(57)【要約】【課題】  車両用ステアリングシステムの転舵装置の異常検知に関して改良を行うことにより、実用性の高いステアリングシステムを提供する。【解決手段】  転舵装置６０の転舵モータ８０，８２のモータ回転角と車速とに基づいて理論横加速度を推定し、その理論横加速度が横加速度センサ２０６によって検出される実横加速度と一致しない場合に、転舵装置が異常であると認定する。さらに、転舵量センサ９４によって検出される転舵量に基づいて推定される第二理論横加速度と実横加速度とを比較することにより、転舵装置が備えるモータ駆動力の伝達機構が異常であるか、あるいは、転舵量センサが異常であるかを判別する。【選択図】  図１
2006143102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを有して操舵操作に応じた車輪の転舵動作を行う転舵装置を備えた車両用ステアリングシステムであって、
前記転舵装置が、前記モータの作動量を検出するモータ作動量検出器を有し、
当該車両用ステアリングシステムが、
実際の車輪の転舵量に依拠する実際の車両の旋回状態を指標する実旋回状態量を検出する実旋回状態量検出器と、
前記モータ作動量検出器によって検出されたモータ作動量に依拠して推定される理論的な車両の旋回状態を指標する理論旋回状態量と、前記実旋回状態量検出器によって検出される実旋回状態量とに基づいて、前記転舵装置の異常を検知する転舵装置異常検知装置と
を備えた車両用ステアリングシステム。
【請求項２】
前記転舵装置異常検知装置が、前記モータ作動量検出器によって検出されたモータ作動量と車両走行速度とに基づいて理論旋回状態量を推定する理論旋回状態量推定部を有する請求項１に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項３】
前記転舵装置異常検知装置が、前記転舵装置の異常として、前記転舵装置における前記モータの駆動力の伝達機構の異常を検知する駆動力伝達機構異常検知部を有する請求項１または請求項２に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項４】
前記転舵装置が、車輪の転舵量を検出する転舵量検出器を有し、前記転舵装置異常検知装置が、前記伝達機構と前記転舵量検出器とのいずれが異常であるかを認定する異常箇所認定部を有する請求項３に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項５】
当該車両用ステアリングシステムが、ステアリング操作部材に加えられた操舵力によらず、前記転舵装置が有する前記モータを制御して前記ステアリング操作部材の操作に応じた車輪の転舵を行うシステムとされるとともに、ステアリング操作部材に加えられた操作力の前記転舵装置への伝達を可能とする操作力伝達装置を備え、
前記転舵装置異常検知装置が、前記転舵装置の異常を検知した場合に、前記操作力伝達装置を制御して操作力による車輪の転舵の実行を可能とする操作力依拠転舵実現部を有する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の車両用ステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に設けられるステアリングシステム、詳しくは、ステアリングシステムの異常の検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
現状での一般的な車両用ステアリングシステムは、車輪を転舵する転舵装置にモータを備え、それの駆動力によってステアリング操作部材（ステアリングホイール等である）に加えられた操作力がアシストされた状態において、車輪の転舵を行うようにされたシステム、いわゆるパワーステアリングシステムとされている。また、現在では、ステアリング操作部材に加えられた操作力によらず、転舵装置が備えるモータの駆動力を制御することで、操舵操作に応じた車輪の転舵を行うようなシステム、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムの検討がなされている。ステアバイワイヤ型のステアリングシステムには、例えば、下記特許文献に記載されているような技術が存在する。
【特許文献１】特開２００１−２６２７７号公報
【特許文献２】特開２０００−５２９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
パワーステアリングシステム，ステアバイワイヤ型のシステムのいずれであっても、転舵装置は、モータを備え、また、モータの駆動力を転舵力として伝達する機構を備えており、そのようなステアリングシステムでは、操舵装置の異常を正確に検知することが望まれる。特に、ステアバイワイヤ型のシステムでは、ステアリング操作部材と転舵装置とが機械的に分離された状態で操舵動作が行われるため、転舵装置の異常を検知することの重要性が高いものとなる。上記特許文献２に記載の技術では、転舵装置の異常検知を、ステアリング操作部材の操作量に基づいて行っている。ところが、ステアリングシステムはステアリング操作部材が設けられた操作装置と車輪の転舵を行う転舵装置とに区分されており、ステアリング操作部材の操作量に基づく検出では、転舵装置に異常が発生しているのか、それとも、操作装置に異常が発生しているのかの判別が困難であるという問題を抱える。したがって、ステアリング操作部材の操作量に基づく転舵装置の異常検知は、充分に正確であるとは言い難い。ここに掲げた問題は、ほんの一例に過ぎないが、異常の検知に関して種々の改良，改善を行うことにより、ステアリングシステムの実用性を向上させることができるものと考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いステアリングシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の車両用ステアリングシステムは、転舵装置が有するモータの作動量に基づいて転舵装置の異常検知を行うことを特徴とする。詳しく言えば、モータの作動量に基づいて推定される理論的な旋回状態と、実際の車輪の転舵量に依拠する実際の旋回状態とに基づいて、転舵装置の異常を検知可能な装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
転舵装置のモータは、転舵装置の駆動源であるため、本発明によれば、その駆動源の作動量と実際の転舵量とに基づく異常の検知が行われる。そのため、例えば、操作装置の異常等を排除した検知が可能となるため、転舵装置の異常を正確に認定することが可能となる。そのような利点を有することで、本発明の車両用ステアリングシステムは、実用的なステアリングシステムとなる。
【発明の態様】
【０００６】
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。本願発明を含む概念である。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
【０００７】
なお、以下の項において、（１）項が請求項１に相当し、（３）項と（４）項とを合わせたものが請求項２に、（６）項が請求項３に、（７）項が請求項４に、（８）項と（９）項とを合わせたものが請求項５に、それぞれ相当する。
【０００８】
（１）モータを有して操舵操作に応じた車輪の転舵動作を行う転舵装置を備えた車両用ステアリングシステムであって、
前記転舵装置が、前記モータの作動量を検出するモータ作動量検出器を有し、
当該車両用ステアリングシステムが、
実際の車輪の転舵量に依拠する実際の車両の旋回状態を指標する実旋回状態量を検出する実旋回状態量検出器と、
前記モータ作動量検出器によって検出されたモータ作動量に依拠して推定される理論的な車両の旋回状態を指標する理論旋回状態量と、前記実旋回状態量検出器によって検出される実旋回状態量とに基づいて、前記転舵装置の異常を検知する転舵装置異常検知装置と
を備えた車両用ステアリングシステム。
【０００９】
本項に記載の態様は、転舵装置の備えるモータの作動量に基づく異常検知が行われる。モータは転舵装置において駆動源として機能するものであるため、その駆動源の駆動量と実際の車輪の転舵量に依拠して定まる実旋回状態量とに基づけば、異常が転舵装置におけるものであることの認定を容易に行うことができ、本項の態様のステアリングシステムでは、正確に転舵装置の異常を検知できることになる。そのような利点から、本項の態様によれば、実用的なステアリングシステムが実現する。
【００１０】
本項の態様が適用されるステアリングシステムは、転舵装置が備えるモータの駆動力によって、ステアリング操作部材に加えられた操作力をアシストして車輪を転舵するシステム、つまり、いわゆるパワーステアリングシステムであってもよく、また、ステアリング操作部材に加えられた操作力によらず、転舵装置が備えるモータの駆動力を制御して、操舵操作に応じた車輪の転舵を行うシステム、つまり、いわゆるステアバイワイヤ型ステアリングシステムであってもよい。ステアバイワイヤ型ステアリングシステムでは、ステアリング操作部材と転舵装置が機械的に分離された状態で操舵のための動作が実行されるため、転舵装置の異常の検知の必要性がより高いものとなる。その点を考慮すれば、本項の態様は、ステアバイワイヤ型ステアリングシステムに適用されることがより望ましい。そのことに鑑み、以下の説明は、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムを中心に行うこととする。
【００１１】
本態様が適用可能なステアリングシステムは、その構成が特に限定されるものではなく、本項の態様は、転舵装置のモータ作動量を検出するための検出器を備えている限り、公知の構成のシステムに広く適用可能である。「転舵装置」に関しても、その構成が限定されるものではない。例えば、ハウジングと、そのハウジングに車幅方向に往復移動可能に保持されたいわゆる転舵ロッドと、ハウジングに支持された上記モータと、そのモータの駆動力を転舵ロッドの往復運動力として伝達する伝達機構とを含んで構成されるものであればよい。より具体的に言えば、例えば、転舵ロッドにラックを形成し、そのラックと噛合するピニオンを配設することで、ラック・ピニオン機構を伝達機構に採用し、モータにによってピニオンを回転させて転舵動作を行うような転舵装置とすることもでき、また、転舵ロッドにボールねじを螺設し、ベアリングボールを保持してそのボールねじに螺合するナットを配設することで、ボールねじ機構を伝達機構に採用し、モータによってナットを回転させることで転舵動作を行うような転舵装置とすることもできる。
【００１２】
本項にいう「モータ作動量」は、例えば、モータ回転量（回転角度）等を意味する。具体的には、例えば、モータの主軸（回転軸）の回転量を始めとして、減速機付きのモータであれば、その出力軸の回転量等、伝達機構に至るまでの種々の作動量をモータ作動量と観念することが可能である。また、モータ作動量は、例えば、車輪の中立位置（車両が直進状態にある転舵位置）に相当する中立作動位置を基準とした作動位置を表すような値、すなわち、絶対的な作動量であってもよく、また、例えば、任意の時点における作動位置からの別の任意の時点における作動位置までの変位を表すような値、すなわち、相対的な作動量であってもよい。
【００１３】
モータ作動量を検出する「モータ作動量検出器」は、その具体的な構造が特に限定されるものではなく、例えば、エンコーダ，レゾルバ，シンクロ，ポテンショメータ等の種々の構造のものを採用可能である。また、モータ作動量検出器は、例えば、モータの回転角度位置等を測定可能なアブソリュート型の検出器であってもよく、どれだけ回転角度が変化したかを測定可能なインクリメンタル型の検出器であってもよい。
【００１４】
また、本項でいう車輪の転舵量とは、車輪がどのような転舵状態にあるかを表す値を意味し、例えば、車輪の転舵角，転舵ロッドの移動位置等がそれに該当する。さらに、「旋回状態量」は、車両がどのような旋回状態にあるかを表すパラメータを意味する。具体的には、例えば、車体に生じている横加速度（以下、「横Ｇ」と略す場合がある）、車両が受けている横力，コーナリングフォース、車両のスリップ角、車両のヨーレート等、種々のものを採用可能である。「実旋回状態量」は、車両の実際の旋回状態量であり、それを検出する「実旋回状態量検出器」は、採用する旋回状態量の種類に応じて、公知の適切なセンサ、および、必要とあらば、そのセンサの検出値を演算によってその採用する旋回状態量に変換する手段等を含んで構成されるものであればよい。検出および推定が比較的容易であり、また、現在の車両の多くに横Ｇセンサが備わっていることに鑑みれば、旋回状態量検出器として横Ｇセンサを採用し、旋回状態量として横Ｇを採用することが望ましい。また、「理論旋回状態量」は、モータ作動量に依拠して推定されるものであり、例えば、あるモータ作動量であれば車輪がある転舵量となり、ある転舵量であればある旋回状態となるといったプロセスに基づいて推定される旋回状態量を意味する。具体的には、例えば、種々の転舵量に対応する旋回状態量を記憶させたマップに基づいて推定されるものであってもよく、それら転舵量と旋回状態量との関係を示す演算式に基づいて推定されるものであってもよい。
【００１５】
本項における「転舵装置異常検知装置」は、上述したような、実旋回状態量と理論旋回状態量とに基づいて異常の検知が可能な装置とされている。より詳しく言えば、例えば、モータがある作動量となる場合に当然なるべき旋回状態と、実際の旋回状態を比較することで、モータの作動量と車輪の実際の転舵量とが一致しているか否かを認定し、その認定に基づいて転舵装置の異常を検知する装置とすることが可能である。検知される「転舵装置の異常」は、その異常の種類が特に限定されるものではなく、本項の態様における転舵装置異常検知装置は、例えば、後に説明するような、モータの駆動力の伝達機構の異常、つまり、メカニカルな構造の部分に生じるような異常を検知するように構成することも可能であり、また、モータ作動量検出器、転舵量検出器等のセンサの異常を検出するように構成することも可能である。なお、転舵装置異常検知装置は、演算，パラメータの比較等の処理を中心とする処理を実行する装置であることから、コンピュータを主体とする装置とすることが可能である。
【００１６】
（２）前記転舵装置異常検知装置が、理論旋回状態量と実旋回状態量との差が設定された閾量を超えた場合に、前記転舵装置が異常であると認定して、その異常を検知するものである(1)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００１７】
先に説明したように、転舵装置が正常に作動している場合には、理論旋回状態量と実旋回状態量とは原則的には一致、あるいは、外乱等があったとしても大きな差とはならない。本項に記載の態様は、そのことを利用して異常を検知する態様である。閾量は、例えば、外乱等によって通常生じうる理論旋回状態量と実旋回状態量とのずれ等を考慮し、適切な値に設定することが望ましい。
【００１８】
（３）前記転舵装置異常検知装置が、前記モータ作動量検出器によって検出されたモータ作動量に基づいて理論旋回状態量を推定する理論旋回状態量推定部を有する(1)項または(2)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００１９】
本項に記載の態様は、転舵装置異常検知装置が自ら理論旋回状態量を推定する態様である。
【００２０】
（４）前記理論旋回状態量推定部が、前記モータ作動量検出器によって検出されたモータ作動量と、車両走行速度とに基づいて理論旋回状態量を推定するものである(3)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００２１】
旋回状態は、概ね、転舵量と車両走行速度との２つのパラメータによって決定することが可能である。その２つのパラメータに基づけば、比較的正確に理論旋回状態量を推定することが可能である。
【００２２】
（５）前記転舵装置異常検知装置が、旋回状態量を変動させる要因が大きい場合に、前記転舵装置の異常の検知を行わないようにされた(1)項ないし(4)項のいずれかに記載の車両用ステアリングシステム。
【００２３】
車両が旋回している場合には、車輪のスリップによって横すべりが生じる。車両の走行速度が大きい場合、転舵量が大きい場合等にその横すべりが大きくなり、また、路面μが小さい場合にも車両の横すべりは大きくなって、正確な理論旋回状態量を推定することが困難となる。つまり、それら「車両走行速度が過大となること」等は、旋回状態量を変動させる要因となるのである。本項の態様は、そのことを考慮した態様であり、旋回状態量変動要因の大きさを判断して異常検知処理の実行の有無を決定する態様である。具体的には、例えば、車両走行速度が、設定された速度を超えている場合に検知を行わないとする態様、モータ作動量が中立作動位置からの作動量を表す場合にその作動量がある閾量を超えている場合に検知を行わないとする態様、ブレーキシステム等から得られる路面μ情報に基づいて路面μが設定された値より小さい場合に検知を行わないとする態様等、あるいは、それらの複数を組み合わせたような態様等、種々の態様とすることができる。
【００２４】
（６）前記転舵装置異常検知装置が、前記転舵装置の異常として、前記転舵装置における前記モータの駆動力の伝達機構の異常を検知する駆動力伝達機構異常検知部を有する(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の車両用ステアリングシステム。
【００２５】
本項に記載の態様は、転舵装置、詳しくは、転舵装置における駆動力伝達機構のメカ的な部分の動作不良，不具合等に起因する異常を検知する態様である。本項に記載の態様によれば、モータ作動量検出器が正常に機能していると認定できる場合において、例えば、伝達機構を構成するいずれかの構成要素の固定不良（例えば、ガタ等），各構成要素間の相対位置ずれ，いずれかの構成要素の破損等に起因する異常等を検知することが可能である。
【００２６】
（７）前記転舵装置が、車輪の転舵量を検出する転舵量検出器を有し、前記転舵装置異常検知装置が、前記伝達機構と前記転舵量検出器とのいずれが異常であるかを認定する異常箇所認定部を有する(6)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００２７】
一方、操舵装置に、複数の検出器を設けることにより転舵制御の利便性，信頼性を向上させることができる。そのため、車輪の転舵量を直に検出する転舵量検出器を設けることが考えられる。そのような場合、モータ作動量と転舵量検出器によって検出される転舵量とが整合していない場合に、転舵量検出器と伝達機構とのいずれに異常があるか判定することが困難な状況にある。本項の態様は、そのような場合に効果的な態様である。例えば、上記モータ作動量と転舵量検出器により検出された転舵量とを整合させる処理を実行した場合において、その後取得された上記理論旋回状態量と上記実旋回状態量とが一致しないときに、転舵量検出装置により検出された転舵量を基にもう１つの理論旋回状態量である第２の理論旋回状態量を推定し、その第２理論旋回状態量と上記実旋回状態量とが一致しない場合に、転舵量検出器が異常であると認定することが可能である。また、第２理論旋回状態量と実旋回状態量とが一致する場合であっても、モータ作動量に基づく理論旋回状態量と実旋回状態量とが一致していない場合に、上記伝達機構が異常であると認定することが可能である。なお、転舵量を検出する「転舵量検出器」は、その具体的な構造が特に限定されるものではない。転舵ロッドの移動位置を直接的にあるいは間接的に検出するものであることが望ましい。例えば、直接的に検出するものとしては、インダクトシン，マグネスケール等を採用可能であり、間接的なものとしては、例えば、転舵ロッドにラックを形成し、それと噛合するピニオンを設けて（伝達機構とは別系統である）、そのピニオンの回転量をエンコーダ，レゾルバ等によって検出するような構造とすることが可能である。
【００２８】
（８）当該車両用ステアリングシステムが、ステアリング操作部材に加えられた操舵力によらず、前記転舵装置が有する前記モータを制御して前記ステアリング操作部材の操作に応じた車輪の転舵を行うシステムである(1)項ないし(7)項のいずれかに記載の車両用ステアリングシステム。
【００２９】
本項に記載の態様は、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムとしての態様である。先に説明したように、ステアバイワイヤ型のシステムでは、ステアリング操作部材と転舵装置とが分離されているため、転舵装置の異常を検出する意義が大きい。
【００３０】
（９）当該車両用ステアリングシステムが、ステアリング操作部材に加えられた操作力の前記転舵装置への伝達を可能とする操作力伝達装置を備え、
前記転舵装置異常検知装置が、前記転舵装置の異常を検知した場合に、前記操作力伝達装置を制御して操作力による車輪の転舵の実行を可能とする操作力依拠転舵実現部を有する(8)項に記載の車両用ステアリングシステム。
【００３１】
本項における操作力伝達装置は、ステアリング操作部材に加えられた操作力による転舵動作を可能とする装置であり、例えば、モータへの電力供給が絶たれるような事態，制御装置が失陥したような事態等が発生した場合において、有効性を発揮する手段となる。本項の態様は、転舵装置の異常が検知された場合に、そのような装置を利用して、適切な操舵を可能とするものであり、本項の態様によれば、信頼性の高いステアバイワイヤ型ステアリングシステムが実現することになる。
【００３２】
（パワーステアリングシステムへの適用）
パワーステアリングシステムでは、ステアリング操作部材と転舵装置とが機械的な連結が維持されており、ステアリング操作部材の操作量と車輪の転舵量とは原則的に整合する構造とされている。しかし、パワーステアリングシステムでは、転舵装置に設けられたモータの駆動力によって操作力がアシストされるため、転舵動作の過渡的な状態において、操作量と転舵量とが整合しない状況となる。例えば、そのモータからの伝達機構に異常が生じている場合、適切なアシスト力が得られない等によって、操作量に対して転舵量が充分に追従しない状態、平たく言えば、転舵動作が遅れるような状態等が生じる。したがって、操舵操作の過渡的な状態において、上記理論旋回状態量と上記実旋回状態量との関係をモニタすれば、転舵装置の異常を検知することが可能である。具体的には、例えば、理論旋回状態量の変化に対する実旋回状態量の変化の遅れが設定値を超える場合に、伝達機構に異常があると認定し、それを検知するような態様とすることができる。このような態様とすることで、パワーステアリングシステムにおいても、当該システムが自身の異常を認識することが可能となるのである。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
【００３４】
図１に、一実施例である車両用ステアリングシステムを概略的に示す。本システムは、操作部１０と転舵部１２とが機械的に分離され、ステアリング操作部材としてのステアリングホイール１４に加えられる操作力によらずに、転舵部１２に設けられた動力源の動力によって転舵車輪（以下、単に「車輪」という場合がある）１６を転舵するステアリングシステムである。また、本システムは、異常が発生した場合など、必要に応じて操作部１０と転舵部１２とを機械的に連結する連結部１８を備えている。そのため、例えば、転舵部１２の動力源を使用できない場合等には、連結部１８によって操作力を転舵部１２に伝達し、ステアリングホイール１４へ加えられた操作力によって、車輪の転舵を行うことができるようにされている。
【００３５】
操作部１０には、ステアリングホイール１４と、そのステアリングホイール１４を操作可能に支持するステアリング操作装置（以下、単に「操作装置」と略する場合がある）２０とが設けられている。操作装置２０は、操舵操作が入力される装置であり、車両後方側つまり運転者側の端部である後方端部にステアリングホイール１４が取り付けられたメインシャフト３０と、そのメインシャフト３０を回転可能に保持するとともに、スプリングによってステアリングホイール１４に中立位置に向かう向きの操作反力を付与するばね反力機構３２と、ステアリングホイール１４の操作量である操作角を取得するための操作角センサ３４、およびメインシャフト３０に駆動力を付与することでステアリングホイール１４に操作反力を付与する反力モータ３６を備えている。
【００３６】
連結部１８は、操作力を転舵部１２側に出力する出力シャフト３８と、メインシャフト３０と出力シャフト３８との間の操作力の伝達の有無を切り換えるべく、それらのそれらの連結の有無を切り換える電磁クラッチ４０とを備えている。電磁クラッチ４０は、電力が供給されない消磁状態においてメインシャフト３０と出力シャフト３８とを連結し、励磁状態においてその連結を解除するものとされている。出力シャフト３８は、ユニバーサルジョイント５０およびインタミディエイトシャフト５２を介して転舵部１２の操作力入力軸５４と接続されており、操作力を転舵部１２に出力するようにされている。このような構成により、連結部１８が操作力伝達装置として機能するものとなっている。
【００３７】
転舵部１２には、転舵動作を行う、つまり、車輪１６を転舵させる転舵装置６０が設けられている。転舵装置６０は、ハウジング６２と、そのハウジング６２を車幅方向に貫通した状態で支持された転舵ロッド６４とを備えている。その転舵ロッド６４は、両端部において、ボールジョイント６６を介してタイロッド６８と連結されている。タイロッド６８は、もう１つのボールジョイント７０を介して車輪１６を回転可能に保持するステアリングナックル７２に固定されたナックルアーム７４に連結されている。転舵装置６０は、転舵ロッド６４を左右に駆動することによってステアリングナックル７２を回動させ、車輪１６の転舵を行うのである。
【００３８】
図２に、転舵装置６０の下から見た断面を示す。本実施例において、転舵装置６０は、２つの転舵モータ（以下、単に「モータ」と略記する場合がある）８０，８２によって転舵ロッド６４を駆動する第一駆動部８４と、操作力によって転舵ロッド６４を駆動する第二駆動部８６とを備えている。第二駆動部８６は、上記操作力入力軸５４と一体的に接続されたピニオンギヤ９０と、そのピニオンギヤ９０と噛み合うように転舵ロッド６４に形成されたラックギヤ９２とを含んで構成されている。上述の連結部１８の機能によって、ピニオンギヤ９０は、電磁クラッチ４０が消磁状態（連結状態）にされている場合には操舵力よって回転させられるが、電磁クラッチ４０が励磁状態（非連結状態）にされている場合には、操作力によっては回転させられない。すなわち、電磁クラッチ４０が消磁状態にされている場合には、ピニオンギヤ９０は操舵操作の操作力によって回転させられて転舵ロッド６４を軸方向に駆動するが、電磁クラッチ４０が励磁状態にされている場合には、ピニオンギヤ９０は転舵ロッド６４の転舵動作、すなわち軸方向移動に伴って回転させられるようにされている。なお、通常時には、第一駆動部８４によって転舵が行われるため、電磁クラッチ４０が励磁状態とされて操作力が第二駆動部８６に伝達されない状態とされている。
【００３９】
なお、転舵装置６０には、ピニオンギヤ９０の回転位置を取得するためのセンサである転舵量センサ９４が設けられている。ピニオンギヤ９０は、転舵ロッド６４が軸方向に移動するのに伴い回転させられるため、ピニオンギヤ９０の回転位置を取得することによって、転舵ロッド６４の移動量、即ち、転舵量を取得することができるようになっている。つまり、転舵量センサ９４は、転舵量検出器としての機能を有するものとされている。
【００４０】
第一駆動部８４は、２つの転舵モータ８０，８２、すなわち、右側転舵モータ（図において左側のモータ）８０と、左側転舵モータ（図において右側のモータ）８２と、ハウジング６２に軸受を介して回転可能に保持されて２つの転舵モータ８０，８２によって回転駆動されるモータ軸９６と、そのモータ軸９６の回転によって転舵ロッド６４を軸方向に移動させるボールねじ機構９８とを備えている。２つの転舵モータ８０，８２は、転舵ロッド６４の軸線方向に並んで配設されている。また、２つの転舵モータ８０，８２の各々は、ハウジング６２の内周面に固定されたステータコイル１００と、モータ軸９６の外周部に固定された永久磁石１０２とを含んで構成されている。モータ軸９６は、中空状にされており、その中空状の部分を転舵ロッド６４が相対移動可能な状態で貫通している。ボールねじ機構９８は、モータ軸９６の一端部に相対回転不能に固定されたボールナット１１０と、そのボールナット１１０が保持するベアリングボール１１２を介して螺合するところの転舵ロッド６４に形成されたボールねじ１１４とを含んで構成されている。そのボールねじ機構９８は、モータ軸９６（詳しくは、ボールナット）の回転を転舵ロッド６４の軸線方向の移動に変換することにより、２つの転舵モータ８０，８２の駆動力を転舵力に変換するための機構、つまり、モータの駆動力の伝達機構（以下、「駆動力伝達機構」という場合がある）として機能するものとなっている。
【００４１】
また、転舵装置６０には、右側転舵モータ８０の右側（図における左側）に、モータ軸９６の回転角度を取得するためのモータ回転角センサ１２０が設けられている。モータ回転角センサ１２０は、モータ軸９６とともに回転するパルスロータの回転角度を電磁ピックアップによって検出するものとされている。つまり、モータ回転角はモータ作動量であり、モータ回転角センサ１２０がモータ作動量検出器としての機能を有するものとされている。
【００４２】
図３に、ボールねじ機構９８を拡大して示す。モータ軸９６の一端部の内周には、段付の保持部１３０が形成されており、その保持部１３０内に上述のボールナット１１０が相対回転不能に保持されている。保持部１３０の開口部には雌ねじ１３２が形成され、その雌ねじ１３２に、外周に雄ねじ１３４が形成されたロックリング１３６が螺合されることにより、ボールナット１１０のモータ軸９６に対する軸方向移動が禁止される構造となっているされている（図３（ａ）参照）。なお、ロックリング１３６の中央に貫通穴１３８が形成され、その貫通穴１３８を貫通して転舵ロッド６４が軸方向移動可能に配設されている。
【００４３】
本ステアリングシステムは、自身が備えるステアリング電子制御ユニット（ステアリングＥＣＵ、以下、単にＥＣＵという場合がある）２００によって制御される。図４に機能ブロックを示すように、ＥＣＵ２００は、コンピュータ２０２を主体として、各種モータおよび各種装置等の駆動回路等を含んで構成されている。コンピュータ２０２は入出力インタフェース２０３を備え、その入出力インタフェース２０３に、操作角センサ３４，モータ回転角センサ１２０，転舵量センサ９４，車輪速センサ２０４，実旋回状態量検出器としての横加速度センサ（図には横Ｇセンサと示されている。以下、本文内においても横Ｇセンサと記載する場合がある。）２０６等の各種センサが接続されている。また、入出力インタフェース２０３には、運転者に対して各種の情報を表示するインジケータ２１０（インストゥルメントパネルに設けられている。図１参照）が接続されている。さらに、入出力インタフェース２０３には、それぞれの駆動回路２１２を介して、反力モータ３６、２つの転舵モータ８０，８２および電磁クラッチ４０等が接続されている。ＥＣＵ２００のコンピュータ２０２の記憶部には、転舵制御プログラムや異常検知プログラムなどの種々のプログラムおよび制御に用いられる各種のデータ等が記憶されている。
【００４４】
ＥＣＵ２００は、機能に関して言えば、操舵操作に応じて車輪１６の転舵を行う転舵制御部２２０（反力モータ３６による操作反力の制御等をも行う）を備える。具体的には、転舵制御部２２０は、操作角センサ３４の検出信号に基づいて取得された操作角から目標転舵量を決定し、その目標転舵量に対応するモータ回転角を目標モータ回転角として、モータ回転角センサによって検出される実際のモータ回転角と目標モータ回転角との偏差が減少するようにモータ８０，８２をフィードバック制御し、操舵操作に応じた車輪１６の転舵を行う。つまり、本システムでは、モータ回転角を転舵装置６０の制御値とする転舵動作の制御を行っている。なお、転舵制御部２２０は、通常時は、電磁クラッチ４０への励磁電力の供給によって、操作部１０と転舵部１２との非連結状態を維持する制御も行っている。
【００４５】
ＥＣＵ２００は、さらに、モータ回転角または転舵量に基づいて理論横加速度を推定する理論旋回状態量推定部２２２と、転舵装置６０の異常を検知するための異常検知部２２４と、車両の横すべりが大きい場合等、横Ｇを変動させる要因（旋回状態量変動要因の一種である）が大きい場合において後に説明する異常検知処理を禁止する変動要因依拠検知禁止部２２６と、異常検知部２２４において転舵装置６０に異常が発生したことが検知された場合に、運転者の操舵操作力による転舵制御を実現するための操作力依拠転舵実現部２２８とを備える。詳しく言えば、異常検知部２２４は、上述の理論旋回状態量推定部２２２において推定される理論横Ｇ（理論旋回状態量の一種である）と横Ｇセンサ２０６によって取得される実横Ｇ（実旋回状態量の一種である）とを比較することにより転舵装置６０に異常が発生したことを検知する駆動力伝達機構異常検知部２３０と、転舵装置６０の異常を検知した場合に、転舵量センサ９４によって検出される転舵量に基づいて推定される第２理論横Ｇと実横Ｇとを比較することにより、ボールねじ機構９８と転舵量センサ２０６とのいずれに異常が発生しているかを認定する異常箇所認定部２３２とを有する。
【００４６】
ＥＣＵ２００によって実行される異常検知処理についてさらに説明すれば、例えば、運転者の操舵操作に応じた目標転舵量だけ車輪を転舵すべく、モータ８０，８２が所定の回転角度回転したとしても、実際の転舵量が目標転舵量と一致しない場合には、モータ回転角に基づいて推定される理論横Ｇと、横Ｇセンサ２０６によって検出される実横Ｇとが一致しないこととなる。本システムにおける異常検知処理は、そのような場合に、モータ回転角センサ１２０が正常であることを前提として、転舵装置６０に異常が発生したと認定し、さらに転舵量センサ９４による転舵量と車速とに基づいて第２理論横加速度を推定することにより、ボールねじ機構９８と転舵量センサ９４とのいずれの異常であるかを認定する処理を行う。
【００４７】
本実施例では、説明を単純化するために、ボールねじ機構９８の異常として特定の現象に限定して説明を行うことにする。その現象は、前述したロックリング１３６の緩みである。図３(b)に示すように、ボールねじ機構９８においてロックリング１３６が緩んだ場合に、ボールナット１１０がモータ軸９６に対して軸方向に移動可能な状態となる。いわゆるガタが生じた状態である。その状態で転舵モータ８０，８２が回転させられても、ボールナット１１０がモータ軸９６とともに回転しつつ軸方向に移動することとなり、転舵ロッド６４の軸方向移動が遅れたり、要求された移動量と実際の移動量とが異なって期待される転舵量が得られないといった事態が発生する。また、転舵モータ８０，８２が停止している状態であっても、ガタの分のボールナット１１０の移動により転舵ロッド６４が移動して車輪１６の転舵角が変化する可能性もある。そのように駆動力伝達機構としてのボールねじ機構９８に異常が生じている場合には、理論横Ｇは実横Ｇに一致しなくなるのである。なお、その状態においても、転舵量センサ９４により実際の転舵量が正確に検出されているならば、第２理論横Ｇは実横Ｇと一致することとなる。
【００４８】
一方、転舵装置６０が備える転舵量センサ９４に異常がある場合にも、当該システムは、適正な転舵制御が行い得ない状態となる。転舵量センサ９４は、イグニッションキーが挿入されてＯＮ状態とされた時の整合処理（いわゆるキャリブレーション）において利用される。整合処理では、転舵量センサ９４によって検出された転舵量に操作角が整合するように、反力モータ３６を駆動させてステアリングホイール１４が回転させられ、また、検出された転舵量を基に、その転舵量に相当するモータ回転角の値が、その時点のモータ回転角として設定される。したがって、転舵量センサ９４に異常が生じている場合には、車輪１６の中立位置と、ステアリングホイール１４の中立位置とがずれ、また、車輪の中立位置とモータ８０，８２の中立作動位置とがずれるといった不具合が発生するのである。ここで、説明を単純化するために、本実施例では、転舵量センサ９４の異常を、そのような中立位置のずれが発生するような異常に特定することにする。本システムでは、そのような転舵量センサ９４の異常を、異常検知処理を実行することにより、システム自身により監視している。具体的には、転舵量センサ９４に異常が生じている場合には、ボールねじ機構９８が正常であって転舵モータ８０，８２の回転量が正確な転舵量として伝達されたとしても、理論横Ｇおよび第２理論横Ｇはいずれも実横加速度と一致しない状態となる。本システムでは、このような現象を監視することにより、転舵量センサ９４の異常を検知するような処理を行うようにされている。
【００４９】
次に、異常検知処理の具体的な説明を行う。異常検知処理は、ＥＣＵ２００が異常検知プログラムを短い時間間隔（例えば５０ｍsec）をおいて繰り返し実行することによって行われる。異常検知プログラムのフローチャートを図５に示し、フローチャートに沿って異常検知処理を説明する。なお、上述のように転舵装置６０等の制御は転舵制御プログラムによって行われ、その転舵制御プログラムは、転舵装置６０の異常が検知された際に、転舵装置６０等の作動の態様を変更する処理を行うようなプログラムとなっている。
【００５０】
まず、ステップＳ１（以下、単にＳ１と略記する。他のステップについても同様とする）において、モータ８０，８２の作動量であるモータ回転角θが検出される。詳しく言えば、モータ回転角センサ１２０による検出値がモータ回転角θとして取得される。ちなみに、モータ回転角θは、先に説明した整合処理（キャリブレーション処理）で整合させられた中立作動位置からのモータ８０，８２の作動位置を表す値であり、中立作動位置を０とするアブソリュート値として取得される。
【００５１】
次いで、Ｓ２において、一定期間車両の操舵角が保たれている保舵状態であるか否かが判定される。本プログラムの前回以前の実行によって検出されたモータ回転角θは、設定時間（例えば０．３sec）記憶されており、本実施例においては、その設定時間内のモータ回転角θの変化量が予め設定された値より小さい場合に保舵状態であると判定される。モータ回転角θが設定値以上変化している場合には、車両が保舵状態にないので、Ｓ２の判定がＮＯとなり、本プログラムの１回の実行が終了する。車両が保舵状態にない場合には、操舵の過渡的な状態であり、ステアリング操作に対する車両の挙動の遅れ等により、推定横Ｇと実横Ｇとが不一致となることから、異常検知処理を行わないこととされているのである。一方、車両が保舵状態である場合にはＳ２の判定がＹＥＳとなり、Ｓ３に進んで、異常検知処理が行われる。なお、本プログラムでは、モータ回転角センサ１２０の検出値によって、保舵状態を判定しているが、操舵制御プログラムにおいてステアリングホイール１４の操作角に基づいて目標モータ回転角が求められているため、その目標モータ回転角の変化の状態に基づいて、保舵状態であるか否かの判定を行うことも可能である。また、ステアリングホイール１４の操作角の変化に基づいて、保舵状態であるか否かの判定を行うことも可能である。さらに、本実施例においては、本プログラムの毎回の実行において、保舵状態の判定を行っているが、上記設定時間ごとに保舵状態の判定を行うようにすることも可能である。
【００５２】
続くＳ３では、車両走行速度（以下、「車速」と略す場合がある）Ｖが検出される。本実施例においては、４つの車輪１６のそれぞれに車輪速センサ２０４が配設されており、それら車輪速センサ２０４により検出された４つの車輪速の平均値が車速Ｖとして取得される。次に、Ｓ４において、その車速Ｖが設定速度Ｖ0より大きいか否かが判断される。車速Ｖが設定速度Ｖ0よりも大きい場合には、車両の過大な横すべり等が発生して、推定横Ｇを正確に推定できない可能性が高いことから、異常検知処理の実行を禁止するための処置である。すなわち、その場合には、Ｓ４の判定がＮＯとなり本プログラムの１回の実行が終了する。それに対して、車速Ｖが設定速度Ｖ0以下である場合には、Ｓ４の判定がＹＥＳとなりＳ５に進む。
【００５３】
Ｓ５において、先に取得されたモータ回転角θと車速Ｖとに基づいて理論横加速度Ｇｙ1が推定される。ＥＣＵ２００には、各車速Ｖについてモータ回転角θと発生するはずの横Ｇとの関係を示すデータが、図６に示すような本車両固有の特性を考慮したマップデータとして記憶されている。例えば、車速がＶ1である場合には、モータ回転角θと横Ｇとの関係は、Ｖ1と指し示す直線のような関係となっている。なお、図には速度の遅い方から順にＶ1、Ｖ2およびＶ3の場合を例示している。このマップデータに基づいて推定される横加速度が、理論横加速度Ｇｙ1として取得される。
【００５４】
次にＳ６において、実横加速度Ｇｙ0が検出される。詳しく言えば、横Ｇセンサ２０６によって検出された検出値が、実横加速度Ｇｙ0として取得される。続いてＳ７に進み、理論横加速度Ｇｙ1と実横加速度Ｇｙ0との差の絶対値が予め設定された設定された閾量ΔＧｙより小さいか否かが判断される。閾量ΔＧｙは検出誤差等を考慮した値とされている。差が閾量ΔＧｙより小さい場合、つまり、理論横加速度Ｇｙ1と実横加速度Ｇｙ0と実質的に一致していると判断される場合には、転舵装置６０に異常がないと認定される。すなわち、Ｓ７の判定がＹＥＳとなり、本プログラムの１回の実行が終了する。それに対して、理論横加速度Ｇｙ1と実横加速度Ｇｙ0との差が閾量ΔＧｙ以上である場合には、Ｓ７の判定がＮＯとなり、Ｓ８以下に進む。
【００５５】
Ｓ８においては、車輪１６の転舵量δが検出される。詳しくは、転舵量センサ９４によって検出された検出値が、転舵量δとして取得される。続くＳ９において、その転舵量δと車速Ｖとに基づいて、第２理論横加速度Ｇｙ2が推定される。具体的に言えば、転舵量δおよび車速Ｖと横Ｇについても、図６に示すマップデータと類似のマップデータが予め記憶されており、それに基づいて第２理論横加速度Ｇｙ2が推定される。
【００５６】
次のＳ１０において、第２理論横加速度Ｇｙ2と実横加速度Ｇｙ0との差の絶対値が設定値ΔＧｙより小さいか否かが判定される。なお、設定値ΔＧｙはＳ７において利用される値と同じ値であってもよいし、異なる値に設定されてもよい。すなわち、第２理論横加速度Ｇｙ2と実横加速度Ｇｙ0とが実質的に一致すると判断される場合には、Ｓ１０の判定がＹＥＳとなる。この場合は、転舵装置６０に異常が生じているが、第２理論横加速度Ｇｙ2と実横加速度Ｇｙ0とが実質的に一致していることにより、転舵量センサ９４の検出値が実際の転舵量を正確に反映しているとみなすことができ、Ｓ１１において、ボールねじ機構９８、つまり、駆動力伝達機構に異常が生じていると認定される。ボールねじ機構９８に異常が生じている場合には、Ｓ１２において、その旨を運転者に報知するための報知処理が実行される。具体的には、インジケータ２１０に対して、その旨の異常表示を行うための指示が出力される。
【００５７】
一方、第２理論横加速度Ｇｙ2と実横加速度Ｇｙ0との差が設定値ΔＧｙを越えている場合には、Ｓ１０の判定がＮＯとなる。上述のように、理論横加速度Ｇｙ1と第２理論横加速度Ｇｙ2とのいずれもが実横加速度Ｇｙ0とが実質的に一致しない場合は、転舵量センサ９４に異常が生じていると考えられ。そのため、その場合には、Ｓ１３に進んで転舵量センサ９４に異常が生じていることが認定され、続いて、Ｓ１４において、その旨を運転者に報知するための報知処理が実行される。具体的には、先の報知処理と同様に、インジケータ２１０に対して、その旨の異常表示を行うための指示が出力される。
【００５８】
Ｓ１２およびＳ１４のいずれに進んだ場合であっても、その後Ｓ１５に進んで、操作力操舵に切り換えられる。具体的には、転舵モータ８０，８２と反力モータ３６とへの電流の供給が禁止され、さらに、電磁クラッチ４０が非励磁状態とされて操作部１０と転舵部１２とが接続されて、ステアリングホイール１４になされた操舵操作の操作力による車輪の転舵が可能となるようにされる。以上で本プログラムの１回の実行が終了する。
【００５９】
以上の説明から明らかなように、本実施例においては、ＥＣＵ２００の異常検知プログラムを実行する部分のうちＳ５およびＳ９を実行する部分を含んで理論旋回状態量推定部２２２が構成されている。また、Ｓ７を実行する部分を含んで駆動力伝達機構異常検知部２３０が構成され、Ｓ１０，Ｓ１１およびＳ１３を実行する部分を含んで異常箇所認定部２３２が構成されており、それらによって、異常検知部２２４が構成されている。さらに、Ｓ４を実行する部分を含んで変動要因依拠検知禁止部２２６が構成され、Ｓ１５を実行する部分を含んで操作力依拠転舵実現部２２８が構成されている。そして、それら理論旋回状態量推定部２２２と、異常検知部２２４と、変動要因依拠検知禁止部２２６と、操作力依拠転舵実現部２２８とを含んで、転舵装置異常検知装置が構成されているのである。
【００６０】
本実施例のシステムによれば、転舵装置６０の異常を正確に検知することができる。また、異常を検知した場合に、操作力による操舵に切り換えることにより、信頼性の高いステアバイワイヤ型ステアリングシステムが実現されている。以上、本発明をステアバイワイヤ型ステアリングシステムに適用した場合について説明したが、いわゆるパワーステアリングシステムにおいても、理論横加速度と実横加速度とに基づいて、当該システムが自身の異常を認識することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施例であるステアリングシステムを概念的に示す図である。
【図２】図１に示すステアリングシステムが備える転舵装置を示す断面図である。
【図３】図２に示す転舵装置が有するボールねじ機構を拡大して示す図である。
【図４】図１に示すステアリングシステムの制御装置を説明するための機能ブロック図である。
【図５】図４に示す制御装置によって実行される異常検知プログラムのフローチャートである。
【図６】理論横加速度を推定するためのマップデータを模式的に示すチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１０：操作部      １２：転舵部      １４：ステアリングホイール（ステアリング操作部材）      １６：車輪      １８：連結部      ２０：操作装置      ６０：転舵装置      ８０，８２：転舵モータ      ８４：第一駆動部      ８６：第二駆動部      ９４：転舵量センサ（転舵量検出器）      ９８：ボールねじ機構（駆動力伝達機構）      １２０：モータ回転角センサ（モータ作動量検出器）      ２００：ステアリング電子制御ユニット（ＥＣＵ）（転舵装置異常検知装置）      ２０４：車輪速センサ      ２０６：横Ｇセンサ（実旋回状態量検出器）      ２２０：転舵制御部      ２２２：理論旋回状態量推定部      ２２４：異常検知部      ２２６：変動要因依拠検知禁止部      ２２８：操作力依拠転舵実現部      ２３０：駆動力伝達機構異常検知部      ２３２：異常箇所認定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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