JP4315566B2 - 伝達比可変型操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングハンドルの操舵角に対する操舵輪の切れ角の値を車速等に応じて変化させるようにした伝達比可変型の操舵装置に関するものであり、特に、このような操舵装置における伝達比可変機構において異常事態が生じた場合に、伝達比を一定の値の固定状態にするに当って、ステアリングハンドルの位相角が正規の中立位置に戻るように調整をしたうえで操舵系の直結状態を形成させるようにした伝達比可変型操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車のステアリング装置においては、据切り操舵を初めとした低速走行時においてはステアリングハンドルの操作量（操舵角）に対して操舵輪の切れ角が大きくなるようにしてハンドル操作を楽にする一方、高速走行時においては、ハンドル操作に対して操舵輪の切れ角の値を小さくして、操縦安定性を高めさせるようにすることが望まれている。このような観点から、ステアリング系における伝達比を状況に応じて変化させるようにした伝達比可変型の操舵装置が開発され、例えば特開平１０−３２４２６３号公報等により、すでに公知となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これらのものは、ステアリングハンドルと操舵輪との間における伝達比を変化させるための伝達比可変機構が、遊星歯車機構等の差動歯車機構を基礎に形成され、これを、車速等に応じて作動する電動モータの作動にて伝達比の変化を適宜制御するようにしているものである。そして、このような伝達比可変機構において、電動モータの過熱等、異常事態が発生したときには、直ちに上記伝達比可変機構の作動をロックして伝達比が１の値となるように固定し、ステアリングハンドルと操舵輪との間が直結状態となるように連結させるようにしているものである。従って、このような強制的に伝達比の値が１の状態となるように連結された場合においては、操舵輪が直進状態にあるときに、ステアリングハンドルの位相が正規の中立位置からずれた状態となる場合がある。このことは、操舵者（ドライバ）に違和感を与えることとなる。このような問題点を解決するために、電動モータの過熱等を前もって予測し、余裕をもって伝達比が１になるように伝達比可変機構を制御するとともに、この間に操舵輪が直進状態にあるときのステアリングハンドルの中立位置が正規の状態に対して位相ずれの無い状態に復帰させるようにした伝達比可変型操舵装置を提供しようとするのが、本発明の目的（課題）である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては次のような手段を講ずることとした。すなわち、請求項1記載の発明においては、ステアリングハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられるものであってモータの駆動により伝達比を変化させるように作動する伝達比可変手段と、当該伝達比可変手段の入力側と出力側との間における伝達比を状況に応じて固定するように作動する連結手段と、上記伝達比可変手段及び連結手段の作動を制御する制御手段と、を備えた伝達比可変型操舵装置に関して、上記制御手段が上記連結手段の連結作動を決定したときに作動するものであって伝達比が１の値であるか否かを判別する伝達比判別手段と、当該伝達比判別手段によって判別された伝達比が１の値でない場合に上記モータを駆動して上記伝達比可変手段の伝達比が１の値になるように作動をする伝達比復帰手段と、上記伝達比が１の値であるときにのみ上記連結手段の作動を許可するように作動する連結許可手段と、を設けるようにした構成を採ることとした。
【０００５】
このような構成を採ることにより、本発明のものにおいては、上記連結手段が作動してステアリングハンドルと操舵輪とが連結された状態において、操舵輪の中立位置とステアリングハンドルの中立位置とが一致することとなる。すなわち、操舵輪の直進状態時において、ステアリングハンドルの中立位置がずれたりする（位相ずれを生ずる）ことが無くなる。
【０００６】
次に、請求項２記載の発明について説明する。このものも、その基本的な点は上記請求項１記載のものと同じである。すなわち、本発明においては、請求項１記載の伝達比可変型操舵装置に関して、上記制御手段が上記モータの作動に異常を来すおそれがあるものと判断したときには、上記連結手段を強制的に連結させるようにした構成を採ることとした。このような構成を採ることにより、緊急時には強制的にステアリング系を直結状態とし、フェールセーフ機能を働かせるようにすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１ないし図４を基に説明する。本実施の形態に関するものは、図１に示す如く、ステアリングハンドル２と、当該ステアリングハンドル２の操作に応じて操舵輪９を所定の切れ角に操舵するパワーステアリング装置３と、これらパワーステアリング装置３とステアリングハンドル２との間に設けられるものであって上記ステアリングハンドル２と上記操舵輪９との間の操舵量（操舵角）の伝達比を適宜変化させるように作動する伝達比可変手段１と、からなることを基本とするものである。
【０００８】
このような構成からなるものにおいて、上記ステアリングハンドル２とパワーステアリング装置３との間、具体的にはステアリングシャフト２１の途中に設けられる伝達比可変手段１は、図２に示す如く、各種センサ類１６、１７、１８、１９と、モータ１５１を初めとした作動部１５と、上記各種センサ類１６、１７、１８、１９からの信号を基に、上記モータ１５１を初めとした作動部１５の作動を制御する制御手段１１と、からなることを基本とするものである。
【０００９】
具体的には、上記各種センサ類は、ステアリングシャフト２１の途中に設けられるものであってステアリングハンドル２の回転角度（操舵角度）を検出するハンドル操舵角センサ１８、減速機構１５５を駆動するモータ１５１の温度を検出するモータ温度センサ１７、車両の走行速度を検出する車速センサ１９、及び操舵輪９の切れ角、すなわち操舵輪９の操舵角を検出する操舵輪舵角センサ１６からなるものである。そして、これら各センサ１６、１７、１８、１９からの各検出信号が、随時、次の制御手段１１に送られるようになっているものである。
【００１０】
これら各種センサからの信号を受けて、次の作動部１５を形成するモータ１５１等の作動を制御する制御手段１１は、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）を主体としたマイクロコンピュータからなるものである。そして、本実施の形態においては、上記制御手段１１は、伝達比の決定を初めとした各種演算処理を行なう演算部を主体に、これらに加えて更に次の機能部が設けられるようになっている。すなわち、モータ１５１が過熱状態にあるので連結手段１５２を作動させて本伝達比可変手段１をロック状態にするに当って、そのときの伝達比が１の値であるか否かを判別する伝達比判別手段１１１と、当該伝達比判別手段１１１による判別の結果、伝達比が１以外の値であると判断されたときに上記モータ１５１を駆動して伝達比を１の値に戻すように指令（信号）を出す伝達比復帰手段１１２と、上記伝達比判別手段１１１によって伝達比が１の値であると判断されたときに、次の連結手段１５２を作動させるように指令（信号）を出す連結許可手段１１３と、更に、これらに加えてモータ１５１の温度が過熱気味状態にある場合において伝達比を徐々に１の値に戻すように指令を出すに当っての、その伝達比の変化割合等を記憶させたＲＯＭ部等からなるものである。なお、このＲＯＭ部には、伝達比の変化割合、操舵角度、及び車速についての三つの要素を基にしたマップ（図４参照）が記録されているものである。この３次元マップを基に、そのときの伝達比の変化割合が決定されるようになっているものである。
【００１１】
次に、このような構成からなる制御手段１１からの各種指令（信号）を受けて作動する作動部１５は、上記伝達比復帰手段１１２等からの信号により作動するものであって本伝達比可変手段１の伝達比を変化させるモータ１５１と、当該モータ１５１にて駆動されるものであって、遊星歯車機構あるいは内接歯車を有するリングギヤ及び当該リングギヤ内に設けられるインナギヤからなるハーモニックドライブ減速機構等にて形成される減速機構１５５と、からなるものである。そして、これらの減速機構１５５を形成するサンギヤあるいは一方の歯車がステアリングハンドル２側のステアリングシャフト２１に連結されることによって入力側を形成するとともに、リングギヤあるいは他方の歯車がパワーステアリング装置３を形成するステアリングギヤ機構３１側のステアリングシャフト２１’に連結されることによって減速機構１５５の出力側を形成するようになっているものである。
【００１２】
また、このような構成からなる減速機構１５５の入力側と出力側との間には、別途設けられたソレノイド機構等によって作動するロック機構が設けられるようになっており、このロック機構の作動をもって上記減速機構１５５の減速機能が固定（ロック）されてステアリングハンドル２側のステアリングシャフト２１とステアリングギヤ機構３１側のステアリングシャフト２１’（図１参照）とが直結状態となるようになっているものである。すなわち、このロック機構をもって上記伝達比を１の値に固定する連結手段１５２が形成されるようになっているものである。そして、この連結手段１５２の作動は、図２において、制御手段１１の一部を形成する連結許可手段１１３からの指令（信号）に基づいて制御されるようになっているものである。
【００１３】
このような構成からなる伝達比可変手段１の下流側に設けられるものであって、図１に示す如く、ステアリングハンドル２からの指令、すなわち、ステアリングハンドル２の操作（操舵）に応じて作動するとともに、操舵輪９を所定の位置に操舵するパワーステアリング装置３は、ステアリングシャフト２１’側の回転角（入力）に応じて作動するステアリングギヤ機構３１と、当該ステアリングギヤ機構３１の作動に応じて作動するものであって操舵輪９の作動（操舵）に対して動力補助を行なうパワーアシスト機構３２と、からなることを基本とするものである。このような構成からなるものにおいて、本実施の形態においては、上記パワーアシスト機構３２としては油圧機構が採用されており、油圧ポンプ３５にて生成された圧油が制御機構３３を介してパワーアシスト機構３２を形成するパワーシリンダ及びパワーピストンに供給されるようになっているものである。そして、このパワーアシスト機構３２に供給された圧油の作用によって、上記操舵輪９は適宜操舵されるようになっているものである。そして、更に、このような操舵輪９の操舵角（切れ角）は、操舵輪舵角（切れ角）センサ１６を介して制御手段１１にフィードバックされるようになっているものである。
【００１４】
次に、このような構成からなる本実施の形態のものについての、その作動態様、特にモータの過熱保護態様について、図３のフローチャートを基に説明する。すなわち、本伝達比可変手段１が作動中において、モータ１５１の過熱を回避するためのモータ過熱保護モードにおいては、まず、図３のステップ１（Ｓ1 ）において、モータ過熱保護中であるか否かが判断される。そして、このとき、モータの過熱保護モードになっていない場合（Ｎの場合）においては、次のステップ（Ｓ2 ）において、モータ１５１の温度が後述する限界点に達する前の段階、例えば本実施の形態においてはモータ温度が限界点に到達するのを予防する予防温度（Ｘ℃）になっているか否かが判別される。そして、このとき、モータ温度がＸ℃以下であれば、本伝達比可変手段１の作動、すなわちモータ１５１の作動を続けても何ら問題が無いので、ステップ９（Ｓ9 ）へと移行し、伝達比可変状態（ＶＧＲＳ制御）を維持する。
【００１５】
これに対して、ステップ２（Ｓ2 ）において、モータ１５１の温度がＸ℃以上と判断された場合には、この状態が続けば、いずれモータ１５１の温度が限界点（本実施の形態においてはＹ℃と規定する）に達するおそれがあるので、本伝達比可変手段１の作動を停止させて、モータ１５１の作動を休止させる必要がある。そのため、これに備えるための準備をする必要がある。そこで、その前に、まず、次のステップ３（Ｓ3 ）へと移行させ、伝達比が１の値となるように本システム（伝達比可変手段１）の減速機構１５５を作動させる。この伝達比１への移行は、予め制御手段１１のＲＯＭ部に入力させておいたもの、例えば図４に示すようなマップに従って、そのときの車速あるいは操舵角等を考慮して操縦安定性を損なわせず、かつ、できるだけ速やかに行なわせるようにする。具体的には、このマップは、伝達比１へ移行する際の変化割合（単位時間当たりの伝達比変化量）を縦軸に採るとともに、移行開始時の操舵角度を横軸に採り、これによって車速に応じた複数のマップを規定することとしている。これにより、操舵角度が大きいときには、変化割合を小さくして緩やかに伝達比１へと移行させ、操舵角度が小さいときには、変化割合を大きくして素早く伝達比１へと移行させるようにする。また、高速走行時には緩やかに伝達比１へと移行させ、低速走行時には素早く伝達比１へと移行させるようにする。なお、図４においては、高速走行時及び低速走行時における２本のマップが示されているが、この間の車速における変化割合は、これら２本のマップ間を線形補完することによって決定するか、あるいは、これらマップ間を小刻みに規定した数多くのマップにて決定するようにする。そして、次のステップ４（Ｓ4 ）において、伝達比が１の値となっているか否かが判別される。このステップ４（Ｓ4 ）において、伝達比が１の値となっているものと判断された場合には、次のステップ６（Ｓ6 ）に移行し、ここで本システムのロック作動が行なわれる。また、これと同時に、モータ１５１への通電が停止されてモータ過熱保護モードに移行する。すなわち、図２における連結許可手段１１３の判断により、連結手段１５２を作動させることとなる。これによって、減速機構１５５の入力側と出力側とは直結状態となり、図１におけるステアリングハンドル２からの操舵入力は直接パワーステアリング装置３へと伝達されることとなり、これによって最終的に操舵輪９が操舵されることとなる。
【００１６】
一方、ステップ４（Ｓ4 ）において、伝達比が未だ１になっていないと判断された場合には、ステップ５（Ｓ5 ）においてモータ１５１の温度が限界点であるＹ℃を超えているか否かが判別される。ここに、限界点であるＹ℃を超えているものと判断された場合には、上記モータ１５１の作動不能発生を回避するために、直ちに上記連結手段１５２（図２参照）を作動させ、本システムをロック状態にする。すなわち、強制的にステップ６（Ｓ6 ）へと移行させる。なお、モータ１５１の温度が限界点であるＹ℃に達していないものと判断された場合には、ステップ９（Ｓ9 ）へと移行し、通常の伝達比可変制御（ＶＧＲＳ制御）、更にはモータ過熱保護モードのスタートへと移行させるようにする。
【００１７】
次に、ステップ７（Ｓ7 ）において、上記ステップ６（Ｓ6 ）におけるシステムロック状態中にモータ１５１の温度が降下して（冷却されて）、モータ過熱のおそれのない状態（このときの温度をＺ℃と規定する）になっていることがモータ温度センサ１７（図２参照）からの信号により判別された場合には、次のステップ８（Ｓ8 ）へと移行し、本システムのロックを解除させるようにする。すなわち、連結解除を行なわせる。これによって、通常の伝達比可変制御（ＶＧＲＳ制御）が行なわれることとなる。一方、モータ１５１の温度が上記Ｚ℃以上となっており、再び過熱状態となるおそれがあるものと判断された場合には、リターンステップを経由してモータ過熱保護モードに入るようにする。
【００１８】
このように、本実施の形態においては、モータの過熱保護を、モータの作動不能となる限界点を基点にして、その前の予防段階において予め伝達比が１になるようにし、このような伝達比１の状態を基礎に本システムのロック、すなわち減速機構１５５の入力側と出力側とを直結状態とするようにしているので、本ロック状態（連結状態）において、操舵輪９の直進時に、ステアリングハンドル２の中立位置がずれたりするようなことが無くなり、操舵者（ドライバ）に違和感を与えるようなことが無い。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ステアリングハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられるものであってモータの駆動により伝達比を変化させるように作動する伝達比可変手段と、当該伝達比可変手段の入力側と出力側との間における伝達比を状況に応じて固定するように作動する連結手段と、上記伝達比可変手段及び連結手段の作動を制御する制御手段と、を備えた伝達比可変型操舵装置に関して、上記制御手段が上記連結手段の連結作動を決定したときに作動するものであって伝達比が１の値であるか否かを判別する伝達比判別手段と、当該伝達比判別手段によって判別された伝達比が１の値でない場合に上記モータを駆動して上記伝達比可変手段の伝達比が１の値になるように作動をする伝達比復帰手段と、上記伝達比が１の値であるときにのみ上記連結手段の作動を許可するように作動する連結許可手段と、を設けるようにした構成を採ることとしたので、上記連結手段が作動してステアリングハンドルと操舵輪とが連結された状態において、操舵輪の中立位置とステアリングハンドルの中立位置とが一致することとなり、操舵輪の直進状態時において、ステアリングハンドルの中立位置がずれたりする（位相ずれを生ずる）ことが無くなった。その結果、操舵者（ドライバ）に違和感を与えるようなことが無くなった。
【００２０】
また、上記制御手段が上記モータの作動に異常を来すおそれがあるものと判断したときには、上記連結手段を強制的に連結させるようにした構成を採ることとしたので、緊急時には強制的にステアリング系を直結状態とし、フェールセーフ機能を働かせることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成を示すスケルトン図である。
【図２】本発明の主要部を成す伝達比可変手段の全体構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の作動態様を示すフローチャートである。
【図４】ＲＯＭ部に予め入力させた単位時間当り伝達比の変化量と操舵角度との関係を示すマップを示すものである。
【符号の説明】
１ 伝達比可変手段
１１ 制御手段
１１１ 伝達比判別手段
１１２ 伝達比復帰手段
１１３ 連結許可手段
１５ 作動部
１５１ モータ
１５２ 連結手段
１５５ 減速機構
１６ 操舵輪舵角（操舵輪切れ角）センサ
１７ モータ温度センサ
１８ ハンドル操舵角センサ
１９ 車速センサ
２ ステアリングハンドル
２１ ステアリングシャフト
２１’ ステアリングシャフト
３ パワーステアリング装置
３１ ステアリングギヤ機構
３２ パワーアシスト機構
３３ 制御機構
３５ 油圧ポンプ
９ 操舵輪

Claims (2)

1. ステアリングハンドルと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられるものであってモータの駆動により伝達比を変化させるように作動する伝達比可変手段と、当該伝達比可変手段の入力側と出力側との間における伝達比を状況に応じて固定するように作動する連結手段と、上記伝達比可変手段及び連結手段の作動を制御する制御手段と、を備えた伝達比可変型操舵装置において、上記制御手段が上記連結手段の連結作動を決定したときに作動するものであって伝達比が１の値であるか否かを判別する伝達比判別手段と、当該伝達比判別手段によって判別された伝達比が１の値でない場合に上記モータを駆動して上記伝達比可変手段の伝達比が１の値になるように作動をする伝達比復帰手段と、上記伝達比が１の値であるときにのみ上記連結手段の作動を許可するように作動する連結許可手段と、を設けるようにしたことを特徴とする伝達比可変型操舵装置。
2. 請求項１記載の伝達比可変型操舵装置において、上記制御手段が上記モータの作動に異常を来すおそれがあるものと判断したときには、上記連結手段を強制的に連結させるようにしたことを特徴とする伝達比可変型操舵装置。

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