CN103963829A - 车辆用转向操纵装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆用转向操纵装置，其搭载于设有高压电池（100）的车辆，在检测到车辆碰撞后，转向柱（15）向车辆前方移动且柱轴（8）收缩，从而设置于中间轴（9）的中途的离合器机构（16）被向车辆后方拉动。由此，离合器机构（16）被机械式地切断而使中间轴（9）脱落。ECU（6）根据加速度（G）的输入来检测车辆碰撞，接着根据微型开关（18）的接通信号来检测柱轴（8）的收缩以及离合器机构（16）的切断。之后，ECU（6）能够根据从设置于柱轴（8）的转向角传感器输出并经由光耦合器（19）电绝缘的转向角信号继续驱动电动马达（7）旋转，从而进行车辆的行驶、停止。

Description

车辆用转向操纵装置

本申请主张于2013年1月25日提出的日本专利申请第2013-012234号的优先权，并在此引用包括说明书、附图和说明书摘要在内的全部内容。

技术领域

本发明涉及车辆用转向操纵装置。

背景技术

以往以来，广泛使用一种电动动力转向装置（EPS），其对于驾驶员的转向操纵力利用电动马达等施加辅助转向操纵力。另外，近年来，在搭载二次电池或电容器等蓄电装置并使用利用存储于该蓄电装置的电力产生的驱动力来行驶的、例如称为电动汽车或混合动力车的电动车辆中，使用电动动力转向装置。例如，参照日本特开2008-143483号公报。

对于这种电动车，有时使用大容量的蓄电装置即高压大电流的行驶用电池向电动动力转向装置直接供给电力。但是，在设置有上述那样的电动动力转向装置的混合动力车辆中，为避免在车辆行驶中发生碰撞的情况下由于经过转向操纵机构向驾驶员通电那样的高电压而触电的危险，需要停止向电动动力转向装置的电源供给。然而，若停止车轮的驱动则无法继续转向操作，因此有可能无法进行车辆的躲避行驶。另外，能够利用电动控制来实现绝缘，但是在碰撞后控制电路等发生故障的情况下，无法保护驾驶员完全不触电。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种车辆用转向操纵装置，其能够在车辆碰撞时避免驾驶员触电并继续转向操纵辅助而安全地进行躲避。

本发明的一方式的车辆用转向操纵装置具备：高压电源；电动马达，其产生辅助车辆的转向操纵的转向操纵辅助力；控制装置，其向上述电动马达供给驱动电流来控制上述电动马达旋转；转向操纵轴，其与转向操纵部连结；转向机构，其改变车轮的朝向；以及连结部，其将上述转向操纵轴与上述转向机构连结，上述连结部具备切断机构，在检测到上述车辆发生碰撞时该切断机构将上述转向操纵轴从上述转向机构机械式地切断。

根据上述结构，在搭载有使用了高压电源的车辆用转向操纵装置、例如电动动力转向装置的车辆发生碰撞事故的情况下，通过使用切断机构断开连结部来将转向操纵轴从设置有转向操纵辅助用电动马达的转向机构机械式地切断，因此能够避免来自电动马达的大电流通过转向机构流动而使驾驶员触电的事故的发生，并能够继续转向操作而不使转向操纵装置停止。

在上述实施方式的车辆用转向操纵装置中，也可以构成为：上述连结部由于上述转向操纵轴向与上述车辆前方相反的方向收缩而将上述转向操纵轴与上述转向机构切断。根据上述结构，由于构成为相对于与转向操纵部连结的转向操纵轴向驾驶员侧收缩的情况联动而将上述转向操纵轴与上述转向机构切断，因此能够避免来自电动马达的大电流通过转向机构流动而动作驾驶员触电的事故的发生。

在上述实施方式的车辆用转向操纵装置中，也可以构成为：在上述连结部被切断后，上述控制装置根据随着上述转向操纵部的转向操纵而输出的转向角信号驱动上述电动马达旋转来控制上述转向机构。根据上述结构，控制装置在将连结部切断后，根据来自设置于转向操纵机构的转向角传感器的转向角信号来继续电动马达的旋转控制。由此，能够继续转向操作，从而能够使车辆安全地移动而躲避。

在上述实施方式的车辆用转向操纵装置中，也可以构成为：上述转向角信号经由绝缘电路与上述控制装置的控制电路电绝缘地连接。根据上述结构，由于转向角信号与控制电路电绝缘，所以即便是在碰撞后也能够降低触电的危险性，从而能够确保驾驶员的安全。

根据上述实施方式的车辆用转向操纵装置，能够在车辆碰撞时避免驾驶员触电，并能够继续转向操纵辅助而安全地躲避。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的车辆用转向操纵装置的简要结构的示意图。

图2是表示检测到碰撞后的车辆用转向操纵装置的主要部分的简要结构的图。

图3是表示由控制装置的控制电路执行的车辆碰撞时的处理顺序的流程图。

通过以下参照附图对本发明的实施方式示例进行的详细描述，本发明的上述及其他特征和优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素。

具体实施方式

接下来，结合附图对本发明的实施方式涉及的搭载于车辆的车辆用转向操纵装置进行说明。

如图1所示，在车辆用转向操纵装置1中，固定有方向盘2的转向轴3经由齿轮齿条机构4与齿条轴5连结。因此，转向轴3的随着转向操作的旋转由齿轮齿条机构4转换为齿条轴5的往复直线运动。转向轴3是将柱轴8、中间轴9、以及小齿轮轴10连结而构成的。利用固定于车体的转向柱15经由轴承将柱轴8支承为能够旋转。另外，在将中间轴9分为两部分的位置设置有切断机构即离合器机构16，该离合器机构16将中间轴9的上侧与下侧的各个部件连接。

齿条轴5的随着转向轴3的旋转而进行的往复直线运动经由连结于齿条轴5的两端的横拉杆11而传递至未图示的转向节，由此改变转向轮12的转向角即车辆的行驶方向。此外，本实施方式的车辆用转向操纵装置1构成为所谓的齿条辅助式电动动力转向装置，即，利用滚珠丝杠机构14将辅助用电动马达7的旋转转换并传递为齿条轴5的往复直线运动，由此将该马达转矩作为辅助力而施加于转向***。

电子控制单元（electronic control unit）6，以下称作ECU6，与设置于转向轴3上并构成方向盘2的转向操纵角检测器的转向角传感器（未图示）、检测车辆的横向加速度的加速度传感器17连接。作为加速度传感器例如使用压电式加速度计或电容式加速度计等。转向角传感器搭载于柱轴8的轴上的中途。ECU6根据各传感器的输出信号来检测转向操纵角θs以及加速度G。

ECU6从高压电源即车载电池100、以下称作电池100接受电力的供给，并且根据转向操纵转矩、车速以及马达旋转角来驱动电动马达7。

若电动马达7被ECU6驱动而旋转，则会产生转向操纵辅助力。作为减速器的滚珠丝杠机构14设置于电动马达7与齿条轴5之间。由电动马达7产生的转向操纵辅助力以经由滚珠丝杠机构14使转向轴3旋转的方式发挥作用。此处，在电动马达7的额定电压与作为车辆的主电源使用的行驶用电池的额定电压例如600V大小程度相同的情况下，行驶用电池作为电动马达7的驱动用而进行连接。而且，行驶用电池以向电动汽车或混合动力车的行驶用马达供给电力为第一目的。

转向轴3利用施加于方向盘2的转向操纵转矩、与由电动马达7产生的转向操纵辅助力两者而旋转。这样，作为车辆用转向操纵装置1的电动动力转向装置，利用由电动马达7产生的转向操纵辅助力来进行转向操纵辅助。

图2是表示检测到碰撞后的车辆用转向操纵装置的主要部分的简要结构的图。如图2所示，车辆用转向操纵装置1由配设于齿轮齿条机构4（参照图1）的电动马达7、ECU6、电池100、设置于中间轴9的中途的离合器机构16、固定于柱轴8的转向柱15以及固定于柱轴8的方向盘2构成。

向ECU6输入加速度G、转向操纵角θs以及表示离合器机构16是处于连接状态还是处于切断状态的信号B等各个信号。从设置于柱轴8的转向角传感器输出的转向角信号经由光耦合器（绝缘电路）19与控制电路电绝缘。ECU6根据该转向角信号运算转向操纵角θs。在转向柱15上设置有离合器切断检测传感器18，该离合器切断检测传感器18检测离合器机构16的切断并输出表示是处于连接状态还是处于切断状态的B信号。离合器切断检测传感器18例如由带有铰接杆的微型开关等构成。

根据加速度G来检测是否发生车辆碰撞，并在车辆碰撞时切断离合器机构16。例如离合器机构16由电磁离合器构成，能够通过切换向电磁离合器通电的状态来切断离合器机构16。在车辆碰撞时，转向柱15由于惯性力而向车辆前方侧移动。此时，柱轴8通过未图示的冲击吸收机构的作用而向车辆后方侧收缩。切断检测传感器18利用转向柱15向车辆前方侧的移动与柱轴8向车辆后方侧的收缩使柱轴8与切断检测传感器18发生干扰，从而将切断检测传感器18内的开关设置于接通的位置。

根据上述结构，在车辆碰撞后，转向柱15向车辆前方移动，并且柱轴8收缩。与该柱的运动联动而将离合器机构16向车辆后方拉动。因此，将离合器机构16机械式地切断，从而将中间轴9分离为上侧部件和下侧部件。其结果是，即使是在ECU6的控制电路发生故障时或电池100接地时，从电池100经由电动马达7流动的大电流也会被中间轴9以及离合器机构16阻断。由于转向角传感器与ECU6绝缘，所以电流不会从ECU6的控制电路向转向柱15流入。

图3是表示利用ECU的控制电路执行的车辆碰撞时的处理顺序的流程图。在本实施方式中，ECU6执行图3的流程图所示的步骤S301～步骤S309的各个处理。此外，以下所示的流程图中的处理每隔规定的时间间隔来执行。

参照图3，ECU6内的控制电路的CPU取得利用加速度传感器17检测到的加速度G（步骤S301）。判定检测到的加速度G是否在规定值以上（步骤S302）。在检测到加速度G沿与行驶方向相反的方向的情况下，判断为前表面碰撞。在加速度G在规定值以上（步骤S302：是）的情况下，判断为车辆发生了碰撞，从而向步骤S303转移而进行离合器机构16的切断。在加速度G比规定值小（步骤S302：否）的情况下，结束处理并退出流程。

接下来，判定是否能够正常进行离合器机构16的切断（步骤S304）。CPU判定切断检测传感器18的接通/断开状态，在持续规定时间且微型开关18已接通（步骤S304：是）的情况下，向步骤S305转移而检测辅助用电动马达7的状态。在微型开关18未接通（步骤S304：否）的情况下，向步骤S309转移而停止向电动马达7通电。

利用设置于电动马达7的旋转轴的旋转角传感器来检测转子的旋转位置（马达旋转角θm）的变化量（步骤S305），并判定是否能够驱动电动马达7旋转（步骤S306）。在马达旋转角θm的变化量不为0（步骤S306：是）的情况下，判断为能够驱动马达并继续转向操作以及车辆的行驶。在马达旋转角θm的变化量为0（步骤S306：否）的情况下，判断为不能够进行转向操作，从而向步骤S309转移，停止向电动马达7通电。

接下来，在转向操作后的行驶中，判定车辆是否停止（步骤S308）。在车速不为0（步骤S308：否）即行驶中的情况下，向步骤S307转移。在车速为0（步骤S308：是）即停止的情况下，切断电源而停止马达通电（步骤S309），结束该处理并退出流程。

此处，步骤S307的转向操作是未将方向盘与转向机构结构上地连接、即所谓的基于线控转向控制的操作。在该转向操作中，根据从方向盘2的转向操纵角θs进行运算来决定马达驱动电流指令值im。对方向盘2的转向操纵角θs乘以由转向操纵机构的减速比与传递效率决定的系数Gm来运算马达旋转角θm（=Gm×θs）以及马达转速Nm（=θm/2π）。此处，π是圆周率。根据电动马达7的转速-转矩特性来能够求出与马达转速Nm对应的马达转矩Tm，通过除以马达常量Kt能够决定马达驱动电流指令值im（=Tm/Kt）。

接下来，对如上所述那样构成的本实施方式的车辆用转向操纵装置1的作用以及有效的效果进行说明。

根据上述结构，车辆用转向操纵装置1包括设置于齿轮齿条机构4的电动马达7、ECU6、电池100、设置于中间轴9的中途的离合器机构16、固定于柱轴8的转向柱15以及固定于柱轴8的方向盘2。在搭载有使用了高压电源的电池100的车辆用转向操纵装置1的车辆发生碰撞的情况下，离合器机构16被切断。转向柱15由于车辆的碰撞而向车辆前方移动，并且柱轴8由于冲击吸收机构的运动而收缩。与柱的碰撞收缩动作联动，设置于中间轴9的中途的离合器机构16被向车辆后方拉动。由此，离合器机构16被机械式地切断，从而中间轴9分离、脱落为上侧部件与下侧部件。ECU6利用加速度传感器17的输出来检测车辆碰撞，并接着根据微型开关18的接通信号来检测柱轴8的收缩以及离合器机构16的机械式的切断。之后，ECU6能够根据从设置于柱轴8的转向角传感器输出并经由光耦合器19电绝缘的转向角信号而继续驱动电动马达7旋转，从而能够进行车辆的行驶、停止。

根据上述结构，即使是在车辆碰撞后ECU6的控制电路发生故障时、电池100接地时，也能够通过离合器机构16阻断从电池100经由电动马达7流动的大电流来确保绝缘状态。另外，转向角传感器与ECU6绝缘，所以电流不会从ECU6的控制电路向转向柱15流入。其结果是，即使是在设置有使用了高压电源的车辆用转向操纵装置1的电动车行驶时发生车辆碰撞的情况下，也能够避免驾驶员触电事故的发生，并且能够继续转向操作而不使车辆用转向操纵装置1的转向操纵辅助停止，从而能够使车辆移动而躲避。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明也可以以其他的实施方式来实施。

在上述实施方式中，在检测到车辆碰撞后，切断将中间轴9分为两部分地设置于中间轴9的中途的离合器机构16，但切断的部位并不局限于中间轴9，只要是绝缘状态成立的触电路径则也可以是其他的部位。

在上述实施方式中，利用设置于车辆的加速度传感器17来检测碰撞，但并不局限于此，例如可以利用安全气囊的动作来检测碰撞，也可以使用基于其他的碰撞检测信号的方法。

在上述实施方式中，作为电动动力转向装置，以使用所谓的齿条辅助式或小齿轮辅助式电动动力转向装置来切断中间轴9的情况为例举例进行了说明，但并不局限于此，也可以通过在柱部分进行切断而适用于柱辅助式电动动力转向装置。

Claims (4)

1.一种车辆用转向操纵装置，其特征在于，具备：

高压电源；

电动马达，其产生辅助车辆的转向操纵的转向操纵辅助力；

控制装置，其向所述电动马达供给驱动电流并控制所述电动马达旋转；

转向操纵轴，其与转向操纵部连结；

转向机构，其改变车轮的朝向；以及

连结部，其将所述转向操纵轴与所述转向机构连结，

所述连结部具备切断机构，在检测到所述车辆发生碰撞时该切断机构将所述转向操纵轴从所述转向机构机械式地切断。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述连结部由于所述转向操纵轴向与所述车辆前方相反的方向收缩而将所述转向操纵轴与所述转向机构切断。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

在所述连结部被切断之后，所述控制装置基于随着所述转向操纵部的转向操纵而输出的转向角信号驱动所述电动马达旋转并控制所述转向机构。

4.根据权利要求3所述的车辆用转向操纵装置，其特征在于，

所述转向角信号经由绝缘电路与所述控制装置的控制电路电绝缘。