(57)【要約】【課題】故障時にも、操舵のパワーアシストを容易に継続することのできるステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置は、ステアリングシャフト１１に設けられたクラッチ１６、ステアリングシャフト１１におけるクラッチ１６よりもステアリングホイール１０側の部分に動力を付加する反力モーター１８を有する操舵反力生成部１７、ラックバー１３に動力を付加するアシストモーター２４を有する操舵アシスト部２３を備え、平常は、クラッチ１６を切断した上で、反力モーター１８の動力でステアリングホイール１０に操舵反力を付加するとともに、アシストモーター２４の動力で転舵輪１５を転舵させ、操舵アシスト部２３の故障時には、クラッチ１６を接続した上で、反力モーター１８の動力で操舵のパワーアシストを行うようにした。【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と転舵輪との間の動力伝達経路に設けられたクラッチと、前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記ステアリングホイール側の部分に動力を付加する反力モーターを有する操舵反力生成部と、前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記転舵輪側の部分に動力を付加するアシストモーターを有する操舵アシスト部と、を備えるステアリング装置において、
前記操舵反力生成部および前記操舵アシスト部が正常に動作するときには、前記クラッチを切断した上で、前記反力モーターの動力で前記ステアリングホイールに操舵反力を付加するとともに、前記アシストモーターの動力で前記転舵輪を転舵させ、
前記操舵アシスト部の故障時には、前記クラッチを接続した上で、前記反力モーターの動力で操舵のパワーアシストを行う、
ことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
前記操舵反力生成部の故障時には、前記クラッチを接続した上で、前記アシストモーターの動力で操舵のパワーアシストを行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
前記操舵反力生成部は、前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記ステアリングホイール側の部分に設けられたトーションバーと、そのトーションバーの捻りに応じた信号を出力することで前記ステアリングホイールに加わる操舵トルクを検出するトルクセンサーとを備え、
前記操舵アシスト部は、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサーと、前記アシストモーターの回転角を検出するモーター回転角センサーとを備えるとともに、
前記操舵アシスト部の故障時には、前記トルクセンサーの検出した操舵トルクに基づいて、前記パワーアシストのための前記反力モーターの駆動制御を行い、
前記操舵反力生成部の故障時には、前記操舵角センサーの検出した前記操舵角と前記モーター回転角センサーの検出した前記アシストモーターの回転角とから前記操舵トルクを演算するとともに、その演算した操舵トルクに基づいて、前記パワーアシストのための前記アシストモーターの駆動制御を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載のステアリング装置。
【請求項４】
ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路に設けられたクラッチと、前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記ステアリングホイール側の部分に動力を付加する反力モーターを有する操舵反力生成部と、前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記転舵輪側の部分に動力を付加するアシストモーターを有する操舵アシスト部と、を備えるステアリング装置において、
前記操舵反力生成部および前記操舵アシスト部が正常に動作するときには、前記クラッチを切断した上で、前記反力モーターの動力で前記ステアリングホイールに操舵反力を付加するとともに、前記アシストモーターの動力で前記転舵輪を転舵させ、
前記操舵反力生成部の故障時には、前記クラッチを接続した上で、前記アシストモーターの動力で操舵のパワーアシストを行う、
ことを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に見られるように、ステアリングホイールからラックバーへの動力伝達を断接するクラッチを備え、ステアリングシャフトに加えられる操舵反力を発生するための反力モーターと、転舵輪を転舵させるための動力を発生するアシストモーターとを備えるステアリング装置が知られている。同文献のステアリング装置では、通常は、クラッチを切断し、反力モーターの動力で操舵反力を生成するとともに、アシストモーターによる転舵輪を転舵させることで、ステアリングバイワイヤーによる操舵を実現している。また同文献のステアリング装置では、反力モーター系やアシストモーター系の故障時には、クラッチを接続して、マニュアルステアリングでの操舵を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８０３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした従来のステアリング装置では、故障時には、運転者は、パワーアシスト無しで操舵を行わなければならなくなり、運転者の操舵負荷が大きくなる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、故障時にも、操舵のパワーアシストを容易に継続することのできるステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するステアリング装置は、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路に設けられたクラッチと、その動力伝達経路におけるクラッチよりもステアリングホイール側の部分に動力を付加する反力モーターを有する操舵反力生成部と、動力伝達経路におけるクラッチよりも転舵輪側の部分に動力を付加するアシストモーターを有する操舵アシスト部と、を備える。そして、操舵反力生成部および操舵アシスト部が正常に動作するときには、クラッチを切断した上で、反力モーターの動力でステアリングホイールに操舵反力を発生させるとともに、アシストモーターの動力で前記転舵輪の転舵動作を行うとともに、操舵アシスト部の故障時には、クラッチを接続した上で、反力モーターの動力で操舵のパワーアシストを行うようにしている。
【０００６】
こうしたステアリング装置では、操舵反力生成部および操舵アシスト部が双方共に正常に動作するときには、クラッチが切断されて、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路が機械的に切断される。そして、反力モーターの動力によるステアリングホイールへの操舵反力の発生と、アシストモーターの動力による転舵輪の転舵動作とにより、ステアバイワイヤーによる操舵が実現される。
【０００７】
一方、操舵アシスト部の故障時には、クラッチが接続されて、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路が機械的に連結される。そして、反力モーターの動力により、操舵のパワーアシストが行われる。そのため、操舵アシスト部の故障時にも、操舵のパワーアシストが継続されるようになる。
【０００８】
なお、上記のように構成されたステアリング装置において、操舵反力生成部の故障時には、クラッチを接続した上で、アシストモーターの動力で操舵のパワーアシストを行うようにすれば、操舵反力生成部の故障時にも、操舵のパワーアシストを継続可能となる。
【０００９】
上記のように構成されたステアリング装置において、動力伝達経路におけるクラッチよりもステアリングホイール側の部分に設けられたトーションバーと、そのトーションバーの捻りに応じた信号を出力することでステアリングホイールに加わる操舵トルクを検出するトルクセンサーとを操舵反力生成部に設ける。また、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサーと、アシストモーターの回転角を検出するモーター回転角センサーとを操舵アシスト部に設ける。こうした場合、クラッチが接続されれば、ステアリングホイールの操舵角とアシストモーターの回転角との比が一定となり、それらの角度差の変化からトーションバーの捻れ角を、ひいてはステアリングホイールに加わる操舵トルクを求められるようになる。そこで、操舵アシスト部の故障時には、トルクセンサーの検出した操舵トルクに基づいて、パワーアシストのための反力モーターの駆動制御を行い、操舵反力生成部の故障時には、操舵角センサーの検出した操舵角とモーター回転角センサーの検出したモーター回転角とから操舵トルクを演算するとともに、その演算した操舵トルクに基づいて、パワーアシストのための前記アシストモーターの駆動制御を行うようにすれば、操舵アシスト部、操舵反力生成部のいずれの故障時にも、操舵トルクに応じたパワーアシスト制御が行えるようになる。
【００１０】
また、上記課題を解決する、もうひとつのステアリング装置は、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路に設けられたクラッチと、動力伝達経路におけるクラッチよりもステアリングホイール側の部分に動力を付加する反力モーターを有する操舵反力生成部と、動力伝達経路におけるクラッチよりも転舵輪側の部分に動力を付加するアシストモーターを有する操舵アシスト部と、を備える。そして、操舵反力生成部および操舵アシスト部が双方共に正常に動作するときには、クラッチを切断した上で、反力モーターの動力でステアリングホイールに操舵反力を発生させるとともに、アシストモーターの動力で転舵輪の転舵動作を行う。また、操舵反力生成部の故障時には、クラッチを接続した上で、アシストモーターの動力で操舵のパワーアシストを行うようにしている。
【００１１】
こうしたステアリング装置でも、操舵反力生成部および操舵アシスト部が双方共に正常に動作するときには、クラッチが切断されて、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路が機械的に切断される。そして、反力モーターの動力によるステアリングホイールへの操舵反力の発生と、アシストモーターの動力による転舵輪の転舵動作とにより、ステアバイワイヤーによる操舵が実現される。
【００１２】
一方、操舵反力生成部の故障時には、クラッチが接続されて、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路が機械的に連結される。そして、アシストモーターの動力により、操舵のパワーアシストが行われる。そのため、操舵反力生成部の故障時にも、操舵のパワーアシストが継続されるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のステアリング装置によれば、故障時にも、操舵のパワーアシストを容易に継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ステアリング装置の一実施形態の構成を模式的に示す略図。
【図２】正常時における同ステアリング装置の制御動作を示す図。
【図３】操舵アシスト部の故障時における同ステアリング装置の制御動作を示す図。
【図４】操舵反力生成部の故障時における同ステアリング装置の制御動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、ステアリング装置の一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置は、ステアリングホイール１０に連結されたステアリングシャフト１１を備える。ステアリングシャフト１１におけるステアリングホイール１０とは反対側の端部には、ピニオンギア１２が設けられている。ピニオンギア１２は、ラックバー１３に設けられたラックギア１４に噛み合わされている。そして、ラックバー１３の両端には、その軸方向の直動に応じて転舵角が変更されるように、左右の転舵輪１５が連結されている。こうした本実施形態のステアリング装置では、これらステアリングシャフト１１、ピニオンギア１２、ラックギア１４およびラックバー１３により、ステアリングホイール１０と転舵輪１５との間の動力伝達経路が形成されている。
【００１６】
本実施形態のステアリング装置は、ステアリングシャフト１１の途中に設けられたクラッチ１６を備える。このクラッチ１６が切断されると、ステアリングシャフト１１と転舵輪１５との間の動力伝達経路が機械的に切断され、同クラッチ１６が接続されると、ステアリングシャフト１１と転舵輪１５との間の動力伝達経路が機械的に連結される。
【００１７】
また、本実施形態のステアリング装置は、ステアリングホイール１０に付加される操舵反力を生成するための操舵反力生成部１７を備える。操舵反力生成部１７は、反力モーター１８、トルクセンサー１９、および反力制御ユニット２０を有している。
【００１８】
反力モーター１８は、上記動力伝達経路におけるクラッチ１６よりもステアリングホイール１０側の部分に付加する動力を発生する。本実施形態のステアリング装置では、反力モーター１８は、減速機構２１を介して、ステアリングシャフト１１におけるクラッチ１６よりもステアリングホイール１０側の部分に駆動連結されている。反力モーター１８には、ブラシ付き、あるいはブラシレス式の直流モーターが採用される。
【００１９】
トルクセンサー１９は、ステアリングホイール１０に加わる操舵トルクTrを検出する。本実施形態では、ステアリングシャフト１１における減速機構２１の連結位置よりもステアリングホイール１０側の部分には、トーションバー２２が設けられている。そして、そのトーションバー２２の近傍にトルクセンサー１９が設置されている。トルクセンサー１９は、光学的、電気的、あるいは磁気的手段により、トーションバー２２の捻りに応じた信号を出力することで、操舵トルクTrを検出する。例えば、トーションバー２２の両端の回転角をそれぞれ検出する２つの回転角センサーを備え、それらが検出した回転角の差分から操舵トルクTrを検出するようにトルクセンサー１９を構成することができる。
【００２０】
反力制御ユニット２０は、反力モーター１８を駆動制御するための制御ユニットであり、その駆動制御に係る処理を行うマイクロコンピューターと反力モーター１８の駆動回路とを備えている。反力制御ユニット２０には、トルクセンサー１９の検出する操舵トルクTr、車速センサー２８の検出する車速ｖが入力されている。
【００２１】
さらに、本実施形態のステアリング装置は、転舵輪１５を転舵動作させるための動力を付加するための操舵アシスト部２３を備える。操舵アシスト部２３は、アシストモーター２４、操舵角センサー２５、モーター回転角センサー２６、および転舵制御ユニット２７を有している。なお、このステアリング装置の操舵アシスト部２３は、ラックバー１３と同軸に配置されたアシストモーター２４により、ラックバー１３に動力を直接伝達する、いわゆるラックダイレクト式の電動パワーステアリング装置として構成されている。
【００２２】
アシストモーター２４は、上記動力伝達経路におけるクラッチ１６よりも転舵輪１５側の部分に付加する動力を発生する。本実施形態のステアリング装置では、アシストモーター２４は、ラックバー１３と同軸に配置されており、同じくラックバー１３と同軸に配置されたボールねじ機構２４ａを介してその動力をラックバー１３に伝達するように構成されている。アシストモーター２４には、ブラシ付き、あるいはブラシレス式の直流モーターが採用される。
【００２３】
操舵角センサー２５は、ステアリングホイール１０の操舵角θを検出する。本実施形態のステアリング装置では、操舵角センサー２５は、ステアリングシャフト１１におけるトーションバー２２よりもステアリングホイール１０側の部分に設置されており、その設置位置におけるステアリングシャフト１１の回転角に応じた信号を出力することで、操舵角θを検出する。
【００２４】
モーター回転角センサー２６は、アシストモーター２４の回転角（モーター回転角θa）を検出する。本実施形態のステアリング装置では、モーター回転角センサー２６は、アシストモーター２４と一体に設けられている。
【００２５】
転舵制御ユニット２７は、アシストモーター２４を駆動制御するための制御ユニットであり、その駆動制御に係る処理を行うマイクロコンピューターとアシストモーター２４の駆動回路とを備えている。転舵制御ユニット２７には、操舵角センサー２５の検出する操舵角θ、モーター回転角センサー２６の検出するモーター回転角θa、および車速センサー２８の検出する車速ｖが入力されている。
【００２６】
なお、このステアリング装置では、反力制御ユニット２０、転舵制御ユニット２７のいずれもが、クラッチ１６の断接を実施可能とされている。具体的には、反力制御ユニット２０、転舵制御ユニット２７のいずれがクラッチ１６に対する通電を行うことで、クラッチ１６は接続された状態とされ、いずれもが通電を行わなければ、クラッチ１６は切断された状態とされる。
【００２７】
図２に、操舵反力生成部１７および操舵アシスト部２３が双方共に正常に動作するとき（正常動作時）における本実施形態のステアリング装置の動作を示す。同図に示すように、このときには、反力制御ユニット２０、転舵制御ユニット２７のいずれによっても、クラッチ１６への通電は行われず、同クラッチ１６は切断された状態となっている。
【００２８】
このときの反力制御ユニット２０は、トルクセンサー１９の検出する操舵トルクTrと車速センサー２８の検出する車速ｖとに基づき、目標操舵反力を演算する。そして、反力制御ユニット２０は、反力モーター１８によりステアリングホイール１０に付加される操舵反力（実操舵反力）がその目標操舵反力となるように、反力モーター１８の駆動電流を制御する。また、このときの転舵制御ユニット２７は、操舵角センサー２５の検出する操舵角θ、モーター回転角センサー２６の検出するモーター回転角θa、および車速センサー２８の検出する車速ｖに基づき転舵輪１５の目標転舵角を演算する。そして、転舵制御ユニット２７は、モーター回転角θaから把握される転舵輪１５の実転舵角がその目標転舵角と一致するように、アシストモーター２４の駆動電流を制御する。
【００２９】
図３に、操舵アシスト部２３の故障時における本実施形態のステアリング装置の制御動作を示す。このときの反力制御ユニット２０は、クラッチ１６への通電を行って、同クラッチ１６を接続した状態とする。また、このときの反力制御ユニット２０は、トルクセンサー１９の検出する操舵トルクTrと車速センサー２８により検出される車速ｖとに基づき目標アシスト力を演算する。そして、反力制御ユニット２０は、反力モーター１８によりステアリングシャフト１１に付加される動力（実アシスト力）が目標アシスト力と一致するように、反力モーター１８の駆動電流を制御する。
【００３０】
図４に、操舵反力生成部１７の故障時における本実施形態のステアリング装置の制御動作を示す。このときの転舵制御ユニット２７は、クラッチ１６への通電を行って、同クラッチ１６を接続した状態とする。また、転舵制御ユニット２７は、操舵角センサー２５の検出する操舵角θとモーター回転角センサー２６の検出するモーター回転角θaとから操舵トルクTrを演算する。そして、転舵制御ユニット２７は、その演算した操舵トルクTrと車速センサー２８の検出する車速ｖとに基づき目標アシスト力を演算し、アシストモーター２４によりラックバー１３に付加される動力がその目標アシスト力と一致するように、アシストモーター２４の駆動電流を制御する。
【００３１】
次に、以上説明した本実施形態のステアリング装置の作用を説明する。
本実施形態のステアリング装置では、正常時には、クラッチ１６が切断されて、ステアリングホイール１０と転舵輪１５との間の動力伝達経路が機械的に切断される。そして、反力モーター１８の動力でステアリングホイール１０に操舵反力が発生されるとともに、アシストモーター２４の動力で転舵輪１５の転舵動作が行われる。これにより、ステアバイワイヤーによる操舵が行われる。
【００３２】
一方、操舵アシスト部２３の故障時には、クラッチ１６が接続されて、ステアリングホイール１０と転舵輪１５との間の動力伝達経路が機械的に連結される。そして、反力モーター１８の動力により、操舵のパワーアシストを行う。なお、このときの反力モーター１８の駆動制御は、トルクセンサー１９の検出する操舵トルクTrに基づき行われ、操舵トルクTrに応じたパワーアシスト制御が実施されるようになる。
【００３３】
また、操舵反力生成部１７の故障時にも、クラッチ１６が接続されて、ステアリングホイール１０と転舵輪１５との間の動力伝達経路が機械的に連結される。そして、このときには、アシストモーター２４の動力により、操舵のパワーアシストが行われる。
【００３４】
なお、操舵角センサー２５の検出する操舵角θは、ステアリングシャフト１１におけるトーションバー２２のステアリングホイール１０側の端部の回転角に対応する。また、クラッチ１６が接続された状態では、アシストモーター２４の検出するモーター回転角θaと、ステアリングシャフト１１におけるトーションバー２２のステアリングホイール１０側の端部の回転角との対応関係が一義に定まるようになる。よって、このときの操舵角θおよびモーター回転角θaからは、トーションバー２２の捻り角を、ひいては操舵トルクTrを求めることができる。そのため、それら操舵角θおよびモーター回転角θaから演算した操舵トルクTrに基づきアシストモーター２４を駆動制御することで、トルクセンサー１９の検出結果を利用できない操舵反力生成部１７の故障時にも、操舵トルクTrに応じたパワーアシスト制御が実施されるようになる。
【００３５】
以上の本実施形態のステアリング装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、操舵反力生成部１７および操舵アシスト部２３が双方共に正常に動作するときには、クラッチ１６を切断した上で、反力モーター１８の動力でステアリングホイール１０に操舵反力を付加するとともに、アシストモーター２４の動力で転舵輪１５を転舵させている。そのため、正常動作時には、シフトバイワイヤーによる操舵を行うことができる。
【００３６】
（２）本実施形態では、操舵アシスト部２３の故障時には、クラッチ１６を接続した上で、反力モーター１８の動力で操舵のパワーアシストを行うようしている。そのため、操舵アシスト部２３の故障時にも、操舵のパワーアシストが継続されて、比較的軽い負荷で操舵を行うことができる。
【００３７】
（３）本実施形態では、操舵反力生成部１７の故障時には、クラッチ１６を接続した上で、アシストモーター２４の動力で操舵のパワーアシストを行うようしている。そのため、操舵反力生成部１７の故障時にも、操舵のパワーアシストが継続されて、比較的軽い負荷で操舵を行うことができる。
【００３８】
（４）本実施形態では、操舵アシスト部２３の故障時には、トルクセンサー１９の検出した操舵トルクTrに基づいて、パワーアシストのための反力モーター１８の駆動制御を行っている。また、操舵反力生成部１７の故障時には、操舵角センサー２５の検出する操舵角θとモーター回転角センサー２６の検出するモーター回転角θaとから操舵トルクTrを演算するとともに、その演算した操舵トルクTrに基づいて、パワーアシストのためのアシストモーター２４の駆動制御を行っている。そのため、トルクセンサー１９の検出結果を利用可能な操舵アシスト部２３の故障時だけでなく、トルクセンサー１９の検出結果を利用できない操舵反力生成部１７の故障時にも、操舵トルクTrに応じたパワーアシスト制御を実施することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、操舵反力生成部１７の故障時に、操舵角センサー２５の検出する操舵角θとモーター回転角センサー２６の検出するモーター回転角θaとから操舵トルクTrを演算するとともに、その演算した操舵トルクTrに基づいて、パワーアシストのためのアシストモーター２４の駆動制御を行っていた。操舵トルクTrを検出可能なセンサーを操舵アシスト部２３が別途に有している場合や操舵反力生成部１７の故障時にもトルクセンサー１９の検出結果を取得できる場合などには、上記演算を行わず、検出した操舵トルクTrに基づいて、このときのアシストモーター２４の駆動制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
・上記実施形態では、操舵反力生成部１７の故障時にクラッチ１６を接続した上でアシストモーター２４の動力による操舵のパワーアシストを行うとともに、操舵アシスト部２３の故障時にクラッチ１６を接続した上で反力モーター１８の動力による操舵のパワーアシストを行うようにしていた。これら故障時のパワーアシストを、操舵反力生成部１７および操舵アシスト部２３のいずれか一方の故障時にのみ行い、他方の故障時には、クラッチ１６の接続のみを実施して、マニュアルステアリングにより操舵を行うようにしてもよい。
【００４１】
・上記実施形態では、ラックダイレクト式の電動パワーステアリング装置（RD-EPS）として操舵アシスト部２３を構成していたが、ラックダイレクト式（RD-EPS）、ピニオン式（P-EPS)、デュアルピニオン式（DP-EPS）など、他の方式の電動パワーステアリング装置として操舵アシスト部２３を構成してもよい。
【００４２】
次に、上記実施形態及びその変形例から把握することのできる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記動力伝達経路は、前記ステアリングホイールに一体回転可能に連結されたステアリングシャフトと、そのステアリングシャフトにおける前記転舵輪側の端部に設けられたピニオンギアと、そのピニオンギアに噛み合わされるラックギアが設けられて、軸方向への直動に応じて前記転舵輪を転舵させるラックバーとを有するとともに、前記クラッチが前記ステアリングシャフトの途中に設置された、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のステアリング装置。
【符号の説明】
【００４３】
１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト（動力伝達経路）、１２…ピニオンギア（動力伝達経路）、１３…ラックバー（動力伝達経路）、１４…ラックギア（動力伝達経路）、１５…転舵輪、１６…クラッチ、１７…操舵反力生成部、１８…反力モーター、１９…トルクセンサー、２０…反力制御ユニット、２１…減速機構、２２…トーションバー、２３…操舵アシスト部、２４…アシストモーター、２４ａ…ボールねじ機構、２５…操舵角センサー、２６…モーター回転角センサー、２７…転舵制御ユニット、２８…車速センサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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