(57)【要約】【課題】  操舵反力アクチュエータの異常検出時、バックアップ動作モードへ移行するまでの動作モード切替過渡期において、操向輪の変位量及び車両の軌跡が走行ラインからずれてしまうのを小さく抑える。【解決手段】  正常時にステアリングホイール１と操向輪３，３とを機械的に切り離し、異常時に機械的に連結するクラッチ機構５，６と、操舵反力アクチュエータ８と転舵アクチュエータ１１の駆動制御を行う操舵制御手段と、を備えた車両用操舵装置において、操舵反力アクチュエータ８の異常を検出する操舵反力アクチュエータ異常検出手段を設け、操舵制御手段は、操舵反力アクチュエータ８の異常検出時から、クラッチ機構５，６によるステアリングホイール１と操向輪３，３との機械的な連結が完了するまでの間、転舵アクチュエータ１１への制御指令を制限する。【選択図】        図２
2005096745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作入力手段と操舵反力アクチュエータを有する操作部と、
操向輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、
前記操作入力手段から操向輪に至る操舵系の途中位置に設けられ、正常時に前記操作入力手段と操向輪とを機械的に切り離し、異常時に前記操作入力手段と操向輪とを機械的に連結するクラッチ機構と、
正常時には、前記操作入力手段への操作入力情報に応じて、前記操舵反力アクチュエータと前記転舵アクチュエータの駆動制御を行う操舵制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記操舵反力アクチュエータの異常を検出する操舵反力アクチュエータ異常検出手段を設け、
前記操舵制御手段は、前記操舵反力アクチュエータの異常検出時から、前記クラッチ機構による操作入力手段と操向輪との機械的な連結が完了するまでの間、前記転舵アクチュエータへの制御指令を制限することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、操舵反力アクチュエータが所定状態になったとき、操舵反力アクチュエータの異常診断を開始して、所定状態が所定条件を満足したとき、操舵反力アクチュエータが異常と検出し、
前記操舵制御手段は、前記異常診断の間、前記転舵アクチュエータへの制御指令を制限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または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータに対し過電流が所定時間以上継続して流されている場合に、操舵反力アクチュエータが異常であると検出することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータに対する過電流判断がなされた場合、設定しきい値を超える回数をカウントし、少なくとも２回以上連続してカウントした場合に、操舵反力アクチュエータが異常であると検出することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵反力アクチュエータに流れる電流を検出する操舵反力アクチュエータ電流検出手段を設け、
前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータへ指令する目標電流値と、操舵反力アクチュエータ電流検出値の移動平均によって求めた実電流値との差分の絶対値が、設定しきい値以上であるときに、操舵反力アクチュエータに対して過電流状態であると判断することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータの駆動量変化が設定しきい値以上であるとき、異常診断を開始して、駆動量変化がしきい値以上である時間が所定時間以上継続した場合に、操舵反力アクチュエータが異常であると検出することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵制御手段は、前記転舵アクチュエータへの制御ゲインを低下、もしくは、ゼロにすることで制御指令を制限し、前記操舵反力アクチュエータの異常が検出されると直ちに操舵反力アクチュエータへの電流を遮断することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載された車両用操舵装置において、
前記操舵制御手段が所定状態となったとき、操舵制御手段の異常診断を開始し、所定状態が所定条件を満足したとき、操舵制御手段が異常と検出する操舵制御異常検出手段と、
前記操舵制御手段の異常診断が開始したとき、前記転舵アクチュエータへの制御指令を制限する補助操舵制御手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載された車両用操舵装置において、
前記転舵部のステアリングギア機構に操舵アシスト力を付与するアシストモータを有し、
前記操舵制御手段は、前記操舵反力アクチュエータの異常検出に基づくバックアップ作動により操作入力手段と操向輪との機械的な連結が完了すると、その後、前記アシストモータを用いたモータパワーステアリング動作モードに移行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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正常時に操作入力手段と操向輪とを機械的に切り離し、異常時に操作入力手段と操向輪とを機械的に連結する断接機構を備えた、いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ方式による車両用操舵装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイールの反力トルクと操向輪の転舵角を自由に設定可能である従来のステア・バイ・ワイヤ方式による車両用操舵装置において、システム故障（異常）が発生した場合に安全性を確保するため、ステアリングホイールと操向輪との間に、クラッチのように機械的に連結／分離が可能なバックアップ機構を設けることが一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４５０９８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の車両用操舵装置にあっては、正常時には、ステアリングホイールと操向輪とが切り離されており、それぞれ操舵反力アクチュエータと転舵アクチュエータにより動作が決まる構成となっていたため、ドライバーへの操舵反力を模擬する操舵反力アクチュエータに過電流が生じるという故障モードが発生した場合、電流を遮断した後も、一旦、ドライバーの操舵によって動き始めたステアリングホイールは、クラッチが完全に締結するまで回転を継続してしまう。この影響により、正常な転舵アクチュエータも上記ステアリングホイールの回転動作を検出する操舵角センサ値の変化に応じて作動し、ドライバーの操舵意図に対し過剰に操向輪が切れることで、ドライバーの描く走行ラインから車両の軌跡がずれを生じさせてしまう。
【０００４】
つまり、操舵反力アクチュエータの故障後、クラッチが完全に締結してステアリングホイールと操向輪とが機械的に連結されるとバックアップ動作モードへ移行する。しかし、操舵反力アクチュエータの異常検出時からクラッチが完全に締結するまでの動作モード切替過渡期は、正常時動作モードによる操舵角センサ値に応じた転舵アクチュエータ制御が実行されるため、上記のように、ドライバーの描く走行ラインから車両の軌跡がずれてしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、操舵反力アクチュエータの異常検出時、バックアップ動作モードへ移行するまでの動作モード切替過渡期において、操向輪の変位量及び車両の軌跡が走行ラインからずれてしまうのを小さく抑え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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、
操作入力手段から操向輪に至る操舵系の途中位置に設けられ、正常時に前記操作入力手段と操向輪とを機械的に切り離し、異常時に前記操作入力手段と操向輪とを機械的に連結するクラッチ機構と、
正常時には、前記操作入力手段への操作入力情報に応じて、前記操舵反力アクチュエータと前記転舵アクチュエータの駆動制御を行う操舵制御手段と、
を備えた車両用操舵装置において、
前記操舵反力アクチュエータの異常を検出する操舵反力アクチュエータ異常検出手段を設け、
前記操舵制御手段は、前記操舵反力アクチュエータの異常検出時から、前記クラッチ機構による操作入力手段と操向輪との機械的な連結が完了するまでの間、前記転舵アクチュエータへの制御指令を制限する手段とした。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明の車両用操舵装置にあっては、操舵制御手段において、操舵反力アクチュエータの異常検出時から、クラッチ機構による操作入力手段と操向輪との機械的な連結が完了するまでの間、転舵アクチュエータへの制御指令を制限するようにしたため、操舵反力アクチュエータの異常検出時、バックアップ動作モードへ移行するまでの動作モード切替過渡期において、操向輪の変位量及び車両の軌跡が走行ラインからずれてしまうのを小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の車両用操舵装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１，２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、構成を説明する。
【００１０】
図１は実施例１の車両用操舵装置を示す全体システム図であり、この実施例１は、バックアップ動作モードでモータアシスト力を得ることができるステア・バイ・ワイヤシステム（以下、ＳＢＷシステムという。）の例である。
【００１１】
実施例１の車両用操舵装置は、図１に示すように、ステアリングホイール１（操作入力手段）、操作部２、操向輪３、転舵部４、第１クラッチ機構５、第２クラッチ機構６、操舵角センサ７、操舵反力アクチュエータ８、第１コラムシャフト９、第２コラムシャフト１０、転舵アクチュエータ１１、転舵角センサ１２、トルクセンサ１３、第１ピニオンシャフト１４、第２ピニオンシャフト１５、ステアリングギア機構１６、ケーブル機構１７、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８、アシストモータ１９、第２コントローラ２０、を備えている。
【００１２】
前記操作部２の第１コラムシャフト９には、ステアリングホイール１、操舵角センサ７、操舵反力アクチュエータ８が設けられている。そして、操作部２の第１コラムシャフト９と第２コラムシャフト１０との間には、外部から接続及び解放の制御ができる電磁クラッチ等による第１クラッチ機構５が設けられている。
【００１３】
前記転舵部４の第２ピニオンシャフト１５には、転舵アクチュエータ１１、転舵角センサ１２、トルクセンサ１３が設けられている。そして、転舵部４の第１ピニオンシャフト１４と第２ピニオンシャフト１５との間には、外部から接続及び解放の制御ができる電磁クラッチ等による第２クラッチ機構６が設けられている。
【００１４】
前記第２ピニオンシャフト１５の下端部には、ラック&ピニオン式によるステアリングギア機構１６が連結され、該ステアリングギア機構１６の両側には、ラックギヤ軸の移動により転舵角が変えられる操向輪３，３が設けられている。
【００１５】
前記ケーブル機構１７は、前記操作部２と転舵部４との間に設けられ、両クラッチ機構５，６の接続時に操作部２と転舵部４とを機械的に連結するバックアップ機構であり、第２コラムシャフト１０の端部に設けられた第１ケーブルリール１７ａと、第１ピニオンシャフト１４の端部に設けられた第２ケーブルリール１７ｂと、両ケーブルリール１７ａ，１７ｂのそれぞれに互いに逆方向に巻き付けられた状態で操作部２と転舵部４を連結する２本のケーブル１７ｃ，１７ｄと、を有する。このケーブル機構１７は、ステアリングホイール１を一方向に回転させると、２本のケーブル１７ｃ，１７ｄのうち、一方のケーブルがドライバーから入力される操舵トルクを伝達し、他方のケーブルが操向輪３，３から入力される反力トルクを伝達することで、コラムシャフトと同等の機能を発揮するようになっている。
【００１６】
前記両クラッチ機構５，６は、ステアリングホイール１から操向輪３，３に至る操舵系の途中位置に設けられ、正常時に両クラッチ機構５，６を解放することでステアリングホイール１と操向輪３，３とを機械的に切り離し、異常時に両クラッチ機構５，６を締結することで、前記ケーブル機構１７を介し、ステアリングホイール１と操向輪３，３とを機械的に連結する。
【００１７】
前記第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８は、操舵角と転舵角との偏差である角度偏差情報と、トルクセンサ１３からのトルク情報とを入力し、前記操舵反力アクチュエータ８に対し反力指令を出力し、前記転舵アクチュエータ１１に対し転舵角指令を出力し、前記両クラッチ機構５，６に締結／解放指令を出力する。
【００１８】
前記第２コントローラ２０は、トルクセンサ１３からのトルク情報と、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８からバックアップ動作モード情報とを入力し、バックアップ動作モード情報が入力されると、トルク情報に基づいてドライバーの必要操舵トルクを補助するアシスト駆動指令をアシストモータ１９に対し出力する。
【００１９】
次に、作用を説明する。
【００２０】
［ステア・バイ・ワイヤ制御処理］
図２は実施例１の第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８により実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する（操舵制御手段）。なお、この制御ロジックは、一定の制御周期により繰り返し実行される。
【００２１】
ステップＳ１では、操舵反力アクチュエータ８に流れる電流値を読み込み、ステップＳ２へ移行する（操舵反力アクチュエータ電流検出手段）。
【００２２】
ステップＳ２では、操舵反力アクチュエータ８に流れる電流が過電流であり、この過電流が所定時間△Ｔ継続しているか否か、つまり、操舵反力アクチュエータ８が異常であるか否かが判断され、YESの場合はステップＳ３へ移行し、NOの場合はステップＳ４へ移行する（操舵反力アクチュエータ異常検出手段）。
【００２３】
ここで、操舵反力アクチュエータ８に実際に流れる電流値は、ノイズを含んでいるため、移動平均による値を用いる。但し、計算法は、移動平均に限らず、ローパスフィルタのようなノイズフィルタを用いることもできる。
【００２４】
また、電流の異常状態（過電流）は、例えば、操舵反力アクチュエータ８に対し指令する目標電流値と、移動平均により求めた実電流値の差分の絶対値が、設定しきい値に対して大きいかどうかをチェックし、設定しきい値に対して大きい場合に過電流であると判断する。
【００２５】
さらに、所定時間△Ｔは、上記のように過電流判断がなされた場合、設定しきい値を超えた回数をカウントし始め、少なくとも２回以上連続してカウントした場合に操舵反力アクチュエータ８が異常であると判断する。
【００２６】
ステップＳ３では、ステップＳ２での操舵反力アクチュエータ異常判断に基づいて、操舵反力アクチュエータ８への電流を遮断し、同時に、両クラッチ機構５，６の連結を開始し、ステップＳ５へ移行する。ここで、両クラッチ機構５，６は、通電OFFで連結状態、通電ONで解放状態であるため、通電ONから通電OFFへの変更指令を出力することで、両クラッチ機構５，６の連結を開始する。
【００２７】
ステップＳ４では、ステップＳ２での操舵反力アクチュエータ正常判断に基づいて、正常時制御を継続し、ロジック終了に移行する。
【００２８】
ここで、正常時制御とは、両クラッチ機構５，６を、通電ONとしてクラッチ解放状態を維持し、操舵反力アクチュエータ８に対し操舵時に、例えば、トルクセンサ１３により検出される操向輪３，３との路面との間での反力トルクに応じた操舵反力を与える指令を出力し、転舵アクチュエータ１１に対し操舵時に、例えば、操舵角度に応じた転舵角を与える指令を出力することでなされる。
【００２９】
ステップＳ５では、制御ゲインを低下、もしくは、制御ゲインをゼロにして転舵アクチュエータ１１へ転舵角指令を出力し、ステップＳ６へ移行する。
【００３０】
ここで、転舵アクチュエータ１１へ転舵角指令値δは、例えば、制御ゲインをＫとし、操舵角をθとした場合、
δ＝Ｋ×θ
で与えられ、制御ゲインＫを低下した場合、転舵角指令値δは小さな値になり、また、制御ゲインＫをゼロにした場合、転舵角指令値δはゼロになる。
【００３１】
ステップＳ６では、第１クラッチ機構５と第２クラッチ機構６とのクラッチ連結に要する所定時間が経過したか否かが判断され、YESの場合はステップＳ７へ移行し、NOの場合はステップＳ５へ戻る。
【００３２】
ここで、両クラッチ機構５，６は、電流を遮断すると結合し、保持トルクを発生するタイプのものである。このタイプの連結装置については、電流を遮断しても実際に接合するまでに機械的な時定数というものが存在しており、電流遮断に応じて瞬時に繋がるというものではなく、上記の時定数によるタイムラグをもって連結される。参考として、一般的な電磁コイルを用いたクラッチでは、50〜100msec程度の時間後に軸が連結される。そこで、両クラッチ機構５，６のクラッチ連結に要する所定時間は、電流遮断開始から完全に締結されるまでの応答遅れ時間を予め実験等により計測しておき、複数のデータのうち最大値など、確実に両クラッチ機構５，６が連結される時間に設定する。
【００３３】
ステップＳ７では、各アクチュエータをバックアップ作動時の動作モードに移行し、ロジック終了に至る。
【００３４】
ここで、バックアップ作動時の動作モードとは、両クラッチ機構５，６と操舵反力アクチュエータ８と転舵アクチュエータ１１に対しては、いずれも電流遮断により、両クラッチ機構５，６を締結し、操舵反力も転舵力も与えない状態、つまり、ステアリングホイール１と操向輪３，３とが機械的に連結されている通常のステアリング装置とする。そして、第２コントローラ２０へバックアップ動作モードであることを指令することにより、第２コントローラ２０において、操舵時にトルクセンサ１３とアシストモータ１９を用い、ドライバーがステアリングホイール１に加える操舵トルクを軽減するよう補助トルクを出すモータパワーステアリング動作を実行する。
【００３５】
［ステア・バイ・ワイヤ制御作用］
操舵反力アクチュエータ８が正常時には、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４へと進み、ステップＳ４において、両クラッチ機構５，６の解放を維持したままで、ドライバーのステアリングホイール１に対する舵取り操作に応じて、転舵角制御と操舵反力制御とを実行する正常時の制御が継続される。
【００３６】
操舵反力アクチュエータ８が異常時には、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ５→ステップＳ６へと進み、ステップＳ３において、操舵反力アクチュエータ８の電流を遮断すると共に両クラッチ機構５，６の連結を開始し、ステップＳ４において、転舵アクチュエータ１１の制御ゲインを低下、もしくは、ゼロとし、ステップＳ６において、クラッチ連結に要する所定時間の経過が判断される。そして、ステップＳ６にて所定時間の経過していないと判断される限り、ステップＳ５→ステップＳ６へ進む流れが繰り返され、ステップＳ６において、クラッチ連結に要する所定時間の経過が判断されると、ステップＳ６からステップＳ７へ進み、バックアップ動作モードへ移行する。
【００３７】
すなわち、操舵反力アクチュエータ８の異常時には、両クラッチ機構５，６が連結し、ステアリングホイール１と操向輪３，３が機械的に連結される。この異常シーケンスは、時間系列で考えると、操舵反力アクチュエータ８の異常発生から、操舵反力アクチュエータ８の異常検出に必要な時間と、両クラッチ機構５，６の連結に必要な時間と、を経過してシーケンスが完了することになる。
【００３８】
ステアリングホイール１に関して言えば、操舵反力アクチュエータ８の異常検出後に、電流を遮断しても、慣性によって両クラッチ機構５，６が完全に結合されるまで、回転を続けてしまう。このとき、慣性によって回転しているステアリングホイール１の舵角を操舵角センサ７で拾ってしまい、正常な転舵アクチュエータ１１が操舵角センサ値に応じて動いてしまう。
【００３９】
このため、操舵反力アクチュエータ８の異常検出後は転舵アクチュエータ１１の制御ゲインを低下させるか、もしくはゼロにすることで、操舵反力アクチュエータ８の異常検出終了直後の転舵アクチュエータ１１の値を両クラッチ機構５，６が締結するまでの所定の時間、保持または動作変位を制限する。このようにすることで、操向輪３，３の変位量が抑えられ、車両の挙動が乱れるのを少なくすることができる。
【００４０】
［操舵反力アクチュエータの異常時］
図３は操舵反力アクチュエータ８の異常状況と制御対策を時系列にて示したタイムチャートであり、図３の上から過電流判断、操舵角度（ステアリングホイール角）、転舵角度（タイヤ角度）、車両横方向変位を時系列で示している。
【００４１】
図３のＡは過電流の流れ始め時点、図３のＢは異常判断終了時点であると共にシステムが電流遮断を開始した時点、図３のＣは両クラッチ機構５，６の連結が終了する時点である。
【００４２】
過電流判断の時系列図において、適切な電流値からＡの時点にて過電流が流れたことを検知した場合、過電流判断がOFF（３１）からON（３２）にされ、ステアリングホイール１は一方向に操舵反力アクチュエータ８によって回転させられる。各時系列図のＡからＢの間の３２，３４，３８は、過電流が流れることによる影響を示している。このとき、ステアリングホイール１の角度を操舵角センサ７により読み取っているため、正常の動作している転舵アクチュエータ１１は、この間動いてしまう。
【００４３】
時系列の図３において、Ａから所定時間△Ｔを経過した場合、Ｂにおいて過電流による操舵反力アクチュエータ８の異常と判断され、操舵反力アクチュエータ８への電流が停止され、両クラッチ機構５，６へ通電している電流が遮断され、両クラッチ機構５，６が連結動作を始める。
【００４４】
このとき、図３の３３の状態では、操舵反力アクチュエータ８への電流は遮断されており、操舵反力アクチュエータ８は駆動しないが、軸が連結されていないため、作動を止める外力が十分に発生しておらず、一度加速したステアリングホイール１は、図３の３５に示すように、慣性の影響で回転を継続する。
【００４５】
この両クラッチ機構５，６が連結されるまでの間、そのままステア・バイ・ワイヤ、もしくは、転舵アクチュエータ１１の制御が継続していたとすると、転舵角度も、図３の３９に示すように、ステアリングホイール１と同じ方向に動き、回転してしまう。
【００４６】
このような状態で、過電流判断終了後、図３の４１に示すように、意図的に転舵角の制御ゲインを低下、もしくはゼロとしてやり、ステアリングホイール１の動きに対して、転舵角がクラッチ連結終了までの所定時間内は動作を制限する。
【００４７】
このような制御を採用することにより、車両横方向変位の時系列図の４３，４４，IIに示すように、直進している車両の横方向変化は、転舵角制限を行った場合（４４）と行っていない場合（４３）とでは、車両横方向の変位に大きな差（II）が発生する。これは、走行中に車両の挙動を乱す可能性を示しており、転舵角制限を行うことで、それを抑制することができる。
【００４８】
また、Ｃ以降の領域は、両クラッチ機構５，６が連結され、機械的にステアリングホイール１と操向輪３，３が繋がった状態であるが、転舵角度の時系列図の４０，４２，Ｉに示すように、転舵角の変化は、転舵角制限を行った場合（４２）と行っていない場合（４０）とでは、転舵角度に大きな差（Ｉ）が発生し、転舵角制限を行った場合には、転舵角が小さくなる。
【００４９】
よって、対策前は、図３の３７に示すように、機械的にステアリングホイールと操向輪が繋がった際に転舵角度が大きく発生していることで（４０）、ドライバーがバックアップ作動直後にステアリングホイールを大きく切り戻す必要がある。
【００５０】
これに対し、対策後は、図３の３６に示すように、機械的にステアリングホイール１と操向輪３，３が繋がった際に転舵角度の発生が小さいことで（４２）、ドライバーは少なく、かつ、緩やかな操作量で安定な車両挙動に戻すことができ、機械式バックアップ作動直後の操作を容易にすることができる。
【００５１】
次に、効果を説明する。
【００５２】
実施例１の車両用操舵装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００５３】
(1) ステアリングホイール１と操舵反力アクチュエータ８を有する操作部２と、操向輪３，３と転舵アクチュエータ１１を有する転舵部４と、前記ステアリングホイール１から操向輪３，３に至る操舵系の途中位置に設けられ、正常時に前記ステアリングホイール１と操向輪３，３とを機械的に切り離し、異常時に前記ステアリングホイール１と操向輪３，３とを機械的に連結するクラッチ機構５，６と、正常時には、前記ステアリングホイール１への操作入力情報に応じて、前記操舵反力アクチュエータ８と前記転舵アクチュエータ１１の駆動制御を行う操舵制御手段と、を備えた車両用操舵装置において、前記操舵反力アクチュエータ８の異常を検出する操舵反力アクチュエータ異常検出手段を設け、前記操舵制御手段は、前記操舵反力アクチュエータ８の異常検出時から、前記クラッチ機構５，６によるステアリングホイール１と操向輪３，３との機械的な連結が完了するまでの間、前記転舵アクチュエータ１１への制御指令を制限するため、操舵反力アクチュエータ８の異常検出時、バックアップ動作モードへ移行するまでの動作モード切替過渡期において、操向輪３，３の変位量及び車両の軌跡が走行ラインからずれてしまうのを小さく抑えることができる。
【００５４】
(2) 前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータ８に対し過電流が所定時間以上継続して流されている場合に、操舵反力アクチュエータ８が異常であると検出するため、一時的に過電流が流れる場合の異常誤検出を防止することができる。
【００５５】
(3) 前記操舵反力アクチュエータ８に流れる電流を検出する操舵反力アクチュエータ電流検出ステップＳ１を設け、前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータ８へ指令する目標電流値と、操舵反力アクチュエータ電流検出値の移動平均によって求めた実電流値との差分の絶対値が、設定しきい値以上であるときに、操舵反力アクチュエータ８に対して過電流状態であると判断するため、操舵反力アクチュエータ８に流れる電流値に含まれるノイズの影響を排除して精度良く過電流状態の判断を行うことができる。
【００５６】
(4) 前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータ８に対する過電流判断がなされた場合、設定しきい値を超える回数をカウントし、少なくとも２回以上連続してカウントした場合に、操舵反力アクチュエータ８が異常であると検出するため、操舵反力アクチュエータ８の異常発生から早期のタイミングで、かつ、精度良く操舵反力アクチュエータ８の異常を検出することができる。
【００５７】
(5) 前記操舵制御手段は、前記転舵アクチュエータ１１への制御ゲインを低下、もしくは、ゼロにすることで制御指令を制限し、前記操舵反力アクチュエータ８の異常が検出されると直ちに操舵反力アクチュエータ８への電流を遮断するため、操舵反力アクチュエータ８の異常検出後、戻し操作を必要とする操向輪３，３の転舵角が小さく抑えられ、機械式バックアップ作動直後の操作を容易にすることができる。
【００５８】
(6) 前記転舵部４のステアリングギア機構１６に操舵アシスト力を付与するアシストモータ１９を有し、前記操舵制御手段は、前記操舵反力アクチュエータ８の異常検出に基づくバックアップ作動によりステアリングホイール１と操向輪３，３との機械的な連結が完了すると、その後、前記アシストモータ１９を用いたモータパワーステアリング動作モードに移行するため、異常後のバックアップ動作モードにおいてドライバーの操舵負担を軽減することができる。
【実施例２】
【００５９】
実施例２は、操舵反力アクチュエータの異常診断が開始されたとき、転舵アクチュエータへの制御指令を制限する例である。
【００６０】
なお、実施例２の車両用操舵装置の構成は、図１に示した実施例１と同一であるため、説明を省略する。
【００６１】
次に、作用を説明する。
【００６２】
［ステア・バイ・ワイヤ制御処理］
図４は実施例２の第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８により実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する（操舵制御手段）。なお、この制御ロジックは、一定の制御周期により繰り返し実行される。
【００６３】
ステップS11では、操舵反力アクチュエータ８および、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８の状態が異常診断開始条件を満たしているか否かを判断し、YESの場合にはステップS12へ移行して異常診断を継続し、NOの場合にはステップS14へ移行する。
【００６４】
異常診断開始条件は、
(a) 操舵反力アクチュエータ８の電流値を検出し、電流値が過電流である場合、
(b) 操舵反力アクチュエータ８の駆動量変化を検出し、駆動量変化が設定しきい値以上である場合、
(c) 第２コントローラ２０で、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８の状態を検出し、状態が所定条件である場合、
とする。
【００６５】
ここで、操舵反力アクチュエータ８に実際に流れる電流値は、ノイズを含んでいるため、移動平均による値を用いる。但し、計算法は、移動平均に限らず、ローパスフィルタのようなノイズフィルタを用いることもできる。
【００６６】
また、電流の異常状態（過電流）は、例えば、操舵反力アクチュエータ８に対し指令する目標電流値と、移動平均により求めた実電流値の差分の絶対値が、設定しきい値（例えば、アクチュエータの定格電流値）に対して大きいかどうかをチェックし、設定しきい値に対して大きい場合に過電流であると判断する。
【００６７】
また、操舵反力アクチュエータ８の駆動量変化による異常診断では、例えば、角度変化を監視し、その角度変化が、定格電流以上で、駆動するような角度変化量を設定しきい値として、異常を診断する。また、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８の異常診断の所定条件は、例えば、第２コントローラ２０との通信情報にカウンタ値を設定し、カウントアップさせない場合や、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８と第２コントローラ２０とで、同一の演算を行い、演算結果を照合したときに一致しない場合など、とする。
【００６８】
ステップS12では、制御ゲイン低下、もしくは、制御ゲインをゼロにして転舵アクチュエータ１１へ転舵角指令を出力し、ステップS13へ移行する。
【００６９】
ここで、転舵アクチュエータ１１へ転舵角指令値δは、例えば、制御ゲインをＫとし、操舵角をθとした場合、
δ＝Ｋ×θ
で与えられ、制御ゲインＫを低下した場合、転舵角指令値δは小さな値になり、操舵に対する転舵が小さく制限される。また、制御ゲインＫをゼロにした場合、転舵角指令値δはゼロになり、現在の転舵角が保持される。
【００７０】
ステップS13では、操舵反力アクチュエータ８の異常診断を開始してから、上記異常診断開始条件(a)または(b)を満足する状態が所定時間ΔＴ継続しているか否かが判断され、YESの場合には、操舵反力アクチュエータ８の異常と診断してステップS15へ移行し、NOの場合には正常と診断してステップS14へ移行する。ここで、所定時間を、所定回数（例えば、２回以上）としてもよい。ステップS11とステップS13とが、操舵反力アクチュエータ異常診断手段に相当する。
【００７１】
ステップS14では、ステップS11またはステップS13での操舵反力アクチュエータ正常判断に基づいて、正常時制御を継続し、ロジック終了に移行する。
【００７２】
ここで、正常時制御とは、両クラッチ機構５，６を、通電ONとしてクラッチ解放状態を維持し、操舵反力アクチュエータ８に対し操舵時に、例えば、トルクセンサ１３により検出される操向輪３，３との路面との間での反力トルクに応じた操舵反力を与える指令を出力し、転舵アクチュエータ１１に対し操舵時に、例えば、操舵角度に応じた転舵角を与える指令を出力することでなされる。
【００７３】
ステップS15では、ステップS13での操舵反力アクチュエータ異常判断に基づいて、操舵反力アクチュエータ８への電流を遮断し、同時に、両クラッチ機構５，６の連結を開始し、ステップS16へ移行する。ここで、両クラッチ機構５，６は、通電OFFで連結状態、通電ONで解放状態であるため、通電ONから通電OFFへの変更指令を出力することで、両クラッチ機構５，６の連結を開始する。
【００７４】
ステップS16では、第１クラッチ機構５と第２クラッチ機構６とのクラッチ連結に要する所定時間が経過したか否かが判断され、YESの場合はステップS17へ移行し、NOの場合はステップS15へ戻る。
【００７５】
ここで、両クラッチ機構５，６は、電流を遮断すると結合し、保持トルクを発生するタイプのものである。このタイプの連結装置については、電流を遮断しても実際に接合するまでに機械的な時定数というものが存在しており、電流遮断に応じて瞬時に繋がるというものではなく、上記の時定数によるタイムラグをもって連結される。参考として、一般的な電磁コイルを用いたクラッチでは、50〜100msec程度の時間後に軸が連結される。そこで、両クラッチ機構５，６のクラッチ連結に要する所定時間は、電流遮断開始から完全に締結されるまでの応答遅れ時間を予め実験等により計測しておき、複数のデータのうち最大値など、確実に両クラッチ機構５，６が連結される時間に設定する。
【００７６】
ステップS17では、各アクチュエータをバックアップ作動時の動作モードに移行し、ロジック終了に至る。
【００７７】
ここで、バックアップ作動時の動作モードとは、両クラッチ機構５，６と操舵反力アクチュエータ８と転舵アクチュエータ１１に対しては、いずれも電流遮断により、両クラッチ機構５，６を締結し、操舵反力も転舵力も与えない状態、つまり、ステアリングホイール１と操向輪３，３とが機械的に連結されている通常のステアリング装置とする。そして、第２コントローラ２０へバックアップ動作モードであることを指令することにより、第２コントローラ２０において、操舵時にトルクセンサ１３とアシストモータ１９を用い、ドライバーがステアリングホイール１に加える操舵トルクを軽減するよう補助トルクを出すモータパワーステアリング動作を実行する。
【００７８】
なお、第２コントローラ（補助操舵制御手段）２０では、上述した制御ロジックにおいて、操舵反力アクチュエータ８を第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８に置き換えた処理を、上記の制御ロジックと同時に実施している。すなわち、第２コントローラ２０は、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８の異常を診断し（操舵制御異常検出手段に相当）、異常と診断された場合には、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８に代って上述のステア・バイ・ワイヤ制御処理を実施する。
【００７９】
［ステア・バイ・ワイヤ制御作用］
操舵反力アクチュエータ８が正常時には、図４のフローチャートにおいて、ステップS11→ステップS14へと進み、ステップS14において、両クラッチ機構５，６の解放を維持したままで、ドライバーのステアリングホイール１に対する舵取り操作に応じて、転舵角制御と操舵反力制御とを実行する正常時の制御が継続される。
【００８０】
操舵反力アクチュエータ８が異常時には、図４のフローチャートにおいて、ステップS11→ステップS12→ステップS13→ステップS15→ステップS16へと進み、
ステップS12において、転舵アクチュエータ１１の制御ゲインを低下、もしくは、ゼロとし、ステップS15において、操舵反力アクチュエータ８の電流を遮断すると共に両クラッチ機構５，６の連結を開始し、ステップS16において、クラッチ連結に要する所定時間の経過が判断される。そして、ステップS16にて所定時間の経過していないと判断される限り、ステップS15→ステップS16へ進む流れが繰り返され、ステップS16において、クラッチ連結に要する所定時間の経過が判断されると、ステップS16からステップS17へ進み、バックアップ動作モードへ移行する。
【００８１】
すなわち、操舵反力アクチュエータ８の異常診断が開始されると直ぐに、転舵アクチュエータ１１の制御ゲインを低下させるか、もしくはゼロにすることで、転舵アクチュエータ１１の値を、操舵反力アクチュエータ８の異常診断が開始されてから両クラッチ機構５，６が締結するまでの所定の時間、保持または動作変位を制限する。
【００８２】
このようにすることで、操舵反力アクチュエータ８の異常診断中の操向輪３，３の変位量が抑えられ、車両の挙動が乱れるのを少なくすることができる。
【００８３】
また、操舵反力アクチュエータ８が異常と診断された場合には、両クラッチ機構５，６が連結し、ステアリングホイール１と操向輪３，３が機械的に連結される。この異常シーケンスは、時間系列で考えると、操舵反力アクチュエータ８の異常発生から、操舵反力アクチュエータ８の異常検出に必要な時間と、両クラッチ機構５，６の連結に必要な時間と、を経過してシーケンスが完了することになる。
【００８４】
ステアリングホイール１に関して言えば、操舵反力アクチュエータ８の異常診断後に、電流を遮断しても、慣性によって両クラッチ機構５，６が完全に結合されるまで、回転を続けてしまう。このとき、慣性によって回転しているステアリングホイール１の舵角を操舵角センサ７で拾ってしまい、正常な転舵アクチュエータ１１が操舵角センサ値に応じて動いてしまう。
【００８５】
実施例２では、操舵反力アクチュエータ８の異常診断を開始すると直ぐに転舵アクチュエータ１１の制御ゲインを低下させるか、もしくはゼロとし、操向輪３，３の変位量を抑えているため、上記の慣性に起因する転舵アクチュエータ１１の作動を小さく抑えることができる。
【００８６】
［操舵反力アクチュエータの異常時］
図５は操舵反力アクチュエータ８の異常状況と制御対策を時系列にて示したタイムチャートであり、図５の上から過電流判断、操舵角度（ステアリングホイール角）、転舵角度（タイヤ角度）、車両横方向変位を時系列で示している。
【００８７】
図５のＡは過電流の流れ始め時点、図５のＢは異常判断終了時点であると共にシステムが電流遮断を開始した時点、図５のＣは両クラッチ機構５，６の連結が終了する時点である。
【００８８】
過電流判断の時系列図において、適切な電流値からＡの時点にて過電流が流れたことを検知した場合、過電流判断がOFF（３１）からON（３２）にされ、ステアリングホイール１は一方向に操舵反力アクチュエータ８によって回転させられる。
【００８９】
このとき、ステアリングホイール１の角度を操舵角センサ７により読み取っているため、正常の動作している転舵アクチュエータ１１は、この間動いてしまうことになる（３８）が、実施例２では、過電流が流されたことを検知した場合、直ぐに転舵アクチュエータ１１の制御ゲインを低下させるか、もしくはゼロにしているため、過電流分に相当する転舵アクチュエータ１１の駆動が抑制されている（３８'）。
【００９０】
時系列の図５において、Ａから所定時間ΔＴを経過した場合、Ｂにおいて過電流による操舵反力アクチュエータ８の異常と診断され、操舵反力アクチュエータ８への電流が停止され、両クラッチ機構５，６へ通電している電流が遮断され、両クラッチ機構５，６が連結動作を始める。
【００９１】
このとき、図５の３３の状態では、操舵反力アクチュエータ８への電流は遮断されており、操舵反力アクチュエータ８は駆動しないが、軸が連結されていないため、作動を止める外力が十分に発生しておらず、一度加速したステアリングホイール１は、図５の３５に示すように、慣性の影響で回転を継続する。
【００９２】
この両クラッチ機構５，６が連結されるまでの間、そのままステア・バイ・ワイヤ、もしくは、転舵アクチュエータ１１の制御が継続していたとすると、転舵角度も、図５の３９に示すように、ステアリングホイール１と同じ方向に動き、回転してしまう。
【００９３】
これに対し、実施例２では、適切な電流値からＡの時点にて過電流が流れたことを検知したとき、図５の４１'に示すように、意図的に転舵角の制御ゲインを低下、もしくはゼロとしてやり、ステアリングホイール１の動きに対して、転舵角がクラッチ連結終了までの所定時間内は動作を制限する。
【００９４】
このような制御を採用することにより、車両横方向変位の時系列図の４３，４４'，II'に示すように、直進している車両の横方向変化は、転舵角制限を行った場合４４'と行っていない場合４３とでは、車両横方向の変位に大きな差II'が発生する。これは、走行中に車両の挙動を乱す可能性を示しており、転舵角制限を行うことで、それを抑制することができる。
【００９５】
加えて、図５の３８'，４１'と、図３の３８，４１とを比較すれば明らかなように、実施例２では、過電流を検出したＡの時点で転舵角の制御ゲインを低下、もしくは、ゼロとしているため、異常診断が終了するＢの時点で制御ゲインを低下、もしくはゼロとする実施例１と比較して、過電流の影響による転舵角変化が発生しない。よって、実施例１（４４）に比して、バックアップ作動モード移行時の車両横方向変位をより少なくできる（４４'）。
【００９６】
また、Ｃ以降の領域は、両クラッチ機構５，６が連結され、機械的にステアリングホイール１と操向輪３，３が繋がった状態であるが、転舵角度の時系列図の４０，４２'，Ｉ'に示すように、転舵角の変化は、転舵角制限を行った場合４２'と行っていない場合４０とでは、転舵角度に大きな差Ｉ'が発生し、転舵角制限を行った場合には、転舵角が小さくなる。
【００９７】
よって、対策前は、図５の３７に示すように、機械的にステアリングホイール１と操向輪３，３が繋がった際に転舵角度が大きく発生していることで（４０）、ドライバーがバックアップ作動直後にステアリングホイール１を大きく切り戻す必要がある。
【００９８】
これに対し、対策後は、図５の３６'に示すように、機械的にステアリングホイール１と操向輪３，３が繋がった際に転舵角度の発生が小さいことで（４２'）、ドライバーは少なく、かつ、緩やかな操作量で安定な車両挙動に戻すことができ、機械式バックアップ作動直後の操作を容易にすることができる。
【００９９】
次に、効果を説明する。
【０１００】
実施例２の車両用操舵装置にあっては、請求項１の(6)の効果に加え、下記に列挙する効果を得ることができる。
【０１０１】
(7) 前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、操舵反力アクチュエータ８が所定状態になったとき、操舵反力アクチュエータ８の異常診断を開始して、所定状態が所定条件を満足したとき、操舵反力アクチュエータ８が異常と検出し、第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ１８は、前記異常診断の間、転舵アクチュエータ１１への制御指令を制限するため、操舵反力アクチュエータ８の異常診断を開始してから、バックアップ動作モードへ移行するまでの間に、操向輪３，３の変位量および車両の軌跡が走行ラインからずれてしまうのを小さく抑えることができる。
【０１０２】
(8) 前記操舵反力アクチュエータ異常検出手段は、前記操舵反力アクチュエータ８の駆動量変化が設定しきい値以上であるとき、異常診断を開始し、駆動量変化がしきい値以上である時間が所定時間以上継続した場合に、操舵反力アクチュエータ８が異常であると検出するため、反力アクチュエータ８の駆動量検出センサ（モータ角度センサ等）が失陥してもその出力を転舵アクチュエータ１１の指令として使われないようにすることができ、バックアップ動作モードへ移行するまでの間に操向輪３，３の変位量及び車両の軌跡が走行ラインからずれてしまうのを小さく抑えることができる。
【０１０３】
(9) 前記操舵制御手段が所定状態となったとき、操舵制御手段の異常診断を開始し、所定状態が所定条件を満足したとき、操舵制御手段が異常であると検出する操舵制御異常検出手段と、前記操舵制御手段の異常診断が開始したとき、前記転舵アクチュエータ１１への制御指令を制限する第２コントローラ２０と、を設けたため、操舵制御手段が失陥しても、失陥を検出してバックアップ動作モードへ移行するまでの間に、操向輪３，３が現状位置から動かないように転舵アクチュエータ１１を保持制御でき、操向輪３，３の変位量及び車両の軌跡が走行ラインからずれてしまうのを小さく抑えることができる。
【０１０４】
（他の実施例）
以上、本発明の車両用操舵装置を実施例１，２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これら実施例１，２に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【０１０５】
例えば、実施例１，２装置では、操舵部と転舵部とにそれぞれ１つのアクチュエータを有するシステム例を示したが、操舵部と転舵部とにそれぞれ少なくとも１つ以上のアクチュエータを有するシステムに適用することができる。
【０１０６】
実施例１，２装置では、操舵系に、２つのクラッチ機構（機械式連結部）とケーブル機構（機械式バックアップ機構）とを有する例を示したが、例えば、１つのクラッチ機構のみによるものも含まれる。さらに、機械式連結部としては、ステアリングホイールと操向輪を連結／分離できる機構を有するものを含み、また、機械式バックアップ機構としては、ステアリングホイールと操向輪を剛体結合でき、ステアリングホイールの回転を操向輪へ直接伝えられるものの全般を含む。
【０１０７】
実施例１，２では、ＳＢＷシステム（操舵反力アクチュエータ＋転舵アクチュエータ）と電動パワーステアリングシステムとを組み合わせたシステムの例を示したが、電動パワーステアリングシステムの無いシステムでも良いし、さらに、電動パワーステアリングシステムに代え油圧パワーステアリングシステムを用いたシステムとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】実施例１の車両用操舵装置を示す全体システム図である。
【図２】実施例１装置のステア・バイ・ワイヤコントローラにより実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施例１装置での操舵反力アクチュエータの異常状況と制御対策を、過電流判断・操舵角度・転舵角度・車両横方向変位について時系列にて示したタイムチャートである。
【図４】実施例２装置のステア・バイ・ワイヤコントローラにより実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施例２装置での操舵反力アクチュエータの異常状況と制御対策を、過電流判断・操舵角度・転舵角度・車両横方向変位について時系列にて示したタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
１  ステアリングホイール（操作入力手段）
２  操作部
３  操向輪
４  転舵部
５  第１クラッチ機構
６  第２クラッチ機構
７  操舵角センサ
８  操舵反力アクチュエータ
９  第１コラムシャフト
１０  第２コラムシャフト
１１  転舵アクチュエータ
１２  転舵角センサ
１３  トルクセンサ
１４  第１ピニオンシャフト
１５  第２ピニオンシャフト
１６  ステアリングギア機構
１７  ケーブル機構
１８  第１ステア・バイ・ワイヤコントローラ
１９  アシストモータ
２０  第２コントローラ
【図１】
2005096745.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005096745.tif 000006
【図５】
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