JP2006327504A - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 クラッチ機構9は、永久磁石9mと電磁コイル9iとを有し、電磁コイル9iに永久磁石9mの磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、電磁コイル9iの非通電状態にて締結する電磁クラッチであり、操舵装置の異常が発生したとき、電磁コイル9iに永久磁石9mの磁力方向と同方向の磁力を発生させるクラッチ締結制御手段と、を備える。
【選択図】 図2
Description
操作入力手段と反力付与手段を有する操舵部と、
操向輪と転舵力付与手段を有する転舵部と、
締結により前記操舵部と転舵部とを機械的に連結するクラッチ機構と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記クラッチ機構は、永久磁石と電磁コイルとを有し、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、前記電磁コイルの非通電状態にて締結する電磁クラッチであり、
前記操舵装置に異常が発生したとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させるクラッチ締結制御手段を備えることを特徴とする。
図1は実施例1の車両用操舵装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステム(以下、「SBWシステム」という。)を示す全体構成図である。実施例1の車両用操舵装置は、(1)反力装置、(2)バックアップ装置、(3)転舵装置、(4)制御コントローラにより構成されている。以下、それぞれの構成を詳しく説明する。
反力装置は、舵角センサー1,1と、エンコーダ2と、トルクセンサー3,3(操舵トルク検出手段)と、ホールIC4と、反力モータ5と、制御コントローラ19と、を有して構成される。
反力装置(1)と転舵装置(3)とを機械的に分離・連結を可能とするバックアップ装置は、ケーブルコラム7とクラッチ機構9により構成されている。
本クラッチ機構9は、ケーブルコラム7と連結する外輪9aと、ピニオンシャフト17と連結する第2ロータ9bとを備え、外輪9aの内周である円筒面9cと、第2ロータ9bの外周に複数形成されたカム面9dとの間には、複数のくさび空間が形成されている。このくさび空間には、中立ばね9eにより回転方向に弾性保持された保持器9fが配置され、この保持器9fのポケットに外輪9aと第2ロータ9bの係合子であるローラ9gが組み込まれている。
転舵装置は、エンコーダ10,10と、舵角センサー11,11と、トルクセンサー12,12と、ホールIC13と、転舵モータ14,14と、制御コントローラ19と、ステアリング機構15と、を有して構成される。
制御コントローラは、電源18により処理演算等を行う2つの制御コントローラ19,19により二重系が構成され、双方向通信線20を介して情報交換可能に接続されている。
[クラッチ機構の駆動方法]
図4は、クラッチ機構9の駆動回路構成を示す回路図であり、実施例1では、4つの電界効果型トランジスタTr1〜Tr4を用いたHブリッジ回路を用い、電磁コイル9iのコイルに正逆の電流値を与えることで、コイルの磁力を反転する。
1. クラッチ解放時には、電磁コイル9iが永久磁石9mの磁力を相殺または弱める磁力を出力するため、アーマチュア9kに組み付く離反ばね9jの反発力が永久磁石9mの出力磁力に打ち勝ち、第1ロータ9hとアーマチュア9kとを引き離す。第1ロータ9hとアーマチュア9kとの間の摩擦力が無い場合、保持器9fに支持されたローラ9gは、中立ばね9eによって円筒面9cとカム面9dとの間のくさび空間の中央に位置するため、クラッチは解放状態を維持する。
図5は、実施例1の制御コントローラ19で実行される操舵制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
SBWシステムは、操舵反力を生成する反力モータと操向輪を転舵させる転舵モータを搭載し、その間の操舵系には、フェールセーフのため、ハンドルと操向輪とを機械的に連結するクラッチ機構が設けられている。
これに対し、実施例1の車両用操舵装置では、反力モータ5が故障したとき、電磁コイル9iの電流指令値Icを、永久磁石9mのクラッチ締結方向への磁力と同方向の磁力を発生させる方向に与えることで、上記従来技術と比較して、クラッチが締結されるまでの時間を短縮することが可能となる。
実施例1の車両用操舵装置では、以下に列記する効果が得られる。
[操舵制御処理]
実施例2の制御コントローラ19で実行される操舵制御処理の流れは、図5に示した実施例1とほぼ同じであるが、図5のステップS7において、操舵トルクTと、操舵角速度dθ/dtと、車速Vと、ヨーレートYとに基づいて電流指令値Icを算出する点で実施例1と異なる。
電磁コイル9iの電流制御方法としては、PWM周波数を変化させる方法を用いる。この方法では、Hブリッジ回路の上流側または下流側一方のトランジスタのベースやゲートをPWM周波数にてスイッチングさせることで、電流制御を行う。電流指令値は、反力抜けが許容できるクラッチ締結時間となるよう、あらかじめ実験等を行い設定する。
図8は、実施例2の電流指令値演算ブロックであり、実施例2では、クラッチ締結時の電流指令値を、トルクセンサー3,3により検出された操舵トルクと、舵角センサー1,1により検出された操舵角と、車速センサー21により検出された車速と、横G/ヨーレートセンサー22により検出された横G/ヨーレートに応じて演算する。
Ic=Iφ×Gdθ/dt×GV×GY …(1)
実施例2の車両用操舵装置では、実施例1の効果(1),(2)に加え、以下に列記する効果が得られる。
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例1,2に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例1,2の構成に限られるものではなく、例えば、実施例1では、反力モータの異常時の例を示したが、転舵モータの異常時でも適用することができ、クラッチ締結遅れに起因する転舵力抜けを低減することができる。すなわち、クラッチ締結遅れに起因して、反力、転舵力抜けが発生する操舵装置の異常時であれば、本発明を適用することができる。
また、実施例2では、電磁コイルの電流制御方法として、PWM周波数を変化させる方法を用いたが、Hブリッジ回路の電圧を変化させる方法を用いても良い。この方法は、電源にトランス等を設け、電流指令値に応じてバッテリ電圧を加減させ、クラッチ締結時に電磁コイルが引っ張り込む電流を制限するものである。なお、この方法を用いる場合には、図8の電流変換ブロック37に代えて、電圧変換ブロックを用いる。
2 エンコーダ
3,3 トルクセンサー
5 反力モータ
6 ハンドル
7 ケーブルコラム
8 コラムシャフト
9 クラッチ機構
9a 外輪
9b 第2ロータ
9c 円筒面
9d カム面
9e 中立ばね
9f 保持器
9g ローラ
9h 第1ロータ
9i 電磁コイル
9j 離反ばね
9k アーマチュア
9m 永久磁石
10,10 エンコーダ
11,11 舵角センサー
12,12 トルクセンサー
14,14 転舵モータ
15 ステアリング機構
15a ラックチューブ
15b ラックシャフト
15c,15c タイロッド
15d,15d ナックルアーム
16,16 操向輪
17 ピニオンシャフト
18 電源
19 制御コントローラ
20 双方向通信線
21 車速センサー
22 ヨーレートセンサー
31 ベース電流指令値演算ブロック
32 操舵角速度ゲイン演算ブロック
33 車速ゲイン演算ブロック
34 ヨーレートゲイン演算ブロック
35 乗算器
36 リミッタ
37 電流変換ブロック
Claims (8)
- 操作入力手段と反力付与手段を有する操舵部と、
操向輪と転舵力付与手段を有する転舵部と、
締結により前記操舵部と転舵部とを機械的に連結するクラッチ機構と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記クラッチ機構は、永久磁石と電磁コイルとを有し、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、前記電磁コイルの非通電状態にて締結する電磁クラッチであり、
前記操舵装置に異常が発生したとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させるクラッチ締結制御手段を備えることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1に記載の車両用操舵装置において、
前記反力付与手段の反力異常を検出する反力異常検出手段を設け、
前記クラッチ締結制御手段は、前記反力異常が検出されたとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1または請求項2に記載の車両用操舵装置において、
前記クラッチ締結制御手段は、操舵入力が大きいほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記クラッチ締結制御手段は、操舵入力が遅い領域では、操舵入力が遅いほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記クラッチ締結制御手段は、操舵入力の速い領域では、操舵入力が速いほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記クラッチ締結制御手段は、車速が高いほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の車両用操舵装置において、
前記クラッチ締結制御手段は、車両の旋回状態量が大きいほど、前記電磁コイルに与える電流値をより大きな値とすることを特徴とする車両用操舵装置。 - 操作入力手段と反力付与手段を有する操舵部と、
操向輪と転舵力付与手段を有する転舵部と、
締結により前記操舵部と転舵部とを機械的に連結するクラッチ機構と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記クラッチ機構として、永久磁石と電磁コイルとを有し、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力を打ち消す方向の磁力を発生させる通電状態にて解放し、前記電磁コイルの非通電状態にて締結する電磁クラッチを用い、
前記操舵装置の異常が発生したとき、前記電磁コイルに前記永久磁石の磁力方向と同方向の磁力を発生させることを特徴とする車両用操舵装置。
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