(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
舵取機構と機械的に非連結の操舵手段と、
該操舵手段の操舵量に応じて前記舵取機構に舵取りを行なわせる舵取制御手段と、
前記操舵手段を中立方向へ付勢する手段と
を備えている車両用操舵装置において、
前記操舵手段に加わる操舵トルクを検出する２つの操舵トルク検出手段と、
一方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記操舵手段に操舵と反対方向の力を付与する反力アクチュエータと、
前記一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が所定値を越える場合に、他方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記反力アクチュエータを駆動するとともに、前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸減し、前記上限値が所定値に達した場合は、前記反力アクチュエータの駆動力が前記操舵手段に加わらないようにする反力制御手段と
を備えていることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記反力制御手段は、前記一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が、所定時間、所定の範囲内にある場合に、漸減させた前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸増することを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵手段と舵取機構が機械的に非連結の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵手段及び舵取機構が機械的に非連結の車両用操舵装置は、動力舵取装置における舵取補助用のアクチュエータと同様に、舵取機構に舵取用のアクチュエータとしての電動モータを配してなり、操舵手段たるステアリングホイールの操舵角の検出値に基づいて前記電動モータを駆動することにより、ステアリングホイールの操舵に応じた舵取りを行なわせる構成となっている。
【０００３】
ステアリングホイールは、その下側に設けられた操舵軸を車体の適宜部に回動自在に保持され、この操舵軸の中途には、例えば、ウォームギヤ及びピニオンギヤを組み合わせてなる運動変換機構が設けられ、そこに電磁クラッチを介して電動モータを用いてなる反力モータが繋げられている。反力モータは、路面からの車輪への反力，車速等の車両の状態に応じて大小となる操舵方向と逆方向の力（反力）を操舵軸に加える作用をなしており、これにより、操舵手段と舵取機構とが機械的に連結された車両用操舵装置と同様の感覚で舵取操作が行なえるようになっている。
【０００４】
従って、ステアリングホイールの回転操舵には、反力モータが発生する反力トルクに抗する操舵トルクを加える必要があり、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクは、反力モータに隣接して設けられたトルクセンサにより検出され、検出された操舵トルクは、トルクセンサの故障判定に用いられる。
【０００５】
また、操舵軸の下端には、一端を車体の適宜部に固定された捩じればねが同軸的に繋がれており、この捩じればねは、回転操舵の停止時に、その弾性により操舵軸を回転させてステアリングホイールを中立位置に復帰させるようになっている。この復帰は、機械的に非連結の舵取機構側にて生じる車輪の直進方向への復帰動作に伴ってステアリングホイールを戻すために必要なものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の如き従来の構成においては、トルクセンサの検出値に異常が検出された場合、電磁クラッチを切り離して反力モータの異常な反力がステアリングホイールに加わらないようにしてある。ところが、電磁クラッチが切り離されるために、操舵反力が瞬時に捩じればねの反力のみとなり、運転者がステアリングホイールを切りすぎるという問題があった。
【０００７】
また、異常を検出した際のトルクセンサの検出値が、例えば、外乱によるものでありトルクセンサに異常がない場合には、所定時間、トルクセンサの検出値を監視し、検出値が所定の範囲内であるときは、上述と逆の動作にて操舵反力を復帰させるようにしているが、今度は逆に操舵反力が瞬時に増加するため、運転者がステアリングホイールを切ることが困難になるという問題があった。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、トルクセンサの検出値が所定値を越える場合に、トルクセンサが異常であると判断し、反力モータへの駆動電流の上限値を徐々に減少させることにより、ステアリングホイールに与えられる反力を滑らかに減少して、トルクセンサの異常による操舵反力の極端な減少を回避することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、上述の異常検出が外乱等による突発的なものであり、トルクセンサに異常が認められない場合には、反力モータへの駆動電流の上限値を徐々に増加して通常の反力制御状態に復帰させることにより、ステアリングホイールに与えられる反力を滑らかに増加して、反力制御の復帰時における操舵反力の極端な増加を回避することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る車両用操舵装置は、舵取機構と機械的に非連結の操舵手段と、該操舵手段の操舵量に応じて前記舵取機構に舵取りを行なわせる舵取制御手段と、前記操舵手段を中立方向へ付勢する手段とを備えている車両用操舵装置において、前記操舵手段に加わる操舵トルクを検出する２つの操舵トルク検出手段と、一方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記操舵手段に操舵と反対方向の力を付与する反力アクチュエータと、前記一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が所定値を越える場合に、他方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記反力アクチュエータを駆動するとともに、前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸減し、前記上限値が所定値に達した場合は、前記反力アクチュエータの駆動力が前記操舵手段に加わらないようにする反力制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明の車両用操舵装置において、前記反力制御手段は、前記一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が、所定時間、所定の範囲内にある場合に、漸減させた前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸増することを特徴とする。
【００１２】
第１発明に係る車両用操舵装置によれば、２つの操舵トルク検出手段を備え、一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が所定値を越える場合に、この操舵トルク検出手段が異常であると判断し、他方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて、前記反力アクチュエータを駆動しながら、前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸減することにより、操舵反力の極端な減少を抑止することができ、上限値が所定値に達した場合は、前記反力アクチュエータの駆動力が操舵手段に加わらないようにすることができる。
【００１３】
第２発明に係る車両用操舵装置によれば、第１発明の車両用操舵装置において、前記一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が、所定時間、所定の範囲内にある場合に、この操舵トルク検出手段からの異常な検出値が外乱等による突発的なものであり、操舵トルク検出手段に異常がないと判断し、漸減させた前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸増することにより、操舵反力の極端な増加を抑止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の要部の構成を示すブロック図である。
【００１５】
本発明における車両用操舵装置は、車体の左右に配された一対の舵取用の車輪１０，１０に舵取動作を行なわせるための舵取機構１と、舵取機構１とは機械的に非連結の操舵手段たるステアリングホイール２と、各別のマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部３及び反力制御部４とを備え、ステアリングホイール２の操舵に応じて舵取制御部３が舵取機構１に配したアクチュエータとしての舵取モータ１７を駆動して、舵取機構１を動作させるとともに、操舵及び車両の状態に応じて反力制御部４がステアリングホイール２側に配した電動モータからなる反力モータ２５を駆動し、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する構成となっている。
【００１６】
舵取機構１は、車体の左右方向に設けられて、その軸方向に移動する舵取軸１１の両端部と、左右の車輪１０，１０を支持するナックルアーム１２，１２とを、各別のタイロッド１３，１３により連結し、舵取軸１１の左右両方向への移動により、タイロッド１３，１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、車輪１０，１０を左右に転舵させるものであり、この転舵は、舵取軸１１の中途部に設けられた舵取モータ１７の回転を、ギヤ及びボールねじを組み合わせてなる運動変換機構により舵取軸１１の軸方向運動に変換して行われる。
【００１７】
一方のタイロッド１３及び舵取軸１１の連結部と、舵取軸１１を軸方向へ移動自在に支承する舵取軸ハウジング１４とを跨いで、直線摺動形ポテンショメータからなるタイロッド１３の変位センサ１５が架設されており、舵取軸ハウジング１４に対するタイロッド１３の軸方向変位を検出している。その検出結果は舵取制御部３に与えられ、所定の演算を行なうことによって舵角に変換される。
【００１８】
左右両側のタイロッド１３，１３の中途部には、ストレインゲージを用いてなる軸力センサ１６，１６が貼付され、路面の反力によって変化するタイロッド１３，１３の軸力（軸方向に作用する引張力又は圧縮力）を検出しており、その検出結果は舵取制御部３に与えられる。なお、軸力センサ１６，１６は、片側の車輪１０が縁石に乗り上げている場合、又は片側の車輪１０が溝にはまっている場合等、左右の車輪１０，１０に発生する路面との反力が夫々異なる状態を検出するために、左右両側のタイロッド１３，１３に備えられている。
【００１９】
ステアリングホイール２は、その下側に操舵軸２０を突出して設けられ、操舵軸２０は、図示しない操舵軸ハウジングを介して車体の適宜部に回動自在に支持されている。また、操舵軸２０の下端には一端を車体の適宜部に固定された捩じればね２１が同軸的に繋がれており、回転操舵の停止時にその弾性により操舵軸２０を回転させて、ステアリングホイール２を中立位置に復帰せしめる作用をなしている。
【００２０】
また、操舵軸２０の中途部にはウォームギヤ及びピニオンギヤを組み合わせてなる運動変換機構が設けてあり、これに電動モータからなる反力モータ２５が、その出力軸にて電磁クラッチ２６を介して繋げられている。反力モータ２５は、主に、軸力センサ１６，１６の出力に基づく路面反力の大小、車両の走行速度（車速）の高低等に応じて大小となる操舵方向と逆方向の力（反力）を、反力制御部４からの制御指示に応じてステアリングホイール２に加える作用をなしており、運転者が路面反力を模擬的に体感することができるようになっている。電磁クラッチ２６は、反力モータ２５、又はその駆動回路の異常時に反力モータ２５の駆動力をステアリングホイール２から切り離すために設けられている。
【００２１】
従って、ステアリングホイール２の回転操舵には、反力モータ２５が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、この操舵トルクは、操舵軸２０上で反力モータ２５の運動変換機構に隣接して設けられたポテンショメータを用いてなるトルクセンサ２３，２４により検出される。なお、トルクセンサ２３，２４は２系統となっており、一方のトルクセンサ２３が通常使用されるメインセンサであり、他方のトルクセンサ２４はトルクセンサ２３が故障したときのバックアップとして用いられ、各トルクセンサ２３，２４の検出結果は、反力制御部４を介して舵取制御部３に与えられる。なお、検出された操舵トルクは、トルクセンサ２３，２４の故障判定に用いられる。
【００２２】
また、ステアリングホイール２の操舵角は、操舵軸２０に付設されたポテンショメータを用いてなる操舵角センサ２２により検出され、その検出結果は、舵取制御部３に与えられる。
【００２３】
以上の如く、舵取制御部３には、舵取機構１側にて実際に生じている舵取りの状態が、変位センサ１５及び軸力センサ１６，１６からの入力として与えられ、また、ステアリングホイール２の操舵の状態が、操舵角センサ２２からの入力として与えられ、ステアリングホイール２の操舵に応じて加えられる反力の大きさ及び方向が、トルクセンサ２３，２４から反力制御部４を介して与えられる。
【００２４】
さらに、車両の走行速度を検出する車速センサ５と、車両が旋回する際に起こる、車体に対して垂直な軸回りの角速度、即ちヨーレートを検出するヨーレートセンサ６と、車体に対して横方向の加速度を検出する横加速度センサ７と、車体に対して前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ８とが夫々車体の適宜部に設けられており、それらの出力は舵取制御部３の入力端子に与えられる。
【００２５】
舵取制御部３は、操舵角センサ２２から与えられる操舵角に応じて目標舵角を算出し、車速センサ５から与えられる車速と、ヨーレートセンサ６から与えられるヨーレートと、横加速度センサ７から与えられる横加速度と、前後加速度センサ８から与えられる前後加速度とに応じて前記目標舵角を補正し、変位センサ１５から与えられる実際の舵角が、補正された目標舵角と一致するように舵取モータ１７を駆動する。
【００２６】
さらに、舵取制御部３は、舵取りに伴って舵取用の車輪１０，１０に実際に加わる路面反力を検出する軸力センサ１６，１６の検出値に応じて目標反力を算出し、車速センサ５，ヨーレートセンサ６，横加速度センサ７，及び前後加速度センサ８の検出値に応じて目標反力を補正し、この補正された目標反力を反力制御部４へ与える。
【００２７】
反力制御部４は、舵取制御部３から与えられる目標反力に応じて反力モータ２５を駆動し、ステアリングホイール２に路面反力を模擬的に加えることにより、ステアリングホイール２及び舵取機構１が機械的に連結された一般的な操舵装置（連結型の操舵装置）と同様の感覚での操舵が行なえるようになっている。
【００２８】
図２は、本発明に係る操舵反力の制御に伴う反力制御部４の制御内容を示すフローチャートである。図３は、この制御に伴う反力モータ２５へのモータ電流の上限値の変化を示すグラフであり、縦軸に反力モータ２５のモータ電流上限値を、横軸に時間を夫々配している。
【００２９】
まず、メイン側のトルクセンサ２３の検出値を取込み（ステップ１）、この検出値が所定の範囲を越えるか否かを確認する（ステップ２）。そして、所定の範囲内である場合には、メイン側のトルクセンサ２３が「正常」であると判断し、この検出値に基づいて反力モータ２５の駆動を行ない（ステップ３）、終了となる（通常制御期間）。
【００３０】
ステップ２にて所定の範囲を越える場合には、メイン側のトルクセンサ２３が「異常」であると判断し、今度は、サブ側のトルクセンサ２４の検出値を取込む（ステップ４）。そして、この検出値に基づいて反力モータ２５へモータ電流を与えて駆動する（ステップ５）とともに、モータ電流の予め設定された上限値を所定量減少させる（ステップ６）（制御停止準備期間）。次いで、減少させた後の上限値が所定値に達した否かを確認し（ステップ７）、所定値に達した場合には、電磁クラッチ２６をオフとして反力モータ２５の駆動力がステアリングホイール２に加わらないようにする（ステップ８）（制御停止期間）。なお、ステップ７において所定値に達していない場合には、ステップ６，７の動作を繰り返す。
【００３１】
復帰動作は、ステップ８までの異常検出動作の後に、再びメイン側のトルクセンサ２３の検出値の取込みを開始し（ステップ９）、この検出値が所定の時間に対応するサンプリング回数の間、所定の範囲を越えるか否かを確認する（ステップ１０）。そして、所定の範囲内である場合には、メイン側のトルクセンサ２３が「異常なし（正常）」であると判断し、モータ電流の上限値を所定量増加させる（ステップ１１）（制御復帰期間）。なお、ステップ１０にて所定の範囲を越える場合には、「異常」であると判断してステップ９，１０の動作を繰り返す。
【００３２】
次いで、この上限値が前述の如き元の通常制御時の所定値に達した否かを確認し（ステップ１２）、所定値に達した場合には終了となり（通常制御期間）、達していない場合にはステップ１１，１２の動作を繰り返す。
【００３３】
なお、以上の構成に限らず、メイン側のトルクセンサ２３と、サブ側のトルクセンサ２４との両方から操舵トルクの検出値を予め取り込んでおき、メイン側のトルクセンサ２３の検出値の異常判定をサブ側のトルクセンサ２４の検出値との比較により行なう構成とすることもできる。このような構成の場合、両方のトルクセンサ２３，２４の検出値が異常であると判定されたとき、又は、いずれかのトルクセンサ２３，２４の検出値が異常であるかを判定できないときは、反力モータ２５へのモータ電流を所定の割合で減少させていくようにするのが好ましい。
【００３４】
また、反力制御部４が故障した場合、反力モータ２５に適切なモータ電流を与えられないという問題が発生することが思慮されるが、このような場合には、図４に示す如く反力制御部４の内部を構成することにより、反力制御部４の故障を的確に診断することができるので、反力モータ２５の駆動を停止させる等の動作を行なわせることができる。
【００３５】
図４は、反力制御部４の構成を示すブロック図である。反力制御部４は、舵取制御部３から与えられる目標反力に基づいて、反力モータ２５に与えるモータ電流の大きさ（電流値）と、このモータ電流により反力モータ２５が駆動される方向（駆動方向）を演算するＣＰＵ４１と、ＣＰＵ４１により演算された電流値及び駆動方向に応じて反力モータ２５に通電する反力モータ駆動回路４２と、反力モータ駆動回路４２が出力する実際の電流値及び駆動方向を検出するモータ電流検出回路４３と、ＣＰＵ４１の入出力及びモータ電流検出回路４３が検出した電流値及び駆動方向に基づいてＣＰＵ４１を監視するＣＰＵ監視部４４とから構成されている。
【００３６】
ＣＰＵ４１は、舵取制御部３から与えられる目標反力に基づいて、駆動方向を含めた反力モータ２５の目標電流値を算出し、モータ電流検出回路４３から与えられる実際の電流値をフィードバック値として、前記目標電流値を補正して反力モータ駆動回路４２へ出力する。
【００３７】
反力モータ駆動回路４２は、ＣＰＵ４１から与えられる補正された目標電流値とその駆動方向に応じて反力モータ２５に通電する。また、反力モータ駆動回路４２は、ＣＰＵ監視部４４からの制御停止信号により、ＣＰＵ４１の異常時に反力モータ２５への通電を強制的に停止できるようにしてある。
【００３８】
モータ電流検出回路４３は、反力モータ駆動回路４２からの出力である実際の電流値及び駆動方向を検出し、ＣＰＵ監視部４４及びＣＰＵ４１へ検出結果を出力する。
【００３９】
ＣＰＵ監視部４４は、モータ電流検出回路４３から与えられる実際の電流値及び駆動方向と、ＣＰＵ４１への入力たる、舵取制御部３から与えられる目標反力と、ＣＰＵ４１からの出力たる電流値及び駆動方向とに基づいて、ＣＰＵ４１が正常に動作しているか否かを診断している。
【００４０】
図５は、ＣＰＵ４１の監視に伴うＣＰＵ監視部４４の制御内容を示すフローチャートである。舵取制御部３からの目標反力の入力に伴ってスタートし、まず、入力される目標反力を取り込み（ステップ１）、取り込んだ目標反力が所定値以上であるか否かを確認し（ステップ２）、所定値以上である場合には、モータ電流検出回路４３から与えられる実際の駆動方向を取込む（ステップ３）。そして、ステップ１にて取り込んだ目標反力に応じた反力モータ２５の駆動方向が、ステップ３にて取り込んだ実際の駆動方向と逆方向であるか否かを確認し（ステップ４）、方向が同じである場合には、ＣＰＵ４１が「正常」であると判断して終了となる。また、ステップ４にて駆動方向が逆である場合には、ＣＰＵ４１が「異常」であると判断して、反力モータ駆動回路４２へ制御停止信号を出力し（ステップ５）、反力モータ駆動回路４２による反力モータ２５への通電を停止させる。
【００４１】
一方、ステップ２にて所定値を下回る場合には、モータ電流検出回路４３から与えられる実際の電流値を取込み（ステップ６）、電流値が所定値以上であるか否かを確認し（ステップ７）、所定値以上である場合には、ステップ５の動作を行ない、所定値を下回る場合には、終了となる。
【００４２】
以上の如き構成により、舵取制御部３からの目標反力が所定値未満の場合で、実際の電流値が所定値以上である場合、又は、舵取制御部３からの目標反力が所定値以上の場合で、目標反力に基づく駆動方向が、実際の駆動方向と逆である場合のいずれかの条件を満たすときに、ＣＰＵ４１は異常であると見做し、反力制御部４が正常な反力制御を行なうことができないと診断することができる。そして、この診断結果に基づいて、反力モータ駆動回路４２による反力モータ２５への通電を停止させるか、反力制御部４に代えて舵取制御部３による反力モータ２５の駆動制御を開始させる等の安全処理を講じることにより、更に安全な車両用操舵装置を構成することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明に係る車両用操舵装置においては、２つの操舵トルク検出手段を備え、一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が所定値を越える場合に、この操舵トルク検出手段が異常であると判断し、他方の操舵トルク検出手段の検出値に応じて前記反力アクチュエータを駆動しながら、前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸減することにより、操舵反力の極端な減少を抑止することができ、上限値が所定値に達した場合は、前記反力アクチュエータの駆動力が操舵手段に加わらないようにすることができる。
【００４４】
また、前記一方の操舵トルク検出手段の検出値又はこれに関連する値が、所定時間、所定の範囲内にある場合に、この操舵トルク検出手段からの異常な検出値が外乱等による突発的なものであり、トルクセンサに異常がないと判断し、漸減させた前記反力アクチュエータへの出力の上限値を漸増することにより、操舵反力の極端な増加を抑止することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る操舵反力の制御に伴う反力制御部の制御内容を示すフローチャートである。
【図３】図２の制御に伴う反力モータへのモータ電流の上限値の変化を示すグラフである。
【図４】反力制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】ＣＰＵの監視に伴うＣＰＵ監視部の制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  舵取機構
２  ステアリングホイール
３  舵取制御部
４  反力制御部
５  車速センサ
６  ヨーレートセンサ
７  横加速度センサ
８  前後加速度センサ
１１  舵取軸
１２  ナックルアーム
１３  タイロッド
１４  舵取軸ハウジング
１５  変位センサ
１６  軸力センサ
１７  舵取モータ
２０  操舵軸
２１  捩じればね
２２  操舵角センサ
２３，２４  トルクセンサ
２５  反力モータ
２６  電磁クラッチ
【図１】
0003675613.tif 000002
【図２】
0003675613.tif 000003
【図３】
0003675613.tif 000004
【図４】
0003675613.tif 000005
【図５】
0003675613.tif 000006