JP2015003689A

JP2015003689A - Steering gear for vehicle

Info

Publication number: JP2015003689A
Application number: JP2013131533A
Authority: JP
Inventors: 義秀関谷; Yoshihide Sekiya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2015-01-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for smoothly placing a backup mechanism in operation in a case of a failure of a booster circuit in an SBW system.SOLUTION: In a vehicle steering gear 1 which employs an SBW system, a clutch 30 is supplied with electric power so as to separate a steering part 20 from a turning part 50. A booster circuit 70 boosts the output voltage of a power source 80, and a turning motor drive circuit 68 supplies the electric power from the booster circuit 70 to a turning actuator 44. The electric power from the booster circuit 70 is supplied to the clutch 30 as well, so that the clutch 30 separates the steering part 20 from turning part 50.

Description

本発明は、車両の操舵装置に関し、特にステアバイワイヤ方式による車両の操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus, and more particularly to a steer-by-wire vehicle steering apparatus.

近年、操舵ハンドルを含む操舵部と、転舵機構を含む転舵部とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システムの開発が進められている。このＳＢＷシステムはフェールセーフのために、操舵部と転舵部とを機械的に連結するクラッチを含むバックアップ機構を備えている。ＳＢＷシステムでは、システム正常時、操舵ハンドルの操作に応じた電気信号により転舵機構を制御するＳＢＷ制御が実行される。一方で、システム異常が発生すると、すみやかにクラッチを接続してＳＢＷ制御が中止され、運転者の操舵負担を軽減するアシスト制御に切り替えられる。特許文献１は、ＳＢＷシステムにおいてクラッチが誤接続されていることを判定すると、ＳＢＷ制御からアシスト制御に切り替える技術を開示している。また特許文献２は、転舵用モータに大電流を流すことができるように、転舵用モータ駆動回路の入力部に昇圧回路を設けた構成を開示している。 In recent years, a steer-by-wire (SBW) system in which a steering unit including a steering handle and a steering unit including a steering mechanism are mechanically separated has been developed. This SBW system includes a backup mechanism including a clutch that mechanically connects the steering unit and the steered unit for fail-safe. In the SBW system, when the system is normal, SBW control for controlling the steered mechanism with an electric signal corresponding to the operation of the steering wheel is executed. On the other hand, when a system abnormality occurs, the clutch is immediately connected and SBW control is stopped, and the control is switched to assist control that reduces the driver's steering burden. Patent Document 1 discloses a technique for switching from SBW control to assist control when it is determined that the clutch is erroneously connected in the SBW system. Patent Document 2 discloses a configuration in which a booster circuit is provided in the input portion of the steering motor drive circuit so that a large current can flow through the steering motor.

特開２００７−１３７２９４号公報JP 2007-137294 A 特開２０１０−１０５４５７号公報JP 2010-105457 A

特許文献２に記載されるように、昇圧回路からの電力を転舵用モータに供給する場合、昇圧回路に失陥が生じると、転舵用モータへの電力の供給が停止することがある。そのため、このような事態が生じた場合に、すみやかにクラッチを接続する技術の開発が望まれている。 As described in Patent Document 2, when power from the booster circuit is supplied to the steering motor, the supply of power to the steering motor may stop if the booster circuit fails. Therefore, it is desired to develop a technique for promptly connecting the clutch when such a situation occurs.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＢＷシステムにおいて昇圧回路の失陥が生じた際に、すみやかにバックアップ機構を作動させる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for quickly operating a backup mechanism when a booster circuit fails in an SBW system.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両の操舵装置は、第１アクチュエータを含む操舵部と、第２アクチュエータを含む転舵部と、電力を供給されて操舵部と転舵部とを分離するクラッチと、電源電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路からの電力を第２アクチュエータに供給する駆動回路とを備える。クラッチは、昇圧回路からの電力を供給されて、操舵部と転舵部とを分離する。 In order to solve the above-described problem, a vehicle steering apparatus according to an aspect of the present invention includes a steering unit including a first actuator, a steering unit including a second actuator, a steering unit and a steering unit supplied with electric power. And a clutch that boosts the power supply voltage, and a drive circuit that supplies power from the booster circuit to the second actuator. The clutch is supplied with electric power from the booster circuit and separates the steering unit and the steered unit.

この態様によると、昇圧回路に失陥が発生した場合に、第２アクチュエータへの電力供給が停止されるだけでなく、クラッチへの電力供給も停止されることで、クラッチが操舵部と転舵部とをすみやかに連結することが可能となる。 According to this aspect, when a failure occurs in the booster circuit, not only the power supply to the second actuator is stopped, but also the power supply to the clutch is stopped, so that the clutch and the steering unit are steered. It becomes possible to connect the parts promptly.

本発明によれば、ＳＢＷシステムにおいて昇圧回路の失陥が生じた際に、すみやかにバックアップ機構を作動させる技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the failure of a booster circuit arises in SBW system, the technique which operates a backup mechanism immediately can be provided.

車両操舵装置の概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a vehicle steering device.

図１は、車両操舵装置１の概略構成を示す。車両操舵装置１は、運転者により操舵される操舵部２０と、転舵輪である左右前輪ＦＷ１、ＦＷ２を運転者の操舵に応じて転舵する転舵部５０とを備える。車両操舵装置１はステアバイワイヤ（ＳＢＷ）システムを採用しており、システム正常時は、操舵部２０と転舵部５０とが、クラッチ３０により機械的に分離されている。なお図１に示す例では、クラッチ３０が接続して、操舵部２０と転舵部５０とが機械的に連結している様子が示されている。図１において、太実線８２〜８７は電源線を表現し、点線９０〜９５は通信線を表現している。 FIG. 1 shows a schematic configuration of the vehicle steering apparatus 1. The vehicle steering apparatus 1 includes a steering unit 20 that is steered by a driver, and a steering unit 50 that steers the left and right front wheels FW1 and FW2 that are steered wheels according to the steering of the driver. The vehicle steering apparatus 1 employs a steer-by-wire (SBW) system. When the system is normal, the steering unit 20 and the steered unit 50 are mechanically separated by the clutch 30. In the example illustrated in FIG. 1, the clutch 30 is connected and the steering unit 20 and the steered unit 50 are mechanically coupled. In FIG. 1, thick solid lines 82 to 87 represent power supply lines, and dotted lines 90 to 95 represent communication lines.

操舵部２０は、操舵ハンドル１０、操舵軸１２、操舵角センサ１４、操舵トルクセンサ１６および操舵反力アクチュエータ１８を備える。操舵ハンドル１０は、運転者により回動操作される操舵部材であり、操舵軸１２の上部に固定される。操舵反力アクチュエータ１８は、操舵反力を形成する操舵反力用モータを有して、操舵軸１２の下部に組み付けられている。操舵反力用モータは操舵軸１２を軸線周りに回転駆動する。操舵角センサ１４は、運転者により回動操作される操舵ハンドル１０の操舵角を検出し、操舵トルクセンサ１６は、操舵ハンドル１０に加えられる操舵トルクを検出する。 The steering unit 20 includes a steering handle 10, a steering shaft 12, a steering angle sensor 14, a steering torque sensor 16, and a steering reaction force actuator 18. The steering handle 10 is a steering member that is turned by a driver, and is fixed to the upper portion of the steering shaft 12. The steering reaction force actuator 18 has a steering reaction force motor that forms a steering reaction force, and is assembled to the lower portion of the steering shaft 12. The steering reaction force motor rotates the steering shaft 12 around the axis. The steering angle sensor 14 detects the steering angle of the steering handle 10 that is turned by the driver, and the steering torque sensor 16 detects the steering torque applied to the steering handle 10.

転舵部５０は、ラックバー４２および転舵アクチュエータ４４を備える。ラックバー４２は、車両の左右方向に延び、その両端部には、タイロッドおよびナックルアーム（図示せず）を介して、左右前輪ＦＷ１、ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１、ＦＷ２は、ラックバー４２の軸線方向の変位により左右に転舵される。転舵アクチュエータ４４は、ラックバー４２の外周に設けられる転舵用モータを有し、転舵用モータの回転は、ラックバー４２の軸線方向の変位に変換される。回転角センサ４０は、転舵用モータの回転角を検出する。 The steered portion 50 includes a rack bar 42 and a steered actuator 44. The rack bar 42 extends in the left-right direction of the vehicle, and left and right front wheels FW1, FW2 are connected to both ends thereof via a tie rod and a knuckle arm (not shown) so as to be steerable. The left and right front wheels FW1 and FW2 are steered left and right by the displacement of the rack bar 42 in the axial direction. The steering actuator 44 has a steering motor provided on the outer periphery of the rack bar 42, and the rotation of the steering motor is converted into an axial displacement of the rack bar 42. The rotation angle sensor 40 detects the rotation angle of the steering motor.

転舵部５０は、さらに転舵軸３４、ピニオンギア３６およびラック歯３８を備える。転舵軸３４は軸線周りに回転可能であり、転舵軸３４の下端にはピニオンギア３６が固定されている。ピニオンギア３６はラックバー４２に設けられたラック歯３８に噛み合っており、これにより転舵軸３４は、ラックバー４２の軸線方向の変位に連動して軸線周りに回転する。 The steered portion 50 further includes a steered shaft 34, a pinion gear 36, and rack teeth 38. The steered shaft 34 can rotate around the axis, and a pinion gear 36 is fixed to the lower end of the steered shaft 34. The pinion gear 36 meshes with rack teeth 38 provided on the rack bar 42, whereby the steered shaft 34 rotates around the axis line in conjunction with the axial displacement of the rack bar 42.

車両操舵装置１は、フェールセーフのために、操舵部２０と転舵部５０との間に、クラッチ３０およびバックアップケーブル３２を含むバックアップ機構２２を備える。バックアップ機構２２は、操舵部２０と転舵部５０とを機械的に連結または分離する機能をもつ。バックアップケーブル３２は可撓性を有し、その上端がクラッチ３０に接続され、その下端が転舵軸３４に接続される。これにより転舵軸３４はバックアップケーブル３２と一体回転する。クラッチ３０は、２ウェイクラッチや多板クラッチ等の電磁クラッチであり、車両操舵装置１のシステム正常時には電力を供給されて非接続状態（分離状態）とされ、一方でシステム異常時には電力供給が停止されてスプリング力等により接続状態とされる。このため、電力供給停止時には、接続したクラッチ３０を介して操舵部２０における操舵軸１２と転舵部５０における転舵軸３４とが一体回転するようになる。 The vehicle steering apparatus 1 includes a backup mechanism 22 including a clutch 30 and a backup cable 32 between the steering unit 20 and the steered unit 50 for fail-safe. The backup mechanism 22 has a function of mechanically connecting or separating the steering unit 20 and the steered unit 50. The backup cable 32 has flexibility, an upper end thereof is connected to the clutch 30, and a lower end thereof is connected to the steered shaft 34. As a result, the steered shaft 34 rotates integrally with the backup cable 32. The clutch 30 is an electromagnetic clutch such as a two-way clutch or a multi-plate clutch. When the system of the vehicle steering apparatus 1 is normal, power is supplied and disconnected (separated state), while when the system is abnormal, power supply is stopped. Then, it is connected by a spring force or the like. For this reason, when the power supply is stopped, the steering shaft 12 in the steering unit 20 and the steered shaft 34 in the steered unit 50 are integrally rotated via the connected clutch 30.

制御ユニット６０は、操舵反力アクチュエータ１８を駆動制御する操舵反力ＥＣＵ６２と、転舵アクチュエータ４４を駆動制御する転舵ＥＣＵ６４を有して構成される制御手段である。操舵反力ＥＣＵ６２および転舵ＥＣＵ６４は、それぞれ電源８０からの電力供給を受けて動作する。操舵反力ＥＣＵ６２は、操舵角センサ１４から操舵角検出値を受け取り、また操舵トルクセンサ１６から操舵トルク検出値を受け取る。転舵ＥＣＵ６４は、回転角センサ４０から転舵アクチュエータ４４における転舵用モータの回転角検出値を受け取る。 The control unit 60 is a control unit that includes a steering reaction force ECU 62 that controls the steering reaction force actuator 18 and a steering ECU 64 that controls the driving of the steering actuator 44. The steering reaction force ECU 62 and the steering ECU 64 operate by receiving power supply from the power source 80, respectively. The steering reaction force ECU 62 receives the detected steering angle value from the steering angle sensor 14 and receives the detected steering torque value from the steering torque sensor 16. The turning ECU 64 receives the rotation angle detection value of the turning motor in the turning actuator 44 from the rotation angle sensor 40.

システム正常時、転舵ＥＣＵ６４はクラッチ３０に電流を供給して、クラッチ３０を非接続状態とする。運転者が操舵ハンドル１０を回動操作すると、操舵反力ＥＣＵ６２が操舵角センサ１４から操舵角検出値を受け取り、転舵ＥＣＵ６４に渡す。転舵ＥＣＵ６４は、操舵ハンドル１０の操作状態に応じた左右前輪ＦＷ１、ＦＷ２の指令転舵角を求め、その指令転舵角となるように転舵アクチュエータ４４を駆動する。具体的に転舵ＥＣＵ６４は、回転角センサ４０から受け取る回転角検出値をもとに、左右前輪ＦＷ１、ＦＷ２の実転舵角を導出し、実転舵角を指令転舵角に追従させるように転舵アクチュエータ４４を駆動する。また操舵反力ＥＣＵ６２は、操舵ハンドル１０の操舵角および左右前輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵状態に応じた指令操舵反力トルクを操舵ハンドル１０に付与するように操舵反力アクチュエータ１８を駆動する。このようにシステム正常時は、操舵部２０および転舵部５０が分離された状態で、制御ユニット６０が、転舵輪を転舵しつつ、操舵ハンドル１０に操舵反力を付与するＳＢＷ制御を実行する。 When the system is normal, the steering ECU 64 supplies current to the clutch 30 so that the clutch 30 is disconnected. When the driver rotates the steering handle 10, the steering reaction force ECU 62 receives the detected steering angle value from the steering angle sensor 14 and passes it to the turning ECU 64. The turning ECU 64 obtains command turning angles of the left and right front wheels FW1 and FW2 according to the operation state of the steering handle 10, and drives the turning actuator 44 so as to obtain the command turning angle. Specifically, the steering ECU 64 derives the actual turning angles of the left and right front wheels FW1 and FW2 based on the detected rotation angle value received from the rotation angle sensor 40, and causes the actual turning angle to follow the command turning angle. The steering actuator 44 is driven. Further, the steering reaction force ECU 62 drives the steering reaction force actuator 18 so as to apply to the steering handle 10 a command steering reaction force torque according to the steering angle of the steering handle 10 and the steered state of the left and right front wheels FW1 and FW2. In this way, when the system is normal, the control unit 60 performs SBW control that applies a steering reaction force to the steering handle 10 while turning the steered wheels while the steering unit 20 and the steered unit 50 are separated. To do.

一方でシステム異常時には、転舵ＥＣＵ６４がクラッチ３０への電流供給を停止して、クラッチ３０を接続状態とする。これにより操舵軸１２と転舵軸３４とが機械的に連結する。制御ユニット６０はＳＢＷ制御を中止し、操舵トルクセンサ１６からの操舵トルク検出値をもとに、運転者の操作にアシストトルクを付与するように、操舵反力アクチュエータ１８と転舵アクチュエータ４４の少なくとも一方を駆動するアシスト制御を実行する。たとえば制御ユニット６０は、操舵反力アクチュエータ１８に異常が生じている場合には、転舵アクチュエータ４４を駆動するアシスト制御を実行し、転舵アクチュエータ４４に異常が生じている場合には、操舵反力アクチュエータ１８を駆動するアシスト制御を実行する。このようにシステム異常時は、操舵部２０および転舵部５０が連結された状態で、制御ユニット６０が、操舵ハンドル１０にアシストトルクを付加するアシスト制御を実行する。制御ユニット６０は、システム異常の発生を検出した時点で、ＳＢＷ制御からアシスト制御にすみやかに切り替えることが好ましい。 On the other hand, when the system is abnormal, the steering ECU 64 stops the current supply to the clutch 30 and puts the clutch 30 into a connected state. Thereby, the steering shaft 12 and the steered shaft 34 are mechanically connected. The control unit 60 stops the SBW control and, based on the detected steering torque value from the steering torque sensor 16, applies at least the steering reaction force actuator 18 and the steering actuator 44 so as to apply assist torque to the driver's operation. Assist control for driving one is executed. For example, when an abnormality occurs in the steering reaction force actuator 18, the control unit 60 executes assist control for driving the steering actuator 44, and when an abnormality occurs in the steering actuator 44, Assist control for driving the force actuator 18 is executed. Thus, when the system is abnormal, the control unit 60 executes assist control for adding assist torque to the steering handle 10 in a state where the steering unit 20 and the steered unit 50 are connected. It is preferable that the control unit 60 promptly switches from the SBW control to the assist control when the occurrence of the system abnormality is detected.

転舵ＥＣＵ６４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６６、転舵用モータ駆動回路６８および昇圧回路７０を有して構成される。昇圧回路７０は、電源８０の出力電圧を昇圧して、転舵用モータ駆動回路６８に電力を供給する。これにより転舵用モータ駆動回路６８は電源線８６を通じて、転舵アクチュエータ４４の転舵用モータに大きな電力（電流）を供給することが可能となる。 The steered ECU 64 includes a CPU (Central Processing Unit) 66, a steered motor drive circuit 68, and a booster circuit 70. The booster circuit 70 boosts the output voltage of the power supply 80 and supplies power to the steering motor drive circuit 68. As a result, the steering motor drive circuit 68 can supply large electric power (current) to the steering motor of the steering actuator 44 through the power line 86.

本実施例の車両操舵装置１では、昇圧回路７０で昇圧された電力が電源線８７からクラッチ３０に供給され、クラッチ３０が、操舵部２０と転舵部５０とを機械的に分離する。なお図１では、昇圧回路７０からクラッチ３０に電力が直接供給されている様子が示されているが、昇圧回路７０から電力供給のための駆動回路（図示せず）を介してクラッチ３０に電力（電流）が供給されてもよい。 In the vehicle steering apparatus 1 of the present embodiment, the electric power boosted by the booster circuit 70 is supplied from the power line 87 to the clutch 30, and the clutch 30 mechanically separates the steering unit 20 and the steered unit 50. Although FIG. 1 shows a state in which power is directly supplied from the booster circuit 70 to the clutch 30, power is supplied from the booster circuit 70 to the clutch 30 via a drive circuit (not shown) for supplying power. (Current) may be supplied.

このように転舵用モータ駆動回路６８が転舵用モータに電力を供給する場合、昇圧回路７０に失陥が生じると、転舵用モータへの電力供給が停止して、転舵不定となる可能性がある。ＣＰＵ６６は、昇圧回路７０に失陥が生じたことを検出すると、ただちに転舵アクチュエータ４４の駆動を停止して、操舵反力ＥＣＵ６２が操舵反力アクチュエータ１８を駆動するアシスト制御を実行することが好ましい。本実施例では、昇圧回路７０からの電力をクラッチ３０に供給しているため、昇圧回路７０に失陥が生じると、クラッチ３０への電力供給が自動的に停止して、クラッチ３０が接続することになる。したがってＣＰＵ６６が昇圧回路７０に失陥が生じたことを検出する前に、クラッチ３０が接続されるため、転舵不定となる時間を最小限に抑えることが可能となる。このように転舵用モータとクラッチ３０とを、ともに昇圧回路７０からの電力で駆動することで、昇圧回路７０に失陥が生じると、転舵用モータへの電力供給が停止されると同時に、クラッチ３０が操舵部２０と転舵部５０とを機械的に連結する構成を実現できる。 When the steering motor drive circuit 68 supplies power to the steering motor in this manner, if a failure occurs in the booster circuit 70, the power supply to the steering motor stops and the steering becomes unstable. there is a possibility. When the CPU 66 detects that a failure has occurred in the booster circuit 70, it immediately stops driving the steering actuator 44, and the steering reaction force ECU 62 preferably performs assist control for driving the steering reaction force actuator 18. . In this embodiment, since the power from the booster circuit 70 is supplied to the clutch 30, if a failure occurs in the booster circuit 70, the power supply to the clutch 30 is automatically stopped and the clutch 30 is connected. It will be. Therefore, since the clutch 30 is connected before the CPU 66 detects that a failure has occurred in the booster circuit 70, it is possible to minimize the time during which turning is indefinite. When the steering motor and the clutch 30 are both driven by the electric power from the booster circuit 70 and a failure occurs in the booster circuit 70, the power supply to the steering motor is stopped simultaneously. Thus, a configuration in which the clutch 30 mechanically connects the steering unit 20 and the steered unit 50 can be realized.

以上、実施例をもとに本発明を説明した。実施例はあくまでも例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. The embodiments are merely examples, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are within the scope of the present invention.

１・・・車両操舵装置、１０・・・操舵ハンドル、１２・・・操舵軸、１８・・・操舵反力アクチュエータ、２０・・・操舵部、２２・・・バックアップ機構、３０・・・クラッチ、３２・・・バックアップケーブル、３４・・・転舵軸、４４・・・転舵アクチュエータ、５０・・・転舵部、６０・・・制御ユニット、６２・・・操舵反力ＥＣＵ、６４・・・転舵ＥＣＵ、６６・・・ＣＰＵ、６８・・・転舵用モータ駆動回路、７０・・・昇圧回路、８０・・・電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle steering device, 10 ... Steering handle, 12 ... Steering shaft, 18 ... Steering reaction force actuator, 20 ... Steering part, 22 ... Backup mechanism, 30 ... Clutch 32 ... Backup cable, 34 ... Steering shaft, 44 ... Steering actuator, 50 ... Steering part, 60 ... Control unit, 62 ... Steering reaction force ECU, 64 .. Steering ECU, 66... CPU, 68... Steering motor drive circuit, 70.

Claims

第１アクチュエータを含む操舵部と、
第２アクチュエータを含む転舵部と、
電力を供給されて、前記操舵部と前記転舵部とを分離するクラッチと、
電源電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路からの電力を前記第２アクチュエータに供給する駆動回路と、を備え、
前記クラッチは、前記昇圧回路からの電力を供給されて、前記操舵部と前記転舵部とを分離することを特徴とする車両の操舵装置。 A steering unit including a first actuator;
A steering section including a second actuator;
A clutch which is supplied with electric power and separates the steering unit and the steered unit;
A booster circuit for boosting the power supply voltage;
A drive circuit for supplying power from the booster circuit to the second actuator,
The clutch is supplied with electric power from the booster circuit and separates the steering unit and the steered unit from each other.