(57)【要約】【課題】ステアリングセンサの異常発生時においても、安定的に舵角制御を継続可能な車両用操舵装置を提供すること。【解決手段】マイコン３１は、ステアリングセンサの異常を検知する異常検知部４０を備える。そして、マイコン３１は、この異常検知部４０によりステアリングセンサの異常が検知された場合には、操舵角θsに代えてトルクセンサにより検出されたピニオン角θpを用いることにより、モータ制御信号の出力、即ち伝達比可変制御を続行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングと転舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられモータ駆動により前記転舵輪の転舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、ステアリングセンサにより検出される操舵角に基づいて前記駆動手段の作動を制御する車両用操舵装置であって、
前記ステアリングセンサの異常を検知する異常検知手段と、
前記転舵角又は該転舵角を規定する前記操舵伝達系の状態量を検出可能な検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記ステアリングセンサの異常が検知された場合には、前記検出手段により検出された値に基づいて前記駆動手段の作動を制御すること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記駆動手段は、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記操舵角と前記転舵角との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置であること、を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置において、
前記操舵伝達系の途中に設けられ、モータ駆動により前記操舵伝達系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置を備え、
前記検出手段は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ又は前記電動パワーステアリング装置に設けられたモータ回転角センサであること、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、車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用操舵装置には、ステアリング操作に基づく第１の舵角にモータ駆動に基づく第２の舵角を上乗せすることにより操舵角と転舵角との間の伝達比を可変させる伝達比可変機能、或いは運転者に代わって自動的に操縦を行う自動操縦機能等、自動的に転舵輪の舵角を制御する舵角制御機能を備えたものがある。そして、多くの場合、こうした舵角制御は、ステアリングセンサにより検出される操舵角に基づいて行われる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１７０１２９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、上記従来の構成では、ステアリングセンサに異常が発生した場合、その舵角制御を停止せざるを得ない。このため、例えば、上記の伝達比可変制御では、その制御停止によりモータ駆動による上乗せ分の舵角が固定され、ステアリング中立位置と転舵輪の中立位置とにずれが生ずる等の問題が発生する可能性があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ステアリングセンサの異常発生時においても、安定的に舵角制御を継続可能な車両用操舵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】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングと転舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられモータ駆動により前記転舵輪の転舵角を変更可能な駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、ステアリングセンサにより検出される操舵角に基づいて前記駆動手段の作動を制御する車両用操舵装置であって、前記ステアリングセンサの異常を検知する異常検知手段と、前記転舵角又は該転舵角を規定する前記操舵伝達系の状態量を検出可能な検出手段とを備え、前記制御手段は、前記ステアリングセンサの異常が検知された場合には、前記検出手段により検出された値に基づいて前記駆動手段の作動を制御すること、を要旨とする。
【０００６】
即ち、操舵角は、操舵伝達系を介して転舵角に反映される。従って、転舵角又は該転舵角を規定する前記操舵伝達系の状態量により操舵角を推定することが可能であり、この推定される操舵角を用いることで、ステアリングセンサの異常により正しい操舵角が検出できない状態となっても安定的に舵角制御を継続することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記駆動手段は、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記操舵角と前記転舵角との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置であること、を要旨とする。
【０００８】
即ち、このような伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置においては、転舵角は、ステアリング操作に基づく第１の舵角とモータ駆動に基づく第２の舵角との和である。従って、転舵角（又は転舵角を規定する前記操舵伝達系の状態量）とモータ制御量により操舵角を推定することが可能である。そして、その推定された操舵角を用いて伝達比可変制御を続行することで、制御停止に伴う第２の舵角の固定によってステアリング中立位置と転舵輪の中立位置とにずれが生ずる問題を回避して、良好な操舵特性を維持することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記操舵伝達系の途中に設けられ、モータ駆動により前記操舵伝達系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置を備え、前記検出手段は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ又は前記電動パワーステアリング装置に設けられたモータ回転角センサであること、を要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、広く用いられる電動パワーステアリング装置を備えたものであれば、特に新たな装備を追加することなく、上記のようなステアリングセンサ異常時のフェールセーフ制御を実施することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ステアリングセンサの異常発生時においても、安定的に舵角制御を継続可能な車両用操舵装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を伝達比可変機能を備えた車両用操舵装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両用操舵装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラック＆ピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラック＆ピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。即ち、本実施形態では、ステアリングシャフト３、ラック＆ピニオン機構４、及びラック５（並びに詳述しないタイロッドやナックルアーム等）により、ステアリング２と転舵輪６とを連結する操舵伝達系が構成されている。
【００１３】
本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）に対する転舵輪６の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７と、該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御するＩＦＳＥＣＵ８とを備えている。
【００１４】
詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト９とラック＆ピニオン機構４に連結される第２シャフト１０とからなり、ギヤ比可変アクチュエータ７は、第１シャフト９及び第２シャフト１０を連結する差動機構１１と、該差動機構１１を駆動するモータ１２とを備えている。そして、図２に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転（操舵角θs）に、モータ駆動に基づく回転（ＡＣＴ回転角θvg）を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラック＆ピニオン機構４に入力される同第２シャフト１０の回転（即ち転舵角を規定するピニオン角θp）を増速（又は減速）する。
【００１５】
つまり、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に基づく転舵輪６の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく転舵輪の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsに対する転舵輪６の転舵角θtの比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる。そして、制御手段としてのＩＦＳＥＣＵ８は、モータ１２に対する駆動電力の供給を通じてギヤ比可変アクチュエータ７を制御し、これにより操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比（ギヤ比）を制御する（伝達比可変制御）。
【００１６】
尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsに対する転舵角θtのギヤ比」をオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる（転舵角θt大、図３（ａ）参照）。そして、逆方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる（転舵角θt小、図３（ｂ）参照）。そして、本実施形態では、ステア転舵角θtsが第１の舵角を構成し、ＡＣＴ角θtaが第２の舵角を構成する。
【００１７】
また、図１に示すように、車両用操舵装置１は、操舵伝達系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与可能な電動パワーステアリング装置を構成するＥＰＳアクチュエータ１７と、該ＥＰＳアクチュエータ１７の作動を制御するＥＰＳＥＣＵ１８とを備えている。
【００１８】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１７は、その駆動源であるモータ２２がラック５に設けられた所謂ラック型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ２２が発生するアシストトルクは、ボール螺子機構（図示略）を介してラック５に伝達される。そして、ＥＰＳＥＣＵ１８は、このモータ２２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。
【００１９】
本実施形態では、上記のギヤ比可変アクチュエータ７を制御するＩＦＳＥＣＵ８、及びＥＰＳアクチュエータ１７を制御するＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク（CAN：Controller Area Network）２３を介して接続されており、該車内ネットワーク２３には、車両状態量を検出するための複数のセンサが接続されている。具体的には、車内ネットワーク２３には、ステアリングセンサ２４、トルクセンサ２５、及び車速センサ２６が接続されており、これら各センサにより検出される操舵角θs、操舵トルクτ、及び車速Ｖは、車内ネットワーク２３を介してＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８に入力される。そして、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介して相互通信を行うことにより、上記の伝達比可変制御及びパワーアシスト制御を統合的に実行する。
【００２０】
尚、本実施形態では、トルクセンサ２５には、回転角の検出が可能な周知のツインレゾルバ型のトルクセンサが採用されており、同トルクセンサ２５は、ラック＆ピニオン機構４近傍の第２シャフト１０に設けられている。そして、後述するフェールセーフ制御には、この検出手段としてのトルクセンサ２５が検出するピニオン角θpを利用する構成となっている。
【００２１】
次に、本実施形態の車両用操舵装置における伝達比可変制御の態様について説明する。
図４は、本実施形態における伝達比可変制御の態様を示す制御ブロック図である。尚、以下に示す各制御ブロックは、ＩＦＳＥＣＵ８に備えられたマイコン３１が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。
【００２２】
同図に示すように、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ制御信号を出力するマイコン３１と、モータ制御信号に基づいてギヤ比可変アクチュエータ７のモータ１２に駆動電力を供給する駆動回路３２とを備えている。
【００２３】
マイコン３１は、目標ＡＣＴ回転角演算部３３を備えており、同目標ＡＣＴ回転角演算部３３は、車速Ｖ及びステアリングセンサ２４により検出された操舵角θsに基づいてギヤ比可変アクチュエータ７の制御目標量である目標ＡＣＴ回転角θvg*を演算する。そして、マイコン３１は、この目標ＡＣＴ回転角演算部３３において演算された目標ＡＣＴ回転角θvg*に実際のＡＣＴ回転角θvgを追従させるべくフィードバック制御演算を行うことによりモータ制御信号を生成する。
【００２４】
詳述すると、目標ＡＣＴ回転角演算部３３は、目標ギヤ比演算部３４と、修正舵角比演算部３５とを備えており、目標ギヤ比演算部３４は、車速Ｖに基づいて目標ギヤ比Ｒgを演算し、修正舵角比演算部３５は、その演算された目標ギヤ比Ｒgに基づいて修正舵角比αを演算する。尚、修正舵角比αは、操舵角θsを「１」とした場合のモータ駆動による上乗せ分の比率を示す値である。修正舵角比演算部３５により演算された修正舵角比αは、操舵角θsとともに乗算器３６に入力される。そして、目標ＡＣＴ回転角演算部３３は、この乗算器３６において操舵角θsに修正舵角比αを乗ずることにより目標ＡＣＴ回転角θvg*を生成する。
【００２５】
また、マイコン３１には、モータ１２に設けられた回転角センサ３７が検出するモータ回転角θmに基づき演算されるＡＣＴ回転角θvgが入力されるようになっており、目標ＡＣＴ回転角演算部３３において演算された目標ＡＣＴ回転角θvg*は、このＡＣＴ回転角θvgとともにＦ／Ｂ制御演算部３８に入力される。Ｆ／Ｂ制御演算部３８は、目標ＡＣＴ回転角θvg*と目標ＡＣＴ回転角θvg*との偏差に基づくフィードバック演算によりモータ１２に対する電力供給の目標値である電流指令εを演算してモータ制御信号出力部３９に出力する。そして、モータ制御信号出力部３９は、電流指令εに基づき生成されたモータ制御信号を駆動回路３２に出力し、そのモータ制御信号に基づく駆動電力がモータ１２に供給されることにより、同モータ１２、即ちギヤ比可変アクチュエータ７の作動が制御されるようになっている。
【００２６】
（フェールセーフ制御）
次に、本実施形態の車両用操舵装置におけるステアリングセンサの異常時のフェールセーフ制御の態様について説明する。
【００２７】
図４に示すように、マイコン３１は、ステアリングセンサ２４の異常を検知する異常検知部４０を備えている。尚、本実施形態では、異常検知部４０には、操舵角θsが入力されるようになっており、同異常検知部４０は、入力される操舵角θsが不連続に変化した場合、又は取り得ない値となった場合に、ステアリングセンサ２４に異常が発生したものと判定する。そして、マイコン３１は、この異常検知部４０によりステアリングセンサ２４の異常が検知された場合には、操舵角θsに代えてトルクセンサ２５により検出されたピニオン角θpを用いることにより、モータ制御信号の出力、即ち伝達比可変制御を続行する。
【００２８】
詳述すると、本実施形態では、目標ＡＣＴ回転角演算部３３において、操舵角θsは、スイッチング部４１を介して上記乗算器３６に入力されるとともに、このスイッチング部４１には、異常検知部４０の出力する異常検出信号が入力される。また、目標ＡＣＴ回転角演算部３３には、操舵角θs及び車速Ｖとともにピニオン角θpが入力される。目標ＡＣＴ回転角演算部３３に入力されたピニオン角θpは、モータ回転角θmに基づき演算されたＡＣＴ回転角θvgとともに減算器４２に入力され、この同減算器４２においてピニオン角θpからＡＣＴ回転角θvgを減ずることにより算出される推定操舵角θs´は、上記操舵角θsとともにスイッチング部４１に入力される。そして、スイッチング部４１は、乗算器３６に対し、異常検知部４０から異常検出信号の入力がない場合には、ステアリングセンサ２４により検出された操舵角θsを出力し、異常検出信号が入力された場合には、操舵角θsに代えてピニオン角θpに基づき演算された推定操舵角θs´を出力する。
【００２９】
即ち、図２に示すように、ピニオン角θpは、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転、即ち操舵角θsに、モータ駆動に基づく回転、即ちＡＣＴ回転角θvgを上乗せした値となる（θp＝θs＋θvg）。従って、ステアリングセンサの異常発生時においても、ピニオン角θpからＡＣＴ回転角θvgを減ずることで、現在の操舵角θsを推定することができる（θs´＝θp−θvg）。そして、本実施形態の車両用操舵装置１では、ステアリングセンサ２４の異常発生時には、操舵角θsに代えて推定操舵角θs´を用いることで、伝達比可変制御を続行する。
【００３０】
次に、目標ＡＣＴ回転角演算部３３における目標ＡＣＴ回転角演算の処理手順について説明する。
図５のフローチャートに示すように、目標ＡＣＴ回転角演算部３３は、各センサが出力するセンサ値（θs，Ｖ，θp，θvg）を取得すると（ステップ１０１）、続いて目標ギヤ比演算（ステップ１０２）及び修正舵角比演算（ステップ１０３）を実行する。次に、目標ＡＣＴ回転角演算部３３は、異常検知部４０から異常検知信号の入力があるか否かを判定する（ステップ１０４）。そして、異常検知信号の入力がない場合（ステップ１０４：ＮＯ）には、ステアリングセンサ２４により検出された操舵角θsに基づいて目標ＡＣＴ回転角θvg*を演算し（θvg*＝θs×α、ステップ１０５）、異常検知信号が入力された場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）には、トルクセンサ２５により検出されたピニオン角θp及びＡＣＴ回転角θvgに基づいて目標ＡＣＴ回転角θvg*を演算する（θvg*＝（θp−θvg）×α、ステップ１０６）。そして、上記ステップ１０５又はステップ１０６において演算された目標ＡＣＴ回転角θvg*をＦ／Ｂ制御演算部３８に出力する（ステップ１０７）。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）マイコン３１は、ステアリングセンサ２４の異常を検知する異常検知部４０を備える。そして、マイコン３１は、この異常検知部４０によりステアリングセンサ２４の異常が検知された場合には、転舵角θtを規定する操舵伝達系の状態量としてピニオン角θpを用いることにより、モータ制御信号の出力、即ち伝達比可変制御を続行する。
【００３２】
上記構成によれば、ステアリングセンサ２４の異常により正しい操舵角θsが検出できない状態となった場合でも、伝達比可変制御を続行することができる。これにより、制御停止に伴うＡＣＴ角θtaの固定によってステアリング中立位置と転舵輪６の中立位置とにずれが生ずる問題を回避して、良好な操舵特性を維持することができる。
【００３３】
（２）パワーアシスト制御に用いられる操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ２５を用いてピニオン角θpを検出する。このような構成とすることで、広く用いられる電動パワーステアリング装置を備えたものであれば、特に新たな装備を追加することなく、上述のようなステアリングセンサ異常時のフェールセーフ制御を実施することができる。
【００３４】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、目標ＡＣＴ回転角演算部３３は、ステアリングセンサ２４に異常が発生した場合、トルクセンサ２５により検出されたピニオン角θp及びＡＣＴ回転角θvgに基づいて目標ＡＣＴ回転角θvg*を演算する（θvg*＝（θp−θvg）×α）こととした。しかし、これに限らず、ピニオン角θp及び修正舵角比αに基づいて目標ＡＣＴ回転角θvg*をしてもよい（図５参照、θvg*＝θp／（１＋α）×α）。このような構成とすれば、フィードバックループを経由しない状態量（ピニオン角θp及び修正舵角比α）に基づいて目標ＡＣＴ回転角θvg*の演算が行われるため、より精度よく伝達比可変制御を続行することができる。尚、目標ＡＣＴ回転角θvg*に所謂微分ステア制御量等、その他の制御成分が含まれる場合には、本実施形態の構成を採用することが望ましい。
【００３５】
・本実施形態では、転舵角θtを規定する操舵伝達系の状態量として第２シャフト１０の回転角であるピニオン角θpを用いて目標ＡＣＴ回転角θvg*を演算することとした。しかし、これに限らず、転舵角θtを規定する操舵伝達系の状態量であれば、例えばラック５の移動量を用いてもよく、或いは実際の転舵角θtを用いてもよい。即ち、ステアリング２と転舵輪６とを連結する操舵伝達系の動きは、全て転舵角θtに反映されるため、何れを用いても操舵角θsの推定は可能である。従って、トルクセンサ２５以外のものを用いてピニオン角θpを検出してもよく、更に電動パワーステアリング装置を備えたものであれば、そのモータに設けられたモータ回転角センサによりモータ回転角（これに基づくラック５の移動量等）を検出し、これを用いて目標ＡＣＴ回転角θvg*を演算する構成であってもよい。
【００３６】
・本実施形態では、ステアリングセンサ２４の異常を検知する異常検知手段としての異常検知部４０は、マイコン３１に設けられることとしたが、マイコン３１（ＩＦＳＥＣＵ８）以外に設ける構成としてもよい。
【００３７】
・本実施形態では、本発明を伝達比可変機能を備えた車両用操舵装置に具体化した。しかし、これに限らず、操舵角θsに基づく舵角制御機能を備えたものであれば、自動操縦機能等、その他の構成に具体化してもよい。即ち、必ずしも伝達比可変装置を備えたものである必要はなく、例えば、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳアクチュエータ）等を駆動手段として転舵角を制御するものに具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】車両用操舵装置の概略構成図。
【図２】伝達比可変装置の作用説明図。
【図３】（ａ）（ｂ）伝達比可変制御の作用説明図。
【図４】伝達比可変制御の態様を示す制御ブロック図。
【図５】目標ＡＣＴ回転角演算の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３９】
１…車両用操舵装置、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、４…ラック＆ピニオン機構、５…ラック、６…転舵輪、７…ギヤ比可変アクチュエータ、８…ＩＦＳＥＣＵ、９…第１シャフト、１０…第２シャフト、１２…モータ、１７…ＥＰＳアクチュエータ、２２…モータ、２４…ステアリングセンサ、２５…トルクセンサ、３１…マイコン、３３…目標ＡＣＴ回転角演算部、４０…異常検知部、４１…スイッチング部、Ｖ…車速、θs…操舵角、θp…ピニオン角、θvg…ＡＣＴ回転角、θvg*…目標ＡＣＴ回転角、θt…転舵角、Ｒg…目標ギヤ比、α…修正舵角比。
【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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