(57)【要約】【課題】ロック機構を簡素化したステアバイワイヤ式ステアリングシステムを提供する。【解決手段】本発明のステアバイワイヤ式ステアリングシステム（Ｓ）は、転舵輪（４）を転舵駆動する転舵駆動手段（２）と、操舵ハンドル（１）と、操舵ハンドルに付与する操舵抵抗付与手段（１９）と、この操舵抵抗付与手段を駆動制御する駆動制御手段（２０、２３）とを備え、前記操舵抵抗付与手段はモータ（Ｍ）からなり、駆動制御手段は、イグニションスイッチをＯＦＦ等する際にこのモータの電機子コイルを短絡状態にする短絡手段（２３２）を有する。この電機子コイルの短絡により、前記モータには電磁ブレーキが作用し、操舵ハンドルのロックが電気的に簡単になされる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の転舵輪を転舵駆動する転舵駆動手段と、
該車両の運転者によって操舵される操舵ハンドルと、
少なくとも該車両の運転状況に応じた操舵抵抗を該操舵ハンドルに付与する操舵抵抗付与手段と、
該操舵抵抗付与手段を該車両の運転状況に応じて駆動制御する駆動制御手段とを備えたステアバイワイヤ式ステアリングシステムであって、
前記操舵抵抗付与手段は、前記操舵ハンドルの操舵量に連動して回転するモータ主軸と磁界を形成する界磁と該界磁から延出した磁束が鎖交する電機子コイルとを有し、該モータ主軸の回転によって該電機子コイルに鎖交する磁束が変化する駆動モータからなり、
前記駆動制御手段は、該電機子コイルを短絡状態にする短絡手段を有し、該操舵抵抗付与手段の駆動制御を終了する際に該短絡手段を作動させることを特徴とするステアバイワイヤ式ステアリングシステム。
【請求項２】
前記操舵抵抗付与手段は、前記駆動モータと前記操舵ハンドルとの間に、該駆動モータから該操舵ハンドルへ動力を減速して伝達する減速機を有する請求項１に記載のステアバイワイヤ式ステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルと転舵輪との間が機械的に連結していないステアバイワイヤ式ステアリングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両のステアリングシステムは、車両の運転者が操舵ハンドルを操舵することによって、車両の前輪等が転舵し、車両の進行方向が変化するようになっている。従来のステアリングシステムの場合、この操舵ハンドルから転舵輪に至る伝達系統が複数のシャフトやリンク等を介して機械的に連結されていた。これは、両者の間にパワーステアリング装置等を介在させた場合でも同様であった。
【０００３】
ところが、下記特許文献１、２等にもあるように、操舵ハンドルから転舵輪までを機械的に連結しない、ステアバイワイヤによるステアリングシステムが提案されている。このステアリングシステムは、操舵ハンドルの操舵量を電気的に検出し、この検出信号に基づき制御装置（ＥＣＵ）が転舵輪の転舵角を算出し、操舵ハンドルとは機械的に独立したアクチュエータを駆動制御して、転舵輪を転舵駆動させるものである。このようなステアバイワイヤを採用した場合、ステアリングシステムを構成する各種装置の配置や設計自由度等が拡大し、全体的なステアリングシステムの小型化等を図り易くなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００１−１０６１１１号公報
【特許文献２】
特開平２００３−２２２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなステアバイワイヤ式ステアリングシステムを採用した場合、操舵ハンドルと転舵輪とが機械的に連結されていないが故に、車両のメイン電源（自動車のイグニションスイッチ等）をＯＦＦ等したとき、操舵ハンドルと転舵輪とはフリーな状態となる。すなわち、転舵輪に対して操舵ハンドルのみが自在に回転し得る状態となる。このため例えば、運転者がイグニションスイッチをＯＦＦして自動車から降りる場合を考えると、転舵輪は路面との間の抵抗によって殆ど変位しないのに対して、操舵ハンドルには反力が作用していないため、運転者が操舵ハンドルに触れただけでも、操舵ハンドルは軽く回転してしまうこととなる。その結果、操舵ハンドルの操舵量と転舵輪の転舵角との対応関係がイグニションスイッチをＯＦＦしたときからズレてしまう。このズレが予め想定した範囲内ならば、イグニションスイッチを再びＯＮ等した際に、そのＯＦＦ時の状態へ復帰させることも容易である。しかし、上述したように、操舵ハンドルの操舵が軽いために操舵ハンドルのみが大きく回転してしまい、上記ズレが想定範囲を超える事態も予想される。このような事態が生じた後、再び、イグニションスイッチをＯＮした場合、操舵ハンドルのセンタ位置がイグニションスイッチをＯＦＦしたときと異なり、運転者は違和感を覚える。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、電源スイッチをＯＦＦ状態等にしたときであっても、操舵ハンドルの勝手な回転等を抑制できるステアバイワイヤ式ステアリングシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、操舵ハンドルに操舵抵抗を付与する駆動モータの電機子コイルを短絡することで、電源をＯＦＦ状態等にしたときでも、操舵ハンドルの勝手な回転等を抑制し得ることを思いつき、これを発展させて本発明を完成させるに至ったものである。
すなわち、本発明のステアバイワイヤ式ステアリングシステムは、車両の転舵輪を転舵駆動する転舵駆動手段と、該車両の運転者によって操舵される操舵ハンドルと、少なくとも該車両の運転状況に応じた操舵抵抗を該操舵ハンドルに付与する操舵抵抗付与手段と、該操舵抵抗付与手段を該車両の運転状況に応じて駆動制御する駆動制御手段とを備えたステアバイワイヤ式ステアリングシステムであって、
前記操舵抵抗付与手段は、前記操舵ハンドルの操舵量に連動して回転するモータ主軸と磁界を形成する界磁と該界磁から延出した磁束が鎖交する電機子コイルとを有し、該モータ主軸の回転によって該電機子コイルに鎖交する磁束が変化する駆動モータからなり、前記駆動制御手段は、該電機子コイルを短絡状態にする短絡手段を有し、該操舵抵抗付与手段の駆動制御を終了する際に該短絡手段を作動させることを特徴とする。
【０００８】
本発明のステアバイワイヤ式ステアリングシステム（以下、適宜、単に「ステアリングシステム」という。）によると、駆動制御手段の通常作動時（つまり、ＯＮ状態時）、操舵抵抗付与手段によって操舵ハンドルには操舵抵抗が付与されている。具体的には、操舵抵抗付与手段を構成する駆動モータが、操舵ハンドルの操舵方向と逆向きに適度の反力（操舵抵抗）を及している。これにより、ステアバイワイヤであっても、車両の運転者は、操舵ハンドルから転舵輪までが機械的に連結された従来のステアリングシステムと同様の操舵フィーリングを得る。そして運転者がこの操舵抵抗に抗して操舵ハンドルを操舵すると、その操舵量に応じて転舵駆動手段が駆動されて、転舵輪は所望の転舵角に変位する。
【０００９】
次に、イグニションスイッチ等により電源若しくは制御をＯＦＦ状態にして、駆動制御手段による駆動制御を終了させたときを考える。この状態では、上記操舵抵抗は操舵ハンドルに作用しない。しかし、この状態で操舵ハンドルが操舵されると、それと連動したモータ主軸は回転させられる。そして、界磁から出て電機子コイルに鎖交していた鎖交磁束は時間変化し、この時間変化率に応じて電機子コイルには電磁誘導による起電力が発生する。
ここで本発明のステアリングシステムの場合、操舵抵抗付与手段の駆動モータを構成する電機子コイルは短絡手段によって短絡される。このため、電機子コイルには励磁電流が流れ、鎖交磁束の変化を妨げる向きに電磁力が作用する。すなわち、操舵ハンドルの回転等を阻止する向きにブレーキ作用を生じる。
【００１０】
このように本発明のステアリングシステムでは、上記駆動制御を終了した場合であっても、操舵ハンドルの回転等によってブレーキ作用が自ずと発生し、操舵ハンドルが転舵輪に対して実質的にロックされた状態に近づき、両者間の位相が予想外にズレたりする事態が回避される。しかも、機械的なロック機構等を付与した場合に比べて小型化や低コスト化が容易に図られる。
【００１１】
ところで、上記駆動制御終了時に操舵ハンドルに作用するブレーキは、鎖交磁束の時間変化率が大きい程強力となる。そこで、前記操舵抵抗付与手段は、駆動モータと操舵ハンドルとの間に、駆動モータから操舵ハンドルへ動力を減速して伝達する減速機を有すると好適である。これに操舵ハンドル側から観れば、操舵ハンドルの操舵量に対してモータ主軸の回転量が増速される結果となり、一層大きなブレーキが操舵ハンドルに作用することとなる。勿論、上記ブレーキ作用を高めるために、界磁に希土類磁石等の高性能磁石を使用したり、電機子コイルのターン数を増加させたりしても良い。
【００１２】
なお、本発明でいう駆動モータは、直流（ＤＣ）モータ、交流（ＡＣ）モータを問わない。一例を挙げればブラシレスモータである。モータ主軸と共に回転するロータが界磁の場合、そのステータは電機子となるが、組合わせはその逆でも良い。駆動モータの界磁は、永久磁石には限らず、フィールドコイルによるものでも良い。もっとも、小型化や省電力化等の観点から永久磁石が好ましい。電機子コイルは、駆動モータの種類に応じて単相または三相以上となる。例えば、上記ＤＣブラシレスモータの場合、電機子コイルは三相以上が一般的である。
【００１３】
操舵ハンドルは、周知の円形状のステアリングホイールに限らず、往復動するステアリングレバー等でも良い。これに応じて、操舵ハンドルの操舵量は操舵角または直線的な操舵変位等となる。いずれにしても、この操舵量は、方向性をもつ変位である（転舵角等も同様）。操舵量は回転角センサやポテンショメータ等によって検出され、電気的な検出信号が駆動制御手段に送信される。
【００１４】
転舵駆動手段は、例えば、ボールねじやラックアンドピニオンを利用したものでも良いし、さらには、油圧アクチュエータを利用したものであっても良い。基本的な構造としては、従来からある電動・油圧のパワーステアリング装置を利用できる。
駆動制御手段は、例えば、電子制御装置（ＥＣＵ）と、操舵抵抗付与手段の駆動モータを駆動するための駆動回路装置とからなる。車両の運転状態とは、例えば、車速やイグニションスイッチのＯＮ／ＯＦＦ等である。この駆動制御手段は、上記操舵抵抗付与手段のみならず、転舵駆動手段をも制御するものであっても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施形態を挙げ、本発明をより詳細に説明する。
本発明の一実施形態であるステアバイワイヤ式ステアリングシステムＳ（以下、「ステアリングシステムＳ」という。）の全体構成を図１に示した。
このステアリングシステムＳは、ステアリングホイール１（操舵ハンドル）と、このステアリングホイール１にシャフト１０を介して反力（操舵抵抗）および復帰力を作用させる操舵用アクチュエータ１９（操舵抵抗付与手段）と、この操舵用アクチュエータ１９を駆動する操舵用駆動回路２３と、その制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）２０と、転舵輪である前輪４を電動パワーステアリングと同様にモータ駆動する転舵用アクチュエータ２（転舵駆動手段）と、前輪４と転舵用アクチュエータ２との間に介在するナックルアーム９、タイロッド８、ステアリングロッド７およびステアリングギヤ３と、ＥＣＵ２０によって制御され転舵用アクチュエータ２を駆動する転舵用駆動回路２２とからなる。
【００１６】
ＥＣＵ２０および操舵用駆動回路２３が本発明でいう駆動制御手段に相当する。このＥＣＵ２０へは、外部の車速センサ１４より車速信号が入力され、ステアリングホイール１に取付けられたロータリエンコーダ等からなる転舵角センサ１１より転舵角信号が入力され、ステアリングギヤ３のハウジングに取付けられたポテンショメータ等からなる転舵角センサ１３より転舵角信号が入力される。ＥＣＵ２０内のコンピュータは、これらの入力信号に基づいて、操舵用アクチュエータ１９および転舵用アクチュエータ２を作動させるための指令を操舵用駆動回路２３および転舵用駆動回路２２に送る。
【００１７】
操舵用アクチュエータ１９は、駆動モータである三相ＤＣブラシレスモータＭ（以下、単に「モータＭ」という。）と、このモータＭとステアリングホイール１との間に介在する減速機Ｇとからなる。
モータＭは、その詳細を図示していないが、中央を貫くモータ主軸と、このモータ主軸の周囲に配設された４極の永久磁石（界磁）と、その外周囲に所定のエアギャップを設けて均等に配設された３つの鉄心およびその周囲を巻回するコイル（電機子コイル）とからなる。モータ主軸と永久磁石によってモータＭのロータが構成され、鉄心およびコイルによってモータＭのステータが形成される。
【００１８】
減速機Ｇはリングギヤ側がハウジングに固定された遊星歯車からなる。この減速機ＧのサンギヤはモータＭのモータ主軸に連結され、減速機Ｇのプラネタリーギヤを枢支するキャリアはステアリングホイール１側のシャフト１０に連結されている。なお、図１からも明らかなように、ステアリングホイール１側の操舵系と、前輪４側の転舵系とは電気的な接続がされているに過ぎず、機械的な接続はされていない。
【００１９】
次に、操舵用駆動回路２３の回路構成について図２を用いて説明する。
操舵用駆動回路２３は、スイッチング素子からなるインバータ回路２３１と、モータＭの各コイル間を短絡させるための短絡回路２３２とからなる。インバータ回路２３１は、複数のスイッチング素子の切替えによって、バッテリ等から供給される直流をＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相交流に変換するものである。こうして、モータＭの３つの各コイルへは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の励磁電流が供給される。
【００２０】
短絡回路２３２（短絡手段）は、モータＭのＵ相コイルとＶ相コイルとの間に接続された短絡リレーＲ１と、Ｖ相コイルとＷ相コイルとの間に接続された短絡リレーＲ２とからなる。
【００２１】
この短絡回路２３２の作動について以下説明する。
運転者がイグニションスイッチ（ＩＧ）をＯＦＦして自動車から降りるときを考える。このとき、ＥＣＵ２０は転舵用駆動回路２２に指令を出して短絡リレーＲ１、Ｒ２を作動させてから、操舵用アクチュエータ１９の制御を終了する。この制御終了により、モータＭの各コイルは短絡リレーＲ１、Ｒ２によって短絡状態とされる。
【００２２】
このとき、運転者が不用意にステアリングホイール１を回転等させようとした場合、その回転はシャフト１０から減速機Ｇを介してモータＭのモータ主軸へ伝達される。ここで、モータ主軸の各コイルは短絡リレーＲ１、Ｒ２により短絡状態となっている。このため、モータ主軸の回転によって各コイルの鎖交磁束が変化しようとすると、各コイル間には逆起電力が生じて誘導電流が流れ、モータ主軸の回転を妨げる向きの電磁力をモータ主軸に及すこととなる。つまり、運転者がイグニションスイッチをＯＦＦした後に、ステアリングホイール１を回転させようとすると、そこには大きな反力が作用することとなる。しかも、減速機Ｇの介在により、ステアリングホイール１の回転は増速されてモータ主軸へ伝達されるため、この反力は相当に大きなものとなる。
【００２３】
こうして、機械的なロック機構等を介在させるまでもなく、ステアリングホイール１の回転が妨げられる。すなわち、操舵用アクチュエータ１９の制御がＯＦＦ状態であっても、ステアリングホイール１の操舵角と、前輪４の転舵角との間に大きなズレが生じることが抑止される。なお、このような制御を行う際の各タイミングを図３に参考として示した。図３中にも記載したが、本実施形態では、イグニションスイッチをＯＮする際に、制御ＯＮよりも短絡リレーＯＦＦの方を僅かに遅くしている。このため、その際にステアリングホイール１が回転し難くなる。また、イグニションスイッチをＯＦＦする際に、制御ＯＦＦよりも短絡リレーＯＮの方を僅かに早くしている。このため同様に、ステアリングホイール１が回転し難くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態であるステアバイワイヤ式ステアリングシステムの全体構成図である。
【図２】その実施形態中の操舵用駆動回路の構成図である。
【図３】その実施形態で、イグニションスイッチをＯＮ／ＯＦＦしたときのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１          ステアリングホイール（操舵ハンドル）
２          転舵用アクチュエータ（転舵駆動手段）
１９        操舵用アクチュエータ（操舵抵抗付与手段）
２０        ＥＣＵ（駆動制御手段）
２３        操舵用駆動回路（駆動制御手段）
２３２      短絡回路（短絡手段）
Ｒ１、Ｒ２  短絡リレー
Ｍ          駆動モータ
Ｇ          減速機
Ｓ          ステアバイワイヤ式ステアリングシステム
【図１】
2004330840.tif 000003
【図２】
2004330840.tif 000004
【図３】
2004330840.tif 000005