(57)【要約】【課題】ステアバイワイヤシステムを採用している車両用操舵装置において、操舵部材と舵取機構とを非連結状態から連結状態へと円滑に切り替え可能とする。【解決手段】操舵部材１と舵取機構３とが機械的に連結されていない車両用操舵装置であって、操舵部材に連結する操舵軸１０、舵取機構に連結する転舵軸１１と、両軸の相対回転許容量を所要量に規制する相対回転許容量規制機構１５と、相対回転許容量規制機構の相対回転許容量を所要量以外に変更可能とする相対回転許容量変更機構２０とを備えた構成。【選択図】図２
2005178461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていない車両用操舵装置であって、
操舵部材に連結する第１軸と、
舵取機構に連結する第２軸と、
両軸の相対回転許容量を所要量に規制する相対回転許容量規制機構と、
相対回転許容量規制機構の相対回転許容量を所要量以外に変更可能とする相対回転許容量変更機構と、
を備えたことを特徴する車両用操舵装置。
【請求項２】
相対回転許容量規制機構は、
第１軸と一体回転する操舵側規制部と、
第２軸と一体回転する転舵側規制部とを備え、かつ、
両規制部を同一の円周上で相対回転許容量に対応した距離で対向配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
相対回転許容量変更機構は、両規制部の対向間隔の間に配置する変更部材の数を制御して相対回転許容量を変更可能とした、ことを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
車両運転状態を検出するセンサと、
舵取機構を駆動する転舵アクチュエータと、
転舵アクチュエータを制御して舵取機構を駆動することにより操舵の制御を行う制御装置とを備え、
制御装置は、センサの出力に基づいて転舵アクチュエータのフェールを検出したときに、相対回転許容量変更機構を制御して相対回転許容量規制機構の相対回転許容量を実質無くして操舵部材と舵取機構とを機械的に連結可能とした、ことを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記ステアバイワイヤシステムとは、ステアリングホイール等の操舵部材と左右一対の車輪の舵取機構とを機械的に連結せず、操舵部材の回転方向や回転角度といった操舵状況やエンジン出力等の車両走行状況やその他の運転情報に基づいて制御装置で転舵アクチュエータを制御して舵取機構を駆動することにより操舵を行うシステムである。
【０００３】
このステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置には、種々の改良が加えられてきており、その１つに例えば、転舵アクチュエータにより舵取機構の舵角を制御している状況で舵角変化量の誤差が増大したときに、舵取機構に連結される転舵軸の回転を操舵部材に連結される操舵軸により阻止する機構を備えたものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−８０５３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置では、操舵部材と舵取機構とを機械的に連結していないから、操舵部材と舵取機構とを機械的に連結している通常の車両用操舵装置とは異なって、運転者の意思と無関係に円滑な操舵の制御を行うことができる。しかしながら、操舵部材と舵取機構とを機械的に連結していないため、例えば転舵アクチュエータのフェールの程度によっては操舵不能になるおそれがある。
【０００５】
本発明は、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置を前提として、ステアバイワイヤシステムを採用する車両用操舵装置の有利性を損なうことなく、かつ、運転者に違和感を与えることなく、操舵部材と舵取機構との機械的な連結を円滑に行うことができる車両用操舵装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていない車両用操舵装置であって、操舵部材に連結する第１軸と、舵取機構に連結する第２軸と、両軸の相対回転許容量を所要量に規制する相対回転許容量規制機構と、相対回転許容量規制機構の相対回転許容量を所要量以外に変更可能とする相対回転許容量変更機構とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
本発明によると、相対回転許容量規制機構により上記第１軸（操舵軸）と第２軸（転舵軸）との相対回転許容量を規制して、操舵部材と舵取機構とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムの車両用操舵装置として、操舵の制御を行うことを可能とする一方、相対回転許容量を相対回転許容量変更機構により変更して例えば操舵部材と舵取機構とを機械的に連結させることが可能となる。そして、この場合、操舵部材と舵取機構とを機械的に連結していない状態から連結する状態に切り替えるときには、例えば、相対回転許容量が大きく、そのため例えば、転舵アクチュエータのフェールに際しての操舵軸と転舵軸との相対回転の位相差が大きいときでも、円滑に相対回転許容量を例えばゼロにして操舵軸と転舵軸とを連結させることができる。
【０００８】
相対回転許容量規制機構は、第１軸と一体回転する操舵側規制部と、第２軸と一体回転する転舵側規制部とを備え、かつ、両規制部を同一の円周上で相対回転許容量に対応した距離で対向配置したものとすることが好ましい。
【０００９】
さらに、相対回転許容量変更機構は、両規制部の対向間隔の間に配置する変更部材の数を制御して相対回転許容量を変更可能とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の車両用操舵装置は、さらに、車両運転状態を検出するセンサと、舵取機構を駆動する転舵アクチュエータと、転舵アクチュエータを制御して舵取機構を駆動することにより操舵の制御を行う制御装置とを備える構成とし、制御装置は、センサの出力に基づいて転舵アクチュエータのフェールを検出したときに、相対回転許容量変更機構を制御して相対回転許容量規制機構の相対回転許容量を実質無くして操舵部材と舵取機構とを機械的に連結可能とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ステアバイワイヤシステムを採用する車両用操舵装置の有利性を損なうことなく、かつ、運転者に違和感を与えることなく、操舵部材と舵取機構との機械的な連結を円滑に行うことができる車両用操舵装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、車両用操舵装置の構成説明図、図２は、図１の切り替え機構の詳細な構成で、操舵軸と転舵軸とを非連結とした状態を示す図、図３は、図２の（３）−（３）線断面の矢視図、図４は、切り替え機構の要部を分解して示す斜視図、図５は、操舵軸と転舵軸とを連結した状態で、図２に対応する図、図６は、操舵軸と転舵軸とを連結した状態を示す図、図７は、操舵軸と転舵軸とを連結した他の状態を示す図である。
【００１３】
図１を参照して、本発明の最良の形態による車両用操舵装置は、ステアリングホイール等の操舵部材１と左右一対の車輪２，２の舵取機構３とを機械的に連結せず、操舵部材１の回転方向や回転角度といった操舵状況やエンジン出力等の車両走行状況やその他の運転情報に基づいて制御装置４で転舵アクチュエータ５を制御して舵取機構３を駆動することにより操舵を行うステアバイワイヤシステムになっている。
【００１４】
舵取機構３は、詳細には図示しないが、ラックアンドピニオン式またはボールナット式のギヤボックスなどからなり、タイロッド７を押し引き動作することによりナックルアーム８を介して車輪２の向きを変えるものである。制御装置４は、車両運転状態を検出するセンサの出力に基づいて、公知の舵取り動作全般を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。前記センサとしては、操舵部材１の回転角度を検出してこの回転角度の値を示す情報を出力する舵角センサ９ａ、車速を検出してこの車速の値を示す情報を出力する車速センサ９ｂ、ならびに車両のエンジンの回転状態を検出してこの回転状態の値を示す情報を出力するエンジン回転センサ９ｃなどが挙げられる。
【００１５】
転舵アクチュエータ５は、制御装置４により適宜制御されて舵取機構３を駆動するもので、例えばブラシレスの電動モータなどとされる。操舵軸１０は、操舵部材1に、また、転舵軸１１は、舵取機構３に、それぞれ、機械的に連結されている。反力アクチュエータ１２は、操舵部材１側に操舵部材１の操舵に伴う路面反力を操舵軸１０に付与するために設けられている。反力アクチュエータ１２は、例えばブラシレスの電動モータなどとされ、制御装置４により駆動される。
【００１６】
操舵部材１と舵取機構３との機械的な連結及び非連結を切り替え可能な切り替え機構を構成する相対回転許容量規制機構１５は、操舵軸１０と転舵軸１１との間に配備されて操舵軸１０と転舵軸１１の相対回転の許容量を規制するようになっている。
【００１７】
操舵部材１と舵取機構３との機械的な連結及び非連結を切り替え可能な切り替え機構を構成する相対回転許容量変更機構２０は、相対回転許容量規制機構１５の回転許容量を変更するものであり、相対回転を許容しないときには操舵軸１０と転舵軸１１とを機械的に連結する状態に設定できるようになっている。
【００１８】
本実施形態は、相対回転許容量規制機構１５と相対回転許容量変更機構２０とを備えた構成としたことに特徴を有しており、以下において、図２および図３を参照してその構成を詳しく説明する。
【００１９】
相対回転許容量規制機構１５は、操舵側規制部（操舵側凸部）１６と、転舵側規制部（転舵側凸部）１７とを備える。操舵側規制部１６は、操舵軸１０が一体的に結合したジョイントケース２３の下端面の円周方向所定位置に下向きに扇状に突出するように一体形成されている。転舵側規制部１７は、転舵軸１１の上端面の円周方向所定位置に上向きに扇状に突出するように一体形成されている。
【００２０】
操舵側と転舵側の両規制部１６，１７は、平面視でほぼ中心角が６０度の扇形形状をなし、操舵と転舵の両軸１０，１１の相対回転に伴い当該両軸１０，１１の回転軸心を曲率中心とする所定半径の円周上を旋回するとともに、両軸１０，１１の相対回転を操舵側規制部１６の両側面１６ａ，１６ｂと転舵側規制部１７の両側面１７ａ，１７ｂとが当接することで規制するようになっている。ただし、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７の扇形形状の中心角は適宜に設定されるものであり、また、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７は扇形形状に限定されず、種々の形状に適宜に設定することができる。
【００２１】
両規制部１６，１７は、操舵軸１０の中立位置と転舵軸１１の中立位置とを一致させた状態において、両軸１０，１１の回転軸心を中心として回転方向１８０度で相対向する位置に配置されている。この配置の状態では、操舵側規制部１６の一側面１６ａと転舵側規制部１７の一側面１７ａとでなす第１角度範囲θ１と、操舵側規制部１６の他側面１６ｂと転舵側規制部１７の他側面１７ｂとでなす第２角度範囲θ２とが同一になっている。本実施形態では、操舵軸１０と転舵軸１１が共に中立位置にあるときの第１角度範囲θ１と第２角度範囲θ２は、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７の上記形状により、共に１２０度である。第１角度範囲θ１は、０≦θ１≦２４０であり、第２角度範囲θ２も０≦θ１≦２４０である。これら第１角度範囲θ１、第２角度範囲θ２は両立するのではなく、一方の範囲が増加すると他方は減少する関係になっている。
【００２２】
相対回転許容量規制機構１５は、第１角度範囲θ１の最大値、第２角度範囲θ２の最大値を超えた角度範囲での操舵軸１０と転舵軸１１との相対回転を許容せず規制する。この相対回転許容量を、角度で示さず、第１角度範囲θ１については間隙１８Ａで、第２角度範囲θ２については間隙１８Ｂで、それぞれ、円周方向対向離隔距離で示すこともできる。
【００２３】
相対回転許容量規制機構１５は、例えば、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７とが図３の状態で対向しているとき、操舵軸１０を転舵軸１１に対して右側操舵、左側操舵に対して第１角度範囲θ1、第２角度範囲θ２を超えてそれぞれ相対回転させると、操舵側規制部１６の両側面１６ａ，１６ｂが転舵側規制部１７の両側面１７ａ，１７ｂに当接して、操舵軸１０の転舵軸１１に対する相対回転を規制する。したがって、操舵軸１０と転舵軸１１は、上記相対回転許容量の範囲で相対回転して機械的に連結していない状態となる。
【００２４】
相対回転許容量変更機構２０は、相対回転許容量規制機構１５の相対回転許容量を変更するものであり、相対回転許容量の変更に用いる１つまたは複数の変更部材（スペーサ）２１と、変更部材２１を駆動するための駆動機構２２とを備えている。変更部材２１および変更部材駆動機構２２は、操舵軸１０に固定されるジョイントケース２３内に収納されている。
【００２５】
変更部材２１は、間隙１８Ａ，１８Ｂ、すなわち、相対回転許容量を変更するために用いるものであり、操舵軸１０の回転に伴い操舵側規制部１６が旋回する旋回軌跡に操舵側規制部１６の存在する領域を除いて円周方向で隣り合うように配置可能とされている。変更部材２１はそれぞれ外径面、内径面が共に部分円弧形状をなし、円周方向両側面が軸中心に向けられ、かつ、軸方向に所定高さの柱形状をなしている。変更部材２１は、図３では、間隙１８Ａ，１８Ｂにそれぞれ８個入ることができる大きさになっている。
【００２６】
変更部材駆動機構２２は、変更部材２１を操舵側規制部１６と転舵側規制部１７との円周方向対向間隙１８Ａ，１８Ｂの内外に移動させるものであり、駆動部２５とコイル形の圧縮バネ部材２６と複数のスプリング形のバネ部材２７とを備えている。駆動部２５は、プランジャ形ソレノイドからなり、励磁コイル２８と可動鉄心２９とを備える。圧縮バネ部材２６は、可動鉄心２９の外周に装着されている。複数のバネ部材２７は、それぞれの一端側を可動鉄心２９の先端フランジ２９ａに取り付けられ、それぞれの他端側を各変更部材２１それぞれに取り付けられている。変更部材駆動機構２２は、制御装置４により駆動部２５の励磁コイル２８に直接電流を流すことにより励磁コイル２８の内周部分に可動鉄心２９を圧縮バネ部材２６の付勢力に抗して後退させるように機能する。
【００２７】
なお、上述の複数の変更部材２１は、可動鉄心２９の先端フランジ２９ａが図２の下方に飛び出すと、一斉にそのすべてが、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７との間に下降して間隙１８Ａ，１８Ｂを無くすようになっているため、相対回転許容量変更機構２０の機能としては、相対回転許容量規制機構１５の相対回転許容量を略ゼロに変更するものとし、操舵軸１０と転舵軸１１との相対回転を許容せず、これらを一体回転に連結するようになっている。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７との間に下降させる変更部材２１の数を制御して間隙１８Ａ，１８Ｂの間隔を変更、つまり、相対回転許容量を上記角度範囲θ１、θ２の範囲で変更可能とすることができる。このためには、変更部材２１それぞれに駆動機構を取り付け、各駆動機構を制御装置４で個別制御すればよい。
【００２８】
図２以降を参照して動作を説明する。
【００２９】
操舵部材１と舵取機構３とを機械的に非連結の状態にしている状況での転舵アクチュエータ５及び反力アクチュエータ１２の制御に関する動作は公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３０】
但し、転舵アクチュエータ５及び反力アクチュエータ１２の制御を行う場合には、図２に示すように、駆動機構２２は間隙１８Ａ，１８Ｂから変更部材２１をすべて退出配置させて間隙１８Ａ，１８Ｂを残し、操舵軸１０と転舵軸１１との相対回転を許容する状態にしておく。間隙１８Ａ，１８Ｂから変更部材２１をすべて退出させた状態では、相対回転許容量が最大の範囲をとることができる。あるいは、間隙１８Ａ，１８Ｂに１つまたは数個の変更部材２１を配置させて相対回転許容量を小さくしてもよい。この相対回転許容量は車両用操舵装置の制御方式により任意である。
【００３１】
間隙１８Ａ，１８Ｂから変更部材２１を退出させると、操舵軸１０と転舵軸１１とが相対回転可能であるから、操舵軸１０と転舵軸１１とは非連結の状態におかれ、舵角センサ９ａで検出した操舵軸１０の回転角度に基づき制御装置４は転舵アクチュエータ５を制御して舵取機構３を駆動する。この駆動状態は、ステアバイワイヤシステムが稼動している状態となる。この駆動形態としては、転舵軸１１を操舵軸１０と同期して回転させることもあるが、運転者による操舵部材１の操作に関係なく、舵取機構３を駆動するような制御を行うことが可能である。この制御は、例えば車速に応じて伝達比を変化させる場合、車輪２がスリップしそうな状況において車両の姿勢を安定化させる場合、カーブでオーバーランしそうな状況において舵角を補正する場合、さらに、車両が車線をはみ出しそうな状況において車線内に戻すよう舵角を補正する場合などに行われる。
【００３２】
つまり、操舵軸１０と転舵軸１１とが非連結になっている状態において、操舵軸１０と転舵軸１１とを同期して回転させているときは、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７とが相対位置を一定に保った状態で旋回する。一方、例えば操舵部材１の操作と無関係に転舵アクチュエータ５で舵取機構３および転舵軸１１を駆動しているときには、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７とが遠近変位するように旋回するようになるが、互いが当接するまでの角度範囲について相対回転が許容される。このとき、操舵側規制部１６と転舵側規制部１７とが当接すると、転舵軸１１の回転が操舵軸１０によって阻止されることになり、転舵アクチュエータ５による舵取り動作が過剰になることを防止する。
【００３３】
このような転舵アクチュエータ５の制御を行っている状況において、制御装置４は、常時あるいは定期的に各種のセンサ９ａ〜９ｃから入力される情報に基づいて転舵アクチュエータ５の異常やその他のフェールの有無を監視する。
【００３４】
ここで、例えば、制御装置４が転舵アクチュエータ５の異常を検出するようなフェール時には、相対回転許容量変更機構２０の励磁コイル２８への通電を停止して変更部材２１により操舵側規制部１６と転舵側規制部１７との間隙１８Ａ，１８Ｂを埋めて操舵軸１０と転舵軸１１とが相対回転せず一体回転する状態に機械的に連結する。
【００３５】
具体的に、図５で示すように可動鉄心２９の先端フランジ２９ａを下降させて変更部材２１のすべてを間隙１８Ａ，１８Ｂに配置させることにより間隙１８Ａ，１８Ｂを埋めて操舵軸１０と転舵軸１１とを一体的に回転可能とする。
【００３６】
ところで、上述したように操舵部材１の操作と無関係に舵取機構３を駆動している場合には、操舵軸１０の中立位置と転舵軸１１の中立位置とが位相ずれしていることがあり、それによって、例えば図６および図７で示すように、間隙１８Ａの大きさと間隙１８Ｂの大きさとが異なってしまうことがある。
【００３７】
このように間隙１８Ａ,１８Ｂの大きさが異なっている場合でも、大きさが異なる両間隙１８Ａ，１８Ｂ内にそれぞれ所要数の変更部材２１を確実に突入させることができる。つまり、相対回転許容量変更機構２０が単一の駆動部２５の可動鉄心２９に複数のバネ部材２７を介して複数の変更部材２１を吊り下げた構造であるから、可動鉄心２９を突出させたときに、図６および図７に示すように、間隙１８Ａ，１８Ｂ上に配置されている変更部材２１はそのまま間隙１８Ａ，１８Ｂ内に入り込むが、転舵側規制部１７の上に配置されている変更部材２１は転舵側規制部１７の上面に載り、その位置で保持される。この状態において、操舵軸１０が回転すると、操舵側規制部１６から各変更部材２１を介して転舵側規制部１７に回転動力が伝達されるので、転舵軸１１が操舵軸１０と略一体に回転する連結状態になる。したがって、運転者による操舵部材１の操作で直接的に舵取機構３を駆動できるようになる。
【００３８】
このように、操舵側規制部１６の中立位置と転舵側規制部１７の中立位置との回転位相ずれに応じて間隙１８Ａ，１８Ｂの大きさが変化するが、この変化に関係なく、両間隙１８Ａ，１８Ｂ内に変更部材２１をすきま無く突入させるには、変更部材２１の円周方向での幅および各変更部材２１間のすきまを可及的に小さく設定するのが好ましい。
【００３９】
以上説明したように、相対回転許容量規制機構１５により操舵部材１と舵取機構３とを機械的に非連結とした状態から相対回転許容量変更機構２０により連結の状態に相対回転許容量を変更可能としているから、構成要素の共通化など、構成を簡略化できるようになるとともに、占有スペースを小さくできるようになる。したがって、機能的な付加価値の高いコンパクトな車両用操舵装置を安価にて提供できるようになる。しかも、舵取機構３を駆動する転舵アクチュエータ５の異常が発生するようなフェール時に、操舵部材１で舵取機構３を直接的に駆動できるようにするから、車両用操舵装置の安全性ならびに信頼性を向上できる。
【００４０】
また、上述した実施形態のように、駆動機構２２を駆動部２５に非通電時に可動鉄心２９を飛び出させる構成にしている場合、次のような効果が得られる。つまり、仮に、車載バッテリの充電電圧が規定未満になったことが原因で、制御装置４および転舵アクチュエータ５が機能不能になった場合、本来なら制御装置４が駆動部２５への通電を中止して非駆動とするが、制御装置４が機能不能になるので、結果的に駆動部２５へ通電されなくなる。その場合、相対回転許容量変更機構２０が操舵部材１と舵取機構３とを連結する状態になって、結果的に制御上正しい状態となるので好ましい。但し、このような効果が得られないが、駆動機構２２について、通電時に操舵部材１と舵取機構３とを連結する連結状態にする一方で非通電時に非連結状態にする構成とすることもできる。
【００４１】
ところで、上記実施形態では、相対回転許容量変更機構２０で相対回転許容量規制機構１５の本来の動作を停止させるように相対回転許容量変更機構１５と相対回転許容量変更機構２０とを全く別々の機能装置としておらず、互いに連携して二つの機能を実現するように構成している。そのため、上記実施形態では、仮に全く別々に機能する二つの機能装置を用いて上記実施形態での作用、効果を得るように構成する場合に比べて、構成の簡略化、小型化および省スペース化が可能となり、コスト低減にも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用操舵装置の構成を示す図
【図２】図１の切り替え機構の詳細な構成で、操舵軸と転舵軸とを非連結とした状態を示す図
【図３】図２の（３）−（３）線断面の矢視図
【図４】図２の切り替え機構の要部を分解して示す斜視図
【図５】操舵軸と転舵軸とを連結した状態で、図２に対応する図
【図６】操舵軸と転舵軸とを連結した状態を示す図
【図７】操舵軸と転舵軸とを連結した他の状態を示す図
【符号の説明】
【００４３】
１０    操舵軸（第１軸）
１１    転舵軸（第２軸）
１５    相対回転許容量規制機構（切り替え機構）
１６    操舵側規制部（操舵側凸部）
１７    転舵側規制部（転舵側凸部）
２０    相対回転許容量変更機構（切り替え機構）
２１    変更部材（スペーサ）
【図１】
2005178461.tif 000003
【図２】
2005178461.tif 000004
【図３】
2005178461.tif 000005
【図４】
2005178461.tif 000006
【図５】
2005178461.tif 000007
【図６】
2005178461.tif 000008
【図７】
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