(57)【要約】【課題】操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成するステア・バイ・ワイヤ・システムでは、転舵角センサや操舵用アクチュエータの転舵系に異常が発生したときに対するフェールセーフ対策が重要である。【解決手段】通常時において、反力用アクチュエータ２０が遊星ギヤ機構６を介して操舵部材２に操作反力を付与する。転舵角センサ２６に異常が発生すると、制御部Ｃは、操舵角センサ２４による検出操舵角に応じて反力用アクチュエータ２０を駆動制御し、転舵輪の転舵角を角度制御、すなわち、転舵輪９を位置制御する。反力用アクチュエータ２０をＶＧＲ用として働かせることも可能である。【選択図】　図１
2004090782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材と、
この操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、
転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、
差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、
操舵部材の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、
転舵輪の転舵角を検出するための転舵角検出手段と、
操舵角検出手段により検出される検出操舵角及び転舵角検出手段により検出される検出転舵角に基づいて、操舵用アクチュエータを駆動制御する制御部と、
上記転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常発生を検出する転舵系異常発生検出手段とを備え、
上記制御部は転舵系異常発生検出手段により転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常が検出されたときに、反力用アクチュエータを転舵輪の転舵又は差動伝達機構の伝達比可変のために駆動制御することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
操舵部材と、
この操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、
転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、
差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、
操舵部材の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、
転舵輪の転舵角を検出するための転舵角検出手段と、
操舵角検出手段により検出される検出操舵角及び転舵角検出手段により検出される検出転舵角に基づいて、操舵用アクチュエータを駆動制御する制御部と、
上記転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常発生を検出する転舵系異常発生検出手段とを備え、
上記制御部は転舵系異常発生検出手段により転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常が検出されたときに、反力用アクチュエータによって上記第３要素を回転不能に拘束することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記転舵系異常発生検出手段は、操舵角検出手段により検出される検出操舵角が変動しているにもかかわらず、転舵角検出手段により検出される検出転舵角が一定である場合に、転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常を検出することを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（単にＳＢＷとも称する）を搭載した車両用操舵装置が提供されている。
この種の車両用操舵装置では、転舵輪を転舵させるための操舵用モータの他、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用モータが用いられる。
【０００３】
また、操舵部材の操舵角を検出するための操舵角センサと、転舵輪の転舵角を検出するための転舵角センサとが設けられ、これらのセンサからの信号に基づいて、操舵用モータが駆動制御され、例えばラック軸等の転舵軸が位置制御されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種のステア・バイ・ワイヤ・システムでは、操舵用アクチュエータや転舵角センサ等の転舵系に異常が発生した場合のフェールセーフ対策が重要である。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて転舵系の故障発生時にも良好な操舵を達成する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。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵部材と、この操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、操舵部材の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、転舵輪の転舵角を検出するための転舵角検出手段と、操舵角検出手段により検出される検出操舵角及び転舵角検出手段により検出される検出転舵角に基づいて、操舵用アクチュエータを駆動制御する制御部と、上記転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常発生を検出する転舵系異常発生検出手段とを備え、上記制御部は転舵系異常発生検出手段により転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常が検出されたときに、反力用アクチュエータを転舵輪の転舵又は差動伝達機構の伝達比可変のために駆動制御することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、通常時は、反力用アクチュエータに適当なトルクを生じさせることで、差動伝達機構を介して操舵部材に適正な操舵反力を付与する。また、操舵用アクチュエータや転舵角検出手段等の転舵系に異常が発生したときには、反力用アクチュエータを駆動制御して転舵輪を転舵させたり、或いは差動伝達機構の伝達比を変更したりすることができる。
また、請求項２記載の発明は、操舵部材と、この操舵部材に連なる第１要素、転舵輪に連なる第２要素、並びに、上記第１及び第２要素を関連付ける第３要素を含む差動伝達機構と、転舵輪を転舵させるための操舵用アクチュエータと、差動伝達機構の第３要素に駆動伝達可能に連結され、操舵部材に操舵反力を与えるための反力用アクチュエータと、操舵部材の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、転舵輪の転舵角を検出するための転舵角検出手段と、操舵角検出手段により検出される検出操舵角及び転舵角検出手段により検出される検出転舵角に基づいて、操舵用アクチュエータを駆動制御する制御部と、上記転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常発生を検出する転舵系異常発生検出手段とを備え、上記制御部は転舵系異常発生検出手段により転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常が検出されたときに、反力用アクチュエータによって上記第３要素を回転不能に拘束することを特徴とするものである。本発明では、通常時は、反力用アクチュエータに適当なトルクを生じさせることで、差動伝達機構を介して操舵部材に適正な操舵反力を付与する。また、操舵用アクチュエータや転舵角検出手段等の転舵系に異常が発生したときには、反力用アクチュエータによって差動伝達機構の第３要素を回転不能に拘束することで、差動伝達機構の残りの２つの要素による伝達比でのマニュアル操舵を達成することができる。
【０００７】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、上記転舵系異常発生検出手段は、操舵角検出手段により検出される検出操舵角が変動しているにもかかわらず、転舵角検出手段により検出される検出転舵角が一定である場合に、転舵角検出手段又は操舵用アクチュエータの異常を検出することを特徴とするものである。本発明では、もともと設けられている操舵角検出手段と転舵角検出手段からの信号に基づいてコスト安価に転舵系の異常を検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、例えばステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連結される第１操舵軸３と、この第１操舵軸３と同軸上に設けられラックアンドピニオン機構等の舵取り機構４に連結される第２操舵軸５と、第１及び第２操舵軸３，５間の差動回転を許容するための差動伝達機構を構成する遊星伝達機構としての遊星ギヤ機構６とを備える。
【０００９】
舵取り機構４は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸７と、この転舵軸７の両端にタイロッド８を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸７はハウジング１１により支承されて軸方向に摺動可能とされており、その途中部に、電動モータからなる操舵用アクチュエータ１２が同軸的に組み込まれている。操舵用アクチュエータ１２の駆動回転は、ボールねじ機構等の運動変換機構等によって転舵軸７の摺動に変換され、この転舵軸７の摺動により転舵輪９の転舵が達成される。
【００１０】
転舵軸７の一部には、ラック７ａが形成されており、このラック７ａには、第２操舵軸５の端部に設けられて第２操舵軸５と一体回転するピニオン１４が噛み合わされている。後述するように、操舵用アクチュエータ１２の故障時に、操舵部材２の操作に応じて第２操舵軸５が回転駆動されると、この第２操舵軸５の回転がピニオン１４及びラック７ａにより、転舵軸７の摺動に変換され、転舵輪９の転舵が達成される。
【００１１】
遊星ギヤ機構６は、第１操舵軸３の端部に一体回転可能に連結された入力側となる第１要素（太陽部材）としての太陽ギヤ１５と、出力側となるキャリア１６により回転自在に保持されて太陽ギヤ１５と噛み合う第２要素（遊星部材）としての複数の遊星ギヤ１７と、各遊星ギヤ１７に噛み合う内歯１８ａを内周に持つリング部材としてのリングギヤ１８とを含む。
リングギヤ１８は外歯１８ｂを形成することで例えばウォームホイールを構成している。この外歯１８ｂは例えばウォームからなる駆動伝達ギヤ１９を介して、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ２０に駆動連結されている。この反力用アクチュエータ２０は例えば電動モータからなり、そのケーシングは車体の適所に固定されている。
【００１２】
操舵用アクチュエータ１２及び反力用アクチュエータ２０は、ＣＰＵ３１、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ３２、演算処理等のワークエリアとして用いられるＲＡＭ３３等を含む制御部Ｃにより制御されるようになっている。
第１操舵軸３には操舵部材２による操舵角を検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサ２４、及び操舵部材２から入力される操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ２５が設けられている。これら操舵角センサ２４及びトルクセンサ２５からの検出信号が制御部Ｃに入力される。
【００１３】
また、転舵軸７には転舵軸７の軸方向位置に関連して転舵輪９の転舵角を検出するための転舵角検出手段としての転舵角センサ２６が設けられており、この転舵角センサ２６による検出信号も制御部Ｃに入力される。また、制御部Ｃには、車速を検出するための車速センサ２７からの検出信号が入力されるようになっている。
制御部Ｃは、上記各センサ類からの入力信号に基づいて、操舵用アクチュエータ１２及び反力用アクチュエータ２０をそれぞれ駆動するための駆動部としての駆動回路２８，２９に制御信号を出力する。
【００１４】
図２は制御部Ｃにより実行される舵取り制御の処理について説明するためのフローチャートである。図２を参照して、制御部Ｃは転舵系が正常に動作しているか否かを監視している（ステップＳ１）。転舵系の異常としては、転舵角センサ２６又は操舵用アクチュエータ１２の異常が考えられるが、操舵用アクチュエータ１２に異常が発生する確率が電装部品である転舵角センサ２６に異常が発生する確率よりも格段に低いので、ステップＳ１の監視としては、実質的に、転舵角センサ２６の異常発生を監視していることになる。
【００１５】
転舵角センサ２６（転舵系）に異常が発生していない場合には（ステップＳ１でＮＯ）、制御部Ｃが、反力用アクチュエータ２０によって例えば路面反力に応じた操舵反力を操舵部材２に与えるためのトルクを発生させる（ステップＳ２）。
また、例えば車両の走行状況等に応じて操舵部材２の回転量と転舵輪９の転舵量との比（伝達比、ギヤ比）を設定し、ＶＧＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｇｅａｒ　Ｒａｔｉｏ）機能を作用させることも可能である。この設定した伝達比及び操舵部材２の操作量などに基づいて、操舵用アクチュエータ１２の電圧指令値を設定し、その電圧指令値に応じた制御信号を駆動回路２８に与えて、操舵用アクチュエータ１２を駆動制御する（ステップＳ３）。
【００１６】
これにより、操舵用アクチュエータ１２から、操舵部材２の操作方向に応じた方向に転舵軸７を摺動させるためのトルクが出力され、車両の走行状況や操舵部材２の操作態様に応じた良好な操舵が達成される。なお、必ずしも、ＶＧＲ機能を設定する必要はない。
こうして、操舵アクチュエータ１２を駆動制御している間に、転舵角センサ２６（転舵系）に異常が発生すると（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御部Ｃは、操舵角センサ２４の検出操舵角に応じて転舵輪９の転舵角を位置制御（角度制御）するように駆動回路２９に制御信号を出力し反力用アクチュエータ２０を駆動制御する（ステップＳ４）。なお、このとき、操舵用アクチュエータ１２はオフ（空回り可能な状態）とする。
【００１７】
このようにして、転舵角センサ２６等の異常発生時にも、反力用アクチュエータ２０を操舵用のアクチュエータとして用いて良好な操舵を達成することができる。なお、ステップＳ４において、反力用アクチュエータ２０をＶＧＲ用として駆動制御することも可能である。ただし、転舵角センサ２６の検出転舵角を用いるフィードバック制御は行えない。
図２のステップＳ１における転舵系の異常検出の詳細について、図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００１８】
転舵角センサ２６からの信号入力があるか否かが判断され（ステップＴ１）、信号が入力されない場合は（ステップＴ１でＮＯ）、転舵系に異常が発生していると判断し（ステップＴ２）、図２のフローチャートのステップＳ４へ移行し、反力用アクチュエータ２０を用いての転舵が行われる。又はマニュアル操舵で且つＶＧＲ動作が実行される。
次いで、転舵角センサ２６からの信号入力がある場合には（ステップＴ１でＹＥＳ）、操舵角センサ２４及び転舵角センサ２６の信号に基づいて走行中の検出操舵角及び検出転舵角を求める（ステップＴ３）。
【００１９】
求められた検出操舵角及び検出転舵角の双方が変動している場合には（ステップＴ４でＮＯ）、図２のフローチャートのステップＳ２へ移行し、通常の反力制御及び操舵制御が実施される。
一方、求められた検出操舵角が変動しているにもかかわらず、求められた検出転舵角が一定である場合には（ステップＴ４でＹＥＳ）、転舵角センサ２６等の転舵系に異常が発生していると判断し（ステップＴ５）、図２のフローチャートのステップＳ４へ移行し、反力用アクチュエータ２０を用いての転舵又はＶＧＲ動作が実行される。
【００２０】
本発明は上記実施の形態の限定されるものではなく、例えば、上記の実施の形態では、転舵系に異常が発生したときに、反力用アクチュエータ２０を操舵（補助）用又はＶＧＲ用として駆動制御したが、図４のフローチャートに示すように、転舵系に異常が発生したときに（ステップＵ１でＹＥＳ）、反力用アクチュエータ２０を停止ロックさせて（ステップＵ４）、リングギヤ１８を回転不能に拘束し、これにより、操舵部材２と舵取り機構４とを遊星ギヤ機構６を介して機械的に結合させ、遊星ギヤ機構６の残りの２つの要素による伝達比でマニュアル操舵による良好な操舵を達成するようにしても良い。なお、図４で示すフローチャートにおいて、ステップＵ２、Ｕ３は、前記ステップＳ２、Ｓ３とそれぞれ同じである。
【００２１】
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートにおいて異常検出のステップの詳細を示すフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の舵取り制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　車両用操舵装置
２　　操舵部材
３　　第１操舵軸
４　　舵取り機構
５　　第２操舵軸
６　　遊星ギヤ機構（差動伝達機構）
７　　転舵軸
７ａ　ラック
９　　転舵輪
１２　操舵用アクチュエータ
１４　ピニオン
１５　太陽ギヤ（第１要素）
１６　キャリア（第２要素）
１７　遊星ギヤ（第２要素）
１８　リングギヤ（第３要素）
１８ａ　内歯
１８ｂ　外歯
１９　駆動伝達ギヤ
２０　反力用アクチュエータ
Ｃ　　制御部（転舵系異常発生検出手段）
２４　操舵角センサ（操舵角検出手段）
２５　トルクセンサ
２６　転舵角センサ（転舵角検出手段）
２７　車速センサ
２８，２９　駆動回路
３１　ＣＰＵ
３２　ＲＯＭ
３３　ＲＡＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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