(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵角指令値が入力されるステアリングホイールと操舵輪を操舵する操舵機構とが機械的に分離され、前記ステアリングホイールに入力された操舵角指令値を検出する操舵指令検出手段と、前記操舵指令検出手段により検出された操舵角指令値に基づいて前記操舵機構を電気的に駆動するステアリングアクチュエータとを備えた車両用操舵装置において、
前記操舵輪は、前記ステアリングアクチュエータが電気的に非作動状態のときは、前記操舵輪に作用する制駆動力差によって転舵が可能であって、
各車輪の制動力を任意の値に制御する制動制御手段と、
前記ステアリングアクチュエータの異常時において、前記ステアリングアクチュエータを電気的に非作動状態とすると共に車両を旋回させるように前記制動制御手段への指令値を制御する走行制御手段と、
をさらに備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
車両の駆動力を任意の値に制御する駆動制御手段をさらに備え、
前記走行制御手段は、前記ステアリングアクチュエータの異常時において、車両を旋回させるように、前記制動制御手段への指令値および前記駆動制御手段への指令値を制御する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】
前記走行制御手段は、前記操舵指令検出手段により検出された操舵角指令値と車速から求められる車両のヨーレイトとを目標値として、左右車輪に制駆動力を付与する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】
前記走行制御手段は、前記左右車輪の制駆動力の平均値が、前記操舵指令検出手段からの操舵角指令値がゼロの場合の制駆動力に一致するように前記制動制御手段および／または前記駆動制御手段への指令値を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記走行制御手段は、前記制動制御手段および／または前記駆動制御手段からの指令値を制御しても前記目標とするヨーレイトが達成できないと判断したときは、車両の左右後輪の制動力を増加させることを特徴とする請求項３または４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】
本発明は、車両用電動式操舵装置に関し、特にフェールセーフ機構として制動系と駆動系とを制御可能な機構を有する車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵系を電動化したものとして、たとえば特開平７−１２５６４３号公報に開示された、いわゆるステアリングバイワイヤ式操舵装置が知られている。この種のステアリングバイワイヤ式操舵装置では、ステアリングホイールと車輪とが機械的に分離され、ステアリングホイールには操舵角の指令値を検出するセンサが設けられ、操舵用ギヤボックスのピニオンには実舵角を発生させるためのアクチュエータが設けられている。そして、ステアリングホイールからの操舵角指令に応じて実舵角目標値が決定され、この目標値によってアクチュエータが制御される。
【０００３】
また、バイラテラルサーボと呼ばれる構成が採用され、アクチュエータに作用する負荷度合でステアリングホイールに操舵反力を発生させる操舵反力モータを備えることで、パワーステアリングの操作フィーリングで課題とされているいわゆる反力感も演出することができる。
【０００４】
こうした電動式操舵装置によれば、運転者の操舵指令値に修正を加えることで運転者の意志を阻害することなく熟練者と同様のステアリング操作を実現することができ、さらにステアリングホイールとピニオンとの間のコラムシャフトが不要となるので大幅な軽量化が可能であるとともに、ステアリングホイールに依らない操舵系も可能となるので身体障害者用車両なども最小限のコストアップで実現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したステアリングバイワイヤ式操舵装置では、ステアリングホイールと操舵用ギヤボックスのラックとが機械的に連結されていないので、アクチュエータ等が故障しても確実にステアリング操作が続行できるよう、何らかのフェールセーフ機構を設ける必要がある。上述した公報記載のものでは、モータ故障時の操舵用として油圧ポンプおよび油圧弁が設けられ、ここで発生する油圧によってラックを変位させるといったフェールセーフ機構が採用されている。
【０００６】
しかしながら、こうした従来のものでは、操舵装置全体の構成として、従来の油圧式パワーステアリングに、さらにモータなどが付加された規模の大きなものとなり、システムの重量軽減やコスト低減などのメリットが充分生かされていないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、確実なフェールセーフ機能を有し、しかも軽量化およびコストダウンを達成できる車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の車両用操舵装置は、操舵角指令値が入力されるステアリングホイールと操舵輪を操舵する操舵機構とが機械的に分離され、前記ステアリングホイールに入力された操舵角指令値を検出する操舵指令検出手段と、前記操舵指令検出手段により検出された操舵角指令値に基づいて前記操舵機構を電気的に駆動するステアリングアクチュエータとを備えた車両用操舵装置において、前記操舵輪は、前記ステアリングアクチュエータが電気的に非作動状態のときは、前記操舵輪に作用する制駆動力差によって転舵が可能であって、各車輪の制動力を任意の値に制御する制動制御手段と、前記ステアリングアクチュエータの異常時において、前記ステアリングアクチュエータを電気的に非作動状態とすると共に車両を旋回させるように前記制動制御手段への指令値を制御する走行制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項１記載の車両用操舵装置では、ステアリングアクチュエータの異常が検出された場合には、当該ステアリングアクチュエータの動作は停止して、制動制御手段からの指令値を制御することで車両を旋回させる。これがステアリングアクチュエータ故障時のフェールセーフ機能を司ることになるので、機械的なバックアップ機構、たとえばステアリングホイールとラックアンドピニオンとを機械的に連結するコラムやバックアップ用の油圧機構などを設ける必要がなく、故障時の信頼性を高めると同時に、車両の軽量化およびコストダウンをも達成することができる。
【００１０】
上記請求項１記載の車両用操舵装置では、各車輪の制動力を制御することで車両を旋回させる構成としたが、請求項２記載の車両用操舵装置は、車両の駆動力を任意の値に制御する駆動制御手段をさらに備え、前記走行制御手段は、前記ステアリングアクチュエータの異常時において、車両を旋回させるように、前記制動制御手段への指令値および前記駆動制御手段への指令値を制御することを特徴とする。このように制動力に加えて駆動力をも制御することで、車両がより旋回しやすくなる。
【００１１】
上記発明において、車両を旋回させるための具体的手法は特に限定されないが、請求項３記載の車両用操舵装置は、前記走行制御手段は、前記操舵指令検出手段により検出された操舵角指令値と車速とから求められる車両のヨーレイトを目標値として、左右車輪に制駆動力を付与することを特徴とする。かかるヨーレイトを達成することが実際の操舵に最も近づくからである。
【００１２】
請求項４記載の車両用操舵装置は、前記走行制御手段は、前記左右車輪の制駆動力の平均値が、前記操舵指令検出手段からの操舵角指令値がゼロの場合の制駆動力に一致するように前記制動制御手段および／または前記駆動制御手段への指令値を制御することを特徴とする。こうすることで、操舵したことによる車両の加減速がなくなり、運転者に違和感を与えることが防止される。
【００１３】
請求項５記載の車両用操舵装置は、前記走行制御手段は、前記制動制御手段および／または前記駆動制御手段からの指令値を制御しても前記目標とするヨーレイトが達成できないと判断したときは、車両の左右後輪の制動力を増加させることを特徴とする。左右後輪の制動力を増加させると車両全体の制駆動力は制動側へスライドし、後輪の横方向の滑り角の増加と車速の低下とによって、車両がより旋回する方向になるからである。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、ステアリングアクチュエータの異常が検出された場合には、制動制御手段への指令値を制御することで車両を旋回させ、これをステアリングアクチュエータ故障時のフェールセーフ機能としているので、機械的なバックアップ機構、たとえばステアリングホイールとラックアンドピニオンとを機械的に連結するコラムやバックアップ用の油圧機構などを設ける必要がなく、故障時の信頼性を高めると同時に、車両の軽量化およびコストダウンをも達成することができる。
【００１５】
このことに加えて、請求項２記載の発明によれば、制動力に加えて駆動力をも制御することで、車両がより旋回しやすくなる。
【００１６】
また請求項３記載の発明によれば、操舵指令検出手段により検出された操舵角指令値と車速とから求められる車両のヨーレイトを目標値として左右車輪に制駆動力を付与するので、実際の操舵に最も近い状態で車両を旋回させることができ、運転者に与える違和感を除去することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、操舵したことによる車両の加減速がなくなり、運転者に違和感を与えることが防止される。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、左右後輪の制動力を増加させると車両全体の制駆動力は制動側へスライドするので、後輪の横方向の滑り角の増加と車速の低下とによって、車両をより旋回する方向に作用させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す車両の平面図であり、エンジン１はガソリンあるいは軽油などの燃料を燃やして車両の走行力を得る。このエンジン１には、電動スロットル１ａが設けられ、アクセルペダル１０によって与えられる運転者の加速要求に応じてスロットルバルブ１ｂが開閉することで、エンジン１へ供給される空気量が調節される。なお、電動スロットル１ａに代えてワイヤ式のメカニカルスロットルも採用できるが、本発明の制御をより緻密なものとするために本例では電動スロットル１ａとされている。
【００２０】
エンジン１にはギヤなどの変速機構を有するトランスミッション２が連結されており、本発明にはマニュアル式、オートマチック式の何れも採用することができ、また変速機構は一般的な遊星歯車式の他にもベルト式のＣＶＴなども用いることができる。本例では、電動スロットル１ａの場合と同様に、本発明の制御をより緻密なものとするためにオートマチック式トランスミッションが採用されている。
【００２１】
トランスミッション２に連結されたディファレンシャルギヤ３は、トランスミッション２で変速されたエンジン駆動力を左右の前輪７にドライブシャフト４ａ，４ｂを介して分配するものである。
【００２２】
前輪７および後輪８の四輪のそれぞれには、ブレーキアクチュエータ５が設けられており、ブレーキペダル１１の踏み加減に応じて各車輪７，８を制動する。このブレーキアクチュエータ５としては、液圧を制御する方式のものや液圧を使わずに各車輪のパッドをブレーキディスクに押し付ける力を制御する方式のもの等々を用いることができ、本発明では、要するに四輪の制動力が任意に制御できるものであれば良い。
【００２３】
ステアリングアクチュエータ６は、ステアリングホイール１２の操作量（実際には操舵角センサ１２ｂで操舵角が検出される。）に応じてラック６ａを図の上下に移動させるもので、このラック６ａを移動させる具体的機構としては、ボールネジ軸をラック６ａとして電動モータでボールネジナットを回す機構、ラックアンドピニオンのピニオンに電動モータを取り付けた機構、電動ポンプで発生させた油圧をラックに設けられたピストンシリンダ構造に電子油圧弁で制御して与える機構などが考えられる。
【００２４】
何れにしても電気的に与えられた指令を受けてラック６ａを所定位置まで変位させる動作を行うものであればよい。ただし、本発明では、非制御状態において自由にラック６ａが移動できる構造が望ましく、こうすることで非制御状態で外乱のない場合にはホイールアライメントによる復元力でタイヤが直進するような向きを維持することができる。この意味で、ステアリングのもう一つの代表的な形式であるリサーキュレーティングボール式は好ましくない。
【００２５】
ラック６ａの先端は、タイロッド６ｂを介して前輪７のアクスル７ａに接続されており、タイロッド６ｂで押されることにより前輪７の向きが変動する。また、ステアリングホイール１２には、反力モータ１２ａが設けられており、ステアリングアクチュエータ６の負荷状態をステアリングホイール１２に戻す機能を司る。これにより、機械的に連結されたステアリングと同様に、ステアリング操作に適度な重さが与えられることになり、走行時にハンドルを切り過ぎたり、接輪時にハンドルを無理に切って破損させるといった不具合が防止できる。
【００２６】
また、本実施形態の車両用操舵装置には、走行制御コントローラ９が設けられており、アクセルペダル１０、ブレーキペダル１１、ステアリングホイール１２の操作情報および車両の走行情報を収集し、各アクチュエータの動作指令値を決定する。
【００２７】
ここで決定された動作指令は、エンジンコントローラ１３、ブレーキコントローラ１４、ステアリングコントローラ１５のそれぞれに送出され、各コントローラ１３，１４，１５が、それぞれの配下のアクチュエータを制御する。
【００２８】
エンジンコントローラ１３の配下には、エンジン本体の燃料噴射弁、点火プラグなどの他に電動スロットル１ａやトランスミッション２などがあり、それぞれが指令値通りに制御される。また、ブレーキコントローラ１４の配下には、四輪それぞれのブレーキアクチュエータ５があり指令値として与えられる制動力を発生させるように制御される。ステアリングコントローラ１５の配下には、ステアリングアクチュエータ６と反力モータ１２ａとがあり、指令値通りの操舵角と操舵中のアクチュエータ負荷に応じた反力トルクを発生させるように制御される。
【００２９】
次に制御動作を説明する。
図２および図３は本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す制御フローチャートであり、図２が正常運転時の制御フロー、図３が異常運転時の制御フローである。
【００３０】
ステップ１００では運転者が操作するアクセルペダル１０、ブレーキペダル１１、およびステアリングホイール１２の操作状況をそれぞれのセンサから取り込むとともに、次のステップ１０１で、車速、エンジン回転数などの車両の走行状態をセンサから取り込む。さらに次のステップ１０２で、各コントローラ１３，１４，１５の制御状態を取り込む。
【００３１】
こうしてステップ１００〜１０２で取り込まれた操作状態、走行状態および制御状態の三つの情報を用いてアクチュエータ系の故障の有無をステップ１０３で判断する。
【００３２】
ここで故障がない場合にはステップ１０４へ進み、アクセルペダル１０の操作状況とエンジン回転数および車速などからエンジン１とトランスミッション２の制御指令を演算する。次のステップ１０５では、ブレーキペダル１１の操作状況からブレーキアクチュエータ５の制御指令を演算する。次のステップ１０６では、ステアリングホイール１２の操作状況からステアリングアクチュエータ６の制御指令および反力モータ１２ａの駆動指令を演算する。ステップ１０７では、こうして演算された制御指令を各アクチュエータのコントローラ１３，１４，１５に送出し、各アクチュエータ１３，１４，１５がそれぞれ配下のアクチュエータを制御する。
【００３３】
ちなみに、以上のステップ１０４〜１０６では、各々別々に制御指令を演算したが、たとえば車両の走行安定性を高めたり、車速に拘わらずステアリングの効きを同じに保つといった高度な制御を実行する場合には、各々が互いに関係をもって制御指令を決定しても良い。
【００３４】
次にステップ１０３で故障と判断された場合の制御フローを図３を参照しながら説明する。まずステップ１１０でステアリングアクチュエータ６の故障がどうかを判断し、ステアリングアクチュエータ６以外の故障である場合にはそれに応じた処理を実行する。
【００３５】
ステアリングアクチュエータ６の故障であるかどうかは、たとえばステアリングホイール１２の切り角より算出された車輪の切り角目標値と、車輪７（またはラック、タイロッド）に設けられたセンサからの切り角の実測値とを比較し、所定値以上の差が存在する場合には、ステアリングアクチュエータ６の故障を判断する。
【００３６】
ステアリングアクチュエータ６が故障していると判断された場合には、ステップ１１１にてステアリングホイール１２から与えられた操舵指令値と車速とから目標とする車両のヨーレイトを計算する。
【００３７】
次に、ステップ１１２では、このヨーレイト目標値を実現するための左右の車輪７，８の制駆動力の差を計算する。このとき、実際に発生しているヨーレイトの値を考慮した補正も実行する。また、ステップ１１３では、アクセルペダル１０とブレーキペダル１１との踏み具合から、車両として必要な制駆動力を計算する。左右の車輪７，８の制駆動力の平均値をこの値に合わせれば、車両がステアリングを切ったことで加減速することがなくなる。
【００３８】
したがって、ステップ１１４では、ステップ１１２で求められた左右車輪７，８の制駆動力の半分の値を、ステップ１１３で求められた平均制駆動力から差し引きし、より制動側になる値を旋回内輪、より駆動側になる値を旋回外輪の目標値として与える。また、前後輪の配分は、通常の前後輪の配分と同様に行う。
【００３９】
次にステップ１１５では、ステップ１１４で与えられた制駆動力が達成可能かどうかを判断する。この達成の可否は、前回の制御周期において発生させた制駆動力とその結果生じたヨーレイトなどの車両挙動との差、あるいは平均車速と各車輪速との相違から車輪のスリップを求めるなどの手法で判断する。この判断の結果、ステップ１１４で与えられた制駆動力が達成可能である場合にはその値がそのまま使用されるが、達成不可能であると判断された場合には、ステップ１１６へ進んで２つの後輪８，８の制動力をともに増加させ、後輪の横方向のグリップ力を下げるようにして制駆動力を修正する。これにより、車両全体の平均制駆動力は制動側へスライドするため、後輪８，８の横方向の滑り角の増加と車速の低下とによって、車両がより旋回する方向になる。
【００４０】
以上の手順で計算された各車輪７，８の目標制駆動力を達成するように、ステップ１１７ではスロットル開度など、主に駆動力を達成するための制御指令値を計算し、ステップ１１８では制動力の目標値を達成するための制御指令値を計算し、ステップ１１９にて各コントローラ１３，１４，１５へ送出する。
【００４１】
各コントローラ１３，１４，１５は、その配下の各アクチュエータを目標通りに制御するとともに、故障しているステアリングアクチュエータ６はステアリングコントローラ１５によって非作動状態に維持される。これにより、左右車輪７，８の制駆動力差によって車両自体が曲がろうとすると同時に、ラックもフリーな状態であるため、車輪７の向きも制駆動力の差にしたがって切れることになる。これらの作用効果により、車両はステアリングを切ったのと同じように旋回することになる。
【００４２】
なお、電動スロットル１ａを有さない車両の場合には、駆動力を増加させる制御はできないので、車両としての平均駆動力が低下する場合もある。これは運転者に違和感を与えることとなるが、車速の低下によって車両はより旋回する方向になるので操舵操作に関しては何ら問題は生じない。
【００４３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す車両の平面図である。
【図２】本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す制御フローチャート（正常時）である。
【図３】本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す制御フローチャート（異常時）である。
【符号の説明】
１…エンジン
１ａ…電動スロットル
１ｂ…スロットルバルブ
２…トランスミッション
３…ディファレンシャルギヤ
４ａ，４ｂ…ドライブシャフト
５…ブレーキアクチュエータ
６…ステアリングアクチュエータ
６ａ…ラック
６ｂ…タイロッド
７…前輪（操舵輪）
７ａ…アクスル
８…後輪
９…走行制御コントローラ（走行制御手段）
１０…アクセルペダル
１１…ブレーキペダル
１２…ステアリングホイール
１２ａ…反力モータ
１２ｂ…操舵角センサ（操舵指令検出手段）
１３…エンジンコントローラ（駆動制御手段）
１４…ブレーキコントローラ（制動制御手段）
１５…ステアリングコントローラ
【図１】
0004228412.tif 000002
【図２】
0004228412.tif 000003
【図３】
0004228412.tif 000004