(57)【要約】【課題】多重系としつつ操舵精度の向上を図った操舵装置を提供する。【解決手段】操舵トルクを付与する第１及び第２のアクチュエータ５，６を備え、接続手段１９によって、第１のアクチュエータ５と第２のアクチュエータ６とを、遊びを有した状態で機械的に接続する。第１及び第２のアクチュエータ５，６が遊びを有して連結されているので、第１のアクチュエータ５の操舵トルクと、第２のアクチュエータ６の操舵トルクとの干渉が防止される。また、操舵力伝達経路において第１のアクチュエータ５よりも下流側に第２アクチュエータ６を配置し、第２のアクチュエータ６の操舵トルクを第１のアクチュエータ５の操舵トルクよりも小さくする。これにより、第１のアクチュエータ５によって大舵角を制御でき、第２のアクチュエータ６によって、高精度で小舵角を制御することができ、操舵精度を向上させることができる。【選択図】図１
2007326499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングギアに連結されたステアリングシャフトを有し操舵力を転舵輪に伝達させる操舵力伝達経路に設けられ、前記ステアリングシャフトに操舵トルクを付与する第１のアクチュエータと、
前記操舵力伝達経路において前記第１のアクチュエータより下流側に配置され、前記ステアリングシャフトに操舵トルクを付与する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを遊びを有した状態で機械的に接続する接続手段とを備え、
前記第２のアクチュエータによる操舵トルクは、前記第１のアクチュエータによる操舵トルクよりも小さいことを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
前記第１のアクチュエータはフィードフォワード制御され、前記第２のアクチュエータはフィードバック制御されることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
【請求項３】
前記操舵力伝達経路において前記第１のアクチュエータより上流側に配置された操舵ハンドルを備え、
前記第２のアクチュエータによる制御角度は、前記接続手段の遊びの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の操舵装置。
【請求項４】
前記操舵力伝達経路において、前記接続手段より前記転舵輪側に配置され、操舵制御に関する物理量を検出する物理量検出手段を備え、
前記物理量検出手段によって検出された物理量に基づいて、前記第２のアクチュエータによる操舵トルクを制御し、前記操舵力伝達経路におけるバックラッシをキャンセルすることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の操舵装置。
【請求項５】
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段を備え、
前記走行状態検出手段によって検出された前記走行状態に基づいて、前記第２のアクチュエータによる操舵トルクを制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の操舵装置。
【請求項６】
前記走行状態検出手段は、前記走行状態として、前記車両のピッチング状態又は前記車両の横滑り状態を検出することを特徴とする請求項５記載の操舵装置。
【請求項７】
前記第２のアクチュエータの減速比を変更可能な減速比可変手段を備え、
前記減速比可変手段は、前記第１のアクチュエータが異常である場合に、前記第２のアクチュエータの減速比を大きくすることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の操舵装置。
【請求項８】
前記減速比可変手段は、弾性エネルギを蓄える弾性エネルギ貯蔵手段を備え、
前記第２のアクチュエータの温度が所定の基準以上となった場合に、前記弾性エネルギ貯蔵手段に蓄えられた弾性エネルギを開放して、前記第２のアクチュエータの減速比を大きくすることを特徴とする請求項７記載の操舵装置。
【請求項９】
前記減速比可変手段は、前記第２のアクチュエータによる操舵トルクが増大した場合に係合するクラッチ手段を備え、
前記クラッチ手段を介さない動力伝達経路から、前記クラッチ手段を介した動力伝達経路に切替えて、前記第２のアクチュエータの減速比を大きくすることを特徴とする請求項７記載の操舵装置。
【請求項１０】
前記第２のアクチュエータの減速比を大きくした場合に、前記車両を減速させる制御を行うことを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、次世代交通システムとして、磁気マーカーが埋設された専用道では自動操舵され、一般道ではドライバによって操舵される車両（例えば、バス）が提案されている。このような車両の操舵装置では、転舵輪に操舵トルクを付与するためのアクチュエータを２つ備え、一方のアクチュエータを常時使用し、他方のアクチュエータを予備として待機させている。
【０００３】
また、従来、車両用操舵装置として、遊びを有するリンク機構を介してリンクされた主アクチュエータと副アクチュエータとを備え、主アクチュエータ及び副アクチュエータは、同様の制御で常時駆動されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３７１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、主アクチュエータと副アクチュエータとが同様に制御され同じ動きをするため、操舵精度向上のメリットが無かった。また、上記操舵装置にあっても、他方のアクチュエータがフェールセーフ用のため、多重系で構成しているにも関わらず、操舵精度向上のメリットが無かった。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、多重系としつつ操舵精度の向上を図った操舵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】
【０００６】
本発明による操舵装置は、ステアリングギアに連結されたステアリングシャフトを有し操舵力を転舵輪に伝達させる操舵力伝達経路に設けられ、ステアリングシャフトに操舵トルクを付与する第１のアクチュエータと、操舵力伝達経路において、第１のアクチュエータより下流側に配置され、ステアリングシャフトに操舵トルクを付与する第２のアクチュエータと、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとを遊びを有した状態で機械的に接続する接続手段とを備え、第２のアクチュエータによる操舵トルクは、第１のアクチュエータによる操舵トルクよりも小さいことを特徴としている。
【０００７】
このような操舵装置によれば、操舵トルクを付与する第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータを備え、これらの第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとは、遊びを有した状態で機械的に接続する接続手段によって連結されている。遊びを有した状態で、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータが連結されているので、第１のアクチュエータによる操舵トルクと、第２のアクチュエータによる操舵トルクとが互いに干渉することが防止される。また、操舵力伝達経路において第１のアクチュエータよりも下流側に第２アクチュエータを配置し、第２のアクチュエータによる操舵トルクを第１のアクチュエータによる操舵トルクよりも小さくしている。これにより、第１のアクチュエータによって大舵角を制御でき、第２のアクチュエータによって、高精度で小舵角を制御することができ、操舵精度を向上させることができる。
【０００８】
ここで、第１のアクチュエータはフィードフォワード制御され、第２のアクチュエータはフィードバック制御されることが好ましい。操舵精度を一層向上させるために、操舵トルクの大きい第１のアクチュエータをフィードフォワード制御し、操舵トルクの小さい第２のアクチュエータをフィードバック制御する。これにより、第２のアクチュエータによって実際の舵角を目標の舵角になるように精度良く制御することができる。
【０００９】
また、操舵力伝達経路において第１のアクチュエータより上流側に配置された操舵ハンドルを備え、第２のアクチュエータによる制御角度は、接続手段の遊びの範囲内であることが好ましい。これにより、操舵ハンドルにおける操舵角の変化を無くして、操舵制御を行うことが可能となり、操舵ハンドルが自然に動くという運転手の不安を軽減することができる。
【００１０】
また、操舵力伝達経路において、接続手段より転舵輪側に配置され、操舵制御に関する物理量を検出する物理量検出手段を備え、この物理量検出手段によって検出された物理量に基づいて、第２のアクチュエータによる操舵トルクを制御し、操舵力伝達経路におけるバックラッシをキャンセルすることが好ましい。ステアリングギアにおけるバックラッシをキャンセルすることで、操舵ハンドルの舵角変化を無くし、操舵角を正確に検出することができる。「操舵制御に関する物理量を検出する物理量検出手段」として、操舵角を検出する操舵角検出手段（例えば、舵角センサ）が挙げられる。
【００１１】
また、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段を備え、この走行状態検出手段によって検出された走行状態に基づいて、第２のアクチュエータによる操舵トルクを制御することが好ましい。これにより、操舵ハンドルの舵角変化を無くし、走行状態に応じて転舵輪を操舵することができる。
【００１２】
また、走行状態検出手段は、走行状態として、車両のピッチング状態又は車両の横滑り状態を検出することが好ましい。
【００１３】
また、第２のアクチュエータの減速比を変更可能な減速比可変手段を備え、減速比可変手段は、第１のアクチュエータが異常である場合に、第２のアクチュエータの減速比を大きくすることをことが好ましい。これにより、第１のアクチュエータが異常である場合に、減速比可変手段によって第２のアクチュエータの減速比を大きくすることで、第２のアクチュエータによる操舵トルクを増大させ、第１のアクチュエータを用いずに、第２のアクチュエータによる操舵トルクによって、転舵輪を大角度で操舵することができる。このように、第２のアクチュエータにフェールセーフ機能を持たせることができる。なお、「アクチュエータの異常」とは、アクチュエータが故障し正常に作動しない場合、アクチュエータを制御する制御部が故障して、アクチュエータが正常に作動しない場合を含むものとする。
【００１４】
また、減速比可変手段は、弾性エネルギを蓄える弾性エネルギ貯蔵手段を備え、第２のアクチュエータの温度が所定の基準以上となった場合に、弾性エネルギ貯蔵手段に蓄えられた弾性エネルギを開放して、第２のアクチュエータの減速比を大きくすることが好ましい。第１のアクチュエータが異常である場合、第２のアクチュエータの操舵トルクが増大して、第２のアクチュエータの負荷が大きくなり、第２のアクチュエータの発熱量が増えるため、第２のアクチュエータの温度を検出して、第１のアクチュエータの異常を検知することができる。これにより、制御部に異常が生じて、第１のアクチュエータが異常となった場合であっても、第２のアクチュエータの温度が所定の基準以上となった場合に、第１のアクチュエータが異常であることを検出することができ、弾性エネルギ貯蔵手段に蓄えられた弾性エネルギを利用して、第２のアクチュエータの減速比を変更して大きくする。このように、第２のアクチュエータの減速比を機械的に大きくして、第２のアクチュエータによる操舵トルクを増大させ、第１のアクチュエータを用いずに、第２のアクチュエータによる操舵トルクによって、転舵輪を大角度で操舵することができ、第２のアクチュエータにフェールセーフ機能を持たせることができる。なお、ここで言う「所定の基準」とは、第１のアクチュエータが異常であることを検知可能な温度を指す。
【００１５】
また、減速比可変手段は、第２のアクチュエータによる操舵トルクが増大した場合に係合するクラッチ手段を備え、クラッチ手段を介さない動力伝達経路から、クラッチ手段を介した動力伝達経路に切替えて第２のアクチュエータの減速比を大きくしてもよい。このように構成しても、制御部に異常が生じて、第１のアクチュエータが異常となった場合であっても、第１のアクチュエータが異常であることを検出することができ、機械的に第２のアクチュエータによる操舵トルクを増大させ、第１のアクチュエータを用いずに、第２のアクチュエータによる操舵トルクによって、転舵輪を大舵角で操舵することができる。このように、第２のアクチュエータにフェールセーフ機能を持たせることができる。
【００１６】
また、第２のアクチュエータの減速比を大きくした場合に、車両を減速させる制御を行うことが好ましい。減速比の低下による応答遅れに対応させるため、車両を減速させて操舵し易くし、車両を安全に走行させる。車両を減速させる場合には、例えば、目標速度を低く設定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の操舵装置によれば、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータを備え多重系としつつ、第１のアクチュエータによる操舵トルクと第２のアクチュエータによる操舵トルクとのトルク干渉を防止すると共に操舵精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による操舵装置の好適な実施形態として、副アクチュエータ（詳しくは後述する）の構成が異なる３つの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
まず、第１実施形態の操舵装置について、図１〜図１１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る操舵装置を備えた車両を示す概略側面図、図２は、図１に示す車両の概略平面図、図３は、図２中のフロントアクスル、キングピン及び実舵角センサを後方側から示す拡大図である。
【００２０】
図１及び図２に示す車両１は、例えば、路線バスとして利用されるものであり、磁気マーカーが埋設された専用道では自動操舵（自動制御運転）され、一般道ではドライバによって操舵（マニュアル運転）されるものである。この車両１の操舵装置２は、操舵ハンドル（以下、「ハンドル」という。）３の操舵力を転舵輪４に伝達させる操舵力伝達経路に、操舵トルクを付与する主アクチュエータ（第１のアクチュエータ）５及び副アクチュエータ（第２のアクチュエータ）６を備えている。また、操舵装置２には、主アクチュエータ５及び副アクチュエータ６を制御する操舵電子制御ユニット（以下、「操舵ＥＣＵ」という。）７が設けられている（図６参照）。
【００２１】
ハンドル３は、ステアリングシャフト８を介してパワーステアリングギアボックス（以下、「ステアリングギア」という。）９に連結されている。このステアリングギア９は、操舵アシストトルクを付与する油圧式のパワーステアリング機構であり、車体フレーム１０に固定されている。また、ステアリングギア９には、ピットマンアーム１１、ドラックリンク１２、ナックルアーム１３が連結され、ステアリングシャフト８の回転運動は、ステアリングギア９、ピットマンアーム１１により、直線運動に変換されてドラックリング１２を介して、ナックルアーム１３に伝達される。なお、ナックルアーム１３は、フロントアクスル１４の右側の端部に設けられている。
【００２２】
転舵輪４は、図１〜図３に示すように、フロントアクスル１４の両端に設置されたキングピン１５を介して水平方向に回動可能に支持されている。左右の転舵輪４は、ナックルアーム１３及びタイロッド１６を介して連動する。フロントアクスル１４は、エアスプリング１７を有するサスペンションを介して、車体フレーム１０に接続されている。また、キングピン１５には、キングピン１５の回転角を検出する実舵角センサ１８が設けられている。この実舵角センサ１８によって、転舵輪４の舵角（切れ角）を検出することができる。
【００２３】
ここで、本実施形態の操舵装置１は、上述したように主アクチュエータ５、副アクチュエータ６を備え、これらの主アクチュエータ５と、副アクチュエータ６との間には、ゴムカップリング（接続手段）１９が配置されている。すなわち、操舵力伝達経路において、ハンドル３、主アクチュエータ５、ゴムカップリング１９、副アクチュエータ６、ステアリングギア９、転舵輪４の順に接続されている。
【００２４】
主アクチュエータ５は、ステアリングシャフト８のハンドル３側（操舵伝達経路における上流側）に設置され、電動モータを有している。この電動モータによる出力は、減速機構を介してステアリングシャフト８に伝達される。主アクチュエータ５は、副アクチュエータ６より大きなトルクの出力を担当し、大まかな精度で大角度の操舵を行う。
【００２５】
ゴムカップリング１９は、主アクチュエータ５と副アクチュエータ６とを遊びを有した状態で機械的に接続する減衰機構として機能するものである。ゴムカップリング１９によって、主アクチュエータ５による操舵トルクと副アクチュエータ６による操舵トルクとのトルク干渉が防止される。このように、遊びを有した状態で機械的に接続する減衰機構を備えるため、トルク干渉を防止して、主アクチュエータ５と副アクチュエータ６とを同時に駆動させることができる。例えば、主アクチュエータ５と副アクチュエータ６との制御に時間のズレが生じた場合であっても、減衰機構によって時間のズレを吸収することができる。これにより、主アクチュエータ５によるトルクと副アクチュエータ６によるトルクが逆方向であっても、ステアリングシャフト８に過大な負荷が作用することを回避することができる。
【００２６】
副アクチュエータ６は、ステアリングシャフト８のステアリングギア９側（操舵伝達経路における下流側）に設置され、電動モータ２２（図６参照）を有している。この電動モータ２２による出力は、減速機構を介してステアリングシャフト８に伝達される。副アクチュエータ６は、主アクチュエータ５よりも小さなトルクの出力を担当し、高精度で微小角度の操舵を行う。
【００２７】
そして、主アクチュエータ５及び副アクチュエータ６によるトルクは、ステアリングギア９に入力される。また、ゴムカップリング１９と副アクチュエータ６との間には、舵角センサ２４が設けられている。この舵角センサ２４によって、ステアリングシャフト８の回転角を検出することができる。
【００２８】
図４は、本発明の第１実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、通常制御時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。この副アクチュエータ６は、電動モータ２５とステアリングシャフト８との間の減速比を可変とする減速比可変機構を有している。電動モータ２５のモータシャフト２６は、第１歯車２７及び第２歯車２８を備えている。第２歯車２８は、第１歯車２７よりステアリングシャフト８側に配置され、第１歯車２７より小さな歯車とされている。
【００２９】
この電動モータ２５のモータシャフト２６は、軸方向に移動可能な構成とされている。モータシャフト２６は、ステアリングシャフト８側の端部の外方に配置されたコイルスプリング２９によって、ステアリングシャフト８とは反対側へ付勢されている。モータシャフト２６の他方の端部近傍には、モータシャフト２６をスプリングシャフト８側へ移動させるためのマグネットスイッチ３０が設けられている。
【００３０】
また、副アクチュエータ６は、モータシャフト２６と平行に延在する出力軸３１を有している。この出力軸３１は、第３歯車３２及び第４歯車３３を備えている。第４歯車３３は、第３歯車３２よりステアリングシャフト８側に配置され、第３歯車２７より大きな歯車とされている。また、出力軸３１には、ステアリングシャフト８に設けられたウォームホイール３５と噛み合うウォームギア３４が形成されている。
【００３１】
そして、モータシャフト２６は、通常制御時において、第１歯車２７と第３歯車３２とが噛み合うと共に、第２歯車２８と第４歯車３３とが噛み合わない位置に配置されている。この場合、電動モータ２５において発生したトルクは、モータシャフト２６から第１歯車２７、第３歯車３２に伝達される。これらの第１歯車２７と第３歯車３２との間において等速、等トルクで伝達される。出力軸３１に伝達されたトルクは、ウォームギア３４、ウォームホイール３５を介してステアリングシャフト８に伝達される。
【００３２】
図５は、第１実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、主アクチュエータの異常時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。主アクチュエータ５が異常である場合に、副アクチュエータ６は、減速比を大きくすることで、電動モータ２５によるトルクを増大させてステアリングシャフト８を回転駆動させる。具体的には、副アクチュエータ６は、操舵ＥＣＵ７からの制御信号に基づいて、マグネットスイッチ３０を作動させて、モータシャフト２６をステアリングシャフト８側へスライドさせる。これにより、モータシャフト２６は、第２歯車２８と第４歯車３３とが噛み合うと共に、第１歯車２７と第３歯車３２とが噛み合わない位置に配置される。この場合、電動モータ２５において発生したトルクは、モータシャフト２６から第２歯車２８、第４歯車３３に伝達される。これらの第２歯車２８と第４歯車３３との間において減速され、トルクが増大されて伝達される。出力軸３１に伝達されたトルクは、ウォームギア３４、ウォームホイール３５を介してステアリングシャフト８に伝達される。
【００３３】
図６は、図１中の操舵装置の制御構成を示すブロック構成図である。操舵ＥＣＵ７は、上記主アクチュエータ５、副アクチュエータ６、実舵角センサ１８、舵角センサ２４、及び内圧センサ３７と電気的に接続され、主アクチュエータ５及び副アクチュエータ６を制御するものであり、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを備えている。また、操舵ＥＣＵ７は、車両１全体の制御を司るメインＥＣＵ３６に電気的に接続され、車両１の各種走行状態に関する情報を取得することができる。
【００３４】
この操舵ＥＣＵ７では、自動操舵時において、「基本制御としてのフィードフォワード制御」、「フィードバック制御」、「操舵力伝達経路におけるバックラッシの影響を回避する制御」、「副アクチュエータ６の異常時における制御」、「主アクチュエータ５の異常時における制御」を行う。また、操舵ＥＣＵ７では、マニュアル運転時において、「ピッチング状態における制御」、「横滑り状態における制御」を行う。
【００３５】
操舵ＥＣＵ７のＲＯＭには、ＣＰＵを作動させるためのプラグラムの他に、車両１の走行路に関するデータ、車両１の目標車速に関するデータ、車両１の目標状態に関するデータなどが記憶されている。走行路に関するデータとしては、道路位置、道路勾配、道路形状などが挙げられる。
【００３６】
「基本制御としてのフィードフォワード制御」について説明する。操舵ＥＣＵ７は、自動操舵時において、走行路に設けられた磁気マーカーを検出し車両１の現在位置を検出し、走行路に関するデータ、目標車速に関するデータに基づいてフィードフォワード制御を行う。操舵ＥＣＵ７は、転舵輪４の目標操舵角（制御目標）を算出し、主アクチュエータ５、副アクチュエータ６に制御信号を送信する。例えば、目標操舵角が１１．１５度の場合には、主アクチュエータ５の操舵角が１１度、副アクチュエータ６の操舵角が０．１５度となるように制御信号を送信する。このように、主アクチュエータ５より小さなトルクを出力する副アクチュエータ６において、主アクチュエータ５より細かい微小制御を行うようにしている。また、フィードフォワード制御において、算出された目標操舵角は、目標状態に関するデータとして、ＲＡＭに一時的に記憶される。
【００３７】
次に、「フィードバック制御」について説明する。操舵ＥＣＵ７は、記憶された目標状態に関するデータ、実舵角センサ１８によって検出された操舵角に基づいてフィードバック制御を行う。操舵ＥＣＵ７は、転舵輪４における補正操舵角を算出し、副アクチュエータ６に制御信号を送信する。また、副アクチュエータ６によって制御される操舵角の大きさは、ゴムカップリング１９の遊びの範囲内とされている。
【００３８】
図７は、操舵装置における制御の一例を示すものであり、目標操舵角と実舵角の時間変化を示すグラフである。縦軸に操舵角を示し、横軸は時間を示している。実線で示すグラフＬ１は、操舵ＥＣＵ７によって制御された実舵角を示し、一点鎖線で示すグラフＬ２は、操舵ＥＣＵ７のおけるフィードフォワード制御によって算出された目標操舵角を示すものである。図７に示すグラフを参照すると、一点鎖線で囲まれた範囲Ａ、範囲Ｂにおいて、目標操舵角と実舵角との差が大きくなった後に、目標操舵角と実舵角との差が小さくなっていることが分かる。これは、フィードバック制御によって算出された補正操舵角に基づいて、副アクチュエータ６が作動し、実舵角が目標操舵角に近づいたことによるものである。
【００３９】
次に、「操舵力伝達経路におけるバックラッシの影響を回避する制御」について説明する。操舵ＥＣＵ７は、実舵角センサ１８からの信号に基づいて、副アクチュエータ６によるトルクを制御し、操舵力伝達経路におけるバックラッシの影響を回避することができる。なお、ここでいう「バックラッシ」とは、ステアリングギア９におけるバックラッシ、ピットマンアーム１１、ドラックリンク１２、ナックルアーム１３などの各部品間の遊びを含むものとする。例えば、転舵輪４を右方向に操作した後に、転舵輪４を左方向に操作した場合、操舵力伝達経路におけるバックラッシの影響により、転舵輪４の操舵角が正しく制御されない虞がある。
【００４０】
このバックラッシの影響を回避するために、操舵ＥＣＵ７は、例えば右方向への操作（右切り）時にはそのまま実舵角センサ１８による検出値をフィードバックし、左方向への操作（左切り）時には、左方向へ目標操舵角＋α分回転させた後、右方向へα分回転を戻しバックラッシを詰めた後に実舵角センサ１８による検出値をフィードバックする。これにより、車両１を安全に操舵することができる。
【００４１】
次に、副アクチュエータ６の異常時おける制御について説明する。操舵ＥＣＵ７は、主アクチュエータ５、副アクチュエータ６の異常を検出可能な異常検出機能を有している。図８は、操舵ＥＣＵで実行される「副アクチュエータ異常時における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、自動制御運転中であるか否かの判定を行う。具体的には、メインＥＣＵ３６からの信号に基づいて、自動制御運転中か否かの判定を行う。自動制御運転中であると判定された場合には、ステップＳ２に進み、自動制御運転中であると判定されなかった場合には、処理を終了する。
【００４２】
ステップＳ２では、副アクチュエータ６が異常状態であるか否かの判定を行う。具体的には、実舵角センサ１８からの信号に基づいて、副アクチュエータ６への制御信号通りに、転舵輪４が操舵されない場合には、副アクチュエータ６が異常状態であると判定する。副アクチュエータ６が異常状態であると判定された場合には、ステップＳ３に進み、副アクチュエータ６が異常状態であると判定されなかった場合には、処理を終了する。なお、主アクチュエータ５を制御する主アクチュエータ用操舵ＥＣＵと、副アクチュエータ６を制御する副アクチュエータ用操舵ＥＣＵとを各々備える構成の場合、主アクチュエータ用操舵ＥＣＵから副アクチュエータ用操舵ＥＣＵに信号を送信して、副アクチュエータ用操舵ＥＣＵから信号が返ってこない場合に、副アクチュエータ６が異常状態であると判定するようにしてもよい。
【００４３】
ステップＳ３では、メインＥＣＵ３６に信号を送信して、車両１の目標速度の設定値を下げるように指示する。このように、副アクチュエータ６が異常状態である場合に、車両１を減速させることで、車両１の操舵を安全に行うことができる。
【００４４】
次に、「主アクチュエータ５の異常時における制御」について説明する。また、図９は、操舵ＥＣＵで実行される「主アクチュエータ異常時における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１では、自動制御運転中であるか否かの判定を行う。自動制御運転中であると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、自動制御運転中であると判定されなかった場合には、処理を終了する。
【００４５】
ステップＳ１２では、主アクチュエータ５が異常状態であるか否かの判定を行う。具体的には、実舵角センサ１８からの信号に基づいて、主アクチュエータ５への制御信号通りに、転舵輪４が操舵されない場合には、主アクチュエータ５が異常状態であると判定する。主アクチュエータ５が異常状態であると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、主アクチュエータ５が異常状態であると判定されなかった場合には、処理を終了する。なお、主アクチュエータ用操舵ＥＣＵと、副アクチュエータ用操舵ＥＣＵとを各々備える構成の場合、副アクチュエータ用操舵ＥＣＵから主アクチュエータ用操舵ＥＣＵに信号を送信して、主アクチュエータ用操舵ＥＣＵから信号が返ってこない場合に、主アクチュエータ５が異常状態であると判定するようにしてもよい。
【００４６】
ステップＳ１３では、操舵ＥＣＵ７は、メインＥＣＵ３６に信号を送信して、車両１の目標速度の設定値を下げるように指示し、ステップＳ１４に進む。このように、主アクチュエータ５が異常状態である場合に、車両１を減速させることで、車両１の操舵を安全に行うことができる。
【００４７】
ステップＳ１４では、操舵ＥＣＵ７は、副アクチュエータ６に信号を送信して、副アクチュエータ６における減速比を可変制御し、減速比を増大させて副アクチュエータ６による出力トルクを大きくする。これにより、主アクチュエータ５が異常状態であっても、副アクチュエータ６によって大きな操舵角まで操舵することで、フェールセーフを行うことができる。
【００４８】
次に、マニュアル運転時に実行される「ピッチング状態における制御」について説明する。操舵ＥＣＵ７は、車両１のピッチング状態を検出可能なピッチング状態検出機能を有している。ここでいう「ピッチング状態」とは、ブレーキ操作に伴って車体前方が下がる所謂ノーズダウンを指すものであり、ピッチング状態となると、車両１では、転舵輪４が右方向へ切れ、この転舵輪４の動きに連動してハンドルが右回転してしまう虞がある。具体的には、ブレーキ操作を行うことで、車体の前部が下がりエアスプリング１７が縮み、車体フレーム１０とフロントアクスル１４が接近する。これにより、ドラックリンク１２が前方に押し出され、ナックルアーム１３が回動して転舵輪が右方向に切れると共に、ピットマンアーム１１、ステアリングシャフト８が連動して、結果的に、ハンドル３が右回転してしまう。このハンドル３の回転により、ドライバは違和感を生じることがあった。例えば、内圧センサ３７によってエアスプリング１７の内圧を検出することで、ピッチングが発生する虞があることを検知することができる。
【００４９】
図１０は、操舵ＥＣＵで実行される「ピッチング状態における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１では、マニュアル運転中であるか否かの判定を行う。具体的には、メインＥＣＵ３６からの信号に基づいて、マニュアル運転中か否かの判定を行う。マニュアル運転中であると判定された場合には、ステップＳ２２に進み、マニュアル運転中であると判定されなかった場合には、処理を終了する。
【００５０】
ステップＳ２２では、ピッチング状態であるか否かの判定を行う。具体的には、操舵ＥＣＵ７は、各車輪のエアサスペンションの内圧を検出する各内圧センサ３７からの信号に基づいて、車体の傾きを検出し、ピッチング状態であるか否かの判定を行う。ピッチング状態であると判定された場合には、ステップＳ２３に進み、ピッチング状態であると判定されなかった場合には、処理を終了する。
【００５１】
ステップＳ２３では、操舵ＥＣＵ７は、副アクチュエータ６に制御信号を送信してトルク制御を行い、転舵輪４を左方向に操舵して、車両１が直進するように制御を行い、処理を終了する。このように、ピッチング状態であるとき、副アクチュエータ６を制御して、車両１が右方向へ移動することを防止することができる。また、副アクチュエータ６による制御される操舵角の大きさをゴムカップリング１９の遊びの範囲内とすることで、ハンドル３が回転することが防止され、ハンドル３が自然に動くというドライバの不安を軽減することができる。なお、ステップＳ２１でマニュアル運転であるか否かの判定を行い、マニュアル運転である場合に、ステップＳ２２、Ｓ２３における処理を実行しているが、自動制御運転時において、ステップＳ２２、Ｓ２３の処理を実行してもよい。
【００５２】
次に、「横滑り状態における制御処理」について説明する。操舵ＥＣＵ７は、車両１の横滑り状態を検出可能な横滑り状態検出機能を有し、横滑り状態である場合に、横滑りを軽減することができる。図１１は、操舵ＥＣＵで実行される「横滑り状態における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。まず、ステップ３１では、マニュアル運転中であるか否かの判定を行う。マニュアル運転中であると判定された場合には、ステップＳ３２に進み、マニュアル運転中であると判定されなかった場合には、処理を終了する。
【００５３】
ステップＳ３２では、横滑り状態であるか否かの判定を行う。具体的には、操舵ＥＣＵ７は、車両挙動安定化システムにおける横滑り防止判定値を用いて横滑り状態であるか否かの判定を行う。横滑り状態であると判定された場合には、ステップＳ３３に進み、横滑り状態であると判定されなかった場合には、処理を終了する。
【００５４】
ステップＳ３３では、操舵ＥＣＵ７は、副アクチュエータ６に制御信号を送信してトルク制御を行い、逆トルクをかけ、車両１が直進するように制御を行い、処理を終了する。このように、横滑り状態であるとき、副アクチュエータ６を制御して、横滑り状態を軽減することができる。なお、このマニュアル運転時に副アクチュエータ６によるトルク制御を行った場合、主アクチュエータ５によって、ハンドル３が逆方向へ回転しないように保持力を発生させてもよい。これによって、ハンドル３が自然に動くという運転者の不安を軽減することができる。
【００５５】
このような操舵装置２によれば、操舵トルクを付与する主アクチュエータ５及び副アクチュエータ６を備え、これらの主アクチュエータ５と副アクチュエータ６とは、遊びを有した状態で機械的に接続するゴムカップリング１９によって連結されているため、主アクチュエータ５による操舵トルクと、副アクチュエータ６による操舵トルクとが互いに干渉することが防止される。また、操舵力伝達経路において主アクチュエータ５よりも副アクチュエータ６をステアリングギア９の近くに配置し、副アクチュエータ６による操舵トルクを主アクチュエータ５による操舵トルクよりも小さくしている。これにより、副アクチュエータ６によって、微小角度を高精度に制御することができ、操舵精度を向上させることができる。その結果、操舵装置２を多重系としつつ操舵精度を向上させることができる。また、操舵装置２は、主アクチュエータ５をフィードフォワード制御し、副アクチュエータ６をフィードバック制御することで、制御精度の向上が一層図られている。
【００５６】
また、操舵装置２は、主アクチュエータ５の異常、副アクチュエータ６の異常を検出可能な異常検出機能を有しているため、主アクチュエータ５の異常、副アクチュエータ６の異常を検出して、主アクチュエータ５の異常、副アクチュエータ６の異常に応じて操舵制御を行うことができ、主アクチュエータ５又は副アクチュエータ６の何れか一方に異常が生じた場合にあっても、自動運転制御を行うことができる。
【００５７】
副アクチュエータ６は、減速比を可変とする減速比可変機能を有し、主アクチュエータ５が異常状態である場合に、副アクチュエータの減速比を大きくすることができる。これにより、主アクチュエータ５が異常である場合に、減速比可変機構によって副アクチュエータ６の減速比を大きくすることで、副アクチュエータ６による操舵トルクを増大させ、主アクチュエータ５を用いずに、副アクチュエータ６による操舵トルクによって、転舵輪４を操舵することができる。このように、第２のアクチュエータにフェールセーフ機能を持たせることができる。
【００５８】
また、操舵装置２は、操舵力伝達経路における遊びやがたつきを考慮して、副アクチュエータ６によって操舵トルクを制御し、バックラッシの影響を回避する制御を行うため、バックラッシの影響を回避して操舵することができる。
【００５９】
また、操舵装置２は、エアスプリング１７の内圧を検出する内圧センサ３７を備え、検出された内圧に基づいて、ピッチング状態を検出し、ピッチング状態である場合に、転舵輪４を左方向に操舵し、ピッチング状態における制御を実行する。このように、車両１の走行状態に対応した操舵を行うことで、操舵安定性の向上を図り、マニュアル運転においる運転支援を行うことができる。このピッチング状態における制御は、マニュアル運転時に特に有効である。
【００６０】
また、操舵装置２は、車両１全体の制御を司るメインＥＣＵ３６に電気的に接続され、メインＥＣＵ３６からの信号に基づいて横滑り状態を検出し、横滑り状態である場合に、横滑り防止判定値を用い、制御角度を算出して転舵輪４を操舵し、横滑り状態における制御を実行する。このように、車両１の走行状態に対応した操舵を行うことで、操舵安定性の向上を図り、マニュアル運転においる運転支援を行うことができる。この横滑り状態における制御は、マニュアル運転時に特に有効である。
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態に係る操舵装置について、図１、図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２は、本発明の第２実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、通常制御時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。この第２実施形態の操舵装置４２が第１実施形態の操舵装置２と違う点は、操舵ＥＣＵ７からの制御信号に基づいて作動するマグネットスイッチ３０を有する減速比可変機構を備えた副アクチュエータ６に代えて、電動モータ２５の発熱を検出して作動する温度スイッチ４３を有する減速比可変機構を備えた副アクチュエータ４６を用いた点である。
【００６２】
副アクチュエータ４６のモータシャフト２６は、軸方向に移動可能な構成とされている。また、モータシャフト２６の他方の端部には、モータシャフト２６の径よりも大径とされた円盤状の押圧板４４が設置されている。この押圧板４４の外方には、コイルスプリング（弾性エネルギ貯蔵手段）４５が配置され、モータシャフト２６は、押圧板４４を介して、ステアリングシャフト８側へ付勢されている。
【００６３】
また、副アクチュエータ４６には、押圧板４４のステアリングシャフト８側への移動を拘束する係止爪４７が設けられている。モータシャフト２６は、通常制御時において、係止爪４７によって、押圧板４４の移動が拘束されて、第１歯車２７と第３歯車３２とが噛み合うと共に、第２歯車２８と第４歯車３３とが噛み合わない位置に配置されている。
【００６４】
温度スイッチ４３は、バイメタル等によって構成され、電動モータ２５のハウジング外表面に設置されている。温度スイッチ４３は、電動モータ２５の温度を検出し、電動モータ２５の温度が所定の基準以上となった場合に作動して、係止爪４７を移動させ、コイルスプリング４５に蓄えられた弾性エネルギを開放させて、モータシャフト２６を軸方向に移動させるものである。なお、ここで言う「所定の基準」とは、主アクチュエータ５の異常を検知可能な温度である。主アクチュエータ５に異常が生じた場合には、副アクチュエータ４６の負荷が増大して、電動モータ２５の温度が上昇するため、この電動モータ２５の温度を検知して、主アクチュエータ５の異常を検知することができる。
【００６５】
図１３は、本発明の第２実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、主アクチュエータの異常時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。主アクチュエータ５が異常である場合には、温度スイッチ４３が作動して、係止爪４７による押圧板４４の拘束が解除される。これにより、コイルバネ４５が開放され、モータシャフト２６は、ステアリングシャフト８側へ移動する。これにより、モータシャフト２６は、第２歯車２８と第４歯車３３とが噛み合うと共に、第１歯車２７と第３歯車３２とが噛み合わない位置に配置される。この場合、電動モータ２５において発生したトルクは、モータシャフト２６から第２歯車２８、第４歯車３３に伝達される。これらの第２歯車２８と第４歯車３３との間において減速され、トルクが増大されて伝達される。出力軸３１に伝達されたトルクは、ウォームギア３４、ウォームホイール３５を介してステアリングシャフト８に伝達される。
【００６６】
この第２実施形態に係る操舵装置４２によれば、第１実施形態の操舵装置２と同様の効果を得ることができ、加えて、操舵ＥＣＵ７からの信号によらず、主アクチュエータ５の異常を検知することができ、温度スイッチ４３、コイルスプリング４４を用いて機械的に減速比を変更することができる。このようにしても、副アクチュエータ４６にフェールセーフ機能を持たせることができる。
【００６７】
次に、本発明の第３実施形態に係る操舵装置について、図１及び図１４を参照しながら説明する。図１４は、本発明の第３実施形態に係る副アクチュエータを示す断面図である。この第３実施形態の操舵装置５２が第１実施形態の操舵装置２と違う点は、操舵ＥＣＵ７からの制御信号に基づいて作動するマグネットスイッチ３０を有する減速比可変機構を備えた副アクチュエータ６に代えて、操舵トルクが増大した場合に係合する多板クラッチ（クラッチ手段）５３を有する減速比可変機構を備えた副アクチュエータ５６を用いた点である。
【００６８】
この副アクチュエータ５６は、電動モータ５５とステアリングシャフト８との間の減速比を可変とする減速比可変機構を有している。電動モータ５５のモータシャフト５４は、軸周りに回転する第１歯車５７及び第２歯車５８を備えている。第２歯車５８は、第１歯車５７よりステアリングシャフト８側に配置され、第１歯車５７より小さな歯車とされている。第２歯車５８は、トルクリミッタ（例えば、２WAYクラッチ）５９を介して、モータシャフト５４に取り付けられている。
【００６９】
また、モータシャフト５４は、電動モータ５５と第１歯車５７との間に配置されたドッグクラッチ６０と、第１歯車５７と第２歯車５８との間に配置された多板クラッチ５３と、を備えている。また、モータシャフト５４には、ステアリングシャフト８に設けられたウォームホイール３５と噛み合うウォームギア３４が形成されている。
【００７０】
ドッグクラッチ６０は、電動モータ５５による発生トルクが通常制御時より大きくなった場合に、スラスト力を発生させるものである。多板クラッチ５３は、通常制御時において空回りするものであり、電動モータ５５による発生トルクが通常制御時より大きくなった場合に、ドッグクラッチ６０により発生したスラスト力によって、押圧力を発生させて結合するものである。
【００７１】
また、副アクチュエータ５６は、モータシャフト５４と平行に延在する伝達軸６１を有している。この伝達軸６１は、伝達軸６１と共に回転する第３歯車６２及び第４歯車６３を備えている。第３歯車６２は、第１歯車５７と噛み合い、第４歯車６３は、第２歯車５８と噛み合う。
【００７２】
次に、通常制御時の副アクチュエータ５６における動力伝達経路について説明する。電動モータ５５で発生したトルクは、ドッグクラッチ６０を介して、第１歯車５７、第３歯車６２に伝達される。伝達されたトルクは、副アクチュエータ５６によって操舵制御の精度を向上させるため、減少されて、伝達軸６１を加速させる。このとき、多板クラッチ５３は、空回りしている。伝達軸６１に伝達されたトルクは、第４歯車６３と第２歯車５８との間で、等速、等トルクで伝達され、ウォームギア３４、ウォームホイール３５を介してステアリングシャフト８に伝達される。
【００７３】
副アクチュエータ５６は、電動モータ５５の発生トルクが増大したときに、副アクチュエータ５６における動力伝達経路を変更して、通常制御時に比して減速比を増大させることができる。具体的には、主アクチュエータ５が異常である場合には、電動モータ５５の負荷が増加し、電動モータ５５によるトルクが増えるため、ドッグクラッチ６０によってスラスト力を発生させて、多板クラッチ５３を係合させる。このとき、トルクリミッタ５９が作動し、第２歯車５８は、モータシャフト５４に対して空回り状態とされている。そして電動モータ５５で発生したトルクは、ドッククラッチ６０、多板クラッチ５３、ウォームギア３４、ウォームホイール３５を介してステアリングシャフト８に伝達され、通常制御時より、トルクを増大させて、モータシャフト５４を回転駆動することができる。
【００７４】
この第３実施形態に係る操舵装置５２によれば、第１実施形態の操舵装置２と同様の効果を得ることができ、加えて、操舵ＥＣＵ７からの信号によらず、主アクチュエータ５の異常を検知することができ、多板クラッチ５３、ドッククラッチ６０を用いて、多板クラッチ５３を介さない動力伝達経路Ｃから多板クラッチ５３を介した動力伝達経路Ｄに切替えて、機械的に減速比を変更することができる。このようにしても、副アクチュエータ５６にフェールセーフ機能を持たせることができる。
【００７５】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態において、主アクチュエータ５、副アクチュエータ６を、電動モータを有する構成としているが、その他の構成のアクチュエータであってもよく、要は、操舵力伝達経路に操舵トルクを付与できるものであればよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、操舵装置を路線バス等の車両に適用しているが、例えば、観光バス、トラック、乗用車、産業車両等のその他の車両に操舵装置を適用してもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、操舵装置を、自動操舵運転及びマニュアル運転の両方が可能な車両に適用しているが、自動操舵運転又はマニュアル運転の一方のみが可能な車両に操舵装置を適用してもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、主アクチュエータ５をフィードフォワード制御し、副アクチュエータ６をフィードバック制御しているが、主アクチュエータ５及び副アクチュエータ６を、フィードフォワード制御してもよく、主アクチュエータ５及び副アクチュエータ６を、フィードバック制御してもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、操舵制御に関する物理量を検出する物理量検出手段として、ステアリングシャフト８の回転角を検知して操舵角を検出する実舵角センサ１８を採用し、この実舵角センサ１８によって検出された操舵角に基づいて、副アクチュエータ６による操舵トルクを制御し、操舵力伝達経路におけるバックラッシをキャンセルしているが、例えば、物理量検出手段として、舵角センサ２４を採用し、舵角センサ２４によって検出された操舵角に基づいて、副アクチュエータ６による操舵トルクを制御しても良い。また、操舵制御に関するその他の物理量を検出する物理量検出手段を用いて、副アクチュエータ６による操舵トルクを制御しても良い。
【００８０】
また、上記実施形態では、車両の走行状態として、車両のピッチング状態、車両の横滑り状態を検出し、副アクチュエータ６によって、車両のピッチング状態、車両の横滑り状態に対応する操舵制御を実行しているが、例えば、車両の走行状態として、車体の傾き等を検出して、車体の傾きに対応する操舵制御を実行してもよく、車両のその他の走行状態を検出し、検出された走行状態に応じた操舵制御を実行してもよい。
【００８１】
また、上記実施形態にあっては、副アクチュエータ６の減速比を大きくした場合に、車両１を減速制御することが好ましいが、必ずしも車両１を減速させる制御を行う必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施形態に係る操舵装置を備えた車両を示す概略側面図である。
【図２】図１に示す車両の概略平面図である。
【図３】図２中のフロントアクスル、キングピン及び実舵角センサを後方側から示す拡大図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、通常制御時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、主アクチュエータの異常時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。
【図６】図１中の操舵装置の制御構成を示すブロック構成図である。
【図７】操舵装置における制御の一例を示すものであり、目標操舵角と実舵角の時間変化を示すグラフである。
【図８】操舵ＥＣＵで実行される「副アクチュエータ異常時における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。
【図９】操舵ＥＣＵで実行される「主アクチュエータ異常時における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】操舵ＥＣＵで実行される「ピッチング状態における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】操舵ＥＣＵで実行される「横滑り状態における制御処理」の動作手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、通常制御時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る副アクチュエータを示すものであり、主アクチュエータの異常時における歯車の噛み合い状態を示す断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る副アクチュエータを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…車両、２，４２，５２…操舵装置、３…操舵ハンドル、４…転舵輪、５…主アクチュエータ（第１のアクチュエータ）、６，４６，５６…副アクチュエータ（第２のアクチュエータ）、７…操舵ＥＣＵ、８…ステアリングシャフト、９…パワーステアリングギアボックス、１８…実舵角センサ（物理量検出手段）、１９…ゴムカップリング（接続手段）、２４…舵角センサ、３６…メインＥＣＵ（走行状態検出手段）、３７…内圧センサ（走行状態検出手段）、４５…コイルスプリング（弾性エネルギ貯蔵手段）、５３…多板クラッチ（クラッチ手段）。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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