(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操向のための操作部材と、
車両の舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構と、
この舵取り機構に与えるべき駆動力を発生する操舵アクチュエータと、
上記操作部材に与えるべき操作反力を発生する反力アクチュエータと、
上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータが互いに並列に接続され、同一の駆動電圧を上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータに並列に供給するための共用ドライバとを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
上記操作部材の操作に応じた上記舵取り車輪の目標舵角を設定する目標舵角設定手段と、
上記舵取り車輪の舵角を上記目標舵角設定手段によって設定された目標舵角に一致させるために上記操舵アクチュエータに供給すべき電圧指令値を設定する電圧指令値設定手段と、
この電圧指令値設定手段によって設定された電圧指令値に基づいて、上記共用ドライバを制御するドライバ制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
上記共用ドライバに接続された電源と、
この電源と共用ドライバとの間に介装されたリレーと、
上記電源から上記共用ドライバに供給される電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記リレーを切断するリレー制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構と、
上記電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記クラッチ機構を連結状態にするクラッチ制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて舵取り用車輪を転舵させる構成の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
【０００３】
このような構成を採用することにより、車両衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できる。また、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増し、さらには、ステアリングホイール以外のレバーまたはペダルなどの他の操作部材の採用をも可能とすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなステア・バイ・ワイヤ・システムは、システムの構成要素の数が多いために高価であるという問題を有している。
そこで、この発明の目的は、構成を簡素化することにより、コストの低減が図られた車両用操舵装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）と、車両の舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構（１０）と、この舵取り機構に与えるべき駆動力を発生する操舵アクチュエータ（５０）と、上記操作部材に与えるべき操作反力を発生する反力アクチュエータ（４０）と、上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータが互いに並列に接続され、同一の駆動電圧を上記操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータに並列に供給するための共用ドライバ（８０）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、上記操作部材の操作に応じた上記舵取り車輪の目標舵角を設定する目標舵角設定手段（７１）と、上記舵取り車輪の舵角を上記目標舵角設定手段によって設定された目標舵角に一致させるために上記操舵アクチュエータに供給すべき電圧指令値を設定する電圧指令値設定手段（７３）と、この電圧指令値設定手段によって設定された電圧指令値に基づいて、上記共用ドライバを制御するドライバ制御手段（７０）とをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じである。
上記の発明によれば、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータのドライバが共用されることにより、操舵アクチュエータのドライバと反力アクチュエータのドライバとを個別に設けた従来の装置に比べて構成が簡素化されている。これにより、装置コストの低減を達成することができる。
【０００８】
また、ドライバが共用されていることにより、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータの制御ロジックを個別に用意する必要がなく、請求項２のようにドライバ制御手段などは１つでよいので、アクチュエータ制御のための構成も簡素化することができる。
請求項３記載の発明は、上記共用ドライバに接続された電源（８１）と、この電源と共用ドライバとの間に介装されたリレー（８３）と、上記電源から上記共用ドライバに供給される電流を検出する電流検出手段（８４）と、この電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記リレーを切断するリレー制御手段（７０，Ｓ２）とをさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の車両用操舵装置である。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、上記操作部材と上記舵取り機構とを機械的に連結／分離可能なクラッチ機構（２０）と、上記電流検出手段によって検出される電流値が所定の異常値である場合に、上記クラッチ機構を連結状態にするクラッチ制御手段（７０，Ｓ３）とをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の車両用操舵装置である。
これらの発明によれば、電源から共用ドライバに供給される電流が常に監視されている。そして、この共用ドライバに供給される電流が、異常な値、つまり操舵アクチュエータ、反力アクチュエータまたは共用ドライバに異常が発生した時に取り得る値になった場合には、リレーが切断されて、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータへの駆動電圧の供給が停止される。これにより、操舵アクチュエータ、反力アクチュエータまたは共用ドライバに異常が発生した場合に、操舵アクチュエータおよび反力アクチュエータへの駆動電圧の供給を個別に停止させている従来の装置に比べて、フェールセーフのためのロジックを簡素化することができ、その結果、さらなる装置コストの低減化を達成することができる。
【００１０】
特に、請求項４の構成の場合、クラッチ機構が連結状態にされることにより、操舵駆動系の故障発生時も車両を良好に操向することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を示す図解図である。この車両用操舵装置は、舵取り用の一対の車輪（通常は前輪）Ｗ，Ｗに舵取り動作を行わせるための舵取り機構１０と、この舵取り機構１０に対してクラッチ２０を介して機械的に連結／分離が可能なステアリングホイール３０と、このステアリングホイール３０に操作反力を付与する反力アクチュエータ４０とを有している。
【００１２】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された操舵軸１１と、この操舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、車輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。操舵軸１１は、ハウジング１４に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部には、操舵アクチュエータ５０が同軸的に組み込まれている。操舵アクチュエータ５０は、たとえば、ブラシ付ＤＣモータで構成されている。操舵アクチュエータ５０が駆動されると、操舵アクチュエータ５０の回転がボールねじなどからなる運動変換機構によって操舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動により車輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。
【００１３】
操舵軸１１の一部には、ラックギア１１ａが形成されており、このラックギア１１ａには、クラッチ２０の一方側に結合されたシャフト２１の先端のピニオンギア２２が噛合している。クラッチ２０の他方側に結合されたシャフト２３は、ステアリングホイール３０に結合されている。したがって、クラッチ２０が連結状態であれば、ステアリングホイール３０に加えられた操舵トルクは、クラッチ２０を介して操舵軸１１に機械的に伝達され、これにより、車輪Ｗ，Ｗの転舵が達成される。
【００１４】
反力アクチュエータ４０は、クラッチ２０とステアリングホイール３０とを結合するシャフト２３を回転軸とするブラシ付ＤＣモータで構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。この反力アクチュエータ４０とステアリングホイール３０との間のシャフト２３に関連して、ステアリングホイール３０の操舵角δｈを検出する操舵角センサ６１が設けられている。操舵角センサ６１の検出信号は、マイクロプロセッサなどを含むコントローラ７０に与えられるようになっている。
【００１５】
また、クラッチ２０とピニオンギア２２との間のシャフト２１に関連して、ピニオンギア２２の回転角（舵角）δを検出するピニオン角センサ６２が設けられており、このピニオン角センサ６２の検出信号もコントローラ７０に入力されるようになっている。コントローラ７０には、さらに、車速ＳＶを検出するための車速センサ６３の検出信号が入力されるようになっている。
コントローラ７０は、上記各センサ類からの入力信号に基づいて電圧指令値Ｖ*を設定し、この設定した電圧指令値Ｖ*に応じた制御信号をモータドライバ８０に与える。この実施形態において、モータドライバ８０には、操舵アクチュエータ５０および反力アクチュエータ４０が並列に接続されている。これにより、コントローラ７０からモータドライバ８０に電圧指令値Ｖ*が与えられると、その与えられた電圧指令値Ｖ*に応じた電圧が操舵アクチュエータ５０および反力アクチュエータ４０に並列に印加される。その結果、ステアリングホイール３０の操作方向に応じた方向に操舵軸１１を摺動させるためのトルクが操舵アクチュエータ５０から出力されるとともに、ステアリングホイール３０の操作に応じた反力が反力アクチュエータ４０から出力される。
【００１６】
たとえば、ステアリングホイール３０に大きな操舵トルクが急に加えられた場合、舵取り機構１０に大きなトルクを与える必要があるとともに、ステアリングホイール３０に大きな操作反力を与える必要がある。これとは逆に、ステアリングホイール３０に小さな操舵トルクがゆっくりと加えられた場合には、舵取り機構１０に与えるトルク、およびステアリングホイール３０に与える操作反力は小さくてよい。つまり、操舵アクチュエータ５０から舵取り機構１０に大きなトルクを与える必要がある時には、反力アクチュエータ４０からステアリングホイール３０に大きな操作反力を与える必要があり、操舵アクチュエータ５０から舵取り機構１０に与えるトルクが小さくてよい時には、反力アクチュエータ４０からステアリングホイール３０に与える操作反力も小さくてよい。ゆえに、操舵アクチュエータ５０および反力アクチュエータ４０のドライバを共用化しても、操舵アクチュエータ５０および反力アクチュエータ４０を良好に駆動制御することができる。
【００１７】
また、この実施形態では、モータドライバ８０にバッテリ（電源）８１の電圧を供給するための電源回路８２に、モータドライバ８０への電源電圧の供給および停止を切り換えるリレー８３と、バッテリ８１からモータドライバ８０に供給されるドライバ電流を検出するための電流センサ８４が介装されている。そして、電流センサ８４の検出信号は、コントローラ７０に入力されるようになっている。コントローラ７０は、電流センサ８４が検出するドライバ電流を監視しており、その監視結果に基づいてクラッチ２０およびリレー８３を制御する。
【００１８】
図２は、操舵角δｈ、舵角δおよび車速ＳＶに基づいて電圧指令値Ｖ*を設定するための構成を示すブロック図である。操舵角センサ６１によって検出される操舵角δｈ、および車速センサ６３によって検出される車速ＳＶは、コントローラ７０の内部に備えられたマイクロコンピュータによるプログラム処理によって実現される目標舵角設定部７１に入力される。目標舵角設定部７１には、所定の車速域ごとに作成されたテーブルが用意されており、目標舵角設定部７１は、車速センサ６３が検出する車速ＳＶに応じたテーブルを参照して、操舵角センサ６１が検出する操舵角δｈに応じた目標舵角δ*を設定する。
【００１９】
目標舵角設定部７１によって設定された目標舵角δ*は、減算部７２に与えられるようになっている。減算部７２にはまた、ピニオン角センサ６２によって検出されるピニオンギア２２の回転角である舵角δが与えられている。減算部７２は、目標舵角δ*と舵角δとの偏差δ*−δを求め、この求めた偏差δ*−δを電圧指令値設定部７３に与える。電圧指令値設定部７３は、減算部７２から与えられる偏差δ*−δに基づき、予め定める舵角フィードバック制御則に従って電圧指令値Ｖ*を設定する。
【００２０】
なお、減算部７２および電圧指令値設定部７３も、コントローラ７０の内部に備えられたマイクロコンピュータによるプログラム処理によって実現される。
図３は、コントローラ７０によって実行されるフェールセーフ処理について説明するためのフローチャートである。上述したように、コントローラ７０は、電流センサ８４が検出するドライバ電流を常に監視しており、ドライバ電流が異常な値でないか否かを繰り返し判断している（ステップＳ１）。
【００２１】
たとえば、電圧指令値Ｖ*が比較的大きな値に設定されているにもかかわらず、電流センサ８４によって検出されるドライバ電流が比較的小さい場合や、電圧指令値Ｖ*が比較的小さな値に設定されているにもかかわらず、電流センサ８４によって検出されるドライバ電流が比較的大きい場合には、反力アクチュエータ４０、操舵アクチュエータ５０またはモータドライバ８０のいずれかに異常が発生していると考えられる。そこで、コントローラ７０は、電圧指令値Ｖ*に対してドライバ電流の値が異常であれば、反力アクチュエータ４０、操舵アクチュエータ５０またはモータドライバ８０のいずれかに異常が発生していると判断して、電源回路８２に介装されたリレー８３を切断し、バッテリ８１からモータドライバ８０へのドライバ電流の供給を停止する（ステップＳ２）。また、クラッチ２０を連結状態にする（ステップＳ３）。これにより、ステアリングホイール３０に加えられた操舵トルクが操舵軸１１に機械的に伝達されるようになり、ステアリングホイール３０の操作に応じて車輪Ｗ，Ｗが転舵されるようになる。
【００２２】
以上のようにこの実施形態によれば、反力アクチュエータ４０および操舵アクチュエータ５０のドライバとしてモータドライバ８０を共用することにより、反力アクチュエータ４０のドライバと操舵アクチュエータ５０のドライバとを個別に設けた従来の装置に比べて構成が簡素化されている。これにより、装置コストの低減を達成することができる。
さらに、モータドライバ８０が共用されていることにより、反力アクチュエータ４０および操舵アクチュエータ５０の制御ロジックを個別に用意する必要がないので、アクチュエータ制御のための構成も簡素化することができる。
【００２３】
また、この実施形態では、バッテリ８１からモータドライバ８０に供給されるドライバ電流が常に監視されている。そして、このドライバ電流が異常な値になれば、反力アクチュエータ４０、操舵アクチュエータ５０またはモータドライバ８０に異常が発生したと判断されて、反力アクチュエータ４０および操舵アクチュエータ５０への駆動電圧の供給が停止されるとともに、クラッチ２０が連結状態にされる。これにより、操舵駆動系のフェールセーフを実現でき、故障発生時も車両を良好に操向することができる。
【００２４】
しかも、反力アクチュエータ４０および操舵アクチュエータ５０への駆動電圧の供給停止を、モータドライバ８０とバッテリ８１との間に介装されたリレー８３を切断することにより達成するようにしている。これにより、反力アクチュエータ４０および操舵アクチュエータ５０への駆動電圧の供給／停止を個別に制御している従来の装置に比べて、フェールセーフのためのロジックを簡素化することができ、その結果、さらなる装置コストの低減化を達成することができる。
【００２５】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、操作部材としてステアリングホイール３０が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部材が用いられてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を示す図解図である。
【図２】電圧指令値を設定するための構成を示すブロック図である。
【図３】フェールセーフ処理について説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０      舵取り機構
２０      クラッチ
３０      ステアリングホイール
４０      反力アクチュエータ
５０      操舵アクチュエータ
６１      操舵角センサ
６２      ピニオン角センサ
６３      車速センサ
７０      コントローラ
７１      目標舵角設定部
７２      減算部
７３      電圧指令値設定部
８０      モータドライバ
８１      バッテリ
８２      電源回路
８３      リレー
８４      電流センサ
Ｗ        車輪
Ｖ*      電圧指令値
δ        舵角
δ*      目標舵角
【図１】
0003897971.tif 000002
【図２】
0003897971.tif 000003
【図３】
0003897971.tif 000004