(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されていない操舵手段と、該操舵手段に中立位置へ向かう反力を、指示された反力指示トルクに基づき付与する反力付与手段と、前記反力に抗して前記操舵手段に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段とを備え、前記操舵手段の操舵角に応じて、前記舵取機構の舵角を増減制御する車両用操舵装置において、
前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクと前記反力指示トルクの上限値との差が所定値以上であるか否かを判定する上限値判定手段と、前記反力指示トルクの下限値と前記操舵トルクとの差が所定値以上であるか否かを判定する下限値判定手段と、前記上限値判定手段又は下限値判定手段が所定値以上であると判定したときに、前記操舵トルクが、取り得る範囲外にあることを検出する範囲外検出手段と、該範囲外検出手段が、操舵トルクが取り得る範囲外にあることを検出したときに、前記操舵トルク検出手段が故障したと判断する判断手段とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記判断手段は、所定時間、前記範囲外検出手段が、操舵トルクが取り得る範囲外にあることを検出し続けたときに、前記操舵トルク検出手段が故障したと判断する請求項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、運転者の操作に応じて車両を操向させるための車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部に配された操舵手段の操作、例えば、ステアリングホイールの回転を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
近年においては、舵取機構の中途に油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアクチュエータを配し、このアクチュエータを、操舵のためにステアリングホイールに加えられる操作力の検出結果に基づいて駆動して、ステアリングホイールの回転に応じた舵取機構の動作を、アクチュエータの発生力により補助し、操舵のための運転者の労力負担を軽減する構成とした動力操舵装置（パワーステアリング装置）が広く普及している。
【０００３】
ところが、このような従来の車両用操舵装置においては、操舵手段であるステアリングホイールと舵取機構との機械的な連結が必要であり、車室の内部におけるステアリングホイールの配設位置が車室外での舵取機構との連結が可能な位置に限定されるという問題があり、また、連結可能にステアリングホイールが配設された場合であっても、連結の実現のために複雑な連結構造を要し、車両の軽量化、組立て工程の簡素化を阻害する要因となっている。
【０００４】
例えば、実公平２−２９０１７号公報には、このような問題の解消を目的としたリンクレスのパワーステアリングである車両用の操舵装置が開示されている。この車両用の操舵装置は、ステアリングホイールを舵取機構から切り離して配し、また、動力操舵装置における操舵補助用のアクチュエータと同様に、舵取機構の中途に操舵用のアクチュエータとしての電動モータを配してなり、この電動モータを、ステアリングホイールの操作方向及び操作量の検出結果に基づいて駆動することにより、ステアリングホイールの操作に応じた舵取りを行わせる構成となっている。
【０００５】
舵取機構に機械的に連結されないステアリングホイールには、モータを備えた反力アクチュエータが付設されている。反力アクチュエータは、車速及びステアリングホイールの操舵角の検出結果に基づいて前記モータを駆動することにより、ステアリングホイールに中立位置へ向かう反力を加える。この反力は、車速の高低及び操舵角の大小に応じて大小となる特性を有する。
この車両用操舵装置は、この反力に抗してステアリングホイールに加えられるトルクを検出し、この検出結果に応じて操舵用の電動モータのモータ電流を増減させ、この電動モータが発生する操舵力を増減させる。これにより、ステアリングホイールと舵取機構とが機械的に連結された一般的な車両用操舵装置（連結型の操舵装置）と同様の感覚での操舵を行わせ得るようにしてある。
【０００６】
以上のように構成された分離型の車両用操舵装置は、ステアリングホイールの配設自由度の増加、車両の軽量化等の前述した目的に加え、レバー、ペダル等、ステアリングホイールに代わる新たな操舵手段の実現、及び路面上の誘導標識の検出、衛星情報の受信等の走行情報に従う自動運転システムの実現等、将来における自動車技術の発展のために有用なものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した車両用操舵装置等では、その操舵を行うために、ステアリングホイールの操舵角、ステアリングホイールに加えられる操舵トルク、車速、操舵用の電動モータのモータ電流、反力アクチュエータに流れる電流、舵取機構の舵角等、各種の物理量を検出する各種のセンサを備えているが、これらのセンサが故障したときに、運転者が、その故障に気付かなければ、異常に気付かずに運転し続け、また、気が付いたとしても、何が故障したのかすぐには判断できないことがある。また、センサの出力信号と突発的なノイズとが区別できない問題もある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、操舵トルクセンサの故障にすぐ気が付く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。
【０００８】
【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、車輪の向きを変える舵取機構に機械的に連結されていない操舵手段と、該操舵手段に中立位置へ向かう反力を、指示された反力指示トルクに基づき付与する反力付与手段と、前記反力に抗して前記操舵手段に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段とを備え、前記操舵手段の操舵角に応じて、前記舵取機構の舵角を増減制御する車両用操舵装置において、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクと前記反力指示トルクの上限値との差が所定値以上であるか否かを判定する上限値判定手段と、前記反力指示トルクの下限値と前記操舵トルクとの差が所定値以上であるか否かを判定する下限値判定手段と、前記上限値判定手段又は下限値判定手段が所定値以上であると判定したときに、前記操舵トルクが、取り得る範囲外にあることを検出する範囲外検出手段と、該範囲外検出手段が、操舵トルクが取り得る範囲外にあることを検出したときに、前記操舵トルク検出手段が故障したと判断する判断手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この車両用操舵装置では、範囲外検出手段は、操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクが、操舵トルクが取り得る範囲外にあることを検出する。そして、範囲外検出手段が、操舵トルクが取り得る範囲外にあることを検出したときに、判断手段が、操舵トルク検出手段が故障したと判断する。
これにより、運転者は、故障表示や警報等により、操舵トルク検出手段の故障にすぐ気が付くことができ、運転中止、修理等の適切な処置を取ることができる。
【００１４】
第２発明に係る車両用操舵装置は、前記判断手段は、所定時間、前記範囲外検出手段が、操舵トルクが取り得る範囲外にあることを検出し続けたときに、前記操舵トルク検出手段が故障したと判断することを特徴とする。
【００１５】
この車両用操舵装置では、判断手段は、所定時間、範囲外検出手段が、操舵トルクが取り得る範囲外にあることを検出し続けたときに、操舵トルク検出手段が故障したと判断するので、突発的なノイズによる誤判断を防ぐことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。この車両用操舵装置は、図示しない車体の左右に配された一対の舵取り用の車輪１０，１０に操向動作を行わせるための舵取機構１と、舵取機構１から切り離して配された操舵手段であるステアリングホイール２と、ステアリングホイール２に反力を付与する反力アクチュエータ３と、マイクロプロセッサを用いてなる操舵制御部４とを備え、ステアリングホイール２の操作に応じた操舵制御部４の動作により、舵取機構１の中途に配した操舵モータ５を駆動し、舵取機構１を作動させる構成となっている。
【００１７】
舵取機構１は、公知のように、車体の左右方向に延設されて軸長方向に摺動する操舵軸１１の両端部と、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、操舵軸１１の両方向への摺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を左右に操向させるものであり、この操向は、操舵軸１１の中途部に同軸的に構成された操舵モータ５の回転を、適宜の運動変換機構により操舵軸１１の摺動に変換して行われる。
【００１８】
操舵軸１１は、操舵軸ハウジング１４との間に介装された図示しない回転拘束手段により軸回りの回転を拘束されており、操舵モータ５の回転は、操舵軸１１の軸長方向の摺動に変換され、操舵モータ５の回転に応じた操舵（操舵用の車輪１０，１０の操向）が行われる。
このように操舵される車輪１０，１０の舵角は、操舵モータ５の一側の操舵軸ハウジング１４と操舵軸１１との相対摺動位置を媒介として、舵角検出手段である舵角センサ１６により検出されるようになしてあり、舵角センサ１６の出力は、操舵モータ５の回転位置を検出するロータリエンコーダ１５の出力と共に、操舵制御部４に与えられている。
【００１９】
ステアリングホイール２に反力を付与する反力付与手段である反力アクチュエータ３は、電動モータ（例えば３相ブラシレスモータ）であり、回転軸３０に関連して、そのケーシングを図示しない車体の適宜部に固定して取り付けてある。ステアリングホイール２は、回転軸３０の一側の突出端に同軸的に固定されており、他側の突出端は、所定の弾性を有する捩ればね３１により、図示しない車体の適宜部位に連結されている。
【００２０】
反力アクチュエータ３は、操舵制御部４から与えられる反力指示トルク信号に応じた駆動回路３ａからの通電により正逆両方向に駆動され、回転軸３０の一端に取り付けたステアリングホイール２に、その操作方向と逆方向の力（反力）を付与する動作をなす。従って、ステアリングホイール２の回転操作には、反力アクチュエータ３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、このようにしてステアリングホイール２に加えられる操舵トルクは、反力アクチュエータ３に付設されたトルクセンサ３２（操舵トルク検出手段）により検出される。また、ステアリングホイール２の操作量（操舵角）は、反力アクチュエータ３に付設された操舵角検出手段であるロータリエンコーダ３３により、操作方向を含めて検出されており、これらの検出結果は、操舵制御部４に与えられている。
また、駆動回路３ａから反力アクチュエータ３に通電する電流は、電流センサ３ｂにより検出され、操舵制御部４に与えられる。
【００２１】
なお、回転軸３０の他端と車体の一部との間に介装された捩ればね３１は、以上のように行われる回転操作の停止時に、その弾性により回転軸３０を回転させて、ステアリングホイール２を所定の中立位置に復帰させる作用をする。この復帰は、機械的に連結されていない舵取機構１側にて生じる車輪１０，１０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２を戻すために必要なものである。
【００２２】
以上のように操舵制御部４には、舵取機構１の側にて実際に生じている舵取りの状態が、ロータリエンコーダ１５及び舵角センサ１６からの入力として与えられ、また操舵手段としてのステアリングホイール２の操作の状態が、トルクセンサ３２及びロータリエンコーダ３３からの入力として夫々与えられており、これらに加えて操舵制御部４の入力側には、車両の走行速度を検出する車速センサ６の出力が与えられている。
【００２３】
一方、操舵制御部４の出力は、前述したように、ステアリングホイール２に反力を付与する反力アクチュエータ３と、舵取機構１に舵取り動作を行わせるための操舵モータ５とに、各別の駆動回路３ａ，５ａを介して与えられており、反力アクチュエータ３及び操舵モータ５は、操舵制御部４からの指示信号に応じて各別の動作を行うようになしてある。
駆動回路５ａから操舵モータ５に通電する電流は、電流センサ７により検出され、操舵制御部４に与えられる。
【００２４】
操舵制御部４は、ステアリングホイール２に付与すべき反力を決定し、反力を発生させるべく反力アクチュエータ３に反力指示トルク信号を発する反力制御を行う。
ステアリングホイール２に付与すべき反力は、車速センサ６からの入力として与えられる車速の高低及び操舵角の大小に応じて大小となる。
【００２５】
また、操舵制御部４は、ロータリエンコーダ３３からの入力によりステアリングホイール２の操作方向を含めた操作角度を認識し、舵取機構１に付設された舵角センサ１６の入力により認識される実舵角度との舵角偏差を求め、この舵角偏差を車速センサ６からの入力として与えられる車速の遅速に応じて大小となるように補正して目標舵角を求め、この目標舵角が得られるまで操舵モータ５を駆動する操舵制御動作を行う。このとき、ロータリエンコーダ１５からの入力は、操舵モータ５が所望の回転位置に達したか否かを調べるためのフィードバック信号として用いられる。
【００２６】
以下に、このような構成の本発明に係る車両用操舵装置の動作を、それを示すフローチャートに基づき説明する。
図２は、本発明に係る車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。操舵制御部４は、トルクセンサ３２の故障を検出するときは、先ず、トルクセンサ３２により操舵トルクＴS を検出して読み込む（Ｓ２）。次に、メモリに記憶してある、操舵トルクＴS が取り得る値の上限に関連する反力指示トルク上限値ＴU を読み込んで（Ｓ４）、操舵トルクＴS と反力指示トルク上限値ＴU との差ΔＴ＝ＴS −ＴU を演算する（Ｓ６）。
【００２７】
次に、操舵制御部４は、操舵トルクＴＳ  と反力指示トルク上限値ＴＵ  との差ΔＴが所定値以上のときは（Ｓ８）、操舵トルクＴＳ  は、操舵トルクＴＳ  が取り得る値の範囲外であるとして、トルクセンサ３２が故障していると判断する（Ｓ１６）。
操舵制御部４は、ΔＴが所定値未満のときは、操舵トルクＴＳ  が取り得る値の下限に関連する反力指示トルク下限値ＴＬ  を読み込んで（Ｓ１０）、反力指示トルク下限値ＴＬ  と操舵トルクＴＳ  との差ΔＴ＝ＴＬ  −ＴＳ  を演算する（Ｓ１２）。
【００２８】
次に、操舵制御部４は、反力指示トルク下限値ＴＬ  と操舵トルクＴＳ  との差ΔＴが所定値以上のときは（Ｓ１４）、操舵トルクＴＳ  は、操舵トルクＴＳ  が取り得る値の範囲外であるとして、トルクセンサ３２が故障していると判断する（Ｓ１６）。
操舵制御部４は、ΔＴが所定値未満のときは（Ｓ１４）、トルクセンサ３２は正常であると判断してリターンする。
【００２９】
図３は、本発明に係る車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。本発明に係る車両用操舵装置の本実施の形態の構成は、上述した本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の構成と同様であるので、説明を省略する。操舵制御部４は、トルクセンサ３２の故障を検出するときは、先ず、そのときの反力指示トルクＴM を読み込む（Ｓ２０）。次に、トルクセンサ３２により操舵トルクＴS を検出して読み込み（Ｓ２２）、反力指示トルクＴM と操舵トルクＴS との偏差ΔＴ＝ＴM −ＴS を演算する（Ｓ２４）。
【００３０】
次に、操舵制御部４は、反力指示トルクＴＭ  と操舵トルクＴＳ  との偏差ΔＴの絶対値が所定値以上のときは（Ｓ２６）、操舵トルクＴＳ  は、操舵トルクＴＳ  が取り得る値の範囲外であるとして、時間のパラメータｔ＝ｔ＋１を演算する。
次に、操舵制御部４は、時間のパラメータｔが所定値（所定時間）に達しているときは（Ｓ３０）、操舵トルクＴＳ  が取り得る値の範囲外である状態が、所定時間継続したとして、トルクセンサ３２が故障していると判断する（Ｓ３２）。時間のパラメータｔが所定値（所定時間）に達していないときは（Ｓ３０）リターンする。
【００３１】
操舵制御部４は、反力指示トルクＴＭ  と操舵トルクＴＳ  との偏差ΔＴの絶対値が所定値未満のときは（Ｓ２６）、操舵トルクＴＳ  は、操舵トルクＴＳ  が取り得る値の範囲内であるとして、トルクセンサ３２は正常であるとし、時間のパラメータｔ＝０としてリターンする。
尚、上述した各実施の形態では、トルクセンサ３２の場合について記述したが、トルクセンサ３２に限らず、舵角センサ１６、操舵角検出手段であるロータリエンコーダ３３、電流センサ３ｂ，７等、他のセンサ（検出手段）についても、同様のことが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
第１発明に係る車両用操舵装置によれば、運転者は、操舵トルク検出手段の故障にすぐ気が付くことができ、運転中止、修理等の適切な処置を取ることができる。
【００３５】
第２発明に係る車両用操舵装置によれば、運転者は、操舵トルク検出手段の故障にすぐ気が付くことができ、運転中止、修理等の適切な処置を取ることができる。また、操舵トルク検出手段の故障について、突発的なノイズによる誤判断を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る車両用操舵装置の動作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（操舵手段）
３  反力アクチュエータ（反力付与手段）
３ａ，５ａ  駆動回路
３ｂ，７  電流センサ
４  操舵制御部（範囲外検出手段、判断手段）
５  操舵モータ
６  車速センサ
３２  トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
３３  ロータリエンコーダ（操舵角検出手段）
【図１】
0003613691.tif 000002
【図２】
0003613691.tif 000003
【図３】
0003613691.tif 000004