(57)【要約】【課題】  システム停止時の中立位置ずれを最小限に抑えることができるステアリング装置を提供する。【解決手段】  ステアリングホイール１と前輪４，４との間に設けられ、ステアリングギア比を目標転舵角に応じて変化させる前輪転舵アクチュエータ７を備えたステアリング装置において、４輪アクティブ転舵コントローラ１０は、故障と判断されたとき、セルフステアが前輪４，４の切り増し方向に発生している場合には、即座にシステムを停止し、セルフステアが前輪４，４の切り戻し方向に発生している場合には、システム停止許容時間経過後に転舵アクチュエータを停止させる。【選択図】      図１
2005178572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング操作手段と操向輪との間に設けられ、操向輪の転舵角に対するステアリング操作手段の操舵角の比であるステアリングギア比を、目標転舵角に応じて変化させる転舵アクチュエータと、
目標転舵角と実転舵角との差が所定値を超えたとき、故障と判断する故障判断手段と、
故障と判断されたとき、転舵アクチュエータを停止させるシステム停止手段と、
を備えたステアリング装置において、
セルフステアの発生している方向を検出するセルフステア方向検出手段を設け、
前記システム停止手段は、故障と判断されたとき、
セルフステアが操向輪の切り増し方向に発生している場合には、即座に転舵アクチュエータを停止させ、
セルフステアが操向輪の切り戻し方向に発生している場合には、故障と判断されてから所定時間経過後に転舵アクチュエータを停止させることを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリング装置において、
車速を検出する車速検出手段と、
セルフステア角度を検出するセルフステア角度検出手段と、
車速に応じたセルフステア角度の許容値を算出する許容セルフステア算出手段と、
を設け、
前記システム停止手段は、故障と判断され、セルフステアが操向輪の切り戻し方向に発生しているとき、セルフステア角度が許容値よりも大きい場合には、即座に転舵アクチュエータを停止させることを特徴とするステアリング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のステアリング装置において、
セルフステア角度に応じたシステム停止許容時間を設定するシステム停止許容時間設定手段を設け、
前記システム停止手段は、故障と判断されたとき、セルフステアが操向輪の切り戻し方向に発生している場合には、システム停止許容時間経過後に転舵アクチュエータを停止させることを特徴とするステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のステアリング装置において、
前記システム停止許容時間設定手段は、セルフステア角度の許容値と操向輪の転舵角速度に基づいて、システム停止許容時間を設定することを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標転舵角に基づいて操向輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えたステアリング装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来のステアリング装置では、セルフステアが安全な角度を超えたとき、故障と判断してシステムを停止することにより、運転者の意図しない転舵が継続されるのを防止している。なお、安全なセルフステア角度は、車体速（車速）に応じて規定されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】BMW学会論文(Aachener Kolloquium Fahrzeug - und Motorentechnk2002),Active Steering - Requirements for System Safety and Development Process
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、故障発生からシステム停止までの時間は、故障発生時の車体速から求められる、許容可能なセルフステア角度のみによって規定されているため、セルフステアが操向輪の切り増し方向に発生している場合には、システム停止が停止するまでにモータが中立位置から遠ざかる方向に回転し、ステアリングホイールの中立位置と操向輪の中立位置とのずれがより大きくなる。このときのずれ量が大きいと、ステアリングホイールを切った状態でなければ車両が直進せず、運転者に違和感を与えるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、システム停止時の中立位置ずれを最小限に抑えることができるステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、ステアリング操作手段と操向輪との間に設けられ、操向輪の転舵角に対するステアリング操作手段の操舵角の比であるステアリングギア比を、目標転舵角に応じて変化させる転舵アクチュエータと、目標転舵角と実転舵角との差が所定値を超えたとき、故障と判断する故障判断手段と、故障と判断されたとき、転舵アクチュエータを停止させるシステム停止手段と、を備えたステアリング装置において、セルフステアの発生している方向を検出するセルフステア方向検出手段と、を設け、前記システム停止手段は、故障と判断されたとき、セルフステアが操向輪の切り増し方向に発生している場合には、即座に転舵アクチュエータを停止させ、セルフステアが操向輪の切り戻し方向に発生している場合には、故障と判断されてから所定時間経過後に転舵アクチュエータを停止させる手段とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のステアリング装置にあっては、操向輪が切り増し方向に発生している場合には、即座にアクチュエータを停止させるため、ステアリング操作手段の中立位置と操向輪の中立位置とのずれ量の増加を防止できる。一方、操向輪が切り戻し方向に発生している場合には、所定時間経過後に転舵アクチュエータを停止させるため、システム停止までに前記ずれ量を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図であり、実施例１のステアリング装置は、ステアリングホイール（ステアリング操作手段）１と、コラムシャフト２と、前輪転舵機構３と、前輪４，４と、後輪転舵機構５と、後輪６，６と、前輪転舵アクチュエータ７と、前輪転舵コントローラ８と、後輪転舵アクチュエータ９と、４輪アクティブ転舵コントローラ１０と、操舵角センサ１１と、車速センサ１２と、を備えている。
【０００９】
前輪転舵機構３は、ステアリングホイール１からコラムシャフト２に入力された回転を、ラックアンドピニオンにより車両の横方向運動へ変換し、前輪４，４を転舵させる。また、後輪転舵機構５は、後輪転舵アクチュエータ９の入力を車両横方向運動へ変換し、後輪６，６を転舵させる。
【００１０】
図２は、実施例１の制御系を示すブロック図である。
前輪転舵アクチュエータ７は、減速機を備えたDCブラシレスモータ（以下、モータ）７ａと、このモータ７ａの回転角を検出する回転角センサ７ｂ等により構成され、図１において、上端位置にステアリングホイール１が取り付けられたアッパコラムシャフト２ａと、前輪転舵機構３に連結されるロアコラムシャフト２ｂとの間の位置に配置されている。この前輪転舵アクチュエータ７は、アッパコラムシャフト２ａを介して入力される回転を、可変ギア比により減速してロアコラムシャフト２ｂへ出力するもので、これにより、前輪転舵角に対するステアリング操舵角の比であるステアリングギア比を可変に制御する。モータ７ａには、前輪転舵コントローラ８から目標前輪転舵角電流指令値が入力される。また、回転角センサ７ｂの出力である前輪転舵アクチュエータモータ回転角は、前輪転舵コントローラ８へ出力される。
【００１１】
前輪転舵コントローラ８は、４輪アクティブ転舵コントローラ１０から出力された目標前輪転舵角電流指令値と、回転角センサ７ｂから出力された前輪転舵アクチュエータモータ回転角とを比較し、目標転舵角と実際の転舵角とが一致するように、モータ７ａに対し、目標前輪転舵角電流指令値を出力する。
【００１２】
後輪転舵アクチュエータ９は、前輪転舵アクチュエータ７と同様に、減速機を備えたDCブラシレスモータ（以下、モータ）９ａと、このモータ９ａの回転角を検出する回転角センサ９ｂ等により構成され、モータ９ａの回転により後輪転舵機構５を介して後輪６，６の転舵角を可変に制御する。モータ９ａには、４輪アクティブ転舵コントローラ１０から目標後輪転舵角電流指令値が入力される。また、回転角センサ９ｂの出力である後輪転舵アクチュエータモータ回転角は、４輪アクティブ転舵コントローラ１０へ出力される。
【００１３】
４輪アクティブ転舵コントローラ１０は、操舵角センサ１１から出力されたステアリング操舵角と、車速センサ１２から出力された車体速（＝車速）とに基づいて、目標前輪転舵角および目標後輪転舵角を生成し、前輪転舵コントローラ８および後輪転舵アクチュエータ９に対し、目標前輪転舵角電流指令値および目標後輪転舵角電流指令値を出力する。
【００１４】
この４輪アクティブ転舵コントローラ１０は、前輪４，４の転舵制御に係る制御を受け持つ前輪転舵角電流指令値演算部１３を有している。図３に示すように、前輪転舵角電流指令値演算部１３は、目標前輪転舵角電流指令値演算部１３ａと、故障診断部１３ｂとを備えている。
【００１５】
目標前輪転舵角電流指令値演算部１３ａは、ステアリング操舵角、車体速、前輪転舵アクチュエータモータ回転角等の入力に基づいて、目標前輪転舵角電流指令値を演算し、前輪転舵コントローラ８へ出力する。
【００１６】
故障診断部１３ｂは、前輪転舵アクチュエータモータ回転角と、目標前輪転舵角電流指令値とを比較して前輪転舵システムの故障を診断し、診断結果を目標前輪転舵角電流指令値演算部１３ａに出力する。
【００１７】
目標前輪転舵角電流指令値演算部１３ａは、故障診断部１３ｂにより前輪転舵システムに故障が発生したと診断されたとき、前輪転舵アクチュエータ７および後輪転舵アクチュエータ９の各モータ７ａ，９ａへの電流供給を停止することにより、転舵角制御のシステムを停止する。
【００１８】
次に、作用を説明する。
［システム停止制御処理］
図４は、４輪アクティブ転舵コントローラ１０で実行されるシステム停止制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００１９】
ステップS1では、前輪転舵アクチュエータモータ回転角と、目標前輪転舵角電流指令値とを比較し、ステップS2へ移行する。
【００２０】
ステップS2では、ステップS1での比較結果に基づいて、故障判断を行う（故障判断手段に相当）。前輪転舵アクチュエータモータ回転角と目標前輪転舵角電流指令値とが所定値以上ずれている場合には、故障発生と判断してステップS3へ移行する。ずれが所定値よりも小さい場合には、正常であると判断してステップS11へ移行する。
【００２１】
ステップS3では、目標前輪転舵角電流指令値をモニターし、ステップS4へ移行する。
【００２２】
ステップS4では、前輪転舵アクチュエータモータ回転角から、セルフステアの方向を判断する（セルフステア方向検出手段に相当）。モータ７ａがニュートラル位置（Ｎ位置）へ近づく方に回転している場合には、ステップS5へ移行し、モータ７ａがＮ位置から遠ざかる方へ回転している場合には、ステップS12へ移行する。
【００２３】
ステップS5では、車体速をモニターし、ステップS6へ移行する。
【００２４】
ステップS6では、車体速から許容セルフステア角度を算出し（許容セルフステア算出手段に相当）、ステップS7へ移行する。許容セルフステア角度は、図７に示す、許容セルフステアの特性図から算出できる。
【００２５】
ステップS7では、セルフステア閾値を判断する（セルフステア角度検出手段に相当）。発生セルフステアが許容値以下である場合には、ステップS8へ移行し、発生セルフステアが許容値よりも大きい場合には、ステップS12へ移行する。
【００２６】
ステップS8では、システム停止許容時間を算出し（システム停止許容時間設定手段に相当）、ステップS9へ移行する。システム停止許容時間は、ステップS6で算出した許容セルフステア角度をａ[deg/sec]、前輪４，４の転舵角速度をｂ[deg/sec]とすると、ａ／ｂ[sec]で求められる。
【００２７】
ステップS9では、カウントアップタイマーのカウントを開始し、ステップS10へ移行する。
【００２８】
ステップS10では、システム停止許容時間とカウントアップタイマーのカウンタ値とを比較する。システム停止許容時間がカウンタ値よりも大きい場合には、ステップS10を繰り返す。システム停止許容時間がカウンタ値以下である場合には、ステップS12へ移行する。
【００２９】
ステップS11では、通常制御を継続する。
【００３０】
ステップS12では、前輪転舵アクチュエータ７と後輪転舵アクチュエータ９への電流供給を停止し、システムを停止する（システム停止手段に相当）。
【００３１】
［システム停止制御作用］
前輪転舵システムに故障が発生した場合には、図４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S4へと進む流れとなり、ステップS4において、モータ７ａの回転角から、セルフステアの方向が判断される。
【００３２】
ここで、モータ７ａがＮ位置から遠ざかる方向に回転している場合には、ステップS4→ステップS12へと進み、即座に前輪転舵アクチュエータ７を停止させ、システムが停止する。
【００３３】
一方、モータ７ａがＮ位置へ近づく方向に回転している場合には、ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7へと進み、ステップS7において、発生セルフステアと許容セルフステアが比較される。
【００３４】
発生セルフステアが許容セルフステアよりも大きい場合には、ステップS7→ステップS12へと進み、システムが停止する。
【００３５】
発生セルフステアが許容セルフステア以下である場合には、ステップステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10へと進み、ステップS8において、システム停止許容時間が算出され、ステップS10において、タイマーのカウンタ値がシステム停止許容時間以上となったとき、ステップS12において、システムが停止する。
【００３６】
［従来技術の問題点］
上述したように、従来のステアリング装置では、セルフステアが発生したとき、故障発生からシステム停止までの時間は、故障発生時の車体速から求められる、許容可能なセルフステア角度により規定されている。このとき、セルフステアが操向輪の切り増し方向に発生している場合には、故障発生からシステム停止までに、転舵アクチュエータのモータが中立位置から遠ざかる方向に回転し、図５(a)に示すように、ステアリングホイールと操向輪との中立位置ずれが大きくなってしまう。
【００３７】
よって、図５(b)に示すように、ステアリングホイールを切った状態でなければ車両が直進せず、運転者に違和感を与えるという問題があった。また、ずれ量が大きいと、高速走行時にレーンチェンジを行う場合、運転者は所望の位置に車両を移動させるのが困難に感じられることがある。
【００３８】
［セルフステアの方向に応じたシステム停止作用］
これに対し、実施例１のステアリング装置では、図６に示すように、セルフステアの発生している方向を検出し、セルフステアがタイヤ切れ角を増加する方向（前輪４，４の切り増し方向）に発生している場合には、システムをすぐに停止することで、システム停止までにずれ量が増大するのを防止できる。
【００３９】
一方、セルフステアがタイヤ切れ角を減少する方向（前輪４，４の切り戻し方向）に発生している場合には、図７に示す許容セルフステアの特性図に基づいて、現在の車体速に応じた許容セルフステアを算出する。このとき、発生セルフステアが許容セルフステア以下である場合には、すぐにシステムを停止せず、システム停止許容時間が経過するまでモータ７ａをＮ位置に近づく方向に回転させることで、ずれ量を減少させることができる。
【００４０】
また、セルフステアがタイヤ切れ角を減少する方向に発生している場合でも、発生セルフステアが許容セルフステアを超えている場合には、即座にシステムを停止することで、車両の安全性を確保できる。
【００４１】
次に、効果を説明する。
実施例１のステアリング装置にあっては、下記の効果が得られる。
【００４２】
(1) ４輪アクティブ転舵コントローラ１０は、故障と判断されたとき、セルフステアが前輪４，４の切り戻し方向に発生している場合には、許容セルフステアから算出したシステム停止許容時間が経過した後にシステムを停止させ、セルフステアが前輪４，４の切り増し方向に発生している場合には、即座にシステムを停止させるため、システム停止時の中立位置ずれを最小限に抑えることができる（請求項１に対応する効果）。
【００４３】
(2) ４輪アクティブ転舵コントローラ１０は、故障と判断され、セルフステアが前輪４，４の切り戻し方向に発生しているとき、セルフステア角度が許容セルフステア角度よりも大きい場合には、即座にシステムを停止させるため、車両の安全性を確保できる（請求項２に対応する効果）。
【００４４】
(3) ４輪アクティブ転舵コントローラ１０は、車体速から算出した許容セルフステア角度に基づいてシステム停止許容時間を設定するため、セルフステアが前輪４，４の切り戻し方向に発生しているとき、車両の安全性を確保しつつ、故障発生時の中立位置ずれを小さくできる（請求項３に対応する効果）。
【００４５】
(4) ４輪アクティブ転舵コントローラ１０は、許容セルフステア角度と前輪４，４の転舵角速度に基づいてシステム停止許容時間を設定するため、より安全なシステム停止許容時間を設定できる（請求項４に対応する効果）。
【００４６】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００４７】
例えば、実施例１では、前輪転舵アクチュエータ７と後輪転舵アクチュエータ９を用いて前輪４，４と後輪６，６の転舵角を可変に制御する構成を示したが、本発明のステアリング装置は、操向輪である前輪４，４のみを可変に制御する構成にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１のステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図である。
【図２】実施例１の制御系を示すブロック図である。
【図３】前輪転舵角電流指令値演算部を示すブロック図である。
【図４】４輪アクティブ転舵コントローラ１０で実行されるシステム停止制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】システム停止時の中立位置ずれを示す説明図である。
【図６】実施例１の作用を示す説明図である。
【図７】車速に応じた許容セルフステアの特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ステアリングホイール
２  コラムシャフト
２ａ  アッパコラムシャフト
２ｂ  ロアコラムシャフト
３  前輪転舵機構
４  前輪
５  後輪転舵機構
６  後輪
７  前輪転舵アクチュエータ
７ａ  モータ
７ｂ  回転角センサ
８  前輪転舵コントローラ
９  後輪転舵アクチュエータ
９ａ  モータ
９ｂ  回転角センサ
１０  輪アクティブ転舵コントローラ
１１  操舵角センサ
１２  車速センサ
１３  前輪転舵角電流指令値演算部
１３ａ  目標前輪転舵角電流指令値演算部
１３ｂ  故障診断部
【図１】
2005178572.tif 000003
【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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