JP2005053404A - Steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ステアリングホイール等の操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータを備えた車両用操舵装置に関する。このような車両用操舵装置は、操作部材の操作に基づいて、この操作部材に対して機械的な結合を持たない舵取り機構を駆動して舵取り車輪を転舵させる構成(いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム)を有していてもよく、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結され、舵取り機構に対して操作部材による操舵力を補助するための操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置としての構成を有していてもよい。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus including a reaction force actuator that applies an operation reaction force to an operation member such as a steering wheel. Such a vehicle steering device is configured to drive a steering mechanism that does not have a mechanical coupling to the operation member based on the operation of the operation member to steer steering wheels (so-called steer-by-wire). As an electric power steering device in which the operation member and the steering mechanism are mechanically coupled to provide a steering assist force for assisting the steering force by the operation member to the steering mechanism. You may have a structure.
ステアリングホイールと舵取り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(特許文献1)。 The mechanical connection between the steering wheel and the steering mechanism for steering the steering wheel is eliminated, and the steering wheel operation direction and operation amount are detected. On the basis of the detection result, the steering mechanism is steered by an electric motor or the like. A vehicle steering device (a so-called steer-by-wire system) in which a driving force is applied from an actuator has been proposed (Patent Document 1).
このような構成を採用することにより、車両の走行状況などに応じて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比(ギヤ比)を自由に変更することができ、車両の運動性能の向上を図ることができる。また、上記のような構成には、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という利点や、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増すという利点もある。 By adopting such a configuration, it is possible to freely change the ratio (gear ratio) between the rotation amount of the steering wheel and the steering wheel according to the traveling state of the vehicle, and the movement of the vehicle. The performance can be improved. In addition, the configuration as described above also has an advantage that the steering wheel can be prevented from being pushed up at the time of a collision, and an advantage that the degree of freedom of the arrangement position of the steering wheel is increased.
ステアリングホイールには、操作反力を付与するための反力アクチュエータが付設され、この反力アクチュエータを適切に駆動することによって、運転者は、操作反力を受けながらステアリングホイールを操作することができ、舵取り機構とステアリングホイールとが機械的に結合された通常の車両用操舵装置と同様なフィーリングでステアリング操作を行うことができる。 The steering wheel is provided with a reaction force actuator for applying an operation reaction force. By appropriately driving the reaction force actuator, the driver can operate the steering wheel while receiving the operation reaction force. The steering operation can be performed with the same feeling as a normal vehicle steering apparatus in which the steering mechanism and the steering wheel are mechanically coupled.
反力アクチュエータまたはその制御系に故障(フェール)が生じると、ステアリングホイールに操作反力を与えることができなくなり、ステアリング操作が困難になる。そこで、このような場合に備えて、ステアリングホイールに結合されたステアリングシャフトには、車体に固定した渦巻きばね等がフェール時用反力発生手段として結合されている。これにより、反力アクチュエータ等の故障時にも、運転者は、操作部材からの操作反力を感じながら、ステアリング操作を継続することができる。
しかし、反力アクチュエータは実際の操作状況に応じて制御されるのに対して、フェール時用反力発生手段に対してはそのような制御がされないので、フェール時用反力発生手段からの操作反力のみがステアリングホイールに与えられる状況では、操舵違和感が生じる。 However, while the reaction force actuator is controlled according to the actual operation situation, such a control is not performed for the reaction force generating means for failure, so the operation from the reaction force generating means for failure is not performed. In the situation where only the reaction force is applied to the steering wheel, a feeling of steering discomfort occurs.
そこで、反力アクチュエータまたはその制御系の異常の発生を判定する異常判定処理を行って、異常判定時には反力アクチュエータの動作を停止させる一方で、異常状態から正常状態に復帰したときには、反力アクチュエータの制御を再開することとして、可能な限り反力アクチュエータからステアリングホイールに操作反力が与えられるようにすることが提案されている。 Therefore, an abnormality determination process is performed to determine the occurrence of an abnormality in the reaction force actuator or its control system. When the abnormality is determined, the reaction force actuator is stopped. In order to restart the control, it has been proposed that an operation reaction force be applied to the steering wheel from the reaction force actuator as much as possible.
ところが、反力アクチュエータまたはその制御系に修理が必要なほどの重大な故障が生じている場合には、反力アクチュエータの制御を再開することは、主として安全性の面から好ましいことではない。 However, if the reaction force actuator or its control system has a serious failure that requires repair, restarting the control of the reaction force actuator is not preferable mainly from the viewpoint of safety.
そこで、この発明の目的は、可能な限り反力アクチュエータからの操作反力を操作部材に与えることによって良好な操舵フィーリングを可及的に維持できるとともに、安全性を向上することができる車両用操舵装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is for a vehicle that can maintain a good steering feeling as much as possible by giving an operation reaction force from a reaction force actuator to an operation member as much as possible, and can improve safety. It is to provide a steering device.
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(1)に操作反力を付与するための反力アクチュエータ(9)と、この反力アクチュエータから上記操作部材に操作反力が付与されない状況において、上記操作部材に操作反力を付与可能なフェール時用反力発生手段(10)と、上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段(22)と、上記反力アクチュエータまたは上記反力制御手段に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段(21,S11)と、この異常判定手段によって異常判定がされたことに応答して、上記反力アクチュエータを作動停止状態とするフェールセーフ手段(S11,S20)と、上記異常判定手段によって上記反力アクチュエータまたは上記反力制御手段に異常が発生したと判定されてから、それらが正常状態に復帰したことを判定する正常復帰判定手段(S12)と、この正常復帰判定手段が上記正常復帰判定をしたときに、上記フェールセーフ手段による上記反力アクチュエータの作動停止状態を解除するフェール解除手段(S19)と、所定時間内における上記異常判定手段による異常判定と上記正常復帰判定手段による正常復帰判定との繰り返し回数を計数する計数手段(S13〜S17)と、この計数手段によって計数された上記繰り返し回数が所定値に達したならば、上記フェール解除手段を無効化するフェール解除禁止手段(S18,S21)とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。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。
The invention according to
この構成によれば、反力アクチュエータまたは反力制御手段に異常が生じると、反力アクチュエータが作動停止状態となる。この状況では、フェール時用反力発生手段からの操作反力が操作部材に与えられることになる。 According to this configuration, when an abnormality occurs in the reaction force actuator or the reaction force control means, the reaction force actuator is stopped. In this situation, the operation reaction force from the failure reaction force generation means is applied to the operation member.
一方、異常状態から正常状態に復帰したと判定されると、フェール解除手段の働きによって、反力アクチュエータの作動が再開され、この反力アクチュエータからの操作反力が操作部材に与えられることになる。このようにして、可及的に良好な操舵フィーリングを保持できる。 On the other hand, if it is determined that the abnormal state has returned to the normal state, the operation of the reaction force actuator is resumed by the action of the fail release means, and the operation reaction force from the reaction force actuator is applied to the operation member. . In this way, the steering feeling as good as possible can be maintained.
他方、異常判定と正常復帰判定とが頻繁に繰り返されるような状況では、反力アクチュエータまたは反力制御手段には、修理を要するほど重大な故障が生じているおそれがある。そこで、異常判定と正常復帰判定との繰り返し回数が計数され、この繰り返し回数が所定時間内に所定値に達する場合には、フェール解除手段が無効化され、反力アクチュエータの作動再開が禁止される。これにより、安全性を確保できる。 On the other hand, in a situation where the abnormality determination and the normal return determination are frequently repeated, there is a possibility that the reaction force actuator or the reaction force control means has a serious failure that requires repair. Therefore, the number of repetitions of the abnormality determination and the normal return determination is counted, and when the number of repetitions reaches a predetermined value within a predetermined time, the fail release means is invalidated and the resumption of the operation of the reaction force actuator is prohibited. . Thereby, safety can be ensured.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール1と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1の回転操作に応じて駆動される操舵アクチュエータ2の動作を、ハウジング3に支持された転舵軸4の車幅方向(左右方向)の直線運動に変換し、この転舵軸4の直線運動を舵取り用の前部左右車輪5の転舵運動に変換することにより操舵を達成するようにした、いわゆるステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムである。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. This vehicle steering device eliminates the mechanical coupling between the
操舵アクチュエータ2は、たとえば、ブラシレスモータ等の電動モータを含む構成である。この操舵アクチュエータ2の駆動力(出力軸の回転力)は、転舵軸4に関連して設けられた運動変換機構(たとえば、ボールねじ機構)により、転舵軸4の軸方向(車幅方向)の直線運動に変換される。この転舵軸4の直線運動は、転舵軸4の両端から突出して設けられたタイロッド6に伝達され、さらにタイロッド6を介してキングピンPに連結されたナックルアーム7の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム7に支持された車輪5の転舵が達成される。転舵軸4、タイロッド6およびナックルアーム7などにより、舵取り用の車輪5を転舵するための舵取り機構が構成されている。
The
ステアリングホイール1は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト8に連結されている。この回転シャフト8には、ステアリングホイール1に操作反力を与えるための反力アクチュエータ9が付設されている。反力アクチュエータ9は、回転シャフト8と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
The
回転シャフト8のステアリングホイール1とは反対側の端部には、渦巻きばね等からなるフェール時用反力発生手段としての弾性部材10が車体との間に結合されている。この弾性部材10は、反力アクチュエータ9がステアリングホイール1にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール1を直進操舵位置に復帰させる方向へのトルク(反力)を与える。
At the end of the rotating
ステアリングホイール1の操作入力値を検出するために、回転シャフト8に関連して、ステアリングホイール1の操作角を検出するための操作角センサS1が設けられている。また、回転シャフト8には、ステアリングホイール1に加えられた操作トルクを検出するためのトルクセンサS2が設けられている。一方、転舵軸4に関連して、舵取り用の車輪5の転舵角(タイヤ角)を検出するための転舵角センサS3が設けられている。
In order to detect the operation input value of the
また、車両の速さ(車速)を検出する車速センサS4、操舵アクチュエータ2に供給される駆動電流を検出する電流検出部S5、および反力アクチュエータ9に供給される駆動電流を検出する電流検出部S6が設けられている。
In addition, a vehicle speed sensor S4 that detects the speed (vehicle speed) of the vehicle, a current detection unit S5 that detects a drive current supplied to the
操舵アクチュエータ2は、マイクロコンピュータ等を含む構成によって実現される主制御部21から駆動回路17を介して駆動電流の供給を受けるようになっており、反力アクチュエータ9は、同じくマイクロコンピュータ等を含む構成によって実現される反力制御部22から駆動回路18を介して駆動電流の供給を受けるようになっている。主制御部21と反力制御部22とは、通信ライン25を介して必要な信号の授受を行うことができるようになっている。
The
主制御部21には、操作角センサS1、トルクセンサS2、転舵角センサS3、車速センサS4および電流検出部S5の出力信号が入力されており、これらの信号に基づいて、主制御部21は、操舵アクチュエータ2を適切に制御する。一方、反力制御部22は、たとえば、主制御部21からステアリングホイール1の操舵角速度の情報(操作角センサS1の出力を時間微分することによって得られる情報)を通信ライン25を介して取得し、その情報に基づいて、電流検出部S6による検出結果を参照しながら、反力アクチュエータ9をフィードバック制御する。これにより、反力アクチュエータ9から、運転者の操作に応じた操作反力がステアリングホイール1に付加されることになる。
Output signals from the operation angle sensor S1, torque sensor S2, turning angle sensor S3, vehicle speed sensor S4, and current detection unit S5 are input to the
主制御部21は、反力アクチュエータ9および反力制御部22における異常の発生を監視するための異常判定処理を所定の制御周期毎に繰り返し実行している。より具体的には、主制御部21は、通信ライン25を介して電流検出部S6における検出結果を定期的に取得し、それに基づいて、反力アクチュエータ9における故障発生の有無を判定する。たとえば、電流検出部S6の出力があれば正常と判定し、出力がなければ(反力アクチュエータ9に流れている電流を零と検出していれば)故障発生と判定する。
The
また、主制御部21は、たとえば、通信ライン25を介して所定の周期毎に反力制御部22から予め定める信号の入力を受ける。この信号が通常の周期で生成されなければ、主制御部21は、反力制御部22に異常が生じていると判定する。
Further, the
一方、主制御部21は、一旦、異常が生じていると判定されたときでも、その後に、反力アクチュエータ9に正常な電流が流れていることが検出されたときや、反力制御部22から正常な信号が送られてくる状況では、一時的な異常状態から正常状態に復帰したものと判定する。
On the other hand, even when it is determined that an abnormality has occurred once, the
図2は、主制御部21による異常判定を説明するためのフローチャートである。まず、主制御部21は、反力アクチュエータ9または反力制御部22における故障の有無を判定する(ステップS11)。また、主制御部21は、異常状態から正常状態へと復帰したかどうかを判定する(ステップS12)。
FIG. 2 is a flowchart for explaining abnormality determination by the
反力アクチュエータ9または反力制御部22に異常が生じていれば(ステップS11のYES)、反力制御部22による反力アクチュエータ9の制御(反力制御:ステップS19)を行わせず、反力制御を停止させる(ステップS20)。これにより、反力アクチュエータ9は作動停止状態となる。
If an abnormality has occurred in the reaction force actuator 9 or the reaction force control unit 22 (YES in step S11), the reaction
反力アクチュエータ9等に異常がなければ、すなわち、反力制御系が正常状態であれば(ステップS11のNO)、従前の故障状態からの復帰の結果として正常状態となったのか否かを判定し(ステップS12)、単に正常状態が継続している場合には(ステップS12のNO)、反力制御を継続して実行する(ステップS19)。 If there is no abnormality in the reaction force actuator 9 or the like, that is, if the reaction force control system is in a normal state (NO in step S11), it is determined whether or not a normal state is obtained as a result of return from the previous failure state. However, if the normal state simply continues (NO in step S12), the reaction force control is continued (step S19).
一方、従前の故障状態から復帰して正常状態となったときには(ステップS12のYES)、故障状態から正常状態への復帰回数を計数するためのカウント値Cが零かどうかを判断し(ステップS13)、カウント値Cが零であれば、タイマをリセットして所定時間Tの計時を開始させ(ステップS14)、ステップS15に進む。カウント値Cが零でなければ、ステップS14の処理は省略してステップS15に進む。 On the other hand, when the normal state is restored from the previous failure state (YES in step S12), it is determined whether the count value C for counting the number of times of return from the failure state to the normal state is zero (step S13). If the count value C is zero, the timer is reset to start measuring the predetermined time T (step S14), and the process proceeds to step S15. If the count value C is not zero, the process of step S14 is omitted and the process proceeds to step S15.
ステップS15では、タイマの計時時間が所定時間T(たとえば1分)以下かどうかが判断される。タイマの計時時間が所定時間T以下であれば、カウント値Cを+1だけインクリメントし(ステップS16)、このカウント値Cが所定値A(たとえば3)に達したかどうかが判断される(ステップS18)。タイマの計時時間が所定時間Tを超えるよりも前にカウント値Cが所定値Aに達すると(ステップS18のYES)、反力制御を禁止し(ステップS21)、反力制御を行う通常状態への復帰を無効化する。以後、たとえ反力アクチュエータ9や反力制御部22が正常状態に復帰しても、反力制御は行われず、反力アクチュエータ9は不作動状態に保持される。こうして、反力アクチュエータ9を作動させてこの反力アクチュエータ9から操作反力を発生する通常状態への復帰が無効化され、以後は、専ら弾性部材10からの操作反力がステアリングホイール1に付与される状態となる。
In step S15, it is determined whether the time measured by the timer is equal to or shorter than a predetermined time T (for example, 1 minute). If the time measured by the timer is less than or equal to the predetermined time T, the count value C is incremented by +1 (step S16), and it is determined whether or not the count value C has reached a predetermined value A (for example, 3) (step S18). ). If the count value C reaches the predetermined value A before the time measured by the timer exceeds the predetermined time T (YES in step S18), the reaction force control is prohibited (step S21), and the normal state in which the reaction force control is performed. Disable the return of. Thereafter, even if the reaction force actuator 9 and the reaction
ステップS18において、カウント値Cが所定値Aに達していないと判定されると、反力制御が再開され、反力アクチュエータ9からの操作反力がステアリングホイール1に与えられることになる(ステップS19)。 If it is determined in step S18 that the count value C has not reached the predetermined value A, the reaction force control is resumed, and the operation reaction force from the reaction force actuator 9 is applied to the steering wheel 1 (step S19). ).
一方、ステップS15において、タイマの計時時間が所定時間Tを超えていれば(ステップS15のNO)、カウント値Cを零にリセットして(ステップS17)、反力制御を再開する(ステップS19)。したがって、所定時間Tが経過する前にカウント値Cが所定値Aに達しなければ、反力制御を行う通常状態への復帰が許される。 On the other hand, if the time measured by the timer exceeds the predetermined time T in step S15 (NO in step S15), the count value C is reset to zero (step S17), and the reaction force control is resumed (step S19). . Therefore, if the count value C does not reach the predetermined value A before the predetermined time T elapses, the return to the normal state in which the reaction force control is performed is permitted.
以上のようにこの実施形態によれば、異常状態から正常状態への復帰が頻繁に生じ、その回数が所定時間T内に所定値Aに達するような状況では、反力制御が禁止され、反力アクチュエータ9によって操作反力を発生する通常状態への復帰が無効化される。これにより、通常状態への復帰が可能な状況では可能な限り反力アクチュエータ9から操作反力を発生させる通常状態へと復帰させることができる一方で、修理が必要なほど重大な故障が発生している状況では、通常状態への復帰が禁止されるから、安全性を向上することができる。 As described above, according to this embodiment, in the situation where the return from the abnormal state to the normal state frequently occurs and the number of times reaches the predetermined value A within the predetermined time T, the reaction force control is prohibited, The return to the normal state in which the operation reaction force is generated by the force actuator 9 is invalidated. As a result, in a situation where the return to the normal state is possible, the reaction force actuator 9 can return to the normal state in which the operation reaction force is generated as much as possible. On the other hand, a serious failure occurs that requires repair. In such a situation, since the return to the normal state is prohibited, the safety can be improved.
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、上記の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール1が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーやペダルなどの他の操作部材が用いられてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above embodiment, the example in which the
また、上述の実施形態では、車両用操舵装置の例としてステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムを取り上げたが、この発明は、ステア・バイ・ワイヤシステムに限らず、操作部材の操作角と舵取り機構の転舵角との対応関係を変更することができる車両用操舵装置に対して広く適用することができる。たとえば、操作部材の操作角に対する舵取り機構の転舵角の比(ギヤ比)を変更可能であり、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結されている操舵装置(いわゆるバリアブル・ギヤレシオ・ステアリング(VGS)システム)に適用することも可能である。 In the above-described embodiment, the steer-by-wire (SBW) system is taken up as an example of the vehicle steering apparatus. However, the present invention is not limited to the steer-by-wire system, and the operation angle and steering of the operation member are not limited. The present invention can be widely applied to a vehicle steering apparatus that can change the correspondence relationship with the turning angle of the mechanism. For example, the ratio of the steering angle of the steering mechanism to the operating angle of the operating member (gear ratio) can be changed, and a steering device in which the operating member and the steering mechanism are mechanically coupled (so-called variable gear ratio steering ( (VGS) system).
また、反力アクチュエータが備えられている限りにおいて、操作部材と舵取り機構とが機械的に連結され、操作部材に加えられた操作トルク等に応じて駆動される電動モータから舵取り機構に操舵補助力を与える構成の電動パワーステアリング装置に対しても、この発明の適用が可能である。 In addition, as long as the reaction force actuator is provided, the operation member and the steering mechanism are mechanically coupled, and the steering assist force is applied to the steering mechanism from the electric motor driven according to the operation torque applied to the operation member. The present invention can also be applied to an electric power steering apparatus having a configuration that provides the above.
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。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1 ステアリングホイール
2 操舵アクチュエータ
4 転舵軸
5 車輪
8 回転シャフト
9 反力アクチュエータ
10 弾性部材
17 駆動回路
18 駆動回路
21 主制御部
22 反力制御部
25 通信ライン
S1 操作角センサ
S2 トルクセンサ
S3 転舵角センサ
S4 車速センサ
S5 電流検出部
S6 電流検出部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
この反力アクチュエータから上記操作部材に操作反力が付与されない状況において、上記操作部材に操作反力を付与可能なフェール時用反力発生手段と、
上記反力アクチュエータを制御する反力制御手段と、
上記反力アクチュエータまたは上記反力制御手段に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と、
この異常判定手段によって異常判定がされたことに応答して、上記反力アクチュエータを作動停止状態とするフェールセーフ手段と、
上記異常判定手段によって上記反力アクチュエータまたは上記反力制御手段に異常が発生したと判定されてから、それらが正常状態に復帰したことを判定する正常復帰判定手段と、
この正常復帰判定手段が上記正常復帰判定をしたときに、上記フェールセーフ手段による上記反力アクチュエータの作動停止状態を解除するフェール解除手段と、
所定時間内における上記異常判定手段による異常判定と上記正常復帰判定手段による正常復帰判定との繰り返し回数を計数する計数手段と、
この計数手段によって計数された上記繰り返し回数が所定値に達したならば、上記フェール解除手段を無効化するフェール解除禁止手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。 A reaction force actuator for applying an operation reaction force to an operation member for steering the vehicle;
In a situation where an operation reaction force is not applied from the reaction force actuator to the operation member, a failure reaction force generating means capable of applying an operation reaction force to the operation member;
Reaction force control means for controlling the reaction force actuator;
An abnormality determining means for determining whether an abnormality has occurred in the reaction force actuator or the reaction force control means;
In response to the abnormality determination by the abnormality determination means, fail-safe means for stopping the reaction force actuator,
Normal return determination means for determining that the reaction force actuator or the reaction force control means is abnormal by the abnormality determination means and then determining that they have returned to a normal state;
Fail release means for releasing the operation stop state of the reaction force actuator by the fail safe means when the normal return determination means makes the normal return determination;
Counting means for counting the number of repetitions of abnormality determination by the abnormality determination means and normal return determination by the normal return determination means within a predetermined time;
A vehicle steering apparatus comprising: a fail release prohibiting means for invalidating the fail release means when the number of repetitions counted by the counting means reaches a predetermined value.
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