JP2005096559A - Steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステアリングホイールに連結された操舵力伝達機構と、操舵輪に連結された転舵機構と、を機械的に動力伝達不能に分離した、いわゆるステアバイワイヤシステムに係る車両用操舵装置に関するものである。 The present invention relates to a steering apparatus for a vehicle according to a so-called steer-by-wire system in which a steering force transmission mechanism coupled to a steering wheel and a steering mechanism coupled to a steering wheel are mechanically separated so as not to transmit power. It is.
従来より、「ステアリングホイールに連結された操舵力伝達機構」と「操舵輪に連結された転舵機構」とを機械的に接続するリンク機構を設けることなく、ステアリングホイールの操作状態に基づいて操舵輪の目標実舵角を決定し、この決定された目標実舵角に操舵輪が転舵されるように転舵モータを制御する、いわゆるステアバイワイヤシステム（以下「ＳＢＷシステム」という。）が提案されている。このようなＳＢＷシステムにおいては、操舵力伝達機構と転舵機構とをリンク機構により連結した操舵装置とほぼ同様の操舵感覚をステアリングホイールを介して運転者に与えるため、ステアリングホイールによる操舵方向とは反対向きに作用する反力を付与する反力アクチュエータや反力モータを備えるものがある（特許文献１）。 Conventionally, steering is performed based on the operating state of the steering wheel without providing a link mechanism that mechanically connects the “steering force transmission mechanism coupled to the steering wheel” and the “steering mechanism coupled to the steering wheel”. A so-called steer-by-wire system (hereinafter referred to as “SBW system”) is proposed in which a target actual rudder angle of a wheel is determined and a steered motor is controlled so that the steered wheel is steered to the determined target actual rudder angle. Has been. In such an SBW system, the steering direction by the steering wheel is given to the driver via the steering wheel in order to give the steering feeling almost the same as the steering device in which the steering force transmission mechanism and the steering mechanism are connected by the link mechanism. Some have a reaction force actuator or a reaction force motor that applies a reaction force acting in the opposite direction (Patent Document 1).
しかしながら、このようなＳＢＷシステムにおいては、例えば、転舵モータに故障等が発生しシステム失陥に至った場合には、操舵力伝達機構と転舵機構とをクラッチ機構等によって連結するとともに全てのシステムを停止させていた。そのため、通常の電気式動力舵取装置（パワーステアリング装置）のようにステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力の助けも運転者は受けることができず、操舵により運転者に与える労働負担が大きいという問題がある（特許文献１、段落番号０００５，０００７）。
However, in such an SBW system, for example, when a failure or the like occurs in the steering motor and the system fails, the steering force transmission mechanism and the steering mechanism are connected by a clutch mechanism or the like and all The system was shut down. Therefore, the driver cannot receive the assistance of the assist force that assists the steering by the steering wheel like a normal electric power steering device (power steering device), and the work burden on the driver due to the steering is large. There is a problem (
また、転舵モータやその制御系が故障した場合には、正常に機能している反力モータにより当該アシスト力を発生させて、操舵力伝達機構と転舵機構とを機械的に接続したことにより重くなったステアリングホイールの操舵を補助する構成を採ることによって、操舵により運転者に与える労働負担を軽減可能にするものもある（特許文献１、段落番号００１４，００４２，００５０）。ところが、当該反力モータやその制御系までも故障した場合には、当該アシスト力を発生させる手段はないため、このような両モータまたはこれらの制御系が共に故障するに至った場合には、運転者に与える操舵労力負担を軽減することができない。
In addition, when the steering motor or its control system fails, the assist force is generated by a normally functioning reaction force motor, and the steering force transmission mechanism and the steering mechanism are mechanically connected. In some cases, the labor burden imposed on the driver by steering can be reduced by adopting a configuration that assists the steering of the steering wheel that is heavier (
さらに、上記特許文献１に開示された車両用操舵装置においては、反力モータやその制御系が故障した場合については、反力モータの異常動作を抑制するにとどまり、反力モータの代替手段を提供する記載や示唆は開示されていない（特許文献１、段落番号００１９，００４３，００５１）。そのため、転舵モータ等には異常がないにもかかわらず、反力モータ等に異常が発生した場合にも、操舵力伝達機構と転舵機構とをクラッチ機構等によって連結するという、一見不合理な構成を採っている。
Further, in the vehicle steering device disclosed in
これらの問題は、転舵モータや反力モータあるいはこれらの制御系に対して二重、三重等の冗長性の高い多重化構成を採ることによって解決し得るものではあるが、冗長度が高まるほどに部品点数の増加を招き、ひいては製品コストの上昇に直結し得るという新たな問題を招来する。そのため、単純に冗長度を高めた多重化構成によってシステムの安全性や操作性の向上を担保することは、製品コストを重視する分野においては、あまり現実的であるとは言い難い。 These problems can be solved by adopting a redundant, triple, etc. redundant configuration for the steering motor, reaction force motor, or their control system, but as the redundancy increases. As a result, the number of parts increases, which leads to a new problem that can directly lead to an increase in product cost. For this reason, it is difficult to say that it is very practical to ensure improvement in system safety and operability by simply using a multiplexing configuration with increased redundancy in a field where product cost is important.
ところで、このようなＳＢＷシステムにおいては、通常、反力モータの目的は、前述したように、操舵力伝達機構と転舵機構とをリンク機構により連結した操舵装置とほぼ同様の操舵感覚をステアリングホイールを介して運転者に与えることである。そのため、例えば、運転者がステアリングホイールを切り戻すときには、それを補助する操舵方向にアシストを期待しても、操舵方向とは逆の反力方向にしか力を発生させないことからそれに応えることはできない。また、操舵力伝達機構と転舵機構とをリンク機構により連結した操舵装置においては、通常、ステアリングホイールをその中立位置に戻そうとするセルフアライメントトルクが操舵輪や転舵機構等に発生する。ところが、操舵方向とは逆の反力方向にしか力を発生させない反力モータでは、そのような復元力の発生までは考慮されていないので、ステアリングホイールの切り戻し時においては、運転者の操舵感覚に違和感を与え得るという問題がある。 By the way, in such an SBW system, the purpose of the reaction force motor is usually that the steering wheel has a steering sensation similar to that of a steering device in which a steering force transmission mechanism and a steering mechanism are connected by a link mechanism as described above. Is to give to the driver through. Therefore, for example, when the driver turns the steering wheel back, even if assistance is expected in the steering direction that assists the steering wheel, the driver can only respond in the reaction force direction opposite to the steering direction. . Further, in a steering device in which a steering force transmission mechanism and a steering mechanism are connected by a link mechanism, a self-alignment torque for returning the steering wheel to its neutral position is usually generated in the steering wheel, the steering mechanism, and the like. However, the reaction force motor that generates force only in the direction opposite to the steering direction does not take into account the generation of such restoring force. There is a problem that it can give a sense of incongruity.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、比較的低多重度の構成によっても冗長性を向上させ得る車両用操舵装置を提供することにある。また本発明の別の目的は、操舵感覚を向上させ得る車両用操舵装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can improve redundancy even with a relatively low multiplicity configuration. Another object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus capable of improving the steering feeling.
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１記載の手段を採用する。この手段によると、転舵制御手段、反力制御手段、動力伝達不能制御手段、動力伝達可能制御手段および転舵力反力切換制御手段を備え、転舵制御手段の複数の転舵モータにより、ステアリングホイールによる操作状態に基づいて転舵機構を介して操舵輪を転舵可能な転舵力を発生させ、反力制御手段の１以上の反力モータにより、ステアリングホイールによる操舵方向およびそれとは反対向きにも操舵力伝達機構に作用する反力を発生させる。そして、転舵力反力切換制御手段によって、反力制御手段によりステアリングホイールに適正な反力を付与できない場合、所定の転舵モータによる動力を転舵機構に伝達不能に動力伝達不能制御手段を制御し、所定の転舵モータによる動力を操舵力伝達機構に伝達可能に動力伝達可能制御手段を制御する。これにより、反力制御手段に異常がある場合には、転舵機構に伝達されていた所定の転舵モータによる動力が操舵力伝達機構に伝達されるので、所定の転舵モータの動力を反力として操舵力伝達機構に作用させることが可能となる。
In order to achieve the above object, the means described in
特許請求の範囲に記載の請求項２記載の手段を採用することにより、反力制御手段は、ステアリングホイールの操作状態に基づいてステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力を反力モータに発生させることから、反力モータにより発生するアシスト力によってステアリングホイールによる操舵を補助することが可能となる。
By adopting the means according to
特許請求の範囲に記載の請求項３記載の手段を採用することにより、所定の転舵モータを含む複数の転舵モータのいずれによっても操舵輪を転舵できない場合には、動力伝達可能制御手段は、操舵力伝達機構と転舵機構とを結合させてステアリングホイールによる操舵力を操舵輪に伝達可能な操舵力伝達系を構成し、反力制御手段は、ステアリングホイールの操作状態に基づいてステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力を反力モータに発生させる。つまり、正常に動力を発生し得るモータが反力モータだけである場合には、動力伝達可能制御手段により操舵力伝達機構と転舵機構とを結合させてステアリングホイールから操舵輪に至るまでの間を機械的に動力伝達可能な操舵力伝達系として構成する。そして、ステアリングホイールの操作状態に基づいて反力モータに発生させたアシスト力を当該操舵力伝達系に伝達する。これにより、運転者は、反力モータによるアシスト力のアシストを受けて、ステアリングホイールによる操舵により転舵機構に連結された操舵輪を転舵させることが可能となる。
By adopting the means according to
特許請求の範囲に記載の請求項４記載の手段を採用することにより、反力モータにより反力を付与できないとともに所定の転舵モータを除く複数の転舵モータのいずれによっても操舵輪を転舵できない場合には、動力伝達可能制御手段は、操舵力伝達機構と転舵機構とを結合させてステアリングホイールによる操舵力を操舵輪に伝達可能な操舵力伝達系を構成し、転舵制御手段は、ステアリングホイールの操作状態に基づいてステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力を所定の転舵モータに発生させる。つまり、正常に動力を発生し得るモータが所定の転舵モータだけである場合には、動力伝達可能制御手段により操舵力伝達機構と転舵機構とを結合させてステアリングホイールから操舵輪に至るまでの間を機械的に動力伝達可能な操舵力伝達系として構成する。そして、ステアリングホイールの操作状態に基づいて所定の転舵モータに発生させたアシスト力を当該操舵力伝達系に伝達する。これにより、運転者は、所定の転舵モータによるアシスト力のアシストを受けて、ステアリングホイールによる操舵により転舵機構に連結された操舵輪を転舵させることが可能となる。
By adopting the means according to
特許請求の範囲に記載の請求項５記載の手段を採用することにより、反力モータにより反力を付与できないとともに、所定の転舵モータによっても操舵輪を転舵できない場合には、動力伝達可能制御手段は、操舵力伝達機構と転舵機構とを結合させてステアリングホイールによる操舵力を操舵輪に伝達可能な操舵力伝達系を構成し、転舵制御手段は、ステアリングホイールの操作状態に基づいてステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力を「所定の転舵モータを除く複数の転舵モータ」に発生させる。つまり、正常に動力を発生し得るモータが「所定の転舵モータを除く複数の転舵モータだけである場合には、動力伝達可能制御手段により操舵力伝達機構と転舵機構とを結合させてステアリングホイールから操舵輪に至るまでの間を機械的に動力伝達可能な操舵力伝達系として構成する。そして、ステアリングホイールの操作状態に基づいて「所定の転舵モータを除く複数の転舵モータ」に発生させたアシスト力を当該操舵力伝達系に伝達する。これにより、運転者は、「所定の転舵モータを除く複数の転舵モータ」によるアシスト力のアシストを受けて、ステアリングホイールによる操舵により転舵機構に連結された操舵輪を転舵させることが可能となる。
By adopting the means described in
請求項１の発明では、反力制御手段に異常があって、反力制御手段によりステアリングホイールに適正な反力を付与できない場合には、転舵機構に伝達されていた所定の転舵モータによる動力が操舵力伝達機構に伝達されるので、所定の転舵モータの動力を反力として操舵力伝達機構に作用させることが可能となる。したがって、正常時には、他の複数の転舵モータとともに転舵モータとして発生させた転舵力を転舵機構に伝達している所定の転舵モータが、反力制御手段の異常には反力モータの代替として反力を発生させ、それを操舵力伝達機構に伝達するため、比較的低多重度の構成により冗長性を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, when the reaction force control means is abnormal and the reaction force control means cannot apply an appropriate reaction force to the steering wheel, the predetermined force is transmitted to the steering mechanism. Since the power is transmitted to the steering force transmission mechanism, the power of a predetermined steering motor can be applied to the steering force transmission mechanism as a reaction force. Therefore, at the time of normal operation, a predetermined steering motor that transmits the steering force generated as a steering motor together with the other plurality of steering motors to the steering mechanism is a reaction force motor for abnormalities in the reaction force control means. Since a reaction force is generated and transmitted to the steering force transmission mechanism as an alternative to the above, redundancy can be improved by a relatively low multiplicity configuration.
請求項２の発明では、反力モータにより発生するアシスト力によってステアリングホイールによる操舵をアシストすることが可能となる。そのため、例えば、運転者がステアリングホイールを切り戻すときには、反力モータのアシスト力によって、切戻し時の操舵方向に操舵をアシストしてくれるし、またセルフアライメントトルクが発生しているかの如くステアリングホイールをその中立位置に戻してくれる。したがって、運転者に与え得る操舵感覚を向上させることができる。
In the invention of
請求項３の発明では、運転者は、反力モータによるアシスト力のアシストを受けてステアリングホイールによる操舵により転舵機構に連結された操舵輪を転舵させることが可能となる。そのため、転舵制御手段の異常により、正常に動力を発生し得るモータが反力モータだけになっても、運転者は、当該反力モータのアシスト力にアシストされてステアリングホイールの操舵により操舵輪を転舵させることができる。したがって、比較的低多重度の構成によっても冗長性を向上させることができ、転舵制御手段に異常が発生した場合にも操舵による運転者の労力負担を軽減することができる。
In the invention of
請求項４の発明では、運転者は、所定の転舵モータによるアシスト力のアシストを受けてステアリングホイールによる操舵により転舵機構に連結された操舵輪を転舵させることが可能となる。そのため、転舵制御手段の異常により、正常に動力を発生し得るモータが所定の転舵モータだけになっても、運転者は、当該所定の転舵モータのアシスト力にアシストされてステアリングホイールの操舵により操舵輪を転舵させることができる。したがって、比較的低多重度の構成によっても冗長性を向上させることができ、転舵制御手段に異常が発生した場合にも操舵による運転者の労力負担を軽減することができる。
In the invention of
請求項５の発明では、運転者は、「所定の転舵モータを除く複数の転舵モータ」によるアシスト力のアシストを受けてステアリングホイールによる操舵により転舵機構に連結された操舵輪を転舵させることが可能となる。そのため、転舵制御手段の異常により、正常に動力を発生し得るモータが「所定の転舵モータを除く複数の転舵モータ」だけになっても、運転者は、当該「所定の転舵モータを除く複数の転舵モータ」のアシスト力にアシストされてステアリングホイールの操舵により操舵輪を転舵させることができる。したがって、比較的低多重度の構成によっても冗長性を向上させることができ、転舵制御手段に異常が発生した場合にも操舵による運転者の労力負担を軽減することができる。 In the fifth aspect of the invention, the driver steers the steered wheels connected to the steered mechanism by steering with the steering wheel under the assistance of the assist force by the “plurality of steered motors excluding the predetermined steered motor”. It becomes possible to make it. Therefore, even if the only motor that can normally generate power is “a plurality of steering motors excluding the predetermined steering motor” due to an abnormality in the steering control means, The steering wheel can be steered by steering of the steering wheel with the assist force of the “a plurality of steering motors excluding”. Therefore, redundancy can be improved even with a relatively low multiplicity configuration, and the burden on the driver's labor due to steering can be reduced even when an abnormality occurs in the steering control means.
以下、本発明の車両用操舵装置の実施形態について図を参照して説明する。
まず本実施形態に係る車両用操舵装置（以下「操舵装置」という。）２０の構成を図１に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a vehicle steering apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of a vehicle steering apparatus (hereinafter referred to as “steering apparatus”) 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図１に示すように、操舵装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、トルク・回転角センサ２３、動力伝達ケーブル２４、ステアリングアクチュエータ２８、クラッチ３０ａ、３０ｂ、減速機４０ａ、４０ｂ、反力モータＭａ、転舵モータＭｂ、Ｍｃ、ECU_Ａ５０、ECU_Ｂ６０、ECU_Ｃ７０等により構成されている、ＳＢＷシステムである。本来、ＳＢＷシステムというと、図１に示すように、ステアリングホイール２１とステアリングアクチュエータ２８とを機械的に接続するリンク機構を設けることなく構成するものを指すが、ステアリングアクチュエータ２８を駆動制御する転舵モータＭｂ、ＭｃやECU_Ｂ６０、ECU_Ｃ７０等に異常が生じた場合、ステアリングホイール２１による操舵を運転者が行い得るように、安全面を考慮して、通常、ステアリングホイール２１とステアリングアクチュエータ２８との間を接続する機械的なリンク機構等が設けられている。そのため、本実施形態の操舵装置２０においても、ステアリングホイール２１とステアリングアクチュエータ２８と間に動力伝達ケーブル２４が設けらている。なお、この動力伝達ケーブル２４は、通常時（正常時）には、ステアリングホイール２１のステアリング軸２２と機械的に動力伝達不能に分離されているので、本操舵装置２０はＳＢＷシステムである。
As shown in FIG. 1, the
この操舵装置２０では、ステアリングホイール２１の操作状態をトルク・回転角センサ２３により検出し、このトルク・回転角センサ２３等から出力された操舵角θh 等に基づいて操舵輪ＦＲ、ＦＬの目標実舵角をECU_Ｂ６０またはECU_Ｃ７０により決定し、この決定された目標実舵角に操舵輪ＦＲ、ＦＬをステアリングアクチュエータ２８により制御する。以下、主なハードウェアの構成を図１〜図３を参照して説明する。
In this
図１および図２に示すように、ステアリングホイール２１は、ステアリング軸２２の一端側に連結されており、このステアリング軸２２にはトルク・回転角センサ２３が設けられている。このトルク・回転角センサ２３は、ECU_Ａ５０、ECU_Ｂ６０およびECU_Ｃ７０（以下、これら３つのECU をまとめて表現する場合は「各ECU 」と記す。）のそれぞれに電気的に接続されており、これによりステアリングホイール２１の操作状態（ステアリングホイール２１の回転角、回転トルク）を当該トルク・回転角センサ２３により検出し、これらの情報（操舵角θh や操舵トルクＴ）を各ECU に出力している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
一方、ステアリング軸２２の他端側には、減速機４０ａを介してクラッチ３０ａの入力側が連結されている。このクラッチ３０ａについては、後で図３を参照して詳細に説明する。減速機４０ａは、反力モータＭａから出力される駆動力を所定の減速比でステアリング軸２２に伝達するもので、例えばウォームギヤが例示される。本実施形態の場合、図２に示すように、反力モータＭａの出力軸にウォームを、またステアリング軸２２にウォームホイールを、それぞれ取り付けることにより、反力モータＭａにより発生する駆動力をステアリング軸２２に伝達可能にしている。
On the other hand, the other end side of the steering
反力モータＭａは、ステアリングホイール２１による操舵方向およびそれとは反対向きにもステアリング軸２２に作用する反力を発生させるもので、後述するように、ECU_Ａ５０により制御されている。即ち、トルク・回転角センサ２３により操舵角θh や操舵トルクＴを、また転舵角センサ２５により転舵角θStを、それぞれ検出することで、ステアリングホイール２１とステアリングアクチュエータ２８とをリンク機構により機械的に接続した操舵装置とほぼ同様の操舵感覚をステアリングホイール２１を操作する運転者に対して与え得る反力を発生させるほか、本実施形態の場合、当該運転者による操舵をアシストし得るアシスト力をも発生させる。なお、この反力モータＭａには、その回転角θMaを検出しECU_Ａ５０に出力可能なモータ回転角センサＳａが取り付けられている。本実施形態では反力モータＭａを１つ使用した場合を例示しているが、この反力モータＭａは１つ以上であれば２、３、…、５あるいはそれ以上の個数であっても操舵装置２０を構成することができる。
The reaction force motor Ma generates a reaction force that acts on the steering
動力伝達ケーブル２４は、ステアリングホイール２１による操舵力をステアリング軸２２、クラッチ３０ａおよびクラッチ３０ｂを介してステアリングアクチュエータ２８側に伝達し得るワイヤ等の可撓性のある線部材で、例えば、特開２００２−２２５７３３号公報に開示されている「伝動ケーブル」に相当するものである。この動力伝達ケーブル２４の一端側には、クラッチ３０ａの出力側が連結され、また他端側には減速機４０ｂを介してもう一つのクラッチ３０ｂの入力側が連結されている。なお、動力伝達ケーブル２４は、動力を伝達し得るものであれば良いので、例えば、ステアリング軸２２のような軸部材に置き換えることも可能である。
The
減速機４０ｂは、転舵モータＭｂから出力される駆動力を所定の減速比でステアリング軸２２に伝達するもので、前述した減速機４０ａとほぼ同様に、例えばウォームギヤがこれに相当する。本実施形態の場合、図２に示すように、転舵モータＭｂの出力軸にウォームを、また動力伝達ケーブル２４にウォームホイールを、それぞれ取り付けることにより、転舵モータＭｂにより発生する駆動力を動力伝達ケーブル２４に伝達可能にしている。
The
転舵モータＭｂは、ステアリングホイール２１による操作状態に基づいて、ステアリングアクチュエータ２８を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬを転舵可能な転舵力を発生させるもので、後述するように、ECU_Ｂ６０により制御されている。即ち、トルク・回転角センサ２３により操舵角θh や操舵トルクＴを、また転舵角センサ２５により転舵角θStを、それぞれ検出することで、ステアリングホイール２１による操舵状態およびステアリングアクチュエータ２８による転舵状態に基づいて、もう一方の転舵モータＭｃとともに必要な転舵力を発生させる。なお、この転舵モータＭｂには、その回転角θMbを検出しECU_Ｂ６０に出力可能なモータ回転角センサＳｂが取り付けられている。
The steered motor Mb generates a steered force capable of steering the steered wheels FR and FL via the
動力伝達ケーブル２４の他端側には、減速機４０ｂを介してクラッチ３０ｂの入力側が連結されているが、このクラッチ３０ｂについても、ステアリング軸２２側のクラッチ３０ａと同様に、後で図３を参照して詳細に説明する。なお、このクラッチ３０ｂの出力側には、図２に示すように、ステアリングアクチュエータ２８のピニオン軸２６が連結されている。ここで、ステアリングアクチュエータ２８の構成を図１および図２に基づいて説明する。なお、上述したステアリング軸２２および動力伝達ケーブル２４は、特許請求の範囲に記載の「操舵力伝達機構」に相当し得るものである。
The other end side of the
図１および図２に示すように、ステアリングアクチュエータ２８は、ラックアンドピニオン、転舵モータＭｃおよびモータ回転角センサＳｃにより構成されている。ラックアンドピニオンは、ピニオン軸２６の端部に形成されたピニオンギヤ２６ａとラック軸２７に形成されたラックギヤ２７ａとにより構成されており、ピニオン軸２６の回転運動とラック軸２７の軸方向運動とを相互に変換し得るものである。本実施形態では、ピニオン軸２６から入力される転舵モータＭｂによる回転運動をラック軸２７の軸方向運動に変換したり、ラック軸２７の軸方向運動をピニオン軸２６の回転運動に変換可能にしている。なお、このラック軸２７の両端には、ステアリングロッド、タイロッドやナックルアームを介在させて操舵輪ＦＲ、ＦＬが連結されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the steering
転舵モータＭｃは、前述した転舵モータＭｂとともに必要な転舵力を発生させ得るもので、その出力は減速機として働く図略のボールねじ機構を介してラック軸２７に伝達され得るように構成されている。またこの転舵モータＭｃには、その回転角θMcを検出しECU_Ｃ７０に出力可能なモータ回転角センサＳｃが取り付けられている。本実施形態では、前述した転舵モータＭｂとこの転舵モータＭｃと併せて２つの転舵モータを使用した場合を例示しているが、これらの転舵モータは複数であれば２つに限られず、３、４、…、６あるいはそれ以上の個数であっても操舵装置２０を構成することができる。
The steered motor Mc can generate a necessary steered force together with the steered motor Mb described above, and its output can be transmitted to the
このようにステアリングアクチュエータ２８を構成することにより、転舵モータＭｂ、Ｍｃにより発生する転舵力によってラック軸２７を軸方向運動させることで、操舵輪ＦＲ、ＦＬの転舵を可能にしている。またこのような転舵モータＭｂ、Ｍｃによるラック軸２７の軸方向運動や、縁石や轍により操舵輪ＦＲ、ＦＬに外力が加わることによるラック軸２７の軸方向運動によって、ピニオン軸２６が回転するので、このピニオン軸２６の回転量を検出することにより転舵角（絶対角）を得ることが可能となる。そのため、図１に示すように、ピニオン軸２６には転舵角θStを検出し各ECU に出力可能な転舵角センサ２５が取り付けられている。なお、ピニオン軸２６、ラック軸２７を含むステアリングアクチュエータ２８は、特許請求の範囲に記載の「転舵機構」に相当するものである。
By configuring the
ECU_Ａ５０は、図略のＣＰＵを中心にＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ装置、各種の入出力インターフェイスやモータ駆動回路等を備えた制御装置で、入力ポートには前述のトルク・回転角センサ２３、転舵角センサ２５、モータ回転角センサＳａ等が電気的に接続され、また出力ポートには前述の反力モータＭａやクラッチ３０ａ、３０ｂ等が電気的に接続されている。またECU_Ａ５０は通信ポートも備えており、例えば車内ネットワーク（Controller Area Network ；以下「ＣＡＮ」という。）１００を介して各ECU 間相互で情報交換を可能にしている。これにより、各種センサにより検出された信号のECU_Ａ５０への入力や、反力モータＭａやクラッチ３０ａ、３０ｂに対する制御信号の出力を可能にしている。なお、後述するモータ制御系異常時処理は、モータ制御系異常時処理プログラムとしてＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ装置に予め格納されており、ＣＰＵによって実行される。
The ECU_A50 is a control device including a memory device such as a ROM and a RAM centered on a CPU (not shown), various input / output interfaces, a motor drive circuit, and the like. The
また、ECU_Ｂ６０やECU_Ｃ７０も、ECU_Ａ５０とほぼ同様に構成されている。即ち、反力モータＭａに代えてECU_Ｂ６０やECU_Ｃ７０のそれぞれ制御対象となる転舵モータＭｂ、Ｍｃが出力ポートに接続されていることや、これらの転舵モータＭｂ、Ｍｃの回転角を検出するモータ回転角センサＳｂ、ＳｃがそれぞれのECU_Ｂ６０やECU_Ｃ７０の入力ポートに接続されていること以外については、ECU_Ａ５０と同様に構成されている。 Also, ECU_B60 and ECU_C70 are configured in substantially the same manner as ECU_A50. That is, instead of the reaction force motor Ma, the steered motors Mb and Mc to be controlled by the ECU_B60 and ECU_C70 are connected to the output ports, and the motors detect the rotation angles of these steered motors Mb and Mc. Except that the rotation angle sensors Sb and Sc are connected to the input ports of the respective ECU_B60 and ECU_C70, the configuration is the same as that of the ECU_A50.
ここで、クラッチ３０ａ、３０ｂの構成等を図３を参照して説明する。なお、クラッチ３０ａとクラッチ３０ｂは、ほぼ同一の構成を採っているので、ここではクラッチ３０ａを代表して説明し、クラッチ３０ｂの説明は省略する。また、図２には、クラッチ３０ｂを構成する部材として符号３１ｂ、３２ｂが明示されているが、次述するクラッチ３０ａの説明文において符号の末尾記号「ａ」を「ｂ」に読み替えることにより、当該説明文をクラッチ３０ｂの説明に援用することができる。またクラッチ３０ａは、特許請求の範囲に記載の「動力伝達可能制御手段」に相当し得るもので、またクラッチ３０ｂは、特許請求の範囲に記載の「動力伝達不能制御手段」に相当し得るものである。
Here, the configuration of the
図３に示すように、クラッチ３０ａは、いわゆるティースクラッチと呼ばれる噛み合いクラッチで、電磁吸引力によりロータ３１ａとアーマチャ３２ａとを吸着させて両者を噛合させることによって、入出力間の動力伝達を可能にするものである。クラッチ３０ａは、主に、ロータ３１ａ、アーマチャ３２ａ、フィールド３３ａ、電磁コイル３５ａ、コイルばね３７ａ、トルクアーム３９ａ等から構成されている。
As shown in FIG. 3, the clutch 30 a is a meshing clutch called a so-called teeth clutch, and it is possible to transmit power between the input and output by attracting the
ロータ３１ａは、二重の円筒状に形成されており、アーマチャ３２ａと対向する側の外筒端部の全周に亘ってロータ側歯３１atが形成されている。また外筒と内筒との間には、筒状のフィールド３３ａを備えておりこのフィールド３３ａには電磁コイル３５ａが巻回されている。フィールド３３ａは強磁性体材料からなるため、電磁コイル３５ａの通電によって、ロータ３１ａに対向するアーマチャ３２ａを電磁吸引することができる。なおこのフィールド３３ａは、ボールベアリング３４ａを介してロータ３１ａの内筒の外周壁に回動自在に取り付けられており、さらに車両のボディ等に固定可能なトルクアーム３９ａを複数箇所に備えている。これにより、フィールド３３ａをボディ等に固定することで、ボールベアリング３４ａを介してロータ３１ａを自在に回転させることが可能となる。
The
一方、アーマチャ３２ａは、ロータ３１ａの内外径とほぼ同様の内外径に設定された円環状に形成されており、その一端側には、ロータ３１ａのロータ側歯３１atと噛合可能なアーマチャ側歯３２atが形成され、また他端側には、アーマチャ３２ａよりもひと回り小径のアダプタ３６ａが設けられている。このアダプタ３６ａは、出力側の動力伝達ケーブル２４等をクラッチ３０ａに取付可能にするとともに、アーマチャ３２ａの軸方向移動を可能にするもので、アダプタ３６ａの外周には軸方向に延びるスプライン溝が複数本形成されている。このスプライン溝によってアーマチャ３２ａを周方向に回転させることなく軸方向移動だけを可能にしている。なお、アダプタ３６ａとアーマチャ３２ａとの間にはコイルばね３７ａが介在しており、このコイルばね３７ａは、ロータ３１ａに対向するアーマチャ３２ａを、ロータ３１ａから離れる方向に付勢している。
On the other hand, the
このようにクラッチ３０ａを構成することにより、ロータ３１ａの連結穴３１ahにステアリング軸２２を固定し、さらにアーマチャ３２のアダプタ３６ａに動力伝達ケーブル２４を固定することで、電磁コイル３５ａの非通電時には、コイルばね３７ａの付勢力によりロータ３１ａから離隔してアーマチャ３２ａを位置させる。このため、クラッチ３０ａは、ロータ３１ａとアーマチャ３２ａとを分離した状態を維持し、ロータ３１ａに固定されたステアリング軸２２と、アーマチャ３２ａに固定された動力伝達ケーブル２４とは、それぞれ自在に回転可能となる。これに対し、電磁コイル３５ａに励磁電流が通電されると（通電時）、コイルばね３７ａの付勢力に抗してロータ３１ａにアーマチャ３２ａが電磁吸引されるため、アーマチャ３２ａはロータ３１ａ方向に移動し、ロータ側歯３１atとアーマチャ側歯３２atとが噛み合った状態を維持する。これにより、ロータ３１ａとアーマチャ３２ａとは互い噛合するため、ステアリング軸２２によるロータ３１ａの回転に伴ってアーマチャ３２ａも回転しその結果、ステアリング軸２２から動力伝達ケーブル２４への動力伝達および動力伝達ケーブル２４からステアリング軸２２への動力伝達が、ともに可能となる。
By configuring the clutch 30a in this way, the steering
なお、本実施形態では、励磁電流の通電時にクラッチが結合し、非通電時にクラッチが分離するタイプのクラッチ３０ａ、３０ｂを例示して説明したが、これとは逆に、励磁電流の非通電時にクラッチが結合し、通電時にクラッチが分離するタイプのクラッチを適用しても良い。これにより、車両のバッテリや電源ハーネス等の電源系統に障害が発生し、当該クラッチに励磁電流を供給できない事態が生じた場合には、自動的にクラッチが結合し「ステアリング軸２２と動力伝達ケーブル２４」および「動力伝達ケーブル２４とピニオン軸２６」を機械的に連結させることができるため、ステアリング軸２２、動力伝達ケーブル２４およびピニオン軸２６を介してステアリングホイール２１による操舵力をステアリングアクチュエータ２８に伝達させることが可能となる。そのため、車両の電源系統に異常が発生した場合にも、運転者による操舵を可能にするフェールセーフの設計思想に基づいたＳＢＷシステムを可能することができる。
In the present embodiment, the
また、上述したステアリング軸２２、動力伝達ケーブル２４、ピニオン軸２６、ラック軸２７、ステアリングアクチュエータ２８、クラッチ３０ａ、３０ｂは、特許請求の範囲に記載の「操舵力伝達系」に相当し得るものである。
Further, the steering
次に、各ECU により制御される操舵装置２０の基本機能を、図４に示す機能ブロックを参照して説明する。図４に示すように、トルク・回転角センサ２３により検出されたステアリングホイール２１の操舵角θh 、つまり位置指令が各ECU に入力されると、位置制御処理２０ａにより、当該操舵角θh に応じた目標操舵角に操舵輪ＦＲ、ＦＬを転舵制御可能なステアリングロッドの位置を求める演算が行われる。位置制御処理２０ａによる位置演算が行われると、次にトルク分配処理２０ｂにより、２つの転舵モータＭｂ、Ｍｃによって発生させるトルクを決定するトルク分配演算が行われる。即ち、操舵装置２０では、操舵輪ＦＲ、ＦＬを制御する操舵制御系として２つの転舵モータＭｂ、Ｍｃによる二重化構成を採っているため、それぞれの転舵モータＭｂ、Ｍｃにより発生させるトルクに対応する電流指令値を、このトルク分配処理２０ｂによって算出する処理が行われる。
Next, basic functions of the
電流制御処理２０ｃでは、トルク分配処理２０ｂにより得られた電流指令値に対するモータ駆動電流を転舵モータＭｃに供給し得るように図略のＰＷＭ回路等を制御する。そのため、転舵モータＭｃに供給されるモータ駆動電流は、電流センサにより検出される検出電流として電流制御処理２０ｃにフィードバック入力され、また転舵モータＭｃの回転角は、モータ回転角センサＳｃにより検出される検出位置（検出回転角θMc）として位置制御処理２０ａおよび電流制御処理２０ｃにフィードバック入力される。同様に、電流制御処理２０ｄでも、トルク分配処理２０ｂにより得られた電流指令値に対するモータ駆動電流を転舵モータＭｂに供給し得るように図略のＰＷＭ回路等を制御するため、転舵モータＭｂに供給されるモータ駆動電流が、電流センサにより検出される検出電流として電流制御処理２０ｄにフィードバック入力され、また転舵モータＭｂの回転角はモータ回転角センサＳｂにより検出される検出回転角θMbとして電流制御処理２０ｄにフィードバック入力される。
In the
これにより、転舵モータＭｃ、Ｍｂには、トルク分配処理２０ｂにより分配された指令トルクをそれぞれ発生させることができるため、当該トルクによりステアリングアクチュエータ２８のステアリングロッドをステアリングホイール２１の操舵角θh に応じた位置に制御でき、タイロッドやナックルアームを介して操舵輪ＦＲ、ＦＬを目標実舵角に転舵することが可能となる。ここで、電流センサにより検出される検出電流と、モータ回転角センサＳｂにより検出される検出回転角とは、反力推定処理２０ｅにも入力される。これにより、ステアリングホイール２１の他端側に連結された反力モータＭａに発生させるべき反力を演算している。即ち、ステアリングホイール２１を操作する運転者に対して、適当な操舵感を与えるために必要となる、操舵回転方向とは逆回転方向にステアリングホイール２１を回転させる回転力（反力）を、反力推定処理２０ｅにより演算している。
As a result, the steering motors Mc and Mb can each generate the command torque distributed by the
反力推定処理２０ｅにより反力が演算されると、反力モータＭａにより発生させる反力に対応する電流指令値を、反力特性マップ２０ｆにより求める処理が行われ、これにより求められた電流指令値に対するモータ駆動電流を反力モータＭａに供給し得るように、電流制御処理２０ｇにより図略のＰＷＭ回路等を制御する。なお、この電流制御処理２０ｇにも、反力モータＭａに供給されるモータ駆動電流が電流センサにより検出される検出電流としてフィードバック入力される。これにより、反力モータＭａには、ステアリングアクチュエータ２８のステアリングロッドの位置に応じた反力を発生させ得るため、ステアリングホイール２１を操作する運転者に適当な操舵感を与えることが可能となる。
When the reaction force is calculated by the reaction
続いて、このように制御される操舵装置２０において、反力モータＭａ、転舵モータＭｂ、Ｍｃまたはこれらを制御するECU_Ａ５０、ECU_Ｂ６０、ECU_Ｃ７０が、正常に機能しなくなった場合に行われるクラッチ３０ａ、３０ｂの切換処理（以下、この処理のことを「モータ制御系異常時処理」という。）を図５〜図８に基づいて説明する。
Subsequently, in the
まず、このモータ制御系異常時処理の処理概要を図５を参照して説明する。なお図５には、本モータ制御系異常時処理による状態例の一覧が示されている。図５に示すように、本モータ制御系異常時処理によって対処可能な異常モードは、状態No.1〜No.6の６パターンである。この図において、Ａ系統とは、反力モータＭａ、反力モータＭａを制御するECU_Ａ５０およびそれらの電源系統を含めたものを意味し、またＢ系統とは、転舵モータＭｂ、転舵モータＭｂを制御するECU_Ｂ６０およびそれらの電源系統を含めたものを意味する。同様にＣ系統とは、転舵モータＭｃ、転舵モータＭｃを制御するECU_Ｃ７０およびそれらの電源系統を含めたものを意味する。なお図５に示す状態No.0は、Ａ系統、Ｂ系統、Ｃ系統のいずれも全て正常である場合を示すもので、この場合には、クラッチ３０ａは分離状態を維持し、またクラッチ３０ｂは結合状態を維持している。これにより、反力モータＭａ、転舵モータＭｂ、Ｍｃは、上述した機能概要のように操舵状態等に基づいてそれぞれ発生させた反力や転舵力をステアリングホイール２１や操舵輪ＦＲ、ＦＬに付与している。
First, the processing outline of the motor control system abnormality process will be described with reference to FIG. Note that FIG. 5 shows a list of state examples resulting from the motor control system abnormality process. As shown in FIG. 5, there are six patterns of states No. 1 to No. 6 that can be dealt with by the motor control system abnormality process. In this figure, the A system means the reaction force motor Ma, ECU_A50 for controlling the reaction force motor Ma, and those power supply systems, and the B system means the steering motor Mb and the steering motor Mb. This includes ECU_B60 that controls the power supply and their power supply system. Similarly, the C system means a steering motor Mc, an
図５に示すように、状態No.1は、転舵モータＭｃに関連するＣ系統だけに異常が発生した場合に行われる異常時処理である。即ち、転舵モータＭｃ、ECU_Ｃ７０またはこれらの電源系統に異常が生じた場合、正常なECU_Ａ５０またはECU_Ｂ６０によりクラッチ３０ａを分離状態に制御し、またクラッチ３０ｂを結合状態に制御する。これにより、正常な反力モータＭａは反力をステアリング軸２２に与え、また転舵モータＭｂは転舵力をステアリングアクチュエータ２８に与える。したがって、ステアリングアクチュエータ２８には、転舵力が与えられ、反力もステアリング軸２２に与えることができる。
As shown in FIG. 5, the state No. 1 is an abnormal time process performed when an abnormality occurs only in the C system related to the steered motor Mc. That is, when an abnormality occurs in the steered motor Mc,
状態No.2は、転舵モータＭｂに関連するＢ系統および転舵モータＭｃに関連するＣ系統に異常が発生した場合に行われる異常時処理である。即ち、転舵モータＭｂ、ECU_Ｂ６０、転舵モータＭｃ、ECU_Ｃ７０またはこれらの電源系統に異常が生じた場合、正常なECU_Ａ５０によりクラッチ３０ａおよびクラッチ３０ｂを結合状態に制御する。これにより、ステアリング軸２２、動力伝達ケーブル２４、およびステアリングアクチュエータ２８が機械的に連結されて操舵力伝達系を構成するので、ステアリングホイール２１による操舵が可能になる。そこで、正常な反力モータＭａは反力ではなく、トルク・回転角センサ２３による操舵状態に基づいて、アシスト力を発生させ、これをステアリング軸２２に与えることで運転者による操舵をアシストし操舵労力を軽減する。またこれにより操舵感覚を向上させることも可能となる。
State No. 2 is an abnormality process performed when an abnormality occurs in the B system related to the steered motor Mb and the C system related to the steered motor Mc. That is, when an abnormality occurs in the steered motor Mb, ECU_B60, the steered motor Mc, ECU_C70, or the power supply system thereof, the normal ECU_A50 controls the clutch 30a and the clutch 30b to be in a coupled state. As a result, the steering
状態No.3は、反力モータＭａに関連するＡ系統だけに異常が発生した場合に行われる異常時処理である。即ち、反力モータＭａ、ECU_Ａ５０またはこれらの電源系統に異常が生じた場合、正常なECU_Ｂ６０またはECU_Ｃ７０によりクラッチ３０ａを結合状態に制御し、またクラッチ３０ｂを分離状態に制御する。これにより、正常な転舵モータＭｂは反力モータＭａを代替して反力を発生させそれを動力伝達ケーブル２４に与える。また転舵モータＭｃは転舵力をステアリングアクチュエータ２８に与える。したがって、ステアリングアクチュエータ２８には、転舵力が与えられ、動力伝達ケーブル２４を介してステアリング軸２２には転舵モータＭｂによる反力が与えられるため、運転者に良好な操舵感覚を与えることができる。
State No. 3 is an abnormality process performed when an abnormality occurs only in the A system related to the reaction force motor Ma. That is, when an abnormality occurs in the reaction force motor Ma, ECU_A50 or their power supply system, the normal ECU_B60 or ECU_C70 controls the clutch 30a to be in a coupled state and controls the clutch 30b to be in a separated state. Thus, the normal steering motor Mb generates a reaction force instead of the reaction force motor Ma, and applies it to the
状態No.4は、反力モータＭａに関連するＡ系統および転舵モータＭｃに関連するＣ系統に異常が発生した場合に行われる異常時処理である。即ち、反力モータＭａ、ECU_Ａ５０、転舵モータＭｃ、ECU_Ｃ７０またはこれらの電源系統に異常が生じた場合、正常なECU_Ｂ６０によりクラッチ３０ａおよびクラッチ３０ｂを結合状態に制御する。これにより、前述した状態No.2と同様に、操舵力伝達系を構成するためステアリングホイール２１による操舵が可能になる。そこで、正常な転舵モータＭｂは転舵力ではなく、トルク・回転角センサ２３による操舵状態に基づいて、アシスト力を発生させ、これをステアリング軸２２に与えることで運転者による操舵をアシストし操舵労力を軽減する。またこれにより操舵感覚を向上させることも可能となる。
State No. 4 is an abnormality process performed when an abnormality occurs in the A system related to the reaction force motor Ma and the C system related to the turning motor Mc. That is, when an abnormality occurs in the reaction force motor Ma, ECU_A50, the steering motor Mc, ECU_C70, or their power supply system, the normal ECU_B60 controls the clutch 30a and the clutch 30b to the coupled state. As a result, as in the state No. 2 described above, the
状態No.5は、転舵モータＭｂに関連するＢ系統だけに異常が発生した場合に行われる異常時処理である。即ち、転舵モータＭｂ、ECU_Ｂ６０またはこれらの電源系統に異常が生じた場合、正常なECU_Ａ５０またはECU_Ｃ７０によりクラッチ３０ａを分離状態に制御し、またクラッチ３０ｂを結合状態に制御する。これにより、正常な反力モータＭａは、反力をステアリング軸２２に与え、また転舵モータＭｃは転舵力をステアリングアクチュエータ２８に与える。したがって、ステアリングアクチュエータ２８には、転舵力が与えられ、反力もステアリング軸２２に与えることができる。
State No. 5 is an abnormality process performed when an abnormality occurs only in the B system related to the steered motor Mb. That is, when an abnormality occurs in the steered motor Mb,
状態No.6は、反力モータＭａに関連するＡ系統および転舵モータＭｂに関連するＢ系統に異常が発生した場合に行われる異常時処理である。即ち、反力モータＭａ、ECU_Ａ５０、転舵モータＭｂ、ECU_Ｂ６０またはこれらの電源系統に異常が生じた場合、正常なECU_Ｃ７０によりクラッチ３０ａおよびクラッチ３０ｂを結合状態に制御する。これにより、前述した状態No.2や状態No.4と同様に、操舵力伝達系を構成するためステアリングホイール２１による操舵が可能になる。そこで、正常な転舵モータＭｃは転舵力ではなく、トルク・回転角センサ２３による操舵状態に基づいて、アシスト力を発生させ、これをステアリング軸２２に与えることで運転者による操舵をアシストし操舵労力を軽減する。またこれにより操舵感覚を向上させることも可能となる。
State No. 6 is an abnormality process performed when an abnormality occurs in the A system related to the reaction force motor Ma and the B system related to the steered motor Mb. That is, when an abnormality occurs in the reaction force motor Ma, ECU_A50, the steered motor Mb, ECU_B60, or their power supply system, the normal ECU_C70 controls the clutch 30a and the clutch 30b to be in a coupled state. Thereby, similarly to the state No. 2 and the state No. 4 described above, the
このようなモータ制御系異常時処理は、各ECU でそれぞれ独立して行われているので、それぞれについて簡単に説明する。まずECU_Ａ５０により行われるモータ制御系異常時処理を図６に基づいて説明する。
図６に示すように、ECU_Ａ５０では、まずステップＳ１０１によりクラッチ３０ｂを結合し、クラッチ３０ａを分離する処理を行う。これにより、図５に示す状態No.0、つまり正常時のクラッチ制御が行われる。次にステップＳ１０３により他系統の状態情報を取得する処理が行われる。これは、ECU_Ａ５０から見てECU_Ｂ６０やECU_Ｃ７０が正常状態にあるか否かを、続くステップＳ１０５やステップＳ１０９により判断する必要からこれらの状態情報を得る。
Such motor control system abnormality processing is performed independently by each ECU, so each will be briefly described. First, the motor control system abnormality process performed by the
As shown in FIG. 6, ECU_A50 first performs a process of coupling the clutch 30b and separating the clutch 30a in step S101. Thereby, the state No. 0 shown in FIG. 5, that is, the clutch control in the normal state is performed. Next, the process which acquires the status information of another system | strain is performed by step S103. This obtains these state information from the need to determine whether ECU_B60 and ECU_C70 are in a normal state as seen from ECU_A50 by the subsequent steps S105 and S109.
ステップＳ１０５では、Ｃ系統、即ち、転舵モータＭｃ、ECU_Ｃ７０およびこれらの電源系統が正常（ＯＫ）であるか否かを判断する処理が行われる。そして、Ｃ系統が正常であると判断した場合には（Ｓ１０５でＹｅｓ）、続くステップＳ１０７に処理を移行してＡ系統の反力モータＭａに反力を発生させる処理を行う。即ち、この場合は、図５に示す状態No.0または状態No.5に該当するため、クラッチ３０ａ、３０ｂはステップＳ１０１による制御状態を維持したまま反力モータＭａを反力モータとして機能させる。なお、この場合、転舵モータＭｂや転舵モータＭｃについては、ECU_Ａ５０から積極的な制御を与えることなく、本来のECU_Ｂ６０やECU_Ｃ７０に制御を委ねる。
In step S105, processing is performed to determine whether the C system, that is, the steered motor Mc,
一方、ステップＳ１０５によりＣ系統が正常でないと判断した場合には（Ｓ１０５でＮｏ）、ステップＳ１０９によりＢ系統が正常であるか否かを判断する。そして、Ｂ系統が正常でないと判断した場合には（Ｓ１０９でＮｏ）、ステップＳ１１１によりクラッチ３０ａを結合させ、さらにＡ系統をＥＰＳ（電気式動力舵取装置のこと）として動作させる処理を行う。即ち、この場合には、図５に示す状態No.2に該当するため、クラッチ３０ａ、３０ｂをともに結合して反力モータＭａによりアシスト力を発生させる。これにより、反力モータＭａによりアシストされるので、運転者の操舵労力を軽減し、操舵感覚を向上させることも可能となる。また、ステップＳ１０９により、Ｂ系統が正常であると判断した場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、図５に示す状態No.1に該当するため、ステップＳ１０７に処理を移行してＡ系統の反力モータＭａに反力を発生させる処理を行う。
On the other hand, if it is determined in step S105 that the C system is not normal (No in S105), it is determined in step S109 whether the B system is normal. If it is determined that the system B is not normal (No in S109), the clutch 30a is engaged in step S111, and the system A is operated as an EPS (electric power steering apparatus). That is, in this case, since it corresponds to the state No. 2 shown in FIG. 5, the
ステップＳ１０７またはステップＳ１１１の処理が終わると、ステップＳ１１３により自分の状態情報をＣＡＮ１００を介してECU_Ｂ６０およびECU_Ｃ７０に出力する処理が行われる。これによりECU_Ｂ６０やECU_Ｃ７０は、ECU_Ａ５０の状態を知ることができる。
When the process of step S107 or step S111 is completed, a process of outputting own status information to ECU_B60 and ECU_C70 via
次に、ECU_Ｂ６０により行われるモータ制御系異常時処理を図７に基づいて説明する。ECU_Ｂ６０では、ECU_Ａ５０と同様に、まずステップＳ２０１によりクラッチ３０ｂを結合し、クラッチ３０ａを分離する処理を行う。これにより、図５に示す状態No.0、つまり正常時のクラッチ制御が行われる。次にステップＳ２０３により他系統の状態情報を取得する処理が行われる。これは、ECU_Ｂ６０から見てECU_Ａ５０やECU_Ｃ７０が正常状態にあるか否かを、続くステップＳ２０５やステップＳ２０９により判断する必要からこれらの状態情報を得る。
Next, the motor control system abnormality process performed by the
ステップＳ２０５では、Ａ系統、即ち、反力モータＭａ、ECU_Ａ５０およびこれらの電源系統が正常（ＯＫ）であるか否かを判断する処理が行われる。そして、Ａ系統が正常であると判断した場合には（Ｓ２０５でＹｅｓ）、続くステップＳ２０７に処理を移行してＢ系統の転舵モータＭｂに転舵力を発生させる処理を行う。即ち、この場合は、図５に示す状態No.0または状態No.1に該当するため、クラッチ３０ａ、３０ｂはステップＳ２０１による制御状態を維持したまま転舵モータＭｂを転舵モータとして機能させる。なお、この場合、反力モータＭａや転舵モータＭｃについては、ECU_Ｂ６０から積極的な制御を与えることなく、本来のECU_Ａ５０やECU_Ｃ７０に制御を委ねる。
In step S205, a process is performed to determine whether the A system, that is, the reaction force motor Ma, ECU_A50, and these power supply systems are normal (OK). If it is determined that the system A is normal (Yes in S205), the process proceeds to the subsequent step S207 to perform a process of generating a turning force on the turning motor Mb of the B system. That is, in this case, since it corresponds to the state No. 0 or the state No. 1 shown in FIG. 5, the
一方、ステップＳ２０５によりＡ系統が正常でないと判断した場合には（Ｓ２０５でＮｏ）、ステップＳ２０９によりＣ系統が正常であるか否かを判断する。そして、Ｃ系統が正常でないと判断した場合には（Ｓ２０９でＮｏ）、ステップＳ２１３によりクラッチ３０ａを結合させ、さらにＢ系統をＥＰＳとして動作させる処理を行う。即ち、この場合には、図５に示す状態No.4に該当するため、クラッチ３０ａ、３０ｂをともに結合して転舵モータＭｂによりアシスト力を発生させる。これにより、転舵モータＭｂによりアシストされるので、運転者の操舵労力を軽減し、操舵感覚を向上させることも可能となる。また、ステップＳ２０９により、Ｃ系統が正常であると判断した場合には（Ｓ２０９でＹｅｓ）、図５に示す状態No.3に該当するため、ステップＳ２１１によりクラッチ３０ａを結合させ、さらにクラッチ３０ｂを分離させ、Ｂ系統の転舵モータＭｂに反力を発生させる処理を行う。
On the other hand, if it is determined in step S205 that the A system is not normal (No in S205), it is determined in step S209 whether the C system is normal. If it is determined that the C system is not normal (No in S209), the clutch 30a is coupled in step S213, and further, the B system is operated as an EPS. That is, in this case, since it corresponds to the state No. 4 shown in FIG. 5, the
ステップＳ２０７、ステップＳ２１１またはステップＳ２１３の処理が終わると、ステップＳ２１５により自分の状態情報をＣＡＮ１００を介してECU_Ａ５０およびECU_Ｃ７０に出力する処理が行われる。これによりECU_Ａ５０やECU_Ｃ７０は、ECU_Ｂ６０の状態を知ることができる。
When the process of step S207, step S211 or step S213 is completed, a process of outputting own state information to ECU_A50 and ECU_C70 via
最後にECU_Ｃ７０により行われるモータ制御系異常時処理を図８に基づいて説明する。
図８に示すように、ECU_Ｃ７０では、まずステップＳ３０１によりクラッチ３０ｂを結合し、クラッチ３０ａを分離する処理を行う。これにより、図５に示す状態No.0、つまり正常時のクラッチ制御が行われる。次にステップＳ３０３により他系統の状態情報を取得する処理が行われる。これは、ECU_Ｃ７０から見てECU_Ａ５０やECU_Ｂ６０が正常状態にあるか否かを、続くステップＳ３０５やステップＳ３０９により判断する必要からこれらの状態情報を得る。
Finally, the motor control system abnormality process performed by the
As shown in FIG. 8, in ECU_C70, first, in step S301, the clutch 30b is engaged and the clutch 30a is separated. Thereby, the state No. 0 shown in FIG. 5, that is, the clutch control in the normal state is performed. Next, the process which acquires the status information of another system by step S303 is performed. This obtains these state information from the need to determine whether ECU_A50 and ECU_B60 are in a normal state as seen from ECU_C70 by the subsequent step S305 or step S309.
ステップＳ３０５では、Ｂ系統、即ち、転舵モータＭｂ、ECU_Ｂ６０およびこれらの電源系統が正常（ＯＫ）であるか否かを判断する処理が行われる。そして、Ｂ系統が正常であると判断した場合には（Ｓ３０５でＹｅｓ）、続くステップＳ３０７に処理を移行してＣ系統の転舵モータＭｃに転舵力を発生させる処理を行う。即ち、この場合は、図５に示す状態No.0または状態No.3に該当するため、転舵モータＭｃを転舵モータとして機能させる。なお、この場合、反力モータＭａや転舵モータＭｂについては、ECU_Ｃ７０から積極的な制御を与えることなく、本来のECU_Ａ５０やECU_Ｂ６０に制御を委ねる。
In step S305, processing is performed to determine whether the B system, that is, the turning motor Mb,
一方、ステップＳ３０５によりＢ系統が正常でないと判断した場合には（Ｓ３０５でＮｏ）、ステップＳ３０９によりＡ系統が正常であるか否かを判断する。そして、Ａ系統が正常でないと判断した場合には（Ｓ３０９でＮｏ）、ステップＳ３１１によりクラッチ３０ａを結合させ、さらにＣ系統をＥＰＳとして動作させる処理を行う。即ち、この場合には、図５に示す状態No.6に該当するため、クラッチ３０ａ、３０ｂをともに結合して転舵モータＭｃによりアシスト力を発生させる。これにより、転舵モータＭｃによりアシストされるので、運転者の操舵労力を軽減し、操舵感覚を向上させることも可能となる。また、ステップＳ３０９により、Ａ系統が正常であると判断した場合には（Ｓ３０９でＹｅｓ）、図５に示す状態No.5に該当するため、ステップＳ３０７に処理を移行してＣ系統の転舵モータＭｃに転舵力を発生させる処理を行う。
On the other hand, if it is determined in step S305 that the B system is not normal (No in S305), it is determined in step S309 whether the A system is normal. If it is determined that the A system is not normal (No in S309), the clutch 30a is engaged in step S311 and the C system is operated as an EPS. That is, in this case, since it corresponds to the state No. 6 shown in FIG. 5, the
ステップＳ３０７またはステップＳ３１１の処理が終わると、ステップＳ３１３により自分の状態情報をＣＡＮ１００を介してECU_Ａ５０およびECU_Ｂ６０に出力する処理が行われる。これによりECU_Ａ５０やECU_Ｂ６０は、ECU_Ｃ７０の状態を知ることができる。
When the process of step S307 or step S311 is completed, a process of outputting own state information to ECU_A50 and ECU_B60 via
以上説明したように本実施形態に係る操舵装置２０によると、２つの転舵モータＭｂ、Ｍｃにより、ステアリングホイール２１による操作状態に基づいてステアリングアクチュエータ２８を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬを転舵可能な転舵力を発生させ、反力モータＭａにより、ステアリングホイール２１による操舵方向およびそれとは反対向きにもステアリング軸２２に作用する反力を発生させる。そして、反力モータＭａやECU_Ａ５０によりステアリングホイール２１に適正な反力を付与できない場合、転舵モータＭｂによる動力をステアリングアクチュエータ２８に伝達不能にクラッチ３０ｂを制御し、転舵モータＭｂによる動力をステアリング軸２２に伝達可能にクラッチ３０ａを制御する。これにより、反力モータＭａやECU_Ａ５０に異常がある場合には、ステアリングアクチュエータ２８に伝達されていた転舵モータＭｂによる動力がステアリング軸２２に伝達されるので、転舵モータＭｂの動力を反力としてステアリング軸２２に作用させることが可能となる。したがって、正常時には、他の転舵モータＭｃとともに転舵モータとして発生させた転舵力をステアリングアクチュエータ２８に伝達している転舵モータＭｂが、反力モータＭａやECU_Ａ５０の異常には反力モータＭａの代替として反力を発生させ、それをステアリング軸２２に伝達するため、比較的低多重度の構成により冗長性を向上させることができる。
As described above, according to the
また、本実施形態に係る操舵装置２０によると、反力モータＭａやECU_Ａ５０は、ステアリングホイール２１の操作状態に基づいてステアリングホイール２１による操舵を補助するアシスト力を反力モータに発生させることから、反力モータＭａにより発生するアシスト力によってステアリングホイール２１による操舵を補助することが可能となる。そのため、例えば、運転者がステアリングホイール２１を切り戻すときには、反力モータＭａのアシスト力によって、切戻し時の操舵方向に操舵をアシストしてくれるし、またセルフアライメントトルクが発生しているかの如くステアリングホイール２１をその中立位置に戻してくれる。したがって、運転者に与え得る操舵感覚を向上させることができる。
Further, according to the
なお、以上説明した操舵装置２０では、反力モータＭａ、転舵モータＭｂおよび転舵モータＭｃをそれぞれ１つで構成した３モータのシステムについて示したが、本発明ではこれに限られることはなく、Ｎ個のモータを有するシステムについても同様に適用することができる。即ち、「動力伝達可能制御手段（クラッチ３０ａ）のステアリングホイール２１側にモータＮａ個、動力伝達可能制御手段（クラッチ３０ａ）と動力伝達不能制御手段（クラッチ３０ｂ）の間にモータ１個、動力伝達不能制御手段（クラッチ３０ｂ）の操舵輪ＦＲ、ＦＬ側にモータＮｃ個を有する車両用操舵装置において、動力伝達可能制御手段（クラッチ３０ａ）と動力伝達不能制御手段（クラッチ３０ｂ）の間のモータは、通常状態（正常状態）の場合には転舵モータとして用い、Ｎａ＜Ｎｃ≦２の関係が成立する場合には反力モータとして用いる車両用操舵装置」を技術的思想として把握できる。
In the
２０ 操舵装置（車両用操舵装置）
２１ ステアリングホイール
２２ ステアリング軸（操舵力伝達機構、操舵力伝達系）
２３ トルク・回転角センサ（転舵制御手段、反力制御手段）
２４ 動力伝達ケーブル（操舵力伝達機構、操舵力伝達系）
２５ 転舵角センサ（転舵制御手段）
２６ ピニオン軸（転舵機構、操舵力伝達系）
２６ａ ピニオンギヤ（転舵機構、操舵力伝達系）
２７ ラック軸（転舵機構、操舵力伝達系）
２７ａ ラックギヤ（転舵機構、操舵力伝達系）
２８ ステアリングアクチュエータ（転舵機構、操舵力伝達系）
３０ａ クラッチ（動力伝達可能制御手段、操舵力伝達系）
３０ｂ クラッチ（動力伝達不能制御手段、操舵力伝達系）
５０ ECU_Ａ（反力制御手段、転舵力反力切換手段）
６０ ECU_Ｂ（転舵制御手段、転舵力反力切換手段）
７０ ECU_Ｃ（転舵制御手段、転舵力反力切換手段）
ＦＲ、ＦＬ 操舵輪
Ｓａ モータ回転角センサ（反力制御手段）
Ｓｂ モータ回転角センサ（転舵制御手段）
Ｓｃ モータ回転角センサ（転舵制御手段）
Ｍａ 反力モータ（１以上の反力モータ、反力制御手段）
Ｍｂ 転舵モータ（複数の転舵モータ、所定の転舵モータ、転舵制御手段）
Ｍｃ 転舵モータ（複数の転舵モータ、転舵制御手段）
20 Steering device (vehicle steering device)
21
23 Torque / rotation angle sensor (steering control means, reaction force control means)
24 Power transmission cable (steering force transmission mechanism, steering force transmission system)
25 Steering angle sensor (steering control means)
26 Pinion shaft (steering mechanism, steering force transmission system)
26a Pinion gear (steering mechanism, steering force transmission system)
27 Rack shaft (steering mechanism, steering force transmission system)
27a Rack gear (steering mechanism, steering force transmission system)
28 Steering actuator (steering mechanism, steering force transmission system)
30a Clutch (power transmission control means, steering force transmission system)
30b Clutch (power transmission impossibility control means, steering force transmission system)
50 ECU_A (reaction force control means, turning force reaction force switching means)
60 ECU_B (steering control means, steering force reaction force switching means)
70 ECU_C (steering control means, steering force reaction force switching means)
FR, FL Steering wheel Sa Motor rotation angle sensor (Reaction force control means)
Sb Motor rotation angle sensor (steering control means)
Sc motor rotation angle sensor (steering control means)
Ma reaction force motor (one or more reaction force motors, reaction force control means)
Mb steered motor (plural steered motors, predetermined steered motors, steered control means)
Mc steering motor (multiple steering motors, steering control means)
Claims (5)
前記ステアリングホイールによる操作状態に基づいて、前記転舵機構を介して前記操舵輪を転舵可能な転舵力を発生させる複数の転舵モータを有する転舵制御手段と、
前記ステアリングホイールによる操舵方向およびそれとは反対向きにも前記操舵力伝達機構に作用する反力を発生可能な１以上の反力モータを有する反力制御手段と、
前記複数の転舵モータのうち、所定の転舵モータによる動力を前記操舵輪に伝達不能に前記転舵機構から分離し得る動力伝達不能制御手段と、
前記所定の転舵モータによる動力を前記操舵力伝達機構を介して前記ステアリングホイールに伝達可能に結合し得る動力伝達可能制御手段と、
前記反力制御手段により前記ステアリングホイールに適正な反力を付与できない場合、前記所定の転舵モータによる動力を前記転舵機構に伝達不能に前記動力伝達不能制御手段を制御し、前記所定の転舵モータによる動力を前記操舵力伝達機構に伝達可能に前記動力伝達可能制御手段を制御する転舵力反力切換制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。 A steering apparatus for a vehicle in which a steering force transmission mechanism connected to a steering wheel and a steering mechanism connected to a steering wheel are mechanically separated so as to be unable to transmit power,
Steering control means having a plurality of steered motors that generate a steered force capable of steering the steered wheels via the steered mechanism based on an operation state by the steering wheel;
Reaction force control means having one or more reaction force motors capable of generating reaction force acting on the steering force transmission mechanism in the steering direction by the steering wheel and in the opposite direction;
Among the plurality of steered motors, a power transmission impossible control means capable of separating power from a predetermined steered motor from the steered mechanism so as not to be transmitted to the steered wheels;
Power transmission control means capable of transmitting power from the predetermined steering motor to the steering wheel via the steering force transmission mechanism so as to be capable of being transmitted;
When an appropriate reaction force cannot be applied to the steering wheel by the reaction force control means, the power transmission impossible control means is controlled so that the power from the predetermined steering motor cannot be transmitted to the steering mechanism. Steering force reaction force switching control means for controlling the power transmission control means so that power from the rudder motor can be transmitted to the steering force transmission mechanism;
A vehicle steering apparatus comprising:
前記動力伝達可能制御手段は、前記操舵力伝達機構と前記転舵機構とを結合させて前記ステアリングホイールによる操舵力を前記操舵輪に伝達可能な操舵力伝達系を構成し、
前記反力制御手段は、前記ステアリングホイールの操作状態に基づいて前記ステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力を前記反力モータに発生させ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。 When the steered wheels cannot be steered by any of the plurality of steered motors including the predetermined steered motor,
The power transmission enabling control means combines the steering force transmission mechanism and the steering mechanism to constitute a steering force transmission system capable of transmitting the steering force by the steering wheel to the steered wheels,
The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the reaction force control unit causes the reaction force motor to generate an assist force that assists steering by the steering wheel based on an operation state of the steering wheel. .
前記動力伝達可能制御手段は、前記操舵力伝達機構と前記転舵機構とを結合させて前記ステアリングホイールによる操舵力を前記操舵輪に伝達可能な操舵力伝達系を構成し、
前記転舵制御手段は、前記ステアリングホイールの操作状態に基づいて前記ステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力を前記所定の転舵モータに発生させ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。 In the case where the reaction force cannot be applied by the reaction motor and the steered wheels cannot be steered by any of the plurality of steer motors excluding the predetermined steer motor,
The power transmission enabling control means combines the steering force transmission mechanism and the steering mechanism to constitute a steering force transmission system capable of transmitting the steering force by the steering wheel to the steered wheels,
3. The vehicle according to claim 1, wherein the steering control unit causes the predetermined steering motor to generate an assist force that assists steering by the steering wheel based on an operation state of the steering wheel. Steering device.
前記動力伝達可能制御手段は、前記操舵力伝達機構と前記転舵機構とを結合させて前記ステアリングホイールによる操舵力を前記操舵輪に伝達可能な操舵力伝達系を構成し、
前記転舵制御手段は、前記ステアリングホイールの操作状態に基づいて前記ステアリングホイールによる操舵を補助するアシスト力を前記所定の転舵モータを除く前記複数の転舵モータに発生させ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。
When the reaction force cannot be applied by the reaction motor and the steering wheel cannot be steered by the predetermined steering motor,
The power transmission enabling control means combines the steering force transmission mechanism and the steering mechanism to constitute a steering force transmission system capable of transmitting the steering force by the steering wheel to the steered wheels,
The steering control means generates an assist force for assisting steering by the steering wheel based on an operation state of the steering wheel in the plurality of steering motors excluding the predetermined steering motor. Item 3. The vehicle steering device according to Item 1 or 2.
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