JP4257582B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

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。

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）。

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。

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。

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。
特開平９−１４２３３０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 異常判定処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

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

Claims (1)

1. 車両の操向のための操作部材に操作反力を付与するための反力アクチュエータと、
   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。

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