある操作の正確性を向上させることが可能となる。
【００４３】
以上のように、本発明の実施の形態の操舵ハンドルの操作補助装置によれば、簡易かつ低コストな構成にて、自動車その他の移動体の操舵性能の低下を軽減することが可能になるという効果を安定して行うことが可能となるという効果を奏する。
【００４４】
しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００４５】
上記の説明においては、本発明の操舵ハンドルの例として、ステアリングホイール１０を上げたが、本発明の操舵ハンドルは、操作者による回動操作を受付けることができればよく、その他の具体的構成に限定されない、したがって、操舵ハンドルはレバー、バーハンドル等として実施してもよい。
【００４６】
更に、上記の説明においては、本発明の移動体の例として四輪自動車を挙げたが、本発明の移動体は、操作者による回動操作を受付ける操舵ハンドルを介して与えられる主トルク及び操作者による操作とは独立した動力により与えられる補助トルクにより動作する操舵系を有するものであればよく、その他の具体的構成に限定されない、したがって、二輪車、船舶、列車その他の移動体において実施してもよい。
【００４７】
更に、上記の説明においては、本発明の操作負担軽減手段の例としてのナックルアーム伸長部２０は、補助トルクを与えるモータ５０に異常が発生したと判定した場合において、操舵系における補助トルクの寄与を喪失させた場合に動作するものとしたが、本発明の操作負担軽減手段は、全部又は一部の補助トルクが喪失したときに前記主トルクを与えるために操作者により前記操作ハンドルに加えられる力を軽減するものであればよい。
【００４８】
したがって、本発明の操作負担軽減手段は、全部又は一部の補助トルクの例として、補助トルクを与える手段が複数ある場合は、そのいずれか少なくとも一つの補助トルクが喪失した場合に動作してもよく、補助トルクを与える手段が一つの場合は、そのトルクの一部が喪失した場合に動作するものであってもよい。しかしながら、フェールセーフの観点からは、上記の説明のように、本発明の操作負担軽減手段は、全ての補助トルクの一切が喪失した場合に動作させることが好適である。
【００４９】
以上のように、本発明は、操作者による回動操作を受付ける操舵ハンドルを介して与えられる主トルク及び前記操作者による操作とは独立した動力により与えられる補助トルクにより動作する操舵系を有する移動体における前記操舵ハンドルの前記回動操作を補助する操舵ハンドルの補助装置であって、全部又は一部の前記補助トルクが喪失したときに、前記操舵系の動作に必要なトルクを前記主トルクにより与えるために前記操作者により前記操作ハンドルに加えられる力を軽減する操作負担軽減手段を備えたものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。
【００５０】
したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のような本発明は、簡易かつ低コストな構成にて、自動車その他の移動体の操舵性能の低下を軽減することが可能になるという効果を奏し、例えば四輪自動車等の車両への適用において有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  四輪自動車
１０  ステアリングホイール
１４Ｅ、２０Ｅ  端部
２０  ナックルアーム伸長部
２０ａ  ナックルアーム
２１  スリーブ
２１ｘ  内部空間
２１ｙ、２４ａｘ  開口
２１ｘ１  移動空間
２１ｘ２  薬室
２２  予圧縮ばね
２２ｂ  折り返し
２３  アクチュエータ
２３ａ  ラッチ
２４  点火装置
２４ａ  火薬
２５  シェアピン
２５ａ  軸体
２６  駆動ねじ
２７、５０  モータ
２７ａ  ベルト
３０  センサ
４０  リダクションギア
６０  ＣＰＵ
７１  ラックバー
７１ａ  ダストブーツ
７２  ステアリングギアボックス
７３  タイロッド
８０  転舵輪
８１  ハブキャリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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