(57)【要約】【課題】システムに故障や不具合が発生した場合に、運転者にシステム異常を確実に知らせて、サービスセンタに車両を持ち込むことを促すことのできるような車両用の操舵装置の実現を課題とする。【解決手段】ステアバイワイヤ式操舵装置を構成する部材の故障を故障検知手段９が検知したとき、反力係数設定手段２７で反力係数を大きくし、反力発生モータ５からハンドルに徐々にハンドル操作が重くなるような反力を与えることを特徴とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が車両の操舵のために操作する操作子と、前記操作子の操作量に応じて駆動する電動機と、この電動機の駆動により転舵輪を駆動する転舵機構とを有する車両用の操舵装置において、
この操舵装置を構成する部材の故障を検知したときに、前記操作子の操作に要する力が徐々に増加する操作力増加手段を備えたことを特徴とする車両用の操舵装置。
【請求項２】
運転者が車両の操舵のために操作する操作子と、前記操作子の操作量に応じて駆動する電動機と、この電動機の駆動により転舵輪を駆動する転舵機構とを有する車両用の操舵装置において、
この操舵装置を構成する部材の故障を検知したときに、前記操作子に機械的に連結された電動機に散発的に電流を流す散発電流発生手段を備えたことを特徴とする車両用の操舵装置。
【請求項３】
前記散発電流発生手段は、前記散発的に流す電流値を徐々に大きくすることを特徴とする請求項２に記載の車両用の操舵装置。
【請求項４】
運転者が車両の操舵のために操作する操作子と、前記操作子の操作量に応じて駆動する電動機と、この電動機の駆動により転舵輪を駆動する転舵機構とを有する車両用の操舵装置において、
前記操作子の操作量が中立となる位置及びその近傍に前記操作子と機械的に連結された電動機の出力を０とする不感帯を設け、前記操舵装置を構成する部材の故障を検知したときに、前記不感帯の幅を徐々に増加させる不感帯拡大手段を備えたことを特徴とする車両用の操舵装置。
【請求項５】
前記不感帯拡大手段は、前記不感帯の幅を、車両の速度が低速のときには広く、高速のときには狭くすることを特徴とする請求項４に記載の車両用の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の操舵装置において発生する故障を運転者に通知等する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からある技術として、電動パワーステアリングシステムにおいてワーニングランプ機構の付いたシステムが知られている。これはシステムに異常が発生した場合、ワーニングランプを発光させ、運転者に異常が発生していることを伝えることを目的にしている。
また、たとえば運転者の居眠り運転により車両が走行車線から逸脱しそうになった際に、警報を発するものがある（特許文献１参照）。これは、ＴＶカメラによって道路の車線（白線）を検出し、車両が車線から逸脱しようとしたときに、運転者に対して警告を与える。警告時には、ステアリングホイール（操作子）に内装された振動用アクチュエータによって、ステアリングホイールの操舵軸を直接加振する。
【０００３】
また、ステアリングの状況や車体に設けられた各種検出装置から運転者の居眠りや酔っ払った状態を検出し、警告用のモータによって操舵軸に振動を与えることで運転者に警告するという方式も報告されている（特許文献２参照）。
また、運転者が積極的に操舵を行い、進路変更しようとしている場合等、主として運転者の意思に起因して発生し得る危険状態を回避するような予防安全制御が実行される電動パワーステアリング装置及び予防安全装置として、障害物の接近による危険を予測する危険予測手段とこの危険予測手段により危険が予測されたときに、ステアリングホイールを振動させ、目標制御値を周期的に変更して警告するワーニング制御手段を設けたものについても報告されている（特許文献３参照）。また、故障を検知する手段の一例としてはモータの駆動手段に用いられるＦＥＴのオン故障を検知するものが報告されている（特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−７６２００号公報（第２〜４頁、第３図）
【特許文献２】
米国特許第５７０９２８１号明細書
【特許文献３】
特開平８−１７５４１３号公報（第３〜７頁、第４図）
【特許文献４】
特開２０００−１５２６９１号公報（第２〜５頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、単に故障を通知したり警告したりする技術は報告されているものの、運転は可能であるが修理が必要な故障に対して、例えば操舵角検出手段やトルクセンサ等の故障に対して、故障の修理や点検等を行うサービスセンタ等へ車両を持ち込むことを効果的に促すような故障の通知や警告はなされていない。
本発明は、システムや機器に故障や不具合が発生した場合に、運転者にサービスセンタ等へ車両を持ち込むことを効果的に促すことができる車両用の操舵装置の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、運転者が車両の操舵のために操作する操作子と、前記操作子の操作量に応じて駆動する電動機と、この電動機の駆動により転舵輪を駆動する転舵機構とを有する車両用の操舵装置において、この操舵装置を構成する部材の故障を検知したときに、前記操作子の操作に要する力が徐々に増加する操作力増加手段を備えたことを特徴とする。
これにより、操作子の操作（ハンドル操作）が重くなることで運転者にシステム故障や異常を確実に知らせることができ、それに応じた対処を早めにとらすことができる。
【０００７】
さらに、運転者が車両の操舵のために操作する操作子と、前記操作子の操作量に応じて駆動する電動機と、この電動機の駆動により転舵輪を駆動する転舵機構とを有する車両用の操舵装置において、この操舵装置を構成する部材の故障を検知したときに、前記操作子に機械的に連結された電動機に散発的に電流を流す散発電流発生手段を備えたことを特徴とする。
これにより、パルス的な衝撃を操作子に与え、運転者にシステム故障や異常を確実に知らせることができ、それに応じた対処を早めにとらすことができる。なお、操作子に機械的に連結された電動機は、後記する舵角発生モータとか反力発生モータである。
【０００８】
前記散発電流発生手段は、前記散発的に流す電流値を徐々に大きくすることを特徴とする。
これにより、パルス的な衝撃を徐々に大きくしながら操作子に与え、運転者にシステム故障や異常を確実に知らせることができ、それに応じた対処を早めにとらすことができる。
【０００９】
運転者が車両の操舵のために操作する操作子と、前記操作子の操作量に応じて駆動する電動機と、この電動機の駆動により転舵輪を駆動する転舵機構とを有する車両用の操舵装置において、前記操作子の操作量が中立となる位置及びその近傍に前記操作子と機械的に連結された電動機の出力を０とする不感帯を設け、前記操舵装置を構成する部材の故障を検知したときに、前記不感帯の幅を徐々に増加させる不感帯拡大手段を備えたことを特徴とする。
これにより、直進付近でハンドルの遊びに相当する不感帯の幅が広くなり、これに気付かせることで運転者にシステム故障や異常を知らせることができ、それに応じた対処を早めにとらすことができる。なお、「不感帯」は、例えば、後記する反力発生モータの出力を０にする不感帯と、後記する舵角発生モータの出力を０にする不感帯があげられる。また、「電動機の出力を０とする」は、文字通り電動機の出力を０にする場合だけに限られず、例えば運転者が、電動機の出力を感じない程度の低出力にする場合も含まれる。
【００１０】
前記不感帯拡大手段は、前記不感帯の幅を、車両の速度が低速のときには広く、高速のときには狭くすることを特徴とする。
これによれば、低速運転のときに不感帯の幅を広くするので、運転者に対して、低速のときにシステムの故障や異常に気付き易くさせることができる。一方で、運転者に対して、高速のときに運転に集中し易くさせることができる。なお、据え切りを考慮して、低速には車速０を含むものとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態の車両用の操舵装置（以下「操舵装置」という）を、添付図面を参照にして詳細に説明する。
【００１２】
〔第１実施形態〕
図１に、本発明に係る実施形態の操舵装置の模式構造図を示す。
図１を参照して、本発明に係る実施形態の操舵装置の全体構造を説明する。
この操舵装置１は、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ；Ｓｔｅｅｒ  Ｂｙ  Ｗｉｒｅ  ）により操舵を行う操舵装置であり、操作子（ハンドル）２に連結された操舵軸３に介設された操舵角検出手段４、反力発生モータ５及びトルクセンサ６と、車速検出手段７と、故障検知手段９と、舵角発生モータ（電動機）１１と、タイヤ角検出手段１２と、ＥＣＵ（制御装置）１０とから構成されている。なお、請求項の「転舵機構」は、ラック軸１４等により構成されている。
【００１３】
反力発生モータ５は、操作子２に操舵反力を与えるもので、ＥＣＵ１０（反力モータ目標電流設定手段２９）から供給されるタイヤ角偏差の大きさに応じた目標電流によって操舵反力が与えられるように構成されている。
【００１４】
車速検出手段７は、図示しない車速センサを利用し、車速Ｖに係る信号をＥＣＵ１０へ供給している。
舵角発生モータ１１は、ＥＣＵ１０から出力される操舵駆動信号に基づいてラック軸１４を駆動し転舵輪Ｔを操舵するよう構成している。舵角発生モータ１１の回転に伴うタイヤ角は、タイヤ角検出手段１２で検出されてＥＣＵ１０に帰還される。
なお、タイヤ角検出手段１２は、ラック軸１４の位置を検出するラック位置センサ等により構成することができる。
【００１５】
故障検知手段９は、システムの各部に設けられた種々の監視手段であり、特許文献４に示したものがその一例である。
【００１６】
図２は、本発明の一実施形態の操舵装置のＥＣＵとその周辺の主要機能のブロック図である。
図２で、操舵装置１は、操舵角検出手段４、反力発生モータ５、トルクセンサ６、車速検出手段７、故障検知手段９、ＥＣＵ１０、舵角発生モータ１１、タイヤ角検出手段１２、操作子２、舵角発生モータ駆動手段２４、反力モータ駆動手段３０を備える。
また、ＥＣＵ１０には、タイヤ角指令値生成部２１、偏差演算手段２２、駆動制御手段２３、故障判定手段２６、反力係数設定手段２７、目標反力設定手段２８及び反力モータ目標電流設定手段２９を備えている。なお、請求項の「操作力増加手段」は、反力係数設定手段２７等により構成される。
【００１７】
タイヤ角指令値生成部２１は、ＲＯＭ等のメモリで構成し、車速検出手段７から供給される車速信号をパラメータとした操舵トルク（又は操舵角）データとタイヤ角指令値生成部特性データを記憶しておき、車速信号及び操舵トルク信号が供給されると対応するタイヤ角指令値生成部特性データを読み出し、目標タイヤ角信号を偏差演算手段２２に供給する。
偏差演算手段２２は、減算機能を備え、目標タイヤ角信号とタイヤ角検出手段１２から供給される実タイヤ角信号との偏差を演算し、タイヤ角偏差信号を駆動制御手段２３に入力する。
【００１８】
駆動制御手段２３は、図示しないＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラ、信号発生手段等で構成し、偏差演算手段２２からのタイヤ角偏差信号にＰＩＤ制御を施した後、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号、オン信号及びオフ信号の混成信号であるモータ駆動制御信号を発生し、これを舵角発生モータ駆動手段２４に供給する。
偏差演算手段２２からのタイヤ角偏差信号は、操作子２に仮想トーションバーの反力を発生させるためのトーションバー係数変更部２５にも供給される。
トーションバー係数変更部２５では、タイヤ角偏差信号を車速検出手段７から供給される車速信号をパラメータとして仮想トーションバー制御を行い、その後で目標反力設定手段２８に入力する。目標反力設定手段２８は、制御変換されたタイヤ角偏差信号に基づいて反力発生モータ５によって操舵軸３に与えられる反力の大きさを設定し、反力モータ目標電流設定手段２９に送る。
【００１９】
故障検知手段９は、システムの各部の監視を行い、そのデータを故障判定手段２６に送る。ここで、システムの各部とは、操舵装置１を構成する部材であり、例えば、センサ（操舵角検出手段４、トルクセンサ６、車速検出手段７…）、電動機（舵角発生モータ１１）、電動機を駆動する電気回路（舵角発生モータ駆動手段２４）、電子回路、コンピュータ（ＥＣＵ１０）等である。
【００２０】
故障判定手段２６は故障検知手段９からのデータに基づいて故障判定を行い、報知すべき故障と判定したときには反力係数設定手段２７を駆動して反力モータ目標電流設定手段２９が出力する反力モータ目標電流の値に所定の反力係数αをかける。この反力係数αは、図３に示すように時間の経過と共にある最大値まで徐々に大きなっていく。なお、反力係数αの最大値は、運転が可能である反力となる範囲内で設定されるのが、車両を運転者自らサービスセンタ等に持ち込ませる観点からして好ましい。運転が可能である反力を超えてしまうと、運転者が車両を運転してサービスセンタ等に持ち込むことができなくなってしまうからである。
【００２１】
反力モータ目標電流設定手段２９が出力する反力モータ目標電流値は、反力モータ駆動手段３０に加えられ、反力モータ駆動手段３０は反力発生モータ５を駆動してこの電流値に応じた反力を運転者が行う操舵方向の反対方向に操舵軸３に与える。
【００２２】
これにより、故障が検知されてから時間の経過にしたがって反力係数が徐々に大きくなって行く。したがって、運転者には反力が徐々に大きくなり操作子２の動きが徐々に重くなるように感じられ、運転者は故障を知ることができる。ちなみに、操作子２の動きが重くなるように感じられるのは、運転者が操作子２を操作する場合であり、操作を行わない場合は感じることはできない。なお、舵角発生モータ１１に供給する電流を少なくすることで、操作子２の動きが重くなるようにしてもよい（反力が大きくなるようにしてもよい）。
【００２３】
このように反力を徐々に大きくすると、運転者は、徐々に操舵に要する力が大きくなる。このため、運転者に対して、車両修理のサービスセンタ等に車両を持ち込むことを効果的に促すことができる。なお、軽微な故障の場合（修理が必要ではあるが運転が不可能になるほどではない故障の場合）、運転者は車両を修理になかなか持ち込もうとしないことが多く、運転が不可能になってしまってからサービスセンタ等に連絡するケースが多い。本実施形態によれば、この様なケースを低減して、故障が本格化する前にサービスセンタ等に車両を持ち込むことを効果的に促すことができるので、サービスセンタ等にとっても運転者にとっても都合がよい。ちなみに、ハンドル２と転舵輪Ｔとが切り離された本実施形態の操舵装置１の場合、故障により舵角発生モータ１１が動作しなくなると運転が不可能になってしまう。また、運転者の手動操舵力をアシストモータのパワーでアシストする電動パワーステアリング装置の場合、近年の車両の大型化・重量化、タイヤの幅広化等により、小型車を除き、アシストモータのアシストなしでは運転が不可能になってしまうのが実情である。本発明によれば、このような車両において、運転が不可能になる前にサービスセンタ等に車両を持ち込むことを促すことができる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明に係る第２実施形態を説明する。図４は、本発明に係る第２実施形態のＥＣＵとその周辺の主要機能のブロック図である。この図４が図２と異なるのは、故障判定手段２６の後段に、反力係数設定手段２７に替えてパルス信号発生器３１を備えたことである。このため、第１実施形態と共通性のある要素については、第１実施形態と同一の符号を付して、その説明を省略する。また、第１実施形態で用いた図１を、第２実施形態でも適宜参照する。なお、請求項の「散発電流発生手段」は、パルス信号発生器３１等により構成される。
【００２５】
この実施形態では、故障が検知されると、故障判定手段２６はパルス信号発生器３１を動作させ、このパルス信号発生器３１からのパルスが反力モータ目標電流設定手段２９に入力され、左右へのパルス的な反力が操作子２に印加される。パルス的に反力が印加されると、運転者は反力のショックが感じられるのでより気付き易い。なお、パルス的な反力は、運転者が操作子２を操作しているとき（操舵中）に加えるようにしてもよいし、運転者による操作子２の操作の有無に関らず加えるようにしてもよい。
【００２６】
さらに、このパルス的な反力を時間的に徐々に大きくして行く（図３参照）方法も考えられる。この場合の反力トルク電流（右トルク電流・左トルク電流）のタイムチャートを図５に示す。この場合、パルスの間隔を仮に２秒とした。図３に対応して、時間の経過に伴いトルク電流が大きくなっており、これにより運転者にサービスセンタ等に車両を持ち込むことを効果的に促すことができる。
【００２７】
なお、パルス信号発生器３１が、イグニッションがオンされる回数を計数（ＩＧｏｎ回数累積）し、この計数値（ＩＧ関数）に応じてステップ的にパルス的な反力の大きさを徐々に大きくして行くこともできる。この場合の、反力トルク電流（右トルク電流・左トルク電流）のタイムチャートを図６に示す。この図６に示されるように、ＩＧｏｎ回数累積が増えると、パルス的な反力の電流（反力トルク電流）が増えて行く。このため、運転者にサービスセンタ等に車両を持ち込むことを効果的に促すことができる。なお、ＩＧ関数に替えて操舵角の一定角度の変化ごとにパルス的な反力の大きさ（反力トルク電流）を徐々に大きくして行ってもよい。
【００２８】
このパルス的に反力を可変する処理は、エラー発生と同時に実行するのではなく、エラー発生と同時にパルス信号発生器３１で時間カウントを開始し、一定の猶予期間が経過した後にエラーを再検出して、その後からパルス的な反力変化を開始してもよい。このようにすることにより、故障検知手段９の誤検出による誤動作を防ぐことができる。
【００２９】
〔第３実施形態〕
続けて、本発明に係る第３実施形態を説明する。図７は、第３実施形態のＥＣＵとその周辺の主要機能のブロック図を示す。この図７が図２、図４と異なるのは、故障判定手段２６の後段に、遊び幅制御手段３２を備えた点である。このため、第１実施形態・第２実施形態と共通性のある要素については、第１実施形態・第２実施形態と同一の符号を付して、その説明を省略する。また、第１実施形態で用いた図１を、第３実施形態でも適宜参照する。なお、請求項の「不感帯拡大手段」は、遊び幅制御手段３２等により構成される。
【００３０】
この実施形態では、故障検知手段９で故障が検知されると、故障判定手段２６は故障を判定して、故障判定信号を遊び幅制御手段３２に入力する。遊び幅制御手段３２は操舵角検出手段４が検出する操作子２の中立位置に対する操舵角が所定の量よりも小さい（操作子２の操作量が中立位置となる位置及びその近傍の）場合には、目標反力設定手段２８に作用して反力発生モータ５が発生する反力を０にする、いわゆる、操作子２の遊び（不感帯）を作る機能を有している。そうして、故障判定信号が入力されるとこの反力を０にする操舵角の所定の量の範囲（遊びの範囲）をあらかじめ設定されているリミット値の範囲内で徐々に広げて行く。
図８に、操舵角と反力の関係を表すグラフを示す。図８（ａ）は遊び（不感帯）が設けられていない場合の操舵角と反力の関係であり、図８（ｂ）は遊び（不感帯）が設けられた場合の操舵角と反力の関係である。このように操舵反力がない遊び（不感帯）の部分が徐々に広くなると、運転者にとって違和感を受け易く、故障や不具合があることに気付き易い。
これにより、運転者にサービスセンタ等に車両を持ち込むことを効果的に促すことができる。
遊び（不感帯）は、車両の速度が０の据え切りの場合や、低速、中速の車両速度の場合には設けられるが、高速の場合は、運転者に運転に集中させたほうがよいので、図８（ｂ）に示すように遊び（不感帯）は設けない（或いは遊びを最小にする）。また、遊び（不感帯）をあまり広くすると運転操作ができなくなるので、遊び（不感帯）の範囲のリミット値をあらかじめ設けて、遊び（不感帯）の幅をそれ以上は広くならないようにする。この遊びは、反力発生モータ５の側で設けるようにしてもよいし、舵角発生モータ１１の側で設けるようにしてもよい。
【００３１】
なお、本発明を実施形態に沿って説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な対応が考えられる。例えば、実施形態では、反力発生モータ５を介して運転者に故障を知らせるように説明したが、専用の振動加振器として、専用のアクチュエータ及びモータをハンドル周辺に設けてこれを制御して運転者に故障を知らせるようにすることもできる。また、以上に別々に述べたパルス的に反力を可変する処理を適当に組み合わせて、パルスの存在をよりはっきりさせることもできる。また、パルス信号発生器２１におけるパルスの間隔を、経過時間やＩＧ関数に応じて短くし、これにより運転者に車両をサービスセンタに持ち込むことを促すようにしてもよい。
【００３２】
また、例えば操作子２の「往き」と「戻り」を判定し、反力係数設定手段２７や反力モータ目標電流設定手段２９において、操作子２の「往き」のときに反力を大きくし、セルフアライニングトルクにより転舵輪Ｔ（操作子２）が中立状態に戻される「戻り」のときは反力を通常にして（図３の反力係数α＝１にして）、転舵輪Ｔの戻りが通常通りのものになるようにするのが好ましい。このセルフアライニングトルクによる戻り制御は、ステアバイワイヤ装置にも電動パワーステアリング装置にも適用することができる。ちなみに、「往き」は操舵トルクの方向と舵角発生モータ１１の回転方向が同じ場合であり、「戻り」は操舵トルクの方向と舵角発生モータ１１の回転方向が異なる場合である。この戻り制御は、パルスを与える実施形態にも適用することができる。
【００３３】
なお、メカバックアップ機能付きのステアバイワイヤ方式のステアリング制御方法が知られている。このメカバックアップ機能付きのステアバイワイヤ方式は、正常な状態では操作子と転舵機構とが機械的に分離されており、電気的な転舵機構で転舵輪Ｔを駆動するステアバイワイヤ方式でのステアリング制御が行われているが、ＥＣＵ等の電気制御系統に不具合が生じた場合には、機械的なリンク機構が働いて機械的な構成で操舵ができるようになっていて、ステアバイワイヤ方式でのステアリングをバックアップする形式になっている。
この方式等のように、システムに冗長系が構成されていると、一部失陥状態にあるときでも、従来はシステムの故障状態を意図的に運転者に伝えることは困難であったが、本実施形態では故障を適切に運転者に伝え、しかもサービスセンタ等へ車両を持ち込むことや故障が本格化する前にサービスセンタ等に連絡をとることを効果的に促すことができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によると、操作子に反力や振動を与えることで、システムに故障や異常が発生した場合、運転者にこれを確実に知らせることができ、これにより、例えば、運転者にサービスセンタ等へ車両を持ち込むことを効果的に促すことができる。なお、請求項１の発明では操作力により運転者にシステム異常等を知らせることができ、請求項２の発明ではパルスにより運転者にシステム異常等を知らせることができ、請求項４の発明では遊びにより運転者にシステム異常等を知らせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態（第１から第３）の操舵装置の模式構造図。
【図２】本発明に係る第１実施形態の操舵装置のＥＣＵ（制御装置）とその周辺の主要機能のブロック図。
【図３】反力係数の時間的な増加を示す図。
【図４】本発明に係る第２実施形態のＥＣＵとその周辺の主要機能のブロック図。
【図５】パルス的な反力の時間的な増加のタイムチャートを示す図。
【図６】図５とは異なるパルス的な反力の時間的な増加のタイムチャートを示す図。
【図７】本発明に係る第３実施形態のＥＣＵとその周辺の主要機能のブロック図。
【図８】操舵角と反力の関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１…操舵装置、２…操作子（ハンドル）、３…操舵軸、４…操舵角検出手段、５…反力発生モータ、６…トルクセンサ、７…車速検出手段、８…ヨーレート検出手段、９…故障検知手段、１０…ＥＣＵ（制御装置）、１１…舵角発生モータ、１２…タイヤ角検出手段、１４…ラック軸、２１…タイヤ角指令値生成部、２２…偏差演算手段、２３…駆動制御手段、２４…舵角発生モータ駆動手段、２５…トーションバー係数変更部、２６…故障判定手段、２７…反力係数設定手段、２８…目標反力設定手段、２９…反力モータ目標電流設定手段、３０…反力モータ駆動手段、３１…パルス信号発生器、３２…遊び幅制御手段
【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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【図７】
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【図８】
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