JP2000053009A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作部材の操作に応じて駆動されるアクチュエ
ータの動きを、操作部材をステアリングギヤに機械的に
連結することなく、ステアリングギヤにより転舵角が変
化するように車輪に伝達する車両の操舵装置において、
フェールセーフのために操作部材をステアリングギヤに
機械的に連結する際に、信頼性を高め、誤操舵を防止
し、緊急時に咄嗟に対応できるようにし、構造を簡単化
してコストを低減する。 【解決手段】操作部材１とステアリングギヤ３が、操作
部材１と同時に把持可能な把持部材51の把持力の作用に
より、連結機構60により機械的に連結されると共に、把
持力の解除により連結解除される。その把持力は連結機
構60に機械的に伝達される。その連結機構60を介してス
テアリングギヤ３に伝達される操作部材１の動きが、そ
のステアリングギヤ３により転舵角が変化するように車
輪４に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操作部材の操作に
応じて駆動される操舵用アクチュエータの動きを車輪
に、その操作部材を車輪に機械的に連結することなく、
転舵角が変化するように伝達可能な車両の操舵装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリングホイール等の操作部材を車
輪に機械的に連結せずに転舵する車両においては、その
ステアリングホイールの操作角に応じて制御される操舵
用アクチュエータの動きを車輪に伝達している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】その操舵用アクチュエ
ータの制御系に故障が生じた場合、操作部材の操作に応
じて転舵角を変化させることができなくなる。

【０００４】そこで、フェールセーフのため、故障発生
時に自動的に発生する電気信号により作動するアクチュ
エータによって、操作部材とステアリングギヤを機械的
に連結することが考えられる。

【０００５】しかし、電気信号に基づき操作部材とステ
アリングギヤを機械的に連結する場合、信頼性が低く、
ドライバーの意思に基づき連結できないため誤操舵を生
じるおそれがあり、その連結時に衝撃が作用して転舵角
が変動し、その連結時に転舵角の中点と操作角の中点が
一致せずに操作性が低下するおそれがある。

【０００６】本発明は、上記問題を解決することのでき
る車両の操舵装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ドライバーの
手により把持される操作部材の操作に応じて駆動される
操舵用アクチュエータの動きを、その操作部材をステア
リングギヤに機械的に連結することなく、そのステアリ
ングギヤにより転舵角が変化するように車輪に伝達可能
な車両の操舵装置に適用される。本発明の車両の操舵装
置においては、その操作部材と同時に把持可能な把持部
材と、その操作部材とステアリングギヤを機械的に連結
および連結解除可能な連結機構と、その操作部材とステ
アリングギヤが把持部材の把持力の作用により連結され
ると共に把持力の解除により連結解除されるように、そ
の把持力を連結機構に機械的に伝達する機構とが設けら
れ、その連結機構を介してステアリングギヤに伝達され
る操作部材の動きが、そのステアリングギヤにより転舵
角が変化するように車輪に伝達されることを特徴とす
る。本発明の構成によれば、ドライバーの手により操作
部材を把持した状態で同時に把持部材を把持できる。そ
の把持力が連結機構に機械的に伝達されることで、操作
部材はステアリングギヤに機械的に連結される。この連
結により操作部材の動きが連結機構を介してステアリン
グギヤに伝達されることで転舵角が変化する。その操作
部材とステアリングギヤの機械的な連結は、把持部材の
把持力を連結機構に機械的に伝達することでなされるた
め信頼性が高く、また、ドライバーの意思に基づき連結
できるため誤操舵を防止できる。さらに、ドライバーは
操作部材から手を離すことなく把持部材を把持できるの
で緊急時に咄嗟に対応でき、人間工学的に優れたもので
ある。また、その把持力を作用させない限り操作部材と
ステアリングギヤは機械的に連結されないので、正常時
における操舵用アクチュエータの制御に悪影響を及ぼす
ことはない。また、構造が簡単で、低コストで製造でき
る。

【０００８】その連結機構は、その操作部材の回転に連
動して回転する原動部と、この原動部に対向する回転可
能な従動部を有し、その原動部と従動部は前記把持力に
基づく摩擦力により回転伝達可能に連結されると共に、
その把持力に応じて滑り可能とされているのが好まし
い。これにより、その把持力が小さい間は原動部と従動
部が滑るため、連結に際して操作部材に衝撃が作用する
のを防止でき、また、転舵角が変動するのを防止でき
る。さらに、操作部材の操作角と車輪の転舵角の関係
を、その把持力に応じて原動部と従動部を滑らせること
で調節できるので、直進時における車輪の転舵角、すな
わち転舵角の中点を、直進時における操作部材の操作
角、すなわち操作角の中点に容易に一致させることで
き、操作性の低下を防止できる。

【０００９】その操作部材に操作反力を付与可能な反力
アクチュエータと、前記操舵用アクチュエータを制御す
るための操舵用制御系が故障状態か否かを判断する手段
とが設けられ、その制御系が故障状態である時、その反
力アクチュエータによる操作反力の付与が解除されると
共に、その操舵用アクチュエータの動きのステアリング
ギヤへの伝達が解除されるのが好ましい。これにより、
制御系の故障時は反力アクチュエータによる操作反力が
付与されないので、ドライバーに故障発生を認識させる
ことができる。また、操作部材とステアリングギヤの機
械的な連結により路面と車輪との間の摩擦に基づき作用
する操舵反力が、その反力アクチュエータの操作反力と
重畳してドライバーに作用するのを防止でき、適正な操
舵反力を付与できる。さらに、その故障時に操舵用アク
チュエータの動きのステアリングギヤへの伝達が解除さ
れるので、ドライバーの操作による操作部材の動きが操
舵用アクチュエータの動きと干渉するのを防止できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に示す車両の操舵装置は、ド
ライバーの手により把持されるステアリング用ハンドル
（操作部材）１の回転操作に応じて駆動される操舵用ア
クチュエータ２の動きを、ステアリングギヤ３により転
舵角が変化するように前部左右車輪４に伝達すること
で、そのハンドル１をステアリングギヤ３に機械的に連
結することなく車両を操舵できる。

【００１１】そのアクチュエータ２は、例えば公知のブ
ラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。その
ステアリングギヤ３は、そのアクチュエータ２の出力シ
ャフトの回転運動をステアリングロッド７の直線運動に
変換する運動変換機構を有する。そのステアリングロッ
ド７の動きは、タイロッド８とナックルアーム９を介し
て車輪４に伝達される。

【００１２】このステアリングギヤ３は公知のものを用
いることができ、アクチュエータ２の動きを車輪４の転
舵角に変換できれば構成は限定されない。図示の例で
は、アクチュエータ２として用いられる電磁クラッチ付
き電動モータにより回転駆動されるピニオン３ａと、こ
のピニオン３ａに噛み合うラック３ｂを有し、そのラッ
ク３ｂがステアリングロッド７に一体化される。これに
より、そのアクチュエータ２の回転運動がステアリング
ロッド７の直線運動に変換され、車輪４に伝達される。
そのアクチュエータ２の動きの車輪４への伝達は、アク
チュエータ２を駆動していない状態では上記電磁クラッ
チにより切断される。これにより、そのアクチュエータ
２の動きの車輪４への伝達は解除可能とされている。な
お、操舵用アクチュエータ２が駆動されていない状態で
は、車輪４がセルフアライニングトルクにより直進操舵
位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定
されている。

【００１３】そのハンドル１は、ハブ１ａと、このハブ
１ａから左右に延びるアーム１ｂ、１ｃと、そのハブ１
ａと一体のシャフト１０を有し、そのシャフト１０を介
して車体側により回転可能に支持される。そのハンドル
１に操作反力を付与するため、そのシャフト１０にトル
クを付加する反力アクチュエータ１９が設けられてい
る。その反力アクチュエータ１９は、そのシャフト１０
と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電
動モータにより構成できる。

【００１４】そのハンドル１を直進操舵位置に復帰させ
る方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けられてい
る。この弾性部材３０は、例えば、シャフト１０に弾力
を付与する渦巻きバネにより構成できる。上記シャフト
１０にトルクが付加されていない時、その弾力によりハ
ンドル１は直進操舵位置に復帰できる。

【００１５】ハンドル１の操作入力値として、上記シャ
フト１０の回転角に対応する操作角δｈを検出する角度
センサ１１が設けられている。そのハンドル１の操作ト
ルクＴとして、そのシャフト１０により伝達されるトル
クを検出するトルクセンサ１２が設けられている。

【００１６】その車輪４の転舵角δを検出する転舵角セ
ンサ１３が設けられ、本実施形態では、その操舵用アク
チュエータ２の回転量検出センサにより構成されてい
る。

【００１７】その操舵用アクチュエータ２と角度センサ
１１とトルクセンサ１２と転舵角センサ１３は、コンピ
ュータにより構成される制御装置２０に接続される。そ
のアクチュエータ２、角度センサ１１、転舵角センサ１
３、制御装置２０により、そのアクチュエータ２を制御
するための操舵用制御系が構成されている。

【００１８】そのハンドル１の一方のアーム１ｂに揺動
レバー（把持部材）５１が、ハンドル１と同時に把持可
能、且つ、その把持により支軸５２中心に揺動可能に取
り付けられている。

【００１９】そのハンドル１とステアリングギヤ３を機
械的に連結および連結解除可能な連結機構６０が設けら
れている。すなわち、その連結機構６０は、上記シャフ
ト１０に一体化される第１ギヤ６１と、この第１ギヤ６
１に噛み合う第２ギヤ６２と、この第２ギヤ６２に一体
化されると共に上記シャフト１０と平行な軸中心に回転
可能に車体により支持される原動部６３と、この原動部
６３に対向すると共に原動部６３と同軸中心に回転可能
に車体により支持される従動部６４と、この従動部６４
にスプラインＳ等を介して同行回転可能かつ軸方向移動
可能に連結される連結部６５と、この連結部６５と上記
ピニオン３ａを連結する自在継手６６を有する。その原
動部６３の一端と従動部６４の一端は大径とされ、各一
端面６３ａ、６４ａは互いに対向する。これにより、そ
の原動部６３はハンドル１の回転に連動して回転し、原
動部６３と従動部６４の両対向面６３ａ、６４ａが互い
に押し付けられることで摩擦力により連動し、この連動
は原動部６３と従動部６４が互いから離間することで解
除される。なお、その原動部６３と従動部６４は直接に
押し付けられてもよいし、耐摩耗性ライニングやパウダ
ー等を介して押し付けられてもよい。これにより、その
ハンドル１は、シャフト１０、第１、第２ギヤ６１、６
２、原動部６３、従動部６４、連結部６５、および自在
継手６６を介して、ステアリングギヤ３のピニオン３ａ
に機械的に連結および連結解除可能とされている。

【００２０】そのハンドル１とステアリングギヤ３がレ
バー５１の把持力の作用により連結されると共に把持力
の解除により連結解除されるように、上記レバー５１の
把持力を連結機構６０に機械的に伝達する把持力伝達機
構７０が設けられている。その伝達機構７０は、一対の
ピンチアーム７１ａ、７１ｂとボーデンワイヤ７２を有
する。各ピンチアーム７１ａ、７１ｂの一端は車体によ
り支軸７３中心に揺動可能に支持され、その揺動により
各ピンチアーム７１ａ、７１ｂの他端の間隔は拡大、縮
小可能とされている。一方のピンチアーム７１ａの他端
はスラストベアリング７４ａを介して原動部６３に連結
され、他方のピンチアーム７１ｂの他端はスラストベア
リング７４ｂを介して従動部６４に連結されている。両
ピンチアーム７１ａ、７１ｂの間隔を拡げる弾力を付与
するバネ７５ａ、７５ｂが設けられている。そのボーデ
ンワイヤ７２の内索７２ａの一端はレバー５１に連結さ
れ、他端は他方のピンチアーム７１ｂに連結される。そ
のボーデンワイヤ７２の外索７２ｂの一端はアーム１ｂ
側に連結され、他端は一方のピンチアーム７１ａに連結
される。

【００２１】そのレバー５１を把持力により揺動させる
ことで、そのボーデンワイヤ７２の内索７２ａを外索７
２ｂ内で移動させ、両ピンチアーム７１ａ、７１ｂの間
隔をバネ７５ａ、７５ｂの弾力に抗して狭め、両ピンチ
アーム７１ａ、７１ｂによりベアリング７４ａ、７４ｂ
を介して原動部６３と従動部６４を挟み込み、原動部６
３の一端面６３ａと従動部６４の一端面６４ａを互いに
押し付けることができる。これにより、その把持力に基
づく摩擦力により原動部６３と従動部６４は回転伝達可
能に連結されると共に、その把持力に応じて滑り可能と
されている。また、その把持力を解除することで、両ピ
ンチアーム７１ａ、７１ｂの間隔がバネ７５ａ、７５ｂ
の弾力により拡大し、原動部６３の一端面６３ａと従動
部６４の一端面６４ａが離間するので、原動部６３と従
動部６４を介するハンドル１とステアリングギヤ３の連
結は解除される。

【００２２】その連結機構６０を介してステアリングギ
ヤ３に伝達されるハンドル１の回転は、その回転により
ピニオン３ａが回転することで、ステアリングギヤ３に
より転舵角が変化するように車輪４に伝達される。

【００２３】図２のフローチャートを参照して上記ステ
アリング系制御装置２０による制御手順を説明する。ま
ず、各センサによる検出データが読み込まれる（ステッ
プ１）。

【００２４】次に、操作反力として目標操作トルクＴ^*
を付与できるように反力アクチュエータ１９を制御する
（ステップ２）。本実施形態では、その目標操作トルク
Ｔ^*は操作角δｈの関数Ｋ１とされ、その関数は予め定
められて制御装置２０に記憶される。この関数に基づき
検出操作角δｈに応じて定まる目標操作トルクＴ^* か
ら、検出操作トルクＴを差し引いた偏差が零になるよう
に、反力アクチュエータ１９が制御される。

【００２５】次に、上記操舵用制御系が故障状態か否か
が判断される（ステップ３）。例えば、今回の制御サイ
クルにおける検出転舵角δと、前回の制御サイクルにお
ける後述のステップ４で演算された目標転舵角δ^* との
偏差が、予め設定した値を超える時は故障状態であると
判断できる。また、制御系を構成する転舵角センサ等を
２重系とし、両センサの検出値が不一致の場合は故障状
態であると判断してもよい。

【００２６】ステップ３において故障状態でない場合、
転舵角を目標値δ^* にすることができるように操舵用ア
クチュエータ２を制御する（ステップ４）。本実施形態
では、その目標転舵角δ^* は操作入力値である操作角δ
ｈの関数Ｋ２とされ、その関数は予め定められて制御装
置２０に記憶される。この関数に基づき検出操作角δｈ
に応じて定まる目標転舵角δ^* から、検出転舵角δを差
し引いた偏差が零になるように、操舵用アクチュエータ
２が制御される。なお、検出操作角δｈに代えて検出操
作トルクＴを操作入力値とし、目標転舵角δ^* を操作ト
ルクＴの関数とし、検出操作トルクＴから目標転舵角δ
^* を定めるようにしてもよい。

【００２７】次に、制御を終了するか否かを、例えば車
両のエンジン始動用キースイッチのオン・オフに基づき
判断し（ステップ５）、終了しない場合はステップ１に
戻る。

【００２８】ステップ３において故障状態である場合、
ブザーやランプ等により警告を発する（ステップ６）。
また、反力アクチュエータ１９の制御を解除して反力ア
クチュエータ１９による操作反力の付与を解除する（ス
テップ７）。さらに、前記電磁クラッチを介するアクチ
ュエータ２とピニオン３ａの接続を解除し、操舵用アク
チュエータ２の動きのステアリングギヤ３への伝達を解
除する（ステップ８）。しかる後に制御を終了するか否
かを判断する。

【００２９】ドライバーは、ステップ６における警告に
より、あるいは、ステップ７における操作反力の付与解
除により、故障状態であることを認識すると、ハンドル
１を把持した状態で、同時にレバー５１を把持する。こ
れにより、その把持力を機械的に連結機構６０に伝達
し、その把持力の作用によりハンドル１をステアリング
ギヤ３に機械的に連結できる。この連結により、連結機
構６０を介してステアリングギヤ３に伝達されるハンド
ル１の回転を、転舵角が変化するように車輪４に伝達で
きる。この際、反力アクチュエータ１９による操作反力
の付与が解除されているので、ハンドル１とステアリン
グギヤ３の機械的な連結により路面と車輪４との間の摩
擦に基づき作用する操舵反力が、反力アクチュエータ１
９の操作反力と重畳してドライバーに作用するのを防止
し、適正な操舵反力を付与できる。また、操舵用アクチ
ュエータ２の動きのステアリングギヤ３への伝達は解除
されているので、ドライバーの操作によるハンドル１の
動きが操舵用アクチュエータ２の動きと干渉するのを防
止できる。

【００３０】上記構成によれば、ハンドル１とステアリ
ングギヤ３の連結を、ドライバーの意思に基づき、迅速
かつ確実に、正常時における操舵用アクチュエータ２の
制御に悪影響を及ぼすことなく、簡単かつ低コストな構
造で行うことができる。また、その把持力が小さい間は
原動部６３と従動部６４が滑るため、その連結に際して
ハンドル１に衝撃が作用するのを防止でき、また、転舵
角が変動するのを防止できる。さらに、そのハンドル１
の操作角と車輪４の転舵角の関係を、その把持力に応じ
て原動部６３と従動部６４を滑らせることで調節できる
ので、直進時における車輪４の転舵角、すなわち転舵角
の中点を、直進時におけるハンドル１の操作角、すなわ
ち操作角の中点に容易に一致させることでき、操作性の
低下を防止できる。

【００３１】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、操作部材としてリング状のものを用いたり、把持
部材として把持されることで直線的に変位するものを用
いてもよい。また、その把持部材の把持力の連結機構へ
の伝達機構としてリンク機構を用いてもよい。また、操
作部材とステアリングギヤを把持部材の把持力により動
作する爪クラッチを介して機械的に連結するようにして
もよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、操作部材をステアリン
グギヤに機械的に連結することなく転舵角を変化させる
車両の操舵装置において、フェールセーフのために操作
部材をステアリングギヤに機械的に連結する際に、信頼
性を高め、誤操舵を防止でき、緊急時に咄嗟に対応で
き、人間工学的に優れ、正常時の操舵に悪影響を与え
ず、構造が簡単で、低コストで、衝撃の作用や転舵角の
変動を防止でき、操作性の低下を防止でき、ドライバー
に迅速に故障発生を認識させ、適正な操舵反力を付与で
き、さらに、操作部材の操作に応じて適正に転舵角を変
化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の車両の操舵装置の構成説明
図

【図２】本発明の実施形態の車両の操舵装置の制御手順
を示すフローチャート

【符号の説明】

１ ハンドル ２ 操舵用アクチュエータ ３ ステアリングギヤ ４ 車輪 １９ 反力アクチュエータ ２０ 制御装置 ５１ レバー ６０ 連結機構 ６３ 原動部 ６４ 従動部 ７０ 把持力伝達機構

フロントページの続き (72)発明者 高松 孝修 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D030 DB97 DC27 DC29 DC39 3D033 CA03 CA05 CA16 CA17 CA18 CA21 CA23 CA31 CA32 CA33 DC03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドライバーの手により把持される操作部
   材の操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータの動
   きを、その操作部材をステアリングギヤに機械的に連結
   することなく、そのステアリングギヤにより転舵角が変
   化するように車輪に伝達可能な車両の操舵装置におい
   て、 その操作部材と同時に把持可能な把持部材と、 その操作部材とステアリングギヤを機械的に連結および
   連結解除可能な連結機構と、 その操作部材とステアリングギヤが把持部材の把持力の
   作用により連結されると共に把持力の解除により連結解
   除されるように、その把持力を連結機構に機械的に伝達
   する機構とが設けられ、 その連結機構を介してステアリングギヤに伝達される操
   作部材の動きが、そのステアリングギヤにより転舵角が
   変化するように車輪に伝達されることを特徴とする車両
   の操舵装置。
2. 【請求項２】 その連結機構は、その操作部材の回転に
   連動して回転する原動部と、この原動部に対向する回転
   可能な従動部を有し、 その原動部と従動部は前記把持力に基づく摩擦力により
   回転伝達可能に連結されると共に、その把持力に応じて
   滑り可能とされている請求項１に記載の車両の操舵装
   置。
3. 【請求項３】 その操作部材に操作反力を付与可能な反
   力アクチュエータと、 前記操舵用アクチュエータを制御するための操舵用制御
   系が故障状態か否かを判断する手段とが設けられ、 その制御系が故障状態である時、その反力アクチュエー
   タによる操作反力の付与が解除されると共に、その操舵
   用アクチュエータの動きのステアリングギヤへの伝達が
   解除される請求項１または２に記載の車両の操舵装置。