(57)【要約】【課題】ステアリングシャフトとの連結が解除された場合でも、運転者に警報を発してフェールセーフを図ることができるステアリングホイールユニットを提供する。【解決手段】ＩＧ−ＯＮした後、ステアリングホイールユニット４が接続されている場合、ロック機構３８のアクチュエータ３３により駆動されたピン３２が爪３０の挿入孔３１に挿入され、ステアリングホイール２による操舵にともないアシスト動作を開始する。ステアリングホイールユニット４が接続されていない場合、車速が０より大きい場合には走行中にステアリングホイールユニット４が外れたと判断し、ハザードランプを点滅させ、車両を減速停止させる。車速が０である場合には停止時にステアリングホイールユニット４が未接続のままＩＧ−ＯＮされたと判断し、ウォーニングランプを点灯、警告音を発して、運転者に異常報知する。【選択図】図５
2017226301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングホイールユニットであって、
ステアリングホイールと、
一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記ステアリングシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、
前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、
前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、
前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、
前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサおよび前記制御部を収容するハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、ダッシュボードの運転席に対向する面に開口する凹部に取り付けられたブラケットに収容された状態で前記ブラケットと係合する係合手段と、
前記ステアリングホイールシャフトの下端部および前記ステアリングシャフトの上端部の接続を検出し、接続状態を前記制御部へ出力するシャフトセンサと、
前記シャフトセンサの検出結果に基づいて前記制御部から出力される信号により前記係合手段を解除不能に固定するハウジングロック機構部と、を備えることを特徴とするステアリングホイールユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、
前記制御部は、ＩＧがオンであり、かつ前記ステアリングホイールシャフトと前記ステアリングシャフトとが正常に接続されている場合、前記ハウジングロック機構部を作動させることを特徴とするステアリングホイールユニット。
【請求項３】
請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、
前記制御部は、ＩＧがオンであり、かつ前記ステアリングホイールシャフトと前記ステアリングシャフトとが正常に接続されていない場合、運転者に対して警告を行うとともに、前記車両を減速停止させることを特徴とするステアリングホイールユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールを着脱できるステアリングホイールユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のステアリングシャフトの先端部にステアリングホイールユニットを着脱可能に支持し、このステアリングホイールユニットに操舵力検出手段を組み込むようにした電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような電動パワーステアリング装置において、操舵力検出手段の部品交換や部品修理等のメンテナンスを容易に行うことができたり、操舵力検出手段により検出された信号を信号取出手段によってステアリングホイールユニットの外部に取り出すことができたりするように考慮されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１５９８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトの上端部に着脱可能に接続されたステアリングホイールユニットがＩＧ−ＯＮ（イグニッションオン）中、特に車両走行中に意図せず外れるおそれがある。この場合、操舵を続行することが不可能となり運転者が危険な状態に陥る可能性がある。あるいは、電動パワーステアリング装置を構成する電動モータおよび電動モータを駆動制御する制御部がステアリングホイールユニット内に組み込まれている場合、ステアリングホイールユニットが意図せず外れると、電動パワーステアリング装置は制御不能となり、制御部から運転者に警報を発して車両を減速停止させることができない。この結果、操舵不能となりフェールセーフを図ることが不可能になる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステアリングシャフトとの連結が解除された場合でも、運転者に警報を発して速やかにフェールセーフを図ることができるステアリングホイールユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフトの回転駆動を車輪に伝達して転舵するステアリング機構を備えた車両に取り付けられるステアリングホイールユニットであって、ステアリングホイールと、一方の端に前記ステアリングホイールを連結し、他方の端に前記ステアリングシャフトと着脱自在な連結部を設けたステアリングホイールシャフトと、前記ステアリングホイールシャフトに操舵補助力を与える電動モータと、前記ステアリングホイールシャフトに取り付けられ、前記電動モータの回転を減速して伝達する減速機構部と、前記ステアリングホイールシャフトに付与される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵トルクに基づいて前記操舵補助力を演算し、前記電動モータを駆動制御する制御部と、前記ステアリングホイールシャフト、前記減速機構部、前記電動モータ、前記トルクセンサおよび前記制御部を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ、ダッシュボードの運転席に対向する面に開口する凹部に取り付けられたブラケットに収容された状態で前記ブラケットと係合する係合手段と、前記ステアリングホイールシャフトの下端部および前記ステアリングシャフトの上端部の接続を検出し、接続状態を前記制御部へ出力するシャフトセンサと、前記シャフトセンサの検出結果に基づいて前記制御部から出力される信号により前記係合手段を解除不能に固定するハウジングロック機構部と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、ステアリングシャフトに接続され、ステアリングホイールの操作をステアリング機構に作用させるステアリングホイールユニットにおいて、制御部からの信号によりハウジングロック機構部を作動させて係合手段を解除不能に固定できるので、車両状態に応じてステアリングホイールユニットの着脱を不可能にすることができる。これにより、走行中にステアリングホイールユニットが外れて制御不能になる危険を回避し、フェールセーフを図ることが可能になる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、前記制御部は、ＩＧがオンであり、かつ前記ステアリングホイールシャフトと前記ステアリングシャフトとが正常に接続されている場合、前記ハウジングロック機構部を作動させることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、ＩＧがオン中であり、かつステアリングホイールユニットが正常にステアリングシャフトに接続されていると判断された場合、ハウジングロック機構部を作動させて係合手段を運転席側に固定して通常の車両操舵を行うことができる。これにより、車両走行中に意図せずステアリングホイールユニットが外れることを防止し、走行時のフェールセーフを図ることが可能になる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のステアリングホイールユニットにおいて、前記制御部は、ＩＧがオンであり、かつ前記ステアリングホイールシャフトと前記ステアリングシャフトとが正常に接続されていない場合、運転者に対して警告を行うとともに、車両を停止させることを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、ＩＧがオン中であり、かつステアリングホイールユニットがステアリングシャフトから外れていると判断された場合、運転者に異常を報知するとともに、走行中の場合、車両を減速停止することができる。これにより、異常発生時に速やかにフェールセーフを図ることができ、運転者の危険を回避することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ステアリングシャフトとの連結が解除された場合でも、運転者に警報を発して速やかにフェールセーフを図ることができるステアリングホイールユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。
【図２】図１のステアリングホイールユニットの概略構造を示す図。
【図３】ステアリングホイールユニットの取り付け方法を示す図。
【図４】ステアリングホイールユニットの係合手段を固定するハウジングロック機構部を示す図。
【図５】車両状態による制御部の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構に関連して設けられ、このステアリング機構に操舵補助力を与えるためのものである。電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２および操舵補助機構部を構成するアシスト制御機構３からなるステアリングホイールユニット４と、ラックアンドピニオン機構１４とを備えている。アシスト制御機構３に接続されるステアリングホイール２は、図示しない車両に対して回転可能に支持されたステアリングホイールシャフト５に連結されている。ラックアンドピニオン機構１４は、ピニオン（ピニオンギヤ）１３に噛み合うラック（ラックギヤ）１２を有して回転不能かつ車両の左右方向に移動可能に延びる転舵軸としてのラック軸（ラックバー）１５を有している。
【００１５】
アシスト制御機構３に含まれるアクチュエータは、ステアリングホイールシャフト５に対して付設され、ステアリングホイールシャフト５に操舵補助力（動力）を付与する。このアクチュエータは、ステアリングホイールユニット４を構成しており、減速機構１９と電動モータ２０とを備えている。アクチュエータの駆動源である電動モータ２０は、後述の入力プーリ２５、出力プーリ２６、およびベルト２７（共に図２参照）からなる減速機構１９を介してステアリングホイールシャフト５に連結されている。電動モータ２０の回転力は減速機構１９により減速されて、この減速された回転力がアシストトルクとしてステアリングシャフト６に伝達される。
【００１６】
電動モータ２０は、図示しないＣＰＵ（マイコン）を含んだ電子制御ユニットを構成するＥＣＵ（制御部）２１によって制御され、例えば３相のブラシレスモータが使用されている。また、電動モータ２０の回転軸の回転速度は、電動モータ２０に内蔵されたレゾレルバ等の回転角センサ２２によって検出される回転角度θｍから演算される。ＥＣＵ２１は、ＣＰＵとＣＰＵによって制御され電動モータ２０に電力を供給する駆動回路（インバータ）とを備えている。なお、ＥＣＵ２１は、例えばＣＡＮにより他のＥＣＵ等と接続され、相互に通信して操舵指令値や各種センサの検出値、モータ制御に必要な他の情報等の交換を行う。
【００１７】
さらに、アシスト制御機構３は、図示しないトーションバーを介してステアリングホイールシャフト５の入力軸および出力軸間の相対回転変位量により操舵トルクτを検出するトルクセンサ１６を備えている。上記回転角センサ２２を含むこれらのトルクセンサ１６および車両速度である車速Ｖを検出する外部の車速センサ２３が検出した値は、ＥＣＵ２１に入力されて演算処理される。
【００１８】
ステアリングシャフト６は、コラムシャフト７、インターミディエイトシャフト８、およびピニオンシャフト９からなり、ステアリングホイール２の回転にともないステアリングホイールシャフト５を介して一体的に回転する。そして、ピニオンシャフト９の回転により、ラック軸１５が軸方向に往復動作する。
【００１９】
ラック軸１５の両端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されており、各タイロッド１０は図示しないナックルアームを介して転舵輪１１に連結されている。ステアリングホイール２が操作されてステアリングシャフト６が回転すると、この回転がラックアンドピニオン機構１４によって車両の左右方向に沿うラック軸１５の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
【００２０】
図２は、図１のステアリングホイールユニット４の概略構造を示す図である。
図２に示すように、ステアリングホイールユニット４は、ステアリングホイール２と、ステアリングホイールシャフト５を含むアシスト制御機構３とを備えている。ステアリングホイールシャフト５は、その上端においてステアリングホイール２に軸線回りに一体回転するように接続されている。ステアリングホイールシャフト５の下端の連結部にはコラムシャフト７が嵌め合わされている。ステアリングホイールシャフト５とコラムシャフト７とは、一体回転するように軸中心を一致させ連結されている。
【００２１】
アシスト制御機構３は、ステアリングホイールシャフト５を覆い、略直方体形状に形成されたステアリングホイールハウジング２４内に減速機構１９、電動モータ２０、ＥＣＵ２１、およびトルクセンサ１７を収容して構成されている。電動モータ２０は、回転軸および回転角センサ２２（図１参照）を有しており、回転軸がステアリングホイールシャフト５にほぼ平行になるように配置されている。トルクセンサ１７は、ステアリングホイールシャフト５の周囲に配置されている。ＥＣＵ２１は、ステアリングホイールハウジング２４に取り付けられており、外部からの電源線および信号線からなる配線ケーブル３５がコネクタ３６にて接続されている。
【００２２】
減速機構１９は、プーリ・ベルト機構からなる減速機構部であり、例えば電動モータ２０の回転軸に連結された歯付の入力プーリ２５と、ステアリングホイールシャフト５に連結された入力プーリ２５よりも大径である歯付の出力プーリ２６と、入力プーリ２５および出力プーリ２６間に掛け渡された歯付のベルト２７とを有している。入力プーリ２５は、電動モータ２０の回転軸の軸方向に一体回転可能に連結されている。出力プーリ２６は、ステアリングホイールシャフト５の周囲を取り囲んで配置されている。
【００２３】
電動モータ２０の回転軸が回転すると、これにともなって、入力プーリ２５が回転する。そして、入力プーリ２５の回転はベルト２７を介して出力プーリ２６に伝達され、出力プーリ２６が入力プーリ２５の回転よりも低速で回転する。
【００２４】
次に、図３は、ステアリングホイールユニット４の取り付け方法を示す図である。
図３に示すように、車両のダッシュボード２８の前面（正面側）に開口する凹部３４にステアリングホイールユニット４を収容し、固定するための金属製のブラケット２９が取り付けられている。ブラケット２９の後面（背面側側面）には、コラムシャフト７（ステアリングシャフト６）と、ＥＣＵ２１（図２参照）の相手側の配線ケーブル３５およびコネクタ３６が接続されている。ステアリングホイールユニット４のステアリングホイールハウジング２４の左右側面には、複数（本実施形態では、２個）の金属製の厚肉板状の爪（係合手段）３０が引っ張り、および押し出し可能に取り付けられている。例えば、爪３０はばね機構等により通常は外側に押し出された状態で保持され、外部の押釦等の操作によって内側に引っ込んだ状態に保持される。各爪３０には、ステアリングホイールユニット４を固定するために図示しない後述のロック用ピン３２を通す挿入孔３１が設けられている。また、ブラケット２９の後面のコラムシャフト７とステアリングホイールシャフト５との連結部には、両シャフト５，７の接続を検出するためのシャフトセンサ（例えば、圧力センサ等）３７が設置されている。検出結果はＥＣＵ２１（図２参照）に入力される。
【００２５】
ここで、車両のダッシュボード２８の運転席の前面に開口する凹部３４に取り付けられたブラケット２９の左右側面には爪３０を係合させて固定するための図示しない切り欠き穴が設けられている。ステアリングホイールユニット４をブラケット２９に取り付ける際、爪３０が引っ込んだ状態にしてステアリングホイールユニット４をブラケット２９の収容部に嵌め込む（図中、矢印方向）。ステアリングホイールユニット４が嵌め込まれた状態で、爪３０がブラケット２９の切り欠き穴を通ってダッシュボード２８側に突出し、爪３０が固定される。このとき、ステアリングホイールシャフト５の下端の連結部およびＥＣＵ２１（図２参照）の図示しないコネクタは、それぞれ相手側のコラムシャフト７の上端ならびに配線ケーブル３５およびコネクタ３６と正確な結合位置において嵌め込まれて固定される。
【００２６】
図４は、ステアリングホイールユニット４（アシスト制御機構３）の爪３０を固定するロック機構（ハウジングロック機構部）３８を示す図である。
図４に示すように、爪３０に設けられた挿入孔３１と、ピン３２と、ＥＣＵ２１（図２参照）から出力される信号に基づいてピン３２を上下方向（図中、矢印方向）に駆動するアクチュエータ（駆動ユニット）３３とによりロック機構３８が構成されている。複数（本実施形態では、２個）の爪３０がステアリングホイールハウジング２４の外側に押し出され、ブラケット２９の切り欠き穴の端面に接触した状態にある場合、アクチュエータ３３によって駆動されたピン３２が爪３０に設けられた挿入孔３１に挿入される。これにより、２つの爪３０が引っ込んだ状態でアシスト制御機構３をブラケット２９内の収容部に嵌め込み、爪３０を再びブラケット２９の外側に押し出した後、爪３０をロック機構３８によりロックすることによりアシスト制御機構３をブラケット２９に確実に固定するとともに、意図せず外れることを防止ことができる。
【００２７】
次に、図５は、車両状態によるＥＣＵ２１の処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す制御ブロック（ステップＳ５０１〜Ｓ５０８）は、ＥＣＵ２１のＣＰＵ（マイコン、図示せず）が実行するプログラムにより実現され、所定の周期毎に各演算処理が繰り返し実行されることにより、複数のフェールセーフ出力を行う。
【００２８】
図５に示すように、まず、ＣＰＵは、ＩＧ−ＯＮ（イグニッションオン）したか否かを判定する（ステップＳ５０１）。ＩＧ−ＯＮしていないと判断した場合（ステップＳ５０１：ＮＯ）、ＣＰＵは処理を終了してフローを抜ける。
【００２９】
ＩＧ−ＯＮしたと判断した場合（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、車両側運転席のステアリングシャフト６とアシスト制御機構３のステアリングホイールユニット４との接続状態を判定する（ステップＳ５０２）。このとき、ステアリングホイールシャフト５の下端部とコラムシャフト７の上端部との連結部に設けられた接続確認用のシャフトセンサ３７により両シャフト５，７の接続を確認する。また、ＥＣＵ２１に結合される信号の有無により配線ケーブル３５およびコネクタ３６の接続を電気的に検出することもできる。なお、ＥＣＵ２１が接続されていない場合、相互に通信する他のＥＣＵ等によりＥＣＵ２１の異常を検知する。
【００３０】
ステアリングホイールユニット４が正常に接続されていることが確認された場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、ロック機構３８をオン、すなわちアクチュエータ３３によりピン３２を駆動させて爪３０の挿入孔３１に挿入する（ステップＳ５０３）。続いて、ステアリングホイール２による操舵にともないアシスト動作を開始する（ステップＳ５０４）。その後、処理を終了してフローを抜ける。
【００３１】
ステアリングホイールユニット４が接続されていない（かつＩＧ−ＯＮ中）と判断された場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）、引き続き車両が走行中か否かを判定する（ステップＳ５０５）。
車速Ｖが０より大きい場合（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）、走行中にステアリングホイールユニット４が外れたと判断し、ハザードランプを点滅させ（ステップＳ５０６）、車両を減速停止させる（ステップＳ５０７）。その後、処理を終了してフローを抜ける。
【００３２】
車速Ｖが０である場合（ステップＳ５０５：ＮＯ）、停止時にステアリングホイールユニット４が未接続のままＩＧ−ＯＮされたと判断し、ウォーニングランプを点灯するとともに、警告音を発して、運転者に異常を報知する（ステップＳ５０８）。その後、処理を終了してフローを抜ける。
【００３３】
以上により、ＩＧ−ＯＮしたとき、ステアリングホイールユニット４の接続状態、および車両の走行状態により異常を検知し処置することによって、特にステアリングホイールユニット４が外れた場合であっても、車両のフェールセーフを図ることができる。
【００３４】
次に、上記のように構成された本実施形態であるステアリングホイールユニット４の作用および効果について説明する。
【００３５】
上記構成によれば、ステアリングシャフト６に接続され、ステアリングホイール２の操作をステアリング機構に作用させるステアリングホイールユニット４において、ＥＣＵ２１からの信号によりロック機構３８を作動させて爪３０を解除不能に固定することができる。このため、車両状態に応じてステアリングホイールユニット４の着脱を不可能にすることができる。
【００３６】
また、ＩＧ−ＯＮ中であり、かつステアリングホイールユニット４がステアリングシャフト６（コラムシャフト７）に接続されていると判断された場合、ロック機構３８を作動させて爪３０をダッシュボード２８に設けたブラケット２９に固定して通常の車両操舵を行うことができる。さらに、ＩＧ−ＯＮ中であり、かつステアリングホイールユニット４がステアリングシャフト６から外れていると判断された場合、運転者に異常を報知するとともに、走行中の場合には車両を減速停止することができる。そして、ロック機構３８を有してステアリングシャフト６およびダッシュボード２８に着脱自在に形成されたステアリングホイールユニット４を用いた電動パワーステアリング装置１を搭載することができる。
【００３７】
これにより、車両走行中に意図せずステアリングホイールユニット４が外れて制御不能になる危険を回避し、走行時のフェールセーフを図ることが可能になるとともに、ステアリングホイールユニット４が外れる異常発生時にも確実に対処できる。この結果、車両状態に応じて操舵不能を回避してフェールセーフを図ることができる電動パワーステアリング装置の実現が可能になる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、ステアリングシャフトとの連結が解除された場合でも、運転者に警報を発して速やかにフェールセーフを図ることができるステアリングホイールユニットを提供できる。
【００３９】
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００４０】
上記実施形態では、ステアリングホイールユニット４側に爪３０を設けてブラケット２９に係合してロック機構３８により固定する例を示したが、これに限定されるものでなく、安定した固定ができてステアリングホイールユニット４側から容易にロックできるものであればよい。
【００４１】
上記実施形態において、爪３０を作動させる構成は適宜選定されてよい。例えば、レバーとコイルばねとにより爪３０を動作させるものや、金属製のワイヤー等で爪３０を引っ張って出し入れするようにしてもよい。
【００４２】
上記実施形態では、ロック機構３８のピン３２を爪３０に設けた挿入孔３１に挿入して固定する例を示したが、これに限定されるものでなく、他の方法、例えば電磁クラッチ等を用いて爪３０を固定、離脱するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリングホイール、３：アシスト制御機構、４：ステアリングホイールユニット、５：ステアリングホイールシャフト、
６：ステアリングシャフト、７：コラムシャフト、８：インターミディエイトシャフト、９：ピニオンシャフト、１０：タイロッド、１１：転舵輪、１２：ラック、
１３：ピニオン、１４：ラックアンドピニオン機構、１５：ラック軸、
１６：トルクセンサ、１９：減速機構（減速機構部）、２０：電動モータ、
２１：ＥＣＵ（制御部）、２２：回転角センサ、２３：車速センサ、
２４：ステアリングホイールハウジング（ハウジング）、２５：入力プーリ、
２６：出力プーリ、２７：ベルト、２８：ダッシュボード、２９：ブラケット、
３０：爪（係合手段）、３１：挿入孔、３２：ピン、３３：アクチュエータ、
３４：凹部、３５：配線ケーブル、３６：コネクタ、
３７：シャフトセンサ、３８：ロック機構（ハウジングロック機構部）
τ：操舵トルク、Ｖ：車速、θｍ：回転角度
【図１】
2017226301.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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