(57)【要約】【課題】電気式のバックアップ手段を有するステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構において、その信頼性と操作性を向上させること。【解決手段】ステアバイワイヤシステム１００の操舵力伝達機構は、プッシュプルワイヤーからなるケーブル７０と、それを巻き取るケーブル巻き取り装置７１と、ケーブル７０の張力に基づいてギヤボックス１８Ｇ′を駆動するケーブル駆動機構７２と、ケーブル７０の張力を制御するケーブル張力変更手段７３を用いて構成されている。機械式整流器３５（転舵モータ転流手段）に供給される直流電位は、スイッチＳＷ２を用いて構成される本発明の給電電圧変更手段によって、バッテリーＢＴ０から供給される低電位とバッテリーＢＴ１から供給される高電位の何れかから選択される。ケーブル張力変更手段７３に供給される直流電位も、本発明の給電電圧変更手段によって制御される。【選択図】図５
2008024025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に備えた操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に切り離し、前記操舵ハンドルの操作に応じて転舵モータを駆動して前記転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムにおいて、
平常時に前記転舵モータを駆動制御する転舵モータ制御装置と、
前記操舵ハンドルの操舵角に応じて前記転舵モータへの通電状態を切り換える転舵モータ転流手段と、
前記転舵モータ制御装置の異常時に、前記転舵モータ制御装置を前記転舵モータから電気的に切り離し、その代わりに前記転舵モータ転流手段を前記転舵モータに電気的に接続する接続切替手段と、
前記転舵モータ制御装置の少なくとも異常時に、前記転舵モータ転流手段に給電する給電手段と、
前記転舵モータ制御装置の少なくとも異常時に、前記操舵ハンドルに機械的に連結されて、前記車両の運転者の操舵力を前記転舵輪に機械的に伝達する操舵力伝達機構と
を有し、
前記操舵力伝達機構によって構成される、前記操舵力の前記転舵輪への伝達経路は、曲げ変形可能に形成されている
ことを特徴とするステアバイワイヤシステム。
【請求項２】
前記転舵モータ転流手段は、
ブラシと整流子を有する機械的な転流装置から構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のステアバイワイヤシステム。
【請求項３】
前記転舵モータ転流手段は、
前記操舵ハンドルの操舵角を検出する回転角センサと、
検出された前記操舵角に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される半導体スイッチと
を有する電子的な転流装置から構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のステアバイワイヤシステム。
【請求項４】
前記操舵ハンドルの操舵角、操舵速度、または前記車両の車速に応じて、ケーブルの張力を制御するケーブル張力制御手段を有し、
前記操舵力伝達機構の前記伝達経路は、前記ケーブルを用いて構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のステアバイワイヤシステム。
【請求項５】
前記操舵ハンドルの操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
前記異常時に、前記操舵速度に応じて、前記給電手段からの給電電圧を変更する給電電圧変更手段と
を有し、
前記給電電圧変更手段は、
前記操舵速度の大きさに対して前記給電電圧を単調増加させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のステアバイワイヤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアバイワイヤシステムにおいて、主要な転舵モータ制御装置が故障した異常時に、緊急避難的に転舵輪の転舵を可能にするフェールセーフ機構に関し、特に、該フェールセーフ機構の信頼性と操作性を向上させるバックアップ手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構にワイヤーを用いた装置構成が、下記の特許文献１に開示されている。この従来技術の特徴は、変形可能なプッシュ・プルワイヤーを用いてバックアップ手段を構成することによって、車室内のレイアウトの自由度を増すことができる点と、この構成によってステアリング軸と舵取り機構とを剛結させないことで、衝突安全性を増すことができる点にある。
しかし、この従来技術では、セルフアライニングトルクやタイヤの路面抵抗に対抗する大きな操舵力が要求されるため、異常時、即ち主要な転舵モータ制御装置が故障した時の緊急避難的な操舵操作の際に、運転者に要請される操舵負荷が大きくなり、操作性の面に問題がある。
【０００３】
ステアバイワイヤシステムにおいて、この様な運転者への操舵負荷を効果的に軽減することができるフェールセーフ機構としては、下記の特許文献２に記載されているフェールセーフ機構が既に公知である。このフェールセーフ機構を採用すれば、車室内のレイアウトの自由度や衝突安全性を確保でき、また、異常時に用いられる所望のバックアップ手段においてもバッテリーが用いられるため、このバッテリーによるパワーアシストによって、更に、当該バックアップ手段の使用時における操舵ハンドルの操作性をも格段に向上させることができる。
【特許文献１】特開２００６−１５４７（図１３）
【特許文献２】特開２００６−２１５５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献２に記載されている転流装置を使った電気式のバックアップ手段においては、下記の問題があった。
（問題点１）バッテリーの故障によって操舵できなくなる恐れがある。
（問題点２）運転者が操舵ハンドルを速く回転させた場合に、転舵モータが脱調して操舵できなくなる恐れがある。
（問題点３）転舵輪が縁石に当接して、それ以上転舵できなくなっている場合でも、操舵ハンドルを更に回転させることができるため、運転者がその当接状態を容易には認識できないことがある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、上記の転流装置を使った電気式のバックアップ手段を有するステアバイワイヤシステムのフェールセーフ機構において、その信頼性と操作性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、車両に備えた操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に切り離し、操舵ハンドルの操作に応じて転舵モータを駆動して転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムにおいて、平常時に転舵モータを駆動制御する転舵モータ制御装置と、操舵ハンドルの操舵角に応じて転舵モータへの通電状態を切り換える転舵モータ転流手段と、転舵モータ制御装置の異常時に、転舵モータ制御装置を転舵モータから電気的に切り離し、その代わりに上記の転舵モータ転流手段を転舵モータに電気的に接続する接続切替手段と、上記の転舵モータ制御装置の少なくとも異常時に、上記の転舵モータ転流手段に給電する給電手段と、上記の転舵モータ制御装置の少なくとも異常時に、操舵ハンドルに機械的に連結されて、車両の運転者の操舵力を転舵輪に機械的に伝達する操舵力伝達機構とを設け、この操舵力伝達機構によって構成される操舵力の転舵輪への伝達経路を曲げ変形可能に形成することである。
【０００７】
つまり、本発明は、電気式のバックアップ手段（転舵モータ転流手段）に対して機械式のバックアップ手段（操舵力伝達機構）を追加した方式、即ち、バックアップ手段に関するハイブリッド方式の採用によって、主要な転舵モータ制御装置の異常時に有効な前述のフェールセーフ機構を構成するものである。
なお、転舵モータ制御装置の異常時に、上記の操舵力伝達機構を操舵ハンドルに機械的に連結させる手段としては、例えばクラッチなどを用いることができる。また、この様な連結手段は、電気式の手段でも油圧式の手段でもよい。
また、上記の操舵力の伝達経路の構成は、ワイヤーに限定されるものではなく、その他にも例えば、ユニバーサルジョイントや蛇腹構造のシャフトなどを用いて構成することも可能である。
【０００８】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の転舵モータ転流手段を、ブラシと整流子を有する機械的な転流装置から構成することである。
【０００９】
また、本発明の第３の手段は、上記の第１の手段において、操舵ハンドルの操舵角を検出する回転角センサと、検出された操舵角に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される半導体スイッチとを有する電子的な転流装置から、上記の転舵モータ転流手段を構成することである。
【００１０】
また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、操舵ハンドルの操舵角、操舵速度、または車両の車速に応じてケーブルの張力を制御するケーブル張力制御手段を設け、更に、上記の操舵力伝達機構の伝達経路をそのケーブルを用いて構成することである。
【００１１】
また、本発明の第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、操舵ハンドルの操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、上記の異常時に操舵速度に応じて上記の給電手段からの給電電圧を変更する給電電圧変更手段とを設け、この給電電圧変更手段によって、上記の給電電圧を操舵速度の大きさに対して単調増加させることである。
【００１２】
ただし、この給電電圧変更手段を介して給電する対象は、上記の電気式のバックアップ手段（転舵モータ転流手段）でもよいし、上記のケーブル張力制御手段でもよいし、また、これら双方であってもよい。
更に、この給電電圧変更手段に接続する電源は、バッテリーに限定されるものではなく、その他にも例えば、操舵ハンドルに対する操舵操作に基づいて電力を発生させる発電機などを用いてもよい。また、この様な発電手段として、操舵反力を生成する反力モータを利用してもよい。また、これらの電源（バッテリー、発電手段）は、任意に組み合わせて使用してもよい。特に、操舵反力を生成する反力モータを上記の発電手段として用いる場合には、その発電電力に基づく給電電力は連続的に増減させることができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、主要な転舵モータ制御装置の異常時に有効な所望のフェールセーフ機構が、電気式のバックアップ手段（転舵モータ転流手段）に対して機械式のバックアップ手段（操舵力伝達機構）を追加したハイブリッド方式で構成されるため、このバックアップ手段の二重化によって、前述の個々のバックアップ手段の各問題点をそれぞれ相補的かつ効果的に解消することができる。
【００１４】
例えば、上記の操舵力伝達機構及び連結手段によって、上記の異常時には転舵輪と操舵ハンドルとが機械的に常時確実に連結されるので、これらは互いに機械的に確実に同期して動作する。このため、上記の脱調の恐れ（問題点２）や、縁石に当接した際の運転者に対する状態伝達不良の恐れ（問題点３）などを効果的に払拭することができる。
【００１５】
更に、本発明の第１の手段によれば、バッテリーの故障時にも、また、転流装置や転舵モータ等が断線などによって故障した場合などにも、操舵感が幾らか重くはなるものの、操舵力伝達機構の動作によって、必要な操舵操作を有効に継続することが可能となる。また、これらの故障がなければ、電気式のバックアップ手段（転舵モータ転流手段）によって操舵操作が効果的にアシストされるので、勿論、操舵負荷は効果的に軽減される。
【００１６】
このため、本発明の第１の手段によれば、所望のフェールセーフ機構の追従性、応答性などの操作性と信頼性とを同時に効果的に確保することができる。また、本発明の第１の手段によれば、フェールセーフ機構を構成するバックアップ手段が二重化されて、個々のバックアップ手段に掛かる負荷がそれぞれ効果的に軽減されるので、これによって、個々のバックアップ手段の耐久性をも向上させることができる。また、電気式のバックアップ手段（転舵モータ転流手段）と機械式のバックアップ手段（操舵力伝達機構）の各耐久性がそれぞれ向上すれば、それによって勿論、本発明によるフェールセーフ機構の信頼性も同時に向上する。
【００１７】
また、本発明の第２または第３の手段によれば、上記の転舵モータ転流手段を具体的かつ良好に構成することができる。
特に、本発明の第２の手段によれば、所望の転流装置が機械的に構成されるため、高温環境や、或いは電磁的なノイズなどが多い雑音環境においても、当該転流装置を確実に動作させることができる。
一方、本発明の第３の手段によれば、所望の転流装置を半導体チップを用いて具現することが可能となり、また、その配設位置の任意性も高くできるため、上記の転流装置の小形化や搭載性などの点で非常に有利となる。
【００１８】
また、本発明の第４の手段によれば、各種の操舵状況に応じた適応制御に基づいて、ケーブルの張力を最適化することができる。例えば、フェールセーフ機構の応答性を高く維持したい場合には、ケーブルの張力を大きくすればよい。また、ケーブル自身に掛かる負荷であるケーブル張力を弱めることにより、ケーブル自身の耐久性を確保することもできる。このため、本発明の第４の手段によれば、上記の操舵力伝達機構の追従性と耐久性（寿命）を同時に確保することができる。また、ケーブルの耐久性が向上すれば、上記の操舵力伝達機構の信頼性も勿論向上する。
【００１９】
また、本発明の第５の手段によれば、上記の操舵速度検出手段により運転中の操舵状態が検知できるため、そのとき転舵に必要となる電力や操舵トルクの大きさに応じて、フェールセーフ機構の応答特性を適応的に最適化することが可能となる。即ち、例えば、応答性能が低くても構わない場合には、それらの状況に応じて、給電電位を低い値に設定したり、或いはワイヤーの張力を弱めたりすることができる。
このため、本発明の第５の手段によれば、当該フェールセーフ機構の追従性や応答性を確保しつつ、更に、転舵するために必要な消費電力を効果的に節約したり、或いはケーブル自身の耐久性を確保したりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１に本実施例１のステアバイワイヤシステム１０のシステム構成図を示す。ギヤボックス１８Ｇは、以下に説明する操舵力伝達機構かまたはブラシレス直流モータ２０（転舵モータ）によって駆動することができる。ラック１６が挿通された筒形ハウジング１８には、上記のギヤボックス１８Ｇが取り付けられており、このギヤボックス１８Ｇから突出したピニオンギヤ１９は、ラック１６と噛合している。ラック１６の両端に連結された１対のタイロッド１７，１７は、各転舵輪５０，５０に連結されている。
【００２２】
以下、上記の操舵力伝達機構について詳しく説明する。ギヤボックス３０の下方に取り付けられたクラッチＣＬは、操舵ハンドル１１を回転自在に支持するステアリングシャフト１２の回転動作を下方のユニバーサルジョイントＵＪに伝達するか否かを制御するものであり、そのオン／オフ動作は電磁力または油圧により制御することができる。また、運転者が操舵ハンドル１１に付与する操舵力の各転舵輪５０，５０への伝達経路が、多数のユニバーサルジョイントＵＪを連結させることにより構成されている。即ち、上記のオン／オフ動作に基づいて、ギヤボックス３０とギヤボックス１８Ｇとは、クラッチＣＬ及びこの多数のユニバーサルジョイントＵＪを介して機械的に連結させることができ、この連結動作によって運転者の操舵力を、これらの操舵力伝達機構を通して各転舵輪５０，５０に伝達することができる。多数のユニバーサルジョイントＵＪの連結体の捩れ剛性は、高く構成されているので、これにより操舵操作の遊びや応答性は適度に確保されている。
【００２３】
一方、ブラシレス直流モータ２０の駆動力も勿論、ギヤボックス１８Ｇに入力することができる。ブラシレス直流モータ２０の回転位置は、位置センサ２９によって検出されて、モータ駆動制御回路５１を有する転舵モータ制御装置６０に入力される。ステアリングシャフト１２には、トルクセンサ３３が取り付けられており、このステアリングシャフト１２は、ギヤボックス３０を介して反力モータ３１に接続されている。この反力モータ３１は、運転者の操舵操作に対して操舵反力を与えるためのトルクを発生するブラシ付き直流モータであり、転舵モータ制御装置６０によって駆動制御される。位置センサ３２は反力モータ３１のロータの回転角を検出する。また、転舵モータ制御装置６０は、反力モータ３１に対する制御機能をも有しており、位置センサ３２によって検出された反力モータ３１のロータの回転角や、トルクセンサ３３が検出した操舵トルクなどの各種の制御パラメータに基づいて、反力モータ３１の駆動制御を実行する。
【００２４】
これらの構成に基づいて、転舵モータ制御装置６０の正常時には、モータ駆動制御回路５１の出力ラインＬ２がモータ電源切替装置４６（接続切替手段）によってブラシレス直流モータ２０に接続されて、モータ駆動制御回路５１によってブラシレス直流モータ２０が駆動制御され、これによって各転舵輪５０，５０が転舵される。なお、この場合、上記のクラッチＣＬはオフ状態のままである。
【００２５】
一方、転舵モータ制御装置６０の異常時には、機械式整流器３５（転舵モータ転流手段）の出力ラインＬ１が、モータ電源切替装置４６によってブラシレス直流モータ２０（転舵モータ）に接続される。この場合、転舵モータ制御装置６０は、各モータ２０、３１の駆動制御系統から切り離され、ブラシレス直流モータ２０は、機械式整流器３５（請求項１の転舵モータ転流手段）によって駆動制御される。また、この時、上記のクラッチＣＬはオン状態に制御され、これによって、運転者がステアリングシャフト１２に付与する操舵トルクは、上記の操舵力伝達機構を通して各転舵輪５０，５０に伝達することが可能となる。したがって、上記の操舵力伝達機構を介した操舵操作に基づく所望の転舵動作は、ブラシレス直流モータ２０からの出力トルク（補助駆動力）によっても同時に効果的にアシストされる。
【００２６】
以下、機械式のバックアップ手段を構成する上記の機械式整流器３５（転舵モータ転流手段）を中心として、本ステアバイワイヤシステム１０の操舵系の構成について詳しく説明する。
上記の機械式整流器３５は、例えば図３、図４を用いて後から詳しく説明する様に、機械式に構成することができる。そして、バッテリーＢＴから供給される適当な直流電圧から、この機械式整流器３５によって、操舵ハンドル１１に対する操舵操作に応じた位相を有する３相矩形波交流電圧を生成して、ブラシレス直流モータ２０に印加することができる。
【００２７】
図２は、このステアバイワイヤシステム１０の操舵系の機械的な構成を示す斜視図である。ステアリングシャフト１２の先端には、ギヤボックス３０の内部に位置するウォームホイール１２Ｗが固定されており、このウォームホイール１２Ｗは、反力モータ３１のロータ３１Ｒの先端に固定されたウォームギヤ３１Ｗと噛合している。これによって、ロータ３１Ｒと操舵ハンドル１１とが互いに機械的に回転自在に連動され、例えば転舵モータ制御装置６０の正常時は、転舵モータ制御装置６０の反力モータ３１に対する駆動制御に基づいて、操舵ハンドル１１に適度な反力が与えられる。
なお、上記の出力ラインＬ１（図１）は、本図２に記載されている様に機械式整流器３５から出ている３本（３相）の出力配線４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗから構成されている。
【００２８】
上記の機械式整流器３５の論理的な構成と、電気的な接続形態を図３に例示する。機械式整流器３５の出力ラインＬ１（図１、図２）を構成する３相の出力配線４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗは、モータ電源切替装置４６に備えた接点４４を介して、ブラシレス直流モータ２０の各相回路２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに接続されており、一方、モータ駆動制御回路５１の出力ラインＬ２を構成する出力配線５５Ｕ，５５Ｖ，５５Ｗは、モータ電源切替装置４６に備えた接点４５を介して、ブラシレス直流モータ２０の各相回路２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに接続されている。
【００２９】
そして、通常時には、モータ電源切替装置４６に所定の作動用電力が付与されていて、接点４４がＯＦＦ状態に、接点４５がＯＮ状態になっている。また、転舵モータ制御装置６０に異常が生じた場合には、上記の作動用電力の付与が解除されて、接点４４がＯＮ状態に、接点４５がＯＦＦ状態になる。
【００３０】
転舵モータ制御装置６０が有するモータ駆動制御回路５１の３本の給電ライン５２はそれぞれ、１対のＦＥＴ５３，ＦＥＴ５４のプッシュプル接続によって構成されており、転舵モータ制御装置６０の正常時には、転舵モータ制御装置６０によって、これら６つのＦＥＴに対する周知のＯＮ／ＯＦＦ制御が実行されて、ブラシレス直流モータ２０（転舵モータ）が駆動制御される。
【００３１】
一方、転舵モータ制御装置６０の異常時には、上記の制御信号の出力が抑止されて、接点４５がＯＦＦ状態に、接点４４がＯＮ状態になるため、この時より、機械式整流器３５は、直流電圧から３相矩形波交流電圧を生成し、ブラシレス直流モータ２０に対して３相交流電流を給電する。即ち、この場合には、図２、図４の回転入力軸３６Ｊの回転動作に同期して、図３、図４の各ブラシ４１，４２に接触するセグメント３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗが随時切り替わる。そして、この切替動作によって、ブラシレス直流モータ２０の各相回路２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流される相電流が適正に変化するので、その結果、ブラシレス直流モータ２０に流れるこの３相交流電流によって、各転舵輪５０，５０は操舵ハンドル１１に追従して転舵される。
【００３２】
図４は、機械式整流器３５の機械的な構造を示す断面図である。本図４に示す様に、機械式整流器３５は、互いに相対回転するブラシホルダ３６とコンミュテータ３７とを備えている。コンミュテータ３７は、車両に固定されており、このコンミュテータ３７には、一端有底の円筒形のカバー４３と、円柱形のベース部３８とがそれぞれ固定されている。ベース部３８はコンミュテータ３７と一体に成形しても良い。そして、このベース部３８の外周面には、金属片からなるセグメント３９Ｕ，セグメント３９Ｖ，セグメント３９Ｗが円周方向にこの順で３周期、合計９つのセグメントが等間隔に配設されている。合計３つのセグメント３９Ｕは、何れも出力配線４０Ｕに接続されている。勿論、他のセグメントも同様である。
【００３３】
更に、一端有底の円筒形のブラシホルダ３６の底面には、同心の回転入力軸３６Ｊが固定されている。即ち、ブラシホルダ３６の回転軸と回転入力軸３６Ｊの回転軸とは一致しており、これらは、一体となって図２のロータ３１Ｒの回転動作に伴って回転する。ベアリング３７Ｊは、コンミュテータ３７やそのベース部３８の周りをブラシホルダ３６が、上記の回転軸上で滑らかに回転するのを回転自在に支持する。カバー４３の内側面には、１対の給電ブラシ４１Ｔ，４２Ｔが配設されており、これらはそれぞれ、ブラシホルダ３６の外側面に固定された薄板リング状の金属リング４１Ｓ，４２Ｓに当接している。したがって、回転入力軸３６Ｊが回転すると、金属リング４１Ｓは給電ブラシ４１Ｔに対して擦れながらその接触を維持しつつ回転する。
【００３４】
一方、ブラシホルダ３６の内部では、ブラシホルダ３６の回転により、ブラシホルダ３６内に固定された各ブラシ４１，４２が、コンミュテータ３７のベース部３８の外側面上に固定された各セグメント（３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗ）の周りを、これらの各セグメントに対して擦れながらその接触を維持しつつ回転する。この時、ブラシ４１を構成する金属製の弾性部材４１Ｂは、ブラシ４１を構成する金属導体４１Ｃを各セグメント（３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗ）に対して適度に押しつける働きを奏する。また、ブラシ４２を構成する弾性部材４２Ｂや金属導体４２Ｃについても同様に作用する。
以上の機械式整流器３５の機械的な構成により、１対の給電ブラシ４１Ｔ，４２Ｔの間に供給される直流電圧を、回転入力軸３６Ｊの回転に同期した位相を有する３相矩形波交流電圧に変換して、出力配線４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗ（図１、図２の出力ラインＬ１）から出力することができる。
【００３５】
以上のような本実施例１の構成に従えば、主要な転舵モータ制御装置６０の異常時に動作させるべき所望のフェールセーフ機構を、前述の機械式のバックアップ手段（操舵力伝達機構）と上記の電気式のバックアップ手段（転舵モータ転流手段）との両立構成によって実現することができるため、この様なバックアップ手段の二重化によって、前記の個々のバックアップ手段の各問題点をそれぞれ相補的かつ効果的に解消することができる。
【００３６】
また、多数のユニバーサルジョイントＵＪの連結体は、機械的な操舵力伝達機構を構成するものであるが、万一の衝突の際にはその衝撃によって当該連結体は折れ曲がるため、これによって、運転者に対する衝突安全性を得ることもできる。また、この連結体の曲げ変形に対する剛性は低く設定することができるので、この特性はキャビン内における操舵ハンドル１１の配設位置の自由度を高めることにも効果的に寄与し得る。
【実施例２】
【００３７】
図５に本実施例２のステアバイワイヤシステム１００の論理的な構成図を示す。このステアバイワイヤシステム１００は、先の実施例１のステアバイワイヤシステム１０の変形例に相当するものであり、以下の３点が大きく異なっている。
（特徴点１）本実施例２の操舵力伝達機構は、多数のユニバーサルジョイントＵＪの連結体の代わりに、プッシュプルワイヤーからなるケーブル７０と、それを巻き取るケーブル巻き取り装置７１と、ケーブル７０の張力に基づいてギヤボックス１８Ｇ′を駆動するケーブル駆動機構７２と、ケーブル７０の張力を制御するケーブル張力変更手段７３を用いて構成されている。
【００３８】
（特徴点２）機械式整流器３５（転舵モータ転流手段）に供給される直流電位は、スイッチＳＷ２を用いて構成される本発明の給電電圧変更手段によって、バッテリーＢＴ０から供給される低電位とバッテリーＢＴ１から供給される高電位の何れかから選択される。
（特徴点３）ケーブル張力変更手段７３（図６−Ａ）に供給される直流電位も、本発明の給電電圧変更手段によって制御される。
【００３９】
以下、これらの特徴点について詳しく説明する。
上記のケーブル７０は、右引き用と左引き用の各金属製のワイヤーからなり、各ワイヤーの一端はそれぞれケーブル巻き取り装置７１に接続されている。このため、クラッチＣＬがオン状態の場合には、操舵ハンドル１１の回転に同期して、操舵方向に対応する何れか一方のワイヤーの一部が、このケーブル巻き取り装置７１に引き込まれて巻き取られる。この動作により、ケーブル駆動機構７２がケーブルの張力に基づいて回転駆動されるので、これによって、運転者の操舵力がギヤボックス１８Ｇ′等を介して各転舵輪５０，５０に伝達される。
【００４０】
図６−Ａに上記のケーブル張力変更手段７３の構成図を例示する。このケーブル張力変更手段７３は、図５に示す様に、上記の右引き用と左引き用の各金属製のワイヤーの途中にそれぞれ１箇所ずつ設けられている。円柱形の鉄心７３ｃの一端は、その軸方向にスライド可能に支持されている。また、その他端は、鉄製のプーリー７３ａに接近配置されている。
この鉄心７３ｃは、これに巻き付けられたコイル７３ｂに流れる電流によって効果的に磁化し得るので、その磁力によってプーリー７３ａを図中右向きに適度に引っ張ることが可能であり、これによって、ケーブル７０の張力を可変制御することができる。このコイル７３ｂに対する給電回路上に設けられたスイッチ４６′は、上記のクラッチＣＬをオン状態にする際に同時にオン状態になる。
【００４１】
図６−Ｂには、上記のケーブル張力変更手段７３のコイル７３ｂに給電するための給電回路７３Ｂを例示する。この給電回路７３Ｂは、スイッチＳＷ１とバッテリーＢＴとの直列接続によって構成されており、本発明の給電電圧変更手段の一種と考えることができる。即ち、この給電回路７３Ｂにより、スイッチＳＷ１の動作に基づいて、コイル７３ｂに対する給電電位を変更することが可能である。
転舵モータ制御装置６０の異常時には発電機として作用する図５の反力モータ３１が、スイッチＳＷ１のブリッジＢＲに接続されているので、所定の回転速度以上の操舵操作があった場合には、抵抗Ｒ１の両端間には一定以上の電位差が生じる。したがって、その場合には、フォトカプラＦＶＣがオン状態となり、つづいて図中のＦＥＴがオン状態となるので、バッテリーＢＴからコイル７３ｂに給電することが可能となる。
【００４２】
なお、スイッチＳＷ１の制御手段として応用される上記の反力モータ３１の代わりに、ステアリングシャフト１２の回転に同期して回転動作するタコジェネレータなどを利用してもよい。この様なタコジェネレータは、操舵角速度センサとして、しばしばその他の一般のステアバイワイヤシステムにも搭載されていることがある。
また、上記の給電回路７３Ｂの代わりに、図６−Ｃの給電回路７３Ｂ′を用いてもよい。この場合には、反力モータ３１から出力される発電電力が、光信号に変換されることなくブリッジＢＲと可変抵抗ｒｒを介してそのままコイル７３ｂに給電されるので、これにより、コイル７３ｂに印加すべき給電電位は、操舵速度に応じて連続的に変化させることができる。また、可変抵抗ｒｒの抵抗値を適当に設定することによって、操舵負荷を調整することも可能である。
【００４３】
以上のようなケーブル張力変更手段７３を用いれば、転舵モータ制御装置６０の異常時には、運転者が操舵操作を実行したいタイミングにおいてのみ、ケーブル７０の張力が高く維持される。このため、ケーブル７０の耐久性を確保することができると同時に、当該操舵力伝達機構の追従性や応答性をも良好に確保することができる。
【００４４】
更に、これと類似の給電電位に係わる適応制御は、図５、図７のスイッチＳＷ２を使って、電気式のバックアップ手段（即ち、機械式整流器３５）に対しても応用することができる。また、以下に説明する図７の給電電圧変更手段は、後述の実施例４（図１０）においても利用されるものである。
図７に、その様な応用例を例示する。本図７は、図１のステアバイワイヤシステム１０のスイッチＳＷ２の詳細な回路図である。ここでは、ブラシ付き直流モータから成る反力モータ３１が、操舵速度検出手段として用いられており、並列接続された２つのバッテリーＢＴ０，ＢＴ１とスイッチＳＷ２によって給電電圧変更手段が構成されている。
【００４５】
より詳細には、スイッチＳＷ２の正電位出力点ｐ+ と同じ電位の点ｐ2 と、点ｐ0 と同電位の点ｐ1 との間に、バッテリーＢＴ０とバッテリーＢＴ１とが互いに並列に接続されていて、図中の点ｐ0 は所定のシャーシにアースされている。ただし、バッテリーＢＴ０の負電極とバッテリーＢＴ１の負電極は何れも点ｐ1 （即ち、アース側）に接続されていて、バッテリーＢＴ０の正電極と点ｐ2 との間には、逆流防止用のダイオードＤ１が挿入されている。
【００４６】
一方、バッテリーＢＴ１の正電極と点ｐ2 との間には、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチＦＥＴ１と逆流防止用のダイオードＤ２とが直列に挿入されている。そして、このダイオードＤ２のカソード端が点ｐ2 と接続されており、半導体スイッチＦＥＴ１のドレイン端がバッテリーＢＴ１の正電極と接続されている。また、半導体スイッチＦＥＴ１のゲート端とソース端の間にはシャント抵抗ＲSHが接続されている。即ち、図示する様に、シャント抵抗ＲSHは半導体スイッチＦＥＴ１のゲート端と同電位の点ｐ6 と、半導体スイッチＦＥＴ１のソース端と同電位の点ｐ5 との間に接続されている。
【００４７】
また、光スイッチＦＶＣ１は市販のフォトボルカプラから構成されており、その受光側の受光ダイオードＤｂは、上記の点ｐ5 と点ｐ6 との間に接続配置されている。調整用の抵抗Ｒadj1は、光スイッチＦＶＣ１を構成する発光側の発光ダイオードＤａのカソード側に発光ダイオードＤａに対して直列に接続されており、抵抗Ｒadj1の他端は点ｐ7 に、発光ダイオードＤａのアノード端は点ｐ8 にそれぞれ接続されている。この２点ｐ7 ，ｐ8 間には、負荷抵抗Ｒloadが接続されており、この２点ｐ7 ，ｐ8 間には、更に、この負荷抵抗Ｒloadに対して並列にブリッジＢＲ１の２つの出力端子が接続されている。このブリッジＢＲ１は、図示する様に４辺にそれぞれ１つずつ配置された４つのダイオードから構成されており、このブリッジＢＲ１の２つの入力端子には、反力モータ３１が接続されている。
【００４８】
以上の様にスイッチＳＷ２を構成すれば、転舵モータ制御装置６０がシステムから切り離されて、機械式整流器３５の出力ラインＬ１がモータ電源切替装置４６によってブラシレス直流モータ２０（転舵モータ）に接続されている場合（即ち、転舵モータ制御装置６０の異常時）には、反力モータ３１が、本願発明の操舵速度検出手段として作用する。即ち、この場合、操舵ハンドル１１の回転速度が、調整用の抵抗Ｒadj1によって設定された所定の閾値よりも大きい時に、反力モータ３１が生成する電力に基づいて、発光ダイオードＤａが発光し、受光ダイオードＤｂがその光を受けて、半導体スイッチＦＥＴ１がＯＮ状態となる。これにより、バッテリーＢＴ１の出力電位Ｖ１が、上記の正電位出力点ｐ+ に出力される。ダイオードＤ１は、この時にバッテリーＢＴ０の正電極側に電流が流れ込むことを防止するための素子である。
また、操舵ハンドル１１の回転速度が上記の閾値以下の場合には、発光ダイオードＤａが十分には発光しないため、半導体スイッチＦＥＴ１がＯＦＦ状態となる。よって、この場合には、バッテリーＢＴ０の出力電位Ｖ０（＜Ｖ１）が上記の正電位出力点ｐ+ に出力される。
【００４９】
以上の構成によれば、転舵モータ制御装置６０の異常時においても、操舵速度に見合った給電電圧を常時、機械式整流器３５（転舵モータ転流手段）を経由して転舵モータ（ブラシレス直流モータ２０）に印加することができる。したがって、本実施例２のステアバイワイヤシステム１０を用いれば、転舵モータ制御装置に異常が生じた場合においても、該システムにおける過剰な電力消費や発熱を抑制するとともに、操舵操作に対する転舵モータの追従性能を常時確保することができる。
また、負荷抵抗Ｒloadの抵抗値を適当に設定することにより、操舵抵抗を適度に生成することが可能となる。
【００５０】
なお、図６−Ｂや図７に記載の反力モータ３１の代わりに、例えば前述のタコジェネレータ（操舵角速度センサ）などを用いてもよい。フォトカプラのオン電力は大きくないので、電気式のバックアップ手段と機械式のバックアップ手段の双方によるこの様な操舵角速度センサの並列的な共用も可能である。
また、この場合、図７の接続点Ｐ0 と接続点Ｐ1 との間の配線上に、図６−Ｃの発電手段（給電回路７３Ｂ′）を直列に挿入してもよい。この様な発電作用に要する負荷によっても、操舵抵抗を適度に生成することが可能となる。また、給電回路７３Ｂ′の可変抵抗ｒｒの抵抗値を適当に設定することによって、操舵負荷を調整することも可能である。
なお、図１のバッテリーＢＴとバッテリーＢＴ１とは、同一のバッテリーで構成してもよい。これらの併用的構成は任意で良く、その他にも多数考えることができる。
【実施例３】
【００５１】
先の実施例２の給電回路７３Ｂ（図６−Ｂ）に対する代替手段を図８に示す。この代替手段７３Ｃは、図６−ＢのスイッチＳＷ１の代わりに、操舵ハンドル１１の回転角（操舵位置）に応じて切り替わるスイッチ３０ａを用いて構成されたものである。
【００５２】
図８のスイッチ３０ａは、図２のギヤボックス３０の中に内蔵したもので、以下の２通りの状態をとり得る。
（状態１）端子ｔ１が端子ｔ２に接続された状態。
この時、操舵ハンドル１１の操舵位置は中立位置付近にある。
（状態２）端子ｔ１が端子ｔ３に接続された状態。
この時、操舵ハンドル１１の操舵位置は中立位置付近にない。
【００５３】
この様なスイッチをギヤボックス３０に内蔵すれば、上記の２通りの状態に応じて、前述のケーブル張力変更手段７３に対する給電電位を適当に変更することができる。即ち、操舵位置が中立位置付近にある場合には、当該車両は直進中であって転舵の必要性が低いと考えられるので、ケーブル張力変更手段７３に対する給電電位を低電位に設定する。また、操舵位置が中立位置付近にない場合には、運転者は操舵操作中であって転舵の必要性が高いと考えられるので、ケーブル張力変更手段７３に対する給電電位を高電位に設定する。
例えばこの様な給電電圧変更手段によっても、前述のケーブル張力変更手段７３に対する給電状態を効果的に変更することができる。
【００５４】
図９には、図８の代替手段７３Ｃの構成例（代替手段７３Ｃ′）を例示する。このスイッチ３０ａ′は、上記の２通りの状態に応じて、図中の２つのバッテリーＢＴａ，ＢＴｂの接続状態を並列接続にしたり直列接続にしたりするものである。即ち、上記の状態１の場合には、２つのバッテリーＢＴａ，ＢＴｂは並列接続され、上記の状態２の場合には、２つのバッテリーＢＴａ，ＢＴｂは直列接続される。
なお、勿論、バッテリーＢＴｂの負電極側に接続されているマイナス側の出力端子（−）を図６−Ａのケーブル張力変更手段７３のスイッチ４６′に接続する。
【実施例４】
【００５５】
先の実施例２の給電回路７３Ｂ（図６−Ｂ）に対するその他の代替手段を図１０に示す。この代替手段７３Ｄは、図７のスイッチＳＷ２と図８のスイッチ３０ａとを組み合わせて構成したものである。即ち、スイッチ３０ａの端子ｔ２は、バッテリーＢＴ０の正電極に接続されており、スイッチ３０ａの端子ｔ３は、バッテリーＢＴ１の正電極に接続されている。また、スイッチ３０ａの端子ｔ１は、逆流防止用のダイオードＤ３を介して正電位出力点ｐ+ に接続されている。勿論、この正電位出力点ｐ+ は、図６−Ａのケーブル張力変更手段７３のプラス端子（＋）に接続する。
【００５６】
この様な構成に従えば、以下の何れの条件が成立した場合にも、ケーブル７０の張力を十分かつ確実に得ることができるため、機械式のバックアップ手段（図５の操舵力伝達機構）に基づく操舵操作の操作性や追従性を確実に向上させることができる。
（条件１）操舵ハンドル１１が中立位置にない。
（条件２）操舵ハンドル１１の回転速度が所定値以上ある。
【実施例５】
【００５７】
先の実施例２の給電回路７３Ｂ（図６−Ｂ）に対するその他の代替手段を図１１に示す。この代替手段７３Ｅは、車速によってオン／オフ動作するスイッチと、図８のスイッチ３０ａとを組み合わせて構成したものである。即ち、比較器（オペアンプ８１）のマイナス側の入力端子（−）には、車速表示装置８０に入力される入力信号（車速計用電圧）が並列に入力される。一方、オペアンプ８１のプラス側の入力端子（＋）には、車速の高低を判定するための閾値電圧（切替基準電圧）が入力される。
【００５８】
このため、車速が所定の閾値以下の場合には、フォトカプラＦＶＣがオン状態となり、つづいてＦＥＴがオン状態となるので、この場合には、操舵ハンドル１１の操舵位置に係わらず、出力側の端子ｔ１を高電位に維持することができる。
したがって、この代替手段７３Ｅを用いれば、極低速時や据え切り時の場合などに、操舵ハンドル１１の操舵位置に係わらず、図５のケーブル７０の張力を確実に高く維持することができる。
また、車速が所定の閾値以上の場合には、ＦＥＴがオフ状態となるので、この場合には、先の実施例３と同等の作用・効果を得ることができる。
【実施例６】
【００５９】
以上の各実施例においては、操舵ハンドル１１の操舵角に応じて転舵モータ（ブラシレス直流モータ２０）への通電状態を切り換える転舵モータ転流手段を、前述の機械式整流器３５により構成していたが、この様な転舵モータ転流手段は、例えば、小さな半導体チップなどを用いて、電子式に構成することもできる。本実施例６では、その様な転舵モータ転流手段の構成例について例示する。
【００６０】
図１２に、半導体スイッチＡとインクリメンタル・エンコーダＩＥとを有する本実施例６の電子的な転流装置の制御ブロック図を示す。この半導体スイッチＡは、通電状態を切り換える上記の転舵モータ転流手段を、半導体インバータなどを用いて電子式に構成したものである。
また、本実施例６の操舵系の構成は、図１に示した実施例１の操舵系の構成を変更したもので、ステアリングシャフト１２の途中には、ギヤボックスＧＢを介してインクリメンタル・エンコーダＩＥが配設されている。勿論、インクリメンタル・エンコーダＩＥの回転角の大きさは、このギヤボックスＧＢの作用により、ステアリングシャフト１２の回転角の大きさに比例する。また、機械式整流器３５が配設されていた位置には、その代わりに、以前にも言及のあったタコジェネレータＴＧが配設されている。
以上の構成に基づいて、前述の各実施例における機械式整流器３５（本願発明の転舵モータ転流手段）の動作は、上記のインクリメンタル・エンコーダＩＥと半導体スイッチＡによって代替的に実現することができる。
【００６１】
以下に、上記の半導体スイッチＡに係わる装置構成や動作について詳しく説明する。
インクリメンタル・エンコーダＩＥは、ギヤボックスＧＢの回転出力軸の基準位置からの回転角（機械角）が６０°進む毎に＋１を出力し、逆に６０°逆周りする毎に−１を出力する。即ち、インクリメンタル・エンコーダＩＥは、ギヤボックスＧＢの回転出力軸の機械角を１／６回転単位に計測し、１単位以上の角度変化が見られない間は、０を出力する。インクリメンタル・エンコーダＩＥの出力信号Ｓは、これらの検出結果（−１，０，＋１）の出力列から構成される。
ただし、上記の１単位は６０°である必要はなく、この角度はその他の任意の角度でも良い。
【００６２】
６進カウンタ回路ＣＣは、インクリメンタル・エンコーダＩＥから得られる値（−１，０，＋１）を随時６進カウンタ上に足し込む。この結果、６進カウンタ回路ＣＣには、ギヤボックスＧＢの回転出力軸の１／６回転を１単位とする回転角（機械角）がカウントされる。以下、この６進カウンタ回路ＣＣ上でカウントされる６進数の下一桁をフェーズＦと言う。
図１２の通電パターンテーブルＴＢ１には、このフェーズＦと図１２の各トランジスタの制御パターンとの関係が以下の表１の様に規定されている。
【００６３】
【表１】
2008024025.tif 000003
即ち、図１２の６つのトランジスタは、図３のモータ駆動制御回路５１と略同様の構成を有しており、これらの各トランジスタのベース電圧を、上記の表１にしたがってＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、３相矩形波交流電圧を生成することができる。
【００６４】
以上の様な構成にしたがって、このインクリメンタル・エンコーダＩＥの出力パルスに基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される６つのトランジスタ（半導体スイッチ）を有する半導体スイッチＡから本発明の転舵モータ転流手段を構成することができる。
そして、この様な構成に従えば、３相交流を生成する周知の最も簡単な構造のインバータに用いられる半導体回路と略同様の半導体回路を用いて、上記の出力信号Ｓに基づいて制御される半導体スイッチを有する電子的な転流装置（即ち、上記の転舵モータ転流手段）を簡単かつより小形に構成することができる。
【００６５】
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
例えば、上記の実施例１では、多数のユニバーサルジョイントＵＪを用いて、操舵力伝達機構を構成したが、ユニバーサルジョイントによって屈曲連結されるべき接合点の数は、例えば２点程度であってもよい。この様な構成によっても、衝突安全性や室内レイアウトの自由度を十分に確保することは可能である。また、この様な操舵力伝達機構は、蛇腹構造のシャフトなどを用いて構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、ステアバイワイヤシステムにおいて、主要な転舵モータ制御装置が故障した異常時に、緊急避難的に運転者の操舵操作をアシストするフェールセーフ機構に関し、特に、該フェールセーフ機構の信頼性と操作性を向上させるのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例１のステアバイワイヤシステム１０のシステム構成図
【図２】ステアバイワイヤシステム１０の操舵系の装置構成を例示する斜視図
【図３】ブラシレス直流モータ２０（転舵モータ）の３相電流の制御回路の回路図
【図４】機械式転流装置３５のハードウェア構成を例示する断面図
【図５】実施例２のステアバイワイヤシステム１００のシステム構成図
【図６−Ａ】ケーブル張力変更手段７３の構成図
【図６−Ｂ】給電回路７３Ｂの回路図
【図６−Ｃ】給電回路７３Ｂ′の回路図
【図７】給電電圧を制御するための給電電圧変更手段の回路図
【図８】給電回路７３Ｂの代替手段７３Ｃの概念図（実施例３）
【図９】代替手段７３Ｃの構成例を例示する回路図
【図１０】代替手段７３Ｄの構成例を例示する回路図（実施例４）
【図１１】代替手段７３Ｅの構成例を例示する回路図（実施例５）
【図１２】実施例６の半導体スイッチＡ（電子式転流手段）の回路図
【符号の説明】
【００６８】
１８Ｇ：  ギヤボックス
２０  ：  ブラシレス直流モータ（転舵モータ）
３０  ：  ギヤボックス
ＣＬ  ：  クラッチ
７１  ：  ケーブル巻き取り装置
７２  ：  ケーブル駆動機構
７３  ：  ケーブル張力変更手段
【図１】
2008024025.tif 000004
【図２】
2008024025.tif 000005
【図３】
2008024025.tif 000006
【図４】
2008024025.tif 000007
【図５】
2008024025.tif 000008
【図６−Ａ】
2008024025.tif 000009
【図６−Ｂ】
2008024025.tif 000010
【図６−Ｃ】
2008024025.tif 000011
【図７】
2008024025.tif 000012
【図８】
2008024025.tif 000013
【図９】
2008024025.tif 000014
【図１０】
2008024025.tif 000015
【図１１】
2008024025.tif 000016
【図１２】
2008024025.tif 000017