(57)【要約】  【課題】  操舵機構に付設された２つの操舵アクチュエータの異常判定を誤りなく行わせ、またこの異常判定に従うフェイルセーフ動作の信頼性を高め、異常発生時の安定した操舵を可能とする車両用操舵装置を提供する。  【解決手段】  操舵機構１に動作力を加える第１，第２の操舵モータ３，４を備え、操舵制御部６の制御動作により、ステアリングホイール２が右方向に操作されたとき第１の操舵モータ３のみを駆動し、左方向に操作されたとき第２の操舵モータ４のみを駆動して操舵を行わせ、また第１，第２の操舵モータ３，４の一方に異常が発生した場合には、ステアリングホイール２の両方向の操作に応じて他方を駆動するフェイルセーフ動作を行わせる構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作に応じて操舵機構を動作させて車両の操舵を行わせる車両用操舵装置において、
前記操舵機構に動作力を加える第１，第２の操舵アクチュエータと、
前記操舵部材の一方向の操作に応じて第１の操舵アクチュエータのみを駆動制御し、他方向の操作に応じて第２の操舵アクチュエータのみを駆動制御する操舵制御手段と
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記操舵制御手段は、前記第１，第２の操舵アクチュエータの異常の有無を判定する手段を備え、該手段により一方の操舵アクチュエータに異常ありの判定がなされたとき、前記操舵部材の両方向の操作に応じて他方の操舵アクチュエータを駆動するフェイルセーフ動作を行う請求項１記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者によりなされるステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて車両の操舵を行わせるための車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置として、近年、車室内部のステアリングホイール等の操舵部材を車室外部の操舵機構から機械的に分離して配し、この操舵部材の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて操舵機構に付設された操舵アクチュエータを駆動制御し、操舵機構に動作力を加えて操舵を行わせる構成とした操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置が開発されつつある。
【０００３】
この種の操舵装置は、操舵部材の操作量と操舵機構の動作量との対応関係を、機械的な制約を受けずに自在に変更することができ、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、走行状態に応じた操舵特性の変更制御に柔軟に対応し得るという利点を有し、また近年開発が進められている自動運転システム（ＩＴＳ，ＡＨＳ等）への対応が容易であるという利点を有しており、自動車技術の発展のために有用なものとして注目されている。なお、操舵機構に付設される操舵アクチュエータとしては、制御の容易性を考慮して操舵モータが一般的に用いられている。
【０００４】
一方、このようなステアバイワイヤ式の操舵装置においては、操舵部材に加えられる操作力が操舵のために用いられないことから、操舵機構に付設される操舵モータのフェイルセーフ対策が不可欠であり、従来から、操舵機構に２つの操舵モータを付設し、一方の操舵モータに異常が生じたとき、他方の操舵モータを単独にて駆動して補助的な操舵を行わせ得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２１８０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示された車両用操舵装置においては、通常時に、２つの操舵モータの発生力の合力を操舵機構に加えて操舵を行わせるようにしてあるため、両方の操舵モータの相互干渉により誤った異常判定がなされ、この判定に従って不必要なフェイルセーフ動作が行われる虞れがあり、また、正しくフェイルセーフ動作がなされた場合であっても、一方の操舵モータの単独駆動による操舵が異常状態にある他方の操舵モータの干渉による影響を受け、フェイルセーフ動作時の操舵が難しくなる虞れがある。
【０００６】
また２つの操舵モータを備える構成において、一方を正常時に駆動される主操舵モータとし、他方を異常時に駆動される補助操舵モータとする完全２重系とした車両用操舵装置も存在するが、この場合、正常時に駆動されない補助操舵モータが異常発生時に正しく動作する保証はなく、フェイルセーフ動作の信頼性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵機構に付設された２つの操舵アクチュエータの異常判定を誤りなく行わせ、またこの異常判定に従うフェイルセーフ動作の信頼性を高め、異常発生時の安定した操舵を可能とする車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置は、操舵部材の操作に応じて操舵機構を動作させて車両の操舵を行わせる車両用操舵装置において、前記操舵機構に動作力を加える第１，第２の操舵アクチュエータと、前記操舵部材の一方向の操作に応じて第１の操舵アクチュエータのみを駆動制御し、他方向の操作に応じて第２の操舵アクチュエータのみを駆動制御する操舵制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明における操舵制御手段が、前記第１，第２の操舵アクチュエータの異常の有無を判定する手段を備え、該手段により一方の操舵アクチュエータに異常ありの判定がなされたとき、前記操舵部材の両方向の操作に応じて他方の操舵アクチュエータを駆動するフェイルセーフ動作を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１発明に係る車両用操舵装置においては、操舵機構に付設された第１，第２の操舵アクチュエータを操舵部材の操作の方向に応じて使い分け、左右両方向の操舵を第１，第２の操舵アクチュエータの夫々単独での駆動により行わせる構成としたから、駆動中の操舵アクチュエータの異常の発生を、非駆動中の他方の影響を受けることなく誤りなく判定することができ、また第１，第２の操舵アクチュエータは、通常の操舵中に選択的に駆動されているから、一方の異常発生時における他方の動作が保証され、フェイルセーフ動作の信頼性を高めることができる。
【００１１】
また第２発明に係る車両用操舵装置においては、第１，第２の操舵アクチュエータの一方に対して異常ありの判定がなされたとき、他方を両方向の操舵のために駆動するフェイルセーフ動作を行うから、異常発生時における操舵を安定して行わせることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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全体構成を示す模式図であり、図示しない車体の左右に配された一対の操舵用の車輪10，10に操舵動作を行わせるための操舵機構１と、該操舵機構１から機械的に分離して配され、操舵のために回転操作されるステアリングホイール（操舵部材）２と、操舵機構１に動作力を加える第１，第２の操舵モータ（操舵アクチュエータ）３，４と、ステアリングホイール２に操舵反力を加えるための反力モータ５と、第１，第２の操舵モータ３，４に対する操舵制御動作及び反力モータ５に対する反力制御動作をなす操舵制御部６とを備えるステアバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。
【００１３】
操舵機構１は、車体の左右方向に延設された筒形をなすハウジング11の内部に軸長方向への移動自在に支持された操舵軸12を備え、ハウジング11の両側外部に突出する操舵軸12の両端部を操舵用の車輪10，10のナックルアーム13，13に各別のタイロッド14，14を介して連結してなり、操舵軸12の両方向への移動によりタイロッド14，14を介してナックルアーム13，13を押し引きし、前記車輪10，10を左右に操舵させる構成となっている。
【００１４】
このような操舵機構１に操舵力を加える第１，第２の操舵モータ３，４は、ハウジング11の中途を大径として構成されたモータハウジング15の内部に並設されている。図２は、第１，第２の操舵モータ３，４の構成例を略示する縦断面図である。なお第１，第２の操舵モータ３，４は、図２に示す構成に限らず操舵機構１に動作力を加え得る適宜の構成にて実現することができ、また操舵モータ３，４に代えて、油圧シリンダ等のモータ以外の操舵アクチュエータを用いることも可能である。
【００１５】
本図には、右側に位置する第１の操舵モータ３の全体と、左側に位置する第２の操舵モータ４の一部とが図示されており、これらの操舵モータ３，４は、モータハウジング15の内部に操舵軸12と同軸上での回転自在に支持された筒形のロータ30，40と、これらのロータ30，40の外周面に設けた磁極31，41に対面するようにモータハウジング15の内面に固設されたステータコイル32，42とを備えてなり、これらのステータコイル32，42への通電に応じて各別のロータ30，40に回転力を発生する３相ブラシレスモータとして構成されている。
【００１６】
第１，第２の操舵モータ３，４のロータ30，40は、夫々との対向側に向けて延長され、これらの延長部には、夫々の内周面にボールねじの軌条が形成されたボールナット33，43が一体形成されている。一方、このようなボールナット33，43の内側に挿通された操舵軸12の外周面には、所定の長さ範囲に亘ってボールねじの軌条が形成されており、この軌条とボールナット33，43内面のボールねじの軌条とが多数のボール16，16…を介して螺合されてボールねじ機構が構成されている。
【００１７】
以上の構成により第１，第２の操舵モータ３，４のロータ30，40の回転は、夫々の延長部のボールナット33，43を構成要素とするボールねじ機構を介して操舵軸12に伝えられ、該操舵軸12が軸長方向に移動して前述した操舵が行われる。なお図中の34，44は、第１，第２の操舵モータ３，４のロータ30，40と各別のボールナット33，43との境界部を封止すべく設けられたオイルシールである。
【００１８】
このような操舵により変化する操舵用の車輪10，10の実舵角は、操舵軸12と一側のタイロッド14との連結部の変位を検出すべく構成された実舵角センサ17により検出され、操舵制御部６に与えられている。また、一側のタイロッド14には、軸方向に作用する軸力を検出するタイロッド軸力センサ18が付設されており、この検出結果は、操舵に伴って操舵機構１に実際に加わる操舵反力を示す信号として操舵制御部６に与えられている。
【００１９】
以上の如き操舵機構１から機械的に分離されたステアリングホイール２は、回転軸となるコラム軸20の上端部に嵌着固定され、図示しない車室の内部に運転者に対面するように配してある。コラム軸20は、車体の適宜部位に固定支持されたコラムハウジング21の内部に、軸回りでの回動自在に支承されている。
【００２０】
ステアリングホイール２に操舵反力を加える反力モータ５は、コラムハウジング21の中途部外側に取り付けられ、ウォームギヤ機構等の減速機構を介してコラムハウジング21の内部のコラム軸20に伝動構成されており、該反力モータ５の回転力が前記減速機構による減速下にてコラム軸20に加えられ、該コラム軸20の上端に固定されたステアリングホイール２に操舵反力が付加されるようになしてある。
【００２１】
このように付加される操舵反力に抗して回転操作されるステアリングホイール２の操作角は、コラムハウジング21の中途部に付設された操舵角センサ22により検出され、操舵制御部６に与えられている。更に、操舵制御部６には、車速、ヨーレート、横加速度、前後加速度等、操舵に影響を与える走行状態の検出結果が、車両の各部に設置された走行状態センサ23から与えられている。
【００２２】
操舵制御部６は、演算処理部としてのＣＰＵ、制御プログラムを記憶させてあるＲＯＭ及び演算処理の過程においてワークエリアとして使用されるＲＡＭを備える電子制御ユニットとして構成されており、この操舵制御部６の出力は、操舵機構１に付設された第１，第２の操舵モータ３，４、及びステアリングホイール２に付設された反力モータ５に、図示しない各別の駆動回路を介して与えられている。
【００２３】
操舵制御部６は、ステアリングホイール２の回転操作に応じた操舵を行わせるべく、第１，第２の操舵モータ３，４に制御指令を発してこれらを駆動せしめる操舵制御動作を行い、また操舵機構１に実際に加わる反力をステアリングホイール２を操作する運転者に体感せしめるべく反力モータ５に制御指令を発し、該反力モータ５を駆動せしめる反力制御動作を行う。
【００２４】
本発明に係る車両用操舵装置は、第１，第２の操舵モータ３，４を備えており、これらの操舵モータ３，４を対象とする操舵制御部６の操舵制御動作は、図３に示すフローチャートに従って行われる。
【００２５】
まず操舵制御部６は、操舵角センサ22により検出されるステアリングホイール２の操作角を取込み（ステップ１）、次いで、この操作角から目標舵角を求め（ステップ２）、更に、この目標舵角と実舵角センサ17により検出される左右の操舵用の車輪10，10の実舵角との偏差（舵角偏差）の大きさ及び方向を求める（ステップ３）。
【００２６】
ステップ２における目標舵角は、前記操作角に補正係数を乗じて求められる。前記補正係数は、走行状態センサ23により検出される走行状態に応じて、例えば、車速の増大に応じて小となり、またヨーレート、横加速度により定まる車両の旋回程度の増大に応じて小となるように選定される。これにより前記目標舵角は、高速走行中に小、低速走行中に大となり、また旋回走行中には、急旋回となるに従って小さくなり、このような目標舵角に基づく後述する制御により、走行状態に応じた操舵特性が得られる。
【００２７】
次に操舵制御部６は、現状の動作モードが正常動作モードであるか否かを判定する（ステップ４）。この判定は、後述するフェイルフラグがセットされているか否かを調べることによりなされ、フェイルフラグがセットされておらず、正常動作モードであると判定された場合（ステップ４：ＹＥＳ）には、ステップ５に進み、以降に示す正常動作モードでの操舵制御動作を行い、正常動作モードでないと判定された場合（ステップ４：ＮＯ）には、ステップ６に進み、フェイルセーフ動作を行う。
【００２８】
ステップ５において操舵制御部６は、ステップ３において求められた実舵角偏差の方向に基づいて右操舵中であるか左操舵中であるかを判定する。この判定の結果が右操舵中である場合（ステップ５：ＹＥＳ）には、第１の操舵モータ３を制御対象として選択し（ステップ７）、左操舵中である場合（ステップ５：ＮＯ）には、第２の操舵モータ４を制御対象として選択する（ステップ８）。
【００２９】
この選択を終えた後、操舵制御部６は、当該操舵モータの目標電流を演算し（ステップ９）、当該操舵モータの位置制御動作を行う（ステップ10）。この位置制御動作は、ステップ３において求められる舵角偏差を解消すべく、実舵角センサ17により検出される左右の操舵用の車輪10，10の実舵角に基づくフィードバック制御により行われる。
【００３０】
以上の動作により本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵部材としてのステアリングホイール２の操作がなされた場合、この方向に応じて操舵機構１に付設された第１，第２の操舵モータ３，４のうちのいずれか一方が選択され、選択された操舵モータを対象として操舵制御動作が行われる結果、第１の操舵モータ３は、右方向の操舵時に、また第２の操舵モータ４は、左方向の操舵時に夫々駆動される。
【００３１】
次いで操舵制御部６は、ステップ１０において行われる位置制御動作の異常の有無を診断し（ステップ11）、異常状態にあると診断された場合（ステップ11：ＹＥＳ）には、フェイルフラグをセット（ステップ12）してステップ１に戻り、また正常状態にあると診断された場合（ステップ11：ＮＯ）には、フェイルフラグをセットすることなくステップ１に戻り、前述した動作を繰り返す。
【００３２】
ステップ11での異常判定は、その時点において駆動されている操舵モータ３又は４が異常状態にあるか否かを診断するものである。ステップ12においてセットされるフェイルフラグは、第１，第２の操舵モータ３，４の夫々に対して存在し、第１の操舵モータ３が駆動されている右操舵中に異常判定がなされた場合、第１の操舵モータ３に対応するフェイルフラグがセットされ、第２の操舵モータ４が駆動されている左操舵中に異常判定がなされた場合、第２の操舵モータ４に対応するフェイルフラグがセットされる。
【００３３】
本発明に係る車両用操舵装置においては、左右両方向の操舵が、第１，第２の操舵モータ３，４のいずれか一方の動作により行われるから、ステップ11での異常判定は、動作中の操舵モータ３又は４に対し、非動作中の操舵モータ４又は３の影響を受けることなく正確に実行される。
【００３４】
ステップ10において実行される位置制御動作が正常に行われており、フェイルフラグがセットされることなくステップ１に戻った場合、再度取り込まれるステアリングホイール２の操作角に基づいて一連の操舵制御が繰返し実行され、第１，第２の操舵モータ３，４の選択的な駆動により、ステアリングホイール２の操作に応じた操舵がなされる。
【００３５】
一方、ステップ10において実行される位置制御動作に異常があり、ステップ12においてフェイルフラグがセットされた状態でステップ１に戻った場合、その後のステップ４において正常動作モードでないと判定され、操舵制御部６は、ステップ６のフェイルセーフ動作に移行する。
【００３６】
図４は、操舵制御部６のフェイルセーフ動作の内容を示すフローチャートである。このフェイルセーフ動作に移行した場合、操舵制御部６は、まず、ステアリングホイール２の操作方向の如何に拘らず正常なモータの両方向の目標電流を演算し（ステップ13）、現在駆動されている異常モータの駆動電流を漸減せしめると共に、正常モータの駆動電流を前記目標電流に達するまで漸増せしめ（ステップ14）、その後、この正常モータを対象として前記ステップ10と同様の位置制御動作を行う（ステップ15）。この位置制御動作は、前記ステップ１〜３の手順により逐次求められる舵角偏差を解消すべく繰返し実行され、例えば、車両を停止させ、キースイッチがオフ操作されて操舵制御部６への電源供給が遮断された時点で終了する。
【００３７】
以上の如きフェイルセーフ動作により、第１，第２の操舵モータ３，４のいずれか一方に異常が生じたとき、正常な他方の操舵モータにより左右両方向の操舵が実施されることとなり、運転者は、操舵を伴う車両の運転を継続することができる。
【００３８】
本発明に係る車両用操舵装置において、操舵機構１に付設された第１，第２の操舵モータ３，４は、通常操舵中に操舵の方向に応じて選択的に駆動されているから、フェイルセーフ動作への移行後も両方向の操舵用として正しく動作させることができ、異常発生時の緊急の操舵を安全に行わせることができる。
【００３９】
前記ステップ14におけるモータ電流の漸減及び漸増処理は、異常モータから正常モータへの切換えに伴う操舵感の急変を緩和するために必要な処理であり、これにより運転者は、フェイルセーフ動作への移行に伴う違和感を体感することなく運転を継続することができる。なおフェイルセーフ動作に移行した場合、操舵制御部６は、警報音の発生、警報ランプの点灯等の適宜の警報動作を行い、運転者に異常の発生を報知するようにするのが望ましい。
【００４０】
また反力モータ５を対象とする操舵制御部６の反力制御動作は、例えば、タイロッド軸力センサ18からの入力に基づいて操舵機構１に加わる実反力を求め、求められた実反力に補正係数を乗じてステアリングホイール２に加えるべき目標反力を算出し、この目標反力に対応する駆動電流を反力モータ５に給電し、該反力モータ５の回転力をコラム軸20を介してステアリングホイール２に加え、該ステアリングホイール２を操作する運転者に体感させるべく行われる。
【００４１】
走行状態センサ23により検出される走行状態は、以上の反力制御動作における補正係数の選定にも用いられ、この補正係数は、例えば、車速及び旋回程度の増大に応じて大となり、また、前後加速度により求められる減速程度の増大に応じて大となるように選定される。これにより前記目標反力は、高速走行中、急旋回中、及び減速中に大きくなり、このような目標反力に基づく反力モータ５の制御により、ステアリングホイール２を操作する運転者に望ましい操舵感を体感させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第１，第２の操舵モータの構成例を略示する縦断面図である。
【図３】操舵制御部の操舵制御動作の内容を示すフローチャートである。
【図４】操舵制御部のフェイルセーフ動作の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１    操舵機構
２    ステアリングホイール（操舵部材）
３    第１の操舵モータ（第１の操舵アクチュエータ）
４    第２の操舵モータ（第２の操舵アクチュエータ）
６    操舵制御部（操舵制御手段）
【図１】
2006347208.tif 000003
【図２】
2006347208.tif 000004
【図３】
2006347208.tif 000005
【図４】
2006347208.tif 000006