(57)【要約】【課題】操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成で、比較的安易にフェール時のバックアップを行うことができる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】操舵機構２と転舵機構４とを機械的に分離したステアバイワイヤ式の車両用操舵装置１において、ステアリングシャフト２２にバックアップモータ２４を接続し、ピニオンシャフト４３にバックアップモータ４５を接続する。そして、ステアバイワイヤ機能に異常が発生したとき、接続回路５及び接続ケーブル６Ａ，６Ｂを介してバックアップモータ２４とバックアップモータ４５とを電気的に接続する。これにより、操舵機構２と転舵機構４とを電気的に接続し、異常発生時における最低限の操舵機能を確保する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール及び該ステアリングホイールに操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータを有する操舵機構と、転舵輪及び該転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを有し、前記操舵機構とは機械的に切り離された転舵機構と、前記操舵反力アクチュエータ及び前記転舵アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備える車両用操舵装置であって、
前記ステアリングホイールに連結された操舵軸に回転軸が接続された第１の電動モータと、
車輪を転舵する転舵軸に回転軸が接続され、前記第１の電動モータと電気的に接続可能な第２の電動モータと、
前記制御手段の作動異常時に、前記第１の電動モータと前記第２の電動モータとを電気的に接続する接続手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータは、それぞれブラシ付きＤＣモータであることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータは、それぞれブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記第１の電動モータは、前記操舵反力アクチュエータを構成する操舵反力用モータであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記第２の電動モータは、前記転舵アクチュエータを構成する転舵用モータであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータは、それぞれ高誘起電圧特性を有する電動モータであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に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、車両の操舵を行う操舵機構と、該操舵機構とは機械的に分離されて転舵輪を転舵する転舵機構とを備えた、所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用操舵装置として、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置がある。この種の車両用操舵装置では、操舵機構と転舵機構とが機械的に連結されていないため、ステアバイワイヤ機能の異常時にフェールセーフが必要である。
一般的なバックアップの手法としては、異常発生時に操舵機構と転舵機構とを機械的に電磁クラッチで接続したり、ワイヤープーリを用いて操舵機構から転舵機構へ動力を伝達したり、電気的に車両の両輪を制御したり、アシスト機構を２重で持ったりするものがある（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２６７５２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２０７３６号公報
【特許文献３】特開２００３−６３３７３号公報
【特許文献４】特開平１０−３２９７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フェール時に操舵機構と転舵機構とをシャフト等で機械的に接続する構成は、安価なバックアップ手法ではあるが、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしきれない。一方、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成とすると、フェール時におけるバックアップを完全二重化する必要があるなど、高価で複雑な機構となってしまう。
そこで、本発明は、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成で、比較的安易にフェール時のバックアップを行うことができる車両用操舵装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に係る車両用操舵装置は、ステアリングホイール及び該ステアリングホイールに操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータを有する操舵機構と、転舵輪及び該転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを有し、前記操舵機構とは機械的に切り離された転舵機構と、前記操舵反力アクチュエータ及び前記転舵アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備える車両用操舵装置であって、前記ステアリングホイールに連結された操舵軸に回転軸が接続された第１の電動モータと、車輪を転舵する転舵軸に回転軸が接続され、前記第１の電動モータと電気的に接続可能な第２の電動モータと、前記制御手段の作動異常時に、前記第１の電動モータと前記第２の電動モータとを電気的に接続する接続手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に係る車両用操舵装置は、請求項１に係る発明において、前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータは、それぞれブラシ付きＤＣモータであることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る車両用操舵装置は、請求項１に係る発明において、前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータは、それぞれブラシレスＤＣモータであることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項４に係る車両用操舵装置は、請求項１〜３の何れかに係る発明において、前記第１の電動モータは、前記操舵反力アクチュエータを構成する操舵反力用モータであることを特徴としている。
さらにまた、請求項５に係る車両用操舵装置は、請求項１〜４の何れかに係る発明において、前記第２の電動モータは、前記転舵アクチュエータを構成する転舵用モータであることを特徴としている。
また、請求項６に係る車両用操舵装置は、請求項１〜５の何れかに係る発明において、前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータは、それぞれ高誘起電圧特性を有する電動モータであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ステアバイワイヤ機能に異常が発生したとき、操舵軸に接続したバックアップモータと転舵軸に接続したバックアップモータとを電気的に接続することで、操舵軸に接続したバックアップモータで発生した逆起電力を転舵軸に接続したバックアップモータに伝達可能な構成とすることができる。したがって、異常発生時には、運転者による操舵力を転舵機構に伝達することができる。このように、機械的に完全に分離された操舵機構と転舵機構とを電気的に接続可能とすることで、複雑な構成を用いることなく安易にフェール時のバックアップを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】コントローラ１０で実行するステアバイワイヤ制御処理手順を示すフローチャートである。
【図３】接続回路５のオフ状態を示す図である。
【図４】接続回路５のオン状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
（構成）
図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号１は、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。この車両用操舵装置１は、運転者が操舵する操舵機構２と、この操舵機構２から機械的に切り離されて左右前輪（転舵輪）３Ｒ，３Ｌを転舵する転舵機構４とを備える。
【００１１】
操舵機構２は、ステアリングホイール２１と、ステアリングホイール２１に連結され運転者から作用される操舵力が伝達されるステアリングシャフト（操舵軸）２２と、反力モータ２３と、バックアップモータ２４とから構成される。
反力モータ２３は、ステアリングシャフト２２にトルクを付与することでステアリングホイール２１に対して操舵反力を付与するためのものであり、ブラシレスモータ等で構成する。また、バックアップモータ２４は、ブラシ付きＤＣモータで構成し、その回転軸をステアリングシャフト２２に連結している。
【００１２】
転舵機構４は、転舵輪３Ｒ，３Ｌに連結されたラック軸４１と、ラック軸４１と噛合するピニオンギヤ４２と、ピニオンギヤ４２に連結されたピニオンシャフト（転舵軸）４３と、転舵モータ４４と、バックアップモータ４５とから構成される。
転舵モータ４４は、ピニオンシャフト４３を回転駆動することで、ラック軸４１及びピニオンギヤ４２を介して転舵輪３Ｒ，３Ｌを転舵するためのものであり、反力モータ２３と同様にブラシレスモータ等で構成する。また、バックアップモータ４５は、バックアップモータ２４と同様にブラシ付きＤＣモータで構成し、その回転軸をピニオンシャフト４３に連結している。
【００１３】
また、ステアリングシャフト２２には、操舵トルクセンサ１１と、操舵角センサ１２とが設けられている。操舵トルクセンサ１１は、ステアリングホイール２１からステアリングシャフト２２に伝達される操舵トルクを検出する。操舵角センサ１２は、ステアリングシャフト２２の回転角を操舵角として検出する。さらに、この車両用操舵装置１は、転舵角センサ１３と、車速センサ１４とを備える。転舵角センサ１３は転舵輪３Ｒ，３Ｌの転舵角を検出し、車速センサ１４は自車両の車速を検出するものである。これら各検出信号は、コントローラ１０に入力される。
【００１４】
そして、コントローラ１０は、入力された各検出信号に基づいて、ステアリングホイール２１の操舵角に応じて転舵輪３Ｒ，３Ｌを転舵するように転舵モータ４４を駆動制御すると共に、転舵輪３Ｒ，３Ｌの転舵に応じた路面反力に相当する操舵反力をステアリングホイール２１に与えるように、反力モータ２３を駆動制御する。
また、この車両用操舵装置１は、バックアップモータ２４とバックアップモータ４５とを電気的に接続可能な接続回路５及び接続ケーブル６Ａ，６Ｂを備える。接続回路５は、例えば、接続ケーブル６Ａを接続／切断するリレー等で構成されており、コントローラ１０からの制御信号に応じてオン／オフ制御される。
【００１５】
この接続回路５は、ステアバイワイヤ機能に異常が発生していない通常状態では、図３に示すようにオフ状態とする。この状態では、バックアップモータ２４とバックアップモータ４５とは互いに影響を及ぼすことはない。一方、接続回路５は、ステアバイワイヤ機能に異常が発生すると、コントローラ１０からの制御信号に応じて図４に示すようにオン状態に切り替わる。この状態では、バックアップモータ２４とバックアップモータ４５とが電気的に接続された状態となり、バックアップモータ２４が回転したときに当該バックアップモータ２４で発生した逆起電力は、バックアップモータ４５に伝達することになる。
【００１６】
すなわち、コントローラ１０は、各種センサで検出した検出信号を入力し、ステアバイワイヤ機能に異常が発生していない通常状態では、操舵角センサ１２で検出した操舵角と車速センサ１４で検出した車速とに応じて設定されるギヤ比を乗算した目標転舵角を算出する。そして、算出した目標転舵角と転舵角センサ１３で検出した実転舵角との偏差に基づいて、実転舵角が目標転舵角に一致するように転舵モータ４４を駆動制御する。さらに、この通常状態では、コントローラ１０は、操舵角センサ１２で検出した操舵角と車速センサ１４で検出した車速とに基づいて反力マップ等を参照して目標反力トルクを算出する。そして、この目標反力トルクと操舵トルクセンサ１１で検出した操舵トルクとの偏差に基づいて反力モータ２３を駆動制御する。このようにして通常のステアバイワイヤ制御を行う。
【００１７】
一方、ステアバイワイヤ機能に異常が発生している異常発生状態では、コントローラ１０は、接続回路５に対してバックアップモータ２４とバックアップモータ４５とを接続状態とするための制御信号を出力し、上述した通常状態での反力モータ２３及び転舵モータ４４の駆動制御は行わない。
なお、ステアバイワイヤ機能に異常が発生している状態とは、各種センサ１１〜１４、反力モータ２３や転舵モータ４４の駆動回路、マイクロコンピュータ、ＥＣＵ、電源系の何れかに異常が発生しており、通常のステアバイワイヤ制御を正常に行えない状態をいう。
【００１８】
図２は、コントローラ１０で実行するステアバイワイヤ制御処理手順を示すフローチャートである。
このステアバイワイヤ制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行する。先ず、ステップＳ１で、コントローラ１０は、各種データを読み込みステップＳ２に移行する。ここでは、操舵トルクセンサ１１で検出した操舵トルク、操舵角センサ１２で検出した操舵角、転舵角センサ１３で検出した転舵角、車速センサで検出した車速を取得する。
【００１９】
ステップＳ２では、コントローラ１０は、ステアバイワイヤ機能の異常判定を行う。ここでは、上述したように、各種センサ１１〜１４、反力モータ２３や転舵モータ４４の駆動回路、マイクロコンピュータ、ＥＣＵ、電源系の何れかに異常が発生している状態であるか否かを判定する。そして、異常が発生しておらず正常にステアバイワイヤ制御を正常に行える状態であると判定した場合にはステップＳ３に移行し、異常が発生していると判定した場合には後述するステップ４に移行する。
ステップＳ３では、コントローラ１０は、通常のステアバイワイヤ制御を行い、ステアバイワイヤ制御処理を終了する。すなわち、前記ステップＳ１で取得した各種センサの検出信号に基づいて反力モータ２３及び転舵モータ４４を駆動制御する。
【００２０】
また、ステップＳ４では、コントローラ１０は、接続回路５に対してバックアップモータ２４とバックアップモータ４５とを電気的に接続状態とするための制御信号を出力すると共に、通常のステアバイワイヤ制御における反力モータ２３及び転舵モータ４４の駆動制御を停止し、ステアバイワイヤ制御処理を終了する。
なお、図１において、反力モータ２３が操舵反力アクチュエータに対応し、転舵モータ４４が転舵アクチュエータに対応し、コントローラ１０が制御手段に対応し、バックアップモータ２４が第１の電動モータに対応し、バックアップモータ４５が第２の電動モータに対応し、接続回路５が接続手段に対応している。
【００２１】
（動作）
次に、上記本実施形態の動作を説明する。
今、各種センサ１１〜１４、モータ駆動回路、マイクロコンピュータ、ＥＣＵ、電源系の何れにも異常が発生していないものとする。この場合には、コントローラ１０は、ステアバイワイヤ機能が正常状態であると判断し（図２のステップＳ２でＮｏ）、通常のステアバイワイヤ制御を行う（ステップＳ３）。
【００２２】
すなわち、運転者がステアリングホイール２１を操作すると、これに応じて操舵角センサ１２から操舵角に応じた舵角検出信号が出力される。コントローラ１０は、その操舵角と車速センサ１４で検出した車速とに応じた目標転舵角を演算し、実転舵量が演算した目標転舵角となるように、転舵モータ４４を駆動制御する。これにより、転舵輪３Ｒ，３Ｌが転舵する。
このとき、転舵輪３Ｒ，３Ｌの転舵に対応する路面反力が発生する。そこで、コントローラ１０は、操舵トルクセンサ１１で検出した操舵トルクが、上記路面反力に相当する操舵反力を付与するための目標反力トルクとなるように、反力モータ２３を駆動制御する。これにより、ステアリングホイール２１に操舵反力が付与する。
【００２３】
このようにして、通常のステアバイワイヤ制御が行われ、運転者は自身の感覚に合致したステアリング操作を行うことができる。
なお、ステアバイワイヤ機能が正常状態である場合は、接続回路５が図３に示すようにオフ状態となっているため、バックアップモータ２４とバックアップモータ４５とは互いに影響を及ぼさない状態となっている。
【００２４】
この状態から、例えば、操舵トルクセンサ１１に異常が発生したものとする。すると、コントローラ１０は、ステアバイワイヤ制御を正常に行えない状態であり、ステアバイワイヤ機能が異常状態であると判断する（ステップＳ２でＹｅｓ）。そのため、コントローラ１０は、接続回路５に対して、バックアップモータ２４とバックアップモータ４５との間の接続ケーブルを接続状態とするための制御信号を出力する（ステップＳ４）。これにより、図４に示すように接続回路５はオン状態に切り替わる。このように、ステアリングシャフト２２に回転軸を連結したバックアップモータ２４と、ピニオンシャフト４３に回転軸を連結したバックアップモータ４５とを電気的に接続する。
【００２５】
このとき、運転者がステアリングホイール２１を操作すると、その操舵力はステアリングシャフト２２に伝達され、それに連動してステアリングシャフト２２に接続されたバックアップモータ２４が回転する。このとき、バックアップモータ２４が回転することで当該バックアップモータ２４には逆起電力が発生する。バックアップモータ２４とバックアップモータ４５とは電気的に接続された状態であるため、バックアップモータ２４で発生した逆起電力は、接続回路５及び接続ケーブル６Ａ，６Ｂを介してバックアップモータ４５に伝達され、バックアップモータ４５が回転する。これにより、転舵輪３Ｒ，３Ｌが転舵する。
【００２６】
このように、ステアバイワイヤ機能に異常が発生した場合には、ステアリングシャフト２２に接続したバックアップモータ２４とピニオンシャフト４３に接続したバックアップモータ４５とを電気的に接続することで、機械的に分離された操舵機構と転舵機構とを電気的に接続する。これにより、運転者に最低限の車両の左右操舵機能を提供することができる。
【００２７】
ところで、一般にステアバイワイヤ式の車両用操舵装置においては、異常発生時にハンドルが空転してしまうのを防止するために、異常発生時に操舵機構と転舵機構とを機械的に接続する方法がとられている。しかしながら、この場合、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしきれない。一方、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成とすると、異常発生時のバックアップを完全二重系とする必要があり、高価で複雑な機構となってしまう。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成とし、異常発生時にはステアリングシャフトとピニオンシャフトとにそれぞれ接続したバックアップモータを用いて、操舵機構と転舵機構とを電気的に接続する。したがって、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしつつ、安価な構成でフェール時のバックアップを行うことができる。
【００２９】
（効果）
このように、上記実施形態では、ステアリングシャフト（操舵軸）とピニオンシャフト（転舵軸）とにそれぞれバックアップモータを接続し、ステアバイワイヤ機能の異常発生時に、これらバックアップモータを電気的に接続する。これにより、操舵軸に接続したバックアップモータの逆起電力を転舵軸に接続したバックアップモータに伝達可能な構成とする。
したがって、異常発生時に運転者がステアリング操作を行った場合には、運転者による操舵力を転舵機構に伝達することができ、最低限の操舵機能を提供することが可能となる。そのため、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしつつ、安価で簡易な構成でフェール時のバックアップを行うことができる。
【００３０】
また、バックアップモータをブラシ付きＤＣモータで構成するので、バックアップ時における操舵機構から転舵機構への操舵力の伝達を効果的に行うことができる。このとき、バックアップモータとして誘起電圧定数が比較的大きい高誘起電圧タイプのものを用いれば伝達効率が良く、異常発生時により強い操舵力を得ることができると共に、接続する配線に流れる電流を低く抑えられるため、接続ケーブルとして線径が細く軽量安価で設置性の良い配線を用いることができる。
【００３１】
（応用例）
なお、上記実施形態においては、バックアップモータをブラシ付きＤＣモータで構成する場合について説明したが、ブラシレスＤＣモータで構成することもできる。この場合、誘起電圧を非常に大きく設定し、僅かな回転であってもハンドル側のモータの回転によって発生した電流ベクトルにモータの位置ベクトルが追従するように設定することが望ましい。
【００３２】
また、上記実施形態においては、ステアリングホイール２１に操舵反力を付与する反力モータ２３とは別にバックアップモータ２４を設ける場合について説明したが、反力モータ２３をハンドル側のバックアップモータとして用いることもできる。同様に、転舵モータ４４を転舵輪側のバックアップモータとして用いることもできる。この場合、異常発生時には反力モータ２３と転舵モータ４４とを電気的に接続するようにする。これにより、より簡易な構成でフェール時におけるバックアップを行うことができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…車両用操舵装置、２…操舵機構、３Ｒ，３Ｌ…転舵輪、４…転舵機構、５…接続回路、６Ａ，６Ｂ…接続ケーブル、１０…コントローラ、１１…操舵トルクセンサ、１２…操舵角センサ、１３…転舵角センサ、１４…車速センサ、２１…ステアリングホイール、２２…ステアリングシャフト、２３…反力モータ、２４…バックアップモータ、４１…ラック軸、４２…ピニオンギヤ、４３…ピニオンシャフト、４４…転舵モータ、４５…バックアップモータ
【図１】
2011225176.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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