(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵制御を行う車両用操舵制御装置であって、
操舵ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有し、モータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、
前記モータを構成するロータと一体的に回転し、第１係合部と第２係合部とを、その回転方向に沿ってそれぞれ所定間隔で配置した回転部材と、
前記モータを構成するステータ側に傾動自在に支持され、前記第１係合部と係合する第３係合部を有し、前記回転部材の回転を制限する第１傾動部材と、
前記モータを構成するステータ側に傾動自在に支持され、前記第２係合部と係合する第４係合部を有し、前記回転部材の回転を制限する第２傾動部材とを備え、
前記第１係合部−第３係合部、及び、第２係合部−第４係合部は、ともに、一方を凹状の係合溝、他方を凸状の係合突起とする係合機構であり、
前記第１係合部−第３係合部における係合溝の溝幅と係合突起の突起幅との偏差は、前記第２係合部−第４係合部における係合溝の溝幅と係合突起の突起幅との偏差よりも大であることを特徴とする車両操舵制御装置。
【請求項２】
前記回転部材は、前記第１係合部を有する第１回転部材と、前記第２係合部を有する第２回転部材とを備えて構成する請求項１記載の車両用操舵制御装置。
【請求項３】
前記第１係合部と第２係合部のうち、少なくとも一方は、配置間隔が不等間隔である請求項１または２記載の車両用操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝達比可変機構を備えた車両用操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構を搭載した操舵制御装置が知られている。例えば特開平１１−３４８９４号には、このような伝達比可変機構における差動機構をロックするロック機構を備えた操舵制御装置が開示されている。このロック機構は、伝達比可変機構のモータ回転軸に固定したロックホルダの凹部に対し、モータハウジング側に固定したロックバーの凸部を係止させる機構となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなロック機構において、ロック時におけるロックホルダの回転位置を検出し特定するためには、ロックホルダの凹部の形成幅を、回転位置検出センサの分解能に応じて短く設定する必要がある。しかし、モータの回転速度が速い場合にはロックホルダの凹部内にロックバーの凸部が入り難くなり、ロックを確実に行うことが困難であった。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、伝達比可変機構のモータが高速回転中の場合にも、ロック機構を確実に動作させ、かつロック位置を確実に検出し得る車両用操舵制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１にかかる車両用操舵制御装置は、車両の操舵制御を行う車両用操舵制御装置であって、操舵ハンドル側に連結される入力軸と転舵輪側に連結される出力軸とを有し、モータの回転駆動により入力軸−出力軸間の伝達比を変化させる伝達比可変手段と、モータを構成するロータと一体的に回転し、第１係合部と第２係合部とを、その回転方向に沿ってそれぞれ所定間隔で配置した回転部材と、モータを構成するステータ側に傾動自在に支持され、第１係合部と係合する第３係合部を有し、回転部材の回転を制限する第１傾動部材と、モータを構成するステータ側に傾動自在に支持され、第２係合部と係合する第４係合部を有し、回転部材の回転を制限する第２傾動部材とを備え、第１係合部−第３係合部、及び、第２係合部−第４係合部は、ともに、一方を凹状の係合溝、他方を凸状の係合突起とする係合機構であり、第１係合部−第３係合部における係合溝の溝幅と係合突起の突起幅との偏差は、第２係合部−第４係合部における係合溝の溝幅と係合突起の突起幅との偏差よりも大であることを特徴とする。
【０００６】
第１係合部−第３係合部側は、係合溝の溝幅と係合突起の突起幅との偏差を大、すなわちいわゆる「遊び」を大きく確保しているため、回転部材が高速回転している場合にも係合可能であり、この係合により、回転部材の回転が制限される。また、いわゆるロック時に、回転部材の回転位置を検出し特定するためには、検出可能な特定の回転位置毎に、回転部材の回転を停止させる必要がある。このため、第２係合部−第４係合部側では、この「遊び」を小さく設定しており、第１係合部−第３係合部によって回転が停止した回転部材の最終的な位置決めを行うように機能する。
【０００７】
請求項２にかかる車両操舵制御装置は、請求項１における車両用操舵制御装置において、回転部材は、第１係合部を有する第１回転部材と第２係合部を有する第２回転部材とを備えて構成する。
【０００８】
回転部材を２段構成とし、一方の第１回転部材側に第１係合部を配し、他方の第２回転部材側に第２係合部を配して構成する。なお、第１回転部材と第２回転部材とは、請求項１に記載した回転部材として実質的に一体として機能していれば良く、第１回転部材と第２回転部材との積層体として一体構成する以外にも、第１回転部材と第２回転部材とをそれぞれ別体として、個々にロータに対して固定した構造も含む。
【０００９】
請求項３にかかる車両操舵制御装置は、請求項１または２における車両用操舵制御装置において、第１係合部と第２係合部のうち、少なくとも一方は、配置間隔が不等間隔である。
【００１０】
係合動作の際に、傾動部材が回転部材に弾かれる現象を繰り返して揺動し、この揺動が一定周期となる場合がある。この際、回転部材に一定の間隔で第１又は第２係合部が形成されていると、傾動部材が回転部材から離間するタイミングと、回転部材の第３又は第４係合部が係合すべき位置を通過するタイミングとが同期する状態も起こり得る。そこで、第１係合部と第２係合部のうち、少なくとも一方の配置間隔を不等間隔とし、傾動部材の周期的な揺動による係合性の低下を防止する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に第１の実施形態にかかる伝達比可変機構を備えた操舵制御装置の構成を示す。
【００１３】
伝達比可変機構１００は、操舵ハンドル１０側に連結された入力軸２０と、車輪ＦＷ側に連結された出力軸４０とを有しており、入力軸２０に対し、操舵ハンドル１０の操舵角θｈを検出する操舵角センサ６０を設けている。また、出力軸４０は、ラックアンドピニオン式のギヤ装置５０を介してラック軸５１に連結されており、ラック軸５１の両側には車輪ＦＷが連結されている。
【００１４】
図２に、伝達比可変機構１００を拡大して概略的に示す。伝達比可変機構１００は、モータ１１０、減速機１２０及びロック機構２００を備えており、入力軸２０−出力軸４０間の回転量の伝達比を変化させる機能を有している。
【００１５】
モータ１１０は、モータハウジング１０１内に固定したステータ１１１と、モータハウジング１０１内に回転自在に支持されたロータ１１２とを備えると共に、ロータ１１２の回転角θｍを検出する回転角センサ１０２（図１参照）を備えている。
【００１６】
減速機１２０は遊星歯車機構を構成しており、中心部に位置するサンギヤ１２１は、ロータ１１２と一体的に回転する回転軸１１３に固定している。また、サンギヤ１２１の周囲には、自転しつつサンギヤ１２１の周囲を公転するプラネタリギヤ１２２を等間隔で配置し、各プラネタリギヤ１２２は、入力軸２０に連結されたキャリア１２３によって自転自在に支持されている。さらに各プラネタリギヤ１２２を囲むように、モータハウジング１０１の内周面に形成したリングギヤ１２４を配しており、モータハウジング１０１を出力軸４０に連結して構成している。
【００１７】
ロック機構２００は、モータ１１０と減速機１２０との間に設けられており、伝達比可変機構１００における差動機構のロック及びロック解除を行う。このロック機構２００は、第１ロック機構２１０と第２ロック機構２２０とを積層させた２段機構となっている。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、第１ロック機構２１０は、円盤形状のロックホルダ２１１と円弧状に湾曲したロックバー２１２とを備えて構成しており、ロックホルダ２１１は、中心部を貫通する回転軸１１３に固定されており、ロックホルダ２１１、回転軸１１３及びロータ１１２は一体的に回転する。また、ロックホルダ２１１の周縁部には、所定の間隔で凹状の係合溝２１３を形成している。
【００１９】
これに対し、ロックバー２１２は、ロックホルダ２１１の係合溝２１３内に係合する凸状の係合突起２１４を、ロックホルダ２１１側に突出形成している。また、ロックバー２１２の基端部は、モータハウジング１０１に固定した支持軸２３０によって、支持軸２３０を中心に傾動自在に支持されており、ロックバー２１２の先端部には電磁コイル２３２を備え、この電磁コイル２３２を上下から挟むように、モータハウジング１０１側に固定した磁石板２３１（図２参照）を配置している。さらに、ロックバー２１２の先端部には、一端をモータハウジング１０１に固定したスプリング２３３の他端が固定されている。このようにロックバー２１２は、スプリング２３３の作用によって、支持軸２３０を中心としてロックホルダ２１１側に傾動するように常時付勢されている。
【００２０】
また、第２ロック機構２２０も、図３（ｂ）に示すように、第１ロック機構２１０と同様に、凹状の係合溝２２３を有するロックホルダ２２１、凸状の係合突起２２４を有するロックバー２２２等を備えて構成しており、図中、第１ロック機構２１０と同一部材には同一の参照番号を付して示す。ロックホルダ２２１における係合溝２２３の溝幅は、ロックホルダ２１１の係合溝２１３に比べて狭く設定し一定の間隔で配列させている。この係合溝２２３を形成する凹凸の形成ピッチは、モータの回転角θｍを検出する回転角センサ１０２の分解能に対応するように設定しており、回転角センサ１０２は係合溝２２３の形成ピッチ単位にロータ１１２の回転角を検出することが可能となっている。
【００２１】
このように構成する第１ロック機構２１０及び第２ロック機構２２０は、それぞれ、ロックホルダ２１１，２２１の係合溝２１３，２２３内に、ロックバー２１２，２２２の係合突起２１４、２２４が入り込み、係合溝２１３，２２３の形成端部に係合突起２１４、２２４が当接する状態となって、ロックホルダ２１１とロックバー２１２、及びロックホルダ２２１とロックバー２２２が、それぞれ互いに係止される状態となり、これによりモータハウジング１０１とロータ１１２との相対回転が阻止される。このため、伝達比の可変機構が作動不可能となり、伝達比可変機構１００がロック状態となる。
【００２２】
一方、電磁コイル２３２に通電されると、磁石板２３１との間に電磁的な反発力が発生し、図３（ａ）、図３（ｂ）に２点鎖線で示すように、ロックバー２１２，２２２はロックホルダ２１１，２２１から離間するように傾動し、係合突起２１４、２２４が係合溝２１３、２２３の外に移動する。これにより、ロックホルダ２１１とロックバー２１２、及びロックホルダ２２１とロックバー２２２の係止が共に解除される。これによりモータハウジング１０１とロータ１１２とは、相対回転が可能な状態となり、伝達比可変機構１００がロック状態から解除される機構となっている。
【００２３】
ここで出力軸４０の回転角を出力角θｐとすると、操舵角θｈ、モータ１１０の回転角θｍ、出力角θｐの関係は（１）式で示す関係となり、操舵角θｈ、出力角θｐ、伝達比Ｇの関係は（２）式で規定されるため、（１）式及び（２）式より、モータ１１０の回転角θｍは（３）式で示すことができる。なお、式中の「Ｋ」は減速機１２０の減速比である。
【００２４】
θｐ＝θｈ＋Ｋ・θｍ                      …（１）
θｐ＝Ｇ・θｈ                        …（２）
θｍ＝（Ｇ―１）・θｈ／Ｋ                …（３）
従って（３）式に基づいて、設定された伝達比Ｇをもとに操舵角θｈに応じてモータ１１０の回転角θｍを制御することで、入力軸２０−出力軸４０間の伝達比制御を行うことができる。なお、出力角θｐは、ラック軸５１のストローク位置に対応し、さらにラック軸５１のストローク位置は車輪ＦＷの転舵角に対応するため、操舵角θｈ及び回転角θｍを検出することで（１）式より出力角θｐを検知することができ、この検知した出力角θｐをもとに車輪ＦＷの転舵角が検知可能となっている。
【００２５】
このように構成する伝達比可変機構１００、第１ロック機構２１０、第２ロック機構２２０の各動作制御は操舵制御装置７０によって実施され、操舵制御装置７０は、操舵角センサ６０、回転角センサ１０２及び車速センサ７１の各検出結果をもとに、モータ１１０に対して制御信号Ｉｓを出力して伝達比可変機構１００の駆動制御を実施する。また、ロック時及びロック解除時には、電磁コイル２３２に対する通電制御を実施する。
【００２６】
ここで、操舵制御装置７０で実施される処理について、図４のフローチャートに沿って説明する。
【００２７】
このフローチャートはイグニションスイッチのオン操作によって起動する。イグニションスイッチがオフ状態中は、伝達比可変機構１００のロック機構２００が作動しロック状態となっているため、まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記す。）１００に進み、伝達比可変機構１００のロック状態を解除するロック解除制御を実行する。このロック解除制御では、各ロックバー２１２、２２２の電磁コイル２３２に対する通電を開始して、各ロックバー２１２、２２２をロックホルダ２１１、２２１から離間するように傾動させる。
【００２８】
続くＳ１０２では、操舵角センサ６０で検出された操舵角θｈ、回転角センサ１０２で検出されたモータ１１０の回転角θｍ、車速センサ７１で検出された車速Ｖをそれぞれ読み込む。
【００２９】
続くＳ１０４では、図５に示す車速Ｖと伝達比Ｇとの関係を示すマップから、Ｓ１０２で読み込んだ車速Ｖをもとにマップ検索し、車速Ｖに応じた伝達比Ｇを設定し、続くＳ１０６では、前出の（３）式を用い、Ｓ１０２で読み込んだ操舵角θｈ及びＳ１０４で設定した伝達比Ｇをもとに、モータ１１０の目標回転角θｍｍを設定する。
【００３０】
続くＳ１０８では、Ｓ１０６で設定された目標回転角θｍｍと、Ｓ１０２で読み込まれた回転角θｍとの角度偏差ｅを、ｅ＝θｍｍ−θｍとして設定する。
【００３１】
続くＳ１１０では、オーバーシュートすることなく偏差ｅを０にするように、モータ１１０を制御する制御信号Ｉｓを決定する。この処理の一例としては、Ｉｓ＝Ｃ（ｓ）・ｅの演算式に基づいて、ＰＩＤ制御のパラメータを適切に設定することにより制御信号Ｉｓを決定することができる。なお、式中の（ｓ）はラプラス演算子である。
【００３２】
続くＳ１１２では、Ｓ１１０で決定された制御信号Ｉｓをモータ１１０に出力し、制御信号Ｉｓに応じてモータ１１０を駆動し、この後Ｓ１１４に進み、イグニションスイッチ（ＩＧ）がオフ操作されたかを判断し、「Ｎｏ」の場合にはＳ１０２に戻り、Ｓ１１４で「Ｙｅｓ」と判断されるまで、前述したＳ１０２以降の処理を繰り返し実行する。
【００３３】
そして、イグニションスイッチがオフ操作された場合には（Ｓ１１４で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１１６に進み、伝達比可変機構１００をロックするロック制御を実行する。このロック制御では、各ロックバー２１２、２２２の電磁コイル２３２に対する通電を停止するが、この際、ロックバー２１２側の電磁コイル２３２に対する通電を停止するタイミングに対し、ロックバー２２２側の電磁コイル２３２に対する通電を停止するタイミングが若干遅れるように制御する。従って、まず先にロックバー２１２が傾動して、ロックホルダ２１１の係合溝２１３内に係合突起２１４が入り込もうとする。この際、係合溝２１３の溝幅が係合突起２１４の突起幅に比べて十分に大きく形成されているため、例えばモータ１１０が高速回転中であっても、係合溝２１３と係合突起２１４との係合が確実に行われ、第１ロック機構２１０側でロータ１１２の回転を確実に停止させることができる。なお、この第１ロック機構２１０側は、高速回転中のロータ１１２の回転を抑えることが主目的であるため、この際の係止状態は大きな遊びを持った係止であり、ロータ１１２は係合溝２１３の溝幅分だけ相対回転が可能な状態となっている。
【００３４】
そして、これより少し遅れたタイミングで、第２ロック機構２２０側ではロックバー２２２が傾動して、ロックホルダ２２１の係合溝２２３内に係合突起２２４が入り込もうとするが、第１ロック機構２１０側においてロータ２１１の回転が抑えられているため、溝幅が狭い係合溝２２３内にも、ロックバー２２２の係合突起２２４が確実に挿入され、ロータ１１２の最終的な位置決めが行われる。これにより、ロック時におけるロータ１１２の回転角を確実に検出することが可能となる。
【００３５】
以上説明した実施形態では、第１ロック機構２１０のロックバー２１２のロック動作開始タイミングを、第２ロック機構２２０のロックバー２２２側よりも早めることで、第１ロック機構２１０のロックバー２１２とロックホルダ２１１とを先に係止させる例を示したが、制御タイミングを同じにした場合にも、構造上の差異を持たせることで、同様に係止タイミングを前後させることができる。例えば、図６に示すように、ロックバー２１２側の係合突起２１４の高さをｈ１、ロックバー２２２側の係合突起２２４の高さをｈ２とすると、ｈ１＞ｈ２に設定することで、双方のロックバー２１２、２２２を同時にロック動作させた場合にも、第１ロック機構２１０側を先に係止させることができる。また、図７に示すように、ロックホルダ２１１の係止溝２１３の深さ（基準位置からの溝の高さ）をｄ１、ロックホルダ２２１の係止溝２２３の深さ（基準位置からの溝の高さ）をｄ２とすると、ｄ１＞ｄ２に設定することで、同一形状（ｈ１＝ｈ２）のロックバー２１２、２２２を同時にロック動作させた場合にも、第１ロック機構２１０側を先に係止させることができる。
【００３６】
また、以上説明した実施形態では、係合溝２１３、２２３の溝幅が相異する場合について例示したが、図８に示すように係合溝２１３、２２３の溝幅を一致させ、ロックバー２１２における係合突起２１４の突起幅をｗ１、ロックバー２２２における係合突起２２４の突起幅をｗ２とすると、ｗ１＜ｗ２に設定することでも、同様の効果を発揮させることができる。
【００３７】
さらに、図９に示すように、溝幅が広く且つ深い係合溝２１３内に、溝幅が狭く且つ浅い係合溝２２３を複数形成することも可能であり、この構成を採用するとことで、１つのロックホルダに対して２種の係合溝を備えることができる。この場合、このように構成する１つのロックホルダに対し、ｈ１＝ｈ２かつｗ１＝ｗ２に設定したロックバー２１２、２２２を、同じタイミングでロック動作させることで、前述した実施形態と同様な効果を発揮させることができる。
【００３８】
また、実施形態では、係合溝２１３、２２３の形成間隔もそれぞれ等間隔として説明したが、図１０に示すように不等間隔に配置することで以下のような効果を発揮する。図１１を参照して第２ロック機構２２０側を例に説明すると、ロック動作の際に、ロックバー２２２がロックホルダ２２１に弾かれて揺動する現象を繰り返し、この揺動周期が一定となる場合がある。この際、一定の溝幅を有する係合溝２２３が一定の間隔で形成されていると、ロックバー２２２がロックホルダ２２１から離間するタイミングと、ロックホルダ２２１の凸部がこの下を通過するタイミングが同期する場合も起こり得る。そこで、図１０に示すように係合溝２２３を不等間隔で配置することで、ロックバー２２２が一定周期で揺動した場合にも、ロックバー２２２の係合突起２２４が係合溝２２３内に引っ掛かり易くなり、ロック時の係合性を確保することができる。
【００３９】
さらに、実施形態ではロック機構を２段構成とする場合を例示したが、３段以上の多段に亘って積層させることも可能であり、この場合、例えば係合溝の溝幅が各段毎に次第に長くなるように設定し、最長の溝幅を有するロックホルダとロックバーとで構成するロック機構から順にロック動作を開始するなどの制御処理を実施すればよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項にかかる車両用操舵制御装置によれば、第１係合部−第３係合部における係合溝の溝幅と係合突起の突起幅との偏差が大であるため、回転部材が高速回転時にも、第１係合部−第３係合部側において係合可能となり、この係合により回転部材の回転を制限することができる。また、第２係合部−第４係合部における係合溝の溝幅と係合突起の突起幅との偏差が小であるため、第２係合部−第４係合部側において、回転が停止した回転部材の最終的な位置決めを行うことができる。
【００４１】
従って、故障発生時など、伝達比可変機構のモータが高速回転中に、いわゆるロック機構を動作させる場合にも、ロック機構を確実に動作させ、かつモータのロック位置を確実に検出し得る車両用操舵制御装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】伝達比可変機構を示す断面図である。
【図３】（ａ）は第１ロック機構を示す平面図であり、（ｂ）は第２ロック機構を示す平面図である。
【図４】伝達比の可変制御を示すフローチャートである。
【図５】車速Ｖと伝達比Ｇとの関係を規定したマップである。
【図６】ロックバーにおける係合突起の他の実施形態を模式的に示す説明図である。
【図７】ロックホルダにおける係合溝の他の実施形態を模式的に示す説明図である。
【図８】他の実施形態にかかる、ロックバーの係合突起とロックホルダの係合溝との関係を模式的に示す説明図である。
【図９】ロックホルダの係合溝の実施形態を模式的に示す説明図である。
【図１０】係合溝を不等間隔で配置した状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】ロックバーがロック位置を跨いて揺動する状態を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
ＦＷ…車輪（転舵輪）、１０…操舵ハンドル、１００…伝達比可変機構
１０２…回転角センサ、１１０…モータ、１１１…ステータ
１１２…ロータ、１２０…減速機、２００…ロック機構
２１０…第１ロック機構、２１１…ロックホルダ（回転部材、第１回転部材）
２１２…ロックバー（第１傾動部材）、２１３…係合溝（第１係合部）
２１４…係合突起（第３係合部）、２２０…第２ロック機構
２２１…ロックホルダ（回転部材、第２回転部材）
２２２…ロックバー（第２傾動部材）、２２３…係合溝（第２係合部）
２２４…係合突起（第４係合部）
【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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